CN111148975A - 传感器装置和用于传感器测量的方法 - Google Patents

Abstract

一种传感器装置，包括：具有积分器输入(14)的积分器(13)、耦合到积分器输入(14)的传感器(11)、耦合到积分器输入(14)的平衡电流发生器(20)和耦合到积分器输入(14)的补偿电流发生器(21)。

Description

传感器装置和用于传感器测量的方法

本公开涉及电子领域，并且主要涉及传感器装置和用于传感器测量的方法。

传感器装置通常包括传感器，该传感器提供例如电压或电流形式的传感器信号。传感器信号可以提供给放大器、积分器或另一个电路以用于信号评估。然而，高阻抗传感器输入级可能遭受连接到输入级的输入的部件的泄漏。在一些情况下，泄漏电流的主要成分可能是系统的。

目的是提供一种具有减少的泄漏电流影响的传感器装置和用于传感器测量的方法。

该目的通过独立权利要求的传感器装置和用于传感器测量的方法来解决。在从属权利要求中定义了另外的实施例和发展。

除非另有说明，否则上述定义也适用于以下描述。

在实施例中，传感器装置包括具有积分器输入的积分器、耦合到积分器输入的传感器、耦合到积分器输入的平衡电流发生器和耦合到积分器输入的补偿电流发生器。

有利地，平衡电流发生器被配置为用于平衡由传感器提供的传感器信号，而补偿电流发生器被配置用于补偿泄漏电流。例如，泄漏电流可以来自积分器。传感器装置可以执行系统泄漏部件的补偿方法。

在实施例中，传感器向积分器输入提供传感器电流。因此，传感器被实现为以传感器电流的形式提供传感器信号的传感器元件、电路或设备。传感器电流可以具有DC电流、AC电流或电荷包的形式。例如，传感器可以被实现为光电二极管。

在替代实施例中，传感器包括提供传感器电压的传感器元件。传感器可以附加地包括开关电容器电路或电压-电流转换器，使得传感器电压以传感器电流的形式转换成传感器信号。同样在此示例中，传感器向积分器输入提供传感器电流。

在替代实施例中，传感器包括被实施为电容式传感器元件的传感器元件。此外，传感器包括连接到电容式传感器元件的开关电容器电路。开关电容器电路以可能包含电荷包的传感器电流的形式提供传感器信号。

在实施例中，在运行阶段期间，平衡电流发生器向积分器输入提供平衡电流，并且补偿电流发生器向积分器输入提供补偿电流。因此，平衡电流发生器和补偿电流发生器两者都在运行阶段期间运行。

在实施例中，平衡电流发生器被实现为开关电容器电路。

在实施例中，平衡电流发生器被配置为在运行阶段期间向积分器输入提供平衡电流。

在实施例中，补偿电流发生器被实现为开关电容器电路。

在实施例中，补偿电流发生器被配置为在运行阶段期间向积分器输入提供补偿电流。

在实施例中，传感器装置包括复制电流。补偿电流的值由复制电路确定。复制电路耦合到补偿电流发生器的输入侧。

在实施例中，平衡电流发生器被实现为开关电容器电路，缩写为SC电路。平衡电流发生器以至少一个平衡电荷包的形式向积分器输入提供平衡电流。

在实施例中，补偿电流发生器被实现为SC电路。补偿电流发生器以至少一个补偿电荷包的形式向积分器输入提供补偿电流。

在实施例中，在运行阶段期间，平衡电荷包可以大于补偿电荷包。平衡电荷包中的每一个可以大于补偿电荷包中的每一个。

在实施例中，传感器装置包括比较器，该比较器具有耦合到积分器的积分器输出的第一输入以及第二输入，其中比较器参考电压被提供至所述第二输入。

在实施例中，传感器装置包括控制电路，该控制电路耦合到比较器的输出和平衡电流发生器的控制输入，使得平衡电流发生器根据由比较器产生的比较器信号来运行。平衡电流可以取决于比较器信号。例如，平衡电流发生器可以根据比较器信号来提供至少一个平衡电荷包中的平衡电荷包。比较器信号的脉冲可以触发下一个平衡电荷包。

在实施例中，传感器装置包括复制电路。复制电路包括：具有复制积分器输入的复制积分器、耦合到复制积分器输入的复制电流发生器、以及复制比较器。复制比较器包括：耦合到复制积分器的输出的第一输入；第二输入，其中复制参考电压被提供至所述第二输入；以及输出，其耦合到补偿电流发生器的控制输入和复制电流发生器的控制输入。

在实施例中，复制电流发生器向复制积分器输入提供复制补偿电流。复制电流发生器可以以至少一个复制电荷包的形式产生复制补偿电流。

在实施例中，传感器装置包括时钟发生器，该时钟发生器耦合到复制比较器的输出、补偿电流发生器的控制输入、以及复制电流发生器的控制输入，使得补偿电流发生器和复制电流发生器根据由时钟发生器产生的补偿控制信号来运行，从而随着复制比较器的复制比较器信号的变化而变化。补偿电流和复制补偿电流可以取决于复制比较器信号。例如，根据补偿控制信号，补偿电流发生器提供至少一个补偿电荷包的补偿电荷包，并且复制电流发生器提供至少一个复制电荷包的复制电荷包，从而随着复制比较器信号的变化而变。复制比较器信号的脉冲可以触发下一个补偿电荷包和下一个复制电荷包。

在实施例中，补偿电流的值与复制补偿电流的值可以相等或其差值可以小于更大电流的10％。补偿电荷包的值与复制电荷包的值可以相等或其差值可以小于更大电荷包的10％。补偿电流的平均值与复制补偿电流的平均值可以相等或其差值可以小于更大电流的10％。

在实施例中，积分器包括具有放大器输入和放大器输出的放大器。此外，积分器包括将放大器输入耦合到放大器输出的积分电容器。

在实施例中，平衡电流发生器包括：平衡电容器、将平衡电容器的第一电极耦合到参考电压源的第一开关、将平衡电容器的第一电极耦合到参考电位端子的第二开关、将平衡电容器的第二电极耦合到参考电位端子的第三开关、以及将平衡电容器的第二电极耦合到积分器输入的第四开关。

在实施例中，补偿电流发生器包括：补偿电容器、将补偿电容器的第一电极耦合到补偿电压源的第一开关、将补偿电容器的第一电极耦合到参考电位端子的第二开关、将补偿电容器的第二电极耦合到参考电位端子的第三开关、以及将补偿电容器的第二电极耦合到积分器输入的第四开关。

在实施例中，平衡电容器的电容值可以大于补偿电容器的电容值。

在实施例中，一种用于传感器测量的方法包括：向积分器的积分器输入提供传感器电流；向积分器输入提供平衡电流；向积分器输入提供补偿电流；以及由积分器对传感器电流、平衡电流和补偿电流之和进行积分。

在实施例中，可能的泄漏电流也在积分器输入处被积分。补偿电流被配置用于补偿泄漏电流。

用于传感器测量的方法可以例如通过根据以上定义的实施例之一的传感器装置来实施。

用于传感器测量的方法可以在积分器输入上实施系统泄漏补偿方法。因此，在一些情况下，来自运算放大器输入的泄漏(例如栅极泄漏)是限漏分量，并通过补偿电流进行补偿。

有利地，无需额外测量(例如，用于光传感器的暗测量)并且无需数字后处理或软件减法就能完成对该泄漏部件的补偿。这避免了2·1/2LSB的量化误差(LSB是最低有效位)，因为只有一个测量而不是具有相同分辨率的两个独立测量。

本公开描述了一种用于减少泄漏影响的模拟硬件解决方案。泄漏补偿是通过单独的SC级完成的。此SC级可以具有一个小很多的LSB，以适合待补偿的泄漏电流。不需要额外的测量周期来提取泄漏值，该泄漏值通常非常依赖于温度。不需要数字后处理或软件交互以获得正确的传感器测量结果。由于补偿是在传感器测量的同时完成的，因此温度随时间的漂移将不会影响补偿。

在实施例中，传感器装置允许连续运行，因为其不会被暗测量周期中断。测量与参考测量或暗测量之间的时移没有不利条件，这对于长测量周期很重要。由于泄漏补偿LSB非常小，所以传感器装置的量化误差更小。

实施例的附图的以下描述可以进一步说明和解释传感器装置和用于传感器测量的方法的各个方面。具有相同结构和相同效果的设备和电路部分分别用相同的附图标记显示。只要设备或者电路部分在不同附图中就其功能而言彼此对应，则对于以下附图中的每一个不再重复对所述设备或者电路部分的描述。

图1示出传感器装置的示例，以及

图2示出包括多于一个传感器的传感器装置的另外的示例。

图1示出包括传感器11的传感器装置10的示例。传感器11可以被制造为光电二极管12。另外，传感器装置10包括具有积分器输入14的积分器13。光电二极管12将积分器输入14耦合到参考电位端子16。积分器13包括放大器15。放大器15的第一输入连接到积分器输入14。放大器15的第二输入连接到参考电位端子16。放大器15的第二输入连接到积分器13的另外的输入。积分器13的另外的输入连接到参考电位端子16。放大器15的输出经由积分器13的积分电容器18耦合到放大器15的第一输入。放大器15的输出连接到积分器13的积分器输出17。放大器15的第一输入可以被实现为反相输入，并且放大器15的第二输入可以被实现为非反相输入。放大器15可以被实现为跨导放大器。可替代地，放大器15被制造为运算放大器。

另外，传感器装置10包括平衡电流发生器20，该平衡电流发生器在其输出侧耦合或连接到积分器输入14。平衡电流发生器20被实现为开关电容器电路，缩写为SC电路。平衡电流发生器20包括：平衡电容器22；将平衡电容器22的第一电极耦合到参考电压源24的第一开关23；将平衡电容器22的第一电极耦合到参考电位端子16的第二开关25；将平衡电容器22的第二电极耦合到参考电位端子16的第三开关26；将平衡电容器22的第二电极耦合到积分器输入14的第四开关27。

此外，传感器装置10包括补偿电流发生器21，该补偿电流发生器在其输出侧耦合或连接到积分器输入14。补偿电流发生器21被实施为SC电路。放大器15的输出以及因此地积分器13的积分器输出17耦合到传感器装置10的比较器28的输入。比较器28的输出耦合到传感器装置10的控制电路29的输入。控制电路29包括计数器39和时钟形式发生器。比较器28的输出耦合到计数器39的输入以及用于平衡电流发生器20的时钟形式发生器。积分器13、比较器28和平衡电流发生器20的串联连接可以被称为量化器。

另外，传感器装置10包括复制电路30。复制电路30包括复制积分器31和复制电流发生器32。复制积分器31被实施为例如积分器13。复制积分器31的实现可以与集成器13的实现相同。复制积分器31包括复制积分器输入33。复制电流发生器32的输出耦合到复制积分器输入33。复制电流发生器32以与补偿电流发生器21相同的方式制造。

此外，复制积分器31包括复制放大器34，该复制放大器具有连接到复制积分器输入33的第一输入。复制放大器34的第二输入连接到参考电位端子16。复制放大器34的输出经由复制积分电容器36耦合到复制放大器34的第一输入。复制放大器34的输出连接到复制积分器31的复制积分器输出35。复制放大器34的第一输入被实现为反相输入，并且复制放大器34的第二输入被实现为非反相输入。

此外，复制电路30包括复制比较器37，该复制比较器具有连接到复制积分器输出35的输入。复制比较器电压源38连接到复制比较器37的第二输入。传感器装置10包括时钟发生器40，该时钟发生器在其输入侧连接到复制比较器37的输出。时钟发生器40在其输出侧连接到补偿电流发生器21的输入侧和复制电流发生器32的输入侧。时钟发生器40能够被实现为时钟形式发生器。另外，复制电路30包括复制平衡电路41，该复制平衡电路在其输出侧连接到复制积分器输入33。

复制电路30可以包括复制传感器42，该复制传感器在其输出侧耦合到复制积分器输入33。复制传感器42可以包括复制光电二极管43。遮蔽件44可以覆盖复制光电二极管43，使得光不被复制光电二极管43吸收。遮蔽件44可以被实现为半导体主体的金属膜。半导体主体包括传感器装置10。复制传感器42的遮光件44可以由复制光电二极管43顶部上的金属层实现。因此，复制光电二极管43在芯片上被遮蔽。复制光电二极管43将复制积分器输入33耦合到参考电位端子16。复制光电二极管43可以被实现为遮蔽复制光电二极管。

补偿电流发生器21包括：补偿电容器45；将补偿电容器45的第一电极耦合到补偿电压源47的第一开关46；将补偿电容器45的第一电极耦合到参考电位端子16的第二开关48；将补偿电容器45的第二电极耦合到参考电位端子16的第三开关49；以及将补偿电容器45的第二电极耦合到积分器输入14的第四开关50。

相应地，复制电流发生器32包括：复制电容器51；将复制电容器51的第一电极耦合到补偿电压源47的第一开关52；将复制电容器51的第一电极耦合到参考电位端子16的第二开关53；将复制电容器51的第二电极耦合到参考电位端子16的第三开关54；以及将复制电容器51的第二电极耦合到复制积分器输入33的第四开关55。

复制平衡电路41包括：耦合到复制积分器输入33的复制开关56和将复制开关56耦合到参考电位端子16的另外的复制开关57。复制通道的复制开关56永久关闭。包括复制开关56以使得由复制通道内所包括的该开关产生泄漏电流。

传感器11向积分器输入14提供传感器电流IS。此外，平衡电路20向积分器输入14提供平衡电流IREF。平衡电流IREF可以具有平衡电荷包或脉冲的形式。另外，补偿电流发生器21产生补偿电流ICO至积分器输入14。补偿电流ICO可以具有补偿电荷包或脉冲的形式。积分器13可以产生泄漏电流IL，该泄漏电流也可以提供给积分器输入14。泄漏电流IL可以流过放大器15的第一输入。积分器输入14处的电荷守恒产生以下公式：

Q＝∫(IS+IREF+ICO+IL)dt

其中，Q是存储在积分电容器18的电极处的电荷，IS是传感器电流的值，IREF是平衡电流的值，ICO是补偿电流的值，以及IL是泄漏电流的值。存储在积分电容器18处的电荷Q导致积分器13的输出电压VOUT。输出电压VOUT提供给比较器28。比较器28的比较器信号SC提供给控制电路29。

控制电路29产生控制信号PH1至PH4给平衡电流发生器20。如果在比较器28的第二输入处的输出电压VOUT高于比较器参考电压VC，则控制电路29控制平衡电流发生器20，使得平衡电流发生器20产生平衡电荷包或脉冲。因此，平衡电流IREF包括由比较器信号SC的脉冲触发的脉冲或平衡电荷包。与传感器电流IS相比，平衡电流IREF具有相反的符号。计数器39在预定积分时间期间对比较器信号SC的脉冲进行计数。计数器39的输出信号SO随着由传感器11测得的参数的变化而变化，例如，随着由光电二极管12接收的光的变化而变化。计数器39的输出信号SO提供测量的结果。输出信号SO是传感器电流IS的数字化值。

在运行阶段期间，将传感器电流IS连续地、或几乎连续地提供给积分器输入14。在平衡电流IREF的脉冲或平衡电荷包下，输出电压VOUT降低并且降至比较器参考电压VC以下。

补偿电流发生器21可以独立于由平衡电流发生器20产生的平衡电流IREF来产生补偿电流ICO。补偿电流ICO的值与泄漏电流IL相等。由于补偿电流ICO具有脉冲或补偿电荷包的形式，所以补偿电流ICO的平均值等于泄漏电流IL。

补偿电流ICO的值由复制电路30确定。复制电流发生器32产生复制补偿电流ICU，将该复制补偿电流提供给复制积分器输入33。复制补偿电流ICU可以以至少一个复制电荷包的形式来提供。此外，将复制泄漏电流ILR提供给复制积分器输入33。复制泄漏电流ILR可以由复制积分器31和复制平衡电路41产生。另外，复制传感器42可以产生复制传感器泄漏电流ISR，该复制传感器泄漏电流流向复制积分器输入33。复制传感器泄漏电流ISR可以是泄漏电流。

补偿电压源47产生补偿参考电压VRC。补偿参考电压VRC施加到补偿电流发生器21和复制电流发生器32。补偿电容器45的电容值和复制电容器51的电容值相等。因此，补偿电荷包和复制电荷包具有相等的电荷值。

由于在复制积分器输入33处的电荷转换，因此能够根据以下公式计算在复制积分电容器36处产生的电荷：

Q＝∫(ISR+ICU+ILR)dt

其中，Q是存储在复制积分电容器36中的电荷，ISR是由复制传感器42提供的复制传感器泄漏电流的值，ICU是复制补偿电流的值，以及ILR是复制泄漏电流的值。

能够假设复制泄漏电流ILR等于或近似等于泄漏电流IL。复制积分器31产生提供给复制比较器37的复制输出电压VOR。复制比较器37根据复制输出电压VOR与复制电压源38提供的复制参考电压VRR的比较来生成复制比较器信号SRC。如果复制输出电压VOR高于复制参考电压VRR，则复制比较器37产生复制比较器信号SRC，其值使得时钟发生器40触发补偿电流ICO中的补偿电荷包或脉冲，并且触发复制补偿电流ICU中的复制电荷包或脉冲。

复制补偿电流ICU补偿复制泄漏电流ILR和复制传感器泄漏电流ISR。由于复制电路30的电路部分与传感器装置10中用于积分传感器电流IS的电路部分相同，因此泄漏电流ILR和IL可以相等或近似相等，使得补偿电流ICO能够补偿泄漏电流IL和提供给积分器输入14的传感器11的可能的泄漏电流。复制参考电压VRR可以等于、或小于、或大于比较器参考电压VC。

因此，在运行期间，对泄漏电流IL进行连续补偿。在温度变化导致泄漏电流IL变化的情况下，该变化被复制电路30检测到并且导致补偿电流ICO的变化。因此，大大降低了温度对积分器13的输出电压VOUT的影响。

平衡电流发生器20使用以下步骤产生平衡电流IREF：在第一相位中，平衡电容器22通过同时激活第一控制信号PH1和第三控制信号PH3而被充电至参考电压VREF，或者通过同时激活第二控制信号PH2和第三控制信号PH3而被放电。参考电压VREF由参考电压源24提供。

在第二相位中，平衡电容器22通过同时激活第二控制信号PH2和第四控制信号PH4、或者通过同时激活第一控制信号PH1和第四控制信号PH4将电荷转移到积分器输入14。所描述的两种模式或相位定义了转移到积分器13的电荷的极性。

第一控制信号PH1的激活意味着将第一开关22设置为导通状态。相应地，第二控制信号PH2至第四控制信号PH4的激活意味着将第二开关25至第四开关27设置为导通状态。

在第一相位中，第一控制信号PH1将第一开关23设置为导通状态、且三控制信号PH3将第三开关26设置为导通状态，或者，第二控制信号PH2将第二开关25设置为导通状态、且第三控制信号PH3将第三开关26设置为导通状态。其他开关可以设置为非导通状态。因此，平衡电容器22被参考电压VREF充电或被放电。

在第二相位中，通过第二控制信号PH2将第二开关25设置为导通状态、且通过第四控制信号PH4将第四开关27设置为导通状态，或者，通过第一控制信号PH1将第一开关23设置为导通状态、且通过第四控制信号PH4将第四开关27设置为导通状态。其他开关可以设置为非导通状态。因此，在比较器输入14处与参考电位端子16或参考电压源24之间提供平衡电容器22处的电压。平衡电容器22向积分器输入14提供一个平衡电荷包。

在紧随第二相位的另外的第一相位中，如第一相位那样设置开关23、25、26、27。等于第二相位的另外的第二相位紧随另外的第一相位，依此类推。在示例中，第一控制信号PH1和第三控制信号PH3可以相等。同样，第二控制信号PH2和第四控制信号PH4也可以相等。补偿电流发生器31和复制电流发生器32以与平衡电流发生器20相似的方式运行以用于产生电荷包。

传感器装置10被实施为具有额外SC输入电流的量化器输入级，用于由复制电路30或复制级所控制的泄漏补偿。

在图1中，示出使用积分器级13作为核心元件的量化器输入的示例。此级13可以在来自具有电流输出的传感器11的直接输入下运行，或在来自具有电压输出的传感器11的开关电容器导出的输入电流下运行。可以存在来自由量化器输出比特流SC所控制的参考电压VREF的直接参考电流或开关电容器输入电流IREF来平衡到积分电容器18的传感器电流IS。

到积分电容器18的任何不期望的泄漏电流IL也通过补偿电流发生器21得到平衡，从而减少了量化器28、29、20、13的输出SC、SO中的误差。因为传感器接口对测量精度的提高越来越敏感，所以这种误差源的补偿是有利的。传感器装置10利用包括复制电路30的特殊电路装置来补偿不期望的泄漏电流。

传感器装置10将等于泄漏电流IL的补偿电流ICO与用于补偿的带有相反符号的电流相加。具有补偿参考电压VRC和开关补偿电容器45的SC级21将补偿电流ICO加到积分器输入14。这种单独的产生具有将D/A充电部分的大小调整为必须补偿的最大泄漏量的优点。另外的优点是补偿根本不影响主Δ-∑(delta-sigma)环路。用于泄漏电流补偿的比特流是从没有传感器输入电流并且没有量化器输入电流的积分器级13的复制积分器31导出的。作为用于系统泄漏注入到可被称为节点33的复制积分器输入33的候选的所有元件位于复制电路30内。

对于传感器能够被遮蔽的应用，遮蔽的传感器42也能够是复制电路30的一部分(例如，具有覆盖的传感器42的光学接口)。

传感器装置10利用积分器复制级31实现泄漏补偿装置。传感器装置10向积分器输入13提供系统泄漏的连续补偿。传感器装置10使用具有专门装配的LSB的SC补偿电路21，其中，LSB独立于主量化器28。传感器装置10在不需参考或暗测量和后处理情况下运行。传感器装置10使用SC补偿电路21，从而具有主量化器的范围不影响泄漏补偿的优点。

平衡电流发生器20被配置为提供平衡电流IREF，该平衡电流对应于模数转换、尤其是传感器电流IS到输出信号SO的模数转换的数字化结果的数字。补偿电流发生器21被配置为向积分器输入14提供补偿电流ICO。补偿电流ICO对应于在复制电路30中的流向复制电路30的积分器输入33的电流，特别是例如为了补偿泄漏电流和/或补偿其他不期望或干扰电流。

在可替代的实施例中，复制电路30没有复制传感器42。因此，电荷Q能够通过以下公式计算：

Q＝∫(ICU+IL)dt

在可替代的未示出的实施例中，可以在积分器13与比较器28之间至少布置另外的积分级或滤波器级。

图2示出传感器装置10的示例，该示例是图1中所示示例的进一步发展。传感器装置10包括连接到积分器输入14的求和节点60。传感器11经由求和节点60耦合到积分器输入14。另外，平衡电流发生器20经由求和节点60耦合到积分器输入14。平衡电流发生器20被实现为数模转换器。相应地，补偿电流发生器21经由求和节点60耦合到积分器输入14。补偿电流发生器21也被实现为数模转换器。具有积分器输入14的积分器13经由比较器28耦合到控制电路29。控制电路29包括触发器61，该触发器在其输入侧连接到比较器28的输出。触发器61的第二输入连接到时钟信号线62。触发器61的输出耦合到平衡电流发生器20的控制端子。

传感器11、平衡电流发生器20和补偿电流发生器21连接到求和节点60的输入。平衡电流发生器20和补偿电流发生器21可以连接到求和节点60的反相输入。传感器11可以连接到求和节点60的非反相输入。求和节点60可以被实现为加法混频器、模拟加法器电路、求和放大器、模拟减法器、差分放大器，或者被实现为通过例如图1所示的连接线的连接来实现的简单节点。

另外，传感器装置10包括连接到复制积分器输入33的复制求和节点65。复制传感器42经由复制求和节点65耦合到复制积分器输入33。例如，复制传感器42被实现为遮蔽的复制传感器。复制电流发生器32被实施为数模转换器。复制电流发生器32经由复制求和节点65耦合到复制积分器输入33。具有复制积分器输入33的复制积分器31经由复制比较器37耦合到时钟发生器40。时钟发生器40包括复制触发器66。时钟信号线62还连接到复制触发器66的另外的输入。复制触发器66的输出连接到复制电流发生器32的控制输入和补偿电流发生器21的控制输入。

复制传感器42和复制电流发生器32连接到复制求和节点65的输入。例如，复制传感器42被制造为遮蔽的复制传感器。复制电流发生器32可以连接到复制求和节点65的反相输入。复制传感器42可以连接到复制求和节点65的非反相输入。复制求和节点65可以被实现为加法混频器、模拟加法器电路、求和放大器、模拟减法器、差分放大器，或者被实现为通过例如图1所示的连接线的连接来实现的简单节点。

另外，传感器装置10包括第二传感器70、具有第二积分器输入72的第二积分器71、第二比较器73、第二平衡电流发生器74和第二补偿电流发生器75，它们如图1或图2所示的传感器11、积分器13、比较器28、平衡电流发生器20和补偿电流发生器21那样彼此连接。传感器装置10可以包括第二求和节点76，该第二求和节点布置为如图2所示的求和节点60。控制电路29包括以与触发器61相同的方式连接的第二触发器77。

另外，传感器装置10包括第三传感器80、具有第三积分器输入82的第三积分器81、第三比较器83、第三平衡电流发生器84和第三补偿电流发生器85，它们如图1或图2所示的传感器11、积分器13、比较器28、平衡电流发生器20和补偿电流发生器21那样彼此连接。传感器装置10可以包括第三求和节点86，该第三求和节点布置为如图2所示的求和节点60。另外的控制电路29'包括以与触发器61相同的方式连接的第三触发器87。另外的控制电路29'连接到控制电路29。

此外，传感器装置10包括第四传感器90、具有第四积分器输入92的第四积分器91、第四比较器93、第四平衡电流发生器94和第四补偿电流发生器95，它们如图1或图2所示的传感器11、积分器13、比较器28、平衡电流发生器20和补偿电流发生器21那样彼此连接。传感器装置10可以包括第四求和节点96，该第四求和节点布置为如图2所示的求和节点60。另外的控制电路29'包括以与触发器61相同的方式连接的第四触发器97。时钟发生器40连接到补偿电流发生器21的控制输入以及第二至第四补偿电流发生器75、85、95的控制输入。

传感器11以及第二至第四传感器70、80、90可以对电磁频谱的相同部分敏感，例如对紫外线辐射、可见光辐射或红外线辐射的相同部分敏感。例如，传感器11可以对红光敏感，第二传感器70可以对绿光敏感，并且第三传感器80可以对蓝光敏感。第四传感器90可以对每种光敏感。复制传感器42仅被用于泄漏补偿。通过不透光层遮蔽复制传感器42以免受环境光。

将时钟信号CLK提供给触发器61、66、77、87、97的第二输入。将触发器61以及第二至第四触发器77、87、97的输出信号提供给相应的平衡电流发生器20、74、84、94。然而，触发器61以及第二至第四触发器77、87、97的输出信号随着传感器11以及第二至第四传感器70、80、90的传感器电流IS的变化而变化。所述输出信号用于产生四个传感器11、70、80、90的测量结果。将复制触发器66的输出信号提供给复制电流发生器32、并且还提供给补偿电流发生器21以及第二至第四补偿电流发生器75、85、95。因此，一个复制电路30足以减小传感器11以及第二至第四传感器70、80、90的测量路径中的泄漏电流的影响。

在图2中，传感器装置10包括传感器阵列11、70、80、90，所述传感器阵列使用到特别的适应的由复制通道控制的D/A单元的单独的比特流而利用泄漏补偿进行真彩色感测。传感器装置10为红色光传感器11、绿色光传感器70、蓝色光传感器80和未过滤的光传感器90提供泄漏补偿比特流输出。

传感器装置10实现了具有四个主动通道的真彩色传感器装置。光学传感器装置10提供高分辨率，因为可能需要将光传感器11、70、80、90放置在显示器后面。显示器大大减少了到达传感器11、70、80、90的光。对于相同的分辨率，电子设备必须具有更大的增益。这种增加的增益也放大了误差信号。

现在，光传感器装置10具有用于真彩色和特殊感测的多个通道。在传感器11、70、80、90顶部的滤光器为每个通道限定了特殊的波长范围。传感器11、70、80、90的感应元件通常是二极管，例如光电二极管。对于每个通道，都有传感器二极管和量化器。为了消除系统泄漏电流，插入一个暗通道或复制电路30以提取泄漏。所有通道的系统泄漏能够通过来自该暗通道或复制电路30的比特流进行补偿。

在未示出的可替代的实施例中，传感器11和第二至第四传感器70、80、90可以对电磁频谱的相同部分敏感，例如对紫外线辐射、可见光辐射或红外线辐射的相同部分敏感。

尽管图1中的传感器装置10的传感器11、70、80、90的数量正好为一个，但是图2中的传感器装置10的传感器11、70、80、90的数量正好为四个。在未示出的可替代的实施例中，传感器装置10的传感器11、70、80、90的数量可以正好为两个、三个或四个以上。例如，传感器装置10的传感器11、70、80、90的数量可以是至少一个、或至少两个、或至少三个、或至少四个。由于遮蔽件44，复制传感器42未计入所述数量。

附图标记

10 传感器装置

11 传感器

12 光电二极管

13 积分器

14 积分器输入

15 放大器

16 参考电位端子

17 积分器输出

18 积分电容器

20 平衡电流发生器

21 补偿电流发生器

22 平衡电容器

23 第一开关

24 参考电压源

25 第二开关

26 第三开关

27 第四开关

28 比较器

29、29' 控制电路

30 复制电路

31 复制积分器

32 复制电流发生器

33 复制积分器输入

34 复制放大器

35 复制积分器输出

36 复制积分电容器

37 复制比较器

38 复制电压源

39 计数器

40 时钟发生器

41 复制平衡电路

42 复制传感器

43 复制光电二极管

44 遮蔽件

45 补偿电容器

46 第一开关

47 补偿电压源

48 第二开关

49 第三开关

50 第四开关

51 复制电容器

52 第一开关

53 第二开关

54 第三开关

55 第四开关

56 复制开关

57 另外的复制开关

60 求和节点

61 触发器

62 时钟信号线

65 复制求和节点

66 复制触发器

70、80、90 传感器

71、81、91 积分器

72、82、92 积分器输入

73、83、93 比较器

74、84、94 平衡电流发生器

75、85、94 补偿电流发生器

76、86、96 求和节点

77、87、97 触发器

CLK 时钟信号

ICO 补偿电流

ICU 复制补偿电流

IL 泄漏电流

ILR 复制泄漏电流

IREF 平衡电流

IS 传感器电流

ISR 复制传感器泄漏电流

PH1至PH4 控制信号

PH1C至PH4C 补偿控制信号

SC 比较器信号

SO 输出信号

SRC 复制比较器信号

VC 比较器参考电压

VOR 复制输出电压

VOUT 输出电压

VRC 补偿参考电压

VREF 参考电压

VRR 复制参考电压

Claims (13)

1.一种传感器装置，包括：

-积分器(13)，其具有积分器输入(14)，

-传感器(11)，其耦合到积分器输入(14)，

-平衡电流发生器(20)，其耦合到积分器输入(14)，以及

-补偿电流发生器(21)，其耦合到积分器输入(14)。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，

其中，所述传感器(11)被配置为向积分器输入(14)提供传感器电流(IS)。

3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，

其中，在运行阶段期间，所述平衡电流发生器(20)被配置为向积分器输入(14)提供平衡电流(IREF)，并且补偿电流发生器(21)被配置为向积分器输入(14)提供补偿电流(ICO)，

其中，所述平衡电流发生器(20)被实现为开关电容器电路，并且补偿电流发生器(21)被实现为开关电容器电路，以及

其中，所述补偿电流(ICO)的值由复制电路(30)确定。

4.根据权利要求3所述的传感器装置，

其中，所述平衡电流发生器(20)被配置为在运行阶段期间，以至少一个平衡电荷包的形式向积分器输入(14)提供平衡电流(IREF)。

5.根据权利要求3或4所述的传感器装置，

其中，所述补偿电流发生器(21)被配置为在运行阶段期间，以至少一个补偿电荷包的形式向积分器输入(14)提供补偿电流(ICO)。

6.根据权利要求1至5之一所述的传感器装置，

其包括：

-比较器(28)，其具有耦合到积分器(13)的积分器输出(17)的第一输入、以及第二输入，其中比较器参考电压(VC)被提供至所述第二输入，以及

-控制电路(29)，其耦合到比较器(28)的输出和平衡电流发生器(20)的控制输入，使得平衡电流发生器(20)根据由比较器(28)产生的比较器信号(SC)来运行。

7.根据权利要求1至6之一所述的传感器装置，

其包括复制电路(30)，所述复制电路包括：

-复制积分器(31)，其具有复制积分器输入(33)，

-复制电流发生器(32)，其耦合到复制积分器输入(33)，以及

-复制比较器(37)，其具有：第一输入，其耦合到复制积分器(31)的复制积分器输出(35)；第二输入，其中复制参考电压(VRR)被提供至所述第二输入；以及输出，其耦合到补偿电流发生器(21)的控制输入和复制电流发生器(32)的控制输入。

8.根据权利要求7所述的传感器装置，

其包括时钟发生器(40)，所述时钟发生器耦合到复制比较器(37)的输出、补偿电流发生器(20)的控制输入、以及复制电流发生器(32)的控制输入，使得补偿电流发生器(20)和复制电流发生器(32)两者被配置为根据由时钟发生器(40)所产生的补偿控制信号(PH1C至PH4C)来运行。

9.根据权利要求7或8所述的传感器装置，

其中，由补偿电流发生器(21)提供的补偿电流(ICO)的值与由复制电流发生器(32)提供的复制补偿电流(ICU)的值的差小于10％。

10.根据权利要求1至9之一所述的传感器装置，

其中，所述平衡电流发生器(20)包括：

-平衡电容器(22)，

-第一开关(23)，其将平衡电容器(22)的第一电极耦合到参考电压源(24)，

-第二开关(25)，其将平衡电容器(22)的第一电极耦合到参考电位端子(16)，

-第三开关(26)，其将平衡电容器(22)的第二电极耦合到参考电位端子(16)，并且

-第四开关(27)，其将平衡电容器(22)的第二电极耦合到积分器输入(14)。

11.根据权利要求1至10之一所述的传感器装置，

其中，所述补偿电流发生器(21)包括：

-补偿电容器(45)，

-第一开关(46)，其将补偿电容器(45)的第一电极耦合到补偿电压源(47)，

-第二开关(48)，其将补偿电容器(45)的第一电极耦合到参考电位端子(16)，

-第三开关(49)，其将补偿电容器(45)的第二电极耦合到参考电位端子(16)，以及

-第四开关(50)，其将补偿电容器(45)的第二电极耦合到积分器输入(14)。

12.一种用于传感器测量的方法，包括：

-向积分器(13)的积分器输入(14)提供传感器电流(IS)，

-向积分器输入(14)提供平衡电流(IREF)，

-向积分器输入(14)提供补偿电流(ICO)，以及

-通过积分器(13)对传感器电流(IS)、平衡电流(IREF)和补偿电流(ICO)之和进行积分。

13.根据权利要求12所述的方法，

其中，在运行阶段期间，平衡电流发生器(20)向积分器输入(14)提供平衡电流(IREF)，并且补偿电流发生器(21)向积分器输入(14)提供补偿电流(ICO)，

其中，所述平衡电流发生器(20)被实现为开关电容器电路，并且补偿电流发生器(21)被实现为开关电容器电路，以及

其中，所述补偿电流(ICO)的值由复制电路(30)确定。

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