CN114384314A - 信号检测电路、方法、集成电路、检测装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种信号检测电路、方法、集成电路检测装置、及电子设备信号检测电路，该信号检测电路包括转换电路、逻辑电路以及数字电流源：转换电路用于接收输入电流，并根据输入电流转换得到电压信号，输入电流包括外部的背景电流；逻辑电路连接于转换电路与数字电流源，用于根据转换电路输出的电压信号向数字电流源输出补偿控制信号；数字电流源连接于转换电路，用于根据补偿控制信号向转换电路输出消减电流，消减电流用于对背景电流进行消减，以使转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值。本申请实施例提供的信号检测电路只需进行一次消减即可完成整个消减过程，能够快速完成对背景电流的消减，提升电路的工作效率，减小功耗。
Description
技术领域
本申请涉及电子电路技术领域，具体涉及一种信号检测电路、方法、集成电路检测装置、及电子设备。
背景技术
在电流型传感器的信号检测中，信号电流往往会被其他背景、环境电流干扰。例如，在光电容积脉搏波描记法(Photo Plethyamo Graphy,PPG)信号检测电路中，来自光电传感器的电流信号中，除了目标电流信号，还包括来自环境光及其他部分的背景电流信号(包括环境光电流以及传感器的暗电流或者其他不关心的杂散电流等)，背景电流信号是一种导致有效信号信噪比下降的干扰电流，会影响到信号的检测精度。
为了减少输入信号中的干扰电流，相关技术提出，在获取目标电流信号之前，先获取干扰电流并将其与一参考信号输入比较器进行比较，根据比较结果输出一设定的抵消电流以抵消部分干扰电流，然后继续将部分抵消后的干扰电流与参考值进行比较，再进行下一次的抵消，如此通过多次的比较及电流输出的过程，最终将干扰电流抵消至符合预期。该相关技术为了抵消干扰电流，需要进行多次的比较操作和多次的电流输出操作，需要等待较长时间才能完成对干扰电流的抵消，才能进一步获取目标电流信号，导致电路工作效率低下，功耗大。
发明内容
鉴于以上问题，本申请实施例提供一种信号检测电路、方法、集成电路、检测装置及电子设备，以解决上述技术问题。
第一方面，本申请实施例提供一种信号检测电路，该信号检测电路包括转换电路、逻辑电路以及数字电流源：转换电路用于接收输入电流，并根据输入电流转换得到电压信号，输入电流包括外部的背景电流；逻辑电路连接于转换电路与数字电流源，用于根据转换电路输出的电压信号向数字电流源输出补偿控制信号；数字电流源连接于转换电路，用于根据补偿控制信号向转换电路输出消减电流，消减电流用于对背景电流进行消减，以使转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值。
第二方面，本申请实施例还提供一种集成电路，包括如上述的信号检测电路。
第三方面，本申请实施例还提供一种检测装置，该检测装置包括上述的集成电路。
第四方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括设备主体以及设于设备主体的如上述的检测装置。
第五方面，本申请实施例还提供一种信号检测方法，该信号检测方法应用于上述的信号检测电路，该方法包括通过转换电路接收外部的背景电流，并将背景电流转换为电压信号；通过逻辑电路根据转换的电压信号向数字电流源输出补偿控制信号；以及通过数字电流源根据补偿控制信号向转换电路输出消减电流，以使得转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值。
本申请实施例提供的信号检测电路、方法、集成电路、检测装置及电子设备。该信号检测电路包括数字电流源、转换电路以及逻辑电路，转换电路用于接收输入电流，并根据输入电流转换得到电压信号，其中输入电流包括外部的背景电流；逻辑电路连接于转换电路与数字电流源，用于根据转换电路输出的电压信号向数字电流源输出补偿控制信号；数字电流源连接于转换电路，用于根据补偿控制信号向转换电路输出消减电流，消减电流用于对背景电流进行消减，以使转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值。在此过程中，转换电路通过对背景电流进行转换能够直接得到与背景电流对应的电压信号，再通过逻辑电路根据电压信号输出对应的补偿控制信号至数字电流源，使得数字电流源输出与背景电流对应的消减电流至转换电路，并使得转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值，进而无需进行多次的消减操作，只需进行一次消减即可完成整个消减过程，从而能够快速地完成对背景电流的消减，提升电路的工作效率，减小功耗。
本申请的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本申请实施例提供的信号检测电路的模块框图。
图2示出了本申请实施例提供的LED工作和电流消减的时序图。
图3示出了本申请实施例提供的信号检测电路的结构示意图。
图4示出了本申请实施例提供的Flash ADC的模块框图。
图5示出了本申请实施例提供的Flash ADC的结构示意图。
图6示出了本申请实施例提供的时序控制电路的模块框图。
图7示出了本申请实施例提供的信号检测方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性地，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请的方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
光敏器件是一种能将光信号转变为电信号的元件，被广泛应用于多种电子产品中。在一些光敏器件的应用场景(例如脉搏测量器、智能手环)中，通常需要对光敏器件所处的环境光进行补偿，从而能够对目标光进行准确检测。
在电流型传感器的信号检测中，信号电流往往会被其他背景、环境电流干扰。例如，在光电容积脉搏波描记法(Photo Plethyamo Graphy,PPG)信号检测电路中，来自光电传感器的电流信号中，除了目标电流信号，还包括来自环境光及其他部分的背景电流信号(包括环境光电流以及传感器的暗电流或者其他不关心的杂散电流等)，背景电流信号是一种导致有效信号信噪比下降的干扰电流，会影响到信号的检测精度。
为了减少输入信号中的干扰电流，相关技术提出，在获取目标电流信号之前，先获取干扰电流并将其与一参考信号输入比较器进行比较，根据比较结果输出一设定的抵消电流以抵消部分干扰电流，然后继续将部分抵消后的干扰电流与参考值进行比较，再进行下一次的抵消，如此通过多次的比较及电流输出的过程，最终将干扰电流抵消至符合预期。该相关技术为了抵消干扰电流，需要进行多次的比较操作和多次的电流输出操作，需要等待较长时间才能完成对干扰电流的抵消，才能进一步获取目标电流信号，导致电路工作效率低下，功耗大。
为了解决上述技术问题，发明人经过长期研究，提出了本申请实施例中信号检测电路、方法、集成电路以及检测装置，其中信号检测电路包括数字电流源、转换电路以及逻辑电路，转换电路用于接收输入电流，并根据输入电流转换得到电压信号，其中输入电流包括外部的背景电流；逻辑电路连接于转换电路与数字电流源，用于根据转换电路输出的电压信号向数字电流源输出补偿控制信号；数字电流源连接于转换电路，用于根据补偿控制信号向转换电路输出消减电流，消减电流用于对背景电流进行消减，以使转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值。在此过程中，转换电路通过对背景电流进行转换能够直接得到与背景电流对应的电压信号，再通过逻辑电路根据电压信号输出对应的补偿控制信号至数字电流源，使得数字电流源输出与背景电流对应的消减电流至转换电路，并使得转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值，进而无需进行多次的消减操作，只需进行一次消减即可完成整个消减过程，从而能够快速地完成对背景电流的消减，提升电路的工作效率，减小功耗。
如图1所示，图1示出了本申请实施例提供的一种信号检测电路100的模块框图。信号检测电路100包括转换电路110、逻辑电路120以及数字电流源130。其中，转换电路110用于接收输入电流，并根据输入电流转换得到电压信号，该输入电流包括外部的背景电流；逻辑电路120连接于转换电路110与数字电流源130，用于根据转换电路110输出的电压信号向数字电流源130输出补偿控制信号；数字电流源130连接于所述转换电路110，用于根据补偿控制信号向转换电路110输出消减电流，该消减电流用于对背景电流进行消减，以使转换电路110输出的电压信号小于或等于预设电压阈值。需要说明的是，本申请实施例所述的“连接”为各电路之间的连接，其可以表示直接连接，也可以表示间接连接，还可以表示耦合式连接，连接的形式对本申请实施例的技术方案不构成实质性限定。
当信号检测电路100应用于生命体的生理信号检测时，通常地，通过光电传感器10检测由发光二极管(Light Emitting Diode,LED)发出并经被测对象皮肤反射的目标光，并将目标光信号转换为目标电流，由信号检测电路100对目标电流进行检测，并通过信号处理电路从信号检测电路100的输出信号中提取被测对象的脉搏波、心率或血压等生理信号。在实际检测过程中，环境光的存在会使得光电传感器10产生背景电流，进而使得信号检测电路100的输入信号中不仅包括目标电流，还包括背景电流。而背景电流将对目标光信号的转换和检测造成干扰，影响目标光转换的精度，进而影响脉搏波信号的测量精度。
具体地，在LED关闭的情况下，通过光电传感器10检测环境光，并将环境光信号转换成背景电流。如图2所示，时序A为在LED关闭的情况下，对由环境光引起的背景电流进行消减的时序，时序A中的高电平时间段表示LED关闭的时间段，本申请称为电流消减相位。时序B为在LED打开的情况下，对目标光进行转换的时序，时序B中的高电平时间段表示LED开启的时间段，本申请称为检测相位。
在本申请的一个实施例中，转换电路110用于接收输入电流，并根据输入电流转换得到电压信号，其中转换电路110的输入电流包括由环境光引起的背景电流。具体地，在电流消减相位的初始时刻，LED关闭，转换电路110接收到的输入电流为背景电流，此时转换电路110对背景电流进行转换，并得到一电压信号，该电压信号与背景电流对应并且能够用于表征背景电流的大小。转换电路110将该用于表征背景电流大小的电压信号输出至逻辑电路120，逻辑电路120则根据该电压信号输出补偿控制信号至数字电流源130，该补偿控制信号用于控制数字电流源130输出与背景电流大小对应的消减电流。数字电流源130将消减电流输出至转换电路110，此时转换电路110的输入电流同时包括背景电流和消减电流，转换电路110同时对背景电流和消减电流进行转换。作为一种实施方式，消减电流与背景电流的方向相反，从而在转换电路110的输入端对背景电流进行抵消，使得转换电路接收到的输入电流为背景电流与消减电流抵消后的结果，相应地，转换电路对该输入电流进行转换后得到的电压信号也随之减小。本实施例中，数字电流源130输出的消减电流使得转换电路110对背景电流和消减电流进行转换所得到的电压信号小于或等于预设电压阈值，该预设电压阈值是允许的偏差阈值。本实施例中，预设电压阈值可以为零，也可以不为零，当预设电压阈值为零时，消减电流可以完全抵消背景电流，也即完全消除环境光引起的偏差；当预设电压阈值不为零时，消减电流可以部分抵消背景电流，也即将环境光引起的偏差减小至允许的偏差范围之内。
可见，在电流消减相位，从消减的初始时刻到消减完成的过程中，逻辑电路120可以控制数字电流源130一次性输出可使得转换电路110输出的电压信号在允许的偏差范围之内的消减电流，也即在电流消减相位，只进行一次消减即可完成对背景电流的消减过程，以减小实际测量过程中环境光的影响。而现有技术在进行多次比较操作的过程中，每次比较都需要建立环路的电压电流，并且每次建立环路的电压电流都需消耗时间。因此，相比于现有技术，本申请实施例的信号检测电路100在电流消减过程中只需进行一次消减，而无需多次反复建立环路的电压电流，从而能够快速地完成对背景电流的消减，有效地减少消减所消耗的时间，提高电路的工作效率，并且极大地减小电路的功耗。
作为一种实施方式，在电流消减相位之后，将进入检测相位，在检测相位，逻辑电路120仍继续输出补偿控制信号至数字电流源130，数字电流源130也继续将消减电流输出至转换电路110，从而持续对背景电流进行抵消。在检测相位，LED发光，此时转换电路110的输入电流同时包括背景电流、消减电流和由LED产生的目标电流，其中背景电流被数字电流源130持续输出的消减电流全部或大部分抵消，因此转换电路110对该输入电流进行转换后得到的电压信号等于或几乎等于对目标电流转换得到的目标电压信号，从而避免了背景电流对目标光信号的检测和转换造成干扰，提升目标光转换的精度，进而提升脉搏波信号的测量精度。
在一些实施例中，逻辑电路120用于根据转换电路110输出的电压信号确定待消减的电流值，并根据待消减的电流值输出对应的补偿控制信号。也即在消减的初始时刻，转换电路110仅根据背景电流输出电压信号，此时逻辑电路120能够根据转换电路110输出的该电压信号确定背景电流的电流值，继而根据背景电流的电流值确定需要消减的电流大小，再输出相应的补偿控制信号至数字电流源130，使得数字电流源130直接输出与背景电流大小对应的消减电流，从而只经过一次消减即完成对背景电流的整个消减过程。
在一些实施例中，如图3所示，转换电路110包括电流电压转换电路111以及与电流电压转换电路111连接的量化电路112；其中，电流电压转换电路111用于根据输入电流转换得到模拟电压信号；量化电路112用于将模拟电压信号转换为数字电压信号。
相应地，逻辑电路120用于根据数字电压信号向数字电流源130输出补偿控制信号，也即根据量化电路112输出的电压码值向数字电流源130输出补偿控制信号。本实施例中，该数字电流源130为电流型数模转换器(Digital Analog Converter,DAC)。在电流消减的初始时刻，由于量化电路112将表示背景电流大小的模拟电压信号直接转换为电压码值，因此逻辑电路120能够根据该电压码值直接确定待消减的电流值，并根据该待消减的电流值向数字电流源130输出补偿控制信号。该补偿控制信号用于控制数字电流源130输出相应的消减电流至电流电压转换电路111，并且该消减电流的大小使得电流电压转换电路111根据该消减电流与背景电流输出的电压信号小于或等于预设电压阈值。当电流电压转换电路111根据该消减电流与背景电流输出的电压信号小于或等于预设电压阈值时，则表示背景电流的影响在允许的偏差范围之内。在一些实施方式中，该消减电流的大小使得背景电流与该消减电流的差值小于或等于预设电流阈值。当背景电流与该消减电流的差值小于或等于预设电流阈值时，同样表示背景电流的影响在允许的偏差范围之内。
在一些实施例中，逻辑电路120用于在量化电路112输出的数字电压信号大于预设电压阈值时，根据数字电压信号向数字电流源130输出该补偿控制信号。可以理解的是，该数字电压信号大于预设电压阈值，也即电流电压转换电路111输出的模拟电压信号的值大于该预设电压阈值，说明此时背景电流的影响较大，逻辑电路120则根据量化电路112输出的电压码值控制数字电流源130对电流电压转换电路111输出消减电流，并一次性地将背景电流的影响消减到允许的范围之内；当电流电压转换电路111输出的模拟电压信号小于或等于该预设电压阈值时，说明此时背景电流的影响已经处于允许的范围之内，无需再对背景电流进行消减。因此，本申请实施例的信号检测电路100通过一次消减即可完成整个电流消减过程，从而快速地消除背景电流的影响，提升电路的工作效率，减小功耗。
本实施例中，电流电压转换电路111可以是差分结构，其输入信号为差分信号。或者，电流电压转换电路也可以是单端结构，其输入信号为单端信号。作为一种示例，如电流电压转换电路111可选用跨阻放大器TIA，该跨阻放大器TIA为差分结构，其包括放大器以及反馈电阻Rf；其中放大器的输入端用于连接外部的光电传感器10，放大器的输出端连接于量化电路112；反馈电阻Rf的一端连接于放大器的输入端，另一端连接于放大器的输出端。具体地，放大器包括两个输入端以及两个输出端，放大器的两个输入端可以与外部的光电传感器10连接，并接收光电传感器10输出的差分信号。在LED关闭期间，该差分信号仅包括由环境光引起的背景电流。在差分结构中，反馈电阻Rf包括两个，每个反馈电阻Rf连接在放大器的一个输入端和一个输出端之间。反馈电阻Rf可以将流入放大器输入端的电流转换为电压并形成电流电压转换电路111的输出电压，具体地，电流电压转换电路111的输出电压是模拟电压信号。在一些实施方式中，电流电压转换电路111还包括两个电容Cf，其中每个电容Cf与其中一个反馈电阻Rf并联，电容Cf和反馈电阻Rf构成低通滤波器，能够限制信号和噪声带宽，提高信噪比。值得说明的是，反馈电阻Rf可以为可调电阻或固定电阻，电容可以为可变电容器或固定电容。
量化电路112与放大器的两个输出端连接，并且用于将电流电压转换电路111输出的电压信号转换为电压码值，也即将电流电压转换电路111输出的模拟电压信号转换为数字电压信号。
在一些实施例中，量化电路112可以通过模数转换器(Analog to DigitalConverter,ADC)实现。可选地，该模数转换器可以为闪烁型(Flash)模数转换器，也可以是逐次逼近型(Successive-Approximation,SAR)模数转换器、积分型模数转换器或其他类型的模数转换器。
以Flash ADC为例，本申请实施例的量化电路112的结构框图可如图4所示。量化电路112包括基准产生电路1121、基准切换电路1122、积分电路1123以及比较器1124。其中，基准产生电路1121用于生成多个基准信号；基准切换电路1122的一端连接于基准产生电路1121、另一端连接于积分电路1123，且基准切换电路1122用于在不同时钟周期切换不同的基准信号至积分电路1123的输入端；比较器1124连接于积分电路1123的输出端。值得说明的是，传统的Flash ADC通常是采用并行积分的方式，也即通过多个不同的积分电路1123和比较器1124进行积分，且每个积分电路1123接收一个基准信号，从而能够在一个时钟周期内完成多次积分，完成模拟电压信号到数字电压信号的转换，该传统的方式虽然转换时间较短，但是由于使用了多个积分电路1123和比较器1124，使得电路面积过大，成本较高。而本实施例上述的Flash ADC通过在不同时钟时期内切换不同的基准信号至积分电路1123，使得在积分过程中无需使用多个积分电路1123和比较器1124即能完成多次积分，并实现模拟电压信号到数字电压信号的转换，因此本实施例的Flash ADC相比于传统的Flash ADC能够有效地减小电路面积，减少电路成本。
具体地，如图5所示，图5为本实施例提供的一种4bit Flash ADC的结构示意图。该4bit Flash ADC包括基准产生电路1121、基准切换电路1122、第一积分电路11231、第二积分电路11232、第一比较器11241以及第二比较器11242。其中，基准产生电路1121由电阻串分压产生多个基准信号(VREF1～VREF15)。基准切换电路1122包括一参考选择开关阵列，该参考选择开关阵列的一端与基准产生电路1121的输出端连接以接收该多个基准信号(VREF1～VREF15)，另一端分别与第一积分电路11231和第二积分电路11232连接。另外，参考选择开关阵列中的多个开关可以由外部的相位选择信号(Φ1～Φ8)进行控制，其中相位Φ1～Φ8为8个时钟周期，在每个时钟周期内基准切换电路1122通过一相位选择信号将一对基准信号分别输入至第一积分电路11231和第二积分电路11232，然后通过第一积分电路11231和第二积分电路11232再分别输入到第一比较器11241和第二比较器11242进行比较。第一比较器11241和第二比较器11242输出的比较结果按照相位(Φ1～Φ8)保存，形成15位温度计编码，实现4bit Flash ADC的功能。
例如，在相位Φ1的时钟周期内，基准切换电路1122通过相位选择信号Φ1切换基准信号VREF1和基准信号VREF15至第一积分电路11231，将基准信号VREF1和VREF15作为输入信号VIP和输入信号VIN的基准信号，同时，在相位Φ1的时钟周期内，基准切换电路1122还通过相位选择信号Φ1切换基准信号VREF2和基准信号VREF14至第二积分电路11232，将基准信号VREF2和基准信号VREF14作为输入信号VIP和输入信号VIN的基准信号；在相位Φ2的时钟周期内，基准切换电路1122通过相位选择信号Φ2切换基准信号VREF3和基准信号VREF13至第一积分电路11231，将基准信号VREF3和基准信号VREF13作为输入信号VIP和输入信号VIN的基准信号，同时，在相位Φ2的时钟周期内，基准切换电路1122还通过相位选择信号Φ2切换基准信号VREF4和基准信号VREF12至第二积分电路11232，将基准信号VREF3和基准信号VREF13作为输入信号VIP和输入信号VIN的基准信号。将第一比较器11241和第二比较器11242每次的比较结果按照相位(Φ1～Φ8)进行保存，最后形成15位温度计编码。
传统的4bit Flash ADC形成15位温度计编码需要15个比较器1124进行比较操作，本实施例上述的4bit Flash ADC相比于传统的4bit Flash ADC而言，将比较器1124数目由15个减少为2个，有效地减小了电路面积，并极大的减少了电路成本。
进一步地，请继续参阅图3，量化电路112将电流电压转换电路111输出的模拟电压信号转换为对应的电压码值之后再将该电压码值输出至逻辑电路120，使得逻辑电路120能够根据该电压码值直接确定需要消减的电流值大小。
值得说明的是，通常地，跨阻放大器TIA的输出端连接有后级信号处理单元，用于对跨阻放大器TIA的输出的电压信号进行转换和处理，以提取得到所需的生理信号。上述后级信号处理单元中包括有模数转换器，可选地，本申请实施例的量化电路112可以复用上述信号处理单元中的模数转换器，也可以不复用上述后级信号处理单元中的模数转换器，而是在后级信号处理单元之外另行设置一模数转换器来实现量化功能。
作为一种示例，为了缩短背景电流消减的环路，提升背景电流消减效率，量化电路112采用另行设置的模数转换器来实现。量化电路112采用的模数转换器主要是用于对跨阻放大器TIA的输出的电压信号进行转换，并将转换结果作为对背景电流消减的基础，也即对背景电流消减进行反馈。量化电路112采用的模数转换器的位数相比于后级信号处理单元中的模数转换器而言可以更低，例如，通常后级信号处理单元中的的模数转换器的位数是12bit，而本申请的量化电路112采用的模数转换器的位数可以小于或等于10bit。
在一些实施方式中，由于电流电压转换电路111的输出范围存在限制，当背景电流很大时，电流电压转换电路111的输出电压很容易达到饱和。若电流电压转换电路111的输出电压达到饱和，则此时的电流电压转换电路111的输出电压无法真实反应背景电流的大小。
本实施方式中，逻辑电路120还用于根据跨阻放大器TIA的饱和电压向数字电流源130输出饱和补偿控制信号，该饱和补偿控制信号用于控制数字电流源130向跨阻放大器TIA输出饱和消减电流，并直至跨阻放大器TIA根据饱和消减电流与背景电流输出的电压信号小于或等于预设电压阈值。
具体而言，在电流消减的初始时刻，背景电流过大时，跨阻放大器TIA的输出电压为饱和电压，此时逻辑电路120根据跨阻放大器TIA的饱和电压转换的电压码值，向数字电流源130输出饱和补偿控制信号，使得数字电流源130向跨阻放大器TIA输出饱和消减电流，跨阻放大器TIA继续根据饱和消减电流和背景电流进行转换并输出电压信号，若该电压信号仍然为跨阻放大器的饱和电压，则表示背景电流经过消减后仍然较大，则逻辑电路120继续输出饱和补偿控制信号，控制数字电流源130在当前输出的电流的基础上再叠加饱和消减电流，直至跨阻放大器TIA的输出电压小于跨阻放大器的饱和电压，也即使跨阻放大器TIA退出饱和状态。在跨阻放大器TIA退出饱和状态后，逻辑电路120可以继续根据跨阻放大器TIA的输出电压转换的电压码值进一步确定待消减的电流值，并输出补偿控制信号控制数字电流源130在当前输出的电流的基础上进一步叠加对应的消减电流，使得跨阻放大器的输出电压小于或等于预设电压阈值。
需要说明的是，当背景电流过大导致数字电流源130需要多次输出消减电流才能使得跨阻放大器的输出电压小于或等于预设电压阈值时，数字电流源130每次输出的消减电流都是在上一次消减电流的基础上叠加得到的。例如，若数字电流源需要输出25mA的消减电流才能使得跨阻放大器的输出电压小于或等于预设电压阈值，而跨阻放大器TIA的饱和电压对应的饱和消减电流为10mA，则逻辑电路首次输出的饱和补偿控制信号可以使数字电流源输出10mA的消减电流；首次消减后，跨阻放大器TIA仍处于饱和状态，逻辑电路第二次输出的饱和补偿控制信号可以使数字电流源输出的消减电流在原有基础上增加10mA，即从10mA增加至20mA；第二次消减后，跨阻放大器TIA退出饱和状态，逻辑电路120可以根据跨阻放大器TIA的输出电压对应的电压码值确定当前待消减的电流值为5mA，则逻辑电路120第三次输出的饱和补偿控制信号可以使数字电流源输出的消减电流在原有基础上继续叠加5mA，即从20mA增加至25mA，进而完成对背景电流的消减。
在一个具体的实施例中，假设反馈电阻Rf的阻值为10KΩ，背景电流Ibg为210uA，跨阻放大器TIA的饱和电压为+/-1V。若跨阻放大器TIA为差分结构，则该跨阻放大器TIA饱和电压对应的电流值为50uA。当跨阻放大器TIA的输出电压为饱和电压时，量化电路112将该输出电压转换为电压码值，并且逻辑电路120能够根据该电压码值确定待消减的电流值并控制数字电流源130输出相应的消减电流，此时数字电流源130输出的消减电流为50uA。因此，通过4次消减可以将跨阻放大器TIA的输出电压退出饱和状态。在跨阻放大器TIA的输出电压退出饱和状态之后，跨阻放大器TIA的输出电压能够真实反应残余的背景电流的大小，此时逻辑电路120再根据由跨阻放大器TIA输出电压转换的电压码值控制数字电流源130输出消减电流，并使得跨阻放大器TIA的输出电压小于或等于预设电压阈值。值得说明的是，反馈电阻Rf的阻值越小则跨阻放大器TIA环路建立的速度越快，因此反馈电阻Rf的阻值可以设置为可选的最小值。
如图6所示，在一些实施方式中，信号检测电路100还包括时序控制电路140，时序控制电路140可分别与转换电路110、逻辑电路120以及数字电流源130连接，并通过时序控制上述各电路的工作。通过时序控制电路140对上述消减过程的控制，实现硬件的自动消减，相比于通过软件控制而言，能够减轻系统中微控制单元(Micro Controller Unit,MCU)软件设计的复杂度，提高消减的效率。
时序控制电路140在第一时间段控制转换电路110接收外部的背景电流，并将背景电流转换为电压信号；在接续于第一时间段的第二时间段，控制逻辑电路120根据转换电路110输出电压信号向数字电流源130输出补偿控制信号；以及在接续于第二时间段的第三时间段，控制数字电流源130根据补偿控制信号向转换电路110输出消减电流。
进一步地，第一时间段包括第一子时间段、接续于第一子时间段的第二子时间段以及接续于第二子时间段的第三子时间段，时序控制电路140还用于在第一子时间段控制转换电路110接收外部的背景电流，并将背景电流的转换为模拟电压信号；在第二子时间段控制转换电路110将模拟电压信号转换为数字电压信号；以及在第三子时间段控制转换电路110比较数字电压信号与预设电压阈值的大小，若数字电压信号大于预设电压阈值，则在第二时间段控制逻辑电路120根据电压信号向数字电流源130输出补偿控制信号。
本申请实施例提供的信号检测电路包括数字电流源、转换电路以及逻辑电路，转换电路用于接收输入电流，并根据输入电流转换得到电压信号，其中输入电流包括外部的背景电流；逻辑电路连接于转换电路与数字电流源，用于根据转换电路输出的电压信号向数字电流源输出补偿控制信号；数字电流源连接于转换电路，用于根据补偿控制信号向转换电路输出消减电流，消减电流用于对背景电流进行消减，以使转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值。在此过程中，转换电路通过对背景电流进行转换能够直接得到与背景电流对应的电压信号，再通过逻辑电路根据电压信号输出对应的补偿控制信号至数字电流源，使得数字电流源输出与背景电流对应的消减电流至转换电路，并使得转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值，进而无需进行多次的消减操作，只需进行一次消减即可完成整个消减过程，从而能够快速地完成对背景电流的消减，提升电路的工作效率，减小功耗。
本申请实施例还提供一种集成电路，包括上述的信号检测电路。
本申请实施例提供的集成电路包括数字电流源、转换电路以及逻辑电路，转换电路用于接收输入电流，并根据输入电流转换得到电压信号，其中输入电流包括外部的背景电流；逻辑电路连接于转换电路与数字电流源，用于根据转换电路输出的电压信号向数字电流源输出补偿控制信号；数字电流源连接于转换电路，用于根据补偿控制信号向转换电路输出消减电流，消减电流用于对背景电流进行消减，以使转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值。在此过程中，转换电路通过对背景电流进行转换能够直接得到与背景电流对应的电压信号，再通过逻辑电路根据电压信号输出对应的补偿控制信号至数字电流源，使得数字电流源输出与背景电流对应的消减电流至转换电路，并使得转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值，进而无需进行多次的消减操作，只需进行一次消减即可完成整个消减过程，从而能够快速地完成对背景电流的消减，提升电路的工作效率，减小功耗。
本申请实施例还提供一种检测装置，检测装置包括上述的集成电路。本申请实施例中，该检测装置可以是但不限于是光电容积脉搏波描记法(PhotoPlethysmoGraphy,PPG)检测装置。
进一步地，该检测装置可以但不限于应用于心率检测、血压检测或指纹检测等。
进一步地，检测装置还包括光电传感器，光电传感器连接于信号检测电路中转换电路，并用于根据环境光输出背景电流至转换电路。
本申请实施例提供的检测装置包括数字电流源、转换电路以及逻辑电路，转换电路用于接收输入电流，并根据输入电流转换得到电压信号，其中输入电流包括外部的背景电流；逻辑电路连接于转换电路与数字电流源，用于根据转换电路输出的电压信号向数字电流源输出补偿控制信号；数字电流源连接于转换电路，用于根据补偿控制信号向转换电路输出消减电流，消减电流用于对背景电流进行消减，以使转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值。在此过程中，转换电路通过对背景电流进行转换能够直接得到与背景电流对应的电压信号，再通过逻辑电路根据电压信号输出对应的补偿控制信号至数字电流源，使得数字电流源输出与背景电流对应的消减电流至转换电路，并使得转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值，进而无需进行多次的消减操作，只需进行一次消减即可完成整个消减过程，从而能够快速地完成对背景电流的消减，提升电路的工作效率，减小功耗。
本申请实施例还提供一种电子设备，包括设备主体以及设于所述设备主体的如上述的检测装置。
本实施例中，电子设备包括但不限于智能手环、智能手表、方向盘、电子称、心电检测设备。
本申请实施例提供的电子设备包括数字电流源、转换电路以及逻辑电路，转换电路用于接收输入电流，并根据输入电流转换得到电压信号，其中输入电流包括外部的背景电流；逻辑电路连接于转换电路与数字电流源，用于根据转换电路输出的电压信号向数字电流源输出补偿控制信号；数字电流源连接于转换电路，用于根据补偿控制信号向转换电路输出消减电流，消减电流用于对背景电流进行消减，以使转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值。在此过程中，转换电路通过对背景电流进行转换能够直接得到与背景电流对应的电压信号，再通过逻辑电路根据电压信号输出对应的补偿控制信号至数字电流源，使得数字电流源输出与背景电流对应的消减电流至转换电路，并使得转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值，进而无需进行多次的消减操作，只需进行一次消减即可完成整个消减过程，从而能够快速地完成对背景电流的消减，提升电路的工作效率，减小功耗。
如图7所示，本申请实施例还提供一种信号检测方法200，信号检测方法200可以应用于上述的信号检测电路100。具体而言，信号检测方法200可以包括以下步骤S210～步骤S230。
步骤S210：通过转换电路接收外部的背景电流，并将背景电流转换为电压信号。
通常地，通过光电传感器检测由发光二极管发出并经被测对象皮肤反射的目标光，并将目标光信号转换为电信号，以此获取被测对象的脉搏波信号。在实际检测过程中，环境光的存在会影响目标光转换的精度，进而影响脉搏波信号的测量精度。背景电流由环境光产生，也即背景电流是由环境光引起的偏差电流。具体地，在LED关闭的情况下，通过光电传感器检测环境光，并将环境光信号转换成背景电流。
通过转换电路接收输入电流，并根据输入电流转换得到电压信号，其中转换电路的输入电流包括由环境光引起的背景电流。具体地，在消减的初始时刻，转换电路的输入电流仅包括背景电流，此时转换电路对背景电流进行转换，并得到一电压信号，该电压信号与背景电流对应并且能够用于表征背景电流的大小。
进一步地，通过转换电路先将背景电流转换为模拟电压信号，再将模拟信号转换为数字电压信号。
步骤S220：通过逻辑电路根据转换的电压信号向数字电流源输出补偿控制信号。
通过逻辑电路根据转换电路输出的电压信号确定待消减的电流值，并根据待消减的电流值输出对应的补偿控制信号。也即在消减的初始时刻，转换电路仅根据背景电流输出电压信号，此时逻辑电路能够根据转换电路输出的该电压信号确定背景电流的电流值，继而根据背景电流的电流值确定需要消减的电流大小，再输出相应的补偿控制信号。
进一步地，通过逻辑电路根据数字电压信号向数字电流源输出补偿控制信号，也即根据量化电路输出的电压码值向数字电流源输出补偿控制信号。
进一步地，通过逻辑电路在量化电路输出的数字电压信号大于预设电压阈值时，根据数字电压信号向数字电流源输出该补偿控制信号。
步骤S230：通过数字电流源根据补偿控制信号向转换电路输出消减电流，以使得转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值。
其中，补偿控制信号用于控制数字电流源输出与背景电流大小对应的消减电流。数字电流源将消减电流输出至转换电路，此时转换电路的输入电流同时包括背景电流和消减电流，并且转换电路能够对背景电流和消减电流同时进行转换。本实施例中，数字电流源输出的消减电流使得转换电路对背景电流和消减电流进行转换所得到的电压信号小于或等于预设电压阈值，该预设电压阈值是允许的偏差阈值。
可见，从消减的初始时刻到消减完成的过程中，逻辑电路仅控制数字电流源输出一次消减电流即可使得转换电路输出的电压信号在允许的偏差范围之内，也即只进行一次消减即完成了对背景电流的消减，进而减小实际测量过程中环境光的影响。而现有技术在进行多次比较操作的过程中，每次比较都需要建立环路的电压电流，并且每次建立环路的电压电流都需消耗时间。因此，相比于现有技术，本申请实施例的信号检测电路在电流消减过程中只需进行一次消减，而无需反复建立环路的电压电流，从而能够快速地完成对背景电流的消减，有效地减少消减所消耗的时间，提高电路的工作效率，并且极大地减小电路的功耗。
本申请实施例提供的信号检测方法通过转换电路接收外部的背景电流，并将背景电流的转换为电压信号；通过逻辑电路根据转换的电压信号向数字电流源输出补偿控制信号；以及通过数字电流源根据补偿控制信号向转换电路输出消减电流，以使得转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值，从而在电流消减过程中只需进行一次消减，而无需反复建立环路的电压电流，从而能够快速地完成对背景电流的消减，有效地减少消减所消耗的时间，提高电路的工作效率，并且极大地减小电路的功耗。
以上，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制，虽然本申请已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本申请，任何本领域技术人员，在不脱离本申请技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本申请技术方案内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。
Claims (19)
1.一种信号检测电路，其特征在于，包括转换电路、逻辑电路以及数字电流源：
所述转换电路用于接收输入电流，并根据所述输入电流转换得到电压信号，所述输入电流包括外部的背景电流；
所述逻辑电路连接于所述转换电路与所述数字电流源，用于根据所述转换电路输出的电压信号向所述数字电流源输出补偿控制信号；
所述数字电流源连接于所述转换电路，用于根据所述补偿控制信号向所述转换电路输出消减电流，所述消减电流用于对所述背景电流进行消减，以使所述转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值。
2.如权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，所述逻辑电路用于根据所述转换电路输出的电压信号确定待消减的电流值，并根据所述待消减的电流值输出对应的所述补偿控制信号。
3.如权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，所述转换电路包括：
电流电压转换电路，用于根据所述输入电流转换得到模拟电压信号；以及
量化电路，连接于所述电流电压转换电路，用于将所述模拟电压信号转换为数字电压信号；
所述逻辑电路用于根据所述数字电压信号向所述数字电流源输出所述补偿控制信号。
4.如权利要求3所述的信号检测电路，其特征在于，所述逻辑电路用于在所述数字电压信号大于所述预设电压阈值时，根据所述数字电压信号向所述数字电流源输出所述补偿控制信号。
5.如权利要求3所述的信号检测电路，其特征在于，所述量化电路为模数转换器。
6.如权利要求5所述的信号检测电路，其特征在于，所述模数转换器的位数小于或等于10bit。
7.如权利要求5所述的信号检测电路，其特征在于，所述模数转换器为闪烁型模数转换器。
8.如权利要求5所述的信号检测电路，其特征在于，所述模数转换器包括基准产生电路、基准切换电路、积分电路以及比较器；
所述基准产生电路用于生成多个基准信号；
所述基准切换电路一端连接于所述基准产生电路、另一端连接于所述积分电路，所述基准切换电路用于在不同时钟周期切换不同的所述基准信号至所述积分电路的输入端；
所述比较器连接于所述积分电路的输出端。
9.如权利要求3～8任一项所述的信号检测电路，其特征在于，所述电流电压转换电路包括：
放大器，输入端用于连接外部传感器，输出端连接于所述量化电路；以及
反馈电阻，一端连接于所述放大器的输入端，另一端连接于所述放大器的输出端。
10.如权利要求9所述的信号检测电路，其特征在于，所述逻辑电路还用于根据所述放大器的饱和电压输出饱和补偿控制信号，以使得所述数字电流源根据所述饱和补偿控制信号向所述放大器输出饱和消减电流，直至所述放大器根据所述饱和消减电流与所述背景电流输出的电压信号小于或等于所述预设电压阈值。
11.如权利要求9所述的信号检测电路，其特征在于，所述电流电压转换电路还包括电容，所述电容的一端连接于所述放大器的输入端，另一端连接于所述放大器的输出端。
12.如权利要求9所述的信号检测电路，其特征在于，所述反馈电阻为可调电阻，所述电容为可变电容器。
13.如权利要求1～8任一项所述的信号检测电路，其特征在于，所述信号检测电路还包括时序控制电路，所述时序控制电路用于：
在第一时间段控制所述转换电路接收外部的背景电流，并将所述背景电流转换为电压信号；
在接续于所述第一时间段的第二时间段，控制所述逻辑电路根据所述转换电路输出电压信号向所述数字电流源输出所述补偿控制信号；以及
在接续于所述第二时间段的第三时间段，控制所述数字电流源根据所述补偿控制信号向所述转换电路输出所述消减电流。
14.如权利要求13所述的信号检测电路，其特征在于，所述第一时间段包括第一子时间段、接续于所述第一子时间段的第二子时间段以及接续于所述第二子时间段的第三子时间段，所述时序控制电路还用于：
在所述第一子时间段控制所述转换电路接收外部的背景电流，并将所述背景电流的转换为模拟电压信号；
在所述第二子时间段控制所述转换电路将所述模拟电压信号转换为数字电压信号；以及
在所述第三子时间段控制所述转换电路比较所述数字电压信号与预设电压阈值的大小，若所述数字电压信号大于所述预设电压阈值，则执行在接续于所述第一时间段的第二时间段，控制所述逻辑电路根据所述电压信号向所述数字电流源输出所述补偿控制信号的步骤。
15.一种集成电路，其特征在于，包括上述权利要求1～14任一项所述的信号检测电路。
16.一种检测装置，其特征在于，包括上述权利要求15所述的集成电路。
17.如权利要求16所述的检测装置，其特征在于，所述装置还包括光电传感器，所述光电传感器连接于所述转换电路，且用于根据环境光输出所述背景电流至所述转换电路。
18.一种电子设备，包括设备主体以及设于所述设备主体的如上述权利要求16或17的检测装置。
19.一种信号检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1～14任一项所述的信号检测电路，所述方法包括：
通过所述转换电路接收外部的背景电流，并将所述背景电流转换为电压信号；
通过所述逻辑电路根据所述转换的所述电压信号向所述数字电流源输出补偿控制信号；以及
通过所述数字电流源根据所述补偿控制信号向所述转换电路输出消减电流，以使得所述转换电路输出的电压信号小于或等于预设电压阈值。
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