CN116569003A

CN116569003A - 光学感测装置、环境光传感器和用于提供输出计数的方法

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Publication number: CN116569003A
Application number: CN202180080479.2A
Authority: CN
Inventors: 拉维·库马尔·阿杜苏姆阿利; 拉胡尔·托特塔蒂尔
Original assignee: Ams Sensors Germany Ag
Current assignee: Ams Sensors Germany Ag
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2021-11-11
Publication date: 2023-08-08
Also published as: US20240019301A1; TWI803061B; TW202229821A; WO2022122288A1; DE112021004505T5

Abstract

在一个实施例中，光学感测装置包括：第一传感器(D1)，其被配置为提供第一传感器信号(I1)；第二传感器(D2)，其被配置为提供第二传感器信号(I2)；积分单元(20)，其包括连接到第一传感器(D1)的第一输入端(21)、连接到第二传感器(D2)的第二输入端(22)、被配置为根据第一传感器信号(I1)提供第一积分信号(V1)的第一输出端(23)以及被配置为根据第二传感器信号(I2)提供第二积分信号(V2)的第二输出端(24)；比较单元(30)，其包括连接到积分单元(20)的第一输出端(23)的第一输入端(31)、连接到积分单元(20)的第二输出端(24)的第二输入端(32)以及被配置为根据第一积分信号(V1)和第二积分信号(V2)提供比较信号(CMP)的输出端(33)；以及控制单元(40)，其包括耦合到比较单元(30)的输出端(33)的第一输入端(41)，其中，控制单元(40)被配置为评估比较信号(CMP)的脉冲，并由此提供指示第一传感器信号(I1)与第二传感器信号(I2)之间的差的输出计数。

Description

光学感测装置、环境光传感器和用于提供输出计数的方法

技术领域

本发明涉及环境光感测领域。具体地，本申请涉及一种光学感测装置、一种环境光传感器和一种用于提供输出计数的方法。

本申请要求德国专利申请No.102020132969.5的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

背景技术

环境光感测(ALS)广泛应用于不同类型的设备(例如智能手机和笔记本电脑)显示，以与人眼基本相同的方式检测亮度。为此，ALS传感器的光谱灵敏度被准备用于再现人眼的明视和/或暗视光度曲线。环境光照度的国际标准单位是勒克斯。ALS传感器提供的信息用于设备，例如，适当地调暗设备的屏幕以匹配环境光条件。

已经发现，环境光中的红外(IR)分量使ALS传感器的测量结果恶化。在现有技术的实施方式中，这通过提供用于感测IR分量的单独的通道来解决。IR分量随后从有用信号中移除。详细地，用于检测白光的第一光电二极管连接到一个ALS通道，用于检测IR光的第二二极管连接到第二ALS通道。每个光电流分别在运算放大器的反馈电容器上进行积分。每个结果电压通过比较器与参考电压进行比较，该比较器触发连接的计数器。因此，每个通道提供与在所述通道中检测到的光量相等的计数。为了获得IR补偿清除计数，在数字域中从清除计数中减去IR计数。然而，该解决方案消耗相当大的芯片面积和功率。

因此，目的是提供一种光学感测装置、一种环境光传感器和一种用于提供输出计数的方法，其至少解决了上述现有技术的一些缺陷。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。其他改进方案和实施例在从属权利要求中定义。

除非另有说明，否则以上提供的术语定义也适用于以下描述。

发明内容

在一个实施例中，光学感测装置包括第一传感器、第二传感器、积分单元、比较单元和控制单元。第一传感器被配置为提供第一传感器信号。第二传感器被配置为提供第二传感器信号。积分单元包括：连接到第一传感器的第一输入端、连接到第二传感器的第二输入端、被配置为根据第一传感器信号提供第一积分信号的第一输出端以及被配置为根据第二传感器信号提供第二积分信号的第二输出端。比较单元包括：连接到积分单元的第一输出端的第一输入端、连接到积分单元的第二输出端的第二输入端以及输出端。比较单元的输出端被配置为根据第一积分信号和第二积分信号提供比较信号。控制单元包括耦合到比较单元的输出端的第一输入端。控制单元被配置为评估比较信号的脉冲，并由此提供指示第一传感器信号与第二传感器信号之间的差的输出计数。

第一传感器生成第一传感器信号。第二传感器生成第二传感器信号。积分单元对第一信号进行积分并由此提供第一积分信号。积分单元还对第二传感器信号进行积分并由此提供第二积分信号。比较单元对第一积分信号与第二积分信号进行比较并由此提供比较信号。控制单元评估比较信号的脉冲并由此提供输出计数，其中输出计数指示第一传感器信号与第二传感器信号之间的差或与其成比例。

所提出的光学光感测装置仅需要一个积分单元和一个比较单元来提供表示第一传感器信号与第二传感器信号之间的差的输出计数。因此，与上述现有技术相比，面积消耗和功耗大大降低。

在改进方案中，第一传感器包括第一光电二极管，该第一光电二极管被配置为检测第一波长范围内的光。第二传感器包括第二光电二极管，该第二光电二极管被配置为检测至少部分地与第一波长范围重叠的第二波长范围内的光。

输出计数因此指示第一波长范围与第二波长范围之间的差。

例如，第一范围跨越电磁辐射的范围，例如电磁辐射的可见范围。特别地，第一光电二极管被配置为检测宽带光(例如明光)或宽带白光。通常，波长的所述第一范围也延伸到近红外或红外光，因为光电二极管也可能在此范围内具有灵敏度。例如，第二光电二极管被配置为检测红外光。

例如，第一传感器信号表示入射到光学传感器装置上的白光量以及近红外和红外光分量，而第二传感器信号表示入射到光学感测装置上的红外光量。输出计数因此指示入射到光学感测装置上的白光量与红外光量之间的差。输出计数可以被称为IR补偿输出计数或IR校正输出计数。

在改进方案中，第二积分信号与第一积分信号成反比。

这意味着第一积分信号的幅度与第二积分信号的幅度基本相同，而第一积分信号的斜率与第二积分信号的斜率成反比。积分单元因此在其第一输出端处和第二输出端处提供第一积分信号与第二积分信号的差，该差是第一传感器信号与第二传感器信号之间的差的函数。

在改进方案中，积分单元包括差分运算放大器、第一积分电容器和第二积分电容器。差分运算放大器包括：连接到积分单元的第一输入端的第一输入端、连接到积分单元的第二输入端的第二输入端、连接到积分单元的第一输出端的第一输出端以及连接到积分单元的第二输出端的第二输出端。第一积分电容器在第一反馈回路中耦合在差分运算放大器的第一输出端与第一输入端之间。第二积分电容器在第二反馈回路中耦合在差分运算放大器的第二输出端与第二输入端之间。

在积分单元中采用的运算放大器也可以被称为全差分运算放大器。

在改进方案中，控制单元还包括：被配置为接收第一时钟信号的第二输入端、被配置为接收第二时钟信号的第三输入端以及被配置为提供第一控制信号的第一输出端。第一控制信号是第一时钟信号和比较信号的函数。

在改进方案中，控制单元还包括被配置为提供第二控制信号的第二输出端，该第二控制信号与第一控制信号是相反的。

第二控制信号也可以被称为反相第一控制信号。

在改进方案中，控制单元还包括延迟单元和逻辑单元。延迟单元被配置为由比较信号根据第一时钟信号提供延迟比较信号。逻辑单元被配置为根据第一时钟信号生成第一内部时钟信号，并且使用第一内部时钟信号和延迟比较信号来提供第一控制信号和第二控制信号。

所有信号都由控制单元根据取决于第一时钟信号的同步时钟方案提供。

在改进方案中，逻辑单元还被配置为根据在由第一时钟信号定义的测量周期期间由比较信号提供的脉冲数来确定输出计数。

在改进方案中，光学感测装置还包括采样单元，该采样单元包括第一采样电容器、第二采样电容器和开关单元。开关单元被配置为在控制单元的控制下并根据第一时钟信号和第二时钟信号，以两种操作模式之一操作光学感测装置。两种操作模式包括采样模式和传输模式。

因此，确保了输入共模保持在适合的电平以使第一传感器和第二传感器正确操作。

在改进方案中，在采样模式期间，第一采样电容器的第一端子和第二采样电容器的第一端子分别经由开关单元连接到第一参考电位端子，第一采样电容器的第二端子经由开关单元连接到第二参考电位端子或第三参考电位端子，并且第二采样电容器的第二端子经由开关单元连接到第四参考电位端子或第三参考电位端子。在传输模式期间，第一采样电容器的第一端子经由开关单元连接到积分单元的第一输入端，第二采样电容器的第一端子经由开关单元连接到积分单元的第二输入端，并且第一采样电容器的第二端子和第二采样电容器的第二端子分别经由开关单元连接到第三参考电位端子。

在采样阶段期间，存在于不同参考电压端子的参考电压将分别在第一采样电容器和第二采样电容器上被采样。在传输模式下，采样电压将被分别传输到第一积分电容器和第二积分电容器。比较单元的输出端在测量周期期间切换的次数表示输出计数。

在改进方案中，提供给第一参考电位端子的第一参考电位低于提供给第二参考电位端子的第二参考电位，并且低于提供给第三参考电位端子的第三参考电位，并且低于提供给第四参考电位端子的第四参考电位。第三参考电位是第二参考电位和第四参考电位之和的一半。

换句话说，第三参考电位是第二参考电位和第四参考电位的平均值。

在一个实施例中，环境光传感器包括如上定义的光学感测装置。第一传感器包括被配置为检测白光的第一光电二极管，而第二传感器包括被配置为检测红外光的第二光电二极管。环境光传感器被配置为提供与没有红外光分量的入射在环境光传感器上的环境光的强度成比例的输出计数。

因此，所提出的环境光传感器只需要一个通道来提供IR补偿输出计数。因此，与现有实施方式相比，该环境光传感器节省了面积和功率。环境光传感器也可以表示为差分环境光传感器。

在一个实施例中，用于提供输出计数的方法包括以下步骤：

由第一传感器生成第一传感器信号；

由第二传感器生成第二传感器信号；

由积分单元对第一传感器信号进行积分并由此提供第一积分信号；

由积分单元对第二传感器信号进行积分并由此提供第二积分信号；

由比较单元对第一积分信号和第二积分信号进行比较并由此提供比较信号；

由控制单元评估比较信号的脉冲并由此提供指示第一传感器信号与第二传感器信号之间的差的输出计数。

输出计数由单个积分单元和单个比较单元直接提供。在透明光电二极管用于实现第一传感器并且IR光电二极管用于实现第二传感器的情况下，输出计数表示IR补偿输出计数，从而表示环境光传感器的有用信号。

该方法可以例如通过如上定义的光学感测装置来实施。

附图说明

下文参照附图使用示例性实施例详细解释所提出的光学感测装置和环境光传感器。功能相同或具有相同效果的部件和电路元件具有相同的附图标记。只要电路零件或部件在功能上彼此对应，就不会在以下各附图中重复对它们的描述。其中，

图1示出了所提出的光学感测装置的示例性实施例；

图2示出了图1的实施例的示例性信号图；

图3示出了图1的实施例的示例性信号图；

图4示出了图1的实施例的仿真结果；以及

图5示出了所提出的环境光传感器的示例性实施例。

具体实施方式

图1示出了所提出的光学感测装置的示例性实施例。光学感测装置包括第一传感器D1、第二传感器D2、积分单元20、比较单元30和控制单元40。积分单元20具有第一输入端21、第二输入端22、第一输出端23和第二输出端24。第一传感器D1包括被配置为检测白光的第一光电二极管。第二传感器D2包括被配置为检测红外光的第二光电二极管。第一光电二极管D1以其阳极端子连接到参考电位端子10，以其阴极端子连接到积分单元20的第一输入端21。第二光电二极管D2以其阳极端子连接到参考电位端子10，以其阴极端子连接到积分单元20的第二输入端22。比较单元30具有第一输入端31、第二输入端32和输出端33。积分单元20的第一输出端23耦合到比较单元30的第一输入端31。积分单元的第二输出端24耦合到比较单元30的第二输入端32。控制单元40具有耦合到比较单元30的输出端33的第一输入端41。

第一传感器D1(即第一光电二极管)生成第一感测信号I1。第二传感器D2(即第二光电二极管)生成第二传感器信号I2。积分单元20对第一传感器信号I2进行积分并由此提供第一积分信号V1。积分单元还对第二传感器信号I2进行积分并由此在其第二输出端24处提供第二积分信号V2。比较单元30将存在于其第一输入端31处的第一积分信号V1与在其第二输入端32处的第二积分信号V2进行比较，并由此在其输出端33处提供比较信号CMP。控制单元40在其第一输入端41处接收比较信号CMP，评估所述比较信号CMP的脉冲并由此提供指示第一传感器信号I1与第二传感器信号I2之间的差的输出计数。

第一传感器D1的第一光电二极管被配置为检测白光。第二传感器D2的第二光电二极管被配置为检测红外光。输出计数因此指示光学感测装置感测或经受的白光与红外光之间的差。

在示例性实施方式中，第一光电二极管基本上在大约300nm至大约700nm(基本上称为可见光范围)是敏感的，然而，如本领域技术人员已知的，第一光电二极管还检测部分红外光。第二光电二极管基本上在大约800nm至大约1000nm(即红外范围)是敏感的。

所提出的光学感测装置因此能够通过仅一个积分单元和仅一个比较单元(即仅通过一个通道)来提供表示没有红外光分量的围绕光学感测装置的光的输出计数。这大大减少了所提出的电路的面积。同时减少了功耗。

积分单元20包括差分运算放大器25、第一积分电容器C1和第二积分电容器C2。运算放大器25包括(例如直接)连接到积分单元20的第一输入端21的第一输入端。运算放大器25还具有(例如直接)连接到积分单元20的第二输入端22的第二输入端。其中，运算放大器25的第一输入端可以是反相输入端，而运算放大器25的第二输入端可以是非反相输入端。第一积分电容器C1在第一反馈回路中耦合在运算放大器25的第一输出端与第一输入端之间。第二积分放大器C2在第二反馈回路中耦合在运算放大器25的第二输出端与第二输入端之间。

积分单元20还可以包括数模转换器26，该数模转换器如本领域技术人员已知，用于运算放大器25的自动归零。第一传感器信号I1以及第二传感器信号I2可以各自包括电流信号。第一传感器信号I1的电流被积分到第一积分电容器C1。由此，在积分单元20的第一输出端23处，以电压信号的形式提供第一积分信号V1。同样，第二传感器信号I2的电流被积分到第二积分电容器C2，并由此在积分单元20的第二输出端24处，以电压信号的形式提供第二积分信号V2。积分单元20的第一输出端23是非反相的，而积分单元20的第二输出端是反相的。其中，第二积分信号V2与第一积分信号V1成反比，即电压信号V1与V2具有基本上相同的幅度，以及彼此成反比的斜率。

比较单元30包括比较器，其中第一输入端33例如被实现为非反相输入端并且接收第一积分信号V1。比较器的第二输入端表示比较单元30的第二输入端32并且例如被实现为用于接收第二积分信号V2的反相输入端。每当第一积分信号V1超过第二积分信号V2的电平时，比较单元30的比较器就会触发。这表示为比较信号CMP的一个脉冲。

控制单元40包括延迟单元46和逻辑单元47。在所描述的示例性实施例中，延迟单元46包括延迟触发器(D触发器46)，其中延迟单元46的D触发器的d输入端表示控制单元40的第一输入端41。延迟单元46还具有被配置为接收第一时钟信号P1的时钟输入端。所述时钟输入端表示控制单元40的第二输入端42。控制单元40还具有被配置为接收第二时钟信号P2的第三输入端43。控制单元40还具有被配置为提供第一控制信号P1d_x的第一输出端44。比较信号CMP(即比较信号CMP的每个脉冲)根据第一时钟信号P1被延迟单元46的D触发器锁存到其非反相输出端，作为延迟比较信号Q。在延迟单元46的反向输出端处还提供了反相延迟比较信号Qb。逻辑单元47接收延迟比较信号Q和第一时钟信号P1。逻辑单元47被配置为通过将第一时钟信号P1延迟可调整的时间量(例如250皮秒)来生成第一内部时钟信号P1d。逻辑单元47还被配置为通过延迟比较信号Q与第一内部时钟信号P1d的逻辑与组合来生成第一控制信号P1d_x。逻辑单元47还被配置为通过反相延迟比较信号Qb与第一内部时钟信号P1d的逻辑与组合来生成第二控制信号P1d_x_VCM，并在控制单元40的第二输出端45处提供所述信号。因此，第二控制信号P1d_x_VCM与第一控制信号P1d_x是相反的。

逻辑单元47还被配置为根据在由第一时钟信号P1定义的测量周期期间由比较信号CMP提供的脉冲数来确定输出计数。

光学感测装置还包括采样单元50，该采样单元包括第一采样电容器Cs1、第二采样电容器Cs2和开关单元S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10。开关单元S1至开关单元S10被配置为在控制单元40的控制下并根据第一时钟信号P1和第二时钟信号P2以两种模式之一操作光学感测装置。两种操作模式包括采样模式和传输模式。在所描述的示例性实施例中，开关单元S1至开关单元S2包括十个开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10。

更具体地，第一开关S1设置在第一采样电容器Cs1的第一端子51与第一参考电位端子53之间。第二开关S2设置在第一参考电位端子53与第二采样电容器Cs2的第一端子56之间。开关S1和开关S2均由第一时钟信号P1控制。第三开关S3设置在第一采样电容器Cs1的第二端子52与第二参考电位端子54之间。第四开关S4设置在第二采样电容器Cs2的第二端子57与第四参考电位端子58之间。开关S3和开关S4均由第一控制信号P1d_x控制。开关S5设置在第一采样电容器Cs1的第二端子52与第三参考电位端子55之间。开关S6设置在第二采样电容器Cs2的第二端子57与第三参考电位端子55之间。开关S5和开关S6均由第二控制信号P1d_x_VCM分别控制。

开关S7设置在第一采样电容器Cs1的第二端子52与第三参考电位端子55之间。开关S8设置在第二采样电容器Cs2的第二端子57与第三参考电位端子55之间。开关S7和开关S8均由第二延迟时钟信号P2d控制，该第二延迟时钟信号是第二时钟信号P2的延迟版本。所述延迟是数百皮秒(例如100ps至1000ps)。开关S9设置在第一采样电容器Cs1的第一端子51与积分单元20的第一输入端21之间。开关S10设置在第二采样电容器Cs2的第二端子56与积分单元20的第二输入端22之间。开关S9和开关S10均由第二时钟信号P2操作或控制。

在采样模式期间，第一采样电容器Cs1的第一端子51和第二采样电容器Cs2的第一端子56分别经由开关S1和开关S2连接到第一参考电位端子53。第一采样电容器Cs1的第二端子52经由开关S3连接到第二参考电位端子54或经由开关S5连接到第三参考电位端子55。第二采样电容器Cs2的第二端子57经由开关S4连接到第四参考电位端子58或者经由开关S6连接到第三参考电位端子55。

在传输模式期间，第一采样电容器Cs1的第一端子51经由开关S9连接到积分单元20的第一输入端21。第二采样电容器Cs2的第一端子56通过开关S10连接到积分单元20的第二输入端22。第一采样电容器Cs1的第二端子52经由开关S7连接到第三参考电位端子55。同样，第二采样电容器Cs2的第二端子57经由开关S8连接到第三参考电位端子55。

第一参考电位VCMIN被提供给第一参考电位端子53。第二参考电位VREFL被提供给第二参考电位端子54。第三参考电位VCM被提供给第三参考电位端子55。第四参考电位VREFH被提供给第四参考电位端子56。其中，第三参考电位VCM是第二参考电位VREFL和第四参考电位VREFH之和的一半。第一参考电位VCM低于第二参考电位VREFL并且低于第三参考电位VCM。以下公式反映了参考电位之间的关系：

VCMIN<VREFL<VCM<VREFH

其中，VCMIN表示第一参考电位VCMIN，VREFL表示第二参考电位VREFL，VCM表示第三参考电位VCM，VREFH表示第四参考电位VREFH。

第四参考电位VREFH与第三参考电位VCM之间的差基本上等于第三参考电位VCM与第二参考电位VREFL之间的差。所述差被称为参考电压Vref。

在示例性实施方式中，第一参考电位VCMIN是100mV，而第三参考电位VCM是900mV。参考电压Vref的典型值为5mV、10mV或500mV。参考电压的值能够根据期望的灵敏度和应用进行调整。

在下文中，将参照图2、图3和图4提供关于所提出的光学感测装置的运作的更多细节。

图2示出了图1的示例性实施例的示例性信号图。从上到下，关于时间t描绘了以下信号：第一时钟信号P1、第二时钟信号P2、第一延迟时钟信号P1d和第二延迟时钟信号P2d。能够看出，第二时钟信号P2以具有1纳秒的示例值的重叠相对于第一时钟信号P1反相。第一延迟时钟信号P1d是第一时钟信号P1的延迟形式，在所描述的示例中，延迟是250皮秒。第二延迟时钟信号P2d是第二时钟信号P2的延迟版本，在该示例中，相对于第二时钟信号P2的延迟是250皮秒。在所描述的示例中，一个完整的时钟周期Tclk是四微秒。

第一时钟信号P1的高电平指示采样模式。第二时钟信号P2的高电平指示传输模式。

图3示出了图1中描绘的实施例的示例性信号图。关于时间t描绘了图1的光学感测装置中出现的信号的不同波形。第一行示出了第二积分信号V2，第二行示出了第一积分信号V1。积分信号V2、V1相对于第三参考电位VCM彼此对称。

第三行示出了比较信号CMP。

第四行示出了延迟比较信号Q。每当第一积分信号V1和第二积分信号V2彼此交叉时，延迟比较信号Q的脉冲出现。

第五行示出了第一控制信号P1d_x。

第六行示出了与第一控制信号P1d_x相反的第二控制信号P1d_x_VCM。

第一传感器D1和第二传感器D2分别通过其相应的阴极端子连接到积分单元20的第一输入端21或第二输入端22。所述输入端在第一参考电位VCMIN处基本上保持稳定，从而表示虚拟接地。因此，以第一传感器信号I1和第二传感器信号I2的形式由传感器D1、D2中的每个生成的电流总是分别被积分到积分电容器C1、C2。第一积分信号V1从低电平V1min开始上升。同时，第二积分信号V2以与信号V1基本相同的斜率但以反比的形式从高电平V2max开始下降。

根据以下公式计算低电平V1min：

V1min＝VCM-Vref*G1

其中，V1min表示低电平V1min，VCM表示第三参考电位VCM，Vref表示参考电压Vref，G1表示第一系数G1，该第一系数由第一采样电容器Cs1的电容值与第一积分电容器C1的电容值的商计算得到。

根据以下公式计算高电平V2max：

V2max＝VCM+Vref*G2

其中，V2max表示高电平V2max，VCM表示第三参考电位VCM，Vref表示参考电压Vref，G2表示第二系数G2，该第二系数由第二采样电容Cs2的电容值与第二积分电容C2的电容值的商计算得到。

在时间点t1，第一积分信号V1达到或超过第二积分信号V2的电平，从而引起比较信号CMP的脉冲。在采样模式期间，当第一时钟信号P1为高时，只要比较信号CMP为高，则相对于第一参考电位VCMIN，参考电压Vref被分别采样到第一采样电容器Cs1和第二采样电容器Cs2上。否则，在采样模式期间，如果比较信号CMP为低，则第三参考电位VCM被分别采样到第一采样电容器Cs1和第二采样电容器Cs2。其中，第一参考电位VCMIN表示输入共模。第三参考电位VCM表示输出共模。

在传输模式期间，分别在第一采样电容器Cs1和第二采样电容器Cs2上采样的电压被分别传输到积分电容器C1、C2。因此，在比较信号CMP为高的情况下，第一积分信号V1被预充电到低电平V1min，而第二积分信号V2被预充电到高电平V2max。随后，比较信号CMP变低，第一传感器信号I1和第二传感器信号I2被分别积分到第一积分电容器C1和第二积分电容器C2上。因此，第一积分信号V1上升而第二积分信号V2下降，直到第一积分信号V1超过第二积分信号V2的电平，并且比较信号CMP再次变高。比较单元30的比较器在固定测量周期期间做出“高”判定的次数(即比较信号CMP的脉冲数)提供输出计数。

第一积分电容器C1和第二积分电容器C2的尺寸被设计成具有基本相等的电容值。第一采样电容器Cs1和第二采样电容器Cs2的尺寸被设计成具有基本相等的电容值。

比较单元30针对一次判定所花费的时间td能够根据以下公式计算：

td＝2*Vref*G1，2*C1，2/(I1-I2)

其中，td表示时间td，Vref表示参考电压Vref，G1，2表示第一系数G1或第二系数G2，C1，2表示第一积分电容器C1或第二积分电容器C2的电容值，I1表示第一传感器信号I1，I2表示第二传感器信号I2。

图2中可见的同步时钟方案确保由积分单元20的第一输入端21和第二输入端22表示的虚拟节点基本保持在第一参考电位VCMIN的稳定值(例如100mV)，使得第一传感器D1和第二传感器D2的光电二极管被适当偏置。有利地，所提出的光学感测装置的输入共模电压和输出共模电压可以不同。输出计数与采样频率无关。开关引起的误差，例如开关单元的误差，如电荷共享和时钟馈通，由于全差分架构而得到缓解。共模抑制比CMRR和电源抑制比PSRR得到显着改善。

图3中描绘的信号在测量周期期间重复出现。

图4示出了图1的所提出的实施例的仿真结果。描绘了瞬态响应。第一行示出了关于时间t的第一积分信号V1与第二积分信号V2之间的差。第二行示出了关于时间t的比较信号CMP。

图5示出了所提出的环境光传感器的示例性实施例。环境光传感器70包括光学感测装置60。光学感测装置60根据上述实施例之一实现。

应当理解，本公开不限于所公开的实施例以及上文具体示出和描述的内容。相反，可以有利地组合单独的从属权利要求或说明书中记载的特征。此外，本公开的范围包括对于本领域技术人员显而易见的变化和修改。在权利要求或说明书中使用的术语“包括”不排除对应的特征或程序的其他元素或步骤。在术语“一”或“一个”与特征结合使用的情况下，它们不排除多个这样的特征。此外，权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

附图标记列表

10、53、54、55、58 参考电位端子

20 积分单元

30 比较单位

40 控制单元

25 运算放大器

26 数模转换器

46 延迟单元

47 逻辑单元

60 光学感测装置

70 环境光传感器

21、22、31、32、41、42、43 输入端子

23、24、33、44、45 输出端子

D1、D2 传感器

C1、C2、Cs1、Cs2 电容器

P1、P2 时钟信号

P1d、P2d 延迟时钟信号

P1d_x、P1d_x_VCM 控制信号

CMP 比较信号

Q、Qb 信号

VCM、VCMIN、VREFH、VREFL 参考电位

V1min、V2max 电平

I1、I2、V1、V2 信号

S1、S2、S3、S4、S5、S6 开关

S7、S8、S9、S10 开关

Claims

1.一种光学感测装置，包括

第一传感器(D1)，其被配置为提供第一传感器信号(I1)，

第二传感器(D2)，其被配置为提供第二传感器信号(I2)，

积分单元(20)，其包括连接到所述第一传感器(D1)的第一输入端(21)、连接到所述第二传感器(D2)的第二输入端(22)、被配置为根据所述第一传感器信号(I1)提供第一积分信号(V1)的第一输出端(23)以及被配置为根据所述第二传感器信号(I2)提供第二积分信号(V2)的第二输出端(24)，

比较单元(30)，其包括连接到所述积分单元(20)的第一输出端(23)的第一输入端(31)、连接到所述积分单元(20)的第二输出端(24)的第二输入端(32)以及被配置为根据所述第一积分信号(V1)和所述第二积分信号(V2)提供比较信号(CMP)的输出端(33)，以及

控制单元(40)，其包括耦合到所述比较单元(30)的输出端(33)的第一输入端(41)，其中，所述控制单元(40)被配置为评估所述比较信号(CMP)的脉冲，并由此提供指示所述第一传感器信号(I1)与所述第二传感器信号(I2)之间的差的输出计数。

2.根据权利要求1所述的光学感测装置，

其中，所述第一传感器(D1)包括第一光电二极管，所述第一光电二极管被配置为检测第一波长范围内的光，并且

其中，所述第二传感器(D2)包括第二光电二极管，所述第二光电二极管被配置为检测至少部分地与所述第一波长范围重叠的第二波长范围内的光。

3.根据权利要求1或2所述的光学感测装置，

其中，所述第二积分信号(V2)与所述第一积分信号(V1)成反比。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学感测装置，

其中，所述积分单元(20)包括差分运算放大器(25)、第一积分电容器(C1)和第二积分电容器(C2)，

其中，所述差分运算放大器(25)包括连接到所述积分单元(20)的第一输入端(21)的第一输入端、连接到所述积分单元(20)的第二输入端(22)的第二输入端、连接到所述积分单元(20)的第一输出端(23)的第一输出端以及连接到所述积分单元(20)的第二输出端(24)的第二输出端，

其中，所述第一积分电容器(C1)在第一反馈回路中耦合在所述差分运算放大器(25)的第一输出端与第一输入端之间，并且

其中，所述第二积分电容器(C2)在第二反馈回路中耦合在所述差分运算放大器(25)的第二输出端与第二输入端之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学感测装置，

其中，所述控制单元(40)还包括被配置为接收第一时钟信号(P1)的第二输入端(42)、被配置为接收第二时钟信号(P2)的第三输入端(43)以及被配置为提供第一控制信号(P1d_x)的第一输出端(44)，

其中，所述第一控制信号(P1d_x)是所述第一时钟信号(P1)和所述比较信号(CMP)的函数。

6.根据权利要求5所述的光学感测装置，

其中，所述控制单元(40)还包括被配置为提供第二控制信号(P1d_x_VCM)的第二输出端(45)，所述第二控制信号与所述第一控制信号是相反的。

7.根据权利要求5或6所述的光学感测装置，

其中，所述控制单元(40)还包括延迟单元(46)和逻辑单元(47)，其中，所述延迟单元(46)被配置为由所述比较信号(CMP)根据所述第一时钟信号(P1)提供延迟比较信号(Q)，并且其中，所述逻辑单元(47)被配置为根据所述第一时钟信号(P1)生成第一内部时钟信号(P1d)，并且使用所述第一内部时钟信号(P1d)和所述延迟比较信号(Q)来提供所述第一控制信号(P1d_x)和所述第二控制信号(P1d_x_VCM)。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的光学感测装置，

其中，所述逻辑单元(47)还被配置为根据在由所述第一时钟信号(P1)定义的测量周期期间由所述比较信号(CMP)提供的脉冲数来确定所述输出计数。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的光学感测装置，

还包括采样单元(50)，所述采样单元包括第一采样电容器(Cs1)、第二采样电容器(Cs2)和开关单元(S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10)，其中，所述开关单元(S1、…、S10)被配置为在所述控制单元(40)的控制下并根据所述第一时钟信号(P1)和所述第二时钟信号(P2)，以两种操作模式之一操作所述光学感测装置，所述两种操作模式包括采样模式和传输模式。

10.根据权利要求9所述的光学感测装置，

其中，在所述采样模式期间，所述第一采样电容器(Cs1)的第一端子(51)和所述第二采样电容器(Cs2)的第一端子(56)分别经由开关单元(S1、…、S10)连接到第一参考电位端子(53)，所述第一采样电容器(Cs1)的第二端子(52)经由开关单元(S1、…、S10)连接到第二参考电位端子(54)或第三参考电位端子(55)，并且所述第二采样电容器(Cs2)的第二端子(57)经由开关单元(S1、…、S10)连接到第四参考电位端子(58)或所述第三参考电位端子(55)，并且

其中，在所述传输模式期间，所述第一采样电容器(Cs1)的第一端子(51)经由开关单元(S1、…、S10)连接到所述积分单元(20)的第一输入端(21)，所述第二采样电容器(Cs2)的第一端子(56)经由开关单元(S1、…、S10)连接到所述积分单元(20)的第二输入端(22)，并且所述第一采样电容器(Cs1)的第二端子(52)和所述第二采样电容器(Cs2)的第二端子(57)分别经由开关单元(S1、…、S10)连接到所述第三参考电位端子(55)。

11.根据权利要求10所述的光学感测装置，

其中，提供给所述第一参考电位端子(53)的第一参考电位(VCMIN)低于提供给所述第二参考电位端子(54)的第二参考电位(VREFL)，并且低于提供给所述第三参考电位端子(55)的第三参考电位(VCM)，并且低于提供给所述第四参考电位端子(56)的第四参考电位(VREFH)，并且

其中，所述第三参考电位(VCM)是所述第二参考电位(VREFL)和所述第四参考电位(VREFH)之和的一半。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的光学感测装置，

其中，所述输出计数是通过作为单个积分单元(20)的积分单元(20)和作为单个比较单元(30)的比较单元(30)提供的。

13.一种环境光传感器，包括根据权利要求2至12中任一项所述的光学感测装置(60)，所述环境光传感器(70)被配置为提供与没有红外光分量的入射在所述环境光传感器上的环境光的强度成比例的输出计数。

14.一种用于提供输出计数的方法，包括以下步骤：

由第一传感器(D1)生成第一传感器信号(I1)，

由第二传感器(D2)生成第二传感器信号(I2)，

由积分单元(20)对所述第一传感器信号(I1)进行积分并由此提供第一积分信号(V1)，

由积分单元(20)对所述第二传感器信号(I2)进行积分并由此提供第二积分信号(V2)，

由比较单元(30)对所述第一积分信号(V1)和所述第二积分信号(V2)进行比较并由此提供比较信号(CMP)，

由控制单元(40)评估所述比较信号(CMP)的脉冲并由此提供指示所述第一传感器信号(I1)与所述第二传感器信号(I2)之间的差的输出计数。