TWI750713B - 快速預估感測數值電路及其方法 - Google Patents
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Abstract
本發明公開一種快速預估感測數值電路及其方法。快速預估感測數值電路包括第一感測單元、積分感測電路及快速預估電路。快速預估電路包括時脈產生器、第二計數器、第一數位比較器及算術模組。時脈產生器經配置以產生具有一第一頻率的一時脈訊號。第二計數器在積分時間內對時脈訊號進行計數，以產生第二計數值。第一數位比較器在積分感測電路的第一計數值增加時，判斷第二計數值是否超過第一預定計數值。算術模組依據第二最大計數值與第二計數值的比值，以及第二計數值超過第一預定計數值時的第一計數值，來預估於積分時間結束時的第一計數值，以產生預估計數值結果。
Description
本發明涉及一種快速預估感測數值電路及其方法，特別是涉及一種可節省感測器的積分感測電路進行積分運算的時間的快速預估感測數值電路及其方法。
在現有光感測器中，原始感測訊號在積分時間內，當超過設定之參考電壓值時，便將積分器進行重置，同時透過比較器輸出一具有高位訊號狀態的數位訊號，而後經過計數器進行累加。當積分時間完成時，通過讀取計數器的數值，可取得光訊號在這段積分時間內所對應之數位數值，意即完成光轉數位感測器的感測流程。
然而，在特定狀況下，由於外界訊號的變化量不大，上述原始感測訊號到達參考電壓值的速度差異不大，卻需在一個完整的積分時間得到相對應之數位結果，導致時間成本增加。
因此，提供一種能提前對積分結果進行預估來節省時間成本的快速預估感測數值方式，已成為本技術領域的重要課題之一。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種快速預估感測數值電路及其方法，可節省積分運算時間，並將節省的時間進行其他有效利用。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種快速預估感測數值電路，包括第一感測單元、積分感測電路及快速預估電路。第一感測單元，經配置以進行感測以產生一第一感測訊號。積分感測電路電性連接該第一感測單元且包括運算放大器、比較器及第一計數器。運算放大器的第一輸入端電性連接該第一感測單元，且第一輸入端通過一積分電容連接於該運算放大器的輸出端，運算放大器的第二輸入端接地，其中該運算放大器的輸出端爲一積分節點，且該運算放大器接收該第一感測訊號並於該積分節點上產生一積分電壓。比較器的第一輸入端電性連接於該積分節點，其第二輸入端電性連接一第一參考電壓，經配置以在該積分電壓超過該第一參考電壓時，於其輸出端產生一觸發重置訊號，其中該觸發重置訊號用於重置該積分電壓。第一計數器經配置以在一積分時間內對該觸發重置訊號進行計數，以產生並對應輸出一第一計數值，其中，該第一計數器在該積分時間內具有一第一最大計數值。快速預估電路包括時脈產生器、第二計數器、第一數位比較器及算術模組。時脈產生器經配置以產生具有一第一頻率的一時脈訊號。第二計數器，電性連接該時脈產生器，經配置以在該積分時間內對該時脈訊號進行計數，以產生一第二計數值，並對應輸出一第二計數訊。其中，該第二計數器在該積分時間內具有與該第一頻率相關的一第二最大計數值，且該第二最大計數值係大於該第一最大計數值。第一數位比較器經配置以在該第一計數值增加時，判斷該第二計數值是否超過一第一預定計數值。算術模組，響應於該第一比較電路判斷該第二計數值超過該第一預定計數值時，經配置以依據該第二最大計數值與該第二計數值的比值，以及該第二計數值超過該第一預定計數值時的該第一計數值，來預估於該積分時間結束時的該第一計數值，以產生一預估計數值結果。
在一些實施例中，快速預估感測數值電路更包括連接於第一感測單元及積分節點之間的訊號放大器，且快速預估電路更包括第二數位比較器及數位控制器。第二數位比較器經配置以在該積分時間內，且於該第二計數值增加時，判斷當該第二計數值超過一第二預定計數值時，該第一計數值是否為零。數位控制器經配置以在該第二數位比較器判斷當該第二計數值超過該第二預定計數值時，該第一計數值為零時，輸出一第一控制訊號控制該訊號放大器將該第一感測訊號放大。其中，該第二預定計數值小於該第一預定計數值。
在一些實施例中，該第一預定計數值係大於或等於該第一最大計數值。
在一些實施例中，快速預估電路更包括一狀態檢查模組，電性連接該第二計數器、該第一數位比較器、該第二數位比較器及該數位控制器，經配置以分別接收該第一數位比較器及該第二數位比較器產生的判斷結果，以決定控制該數位控制器或該算術模組。
在一些實施例中，快速預估電路更包括第一暫存器、第二暫存器及第三暫存器。第一暫存器連接於該第一數位比較器，經配置以儲存該第一預定計數值。第二暫存器連接於該第二數位比較器，經配置以儲存該第二預定計數值。第三暫存器連接於該算術模組，經配置以儲存該預估計數值結果。
在一些實施例中，快速預估感測數值電路更包括第一切換開關、第二感測單元及第三感測單元。第一切換開關，連接於該第一感測單元及該運算放大器的第一輸入端之間，第二感測單元，通過一第二切換開關連接於該運算放大器的第一輸入端，經配置以進行感測以產生一第二感測訊號，一第三感測單元，通過一第三切換開關連接於該運算放大器的第一輸入端，且經配置以進行感測以產生一第三感測訊號。
在一些實施例中，積分時間進一步包括一第一子積分時間、一第二子積分時間及一第三子積分時間，且該數位控制器經配置以分別在該第一子積分時間、該第二子積分時間及該第三子積分時間中控制該第一切換開關、該第二切換開關及該第三切換開關分別導通，以產生對應的該預估計數值結果。
在一些實施例中，快速預估感測數值電路更包括第三暫存器、第四暫存器及第五暫存器。第三暫存器連接於該算術模組，經配置以儲存對應於該第一感測單元的該預估計數值結果。第四暫存器連接於算術模組，經配置以儲存對應於該第二感測單元的該預估計數值結果。第五暫存器連接於該算術模組，經配置以儲存對應於該第三感測單元的該預估計數值結果。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是提供一種快速預估感測數值的方法，其包括下列步驟：配置一第一感測單元進行感測以產生一第一感測訊號；配置一運算放大器接收該第一感測訊號並於一積分節點上產生一積分電壓；配置一積分感測電路的一比較器將該積分電壓與一第一參考電壓進行比較運算，且響應於該積分電壓超過該第一參考電壓時，於該比較器的一輸出端產生一觸發重置訊號，其中該觸發重置訊號用於重置該積分電壓；配置該積分感測電路的一第一計數器在一積分時間內對該觸發重置訊號進行計數，以產生並對應輸出一第一計數值，其中，該第一計數器在該積分時間內具有一第一最大計數值；配置一快速預估電路的一時脈產生器產生具有一第一頻率的一時脈訊號；配置該快速預估電路的一第二計數器在該積分時間內對該時脈訊號進行計數，以產生並對應輸出一第二計數值，其中該第二計數器在該積分時間內具有與該第一頻率相關的一第二最大計數值，且該第二最大計數值係大於該第一最大計數值；配置該快速預估電路的一第一數位比較器在該第一計數值增加時，判斷該第二計數值是否超過一第一預定計數值；以及配置該快速預估電路的一算術模組，響應於該第一比較電路判斷該第二計數值超過該第一預定計數值時，依據該第二最大計數值與該第二計數值的比值，以及該第二計數值超過該第一預定計數值時的該第一計數值，來預估於該積分時間結束時的該第一計數值，以產生一預估計數值結果。
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的快速預估感測數值電路及其方法，可不破壞原始感測器及積分感測電路的電路架構，在各種應用中仍可採用原始計數值結果做為訊號輸出，並且可在保有原始架構的線性度的前提下，提早預估結果，所節省的積分時間可進行額外應用。再者，即使感測訊號較微弱，仍可在積分時間的前期就判斷出來，因此可以快速將感測訊號放大後再進行預估。
另一方面，所節省的積分時間可通過將本發明所提供的快速預估感測數值電路及其方法應用於多通道感測器進行計數值預估，使其共用同一組檢測電路，於一次完整積分時間內可產出多組計數值輸出。並且，因共用同一組檢測電路，可預期節省整體電路面積以降低成本。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“快速預估感測數值電路及其方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開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，在不背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，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。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。
圖1為根據本發明實施例的快速預估感測數值電路的電路布局圖。參閱圖1所示，本發明實施例提供一種快速預估感測數值電路1，包括第一感測單元SD1、積分感測電路10及快速預估電路12。
第一感測單元SD1，例如可為光電二極體，或是其他壓力、溫度或電子感測器，與重置開關S1並聯接地，另一端可通過訊號放大器CA連接於運算放大器OP的反相輸入端。當第一感測單元SD1進行感測後，產生第一感測訊號S11。
積分感測電路10電性連接第一感測單元SD1且包括運算放大器OP、積分電容Cint、比較器CP及第一計數器CT1。
運算放大器OP的反相輸入端電性連接第一感測單元SD1，且通過積分電容Cint連接於運算放大器OP的輸出端，運算放大器OP的非反相輸入端接地。其中，運算放大器OP的輸出端爲積分節點Pint，且運算放大器OP接收第一感測訊號S11以於積分節點Pint上產生積分電壓。
比較器CP的第一輸入端電性連接於積分節點Pint，其第二輸入端電性連接第一參考電壓Vref，比較器CP可經配置以將積分節點Pint的積分電壓Vint與第一參考電壓Vref進行比較，在積分節點Pint的積分電壓Vint超過第一參考電壓Vref時，於其輸出端產生觸發重置訊號Srst，例如為一高電位的訊號。觸發重置訊號Srst可進一步用於重置積分節點Pint的積分電壓Vint，例如，可將積分電容Cint的電位進行重置成為接地端的電壓，因此可同步重置積分節點Pint的積分電壓Vint。
另一方面，第一計數器CT1經配置以在積分時間Tint內對觸發重置訊號進行計數，以產生並對應輸出第一計數值Dcount。詳細而言，受限於重置積分節點Pint的積分電壓Vint所需的重置時間Trst，第一計數器CT1在積分時間Tint內具有第一最大計數值的限制，且此第一最大計數值對應於第一感測單元SD1的最大重置頻率。舉例而言，如果經過設計的積分感測電路10可在固有的積分時間Tint內提供10位元的第一最大計數值（亦即，0-1023），代表重置時間Trst設計為積分時間Tint的1/1024，而本發明需採用一更高頻之時脈訊號來進行對重置時間Trst之預估，以下將進一步詳細說明。而當積分時間Tint結束，第一計數器CT1可將累計產生的第一計數值Dcount’存入感測數值暫存器REGi中。
進一步參考圖1所示，快速預估電路12可包括時脈產生器CG、第二計數器CT2、第一數位比較器DCP1及算術模組MC。時脈產生器CG可經配置以產生具有第一頻率f1的一時脈訊號Sclk。時脈訊號Sclk的產生方式可以是由外部訊號產生或是電路內部自行產生，並透過數位電路進行同步，進而能被利用來做為判斷標準時脈。第二計數器CT2電性連接時脈產生器CG，經配置以在積分時間Tint內對時脈訊號Sclk進行計數，以產生並對應輸出第二計數值Dclk,count。
其中，第二計數器CT2在積分時間Tint內具有與第一頻率f1相關的第二最大計數值，且第二最大計數值係大於第一最大計數值。詳細而言，為了在小於積分時間Tint的時間內對最終得到的第一計數值Dcount’進行預估，需要採用具有高於第一感測單元SD1的最大重置頻率的第一頻率，即可使第二最大計數值係大於第一最大計數值。舉例而言，第二計數器CT2可採用每個時脈脈衝為積分時間Tint的1/8192，因此可得到第二最大計數值為8192。
然而，當過早的對最終得到的第一計數值Dcount’進行預估，會由於資訊量的不足導致解析度變得比積分感測電路10的解析度更差。因此，為了確保原始架構的線性度，進一步通過第一數位比較器DCP1設定限制條件。第一數位比較器DCP1可在第一計數值Dcount增加（例如，增加1）時，判斷第二計數值Dclk,count是否超過第一預定計數值Dth。在一些實施例中，第一預定計數值Dth可與第一最大計數值相同，或至少大於第一最大計數值。例如，若第一最大計數值為1024，則第一預定計數值Dth可設定為1024。
在一些實施例中，快速預估電路12更包括狀態檢查模組SC，電性連接第二計數器CT2及第一數位比較器DCP1。當第一數位比較器DCP1在第一計數值Dcount增加（例如，增加1）時，判斷第二計數值Dclk,count超過第一預定計數值Dth，第一數位比較器DCP1會產生對應的判斷訊號，而狀態檢查模組SC可依據此判斷訊號決定以算術模組MC進行預估。
進一步言，算術模組MC響應於第一數位比較電路判斷第二計數值Dclk,count超過第一預定計數值Dth時，依據第二最大計數值與第二計數值Dclk,count的比值，以及第二計數值Dclk,count超過第一預定計數值Dth時的第一計數值Dcount，來預估於積分時間結束時的第一計數值Dcount’，以產生預估計數值結果。
例如，可參考圖2所示，其係為根據本發明實施例的積分時間、時脈訊號、積分電壓、觸發重置訊號、第一計數值、第二計數值及計算時間的訊號時序圖。例如，時脈訊號Sclk可具有積分時間Tint的1/8192的週期，而第一預定計數值Dth設定為1024，當每次出現一筆第一計數值Dcount值時，便去判斷此時的第二計數值Dclk,count是否有超過第一預定計數值Dth，若尚未超過，則第二計數值Dclk,count繼續對時脈訊號Sclk計數，直到第二計數值Dclk,count超過第一預定計數值Dth時，通過算術模組MC開始計算。
其中，第二最大計數值MaxDclk,count與第二計數值Dclk,count的比值為8192/1024，即是8，而此時如圖2所示，第二計數值Dclk,count超過第一預定計數值Dth時的第一計數值Dcount為100，因此，可由下式(1)預估於積分時間結束時的第一計數值Dcount’ 以產生預估計數值結果Dresult：
Dresult=MaxDclk,count*Dcount/Dclk,count…式(1)；
由式(1)可得預估計數值結果Dresult為8196*100/1024，即是800。而此時的計算時間T1佔整體積分時間Tint的比例可降到1/3以下。本發明透過運算短時間內之訊號變化趨勢，預先估算其在完整積分時間結束時之結果。意即，能節省等待電路進行積分之時間，依相關參數之設定，每次運算可節省75%-95%之積分時間，而所節省的積分時間可進一步做其他用途使用。
另一方面，若第一感測單元SD1所產生的第一感測訊號S11極微弱，將會出現第二計數值Dclk,count數到很高的數值而第一計數值Dcount仍為零的狀況，進而會導致預估時間增加，或甚至無法預估的狀況。因此，本發明通過設置第二數位比較器DCP1來設定另一限制條件，並基於此限制條件判斷是否要將第一感測單元SD1所產生的第一感測訊號S11放大後再行運算。
在一些實施例中，快速預估感測數值電路1更包括連接於第一感測單元SD1及積分節點Pint之間的訊號放大器CA。訊號放大器CA可例如為電流放大器，用於將第一感測訊號S11放大，但不限於此。實務上，可依據第一感測單元SD1的類型決定使用的訊號放大器CA的種類。
另一方面，快速預估電路12更包括第二數位比較器DCP2及數位控制器DC。第二數位比較器DCP2可在積分時間Tint內，於第二計數值Dclk,count增加時，判斷當第二計數值Dclk,count超過第二預定計數值Dth_gain時，第一計數值Dcount是否為零。
數位控制器DC經配置以在第二數位比較器DCP2判斷當第二計數值Dclk,count超過第二預定計數值Dth_gain時，第一計數值Dcount為零時，輸出第一控制訊號Sc1控制訊號放大器CA將第一感測訊號S11放大。其中，可將第二預定計數值Dth_gain設定為小於第一預定計數值Dth，例如，第二預定計數值Dth_gain可為第一預定計數值Dth的1/3或1/4。因此，即使第一感測訊號S11較微弱，仍可在積分時間Tint的前期就由第二數位比較器DCP2判斷出來，因此可以快速將第一感測訊號S11放大後再進行預估。
在一些實施例中，狀態檢查模組SC可進一步電性連接第二數位比較器DCP2及數位控制器DC，第二數位比較器DCP2判斷第二計數值Dclk,count超過第二預定計數值Dth_gain且第一計數值Dcount為零時，第二數位比較器DCP2會產生對應的判斷訊號，而狀態檢查模組SC可依據此判斷訊號決定配置數位控制器DC控制訊號放大器CA將第一感測訊號S11放大。
此外，快速預估電路10更可包括第一暫存器REG1、第二暫存器REG2及第三暫存器REG3。第一暫存器REG1連接於第一數位比較器DCP1，用以儲存第一預定計數值Dth。第二暫存器REG2連接於第二數位比較器DCP2，用以儲存第二預定計數值Dth_gain。第三暫存器REG3則連接於算術模組MC，經配置以儲存預估計數值結果Dresult。
請進一步參閱圖3，其為根據本發明另一實施例的快速預估感測數值電路的電路布局圖。
在本發明的另一實施例中，與圖1相同的元件以相同的元件符號標示，且省略重複敘述。在本實施例中，快速預估感測數值電路1更包括第一切換開關T11、第二切換開關T12、第三切換開關T13、第二感測單元SD2及第三感測單元SD3。第一切換開關T11連接於第一感測單元SD1及電流放大器CA之間。第二感測單元SD2通過第二切換開關T12及電流放大器CA連接於運算放大器OP的反相輸入端，經配置以進行感測以產生第二感測訊號S12。第三感測單元SD3通過第三切換開關T13及電流放大器CA連接於運算放大器OP的反相輸入端，且經配置以進行感測以產生第三感測訊號S13。
如先前實施例所描述的，本發明的快速預估感測數值電路能節省等待電路進行積分之時間，而所節省的積分時間可進一步做其他用途使用。在此實施例中，進一步將所節省的積分時間Tint用於估測多組感測訊號，使其共用同一組檢測電路，因此，於一次完整積分時間內可產出對應多組感測訊號的預估計數值。
例如，可參考圖4所示，其係為根據本發明另一實施例的積分時間、時脈訊號、開關訊號、積分電壓、觸發重置訊號、第一計數值、第二計數值及計算時間的訊號時序圖。在本實施例中，積分時間Tint進一步包括第一子積分時間T1、第二子積分時間T2及第三子積分時間T3，且數位控制器經配置以分別在第一子積分時間T1、第二子積分時間T2及第三子積分時間T3中以開關訊號控制第一切換開關T11、第二切換開關T12及第三切換開關T13分別導通，以使第一計數器CT1及第二計數器CT2分別在第一子積分時間T1、第二子積分時間T2及第三子積分時間T3中進行計數，以產生對應的第一計數值Dcount1、Dcount2及Dcount3，以及第二計數值Dclk1、Dclk2及Dclk3。並且，以類似於先前實施例的方式，在滿足第二計數值Dclk1、Dclk2及Dclk3分別超過第一預估計數值Dth的條件下，可通過算術模組MC預估產生對應的預估計數值結果Dresult1、Dresult2及Dresult3。
在一些實施例中，快速預估感測數值電路1更包括第三暫存器REG3、第四暫存器REG4及第五暫存器REG5。第三暫存器REG3連接於該算術模組MC，經配置以儲存對應於第一感測單元SD1的預估計數值結果Dresult1。第四暫存器REG4連接於算術模組MC，經配置以儲存對應於該第二感測單元SD2的預估計數值結果Dresult2。第五暫存器REG5連接於該算術模組MC，經配置以儲存對應於第三感測單元SD3的預估計數值結果Dresult3。
因此，通過本發明提供的快速預估感測數值電路，可不破壞原始感測器及積分感測電路的電路架構，在各種應用中仍可採用原始計數值結果做為訊號輸出，並且可在保有原始架構的線性度的前提下，提早預估結果，所節省的積分時間可進行額外應用。再者，即使感測訊號較微弱，仍可在積分時間的前期就判斷出來，因此可以快速將感測訊號放大後再進行預估。
另一方面，所節省的積分時間可通過將本發明提供的快速預估感測數值電路應用於多通道感測器進行計數值預估，使其共用同一組檢測電路，於一次完整積分時間內可產出多組計數值輸出。並且，因共用同一組檢測電路，可預期節省整體電路面積以降低成本。
此外，可進一步參考圖5，其為本發明實施例的快速預估感測數值方法的流程圖。如圖所示，本發明另外提供一種快速預估感測數值的方法，其適用於前述實施例的快速預估感測數值電路，包括下列步驟：
步驟S100：配置第一感測單元進行感測以產生第一感測訊號，並在積分節點上產生積分電壓。
步驟S101：配置比較器將積分節點的電壓與第一參考電壓進行比較運算，且響應於該積分節點的電壓超過該第一參考電壓時，於比較器的輸出端產生一觸發重置訊號。
步驟S102：配置第一計數器在積分時間內對觸發重置訊號進行計數，以產生第一計數值。
步驟S103：配置時脈產生器產生具有第一頻率的時脈訊號；
步驟S104：配置第二計數器在積分時間內對時脈訊號進行計數，以產生第二計數值。
步驟S105：配置第二數位比較器在積分時間內，且於第二計數值增加時，判斷當第二計數值超過第二預定計數值時，第一計數值是否大於零。若是，則進入步驟S106，配置第一數位比較器在第一計數值增加時，判斷第二計數值是否超過第一預定計數值。
若於步驟S105中判斷為否，則進入步驟S107：配置數位控制器控制訊號放大器將第一感測訊號放大，並回到步驟S101。
若於步驟S106中判斷為否，則等待第一計數值增加後重複執行步驟S106。若於步驟S106中判斷為是，則進入步驟S108，配置算術模組依據第二最大計數值與第二計數值的比值，以及第二計數值超過第一預定計數值時的第一計數值，來預估於積分時間結束時的第一計數值，以產生預估計數值結果。
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的快速預估感測數值電路及其方法，可不破壞原始感測器及積分感測電路的電路架構，在各種應用中仍可採用原始計數值結果做為訊號輸出，並且可在保有原始架構的線性度的前提下，提早預估結果，所節省的積分時間可進行額外應用。再者，即使感測訊號較微弱，仍可在積分時間的前期就判斷出來，因此可以快速將感測訊號放大後再進行預估。
另一方面，所節省的積分時間可通過將本發明所提供的快速預估感測數值電路及其方法應用於多通道感測器進行計數值預估，使其共用同一組檢測電路，於一次完整積分時間內可產出多組計數值輸出。並且，因共用同一組檢測電路，可預期節省整體電路面積以降低成本。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
1:快速預估感測數值電路
SD1:第一感測單元
10:積分電路
12:快速預估電路
S1:重置開關
CA:訊號放大器
OP:運算放大器
Pint:積分節點
S11:第一感測訊號
Cint:積分電容
CP比:較器
CT1:第一計數器
Vref:第一參考電壓
Vint:積分電壓
Srst:觸發重置訊號
Tint:積分時間
Dcount、Dcount’、 Dcount1、Dcount2、Dcount3:第一計數值
REGi:感測數值暫存器
CG:時脈產生器
CT2:第二計數器
DCP1:第一數位比較器
MC:算術模組
Sclk:時脈訊號
Dclk,count、Dclk1、Dclk2、Dclk3:第二計數值
Dth:第一預定計數值
SC:狀態檢查模組
DCP2:第二數位比較器
DC:數位控制器
Dth_gain:第二預定計數值
Dresult、Dresult1、Dresult2、Dresult3:預估計數值結果
Sc1:第一控制訊號
REG1:第一暫存器
REG2:第二暫存器
REG3:第三暫存器
T11:第一切換開關
T12:第二切換開關
T13:第三切換開關
SD2:第二感測單元
SD3:第三感測單元
T1:第一子積分時間
T2:第二子積分時間
T3:第三子積分時間
REG4:第四暫存器
REG5:第五暫存器
S12:第二感測訊號
S13:第三感測訊號
圖1為根據本發明實施例的快速預估感測數值電路的電路布局圖。
圖2為根據本發明實施例的積分時間、時脈訊號、積分電壓、觸發重置訊號、第一計數值、第二計數值及計算時間的訊號時序圖。
圖3為根據本發明另一實施例的快速預估感測數值電路的電路布局圖。
圖4為根據本發明另一實施例的積分時間、時脈訊號、開關訊號、積分電壓、觸發重置訊號、第一計數值、第二計數值及計算時間的訊號時序圖。
圖5為本發明實施例的快速預估感測數值方法的流程圖。
1:快速預估感測數值電路
SD1:第一感測單元
10:積分電路
12:快速預估電路
S1:重置開關
CA:訊號放大器
OP:運算放大器
Pint:積分節點
S11:第一感測訊號
Cint:積分電容
CP:比較器
CT1:第一計數器
Vref:第一參考電壓
Srst:觸發重置訊號
Dcount:第一計數值
REGi:感測數值暫存器
CG:時脈產生器
CT2:第二計數器
DCP1:第一數位比較器
MC:算術模組
Sclk:時脈訊號
Dclk,count:第二計數值
Dth:第一預定計數值
SC:狀態檢查模組
DCP2:第二數位比較器
DC:數位控制器
Dth_gain:第二預定計數值
Dresult:預估計數值結果
Sc1:第一控制訊號
REG1:第一暫存器
REG2:第二暫存器
REG3:第三暫存器
Claims (14)
- 一種快速預估感測數值電路，包括：一第一感測單元，經配置以進行感測以產生一第一感測訊號；一積分感測電路，電性連接該第一感測單元且包括：一運算放大器，其第一輸入端電性連接該第一感測單元，且通過一積分電容連接於該運算放大器的輸出端，其第二輸入端接地，其中該運算放大器的輸出端為一積分節點，且該運算放大器接收該第一感測訊號並於該積分節點上產生一積分電壓；一比較器，其第一輸入端電性連接於該積分節點，其第二輸入端電性連接一第一參考電壓，經配置以在該積分電壓超過該第一參考電壓時，於其輸出端產生一觸發重置訊號，其中該觸發重置訊號用於重置該積分電壓；及一第一計數器，經配置以在一積分時間內對該觸發重置訊號進行計數，以產生並對應輸出一第一計數值，其中，該第一計數器在該積分時間內具有一第一最大計數值；一訊號放大器，連接於該第一感測單元及該積分節點之間；以及一快速預估電路，其包括：一時脈產生器，經配置以產生具有一第一頻率的一時脈訊號；一第二計數器，電性連接該時脈產生器，經配置以在該積分時間內對該時脈訊號進行計數，以產生並對應輸出一第二計數值，其中該第二計數器在該積分時間內 具有與該第一頻率相關的一第二最大計數值，且該第二最大計數值係大於該第一最大計數值；一第一數位比較器，經配置以在該第一計數值增加時，判斷該第二計數值是否超過一第一預定計數值；一算術模組，響應於該第一比較電路判斷該第二計數值超過該第一預定計數值時，經配置以依據該第二最大計數值與該第二計數值的比值，以及該第二計數值超過該第一預定計數值時的該第一計數值，來預估於該積分時間結束時的該第一計數值，以產生一預估計數值結果；一第二數位比較器，經配置以在該積分時間內，且於該第二計數值增加時，判斷當該第二計數值超過一第二預定計數值時，該第一計數值是否為零；及一數位控制器，經配置以在該第二數位比較器判斷該第二計數值超過該第二預定計數值以及該第一計數值為零時，輸出一第一控制訊號控制該訊號放大器將該第一感測訊號放大，其中該第二預定計數值小於該第一預定計數值。
- 如請求項1所述的快速預估感測數值電路，其中該第一預定計數值係大於或等於該第一最大計數值。
- 如請求項1所述的快速預估感測數值電路，其中該快速預估電路更包括一狀態檢查模組，電性連接該第二計數器、該第一數位比較器、該第二數位比較器及該數位控制器，經配置以分別接收該第一數位比較器及該第二數位比較器產生的判斷結果，以決定控制該數位控制器或該算術模組。
- 如請求項1所述的快速預估感測數值電路，其中，該快速預估電路更包括： 一第一暫存器，連接於該第一數位比較器，經配置以儲存該第一預定計數值；一第二暫存器，連接於該第二數位比較器，經配置以儲存該第二預定計數值；一第三暫存器，連接於該算術模組，經配置以儲存該預估計數值結果。
- 如請求項1所述的快速預估感測數值電路，更包括：一第一切換開關，連接於該第一感測單元及該運算放大器的第一輸入端之間；一第二感測單元，通過一第二切換開關連接於該運算放大器的第一輸入端，經配置以進行感測以產生一第二感測訊號；一第三感測單元，通過一第三切換開關連接於該運算放大器的第一輸入端，且經配置以進行感測以產生一第三感測訊號。
- 如請求項5所述的快速預估感測數值電路，其中該積分時間進一步包括一第一子積分時間、一第二子積分時間及一第三子積分時間，且該數位控制器經配置以分別在該第一子積分時間、該第二子積分時間及該第三子積分時間中控制該第一切換開關、該第二切換開關及該第三切換開關分別導通，以產生對應的該預估計數值結果。
- 如請求項6所述的快速預估感測數值電路，更包括：一第三暫存器，連接於該算術模組，經配置以儲存對應於該第一感測單元的該預估計數值結果；一第四暫存器，連接於該算術模組，經配置以儲存對應於該第二感測單元的該預估計數值結果；以及一第五暫存器，連接於該算術模組，經配置以儲存對應於 該第三感測單元的該預估計數值結果。
- 一種快速預估感測數值方法，其包括下列步驟：配置一第一感測單元進行感測以產生一第一感測訊號；配置一運算放大器接收該第一感測訊號並於一積分節點上產生一積分電壓；配置一積分感測電路的一比較器將該積分電壓與一第一參考電壓進行比較運算，且響應於該積分電壓超過該第一參考電壓時，於該比較器的一輸出端產生一觸發重置訊號，其中該觸發重置訊號用於重置該積分電壓；配置該積分感測電路的一第一計數器在一積分時間內對該觸發重置訊號進行計數，以產生並對應輸出一第一計數值，其中，該第一計數器在該積分時間內具有一第一最大計數值；配置一快速預估電路的一時脈產生器產生具有一第一頻率的一時脈訊號；配置該快速預估電路的一第二計數器在該積分時間內對該時脈訊號進行計數，以產生並對應輸出一第二計數值，其中該第二計數器在該積分時間內具有與該第一頻率相關的一第二最大計數值，且該第二最大計數值係大於該第一最大計數值；配置該快速預估電路的一第一數位比較器在該第一計數值增加時，判斷該第二計數值是否超過一第一預定計數值；配置該快速預估電路的一算術模組，響應於該第一比較電路判斷該第二計數值超過該第一預定計數值時，依據該第二最大計數值與該第二計數值的比值，以及該第二計數值超過該第一預定計數值時的該第一計數值，來預估 於該積分時間結束時的該第一計數值，以產生一預估計數值結果；配置該快速預估電路的一第二數位比較器在該積分時間內，且於該第二計數值增加時，判斷當該第二計數值超過一第二預定計數值時，該第一計數值是否為零；以及配置該快速預估電路的一數位控制器在該第二數位比較器判斷該第二計數值超過該第二預定計數值以及該第一計數值為零時，輸出一第一控制訊號控制連接於該第一感測單元及該積分節點之間的一訊號放大器將該第一感測訊號放大，其中該第二預定計數值小於該第一預定計數值。
- 如請求項8所述的快速預估感測數值方法，其中該第一預定計數值係大於或等於該第一最大計數值。
- 如請求項8所述的快速預估感測數值方法，更包括配置該快速預估電路的一狀態檢查模組分別接收該第一數位比較器及該第二數位比較器產生的判斷結果，以決定配置該數位控制器控制該訊號放大器或配置該算術模組預估該預估計數值。
- 如請求項8所述的快速預估感測數值方法，更包括：配置該快速預估電路的一第一暫存器儲存該第一預定計數值；配置該快速預估電路的一第二暫存器儲存該第二預定計數值；配置該快速預估電路的一第三暫存器儲存該預估計數值結果。
- 如請求項8所述的快速預估感測數值方法，其中該第一感測單元係通過一第一切換開關連接於該運算放大器的第一輸入端，且該快速預估感測數值方法更包括： 配置通過一第二切換開關連接於該運算放大器的第一輸入端的一第二感測單元進行感測以產生一第二感測訊號；配置通過一第三切換開關連接於該運算放大器的第一輸入端的一第三感測單元進行感測以產生一第三感測訊號。
- 如請求項12所述的快速預估感測數值方法，其中該積分時間進一步包括一第一子積分時間、一第二子積分時間及一第三子積分時間，該快速預估感測數值方法更包括：配置該數位控制器以分別在該第一子積分時間、該第二子積分時間及該第三子積分時間中控制該第一切換開關、該第二切換開關及該第三切換開關分別導通，以產生對應的該預估計數值結果。
- 如請求項13所述的快速預估感測數值方法，更包括：配置連接於該算術模組的一第三暫存器儲存對應於該第一感測單元的該預估計數值結果；配置連接於該算術模組的一第四暫存器儲存對應於該第二感測單元的該計數值結果；以及配置連接於該算術模組的一第五暫存器儲存對應於該第三感測單元的該預估計數值結果。
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