CN206322056U

CN206322056U - 光敏二极管暗电流消除电路

Info

Publication number: CN206322056U
Application number: CN201621466992.8U
Authority: CN
Inventors: 杜凯; 赵照
Original assignee: Hefei Xinfoo Sensor Technology Co Ltd
Current assignee: Hefei Xinfoo Sensor Technology Co Ltd
Priority date: 2016-12-29
Filing date: 2016-12-29
Publication date: 2017-07-11
Anticipated expiration: 2026-12-29

Abstract

本实用新型公开一种光敏二极管暗电流消除电路，包括第一电流源、第二电流源、第三电流源和第四电流源，耦接至电源电压和接地电压之间，提供参考电流；还包括第一运算放大器、第一MOS晶体管、第二MOS晶体管、第二运算放大器和一电阻，第一MOS晶体管，耦接至第一节点与第三节点之间，第一运算放大器，其输出端耦接至第一MOS晶体管的栅极，其一输入端耦接至第三节点，其另一输入端耦接外部第一参考电压；第二MOS晶体管，耦接至第二节点与第四节点之间，第二运算放大器，其输出端耦接至第二MOS晶体管的栅极，其一输入端耦接至第四节点，其另一输入端耦接外部第二参考电压；一电阻，耦接至第三节点与第四节点之间。

Description

光敏二极管暗电流消除电路

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，特别涉及一种光敏二极管暗电流消除电路。

背景技术

光敏二极管又称光电二极管，是一种光电转换器件。目前使用最多的光敏二极管是硅光电二极管，具有四种类型：PN结型、PIN结型、雪崩性和肖特基型，主要用于自动控制，如光耦合、光电读出装置、红外线遥控装置、红外防盗、编码器、译码器等。光敏二极管的伏安特性决定其在无光照时，仍然有很小的漏电流，称为暗电流。暗电流的存在会对使用光敏二极管的电路产生不利影响，因此需要在电路中设置暗电流消除电路，抵消暗电流。

目前使用最广泛的光敏二极管暗电流消除电路主要是采用共源共栅结构电流镜来消除暗电流，如图1所示，其中，pbias、pcas、nbias、ncas分别为电流镜产生信号，K1_A/B/C/D为开关信号，同时控制电流方向，I1和I2为电流采集端，当K1_A、K1_B为高时，I2提供电流，I1接收电流；相反时，I1提供电流，I2接收电流。在这种方案中，使用一对电流镜可以消除一个单位电流，并联使用n个，则可以消除n个单位电流，通过设置电流镜组数，例如设置成1\2\4\…2^n-2\2^n-1，则可通过n组开关实现1-2ⁿ之间的电流变化。其缺陷在于：1）采用共源共栅电流镜消除电流的步长不会太小，无法应对光敏二极管暗电流极小的情况；2）当要求高精度的电流量消除时，需要使用大量共源共栅电流镜，电路结构将会非常庞大，在半导体工艺中实现此结构时，会占据很大面积，引入大量寄生效应，同时会产生电流一致性的技术问题；3）采用开关电路，将不可避免引入开关噪声。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种新型的光敏二极管暗电流消除电路，通过利用巧妙的结构设计克服现有技术的缺陷。

本实用新型采用的技术方案为：一种光敏二极管暗电流消除电路，包括：第一电流源，耦接于电源电压与第一节点之间或者第一节点与接地电压之间，提供第一电流；第二电流源，耦接于电源电压与第二节点之间或者第二节点与接地电压之间，提供第二电流；第三电流源，耦接于第三节点与接地电压之间或者电源电压与第三节点之间，提供第三电流；第四电流源，耦接至第四节点与接地电压之间或者电源电压与第四节点之间，提供第四电流；第一MOS晶体管，耦接于第一节点与第三节点之间，其漏极和源极分别耦接至第一节点和第三节点；第一运算放大器，其输出端耦接至第一MOS晶体管的栅极，其一输入端耦接至第三节点，其另一输入端耦接外部第一参考电压；第二MOS晶体管，耦接于第二节点与第四节点之间，其漏极和源极分别耦接至第二节点和第四节点；第二运算放大器，其输出端耦接至第二MOS晶体管的栅极，其一输入端耦接至第四节点，其另一输入端耦接外部第二参考电压；一电阻，耦接于第三节点与第四节点之间；所述第一MOS晶体管与第二MOS晶体管的类型相同，所述第一电流、第二电流、第三电流和第四电流的电流值相同。

优选地，所述第一MOS管和第二MOS管分别是第一NMOS管和第二NMOS管，此时，第一运算放大器的正向输入端耦接至第一参考电压，负向输入端耦接至第三节点，第二运算放大器的正向输入端耦接至第二参考电压，负向输入端耦接至第四节点。

优选地，所述第一MOS管和第二MOS管分别是第一PMOS管和第二PMOS管，此时，第一运算放大器的负向输入端耦接至第一参考电压，正向输入端耦接至第三节点；第二运算放大器的负向输入端耦接至第二参考电压，正向输入端耦接至第四节点。

优选地，所述电阻是可调电阻。

与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：

本实用新型暗电流消除电路设计巧妙，在此电路基础上，第三节点和第四节点处的电压值跟随第一参考电压和第二参考电压，第一节点和第二节点处采集到电流的方向由第一参考电压和第二参考电压的差值，电流大小由第一参考电压和第二参考电压的差值与电阻值相除决定，当需要消除的暗电流较小时可以增大电阻值的大小，当需要消除的暗电流较大时可以降低电阻值的大小，使得本实用新型电路可以适用于各种暗电流大小的情况，避免设置多组电流镜，极大简化了电路结构，降低芯片面积和制造成本，同时也解决了多组电流镜导致的寄生效应和电流一致性的技术问题；另外，本实用新型避免使用开关，也同时降低了开关噪声。

附图说明

图1是现有技术中共源共栅电流镜结构示意图；

图2是本实用新型实施例1中光敏二极管暗电流消除电路示意图；

图3是本实用新型实施例2中光敏二极管暗电流消除电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步描述。

实施例1：一种光敏二极管暗电流消除电路10，包括：第一电流源11，耦接于电源电压与第一节点N1之间，提供第一电流；第二电流源12，耦接于电源电压与第二节点N2之间，提供第二电流；第三电流源12，耦接至第三节点N3与接地电压GND之间，提供第三电流；第四电流源14，耦接至第四节点N4与接地电压GND之间，提供第四电流；所述第一电流、第二电流、第三电流和第四电流的电流值相同，均为I。

还包括第一MOS晶体管M1，耦接至第一节点N1与第三节点N3之间，其漏极和源极分别耦接至第一节点N1和第三节点N3；第一运算放大器A1，其输出端耦接至第一MOS晶体管M1的栅极，其一输入端耦接至第三节点N3，其另一输入端耦接外部第一参考电压V1；第二MOS晶体管M2，耦接至第二节点N2与第四节点N4之间，其漏极和源极分别耦接至第二节点N2和第四节点N4；第二运算放大器A2，其输出端耦接至第二MOS晶体管M2的栅极，其一输入端耦接至第四节点N4，其另一输入端耦接外部第二参考电压Vref；一电阻R_V-1，耦接至第三节点N3与第四节点N4之间。

需要注意的是，在本实用新型中所述第一MOS晶体管与第二MOS晶体管的类型相同，在本实施例中，所述第一MOS晶体管M1和第二MOS晶体管分别为第一NMOS管和第二NMOS管，此时，第一运算放大器A1的正向输入端耦接至第一参考电压V1，负向输入端耦接至第三节点N3，第二运算放大器A2的正向输入端耦接至第二参考电压Vref，负向输入端耦接至第四节点N4。

如上所述，在此电路基础上，第三节点处的电压值VI1会跟随第一参考电压V1，第四节点处的电压值VI2会跟随第二参考电压Vref。

根据基尔霍夫电流定理，第一节点处采集到的电流值I1与第二节点处采集到的电流值可列如下两等式：

I+I1= I+（VI1-VI2）/R_V-I => I1=（VI1-VI2）/R_V-I （1）

I+I2= I+（VI2-VI1）/R_V-I => I2=（VI2-VI1）/R_V-I （2）

因此，I1=-I2=(VI1-VI2)/R_V-I=(V1-Vref)/ R_V-I（3）

由上述公式可知，I1与I2之间电流的方向由第一参考电压和第二参考电压的差值决定，电流的大小由第一参考电压和第二参考电压的差值与电阻值相除决定。

实施例2：作为实施例1的一种变形方式，本实施例提供本实用新型另一种电路结构形式。一种光敏二极管暗电流消除电路20，包括：第一电流源21，耦接于第一节点N1与接地电压GND之间，提供第一电流；第二电流源22，耦接于第二节点N2与接地电压GND之间，提供第二电流；第三电流源23，耦接于电源电压与第三节点N3之间，提供第三电流；第四电流源24，耦接于电源电压与第四节点N4之间，提供第四电流；所述第一电流、第二电流、第三电流和第四电流的电流值相同，均为I。

与实施例1相同，电路还包括第一MOS晶体管M1和第二MOS晶体管M2，所述第一MOS晶体管M1和第二MOS晶体管M2分别是第一PMOS晶体管和第二PMOS晶体管。其中，第一PMOS晶体管耦接至第一节点N1与第三节点N3之间，其漏极和源极分别耦接至第一节点N1和第三节点N3；第一运算放大器A1，其输出端耦接至第一PMOS晶体管的栅极，其负向输入端耦接至第一参考电压V1，正向输入端耦接至第三节点N3；第二PMOS晶体管，耦接至第二节点N2与第四节点N4之间，其漏极和源极分别耦接至第二节点N2和第四节点N4；第二运算放大器A2，其输出端耦接至第二PMOS晶体管的栅极，第其负向输入端耦接至第二参考电压Vref，正向输入端耦接至第四节点N4；一电阻R_V-1，耦接至第三节点N3与第四节点N4之间。

与上述实施例相同，在本实施例电路基础上，第三节点处的电压值VI1会跟随第一参考电压V1，第四节点处的电压值VI2会跟随第二参考电压Vref。

I+I1= I+（VI1-VI2）/R_V-I => I1=（VI1-VI2）/R_V-I （1）

I+I2= I+（VI2-VI1）/R_V-I => I2=（VI2-VI1）/R_V-I （2）

因此，I1=-I2=(VI1-VI2)/R_V-I=(V1-Vref)/ R_V-I（3）

由上述公式可知，I1与I2之间电流的方向由第一参考电压和第二参考电压的差值决定，而电流的大小由第一参考电压和第二参考电压的差值与电阻值相除决定。

在本实用新型电路实施的过程中，第一参考电压和第二参考电压通常是由外接的控制电路决定，当控制电路决定第一参考电压和第二参考为某些固定值时，优选将电阻R_V-1设置为可调电阻。当需要消除的暗电流较小时可以增大电阻值的大小，当需要消除的暗电流较大时可以降低电阻值的大小，使得本实用新型电路可以适用于各种暗电流大小的情况，避免设置多组电流镜，极大简化了电路结构，降低芯片面积和制造成本，同时也解决了多组电流镜导致的寄生效应和电流一致性的技术问题；另外，本实用新型避免使用开关，也同时降低了开关噪声。

当然，本实用新型还可以通过调节第一参考电压和第二参考电压值的方式来调节第一节点和第二节点处电流值I1和I2，本实用新型不做限定。

总之，以上仅为本实用新型较佳的实施例，并非用于限定本实用新型的保护范围，在本实用新型的精神范围之内，对本实用新型所做的等同变换或修改均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种光敏二极管暗电流消除电路，其特征在于，包括：第一电流源，耦接于电源电压与第一节点之间或者第一节点与接地电压之间，提供第一电流；第二电流源，耦接于电源电压与第二节点之间或者第二节点与接地电压之间，提供第二电流；第三电流源，耦接于第三节点与接地电压之间或者电源电压与第三节点之间，提供第三电流；第四电流源，耦接至第四节点与接地电压之间或者电源电压与第四节点之间，提供第四电流；第一MOS晶体管，耦接于第一节点与第三节点之间，其漏极和源极分别耦接至第一节点和第三节点；第一运算放大器，其输出端耦接至第一MOS晶体管的栅极，其一输入端耦接至第三节点，其另一输入端耦接外部第一参考电压；第二MOS晶体管，耦接于第二节点与第四节点之间，其漏极和源极分别耦接至第二节点和第四节点；第二运算放大器，其输出端耦接至第二MOS晶体管的栅极，其一输入端耦接至第四节点，其另一输入端耦接外部第二参考电压；一电阻，耦接于第三节点与第四节点之间；所述第一MOS晶体管与第二MOS晶体管的类型相同，所述第一电流、第二电流、第三电流和第四电流的电流值相同。

2.根据权利要求1所述的一种光敏二极管暗电流消除电路，其特征在于：所述第一MOS管和第二MOS管分别是第一NMOS管和第二NMOS管，此时，第一运算放大器的正向输入端耦接至第一参考电压，负向输入端耦接至第三节点，第二运算放大器的正向输入端耦接至第二参考电压，负向输入端耦接至第四节点。

3.根据权利要求1所述的一种光敏二极管暗电流消除电路，其特征在于：所述第一MOS管和第二MOS管分别是第一PMOS管和第二PMOS管，此时，第一运算放大器的负向输入端耦接至第一参考电压，正向输入端耦接至第三节点；第二运算放大器的负向输入端耦接至第二参考电压，正向输入端耦接至第四节点。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种光敏二极管暗电流消除电路，其特征在于：所述电阻是可调电阻。