TWI771929B - 具有電荷分配電路的計數器 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種具有電荷分配電路的計數器。電荷分配電路包含第一開關、第二開關、第三開關、第四開關、第三電容以及第四電容。第一開關的第一端以及第三開關的第一端連接運算放大器的第一輸入端。第一開關的第二端連接第三電容的第一端以及第四開關的第一端。第三開關的第二端連接第四電容的第一端以及第二開關的第一端。第三電容的第二端以及第四電容的第二端接地。第二開關的第二端以及第四開關的第二端耦接參考電壓。

Description

具有電荷分配電路的計數器
本發明涉及計數器，特別是涉及一種可應用於光學感測器的具有電荷分配電路的計數器。
在不同的環境下，人眼對螢幕亮度的要求不一樣。因此，環境光傳感器廣泛地各種電子產品例如手機中，用作自動調節顯示幕的螢幕亮度的依據，以改善各種環境下的觀看效果。如此，可避免在環境光強度較強的情況下，如果仍然保持相同的螢幕亮度，對人眼需求過強，甚至有些刺眼，不適合人眼觀看。然而，現有光感測器的感測光強度的精準度不佳。
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具有電荷分配電路的計數器，包含第一電容、電流供應元件、運算放大器以及電荷分配電路。電流供應元件連接第一電容。電流供應元件配置以供應電流至第一電容。運算放大器的第一輸入端連接第一電容並透過第二電容連接運算放大器的輸出端。運算放大器的第二輸入端耦接輸入電壓。運算放大器配置以將運算放大器的第一輸入端的電壓與輸入電壓的差值乘上一增益值以輸出運算放大訊號。電荷分配電路包含第一相位開關電路、第二相位開關電路、第三電容以及第四電容。第一相位開關電路包含第一開關以及第二開關。第二相位開關電路包含第三開關以及第四開關。第一相位開關電路與第二相位開關電路互補切換。第一開關與第二開關同時開啟或關閉。第三開關與第四開關同時開啟或關閉。第一開關的第一端以及第三開關的第一端連接運算放大器的第一輸入端。第一開關的第二端連接第三電容的第一端以及第四開關的第一端。第三開關的第二端連接第四電容的第一端以及第二開關的第一端。第三電容的第二端以及第四電容的第二端接地。第二開關的第二端以及第四開關的第二端耦接第一參考電壓。
在一實施方案中，電流供應元件包含光電元件，配置以將照射通過光電元件的光能轉換為電流。
在一實施方案中，所述具有電荷分配電路的計數器更包含比較器。比較器的第一輸入端連接運算放大器的輸出端，比較器的第二輸入端分別以及耦接第二參考電壓。比較器配置以比較比較器的第一輸入端的電壓與第二參考電壓，以輸出一比較訊號。
在一實施方案中，電流供應元件更包含相位觸發電路。相位觸發電路連接比較器的輸出端。相位觸發電路配置以依據比較訊號以輸出第一相位訊號以及第二相位訊號。
在一實施方案中，相位觸發電路連接第一相位開關電路的控制端以及第二相位開關電路的控制端。相位觸發電路配置以輸出第一相位訊號輸出至第一相位開關電路，並輸出準位與第一相位訊號相反的第二相位訊號至第二相位開關電路。
在一實施方案中，當運算放大訊號的電壓增加至大於第二參考電壓時，比較器輸出高準位的比較訊號，相位觸發電路依據高準位的比較訊號以切換第一相位開關電路以及第二相位開關電路。
如上所述，本發明提供一種具有電荷分配電路的計數器，其可互補切換電荷分配電路的第一相位開關電路與第二相位開關電路，以將運算放大器的輸出端的電壓快速拉降，使得計數器中不必採用擁有高頻寬和快速轉換的高速運算放大器，仍可取得精準的計數值。
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含相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
請參閱圖1至圖3，其中圖1為本發明實施例的計數器的電荷分配電路的電路佈局圖；圖2為本發明實施例的計數器的電路佈局圖；圖3為本發明實施例的計數器的訊號波形圖。
如圖2所示 ，計數器的基本電路元件可包含第一電容C1、電流供應元件IS、運算放大器OPA、第二電容C2以及比較器CMP。
電流供應元件IS連接第一電容C1。電流供應元件IS配置以供應電流至第二電容C2，以充電第二電容C2。例如，電流供應元件IS包含光電元件PD。光電元件PD可將照射通過光電元件PD的光能轉換為電流。
運算放大器OPA的第一輸入端例如非反相輸入端連接第一電容C1的第一端。第一電容C1的第二端接地。運算放大器OPA的第一輸入端透過第二電容C2連接運算放大器OPA的輸出端。運算放大器OPA的第二輸入端例如反相輸入端耦接輸入電壓V1。
比較器CMP的第一輸入端例如反相輸入端連接運算放大器OPA的輸出端。比較器CMP的第二輸入端例如非反相輸入端耦接第二參考電壓VREF2。比較器CMP配置以比較比較器CMP的第一輸入端的電壓與第二參考電壓VREF2，以輸出比較訊號OUT。
值得注意的是，本發明實施例的計數器更包含如圖1所示的電荷分配電路DTS。電荷分配電路DTS可包含第三電容C3、第四電容C4、第一相位開關電路PHW1以及第二相位開關電路PHW2。第三電容C3與第四電容C4可具有相同電容值，但本發明不以此為限。
第一相位開關電路PHW1可包含第一開關PH1以及第二開關PH2。第二相位開關電路PHW2可包含第三開關PH3以及第四開關PH4。
如圖1和圖2所示，第一開關PH1的第一端以及第三開關PH3的第一端連接運算放大器OPA的第一輸入端以及第一電容C1的第一端。第一開關PH1的第二端連接第三電容C3的第一端以及第四開關PH4的第一端。第三開關PH3的第二端連接第四電容C4的第一端以及第二開關PH2的第一端。第三電容C3的第二端以及第四電容C4的第二端接地。第二開關PH2的第二端以及第四開關PH4的第二端耦接第一參考電壓VREF1。此第一參考電壓VREF1可大於輸入電壓V1。
若有需要，本發明實施例的計數器可更包含相位觸發電路PT。相位觸發電路PT連接比較器CMP的輸出端。相位觸發電路PT可配置以依據比較訊號OUT輸出第一相位訊號PHS1以及第二相位訊號PHS2。第一相位訊號PHS1的工作週期可與第二相位訊號PHS2的工作週期相同，但本發明不以此為限。
相位觸發電路PT可連接第一相位開關電路PHW1的控制端以及第二相位開關電路PHW2的控制端。相位觸發電路PT可輸出第一相位訊號PHS1至第一相位開關電路PHW1，並可輸出第二相位訊號PHS2至第二相位開關電路PHW2。
如圖3所示，第一相位訊號PHS1的準位可與第二相位訊號PHS2的準位相反。亦即，當第一相位訊號PHS1為高準位時，第二相位訊號PHS2為低準位；而當第一相位訊號PHS1為低準位時，第二相位訊號PHS2為高準位。因此，第一相位訊號PHS1的波形與第二相位訊號PHS2的波形相互錯開。其結果為，第一相位開關電路PHW1以及第二相位開關電路PHW2互補切換。
舉例而言，當第一相位開關電路PHW1接收到高準位的第一相位訊號PHS1時，並且第二相位開關電路PHW2接收到低準位的第二相位訊號PHS2時，第一相位開關電路PHW1的第一開關PH1以及第二開關PH2開啟，而第二相位開關電路PHW2的第三開關PH3以及第四開關PH4關閉。
其結果為，充電電流從第一參考電壓VREF1流至第四電容C4，使得第四電容C4預先被充電至第一參考電壓VREF1。最後，此充電電流可流經第二電容C2至運算放大器OPA的輸出端。
在第二電容C2被電流供應元件IS例如光電元件的電流(以及上述充電電流)充電的過程中，第二電容C2的電壓逐漸上升，如圖3所示的運算放大訊號VINT的上升波段。
運算放大器OPA將運算放大器OPA的第一輸入端例如非反相輸入端的電壓與輸入電壓V1的差值乘上一增益值，以輸出運算放大訊號VINT。當運算放大訊號VINT的電壓上升至大於第二參考電壓VREF2時，運算放大訊號VINT輸出高準位的比較訊號OUT，即比較訊號OUT中產生一個脈波。
相位觸發電路PT依據高準位的比較訊號OUT，切換第一相位開關電路PHW1以及第二相位開關電路PHW2。例如，相位觸發電路PT將第一開關PH1以及第二開關PH2從開啟狀態切換至關閉狀態，將第三開關PH3以及第四開關PH4從關閉狀態切換至開啟狀態。或者，相位觸發電路PT將第一開關PH1以及第二開關PH2從關閉狀態切換至開啟狀態，將第三開關PH3以及第四開關PH4從開啟狀態切換至關閉狀態。
在第一相位開關電路PHW1以及第二相位開關電路PHW2切換之後，第四電容C4進行放電。當第四電容C4的電壓下降時，運算放大器OPA輸出的運算放大訊號VINT的電壓從波峰值拉降至波谷值，例如但不限於如圖3所示的約300mV。
在反覆進行充放電作業後，比較器CMP產生的比較訊號OUT中將具有多個脈波，計數器計數脈波數量可得知執行充放電的次數。若計數器應用於光學感測器時，計數器計數的脈波數量可作為環境光強度的判斷依據。
綜上所述，本發明提供一種具有電荷分配電路的計數器，其可互補切換電荷分配電路的第一相位開關電路與第二相位開關電路，以將運算放大器的輸出端的電壓快速拉降，使得計數器中不必採用擁有高頻寬和快速轉換的高速運算放大器，仍可取得精準的計數值。
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。
PHW1:第一相位開關電路 PH1:第一開關 PH2:第二開關 PHW2:第二相位開關電路 PH3:第三開關 PH4:第四開關 DTS:電荷分配電路 C3:第三電容 C4:第四電容 VREF1:第一參考電壓 C1:第一電容 IS:電流供應元件 OPA:運算放大器 V1:輸入電壓 C2:第二電容 VINT:運算放大訊號 CMP:比較器 VREF2:第二參考電壓 OUT:比較訊號 PT:相位觸發電路 PHS1:第一相位訊號 PHS2:第二相位訊號
圖1為本發明實施例的計數器的電荷分配電路的電路佈局圖。
圖2為本發明實施例的計數器的電路佈局圖。
圖3為本發明實施例的計數器的訊號波形圖。
PHW1:第一相位開關電路
PH1:第一開關
PH2:第二開關
PHW2:第二相位開關電路
PH3:第三開關
PH4:第四開關
DTS:電荷分配電路
C3:第三電容
C4:第四電容
VREF1:第一參考電壓
C1:第一電容
IS:電流供應元件
OPA:運算放大器
V1:輸入電壓
C2:第二電容
VINT:運算放大訊號
CMP:比較器
VREF2:第二參考電壓
OUT:比較訊號
PT:相位觸發電路
PHS1:第一相位訊號
PHS2:第二相位訊號

Claims (6)

  1. 一種具有電荷分配電路的計數器，包含：一第一電容；一電流供應元件，連接該第一電容，配置以供應一電流至該第一電容；一運算放大器，該運算放大器的第一輸入端連接該第一電容並透過一第二電容連接該運算放大器的輸出端，該運算放大器的第二輸入端耦接一輸入電壓，該運算放大器配置以將該運算放大器的第一輸入端的電壓與該輸入電壓的差值乘上一增益值以輸出一運算放大訊號；以及一電荷分配電路，包含一第一相位開關電路、一第二相位開關電路、一第三電容以及一第四電容，該第一相位開關電路包含一第一開關以及一第二開關，該第二相位開關電路包含一第三開關以及一第四開關，該第一相位開關電路與該第二相位開關電路互補切換，該第一開關與該第二開關同時開啟或關閉，該第三開關與該第四開關同時開啟或關閉；其中，該第一開關的第一端以及該第三開關的第一端連接該運算放大器的第一輸入端，該第一開關的第二端連接該第三電容的第一端以及該第四開關的第一端，該第三開關的第二端連接該第四電容的第一端以及該第二開關的第一端，該第三電容的第二端以及該第四電容的第二端接地，該第二開關的第二端以及該第四開關的第二端耦接一第一參考電壓。
  2. 如請求項1所述的具有電荷分配電路的計數器，其中該電流供應元件包含一光電元件，配置以將照射通過該光電元件的光能轉換為該電流。
  3. 如請求項1所述的具有電荷分配電路的計數器，更包含一比較器，該比較器的第一輸入端連接該運算放大器的輸出端，該比較器的第二輸入端耦接一第二參考電壓，該比較器配置以比較該比較器的第一輸入端的電壓與該第二參考電壓，以輸出一比較訊號。
  4. 如請求項3所述的具有電荷分配電路的計數器，更包含一相位觸發電路，連接該比較器的輸出端，配置以依據該比較訊號以輸出一第一相位訊號以及一第二相位訊號。
  5. 如請求項4所述的具有電荷分配電路的計數器，其中該相位觸發電路連接該第一相位開關電路的控制端以及該第二相位開關電路的控制端，該相位觸發電路配置以輸出該第一相位訊號輸出至該第一相位開關電路，並輸出與該第一相位開關電路的準位相反的該第二相位訊號至該第二相位開關電路。
  6. 如請求項5所述的具有電荷分配電路的計數器，其中，當該運算放大訊號的電壓增加至大於該第二參考電壓時，該比較器輸出高準位的該比較訊號，該相位觸發電路依據高準位的比較訊號以切換該第一相位開關電路以及該第二相位開關電路。
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