[發(fā)明專利]具有改進的環(huán)境光濾除的近程傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010230640.3
• 申請日: 2010-07-06
• 公開（公告）號: CN101944897A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: X·林
• 申請（專利權(quán)）人: 英特賽爾美國股份有限公司
• 主分類號: H03K17/945
• 分類號: H03K17/945;G01V8/10;G01J1/00;G06F3/048
• 代理公司: 上海專利商標事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 李玲

優(yōu)先權(quán)要求

本申請要求下列美國專利申請的優(yōu)先權(quán)：

·2010年3月2日提交的、題為“PROXIMITY?SENSOR?WITH?IMPROVED?AMBIENT?LIGHT?REJECTION”的美國專利申請12/716,220(代理案卷號：ELAN-01236US1)；

·2009年7月7日提交的、題為“PROXIMITY?SENSORS?WITH?IMPROVED?AMBIENT?LIGHT?REJECTION”的美國專利申請61/223,597(代理案卷號：ELAN-01236US0)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的一些實施例涉及近程傳感器以及相關(guān)的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

紅外(IR)近程傳感器在手機和手持設(shè)備應(yīng)用中正變得流行起來。例如，可以使用傳感器來控制便攜式電子設(shè)備的觸摸屏界面。當諸如人的手指之類的物體正在接近時，傳感器檢測到該物體。當檢測到物體時，觸摸屏界面等可以執(zhí)行動作，諸如啟動或禁止顯示器背光、顯示“虛擬滾輪”、導航墊或虛擬鍵盤等。

傳統(tǒng)的模擬輸出紅外近程傳感器一般包括分立元件，包括紅外(IR)發(fā)光二極管(LED)、使紅外發(fā)光二極管導通和截止的開關(guān)、以及紅外(IR)光電二極管(PD)。在正常工作期間，開關(guān)向紅外發(fā)光二極管傳送電流。當存在任何物體時，物體會反射從紅外發(fā)光二極管發(fā)射的紅外光(或至少一部分紅外光)，并且由紅外光電二極管接收。紅外光電二極管將反射光和環(huán)境光轉(zhuǎn)換成電流，該電流流向與光電二極管并聯(lián)的電阻。電阻上的電壓就是模擬輸出。光電二極管接收到的反射的紅外光的強度以約1/(4*X^2)的速率降低，其中X是物體和光電二極管之間的距離。然而，如剛才所提及的，光電二極管接收到的總紅外光還包括環(huán)境紅外光，這可以來自太陽光、鹵素燈、白熾燈、熒光燈等。圖1A示出這些不同類型光的光譜。

為了提高傳感器的信噪比，傳統(tǒng)模擬輸出近程傳感器的光電二極管一般制造成具有相當大的傳感器面積和特殊的封裝，具有峰值在紅外發(fā)光二極管發(fā)射波長處的窄帶通濾波器。圖1B中示出了這種紅外光電二極管的典型的光譜響應(yīng)，此外，為了提高信噪比，一般使用相當大的電流來驅(qū)動紅外發(fā)光二極管以便發(fā)射較強的紅外光信號。大尺寸傳感器面積、特殊封裝以及大電流的使用使得如此的傳統(tǒng)紅外近程傳感器用于手機和其它手持設(shè)備應(yīng)用是不適合的，或至少不是最優(yōu)的。

由于近程傳感器意味著在包括環(huán)境光的用戶環(huán)境中工作，即使存在很強的環(huán)境光，這種傳感器也最好能夠檢測弱信號(對于較低功率工作和/或較長距離檢測)。然而，在這種傳感器中環(huán)境光所產(chǎn)生的光電流通常過分地控制了傳感器。這導致由于強環(huán)境光干擾而不應(yīng)該觸發(fā)時容易錯誤地觸發(fā)這些傳感器，或應(yīng)該觸發(fā)時卻沒有觸發(fā)這些傳感器。

試圖濾除環(huán)境光的一些傳統(tǒng)技術(shù)使用跨阻抗放大器，如參考圖1C和1D所描述的。在圖1C中1，在前置放大器102的輸入處提供高通電阻-電容(RC)網(wǎng)絡(luò)，以通過信號的高頻分量同時阻擋低頻分量。然而，這個解決方案有兩個缺點。第一，為了獲得低的截止頻率，需要極大的電阻器(R)和極大的電容器(C)，這是不希望有的情況，因為如此的無源元件占據(jù)了極大的芯片面積，并且對于寄生耦合噪聲是敏感的。第二，電阻器(R)上的電壓隨平均光電流變化，這導致環(huán)境光水平直接影響了前置放大器的共同輸入(因此直接影響了總性能)。在圖1D所示的替代配置中，圍繞跨阻抗放大器的有源反饋回路代替了RC網(wǎng)絡(luò)。在該配置中，通過使用基于光電流信號峰值的模擬電平檢測來獲得環(huán)境光濾除。然而，這個技術(shù)假設(shè)平均電流是不變的，從而需要復位機構(gòu)，并且以極低速度工作。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)一個實施例，近程傳感器包括驅(qū)動器、光電二極管、帶有模-到-數(shù)-到-模反饋的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)以及控制器。適配驅(qū)動器使之選擇性地驅(qū)動光源。適配光電二極管(PD)使之產(chǎn)生表示光電二極管檢測到的光的強度的光電二極管電流信號(Idiode)，其中光電二極管檢測到的光可以包括環(huán)境光和/或光源發(fā)射的光(從接近光電二極管的物體反射的光)。適配控制器使之控制驅(qū)動器和帶有ADA(模擬-到-數(shù)字-到-模擬)反饋的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。帶有ADA反饋的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出表示在濾除光電二極管檢測到的至少一大部分環(huán)境光的情況下物體到光電二極管的接近程度。