CN114978154A - 具有电荷分配电路的计数器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有电荷分配电路的计数器。电荷分配电路包含第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第三电容以及第四电容。第一开关的第一端以及第三开关的第一端连接运算放大器的第一输入端。第一开关的第二端连接第三电容的第一端以及第四开关的第一端。第三开关的第二端连接第四电容的第一端以及第二开关的第一端。第三电容的第二端以及第四电容的第二端接地。第二开关的第二端以及第四开关的第二端耦接参考电压。
Description
技术领域
本发明涉及计数器，特别是涉及一种可应用于光学传感器的具有电荷分配电路的计数器。
背景技术
在不同的环境下，人眼对屏幕亮度的要求不一样。因此，环境光传感器广泛地用于各种电子产品例如手机中，用作自动调节显示屏的屏幕亮度的依据，以改善各种环境下的观看效果。如此，可避免在环境光强度较强的情况下，如果仍然保持相同的屏幕亮度，对人眼需求过强，甚至有些刺眼，不适合人眼观看。然而，现有光传感器的感测光强度的精准度不佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种具有电荷分配电路的计数器，包含第一电容、电流供应组件、运算放大器以及电荷分配电路。电流供应组件连接第一电容。电流供应组件配置以供应电流至第一电容。运算放大器的第一输入端连接第一电容并通过第二电容连接运算放大器的输出端。运算放大器的第二输入端耦接输入电压。运算放大器配置以将运算放大器的第一输入端的电压与输入电压的差值乘上一增益值以输出运算放大信号。电荷分配电路包含第一相位开关电路、第二相位开关电路、第三电容以及第四电容。第一相位开关电路包含第一开关以及第二开关。第二相位开关电路包含第三开关以及第四开关。第一相位开关电路与第二相位开关电路互补切换。第一开关与第二开关同时开启或关闭。第三开关与第四开关同时开启或关闭。第一开关的第一端以及第三开关的第一端连接运算放大器的第一输入端。第一开关的第二端连接第三电容的第一端以及第四开关的第一端。第三开关的第二端连接第四电容的第一端以及第二开关的第一端。第三电容的第二端以及第四电容的第二端接地。第二开关的第二端以及第四开关的第二端耦接第一参考电压。
在一实施方案中，电流供应组件包含光电组件，配置以将照射通过光电组件的光能转换为电流。
在一实施方案中，所述具有电荷分配电路的计数器还包含比较器。比较器的第一输入端连接运算放大器的输出端，比较器的第二输入端耦接第二参考电压。比较器配置以比较比较器的第一输入端的电压与第二参考电压，以输出一比较信号。
在一实施方案中，具有电荷分配电路的计数器还包含相位触发电路。相位触发电路连接比较器的输出端。相位触发电路配置以依据比较信号以输出第一相位信号以及第二相位信号。
在一实施方案中，相位触发电路连接第一相位开关电路的控制端以及第二相位开关电路的控制端。相位触发电路配置以输出第一相位信号输出至第一相位开关电路，并输出准位与第一相位信号相反的第二相位信号至第二相位开关电路。
在一实施方案中，当运算放大信号的电压增加至大于第二参考电压时，比较器输出高准位的比较信号，相位触发电路依据高准位的比较信号以切换第一相位开关电路以及第二相位开关电路。
如上所述，本发明提供一种具有电荷分配电路的计数器，其可互补切换电荷分配电路的第一相位开关电路与第二相位开关电路，以将运算放大器的输出端的电压快速拉降，使得计数器中不必采用拥有高带宽和快速转换的高速运算放大器，仍可取得精准的计数值。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明实施例的计数器的电荷分配电路的电路布局图。
图2为本发明实施例的计数器的电路布局图。
图3为本发明实施例的计数器的信号波形图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包含相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
请参阅图1至图3，其中图1为本发明实施例的计数器的电荷分配电路的电路布局图；图2为本发明实施例的计数器的电路布局图；图3为本发明实施例的计数器的信号波形图。
如图2所示，计数器的基本电路组件可包含第一电容C1、电流供应组件IS、运算放大器OPA、第二电容C2以及比较器CMP。
电流供应组件IS连接第一电容C1。电流供应组件IS配置以供应电流至第二电容C2，以充电第二电容C2。例如，电流供应组件IS包含光电组件PD。光电组件PD可将照射通过光电组件PD的光能转换为电流。
运算放大器OPA的第一输入端例如非反相输入端连接第一电容C1的第一端。第一电容C1的第二端接地。运算放大器OPA的第一输入端通过第二电容C2连接运算放大器OPA的输出端。运算放大器OPA的第二输入端例如反相输入端耦接输入电压V1。
比较器CMP的第一输入端例如反相输入端连接运算放大器OPA的输出端。比较器CMP的第二输入端例如非反相输入端耦接第二参考电压VREF2。比较器CMP配置以比较比较器CMP的第一输入端的电压与第二参考电压VREF2，以输出比较信号OUT。
值得注意的是，本发明实施例的计数器还包含如图1所示的电荷分配电路DTS。电荷分配电路DTS可包含第三电容C3、第四电容C4、第一相位开关电路PHW1以及第二相位开关电路PHW2。第三电容C3与第四电容C4可具有相同电容值，但本发明不以此为限。
第一相位开关电路PHW1可包含第一开关PH1以及第二开关PH2。第二相位开关电路PHW2可包含第三开关PH3以及第四开关PH4。
如图1和图2所示，第一开关PH1的第一端以及第三开关PH3的第一端连接运算放大器OPA的第一输入端以及第一电容C1的第一端。第一开关PH1的第二端连接第三电容C3的第一端以及第四开关PH4的第一端。第三开关PH3的第二端连接第四电容C4的第一端以及第二开关PH2的第一端。第三电容C3的第二端以及第四电容C4的第二端接地。第二开关PH2的第二端以及第四开关PH4的第二端耦接第一参考电压VREF1。此第一参考电压VREF1可大于输入电压V1。
若有需要，本发明实施例的计数器可还包含相位触发电路PT。相位触发电路PT连接比较器CMP的输出端。相位触发电路PT可配置以依据比较信号OUT输出第一相位信号PHS1以及第二相位信号PHS2。第一相位信号PHS1的工作周期可与第二相位信号PHS2的工作周期相同，但本发明不以此为限。
相位触发电路PT可连接第一相位开关电路PHW1的控制端以及第二相位开关电路PHW2的控制端。相位触发电路PT可输出第一相位信号PHS1至第一相位开关电路PHW1，并可输出第二相位信号PHS2至第二相位开关电路PHW2。
如图3所示，第一相位信号PHS1的准位可与第二相位信号PHS2的准位相反。亦即，当第一相位信号PHS1为高准位时，第二相位信号PHS2为低准位；而当第一相位信号PHS1为低准位时，第二相位信号PHS2为高准位。因此，第一相位信号PHS1的波形与第二相位信号PHS2的波形相互错开。其结果为，第一相位开关电路PHW1以及第二相位开关电路PHW2互补切换。
举例而言，当第一相位开关电路PHW1接收到高准位的第一相位信号PHS1时，并且第二相位开关电路PHW2接收到低准位的第二相位信号PHS2时，第一相位开关电路PHW1的第一开关PH1以及第二开关PH2开启，而第二相位开关电路PHW2的第三开关PH3以及第四开关PH4关闭。
其结果为，充电电流从第一参考电压VREF1流至第四电容C4，使得第四电容C4预先被充电至第一参考电压VREF1。最后，此充电电流可流经第二电容C2至运算放大器OPA的输出端。
在第二电容C2被电流供应组件IS例如光电组件的电流(以及上述充电电流)充电的过程中，第二电容C2的电压逐渐上升，如图3所示的运算放大信号VINT的上升波段。
运算放大器OPA将运算放大器OPA的第一输入端例如非反相输入端的电压与输入电压V1的差值乘上一增益值，以输出运算放大信号VINT。当运算放大信号VINT的电压上升至大于第二参考电压VREF2时，运算放大信号VINT输出高准位的比较信号OUT，即比较信号OUT中产生一个脉波。
相位触发电路PT依据高准位的比较信号OUT，切换第一相位开关电路PHW1以及第二相位开关电路PHW2。例如，相位触发电路PT将第一开关PH1以及第二开关PH2从开启状态切换至关闭状态，将第三开关PH3以及第四开关PH4从关闭状态切换至开启状态。或者，相位触发电路PT将第一开关PH1以及第二开关PH2从关闭状态切换至开启状态，将第三开关PH3以及第四开关PH4从开启状态切换至关闭状态。
在第一相位开关电路PHW1以及第二相位开关电路PHW2切换之后，第四电容C4进行放电。当第四电容C4的电压下降时，运算放大器OPA输出的运算放大信号VINT的电压从波峰值拉降至波谷值，例如但不限于如图3所示的约300mV。
在反复进行充放电作业后，比较器CMP产生的比较信号OUT中将具有多个脉波，计数器计数脉波数量可得知执行充放电的次数。若计数器应用于光学传感器时，计数器计数的脉波数量可作为环境光强度的判断依据。
综上所述，本发明提供一种具有电荷分配电路的计数器，其可互补切换电荷分配电路的第一相位开关电路与第二相位开关电路，以将运算放大器的输出端的电压快速拉降，使得计数器中不必采用拥有高带宽和快速转换的高速运算放大器，仍可取得精准的计数值。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书内。
Claims (6)
1.一种具有电荷分配电路的计数器，其特征在于，所述具有电荷分配电路的计数器包含：
第一电容；
电流供应组件，连接所述第一电容，配置以供应电流至所述第一电容；
运算放大器，所述运算放大器的第一输入端连接所述第一电容并通过第二电容连接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的第二输入端耦接输入电压，所述运算放大器配置以将所述运算放大器的第一输入端的电压与所述输入电压的差值乘上增益值以输出运算放大信号；以及
电荷分配电路，包含第一相位开关电路、第二相位开关电路、第三电容以及第四电容，所述第一相位开关电路包含第一开关以及第二开关，所述第二相位开关电路包含第三开关以及第四开关，所述第一相位开关电路与所述第二相位开关电路互补切换，所述第一开关与所述第二开关同时开启或关闭，所述第三电容与所述第四电容开启或关闭；
其中，所述第一开关的第一端以及所述第三开关的第一端连接所述运算放大器的第一输入端，所述第一开关的第二端连接所述第三电容的第一端以及所述第四开关的第一端，所述第三开关的第二端连接所述第四电容的第一端以及所述第二开关的第一端，所述第三电容的第二端以及所述第四电容的第二端接地，所述第二开关的第二端以及所述第四开关的第二端耦接第一参考电压。
2.根据权利要求1所述的具有电荷分配电路的计数器，其特征在于，所述电流供应组件包含光电组件，配置以将照射通过所述光电组件的光能转换为所述电流。
3.根据权利要求1所述的具有电荷分配电路的计数器，其特征在于，所述具有电荷分配电路的计数器还包含比较器，所述比较器的第一输入端连接所述运算放大器的输出端，所述比较器的第二输入端耦接第二参考电压，所述比较器配置以比较所述比较器的第一输入端的电压与所述第二参考电压，以输出比较信号。
4.根据权利要求3所述的具有电荷分配电路的计数器，其特征在于，所述具有电荷分配电路的计数器还包含相位触发电路，连接所述比较器的输出端，配置以依据所述比较信号以输出第一相位信号以及第二相位信号。
5.根据权利要求4所述的具有电荷分配电路的计数器，其特征在于，所述相位触发电路连接所述第一相位开关电路的控制端以及所述第二相位开关电路的控制端，所述相位触发电路配置以输出所述第一相位信号输出至所述第一相位开关电路，并输出与所述第一相位开关电路的准位相反的所述第二相位信号至所述第二相位开关电路。
6.根据权利要求5所述的具有电荷分配电路的计数器，其特征在于，当所述运算放大信号的电压增加至大于所述第二参考电压时，所述比较器输出高准位的所述比较信号，所述相位触发电路依据高准位的比较信号以切换所述第一相位开关电路以及所述第二相位开关电路。
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