CN218850751U - 积分电路及检测芯片 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种积分电路及检测芯片，积分电路包括：第一积分模块，在一个积分周期内先后接收第一输入电流进行第一次积分，以及接收第二输入电流进行第二次积分；转移模块，与第一积分模块连接，用于积累第一次积分的结果，保留第二次积分的结果，以及转移第一次积分的结果与第二次积分的结果的差值；第二积分模块，与转移模块连接，在第一积分模块第二次积分结束后，第二积分模块进行积分并提供输出电压，其中，输出电压为第一积分模块第一次积分的结果减去第二次积分的结果。本申请的检测芯片采用上述积分电路，可以有效地消除环境光的干扰，提高了检测精度。

Description

积分电路及检测芯片

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体涉及一种积分电路及检测芯片。

背景技术

检测芯片具有感知物体接近、以及检测与该物体距离远近的功能。光电式的检测芯片在检测待测物体时，首先向待测物体发射检测光，然后通过光电二极管检测待测物体反射回的检测光的强度。光电二极管经光照射后产生光电流，光电流的强度与待测物体距离检测芯片的距离成反比，待测物体越近，光电流越强，待测物体越远，光电流越弱。

在实际应用中，光电式的检测芯片周围不可避免的存在自然光、灯光等环境光干扰光源，干扰光源会严重影响检测芯片的检测精度以及对待测物体距离的判断。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种积分电路及检测芯片，可以有效地消除环境光的干扰分量，提升检测芯片的检测精度。

第一方面，本实用新型提出了一种积分电路，包括：

第一积分模块，在一个积分周期内接收第一输入电流进行第一次积分，再接收第二输入电流进行第二次积分；以及

转移模块，与所述第一积分模块连接，用于积累第一次积分的结果，保留第二次积分的结果，以及转移所述第一次积分的结果与所述第二次积分的结果的差值；

第二积分模块，与所述转移模块连接，在所述第一积分模块第二次积分结束后，所述第二积分模块进行积分并提供输出电压，其中，所述输出电压为所述第一次积分的结果与所述第二次积分的结果的差值。

可选地，所述第一积分模块包括：

第一输入单元，从输入端接收所述第一输入电流或者接收所述第二输入电流；以及

第一积分单元，对所述第一输入电流进行第一次积分，以及对所述第二输入电流进行第二次积分。

可选地，所述第一输入单元包括：

第一开关，第一端与所述输入端连接，第二端与所述第一积分单元连接；以及

第二开关，连接在所述输入端与地之间，

其中，第一次积分时所述第一开关导通接收所述第一输入电流，第二次积分时所述第一开关导通接收所述第二输入电流。

可选地，在所述第一次积分结束时所述第一开关关断，所述第二开关导通对所述输入端复位；所述第二次积分结束时所述第一开关关断，所述第二开关导通对所述输入端复位；所述第二开关在所述输入端复位后断开。

可选地，所述第一积分单元包括：

第一运算放大器，反相输入端与所述第一开关的第二端连接，正相输入端接地，输出端输出所述第一次积分的结果和第二次积分的结果；

第三开关，连接在所述第一运算放大器的反相输入端与输出端之间；以及

第一电容，并联在所述第三开关的两端，

其中，在积分周期内，在所述第一输入单元接收所述第一输入电流或者所述第二输入电流时，所述第三开关先导通对所述第一运算放大器的输出端和所述第一电容复位，之后关断对所述第一电容充电；所述第一输入单元不接收所述第一输入电流或者所述第二输入电流时，所述第三开关关断，所述第一运算放大器的输出端输出第一次积分的结果或者第二次积分的结果。

可选地，所述第一输入电流对所述第一电容充电的时间与所述第二输入电流对所述第一电容充电的时间相等。

可选地，所述转移模块包括：

第四开关，第一端与所述第一积分模块连接；

第二电容，第一端与所述第四开关的第二端连接；以及

第五开关，第一端与所述第二电容的第二端连接，

其中，所述第一积分模块在第一次积分结束后，所述第四开关和所述第五开关同时导通以将所述第一次积分产生的正电荷积累在所述第二电容的第一端；所述第一积分模块在第二次积分结束后，在所述第四开关、所述第五开关、第七开关和第八开关同时导通时，所述第二电容的第一端保留所述第二次积分产生的正电荷，将所述第一次积分产生的正电荷与所述第二次积分产生的正电荷的差值转移到第二积分模块。

可选地，所述第二积分模块包括：

第二运算放大器，反相输入端与所述第五开关的第二端连接，正相输入端接地，输出端提供所述输出电压；

第六开关，连接在所述第二运算放大器的反相输入端与输出端之间；以及

串联的第七开关、第三电容、第八开关，并联在所述第六开关的两端，其中，第七开关的第一端与所述第六开关的第一端连接，第七开关的第二端与所述第三电容的第一端连接，第三电容的第二端与所述第八开关的第一端连接，第八开关的第二端与所述第六开关的第二端连接，其中，在所述第二积分模块积分时，所述第六开关在所述第四开关、所述第五开关、所述第七开关、所述第八开关同时导通前断开。

可选地，在第一次进入积分周期前为初始化阶段，在所述初始化阶段，第二开关导通对输入端复位，之后断开，第六开关、第七开关和第八开关导通对输出端和第三电容复位，之后均断开。

可选地，所述第二积分模块还包括：

第四电容，连接在所述第三电容的第二端与地之间，用于减小第三电容第二端的输出电压的误差。

可选地，所述积分电路连续工作n个积分周期，所述输出电压为所述一个积分周期产生的输出电压的n倍，其中，n为大于1的正整数。

第二方面，本实用新型提出了一种检测芯片，用于检测待测物体的远近，包括：

积分电路，包括第一积分模块、转移模块和第二积分模块；

第一积分模块在一个积分周期内接收第一输入电流进行第一次积分，再接收第二输入电流进行第二次积分；

转移模块，与所述第一积分模块连接，用于积累第一次积分的结果，保留第二次积分的结果，以及转移第一次积分的结果与第二次积分的结果的差值；

第二积分模块与所述转移模块连接，在所述第一积分模块第二次积分结束后，所述第二次积分模块进行积分并提供输出电压，其中，所述输出电压为所述第一次积分的结果与第二次积分的结果的差值；

发光二极管，用于发射检测光至所述待测物体；

光电二极管，将所述待测物体反射的光转换为光电流，与所述第一积分模块连接，提供所述第一输入电流和所述第二输入电流，其中，所述第一输入电流为所述待测物体被检测光照射所反射的光对应的电流，所述第二输入电流为所述待测物体不被检测光照射所反射的光对应的电流；

模数转换电路，用于将所述积分电路的输出电压转换为数字信号；以及

控制电路，用于点亮或者熄灭所述发光二极管，控制所述积分电路工作以及控制所述模数转换电路是否输出所述数字信号。

可选地，所述发光二极管为红外发光二极管。

可选地，所述第一积分模块包括：

第一输入单元，从输入端接收所述第一输入电流或者接收所述第二输入电流或者对所述输入端进行复位；以及

第一积分单元，对所述第一输入电流进行第一次积分，以及对所述第二输入电流进行第二次积分。

可选地，所述第一输入单元包括：

第一开关，第一端与所述输入端连接，第二端与所述第一积分单元连接；以及

第二开关，连接在所述输入端与地之间，

其中，第一次积分时所述第一开关导通接收所述第一输入电流，第二次积分时所述第一开关导通接收所述第二输入电流。

可选地，在所述第一次积分结束时所述第一开关关断，所述第二开关导通对所述输入端复位；所述第二次积分结束时所述第一开关关断，所述第二开关导通对所述输入端复位；所述第二开关在所述输入端复位后断开。

可选地，所述第一积分单元包括：

第一运算放大器，反相输入端与所述第一开关的第二端连接，正相输入端接地，输出端输出所述第一次积分的结果和第二次积分的结果；

第三开关，连接在所述第一运算放大器的反相输入端与输出端之间；以及

第一电容，并联在所述第三开关的两端，

其中，在积分周期内，在所述第一输入单元接收所述第一输入电流或者所述第二输入电流时，所述第三开关先导通对所述第一运算放大器的输出端和所述第一电容复位，之后关断对所述第一电容充电；所述第一输入单元不接收所述第一输入电流或者所述第二输入电流时，所述第三开关关断，所述第一运算放大器的输出端输出第一次积分的结果或者第二次积分的结果。

可选地，所述第一输入电流对所述第一电容充电的时间与所述第二输入电流对所述第一电容充电的时间相等。

可选地，所述转移模块包括：

第四开关，第一端与所述第一积分模块连接；

第二电容，第一端与所述第四开关的第二端连接；以及

第五开关，第一端与所述第二电容的第二端连接，

其中，所述第一积分模块在第一次积分结束后，所述第四开关和所述第五开关同时导通以将所述第一次积分产生的正电荷积累在所述第二电容的第一端；所述第一积分模块在第二次积分结束后，在所述第四开关、所述第五开关、第七开关和第八开关同时导通时，所述第二电容的第一端保留所述第二次积分产生的正电荷，将所述第一次积分产生的正电荷与所述第二次积分产生的正电荷的差值转移到第二积分模块。

可选地，所述第二积分模块包括：

第二运算放大器，反相输入端与所述第五开关的第二端连接，正相输入端接地，输出端提供所述输出电压；

第六开关，连接在所述第二运算放大器的反相输入端与输出端之间；以及

串联的第七开关、第三电容、第八开关，并联在所述第六开关的两端，其中，第七开关的第一端与所述第六开关的第一端连接，第七开关的第二端与所述第三电容的第一端连接，第三电容的第二端与所述第八开关的第一端连接，第八开关的第二端与所述第六开关的第二端连接，

其中，在所述第二积分模块积分时，所述第六开关在所述第四开关、所述第五开关、所述第七开关、所述第八开关同时导通前断开。

可选地，所述第二积分模块还包括：

第四电容，连接在所述第三电容的第二端与地之间。

可选地，所述控制电路控制所述模数转换电路在所述积分电路连续工作n个积分周期后采集输出电压，所述积分电路连续工作n个积分周期之后提供的输出电压为一个积分周期产生的输出电压的n倍，其中，n为大于1的正整数。

本实用新型提出了一种积分电路以及检测芯片。积分电路采用级联的两级积分模块，第一积分模块在一个积分周期内先后接收第一输入电流进行第一次积分，以及接收第二输入电流进行第二次积分，第二积分模块在第一积分模块进行第二次积分的过程中进行积分并提供输出电压，其中，输出电压为第一积分模块第一次积分的结果减去第二次积分的结果。包括上述积分电路的检测芯片可以有效地消除环境光的干扰分量，使得当物体接近时能更精确地判断物体的距离。

进一步地，积分电路连续工作n个积分周期时其输出电压为一个积分周期产生的输出电压的n倍。进而检测芯片通过控制电路控制模数转换电路在积分电路连续工作n个积分周期后采集输出电压，可以提升待测物体距离较远时检测芯片的检测精度。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据本实用新型第一实施例提供的检测芯片的结构示意图；

图2示出根据本实用新型第二实施例提供的一种积分电路的示意图；

图3示出根据本实用新型第二实施例提供的又一种积分电路的示意图；

图4示出图3中积分电路的时序示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。

图1示出根据本实用新型第一实施例提供的检测芯片的结构示意图。

如图1所示，检测芯片100包括发光二极管LED、光电二极管D1、积分电路110、模数转换电路120、控制电路130。

发光二极管LED用于发射检测光至待测物体，检测光照射待测物体后会发生光反射。

光电二极管D1将待测物体反射的光转换为光电流。在实际应用中，反射光中不仅包含了检测光照射在待测物体后的反射光，还包含了环境中的干扰光源(太阳光、灯光等)因此，光电二极管D1转换得到的光电流中不仅有检测分量，还包含了干扰分量。进一步地，光电二极管D1与积分电路110的输入端连接，提供第一输入电流和第二输入电流。进一步地，第一输入电流为待测物体被检测光照射所反射的光对应的电流，第二输入电流为所述待测物体不被检测光照射所反射的光对应的电流。

积分电路110基于第一输入电流和第二输入电流处理得到输出电压，输出电压中不包含干扰分量对应的积分结果。

模数转换电路120与积分电路110连接，用于将所述积分电路的输出电压转换为数字信号。

控制电路130，用于控制点亮或者熄灭发光二极管LED，控制积分电路110工作以及控制模数转换电路120是否输出数字信号。

进一步地，检测芯片100还包括数据存储及通信电路140。与模数转换电路120连接，用于存储数字信号并至少输出至外部的主控系统等装置中。进一步地，主控系统例如通过I2C数据接口将模数转换电路120输出的数字信号读出然后做出判断。其中，物体距离越近，则反射回光电二极管的光强越强，积分电路的输出电压也就越高，对应的模数转换电路130输出的数字信号的值也就越大。数据存储及通信电路140还与控制电路130连接，以实现内外通信。

进一步地，检测芯片100还包括驱动电路150，连接在控制电路130和发光二极管LED之间，基于控制电路130控制以驱动发光二极管LED。

进一步地，检测芯片100还包括封装外壳160，用于安放、固定、密封、保护芯片。进一步地，封装外壳160上设有用于暴露光电二极管和发光二极管的透明的窗口。

进一步地，发光二极管LED例如为红外二极管。而环境光干扰中也含有一定的红外线，也会被光电二极管D1转换成光电流，进而影响积分电路110和模数转换电路120的输出。

进一步地，当待测物体靠近检测芯片100，控制电路130例如先控制积分电路110进行初始化，之后控制积分电路110进入积分周期正常工作，并控制发光二极管LED点亮以由光电二极管D1向积分电路110提供第一输入电流。进一步地，控制电路130控制模数转换电路120接收积分电路110工作了至少一个积分周期所提供的输出电压。模数转换电路120将输出电压转换为数字信号，并经由数据存储及通信电路140提供至外部的主控系统。主控系统根据数字信号对待测物体与检测芯片100的距离做出判断。

检测芯片100的应用领域十分广泛，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，以及打印机的纸边缘检测等。

图2示出根据本实用新型第一实施例提供的一种积分电路的示意图。

如图2所示，检测芯片100中的积分电路110包括第一积分模块111、转移模块113和第二积分模块112。第一积分模块111在一个积分周期内先后接收第一输入电流进行第一次积分，以及接收第二输入电流进行第二次积分。转移模块113与第一积分模块111连接，用于积累第一次积分的结果，保留第二次积分的结果，以及转移第一次积分的结果与第二次积分的结果的差值。第二积分模块112与转移模块113连接，在第一积分模块111第二次积分结束后，第二积分模块113进行积分并提供输出电压Vout。其中，输出电压Vout为第一积分模块111第一次积分的结果减去第二次积分的结果。

第一积分模块111包括第一输入单元1111和第一积分单元1112。第一输入单元1111从输入端IN接收第一输入电流或者接收第二输入电流或者对输入端IN进行复位。第一积分单元1112对第一输入电流进行第一次积分，以及对第二输入电流进行第二次积分。

进一步地，第一输入单元1111包括第一开关S1和第二开关S2。第一开关S1的第一端与输入端IN连接，第二端与第一积分单元1112连接。第二开关S2连接在输入端IN与地之间。进一步地，第一次积分时第一开关S1导通接收第一输入电流，之后第一开关S1关断、第二开关S2导通对输入端IN复位。第二次积分时第一开关S1导通接收第二输入电流，之后第一开关S1关断、第二开关S2导通对输入端IN复位。进一步地，在第一开关S1关断阶段第二开关S2导通第一时间后关断。

进一步地，第一积分单元1112包括第一运算放大器U1、第一电容C1和第三开关S3。第一运算放大器U1的反相输入端与第一开关S1的第二端连接，第一运算放大器U1的正相输入端接地，第一运算放大器U1的输出端输出第一次积分的结果和第二次积分的结果。第三开关S3连接在第一运算放大器U1的反相输入端与第一运算放大器U1的输出端之间。第一电容C1并联在第三开关S3的两端。进一步地，在一个积分周期内，第一输入单元1111接收第一输入电流或者第二输入电流之前，第三开关S3先导通对第一运算放大器U1的输出端和第一电容C1复位，之后第三开关S3关断对第一电容C1充电。第一输入单元1111不接收第一输入电流或者第二输入电流时，第三开关S3关断，第一运算放大器U1的输出端输出第一次积分的结果或者第二次积分的结果。进一步地，第一输入电流对第一电容C1充电的时间与第二输入电流对第一电容C1充电的时间相等。

转移模块113包括第四开关S4、第二电容C2和第五开关S5。第四开关S4的第一端与第一运算放大器U1的输出端连接。第二电容C2的第一端与第四开关S4的第二端连接。第五开关S5的第一端与第二电容C2的第二端连接。进一步地，第一积分模块111在第一次积分结束对输入端IN复位时第四开关S4和第五开关S5同时导通以将第一次积分产生的电荷积累在第二电容C2的第一端。第一积分模块111在第二次积分结束对输入端IN复位时第四开关S4和第五开关S5同时导通以将第二次积分产生的电荷积累在所述第二电容的第一端，并将第一次积分产生的电荷和第二次积分产生的电荷的差转移至第二积分模块112。

第二积分模块112包括第二运算放大器U2、第六开关S6、第七开关S7、第三电容C3、第八开关S8。第二运算放大器U2的反相输入端与第五开关S5的第二端连接，第二运算放大器U2的正相输入端接地，第二运算放大器U2的输出端提供输出电压Vout。第六开关S6连接在第二运算放大器U2的反相输入端与输出端之间。依次串联的第七开关S7、第三电容C3、第八开关S8，并联在第六开关S6的两端。进一步地，第七开关S7的第一端与第六开关S6的第一端连接，第七开关S7的第二端与第三电容C3的第一端连接，第三电容C3的第二端与第八开关S8的第一端连接，第八开关S8的第二端与第六开关S6的第二端连接。进一步地，第七开关S7和第八开关S8在第一积分模块111第二次积分结束对输入端IN复位时同时导通，否则同时关断。进一步地，第六开关S6在第一积分模块111第二次积分结束后所述第七开关和所述第八开关同时导通前先关断，之后在第七开关S7和第八开关S8关断后导通。

在其他实施例中，控制电路130控制模数转换电路120在积分电路110连续工作n个积分周期后采集输出电压Vout，积分电路110连续工作n个积分周期后提供的输出电压为一个积分周期产生的输出电压的n倍，其中，n为大于1的正整数。n根据实际需要取值，以满足待测物体距离检测芯片较近或较远的情况。

图3示出根据本实用新型第二实施例提供的又一种积分电路的示意图。图4示出图3中积分电路的时序示意图。

如图3所示，在积分电路110的基础上，积分电路210仅在第二积分模块212中有所变化。进一步地，在第二积分模块112的基础上，第二积分模块212还包括连接在第三电容C3的第二端与地之间的第四电容C4。若没有第四电容C4，第八开关的寄生电容存储的电荷会在第八开关导通的时候注入到第三电容C3上从而引起误差；增加第四电容C4后，第八开关的寄生电容存储的电荷会在第八开关导通时注入一部分电荷到第四电容C4上，从而可以减小第三电容C3的第二端输出电压的误差。

需要说明，本实用新型所有实施例中涉及到的电容可以是双金属电容(MIM电容)或者是双多晶电容(PIP电容)，开关可以是单个MOS开关也可以是CMOS开关，运算放大器为满足工作要求的任何普通的运算放大器，如折叠运算放大器或者套筒式运算放大器等。

如图4所示，以积分电路210为例进行具体描述，其中，积分电路110与积分电路210的工作原理基本相同，不再赘述。积分电路210一般包括以下工作阶段。

在初始阶段T0，控制电路130控制积分电路110的第二开关S2、第七开关S7、第八开关S8、第六开关S6导通，控制第一开关S1、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5关断。第二开关S2的导通会将光电二极管D1复位。第七开关S7、第八开关S8、第六开关S6的导通会让输出电压Vout复位为0，同时第三电容C3和第四电容C4被放电复位，使得第三电容C3和第四电容C4上存储的电荷为0。

在完成积分电路210的初始化之后，即开始对输入电流进行积分，积分过程可以只包含一个积分周期，也可以包含多个重复的积分周期，重复的积分周期个数越多，则输出电压Vout的值也将会越大。当物体距离较远时，反射回来的光比较微弱，输入给积分电路210的有效光电流也比较小，这时可以通过增加积分周期的个数来增大输出电压Vout的值。以下以积分电路210连续工作两个积分周期(积分周期T1和积分周期T2)为例进行说明。即，模数转换电路120接收在积分电路210连续工作两个积分周期后提供的输出电压Vout，并将其转换为数字信号并经由数据存储及通信电路140提供至外部。一个积分周期包括阶段a-阶段f。

在阶段a，第二开关S2关断，第一开关S1导通，光电二极管D1的N极经由第一积分模块111的输入端IN和第一运算放大器U1的反相输入端相连。第三开关S3导通，第一运算放大器U1的输出端与其反相输入端相连，第一运算放大器U1的输出端的电压VA等于第一运算放大器U1的正相输入端电压，即等于0。同时第一电容C1正负极板相连，使第一电容C1复位，第一电容C1上的电荷为0。第四开关S4、第五开关S5、第七开关S7、第八开关S8关断，第六开关S6导通，第二运算放大器U2的反相输入端与第二运算放大器U2的输出端相连，第二运算放大器U2的输出端的电压等于第二运算放大器U2的正相输入端电压，即等于0，也就是输出电压Vout电压等于0。此时第三电容C3和第四电容C4上存储的电荷没有变化，还是为0。

在阶段b，第四开关S4、第五开关S5、第七开关S7、第八开关S8关断，第六开关S6导通，第二运算放大器U2的输出Vout维持0不变。第二开关S2保持关断，第一开关S1保持导通，第三开关S3断开，发光二极管LED被点亮，光电二极管D1提供的第一输入电流输入给积分电路210并对第一电容C1进行充电。设阶段b的时间长度是t，则在阶段b结束时，第一电容C1上的电荷Q_C1b＝(i_amb+i_reflect)t。其中，i_amb是干扰光电流，是环境光干扰光源照射到光电二极管D1上产生的电流，i_reflect是发光二极管LED发射出的光照射到待测物体之后反射到光电二极管D1上所产生的电流。物体距离越远则i_reflect的值越小。在阶段b结束时，发光二极管LED被控制熄灭。在阶段b结束时，第一电容C1两端的电压是：

由于第一电容C1第一端连接第一运算放大器U1的反相输入端，第一电容C1第一端电压是0，所以第一电容C1第二端电压即A节点的电压是：

在阶段c，第二开关S2导通一段时间后断开，第一开关S1断开。光电二极管D1的N极与第一运算放大器U1的反相输入端断开，且光电二极管D1的N极被复位到0电压。第三开关S3仍然维持关断的状态，第四开关S4、第五开关S5导通一段时间后关断，第七开关S7、第八开关S8关断，第六开关S6导通，节点A的电压VA维持之前的值不变，第二电容C2的第二端接到第二运算放大器U2的输出端，第二电容C2的第二端的电压为0，在第四开关S4、第五开关S5导通的过程中，第二电容C2的第一端被连接到节点A，第二电容C2的第一端电压被充电到等于V_A，第二电容C2上的电荷是：

在阶段d，第二开关S2关断，第一开关S1导通，光电二极管D1的N极经由第一积分模块111的输入端IN和第一运算放大器U1的反相输入端相连。第三开关S3导通，第一运算放大器U1的输出端与其反相输入端相连，第一运算放大器U1的输出端的电压VA等于第一运算放大器U1的正相输入端电压，即等于0。第四开关S4、第五开关S5、第七开关S7、第八开关S8关断，第六开关S6导通，第二运算放大器U2的反相输入端与第二运算放大器U2的输出端相连，第二运算放大器U2的输出端的电压等于第二运算放大器U2的正相输入端电压，即等于0，也就是输出电压Vout电压等于0。第二电容C2上的电荷维持原值不变。

在阶段e，第二开关S2关断，第一开关S1导通，第三开关S3断开，第四开关S4、第五开关S5、第七开关S7、第八开关S8关断，第六开关S6导通，发光二极管LED被控制熄灭。此阶段干扰光(环境光)照射在光电二极管D1上，光电二极管D1提供的第二输入电流输入给积分电路210并对第一电容C1进行充电。阶段e的时间长度等于阶段b的时间长度，都是t，在阶段e结束时，第一开关S1断开，第一电容C1上的电荷是Q_C1e＝i_ambt。其中，i_amb是是干扰光电流，是环境光干扰光源照射到光电二极管D1上产生的电流。在阶段e结束时，第一电容C1两端的电压是：

。由于第一电容C1第一端连接第一运算放大器U1的反相输入端，第一电容C1第一端电压是0，所以第一电容C1第二端电压即A节点的电压是：

在阶段f，对于第一积分模块111，第三开关S3和上一个时间段的状态相同保持关断。第一开关S1关断，切断了对第一电容C1的充电通路，使得节点A处的电压保持不变，即等于阶段e结束时的电压V_Ae。在第一开关S1关断之后，再将第二开关s2导通，进而对光电二极管D1复位到0电压。对于第二积分模块212，先将第六开关S6关断，再将第四开关S4、第五开关S5、第七开关S7、第八开关S8导通，节点A处的电压发生电荷再分配并达到稳定之后，由于第二运算放大器U2的反相输入端电压是0，即第二电容C2的第二端电压是0，而第二电容C2的第一端电压等于节点A处的电压V_Ae，第二电容C2上的电荷是：

。相比于之前的阶段c，第二电容C2上的电荷减少了，减少的值是：

。由于第二运算放大器U2的反相输入端是高阻的，第二电容C2上减少的这一部分电荷没有其它地方可去，只能转移到第三电容C3上。具体转移过程如下：在四开关S4、第五开关S5、第七开关S7、第八开关S8导通之前，第二电容C2上存储的电荷是：

。第三电容C3上存储的电荷是QC3。

当第四开关S4、第五开关S5、第七开关S7、第八开关S8导通。其中第二电容C2第一端的电压值是

在发生电荷转移之前，第二电容C2上两个极板之间的电压差是：

。由此第二电容C2第二端的电压是：

是一个小于0的值，也即第二运算放大器U2的反相输入端电压小于0，这将导致第二运算放大器U2的输出端的电压升高，进而第三电容C3的第二端的电压升高。即第三电容C3右极板的正电荷将增多，相应的，第三电容C3左极板的负电荷也会增多相同的量，C3左极板增加的负电荷来自于第二电容C2的右极板，也即第二电容C2上的电荷转移到了第三电容C3上。相应的，第二电容C2左极板的正电荷也将减少相同的量。存储在第二电容C2上的电荷量减少将导致第二电容C2两端的电压差减小，由于第二电容C2左极板的电压是固定的，所以第二运算放大器U2的反相输入端的电压升高，此过程将一直持续直到第二电容C2右极板电压升高到0V为止。当第二电容C2第二端电压达到0V时，电荷转移过程结束，第二电容C2上减少的电荷全部转移到了第三电容C3上。

第二电容C2上减少的这部分电荷被转移到了第三电容C3上，此时第三电容C3上的电荷是：

。通过积分周期T1的操作，第三电容C3上积累的电荷数量不受干扰光电流i_amb的影响，只和反射光电流i_reflect相关。第三电容C3的第一端电压是0，第二端的电压值(即Vout的电压值)是：

。从上式可看出输出电压Vout电压同样也不受干扰光电流的影响，只和反射光电流相关。在阶段f结束之前，先控制第四开关S4、第五开关S5、第七开关S7、第八开关S8关断，第三电容C3上的电荷被保持下来维持原值不变，然后再控制第六开关S6导通，第六开关S6导通之后输出电压Vout跳变到0V。

在积分周期T1结束后，即第一个积分周期中的阶段f结束后，可以紧接着开始下一个积分周期T2。如图4所示。在每个积分周期中都会有大小为

的电荷被累加到第三电容C3上。如果持续的积分周期个数为n，则最后一个积分周期结束时累加到第三电容C3上的总电荷将是

积分电路的输出电压Vout的值为

连续操作的积分周期个数越多，则输出电压Vout越大。所以，当待测物体距离较远、反射光电流较小时，可以通过增加积分周期的个数来提高灵敏度。

需要说明，当有多个积分周期时，模数转换电路130只需对最后一个输出电压Vout进行采样并转换成数字信号。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (22)

1.一种积分电路，其特征在于，包括：

第一积分模块，在一个积分周期内接收第一输入电流进行第一次积分，再接收第二输入电流进行第二次积分；以及

转移模块，与所述第一积分模块连接，用于积累第一次积分的结果，保留第二次积分的结果，以及转移所述第一次积分的结果与所述第二次积分的结果的差值；

第二积分模块，与所述转移模块连接，在所述第一积分模块第二次积分结束后，所述第二积分模块进行积分并提供输出电压，其中，所述输出电压为所述第一次积分的结果与所述第二次积分的结果的差值。

2.根据权利要求1所述的积分电路，其特征在于，所述第一积分模块包括：

第一输入单元，从输入端接收所述第一输入电流或者接收所述第二输入电流；以及

第一积分单元，对所述第一输入电流进行第一次积分，以及对所述第二输入电流进行第二次积分。

3.根据权利要求2所述的积分电路，其特征在于，所述第一输入单元包括：

第一开关，第一端与所述输入端连接，第二端与所述第一积分单元连接；以及

第二开关，连接在所述输入端与地之间，

其中，第一次积分时所述第一开关导通接收所述第一输入电流，第二次积分时所述第一开关导通接收所述第二输入电流。

4.根据权利要求3所述的积分电路，其特征在于，在所述第一次积分结束时所述第一开关关断，所述第二开关导通对所述输入端复位；所述第二次积分结束时所述第一开关关断，所述第二开关导通对所述输入端复位；所述第二开关在所述输入端复位后断开。

5.根据权利要求3所述的积分电路，其特征在于，所述第一积分单元包括：

第一运算放大器，反相输入端与所述第一开关的第二端连接，正相输入端接地，输出端输出所述第一次积分的结果和第二次积分的结果；

第三开关，连接在所述第一运算放大器的反相输入端与输出端之间；以及

第一电容，并联在所述第三开关的两端，

其中，在积分周期内，在所述第一输入单元接收所述第一输入电流或者所述第二输入电流时，所述第三开关先导通对所述第一运算放大器的输出端和所述第一电容复位，之后关断对所述第一电容充电；所述第一输入单元不接收所述第一输入电流或者所述第二输入电流时，所述第三开关关断，所述第一运算放大器的输出端输出第一次积分的结果或者第二次积分的结果。

6.根据权利要求5所述的积分电路，其特征在于，所述第一输入电流对所述第一电容充电的时间与所述第二输入电流对所述第一电容充电的时间相等。

7.根据权利要求2所述的积分电路，其特征在于，所述转移模块包括：

第四开关，第一端与所述第一积分模块连接；

第二电容，第一端与所述第四开关的第二端连接；以及

第五开关，第一端与所述第二电容的第二端连接，

其中，所述第一积分模块在第一次积分结束后，所述第四开关和所述第五开关同时导通以将所述第一次积分产生的正电荷积累在所述第二电容的第一端；所述第一积分模块在第二次积分结束后，在所述第四开关、所述第五开关、第七开关和第八开关同时导通时，所述第二电容的第一端保留所述第二次积分产生的正电荷，将所述第一次积分产生的正电荷与所述第二次积分产生的正电荷的差值转移到第二积分模块。

8.根据权利要求7所述的积分电路，其特征在于，所述第二积分模块包括：

第二运算放大器，反相输入端与所述第五开关的第二端连接，正相输入端接地，输出端提供所述输出电压；

第六开关，连接在所述第二运算放大器的反相输入端与输出端之间；以及

串联的第七开关、第三电容、第八开关，并联在所述第六开关的两端，其中，第七开关的第一端与所述第六开关的第一端连接，第七开关的第二端与所述第三电容的第一端连接，第三电容的第二端与所述第八开关的第一端连接，第八开关的第二端与所述第六开关的第二端连接，其中，在所述第二积分模块积分时，所述第六开关在所述第四开关、所述第五开关、所述第七开关、所述第八开关同时导通前断开。

9.根据权利要求1所述的积分电路，其特征在于，在第一次进入积分周期前为初始化阶段，在所述初始化阶段，第二开关导通对输入端复位，之后断开，第六开关、第七开关和第八开关导通对输出端和第三电容复位，之后均断开。

10.根据权利要求8所述的积分电路，其特征在于，所述第二积分模块还包括：

第四电容，连接在所述第三电容的第二端与地之间，用于减小第三电容第二端的输出电压的误差。

11.根据权利要求1所述的积分电路，其特征在于，所述积分电路连续工作n个积分周期，所述输出电压为所述一个积分周期产生的输出电压的n倍，其中，n为大于1的正整数。

12.一种检测芯片，用于检测待测物体的远近，其特征在于，包括：

积分电路，包括第一积分模块、转移模块和第二积分模块；

第一积分模块在一个积分周期内接收第一输入电流进行第一次积分，再接收第二输入电流进行第二次积分；

转移模块，与所述第一积分模块连接，用于积累第一次积分的结果，保留第二次积分的结果，以及转移第一次积分的结果与第二次积分的结果的差值；

第二积分模块与所述转移模块连接，在所述第一积分模块第二次积分结束后，所述第二次积分模块进行积分并提供输出电压，其中，所述输出电压为所述第一次积分的结果与第二次积分的结果的差值；

发光二极管，用于发射检测光至所述待测物体；

光电二极管，将所述待测物体反射的光转换为光电流，与所述第一积分模块连接，提供所述第一输入电流和所述第二输入电流，其中，所述第一输入电流为所述待测物体被检测光照射所反射的光对应的电流，所述第二输入电流为所述待测物体不被检测光照射所反射的光对应的电流；

模数转换电路，用于将所述积分电路的输出电压转换为数字信号；以及

控制电路，用于点亮或者熄灭所述发光二极管，控制所述积分电路工作以及控制所述模数转换电路是否输出所述数字信号。

13.根据权利要求12所述的检测芯片，其特征在于，所述发光二极管为红外发光二极管。

14.根据权利要求12所述的检测芯片，其特征在于，所述第一积分模块包括：

第一输入单元，从输入端接收所述第一输入电流或者接收所述第二输入电流或者对所述输入端进行复位；以及

第一积分单元，对所述第一输入电流进行第一次积分，以及对所述第二输入电流进行第二次积分。

15.根据权利要求14所述的检测芯片，其特征在于，所述第一输入单元包括：

第一开关，第一端与所述输入端连接，第二端与所述第一积分单元连接；以及

第二开关，连接在所述输入端与地之间，

其中，第一次积分时所述第一开关导通接收所述第一输入电流，第二次积分时所述第一开关导通接收所述第二输入电流。

16.根据权利要求15所述的检测芯片，其特征在于，在所述第一次积分结束时所述第一开关关断，所述第二开关导通对所述输入端复位；所述第二次积分结束时所述第一开关关断，所述第二开关导通对所述输入端复位；所述第二开关在所述输入端复位后断开。

17.根据权利要求15所述的检测芯片，其特征在于，所述第一积分单元包括：

第一运算放大器，反相输入端与所述第一开关的第二端连接，正相输入端接地，输出端输出所述第一次积分的结果和第二次积分的结果；

第三开关，连接在所述第一运算放大器的反相输入端与输出端之间；以及

第一电容，并联在所述第三开关的两端，

其中，在积分周期内，在所述第一输入单元接收所述第一输入电流或者所述第二输入电流时，所述第三开关先导通对所述第一运算放大器的输出端和所述第一电容复位，之后关断对所述第一电容充电；所述第一输入单元不接收所述第一输入电流或者所述第二输入电流时，所述第三开关关断，所述第一运算放大器的输出端输出第一次积分的结果或者第二次积分的结果。

18.根据权利要求17所述的检测芯片，其特征在于，所述第一输入电流对所述第一电容充电的时间与所述第二输入电流对所述第一电容充电的时间相等。

19.根据权利要求12所述的检测芯片，其特征在于，所述转移模块包括：

第四开关，第一端与所述第一积分模块连接；

第二电容，第一端与所述第四开关的第二端连接；以及

第五开关，第一端与所述第二电容的第二端连接，

其中，所述第一积分模块在第一次积分结束后，所述第四开关和所述第五开关同时导通以将所述第一次积分产生的正电荷积累在所述第二电容的第一端；所述第一积分模块在第二次积分结束后，在所述第四开关、所述第五开关、第七开关和第八开关同时导通时，所述第二电容的第一端保留所述第二次积分产生的正电荷，将所述第一次积分产生的正电荷与所述第二次积分产生的正电荷的差值转移到第二积分模块。

20.根据权利要求19所述的检测芯片，其特征在于，所述第二积分模块包括：

第二运算放大器，反相输入端与所述第五开关的第二端连接，正相输入端接地，输出端提供所述输出电压；

第六开关，连接在所述第二运算放大器的反相输入端与输出端之间；以及

串联的第七开关、第三电容、第八开关，并联在所述第六开关的两端，其中，第七开关的第一端与所述第六开关的第一端连接，第七开关的第二端与所述第三电容的第一端连接，第三电容的第二端与所述第八开关的第一端连接，第八开关的第二端与所述第六开关的第二端连接，

其中，在所述第二积分模块积分时，所述第六开关在所述第四开关、所述第五开关、所述第七开关、所述第八开关同时导通前断开。

21.根据权利要求20所述的检测芯片，其特征在于，所述第二积分模块还包括：

第四电容，连接在所述第三电容的第二端与地之间。

22.根据权利要求12所述的检测芯片，其特征在于，所述控制电路控制所述模数转换电路在所述积分电路连续工作n个积分周期后采集输出电压，所述积分电路连续工作n个积分周期之后提供的输出电压为一个积分周期产生的输出电压的n倍，其中，n为大于1的正整数。

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