CN111819790A - 用于操作具有改进的偏移校正的光学传感器装置的方法以及光学传感器装置 - Google Patents
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Abstract
一种光学传感器装置包括光电二极管和转换器装置，所述转换器装置包括积分放大器(2)、比较器放大器(3)、积分电容器(CINTH)和比较器电容器(CCMP)。通过将积分器输出信号与高比较电压和低比较电压进行比较以重复调节偏移调整值，从而校正积分放大器的偏移(offset[11：0])。使用两个比较阈值产生抗噪性。
Description
技术领域
本公开涉及基于光电二极管的光传感器放大器中的偏移减小。特别地，本公开涉及一种包括光电二极管、转换器装置的光学传感器装置，该转换器装置包括积分放大器、比较器放大器以及积分电容器和比较器电容器。控制器操作转换器装置来执行偏移减小循环。本公开涉及一种用于操作这种传感器装置的方法以及一种在该方法中使用的传感器装置。
背景技术
光到数字(LDC)转换器被广泛应用于智能手机或计算机显示器等电子设备中，用以根据环境光条件来控制电子设备的操作。LDC转换器可以包括转换器装置，该转换器装置测量通过光电二极管的电流，以产生指示照射在光电二极管上的环境光量的值。LDC转换器内的积分放大器固有地具有偏移，必须对该偏移进行校正以实现光到数字转换的尽可能准确的结果。由于在重复的减小过程期间，偏移可以很小或者可以变的很小，因此校正过程可能会受到噪声的影响。
现有的偏移校正解决方案非常缓慢并且需要平均步骤来克服偏移感测电路中的噪声。例如，如图1所示，先前的解决方案使用了单个比较阈值VNOM、VCOMP。当偏移校正接近正确值时，比较器噪声的输入导致算法不能区分稍微高的值和稍微低的值，使得算法倾向于在两者之间频跳。
本公开的目的是提供一种用于操作诸如更精确运行的光到数字传感器的光学传感器装置的方法。
本公开的另一个目的是提供一种用于操作诸如以高精度快速运行的光到数字传感器的光学传感器装置的方法。
本公开的又一个目的是提供一种用于操作诸如光到数字传感器的光传感器装置的方法，以改进偏移校正过程。
本公开的又一个目的是提供一种诸如以高精度快速运行的光到数字传感器的光学传感器装置。
发明内容
通过一种用于操作光学传感器装置的方法来实现上述目的中的一个或更多个，其中，光学传感器装置包括：光电二极管；转换器装置，该转换器装置包括：积分放大器和比较器放大器，其中积分放大器具有偏移；耦合至积分放大器的输入的积分电容器；耦合至比较器放大器的输入的比较器电容器；偏移寄存器，该偏移寄存器响应于存储在其中的偏移调整值以控制积分放大器的偏移，该光电二极管与第一放大器的输入侧解耦；控制器，该控制器用于操作转换器装置；执行多个偏移减小循环的方法，每个循环包括以下步骤：将比较器放大器的输入设置为高比较电压和低比较电压中的一个比较电压；将积分器输出信号与比较器放大器处的比较电压中的一个进行比较；将比较器放大器的输入设置为高比较电压和低比较电压中的另一个；将积分器输出信号与比较器放大器处的比较电压中的另一个进行比较；并且响应于比较步骤中的一个步骤而调节偏移调整值。该过程能够实现两个阈值比较过程，以改进偏移减小过程的抗噪性。
根据实施例，在多个偏移减小循环中的每一个循环中将积分器输出信号与比较器放大器处的比较电压中的另外一个进行比较的步骤之后，将参考电压施加到积分放大器的输出，以执行积分放大器(2)的复位。因此，在每个决策步骤或循环中执行复位过程，这改进和加速了步骤之间的恢复时间。比较器放大器可以被设置用来采样参考电压，使得比较器放大器在偏移减小循环的结束处驱动积分器放大器的输出，以执行积分放大器的复位。比较器放大器可以在偏移调整值的调节的步骤之后驱动积分器放大器的输出。
根据实施例，计时器可以对执行偏移减小循环的时间进行计数。所计时的时间可以在后续偏移减小循环中增加该时间。因此，循环时间在开始时短并且在偏移减小过程结束时逐渐变长，使得用于偏移减小过程的总时间是缩短的。这不会降低精度，因为假定开始时的大偏差仅需要很少的时间来稳定，而结束时的小偏差则需要更多的时间。
根据实施例，偏移调整值可以通过变化值调节，该变化值在后续偏移减小循环中减小。因此，较小的变化值与较长的循环时间值相关联。在随后大量的偏移减小循环中的一个循环中，变化值可以逐渐地减小，以对偏移调整值进行更新。同时，随着偏移被校正到接近于零时会执行自适应计时，以为循环的执行提供更长的时间。
根据实施例，在保持用于更新偏移调整值的变化值的同时，可以连续执行至少两个偏移减小循环。在执行至少两个循环期间，变化值是相同的。这允许每个偏移调整值更新两个循环，使得在错误决策的情况下造成的误差(例如由于噪声)能够被恢复。这允许每位两步算法，以提供错误恢复。
上述提到的目的中的一个或更多个还通过在上述方法中使用的光学传感器装置来实现，该光学传感器装置包括：光电二极管；转换器装置，该转换器装置包括：积分放大器和比较器放大器，该积分放大器具有偏移；积分电容器，该积分电容器耦合至积分放大器的输入；比较器电容器，该比较器电容器耦合至比较器放大器的输入；偏移寄存器，该偏移寄存器响应于存储在其中的偏移调整值来控制积分放大器的偏移；光电二极管，该光电二极管耦合至第一放大器的输入侧；控制器，该控制器用于产生控制信号，以通过多个偏移校正循环来操作转换器装置；其中，转换器被配置为响应于由控制器产生的控制信号来采用配置，该配置从包括高增益初始化配置、高增益空闲配置、开环测量配置、开环放大配置和开环比较配置的组中选择。转换器装置被配置用于执行所述配置中的两个或更多个的连续序列，以实现积分放大器的偏移减小。
根据实施例，在高增益初始化配置中，将积分放大器配置为无反馈状态，积分放大器的输出与比较器电容器断开连接，积分放大器的输入通过开关短路，并且积分电容器连接到比较器放大器的输出，以在积分电容器上对参考电压进行采样。
根据实施例，在高增益空闲配置中，将积分放大器配置为反馈状态，积分放大器的输出与比较器放大器的输出断开连接，并且跨接在积分电容器的输入的开关是断开的。
根据实施例，在开环测量配置中，将积分放大器周围的反馈移除，积分放大器的输入对接地电势短路，并且高比较电压和低比较电压中的一个比较电压被施加到比较器电容器。
根据实施例，在开环放大配置中，积分放大器周围的反馈是断开的，积分放大器的输入对接地电势短路，并且积分放大器的输出连接到比较器电容器。
根据实施例，在开环比较配置中，积分放大器周围的反馈是断开的，积分放大器的输入对接地电势短路，并且积分放大器的输出连接到比较器电容器，其中，比较器放大器或连接到比较器放大器的输出的比较器器件被配置为做出决策。
通过移动通信设备给出了光学传感器装置的应用，所述光学传感器装置提供指示环境光的信号来控制移动通信设备的显示屏幕的亮度。
根据本公开的方法和电路实现了多个益处。双阈值比较器系统用于提供抗噪性防护带。在每个步骤中都使用复位过程，以加快步骤之间的恢复时间。每个算法步骤的时间在早期阶段保持较短并且在后续的步骤中逐渐地延长，以减少总的时间。使用冗余的每位两步算法，提供进一步的抗噪性。
该光传感器提供了更快的收敛至最优偏移校正值，并且对电路噪声不太敏感。
应该理解，上述一般性描述和以下详细描述都只是示例性的，并且旨在提供概述或框架以理解权利要求的性质和特征。附图提供了进一步的理解，并且被包含在该描述中且构成本描述的一部分。附图示出一个或更多个实施例，并且与描述一起用于解释各实施例的原理和操作。附图中不同图中的相同元件由相同的附图标记表示。
附图说明
在附图中：
图1示出了相对于单个比较阈值的信号；
图2示出了相对于两个比较阈值的信号；
图3示出了光到数字转换器(LDC)的原理顶层框图；
图4示出了图3的核心模拟电路的详细框图；
图5A至5E示出了在自动归零算法期间使用的图4的核心模拟电路的配置；
图6示出了用于对图5A至5E的配置进行排序的状态机图；
图7A至7I示出了用于产生开关控制信号的电路，所述开关控制信号用于操作图3的核心模拟电路；以及
图8示出了包含图3电路的移动计算设备。
具体实施方式
现在将在下文中参考示出本公开的实施例的附图来更全面地描述本公开。然而，本公开可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于所阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了将本公开的范围完全传达给本领域技术人员。附图不一定按比例绘制，而是被用于为清楚地说明本公开。
为了说明双阈值结构，图2示出了两个阈值VCOMPH、VCOMPL如何产生将比较器噪声从比较结果中分离出来的带。这个解决方案极大地改善了偏移计算时间，例如，缩短了五倍，并且改善了放大器输入中的抗噪性。
下面的实施例描述首先给出了光到数字转换器架构的概述，然后给出了模拟电路的概述，最后描述了用于偏移校正算法的数字控制以及其如何控制模拟电路。在本实施例中，偏移校正称被为“自动归零”，因为它使放大器偏移归零。
图3中示出了光到数字转换器(LDC)架构。所述光到数字转换器架构包括以下元件。数字LDC控制器，其管理开关时序、DAC设置以及结果计算。VCOM数字到模拟转换器(DAC)，其产生如下描述的电压vcomp和vmid。VDAC数字到模拟转换器产生的电压用于转换算法的部分，该转换算法的部分不是偏移校正算法的部分。开关相位发生器，其从数字控制器获得单相控制，并且为LDC核心中的开关电容器电路产生不重叠和延迟的时钟相位。在LDC核心中，发生光测量并且实现偏移抵消。作为核心的一部分，具有“自动归零”的DAC，即AZDAC，其由数字LDC控制器控制，并且其输出与主放大器输入相加。偏移抵消算法的目的是调节该AZDAC，直到主放大器的净DC偏移接近于零。
VCOM输出vmid是接近模拟电路的电压摆动的中间范围的固定值，如图2中的VNOM所示。VCOM输出vcomp由参数LdcCompThresh控制。LdcCompThresh具有三个可能的值(2'b11、2'b10和2'b00；二进制值11、10和00)，所述三个可能的值被转换成三个如图2所示的vcomp值：VCOMPH、VCOMPL、和VNOM。
AZDAC由参数LdcNOffsetTrim控制。在本实施例中，AZDAC是12位DAC，其偏移分辨率为1μV并且范围为+/-2.047mV。如果LdcNOffsetTrim是-2047至+2047的有符号整数，则主放大器的净偏移为Voffset+(LdcNOffsetTrim*(1μV/2047))，其中Voffset是由于器件失配而导致的放大器的默认偏移。
核心模拟电路
核心模拟电路包括积分器、比较器放大器、和锁存比较器。多个开关对电路的操作进行配置。核心模拟电路的概述如图4所示。
核心模拟电路包括可受待测环境光照射的光电二极管1。光电二极管1通过开关耦合到积分放大器2的输入。对于本文所述的偏移校正过程，光电二极管1是从电路断开的。积分电容器CINTH至少连接到积分放大器2的输入。积分电容器CINTH可以连接至积分放大器2以形成反馈回路，从而形成积分器，或者可以连接到比较器放大器3的输出，该比较器放大器的输出连接到积分放大器2的下游，或者该积分电容器可以是如下文所述的端部断开的。积分放大器2具有偏移，该偏移将由存储在寄存器5中的偏移校正信号offset[11：0]进行校正。下面将对产生信号offset[11：0]以使积分放大器2的结果经校正的偏移尽可能小且基本上等于零的过程进行描述。
比较器放大器3的输入侧连接到比较器电容器CCMP，阈值电压VCOMPH、VCOMPL能够被施加到该比较器电容器。比较器放大器的另一个输入可以被提供参考电压Vmid。
两个锁存比较器4a、4b连接在比较器放大器3的下游，以执行比较器放大器输出信号的锁存。响应于控制信号compen来执行锁存。锁存比较器可以是如图4所示的两个差分操作的比较器，或者可以作为一个比较器来实现。在比较器放大器3中也可以包括锁存比较器的功能。
不同的开关形状指示该开关是简单的NMOS开关、CMOS开关或者是带有用于电荷平衡的虚拟开关的NMOS开关。信号offset[11：0]控制AZDAC，并在该图外部连接到参数LdcNOffsetTrim。offset[11：0]信号存储在寄存器5中，该寄存器通过多次操作循环进行不断地更新。offset[11：0]信号由参数LdcNOffsetTrim控制，该参数LdcNOffsetTrim是根据下面所描述的过程而产生的。
在自动归零算法中使用的开关相位组合如下所述。
高增益初始化配置
在高增益初始化时，闭合以下开关：hignsw、gsmpsw、shuntsw、nofbsw、csetsw、lowoff、dlosw、dumpsw、shortsw、gndsw和en。所有其他开关是断开的。这种配置断开了低增益电容器并且使主放大器处于无反馈状态。比较器放大器被设置用来采样比较器电压并且同时在其输出处驱动vmid。该vmid输出用于将vmid采样到积分电容器上。
此配置还被用在自动归零步骤的结束处，以为下一个步骤做准备。在这里，应该从上一步骤开始时就保持积分电容器上的适当的电压电平，并且只需要对在自动归零步骤期间泄露的电荷进行恢复。新的比较值也会采样到比较器电容器CCMP上，但是在电压需要稳定之前有至少5个时钟周期(6.8μs)。
高增益初始化配置的概述如图5A所示。
需要注意的是，对于整个自动归零算法，电荷再分配电容器Cchgh和15Cchgh保持空闲并且保持接地，因此没有将它们示出。
高增益空闲配置
在高增益空闲配置中，闭合以下开关：hignsw、gsmpsw、shuntsw、accsw、csetsw、lowoff、dlosw、dumpsw、gndsw和en。所有其他开关是断开的。
该配置始终遵循高增益初始化配置。积分器的反馈回路在从积分电容上所采样的电压周围闭合，并且放大器被置于其正常增益模式(nofbsw低)。在高增益初始化时所闭合的shortsw被断开，以保持跨积分电容器两端的电压。允许有两个时钟周期(2.71μs)以稳定电压电平。
高增益空闲配置的概述如图5B所示。
需要注意的是，对于整个自动归零算法，电荷再分配电容器保持空闲并且保持接地，因此没有将它们示出。
开环测量配置
在自动归零算法中使用开环测量配置以确定offset[11：0]设置是太高还是太低。主放大器周围的反馈被移除，放大器输入被接地短路。任何未补偿的放大器偏移都会被主放大器的开环增益放大。在该配置中，闭合以下开关：hignsw、gsmpsw、shuntsw、csetsw、lowoff、dlosw、dumpsw、shortsw、gndsw、openloop和en。所有其他开关是断开的。
该配置最初遵循高增益空闲配置，因此积分器输出被预充电至大约为vmid。理想情况下，主放大器输出viout将摆动到vdd或接地，这取决于偏移设置是太低还是太高。然而，如果偏移接近期望值，则该响应的时间常数会很长。如果放大器近似为单极响应，则在开环测量配置期间将放大器输出作为时间的函数则为Viout(t)＝vmid+(Voffset+(LdcNOffsetTrim*(1μV/2047)))*(t/Tu)，其中，Tu为开环稳定时间常数。自动归零算法利用了不同的偏移误差会有不同的响应时间这一事实。下表1列出了本实施例的不同的vdiff值的最小解析时间(TAZRMX)，其中，vdiff是净偏移(Voffset+(LdcNOffsetTrim*(1μV/2047)))。
表1：
开环测量配置的概述如图5C所示。
开环放大配置
开环放大状态通过将比较器放大器置于其放大模式来开始将积分器输出(viout)与比较器电压(vcomp)进行比较的过程。这是开环模式，在该开环模式中，如果viout<vcomp，则比较器放大器将在vmid以上摆动，如果viout>vcomp，则比较器放大器将在vmid以下摆动。闭合以下开关：hignsw、gsmpsw、shuntsw、compsw、lowoff、dlosw、dumpsw、shortsw、gndsw、openloop、和en。所有其他开关是断开的。
开环放大配置始终遵循开环测量配置。主放大器基本延续了开环测量配置。比较器输入电容器从vcomp切换到积分器输出。因为该电容器先前已经存储了将在比较器输出产生vmid的值，如果viout低于或者高于vcomp，则比较器放大器开始分别摆动高或摆动低。根据自动归零算法中的步骤，将vcomp电压设置为Vcompl或Vcomph。放大器必须在一个时钟周期(1.36μs)内充分摆动，使得锁存比较器能够解析正确答案。因此，在锁存比较器的偏移和精度与比较器放大器的速度和增益之间要进行权衡。
开环放大配置的概述如图5D所示。
开环比较配置
通过启用比较器锁存器，开环比较状态完成积分器输出(viout)与比较器电压(vcomp)的比较。闭合以下开关：hignsw、gsmpsw、shuntsw、compsw、lowoff、dlosw、dumpsw、shortsw、gndsw、openloop、compare和en。开环比较配置总是遵循开环放大配置。
开环比较配置的概述如图5E所示。
偏移校正状态机
偏移校正、或自动归零、状态机对上述模拟配置进行排序。自动归零算法的目标是测量主积分放大器的DC偏移，并且调节LdcNOffsetTrim，直到经测量的DC偏移接近于零。自动归零算法的状态图如图6所示。需要注意的是，图中列出的WAIT状态和PCPREP状态指的是自动归零算法以外的状态。
当LDC控制器处于WAIT状态时，通过设置cnvaz＝1来启动自动归零算法。保持两个计时器：自动归零步进计时器(azstep),以及时钟周期计时器(count)。将步进计时器最初设置为20，将周期计时器设置为1。将LdcCompThresh参数设置为2'b11，其将DAC输出vcomp设置回Vcomph。将LdcNOffsetTrim参数设置为0，其将AZDAC输出设置为0。控制器进入AZPREP状态，在该状态中，将模拟电路置于高增益初始化配置中，其中，vmid电压被采样到积分电容器CINTH上。
在下一个时钟上，控制器进入AZSET状态，并在该状态保持两个时钟。在AZSET状态下，将电路置于高增益空闲配置中，其中，被采样到积分电容器上的vmid电压被用于对主放大器进行偏置，使得其输出是vmid。该输出实际上是vmid加上主放大器中存在的任何输入偏移。
在AZSET状态之后，将计时器“count”设置为aztcnt，并且控制器进入AZMEAS状态。aztcnt是取决于azstep计时器的计时值。这些值在本节后面的表中列出。在AZMEAS状态下，将电路置于开环测量配置中，其中，将积分器输入接地短路，并且将放大器置于开环配置中。输入中的任何偏移将在积分器输出处被放大，并且导致积分器输出偏离vmid起始点。AZMEAS状态持续aztcnt+1个时钟周期；随着偏移被校正接近于零，自适应计时用于提供更长的时间。在AZMEAS时间完成后，算法进入5个测量状态的序列，每个状态对应一个时钟，该测量状态从AZAMPH状态开始。
在AZAMPH状态下，电路置于开环放大配置中，其中将积分器输出施加到比较器输入电容器。需要注意的是，比较器输入电容器先前在AZSET和AZMEAS状态期间已由Vcomph初始化。随后是AZCMPH状态，在该状态下，将电路置于开环比较配置中并且比较器做出决策。将比较结果存储在寄存器中。然后LDC控制器进入AZTOL状态。将电路置于开环测量配置中，vcomp切换到Vcompl，并且电压被采样到比较器输入电容器上。
接下来是AZAMPL状态，在该状态下，将电路再次置于开环放大配置中，并且将积分器输出施加到比较器输入电容器。随后是AZCMPL状态，在该状态下，将电路置于开环比较配置中并且比较器做出决策。通过进入AZRST状态来完成自动归零算法的步骤，在该状态下，将电路置于高增益初始化配置中，并且再次将vmid采样到积分电容器上，来为算法中的下一循环做准备。通过在算法中的下一循环开始之前使用复位状态，放大器不需要从先前的循环历程的摆动中恢复。
在AZRST状态之后，LdcNOffsetTrim值被更新为azupdate。每个azstep都与一个逐渐减小的azchange值相关联。这些值在下表2中被列出。对于除最后步骤之外的所有步骤，如果经测量的积分器输出大于Vcomph，即来自AZCMPH状态的比较值高，那么azupdate就是当前的LdcNOffsetTrim值减去azchange。如果经测量的积分器输出小于Vcompl，即来自AZCMPL状态的比较值低，则azupdate是当前的LdcNOffsetTrim值加上azchange。如果经测量的积分器输出处于中间值，即先前的两个条件都不为真，那么azupdate就简单的是LdcNOffsetTrim的当前值。
对于自动归零算法的最后步骤，更改更新算法以将偏移偏置为稍微为负。这里，如果积分器输出不小于Vcompl，即来自AZCMPL状态的比较值较高，那么azupdate就是当前的LdcNOffsetTrim值减去azchange。否则，如果积分器输出小于Vcompl，那么azupdate就简单的是LdcNOffsetTrim的当前值。
自动归零状态机由固定频率振荡器驱动。每个状态的时钟数决定了每个状态的总时间。在自动归零算法中，除第一次历程具有额外的AZPREP状态之外每个循环的时钟数为aztcnt+9。第一次循环的时钟数为aztcnt+10。下表2列出了自动归零算法中每次循环的时钟数，以及每个步骤的aztcnt和azchange值。
每个步骤的时钟数随着azchange值的减小而增加。每个步骤的时钟数被设计为使得对于由azchange所表示的电压变化，满足表1中的次数。
表2：
在表2中需要注意，除第一步骤之外，该算法在每个azchange值上消耗两个循环。这在搜索算法中提供了冗余，这反过来又提供了抗噪性。如果由于噪声而做出错误决策，则后续的算法步骤能够纠正该错误。
将每个循环的所有时钟周期相加，自动归零算法的时钟总数是451。对于1.356μs的标称时钟周期来说，总的时间为大约612μs。
一旦完成自动归零算法，将DAC输出vcomp设置回vmid并且检查cnvstart标志的值。如果cnvstart标志的值为1，则通过切换至PCPREP状态开始二极管测量；否则，将计时器设置为“热”起始值63，并且控制器跳回到WAIT状态。
平均算法
偏移状态机能够通过以下方式扩展以包括平均化。azstep表中添加了附加的分数值，如下面的表3所示。例如，对于1/4步平均化，主要的自动归零算法一直持续到azstep＝-4。然后，自动归零算法继续以固定在-4的azstep循环。固定azstep的循环数是平均步数。例如，如果azchange值为1/4，则需要在Vcomph以上进行四个连续的比较器决策才能导致LdcNOffsetTrim值中发生一次LSB变化。这种平均化对于补偿比较器结果中没有被两级比较器校正的噪声是有用的。
表3：
每步1/2位算法
如表4所示，只需通过对azstep表进行更改，就能够将偏移状态机从每步两位算法更改为每步1/2位算法。与每步2位算法一样，每步1/2位算法也提供冗余以校正比较误差。
表4：
开关控制信号
用于自动归零计算组中的状态的开关控制信号汇总如下表5所示。
表5：
将上表中所列出的开关控制信号被转换成相控、非重叠开关，从而能够使用图7A至图7I所示的电路。LDC在主控制器时钟的下降沿上运行。开关控制必须被配置为使得不会发生意外的电荷共享。此外，有些节点非常敏感，需要在与其余节点不同的时间切换。因此，产生两对时钟和延迟时钟。变化中的开关在该成对的非延迟时钟的一个中断开，并且在该成对的延迟时钟的另外的一个中闭合。标称延迟量为5ns。PVT上的变化必须使得对于给定的时钟对，所有正在断开的开关必须在任何新开关闭合之前完全断开。概念上，时钟对产生电路如图7A所示。
两个时钟对均以主控制器时钟的反相开始。这是即是为了在模拟电路中嵌入的逻辑与合成数字逻辑之间提供半个时钟周期的定时斜率，也是为了使开关发生在时钟的低噪声边缘上。敏感节点信号使用sumclk/dsumclk对。其他节点使用imclk/dimclk对。其他信号位于原始LdcClock域中。
比较器输入控制开关csetsw和compsw主要由LdcCompAmplify控制，但是如图7B所示，当LdcDownCharge或LdcUpCharge为高时，compsw也会被禁用。
二极管和积分器增益开关都是从LDC控制器信号产生的简单非重叠对，如图7C、图7D和图7E所示。
如果LdcInitZ为低，则启用nofbsw开关。accsw和shortsw信号是LdcAccumulate的非反相的和反相非重叠变体。当LdcAccumulate为低而LdcInitZ为高时，开环信号为真。组合逻辑如图7F所示。
当LdcCompPoll为高时，在主时钟的下降沿上启用锁存比较器，并且在上升沿上捕获和保持结果。在将捕获结果反馈给LDC控制器之前，在主时钟下降沿上将该捕获结果重新捕获，以实现宽松的定时要求。如果启用高简析比较器放大器，比较器的结果将被反相，以便考虑到由于该放大器所引起的反相。其电路概念如图7G所示。
使用图7H所示的电路，将比较器结果与来自LDC控制器的控制信号相结合，以产生用于电荷再分配电容器的开关信号。需要注意的是，intsw和dumpsw信号通过敏感节点时钟对进行定时。
如果LdcLift为高而比较器结果为低，则使用图7I中的电路来启用升程开关控制。
开关使能信号施加到上述结合图4的核心模拟电路和图5A至5E的电路配置。
通过根据本公开的方法和装置实现以下目的：
-使用两个比较阈值(Vcomph和Vcompl)以产生抗噪性。
-在每个决策步骤使用复位过程以加快步骤之间的恢复时间。
-在不牺牲精度的前提下，使用在开始时时间短、结束时时间长的变化的采样时间，以缩短算法的总时间。
-使用每位两步算法，以在做出错误决策的情况下提供错误恢复。
图8描述了本公开的光学传感器装置的技术应用。图8示出了移动计算设备11，如平板电脑或智能手机。设备11包括显示屏幕12，该显示屏幕显示由处理器14产生的信息。光传感器13响应于设备13的环境光感应功能16来控制显示屏幕12的亮度，以为用户实现一个方便的外观显示。该光传感器13包括输出端子15，该输出端子提供指示环境光的信号，以控制显示的亮度。光传感器13根据上述原理实现，并且根据上述方法操作。改进的光传感器13的精度允许更精确和更快的亮度控制，使设备的使用更方便。
对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离如所附权利要求书所规定的本公开的精神或范围的情况下，能够进行各种修改和变化。由于包含本公开的精神和实质内容的所公开的实施例的修改、组合、子组合和变化对于本领域技术人员而言是可以想到的，因此本公开应该被解释为包括所附权利要求的范围内的所有内容。
Claims (16)
1.一种用于操作光学传感器装置的方法，
所述光学传感器装置包括：
光电二极管(1)；
转换器装置，所述转换器装置包括：
积分放大器(2)和比较器放大器(3)，所述积分放大器具有偏移(offset[11：0])；
积分电容器(CINTH)，所述积分电容器耦合至所述积分放大器的输入；
比较器电容器(CCMP)，所述比较器电容器耦合至所述比较器放大器的输入；
偏移寄存器(5)，所述偏移寄存器响应于存储在所述偏移寄存器中的偏移调整值(LdcNOffsetTrim)来控制所述积分放大器的偏移(offset[11：0])；
所述光电二极管与第一放大器的输入侧解耦；
控制器，所述控制器用于操作所述转换器装置；
所述方法执行多个偏移减小循环，每个循环包括以下步骤：
将所述比较器放大器(3)的输入设置为高比较电压和低比较电压中的一个比较电压(VCOMPH)；
将所述积分器输出信号与所述比较器放大器(3)处的比较电压中的一个进行比较；
将所述比较器放大器(3)的输入设置为所述高比较电压和低比较电压中的另一个比较电压(VCOMPL)；
将所述积分器输出信号与所述比较器放大器(3)处的比较电压中的另一个进行比较；并且
响应于比较的步骤中的一个步骤而调节偏移调整值(LdcNOffsetTrim)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述多个偏移减小循环中的每一个循环中将所述积分器输出信号与所述比较器放大器处的比较电压中的另一个进行比较的步骤之后，将参考电压(vmid)施加到所述积分放大器(2)的输出以执行积分放大器(2)的复位。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述比较器放大器(3)被设置用来对参考电压(vmid)进行采样，并且所述比较器放大器(3)的输出在偏移减小循环的结束处驱动积分器放大器(2)的输出，以执行积分放大器(2)的复位。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述比较器放大器(3)在调节偏移调整值(LdcNOffsetTrim)的步骤之后驱动所述积分器放大器(2)的输出，以执行积分放大器(2)的复位。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括：
对用于执行偏移减小循环的时间(aztcnt)进行计时，并且在后续偏移减小循环中增加用于执行的时间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，对所述偏移调整值(LdcNOffsetTrim)进行调节的步骤包括，通过变化值(azchange)对偏移调整值进行调节，其中，所述变化值(azchange)在后续偏移减小循环中减小。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：在保持所述变化值(azchange)的同时，连续执行至少两个偏移减小循环。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括：
对用于执行偏移减小循环的时间(aztcnt)进行计时并且通过变化值(azchange)调节所述偏移调整值(LdcNOffsetTrim)，并且在后续偏移减小循环中，增加用于执行的时间(aztcnt)并且减小变化值(azchange)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，还包括：在所述多个偏移减小循环中的后续循环中，逐渐地降低变化值(azchange)来更新偏移调整值(LdcNOffsetTrim)，并且随着偏移(offset[11：0])被校正接近于0时执行自适应计时，以为循环的执行提供更长的时间。
10.一种用于根据权利要求1至9中任一项所述的方法的光学传感器装置，所述光学传感器装置包括：
光电二极管(1)；
转换器装置，所述转换器装置包括：
积分放大器(2)和比较器放大器(3)，所述积分放大器具有偏移(offset[11：0])；
积分电容器(CINTH)，所述积分电容器耦合至所述积分放大器的输入；
比较器电容器(CCMP)，所述比较器电容器耦合至所述比较器放大器的输入；
偏移寄存器(5)，所述偏移寄存器响应于存储在所述偏移寄存器中的偏移调整值(LdcNOffsetTrim)来控制所述积分放大器的偏移(offset[11：0])；
所述光电二极管耦合至所述第一放大器的输入侧；
控制器，所述控制器用于产生控制信号以通过多个偏移校正循环来操作所述转换器装置，其中，
所述转换器装置被配置为响应于由所述控制器产生的控制信号来采用配置，所述配置从包括高增益初始化配置、高增益空闲配置、开环测量配置、开环放大配置和开环比较配置的组中选择，其中，所述转换器装置被配置用于执行所述配置中的两个或更多个的连续序列，以实现积分放大器(2)的偏移减小。
11.根据权利要求10所述的光学传感器装置，其中，在所述高增益初始化配置中，将积分放大器(2)配置为无反馈状态，积分放大器(2)的输出与比较器电容器(CCMP)断开连接，积分放大器的输入通过开关短路，并且积分电容器(CINTH)连接到比较器放大器(3)的输出，以在积分电容器(CINTH)上对参考电压(vmid)进行采样。
12.根据权利要求10或11所述的光学传感器装置，其中，在所述高增益空闲配置中，将积分放大器(2)配置为反馈状态，积分放大器(2)的输出与比较器放大器(3)的输出断开连接，并且跨接在积分电容器(2)的输入的开关是断开的。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的光学传感器装置，其中，在所述开环测量配置中，将积分放大器(2)周围的反馈移除，积分放大器(2)的输入对接地电势短路，并且高比较电压和低比较电压(vcomph、vcompl)中的一个比较电压被施加到比较器电容器(CCMP)。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的光学传感器装置，其中，在所述开环放大配置中，积分放大器(2)周围的反馈是断开的，积分放大器(2)的输入对接地电势短路，并且积分放大器(2)的输出连接到比较器电容器(CCMP)。
15.根据权利要求10至13中任一项所述的光学传感器装置，其中，在所述开环比较配置中，积分放大器(2)周围的反馈是断开的，积分放大器(2)的输入对接地电势短路，并且积分放大器(2)的输出连接到比较器电容器(CCMP)，其中，比较器放大器(3)和连接到比较器放大器(3)的输出的比较器器件(4)中的一个被配置为做出决策。
16.一种包括根据权利要求10至15中任一项所述的光学传感器装置(13)和显示屏幕(12)的移动计算设备，其中，所述光学传感器装置包括用于提供指示环境光的信号的输出端子(15)，并且其中，根据指示由所述光传感器装置(13)产生的环境光的信号控制显示屏幕(12)的亮度。
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