积分电路及接近检测芯片的制作方法_2

文档序号:9014358阅读:来源:国知局
输入端和输出 端之间。
[0026] 第一电容C1连接在第一运算放大器Opaml的反相输入端和中间端m之间;第二电 容C2,连接在第二运算放大器0pam2的反相输入端和输出端之间。
[0027] 本实用新型所有实施例中涉及到的电容可以是双金属电容(MIM电容)或者是双 多晶电容(PIP电容),开关可以是单个MOS开关也可以是CMOS开关,运算放大器为满足工 作要求的任何普通的运算放大器,如折叠运算放大器或者套筒式运算放大器等。
[0028] 以下描述第一实施例的积分电路的控制方法。在t0到tl期间为第一模式,在tl 到t2期间为第二模式。
[0029] 在第一模式下,开关S1和开关S5闭合,其余开关断开,第一运算放大器Opaml对 流入积分电路输入端的电流i(t)积分,在tl时刻,第一电容C1上的电荷为:
[0030]
[0031 ] 在第二模式下,开关S4、开关S3以及开关S2闭合,其余开关断开,第二运算放大器 0pam2对流入积分电路输入端的电流i(t)积分,同时第一电容C1被复位,第一电容C1上的 电荷转移到第二电容C2上。在t2时刻,第一电容C1上的电荷为零,第二电容C2上电荷 为:
[0032]
[0033] 积分电路输出端的电压为:
[0034]
[0035] 图3为本实用新型的第二实施例的积分电路的电路图,本实用新型第二实施例的 积分电路包括:第一积分模块100、第二积分模块200、开关S1、开关S3以及开关S2。其中, 第一积分模块100包括第一运算放大器Opaml、第一电容C1、开关S4、开关S5、开关S6以及 开关S7 ;第二积分模块200包括:第二运算放大器0pam2、第二电容C2以及开关S8。在图 3中,将第一积分模块100的输出端记作中间端m。
[0036] 第一运算放大器Opaml具有同相输入端、反相输入端和输出端,第一运算放大器 Opaml的同相输入端接地;第二运算放大器0pam2具有同相输入端、反相输入端和输出端, 第二运算放大器0pam2的同相输入端接地,第二运算放大器0pam2的输出端作为积分电路 的输出端。
[0037] 开关S1连接在第一运算放大器Opaml的反相输入端和积分电路的输入端之间;开 关S2连接在第二运算放大器0pam2的反相输入端和积分电路的输入端之间;开关S5连接 在第一运算放大器Opaml的输出端和中间端m之间;开关S3连接在第二运算放大器Opaml 的反相输入端和中间端m之间;开关S4连接在第一运算放大器Opaml的反相输入端和输出 端之间。
[0038] 第一电容C1连接在第一运算放大器Opaml的反相输入端和中间端m之间;第二电 容C2,连接在第二运算放大器0pam2的反相输入端和输出端之间。
[0039] 开关S6连接在第一运算放大器Opaml的反相输入端和第一运算放大器Opaml的 输出端之间;开关S7连接在第一运算放大器Opaml的输出端和中间端m之间;开关S8连接 在第二运算放大器0pam2的反相输入端和第二运算放大器0pam2的输出端之间。
[0040] 在工作中,开关S1至开关S8在时序时钟信号phl-ph3的控制下闭合或断开,其 中,开关S1和开关S5受到时序时钟信号phi的控制同时动作;开关S4、开关S3和开关S2 受到时序时钟信号ph2的控制同时动作;开关S6至开关S8受到时序时钟信号ph3的控制 同时动作。
[0041] 图4a-4b为本实用新型第二实施例的积分电路的时序图,积分电路的输入电流 i⑴的波形图如图4a所示,积分电路的时序时钟信号phl-ph3如图4b所示。在t0到tl 期间积分电路处于第四模式,从tl到t5为采样阶段,在t5到t6期间积分电路处于第三模 式,其中,在tl到t2期间积分电路处于第一模式,在t2时刻积分电路切换到第二模式,在 t3时刻积分电路切换到第一模式,t4时刻积分电路切换到第二模式,并且t2-tl=t3-t2 =t4-t3 =t5-t4 =At。以下将结合图3以及图4a-4b详细描述第二实施例的积分电路 的控制方法。
[0042] 在t0至tl期间,ph3为高电平,phi和ph2为低电平,开关S6、开关S7和开关S8 闭合,第一至第五开关断开。第一电容C1和第二电容C2上的电荷清零,积分电路复位。
[0043] 在tl至t2期间,phi为高电平,ph3和ph2为低电平,开关S1和开关S5闭合,其 它开关断开,第一运算放大器Opaml对流入积分电路输入端的电流i(t)积分,在t2时刻, 第一电容C1上的电荷为:
[0044]
[0045] 在t2至t3期间,ph2为高电平,phi和ph3为低电平,开关S4开关S3和开关S2 闭合,其它开关断开,第二运算放大器0pam2对流入积分电路输入端的电流i(t)积分,同时 第一电容C1被复位,第一电容C1上的电荷转移到第二电容C2上。在t3时刻,第二电容C2 上电荷为:
[0046]
[0047] 在t3至t4期间,phi为高电平,ph3和ph2为低电平,开关S1和开关S5闭合,其 它开关断开,第一运算放大器Opaml对流入积分电路输入端的电流i(t)积分,第二电容C2 上的电荷保持不变,在t4时刻,第一电容C1上电荷为:
[0048]
[0049] 在t4至t5期间,
ph2为高电平,phi和ph3为低电平,开关S4开关S3和开关S2 闭合,其它开关断开,第二运算放大器0pam2对流入积分电路输入端的电流i(t)积分,同时 第一电容C1被复位,第一电容C1上的电荷转移到第二电容C2上。在t5时刻,第二电容 C2上电荷为:
[0050]
[0051] 在t5至t6期间,phl、ph2和ph3为低电平,所有开关断开,积分电路输出端的电 压保持不变:
[0052]
[0053] 图5为本实用新型的第三实施例的接近检测芯片的结构图。本实用新型第三实施 例的接近检测芯片包括:红外LED、LED驱动、偏置电路、控制电路、第二实施例中的积分电 路、模数转换器(Analog-DigitalC〇nverter,ADC)、I2C数据接口、寄存器以及光电二极管。
[0054] LED驱动用于产生稳定的流过红外LED的驱动电流1_,LED驱动在第二时序时钟 信号CK2的控制下开启或关闭。红外LED发出的红外光的一部分被目标物体反射后照射 到光电二极管。光电二极管的阴极连接积分电路的输入端,光电二极管在红外光照射下产 生光电流。照射到光电二极管上的红外光不仅包含被目标物体反射的红外光还包含环境光 (如阳光、灯光等)中的红外光,环境光中的红外光是干扰光,影响接近检测芯片的精度,干 扰对物体距离的判断。
[0055] 偏置电路,用于维持芯片内的晶体管的各端在工作点。封装外壳,用于安放、固定、 密封、保护芯片,在封装外壳上光电二极管和发光二极管的上面开有透明的窗口。
[0056] 积分电路对光电二极管产生的光电流积分并转换成电压信号,积分电路的第一模 式的时间等于第二模式的时间,积分电路的第一至第八开关在多个时序时钟信号的控制下 闭合或断开。模数转换器用于将积分电路输出的电压信号转换为数字信号并存入寄存器。 外部的上位机通过I2C数据接口从寄存器读取所述数字信号。
[0057] 控制电路,用于产生本实施例的接近检测芯片的多个时序时钟信号,包括复位时 序时钟信号RST、第一时序时钟信号CK1以及第二时序时钟信号CK2。在积分电路中,开关 S1和开关S5在第一时序时钟信号CK1的控制下闭合或断开;开关S4、开关S3和开关S2在 第二时序时钟信号CK2的控制下闭合或断开;开关S6、开关S7和开关S8在复位时序时钟 信号RST的控制下闭合或断开。
[0058] 通过预先设置积分电路的采样阶段在第一模式和第二模式间的切换次数,可以使 得接近检测芯片适应于不同的目标物体距离。当目标物体的距离较近时,被目标物体反射 的红外光比较强,充电速度较快,在第一模式和第二模式间的切换次数可以很少,甚至只需 要切换一次;当目标物体的距离较远时,被目标物体反射的红外光较弱,充电速度较慢,这 时需要在第一模式和第二模式间的切换多次。如果在采样阶段中需要在第一模式和第二模 式间的切换N次,其中,N为奇数,控制电路从寄存器中读取预先存储的N,根据N的值来产 生对应的复位时序时钟信号RST、第一时序时钟信号CK1以及第二时序时钟信号CK2。
[0059] 图6为本实用新型的第三实施例的接近检测芯片的时序图。以下结合图5和图6 描述第三实施例的接近检测芯片的一个检测周期的过程。本实施例的接近检测芯片的一个 检测周期包括复位阶段、采样阶段以及保持阶段,其中,在采样阶段中,积分电路在第一模 式和第二模式之间切换三次,并且积分电路每次处于第一模式的时间等于积分电路每次处 于第二模式的时间,均为T。
[0060] 从t00到t01为复位阶段
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