CN105352593A - 一种使用高精度增量式adc的环境光传感器的电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用高精度增量式ADC的环境光传感器的电路，包括光传感器、chopping积分器、比较器和反馈电流DAC；光传感器将采集到的环境光信号变换成电流信号，增量式ADC的chopping积分器将携带环境光亮的电信号和反馈电流DAC的电流信号转换为电压信号，电压信号进入比较器，比较器将电压信号与其设置的阈值电压比较输出信号控制反馈电流DAC。

Description

一种使用高精度增量式ADC的环境光传感器的电路

技术领域

本发明涉及一种使用高精度增量式ADC的环境光传感器的电路，属于集成电路技术领域。

背景技术

环境光传感器(ALS)集成电路正越来越多地用于各种显示器和照明设备，以节省电能，改善用户体验。环境光传感器(ALS)检测0-100hz的环境光，其应用需要低速高精度低功耗的设计方案。现有技术中环境光传感器(ALS)集成电路存在功耗大、存在噪声等缺陷。如图1所示的SARADC环境光传感器(逐次逼近型模数转换器的环境光传感器)结构，包括：光传感器，电流电压转换器(跨导放大器)，以及SARADC；本方案的缺点：a)需要电流到电压转换器，输出电压幅度Vsignal需要和SARADC的全范围电压VFSR(fullscalevoltage)相近；驱动SARADC需要较大的驱动能力；b)高精度SARADC需要较大面积的校准工作。如图2所示，采用积分ADC结构的环境光传感器和时序电路，包括：201光传感器、202积分器、203比较器、204减法DAC，本方案的缺点：a)需要大容量的积分电容以避免运放饱和，b)运放和比较器的失调电压会直接影响ADC输出，c)运放的噪声(闪烁噪声和热噪声)和比较器噪声累计到ADC输出，d)积分和转换是分开的步骤，造成较长的转换时间，运放虚地端的漏电流会对ADC输出有较大影响，e)电压相减DAC引入了采样噪声(KT/C_dac)，f)电流参考源的噪声(V_bot,V_top,V_ref)。信噪比计算公式：

$SNR=\frac{\frac{1}{C_{\mathrm{int}}}\underset{0}{\overset{t_{\mathrm{int}}}{\∫}}idt}{\sqrt{\frac{KT}{C_{load}}+{V^2}_{{\mathrm{op}}_{flic\ker }}+{V^2}_{Compartor}+{V^2}_{reference}+\frac{KT}{C_{dac}}{\left(\frac{C_{dac}}{C_{\mathrm{int}}}\right)}^2}}$

标注：公式中分母为总噪声电压；其中第一项为积分器采样热噪声，C_load＝C_p//C_int；

第二项为运放的闪烁噪声；第三项为比较器的噪声；第四项为参考电压源的噪声；第五项为DAC采样噪声引入的噪声量。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提出一种使用高精度增量式ADC的环境光传感器的电路。环境光传感器(ALS)检测0-100hz的环境光，其应用需要低速高精度低功耗的设计方案。本方案提供的incrementalADC电路结构能很好的满足上述要求，兼顾低功耗高精度的要求。

技术方案：一种使用高精度增量式ADC的环境光传感器的电路，包括光传感器、chopping积分器、比较器和反馈电流DAC；光传感器将采集到的环境光信号变换成电流信号，增量式ADC的chopping积分器将携带环境光亮的电信号和反馈电流DAC的电流信号转换为电压信号，电压信号进入比较器，比较器将电压信号与其设置的阈值电压比较输出信号控制反馈电流DAC；此电路系统为一负反馈系统，系统稳定后比较器的输出码流可表示环境光亮。此系统，chopping积分器后还可以级联积分器以进一步提高系统信噪比，不过系统稳定性比较难做。

附图说明

图1为现有SARADC环境光传感器结构图；

图2为现有集成ADC结构和时序电路结构示意图；

图3为本发明电路原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图3所示，使用高精度增量式ADC的环境光传感器的电路，包括光传感器301、chopping积分器302、比较器303和反馈电流DAC304。光传感器301将采集到的环境光亮信号变换成电流信号，chopping积分器302将携带环境光亮的电信号和反馈电流DAC的电流信号转换为电压信号，电压信号进入比较器303，比较器303将电压信号与其设置的阈值电压比较输出信号控制反馈电流DAC304；此电路系统为一负反馈系统，系统稳定后比较器303的输出码流可表示环境光亮。此系统，chopping积分器302后还可以级联积分器以进一步提高系统信噪比，不过系统稳定性比较难做。

本方案优点：

a)低噪音：运放和比较器噪声对于一阶incrementalADC可以被sqrt(OSR)倍抑制，对于更高阶incrementalADC可以抑制更多；

b)运放可以通过斩波来抑制闪烁噪声；

c)电流DAC相对于电压DAC有更低的噪声；

d)低的转换时间，使得在一个转换周期内消耗更小的功率；同时积分器虚地的漏电流的影响更小。

采用incrementalADC结构的ALS，对于一阶incrementalADC情况，信噪比计算公式：

$SNR=\frac{\frac{1}{C_{\mathrm{int}}}\underset{0}{\overset{t_{\mathrm{cov}}}{\∫}}idt}{\sqrt{{\left(\frac{I_{noise}*t_{\mathrm{cov}}}{C_{\mathrm{int}}}\right)}^2/OSR+\frac{16KT}{3C_p}{\left(\frac{C_{\mathrm{int}}+C_p}{C_{\mathrm{int}}}\right)}^2/OSR}}$

标注：公式中分母为总噪声电压；其中第一项是反馈DAC的电流噪声I_noise在积分器输出端的噪声电压体现；第二项为采样噪声在积分器输出端的噪声电压体现。

I_noise是电流DAC的噪声电流，C_p运放虚地上的寄生电容。相对于前两种架构，采用IncrementalADC结构设计的ALS受益于过采样率的信噪比提高，较好的flickernoise消除能力和较低的DAC噪声可以达到较高的分辨率和较低的功耗。

Claims (1)

1.一种使用高精度增量式ADC的环境光传感器的电路，其特征在于，包括光传感器、chopping积分器、比较器和反馈电流DAC；光传感器将采集到的环境光信号变换成电流信号，增量式ADC的chopping积分器将携带环境光亮的电信号和反馈电流DAC的电流信号转换为电压信号，电压信号进入比较器，比较器将电压信号与其设置的阈值电压比较输出信号控制反馈电流DAC。