CN107687893B - 一种阵列传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种阵列传感器，包括多个在垂直与水平方向上排列成为二维行列分布的光电传感器；其中，光电传感器包括两个二极管、五个N晶体管、二个P晶体管与二个电阻。优点：该阵列传感器解决了电子标签、无人车、无人机等基于电磁介质传播领域的易干扰、功耗大的问题。

Description

一种阵列传感器
技术领域
本发明涉及半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种具有共用结构的半导体有源阵列传感器。
背景技术
射频识别RFID系统能够在单个标签识别单元检测出来，所述的每个单元在很大范围内可以令人满意地读取各种参数，但例如温度与湿度、电磁干扰EMI、读取器灵敏度、材料性质，以及其他因此影响，降低了传感器的可靠性。好的射频识别RFID集成电路是对制造工艺与电路设计的挑战，因为射频识别RFID集成电路需要极低的功耗、较大的动态范围等。射频识别RFID的远距离读写需要大幅提高读写器的发射功率，导致电磁干扰增大，成本增加，可靠性降低。
传统的无人车、无人机等无人控制自动化智能物联网设备应用雷达声波传感器，用以确定与周围物体的间距，一种方法是雷达自身全方位实现扫描，另一种方法是采用相控阵雷达，这两种方案需要增加复杂的电机设备从而产生额外的负载。基于所确定的间距可以控制无人车、无人机的不同的舒适功能。例如可以将无人车、无人机的速度自动地控制到一预先确定的值上，其中，经由一借助于雷达传感器的向前的间距测量保证，不低于与一在前行驶的无人车、无人机的预设的安全间距。雷达传感器的其它应用包括一在迅速靠近一物体的情况下的紧急制动功能，一间距报警器，用以使得无人车、无人机的驾驶员容易维持与一在前行驶的无人车、无人机的所需的安全间距。
综上所述，需要设计一种抗干扰、低功耗的，应用于电子标签、无人车、无人机等具有共用结构的半导体有源阵列传感器。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种具有共用结构的半导体有源阵列传感器，解决了电子标签、无人车、无人机等基于电磁介质传播领域的易干扰、功耗大的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明提出一种具有共用结构的半导体有源阵列传感器，所述阵列传感器包括多个在垂直与水平方向上排列成为二维行列分布的光电传感器，其特征在于，所述光电传感器包括：两个二极管、五个N晶体管、二个P晶体管与二个电阻；
第一二极管（D1）的正电极与第一N晶体管（N1）的漏极、栅极连接，负电极连接至电源电压VDD；
所述第一N晶体管（N1）的栅极与第二N晶体管（N2）的栅极之间串联一负反馈的电压跟随器；
所述第一N晶体管（N1）的源极与所述第二N晶体管（N2）的源极均接地；
第一P晶体管（P1）的源极与第四N晶体管（N4）的源极、第五N晶体管（N5）的源极、栅极连接，并通过第一电阻（R1）连接至电源电压VDD；
第二P晶体管（P2）的源极与第四N晶体管（N4）的漏极、第五N晶体管（N5）的漏极、栅极连接，并通过第二电阻（R2）连接至电源电压VDD；
所述第一P晶体管（P1）的漏极与所述第二N晶体管（N2）的漏极连接；
所述第二P晶体管（P2）的栅极、漏极并接，并同时连接至所述第一P晶体管（P1）的栅极、第二二极管（D2）的负电极；
所述第二二极管（D2）的正电极接地。
优选地，还至少包括一反相电路，所述反相电路包括第三P晶体管（P3）、第三N晶体管（N3），所述第三P晶体管（P3）与第三N晶体管（N3）在电源端与地之间串联连接，所述第三P晶体管（P3）的源极接到电源端；
所述第三N晶体管（N3）的栅极与第三P晶体管（P3）的栅极同时接到第二N晶体管（N2）的漏极，所述第三N晶体管（N3）的源极接地，所述第三N晶体管（N3）的漏极接到第三P晶体管（P3）的漏极，并输出感应电信号。
优选地，所述第一二极管（D1）的光敏区全部面积接收光照射，所述第二二极管（D2）的发射区面积按预设比例值接收光照射。
优选地，所述预设比例值取决于第一P晶体管（P1）与第二P晶体管（P2）的宽度之比。
优选地，所述第一二极管（D1）的导通电平与第二二极管（D2）的导通电平相一致。
优选地，所述第一N晶体管（N1）与第二N晶体管（N2）的长度相等。
优选地，所述第一P晶体管（P1）或第一N晶体管（N1）的宽度是第二P晶体管（P2）的宽度22-28倍。
优选地，所述晶体管采用场效应管、双极晶体管中的一种或多种。
优选地，所述第一P晶体管（P1）、第二P晶体管（P2）及第三P晶体管（P3）为PMOS管，第一N晶体管（N1）、第二N晶体管（N2）、第三N晶体管（N3）、第四N晶体管（N4）及第五N晶体管（N5）为NMOS管。
优选地，所述光电传感器设置在相邻两行或两列的栅线之间。
本发明的有益效果：本发明的具有共用结构的半导体有源阵列传感器，解决了电子标签、无人车、无人机等基于电磁介质传播领域的易干扰、功耗大的问题。
附图说明
用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明具有共用结构的半导体有源阵列传感器一实施例结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明技术方案作进一步的说明，这是本发明的较佳实施例。本发明实施例提供的一种具有共用结构的半导体有源阵列传感器可以应用于物联网智能识别技术领域中的各个场景，包括但不局限于2G GSM、3G CDMA、4G LTE/LTE-A、5GeMBB的移动通信、集群通信、卫星通信、激光通信、光纤通信、数字电视、射频识别、电力载波、无人车、无人机、物联网、雷达等系统，本发明实施例对此不作特别限制。
如图1所示，本发明提出一种具有共用结构的半导体有源阵列传感器，阵列传感器包括多个在垂直与水平方向上排列成为二维行列分布的光电传感器，其特征在于，光电传感器包括：两个二极管、五个N晶体管、二个P晶体管与二个电阻；光电传感器可设置在相邻两行或两列的栅线之间，对于其它同等作用的设置不做特别限定。
第一二极管（D1）的正电极与第一N晶体管（N1）的漏极、栅极连接，负电极连接至电源电压VDD；
第一N晶体管（N1）的栅极与第二N晶体管（N2）的栅极之间串联一负反馈的电压跟随器，该电压跟随器用于隔离第一N晶体管（N1）、第二N晶体管（N2）直接的相互影响，有利于提高晶体管的电流量精度；
第一N晶体管（N1）的源极与第二N晶体管（N2）的源极均接地；
第一P晶体管（P1）的源极与第四N晶体管（N4）的源极、第五N晶体管（N5）的源极、栅极连接，并通过第一电阻（R1）连接至电源电压VDD；
第二P晶体管（P2）的源极与第四N晶体管（N4）的漏极、第五N晶体管（N5）的漏极、栅极连接，并通过第二电阻（R2）连接至电源电压VDD；
本实施例中，由第一P晶体管（P1）、第二P晶体管（P2）构成的镜像电流源的两端加入了包括第四N晶体管（N4）、第五N晶体管（N5）的两个二极管连接的配对MOS晶体管，以防镜像电流源进入饱和区而导致的电路比例的失配。
第一P晶体管（P1）的漏极与第二N晶体管（N2）的漏极连接；
第二P晶体管（P2）的栅极、漏极并接，并同时连接至第一P晶体管（P1）的栅极、第二二极管（D2）的负电极；
第二二极管（D2）的正电极接地。
本发明的传感器还至少包括一反相电路，反相电路包括第三P晶体管（P3）、第三N晶体管（N3），第三P晶体管（P3）与第三N晶体管（N3）在电源端与地之间串联连接，第三P晶体管（P3）的源极接到电源端；
第三N晶体管（N3）的栅极与第三P晶体管（P3）的栅极同时接到第二N晶体管（N2）的漏极，第三N晶体管（N3）的源极接地，第三N晶体管（N3）的漏极接到第三P晶体管（P3）的漏极，并输出感应电信号。
第一二极管（D1）的光敏区全部面积接收光照射，第二二极管（D2）的发射区面积按预设比例值接收光照射。本实施例中，预设比例值取决于第一P晶体管（P1）的宽度与第二N晶体管（N2）的宽度之比。
第一二极管（D1）的导通电平与第二二极管（D2）的导通电平相一致。
本实施例中，第一P晶体管（P1）、第二P晶体管（P2）及第三P晶体管（P3）为PMOS管，第一N晶体管（N1）、第二N晶体管（N2）、第三N晶体管（N3）、第四N晶体管（N4）及第五N晶体管（N5）为NMOS管。
需要说明的是，晶体管可以是采用场效应管、双极晶体管中的一种或多种。晶体管也可以是耗尽型N沟道MOS晶体管的栅极与源极连接的结构，虽未作图示，不过当然也可以是将耗尽型P沟道MOS晶体管的栅极与源极连接的结构。
光电二极管D1受到光照时输出的电流称为光电流，光电流的大小与光信号的强度成正比。作为传感器使用的光电二极管D1，在受到何种程度的光照时会输出何种大小的光电流，这是已知的，甚至可以以很小的步进幅度列出一幅表格显示两者的具体数值与对应关系。
该光电流经过第一P晶体管（P1）与第二P晶体管（P2）的传递及放大到达第一P晶体管（P1）、第二P晶体管（P2）的漏端电流。其中第一P晶体管（P1）与第二P晶体管（P2）的宽度之比决定了光电流的放大倍数。本实施例中，第一P晶体管（P1）的宽度是第二P晶体管（P2）的宽度22-28倍。并且，第一N晶体管（N1）与第二N晶体管（N2）的长度相等。
本实施例中的传感器电路可以实现光照度从300-30000lux的检测，并且具有面积小、功耗低、反应灵敏等特点。该传感器电路中的所有器件都可由标准CMOS工艺实现，可用于在半导体芯片中。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种具有共用结构的半导体有源阵列传感器，所述阵列传感器包括多个在垂直与水平方向上排列成为二维行列分布的光电传感器，其特征在于，所述光电传感器包括：两个二极管、五个N晶体管、二个P晶体管与二个电阻；
第一二极管（D1）的正电极与第一N晶体管（N1）的漏极、栅极连接，负电极连接至电源电压VDD；
所述第一N晶体管（N1）的栅极与第二N晶体管（N2）的栅极之间串联一负反馈的电压跟随器；
所述第一N晶体管（N1）的源极与所述第二N晶体管（N2）的源极均接地；
第一P晶体管（P1）的源极与第四N晶体管（N4）的源极、第五N晶体管（N5）的源极、栅极连接，并通过第一电阻（R1）连接至电源电压VDD；
第二P晶体管（P2）的源极与第四N晶体管（N4）的漏极、第五N晶体管（N5）的漏极、栅极连接，并通过第二电阻（R2）连接至电源电压VDD；
所述第一P晶体管（P1）的漏极与所述第二N晶体管（N2）的漏极连接；
所述第二P晶体管（P2）的栅极、漏极并接，并同时连接至所述第一P晶体管（P1）的栅极、第二二极管（D2）的负电极；
所述第二二极管（D2）的正电极接地；
所述第一二极管（D1）的光敏区全部面积接收光照射，所述第二二极管（D2）的发射区面积按预设比例值接收光照射。
2.根据权利要求1所述的阵列传感器，其特征在于，还至少包括一反相电路，所述反相电路包括第三P晶体管（P3）、第三N晶体管（N3），所述第三P晶体管（P3）与第三N晶体管（N3）在电源端与地之间串联连接，所述第三P晶体管（P3）的源极接到电源端；
所述第三N晶体管（N3）的栅极与第三P晶体管（P3）的栅极同时接到第二N晶体管（N2）的漏极，所述第三N晶体管（N3）的源极接地，所述第三N晶体管（N3）的漏极接到第三P晶体管（P3）的漏极，并输出感应电信号。
3.根据权利要求1所述的阵列传感器，其特征在于，所述预设比例值取决于第一P晶体管（P1）与第二P晶体管（P2）的宽度之比。
4.根据权利要求1所述的阵列传感器，其特征在于，所述第一二极管（D1）的导通电平与第二二极管（D2）的导通电平相一致。
5.根据权利要求1所述的阵列传感器，其特征在于，所述第一N晶体管（N1）与第二N晶体管（N2）的长度相等。
6.根据权利要求1所述的阵列传感器，其特征在于，所述第一P晶体管（P1）或第一N晶体管（N1）的宽度是第二P晶体管（P2）的宽度22-28倍。
7.根据权利要求1-6任一所述的阵列传感器，其特征在于，所述晶体管采用场效应管、双极晶体管中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的阵列传感器，其特征在于，所述第一P晶体管（P1）、第二P晶体管（P2）及第三P晶体管（P3）为PMOS管，第一N晶体管（N1）、第二N晶体管（N2）、第三N晶体管（N3）、第四N晶体管（N4）及第五N晶体管（N5）为NMOS管。
9.根据权利要求1、2、3、5、6或8所述的阵列传感器，其特征在于，所述光电传感器设置在相邻两行或两列的栅线之间。
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