CN115561826A - 接近检测电路及接近传感器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种接近检测电路及接近传感器，该电路包括：接收单元用于响应于接收到的反射光和环境光得到第一光电流，以及响应于接收到的环境光得到第二光电流；控制单元用于控制发射单元的工作状态以及控制第一光电流和第二光电流相对于积分单元流向相反；积分单元用于分别对第一光电流和第二光电流进行积分处理，得到对应的第一积分电压和第二积分电压，并基于第一积分电压和第二积分电压，得到用于接近检测的目标电压信号。本申请的接近检测电路所得到目标电压信号是将环境光的影响过滤后的电压信号，根据该目标电压信号确定目标物的远近程度可以确保接近检测结果的精准性。

Description

接近检测电路及接近传感器

技术领域

本申请涉及接近传感器技术领域，具体涉及一种接近检测电路及接近传感器。

背景技术

接近传感器可以检测物体的存在以及该物体距离接近传感器的距离。接近传感器的应用领域十分广泛，例如速度探测、自动水龙头的人手探测、传送带上物体的自动计数或检查、打印机的纸边缘检测以及电子产品的息屏/亮屏控制等。

光电式接近传感器通过发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)或垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)向外界发射一束光，光在物体上发生反射，反射回来的光被光电二极管(Photo Diode，PD)接收到之后，将反射光信号转化成光电流信号，物体越靠近，PD接收到的反射光越强，对应的光电流越大，通过量化光电流的大小便能判断物体的远近程度。

但是，由于环境中存在多种不同的光源，例如太阳光、灯光等，PD接收到的不单单只有反射光，还会有环境光，使得光电流不仅与反射光相关，还与环境光相关，混杂在反射光中的环境光会干扰对物体远近程度的判断。

发明内容

本申请提供一种接近检测电路及接近传感器，旨在解决现有的接近传感器在检测物体距离时，环境光会干扰其对物体远近程度的判断，导致检测精准度低的问题。

第一方面，本申请提供一种接近检测电路，该接近检测电路包括接收单元、控制单元以及积分单元，接收单元分别与积分单元和控制单元电性连接，接收单元对应配置有发射单元；

接收单元，用于在发射单元处于发光状态时，响应于接收到的反射光和环境光得到第一光电流，以及在发射单元处于截止状态时，响应于接收到的环境光得到第二光电流；反射光是发射单元在发光状态时发出的检测光经目标物反射后所形成的光信号；

控制单元，用于控制发射单元的工作状态以及控制第一光电流和第二光电流相对于积分单元流向相反；

积分单元，用于分别对第一光电流和第二光电流进行积分处理，得到对应的第一积分电压和第二积分电压，并基于第一积分电压和第二积分电压，得到用于接近检测的目标电压信号。

在本申请一种可能的实现方式中，控制单元用于：在预设的检测周期内，控制发射单元处于发光状态的时长和处于截止状态的时长相同。

在本申请一种可能的实现方式中，积分单元包括第一运算放大器和第一积分电容，第一积分电容电性连接于第一运算放大器的负输入端与输出端之间，接近检测电路还包括与控制单元电性连接的电流反向单元，接收单元通过电流反向单元与第一运算放大器的负输入端电性连接；电流反向单元被配置为：

在发射单元处于发光状态时，响应于控制单元的第一驱动信号，控制第一光电流的流向为由第一运算放大器的输出端通过第一积分电容和接收单元流出；

在发射单元处于截止状态时，响应于控制单元的第二驱动信号，控制第二光电流的流向为由接收单元通过第一积分电容流向第一运算放大器的输出端。

在本申请一种可能的实现方式中，接收单元包括第一光电二极管，电流反向单元被配置为：

响应于第一驱动信号，控制第一光电二极管的阴极与第一运算放大器的负输入端电性连接以及第一光电二极管的阳极连接接地极；

响应于第二驱动信号，控制第一光电二极管的阳极与第一运算放大器的负输入端电性连接以及第一光电二极管的阴极连接接地极。

在本申请一种可能的实现方式中，接收单元包括第一光电二极管，电流反向单元包括第一开关、第二开关、第三开关以及镜像电路，镜像电路的第一输出端通过第二开关与第一光电二极管的阴极连接，镜像电路的第二输出端通过第三开关与第一运算放大器的负输入端连接，第一光电二极管的阴极通过第一开关与第一运算放大器的负输入端连接，第一光电二极管的阳极连接接地极，控制单元被配置为：

在发射单元处于发光状态时，输出第一驱动信号以控制第一开关闭合以及第二开关和第三开关关断；

在发射单元处于截止状态时，输出第二驱动信号以控制第一开关关断以及第二开关和第三开关闭合。

在本申请一种可能的实现方式中，镜像电路包括第一场效应管以及第二场效应管，第一场效应管的栅极和第二场效应管的栅极连接，第一场效应管的源极和第二场效应管的源极分别连接电压源，第一场效应管的栅极和第一场效应管的漏极还与第二开关连接，第二场效应管的漏极与第三开关连接。

在本申请一种可能的实现方式中，镜像电路还包括第二运算放大器，第二运算放大器的正输入端分别与第二开关和第一场效应管的漏极连接，第二运算放大器的负输入端分别与第三开关和第二场效应管的漏极连接，第二运算放大器的输出端分别与第一场效应管的栅极和第二场效应管的栅极连接。

在本申请一种可能的实现方式中，积分单元包括第三运算放大器、第二积分电容和第三积分电容，第二积分电容电性连接于第三运算放大器的正输入端与负输出端之间，第三积分电容电性连接于第三运算放大器的负输入端与正输出端之间，接近检测电路还包括与控制单元电性连接的电流反向单元，接收单元通过电流反向单元分别与第三运算放大器的正输入端和负输入端电性连接；电流反向单元被配置为：

在发射单元处于发光状态时，响应于控制单元的第一驱动信号，控制第一光电流的流向为由第三运算放大器的负输出端通过第二积分电容和接收单元流向第三运算放大器的负输入端以及第三积分电容；

在发射单元处于截止状态时，响应于控制单元的第二驱动信号，控制第二光电流的流向为由第三运算放大器的正输出端通过第三积分电容和接收单元流向第三运算放大器的正输入端以及第二积分电容。

在本申请一种可能的实现方式中，接收单元包括第二光电二极管，电流反向单元被配置为：

响应于第一驱动信号，控制第二光电二极管的阴极与第三运算放大器的正输入端电性连接以及第二光电二极管的阳极与第三运算放大器的负输入端电性连接；

响应于第二驱动信号，控制第二光电二极管的阳极与第三运算放大器的正输入端电性连接以及第二光电二极管的阴极与第三运算放大器的负输入端电性连接。

在本申请一种可能的实现方式中，接近检测电路还包括与积分单元电性连接的模数转换单元，模数转换单元用于将积分单元输出的目标电压信号转换为数字信号，数字信号用于表征目标物的接近程度。

第二方面，本申请还提供一种接近传感器，该接近传感器包括第一方面或者第一方面任一种可能的实现方式的接近检测电路。

从以上内容可得出，本申请具有以下的有益效果：

本申请中，在发射单元处于发光状态时，接收单元响应于发射光和环境光得到第一光电流，在发射单元处于截止状态时，接收单元响应于环境光得到第二光电流，通过控制第一光电流和第二光电流相对于积分单元的流向相反，可以使积分单元对第一光电流和第二光电流的积分处理反向，如此，积分单元最终输出的目标电压信号则是去除了环境光对应的电压后的电压信号，通过该电压信号便可以准确判断目标物的接近程度，提高了接近检测的精准度，确保了接近检测电路的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请中的技术方案，下面将对本申请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是本申请实施例中提供的接近检测电路的一个功能模块示意图；

图2是本申请实施例中提供的积分单元的一个电路原理示意图；

图3是本申请实施例中提供的第一光电流的一个流向示意图；

图4是本申请实施例中提供的第二光电流的一个流向示意图；

图5是本申请实施例中提供的目标电压信号的一个时序示意图；

图6是本申请实施例中提供的电流反向单元的一个结构示意图；

图7是本申请实施例中提供的第一光电流对应的一个电路原理示意图；

图8是本申请实施例中提供的第二光电流对应的一个电路原理示意图；

图9是本申请实施例中提供的镜像电路的一个电路原理示意图；

图10是本申请实施例中提供的镜像电路的另一个电路原理示意图；

图11是本申请实施例中提供的第二光电流对应的另一个电路原理示意图；

图12是本申请实施例中提供的目标电压信号的另一个时序示意图；

图13是本申请实施例中提供的积分单元的另一个电路原理示意图；

图14是本申请实施例中提供的第一光电流对应的另一个电路原理示意图；

图15是本申请实施例中提供的第二光电流对应的另一个电路原理示意图；

图16是本申请实施例中提供的目标电压信号的又一个时序示意图；

图17是本申请实施例中提供的接近检测电路的另一个功能模块示意图；

图18是本申请实施例中提供的接近传感器的一个结构示意图；

图19是本申请实施例中提供的接近传感器的另一个结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作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。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

需要指出的是，本申请实施例中“连接”可以理解为电连接，两个电学元件连接可以是两个电学元件之间的直接或间接连接。例如，A与B连接，既可以是A与B直接连接，也可以是A与B之间通过一个或多个其它电学元件间接连接。

在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

本申请实施例提供一种接近检测电路及接近传感器，以下分别进行详细说明。

首先，本申请提供一种接近检测电路，请参阅图1，图1是本申请实施例中提供的接近检测电路的一个功能模块示意图，该接近检测电路包括接收单元102、控制单元(图中未示出)以及积分单元103，该接收单元102分别与积分单元103和控制单元电性连接，接收单元102对应配置有发射单元101。

其中，接收单元102可以用于在发射单元101处于发光状态时，响应于接收到的反射光和环境光得到第一光电流，以及在发射单元101处于截止状态时，响应于接收到的环境光得到第二光电流；该反射光是发射单元101在发光状态时所发出的检测光经目标物反射后形成的光信号；

控制单元可以用于控制发射单元101的工作状态以及控制第一光电流和第二光电流相对于积分单元103流向相反；

积分单元103可以用于分别对第一光电流和第二光电流进行积分处理，得到对应的第一积分电压和第二积分电压，并基于第一积分电压和第二积分电压，得到用于接近检测的目标电压信号。

本申请实施例中，发射单元101可以配置有两个工作状态，即发光状态和截止状态，可以理解，当发射单元101处于发光状态时，发射单元101可以发出检测光，而当发射单元101处于截止状态时，该发射单元101不发光，即此时无检测光发出。

可以理解，该发射单元101发出的检测光的波长与接收单元102能够感知到的光的波长可以是相匹配的，例如，发射单元101所发出的检测光是可见光或某个可见光域，则接收单元102能够感知的反射光也是相对应的可见光或某个可见光域；若发射单元101所发出的检测光是红外光或某个不可见光域，则接收单元102能够感知的反射光也是相对应的红外光或某个不可见光域。

控制单元可以通过控制发射单元101的工作状态来控制检测光的发出，举例来说，当控制单元向发射单元101发出触发信号时，发射单元101可以响应于该触发信号而处于发射状态，从而基于一定的发光频率发出检测光；而当控制单元停止向发射单元101发出触发信号时，则发射单元101由发射状态转换为截止状态，从而停止发出检测光。

本申请实施例中，发射单元101可以是发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)或垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)等具有发光功能的光源，在不同的应用场景中，发射单元101的具体器件构成可以不同，此处不做具体限定。

发射单元101发出的检测光在经目标物反射后，可以形成反射光射向接收单元102，接收单元102可以根据接收到的反射光形成相对应的光电流，基于该光电流便可以判断目标物的接近程度，此处的接近程度可以是目标物相对于接近检测电路、发射单元101、接收单元102或预先设定的某一个基准点的远近程度。

由于在环境中，除发射单元101外，还可能存在如太阳、白炽灯等其他光源，这些光源发出的光即环境光的波长若在接收单元102可感知的光域内，则同样会被接收单元102感知到从而形成相对应的光电流，而环境光的光电流会影响对目标物的接近程度的判断，因此，在对目标物的接近程度进行判断时，需排除这部分的光电流的干扰。

本申请实施例中，接收单元102可以在发射单元101处于发光状态时，响应于反射光和环境光得到第一光电流，而在发射单元101处于截止状态时，响应于环境光得到第二光电流，控制单元可以用于控制第一光电流和第二光电流相对于积分单元103流向相反，如此，积分单元103可以对第一光电流和第二光电流进行不同的积分处理。

可以理解的，第一光电流为反射光和环境光两者的光强度所对应的光电流，而第二光电流是环境光的光强度所对应的光电流，由于在检测过程中接近检测电路所处环境不会改变或者变化很小，从而环境光的强度保持不变或者变化范围在可控的检测误差范围内，因此，发射单元101在发光状态和截止状态时所对应的环境光的强度可以认为是相同。

由于第一光电流和第二光电流相对于积分单元103流向相反，若两者中的一者的流向为流入积分单元103，则另一者的流向为流出积分单元103。

举例来说，若第一光电流的流向为由积分单元103流出，则可以理解积分单元103对第一光电流进行向上积分处理，得到第一积分电压；相对应的，第二光电流的流向则为流入积分单元103，此时，积分单元103对第二光电流进行向下积分处理，得到第二积分电压。

本申请实施例中，积分单元103的输出信号可以是第一积分电压和第二积分电压两者之差，由于第一积分电压是对第一光电流进行向上积分处理得到的电压，第二积分电压对第二光电流进行向下积分处理得到的电压，而第一光电流是在发射单元101处于发光状态时，响应于反射光和环境光的光强度之和得到的电流信号，第二光电流是在发射单元101处于截止状态，响应于环境光的光强度得到的电流信号，因此，第一积分电压与第二积分电压之差则是在反射光和环境光对应的积分电压的基础上，去除了环境光对应的积分电压后所得到的电压信号即目标电压信号，基于该目标电压信号便可以确定目标物的接近程度。

需要说明的是，在其他的一些应用场景中，第一光电流的流向也可以是流向积分单元103，此时积分单元103可以对第一光电流进行向下积分处理，得到第一积分电压；相对应的，第二光电流可以是由积分单元103流出，此时积分单元103则对第二光电流进行向上积分处理，得到第二积分电压。

在此场景中，第一积分电压与第二积分电压之差同样为去除了环境光对应的积分电压后所得到的电压信号即目标电压信号，区别于前述示例的是，此时的目标电压信号为负值，在对目标物的接近程度进行判断时，可以取负的目标电压信号的绝对值进行目标物的接近程度的判断，也可以直接对负的目标电压信号进行量化，确定目标物的接近程度。

值得注意的是，本申请实施例中，控制单元可以先控制发射单元101处于发光状态，再控制发射单元101由发光状态转换为截止状态；或者，控制单元也可以先控制发射单元101处于截止状态，再控制发射单元101由截止状态转换为发光状态，发射单元101的具体工作状态的先后顺序可以根据实际应用场景进行确定，具体此处不作限定。

本申请实施例中，在发射单元101处于发光状态时，接收单元102响应于发射光和环境光得到第一光电流，在发射单元101处于截止状态时，接收单元102响应于环境光得到第二光电流，通过控制第一光电流和第二光电流相对于积分单元103的流向相反，可以使积分单元103对第一光电流和第二光电流的积分处理反向，如此，积分单元103最终输出的目标电压信号则是去除了环境光对应的电压后的电压信号，通过该电压信号便可以准确判断目标物的接近程度，提高了接近检测的精准度，确保了接近检测电路的可靠性。

接下来，继续对图1所示的接近检测电路的各单元以及在实际应用中可能采用的具体实施方式进行详细阐述。

在本申请一些实施例中，控制单元具体可以用于在预设的检测周期内，控制发射单元101处于发光状态的时长和处于截止状态的时长相同。

可以理解，检测周期可以是预先设定的任一时长，例如20ms、45ms等，由于要去除环境光对判断目标物接近程度的干扰，因此，第一积分电压与第二积分电压之差需完全抵消环境光所对应的积分电压，又由于第一光电流和第二光电流相对于积分单元103的流向相反，因此，在相同的时间内分别对第一光电流和第二光电流进行积分处理后，得到的第一积分电压与第二积分电压之差即为理想的目标电压信号。

根据前述的说明可以知道，在相同的时间内分别对第一光电流和第二光电流进行积分处理，则可以确定发射单元101发射检测光的时长和不发射检测光的时长相同，即发射单元101处于发光状态和截止状态的时长相同。

在一种具体实现中，发射单元101处于发光状态和截止状态的时长可以均分检测周期的总时长，举例来说，检测周期为20ms，则发射单元101处于发光状态和截止状态的时长可以分别为10ms，例如，发射单元101可以在检测周期的前10ms内处于发光状态，在检测周期的后10ms内处于截止状态；或者，发射单元101可以在检测周期的前10ms内处于截止状态，在检测周期的后10ms内处于发光状态。

在另一种具体实现中，发射单元101处于发光状态和截止状态的时长可以是检测周期的前一部分时长，例如，若检测周期为50ms，则发射单元101处于发光状态的时长可以是50ms的前15ms，发射单元101处于截止状态的时长可以是与该前15ms相邻的下一个15ms，在发射单元101处于截止状态的15ms结束后，可以直接根据积分单元103当前输出的目标电压信号确定目标物的接近程度。

可以理解的，在一个检测周期内得到的目标电压信号的值可能较小不便于后续的量化，因此，在本申请一些实施例中，可以在多个连续的检测周期内控制发射单元101在发光状态和截止状态之间进行状态转换，从而使每个检测周期内得到的目标电压信号累加，得到便于后续量化的较大的电压信号。

请参阅图2，图2是本申请实施例中提供的积分单元的一个电路原理示意图，在本申请一些实施例中，积分单元103可以包括第一运算放大器U1和第一积分电容C1，第一积分电容C1电性连接于第一运算放大器U1的负输入端与输出端之间，接近检测电路还可以包括与控制单元电性连接的电流反向单元104，接收单元102通过电流反向单元104与第一运算放大器U1的负输入端电性连接；该电流反向单元104可以被配置为：

在发射单元101处于发光状态时，响应于控制单元的第一驱动信号，控制第一光电流的流向为由第一运算放大器U1的输出端通过第一积分电容C1和接收单元102流出；

在发射单元101处于截止状态时，响应于控制单元的第二驱动信号，控制第二光电流的流向为由接收单元102通过第一积分电容C1流向第一运算放大器U1的输出端。

如图3所示，接收单元102可以包括第一光电二极管D1，在发射单元101处于发光状态时，响应于该第一驱动信号，电流反向单元104可以控制第一光电二极管D1的阴极与第一运算放大器U1的负输入端电性连接以及控制第一光电二极管D1的阳极连接接地极GND，由于第一光电二极管D1的内部电流流向为由阴极流向阳极，因此，此时第一光电流为由第一运算放大器U1的输出端通过第一积分电容C1和第一光电二极管D1流向接地极GND。

此时，第一积分电容C1的右极板的电压逐渐增大，由于第一积分电容C1的右极板与第一运算放大器U1的输出端同电位，因此目标电压信号逐渐增大，可以理解，目标电压信号的大小与积分时间即发射单元101的发光时长、第一积分电容C1的容值大小以及接收单元102接收到的反射光和环境光的光强度有关。

若发射单元101的发光时长为ΔT，反射光为I_c，环境光为I_a，则在积分时间ΔT内，第一运算放大器U1输出的目标电压信号以斜率Slop_on＝(I_c+I_a)/C1向上积分，且积分值ΔV1＝(I_c+I_a)*ΔT/C1，即第一积分电压为ΔV1。

如图4所示，在发射单元101处于截止状态时，响应于该第二驱动信号，电流反向单元104可以控制第一光电二极管D1的阳极与第一运算放大器U1的负输入端电性连接以及控制第一光电二极管D1的阴极连接接地极GND。

此时，第一积分电容C1的右极板的电压逐渐减小，即目标电压信号逐渐减小，可以理解，此时目标电压信号的大小与积分时间即发射单元101处于截止状态即不发光的时长、第一积分电容C1的容值大小以及接收单元102接收到的环境光的光强度有关。

若发射单元101的不发光的时长同样为ΔT，环境光为I_a，则在积分时间ΔT内，第一运算放大器U1输出的目标电压信号以斜率Slop_off＝I_a/C1向下积分，且积分值ΔV2＝I_a*ΔT/C1，即第二积分电压为ΔV2。

如图5所示，图5是本申请实施例中提供的目标电压信号的一个时序示意图，本申请实施例中，第一积分电容C1并联有第一复位开关RST1，在开始检测目标物的接近程度之前，首先可以控制第一复位开关RST1闭合，以消耗第一积分电容C1上原本存储的电能，然后控制该第一复位开关RST1断开，开始进行接近检测。可以理解，在第一光电二极管D1与第一运算放大器U1的负输入端之间还可以连接一控制开关(图中未示出)，在该控制开关闭合时，开始进行接近检测。

控制单元发出触发信号至发射单元101，以驱动发射单元101向目标物发射检测光如红外光IR，在发射单元101处于发光状态即IR_ON时，第一光电二极管D1接收到反射光和环境光，根据前述的说明，积分单元103对第一光电流进行向上积分处理，此时第一积分电容C1的电量可以由0基于斜率Slop_on增长至ΔV1，即目标电压信号VOUT由0基于斜率Slop增长至ΔV1。

当发射单元101处于发光状态即IR_ON的时长达到预设时长如ΔT时，控制单元停止向发射单元101发送触发信号，发射单元101由于无触发信号的驱动，则停止向目标物发射检测光，在发射单元101处于截止状态即IR_OFF时，第一光电二极管D1只接收到环境光，积分单元103对第二光电流进行向下积分处理，此时第一积分电容C1的电量可以由ΔV1基于斜率Slop_OFF减小ΔV2，由于在相同的积分时长内，第一光电二极管D1接收到的环境光和反射光的光强度大于只接收到环境光时的光强度，因此，ΔV1大于ΔV2，ΔV1-ΔV2即为去除了环境光的影响的目标电压信号VOUT的幅值。

在目标电压信号VOUT的幅值为ΔV1-ΔV2的基础上，若再基于上述的方法继续控制发射单元101处于发光状态IR_ON和截止状态IR_OFF，则在经过两个检测周期后，第一运算放大器U1输出的目标电压信号VOUT的幅值为2*(ΔV1-ΔV2)。

通过对该2*(ΔV1-ΔV2)进行量化，便可以确定目标物距离接近检测电路的接近程度。

请参阅图6，图6是本申请实施例中提供的电流反向单元的一个结构示意图，在本申请一些实施例中，接收单元102可以包括第一光电二极管D1，电流反向单元104可以包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3以及镜像电路105，该镜像电路105的第一输出端通过第二开关S2与第一光电二极管D1的阴极连接，镜像电路105的第二输出端通过第三开关S3与第一运算放大器U1的负输入端连接，第一光电二极管D1的阴极通过第一开关S1与第一运算放大器U1的负输入端连接，第一光电二极管D1的阳极连接接地极GND，控制单元可以被配置为：

在发射单元101处于发光状态时，输出第一驱动信号以控制第一开关S1闭合以及第二开关S2和第三开关S3关断；

在发射单元101处于截止状态时，输出第二驱动信号以控制第一开关S1关断以及第二开关S2和第三开关S3闭合。

本申请实施例中，在发射单元101处于发光状态时，控制单元通过第一驱动信号控制第一开关S1闭合以及第二开关S2和第三开关S3断开，则电路结构如图7所示，此时第一光电流的流向为由第一运算放大器U1的输出端通过第一积分电容C1和第一光电二极管D1流向接地极GND，积分单元103对第一光电流进行向上积分处理。

而在发射单元101处于截止状态时，控制单元通过第二驱动信号控制第一开关S1断开以及第二开关S2和第三开关S3闭合，则电路结构如图8所示，由于第一光电二极管D1的电流始终是由阴极流向阳极的，因此，第二光电流是由镜像电路105的第一输出端流出，又由于镜像电路105的工作原理，在镜像电路105的第二输出端同样会输出与第二光电流大小相等的电流信号，该电流信号通过闭合的第三开关S3流向第一运算放大器U1和第一积分电容C1，此时，积分单元103对该电流信号进行向下积分处理。

可以理解，本申请实施例中的镜像电路105可以是镜像电流源、带隙基准源电路等现有的任一种具有镜像功能的电路结构或器件，如图9所示，图9是本申请实施例中提供的镜像电路的一个电路原理示意图，该镜像电路105可以包括第一场效应管M1以及第二场效应管M2，第一场效应管M1的栅极和第二场效应管M2的栅极连接，第一场效应管M1的源极和第二场效应管M2的源极分别连接电压源VDD，第一场效应管M1的栅极和第一场效应管M1的漏极还与第二开关S2连接，第二场效应管M2的漏极与第三开关S3连接。

本申请实施例中，当发射单元101处于发光状态时，第一开关S1闭合，第二开关S2和第三开关S3断开，则镜像电路105未接入回路，第一光电二极管D1感应到反射光和环境光后，第一光电流由第一运算放大器U1的输出端通过第一积分电容C1以及闭合的第一开关S1流向第一光电二极管D1，此时第一积分电容C1的右极板电压升高，因此，第一运算放大器U1的输出端输出的目标电压信号逐渐增大，即积分单元103对第一光电流进行向上积分处理。

而当发射单元101处于截止状态时，第一开关S1断开，第二开关S2和第三开关S3闭合，由于第一光电二极管D1的电流始终是由阴极流向阳极的，因此，第二光电流是由第一场效应管M1的漏极通过闭合的第二开关S2流向第一光电二极管D1，基于该电路结构可以知道，第二场效应管M2的漏极同样会有与第二光电流大小相等的电流信号通过闭合的第三开关S3流向第一运算放大器U1的负输入端和第一积分电容C1，此时第一积分电容C1的右极板电压下降，因此，第一运算放大器U1的输出端输出的目标电压信号逐渐减小，即积分单元103对第二光电流进行向下积分处理。

请参阅图10，图10是本申请实施例中提供的镜像电路的另一个电路原理示意图，该镜像电路105可以包括第二运算放大器U2、第一场效应管M1以及第二场效应管M2，第二运算放大器U2的正输入端分别与第二开关S2和第一场效应管M1的漏极连接，第二运算放大器U2的负输入端分别与第三开关S3和第二场效应管M2的漏极连接，第二运算放大器U2的输出端分别与第一场效应管M1的栅极和第二场效应管M2的栅极连接，第一场效应管M1的源极和第二场效应管M2的源极分别连接电压源VDD。

本申请实施例中，当发射单元101处于发光状态时，第一开关S1闭合，第二开关S2和第三开关S3断开，则镜像电路105未接入回路，第一光电二极管D1感应到反射光和环境光后，第一光电流由第一运算放大器U1的输出端通过第一积分电容C1和闭合的第一开关S1流向第一光电二极管D1，此时第一积分电容C1的右极板电压升高，因此，第一运算放大器U1的输出端输出的目标电压信号逐渐增大，即积分单元103对第一光电流进行向上积分处理。

而当发射单元101处于截止状态时，第一开关S1断开，第二开关S2和第三开关S3闭合，电路结构如图11所示，由于第一光电二极管D1的电流始终是由阴极流向阳极的，因此，第二光电流是由第二运算放大器U2的正输入端通过闭合的第二开关S2流向第一光电二极管D1，基于该电路结构可以知道，第二运算放大器U2的负输入端处同样会有与第二光电流大小相等的电流信号通过闭合的第三开关S3流向第一运算放大器U1的负输入端和第一积分电容C1，此时第一积分电容C1的右极板电压下降，因此，第一运算放大器U1的输出端输出的目标电压信号逐渐减小，即积分单元103对第二光电流进行向下积分处理。

请参阅图12，图12是本申请实施例中提供的目标电压信号的另一个时序示意图，本申请实施例中，第一积分电容C1并联有第一复位开关RST1，在开始检测目标物的接近程度之前，首先可以控制第一复位开关RST1闭合，以消耗第一积分电容C1上原本存储的电能，然后控制该第一复位开关RST1断开。

控制单元发出触发信号至发射单元101，以驱动发射单元101向目标物发射检测光，同时，控制单元发出第一驱动信号以控制第一开关S1闭合，第二开关S2和第三开关S3断开，在发射单元101处于发光状态即IR_ON时，第一光电二极管D1接收到反射光和环境光，根据前述的说明，积分单元103对第一光电流进行向上积分处理，此时第一积分电容C1的电量可以由0基于斜率Slop_on增长至ΔV1，即目标电压信号VOUT由0基于斜率Slop增长至ΔV1。

当发射单元101处于发光状态是时长即IR_ON的时长达到预设时长如ΔT时，控制单元停止向发射单元101发送触发信号，发射单元101由于无触发信号的驱动，则停止向目标物发射检测光，同时，控制单元发出第二驱动信号以控制第一开关S1断开，第二开关S2和第三开关S3闭合，在发射单元101处于截止状态即IR_OFF时，第一光电二极管D1只接收到环境光，积分单元103对第二光电流进行向下积分处理，此时第一积分电容C1的电量可以由ΔV1基于斜率Slop_OFF减小ΔV2，由于在相同的积分时长内，第一光电二极管D1接收到的环境光和反射光的光强度大于只接收到环境光时的光强度，因此，ΔV1大于ΔV2，ΔV1-ΔV2即为去除了环境光的影响的目标电压信号VOUT的幅值。

在目标电压信号VOUT的幅值为ΔV1-ΔV2的基础上，若再基于上述的方法继续控制发射单元101处于发光状态IR_ON和截止状态IR_OFF，则在经过N个检测周期后，第一运算放大器U1输出的目标电压信号VOUT的幅值为N*(ΔV1-ΔV2)。

通过对该N*(ΔV1-ΔV2)进行量化，便可以确定目标物距离接近检测电路的接近程度。

如图13所示，图13是本申请实施例中提供的积分单元的另一个电路原理示意图，在本申请一些实施例中，积分单元103可以包括第三运算放大器U3、第二积分电容C2和第三积分电容C3，第二积分电容C2电性连接于第三运算放大器U3的正输入端与负输出端之间，第三积分电容C3电性连接于第三运算放大器U3的负输入端与正输出端之间，接近检测电路还可以包括与控制单元电性连接的电流反向单元104，接收单元102通过电流反向单元104分别与第三运算放大器U3的正输入端和负输入端电性连接；电流反向单元104可以被配置为：

在发射单元101处于发光状态时，响应于控制单元的第一驱动信号，控制第一光电流的流向为由第三运算放大器U3的负输出端通过第二积分电容C2和接收单元102流向第三运算放大器U3的负输入端以及第三积分电容C3；

在发射单元101处于截止状态时，响应于控制单元的第二驱动信号，控制第二光电流的流向为由第三运算放大器U3的正输出端通过第三积分电容C3和接收单元102流向第三运算放大器的U3正输入端以及第二积分电容C2。

如图14所示，接收单元102可以包括第二光电二极管D2，在发射单元101处于发光状态时，响应于控制单元的第一驱动信号，电流反向单元104可以控制第二光电二极管D2的阴极与第三运算放大器U3的正输入端电性连接以及控制第二光电二极管D2的阳极与第三运算放大器U3的负输入端电性连接，由于第二光电二极管D2的内部电流流向为由阴极流向阳极，因此，此时第一光电流为由第三运算放大器U3的负输出端流出，并通过第二积分电容C2和第二光电二极管D2流向第三运算放大器U3的负输入端和第三积分电容C3。

此时，第二积分电容C2的右极板的电压逐渐增大，第三运算放大器U3的负输出端输出的电压信号逐渐增大，即向上积分，而第三积分电容C3的右极板的电压逐渐减小，第三运算放大器U3的正输出端输出的电压信号逐渐减小，即向下积分，此时第三运算放大器U3最终的输出电压为正输出端的输出电压与负输出端输出电压的绝对值之和。

若设定第二积分电容C2和第三积分电容C3的容值相等，发射单元101的发光时长为ΔT，反射光为I_c，环境光为I_a，则在积分时间ΔT内，第三运算放大器U3的负输出端输出的电压信号V_outn以斜率Slop_ON1＝(I_c+I_a)/C2向上积分，且积分值ΔV1＝(I_c+I_a)*ΔT/C2，第三运算放大器U3的正输出端输出的电压信号V_outp以斜率Slop_ON2＝-(I_c+I_a)/C3向下积分，且积分值同样为ΔV1＝(I_c+I_a)*ΔT/C3，因此，第三运算放大器U3的最终输出的目标电压信号为2ΔV1。

如图15所示，在发射单元101处于截止状态时，响应于控制单元的第二驱动信号，电流反向单元104可以控制第二光电二极管D2的阳极与第一运算放大器U1的正输入端电性连接以及控制第二光电二极管D2的阴极与第一运算放大器U1的负输入端电性连接，此时第二光电流为由第一运算放大器U1的正输出端流出，并通过第三积分电容C3和第二光电二极管D2流向第一运算放大器U1的正输入端和第二积分电容C2。

此时，第二积分电容C2的右极板的电压逐渐减小，第三运算放大器U3的负输出端输出的电压信号逐渐减小，即向下积分，而第三积分电容C3的右极板的电压逐渐增大，第三运算放大器U3的正输出端输出的电压信号逐渐增大，即向上积分，此时第三运算放大器U3最终的输出电压为正输出端输出电压的绝对值与负输出端输出电压之和。

同样设定第二积分电容C2和第三积分电容C3的容值相等，发射单元101不发光的时长同样为ΔT，环境光为I_a，则在积分时间ΔT内，第三运算放大器U3的负输出端输出的电压信号V_outn以斜率Slop_OFF1＝-I_a/C2向下积分，且积分值为ΔV2＝I_a*ΔT/C2，第三运算放大器U3的正输出端输出的电压信号V_outp以斜率Slop_OFF2＝I_a/C3向上积分，积分值同样为ΔV2＝I_a*ΔT/C3，因此，此时第三运算放大器U3的最终输出的目标电压信号为在2ΔV1的基础上减小2ΔV2。

如图16所示，图16是本申请实施例中提供的目标电压信号的又一个时序示意图，本申请实施例中，第二积分电容C2并联有第二复位开关RST2，第三积分电容C3并联有第三复位开关RST3，在开始检测目标物的接近程度之前，首先可以控制第二复位开关RST2和第三复位开关RST3闭合，以消耗第二积分电容C2以及第三积分电容C3上原本存储的电能，然后再控制第二复位开关RST2和第三复位开关RST3断开，开始进行接近检测。

控制单元发出触发信号至发射单元101，以驱动发射单元101向目标物发射检测光，在发射单元101处于发光状态即IR_ON时，第二光电二极管D2接收到反射光和环境光，根据前述的说明，第三运算放大器U3的负输出端输出的电压信号V_outn以斜率Slop_ON1＝(I_c+I_a)/C2向上积分，积分值为ΔV1＝(I_c+I_a)*ΔT/C2，同时，第三运算放大器U3的正输出端输出的电压信号V_outp以第二斜率Slop_ON2＝-(I_c+I_a)/C3向下积分，积分值为ΔV1＝(I_c+I_a)*ΔT/C3，因此，第三运算放大器U3的最终输出的目标电压信号Vout为2ΔV1。

当发射单元101处于发光状态IR_ON的时长达到预设时长如ΔT时，控制单元停止向发射单元101发送触发信号，发射单元101由于无触发信号的驱动，则停止向目标物发射检测光，在发射单元101处于截止状态即IR_OFF时，第二光电二极管D2只接收到环境光，第三运算放大器U3的负输出端输出的电压信号V_outn以斜率Slop_OFF1＝-I_a/C2向下积分，积分值为ΔV2＝I_a*ΔT/C2，第三运算放大器U3的正输出端输出的电压信号V_outp以斜率Slop_OFF2＝I_a/C3向上积分，积分值为ΔV2＝I_a*ΔT/C3，此时，第三运算放大器U3最终输出的目标电压信号Vout为2(ΔV1-ΔV2)，ΔV1-ΔV2即为去除了环境光的影响的目标电压信号VOUT的幅值。

在目标电压信号VOUT的幅值为2(ΔV1-ΔV2)的基础上，若再基于上述的方法继续控制发射单元101处于发光状态IR_ON和截止状态IR_OFF，则在经过两个检测周期后，第三运算放大器U3输出的目标电压信号VOUT的幅值即为4*(ΔV1-ΔV2)。

通过对该4*(ΔV1-ΔV2)进行量化，便可以确定目标物距离接近检测电路的接近程度。

可以理解的，在不同的应用场景中，可以根据实际情况选择检测周期的数量，以确保后续能够根据目标电压信号精准判断目标物的接近程度。

如图17所示，在本申请一些实施例中，接近检测电路还可以包括与积分单元103电性连接的模数转换单元106，该模数转换单元106可以用于将积分单元103输出的目标电压信号转换为数字信号，该数字信号可以用于表征目标物的接近程度。

本申请实施例中，该模数转换单元106可以采用现有的任一种模拟数字转换器，模数转换单元106可以对模拟量的目标电压信号进行量化，以将目标电压信号转换为表征目标物接近程度的数字信号。

如图18所示，图18是本申请实施例中提供的接近传感器的一个结构示意图，在上述接近检测电路的基础上，本申请实施例还提供一种接近传感器1800，该接近传感器1800可以包括如图1至图17对应任意实施例中的接近检测电路，因此，该接近传感器1800的具体实现方式可以参照本申请如图1至图17对应任意实施例中接近检测电路的说明，可以实现本申请如图1至图17对应任意实施例中接近检测电路所能实现的有益效果，详见前面的说明，在此不再赘述。

如图19所示，在本申请一些实施例中，接近传感器1800可以包括主控单元1801以及驱动单元1802，主控单元1801可以通过控制驱动单元1802来控制发射单元101的工作状态，该主控单元1801可以与前述实施例中的控制单元为同一模块，也可以是与前述实施例中的控制单元不同的另一单元模块，具体可以根据实际应用场景进行确定。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。

具体实施时，以上各个单元或结构可以作为独立的实体来实现，也可以进行任意组合，作为同一或若干个实体来实现，以上各个单元或结构的具体实施可参见前面的实施例，在此不再赘述。

以上对本申请所提供的一种接近检测电路及接近传感器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上说明只是用于帮助理解本申请的电路及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (11)

1.一种接近检测电路，其特征在于，所述接近检测电路包括接收单元、控制单元以及积分单元，所述接收单元分别与所述积分单元和所述控制单元电性连接，所述接收单元对应配置有发射单元；

所述接收单元，用于在所述发射单元处于发光状态时，响应于接收到的反射光和环境光得到第一光电流，以及在所述发射单元处于截止状态时，响应于接收到的所述环境光得到第二光电流；所述反射光是所述发射单元在发光状态时发出的检测光经目标物反射后所形成的光信号；

所述控制单元，用于控制所述发射单元的工作状态以及控制所述第一光电流和所述第二光电流相对于所述积分单元流向相反；

所述积分单元，用于分别对所述第一光电流和所述第二光电流进行积分处理，得到对应的第一积分电压和第二积分电压，并基于所述第一积分电压和所述第二积分电压，得到用于接近检测的目标电压信号。

2.根据权利要求1所述的接近检测电路，其特征在于，所述控制单元用于：在预设的检测周期内，控制所述发射单元处于发光状态的时长和处于截止状态的时长相同。

3.根据权利要求1所述的接近检测电路，其特征在于，所述积分单元包括第一运算放大器和第一积分电容，所述第一积分电容电性连接于所述第一运算放大器的负输入端与输出端之间，所述接近检测电路还包括与所述控制单元电性连接的电流反向单元，所述接收单元通过所述电流反向单元与所述第一运算放大器的负输入端电性连接；所述电流反向单元被配置为：

在所述发射单元处于发光状态时，响应于所述控制单元的第一驱动信号，控制所述第一光电流的流向为由所述第一运算放大器的输出端通过所述第一积分电容和所述接收单元流出；

在所述发射单元处于截止状态时，响应于所述控制单元的第二驱动信号，控制所述第二光电流的流向为由所述接收单元通过所述第一积分电容流向所述第一运算放大器的输出端。

4.根据权利要求3所述的接近检测电路，其特征在于，所述接收单元包括第一光电二极管，所述电流反向单元被配置为：

响应于所述第一驱动信号，控制所述第一光电二极管的阴极与所述第一运算放大器的负输入端电性连接以及所述第一光电二极管的阳极连接接地极；

响应于所述第二驱动信号，控制所述第一光电二极管的阳极与所述第一运算放大器的负输入端电性连接以及所述第一光电二极管的阴极连接所述接地极。

5.根据权利要求3所述的接近检测电路，其特征在于，所述接收单元包括第一光电二极管，所述电流反向单元包括第一开关、第二开关、第三开关以及镜像电路，所述镜像电路的第一输出端通过所述第二开关与所述第一光电二极管的阴极连接，所述镜像电路的第二输出端通过所述第三开关与所述第一运算放大器的负输入端连接，所述第一光电二极管的阴极通过所述第一开关与所述第一运算放大器的负输入端连接，所述第一光电二极管的阳极连接接地极，所述控制单元被配置为：

在所述发射单元处于发光状态时，输出所述第一驱动信号以控制所述第一开关闭合以及所述第二开关和所述第三开关关断；

在所述发射单元处于截止状态时，输出所述第二驱动信号以控制所述第一开关关断以及所述第二开关和所述第三开关闭合。

6.根据权利要求5所述的接近检测电路，其特征在于，所述镜像电路包括第一场效应管以及第二场效应管，所述第一场效应管的栅极和所述第二场效应管的栅极连接，所述第一场效应管的源极和所述第二场效应管的源极分别连接电压源，所述第一场效应管的栅极和所述第一场效应管的漏极还与所述第二开关连接，所述第二场效应管的漏极与所述第三开关连接。

7.根据权利要求6所述的接近检测电路，其特征在于，所述镜像电路还包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的正输入端分别与所述第二开关和所述第一场效应管的漏极连接，所述第二运算放大器的负输入端分别与所述第三开关和所述第二场效应管的漏极连接，所述第二运算放大器的输出端分别与所述第一场效应管的栅极和所述第二场效应管的栅极连接。

8.根据权利要求1所述的接近检测电路，其特征在于，所述积分单元包括第三运算放大器、第二积分电容和第三积分电容，所述第二积分电容电性连接于所述第三运算放大器的正输入端与负输出端之间，所述第三积分电容电性连接于所述第三运算放大器的负输入端与正输出端之间，所述接近检测电路还包括与所述控制单元电性连接的电流反向单元，所述接收单元通过所述电流反向单元分别与所述第三运算放大器的正输入端和负输入端电性连接；所述电流反向单元被配置为：

在所述发射单元处于发光状态时，响应于所述控制单元的第一驱动信号，控制所述第一光电流的流向为由所述第三运算放大器的负输出端通过所述第二积分电容和所述接收单元流向所述第三运算放大器的负输入端以及所述第三积分电容；

在所述发射单元处于截止状态时，响应于所述控制单元的第二驱动信号，控制所述第二光电流的流向为由所述第三运算放大器的正输出端通过所述第三积分电容和所述接收单元流向所述第三运算放大器的正输入端以及所述第二积分电容。

9.根据权利要求8所述的接近检测电路，其特征在于，所述接收单元包括第二光电二极管，所述电流反向单元被配置为：

响应于所述第一驱动信号，控制所述第二光电二极管的阴极与所述第三运算放大器的正输入端电性连接以及所述第二光电二极管的阳极与所述第三运算放大器的负输入端电性连接；

响应于所述第二驱动信号，控制所述第二光电二极管的阳极与所述第三运算放大器的正输入端电性连接以及所述第二光电二极管的阴极与所述第三运算放大器的负输入端电性连接。

10.根据权利要求1-9任一项所述的接近检测电路，其特征在于，所述接近检测电路还包括与所述积分单元电性连接的模数转换单元，所述模数转换单元用于将所述积分单元输出的目标电压信号转换为数字信号，所述数字信号用于表征所述目标物的接近程度。

11.一种接近传感器，其特征在于，所述接近传感器包括权利要求1-10任一项所述的接近检测电路。

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