专利名称：感测装置以及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种感测装置，特别涉及一种光感测装置，其具有较佳的信号噪声比。
背景技术：
近来，低功率消耗成为电子设备(尤其是携带式电子设备)所追求的目标。在具有 显示功能的电子设备(例如携带式电话或携带式计算机)中，通常配置有光感测装置。通 过感测环境亮度且产生控制信号来控制其显示面板的亮度，使得显示面板不需一直显示较 高的亮度以减少功率消耗。然而，在较暗的环境中，光感测装置中感光元件所产生的光电流 较小，使得面板驱动所导致的噪声对于此光电流的影响为相对严重。因此控制信号也受到 这些噪声所影响，导致光感测装置的信号噪声比减小且光感测装置无法有效地控制显示面 板的亮度。因此，期望提供一种光感测装置，其能滤除高频噪声以提升信号噪声比。
发明内容
本发明提供一种感测装置，用以感测光线且产生代表光线的强度的感测输出信 号。感测装置包括感光元件、比较电路、以及逻辑电路。感光元件感测光线，以在第一节点 产生电流信号。比较电路耦接第一节点且接收电流信号。比较电路包括滤波器，用以滤除 电流信号中的高频成分，且比较电路根据滤波后的电流信号来产生结果信号。逻辑电路则 接收结果信号，并对结果信号进行逻辑运算以产生感测输出信号。在一些实施例中，此滤波器的截止频率小于20kHz。本发明还提供一种感测装置，用以感测光线且产生代表光线的强度的感测输出信 号。感测装置包括感光元件、比较电路、以及逻辑电路。感光元件感测光线，以在第一节点 产生电流信号。比较电路耦接第一节点，且根据电流信号来产生结果信号。此比较电路具 有低增益。逻辑电路则接收结果信号，并对结果信号进行逻辑运算以产生感测输出信号。在一些实施例中，此比较器的增益小于10。
图1表示根据本发明实施例的感测装置；图2表示图1的感测装置1的信号时序图；图3表示根据本发明实施例的反相器；图4表示根据本发明实施例的比较器；以及图5表示根据本发明实施例的电子设备。主要元件符号说明图 1 1 感测装置；10 感光元件；11 比较电路；12 逻辑电路；[OO17] 110一反相器；。Lll一重置开关；[OO18] 112一低通滤波器；。[13一与非门；[OO19] 114一比较器；。[201121一反相器；
122~SR一锁存器；123一与门；
Cr一重置电容器；Cf一反馈电容器；
[ph。t。一电流信号；
N101Nil1N121N13一节点；
VNl01VNl21VNl3~r乜压信号；
V114一比较结果信号；
BVl 14一反相比较结果信号；
VBQ一反相锁存输出信号；
VQ一锁存输出信号； V。u七一感测输出信号；
VreSe七一重置信号； VDD1VSS~r乜压源；
R—SR一锁存器的重置输入端；
S—SR一锁存器的设定输入端；
Q1BQ~SR一锁存器的输出端。
图2
PS一设定期间；Pd一感测期间。
图3
30-32~]’MOS吊体管； 33-34~NMOS吊体管；
IN30一输入端；OU／30一输出端。
图4
40一42一PMOS吊体管； ‘13-45~NMOS吊体管；
IN40一输入端；OU／40一输出端；
N401N41一节点。
图5
5一电子设备；50一面板。
具体实施方式
为使本发明的上述目的1特征和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图l表示根据本发明实施例的感测装置。参阅图l，感测装置l用以感测光线，并根据光线的强度来产生感测输出信号V。ut。感测装置l包括感光元件lo1比较电路111逻辑电路121重置电容器Cr1以及反馈电容器Cf。在此实施例中，感光元件lo以光电二极管(ph。t。di。de)来实现，其阴极耦接电压源VDD，且其阳极耦接节点Nlo。重置电容器Cr的第一端接收重置信号VreSet，且其第二端耦接节点N10。反馈电容器Cf耦接于逻辑电路12与节点N10之间。
参阅图l，比较电路11包括反相器1 101重置开关I l l1低通滤波器[121与非门1131以及比较器114。反相器110的输入端耦接节点N10，且其输出端耦接节点Nil。重置开关111耦接于节点Nio与Nll之间。低通滤波器112的输入端耦接节点mi，且其输出端 耦接节点附2。与非门113的一输入端耦接节点附2、其另一输入端接收重置信号Vreset、 且其输出端耦接节点附3。比较器114的输入端耦接节点附3，且其输出端产生结果信号 V114。逻辑电路12包括反相器120及121、SR-锁存器122、以及与门123。反相器120 的输入端耦接比较器114的输出端以接收结果信号V114，且反相器120的输出端产生反相 结果信号BV114。SR-锁存器122的重置输入端R耦接反相器120的输出端以接收反相结 果信号BVl 14，且其设定输入端S接收重置信号Vreset。SR-锁存器122的输出端Q产生锁 存输出信号VQ，且其输出端BQ产生反相锁存输出信号VBQ。与门123的一输入端耦接反相 器120的输出端以接收反相结果信号BV114、其另一输入端耦接SR-锁存器122的输出端 BQ以接收反相锁存输出信号VBQ、且其输出端产生感测输出信号Vout。图2表示图1的感测装置1的信号时序图。参阅图1及图2，感测装置1在进入感 测期间Pd之前，会先进入设定期间Ps。在设定期间Ps，重置信号Vreset被致能，即由低逻 辑电平变为高逻辑电平。重置开关111根据高逻辑电平的重置信号Vreset而不导通。此 外，重置电容Cr依据重置信号Vreset而充电，使得节点NlO的电压信号VNlO的电平提高。 由于感光元件10正感测光线且产生电流Iphoto，使得在设定期间Ps内电压信号VNlO的电 平逐渐降低。电压信号VNlO经由反相器110所执行的反相操作后，输入至低通滤波器112。 低通滤波器112对电压信号VNlO的反相信号进行高频滤波，以在节点N12上产生低逻辑电 平的电压信号VN12。与非门113接收低逻辑电平的电压信号VN12与高逻辑电平的重置信 号Vreset。与非门113对电压信号VN12与重置信号Vreset进行逻辑运算，并于节点N13 产生高逻辑电平的电压信号VN13。比较器114接收电压信号VN13，并将电压信号VN13与 一门限值比较，以产生结果信号V114。参阅图2，在设定期间Ps，电压信号VN13的电平高 于门限值，使得结果信号Vl 14处于低逻辑电平。结果信号Vl 14接着提供至逻辑电路12内 反相器120的输入端。低逻辑电平的结果信号V114经由反相器120的反相操作后，由反相 器120的输出端产生高逻辑电平的反相结果信号BV114。此时，高逻辑电平的反相结果信号 BVl 14传送至SR-锁存器122的重置输入端R。SR-锁存器122的设定输入端S接收重置信 号Vreset。SR-锁存器122根据高逻辑电平的反相结果信号BV114与高逻辑电平的重置信 号Vreset而于输出端Q产生高逻辑电平的锁存输出信号VQ，且于输出端BQ产生低逻辑电 平的反相锁存输出信号VBQ。与门123的一输入端接收高逻辑电平的反相结果信号BV114， 而其另一输入端接收低逻辑电平的反相锁存输出信号VBQ。因此与门123产生低逻辑电平 的感测输出信号Vout。在电压信号VNlO的电平逐渐降低的过程中，电压信号VN12与VN13也会随着改 变。参阅图2，当电压信号VNlO的电平低于一特定电压时，比较器114比较出电压信号VN13 低于门限值，且结果信号V114变为高逻辑电平。在此实施例中，此特定电压值为2. 28V。高 逻辑电平的结果信号V114经由反相器120的反相操作后，由反相器120的输出端产生低逻 辑电平的反相结果信号BV114。此时，低逻辑电平的反相结果信号BV114传送至SR-锁存 器122的重置输入端R。SR-锁存器122根据低逻辑电平的反相结果信号BV114与高逻辑 电平的重置信号Vreset而于输出端Q产生低逻辑电平的锁存输出信号VQ，且于输出端BQ 产生高逻辑电平的反相锁存输出信号VBQ。与门123接收低辑电平的反相结果信号BV114与高逻辑电平的反相锁存输出信号VBQ。因此，与门123维持输出低逻辑电平的感测输出信 号 Vout。此时，由于低逻辑电平的锁存输出信号VQ经由反相器121的反相操作而传送高电 平的信号至反馈电容器Cf，因此反馈电容器Cf充电，使得节点NlO的电压信号VNlO的电平 又再度提高。之后，感光元件10仍继续感测光线以产生电流Iphoto，使得电压信号VNlO的 电平也逐渐降低。低通滤波器112对反相器110所产生的电压信号VNlO的反相信号进行 高频滤波，以在节点N12上产生低逻辑电平的电压信号VN12。与非门113对低逻辑电平的 电压信号VN12与高逻辑电平的重置信号Vreset进行逻辑运算，使得电压信号VN13再度回 到高逻辑电平。由于电压信号VN13高于门限值，因此，比较器114经由比较电压信号VN13 与门限值后，其产生的结果信号V114由高逻辑电平变为低逻辑电平。反相器120所产生 的反相结果信号BV114由低逻辑电平变为高逻辑电平。此时，SR-锁存器122根据高逻辑 电平的反相结果信号BV114与高逻辑电平的重置信号Vreset而于输出端Q持续产生低逻 辑电平的锁存输出信号VQ，且于输出端BQ持续产生高逻辑电平的反相锁存输出信号VBQ。 因此，根据高逻辑电平的反相结果信号BV114与高逻辑电平的反相锁存输出信号VBQ，与门 123所产生的感测输出信号Vout由低逻辑电平转换为高逻辑电平。由于电压信号VNlO的电平逐渐降低，当电压信号VN13低于门限值时，比较器114 所产生的结果信号V114则由低逻辑电平变为高逻辑电平。因此，反相结果信号BV114由高 逻辑电平变为低逻辑电平。此时，低逻辑电平的反相结果信号BV114传送至SR-锁存器122 的重置输入端R。SR-锁存器122根据低逻辑电平的反相结果信号BV114与高逻辑电平的重 置信号Vreset而于输出端Q持续产生低逻辑电平的锁存输出信号VQ，且于输出端BQ持续 产生高逻辑电平的反相锁存输出信号VBQ。与门123接收低辑电平的反相结果信号BV114 与高逻辑电平的反相锁存输出信号VBQ。因此，与门123所产生的感测输出信号Vout由高 逻辑电平变为低逻辑电平。在感测输出信号Vout维持于高逻辑电平的期间则称为感测期 间Pd。根据上述，在比较电路11内，由于在比较器114前配置有低通滤波器112，因此可 滤除存在于电流信号Iphoto中的高频成分/噪声，使得比较器114可正确地进行比较操 作，且后续的逻辑电路12也可正确地执行逻辑操作以产生感测输出信号Vout。在此实施例 中，低通滤波器112的截止频率小于20kHz。此外，在此实施例中，比较电路11的增益(即反相器110与比较器114的等效增 益总和)较低，例如小于10。因此，即使电流信号Iphoto具有高频成分/噪声，由于比较电 路11的增益较低，使得感测输出信号Vout不会严重地受到高频成分/噪声所影响。再者，在此实施例中，重置电容器Cr与反馈电容器Cf具有较大的电容值，其电容 值范围为50fF至500fF。因此降低高频信号或噪声对电流信号Iphoto的影响。图3表示根据本发明实施例的反相器110。参阅图3，反相器110包括PMOS晶体 管30-32以及NMOS晶体管33-34。反相器110的输入端IN30接收电压信号VN10，且其输 出端0UT30产生电压信号VNlO的反相信号。PMOS晶体管30及31串联于电压源VDD与输 出端0UT30之间。PMOS晶体管30及31的栅极通过输入端IN30接收电压信号VN10。NMOS 晶体管33及34串联于输出端0UT30与电压源VSS之间。NMOS晶体管30及31的栅极通 过输入端IN30接收电压信号VN10。PMOS晶体管32耦接于输入端IN30与输出端0UT30之间，且其栅极接收重置信号Vreset。图4表示根据本发明实施例的比较器114。参阅图4，比较器114包括PM0S晶体管 40-42以及NM0S晶体管43-45。比较器114的输入端IN40接收电压信号VN13，且其输出端 0UT40产生结果信号V114。PM0S晶体管40及41串联于电压源VDD与输出端0UT40之间。 PM0S晶体管40及41的栅极通过输入端IN40接收电压信号VN13。NM0S晶体管43及44串 联于输出端0UT40与电压源VSS之间。NM0S晶体管43及44的栅极通过输入端IN40接收 电压信号VN13。PM0S晶体管42耦接于电压源VSS与晶体管40及41的共通连接点N40之 间，且其栅极接收结果信号V114。NM0S晶体管45耦接于电压源VDD与晶体管43及44的 共通连接点N41之间，且其栅极接收比较结果信号V114。第3及4图的反相器与比较器仅 为作为示范的例子，并不受限于此。图5表示根据本发明实施例的电子设备。参阅图5，电子设备5包括图1的感测装 置1与面板50。感测装置1感测环境亮度且产生感测输出信号Vout以控制面板50的亮 度。面板50则以根据感测输出信号Vout所决定的亮度来显示相对应的图像。在此实施例 中，电子设备5可以是个人数字助理(PDA)、移动电话(cellular phone)、数字相机、电视、 全球定位系统(GPS)、车用显示器、航空用显示器、数字相框(digital photo frame)、笔记 型计算机、或是桌上型计算机。本发明虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围 当视所附权利要求书所界定者为准。
权利要求
1. 一种感测装置，用以感测一光线且产生代表该光线的强度的一感测输出信号，包括一感光元件，用以感测该光线，以在一第一节点产生一电流信号； 一比较电路，耦接该第一节点且接收该电流信号，其中，该比较电路包括一滤波器，用 以滤除该电流信号中的高频成分，且该比较电路根据滤波后的该电流信号来产生一结果信 号；以及一逻辑电路，用以接收该结果信号，并对该结果信号进行逻辑运算以产生该感测输出 信号。
2.如权利要求1所述的感测装置，其中，该比较电路的增益小于10。
3.如权利要求1所述的感测装置，其中，该滤波器的截止频率小于20kHz。
4.如权利要求1所述的感测装置还包括一重置电容器，具有接收一重置信号的第一端以及耦接该第一节点的第二端，其中，当 该感测装置对该光线进行感测时，该重置信号被致能；以及一反馈电容器，耦接于该逻辑电路与该第一节点之间，其中，该重置电容器与该反馈电 容器具有高电容值。
5.如权利要求4所述的感测装置，其中，该重置电容器与该反馈电容器的电容值范围 为 50fF 至 500fF。
6.如权利要求4所述的感测装置，其中，该滤波器具有耦接一第二节点的输入端以及 耦接一第三节点的输出端，且该比较电路还包括一反相器，具有耦接该第一节点的输入端以及耦接该第二节点的输出端； 一重置开关，耦接于该第一节点与该第二节点之间，其中，当该感测装置对该光线进行 感测时，该重置开关根据被致能的该重置信号而不导通；一与非门，具有耦接该第三节点的第一输入端、接收该重置信号的第二输入端、以及耦 接一第四节点的输出端；以及一比较器，具有耦接该第四节点的输入端以及产生该结果信号的输出端。
7.如权利要求6所述的感测装置，其中，该反相器与该比较器的等效增益总和小于10。
8.如权利要求4所述的感测装置，其中，该逻辑电路包括一第一反相器，具有接收该结果信号的输入端以及产生一反相结果信号的输出端； 一 SR-锁存器，具有接收该反相结果信号的重置输入端、接收该重置信号的设定输入 端、产生一锁存输出信号的第一输出端、以及产生一反相锁存输出信号的第二输出端；一与门，具有接收该反相结果信号的第一输入端、接收该反相锁存输出信号的第二输 入端、以及产生该感测输出信号的输出端；以及一第二反相器，具有接收该锁存输出信号的输入端以及耦接该反馈电容器的输出端。
9.一种感测装置，用以感测一光线且产生代表该光线的强度的一感测输出信号，包括一感光元件，用以感测该光线，以在一第一节点产生一电流信号； 一比较电路，耦接该第一节点，用以根据该电流信号来产生一结果信号，其中，该比较 电路具有低增益；以及一逻辑电路，用以接收该结果信号，并对该结果信号进行逻辑运算以产生该感测输出信号。
10.如权利要求9所述的感测装置，其中，该比较器的增益小于10。
11.如权利要求9所述的感测装置，其中，该比较电路包括一滤波器，用以滤除该电流 信号中的高频成分。
12.如权利要求11所述的感测装置，其中，该滤波器的截止频率小于20kHz。
13.如权利要求9所述的感测装置还包括一重置电容器，具有接收一重置信号的第一端以及耦接该第一节点的第二端，其中，当 该感测装置对该光线进行感测时，该重置信号被致能；以及 一反馈电容器，耦接于该逻辑电路与该第一节点之间。
14.如权利要求13所述的感测装置，其中，该重置电容器与该反馈电容器的电容值范 围为 50fF 至 500fF。
15.如权利要求13所述的感测装置，其中，该比较电路包括一反相器，具有耦接该第一节点的输入端以及耦接一第二节点的输出端； 一重置开关，耦接于该第一节点与该第二节点之间，其中，当该感测装置对该光线进行 感测时，该重置开关根据被致能的该重置信号而不导通；一低通滤波器，具有耦接该第二节点的输入端以及耦接一第三节点的输出端； 一与非门，具有耦接该第三节点的第一输入端、接收该重置信号的第二输入端、以及耦 接一第四节点的输出端；以及一比较器，具有耦接该第四节点的输入端以及产生该结果信号的输出端。
16.如权利要求15所述的感测装置，其中，该反相器与该比较器的等效增益总和小于10。
17.如权利要求15所述的感测装置，其中，该低通滤波器的截止频率小于20kHz。
18.如权利要求13所述的感测装置，其中，该逻辑电路包括一第一反相器，具有接收该结果信号的输入端以及产生一反相结果信号的输出端； 一 SR-锁存器，具有接收该反相结果信号的重置输入端、接收该重置信号的设定输入 端、产生一锁存输出信号的第一输出端、以及产生一反相锁存输出信号的第二输出端；一与门，具有接收该反相结果信号的第一输入端、接收该反相锁存输出信号的第二输 入端、以及产生该感测输出信号；以及一第二反相器，具有接收该锁存输出信号的输入端以及耦接该反馈电容器的输出端。
19.一种电子设备，包括一面板，用以根据一感测输出信号以显示相对应的图像；以及 一如权利要求1所述的感测装置，用以感测环境亮度且产生该感测输出信号以控制该 面板的亮度。
20.如权利要求19所述的电子设备，其中该电子设备为一个人数字助理、一移动电话、一数字相机、一电视、一全球定位系统、一车用显示器、一航空用显示器、一数字相框、一笔 记型计算机或是一桌上型计算机。
全文摘要
感测装置以及电子设备。该感测装置，用以感测光线且产生代表光线的强度的感测输出信号。该感测装置包括感光元件、比较电路、以及逻辑电路。感光元件感测光线，以在第一节点产生电流信号。比较电路耦接第一节点且接收电流信号。比较电路包括滤波器，用以滤除电流信号中的高频成分，且比较电路根据滤波后的电流信号来产生结果信号。逻辑电路则接收结果信号，并对结果信号进行逻辑运算以产生感测输出信号。
文档编号G01J1/18GK102003994SQ20091017007
公开日2011年4月6日 申请日期2009年9月2日 优先权日2009年9月2日
发明者薛富元 申请人:统宝光电股份有限公司