CN1690674A - 带有集成可编程增益选择的颜色感测电路 - Google Patents

带有集成可编程增益选择的颜色感测电路 Download PDF

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CN1690674A CNA2004101028320A CN200410102832A CN1690674A CN 1690674 A CN1690674 A CN 1690674A CN A2004101028320 A CNA2004101028320 A CN A2004101028320A CN 200410102832 A CN200410102832 A CN 200410102832A CN 1690674 A CN1690674 A CN 1690674A
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Abstract

一种颜色感测器，构建于单个的集成电路芯片上。所述颜色感测器包括多个颜色感测电路和一个增益选择控制器。所述多个颜色感测电路中的每一个颜色感测电路均包括：一个光检测器、一个放大器和一个增益选择电路。所述放大器连接至所述光检测器。所述放大器放大来自所述光检测器的信号。所述增益选择电路连接至所述放大器。所述增益选择控制所述放大器的增益。所述增益选择电路包括一个可变反馈电阻。一增益选择控制为每个颜色感测电路选择一个个别的可变反馈电阻值。

Description

带有集成可编程增益选择的颜色感测电路
背景技术
本发明涉及光的检测并尤其涉及一种带有集成可编程增益选择的颜色感测电路。
典型的颜色感测电路检测三种颜色。这三种颜色通常为红色、蓝色和绿色。三个独立的器件被用来构建颜色感测器的每一种颜色。第一个器件包括一个光电二极管和一个滤波器，用来检测颜色的照度。第二个器件是一个运算放大器，其功能为阻抗转换放大器。第三个器件是一个反馈电阻。一般而言，用于每种颜色的三个器件均安装在一块印刷电路板(PCB)上。
一般而言，为了产生强光电流，光电二极管必须具有一较大的区域。为使颜色感测电路较少受到噪声干扰，必须具有强光电流。相应地，也需使用大反馈电阻。外部电阻的阻值需选择为能给予阻抗转换放大器所需的合适增益。
不同系统所需的反馈电阻和反馈电容不尽相同，这就使得在现有技术中必须将反馈电阻构建在一独立于光电二极管的器件上。
发明内容
根据本发明的实施例，一颜色感测器构建在一单个集成电路芯片上。所述颜色感测器包括多个颜色感测电路和一个增益选择控制器。多个颜色感测电路中的每一个电路均包括：一个光检测器、一个放大器和一个增益选择电路。所述放大器与所述光检测器相连。所述放大器放大来自所述光检测器的信号。所述增益选择电路与所述放大器相连。所述增益选择控制所述放大器的增益。所述增益选择电路包括一个可变反馈电阻。所述增益选择控制器为每个颜色感测电路选择一个别的可变反馈电阻值。
附图说明
图1是一根据本发明一实施例的颜色感测电路的简化框图。
图2是一根据本发明一实施例的增益选择电路的简化框图。
图3是一根据本发明一实施例的输出振荡与照度的关系曲线图。
图4是一根据本发明另一实施例的颜色感测电路的简化框图。
图5是一根据本发明另一实施例的颜色感测电路的简化框图。
具体实施方式
图1显示了一种构建在单个集成电路(IC)芯片10上的颜色感测电路。第一颜色感测电路在输出端18产生第一输出电压。第一输出电压指示检测到的第一种颜色的照度。例如，第一种颜色为红色。一个光电二极管和滤波器14检测第一种颜色的照度。光电二极管和滤波器14连接在地信号11与线路19之间运算放大器13放大线路19上的电压，以产生处于输出端18上的第一输出电压增益由增益选择电路15来控制。增益选择电路15包括一个反馈电阻17和一个补偿电容16。如图所示，运算放大器13连接至地信号11和Vcc信号12。
第二颜色感测电路在输出端28产生第二输出电压。第二输出电压指示检测到的第二种颜色的照度。例如，第二种颜色为绿色。一个光电二极管和滤波器24检测第二种颜色的照度。光电二极管和滤波器24连接在地信号11与线路29之间。运算放大器23放大线路29上的电压，以产生处于输出端28上的第二输出电压。增益由增益选择电路25来控制。增益选择电路25包括一个反馈电阻27和一个补偿电容26。如图所示，运算放大器23连接至地信号11和Vcc信号12。
第三颜色感测电路在输出端38产生第三输出电压。第三输出电压指示检测到的第三种颜色的照度。例如，第三种颜色为蓝色。一个光电二极管和滤波器34检测第三种颜色的照度。光电二极管和滤波器34连接至地信号11与线路39之间。运算放大器33放大线路39上的电压，以产生处于输出端38上的第三输出电压。增益由增益选择电路35来控制。增益选择电路35包括一个反馈电阻37和一个补偿电容36。如图所示，运算放大器33连接至地信号11和Vcc信号12
增益选择控制电路39控制反馈电阻17、补偿电容16、反馈电阻27、补偿电容26、反馈电阻37和补偿电容36的选择值。例如，每一种颜色的增益选择都独立于其它颜色的增益选择。这样就允许单独选择电阻，以使每一种颜色的输出电压达到最佳电压振荡。每一种颜色输出电压的分辨率(准确度)基于增益选择所使用的比特数。使用的比特数越多，所能达到的分辨率越高。
图2是增益选择电路15的一实例性构建方案。反馈电阻17(如图1所示)由电阻51、电阻52、电阻53、电阻54、开关55、开关56、开关57和开关58如图所示连接构建而成。反馈电容16(如图1所示)由电容61、电容62、电容63、电容64、开关66、开关67及开关68如图所示连接构建而成。
对于增益选择电路15的实例性构建方案而言，增益可由两个比特来控制。这两个比特可以为反馈电阻17和补偿电容16各选择4个不同的值。反馈电阻17的不同值可使用开关(SW)55至58进行选择。例如，电阻的4个不同值被标记为R0(电阻51+电阻52+电阻53+电阻54)、R1(电阻52+电阻53+电阻54)、R2(电阻53+电阻54)和R3(电阻54)。
补偿电容16的不同值可使用开关(SW)66至68进行选择。补偿电容用来维持系统的稳定。当增益(由反馈电阻控制)改变时，会导致频率响应变化，从而影响系统的稳定。对于每一个增益选择项，相应的补偿电容变换系统电极的位置，从而保持足够的增益和稳定响应所需的相位裕度。电容61、电容62、电容63和电容64的值需选择为可保持系统的稳定性。
下表1给出了每一种可能的比特选择组合(00，01，10，11)所对应的开关位置。
                                         表1
  比特选择   SW55   SW56   SW57   SW58   SW66   SW67   SW68
00 R0 开 关 关 关 开 开 开
  01   R1   关   开   关   关   开   开   关
  10   R2   关   关   开   关   开   关   关
  11   R3   关   关   关   开   关   关   关
电阻51至54的选择值基于感测系统的电路特性和所期望的准确度(  )来选择。例如，60％的准确度(即，＝60％)意味着保证任何从0到一最大选择照度的选择范围均可利用满电压幅度(如0伏至Vcc)的至少60％，只要所选择的最大值在规定的范围内。同样的，80％的准确度(即，＝80％)意味着保证任何从0到一最大选择照度的选择范围均可利用满电压幅度(如0伏至Vcc)的至少80％，只要所选择的最大值在规定的范围内。
例如，在最大选择电阻(R0)为100mega ohms(M  )并产生100.0Lux最大照度的情况下，下表2设定了当准确度(  )为60％时所需的电阻(R0，R1，R2，R3)和产生的照度(M0，M1，M2，M3)。
                            表2
  比特选择   电阻   最大照度
  00   R0   100   M0   100
  01   R1   60   M1   167
  10   R2   36   M2   278
  11   R3   21.6   M3   463
由表2可以推出，如下关系成立：
                    Rn+1＝Rn
                    Mn+1＝Rn
例如，在最大选择电阻(R0)为100mega ohms(M  )并产生100.0Lux最大照度的情况下，下表3设定了当准确度(  )为80％时所需的电阻(R0，R1，R2，R3)和产生的照度(M0，M1，M2，M3)。
                          表3
  比特选择   电阻   最大照度
  00   R0   100   M0   100
  01   R1   80   M1   125
  10   R2   64   M2   156
  11   R3   51.2   M3   195
由表3可以看出，如下关系仍然成立：
                    Rn+1＝Rn
                    Mn+1＝Rn
由表3可以看出，准确度越高(增加  )，照度范围减小，而电阻值越高。为了在准确度(  )增加的同时保持相同的照度范围，有必要增加选择比特。
图3显示了在最大选择电阻(R0)为100mega ohms(M  )、所产生的最大照度为100.0Lux且准确度(  )为60％的情况下输出振荡与照度的关系曲线。
数轴71代表由光电二极管和滤波器14(如图1所示)检测到的照度(Lux)。数轴72代表位于输出端18(如图1所示)的第一输出电压。
轨迹73代表当选择开关55至58(如图2所示)选择R0(电阻51+电阻52+电阻53+电阻54)时的响应。轨迹74代表当选择开关55至58(如图2所示)选择R1(电阻52+电阻53+电阻54)时的响应。轨迹75代表当选择开关55至58(如图2所示)选择R2(电阻53+电阻54)时的响应。轨迹76代表当选择开关55至58(如图2所示)选择R3(电阻54)时的响应。
从图3可以看出，当选择的最大照度在60Lux至463Lux的范围内时，可保证任何从0到一最大选择照度的选择范围均可利用满电压幅度的至少60％。所需的仅是利用选择比特来选择正确的电阻值。
例如，假定选择的最大照度为120Lux。在这种情况下，选择的电阻将是R1，所产生的响应如轨迹74所示。从图表3中曲线图上的标记点77可以看出，从0到215Lux的选择范围可利用满电压幅度的71.9％。
根据不同的实施例，基于应用的不同，信道的数目会有所不同。例如，图4显示了一个构建在单个集成电路(IC)芯片110上的颜色感测电路。第一颜色感测电路在输出端118产生第二输出电压。第一输出电压指示检测到的第一种颜色的照度。例如，第一种颜色为红色。一光电二极管和滤波器114检测第一种颜色的照度。光电二极管和滤波器114连接在地信号111与线路119之间运算放大器113放大线路119上的电压，以产生输出端118上的第一输出电压。增益由增益选择电路115来控制。如图所示，运算放大器113连接至地信号111和一Vcc信号112。
第二颜色感测电路在输出端128产生第二输出电压。第二输出电压指示检测到的第二种颜色的照度。例如，第二种颜色为绿色。一光电二极管和滤波器124检测第二种颜色的照度。光电二极管和滤波器124连接在地信号111与线路129之间。如图所示，运算放大器123放大线路129上的电压，以产生输出端128上的第二输出电压。增益由增益选择电路125来控制。如图所示，运算放大器123连接至地信号111和Vcc信号112。
第三颜色感测电路在输出端138产生第三输出电压。第三输出电压指示检测到的第三种颜色的照度。例如，第三种颜色为蓝色。一光电二极管和滤波器134检测第三种颜色的照度。光电二极管和滤波器134连接在地信号111与线路139之间。运算放大器133放大线路139上的电压，以产生输出端138上的第三输出电压。增益由增益选择电路135来控制。如图所示，运算放大器133连接至地信号111和Vcc信号112。
第四颜色感测电路在输出端148产生第四输出电压。第四输出电压指示检测到的第四种颜色的照度。例如，第四种颜色为白色。一光电二极管和滤波器144检测第四种颜色的照度。光电二极管和滤波器144连接在地信号111与线路149之间。运算放大器143放大线路149上的电压，以产生输出端148上的第四输出电压。增益由增益选择电路145夹控制。如图所示，运算放大器143连接至地信号111和Vcc信号112。
例如，一个六信道系统包括六个颜色感测电路供检测六种颜色的照度。例如，所述六种颜色为红、蓝、绿、青色、洋红和黄色。或者，也可使用其它的颜色。
尽管图1和图4显示的是所属领域的技术人员所了解的单级放大器的实施例，但也可以使用多级放大器。取决于应用，可针对放大器的单级或多级来控制增益选择。
例如，图5显示了一每一级均具有增益选择的多级放大器。具体而言，颜色感测电路在电路输出端238处产生一电路输出电压。一光电二极管和滤波器214检测第一种颜色的照度。光电二极管和滤波器214连接在地信号211与线路219之间。运算放大器213放大线路219上的电压，以产生输出端218上的中间输出电压。增益由增益选择电路215来控制。如图所示，运算放大器213连接至地信号211和Vcc信号212。
运算放大器223放大线路218上的电压，以产生输出端228上的中间电压。增益由增益选择电路225控制。如图所示，运算放大器223连接至地信号211和Vcc信号212。运算放大器233放大线路228上的电压，以产生电路输出端238上的电路输出电压。增益由增益选择电路235控制。如图所示，运算放大器233连接至地信号211和Vcc信号212。
上述讨论仅仅揭示和描述了本发明的实例性方法和实施例。正如所属领域的技术人员所理解的那样，可以在不背离精神或实质特征的前提下，以其它特定形式实施本发明。因此，本发明的揭示内容仅旨在举例说明并非限制本发明的范围，本发明的范围阐明于以下权利要求中。

Claims (20)

1、一种构建在一单个集成电路芯片上的颜色感测器，所述颜色感测器包括：
多个颜色感测电路，所述多个颜色感测电路中的每个颜色感测电路包括：
一光检测器，
一连接至所述光检测器的放大器，所述放大器放大来自所述光检测器的信号，及
一连接至所述放大器的增益选择电路，所述增益选择电路控制所述放大器的增益，所述增益选择电路包括一可变电阻；及，
一增益选择控制，其为每个颜色感测电路选择一个别的可变反馈电阻值。
2、根据权利要求1所述的颜色感测器，其中所述多个颜色感测电路包括一红色颜色感测电路、一绿色颜色感测电路和一蓝色颜色感测电路。
3、根据权利要求1所述的颜色感测器，其中所述多个颜色感测电路包括一红色颜色感测电路、一绿色颜色感测电路、一蓝色颜色感测电路和一白色颜色感测电路。
4、根据权利要求1所述的颜色感测器，其中对于所述多个颜色感测电路中的每个颜色感测电路，所述可变反馈电阻包括：
多个串连的电阻；及
多个连接至所述多个电阻的开关，所述增益选择控制器通过控制所述多个开关来选择所述可变反馈电阻的电阻值。
5、根据权利要求1所述的颜色感测器，其中在所述增益选择控制器为每个颜色感测电路选择一个个别的可变反馈电阻值时，保证只要所选择的最大值在一预定范围内，对于每个颜色感测电路而言，任何从选择的最小照度到选择的最大照度的选择范围均可利用一满电压范围的至少一预定百分比。
6、根据权利要求1所述的颜色感测器，其中所述放大器是一个多级放大器。
7、根据权利要求1所述的颜色感测器，其中所述放大器是一个在多级上均带有个别增益选择的多级放大器。
8、根据权利要求1所述的颜色感测器：
其中所述增益选择电路另外包括一个可变补偿电容；及
其中所述增益选择控制选择所述可变补偿电容的一值。
9、一种集成电路芯片，其包括：
一光检测器；
一连接至所述光检测器的放大器，所述放大器放大来自所述光检测器的信号；
一连接至所述放大器的增益选择电路，所述增益选择电路控制所述放大器的增益，所述增益选择电路包括：
一可变反馈电阻，及
一可变补偿电容；及
一增益选择控制，其用来选择所述可变反馈电阻的一电阻值和所述可变补偿电容的一电容值。
10、根据权利要求9所述的集成电路芯片，其另外包括：
一第二光检测器；
一连接至所述第二光检测器的第二放大器，所述第二放大器放大来自所述第二光检测器的信号；及
一连接至所述第二放大器的第二增益选择电路，所述第二增益选择电路控制所述第二放大器的增益，所述第二增益选择电路包括：
一第二可变反馈电阻，及
一第二可变补偿电容；及
其中所述增益选择控制器选择所述第二可变反馈电阻的一电阻值和所述第二可变补偿电容的一电容值。
11、根据权利要求10所述的集成电路芯片，其另外包括：
一第三光检测器；
一连接至所述第三光检测器的第三放大器，所述第三放大器放大来自所述第三光检测器的信号；
一连接至所述第三放大器的第三增益选择电路，所述第三增益选择电路控制所述第三放大器的增益，所述第三增益选择电路包括：
一第三可变反馈电阻，及
一第三可变补偿电容；及
其中所述增益选择控制选择所述第三可变反馈电阻的一电阻值和所述第三可变补偿电容的一电容值。
12、根据权利要求11所述的集成电路芯片，其中所述光检测器包括一个红色滤波器，所述第二光检测器包括一个绿色滤波器并且所述第三光检测器包括一个蓝色滤波器。
13、根据权利要求9所述的集成电路芯片，其中所述可变反馈电阻包括多个串连的电阻。
14、根据权利要求9所述的集成电路芯片，其中所述可变反馈电阻包括：
多个串连的电阻；及
多个连接至所述多个电阻的开关，所述增益选择控制器通过控制所述多个开关来选择所述可变反馈电阻的电阻值。
15、根据权利要求14所述的集成电路芯片，其中所述可变补偿电容包括：
多个连接至第二多个开关的电容，其中所述增益选择控制器通过控制所述第二多个开关来选择所述可变补偿电容的电容值。
16、一种集成电路芯片，其包括：
一光检测器；
一连接至所述光检测器的多级放大器，所述多级放大器放大来自所述光检测器的信号；
多个增益选择电路，所述多个增益选择电路中的每一个电路连接至所述多级放大器的一个单独的级，所述多个增益选择电路的每一个电路包括一个可变反馈电阻；及
一增益选择控制器，其为所述多个增益选择电路中的每一个电路选择一个个别的可变反馈电阻值。
17、根据权利要求16所述的集成电路芯片，其中每个可变反馈电阻包括多个串连的电阻。
18、根据权利要求16所述的集成电路芯片，其中每个可变反馈电阻包括：
多个串连的电阻；及
多个连接至所述多个电阻的开关，所述增益选择控制器通过控制所述多个开关来选择所述可变反馈电阻的电阻值。
19、根据权利要求16所述的集成电路芯片，
其中所述多个增益选择电路中的每一个电路均包括一个可变补偿电容；及
其中所述增益选择控制器为所述增益选择电路中的每一个增益选择电路选择一个个别的可变补偿电容值。
20、根据权利要求19所述的集成电路芯片，其中每个所述可变补偿电容包括：
多个连接至多个开关的电容器，其中所述增益选择控制器通过控制所述多个开关来选择可变补偿电容的电容值。
CNA2004101028320A 2004-04-21 2004-12-28 带有集成可编程增益选择的颜色感测电路 Pending CN1690674A (zh)

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