TWI641231B - 應用於光感測裝置中的類比數位轉換模組 - Google Patents

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Abstract

一種類比數位轉換模組，包含有一取樣單元，用來根據一正輸入端的一正輸入電壓及一負輸入端的一負輸入電壓，於一正輸出端與一負輸出端間產生一輸出電壓；一比較單元，用來根據該輸出電壓與一參考電壓間的大小關係，產生一數位輸出訊號；一可變電流源，用來根據一控制訊號，於一第一時間區間根據該數位輸出訊號產生一可變電流至該負輸入端；一待測電流源，用來產生一待測電流至該負輸入端；以及一調整單元，用來根據該數位輸出訊號，於一第二時間區間調整該輸出電壓；其中該第一時間區間與該第二時間區間不重疊。

Description

應用於光感測裝置中的類比數位轉換模組
本發明係指一種應用於光感測裝置中的類比數位轉換模組及相關的感測裝置，尤指一種具有相異運作模式的類比數位轉換模組及相關的感測裝置。
光感應技術(light sensing technology)廣泛使用於許多應用之中，舉例來說，環境光感測器(ambient light sensor，ALS)可應用於筆記型電腦(laptop personal computer，laptop PC)及行動電話(cell phone)以感測環境光的強度，並且自動調整液晶顯示螢幕(liquid crystal display screen，LCD screen)的背光源(backlight)，以提升使用便利性並延長電池使用時間。光感測器亦可用於量測空間中的距離或位置，舉例來說，行動裝置(mobile device)通常包含接近感測器(proximity sensor)，一般來說，接近感測器可經由不同的實作方式來實現，例如，電感式感測器(inductive sensor)、電容式感測器(capacitive sensor)、磁感測器(magnetic sensor)以及光電感測器(photoelectric sensor)，其中光感應式的光電感測器係已日益普及。另外，光感應技術的其他重要應用(例如，物件偵測(object presence detection)以及手勢辨識(gesture recognition))亦是大眾矚目的焦點。
一般而言，光感測器需使用一類比數位轉換器，以將感測光線所產生的類比電壓轉換為可被數位電路處理的數位訊號。此外，為了消除環境雜訊的影響，光感測器會使用另一類比數位轉換器來校正環境雜訊。由於轉換類比電壓及校正環境雜訊的所需求的類比數位轉換器規格不同，因此光感測器通常會使用不同的類比數位轉換器來轉換類比電壓及環境雜訊。也就是說，實現光感測器時，需要使用兩組以上的類比數位轉換器，從而造成光感測器的製造成本上升。由此可知，習知技術實有改進的必要。
為了解決上述的問題，本發明提供一種具有相異運作模式的類比數位轉換模組及相關的光感測裝置。
本發明揭露一種類比數位轉換模組，包含有一取樣單元，用來根據一正輸入端的一正輸入電壓及一負輸入端的一負輸入電壓，於一正輸出端與一負輸出端間產生一輸出電壓；一比較單元，用來根據該輸出電壓與一參考電壓間的大小關係，產生一數位輸出訊號；一可變電流源，用來根據一控制訊號，於一第一時間區間根據該數位輸出訊號產生一可變電流至該負輸入端；一待測電流源，用來產生一待測電流至該負輸入端；以及一調整單元，用來根據該數位輸出訊號，於一第二時間區間調整該輸出電壓；其中該第一時間區間與該第二時間區間不重疊。
本發明另揭露一種感測裝置，包含有一光發射模組，用來根據一溫度感測資訊，產生位於一預設頻段的光線；一類比數位轉換模組，包含有：一取樣單元，用來根據一正輸入端的一正輸入電壓及一負輸入端的一負輸入電 壓，於一正輸出端與一負輸出端間產生一輸出電壓；一比較單元，用來根據該輸出電壓與一參考電壓間的大小關係，產生一數位輸出訊號；一可變電流源，用來根據一控制訊號，於一第一時間區間根據該數位輸出訊號產生一可變電流至該負輸入端；以及一調整單元，用來根據該數位輸出訊號，於一第二時間區間調整該輸出電壓；一感測單元，用來感測位於該預設頻段的光線，以產生一感測電流；一溫度感測單元，用來產生與絕對溫度成正比的一溫度感測電流；以及一開關單元，用來根據該控制訊號，於該第一時間區間導通該溫度感測單元與該負輸入端間的連接，及於該第二時間區間導通該感測單元與該負輸入端間的連接；以及一處理單元，用來產生該控制訊號，及根據該數位輸出訊號於該第一時間區間產生該溫度感測資訊及於該第二時間區間產生一光感測資訊；其中該第一時間區間與該第二時間區間不重疊。
10、20、30、40‧‧‧類比數位轉換模組
100、200、300、400、600‧‧‧可變電流源
102、202、302、402、602‧‧‧待測電流源
104、204、304、404、604‧‧‧取樣單元
106、206、306、406、606‧‧‧比較單元
108、208、308、408、608‧‧‧調整單元
210、310、DSP‧‧‧處理單元
212、312‧‧‧負載校正單元
214、314‧‧‧電流校正單元
412‧‧‧溫度感測控制單元
510‧‧‧計數單元
60‧‧‧感測裝置
AMP‧‧‧運算放大器
BN‧‧‧偏壓端
CAL_C‧‧‧電流校正訊號
CAL_L‧‧‧負載校正訊號
CAL_T‧‧‧溫度校正單元
CM‧‧‧類比數位轉換模組
COM‧‧‧比較訊號
CS‧‧‧電流源
CS1、CS2‧‧‧取樣電容
DOUT‧‧‧數位輸出訊號
ED‧‧‧發射驅動器
EMI‧‧‧光發射器
ICAL‧‧‧校正電流
ICON‧‧‧電流控制訊號
INF‧‧‧感測資訊
INF_L‧‧‧光感測資訊
INF_T‧‧‧溫度感測資訊
INN‧‧‧負輸入端
INP‧‧‧正輸入端
IPTAT‧‧‧溫度感測電流
IS‧‧‧待測電流
ISEN‧‧‧感測電流
ITEM‧‧‧溫度感測校正電流
IVAR‧‧‧可變電流
LEM‧‧‧光發射模組
LOA‧‧‧負載單元
SEN‧‧‧感測單元
SEN_T‧‧‧溫度感測單元
SW‧‧‧開關單元
SWR1、SWR2‧‧‧重置開關
SWS1、SWS2‧‧‧取樣開關
VA、VINN、VINP、VOUTP、VOUTN‧‧‧電壓
VB1、VB2、VB3‧‧‧偏壓
VCON‧‧‧電壓控制訊號
VOUT‧‧‧輸出電壓
VREF‧‧‧參考電壓
第1圖為本發明實施例一類比數位轉換模組的示意圖。
第2圖為本發明實施例另一類比數位轉換模組的示意圖。
第3圖為本發明實施例另一類比數位轉換模組的示意圖。
第4圖為本發明實施例另一類比數位轉換模組的示意圖。
第5圖為本發明實施例另一類比數位轉換模組的示意圖。
第6圖為本發明實施例一感測裝置的示意圖。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一類比數位轉換模組10的示意圖。類比數位轉換模組10可用於一光感應裝置。舉例來說，光感應裝置可為一 時差測距(Time of Flight)範圍感測器(Range Sensor)，且不限於此。如第1圖所示，類比數位轉換模組10包含有一可變電流源100、一待測電流源102、一取樣單元104、一比較單元106以及一調整單元108。可變電流源100及待測電流源102耦接於取樣單元104的一負輸入端INN，用來分別產生一可變電流IVAR及一待測電流IS至負輸入端INN。取樣單元104用來根據負輸入端INN的一電壓VINN及一正輸入端INP的一電壓VINP，於輸出端OUTP、OUTN產生一輸出電壓VOUT。比較單元106用來根據輸出電壓VOUT與一參考電壓VREF間的大小關係，產生一數位輸出訊號DOUT。根據一控制訊號CON，可變電流源100會根據輸出訊號DOUT，於一時間區間TP1中產生可變電流IVAR至負輸入端INN；或者調整單元108會根據數位輸出訊號DOUT，於一時間區間TP2中調整輸出電壓VOUT。時間區間TP1與TP2相互不重疊，以使類比數位轉換模組10在不同的時間點運作於相異的運作模式。換言之，透過調整控制訊號CON，類比數位轉換模組10採用不同的運作模式來轉換待測電流IS。
詳細來說，在時間區間TP1，可變電流源100根據數位輸出訊號DOUT調整可變電流IVAR，以使類比數位轉換模組10運作於一連續漸近類比數位轉換模式。在此實施例中，待測電流源102可為一具有正比於絕對溫度(proportional to absolute temperature，PTAT)特性的電流源，用來產生作為溫度校正基準的待測電流IS。取樣單元104包含有取樣開關SWS1、SWS2、重置開關SWR1、SWR2、取樣電容CS1、CS2以及運算放大器AMP。透過交替導通取樣開關SWS1、SWS2及重置開關SWR1、SWR2，取樣單元104可實現積分器功能，以根據正輸入端INP與負輸入端INN的電壓VINP、VINN分別產生輸出端OUTP、OUTN的電壓VOUTP、VOUTN，其中輸出電壓VOUT為電壓VOUTP、VOUTN間的電壓差。利用取樣開關SWS1、SWS2、重置開關SWR1、SWR2、取樣電容CS1、CS2以及運算放大器 AMP實現積分器功能之原理應為本領域具通常知識者所熟知，為求簡潔，在此不贅述。需注意的是，正輸入端INP掛載有一負載單元LOA，用來匹配負輸入端INN的負載。根據不同應用及設計理念，負載單元LOA可被省略。比較單元106包含有至少一比較器，用來根據電壓VOUTP與VOUTN(即輸出電壓VOUT)及參考電壓VREF間的大小關係，產生具有n個位元的數位輸出訊號DOUT。需注意的是，參考電壓VREF也可改為差動輸入方式。當類比數位轉換模組10運作於一連續漸近類比數位轉換模式時，調整單元108根據控制訊號CON停止運作。在此狀況下，類比數位轉換模組10在時間區間TP1中之運作方式類似為一連續漸近暫存器類比數位轉換器。
關於類比數位轉換模組10在時間區間TP1中的運作流程，舉例說明如下。當類比數位轉換模組10起始運作於連續漸近類比數位轉換模式時，可變電流源100輸出的可變電流IVAR之電流值為IREF。取樣單元104取樣正輸入端INP與負輸入端INN的電壓VINP、VINN分別作為輸出端OUTP、OUTN的電壓VOUTP、VOUTN，其中負輸入端INN的電壓係相關於可變電流IVAR的電流值IREF與待測電流IS間的差值，且輸出電壓VOUT為電壓VOUTP與VOUTN間的差值(即VOUT=VOUTP-VOUTN=VINP-VINN)。比較單元106根據電壓VOUT與參考電壓VREF間的大小關係，產生數位輸出訊號DOUT的最大有效位元(第n個位元)。當電壓VOUT大於參考電壓VREF時，比較單元106調整數位輸出訊號DOUT的第n個位元為高邏輯準位(即〝1〞)；而當電壓VOUT小於參考電壓VREF時，比較單元106調整數位輸出訊號DOUT的第n個位元為低邏輯準位(即〝0〞)。
接下來，可變電流源100根據數位輸出訊號DOUT的第n個位元，調整可變電流IVAR的電流值。當數位輸出訊號DOUT的第n個位元為〝1〞時，可變電 流源100將維持可變電流IVAR的電流值為IREF；而當數位輸出訊號DOUT的第n個位元為〝0〞時，可變電流源100將可變電流IVAR的電流值減去IREF。於取樣單元104進行第二次取樣程序前，可變電流源100會將可變電流IVAR的電流值增加2-1*IREF。根據調整後的可變電流IVAR，取樣單元104再次進行取樣程序，產生輸出電壓VOUT。比較單元106根據電壓VOUT與參考電壓VREF間的大小關係，產生數位輸出訊號DOUT中第n-1個位元。
可變電流源100根據數位輸出訊號DOUT的第n-1個位元，調整可變電流IVAR的電流值。當數位輸出訊號DOUT的第n-1個位元為〝1〞時，可變電流源100維持可變電流IVAR的電流值；而當數位輸出訊號DOUT的第n-1個位元為〝0〞時，可變電流源100將可變電流IVAR的電流值降低2-1*IREF。於取樣單元104進行第三次取樣程序前，可變電流源100會將可變電流IVAR的電流值增加2-2*IREF。根據調整後的可變電流IVAR，取樣單元104進行第三次取樣程序，產生輸出電壓VOUT。比較單元106根據電壓VOUT與參考電壓VREF間的大小關係，產生數位輸出訊號DOUT中第n-2個位元，以此類推。
在時間區間TP2，調整單元108根據數位輸出訊號DOUT調整輸出電壓VOUT，以使類比數位轉換模組10運作於一迴圈式(Cyclic)類比數位轉換模式。在此實施例中，可變電流源100根據控制訊號CON停止運作。待測電流源102可為一光感測二極體，用來感測位於一特定頻段的光線，以產生待測電流IS。取樣單元104包含有取樣開關SWS1、SWS2、重置開關SWR1、SWR2、取樣電容CS1、CS2以及放大器AMP。透過交替導通取樣開關SWS1、SWS2及重置開關SWR1、SWR2，取樣單元104可實現積分器功能，以根據正輸入端INP與負輸入端INN的電壓VINP、VINN分別產生輸出端OUTP、OUTN的電壓VOUTP、VOUTN，其中 輸出電壓VOUT為電壓VOUTP、VOUTN間的電壓差。正輸入端INP掛載有一負載單元LOA，用來匹配負輸入端INN的負載。比較單元106包含有至少一比較器，用來根據電壓VOUTP與VOUTN(即輸出電壓VOUT)及參考電壓VREF間的大小關係，產生具有m個位元的數位輸出訊號DOUT。調整單元108可為一乘法型數位至類比轉換器(Multiplying Digital-to-Analog Convertor，MDAC)，用來透過電壓控制訊號VCON調整輸出電壓VOUT。舉例來說，調整單元108可透過調整負輸入端INN的電壓VINN及正輸入端INP的電壓VINP，來改變輸出電壓VOUT。在此狀況下，類比數位轉換模組10在時間區間TP2中之運作方式類似為一迴圈式類比數位轉換器。
關於類比數位轉換模組10在時間區間TP2中的運作流程，舉例說明如下。當起始運作於迴圈式類比數位轉換模式時，取樣單元104取樣正輸入端INP與負輸入端INN的電壓VINP、VINN分別作為輸出端OUTP、OUTN的電壓VOUTP、VOUTN，其中電壓VINN相關於待測電流IS的電流值。輸出電壓VOUT為電壓VOUTP與VOUTN間的差值。比較單元106根據電壓VOUT與參考電壓VREF間的大小關係，產生數位輸出訊號DOUT的最大有效位元(第m個位元)。當電壓VOUT大於參考電壓VREF時，比較單元106調整數位輸出訊號DOUT的第m個位元為〝1〞；而當電壓VOUT小於參考電壓VREF時，比較單元106調整數位輸出訊號DOUT的第m個位元為〝0〞。
根據數位輸出訊號DOUT的第m個位元，調整單元108採用不同的方式來調整輸出電壓VOUT。當數位輸出訊號DOUT的第m個位元為〝1〞時，調整單元108透過一控制訊號VCON將輸出電壓VOUT減去參考電壓VREF後再乘以2(即VOUT=2*(VOUT-VREF))；而當數位輸出訊號DOUT的第m個位元為〝0〞時， 調整單元108將輸出電壓VOUT乘以2(即VOUT=2*VOUT)。於根據數位輸出訊號DOUT的第m個位元調整輸出電壓VOUT後，比較單元再次根據調整後的輸出電壓VOUT與參考電壓VREF間的大小關係，產生數位輸出訊號DOUT的第m-1個位元，且調整單元108再次根據數位輸出訊號DOUT的第m-1個位元調整輸出電壓VOUT。透過重複上述流程，比較單元106依序產生數位輸出訊號DOUT的所有位元。
透過根據數位輸出訊號DOUT調整可變電流IVAR或調整輸出電壓VOUT，第1圖所示的類比數位轉換模組10可運作於相異運作模式，以利用不同的轉換方式來將待測電流IS轉換為數位輸出訊號DOUT。換句話說，本發明可利用相同的硬體，實現具有相異轉換方式的類比數位轉換模組。類比數位轉換模組可根據待測訊號及所需輸出規格，選擇適合的轉換模式來轉換待測訊號。此外，實現相同電路所需的類比轉換模組數量可獲得減少，從而降低電路的製造成本。
根據不同應用及設計理念，本領域具通常知識者應可據以實施合適的更動及修改。請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一類比數位轉換模組20的示意圖。類比數位轉換模組20可用於一光感應裝置，且不限於此。類比數位轉換模組20類似於第1圖所示的類比數位轉換模組10，因此功能相似的元件及訊號沿用相同的符號。不同於類比數位轉換模組10，類比數位轉換模組20另包含一處理單元210、一負載校正單元212以及一電流校正單元214。處理單元210可為一數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)，用來根據數位輸出訊號DOUT，產生感測資訊INF、一負載校正訊號CAL_L及一電流校正訊號CAL_C。根據負載校正訊號CAL_L，負載校正單元212調整負載單元LOA的負載，以匹配正輸入端INP 與負輸入端INN的負載。在此實施例中，負載單元LOA包含有複數個平行(並聯)的電容。根據負載校正訊號CAL_L，負載校正單元212可調整耦接於正輸入端INP的平行電容個數。另一方面，電流校正單元212會根據電流校正訊號CAL_C，透過電流控制訊號ICON控制可變電流源200另產生一校正電流ICAL至負輸入端INN，以消除待測電流源202的非理想效應。也就是說，當類比數位轉換模組20運作於迴圈式類比數位轉換模式或連續漸近類比數位轉換模式時，可變電流源200可產生校正電流ICAL來增進類比數位轉換模組20的解析度。
請參考第3圖，第3圖為本發明實施例一類比數位轉換模組30的示意圖。類比數位轉換模組30可用於一光感應裝置，且不限於此。類比數位轉換模組30類似於第2圖所示的類比數位轉換模組20，因此功能相似的元件及訊號沿用相同的符號。在此實施例中，負載單元LOA改由一電流源CS來實現，其中電流源CS耦接於正輸入端INP與一偏壓端BN之間。舉例來說，當電流源302為用於感測外部光線的光感應二極體時，電流源CS可為未感測外部光線的光感應二極體。根據負載校正訊號CAL_L，負載校正單元312可調整偏壓端BN的電壓(如調整為偏壓VB1、VB2、VB3、…其中之一)，以使正輸入端INP的電壓維持為一定值，從而消除正輸入端INP與負輸入端INN間的非理想效應。
請參考第4圖，第4圖為本發明實施例一類比數位轉換模組40的示意圖。類比數位轉換模組40可用於一光感應裝置，且不限於此。類比數位轉換模組40類似於第1圖所示的類比數位轉換模組10，因此功能相似的元件及訊號沿用相同的符號。在此實施例中，待測電流源402為一具有正比於絕對溫度特性的電流源，且數位類比轉換模組40另包含有一處理單元410及一溫度感測控制單元412。處理單元410可為一數位訊號處理器，用來根據輸出訊號DOUT，產生溫度 感測控制訊號TEM_CON。根據溫度感測控制訊號TEM_CON，溫度感測控制單元412控制可變電流源400產生一溫度感測校正電流ITEM至負輸入端INN，以消除待測電流源402的非理想效應。根據不同應用及設計理念，溫度感測控制單元412可以各式各樣的方式實現。在一實施例中，溫度感測控制單元412可包含有一映射表(Mapping Table)，其記載有數位輸出訊號DOUT與溫度感測校正電流ITEM間的映射關係。根據映射表及相關於輸出訊號DOUT的溫度感測控制訊號TEM_CON，溫度感測控制單元412可透過查表方式決定溫度感測校正電流ITEM的電流值。
請參考第5圖，第5圖為本發明實施例一類比數位轉換模組50的示意圖。類比數位轉換模組50類似於第1圖所示的類比數位轉換模組10，因此功能相似的元件及訊號沿用相同的符號。相較於類比數位轉換模組10，類比數位轉換模組50新增一計數單元510。計數單元510耦接於比較單元506，用來根據比較單元506輸出的比較訊號COM，產生數位輸出訊號DOUT。
關於類比數位轉換模組50的詳細運作方式，舉例說明如下。於具有一固定時間長度T_CH的時間區間TP3中，可變電流源500根據控制訊號CON停止產生可變電流IVAR至負輸入端INN，且待測電流源502根據控制訊號CON產生待測電流IS至負輸入端INN。取樣單元504開始積分待測電流源502所產生的待測電流IS，以使輸出電壓VOUT自參考電壓VREF(如地端電壓)開始上升。於時間區間TP3結束時，輸出電壓VOUT自參考電壓VREF上升至一電壓VA。接下來，於一時間區間TP4，待測電流源502根據控制訊號CON停止運作，且可變電流源500根據控制訊號CON開始產生可變電流IVAR至負輸入端INN。取樣單元504開始積分可變電流IVAR，以使輸出電壓VOUT自電壓VA開始下降。比較單元506比較輸 出電壓VOUT與參考電壓VREF間的大小關係，以產生比較訊號COM。根據比較訊號COM，計數單元510計數輸出電壓VOUT自電壓VA下降至參考電壓VREF的時間長度T_DIS(即時間區間TP4中輸出電壓VOUT變為小於參考電壓VOUT的時間點)。根據時間長度T_CH、T_DIS及可變電流IVAR的電流值，計數單元510可計算得知待測電流IS的電流值，並據以產生數位輸出訊號DOUT。由上述可知，類比數位轉換模組50的運作方式類似於一雙斜率(Dual Slope)類比數位轉換器。也就是說，透過新增計數單元510，類比數位轉換模組50可採用相異於迴圈式類比數位轉換模式或連續漸近類比數位轉換模式的轉換方式，來轉換待測電流IS。
需注意的是，類比數位轉換模組50可另包含有一電流校正單元(未繪示於第5圖)，用來根據數位輸出訊號DOUT，控制可變電流源500於時間區間TP3產生校正電流ICAL，以消除待測電流源502的非理想效應。
請參考第6圖，第6圖為本發明實施例一感測裝置60的示意圖。如第6圖所示，感測裝置60包含有一光發射模組LEM、一類比數位轉換模組CM、一開關單元SW、一感測單元SEN、一溫度感測單元SEN_T以及一處理單元DSP。光發射模組LEM包含有一光發射器EMI、一發射驅動器ED及一溫度校正單元CAL_T。光發射器EMI可為如發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)或雷射二極體(Laser Diode，LD)等可發射特定頻段光線的電子元件，且不限於此。光發射器EMI用來根據發射驅動器ED產生的光驅動訊號DRI，調整發射光線的強度。類比數位轉換模組CM類似於第1圖所示的類比數位轉換模組10，因此功能相同的元件沿用相同的符號。在此實施例中，耦接於正輸入端INP的負載單元LOA是由未接收光線的感光二極體所實現。感測單元SEN為一感光二極體，用來感測一物體OBJ反射光發射器EMI所產生的光線，以產生一感測電流ISEN。溫度感測單元SEN_T用來 產生與絕對溫度間之差距成正比的溫度感測電流IPTAT。開關單元SW用來根據控制訊號CON，於一時間區間TP5導通溫度感測單元SEN_T與類比數位轉換模組CM的負輸入端INN的連接，及一時間區間TP6導通感測單元SEN與類比數位轉換模組CM的負輸入端INN間的連接。也就是說，根據控制訊號CON，類比數位轉換模組CM於時間區間TP5中將溫度感測電流IPTAT轉換成數位輸出訊號DOUT，而在時間區間TP6中則將感測電流ISEN轉換成數位輸出訊號DOUT。換言之，開關單元SW根據控制訊號CON，選擇感測單元SEN或溫度感測單元SEN_T作為第1圖所示的待測電流源102。處理單元DSP用來輸出控制訊號CON，並根據數位輸出訊號DOUT產生溫度資訊INF_T至溫度校正單元CAL_T或產生光感測資訊INF_L至後端運算電路(如一微控制器或一微處理器)。如此一來，溫度校正單元CAL_T即可根據溫度資訊INF_T，調整發射驅動器ED所產生的光驅動訊號DRI，從而達到根據環境條件調整光發射器EMI亮度的目的。值得注意的是，由於感測裝置60使用單一類比數位轉換模組CM完成轉換感測電流ISEN及溫度感測電流IPTAT，因此感測裝置60的製造成本可獲得降低。
關於感測裝置60的詳細運作方式，舉例說明如下。在時間區間TP5，處理單元DSP調整控制訊號CON，以使開關單元SW導通溫度感測單元SEN_T與負輸入端INN間的連接，以輸出溫度感測電流IPTAT作為類比數位轉換模組CM的待測電流。類比數位轉換模組CM進入連續漸近類比數位轉換模式，以將溫度感測電流IPTAT轉換為數位輸出訊號DOUT。類比數位轉換模組CM運作於連續漸近類比數位轉換模式的詳細運作流程請參照前述，為求簡潔，在此不贅述。根據類比數位轉換模組CM運作於連續漸近類比數位轉換模式所產生的數位輸出訊號DOUT，處理單元DSP產生指示環境溫度的溫度感測資訊INF_T予溫度校正單元CAL_T。在一實施例中，溫度校正單元CAL_T中存放有環境溫度與光驅動訊號 DRI的強度(如光驅動訊號DRI的電流值)間的映射表。於接收到溫度感測資訊INF_T後，溫度校正單元CAL_T即可根據環境溫度調整光驅動訊號DRI的強度(即光發射器EMI所發射光線的強度)。
在時間區間TP6，處理單元DSP調整控制訊號CON，以使開關單元SW導通感測單元SEN與負輸入端INN間的連接，以輸出感測電流ISEN作為類比數位轉換模組CM的待測電流。類比數位轉換模組CM進入迴圈式類比數位轉換模式，以將感測電流ISEN轉換為數位輸出訊號DOUT。類比數位轉換模組CM運作於迴圈式類比數位轉換模式的詳細運作流程請參照前述，為求簡潔，在此不贅述。根據類比數位轉換模組CM運作於迴圈式類比數位轉換模式所產生的數位輸出訊號DOUT，處理單元DSP產生光感測資訊INF_L予後端運算電路。
上述實施例的類比數位轉換模組利用相同的硬體實現相異的轉換模式。在此狀況下，類比數位轉換模組可根據待測訊號及所需輸出規格，選擇適合的轉換模式來轉換待測訊號。此外，由於實現相同感測裝置所需的類比轉換模組數量可獲得減少，感測裝置的製造成本可獲得進一步的降低。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (16)

  1. 一種類比數位轉換模組，包含有：一取樣單元，用來根據一正輸入端的一正輸入電壓及一負輸入端的一負輸入電壓，於一正輸出端與一負輸出端間產生一輸出電壓；一比較單元，用來根據該輸出電壓與一參考電壓間的大小關係，產生一數位輸出訊號；一可變電流源，用來根據一控制訊號，於一第一時間區間根據該數位輸出訊號產生一可變電流至該負輸入端，以使該類比數位轉換模組運作於一第一運作模式；一待測電流源，用來產生一待測電流至該負輸入端；以及一調整單元，用來根據該數位輸出訊號，於一第二時間區間調整該輸出電壓，以使該類比數位轉換模組運作於一第二運作模式，該第二運作模式相異於該第一運作模式；其中，該第一時間區間與該第二時間區間不重疊。
  2. 如請求項1所述的類比數位轉換模組，其中在該第一時間區間，該第一運作模式為連續漸近類比數位轉換模式，使該類比數位轉換模組為一連續漸近暫存器(Successive approximation register)類比數位轉換器。
  3. 如請求項1所述的類比數位轉換模組，其中在該第二時間區間，該第二運作模式為迴圈式類比數位轉換模式，使該類比數位轉換模組為一迴圈式(Cyclic)類比數位轉換器。
  4. 如請求項1所述的類比數位轉換模組，另包含有：一處理單元，用來根據該數位輸出訊號，產生一電流校正訊號；以及一電流校正單元，用來根據該電流校正訊號，產生一電流控制訊號，以控制該可變電流源產生一校正電流至該負輸入端。
  5. 如請求項4所述的類比數位轉換模組，其中該電流校正單元利用查表方式，根據該電流校正訊號來產生該電流控制訊號。
  6. 如請求項1所述的類比數位轉換模組，另包含有：一負載單元，耦接於該正輸入端。
  7. 如請求項6所述的類比數位轉換模組，另包含有：一處理單元，用來根據該數位輸出訊號，產生一負載校正訊號；以及一負載校正單元，用來根據該負載校正訊號，產生一負載控制訊號，以調整該負載單元的負載。
  8. 如請求項1所述的類比數位轉換模組，其中於一第三時間區間，根據該控制訊號，該待測電流源於一第三時間區間產生該待測電流且該可變電流源停止產生該可變電流，以使該輸出電壓由該參考電壓開始上升；於該第三時間區間隨後的一第四時間區間，根據該控制訊號，該待測電流源停止產生該待測電流且該可變電流源產生該可變電流，以使該輸出電壓開始下降，且該類比數位轉換模組另包含有：一計數單元，耦接於該比較單元，用來計數在該第四時間區間內該輸出電壓變為小於該參考電壓的時間，以產生該數位輸出訊號。
  9. 一種感測裝置，包含有：一光發射模組，用來根據一溫度感測資訊，產生位於一預設頻段的光線；一類比數位轉換模組，包含有：一取樣單元，用來根據一正輸入端的一正輸入電壓及一負輸入端的一負輸入電壓，於一正輸出端與一負輸出端間產生一輸出電壓；一比較單元，用來根據該輸出電壓與一參考電壓間的大小關係，產生一數位輸出訊號；一可變電流源，用來根據一控制訊號，於一第一時間區間根據該數位輸出訊號產生一可變電流至該負輸入端，以使該類比數位轉換模組運作於一第一運作模式；以及一調整單元，用來根據該數位輸出訊號，於一第二時間區間調整該輸出電壓，以使該類比數位轉換模組運作於一第二運作模式，該第二運作模式相異於該第一運作模式；一感測單元，用來感測位於該預設頻段的光線，以產生一感測電流；一溫度感測單元，用來產生與絕對溫度成正比的一溫度感測電流；以及一開關單元，用來根據該控制訊號，於該第一時間區間導通該溫度感測單元與該負輸入端間的連接，及於該第二時間區間導通該感測單元與該負輸入端間的連接；以及一處理單元，用來產生該控制訊號，及根據該數位輸出訊號於該第一時間區間產生該溫度感測資訊及於該第二時間區間產生一光感測資訊；其中，該第一時間區間與該第二時間區間不重疊。
  10. 如請求項9所述的感測裝置，其中在該第一時間區間，該第一運作模式為連續漸近類比數位轉換模式，使該類比數位轉換模組為一連續漸近暫存器(Successive approximation register)類比數位轉換器。
  11. 如請求項9所述的感測裝置，其中在該第二時間區間，該第二運作模式為迴圈式類比數位轉換模式，使該類比數位轉換模組為一迴圈式(Cyclic)類比數位轉換器。
  12. 如請求項9所述的感測裝置，其中該處理單元根據該數位輸出訊號產生一電流校正訊號，且該類比數位轉換模組另包含有：一電流校正單元，用來根據該電流校正訊號，產生一電流控制訊號，以控制該可變電流源產生一校正電流至該負輸入端。
  13. 如請求項12所述的感測裝置，其中該電流校正單元利用查表方式，根據該電流校正訊號來產生該電流控制訊號。
  14. 如請求項9所述的感測裝置，另包含有：一負載單元，耦接於該正輸入端。
  15. 如請求項14所述的感測裝置，其中該處理單元根據該數位輸出訊號產生一負載校正訊號，且該類比數位轉換模組另包含有：一負載校正單元，用來根據該負載校正訊號，產生一負載控制訊號，以調整該負載單元的負載。
  16. 如請求項9所述的感測裝置，其中於一第三時間區間，根據該控制訊號，該開關單元導通該感測單元與該負輸入端的連接且該可變電流源停止產生該可變電流，以使該輸出電壓由該參考電壓開始上升；於該第三時間區間隨後的一第四時間區間，根據該控制訊號，該開關單元斷開該感測單元與該負輸入端的連接且該可變電流源產生該可變電流，以使該輸出電壓開始下降，且該類比數位轉換模組另包含有：一計數單元，耦接於該比較單元，用來計數在該第四時間區間內該輸出電壓變為小於該參考電壓的時間，以產生該數位輸出訊號。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI699690B (zh) * 2018-11-16 2020-07-21 友達光電股份有限公司 光感測電路
TWI680280B (zh) * 2018-11-19 2019-12-21 友達光電股份有限公司 光感測電路
CN109923785B (zh) * 2019-01-31 2020-11-27 深圳市汇顶科技股份有限公司 电流抵消电路、心率检测装置和可穿戴设备
TWI692112B (zh) * 2019-03-11 2020-04-21 茂達電子股份有限公司 適應性控制增益的光感測器
TWI786403B (zh) * 2020-05-14 2022-12-11 瑞士商Ａｍｓ國際有限公司 光學接近性感測器模組及包含該模組的設備，以及減少顯示螢幕之失真的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6747515B2 (en) * 2000-04-28 2004-06-08 Stmicroelectronics, Inc. Circuit for automatic regulation of a differential amplifier's gain
US7486386B1 (en) * 2007-09-21 2009-02-03 Silison Laboratories Inc. Optical reflectance proximity sensor
US20090261882A1 (en) * 2006-12-20 2009-10-22 International Business Machines Corporation Skewed Double Differential Pair Circuit for Offset Cancelllation
US7755421B2 (en) * 2005-07-12 2010-07-13 Agere Systems Inc. Analog amplifier having DC offset cancellation circuit and method of offset cancellation for analog amplifiers
US7894727B2 (en) * 2006-11-15 2011-02-22 Sharp Kabushiki Kaisha Operational amplifier circuit, bandpass filter circuit, and infrared signal processing circuit
US8253470B2 (en) * 2010-08-04 2012-08-28 Broadcom Corporation Offset calibration for amplifiers

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2702044B1 (fr) * 1993-02-26 1995-05-24 Marwal Systems Sa Circuit de traitement pour signal de sortie de capteur analogique résistif, notamment pour jauge de carburant sur véhicule automobile et systèmes équipés.
US6774740B1 (en) * 2002-04-19 2004-08-10 Sequoia Communications Corp. System for highly linear phase modulation
US6956417B2 (en) * 2003-11-21 2005-10-18 International Business Machines Corporation Leakage compensation circuit
US7960997B2 (en) * 2007-08-08 2011-06-14 Advanced Analogic Technologies, Inc. Cascode current sensor for discrete power semiconductor devices
TWI410853B (zh) * 2010-05-07 2013-10-01 Novatek Microelectronics Corp 用於觸控裝置之電容量測量裝置
US9823280B2 (en) * 2011-12-21 2017-11-21 Microchip Technology Incorporated Current sensing with internal ADC capacitor
US9175279B1 (en) * 2013-03-15 2015-11-03 Csl Limited Method of purifying factor VII and/or factor VIIa

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6747515B2 (en) * 2000-04-28 2004-06-08 Stmicroelectronics, Inc. Circuit for automatic regulation of a differential amplifier's gain
US7755421B2 (en) * 2005-07-12 2010-07-13 Agere Systems Inc. Analog amplifier having DC offset cancellation circuit and method of offset cancellation for analog amplifiers
US7894727B2 (en) * 2006-11-15 2011-02-22 Sharp Kabushiki Kaisha Operational amplifier circuit, bandpass filter circuit, and infrared signal processing circuit
US20090261882A1 (en) * 2006-12-20 2009-10-22 International Business Machines Corporation Skewed Double Differential Pair Circuit for Offset Cancelllation
US7486386B1 (en) * 2007-09-21 2009-02-03 Silison Laboratories Inc. Optical reflectance proximity sensor
US8253470B2 (en) * 2010-08-04 2012-08-28 Broadcom Corporation Offset calibration for amplifiers

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