TWI689706B - 定位感測處理裝置 - Google Patents

Abstract

一種定位感測處理裝置，包括複數個光感測器、訊號處理單元、電流鏡單元與轉換單元。光感測器間隔排列，感測週期性光場，以產生多個定位感測電流訊號。訊號處理單元接收定位感測電流訊號，並提供負載隔離，以產生第一電流訊號與第二電流訊號，且第二電流訊號輸出至一節點，其中第一電流訊號與第二電流訊號分別對應光感測器之第一群組與第二群組。電流鏡將第一電流訊號鏡射成第三電流訊號，且第三電流訊號輸出至節點。轉換單元將第二電流訊號與第三電流訊號於節點上所形成的差動電流訊號轉換成電壓訊號。

Description

定位感測處理裝置

本發明關於一種定位感測處理裝置。

一般於光柵定位感測器的開發設計上，會採用一種結構性的複數個光感測器排列。針對光柵產生的光場進行感測，此方式結構利用半導體製程製作光感測器，於單一基板上作出精準的結構，同時也縮小尺度，並利用複數光感測器間差動訊號處理，提高對訊號共模干擾的抑制能力。在實際應用上，光感測器普遍上為光轉電流的型態，要能夠進入電路運算，需將電流轉換成電壓形式。

然而，由於製程的關係，複數個光感測器會具有共極性結構，使得光感測器不容易達成電流差動的感測結構且由於光感測器及接點本身具備的阻抗特性，在直耦高頻電路上，此阻抗特性的負載效應會影響對訊號的注入效率以及其他電路的操作頻寬。因此，如何有效地阻隔阻抗特性之負載效應成為一重要議題。

本發明提供一種定位感測處理裝置，藉以消除電流訊號的共模訊號(包含共模直流(Direct Current, DC)及共模雜訊)，以及提高訊號的注入效率及增加操作頻寬。

本發明提供一種定位感測處理裝置，包括複數個光感測器、訊號處理單元、電流鏡單元與轉換單元。光感測器間隔排列，感測週期性光場，以產生多個定位感測電流訊號。訊號處理單元耦接光感測器，接收上述定位感測電流訊號，並提供負載隔離以產生第一電流訊號與第二電流訊號，且第二電流訊號輸出至一節點，第一電流訊號對應光感測器之第一群組所產生的定位感測電流訊號，第二電流訊號對應光感測器之第二群組所產生的定位感測電流訊號。電流鏡單元耦接訊號處理單元，接收第一電流訊號，並將第一電流訊號鏡射成第三電流訊號，且第三電流訊號輸出至節點。轉換單元耦接節點，接收第二電流訊號與第三電流訊號於節點上所形成的差動電流訊號，並將差動電流訊號轉換成電壓訊號。

本發明所揭露之定位感測處理裝置，透過訊號處理單元接收光感測器所產生之定位感測電流訊號，並提供負載隔離，以產生第一電流訊號與第二電流訊號，且電流鏡單元將第一電流訊號鏡射成第三電流訊號，第二電流訊號與第三電流訊號於節點上形成差動消除效果而消除電流訊號的共模訊號(共模直流及共模雜訊)，以產生差動電流訊號，則轉換單元將其所接收之差動電流訊號轉換成電壓訊號。如此一來，可以有效地隔離光感測器之內部阻抗與輸出負載的影響，也可以降低對轉換單元的頻寬限制，以提高電流訊號的注入效率及增加轉換單元的操作頻寬。

本說明書的技術用語參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋以本說明書之說明或定義為準。本揭露之各個實施例分別具有一或多個技術特徵。在可能實施的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施任一實施例中部分或全部的技術特徵，或者選擇性地將這些實施例中部分或全部的技術特徵加以組合。

在以下所列舉的各實施例中，將以相同的標號代表相同或相似的元件或組件。

第1A圖為依據本發明之一實施例之光感測器的示意圖。第1B圖為依據本發明之一實施例之定位感測處理裝置的示意圖。請參考第1A圖及第1B圖，定位感測處理裝置100包括複數個光感測器110_1~110_N、訊號處理單元120、電流鏡單元130與轉換單元140，其中N為大於1的正整數。

光感測器110_1~110_N間隔排列，如第1A圖所示。例如，多個光感測器110_1~110_N之間可具有固定間距，用以感測週期性光場，以產生多個定位感測電流訊號。其中，固定間距例如為5um。舉例來說，前述多個定位感測電流訊號可以是正交的訊號，但本發明不限於此，依據多個定位感測電流訊號的振幅及相位關係，可以計算得到位移訊號相關的輸出。

在本實施例中，光感測器110_1~110_N可產生相位差為90度的4個定位感測電流訊號，分別對應0度、90度、180度及270度的相位訊號。也就是說，光感測器110_1~110_N可分成第一群組到第四群組，其中第一群組之光感測器對應0度，而第二群組之光感測器對應180度，第三群組之光感測器對應90度，而第四群組之光感測器對應270度。

舉例來說，光感測器110_1、110_5、110_9、…、110_N-3對應0度，光感測器110_2、110_6、110_10、…、110_N-2對應90度，光感測器110_3、110_7、110_11、…、110_N-1對應180度，光感測器110_4、110_8、110_12、…、110_N對應270度，亦即光感測器110_1、110_2、110_3、110_4、…、110_N-1、110_N分別對應0度、90度、180度及270度的相位訊號。

對應到相同相位訊息的光感測器，例如光感測器110_1、110_5、…、110_N-3皆是對應到相位0度，可將這些光感測器110_1、110_5、…、110_N-3產生的訊號耦接在一起後經運算輸出，以產生相位0度的定位感測電流訊號。

在第1A圖中雖是繪示將光感測器110_1、110_5、…、110_N-3之訊號線電性連接在一起，然而此僅為簡化例示性的示意圖，實作中可將光感測器110_1、110_5、…、110_N-3訊號線經過適當運算後產生最終輸出的定位感測電流訊號。同理，其他相位的定位感測電流訊號亦能以相似的方式產生，因此此例中光感測器110_i、110_j可輸出共2個定位感測電流訊號，如第1B圖所示，且可以分別對應0度(或90度)、180度(或270度)的相位訊號，例如分別是sin(或cos)、-sin(或-cos)函數。也就是說，在一實施例中，光感測器110_i可以是光感測器110_1~110_N之第一群組(對應0度)，而光感測器110_j可以是光感測器110_1~110_N之第二群組(對應180度)。在另一實施例中，光感測器110_i可以是光感測器110_1~110_N之第三群組(對應90度)，而光感測器110_j可以是光感測器110_1~110_N之第四群組(對應270度)。

另外，上述光感測器110_1~110_N的排列方式僅為本發明實施例的一種實施範例，不用於限制本發明實施例。使用者可視其需求自行調整110_1~110_N之間隔排列方式，仍可達到相同效果。並且，對應到相同相位訊息的光感測器，例如光感測器皆是對應到相位0度，可將這些光感測器產生的訊號耦接在一起後經運算輸出，以產生相位0度的定位感測電流訊號。其餘則類推。

進一步來說，光感測器110_1~110_N例如為共極性電流感測器。舉例來說，在一實施例中，光感測器110_1~110_N的陽極(即P接面)可以接在一起，以形成共P極性電流輸出型感測器，也可以是磁或其他物理量。在另一實施例中，光感測器110_1~110_N的陰極(即N接面)可以接在一起，以形成共N極性電流輸出型感測器，也可以是磁或其他物理量。

訊號處理單元120耦接光感測器110_i、110_j，接收定位感測電流訊號，並對定位感測電流訊號進行雜訊濾除處理，以產生電流訊號I1與電流訊號I2。也就是說，訊號處理單元120接收光感測器110_i、110_j之第一群組(即光感測器110_i)所產生的定位感測電流訊號以及光感測器110_i、110_j之第二群組(即光感測器110_j)所產生的定位感測電流訊號，以產生電流訊號I1與電流訊號I2，其中電流訊號I1對應第一群組所產生的定位感測電流訊號，且電流訊號I2對應第二群組所產生的定位感測電流訊號。並且，訊號處理單元120提供負載隔離，用以隔離負載效應(例如隔離光感測器110_i、110_j之內部阻抗與輸出負載)的影響。另外，訊號處理單元120將電流訊號I2輸出至節點X1。

電流鏡單元130耦接訊號處理單元120，接收電流訊號I1，並將電流訊號I1鏡射成電流訊號I3，且電流鏡單元130將第三電流I3輸出至節點X1。並且，電流鏡單元130可以依據其內部參數設定，使得電流訊號I3可與電流訊號I1相同或不相同。

轉換單元140耦接節點X1，接收電流訊號I2與電流訊號I3於節點X1上所形成的差動電流訊號Id，並將差動電流訊號Id轉換成電壓訊號VOUT。在本實施例中，轉換單元140可以是轉阻放大器(transimpedance amplifier, TIA)，用於將轉換單元140所接收之電流訊號轉換成電壓訊號VOUT。

在定位感測處理裝置100之整體操作上，透過訊號處理單元120接收光感測器110_i、110_j之第一群組與第二群組所產生之定位感測電流訊號，並隔離光感測器110_i、110_j之內部阻抗與輸出負載，以提高訊號的注入效率。接著，訊號處理單元120會產生對應光感測器110_i、110_j之第一群組的電流訊號I1與對應光感測器110_i、110_j之第二群組的電流訊號I2。並且，訊號處理單元120將電流訊號I2輸出至節點X1。

接著，電流鏡單元130接收電流訊號I1，並將電流訊號I1鏡射成電流訊號I3，且將電流訊號I3輸出至節點X1。其中，電流訊號I1可以與電流訊號I3相同。之後，電流訊號I2與電流訊號I3會於節點X1上形成差動消除效果，以產生差動電流Id，進而有效地消除節點X1之電流訊號的共模訊號(例如共模干擾及直流等成分)。如此，定位感測處理裝置100可以達成電流差動的感測結構，例如達成相同於平衡感測器(Balanced Detector)的感測效果。

接著，轉換單元140將節點X1上由電流訊號I2與電流訊號I3所形成的差動電流訊號Id轉換成電壓訊號VOUT。如此一來，可有效地減少光感測器110_i、110_j之內部電阻與輸出負載的影響，且也降低對轉換單元140的頻寬限制，以提高電流訊號的注入效率及增加轉換單元140的操作頻寬。

第2A圖為第1B圖之定位感測處理裝置的詳細示意圖。在本實施例中，光感測器110_i、110_j是以共P極性電流感測器為例，亦即光感測器110_i、110_j的陽極(即P接面)可以接在一起。並且，光感測器110_i、110_j的陽極可以連接電壓V2，例如為工作電壓。

訊號處理單元120包括電晶體P1與P2。其中，電晶體P1與P2例如為P型電晶體。電晶體P1具有第一端(例如閘極端)、第二端(例如汲極端)與第三端(例如源極端)，電晶體P1的第一端接收參考電壓VREF1，電晶體P1的第二端耦接電流鏡單元130，並產生電流訊號I1，電晶體P1的第三端耦接光感測器110_i、110_j的第一群組，例如光感測器110i。

電晶體P2具有(例如閘極端)、第二端(例如汲極端)與第三端(例如源極端)，電晶體P2的第一端接收參考電壓VREF1，電晶體P2的第二端耦接節點X1，並產生電流訊號I2，電晶體P2的第三端耦接光感測器110_i、110_j的第二群組，例如光感測器110j。並且，電晶體P1的第一端與電晶體P2的第一端都接收參考電壓VREF1，使得電晶體P1與電晶體P2形成共極性(閘極)電晶體。

另外，電晶體P1與電晶體P2可以分別作為直接注入型(direct injection, DI)之電路。並且，透過控制參考電壓VREF1，亦即控制電晶體P1與電晶體P2之閘源電壓Vgs，使電晶體P1與電晶體P2工作在飽和區，則電晶體P1與電晶體P2的輸出電阻會很大，可以有效地隔離光感測器110i與光感測器110j之阻抗特性與電阻特性，以增加電流的注入效率。另外，訊號處理單元120採用P型電晶體P1與P2，也可降低定位感測電流訊號中的低頻閃爍雜訊(Flicker Noise)。

電流鏡單元130包括電晶體N1、N2。其中，電晶體N1與N2例如為N型電晶體。電晶體N1具有(例如閘極端)、第二端(例如汲極端)與第三端(例如源極端)，電晶體N1的第一端與第二端耦接電晶體P1的第二端，電晶體N1的第三端耦接電壓V1。其中，電壓V1例如為接地電壓。

電晶體N2具有第一端、第二端與第三端，電晶體N2的第一端耦接電晶體N1的第一端，電晶體N2的第二端耦接節點X1，並產生電流訊號I3，電晶體N2的第二端耦接電壓V1。並且，電晶體N2的第一端耦接電晶體N1的第一端，使得電晶體N2與電晶體N1也形成共極性(閘極)電晶體。

轉換單元140包括電阻R。電阻R具有第一端與第二端，電阻R的第一端耦接節點X1，並產生該輸出電壓，電阻R1的第二端耦接電壓V1。

第2B圖為第1B圖之定位感測處理裝置的另一詳細示意圖。第2B圖之定位感測處理裝置100與第2A圖之定位感測處理裝置100大致上相同。在本實施例中，轉換單元140包括緩衝單元210、電阻R1與電容C1。其中，緩衝單元210例如為運算放大器(Operational Amplifier, OPAMP)。緩衝單元210具有第一輸入端(例如正輸入端)211、第二輸入端(例如負輸入端)212與輸出端213，緩衝單元210的第一輸入端211接收參考電壓VREF2，緩衝單元210的第二輸入端212耦接節點X1，緩衝單元210的輸出端213輸出電壓訊號VOUT。

電阻R1具有第一端與第二端，電阻R1的第一端耦接緩衝單元210的第二輸入端212，電阻R1的第二端耦接緩衝單元210的輸出端213。電容C1具有第一端與第二端，電容C1的第一端耦接電阻R1的第一端，電容C1的第二端耦接電阻R1的第二端。亦即，電阻R1與電容C1並聯耦接。

第3A圖為第1B圖之定位感測處理裝置的另一詳細示意圖。第3B圖為第3A圖之詳細示意圖。第3A圖與第3B圖之定位感測處理裝置100與第2B圖之定位感測處理裝置100大致上相同，而第3A圖與第3B圖與第2B圖的差異在於第3A圖與第3B圖之訊號處理單元120更包括緩衝單元310與緩衝單元320。其中，緩衝單元310與緩衝單元320例如為運算放大器。

緩衝單元310耦接於電晶體P1的第一端與參考電壓VREF1之間，且緩衝單元310具有第一輸入端311(例如作用為正輸入端)、第二輸入端312(例如作用為負輸入端)與輸出端313。緩衝單元310的第一輸入端311接收參考電壓VREF1，緩衝單元310的第二輸入端312耦接電晶體P1的第三端，緩衝單元310的輸出端313耦接電晶體P1的第一端。

緩衝單元320耦接於電晶體P2的第一端與參考電壓VREF1之間，且緩衝單元320具有第一輸入端321(例如作用為正輸入端)、第二輸入端322(例如作用為負輸入端)與輸出端323。緩衝單元320的第一輸入端321接收參考電壓VREF1，緩衝單元320的第二輸入端312耦接電晶體P2的第三端，緩衝單元320的輸出端323耦接電晶體P2的第一端。

並且，緩衝單元310和電晶體P1與緩衝單元320和電晶體P2可以分別作為緩衝直接注入型(buffer direct injection, BDI)之電路。並且，相對於第2B圖來說，在第3A圖與第3B圖之實施例中增加了緩衝單元310與緩衝單元320，使得訊號處理單元120可以提高緩衝特性，且緩衝單元310與緩衝單元320也具有負回授特性，可以提高電壓控制效率及增益，進而提高訊號的注入效率及穩定性。

進一步來說，緩衝單元310包括電晶體N3與P3。其中，電晶體N3例如為N型電晶體，電晶體P3例如為P型電晶體。電晶體N3具有第一端(閘極端)、第二端(汲極端)與第三端(源極端)，電晶體N3的第一端作為緩衝單元310的第一輸入端311，電晶體N3的第二端作為緩衝單元310的輸出端313，電晶體N3的第三端耦接電壓V1(例如接地電壓)。

電晶體P3具有第一端(閘極端)、第二端(汲極端)與第三端(源極端)，電晶體P3的第一端作為緩衝單元310的第二輸入端312，電晶體P3的第二端耦接電晶體N3的第二端，電晶體P3的第三端耦接電壓V2(例如工作電壓)。

緩衝單元320包括電晶體N4與P4。其中，電晶體N4例如為N型電晶體，電晶體P4例如為P型電晶體。電晶體N4具有第一端(閘極端)、第二端(汲極端)與第三端(源極端)，電晶體N4的第一端作為緩衝單元320的第一輸入端321，電晶體N4的第二端作為緩衝單元320的輸出端323，電晶體N4的第三端耦接電壓V1(例如接地電壓)。

電晶體P4具有第一端(閘極端)、第二端(汲極端)與第三端(源極端)，電晶體P4的第一端作為緩衝單元320的第二輸入端322，電晶體P4的第二端耦接電晶體N4的第二端，電晶體P4的第三端耦接電壓V2(例如工作電壓)。

進一步來說，定位感測處理裝置100更包括儲能單元330。儲能單元330耦接轉換單元140，接收電壓訊號VOUT，以產生儲能訊號。其中，儲能單元330包括電容C2，且電容C2耦接於轉換單元140與電壓V1(例如接地電壓)之間。另外，訊號處理單元120採用P型電晶體P1與P2，也可降低定位感測電流訊號中的低頻閃爍雜訊。

第4圖為第1B圖之定位感測處理裝置的另一詳細示意圖。第4圖之定位感測處理裝置100與第3A圖與第3B圖之定位感測處理裝置100大致上相同，第4圖與第3A圖與第3B圖的差異在於第4圖之定位感測處理裝置100更包括開關單元410與緩衝單元420。其中，緩衝單元410與緩衝單元420例如為運算放大器。

開關單元410耦接儲能單元330，並受控於控制訊號CS1。也就是說，開關單元410可以依據控制訊號CS1的準位而導通或不導通。緩衝單元420耦接開關單元410。當開關導通410時，緩衝單元420對儲能元件410之儲能訊號進行緩衝處理，以提供輸出訊號VOUT2。

進一步來說，緩衝單元420包括開關單元430、電容C3、電容C4、放大器440、電容C5、開關單元450、電容C6與開關單元460。開關單元430耦接開關單元410與參考電壓VREF3，並受控於控制訊號CS2。也就是說，開關單元430可以依據控制訊號CS2的準位而導通或不導通。電容C3具有第一端與第二端，電容C1的第一端耦接開關單元430。電容C4具有第一端與第二端，電容C4的第一端接收參考電壓VREF3。

放大器440具有第一輸入端441(例如作用為正輸入端)、第二輸入端442(例如作用為負輸入端)、第一輸出端443(例如作用為負輸出端)與第二輸出端444(例如作用為正輸出端)。放大器440的第一輸入端441耦接電容C3的第二端，放大器440的第二輸入端442耦接電容C4的第二端，放大器440的第一輸出端443與第二輸出端444提供輸出訊號VOUT2，例如為差動輸出訊號。其中，放大器440例如為運算放大器。

電容C5具有第一端與第二端，電容C5的第一端耦接放大器440的第一輸入端441，電容C5的第二端耦接放大器440的第一輸出端443。開關單元450並聯耦接電容C5，受控於控制訊號CS2。也就是說，開關單元450可以依據控制訊號CS2的準位而導通或不導通。

電容C6具有第一端與第二端，電容C5的第一端耦接放大器440的第二輸入端442，電容C6的第二端耦接放大器440的第二輸出端444。開關單元460並聯耦接電容C6，受控於控制訊號C2。也就是說，開關單元450可以依據控制訊號CS2的準位而導通或不導通。並且，控制訊號CS1與控制訊號CS2為互補關係。也就是說，當控制訊號CS1為高邏輯準位時，控制訊號CS2為低邏輯準位。反之，當控制訊號CS1為低邏輯準位時，控制訊號CS2為高邏輯準位。

舉例來說，當控制訊號CS1為低邏輯準位時，控制訊號CS2為高邏輯準位時，開關單元410不導通，使得儲能單元330利用轉換單元140之輸出電壓VOUT進行充電，以產生儲能訊號。並且，開關單元430、450與460導通，使得緩衝單元420依據參考電壓VREF3，提供輸出訊號VOUT2。當控制訊號CS1為低邏輯準位時，控制訊號CS2為高邏輯準位時，開關單元410導通，使得儲能單元330將儲能訊號輸出給緩衝單元420。並且，開關單元430、450與460不導通，使得緩衝單元420依據參考電壓VREF3與儲能訊號進行積分大處理，以提供輸出訊號VOUT2。

第5A圖為第1B圖之定位感測處理裝置的另一詳細示意圖。在本實施例中，光感測器110_i、110_j是以共N極性電流感測器為例，亦即光感測器110_i、110_j的陰極(即N接面)可以接在一起。並且，光感測器110_i、110_j的陰極可以連接電壓V3，例如為接地電壓。

訊號處理單元120包括電晶體N5與N6。其中，電晶體N5與N6例如為N型電晶體。電晶體N5具有第一端(例如閘極端)、第二端(例如汲極端)與第三端(例如源極端)，電晶體N5的第一端接收參考電壓VREF4，電晶體N5的二端耦接電流鏡單元130，並產生電流訊號I1，電晶體N5的第三端耦接光感測器110_i、110_j的第一群組，例如光感測器110i。

電晶體N6具有(例如閘極端)、第二端(例如汲極端)與第三端(例如源極端)，電晶體N6的第一端接收參考電壓VREF4，電晶體N6的二端耦接節點X1，並產生電流訊號I2，電晶體N6的第三端耦接光感測器110_i、110_j的第二群組，例如光感測器110j。並且，電晶體N5的第一端與電晶體N6的第一端都接收參考電壓VREF4，使得電晶體N5與電晶體N6形成共極性(閘極)電晶體。

另外，電晶體N5與電晶體N6可以分別作為直接注入型之電路。並且，透過控制參考電壓VREF4，亦即控制電晶體N5與電晶體N6之閘源電壓Vgs，使電晶體N5與電晶體N6工作在飽和區，則電晶體N5與電晶體N6的輸出電阻會很大，可以有效地隔離光感測器110i與光感測器110j之阻抗特性與電阻特性，以增加電流的注入效率。

電流鏡單元130包括電晶體P5與P6。其中，電晶體P5與P6例如為P型電晶體。電晶體P5具有第一端(例如閘極端)、第二端(例如汲極端)與第三端(例如源極端)，電晶體P5的第一端與第二端耦接電晶體N5的第二端，電晶體P5的第三端耦接電壓V4。其中，電壓V4例如為工作電壓。

電晶體P6具有第一端、第二端與第三端，電晶體P6的第一端耦接電晶體P5的第一端，電晶體P6的第二端耦接節點X1，並產生電流訊號I3，電晶體P6的第二端耦接電壓V4(例如工作電壓)。並且，電晶體P6的第一端耦接電晶體P5的第一端，使得電晶體P6與電晶體P5也形成共極性(閘極)電晶體。

轉換單元140包括電阻R，且電阻R的耦接關係與第2A圖之電阻R的耦接關係相同或相似，故可參考第2A圖之實施例的說明，故在此不再贅述。

第5B圖為第1B圖之定位感測處理裝置的另一詳細示意圖。第5B圖之定位感測處理裝置100與第5A圖之定位感測處理裝置100大致上相同。轉換單元140包括緩衝單元210、電阻R1與電容C1，並且緩衝單元210、電阻R1與電容C1的耦接關係與第2B圖之緩衝單元210、電阻R1與電容C1的耦接關係相同或相似，故可參考第2B圖之實施例的說明，故在此不再贅述。

第6A圖為第1B圖之定位感測處理裝置的另一詳細示意圖。第6B圖為第6A圖之詳細示意圖。第6A圖與第6B圖之定位感測處理裝置100與第5B圖之位感測訊號處理裝置100大致上相同，第6A圖與第6B圖與第5B圖的差異在於第6A圖與第6B圖之訊號處理單元120更包括緩衝單元510與緩衝單元520。其中，緩衝單元510與緩衝單元520例如為運算放大器。

緩衝單元510耦接於電晶體N5與參考電壓VREF4之間，且緩衝單元510具有第一輸入端511(例如作用為正輸入端)、第二輸入端512(例如作用為負輸入端)與輸出端513。緩衝單元510的第一輸入端511接收參考電壓VREF4，緩衝單元510的第二輸入端512耦接電晶體N5的第三端，緩衝單元510的輸出端513耦接電晶體N5的第一端。

緩衝單元520耦接於電晶體N6與參考電壓VREF4之間，且緩衝單元520具有第一輸入端521(例如作用為正輸入端)、第二輸入端522(例如作用為負輸入端)與輸出端523。緩衝單元520的第一輸入端521接收參考電壓VREF4，緩衝單元520的第二輸入端512耦接電晶體N6的第三端，緩衝單元520的輸出端523耦接電晶體N6的第一端。

並且，緩衝單元510和電晶體N5與緩衝單元520和電晶體N6可以分別作為緩衝直接注入型之電路。並且，相對於第5B圖來說，第6A圖與第6B圖之實施例中增加緩衝單元510與緩衝單元520，使得訊號處理單元120可以提高緩衝特性，且緩衝單元510與緩衝單元520也具有負回授特性，可以提高電壓控制效率及增益，進而提高訊號的注入效率及穩定性。

進一步來說，緩衝單元510包括電晶體P7與N7。其中，電晶體P7例如為P型電晶體，電晶體N7例如為N型電晶體。

電晶體P7具有第一端(閘極端)、第二端(汲極端)與第三端(源極端)，電晶體P7的第一端作為緩衝單元510的第一輸入端511，電晶體P7的第二端作為緩衝單元510的輸出端513，電晶體P7的第三端耦接電壓V4(例如工作電壓)。

電晶體N7具有第一端(閘極端)、第二端(汲極端)與第三端(源極端)，電晶體N7的第一端作為緩衝單元510的第二輸入端512，電晶體N7的第二端耦接電晶體P7的第二端，電晶體N7的第三端耦接電壓V3(例如接地電壓)。

緩衝單元520包括電晶體P8與N8。其中，電晶體P8例如為P型電晶體，電晶體N8例如為N型電晶體。

電晶體P8具有第一端(閘極端)、第二端(汲極端)與第三端(源極端)，電晶體P8的第一端作為緩衝單元520的第一輸入端521，電晶體P8的第二端作為緩衝單元520的輸出端523，電晶體P8的第三端耦接電壓V4(例如工作電壓)。

電晶體N8具有第一端(閘極端)、第二端(汲極端)與第三端(源極端)，電晶體N8的第一端作為緩衝單元520的第二輸入端522，電晶體N8的第二端耦接電晶體P8的第二端，電晶體N8的第三端耦接電壓V3(例如接地電壓)。

進一步來說，定位感測處理裝置100更包括儲能單元330。在本實施例中，儲能單元330的内部元件及其耦接關係與第3A圖與第3B圖之實施例的儲能單元330的内部元件及其耦接關係相同或相似，可參考第3A圖與第3B圖之實施例的說明，故在此不再贅述。

第7圖為第1B圖之定位感測處理裝置的另一詳細示意圖。第7圖之定位感測處理裝置100與第6A圖與第6B圖之定位感測處理裝置100大致上相同，第7圖與第6A圖與第6B圖的差異在於第7圖之定位感測處理裝置100更包括開關單元410與緩衝單元420。

在本實施例中，開關單元410、緩衝單元420的內部元件及其耦接關係與相關操作與第4圖之開關單元410、緩衝單元420的內部元件及其耦接關係與相關操作相同或相似，可參考第4圖之實施例的說明，故在此不再贅述。

綜上所述，本發明所揭露之定位感測處理裝置，透過訊號處理單元接收光感測器所產生之定位感測電流訊號，並提供負載隔離，以產生第一電流訊號與第二電流訊號，電流鏡單元將第一電流訊號鏡射成第三電流訊號，且第二電流訊號與第三電流訊號於節點上形成差動消除效果而消除電流訊號的共模訊號(如共模直流及共模雜訊)，以產生差動電流訊號，則轉換單元將其所接收之差動電流訊號轉換成電壓訊號。如此一來，可以有效地隔離光感測器之內部阻抗與輸出負載的影響，也可以降低對轉換單元的頻寬限制，以提高電流訊號的注入效率及增加轉換單元的操作頻寬。

本發明雖以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:定位感測處理裝置 110_1~110_N、110_i、110_j:光感測器 120:訊號處理單元 130:電流鏡單元 140:轉換單元 210、310、320、420、510、520:緩衝單元 211、311、321、441、511、521:第一輸入端 212、312、322、442、512、522:第二輸入端 213、313、323、513、523:輸出端 330:儲能單元 410、430、450、460:開關單元 440:放大器 443:第一輸出端 444:第二輸出端 CS1、CS2:控制訊號 I1、I2、I3:電流訊號 Id:差動電流訊號 R、R1:電阻 C1、C2、C3、C4、C5、C6:電容 N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8、P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8:電晶體 X1:節點 VOUT:電壓訊號 VOUT2:輸出訊號 V1、V2、V3、V4:電壓 VREF1、VREF2、VREF3:參考電壓

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下： 第1A圖為依據本發明之一實施例之光感測器的示意圖。 第1B圖為依據本發明之一實施例之定位感測處理裝置的示意圖。 第2A圖為第1B圖之定位感測處理裝置的詳細示意圖。 第2B圖為第1B圖之定位感測處理裝置的另一詳細示意圖。 第3A圖為第1B圖之定位感測處理裝置的另一詳細示意圖。 第3B圖為第3A圖之詳細示意圖。 第4圖為第1B圖之定位感測處理裝置的另一詳細示意圖。 第5A圖為第1B圖之定位感測處理裝置的另一詳細示意圖。 第5B圖為第1B圖之定位感測處理裝置的另一詳細示意圖。 第6A圖為第1B圖之定位感測處理裝置的另一詳細示意圖。 第6B圖為第6A圖之詳細示意圖。 第7圖為第1B圖之定位感測處理裝置的另一詳細示意圖。

100:定位感測處理裝置

110i、110j:光感測器

120:訊號處理單元

130:電流鏡單元

140:轉換單元

I1、I2、I3:電流訊號

Id:差動電流訊號

X1:節點

VOUT:電壓訊號

Claims (12)

1. 一種定位感測處理裝置，包括： 複數個光感測器，該些光感測器間隔排列，感測一週期性光場，以產生多個定位感測訊號； 一訊號處理單元，耦接該些光感測器，接收該些定位感測訊號，並提供一負載隔離，以產生一第一電流訊號與一第二電流訊號，且該第二電流訊號輸出至一節點，其中該第一電流訊號對應該些光感測器之一第一群組所產生的該些定位感測訊號，該些第二電流訊號對應該些光感測器之一第二群組所產生的該些定位感測訊號； 一電流鏡單元，耦接該訊號處理單元，接收該第一電流訊號，並將該第一電流訊號鏡射成一第三電流訊號，且該第三電流訊號輸出至該節點；以及 一轉換單元，耦接該節點，接收該第二電流訊號與該第三電流訊號於該節點上所形成的一差動電流訊號，並將該差動電流訊號轉換成一電壓訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之定位感測處理裝置，其中該些光感測器形成共極性電流輸出型感測器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之定位感測處理裝置，其中該訊號處理單元包括： 一第一電晶體，具有一第一端、一第二端與一第三端，該第一電晶體的該第一端接收一參考電壓，該第一電晶體的該二端耦接該電流鏡單元，並產生該第一電流訊號，該第一電晶體的該第三端耦接該些光感測器的該第一群組；以及 一第二電晶體，具有一第一端、一第二端與一第三端，該第二電晶體的該第一端接收該參考電壓，該第二電晶體的該二端耦接該節點，並產生該第二電流訊號，該第二電晶體的該第三端耦接該些光感測器的該第二群組。
4. 如申請專利範圍第3項所述之定位感測處理裝置，其中該訊號處理單元更包括： 一第一緩衝單元，耦接於該第一電晶體的該第一端與該參考電壓之間，且該第一緩衝單元具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，其中該第一緩衝單元的該第一輸入端接收該參考電壓，該第一緩衝單元的該第二輸入端耦接該第一電晶體的該第三端，該第一緩衝單元的該輸出端耦接該第一電晶體的該第一端；以及 一第二緩衝單元，耦接於該第二電晶體的該第一端與該參考電壓之間，且該第二緩衝單元具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，其中該第二緩衝單元的該第一輸入端接收該參考電壓，該第二緩衝單元的該第二輸入端耦接該第二電晶體的該第三端，該第二緩衝單元的該輸出端耦接該第二電晶體的該第一端。
5. 如申請專利範圍第4項所述之定位感測處理裝置，其中該第一緩衝單元包括： 一第三電晶體，具有一第一端、一第二端與一第三端，該第三電晶體的該第一端作為該第一緩衝單元的該第一輸入端，該第三電晶體的該第二端作為該第一緩衝單元的該輸出端，該第三電晶體的該第三端耦接一第一電壓；以及 一第四電晶體，具有一第一端、一第二端與一第三端，該第四電晶體的該第一端作為該第一緩衝單元的該第二輸入端，該第四電晶體的該第二端耦接該第三電晶體的該第二端，該第四電晶體的該第三端耦接一第二電壓。
6. 如申請專利範圍第5項所述之定位感測處理裝置，其中該第二緩衝單元包括： 一第五電晶體，具有一第一端、一第二端與一第三端，該第五電晶體的該第一端作為該第二緩衝單元的該第一輸入端，該第五電晶體的該第二端作為該第二緩衝單元的該輸出端，該第五電晶體的該第三端耦接該第一電壓；以及 一第六電晶體，具有一第一端、一第二端與一第三端，該第六電晶體的該第一端作為該第二緩衝單元的該第二輸入端，該第六電晶體的該第二端耦接該第五電晶體的該第三端，該第六電晶體的該第三端耦接該第二電壓。
7. 如申請專利範圍第3項所述之定位感測處理裝置，其中該電流鏡單元包括： 一第三電晶體，具有一第一端、一第二端與一第三端，該第三電晶體的該第一端與該第二端耦接該第一電晶體的該第二端，該第三電晶體的該第三端耦接一第一電壓；以及 一第四電晶體，具有一第一端、一第二端與一第三端，該第四電晶體的該第一端耦接該第三電晶體的該第一端，該第四電晶體的該第二端耦接該節點，並產生該第三電流訊號，該第四電晶體的該第二端耦接該第一電壓。
8. 如申請專利範圍第1項所述之定位感測處理裝置，其中該轉換單元包括： 一電阻，具有一第一端與一第二端，該電阻的該第一端耦接該節點，並輸出該電壓訊號，該電阻的該第二端耦接該一第一電壓。
9. 如申請專利範圍第1項所述之定位感測處理裝置，其中該轉換單元包括： 一緩衝單元，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，該緩衝單元的該第一輸入端接收一參考電壓，該緩衝單元的該第二輸入端耦接該節點，該緩衝單元的該輸出端輸出該電壓訊號； 一電阻，具有一第一端與一第二端，該電阻的該第一端耦接該緩衝單元的該第二輸入端，該電阻的該第二端耦接該緩衝單元的該輸出端；以及 一電容，具有一第一端與一第二端，該電容的該第一端耦接該電阻的該第一端，該電容的該第二端耦接該電阻的該第二端。
10. 如申請專利範圍第1項所述之定位感測處理裝置，更包括： 一儲能單元，耦接該轉換單元，接收該電壓訊號，以產生一儲能訊號。
11. 如申請專利範圍第10項所述之定位感測處理裝置，更包括： 一第一開關單元，耦接該儲能單元，受控於一第一控制訊號；以及 一緩衝單元，耦接該第一開關單元，當該第一開關導通時，對該儲能元件之該儲能訊號進行緩衝處理，以提供一輸出訊號。
12. 如申請專利範圍第10項所述之定位感測處理裝置，其中該緩衝單元包括： 一第二開關單元，耦接該第一開關單元與一參考電壓，並受控於一第二控制訊號； 一第一電容，具有一第一端與一第二端，該第一電容的該第一端耦接該第二開關單元； 該第二電容，具有一第一端與一第二端，該第二電容的該第一端接收該參考電壓； 一放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第一輸出端與一第二輸出端，該放大器的該第一輸入端耦接該第一電容的該第二端，該放大器的該第二輸入端耦接該第二電容的該第二端，該放大器的該第一輸出端與該第二輸出端提供該輸出訊號； 一第四電容，具有一第一端與一第二端，該第四電容的該第一端耦接該放大器的該第一輸入端，該第四電容的該第二端耦接該放大器的該第一輸出端； 一第三開關單元，並聯耦接該第四電容，並受控於該第二控制訊號； 一第五電容，具有一第一端與一第二端，該第五電容的該第一端耦接該放大器的該第二輸入端，該第五電容的該第二端耦接該放大器的該第二輸出端；以及 一第四開關單元，並聯耦接該第五電容，並受控於該第二控制訊號； 其中，該第一控制訊號與該第二控制訊號為互補關係。

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