CN108777150B - 感测电路 - Google Patents
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Abstract
一种感测电路包含：第一感测元件、第一感测晶体管、第一电源开关和输出电路。第一感测元件用于依据感测结果输出第一感测电压讯号。第一感测晶体管的第一端和第二端分别耦接于第一节点和第二节点，第一感测晶体管的控制端用于接收第一感测电压讯号，第一感测晶体管用于依据第一感测电压讯号产生第一感测电流讯号。第一电源开关的第一端用于接收第一参考电压，第一电源开关的第二端耦接于第二节点，第一电源开关的控制端用于接收第一时钟讯号。输出电路耦接于第一节点和讯号输出端。其中当第一电源开关处于导通状态时，输出电路依据第一感测电流讯号输出输出电压讯号，当第一电源开关处于关断状态时，输出电压讯号等于第二参考电压。
Description
技术领域
本公开涉及一种感测电路，特别涉及一种具有低接通电阻的感测电路。
背景技术
图1为传统的感测电路100的功能方框图。感测电路100可以是光感测电路或压力感测电路。感测电路100中的晶体管130依据感测元件110的感测结果，产生对应的感测电流讯号Isen。晶体管140则依据时钟(时脉)讯号CLK决定感测电流讯号Isen传递至输出电路120的时机。
然而，当感测电流讯号Isen流过晶体管140的接通电阻150(on resistance)时，会产生节点电压Vx，而节点电压Vx会使得感测电流讯号Isen的大小降低。因此，感测电路100会面临感测结果失真的问题。
发明内容
有鉴于此，如何提供感测结果不受讯号路径上的接通电阻影响的感测电路，实为业界有待解决的问题。
本公开文件提供一种感测电路，该感测电路包含：第一感测元件、第一感测晶体管、第一电源开关和输出电路。该第一感测元件用于依据感测结果输出一第一感测电压讯号。该第一感测晶体管包含一第一端、一第二端和一控制端，其中该第一感测晶体管的该第一端和该第二端分别耦接于一第一节点和一第二节点，该第一感测晶体管的一控制端用于接收该第一感测电压讯号，该第一感测晶体管用于依据该第一感测电压讯号产生一第一感测电流讯号。该第一电源开关包含一第一端、一第二端和一控制端，其中该第一电源开关的该第一端用于接收一第一参考电压，该第一电源开关的该第二端耦接于该第二节点，该第一电源开关的该控制端用于接收一第一时钟讯号。该输出电路耦接于该第一节点和一讯号输出端，用于接收一第二参考电压以及自该第一节点接收该第一感测电流讯号，并用于输出一输出电压讯号至该讯号输出端。其中当该第一电源开关处于导通状态时，该输出电路依据该第一感测电流讯号输出该输出电压讯号，当该第一电源开关处于关断状态时，该输出电压讯号等于该第二参考电压。
上述感测电路的输出电压讯号可真实反映感测结果以避免失真。
附图说明
为让公开文件的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，说明书附图的说明如下：
图1为传统的感测电路的功能方框图。
图2为根据本公开文件一实施例的感测电路简化后的功能方框图。
图3为图2的感测电路的电压波形示意图。
图4为依据本公开文件另一实施例的感测电路简化后的功能方框图。
图5为图4的感测电路的电压波形示意图。
图6为依据本公开文件再一实施例的感测电路简化后的功能方框图。
图7为图6的感测电路的电压波形示意图。
附图标记说明：
100：传统感测电路
110：感测元件
120：输出电路
130～140：晶体管
150：接通电阻
200、400、600：感测电路
210：输出电路
212：重置开关
214：电阻
216：运算放大器
220、420：第一读取电路
222、422：第一感测晶体管
224、424：第一电源开关
230：第一感测元件
620：第二读取电路
622：第二感测晶体管
624：第二电源开关
630：第二感测元件
Vx：节点电压
VDD：预设高电压
VSS：预设低电压
Vsen1～Vsen2：第一感测电压讯号～第二感测电压讯号
Vout：输出电压讯号
Vn1：第一节点电压
Isen：感测电流讯号
Isen1～Isen2：第一感测电流讯号～第二感测电流讯号
N1～N3：第一节点～第三节点
Out：讯号输出端
CLK：时钟讯号
CLK1～CLK3：第一时钟讯号～第三时钟讯号
T1～T5：第一时段～第五时段
具体实施方式
以下将配合相关附图来说明本发明的实施例。在附图中，相同的标号表示相同或类似的元件或方法流程。
图2为根据本公开文件一实施例的感测电路200简化后的功能方框图。感测电路200包含输出电路210、第一读取电路220和第一感测元件230。第一感测元件230用于依据感测结果输出第一感测电压讯号Vsen1。第一读取电路220用于决定将第一感测电压讯号Vsen1转换为对应的第一感测电流讯号Isen1的时机。输出电路210则用于将第一感测电流讯号Isen1放大并转换为输出电压讯号Vout进行输出。为使图面简洁而易于说明，感测电路200中的其他元件与连接关系并未示出于图2中。
实作上，第一感测元件230可以用锆钛酸铅(PZT)或是压电聚偏氟乙烯(PVDF)高分子聚合物等等压电材料来实现，也可以用光敏电阻或光电二极管等等光电元件来实现。
第一读取电路220包含第一感测晶体管222和第一电源开关224。第一感测晶体管222的第一端和第二端分别耦接于第一节点N1和第二节点N2，第一感测晶体管222的控制端则用于自第一感测元件230接收第一感测电压讯号Vsen1，其中第一感测晶体管222的第一端用于提供第一感测电流讯号Isen1至第一节点N1。第一电源开关224的第一端用于接收第一参考电压，第一电源开关的第二端耦接于第二节点N2，第一电源开关224的控制端则用于接收第一时钟讯号CLK1。
在本实施例中，第一参考电压可以是一预设高电压VDD，第一感测晶体管222可以用各种合适的N型晶体管来实现，第一电源开关224则可以用各种合适的P型晶体管来实现，但本实施例并不以此为限。
输出电路210包含重置开关212、电阻214和运算放大器216。重置开关212的第一端耦接于第一节点N1，该重置开关212的第二端耦接于讯号输出端Out，重置开关212的控制端则用于接收第二时钟讯号CLK2。电阻214耦接于第一节点N1和讯号输出端Out之间。运算放大器216的第一输入端(例如，正相输入端)用于接收第二参考电压，运算放大器216的第二输入端(例如，反相输入端)耦接于第一节点N1，运算放大器216的输出端耦接于讯号输出端OUT。
在本实施例中，第二参考电压可以是一预设低电压VSS，重置开关212则可以用各种合适的N型晶体管来实现，但本实施例并不以此为限。
换言之，在图2的实施例中，第一参考电压(例如，预设高电压VDD)大于第二参考电压(例如，预设低电压VSS)。
以下将搭配图3来进一步说明感测电路200的运行。图3为图2的感测电路200的电压波形示意图。在第一时段T1中，第一时钟讯号CLK1和第二时钟讯号CLK2皆为高电压电平，第一电源开关224会关断而重置开关212则会导通。因此，第一读取电路220不会输出第一感测电流讯号Isen1，且第一节点N1和讯号输出端Out会具有相同的电压电平。
值得一提的是，运算放大器216的第一输入端和第二输入端为虚短路(VirtualShort)而具有大致相同的电压电平，使得第一节点N1的第一节点电压Vn1大致等于第二参考电压(例如，预设低电压VSS)。因此，在第一时段T1中，输出电路210输出的输出电压讯号Vout会被重置为预设低电压VSS。
在第二时段T2中，第一时钟讯号CLK1和第二时钟讯号CLK2皆为低电压电平，第一电源开关224会导通而重置开关212则会关断。因此，第一参考电压(例如，预设高电压VDD)会被完整传递至第二节点N2，而第一感测晶体管222则会依据预设高电压VDD和第一感测电压讯号Vsen输出第一感测电流讯号Isen1至第一节点N1。若电阻214具有电阻值R，则输出电压讯号Vout的大小可由下列的《公式1》表示：
Vout＝VSS-Isen1×R 《公式1》
在第三阶段T3中，第一时钟讯号CLK1和第二时钟讯号CLK2皆为高电压电平，第一电源开关224再度关断而重置开关212则再度导通。因此，第一读取电路220会停止输出第一感测电流讯号Isen1，且输出电压讯号Vout再度被重置为预设低电压VSS。
由上述可知，当第一电源开关224处于导通状态时，重置开关212会处于关断状态，当第一电源开关224处于关断状态时，重置开关212会处于导通状态。因此，当第一电源开关224导通时，输出电路210会依据第一感测电流讯号Isen1产生输出电压讯号Vout，而当第一电源开关224关断时，输出电压讯号Vout会等于第二参考电压(例如，预设低电压VSS)。
图4为依据本公开文件另一实施例的感测电路400简化后的功能方框图。感测电路400相似于感测电路200，差异在于感测电路400包含第一读取电路420而不是第一读取电路220。第一读取电路420包含第一感测晶体管422和第一电源开关424。第一感测晶体管422的第一端和第二端分别耦接于第一节点N1和第二节点N2，第一感测晶体管422的控制端则用于自第一感测元件230接收第一感测电压讯号Vsen1，其中第一感测晶体管422的第二端用于提供第一感测电流讯号Isen1至第二节点N2。第一电源开关424的第一端用于接收第一参考电压，第一电源开关的第二端耦接于第二节点N2，第一电源开关224的控制端则用于接收第一时钟讯号CLK1。
在本实施例中，第一参考电压可以是一预设低电压VSS，第一感测晶体管422可以用各种合适的P型晶体管来实现，第一电源开关424则可以用各种合适的N型晶体管来实现，但本实施例并不以此为限。
另外，感测电路400的运算放大器216的第一输入端(例如，正相输入端)所接收的第二参考电压，可以是一预设高电压VDD。而重置开关212则可以用各种合适的N型晶体管来实现，但本实施例并不以此为限。
换言之，在图4的实施例中，第一参考电压小于第二参考电压。
以下将搭配图5来进一步说明感测电路400的运行。图5为图4的感测电路400的电压波形示意图。在第一时段T1中，第一时钟讯号CLK1为高电压电平，第二时钟讯号CLK2为低电压电平，使得第一电源开关424导通且重置开关212关断。
此时，由于运算放大器216的第一输入端和第二输入端为虚短路，第一节点N1近似于第二参考电压(例如，预设高电压VDD)。第一参考电压(例如，预设低电压VSS)则会被完整传递至第二节点N2。因此，第一感测晶体管422会产生第一感测电流讯号Isen1，且第一感测电流讯号Isen1会以第一节点N1至第二节点N2的方向传递。若电阻214具有电阻值R，则输出电压讯号Vout的大小可由下列的《公式2》表示：
Vout＝VDD+Isen1×R 《公式2》
在第二阶段T2中，第一时钟讯号CLK1为低电压电平，第二时钟讯号CLK2为高电压电平，使得第一电源开关424关断且重置开关212导通。因此，第一读取电路420会停止输出第一感测电流讯号Isen1，且输出电压讯号Vout会被重置为第二参考电压(例如，预设高电压VDD)。
在第三阶段T3中，第一时钟讯号CLK1为高电压电平，第二时钟讯号CLK2为低电压电平，使得第一电源开关424再度导通，而重置开关212再度关断。因此，第一读取电路420会再度输出第一感测电流讯号Isen1，使得输出电压讯号Vout具有如上述《公式2》所示的大小。
感测电路400中许多功能方块的运行方式以及优点，相似于感测电路200，为简洁起见，在此不重复赘述。
图6为依据本公开文件再一实施例的感测电路600简化后的功能方框图。感测电路600相似于感测电路200，差异在于感测电路600除了包含第一读取电路220，另包含第二读取电路620和第二感测元件630。
第二读取电路620包含第二感测晶体管622和第二电源开关624。第二感测元件630用于依据感测结果输出第二感测电压讯号Vsen2。第二感测晶体管622的第一端和第二端分别耦接于第一节点N1和第三节点N3，第二感测晶体管622的控制端用于接收第二感测电压讯号Vsen2。第二感测晶体管622还用于依据第二感测电压讯号Vsen2产生第二感测电流讯号Isen2。第二电源开关624的第一端用于接收第一参考电压(例如，预设高电压VDD)，第二电源开关624的第二端耦接于第三节点N3，第二电源开关624的控制端用于接收第三时钟讯号CLK3。
在本实施例中，第一参考电压可以是一预设高电压VDD，第二参考电压可以是一预设低电压VSS。第二感测晶体管622可以用各种合适的N型晶体管来实现，第二电源开关624则可以用各种合适的P型晶体管来实现，但本实施例并不以此为限。亦即，第二读取电路620的连接关系和运行方式，相似于第一读取电路220，为简洁起见，在此不重复赘述。
以下将搭配图7来进一步说明感测电路600的运行。图7为图6的感测电路600的电压波形示意图。在第一时段T1中，第一时钟讯号CLK1、第二时钟讯号CLK2和第三时钟讯号CLK3为高电压电平，使得第一电源开关224和第二电源开关624关断，且重置开关212导通。因此，输出电压讯号Vout会被重置为第二参考电压(例如，预设低电压VSS)。
在第二时段T2中，第一时钟讯号CLK1和第二时钟讯号CLK2为低电压电平，第三时钟讯号CLK3为高电压电平，使得第一电源开关224导通，且第二电源开关624和重置开关212关断。此时，第一读取电路220会输出第一感测电流讯号Isen1至第一节点N1，第二读取电路620则不输出第二感测电流讯号Isen2。因此，若电阻214具有电阻值R，输出电压讯号Vout会具有如上述《公式1》所示的大小。
感测电路600于第三时段T3中的运行相似于第一时段T1，为简洁起见，在此不重复赘述。亦即，在第三时段T3中，输出电压讯号Vout会再度被重置为第二参考电压(例如，预设低电压VSS)。
在第四时段T4中，第一时钟讯号CLK1为高电压电平，第三时钟讯号CLK3和第二时钟讯号CLK2为低电压电平，使得第一电源开关224和重置开关212关断。此时，第二读取电路620会输出第二感测电流讯号Isen2至第一节点N1，第一读取电路220则不输出第一感测电流讯号Isen1。因此，输出电压讯号Vout可以用下列《公式3》表示：
Vout＝VSS-Isen2×R 《公式3》
感测电路600于第五时段T5中的运行相似于第一时段T1，为简洁起见，在此不重复赘述。亦即，在第五时段T5中，输出电压讯号Vout会再度被重置为第二参考电压(例如，预设低电压VSS)。
由上述可知，当第一电源开关224或第二电源开关624处于导通状态时，该重置开关212处于关断状态。当第一电源开关224或第二电源开关624处于关断状态时，该重置开关212处于导通状态。并且，第一读取电路220和第二读取电路620会分别且按序产生第一感测电流讯号Isen1和第二感测电流讯号Isen2。
因此，当输出电路210通过第一节点N1接收到第一感测电流讯号Isen1或第二感测电流讯号Isen2时，输出电路210会依据第一感测电流讯号Isen1或第二感测电流讯号Isen2产生输出电压讯号Vout。当输出电路210没有接收到第一感测电流讯号Isen1和第二感测电流讯号Isen2时，输出电路210会将输出电压讯号Vout重置为第二参考电压。
在某些实施例中，感测电路600包含第一读取电路420而不是第一读取电路220，且第二读取电路620相似于第一读取电路420。在此情况下，感测电路600包含第一感测晶体管422、第二感测晶体管622、第一电源开关424和第二电源开关624，其中第一感测晶体管422和第二感测晶体管622可以用各种合适的P型晶体管来实现，且第一电源开关424和第二电源开关624可以用各种合适的N型晶体管来实现。
在另外一些实施例中，感测电路600可包含两个以上的读取电路，且所有的读取电路按序输出感测电流讯号至第一节点N1。当输出电路210通过第一节点N1接收到感测电流讯号时，输出电路210会依据感测电流讯号产生输出电压讯号Vout。当输出电路210没有接收到感测电流讯号时，输出电路210会将输出电压讯号Vout重置为第二参考电压。
由上述可知，于感测电路200、400和600中，第一电源开关224和424以及第二电源开关624的接通电阻，皆不会影响第一感测电流讯号Isen1或第二感测电流讯号Isen2的大小。因此，感测电路200、400和600的输出电压讯号Vout可以真实反映感测结果，而不会有失真现象。
在说明书及权利要求中使用了某些词汇来指称特定的元件。然而，所属技术领域中技术人员应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。说明书及权利要求并不以名称的差异做为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来做为区分的基准。在说明书及权利要求所提及的“包含”为开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。另外，“耦接”在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件耦接于第二元件，则代表第一元件可通过电性连接或无线传输、光学传输等讯号连接方式而直接地连接于第二元件，或者通过其他元件或连接手段间接地电性或讯号连接至该第二元件。
应理解的是，说明书及权利要求中使用的“电压讯号”用语，在实作上可以用电流的形式来实现，而“电流讯号”用语在实作上可以用电压的形式来实现。
另外，除非说明书中特别指明，否则任何单数格的用语都同时包含复数格的涵义。
以上仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (11)
1.一种感测电路，包含：
一第一感测元件，用于依据感测结果输出一第一感测电压讯号；
一第一感测晶体管，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中该第一感测晶体管的该第一端和该第二端分别耦接于一第一节点和一第二节点，该第一感测晶体管的一控制端用于接收该第一感测电压讯号，该第一感测晶体管用于依据该第一感测电压讯号产生一第一感测电流讯号；
一第一电源开关，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中该第一电源开关的该第一端用于接收一第一参考电压，该第一电源开关的该第二端耦接于该第二节点，该第一电源开关的该控制端用于接收一第一时钟讯号；
一输出电路，耦接于该第一节点和一讯号输出端，用于接收一第二参考电压以及自该第一节点接收该第一感测电流讯号，并用于输出一输出电压讯号至该讯号输出端；
其中，当该第一电源开关处于导通状态时，该输出电路依据该第一感测电流讯号输出该输出电压讯号，
当该第一电源开关处于关断状态时，该输出电压讯号等于该第二参考电压。
2.如权利要求1所述的感测电路，其中，该第一节点的一第一节点电压与该第二参考电压大致相等。
3.如权利要求1所述的感测电路，其中，该输出电路包含：
一重置开关，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中该重置开关的该第一端耦接于该第一节点，该重置开关的该第二端耦接于该讯号输出端，该重置开关的该控制端用于接收一第二时钟讯号；
一电阻，耦接于该第一节点和该讯号输出端之间；以及
一运算放大器，包含：
一第一输入端，用于接收该第二参考电压；
一第二输入端，耦接于该第一节点；以及
一输出端，耦接于该讯号输出端；
其中，当该第一电源开关处于导通状态时，该重置开关处于关断状态，当该第一电源开关处于关断状态时，该重置开关处于导通状态。
4.如权利要求3所述的感测电路，其中，该第一感测晶体管为N型晶体管，该第一电源开关为P型晶体管，该重置开关为N型晶体管。
5.如权利要求4所述的感测电路，其中，该第一参考电压大于该第二参考电压。
6.如权利要求3所述的感测电路，其中，该第一感测晶体管为P型晶体管，该第一电源开关为N型晶体管，该重置开关为N型晶体管。
7.如权利要求6所述的感测电路，其中，该第一参考电压小于该第二参考电压。
8.如权利要求3所述的感测电路，另包含：
一第二感测元件，用于依据感测结果输出一第二感测电压讯号；
一第二感测晶体管，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中该第二感测晶体管的该第一端和该第二端分别耦接于该第一节点和一第三节点，该第二感测晶体管的该控制端用于接收该第二感测电压讯号，该第二感测晶体管用于依据该第二感测电压讯号产生一第二感测电流讯号；以及
一第二电源开关，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中该第二电源开关的该第一端用于接收该第一参考电压，该第二电源开关的该第二端耦接于该第三节点，该第二电源开关的该控制端用于接收一第三时钟讯号。
9.如权利要求8所述的感测电路，其中，当该第一电源开关或该第二电源开关处于导通状态时，该重置开关处于关断状态，当该第一电源开关或该第二电源开关处于关断状态时，该重置开关处于导通状态。
10.如权利要求8所述的感测电路，其中，该第一感测晶体管和该第二感测晶体管为N型晶体管，该第一电源开关和该第二电源开关为P型晶体管，该重置开关为N型晶体管。
11.如权利要求8所述的感测电路，其中，该第一感测晶体管和该第二感测晶体管为P型晶体管，该第一电源开关和该第二电源开关为N型晶体管，该重置开关为N型晶体管。
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