TWI664400B - 環境光感測器 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種環境光感測器，包含光電元件、可變電容、運算放大器、比較器、脈波產生電路以及脈波累加器電路。光電元件轉換光能為光電流。可變電容連接在運算放大器的第一輸入端和輸出端之間。可變電容的電容值依據光電流值被調整。運算放大器基於第一輸入端的輸入電壓與第二輸入端的參考電壓的差值，以輸出誤差放大訊號。比較器比對誤差放大訊號與參考電壓，以輸出比對訊號。脈波產生電路判斷比較器的第一輸入端的輸入電壓大於參考電壓時輸出脈波訊號，脈波累加器電路計數第一輸入端電壓上升至大於參考電壓源的電壓的次數。
Description
本發明是有關於一種環境光感測器，且特別是有關於一種可在短時間內精確感測環境光強度的環境光感測器。
消費性電子產品，例如手機，使用越來越多的感測器，以達到節省能源並且增進人機間的互動性。舉例來說，目前最新的手機使用到十種以上的感測器。因此工程師們積極尋求將感測器整合的方法，以期減少能源、空間與成本。
環境光感測器(ambient light sensor)是用來感測環境光源的變化，改變手機面板的使用亮度。當周遭亮度較暗時，面板亮度跟著變暗避免刺激眼睛，在戶外光源較強時，手機面板背光會跟著變亮增加可視度。環境光感測器根據環境光源改變面板使用亮度，也能達到節能效果，增加手機使用時間。近距感測器(proximity sensor)是一種非接觸的物體偵測感應器，在行動裝置方面的應用，例如手機的接聽防觸控功能，一旦使用者的頭部靠近聽筒，手機觸控功能會自動關閉，防止講電話時臉與面板接觸造成的功能誤觸。環境光感測器與近距感測器兩者因同樣都是感測光強度，進行作動的光學系統，因此被整合於一封裝結構，以共享空間、耗材並且合併電力供應的線路佈局。
為解決習知技術的缺失，本發明的目的在於提供一種環境光感測器，適用於電子裝置。電子裝置包含電容調控電路。環境光感測器包含第一光電元件、可變電容、運算放大器、比較器、脈波產生電路以及脈波累加器電路。第一光電元件具有第一正極端以及第一負極端。第一光電元件的第一正極端接地。第一光電元件配置以將照射通過第一光電元件的光能轉換為光電流。可變電容連接電容調控電路。電容調控電路配置以依據光電流值調整可變電容的電容值。可變電容接收光電流。運算放大器具有第一放大輸入端以及第二放大輸入端，分別連接第一光電元件的第一負極端以及參考電壓源。運算放大器的輸出端以及第一放大輸入端之間連接可變電容。運算放大器配置以基於第一放大輸入端的電壓與參考電壓源的電壓的差值以及運算放大器的增益值，以輸出誤差放大訊號。比較器具有第一比較輸入端以及第二比較輸入端，分別連接運算放大器的輸出端以及參考電壓源。比較器配置以比對誤差放大訊號與參考電壓源，以輸出比對訊號。脈波產生電路連接比較器的輸出端。脈波產生電路配置以依據比對訊號判斷比較器的第一比較輸入端的電壓大於參考電壓源的電壓時，輸出脈波訊號具有一波形的上升緣或下降緣對準第一比較輸入端的電壓波形的電壓從小於參考電壓源的電壓上升至等於參考電壓源的電壓的一瞬時點。脈波累加器電路連接脈波產生電路以及比較器的輸出端。脈波累加器電路基於比對訊號在第一比較輸入端的電壓從小於參考電壓源的電壓上升至大於參考電壓源的電壓時，實現計數。
如上所述，相比於僅具少量光電元件的傳統環境光感測器在環境光源的光強度較小時需耗費相當長的感測時間，為了節省感測時間，進一步改良的傳統環境光感測器內需設置大量光電元件，這些大量光電元件佔用了電子裝置內的積體電路的容置空
間，使電子裝置的尺寸無法縮小。因此，本發明所提供環境光感測器，其透過增加可變電容以及脈波產生電路與其他電路元件的配置，可在僅設置少量(僅兩個)光電元件以節省電路元件配置成本和縮小佔用空間的條件下，在短時間內精準地感測環境光源的光強度，以供電子裝置可依據環境光感測器的感測結果，調整顯示螢幕至具有更符合期望的亮度。
1‧‧‧電子裝置
10‧‧‧環境光感測器
20‧‧‧電容調控電路
30‧‧‧控制電路
100‧‧‧運算放大器
EAO1、EAO11、EAO2、EAO3‧‧‧誤差放大訊號
200‧‧‧比較器
CMP1、CMP2、CMP3‧‧‧比對訊號
300‧‧‧邏輯電路
SET‧‧‧設置端
RESET‧‧‧重置端
Q、‧‧‧輸出端
LOG1、LOG2、LOG3‧‧‧邏輯訊號
400‧‧‧計數電路
410‧‧‧脈波累加器電路
D‧‧‧輸入端
CK‧‧‧時脈端
CON1、CON2、CON3‧‧‧次數
500‧‧‧脈波產生電路
PG2、PG3‧‧‧脈波訊號
600‧‧‧儲存電路
610‧‧‧脈波儲存電路
REG1、REG2、REG3‧‧‧儲存訊號
CLKL1、CLKR1‧‧‧時脈訊號
IT_EN‧‧‧致能訊號
C1‧‧‧可變電容
S1、S2‧‧‧開關元件
M1‧‧‧電流鏡電路
T1、T2‧‧‧電晶體
C2‧‧‧固定電容
PD1、PD2‧‧‧光電元件
Iph‧‧‧光電流
Idark‧‧‧暗電流
SH‧‧‧遮光元件
VREF‧‧‧參考電壓源
IREF‧‧‧可變電流源
IREF2‧‧‧定電流源
Gain‧‧‧增益
圖1是本發明第一實施例的應用環境光感測器的電子裝置的內部元件的方塊圖。
圖2是本發明第一實施例的環境光感測器應用於電子裝置的電路佈局圖。
圖3是本發明第一實施例的環境光感測器的運算放大器輸出的誤差放大訊號與接收的參考電壓訊號的波形圖。
圖4是本發明第二實施例的環境光感測器應用於電子裝置的電路佈局圖。
圖5是本發明第三實施例的環境光感測器應用於電子裝置的電路佈局圖。
圖6是本發明第三實施例的環境光感測器的運算放大器輸出的誤差放大訊號、比較器輸出的比對訊號、邏輯電路輸出的邏輯訊號、脈波累加器電路計數的次數以及輸入至脈波儲存電路的致能訊號的波形圖。
圖7是本發明第三實施例的環境光感測器的光電元件的光電流對脈波累加器電路的計數次數的曲線圖。
圖8是傳統環境光感測器的光電元件的光電流對計數電路的計數次數的曲線圖。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所揭露有關本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所揭露的內容並非用以限制本發明的保護範圍。
應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件或者訊號，但這些元件或者訊號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一訊號與另一訊號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
為了解釋清楚，在一些情況下，本技術可被呈現為包括包含功能塊的獨立功能塊，其包含裝置、裝置元件、軟體中實施的方法中的步驟或路由，或硬體及軟體的組合。
實施根據這些揭露方法的裝置可以包括硬體、韌體及/或軟體，且可以採取任何各種形體。這種形體的典型例子包括筆記型電腦、智慧型電話、小型個人電腦、個人數位助理等等。本文描述之功能也可以實施於週邊設備或內置卡。透過進一步舉例，這種功能也可以實施在不同晶片或在單個裝置上執行的不同程序的電路板。
該指令、用於傳送這樣的指令的介質、用於執行其的計算資源或用於支持這樣的計算資源的其他結構，係為用於提供在這些揭露中所述的功能的手段。
[第一實施例]
請參閱圖1，其是本發明第一實施例的應用環境光感測器的電
子裝置的內部元件的方塊圖。如圖1所示，本發明實施例的環境光感測器10可應用於電子裝置1例如行動裝置。環境光感測器10可對應電子裝置1的顯示螢幕的位置配置，以感測照射電子裝置1的顯示螢幕的環境光源的光強度，如室內和室外環境光源強度。值得注意的是，電子裝置1可透過控制電路30指示電容調控電路20調整環境光感測器10感測的時間和精確度。電子裝置1的控制電路30可依據環境光感測器10的感測結果，調整電子裝置1的顯示螢幕的亮度。
請一併參閱圖2，其是本發明第一實施例的環境光感測器應用於電子裝置的電路佈局圖。如圖2所示，本發明實施例的環境光感測器10應用於電子裝置1的電容調控電路20和控制電路30。環境光感測器10包含運算放大器100、比較器200、邏輯電路300、計數電路400、儲存電路600、光電元件PD1、PD2、可變電容C1、電流鏡電路M1以及開關元件S1、S2。
光電元件PD1與光電元件PD2相互並聯。運算放大器100的反相輸入端連接光電元件PD1、PD2的負極端。光電元件PD1、PD2的正極端接地。運算放大器100的非反相輸入端連接參考電壓源VREF。開關元件S2與可變電容C1並聯。可變電容C1以及開關元件S2皆連接在運算放大器100的輸出端和反相輸入端之間。開關元件S1的第一端連接可變電流源IREF，其提供的電流為可變值，但本發明不以此為限，實施上亦可如圖4所示替換為定電流源IREF2；而開關元件S1的第二端連接開關元件S2，開關元件S1的控制端連接邏輯電路300的輸出端。
可變電容C1可無線連接或有線連接電子裝置1的電容調控電路20，以透過電子裝置1的電容調控電路20調整可變電容C1的電容值。例如，在本實施例中，可變電容C1串聯電容調控電路20。實務上，亦可由人手直接接觸可變電容C1，以取代電容調控電路20調整可變電容C1的電容值。
電流鏡電路M1可選擇性地被設置。電流鏡電路M1的輸入端可連接電壓源或電流源。電流鏡電路M1的兩輸出端分別連接光電元件PD1的負極端以及光電元件PD2的負極端。舉例來說，電流鏡電路M1包含PMOS電晶體T1以及PMOS電晶體T2。電晶體T1以及電晶體T2的源極端連接電流源或電壓源。電晶體T1的閘極端連接電晶體T2的閘極端以及電晶體T1的汲極端。電晶體T1的汲極端連接光電元件PD2的負極端，而電晶體T2的汲極端連接光電元件PD1的負極端。
比較器200的非反相輸入端連接運算放大器100的輸出端，而比較器200的反相輸入端連接參考電壓源VREF。比較器200的輸出端連接邏輯電路300的設置端SET。邏輯電路300的重置端RESET可連接額外的時脈電路以取得時脈訊號CLKL1。在本實施例中，邏輯電路300以及計數電路400分別為S-R與D型正反器，實務上亦可依需求替換其他邏輯電路元件，本發明不以此為限。
邏輯電路300的輸出端Q連接計數電路400的輸入端D。計數電路400的時脈端CK可連接額外的時脈電路以取得時脈訊號CLKL1。計數電路400的輸出端連接儲存電路600。例如，儲存電路600可為暫存器或其他具有儲存功能的電路元件。儲存電路600的輸出端可連接電子裝置1的串列介面例如I2C介面，並透過此串列介面連接控制電路30。
另外，控制電路30可接觸光電元件PD1、PD2的負極端或與光電元件PD1、PD2的負極端連皆的線路，以偵測取得光電元件PD1產生的光電流Iph以及光電元件PD2產生的暗電流Idark。替換地，由電容調控電路20偵測取得光電元件PD1產生的光電流Iph以及光電元件PD2產生的暗電流Idark。
值得注意的是，傳統環境光感測器為了在短時間內感測到周圍環境的較小光強度的光源，內部需設置一組大量例如64個光電
感測器。另外，由於光電感測器在沒有被環境光源照射的情況下會產生暗電流(又稱為漏電流)，故傳統電子裝置內需另設置與用以感測環境光源的光電感測器相同數量的另一組例如64個光電感測器。因此，為了感測出正確的光強度，傳統電子裝置內共需設置非常大量例如共128個光電感測器，以透過其中一組光電感測器在被環境光源照射下產生光電流，以及透過另一組光電感測器在未被環境光源照射下產生暗電流，並計算光電流與暗電流的相減值，以取得對應環境光強度的實際電流值。因此，若傳統電子裝置需依據實際電流值精確地調整顯示螢幕的亮度，則需設置大量的光電感測器，占用電子裝置內的積體電路空間，導致電子裝置的尺寸無法縮小。
相比之下，本發明實施例僅採用單一個光電元件PD1用以在環境光源照射通過光電元件PD1產生光電流Iph，以及對應設置單一個光電感測器PD2產生暗電流。如圖2所示，當環境光源例如太陽光或燈光照射光線通過光電元件PD1時，光電元件PD1將環境光源供應的光能轉換為光電流Iph。光電流Iph值與光強度成正比。光電流Iph接著流至可變電容C1，以對可變電容C1進行充電。
應理解，在可變電容C1的電容值固定的情況下，環境光源的光強度越小導致每次產生越小的光電流Iph時，運算放大器對可變電容C1的充電時間將越長，亦即使比較器的非反相輸入端的電壓上升至大於比較器的反相輸入端接收的參考電壓源VREF的電壓所需耗費的時間越長。相反地，環境光源的光強度越大，則可變電容C1的充電時間將越短。
為使環境光感測器10在環境光源的光強度較小時仍具有良好的感測效率，甚至使在產生不同大小的光電流Iph值時具有相同的感測時間，電子裝置1可調整環境光感測器10的可變電容C1的電容值。具體地，電子裝置1可透過與可變電容C1串聯的電
容調控電路20內的電流偵測器，或實務上透過控制電路30內的電流偵測器或其他額外配置的電流偵測器，以偵測待通過可變電容C1的光電流Iph值。
電子裝置1的電容調控電路20可依據感測到的光電流Iph值，決定可變電容C1的電容值的調整幅度。當光電流Iph值小於電容調控電路20預先儲存的光電流預設值時，電容調控電路20可調低可變電容C1的電容值，以及電容調控電路20或其他控制電路元件可調低可變電流源IREF提供的電流值，以縮短透過此較小光電流Iph將可變電容C1的電壓從零值充電至目標電壓值的時間。
相反地，當光電流Iph值大於電容調控電路20預先儲存的光電流預設值時，電容調控電路20可不調整或調高可變電容C1的電容值以及可變電流源IREF的電流，使透過此較大光電流Iph將可變電容C1的電壓從零值充電至目標電壓值的時間與上述透過與較小光電流Iph的充電時間基本上相同且此時間小於時間門檻值。
運算放大器100計算運算放大器100的反相輸入端的輸入電壓與運算放大器100的非反相輸入端接收的參考電壓源VREF的電壓的差值。運算放大器100將此差值與運算放大器100的增益值相乘，並依據此乘積值輸出對應的誤差放大訊號EAO1。
比較器200的非反相輸入端接收到誤差放大訊號EAO1時，比較器200比對誤差放大訊號EAO1波形的電壓與比較器200的反相輸入端接收的參考電壓源VREF的電壓的差值，以輸出比對訊號CMP1。例如，當誤差放大訊號EAO1波形的電壓值大於參考電壓源VREF的電壓值時，比較器200輸出代表高位準邏輯1的比對訊號CMP1。相反地，當誤差放大訊號EAO1波形的電壓值小於參考電壓源VREF的電壓值時，比較器200輸出代表低位準邏輯0的比對訊號CMP1。
當邏輯電路300的設置端SET接收到比對訊號CMP1具有達到參考準位例如邏輯準位為1的波形，以及邏輯電路300從比較器200接收到代表高位準邏輯1的比對訊號CMP1時，輸出高位準的邏輯訊號LOG1至計數電路400。
計數電路400接收到高位準的邏輯訊號LOG1時，計數電路400基於比對訊號CMP1計數比較器200的非反相輸入端的電壓從小於參考電壓源VREF的電壓上升至大於參考電壓源VREF的電壓的次數CON1。計數電路400計數時間長度取決於觸發計數電路400的時脈訊號CLKL1波形的週期的時間長度。計數電路400可輸出計數次數CON1至儲存電路600儲存。在計數完成後，可透過高位準的脈波訊號CLK1正緣觸發邏輯電路300進行重置。
儲存電路600可依據計數次數CON1，輸出對應的儲存訊號REG1至電子裝置1的控制電路30。電子裝置1的控制電路30可依據來自儲存電路600的儲存訊號REG1以及電容調控電路20調整可變電容C1的幅度，以判斷目前環境光源的光強度，並據以調整電子裝置1的顯示螢幕的亮度。
為使電子裝置1更精確地調整顯示螢幕的螢幕亮度。環境光感測器10內另設置光電元件PD2，與光電元件PD1並聯連接。光電元件PD1、PD2的負極端連接運算放大器100的反相輸入端，而光電元件PD1、PD2的正極端接地。遮光元件SH可配置以遮蔽光電元件PD2以阻止環境光源照射通過光電元件PD2。
電子裝置1的控制電路30內的偵測元件可偵測環境光感測器10的光電元件PD1被環境光源照射而產生的光電流Iph，以及光電元件PD2沒有被任何光源照射下產生的暗電流Idark。在本實施例中，光電元件PD1與光電元件PD2具有相同的特性。光電元件PD1產生的光電流Iph為暗電流Idark與環境光能轉換的實際電流的總和。因此，電子裝置1的控制電路30將光電流Iph與暗電流Idark相減以取得實際電流，如此可依據對應環境光源轉換的實際
電流，更精確地調整電子裝置1的螢幕亮度。
補充地說，當邏輯電路300的輸出端Q產生邏輯1代表正在進行計數作業時，邏輯電路300的輸出端則輸出邏輯0至開關元件S1，此時開關元件S1為導通狀態。相反地，當邏輯電路300的輸出端Q產生邏輯0而邏輯電路300的輸出端輸出邏輯1時，此時開關元件S1為截止狀態，計數電路400不進行計數作業，而是透過光電元件PD1產生的光電流Iph放電可變電容C1之前的初始調整值，或是說運算放大器對可變電容C1進行充電作業。邏輯電路300的輸出端輸出邏輯0至開關元件S1可控制開關元件S1運作，可變電流源IREF可供應電流導通開關元件S1、S2，使光電元件PD1產生的光電流Iph或其他電流皆不流過可變電容C1而是通過開關元件S2。
請一併參閱圖3，其是本發明第一實施例的環境光感測器的運算放大器輸出的誤差放大訊號與接收的參考電壓訊號的波形圖。
如圖3所示的上方波形代表增益Gain為1倍時，運算放大器100輸出的誤差放大訊號EAO1。而如圖3所示的下方波形則代表增益Gain為2倍時，運算放大器100輸出的誤差放大訊號EAO11。如圖3所示，誤差放大訊號EAO11為誤差放大訊號EAO1的兩倍，意指在相同的計數時間長度內，誤差放大訊號EAO11的波形數量，即計數次數(對應電容C1的充放電速度)為誤差放大訊號EAO1的兩倍。換言之，增益Gain大小取決於調整後的電容C1值，以及可變電流源IREF提供的經調整後的電流值。
由於可變電容C1的電容值依據光電流Iph值調整，運算放大器100輸出的每一個誤差放大訊號EAO1、EAO11所具有的多個波形，除了初始調整的第一個波形外，其他多個波形基本上具有相同的振幅和週期，且每一波形的週期小於時間門檻值。
[第二實施例]
請參閱圖4，其是本發明第二實施例的環境光感測器應用於電子裝置的電路佈局圖。如圖4所示，本發明實施例的環境光感測器10包含運算放大器100、比較器200、邏輯電路300、脈波累加器電路410、脈波產生電路500、脈波儲存電路610、光電元件PD1、PD2、固定電容C2、電流鏡電路M1以及開關元件S1、S2。
第二實施例與第一實施例差異在於，第一實施例的電容C1為可變電容；而第二實施例的電容C2為固定電容即不可變電容(實施上亦可替換為可變電容)，並且環境光感測器10內另設有脈波產生電路500。脈波產生電路500連接開關元件S1的控制端、邏輯電路300的輸出端、脈波累加器電路410的輸入端。另外，第一實施例的邏輯電路300連接額外的時脈產生電路，以透過時脈訊號CLKL1正緣觸發邏輯電路300，而第二實施例的邏輯電路300的設置端SET連接比較器200的輸出端外，重置端RESET透過反或閘連接比較器200的輸出端。
實施上，光電元件PD1產生的光電流Iph持續對固定電容C2放電。放電時間與環境光源的光強度成反比。運算放大器100將運算放大器100的反相輸入端的輸入電壓與參考電壓源VREF的電壓的差值與增益相乘後，輸出對應的誤差放大訊號EAO2。
比較器200比對誤差放大訊號EAO2波形的電壓值大於參考電壓源VREF的電壓值時，比較器200輸出代表邏輯1的比對訊號CMP2至邏輯電路300的設置端SET以及反或閘的一輸入端。當邏輯電路300的設置端SET接收到代表邏輯1的比對訊號CMP2時，邏輯電路300透過輸出端Q輸出代表邏輯1的邏輯訊號LOG2至脈波累加器電路410的輸入端，脈波累加器電路410進行計數，以產生次數CON2儲存在脈波儲存電路610中，或更新脈波儲存電路610儲存的原次數CON2。
值得注意的是，邏輯電路300輸出邏輯訊號LOG2至脈波累加器電路410時，可輸出邏輯訊號LOG2至脈波產生電路500，以
在脈波累加器電路410完成計數之後，重置邏輯電路300。更具體地，當反或閘的一輸入端從比較器200接收到的比對訊號CMP2以及反或閘的另一輸入端從脈波產生電路500接收到的脈波訊號PG2的位準皆為邏輯0時，反或閘產生代表邏輯1的訊號至邏輯電路300的重置端RESET，以重置邏輯電路300。
上述比對訊號CMP2具有一波形的上升緣或下降緣對準誤差放大訊號EAO2波形的電壓從小於參考電壓源VREF的電壓上升至不小於參考電壓源VREF的電壓的瞬時點。在誤差放大訊號EAO2波形的瞬時點，脈波累加器電路410基於比對訊號CMP2，以計數比較器200的非反相輸入端的輸入電壓從小於參考電壓源VREF的電壓上升至大於參考電壓源VREF的電壓的次數CON2。
也就是說，當誤差放大訊號EAO2波形的電壓從小於參考電壓源VREF的電壓上升至大於參考電壓源VREF的電壓時，脈波累加器電路410進行計數作業，如此可使脈波累加器電路410計數的次數CON2正確而沒有遺漏。據此，電子裝置的控制電路30可依據脈波累加器電路410計數的正確次數CON2，精確地調整電子裝置的螢幕亮度。
另一方面，脈波產生電路500可依據邏輯電路300輸出的邏輯訊號LOG2的數值、計數次數和時間控制開關元件S1的操作。當脈波產生電路500輸出低位準的脈波訊號導通開關元件S1時，定電流源IREF2提供的電流通過開關元件S1流至如圖4所示的其他電路元件例如電容C2。
[第三實施例]
請參閱圖5，其是本發明第三實施例的環境光感測器應用於電子裝置的電路佈局圖。如圖5所示，本發明實施例的環境光感測器10包含運算放大器100、比較器200、邏輯電路300、脈波累加器電路410、脈波產生電路500、脈波儲存電路610、光電元件PD1、
PD2、可變電容C1、電流鏡電路M1以及開關元件S1、S2。本實施例是將第二實施例的固定電容C2取代為可變電容C1。或者替換地，又另一實施例，將第一實施例的電路增設脈波產生電路500，配置方式參照第二實施例。因此，本實施例和又另一實施例可透過增加可變電容C1以及脈波產生電路500的配置，使得電子裝置1可隨著環境光源強度的變化，即時調整顯示螢幕至具有更符合期望的亮度。
請一併參閱圖6，其是本發明第三實施例的環境光感測器的運算放大器輸出的誤差放大訊號、比較器輸出的比對訊號、邏輯電路輸出的邏輯訊號、脈波累加器電路計數的次數以及輸入至脈波儲存電路的致能訊號的波形圖。如圖6所示，由上至下依序為輸入至運算放大器100以及比較器200的參考電壓源VREF、運算放大器100輸出的誤差放大訊號EAO3、比較器200輸出的比對訊號CMP3、邏輯電路300輸出的邏輯訊號LOG3、脈波累加器電路410輸出的次數CON3、輸入至脈波儲存電路610的致能訊號IT_EN的波形。
當誤差放大訊號EAO3的電壓值上升至超過參考電壓源VREF的電壓值時，比較器200輸出高位準的比對訊號CMP3至邏輯電路300的設置端SET。如圖6所示，誤差放大訊號EAO3的每一個波形的電壓值從小於參考電壓源VREF的電壓上升至等於參考電壓源VREF的瞬時點，對準比對訊號CMP3波形從低邏輯準位0轉為高邏輯準位1之間的上升緣。
當邏輯電路300的設置端SET接收到高位準的比對訊號CMP3時，邏輯電路300輸出高位準的邏輯訊號LOG3至脈波累加器電路410，觸發脈波累加器電路410計數比較器200的非反相輸入端的電壓從小於參考電壓源VREF的電壓上升至大於參考電壓源VREF的電壓的次數CON3，即計數比對訊號CMP3波形的數量。
也就是說，誤差放大訊號EAO3的波形的上升緣隨著光電流Iph對電容C1放電而逐漸上升，直到電容C1的電壓上升至大於參考電壓源的電壓時，誤差放大訊號EAO3的波形的下降緣隨著可變電流源IREF提供的電流對電容C1的充電作業而逐漸下降，邏輯訊號LOG3隨著每次的充放電作業產生一個脈波，脈波累加器電路410計數在一段時間內的脈波的數量，即電容C1進行充放電作業的次數。
由於環境光感測器的電路元件可極快地傳輸訊號，使誤差放大訊號EAO3的每一個波形的電壓值從小於參考電壓源VREF的電壓上升至等於參考電壓源VREF時，脈波累加器電路410基本上進行計數作業。
另外，邏輯電路300可輸出高位準的邏輯訊號LOG3至脈波產生電路500。脈波產生電路500接著輸出對應邏輯訊號LOG3的脈波訊號PG3至邏輯電路300的重置端RESET連接的反或閘，例如脈波訊號PG3具有與如圖6所示的邏輯訊號LOG3相同的脈波寬度，使誤差放大訊號EAO3的波形在此脈波寬度的時間內對電容C1進行放電。直到此脈波寬度的時間結束後，脈波產生電路500從高位準轉為輸出低位準的脈波訊號PG3至反或閘，同時如圖6所示的比對訊號CMP3亦為低位準時，觸發邏輯電路300進行重置作業。在重置後，邏輯電路300轉為輸出低位準的邏輯訊號LOG3。
如上所述，誤差放大訊號EAO3已在脈波寬度時間內對C1放電到低位準。而當流出電容C1的光電流Iph逐漸增加，使電容C1的電壓再次往上爬升，如圖6所示的誤差放大訊號EAO3的下一個波形的電壓上升到超過VREF時，再次重覆上述的操作。
請一併參閱圖7和圖8，圖7是本發明第三實施例的環境光感測器的光電元件產生的光電流對脈波累加器電路的計數次數的曲線圖，圖8是傳統環境光感測器的光電元件的光電流對計數電路
的計數次數的曲線圖。如圖7和圖8所示，橫軸為光電流的電流值，縱軸為計數電路與脈波累加器電路計數的次數。
顯然，如圖8所示的傳統環境光感測器的曲線則呈不規則。這意味著傳統環境光感測器的時脈產生電路產生固定的時脈訊號的波形，導致誤差放大訊號的輸出端每一個波形的電壓值從小於參考電壓源的電壓上升至等於參考電壓源的瞬時點，可能未如圖6所示的誤差放大訊號EAO3對準脈波訊號的上升緣，因而未觸發計數電路進行計數，使得計數電路計數的次數有缺漏，進而導致電子裝置的顯示螢幕的亮度調整不精準與非線性。
相比之下，如圖7所示的本發明實施例的環境光感測器的曲線呈線性，意味著可在比較器200的非反相輸入端的電壓從小於參考電壓源的電壓上升至大於參考電壓源VFEF的瞬時點，脈波產生電路500產生對應的脈波訊號PG3，觸發脈波累加器電路410計數比較器200的非反相輸入端的電壓從小於參考電壓源VREF的電壓上升至大於參考電壓源VREF的電壓的次數CON3。因此，本發明實施例可有效提升電子裝置的顯示螢幕的螢幕亮度調整的精確度。
[實施例的有益效果]
本發明的有益效果在於，本發明所提供環境光感測器，其透過增加可變電容以及脈波產生電路與其他電路元件的配置，可在僅設置少量(僅兩個)光電元件以節省電路元件配置成本和縮小佔用空間的條件下，在短時間內精準地感測環境光源的光強度，以供電子裝置可依據環境光感測器的感測結果，調整顯示螢幕至具有更符合期望的亮度。
最後須說明地是，於前述說明中，儘管已將本發明技術的概念以多個示例性實施例具體地示出與闡述，然而在此項技術的領域中具有通常知識者將理解，在不背離由以下申請專利範圍所界
定的本發明技術的概念之範圍的條件下，可對其作出形式及細節上的各種變化。
Claims (10)
- 一種環境光感測器，適用於一電子裝置，該電子裝置包含一電容調控電路，該環境光感測器包含：一第一光電元件，具有一第一正極端以及一第一負極端，該第一光電元件的該第一正極端接地，該第一光電元件配置以將照射通過該第一光電元件的光能轉換為一光電流；一可變電容，連接該電容調控電路，該電容調控電路配置以依據該光電流值調整該可變電容的一電容值，該可變電容接收該光電流；一運算放大器，具有一第一放大輸入端以及一第二放大輸入端，分別連接該第一光電元件的該第一負極端以及一參考電壓源，該運算放大器的輸出端以及該第一放大輸入端之間連接該可變電容，該運算放大器配置以基於該第一放大輸入端的電壓與該參考電壓源的電壓的差值以及該運算放大器的增益值，以輸出一誤差放大訊號；一比較器，具有一第一比較輸入端以及一第二比較輸入端，分別連接該運算放大器的輸出端以及該參考電壓源，該比較器配置以比對該誤差放大訊號與該參考電壓源，以輸出一比對訊號；一脈波產生電路，連接該比較器的輸出端，配置以依據該比對訊號判斷該比較器的該第一比較輸入端的電壓大於該參考電壓源的電壓時，輸出一脈波訊號具有一波形的上升緣或下降緣對準該第一比較輸入端的電壓波形的電壓從小於該參考電壓源的電壓上升至不小於該參考電壓源的電壓的一瞬時點；以及一脈波累加器電路，連接該脈波產生電路以及該比較器的輸出端，該脈波累加器電路配置以基於該比對訊號在該第一比較輸入端的電壓從小於該參考電壓源的電壓上升至大於該參考電壓源的電壓時，實現計數。
- 如請求項1所述的環境光感測器，更包含一第二光電元件以及一遮光元件，該遮光元件配置以遮蔽該第二光電元件以阻止光照射通過該第二光電元件，該第二光電元件並聯連接該第一光電元件，該第二光電元件具有一第二正極端以及一第二負極端，分別接地以及連接該運算放大器的該第一放大輸入端，該第二光電元件輸出一暗電流。
- 如請求項2所述的環境光感測器，其中該電子裝置更包含一控制電路，配置以取得該第一光電元件的該光電流值以及該第二光電元件的該暗電流值，並將該光電流值與該暗電流值相減以取得一環境光電流值，並依據該環境光電流值判斷光強度。
- 如請求項2所述的環境光感測器，更包含一電流鏡電路，該電流鏡電路的輸入端連接電壓源或電流源，該電流鏡電路的兩輸出端分別連接該第一光電元件的該第一負極端以及該第二光電元件的該第二負極端。
- 如請求項1所述的環境光感測器，更包含一邏輯電路，連接在該比較器以及該脈波累加器電路之間，該邏輯電路配置以接收該比較器輸出的該比對訊號，並將該比對訊號轉換為一邏輯訊號輸出至該脈波累加器電路。
- 如請求項5所述的環境光感測器，其中該邏輯電路為S-R型正反器。
- 如請求項1所述的環境光感測器，更包含一脈波儲存電路，連接該脈波累加器電路，配置以儲存該脈波累加器電路計數該比較器的該第一比較輸入端的電壓波形的電壓從小於該參考電壓源的電壓上升至不小於該參考電壓源的電壓的次數。
- 如請求項1所述的環境光感測器，更包含一電流源，該電流源連接至與該運算放大器的該第一放大輸入端連接的該可變電容的一端，該電流源提供電流流過該可變電容，該電流源包含一可變電流源、一定電流源或其組合，該電容調控電路配置以依據該光電流值調整該可變電流源的電流值。
- 如請求項8所述的環境光感測器，更包含一第一開關元件，該第一開關元件的一第一端、一第二端和一控制端分別連接該電流源、該運算放大器的該第一放大輸入端以及該脈波產生電路。
- 如請求項1所述的環境光感測器，更包含一第二開關元件，該第二開關元件連接在該運算放大器的輸出端以及該運算放大器的該第一放大輸入端之間，該第二開關元件與該可變電容並聯。
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