TWI783639B - 感測裝置及其感測方法 - Google Patents

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Abstract

一種感測裝置及其感測方法。充電控制電路調整感測電流的大小，以提高感測電流對輸出電容的充電速率，縮短輸出感測電壓達到穩定狀態的時間。

Description

感測裝置及其感測方法
本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種感測裝置及其感測方法。
常見的影像感測裝置可包括由多個感測像素構成的感測像素陣列，各個感測像素可例如將入射光轉換為感測信號，藉由分析各個感測像素所提供的感測信號，即可獲得感測像素陣列所感測到的影像。影像感測技術通常可以應用於個人使用的保險箱、門鎖、消費型電子裝置(個人電腦、手機、平板電腦)...等，藉由感測結果來進行身分辨識進而提高安全性。隨著相關技術的成熟，對於影像感測的感測品質的要求也越來越高，因此如何在不影響影像感測裝置的感測品質的情形下提高感測效率為本領域相關技術人員重要的課題。
本發明提供一種感測裝置及其感測方法，可有效提高感 測裝置的感測效率。
本發明的感測裝置包括感測單元、輸出電容以及充電控制電路。感測單元執行影像感測，而產生感測電流。輸出電容耦接於感測單元的輸出端與參考電壓之間，反應感測電流而產生輸出感測電壓。充電控制電路耦接感測單元，調整感測電流的大小，以提高感測電流對輸出電容的充電速率，縮短輸出感測電壓達到穩定狀態的時間。
本發明還提供一種感測裝置的感測方法，感測裝置包括感測單元、輸出電容以及充電控制電路，輸出電容耦接於感測單元的輸出端與參考電壓之間，輸出電容反應感測電流而產生輸出感測電壓。感測裝置的感測方法包括下列步驟。控制感測單元執行影像感測，以產生感測電流。調整感測電流的大小，以提高感測電流對輸出電容的充電速率，縮短輸出感測電壓達到穩定狀態的時間。
基于上述，本發明實施例的充電控制電路可調整感測電流的大小，以提高感測電流對輸出電容的充電速率，縮短輸出感測電壓達到穩定狀態的時間，進而有效提高感測裝置的感測效率。
102:感測單元
104:充電控制電路
202:光電轉換單元
204:緩衝放大器電路
C1:輸出電容
VB:參考電壓
IS1:感測電流
Vout:輸出感測電壓
SW1:重置開關
SW2、SW3:開關
I1、I2:電流源
VR:重置電壓
D1:光電二極體
M1:電晶體
SVDD:電源電壓
SR1:重置控制信號
VS1:感測電壓
t1、t2:充電期間
S1、S2:開關控制信號
T1、T2:時間
CV1、CV2:曲線
S402~S404、S502~S504:感測裝置的感測方法步驟
圖1是依照本發明的實施例的一種感測裝置的示意圖。
圖2是依照本發明另一實施例的感測裝置的示意圖。
圖3是依照本發明的實施例的開關控制信號與輸出感測電壓的示意圖。
圖4是依照本發明的實施例的一種感測裝置的感測方法流程圖。
圖5是依照本發明另一實施例的一種感測裝置的感測方法流程圖。
圖1是依照本發明的實施例的一種感測裝置的示意圖，請參照圖1。感測裝置包括感測單元102、輸出電容C1以及充電控制電路104，輸出電容C1耦接於感測單元102的輸出端與參考電壓VB之間，充電控制電路104耦接感測單元102，其中參考電壓VB可例如為接地電壓，然不以此為限。感測單元102可執行影像感測(例如指紋感測，然不以此為限)，並產生對應的感測電流IS1。感測電流IS1可對輸出電容C1進行充電，而使輸出電容C1反應感測電流IS1產生輸出感測電壓Vout給後端的處理電路進行影像處理。充電控制電路104可調整感測電流IS1的電流值大小，以調整感測電流IS1對輸出電容C1的充電速率，縮短輸出感測電壓Vout達到穩定狀態的時間。舉例來說，充電控制電路104可以先大後小的方式調整感測電流IS1的大小，亦即先將感測電流IS1提高到較大的電流值，而後在輸出感測電壓Vout還未達到穩定狀態前，將感測電流IS1調整為較小的電流值，直到輸出感測電壓 Vout未達到穩定狀態。
如此先將感測電流IS1提高到較大的電流值可加快輸出電容C1的充電速率，而在輸出感測電壓Vout還未達到穩定狀態前，將感測電流IS1調整為較小的電流值則可較精準地對輸出電容C1進行充電，同時並可降低功率消耗。因此，藉由充電控制電路104對感測電流的調整，可在不影響感測裝置的感測品質的情形下，縮短輸出感測電壓達到穩定狀態的時間，有效提高感測裝置的感測效率。
圖2是依照本發明另一實施例的感測裝置的示意圖。進一步來說，感測單元102以及充電控制電路104的實施方式可例如圖2所示，在圖2實施例中，感測單元102可包括重置開關SW1、光電轉換單元202以及緩衝放大器電路204，充電控制電路104則可包括開關SW2、SW3以及電流源I1、I2。其中重置開關SW1耦接於重置電壓VR與光電轉換單元202之間，緩衝放大器電路204耦接光電轉換單元202，在本實施例中，光電轉換單元202為以光電二極體D1來實施，緩衝放大器電路204則以電晶體M1來實施，然不以此為限。光電二極體D1的陰極與陽極分別耦接重置開關SW1與接地電壓，電晶體M1耦接於電源電壓SVDD與開關SW2之間，電晶體M1的控制端耦接光電二極體D1的陰極。開關SW2與電流源I1串接於電晶體M1與接地電壓之間，開關SW3與電流源I2串接於電晶體M1與接地電壓之間。
重置開關SW1可於重置期間受控於重置控制信號SR1而 被導通，進而重置電晶體M1的閘極電壓。在感測裝置的感測期間，重置開關SW1則受控於重置控制信號SR1而處於斷開狀態，此時光電二極體D1可將包括影像資訊的光信號轉換為電信號，而於電晶體M1的閘極產生對應的感測電壓VS1。電晶體M1則可反應光電二極體D1提供的電信號，亦即閘極的感測電壓VS1產生感測電流IS1對輸出電容C1進行充電。
充電控制電路104中的電流源I1、I2可分別提供第一定電流與第二定電流，其中第一定電流大於第二定電流。在感測裝置的感測期間，如圖3所示，充電控制電路104可使輸出電容C1先後進入充電期間t1與充電期間t2。其中在充電期間t1，開關SW2受控於開關控制信號S1而處於導通狀態，開關SW3受控於開關控制信號S2而處於斷開狀態，如此可提高感測電流IS1的電流值，大幅提高輸出電容C1的充電速度。在充電期間t2，開關SW2受控於開關控制信號S1而處於斷開狀態，開關SW3受控於開關控制信號S2而處於導通狀態，以降低感測電流IS1的電流值，而得以較線性、較準確的方式對輸出電容C1進行充電。
如圖3所示，以未經調整電流值的感測電流IS1來對輸出電容C1充電需耗費時間T2才能將輸出感測電壓Vout充電至穩定狀態(如曲線CV2所示)，而藉由本實施例的經調整電流值的感測電流IS1來對輸出電容C1充電，僅需耗費時間T1便能將輸出感測電壓Vout充電至穩定狀態(如曲線CV1所示，達到穩定電壓)。
值得注意的是，在本實施例中，於充電期間t1，開關SW2 受控於開關控制信號S1而處於導通狀態，開關SW3受控於開關控制信號S2而處於斷開狀態，然在其他實施例中，也可使開關SW2、SW3皆處於導通狀態，以進一步加快輸出電容C1的充電速度，提高感測裝置的感測效率。此外，圖2實施例為以光感測元件來實施感測單元102，然不以此為限，感測單元102也可例如為以電容式感測器或其他方式來實施。
圖4是依照本發明的實施例的一種感測裝置的感測方法流程圖，其中該感測裝置包括感測單元、輸出電容以及充電控制電路，輸出電容耦接於感測單元的輸出端與參考電壓之間，輸出電容反應感測電流而產生輸出感測電壓。由上述實施例可知，感測裝置的感測方法可至少包括下列步驟。首先，控制感測單元執行影像感測，以產生感測電流(步驟S402)。接著，調整感測電流的大小，以提高感測電流對輸出電容的充電速率，縮短輸出感測電壓達到穩定狀態的時間(步驟S404)，其中調整感測電流的大小的方式可例如為，以先大後小的方式調整該感測電流的大小，然不以此為限。
進一步來說，感測單元與充電控制電路可例如以圖2實施例的方式來實施，在此不再贅述。在以圖2實施例實施感測單元與充電控制電路的情形下，感測裝置的感測方法可如圖5所示，在步驟S402後，於第一充電期間使第一電流源連接至感測單元的輸出端(步驟S502)，然後，於第二充電期間斷開第一電流源與感測單元的輸出端間的連接，並使第二電流源連接至感測單元的輸 出端(步驟S504)，其中第一電流源用以提供第一定電流，第二電流源用以提供第二定電流，且第一定電流大於第二定電流。如此可使感測電流的電流值以先大後小的方式變化，而可在不影響感測裝置的感測品質的情形下，縮短輸出感測電壓達到穩定狀態的時間，有效提高感測裝置的感測效率。
綜上所述，本發明實施例的充電控制電路可調整感測電流的大小，以提高感測電流對輸出電容的充電速率，縮短輸出感測電壓達到穩定狀態的時間，進而有效提高感測裝置的感測效率。
102:感測單元
104:充電控制電路
C1:輸出電容
VB:參考電壓
IS1:感測電流
Vout:輸出感測電壓

Claims (14)

  1. 一種感測裝置，包括： 一感測單元，執行一影像感測，而產生一感測電流； 一輸出電容，耦接於該感測單元的輸出端與一參考電壓之間，反應該感測電流而產生一輸出感測電壓；以及 一充電控制電路，耦接該感測單元，調整該感測電流的大小，以提高該感測電流對該輸出電容的充電速率，縮短該輸出感測電壓達到穩定狀態的時間。
  2. 如請求項1所述的感測裝置，其中該充電控制電路以先大後小的方式調整該感測電流的大小。
  3. 如請求項1所述的感測裝置，其中該充電控制電路包括： 一第一開關； 一第一電流源，與該第一開關串接於該感測單元的輸出端與該參考電壓之間，該第一電流源提供一第一定電流； 一第二開關； 一第二電流源，與該第二開關串接於該感測單元的輸出端與該參考電壓之間，該第二電流源提供一第二定電流，該第一開關，該輸出電容先後進入一第一充電期間與一第二充電期間，於該第一充電期間，該第一開關處於導通狀態，而該第二開關處於斷開狀態，於該第二充電期間，該第一開關處於斷開狀態，而該第二開關處於導通狀態。
  4. 如請求項3所述的感測裝置，其中該第一定電流大於該第二定電流。
  5. 如請求項1所述的感測裝置，其中該感測單元包括： 一重置開關，其一端耦接一重置電壓，於一重置期間處於導通狀態，於一感測期間處於斷開狀態； 一光電轉換單元，耦接於該重置開關的另一端，將包括一影像資訊的光信號轉換為一電信號；以及 一緩衝放大器電路，耦接該光電轉換單元，反應該電信號產生該感測電流。
  6. 如請求項5所述的感測裝置，其中該光電轉換單元包括： 一光電二極體，其陰極與陽極分別耦接該重置開關的另一端與該參考電壓。
  7. 如請求項5所述的感測裝置，其中該緩衝放大器電路包括： 一電晶體，耦接於一電源電壓與該緩衝放大器電路的輸出端之間，該電晶體的控制端耦接該光電轉換單元的輸出端。
  8. 一種感測裝置的感測方法，該感測裝置包括一感測單元、一輸出電容以及一充電控制電路，該輸出電容耦接於該感測單元的輸出端與一參考電壓之間，該輸出電容反應該感測電流而產生一輸出感測電壓，該感測裝置的感測方法包括： 控制該感測單元執行一影像感測，以產生一感測電流； 調整該感測電流的大小，以提高該感測電流對該輸出電容的充電速率，縮短該輸出感測電壓達到穩定狀態的時間。
  9. 如請求項8所述的感測裝置的感測方法，包括： 以先大後小的方式調整該感測電流的大小。
  10. 如請求項8所述的感測裝置的感測方法，其中該輸出電容先後進入一第一充電期間與一第二充電期間，該感測裝置的感測方法包括： 於該第一充電期間使一第一電流源連接至該感測單元的輸出端；以及 於該第二充電期間斷開該第一電流源與該感測單元的輸出端間的連接，並使一第二電流源連接至該感測單元的輸出端，其中該第一電流源提供一第一定電流，該第二電流源提供一第二定電流。
  11. 如請求項10所述的感測裝置的感測方法，其中該第一定電流大於該第二定電流。
  12. 如請求項8所述的感測裝置的感測方法，該感測單元包括： 一重置開關，其一端耦接一重置電壓，於一重置期間處於導通狀態，於一感測期間處於斷開狀態； 一光電轉換單元，耦接於該重置開關的另一端，將包括一影像資訊的光信號轉換為一電信號；以及 一緩衝放大器電路，耦接該光電轉換單元，反應該電信號產生該感測電流。
  13. 如請求項12所述的感測裝置的感測方法，其中該光電轉換單元包括： 一光電二極體，其陰極與陽極分別耦接該重置開關的另一端與該參考電壓。
  14. 如請求項12所述的感測裝置的感測方法，其中該緩衝放大器電路包括： 一電晶體，耦接於一電源電壓與該緩衝放大器電路的輸出端之間，該電晶體的控制端耦接該光電轉換單元的輸出端。
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