[發明專利]光檢測器電路及其檢測方法

有效

• 申請號: 201110412720.5
• 申請日: 2011-12-12
• 公開（公告）號: CN103162821A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 周平;李一天;王梓
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42;G01J1/44
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及一種半導體集成電路中的光檢測器電路。

背景技術

傳統的光檢測器是采用光電二極管將光信號轉換為電流信號，然后使用后續電路對該電流信號進行處理，例如以放大器放大電流信號，來進行檢測和測量。

光電二極管無法在半導體集成電路的內部實現，而只能采用獨立的外接器件，因而容易受到外界干擾。這就要求光電二極管本身具有足夠大的光電轉換系數，還需要其后續電路具有放大倍數大、噪聲小的放大器，這使得其整體成本很高。

目前有一種可在半導體集成電路的內部實現、且兼容CMOS工藝的光檢測器，是采用雙極型晶體管(三極管)替代光電二極管。在受到光照時，三極管的漏端電流會上升2個數量級，這種對光的高度敏感性使其可用于檢測光照強度。

但是由于CMOS工藝的限制，三極管的光電轉換系數很低。對于一個發射區面積為100μm²的三極管，其光電轉換系數＜1nA/100lux。在惡劣的工作環境中，現有的后續電路——例如電阻和電流檢測電路——無法準確地檢測光的照度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種可在半導體集成電路內部實現、且兼容CMOS工藝的光檢測器電路。為此，本發明還要提供所述光檢測器電路檢測光信號的方法。

為解決上述技術問題，本發明光檢測器電路包括兩個三極管、五個PMOS管、兩個NMOS管和一個反相器；

第一三極管的基極接第一節點，集電極和發射極均接地；

第二三極管的基極接第二節點，集電極和發射極均接地；

第一PMOS管的柵極和漏極相連，源極接工作電壓；

第二PMOS管的柵極連第一PMOS管的柵極，源極接工作電壓，漏極接第二節點；

第三PMOS管的柵極和漏極相連，源極接第一節點；

第四PMOS管的柵極連第一PMOS管的柵極，襯底接工作電壓，源極和漏極中的一個連第五PMOS管的漏極，另一個接第二節點；

第五PMOS管的柵極接輸出端，源極接工作電壓；

第一NMOS管的柵極和漏極相連并接輸入端，源極接地；

第二NMOS管的柵極連第一NMOS管的柵極，漏極接第二節點，源極接地；

反相器的輸入端連第二節點，輸出端連整個光檢測電路的輸出端。

所述光檢測器電路的檢測方法為：

第一三極管受到光照時輸出的漏端電流稱為光電流，該光電流經過第一PMOS管和第二PMOS管的傳遞和放大到達第二節點，成為第二PMOS管的漏端電流；其中第二PMOS管與第一PMOS管的寬度之比決定了光電流的放大倍數；

輸入端的輸入電流經過第一NMOS管和第二NMOS管的傳遞和縮小到達第二節點，成為第二NMOS管的漏端電流；其中第一NMOS管與第二NMOS管的寬度之比決定了輸入電流的縮小倍數；

第二節點處放大了的光電流(即第二PMOS管的漏端電流)和縮小了的輸入電流(即第二NMOS管的漏端電流)的大小關系，決定了輸出端的電平信號；

調節第一NMOS管與第二NMOS管的寬度之比、第二PMOS管與第一PMOS管的寬度之比、輸入端的輸入電流這三個參數，使輸入電流/第一NMOS管與第二NMOS管的寬度之比＝第一目標電流×第二PMOS管與第一PMOS管的寬度之比，根據輸出端的電平信號得知第一三極管實際輸出的光電流與第一目標電流的大小關系；

重復這一步，將第一三極管實際輸出的光電流限定在一個區間范圍內；根據第一三極管所受光信號的強度與所輸出的光電流大小之間的關系將第一三極管實際檢測的光信號強度限定在一個區間范圍內。

本發明所述的光檢測電路中，通過調節第一NMOS管與第二NMOS管的寬度之比、第二PMOS管與第一PMOS管的寬度之比、輸入端的輸入電流這三個參數，可以實現光照度從200～20000lux的檢測，并且反應靈敏、可靠穩定。所述CMOS工藝的光檢測電路中，所有器件都可由標準CMOS工藝制造，因而可完全于半導體集成電路中實現，具有面積小、功耗低(工作電流＜5μA)的特點。

附圖說明

圖1是本發明一種光檢測器電路的一個實施例的電路圖；

圖2、圖3是本發明所述光檢測器電路的檢測方法的的流程圖。

圖中附圖標記說明：

Q1為第一三極管；Q2為第二三極管；P1為第一PMOS管；P2為第二PMOS管；P3為第三PMOS管；P4為第四PMOS管；P5為第五PMOS管；N1為第一NMOS管；N2為第二NMOS管；A1為電流傳遞電路；A2為反相器。