TWI602001B - 壓電感應器讀取電路 - Google Patents

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TWI602001B
TWI602001B TW105129790A TW105129790A TWI602001B TW I602001 B TWI602001 B TW I602001B TW 105129790 A TW105129790 A TW 105129790A TW 105129790 A TW105129790 A TW 105129790A TW I602001 B TWI602001 B TW I602001B
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盧文哲
劉育榮
黃明益
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友達光電股份有限公司
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
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Description

壓電感應器讀取電路
本案係有關於一種讀取電路，且特別是有關於一種壓電感應器讀取電路。
習知主動像素感測(Active Pixel Sensor,APS)電路係用以感測光源，並依據光源之強度以將光源轉換為光電電壓。主動像素感測電路於照光後會產生電壓變化，隨後，由讀取電路取得光電電壓，其實際電壓值為光電電壓值與臨界電壓值(threshold voltage,Vth)之差。
業界會將主動像素感測電路集成配置，並陣列化成為一陣列光感測面板。然而，由於主動像素感測電路內之相關元件的臨界電壓值會因應使用之狀況而產生變異，抑或基於製程差異而導致各個主動像素感測電路內相關元件之臨界電壓值不同，如此，將導致光的偵測資訊產生誤差。
由此可見，上述現有的方式，顯然仍存在不便與缺陷，而有待改進。為了解決上述問題，相關領域莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來仍未發展出適當的解決方案。
發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本案實施例的重要/關鍵元件或界定本案的範圍。
本案內容之一技術態樣係關於一種壓電感應器讀取電路，其包含輸入單元及減法單元。輸入單元包含第一電晶體與第二電晶體。第一電晶體與第二電晶體均包含第一端、第二端與控制端。第一電晶體之控制端用以接收第一定電壓，並且第一電晶體之第二端用以輸出第一輸出電壓。第二電晶體的控制端用以接收壓電電壓，並且第二電晶體的第二端用以輸出第二輸出電壓。減法單元電性連接輸入單元，用以根據第一與第二輸出電壓進行減法運算以產生讀取電壓。
本案內容之另一技術態樣係關於一種壓電感應器讀取電路，其包含輸入單元、緩衝單元及減法單元。輸入單元包含第一電晶體與第二電晶體。緩衝單元包含第一比較器及第二比較器。第一電晶體與第二電晶體均包含第一端、第二端與控制端。第一電晶體之第一端用以接收第一定電壓，第一電晶體之控制端用以接收壓電電壓，第一電晶體之第二端用以接收第一電流。第二電晶體之第一端用以接收第一定電壓。第二電晶體之控制端用以接收第二定電壓，第二電晶體之第二端用以接收第二電流。第一比較器電性耦接於第一電晶體 之第二端，並用以根據第一電流與第三定電壓以輸出第一輸出電壓。第二比較器電性耦接於第二電晶體之第二端，並用以根據第二電流與第三定電壓以輸出第二輸出電壓。減法單元用以根據第一輸出電壓與第二輸出電壓進行減法運算以產生讀取電壓。
因此，根據本案之技術內容，本案實施例提供一種壓電感應器讀取電路，藉以改善讀取電路中因臨界電壓值差異所導致的各種誤差問題。
在參閱下文實施方式後，本案所屬技術領域中具有通常知識者當可輕易瞭解本案之基本精神及其他發明目的，以及本案所採用之技術手段與實施態樣。
100、100A‧‧‧壓電感應器讀取電路
110‧‧‧輸入單元
120‧‧‧緩衝單元
130‧‧‧減法單元
300、300A‧‧‧壓電感應器讀取電路
310‧‧‧輸入單元
320‧‧‧緩衝單元
322、324‧‧‧比較器
330‧‧‧減法單元
IVin、IV1‧‧‧電流
N1~N2‧‧‧節點
R1‧‧‧電阻
T1~T4‧‧‧電晶體
V1~V3‧‧‧定電壓
VA~VD‧‧‧輸出電壓
VDD‧‧‧電源供應電壓
Vin‧‧‧壓電電壓
VSS‧‧‧接地電壓
Vout‧‧‧讀取電壓
為讓本案之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係依照本案一實施例繪示一種壓電感應器讀取電路的示意圖。
第2圖係依照本案另一實施例繪示一種壓電感應器讀取電路的示意圖。
第3圖係依照本案再一實施例繪示一種壓電感應器讀取電路的示意圖。
第4圖係依照本案又一實施例繪示一種壓電感應器讀取電路的示意圖。
根據慣常的作業方式，圖中各種特徵與元件並未依比例繪 製，其繪製方式是為了以最佳的方式呈現與本案相關的具體特徵與元件。此外，在不同圖式間，以相同或相似的元件符號來指稱相似的元件/部件。
為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本案的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本案具體實施例的唯一形式。實施方式中涵蓋了多個具體實施例的特徵以及用以建構與操作這些具體實施例的方法步驟與其順序。然而，亦可利用其他具體實施例來達成相同或均等的功能與步驟順序。
除非本說明書另有定義，此處所用的科學與技術詞彙之含義與本案所屬技術領域中具有通常知識者所理解與慣用的意義相同。此外，在不和上下文衝突的情形下，本說明書所用的單數名詞涵蓋該名詞的複數型；而所用的複數名詞時亦涵蓋該名詞的單數型。
另外，關於本文中所使用之「耦接」，可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。
第1圖係依照本案一實施例繪示一種壓電感應器讀取電路100的示意圖。如圖所示，壓電感應器讀取電路100包含輸入單元110、緩衝單元120及減法單元130。輸入單元110包含第一電晶體T1、第二電晶體T2與第三電晶體T3。輸入單元110之第一電晶體T1、第二電晶體T2與第三電晶體 T3均包含第一端、第二端與控制端。
第一電晶體T1之控制端用以接收第一定電壓V1，並且第一電晶體T1之第二端用以輸出第一輸出電壓VA。第二電晶體T2的控制端用以接收壓電電壓Vin，並且第二電晶體T2的第二端用以輸出第二輸出電壓VB。減法單元130可透過但不限於緩衝電路120而電性連接於輸入單元110，並根據第一與第二輸出電壓VA、VB進行減法運算以產生讀取電壓Vout。
由於第一電晶體T1之第二端輸出的第一輸出電壓VA包含定電壓V1與第一電晶體T1的臨界電壓Vth1之第一電壓差(V1-Vth1)，而第二電晶體T2的第二端輸出的第二輸出電壓VB包含壓電電壓Vin與第二電晶體T2的臨界電壓Vth2之第二電壓差(Vin-Vth2)，且第一電晶體T1的臨界電壓Vth1與第二電晶體T2的臨界電壓Vth2近乎相同，因此，本案之減法單元130根據第一電壓差(V1-Vth1)與第二電壓差(Vin-Vth2)進行減法運算而消除臨界電壓，以產生不含臨界電壓的讀取電壓Vout。據此，本案之壓電感應器讀取電路100輸出之讀取電壓Vout不具臨界電壓，使得壓電感應器讀取電路100不會因為臨界電壓之變異而導致其輸出的讀取電壓Vout有所誤差。
在本實施例中，第一電晶體T1之第一端用以接收電源供應電壓VDD，第一電晶體T1之第二端與第二電晶體T2之第一端連接於第一節點N1，且第一電晶體T1之控制端用以接收第一定電壓V1，並由第一節點N1輸出第一輸出 電壓VA。再者，第二電晶體T2之第二端與第三電晶體T3之第一端連接於第二節點N2，第二電晶體T2的控制端用以接收壓電電壓Vin，並由第二節點N2輸出第二輸出電壓VB。此外，第三電晶體T3之控制端用以接收第二定電壓V2，第三電晶體T3之第二端用以耦接於接地電壓VSS。
於本實施例中，讀取電路100之緩衝單元120耦接於節點N1、N2以及減法單元130之間，並用以接收並緩衝第一輸出電壓VA與第二輸出電壓VB，以提供給減法單元130。隨後，減法單元130可透過但不限於緩衝單元120而電性連接於輸入單元110，減法單元130用以根據第一與第二輸出電壓VA、VB進行減法運算以產生讀取電壓Vout。
第2圖係依照本案另一實施例繪示一種壓電感應器讀取電路100A的示意圖。相較於第1圖所示之壓電感應器讀取電路100，在此之壓電感應器讀取電路100A的輸入單元110A之結構有所不同，說明如後。如第2圖所示，輸入單元110A包含第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3及第四電晶體T4。第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3及第四電晶體T4均包含第一端、第二端與控制端。
第三電晶體T3之第一端與第一電晶體T1之第二端耦接於第一節點N1，第一電晶體T1之控制端用以接收第一定電壓V1，並由第一節點N1輸出第一輸出電壓VA。第四電晶體T4之第一端與第二電晶體T2之第二端耦接於第二節點N2，第二電晶體T2之控制端用以接收壓電電壓Vin，並由第二節點N2輸出第二輸出電壓VB。隨後，減法 單元130可透過但不限於緩衝單元120而電性連接於輸入單元110A，減法單元130用以根據第一與第二輸出電壓VA、VB進行減法運算以產生讀取電壓Vout。
類似於第1圖所示之壓電感應器讀取電路100，第2圖所示之壓電感應器讀取電路100A亦可藉由上述電性操作以消除臨界電壓，據此，本案之壓電感應器讀取電路100A輸出之讀取電壓Vout不具有臨界電壓，使得壓電感應器讀取電路100A不會因為臨界電壓之變異，而導致其輸出的讀取電壓Vout有所誤差。
在本實施例中，第一電晶體T1與第二電晶體T2之第一端分別用以接收電源供應電壓VDD，而第三電晶體T3與第四電晶體T4之第二端分別用以耦接於接地電壓VSS。此外，第2圖之讀取電路100A之緩衝單元120的耦接方式與電性操作方式皆類似於第1圖之讀取電路100之緩衝單元120，於此不作贅述。
第3圖係依照本案再一實施例繪示一種壓電感應器讀取電路300的示意圖。如圖所示，壓電感應器讀取電路300包含輸入單元310、緩衝單元320及減法單元330。輸入單元310包含第一電晶體T1與第二電晶體T2。緩衝單元320包含第一比較器322及第二比較器324。第一電晶體T1與第二電晶體T2均包含第一端、第二端與控制端。
第一電晶體T1之第一端用以接收定電壓，例如接地電壓VSS，第一電晶體T1之控制端用以接收壓電電壓Vin，第一電晶體T1之第二端用以接收第一電流IVin。第二 電晶體T2之第一端用以接收接地電壓VSS，第二電晶體T2之控制端用以接收第一定電壓V1，第二電晶體之第二端用以接收第二電流IV1。第一比較器322耦接於第一電晶體T1之第二端，並用以根據第一電流IVin與第二定電壓V2以輸出第一輸出電壓VA。第二比較器324耦接於第二電晶體T2之第二端，並用以根據第二電流IV1與第二定電壓V2以輸出第二輸出電壓VB。減法單元330用以根據第一輸出電壓VA與第二輸出電壓VB進行減法運算以產生讀取電壓Vout。
由於第一比較器322輸出的第一輸出電壓VA包含第二定電壓V2加上第一電流IVin與第一比較器322之阻值的乘積(V2+IVin×R1)，第二比較器324輸出的第二輸出電壓VB包含第二定電壓V2加上第二電流IV1與第二比較器324之阻值的乘積(V2+IV1×R1)，因此，本案之減法單元330根據第一輸出電壓VA與第二輸出電壓VB進行減法運算後，產生不含臨界電壓的讀取電壓Vout。據此，本案之壓電感應器讀取電路300輸出之讀取電壓Vout不具有臨界電壓，使得壓電感應器讀取電路300不會因為臨界電壓之變異，而導致其輸出的讀取電壓Vout有所誤差。
在本實施例中，緩衝單元320之第一比較器322及第二比較器324皆包含反向端、非反向端與輸出端。第一比較器322之反向端耦接於第一電晶體T1之第二端。第一電晶體T1根據壓電電壓Vin以將第一電流IVin由其第二端傳送至第一端。第一比較器322之非反向端用以接收第二定電壓V2。第一比較器322用以根據第一電流IVin與第二定電 壓V2以由第一比較器322之輸出端輸出第一輸出電壓VA。此外，第二比較器324之反向端耦接於第二電晶體T2之第二端。第二電晶體T2根據第一定電壓V1以將第二電流IV1由其第二端傳送至第一端。第二比較器324之非反向端用以接收第二定電壓V2。第二比較器324用以根據第二電流IV1與第二定電壓V2以由第二比較器324之輸出端輸出第二輸出電壓VB。
於本實施例中，緩衝單元320更包含複數第一電阻R1。第一比較器322之第一電阻R1耦接於第一比較器322之反向端與輸出端之間，使第一比較器322根據相應於第一電流IVin與第一電阻R1之第一電壓(IVin×R1)與第二定電壓V2以輸出第一輸出電壓VA。舉例而言，第一輸出電壓VA包含第一電壓(IVin×R1)與第二定電壓V2之第一電壓和(V2+IVin×R1)。另一第一電阻R1耦接於第二比較器324之反向端與輸出端之間，使第二比較器324根據相應於第二電流IV1與第一電阻R1之第二電壓(IV1×R1)與第二定電壓V2以輸出第二輸出電壓VB。舉例而言，第二輸出電壓VB包含第二電壓(IV1×R1)與第二定電壓V2之第二電壓和(V2+IV1×R1)。減法單元330根據第一電壓和(V2+IVin×R1)與第二電壓和(V2+IV1×R1)進行減法運算以產生讀取電壓Vout。
在此實施例中，第二定電壓V2之電壓值大於接地電壓VSS之電壓值，第一定電壓V1的電壓值大於接地電壓VSS的電壓值。如此，藉由調整第二定電壓V2與接地電壓VSS 之電壓差以使第一電晶體T1與第二電晶體T2皆可操作於線性區。線性區之電流公式如下：
如上所述，藉由調整第二定電壓V2與接地電壓VSS之電壓差以使第一電晶體T1與第二電晶體T2操作於線性區，第一輸出電壓VA與第二輸出電壓VB如下：VA=V2+IVin×R1；VB=V2+IV1×R1；讀取電壓Vout如下：Vout=VA-VB=(IVin-IV1)×R1；再者，由於第一電晶體T1與第二電晶體T2之尺寸相同，因此，讀取電壓Vout可整理為：
由上述公式2可知，藉由上述電性操作，本案之壓電感應器讀取電路300輸出之讀取電壓Vout不具有臨界電壓，使得壓電感應器讀取電路300不會因為臨界電壓之變異，而導致其輸出的讀取電壓Vout有所誤差。
第4圖係依照本案又一實施例繪示一種壓電感應器讀取電路300A的示意圖。相較於第3圖所示之壓電感應器讀取電路300，在此之壓電感應器讀取電路300A的輸入單元310A之結構有所不同，說明如後。如第4圖所示，輸入單元310A包含第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3及第四電晶體T4。第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3 及第四電晶體T4均包含第一端、第二端與控制端。
第一電晶體T1之第一端用以接收定電壓，例如接地電壓VSS，第一電晶體T1之控制端用以接收壓電電壓Vin，第一電晶體T1之第二端用以接收第一電流IVin。第三電晶體T3之第一端耦接於第一電晶體T1之第二端，第三電晶體T3之控制端用以接收第三定電壓V3。此外，第二電晶體T2之第一端用以接收接地電壓VSS，第二電晶體T2之控制端用以接收第一定電壓V1，第二電晶體T2之第二端用以接收第二電流IV1。第四電晶體T4之第一端耦接於第二電晶體T2之第二端。第四電晶體T4之控制端用以接收第三定電壓V3。
再者，第一比較器322透過第三電晶體T3以耦接於第一電晶體T1之第二端，並用以根據第一電流IVin與第二定電壓V2以輸出第一輸出電壓VA。第二比較器324耦接於第四電晶體T4之第二端，並用以根據第二電流IV1與第二定電壓V2以輸出第二輸出電壓VB。減法單元330用以根據第一輸出電壓VA與第二輸出電壓VB進行減法運算以產生讀取電壓Vout。
類似於第3圖所示之壓電感應器讀取電路300，第4圖所示之壓電感應器讀取電路300A亦可藉由上述電性操作，以減法單元330根據第一輸出電壓VA與第二輸出電壓VB來產生未包含臨界電壓的讀取電壓Vout。據此，本案之壓電感應器讀取電路300A輸出之讀取電壓Vout不具有臨界電壓，使得壓電感應器讀取電路300A不會因為臨界電壓之變異，而導致其輸出的讀取電壓Vout有所誤差。在一實施例中， 第4圖之讀取電路300A之緩衝單元320的耦接方式與電性操作方式皆類似於第3圖之讀取電路300之緩衝單元320，於此不作贅述。
由上述本案實施方式可知，應用本案具有下列優點。本案實施例提供一種壓電感應器讀取電路，藉以改善讀取電路中因臨界電壓值差異所導致的各種誤差問題。
雖然上文實施方式中揭露了本案的具體實施例，然其並非用以限定本案，本案所屬技術領域中具有通常知識者，在不悖離本案之原理與精神的情形下，當可對其進行各種更動與修飾，因此本案之保護範圍當以附隨申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧壓電感應器讀取電路
110‧‧‧輸入單元
120‧‧‧緩衝單元
130‧‧‧減法單元
N1~N2‧‧‧節點
T1~T3‧‧‧電晶體
V1~V2‧‧‧定電壓
VA~VB‧‧‧輸出電壓
VDD‧‧‧電源供應電壓
Vin‧‧‧壓電電壓
VSS‧‧‧接地電壓
Vout‧‧‧讀取電壓

Claims (11)

  1. 一種壓電感應器讀取電路，包含：一輸入單元，包含：一第一電晶體，包含第一端、第二端與控制端，該第一電晶體之該控制端用以接收一第一定電壓，並且該第一電晶體之該第二端用以輸出一第一輸出電壓；以及一第二電晶體，包含第一端、第二端與控制端，其中該第二電晶體的該控制端用以接收一壓電電壓，並且該第二電晶體的該第二端輸出一第二輸出電壓，其中該第一電晶體之該第二端與該第二電晶體之該第一端電性連接；以及一減法單元，電性連接該輸入單元，用以根據該第一與該第二輸出電壓進行減法運算以產生一讀取電壓。
  2. 如請求項1所述之壓電感應器讀取電路，其中該輸入單元更包含：一第三電晶體，包含第一端、第二端與控制端，該第三電晶體之該第一端與該第二電晶體之該第二端電性連接，其中該第三電晶體之該控制端用以接收一第二定電壓。
  3. 如請求項2所述之壓電感應器讀取電路，其中該第一電晶體之該第一端用以接收一電源供應電壓；該第三電晶體之該第二端用以耦接於一接地電壓。
  4. 如請求項3所述之壓電感應器讀取電路，其中該第一輸出電壓包含該第一定電壓與該第一電晶體的臨界電壓之一第一電壓差，該第二輸出電壓包含該壓電電壓與該第二電晶體的臨界電壓之一第二電壓差，其中該減法單元用以將該第二電壓差減去該第一電壓差以產生該讀取電壓。
  5. 如請求項1所述之壓電感應器讀取電路，其中該輸入單元更包含：一第三電晶體，包含第一端、第二端與控制端，該第三電晶體之該第一端與該第一電晶體之該第二端電性耦接；以及一第四電晶體，包含第一端、第二端與控制端，該第四電晶體之該第一端與該第二電晶體之該第二端電性耦接。
  6. 如請求項5所述之壓電感應器讀取電路，其中該第一電晶體之該第一端與該第二電晶體之該第一端分別用以接收一電源供應電壓；該第三電晶體之該第二端與該第四電晶體之該第二端分別用以耦接於一接地地壓，該第三電晶體之該控制端與該第四電晶體之該控制端分別用以接收一第二定電壓。
  7. 如請求項1至6任一項所述之壓電感應器讀 取電路，更包含：一緩衝單元，耦接於該輸入單元與該減法單元之間，用以緩衝該第一輸出電壓與該第二輸出電壓。
  8. 一種壓電感應器讀取電路，包含：一輸入單元，包含：一第一電晶體，包含：一第一端，用以接收一第一定電壓；一控制端，用以接收一壓電電壓；以及一第二端，用以接收一第一電流；一第二電晶體，包含：一第一端，用以接收該第一定電壓；一控制端，用以接收一第二定電壓；以及一第二端，用以接收一第二電流；一第三電晶體，包含：一第一端，耦接於該第一電晶體之該第二端；一控制端，用以接收一第四定電壓；以及一第二端，耦接於該第一比較器；以及一第四電晶體，包含：一第一端，耦接於該第二電晶體之該第二端；一控制端，用以接收該第四定電壓；以及一第二端，耦接於該第二比較器；一緩衝單元，包含：一第一比較器，電性耦接於該第一電晶體之該第二 端，用以根據該第一電流與一第三定電壓以輸出一第一輸出電壓；以及一第二比較器，電性耦接於該第二電晶體之該第二端，用以根據該第二電流與該第三定電壓以輸出一第二輸出電壓；以及一減法單元，用以根據該第一輸出電壓與該第二輸出電壓進行減法運算以產生一讀取電壓。
  9. 如請求項8所述之壓電感應器讀取電路，其中該第一比較器包含：一反向端，電性耦接於該第一電晶體之該第二端，其中該第一電晶體根據該壓電電壓以將該第一電流由其第二端傳送至第一端；一非反向端，用以接收該第三定電壓；以及一輸出端，該第一比較器用以根據該第一電流與該第三定電壓以輸出該第一輸出電壓；其中該第二比較器包含：一反向端，耦接於該第二電晶體之該第二端，其中該第二電晶體根據該第二定電壓以將該第二電流由其第二端傳送至第一端；一非反向端，用以接收該第三定電壓；以及一輸出端，該第二比較器用以根據該第二電流與該第三定電壓以輸出該第二輸出電壓。
  10. 如請求項8所述之壓電感應器讀取電路，其中該第三定電壓之電壓值大於該第一定電壓之電壓值，其中該第二定電壓的電壓值大於該第一定電壓的電壓值。
  11. 如請求項8所述之壓電感應器讀取電路，其中該緩衝單元更包含：一第一電阻，耦接於該第一比較器之該反向端與該輸出端之間；以及一第二電阻，耦接於該第二比較器之該反向端與該輸出端之間。
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