DE102010017737B4

DE102010017737B4 - Näherungssensoren mit verbesserter Umgebungslichtunterdrückung

Info

Publication number: DE102010017737B4
Application number: DE102010017737.7A
Authority: DE
Inventors: Xijian Lin
Original assignee: Intersil Americas LLC; Intersil Inc
Current assignee: Intersil Corp; Intersil Americas LLC
Priority date: 2009-07-07
Filing date: 2010-07-05
Publication date: 2021-04-29
Anticipated expiration: 2030-07-06
Also published as: KR20110004305A; US8222591B2; CN101944897B; US20110006188A1; DE102010017737A1; KR101618881B1; CN101944897A

Abstract

Näherungssensor mit folgenden Merkmalen:einem Treiber, der geeignet ist, um eine Lichtquelle selektiv anzusteuern; einer Photodiode (PD), die geeignet ist, um ein Photodiodenstromsignal (Idiode) zu erzeugen, das eine Intensität eines durch die PD erfassten Lichts anzeigt, wobei das durch die PD erfasste Licht Umgebungslicht und/oder durch die Lichtquelle übertragenes Licht umfassen kann, das von einem Objekt in der Nähe der PD reflektiert wurde; einem Analog-Digital-Wandler (ADC) mit einer Analog-Digital-Analog-Rückkopplung (ADA-Rückkopplung); undeiner Steuerung, die geeignet ist, um den Treiber und den ADC mit ADA-Rückkopplung zu steuern;wobei ein Digitalausgang des ADC mit ADA-Rückkopplung eine Nähe eines Objekts zu der PD anzeigt,wobei zumindest ein Großteil des durch die PD erfassten Umgebungslichts unterdrückt wird;wobei der ADC mit der ADA-Rückkopplung folgende Merkmale aufweist:einen M-Bit-ADC, der geeignet ist, umein erstes Analogsignal zu empfangen, das eine Intensität eines durch die PD während einer ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird, und das erste Analogsignal zu M-Bits von Daten umzuwandeln, die die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigen, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird;einen M-Bit-Digital-Analog-Wandler (DAC), der geeignet ist, umdie durch den M-Bit-ADC erzeugten M-Bits von Daten zu empfangen, die die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigen, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird, unddie M-Bits von Daten in ein zweites Analogsignal umzuwandeln, das die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird; undeinen N-Bit-ADC, der geeignet ist, umein drittes Analogsignal zu empfangen, das eine Intensität eines durch die PD während einer weiteren Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, wobei das zweite durch den M-Bit-DAC erzeugte Analogsignal von demselben subtrahiert wird, unddas dritte Analogsignal zu N-Bits von Daten umzuwandeln, die der Digitalausgang des ADC mit ADA-Rückkopplung sind;wobei während eines Abschnitts der weiteren Zeitdauer die Lichtquelle zur Übertragung von Licht angesteuert wird und während eines weiteren Abschnitts der weiteren Zeitdauer die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird.

Description

Prioritätsanspruch
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der folgenden US-Patentanmeldungen:

• US-Patentanmeldung Nr. 12/716,220 , mit dem Titel PROXIMITY SENSORS WITH IMPROVED AMBIENT LIGHT REJECTION, eingereicht am 2. März 2010 (Anwaltsaktenzeichen ELAN-01236US1);
• Vorläufige US-Patentanmeldung, Anmelde-Nr. 61/223,597, mit dem Titel PROXIMITY SENSORS WITH IMPROVED AMBIENT LIGHT REJECTION, die am 7. Juli 2009 eingereicht wurde (Anwaltsaktenzeichen ELAN-01236US0).

Technisches Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Näherungssensoren und die zugeordneten Verfahren und Systeme.
Hintergrund
Infrarot-Näherungssensoren (IR-Näherungssensoren) kommen verstärkt in Anwendungen für Mobiltelefone und Organizergeräte zum Einsatz. Beispielsweise kann der Sensor zur Steuerung einer Berührungsbildschirmoberfläche für tragbare elektronische Geräte verwendet werden. Nähert sich ein Objekt, wie beispielsweise der Finger einer Person, dem Sensor, wird es von dem Sensor erfasst. Wenn das Objekt erfasst wird, kann eine Berührungsbildschirmoberfläche oder dergleichen eine Aktion wie beispielsweise eine Aktivierung oder Deaktivierung einer Anzeigenhintergrundbeleuchtung durchführen, wobei ein „virtuelles Scrollrad“, ein Navigationsfeld oder ein virtuelles Tastenfeld, etc. angezeigt wird.
Ein herkömmlicher IR-Näherungssensor mit Analogausgang umfasst in der Regel diskrete Komponenten, einschließlich einer Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED), eines Schalters zum Ein- und Ausschalten der IR-LED und einer IR-Photodiode (PD). Bei Normalbetrieb versorgt der Schalter die IR-LED mit Strom. Das von der IR-LED emittierte IR-Licht (oder zumindest ein Teil des IR-Lichts) wird von einem sofern vorhandenen Objekt reflektiert und von der PD empfangen. Die PD wandelt das reflektierte Licht wie auch das Umgebungslicht in einen Strom um, der zu einem zu der Photodiode parallel geschalteten Widerstand geleitet wird. Der Analogausgang ist die Spannung über dem Widerstand. Die Stärke des von der Photodiode empfangenen reflektierten IR-Lichts wird mit einer Rate von etwa 1/(4*X^2) reduziert, wobei X die Entfernung zwischen dem Objekt und der PD repräsentiert. Jedoch umfasst, wie bereits angemerkt, das gesamte von der PD empfangene IR-Licht auch IR-Umgebungslicht, das zum Beispiel von der Sonneneinstrahlung, von einer Halogenleuchte, einem Glühlicht, einer Leuchtstoffleuchte, usw. stammen kann. 1A zeigt das Spektrum dieser unterschiedlichen Lichttypen.
Um das Signal-Rausch-Verhältnis des Sensors zu verbessern, ist die PD des herkömmlichen Näherungssensors mit Analogausgang in der Regel mit einem relativ großen Sensorbereich und einer speziellen Baugruppe ausgestattet, die einen schmalen Bandpassfilter aufweist, dessen Spitze bei der ausgesendeten Wellenlänge der IR-LED liegt. Eine typische Farbempfindlichkeit einer derartigen IR-PD ist in 1B gezeigt. Zusätzlich wird zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses ein relativ hoher Strom zum Betreiben der IR-LED eingesetzt, so dass ein stärkeres IR-Lichtsignal ausgesendet werden kann. Die Verwendung des großen Sensorbereichs, der speziellen Baugruppe und des hohen Stroms führt dazu, dass derartige herkömmliche IR-Näherungssensoren für eine Verwendung im Zusammenhang mit Mobiltelefonen und anderen Organizergeräten ungeeignet oder zumindest nicht optimal sind.
Da Näherungssensoren in einer Benutzerumgebung betrieben werden sollen, die Umgebungslicht umfasst, sollten solche Sensoren vorzugsweise in der Lage sein, schwache Signale (für Niedrigleistungsbetrieb und/oder für eine Erfassung über weitere Strecken) selbst bei starkem Umgebungslicht zu erfassen. Jedoch überschwemmt der in derartigen Sensoren von Umgebungslicht erzeugte Photostrom oft die Sensoren. Dies hat zur Folge, dass die Sensoren aufgrund der starken Störung durch das Umgebungslicht dazu tendieren, falsch auszulösen oder nicht auszulösen wenn sie sollten.
Bei manchen herkömmlichen Methoden mit dem Ziel einer Unterdrückung des Umgebungslichts wird ein Transimpedanzverstärker eingesetzt, wie er mit Bezug auf 1C und 1D beschrieben ist. In 1C wird an einem Eingang eines Vorverstärkers 102 ein Hochpasswiderstandskapazitäts-Netzwerk (RC-Netzwerk) bereitgestellt, um die Hochfrequenzkomponenten eines Signals durchzulassen und gleichzeitig die Niederfrequenzkomponenten zu sperren. Diese Lösung weist jedoch zwei beträchtliche Nachteile auf. Zum einen werden ein sehr großer Widerstand (R) und ein sehr großer Kondensator (C) benötigt, um die niedrige kritische Frequenz zu erzielen, was nicht erwünscht ist, da derartige passive Komponenten sehr viel Chipfläche belegen und empfindlich gegenüber parasitär eingekoppeltem Rauschen sind. Zum anderen schwankt die Spannung über dem Widerstand (R) in Abhängigkeit des durchschnittlichen Photostroms, was zur Folge hat, dass der gemeinsame Eingang des Vorverstärkers (und damit die Gesamtleistung) durch den Grad an Umgebungslicht direkt beeinträchtigt wird. Bei der in 1D gezeigten alternativen Konfiguration wird das RC-Netzwerk durch eine Aktivrückkopplungsschleife um einen Transimpedanzverstärker ersetzt. Bei dieser Konfiguration wird die Umgebungslichtunterdrückung durch Einsatz einer auf den Spitzen des Photostromsignals basierenden Analogpegelerfassung erzielt. Diese Methode ist jedoch dadurch gekennzeichnet, dass von einem konstanten durchschnittlichen Strom ausgegangen wird, ein Rücksetzmechanismus benötigt wird und die Betriebsgeschwindigkeit sehr langsam ist. Die US 4,879,461 A offenbart eine Erfassungsvorrichtung zur Emission und anschließende Erfassung von Energiefelder und Störungen innerhalb solcher Felder. Die US 2008/0135735 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verstärkung, Filterung, Gleichstromunterdrückung und Signalverarbeitung von Fotodetektorausgangssignalen.
Zusammenfassung
Gemäß der Erfindung umfasst ein Näherungssensor einen Treiber, eine Photodiode (PD), einen Analog-Digital-Wandler (ADC) mit einer Analog-Digital-Analog-Rückkopplung und eine Steuerung. Der Treiber ist geeignet, um eine Lichtquelle selektiv anzusteuern. Die Photodiode (PD) ist geeignet, um ein Photodiodenstromsignal (Idiode) zu erzeugen, das eine Intensität eines durch die PD erfassten Lichts anzeigt, wobei das durch die PD erfasste Licht Umgebungslicht und/oder von der Lichtquelle übertragenes Licht, das von einem Objekt in der Nähe der PD reflektiert wurde, umfassen kann. Die Steuerung ist geeignet, um den Treiber und den ADC mit der ADA-Rückkopplung zu steuern. Ein Digitalausgang des ADC mit ADA-Rückkopplung zeigt eine Nähe eines Objekts zu der PD an, wobei zumindest einen Großteil des durch die PD erfassten Umgebungslichts unterdrückt wird.
Gemäß der Erfindung umfasst der ADC mit ADA-Rückkopplung einen M-Bit-ADC, einen M-Bit-Digital-Analog-Wandler (DAC) und einen N-Bit-ADC. Der M-Bit-ADC ist geeignet, um ein erstes Analogsignal zu empfangen (das eine Intensität eines durch die PD während einer ersten Zeitdauer (z.B. t1) erfassten Lichts anzeigt, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird) und das erste Signal zu M-Bits von Daten umzuwandeln (die eine Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigen, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird). Der M-Bit-DAC ist geeignet, um die M-Bits von Daten zu empfangen, die von dem M-Bit-DAC erzeugt wurden (und die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigen, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird) und die M-Bits von Daten in ein zweites Analogsignal umzuwandeln, z.B. Idac in den 4 und 5 (das die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird). Der N-Bit-ADC ist geeignet, um ein drittes Analogsignal zu empfangen (das eine Intensität eines durch die PD während einer weiteren Zeitdauer (z.B. t2, t3 und t4) erfassten Lichts anzeigt), wobei das zweite durch den M-Bit-DAC erzeugte Analogsignal von demselben subtrahiert wird. Der N-Bit-ADC ist auch ausgebildet, um das dritte Analogsignal zu N-Bits von Daten umzuwandeln, was den Digitalausgang des ADC mit einer ADA-Rückkopplung darstellt. Gemäß der Erfindung wird die Lichtquelle während eines Abschnitts (z.B. t2) der weiteren Zeitdauer (z.B. t2, t3 und t4) zur Übertragung von Licht angesteuert und während eines weiteren Abschnitts (z.B. t3 und t4) der weiteren Zeitdauer (z.B. t2, t3 und t4) nicht zur Übertragung von Licht angesteuert. Zusätzlich ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der Abschnitt (z.B. t2) der weiteren Zeitdauer (z.B. t2, t3 und t4), während dem die Lichtquelle zur Übertragung von Licht angesteuert wird, kürzer als der andere Abschnitt (z.B. t3 und t4) der weiteren Zeitdauer (z.B. t2, t3 und t4), während dem die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der N-Bit-ADC einen Aufwärts-Abwärts-Zähler, der während eines Teils (z.B. t2 und t3) der weiteren Zeitdauer (z.B. t2, t3 und t4), bei der zumindest während eines Abschnitts (z.B. t2) die Lichtquelle zur Übertragung von Licht angesteuert wird, aufwärts zählt und während eines Rests (z.B. t4) der weiteren Zeitdauer (z.B. t2, t3 und t4) abwärts zählt, um so einen Zählwert zu erzeugen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel repräsentiert der Zählwert an dem Ende der weiteren Zeitdauer (z.B. t2, t3 und t4) die N-Bits von Daten, die eine Nähe eines Objekts zu der PD anzeigen, wobei zumindest ein Großteil des durch die PD erfassten Umgebungslichts unterdrückt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel gilt M < N. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gilt M = N. Gemäß wiederum einem weiteren Ausführungsbeispiel gilt M > N.
Die Erfindung richtet sich auch auf Systeme, die einen Näherungssensor wie oben zusammengefasst aufweisen. Ein derartiges System kann auch ein Teilsystem, das freigegeben und gesperrt werden kann, und eine Vergleichseinrichtung oder einen Prozessor umfassen, die oder der den Digitalausgang des ADC mit ADA-Rückkopplung erfasst und das Teilsystem basierend auf dem Digitalausgang des ADC mit ADA-Rückkopplung freigibt oder sperrt. Ein derartiges Teilsystem kann z.B. eine Berührungsbildschirmoberfläche, eine Anzeige, ein Hintergrundlicht, ein virtuelles Scrollrad, ein virtuelles Tastenfeld oder ein Navigationsfeld sein, ist jedoch nicht auf dieselben beschränkt.
Die Erfindung richtet sich auch auf Verfahren, die zur Erfassung einer Nähe eines Objekts bezüglich einer PD verwendet werden können, oder allgemeiner auf Verfahren zur Verwendung im Zusammenhang mit einer Lichtquelle und einer Photodiode (PD). Ein derartiges Verfahren kann ein selektives Ansteuern der Lichtquelle umfassen. Ein derartiges Verfahren kann auch ein Erzeugen eines ersten Analogsignals (das eine Intensität eines durch die PD während einer ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, in der die Lichtquelle nicht zu Übertragung von Licht angesteuert wird) und ein Umwandeln des ersten Analogsignals in M-Bits von Daten (die die Intensität eines durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigen, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird) umfassen. Das Verfahren kann auch ein Umwandeln der M-Bits von Daten in ein zweites Analogsignal (das die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird) umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Erzeugen eines dritten Analogsignals umfassen (das eine Intensität eines durch die PD während einer weiteren Zeitdauer, zum Beispiel t2, t3 und t4, erfassten Lichts anzeigt, wobei das zweite durch den M-Bit-DAC erzeugte Analogsignal von demselben subtrahiert wird). Ferner kann das Verfahren ein Umwandeln des dritten Analogsignals in N-Bits von Daten umfassen, die eine Nähe eines Objekts zu der PD anzeigen, wobei zumindest ein Großteil des durch die PD erfassten Umgebungslichts unterdrückt wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Lichtquelle während eines Abschnitts (z.B. t2) der weiteren Zeitdauer (z.B. t2, t3 und t4) zur Übertragung von Licht angesteuert und während eines weiteren Abschnitts (z.B. t3 und t4) der weiteren Zeitdauer nicht zur Übertragung von Licht angesteuert. Das Verfahren kann auch ein Freigeben oder Sperren eines auf den N-Bits von Daten basierenden Teilsystems umfassen.
Weitere und alternative Ausführungsbeispiele und die Merkmale, Aspekte und Vorteile der Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen.
Figurenliste

1A zeigt das Spektrum verschiedener Lichttypen.
1B zeigt eine beispielhafte Farbempfindlichkeit einer Infrarot-Photodiode (IR-Photodiode).
1C und 1D zeigen einige herkömmliche Schaltungen, die für eine versuchte Unterdrückung von Umgebungslicht zusammen mit einem Photodetektor eingesetzt wurden.
2 zeigt einen monolithischen kostengünstigen Niedrigenergie-IR-Näherungssensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine beispielhafte Farbempfindlichkeit einer Photodiode (PD) ohne ein Spektrumfilter, die in dem Näherungssensor gemäß 2 verwendet werden kann.
4 zeigt einen Analog-Digital-Wandler (ADC) mit einer Analog-Digital-Analog-Rückkopplung (ADA-Rückkopplung), der in dem Näherungssensor gemäß 2 verwendet werden kann, um die Umgebungslichtunterdrückung zu verbessern, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
5 zeigt ein Zeitdiagramm, mithilfe dessen die Funktion des Näherungssensors gemäß 2 erläutert wird, wobei eine Verwendung des ADC mit der ADA-Rückkopplung gemäß 4 implementiert wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt, wie die N-Bit- und M-Bit-ADCs in dem ADC mit der ADA-Rückkopplung gemäß 4 implementiert werden können, sowie ein entsprechendes mögliches Zeitdiagramm.
7 ist ein Blockdiagramm auf hoher Ebene eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Ablaufdiagramm auf hoher Ebene eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Beschreibung:
2 zeigt einen monolithischen kostengünstigen Niedrigenergie-IR-Näherungssensor 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der einen monolithischen Chip umfasst, der eine CMOS-integrierte Photodiode 202, einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 204, einen IR-LED-Treiber 206 und eine Zeitsteuerung 208 umfasst. Der IR-LED-Treiber 206, der durch die Zeitsteuerung 208 gesteuert wird, steuert selektiv eine externe IR-LED 210 an. Die Zeitsteuerung 208 kann ein Taktsignal an den ADC 204 bereitstellen. Umfasst der ADC 204 einen Aufwärts-Abwärts-Zähler, kann die Zeitsteuerung 208 auch ein binäres Aufwärts-Abwärts-Steuersignal bereitstellen, das spezifiziert, wann der Zähler aufwärts zählen soll und wann der Zähler abwärts zählen soll. Zusätzlich kann die Zeitsteuerung 208 weitere Zeitsteuerungssignale an Komponenten des ADC 204 bereitstellen, wie aus der Erläuterung der nachfolgenden 4 und 5 zu ersehen sein wird. Ein Vorteil des Sensors 200 ist, dass er eine direkte Umwandlung des Photodiodenstroms (Idiode) in einen Digitalausgang bereitstellen kann, wodurch es möglich wird, relativ kleine Stromsignale mit einer hohen Auflösung mit wenig Versatz zu erzeugen, wie aus der nachfolgenden Erläuterung ersichtlich wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Photodiode (PD) 202 eine reguläre pn-Übergang-Diode ohne ein Spektrumfilter und weist eine in 3 gezeigte beispielhafte Farbempfindlichkeit auf.
Vorzugsweise sind die IR-LED 210 und die PD 202 so relativ zueinander angeordnet, dass kein IR-Licht direkt von der IR-LED 210 zu der PD 202 wandern kann, sondern dass stattdessen die PD 202 vorzugsweise nur Licht von der IR-LED 10 erfassen soll, das von einem Objekt 201 in der Nähe des Sensors 200 reflektiert wurde. Wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Begriff Umgebungslicht auf Hintergrundlicht, d.h. Licht, das bereits in einer Innen- oder Außenumgebung besteht und nicht durch von der IR-LED 210 erzeugtes Licht verursacht wurde. Derartiges Umgebungslicht umfasst eine Strahlung über einen großen Wellenlängenbereich einschließlich IR-Wellenlängen.
Nach wie vor auf 2 bezugnehmend, zeigt der Eingang in den ADC 204 die Intensität von Umgebungslicht an (ist z.B. proportional zu derselben), wenn der IR-LED-Treiber 206 ausgeschaltet ist (d.h. ein Schalter S0 in 2 offen ist) und somit die externe IR-LED 210 ausgeschaltet ist (d.h. kein IR-Licht erzeugt). Wenn der IR-LED-Treiber 206 eingeschaltet ist (d.h. Schalter S0 in 2 geschlossen ist) und somit die externe IR-LED 210 eingeschaltet ist (d.h. IR-Licht erzeugt), zeigt der Eingang in den ADC 204 die Intensität sowohl des Umgebungslichts als auch des von der IR-LED 210 empfangenen IR-Lichts an (ist z.B. proportional zu derselben), das zu der PD 202 reflektiert und von derselben erfasst wurde. Wenn ein Objekt sich nicht in der Nähe des Sensors 200 befindet, sollte im Wesentlichen kein von der IR-LED 210 erzeugtes IR-Licht zu der PD zurück reflektiert werden, weshalb unter dieser Bedingung der Eingang in den ADC 204 wiederum die Intensität des Umgebungslichts anzeigt (z.B. proportional zu derselben ist)
4 zeigt einen ADC 404 mit Rückkopplung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der für eine Implementierung des in 2 gezeigten ADC 204 verwendet werden kann. Der ADC 404 umfasst einen N-Bit-Vorwärtszweig, der einen N-Bit-ADC 414 umfasst. Der ADC 404 umfasst auch eine M-Bit-Rückkopplungsschleife, die verwendet wird, um Umgebungslicht über eine direkte Photodiodenstromverarbeitung zu unterdrücken. Die Rückkopplungsschleife umfasst einen M-Bit-ADC 424 und einen M-Bit-Digital-Analog-Wandler (DAC) 430. Die Rückkopplungsschleife kann als ADA-Rückkopplungsschleife bezeichnet werden, da sie eine Analog-Digital-Analog-Wandlung (ADA-Wandlung) umfasst. Somit kann der ADC 404 als ein ADC mit ADA-Rückkopplung bezeichnet werden. Der Ausgang des N-Bit-ADC 414 des Vorwärtszweigs stellt den N-Bit-Ausgang des ADC 404 bereit, der der N-Bit-Ausgang des ADC 204 in 2 sein kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gilt M < N (z.B. M = 7 und N =8). Jedoch schließt die vorliegende Erfindung auch ein, dass M = N oder M > N gilt. Wie aus der Beschreibung hierin verständlich wird, wird der N-Bit-ADC mit der M-Bit-ADA-Rückkopplungsschleife verwendet, um Umgebungslicht zu unterdrücken und den dynamischen Bereich und die Empfindlichkeit der Näherungssensierung zu vergrößern. Einige der Vorteile einer Verwendung der ADA-Rückkopplungsschleife gegenüber einer analogen Rückkopplungsschleife umfassen eine höhere Geschwindigkeit / einen schnelleren Betrieb, eine kleinere Siliziumgröße und weniger Rauschen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen der M-Bit-ADC 424 und der M-Bit-DAC 430 einen gleichen Endreferenzstrom auf, um Effekte von Verstärkungsfehlern in dem M-Bit-ADC 424 und dem M-Bit-DAC 430 zu verringern und vorzugsweise zu beseitigen. Der M-ADC 424 kann unter Verwendung eines ADC mit ausgeglichener Ladung implementiert werden, von dem ein Beispiel in 6 gezeigt ist, der jedoch nicht auf dasselbe beschränkt ist. Der N-Bit-ADC 414 kann ebenfalls unter Verwendung eines ADC mit ausgeglichener Ladung implementiert werden, von dem ein Beispiel in 6 gezeigt ist, jedoch mit einem anderen Endreferenzstrom als bei dem M-Bit-ADC 424, wobei derselbe nicht hierauf beschränkt ist. Für die nachfolgende Erörterung wird davon ausgegangen, dass jeder ADC einen Zähler (z.B. den Aufwärts-Abwärts-Zähler 618 in 6) umfasst, wobei der Ausgang des Zählers der Ausgang des ADC ist. Verständlicher wird dies aus der Erläuterung der 6 weiter unten.
5(a), (b) und (c), die zusammengenommen als 5 bezeichnet werden können, zeigen ein Zeitdiagramm einer Signalverarbeitung für eine Näherungserfassung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Erläuterung des Zeitdiagramms der 5(a), (b) und (c) wird ebenfalls auf Komponenten in den 2 und 4 Bezug genommen.
5(a) veranschaulicht die Zeitsteuerung des M-Bit-ADC 424, des M-Bit-DAC 420 und des N-Bit-ADC 414 des N-Bit-ADC mit der M-Bit-ADA-Rückkopplungsschleife 404 (die zur Implementierung dieses ADC 204 verwendet werden kann) sowie die Zeitsteuerung des Lasertreibers 206. 5(b) veranschaulicht die Zeitsteuerung eines durch die PD 202 erzeugten Photodiodenstroms Idiode. 5(c) veranschaulicht die Zeitsteuerung eines Stroms lade, der durch den N-Bit-ADC 414 in N-Bits gewandelt wird und durch den M-Bit-ADC zu M-Bits gewandelt wird. Wie aus 4 und 5(a), (b) und (c), ersichtlich ist gilt Iadc = Idiode, wenn der M-Bit-DAC 430 ausgeschaltet ist, und lade = Idiode - Idac, wenn der M-Bit-DAC 430 eingeschaltet ist.
Während einer Zeitdauer t1 (wenn der M-Bit-ADC 424 eingeschaltet ist, der M-Bit-DAC 430 ausgeschaltet ist, der N-Bit-ADC 414 ausgeschaltet ist, und der LED-Treiber 206 die LED 210 nicht ansteuert), erzeugt die PD 202 ansprechend auf Umgebungslicht einen Photodiodenstrom Idiode, und der M-Bit-ADC 424 wandelt Idiode in einen M-Bit-Code. Dies führt dazu, dass der Strom lade (in 4) während der Zeitdauer t1 im Wesentlichen gleich dem Strom Idiode ist, wie aus 5(a), (b) und (c) ersichtlich ist. Während der M-Bit-ADC 424 eingeschaltet ist, wandelt er den an seinem Eingang empfangenen analogen Photostrom in digitale Daten um, die am Ende der Umwandlungszeit zwischengespeichert werden (z.B. durch einen Zwischenspeicher 620 in 6) und an dem Ausgang des M-Bit-ADC 424 bereitgestellt werden (selbst, nachdem der M-Bit-ADC 424 vom eingeschalteten Zustand in den ausgeschalteten Zustand geschaltet wurde). Gleichzeitig ist der M-Bit-ADC 424 eingeschaltet und führt seine Umwandlung durch. Der M-Bit-DAC 430 ist ausgeschaltet und sein Ausgang somit Null, und der N-Bit-ADC 414 ist ausgeschaltet, führt keine Umwandlung durch und weist einen Ausgang von Null auf.
Während den Zeitdauern t2, t3 and t4 (während denen der M-Bit-ADC 424 ausgeschaltet ist und der M-Bit-DAC 430 eingeschaltet ist), empfängt der M-Bit-DAC 430 an seinem digitalen Eingang den durch den M-Bit-ADC 424 an dem Ende der Zeitdauer t1 ausgegebenen M-Bit-Code, und basierend auf diesem M-Bit-Code gibt der M-Bit-DAC 430 einen analogen Strom Idac aus, der das während der Zeitdauer t1 erfasste Umgebungslicht anzeigt.
Während der Zeitdauer t2 steuert der LED-Treiber 206 die LED 210 an, was bewirkt, dass Idiode sowohl ein durch die PD 202 erfasstes Umgebungslicht als auch IR-Licht von der IR-LED 210 anzeigt, das von einem Objekt 201 reflektiert und durch die PD 202 erfasst wird. Auch ist während der Zeitdauer t2 der N-Bit-ADC 414 eingeschaltet und zählt aufwärts.
Während der Zeitdauer t3 ist der N-Bit-ADC 414 noch immer eingeschaltet und zählt aufwärts, obwohl der LED-Treiber 206 die LED 210 nicht mehr ansteuert. Die Vorteile dessen werden nachfolgend erläutert.
Während der Zeitdauer t4 (die vorzugsweise so lange wie die Zeitdauer t2 plus die Zeitdauer t3 ist), treibt der LED-Treiber 206 die LED 210 nicht an, was bewirkt, das Idiode lediglich durch die PD 202 erfasstes Umgebungslicht anzeigt. Außerdem ist während der Zeitdauer t4 der N-Bit-ADC 414 eingeschaltet und zählt abwärts.
Wie aus 5(c) ersichtlich ist, gilt während der Zeitdauern t2, t3 und t4, lade = Idiode-Idac. Dies ermöglicht dem N-Bit-ADC 414, das Signal lade = Idiode-Idac während zwei Zeitfenstern zu erzeugen, während denen der M-Bit-DAC 430 eingeschaltet ist. Während eines Zeitfensters zählt (wandelt) der N-Bit-ADC 414 aufwärts, während die LED 210 zumindest für einen Abschnitt des Zeitfensters eingeschaltet ist; und während des anderen Zeitfensters zählt (wandelt) der N-Bit-ADC 414 abwärts, während die LED 210 ausgeschaltet ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die LED für lediglich einen Teil der Zeit (z.B. die Hälfte der Zeit), in der der N-Bit-ADC aufwärts zählt, eingeschaltet (z.B. von dem Treiber 206 angesteuert), um mögliche Verzögerungen der LED-Treiber-Zeitsteuerung zu kompensieren und so sicherzustellen, dass die PD 202 lediglich von einem Objekt reflektiertes LED-Licht erfasst, während der N-Bit-ADC 414 aufwärts zählt. Anders ausgedrückt zählt der N-Bit-ADC 414 gemäß einem Ausführungsbeispiel für eine Zeitspanne aufwärts (d.h. für beide Zeitdauern t2 und t3), die länger ist als eine Zeitspanne, in der die LED 210 eingeschaltet ist (d.h. lediglich Zeitdauer t3), um sicherzustellen, dass der N-Bit-ADC 414 in der ganzen Zeit, in der der Photodetektor 202 von einem Objekt 201 reflektiertes LED-Licht erfasst, aufwärts zählt.
Der N-Bit-ADC 414 gibt nach Beendigung des Aufwärts- und Abwärtszählens N-Bits von Daten aus, die die Idiode-Komponente des Photodiodenstroms anzeigen (z.B. direkt proportional zu derselben sind), die sich aus dem von einem Objekt reflektierten LED-Licht ergibt und unabhängig ist von der Differenz zwischen dem durch Umgebungslicht erzeugten Photodiodenstrom und dem Ausgangsstrom aus dem M-Bit-DAC 424, d.h. dem Rest aus der ADA-Rückkopplungsschleife. Die Näherungserfassungsgeschwindigkeit, einschließlich der Beendigung der ADA-Rückkopplungsschleife und des Aufwärts-Abwärts-Zählens des N-Bit-ADC 414, ist wesentlich schneller als die Näherungserfassungsgeschwindigkeit, die möglich ist, wenn herkömmliche Transimpedanzverstärkermethoden zur Unterdrückung des Umgebungslichts verwendet werden. Beispiele derartiger herkömmlicher Transimpedanzverstärkermethoden wurden im Vorhergehenden mit Bezug auf 1C und 1D erläutert.
Zusammenfassend sei angemerkt, dass die ADA-Rückkopplungsschleife den dynamischen Bereich des Signals bei der Näherungssensierung erheblich vergrößert. Das Aufwärtszähl- und Abwärtszählschema des N-Bit-ADC 414, das eine spezifische LED-Zeitsteuerung aufweist, vergrößert die Empfindlichkeit der Näherungssensierung beträchtlich, indem es den Effekt des Rests aus der ADA-Rückkopplungsschleife verringert.
6 zeigt, wie der N-Bit-ADC 414 und der M-Bit-ADC 424, innerhalb des ADC mit der ADA-Rückkopplung 404 aus 4, als ladungsausgleichende ADCs implementiert werden können, zusammen mit einem entsprechenden beispielhaften Zeitdiagramm. Wie es in 6 gezeigt ist, kann jeder ADC einen Integrator 612, eine Vergleichseinrichtung 614, ein D-Flipflop (dff) 616, einen Zähler 618 und einen Zwischenspeicher 620 umfassen. Für den N-Bit-ADC 414 sollte der Zähler 618 vorzugsweise ein Aufwärts-Abwärts-Zähler sein, so dass der Zähler zur Durchführung einer Subtrahierfunktion verwendet werden kann. Für den M-Bit-ADC 424 genügte es, wenn der Zähler lediglich in eine Richtung zählt, z.B. aufwärts.
Für jede Analog-Digital-Wandlung mit N Bits, die von dem N-Bit-ADC 414 durchgeführt wird, werden 2^N Taktintervalle benötigt. Während jeder Umwandlung wird die Anzahl von 1en von dem dff 616 gezählt, und für jede entsprechende 1 wird eine Ladung Tclock*Iref an den Integrator 612 geliefert. Hier ist Tclock das Taktintervall, und Irefn ist der dem N-Bit-ADC 414 zugeordnete Referenzstrom. Gemäß der Ladungserhaltung gilt: $Iadc * Tclock * 2 N = Irefn * Tclock * DataN$
Hier ist lade der Strom an dem Eingang des ADC, und DataN ist der Ausgang des Zählers am Ende einer Analog-Digital-Umwandlungszeit, wie sie von dem Zwischenspeicher 620 gespeichert wird. Die linke Seite der Gleichung repräsentiert die durch den Eingangsstrom aus den Integrator entfernte Gesamtladung, und die rechte Seite repräsentiert die durch den Referenzstrom an den Integrator gelieferte Gesamtladung. Ausgehend von Gleichung 1A kann der Digitalausgang (DataN) des N-Bit-ADC 414 wie folgt ausgedrückt werden: $\begin{matrix} DataN = (Iadc / Irefn) * 2 N - (Iadc2 / Irefn) * 2 N \\ = [(Iadc 1 - Iadc 2) / Irefn] * 2 N \end{matrix}$
In Gleichung 1B ist Iadc1 der durchschnittliche Strom an dem Eingang des N-Bit-ADC 414, während der N-Bit-ADC 414 eingeschaltet ist und aufwärts zählt, und Iadc2 ist der durchschnittliche Strom an dem Eingang des N-Bit-ADC 414, während der N-Bit-ADC 414 eingeschaltet ist und abwärts zählt.
In ähnlicher Weise werden für jede Datenumwandlung (d.h. von analog zu digital) mit M Bits, die von dem M-Bit-ADC 424 durchgeführt wird, 2^M Taktintervalle benötigt. Während jeder Umwandlungszeit wird die Anzahl von 1en von dem dff 616 gezählt, und für jede entsprechende 1 wird eine Ladung Tclock*Irefm an den Integrator 612 geliefert. Hier ist Tclock das Taktintervall, und Irefm ist der dem M-Bit-ADC 424 zugeordnete Referenzstrom. Gemäß der Ladungserhaltung gilt: $Iadc * Tclock * 2 M = Irefm * Tclock * DataM$
Ausgehend von Gleichung 1C kann der Digitalausgang (DataM) des M-Bit-ADC 424 wie folgt ausgedrückt werden: $DataM = (Iadc / Irefm) * 2 M$
In Gleichung 1D ist lade der durchschnittliche Strom an dem Eingang des M-Bit-ADC 424, während der M-Bit-ADC 424 eingeschaltet ist und aufwärts zählt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können verschiedene Teile des N-Bit-ADC 414 und des M-Bit-ADC 424 gemeinschaftlich verwendet werden, um die Schaltungsgröße und somit eine Chipgröße zu reduzieren. Beispielsweise können der Integrator 612, die Vergleichseinrichtung 614 und der dff 616 sowie der Zähler 618, oder zumindest Teile derselben, gemeinschaftlich verwendet werden. Auch Zeitsteuerungsschaltungen können gemeinschaftlich verwendet werden.
Näherungssensoren von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können in verschiedenen Systemen verwendet werden, einschließlich Mobiltelefonen und Organizergeräten, wobei eine Verwendung nicht auf dieselben beschränkt ist. Bezugnehmend auf das System 700 aus 7 kann beispielsweise der Näherungssensor 200 dafür verwendet werden, zu steuern, ob ein Teilsystem 706 (z.B. eine Berührungsbildschirmoberfläche, eine Anzeige, ein Hintergrundlicht, ein virtuelles Scrollrad, ein virtuelles Tastenfeld, ein Navigationsfeld etc.) freigegeben oder gesperrt wird. Beispielsweise kann der Näherungssensor eine Annäherung eines Objekts, wie beispielsweise des Fingers einer Person, erfassen und basierend auf der Erfassung ein Teilsystem 706 entweder freigeben (oder sperren). Insbesondere kann ein Ausgang des Näherungssensors 200 einer Vergleichseinrichtung oder einem Prozessor 704 bereitgestellt werden, die oder der z.B. den Ausgang des Näherungssensors mit einer Schwelle vergleichen kann, um zu bestimmen, ob sich das Objekt innerhalb eines Bereichs befindet, in dem das Teilsystem 706 freigegeben werden sollte (oder gesperrt werden sollte, abhängig davon, was erwünscht ist). Es können Mehrfachschwellen (z.B. gespeicherte Digitalwerte) verwendet werden, und es kann basierend auf der erfassten Nähe eines Objekts mehr als ein mögliches Ansprechverhalten stattfinden. Beispielsweise kann ein erstes Ansprechverhalten stattfinden, wenn sich ein Objekt innerhalb eines ersten Näherungsbereichs befindet und ein zweites Ansprechverhalten stattfinden, wenn sich das Objekt innerhalb eines zweiten Näherungsbereichs befindet. Beispielhaftes Ansprechverhalten kann ein Starten verschiedener System- und/oder Teilsystem-Funktionen umfassen.
Der Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst auch alternative Lichtquellen, d.h. außer einer LED. Beispielsweise kann eine Laserdiode verwendet werden, um anstelle einer LED Licht zu erzeugen. Alternativ kann anstelle einer LED ein Glühlicht verwendet werden. Dies sind lediglich einige Beispiele, die nicht beschränkend verstanden werden sollen. In den im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispielen war die Lichtquelle (z.B. die LED 210) so beschrieben, dass sie IR-Licht erzeugt. In alternativen Ausführungsbeispielen kann eine gesteuerte Lichtquelle alternative Lichtwellenlängen erzeugen, wie beispielsweise Licht im sichtbaren Spektrum (z.B. blaues, grünes oder rotes Licht), wobei dieselbe nicht hierauf beschränkt ist.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung richten sich auch auf den ADC mit ADA-Rückkopplung aus 4, der mit Bezug auf 5(a)-(c) erläutert wird.
8 ist ein Ablaufdiagramm auf hoher Ebene eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bezugnehmend auf 8 wird, wie es in Schritt 802 gezeigt ist, eine Lichtquelle, z.B. 210 in 2, selektiv angesteuert. Wie es in den Schritten 804 und 806 gezeigt ist, wird ein erstes Analogsignal erzeugt (das eine Intensität eines durch die PD während einer ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird) und zu M-Bits von Daten umgewandelt (die ebenfalls die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigen, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird). Wie es in Schritt 808 gezeigt ist, werden die M-Bits von Daten in ein zweites Analogsignal, z.B. Idac in 5 und 6 umgewandelt (das ebenfalls die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird). Mit anderen Worten findet in den Schritten 804, 806 und 808 eine Analog-Digital-Wandlung statt, die verwendet wird, um das Analogsignal Idac zu erzeugen, das im Wesentlichen gleich zu Idiode während der Zeitdauer t1 ist und verwendet wird, um den dynamischen Bereich und die Empfindlichkeit des Näherungssensierens zu vergrößern. Wie es in Schritt 810 gezeigt ist, wird ein drittes Analogsignal erzeugt, z.B. Iadc in 5 und 6 (wobei das dritte Analogsignal eine Intensität eines durch die PD während einer weiteren Zeitdauer, z.B. t2, t3 und t4 in 5, erfassten Lichts anzeigt, wobei das zweite durch den M-Bit-DAC erzeugte Analogsignal von demselben subtrahiert wird, z.B. Iadc = Idiode - Idac). Wie es in Schritt 812 gezeigt ist, wird das dritte Analogsignal zu N-Bits von Daten umgewandelt (die eine Nähe eines Objekts zu der PD anzeigen, wobei zumindest ein Großteil des durch die PD erfassten Umgebungslichts unterdrückt wird). Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird während eines Abschnitts, z.B. t2 in 5, der weiteren Zeitdauer, z.B. t2, t3 und t4 in 5, die Lichtquelle zur Übertragung von Licht angesteuert, und während eines weiteren Abschnitts, z.B. t3 und t4 in 5, der weiteren Zeitdauer, z.B. t2, t3 und t4 in 5, wird die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert. Das Verfahren kann auch ein Freigeben oder Sperren eines Teilsystems, basierend auf den N-Bits von Daten, umfassen, wie es in Schritt 814 gezeigt ist.
Auch wenn unter Verwendung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine sehr gute Umgebungslichtunterdrückung erzielt werden kann, besteht auch die Möglichkeit, die PD 202 durch reflektierende und/oder absorbierende optische Filter abzudecken, wodurch die Menge von Infrarot-Umgebungslicht, das die PD erreicht, von vornherein reduziert werden kann.
Während verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Vorhergehenden beschrieben wurden, sei darauf hingewiesen, dass diese beispielhaft vorgestellt wurden und keine Beschränkung darstellen. Für einen Fachmann auf dem Gebiet ist offenkundig, dass hierin diverse Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne dadurch von dem Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
Breite und Umfang der vorliegenden Erfindung sollten nicht durch irgend eines der im Vorhergehenden beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern sollten lediglich gemäß den nachfolgenden Ansprüchen und ihren Entsprechungen definiert werden.

Claims

Näherungssensor mit folgenden Merkmalen: einem Treiber, der geeignet ist, um eine Lichtquelle selektiv anzusteuern; einer Photodiode (PD), die geeignet ist, um ein Photodiodenstromsignal (Idiode) zu erzeugen, das eine Intensität eines durch die PD erfassten Lichts anzeigt, wobei das durch die PD erfasste Licht Umgebungslicht und/oder durch die Lichtquelle übertragenes Licht umfassen kann, das von einem Objekt in der Nähe der PD reflektiert wurde; einem Analog-Digital-Wandler (ADC) mit einer Analog-Digital-Analog-Rückkopplung (ADA-Rückkopplung); und einer Steuerung, die geeignet ist, um den Treiber und den ADC mit ADA-Rückkopplung zu steuern; wobei ein Digitalausgang des ADC mit ADA-Rückkopplung eine Nähe eines Objekts zu der PD anzeigt, wobei zumindest ein Großteil des durch die PD erfassten Umgebungslichts unterdrückt wird; wobei der ADC mit der ADA-Rückkopplung folgende Merkmale aufweist: einen M-Bit-ADC, der geeignet ist, um ein erstes Analogsignal zu empfangen, das eine Intensität eines durch die PD während einer ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird, und das erste Analogsignal zu M-Bits von Daten umzuwandeln, die die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigen, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird; einen M-Bit-Digital-Analog-Wandler (DAC), der geeignet ist, um die durch den M-Bit-ADC erzeugten M-Bits von Daten zu empfangen, die die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigen, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird, und die M-Bits von Daten in ein zweites Analogsignal umzuwandeln, das die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird; und einen N-Bit-ADC, der geeignet ist, um ein drittes Analogsignal zu empfangen, das eine Intensität eines durch die PD während einer weiteren Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, wobei das zweite durch den M-Bit-DAC erzeugte Analogsignal von demselben subtrahiert wird, und das dritte Analogsignal zu N-Bits von Daten umzuwandeln, die der Digitalausgang des ADC mit ADA-Rückkopplung sind; wobei während eines Abschnitts der weiteren Zeitdauer die Lichtquelle zur Übertragung von Licht angesteuert wird und während eines weiteren Abschnitts der weiteren Zeitdauer die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird.
Näherungssensor gemäß Anspruch 1, bei dem der Abschnitt der weiteren Zeitdauer, während dem die Lichtquelle zur Übertragung von Licht angesteuert wird, kürzer ist als der weitere Abschnitt der weiteren Zeitdauer, während dem die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird.
Näherungssensor gemäß Anspruch 2, bei dem der N-Bit-ADC einen Aufwärts-Abwärts-Zähler umfasst, der während eines Teils der weiteren Zeitdauer, bei der zumindest während eines Abschnitts die Lichtquelle zur Übertragung von Licht angesteuert wird, aufwärts zählt und während eines Rests der weiteren Zeitdauer abwärts zählt, um so einen Zählwert zu erzeugen, wobei der Zählwert an dem Ende der weiteren Zeitdauer die N-Bits von Daten repräsentiert, die eine Nähe eines Objekts zu der PD anzeigen, wobei zumindest ein Großteil eines durch die PD erfassten Umgebungslichts unterdrückt wird.
Näherungssensor gemäß Anspruch 1, bei dem gilt: $M < N .$
Näherungssensor gemäß Anspruch 1, bei dem gilt: $M \geq N .$
Näherungssensor mit folgenden Merkmalen: einem Treiber, der geeignet ist, um eine Lichtquelle selektiv anzusteuern; einer Photodiode (PD); einem M-Bit-ADC, der geeignet ist, um ein erstes Analogsignal zu empfangen, das eine Intensität eines durch die PD während einer ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird, und das erste Analogsignal zu M-Bits von Daten umzuwandeln, die die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigen, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird; einem M-Bit-Digital-Analog-Wandler (DAC), der geeignet ist, um die durch den M-Bit-ADC erzeugten M-Bits von Daten zu empfangen, die die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigen, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird, und die M-Bits von Daten in ein zweites Analogsignal umzuwandeln, das die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird; und einem N-Bit-ADC, der geeignet ist, um ein drittes Analogsignal zu empfangen, das eine Intensität eines durch die PD während einer weiteren Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, wobei das zweite durch den M-Bit-DAC erzeugte Analogsignal von demselben subtrahiert wird, und das dritte Analogsignal zu N-Bits von Daten umzuwandeln, die eine Nähe eines Objekts zu der PD anzeigen, wobei zumindest ein Großteil eines durch die PD erfassten Lichts unterdrückt wird; und einer Steuerung, die den M-Bit-ADC, den M-Bit-DAC und dem N-Bit-ADC steuert; wobei während eines Abschnitts der weiteren Zeitdauer die Lichtquelle zur Übertragung von Licht angesteuert wird und während eines weiteren Abschnitts der weiteren Zeitdauer die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird.
Näherungssensor gemäß Anspruch 6, bei dem die Steuerung auch den Treiber steuert.
Näherungssensor gemäß Anspruch 6, bei dem der Abschnitt der weiteren Zeitdauer, während dem die Lichtquelle zur Übertragung von Licht angesteuert wird, kürzer ist als der weitere Abschnitt der weiteren Zeitdauer, während dem die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird.
Näherungssensor gemäß Anspruch 8, bei dem der N-Bit-ADC einen Aufwärts-Abwärts-Zähler umfasst, der während eines Teils der weiteren Zeitdauer, bei der zumindest während eines Abschnitts die Lichtquelle zur Übertragung von Licht angesteuert wird, aufwärts zählt und während eines Rests der weiteren Zeitdauer abwärts zählt, um so einen Zählwert zu erzeugen, wobei der Zählwert an dem Ende der weiteren Zeitdauer die N-Bits von Daten repräsentiert, die eine Nähe eines Objekts zu der PD anzeigen, wobei zumindest ein Großteil eines durch die PD erfassten Umgebungslichts unterdrückt wird.
Näherungssensor gemäß Anspruch 6, bei dem gilt: $M < N .$
Näherungssensor gemäß Anspruch 6, bei dem gilt: $M \geq N .$
Verfahren zur Verwendung im Zusammenhang mit einer Lichtquelle und einer Photodiode (PD), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: (a) selektives Ansteuern der Lichtquelle; (b) Erzeugen eines ersten Analogsignals, das eine Intensität eines durch die PD während einer ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird; (c) Umwandeln des ersten Analogsignals zu M-Bits von Daten, die die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigen, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird; (d) Umwandeln der M-Bits von Daten in ein zweites Analogsignal, das die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird; (e) Erzeugen eines dritten Analogsignals, das eine Intensität eines durch die PD während einer weiteren Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, wobei das zweite durch den M-Bit-DAC erzeugte Analogsignal von demselben subtrahiert wird; und (f) Umwandeln des dritten Analogsignals zu N-Bits von Daten, die eine Nähe eines Objekts zu der PD anzeigen, wobei zumindest ein Großteil eines durch die PD erfassten Umgebungslichts unterdrückt wird; wobei während eines Abschnitts der weiteren Zeitdauer die Lichtquelle zur Übertragung von Licht angesteuert wird und während eines weiteren Abschnitts der weiteren Zeitdauer die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, das ferner folgenden Schritt aufweist: (e) Freigeben, Sperren oder Anpassen einer Funktion eines Teilsystems basierend auf den in dem Schritt (f) erzeugten N-Bits von Daten.
Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem gilt: $M < N .$
Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem gilt: $M \geq N .$
System mit folgenden Merkmalen: einem Treiber, der geeignet ist, um eine Lichtquelle selektiv anzusteuern; einer Photodiode (PD), die geeignet ist, um ein Photodiodenstromsignal (Idiode) zu erzeugen, das eine Intensität eines durch die PD erfassten Lichts anzeigt, wobei das durch die PD erfasste Licht Umgebungslicht und/oder durch die Lichtquelle übertragenes Licht umfassen kann, das von einem Objekt in der Nähe der PD reflektiert wurde; einem Analog-Digital-Wandler (ADC) mit einer Analog-Digital-Analog-Rückkopplung (ADA-Rückkopplung), wobei ein Digitalausgang des ADC mit ADA-Rückkopplung eine Nähe eines Objekts zu der PD anzeigt, wobei zumindest ein Großteil eines durch die PD erfassten Umgebungslichts unterdrückt wird; einer Steuerung, die geeignet ist, um den Treiber und den ADC mitADA-Rückkopplung zu steuern; einem Teilsystem, das freigegeben und gesperrt werden kann; und einer Vergleichseinrichtung oder einem Prozessor, die oder der den Digitalausgang des ADC mit ADA-Rückkopplung empfängt und basierend auf dem Digitalausgang des ADC mit ADA-Rückkopplung das Teilsystem freigibt oder sperrt; wobei der ADC mit ADA-Rückkopplung die folgenden Merkmale aufweist: einen M-Bit-ADC, der geeignet ist, um ein erstes Analogsignal zu empfangen, das eine Intensität eines durch die PD während einer ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird, und das erste Analogsignal zu M-Bits von Daten umzuwandeln, die die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigen, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird; einen M-Bit-Digital-Analog-Wandler (DAC), der geeignet ist, um die durch den M-Bit-ADC erzeugten M-Bits von Daten zu empfangen, die die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigen, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird, und die M-Bits von Daten in ein zweites Analogsignal umzuwandeln, das die Intensität des durch die PD während der ersten Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, in der die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird; und einen N-Bit-ADC, der geeignet ist, um ein drittes Analogsignal zu empfangen, das eine Intensität eines durch die PD während einer weiteren Zeitdauer erfassten Lichts anzeigt, wobei das zweite durch den M-Bit-DAC erzeugte Analogsignal von demselben subtrahiert wird, und das dritte Analogsignal zu N-Bits von Daten umzuwandeln, die der Digitalausgang des ADC mit ADA-Rückkopplung sind; wobei während eines Abschnitts der weiteren Zeitdauer die Lichtquelle zur Übertragung von Licht angesteuert wird und während eines weiteren Abschnitts der weiteren Zeitdauer die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird.
System gemäß Anspruch 16, bei dem das Teilsystem aus der aus den Folgenden zusammengesetzten Gruppe ausgewählt wird: eine Berührungsbildschirmoberfläche, eine Anzeige, ein Hintergrundlicht, ein virtuelles Scrollrad, ein virtuelles Tastenfeld, und ein Navigationsfeld.
System gemäß Anspruch 16, bei dem der Abschnitt der weiteren Zeitdauer, während dem die Lichtquelle zur Übertragung von Licht angesteuert wird, kürzer ist als der weitere Abschnitt der weiteren Zeitdauer, während dem die Lichtquelle nicht zur Übertragung von Licht angesteuert wird.
System gemäß Anspruch 18, bei dem der N-Bit-ADC einen Aufwärts-Abwärts-Zähler umfasst, der während eines Teils der weiteren Zeitdauer, bei der zumindest während eines Abschnitts die Lichtquelle zur Übertragung von Licht angesteuert wird, aufwärts zählt und während eines Rests der weiteren Zeitdauer abwärts zählt, um so einen Zählwert zu erzeugen, wobei der Zählwert an dem Ende der weiteren Zeitdauer die N-Bits von Daten repräsentiert, die eine Nähe eines Objekts zu der PD anzeigen, wobei zumindest ein Großteil eines durch die PD erfassten Umgebungslichts unterdrückt wird.
Näherungssensor gemäß Anspruch 1, bei dem zumindest einige Komponenten von sowohl dem N-Bit-ADC als auch dem M-Bit-ADC gemeinschaftlich verwendet werden.