[發明專利]一種光多參量傳感CMOS單片集成電路

在審

• 申請號: 201710286842.1
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107014489A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 施朝霞;吳柯柯
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01J1/44
• 分類號: G01J1/44;G01J9/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

一種光多參量傳感CMOS單片集成電路，由BDJ光電傳感選擇單元、電流電壓線性轉換電路、相關二次采樣電路、差分放大輸出電路、模式時序控制電路。本發明提出的光多參量傳感集成電路，與掩埋CMOS雙PN結光電二極管單片集成，可實現光波長和光強度參量的實時監測，具有誤差小，精度高，檢測范圍寬，電路體積小、功耗低等優勢，可廣泛應用于光多參量監測的場合。

技術領域

本發明涉及光多參量傳感CMOS單片集成電路。

背景技術

掩埋CMOS雙PN結光電二極管，由兩個垂直堆疊的不同深度的二極管構成。這種器件的層疊式結構使得以硅材料作為濾光片時，光在硅晶體中的透射深度與波長有強烈的依賴關系，入射光功率和波長不同時，PN結測出的光電流也不相同。兩個PN結的光電流比值與波長成良好的單調遞增關系，可以用于單色光的波長測量，而輸出電流大小與入射光功率成正比，可以用于光照強度的測量。

目前，光電二極管分立元器件的應用已經成熟，其相關信號處理電路往往使用分立元件搭建，其缺點是電路復雜、體積大、待檢測光參量單一、精度低；并聯結構的光電二極管，通過設置開關，可實現并聯結構到串聯結構的轉換，為實現多參量探測提供可能；基于微電子技術的光多參量傳感電路，在大大縮小電路體積的同時，可提高弱信號的檢測精度，使光多參量傳感系統微型化成為可能。

發明內容

本發明要克服現有技術的上述缺點，提供一種光多參量傳感CMOS單片集成電路。

本發明將光多參量傳感技術與微電子技術相結合，設計了一種光多參量傳感CMOS單片集成電路，該電路采用CMOS工藝將掩埋雙PN結光電二極管傳感單元與信號處理電路單片集成，通過模式切換，可同時檢測光照強度和光波長，實現了光多參量檢測系統的微型化、自動化。其中掩埋CMOS光電二極管實現光信號到電信號的轉換，而與掩埋CMOS光電二極管集成的各電路模塊將光電二極管響應的微弱電流轉換成易測量的電壓信號輸出。

本發明的一種光多參量傳感CMOS單片集成電路，由BDJ光電傳感選擇單元1、電流電壓線性轉換電路2、相關二次采樣電路3、差分放大輸出電路4、模式時序控制電路5，共5個電路模塊組成。

所述BDJ光電傳感選擇單元1中，第一輸入端11a、第二輸入端12a分別與模式時序控制電路5的第一輸出端51b、第二輸出端52b相連，輸出端1b與電流電壓線性轉換電路2的第二輸入端22a相連；

BDJ光電傳感選擇單元1由淺PN結光電二極管D1、深PN結光電二極管D2、NMOS管N1以及PMOS管P1組成；所述淺PN結光電二極管D1與所述深PN結光電二極管D2共陰極連接，并且作為該BDJ光電傳感選擇單元1的輸出端1b，所述深PN結光電二極管D2陽極接地，所述NMOS管N1漏極連接所述淺PN結光電二極管D1陽極，源極接地，所述PMOS管P1源極連接所述淺PN結光電二極管D1陽極，漏極接地，所述NMOS管N1柵極和所述PMOS管P1柵極分別為該BDJ光電傳感選擇單元1的第一輸入端11a和第二輸入端12a；

所述電流電壓線性轉換電路2中，第一輸入端21a接模式時序控制電路5的第三輸出端53b，第二輸入端22a接BDJ光電傳感選擇單元1的輸出端1b，輸出端2b接相關二次采樣電路3的第一輸入端31a和第二輸入端32a；