CN209639735U - 一种用于光电传感器的芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的目的是提供一种用于光电传感器的芯片，包括：光电二极管模块、光电信号处理电路、信号输出电路，其中，所述光电二极管模块与所述光电信号处理电路连接，所述光电信号处理电路与所述信号输出电路连接；所述光电二极管模块通过接收的光照产生光电流，所述光电信号处理电路将流入的光电流作转换处理、放大处理、模数转换处理后输出；所述信号输出电路包括光电二极管驱动模块、输出模块和短路保护模块，其中，所述光电二极管驱动模块与所述光电传感器连接以用于驱动所述光电传感器中发光二极管，所述输出模块用于稳定输出电信号，所述短路保护模块用于对所述芯片进行短路保护。从而避免了发热，增加了识别距离，增强了抗干扰性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电传感器芯片领域，尤其涉及一种用于光电传感器的芯片。
背景技术
现今的光电传感器生产领域中，光电传感器的芯片内部集成两个半分光电二极管可做短距离识别的BGS光电传感器，在芯片中设置光电二极管单脉冲荡振电路，并且输出形式能够进行自由配置，在其中内置了过载保护和短路保护，从而能够实现对射、漫反射和镜面反射等效果，但现有技术存在以下缺陷：
1.光电二极管驱动频率和脉宽过大，导致光电传感器发热，做小体积光电传感器时风险大；
2.芯片上集成的半分光电二极管长度只有550微米，做BGS光电传感器时，可识别距离偏小；
3.在并排安装多个光电传感器时会互相干扰；
4.在工作环境中抗环境光性能差；
5.抗电磁干扰性能差，需要另外增加屏蔽罩。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于光电传感器的芯片，以解决现有技术中光电二极管驱动频率和脉宽过大导致发热、可识别距离小、并排安装时互相干扰、抗环境光性能差和抗电磁干扰性能差的问题。
为解决上述技术问题，根据本实用新型的一方面，提供了一种用于光电传感器的芯片，所述芯片包括：光电二极管模块、光电信号处理电路、信号输出电路，其中，
所述光电二极管模块与所述光电信号处理电路连接，所述光电信号处理电路与所述信号输出电路连接；
所述光电二极管模块通过接收的光照产生光电流，所述光电信号处理电路将流入的光电流作转换处理、放大处理、模数转换处理后输出；
所述信号输出电路包括光电二极管驱动模块、输出模块和短路保护模块，其中，所述光电二极管驱动模块与所述光电传感器连接以用于驱动所述光电传感器中发光二极管，所述输出模块用于稳定输出电信号，所述短路保护模块用于对所述芯片进行短路保护。
进一步地，所述光电二极管模块包括第一半分光电二极管和第二半分光电二极管，其中，
所述第一半分光电二极管的负极和所述第二半分光电二极管的负极接地，所述第一半分光电二极管的正极和所述第二半分光电二极管的正极分别连接所述光电信号处理电路。
进一步地，所述光电二极管驱动模块包括振荡器，其中，所述振荡器用于以预设脉冲频率驱动所述光电传感器中发光二极管。
进一步地，所述光电信号处理电路包括：转换电路、放大电路、比较电路和调节电路，其中，
所述转换电路的输入端与所述光电二极管模块的输出端连接，所述转换电路的输出端与所述放大电路的输入端连接，所述放大电路的输出端与所述比较电路的输入端连接，所述比较电路的输出端与所述信号输出电路的输入端连接，所述调节电路与所述比较电路的输入端连接。
进一步地，所述转换电路包括转换电阻，用于将输入所述光电信号处理电路的光电流转换为电压信号。
进一步地，所述放大电路由前置放大电路和主放大电路组成，用于将所述转换电路输出的电压信号进行放大处理。
进一步地，所述比较电路由计数模块和比较模块组成，用于判断所述放大处理后的电压信号的输出状态。
进一步地，所述调节电路包括开关电平调节单元，用于根据所述放大模块接收到的灵敏度调节电压。
进一步地，所述短路保护模块包括外部输出晶体管，
所述短路保护模块在所述芯片短路时将过电流输入所述外部输出晶体管。
进一步地，所述芯片还包括复位模块，所述复位模块与VCC引脚连接，用于在VCC引脚电压低于预设复位启动电压时将所有电路进行复位。
进一步地，所述复位模块还用于在VCC引脚电压大于上电复位的取消电压时取消电路的复位状态。
进一步地，所述转换电阻包括第一转换电阻和第二转换电阻，其中，
所述第一半分光电二极管的输出端和所述第一转换电阻连接，所述第二半分光电二极管的输出端和所述第二转换电阻连接。
与现有技术相比，本实用新型提供了一种用于光电传感器的芯片，所述芯片包括：光电二极管模块、光电信号处理电路、信号输出电路，其中，所述光电二极管模块与所述光电信号处理电路连接，所述光电信号处理电路与所述信号输出电路连接；所述光电二极管模块通过接收的光照产生光电流，所述光电信号处理电路将流入的光电流作转换处理、放大处理、模数转换处理后输出；所述信号输出电路包括光电二极管驱动模块、输出模块和短路保护模块，其中，所述光电二极管驱动模块与所述光电传感器连接以用于驱动所述光电传感器中发光二极管，所述输出模块用于稳定输出电信号，所述短路保护模块用于对所述芯片进行短路保护。从而使得芯片对发光二极管的驱动频率和脉宽较现有技术较小避免了发热，增加了可识别距离，以使并排安装时不会产生互相干扰，增强了抗环境光性能和抗电磁干扰性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出本实用新型一个方面提供的一种用于光电传感器的芯片结构示意图；
图2示出本实用新型一实施例中的一种形式的用于光电传感器的芯片电路示意图；
图3示出本实用新型一实施例中的一种形式的用于光电传感器的芯片参数表示意图；
图4示出本实用新型一实施例中的一种形式的用于光电传感器的芯片的外接电路示意图；
图5示出本实用新型一实施例中的一种形式的用于光电传感器的芯片应用于光电传感器中的电路结构示意图；
图6示出本实用新型一实施例中的一种形式的用于光电传感器的芯片应用于光电传感器的数据表。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
图1示出本实用新型一个方面提供的一种用于光电传感器的芯片结构示意图，所述芯片包括：光电二极管模块100、光电信号处理电路200、信号输出电路300，其中，所述光电二极管模块100与所述光电信号处理电路200 连接，所述光电信号处理电路200与所述信号输出电路300连接；所述光电二极管模块100通过接收的光照产生光电流，所述光电信号处理电路200将流入的光电流作转换处理、放大处理、模数转换处理后输出；所述信号输出电路300包括光电二极管驱动模块301、输出模块302和短路保护模块303，其中，所述光电二极管驱动模块301与所述光电传感器连接以用于驱动所述光电传感器中发光二极管，所述输出模块302用于稳定输出电信号，所述短路保护模块303用于对所述芯片进行短路保护。从而使得芯片对发光二极管的驱动频率和脉宽较现有技术较小避免了发热，增加了可识别距离，以使并排安装时不会产生互相干扰，增强了抗环境光性能和抗电磁干扰性能。
具体地，所述光电二极管模块100的输出端与所述光电信号处理电路200 的输入端连接，所述光电信号处理电路200的输出端与所述信号输出电路300 的输入端连接，在此，所述光电二极管模块100通过接收的光照产生光电流，所述光电信号处理电路200接收由所述光电二极管模块100输出的光电流并将所述光电流作转换处理、放大处理、模数转换处理后经由所述信号输出电路300输出。具体地，所述光电信号处理电路200将所述光电流转换为电压信号后进行了放大处理，之后将所述电压信号进行模数转换处理作为数字电信号进行了进一步处理得到所述光电信号处理电路200输出的电信号。所述信号输出电路300包括光电二极管驱动模块301、输出模块302和短路保护模块303，其中，所述光电二极管驱动模块301与所述光电传感器连接以用于驱动所述光电传感器中发光二极管，所述输出模块302用于稳定输出电信号，所述短路保护模块303用于对所述芯片进行短路保护。在此，所述输出模块302用于稳定输出所述光电信号处理电路输出的电信号。
在本申请一优选实施例中，所述光电二极管模块100包括第一半分光电二极管101和第二半分光电二极管102，其中，所述第一半分光电二极管101 的负极和所述第二半分光电二极管102的负极接地，所述第一半分光电二极管101的正极和所述第二半分光电二极管102的正极分别连接所述光电信号处理电路。
图2示出本实用新型一实施例中的一种形式的用于光电传感器的芯片电路示意图。如图1和图2所示，所述光电二极管模块100包括第一半分光电二极管101和第二半分光电二极管102，其中，所述第一半分光电二极管101 的负极和所述第二半分光电二极管102的负极接地，所述第一半分光电二极管101的正极和所述第二半分光电二极管102的正极分别连接所述光电信号处理电路。图3示出本实用新型一实施例中的一种形式的用于光电传感器的芯片参数表示意图，所述第一半分光电二极管101和所述第二半分光电二极管102在本申请所述芯片上的集成长度为700微米，现有技术中双半分光电二极管集成长度为550微米，相较之下本实用新型中集成的第一半分光电二极管101和第二半分光电二极管102能够检测的距离更长，从而在应用本实用新型芯片使用BGS模式时能够在大于300毫米的距离进行检测，解决了 BGS型光电传感器远距离检测问题。
在本申请一优选实施例中，所述光电二极管驱动模块301包括振荡器，其中，所述振荡器用于以预设脉冲频率驱动所述光电传感器中发光二极管。
具体地，所述光电二极管驱动模块301包括振荡器，所述振荡器用于以预设脉冲频率驱动所述光电传感器中的发光二极管，在此，振荡器包括但不限于晶体振荡器。在此，所述振荡器以预设脉冲频率驱动所述光电传感器中的发光二极管，在并排安装两台光电传感器时能够通过所述光电传感器接收预设脉冲频率从而减少两台光电传感器之间的干扰。在本实用新型一优选实施例中，所述振荡器以三脉冲频率驱动所述光电传感器中的发光二极管，现有技术中振荡器通常以单脉冲频率驱动发光二极管，相较现有技术，本实用新型减少了驱动脉冲频率，从而避免了芯片发热现象。
在本申请一优选实施例中，所述光电信号处理电路200包括：转换电路 201、放大电路202、比较电路203和调节电路204，其中，所述转换电路201 的输入端与所述光电二极管模块100的输出端连接，所述转换电路201的输出端与所述放大电路202的输入端连接，所述放大电路202的输出端与所述比较电路203的输入端连接，所述比较电路203的输出端与所述信号输出电路300的输入端连接，所述调节电路204与所述比较电路203的输入端连接。
具体地，所述转换电路201的输入端与所述光电二极管模块100的输出端连接，所述转换电路201的输出端与所述放大电路202的输入端连接，以使所述转换电路201对光电流进行转换处理，继而所述放大电路202对转换处理后得到的电压信号进行放大处理；所述放大电路202的输出端与所述比较电路203的输入端连接，所述比较电路203的输出端与所述信号输出电路 300的输入端连接，以使所述比较电路203对所述放大电路202放大处理后的电压信号进行状态判断和比较；所述调节电路204与所述比较电路203的输入端连接，在此，所述调节电路204根据所述放大电路202接收到的光灵敏度对电压进行调节。
在本申请一优选实施例中，所述转换电路201包括转换电阻，用于将输入所述光电信号处理电路200的光电流转换为电压信号。
具体地，如图2所示，所述转换电路201与所述光电二极管模块100连接，所述光电二极管模块100输出光电流进入所述转换电路201内，所述转换电路201包括转换电阻，通过所述转换电阻将输入所述光电信号处理电路200的光电流转换为电压信号，优选地，所述转换电阻阻值为44kΩ。
在本申请一优选实施例中，所述放大电路202由前置放大电路和主放大电路组成，用于将所述转换电路201输出的电压信号进行放大处理。
具体地，所述放大电路202由前置放大电路和主放大电路组成，优选地，所述前置放大电路和所述主放大电路将所述转换电路201输出的电压信号进行放大处理后总增益为57dB。
在本申请一优选实施例中，所述比较电路203由计数模块和比较模块组成，用于判断所述放大处理后的电压信号的输出状态。
具体地，所述比较电路203由计数模块和比较模块组成，所述芯片内预设多个不同的光线稳定度阈值，通过所述计数模块和所述比较模块对所述放大处理后的电压信号进行比较处理，在此，所述比较处理为所述计数模块和所述比较模块将所述放大处理后的电压信号与所述预设的多个不同光线稳定度阈值比较，所述比较电路203根据所述比较的结果判断所述放大处理后的电压信号的输出状态。
在本申请一优选实施例中，所述调节电路204包括开关电平调节单元，用于根据所述放大模块202接收到的灵敏度调节电压。
具体地，所述放大模块202根据接收到的光电流确定所述放大模块202 接收到的灵敏度，所述调节电路204包括开关电平调节单元，其中所述开关电平调节单元根据所述放大模块202接收到的灵敏度对所述芯片输出的电压进行调节，从而避免了环境光的干扰。
在本申请一优选实施例中，所述短路保护模块303包括外部输出晶体管，所述短路保护模块303在所述芯片短路时将过电流输入所述外部输出晶体管。
具体地，当所述芯片短路时将会产生过电流，所述短路保护模块303包括外部输出晶体管，当所述芯片短路时，所述短路保护模块303将所述过电流输入所述外部输出晶体管。
在本申请一优选实施例中，所述芯片还包括复位模块，所述复位模块与 VCC引脚连接，用于在VCC引脚电压低于预设复位启动电压时将所有电路进行复位。
具体地，所述芯片还包括复位模块，所述复位模块与VCC引脚连接，当 VCC引脚电压低于预设的复位启动电压时，所述复位模块将所有电路的电压进行复位处理。
在本申请一优选实施例中，所述复位模块还用于在VCC引脚电压大于上电复位的取消电压时取消电路的复位状态。
具体地，所述芯片在进行复位处理后，所有电路将处于复位状态，当VCC 引脚处电压大于上电复位的取消电压时，所述复位模块将取消所有电路的复位状态。
在本申请一优选实施例中，所述转换电阻包括第一转换电阻2011和第二转换电阻2012，其中，所述第一半分光电二极管101的输出端和所述第一转换电阻2011连接，所述第二半分光电二极管102的输出端和所述第二转换电阻2012连接。
具体地，如图2所示，所述第一半分光电二极管101的输出端和所述第一转换电阻2011连接，所述第二半分光电二极管102的输出端和所述第二转换电阻2012连接。
图4示出本实用新型一实施例中的一种形式的用于光电传感器的芯片的外接电路示意图，所述芯片应用于NPN型和PNP型输出，当所述芯片应用于PNP型输出时需要在常闭的暗动开关处增加一个电阻，优选地，所述电阻的阻值为33千欧。
图5示出本实用新型一实施例中的一种形式的用于光电传感器的芯片应用于光电传感器中的电路结构示意图。本优选实施例为本实用新型的应用实例，图5所示的IC1是所述一种形式的用于光电传感器的芯片。使用所述芯片接收光能时，所述芯片内预设多个不同的光线稳定度阈值，通过所述比较电路203对所述放大处理后的电压信号进行比较处理，在此，所述比较处理为所述计数模块和所述比较模块将所述放大处理后的电压信号与所述预设的多个不同光线稳定度阈值比较，所述比较电路203根据所述比较的结果判断所述放大处理后的电压信号的输出状态，从而避免了环境光干扰，以使应用所述芯片的光电传感器能够抵抗太阳光10000Lx干扰；当多个光电传感器并排安装时，通过所述芯片接收预设频率的脉冲，有效避免并排安装干扰；所述光电二极管模块100集成了第一半分光电二极管101和第二半分光电二极管102使得所述光电传感器的BGS检测距离比现有技术中检测距离更大；相较现有技术，利用预设驱动频率进行发光二极管的驱动，优选地，采用三脉冲驱动频率从而减小了发光二极管的驱动频率和脉冲宽度，使得发光二极管功耗减小，避免了光电传感器出现发热现象。图6示出本实用新型一实施例中的一种形式的用于光电传感器的芯片应用于光电传感器的数据表，接上述实施例，图6中的数据为上述实施例中光电传感器在黑色背景和白色背景下分别得到的测试数据。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
Claims (12)
1.一种用于光电传感器的芯片，其特征在于，所述芯片包括：光电二极管模块、光电信号处理电路、信号输出电路，其中，
所述光电二极管模块与所述光电信号处理电路连接，所述光电信号处理电路与所述信号输出电路连接；
所述光电二极管模块通过接收的光照产生光电流，所述光电信号处理电路将流入的光电流作转换处理、放大处理、模数转换处理后输出；
所述信号输出电路包括光电二极管驱动模块、输出模块和短路保护模块，其中，所述光电二极管驱动模块与所述光电传感器连接以用于驱动所述光电传感器中发光二极管，所述输出模块用于稳定输出电信号，所述短路保护模块用于对所述芯片进行短路保护。
2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述光电二极管模块包括第一半分光电二极管和第二半分光电二极管，其中，
所述第一半分光电二极管的负极和所述第二半分光电二极管的负极接地，所述第一半分光电二极管的正极和所述第二半分光电二极管的正极分别连接所述光电信号处理电路。
3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述光电二极管驱动模块包括振荡器，其中，所述振荡器用于以预设脉冲频率驱动所述光电传感器中发光二极管。
4.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述光电信号处理电路包括：转换电路、放大电路、比较电路和调节电路，其中，
所述转换电路的输入端与所述光电二极管模块的输出端连接，所述转换电路的输出端与所述放大电路的输入端连接，所述放大电路的输出端与所述比较电路的输入端连接，所述比较电路的输出端与所述信号输出电路的输入端连接，所述调节电路与所述比较电路的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，所述转换电路包括转换电阻，用于将输入所述光电信号处理电路的光电流转换为电压信号。
6.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，所述放大电路由前置放大电路和主放大电路组成，用于将所述转换电路输出的电压信号进行放大处理。
7.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，所述比较电路由计数模块和比较模块组成，用于判断所述放大处理后的电压信号的输出状态。
8.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，所述调节电路包括开关电平调节单元，用于根据所述放大电路接收到的灵敏度调节电压。
9.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述短路保护模块包括外部输出晶体管，
所述短路保护模块在所述芯片短路时将过电流输入所述外部输出晶体管。
10.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片还包括复位模块，所述复位模块与VCC引脚连接，用于在VCC引脚电压低于预设复位启动电压时将所有电路进行复位。
11.根据权利要求10所述的芯片，其特征在于，所述复位模块还用于在VCC引脚电压大于上电复位的取消电压时取消电路的复位状态。
12.根据权利要求2所述的芯片，其特征在于，转换电阻包括第一转换电阻和第二转换电阻，其中，
所述第一半分光电二极管的正极和所述第一转换电阻连接，所述第二半分光电二极管的正极和所述第二转换电阻连接。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111511068A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-08-07 | 厦门中莘光电科技有限公司 | 芯片式光电传感器及手势识别装置 |
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2019
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 201399 No. 1053, Huicheng Road, Huinan Town, Pudong New Area, Shanghai Patentee after: Shanghai sodilon Automation Co.,Ltd. Address before: No. 1053 Huicheng Road, Huinan Town, Pudong New Area, Shanghai, 200120 Patentee before: SHANGHAI SODRON AUTOMATION CO.,LTD. |