CN105953823A - 环境光滤除电路、光电传感器及应用其的光电检测设备 - Google Patents

环境光滤除电路、光电传感器及应用其的光电检测设备 Download PDF

Info

Publication number
CN105953823A
CN105953823A CN201610255885.9A CN201610255885A CN105953823A CN 105953823 A CN105953823 A CN 105953823A CN 201610255885 A CN201610255885 A CN 201610255885A CN 105953823 A CN105953823 A CN 105953823A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
current
sampling
photoelectric
ambient light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610255885.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105953823B (zh
Inventor
何惠森
张宝玉
张艳倪
邵丽丽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Sili Microelectronics Technology Co., Ltd
Original Assignee
Hangzhou Silergy Semiconductor Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Silergy Semiconductor Technology Ltd filed Critical Hangzhou Silergy Semiconductor Technology Ltd
Priority to CN201610255885.9A priority Critical patent/CN105953823B/zh
Publication of CN105953823A publication Critical patent/CN105953823A/zh
Priority to TW105143668A priority patent/TWI632348B/zh
Priority to US15/477,036 priority patent/US10925498B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN105953823B publication Critical patent/CN105953823B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02416—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
    • A61B5/02427—Details of sensor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
    • A61B5/14552—Details of sensors specially adapted therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6887—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient mounted on external non-worn devices, e.g. non-medical devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7203—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7225—Details of analog processing, e.g. isolation amplifier, gain or sensitivity adjustment, filtering, baseline or drift compensation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H04B10/116—Visible light communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/80—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water
    • H04B10/806—Arrangements for feeding power
    • H04B10/807—Optical power feeding, i.e. transmitting power using an optical signal
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/1341—Sensing with light passing through the finger

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Abstract

公开了一种环境光滤除电路、光电传感器及应用其的光电检测设备，本发明通过设置使得采样及检测电路在第一模式下对环境光进行采样，在第二模式下从带有环境光分量的光电流中滤除采样获得的环境光分量，同时，用于控制采样及检测电路模式的控制电路在至少一个光脉冲间隙期间控制所述采样及检测电路切换到第一模式，并在下一个光脉冲出现时控制所述采样及检测电路切换到第二模式。由此，可以在检测期间对环境光进行一次或多次采样，从而在不大幅增加功耗的前提下提高光电传感器以及应用其的光电检测设备的准确性。

Description

环境光滤除电路、光电传感器及应用其的光电检测设备
技术领域
本发明涉及传感及电路技术，具体涉及一种环境光滤除电路、光电传感器及应用其的光电检测设备。
背景技术
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器广泛地应用于心率检测装置中。
心率检测设备可以检测人的心率，人们通过检测到当前的心率值来判断自己的健康状况。心脏的收缩和扩张使血液在血管中波状流动,血管中流过的血液量对光的反射率不同，心率检测设备就是通过检测反射回来的光的波动计算出当前被检测人的心率。
心率检测设备在检测被检测人的心率时，需要被检测人把手指或者手腕紧贴在心率检测设备上，设备内的发光部件向目标发射检测光，然后通过光电转换电路检测手指或手腕反射回来的检测光的强度。光电转换电路经光照后产生光电流，光电流通过模数转换电路转换成数值，多次连续检测就可得出被检测人的心率。
但是在实际应用中，照射到光电转换电路上的不仅是被检测人手指或手腕中的血液反射回来的检测光，还包括环境光(如阳光，灯光等)。变动的环境光会严重影响心率检测传感器的检测精度，甚至会淹没血液波动引起的反射回来的光的微小波动，使检测失败。
部分现有技术通过加大发光部件的驱动电流使得反射的检测信号的幅值增大以克服环境光的影响，但是这会增加功耗，不利于在便携设备中的应用。同时，部分现有技术在每次进行心率检测前进行固定时长的环境光检测，在心率检测时从检测信号中去除之前检测得到的环境光参数。但是，环境光是实时变化的，变化的环境光很容易把反射回来到检测信号淹没。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种环境光滤除电路、光电传感器及应用其的光电检测设备，以增加环境光滤除的精度，在不大幅增加功耗的前提下提高光电传感器以及应用其的光电检测设备的准确性。
第一方面，提供一种环境光滤除电路，用于滤除输入的光电流中的环境光噪声，所述光电流至少部分根据发光部件发出的光脉冲序列导致，所述环境光滤除电路包括：
采样及检测电路，用于在第一模式下对输入的光电流进行采样获取电流分量，在第二模式下从输入的光电流中去除采样获取的所述电流分量，输出检测信号
电流放大器，用于接收所述检测信号并输出放大后的电流信号；以及，
控制电路，用于控制采样及检测电路在第一模式和第二模式间切换，其中，所述控制电路在至少一个光脉冲间隙期间控制所述采样及检测电路切换到第一模式，并在下一个光脉冲出现时控制所述采样及检测电路切换到第二模式。
优选地，所述控制电路每隔预定数量的光脉冲周期在光脉冲间隙控制所述采样及检测电路切换到第一模式。
优选地，所述采样及检测电路包括：
采样保持电路，与光电流输入端连接，在第一模式下使得第一比例的光电流流过，并在第二模式下保持流过的电流强度；
电流检测电路，在第一模式下与所述采样保持电路形成电流镜，从而使得第二比例的所述光电流流过，在第二模式下允许经所述采样保持电路分流的光电流流过，并输出检测信号；
第一开关，连接在所述采样保持电路和所述电流检测电路之间，用于控制所述采样及检测电路的模式；
其中，所述控制电路用于控制所述第一开关导通和关断从而控制所述采样及检测电路在第一模式和第二模式间切换，所述第一比例远大于所述第二比例。
优选地，所述环境光滤除电路还包括：
第二开关，与所述电流放大器连接，用于在导通时使能所述电流放大器，在关断时使得所述电流放大器停止工作；
其中，所述控制电路还用于控制所述第二开关在第一开关导通时关断，在第一开关关断时导通。
优选地，所述采样保持电路包括：
第一晶体管，连接在光电流输入端和接地端之间；
低通滤波器，连接在所述第一场效应管的栅极和模式控制端之间；以及，
电容，连接在所述模式控制端和接地端之间；
所述电流检测电路包括：
第二晶体管，连接在光电流输入端和接地端之间，其中，所述第二场效应管的栅极与源极连接；
其中，所述第一开关的一端与所述模式控制端连接，另一端与所述第二晶体管的栅极连接，所述第一晶体管的尺寸大于所述第二晶体管的尺寸。
优选地，所述采样保持电路包括：
多个相互并联的第一晶体管，连接在光电流输入端和接地端之间，所述多个第一晶体管的栅极相互连接；
低通滤波器，连接在所述第一场效应管的栅极和模式控制端之间；以及，
电容，连接在所述模式控制端和接地端之间；
所述电流检测电路包括：
第二晶体管，连接在光电流输入端和接地端之间，其中，所述第二场效应管的栅极与源极连接；
其中，所述第一开关的一端与所述模式控制端连接，另一端与所述第二晶体管的栅极连接，所述第一晶体管的尺寸大于所述第二晶体管的尺寸。
第二方面，提供一种光电传感器，包括：
发光部件，用于发出光信号；
驱动电路，用以驱动所述发光部件工作；
光电转换电路，用于根据接收到的光信号生成光电流；以及，
如上所述的环境光滤除电路，通过光电流输入端与所述光电转换电路连接。
第三方面，一种光电检测设备，包括如上所述的光电传感器。
优选地，所述检测装置为心率检测设备或距离检测设备。
本发明实施例通过设置使得采样及检测电路在第一模式下对环境光进行采样，在第二模式下从带有环境光分量的光电流中滤除采样获得的环境光分量，同时，用于控制采样及检测电路模式的控制电路在至少一个光脉冲间隙期间控制所述采样及检测电路切换到第一模式，并在下一个光脉冲出现时控制所述采样及检测电路切换到第二模式。由此，可以在检测期间对环境光进行一次或多次采样，从而在不大幅增加功耗的前提下提高光电传感器以及应用其的光电检测设备的准确性。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例的光电传感器的示意图；
图2是本发明实施例的环境光滤除电路的电路示意图；
图3是本发明实施例的环境光滤除电路的另一个实施方式的电路示意图；
图4是本发明实施例的环境光滤除电路的工作时序图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1是本发明实施例的光电传感器的示意图。
如图1所示，所述光电传感器包括发光部件11、驱动电路12、光电转换电路13以及环境光滤除电路14。
其中，发光部件11用于发出光信号，优选地，发光部件11可以采用发光二极管(LED)。驱动电路12用以根据驱动信号驱动所述发光部件11工作。光电转换电路13用于根据接收到的光信号生成光电流，光电转换电路13优选采用适于在半导体衬底上制备的光电二极管。当然，本领域技术人员容易理解，光电转换电路13并不区别检测光和环境光，而是将所有接受到的光信号转换为光电流。其中，在进行心率检测期间，所述光电流至少部分是由发光部件11发出并经由目标反射的光导致的。而在不进行检测期间，或发光部件11不发光期间，光电流实际上是由环境观导致的。对于包括检测期间的一段时间来看，光电流部分由发光部件11发出的光导致。
环境光滤除电路14通过光电流输入端与所述光电转换电路13连接。环境光滤除电路14用于采样光电流中的环境光并进而滤除环境光导致的电流分量，从而输出表征由目标反射的检测光强度的电流信号。
在本实施例中，驱动电路12通过连续的脉冲信号序列驱动发光部件11发出光脉冲，也即，按照预定的脉冲周期闪烁。由此，可以使得目标的反射光随光源的闪烁而闪烁。每一次目标反射的光，均可以表征对应时刻检测目标的属性，例如，可以表征目标的位置或颜色属性。由此，与脉冲信号序列对应地，可以得到该时间区间内目标属性随时间变化的序列，从而完成检测。
本实施例的环境光滤除电路14可以与驱动电路或其控制电路连接以获知发光部件的驱动信号时序，由此，环境光滤除电路14可以在开始检测前(也即光脉冲序列开始前)进行环境光检测，同时，还可以在光脉冲序列期间，光脉冲的间隙进行环境光检测，由此，可以实现可以在检测期间对环境光进行一次或多次采样，可以适应环境光的动态变化进行动态的滤除，从而不需要大幅增加功耗，即可提高光电传感器以及应用其的光电检测设备的准确性。
具体地，如图1所示，环境光滤除电路14包括采样及检测电路141、电流放大器142和控制电路143。
采样及检测电路141用于在第一模式下对输入的光电流进行采样获取电流分量，在第二模式下从输入的光电流中去除采样获取的所述电流分量，输出检测信号Id。
电流放大器142用于根据所述检测信号Id或Vd输出放大后的电流信号Iout。所述电流放大器142可以是误差放大器、套筒式共源共栅放大器、折叠式共源共栅放大器。
控制电路143用于控制采样及检测电路141在第一模式和第二模式间切换，其中，所述控制电路143在至少一个光脉冲间隙期间控制所述采样及检测电路141切换到第一模式，并在下一个光脉冲出现时控制所述采样及检测电路141切换到第二模式。其中，控制电路143可以是单独的控制电路也可以与光电检测设备中其它电路共用控制电路，可以与其它电路一同集成在同一集成电路芯片上，也可以是独立的集成电路。
优选地，控制电路143可以在每一个光脉冲间隙都切换到第一模式，从而在整个光脉冲序列期间，每次发光部件停止发光后都进行环境光检测，同时也可以每隔多个光脉冲，在对应的光脉冲间隙进行一次环境光检测，也即，所述控制电路143每隔预定数量的光脉冲周期在光脉冲间隙控制所述采样及检测电路14切换到第一模式。
环境光滤除电路14的具体电路图如图2所示。采样及检测电路141包括采样保持电路A、电流检测电路B和第一开关S1。
采样保持电路A与光电流输入端a连接，光电流输入端a与光电转换设备连接以接收光电流Iin。采样保持电路A在第一模式下使得第一比例的光电流流过，并在第二模式下保持流过的电流强度。电流检测电路B同样与光电流输入端a连接，在第一模式下与所述采样保持电路A形成电流镜，从而使得第二比例的光电流流过，在第二模式下允许经所述采样保持电路A分流的光电流流过，并输出检测信号Id或Vd。其中，第一比例远大于所述第二比例，由此，可以使得第一比例的光电流可以近似地表征在光脉冲间隙期间环境光导致的光电流。容易理解，第一比例和第二比例的和为1，可以将第一比例设置为第二比例的2N倍。优选地，N大于等于3，例如，第一比例可以设置为第二比例的23倍。第一开关S1连接在采样保持电路A和电流检测电路B之间，用于控制采样及检测电路141的模式。其中，第一开关S1导通时，采样保持电路A和电流检测电路B形成电流镜，两者处于第一模式，在第一开关S1关断时，采样保持电路A和电流检测电路B被断开，采样保持电路A对流过的电流进行保持，电流检测电路允许经由采样保持电路A分流的光电流流过，两者均工作于第二模式。控制电路143用于向第一开关S1输出控制信号控制第一开关S1导通和关断从而控制采样及检测电路141在第一模式和第二模式间切换。
具体地，采样保持电路A包括第一晶体管M1、低通滤波器FL和电容C1。优选地，第一晶体管M1为场效应晶体管(MOSFET)。第一晶体管M1连接在光电流输入端和接地端之间，也即，其源极和漏极分别与光电流输入端a和接地端连接。根据晶体管M1类型的不同，上述连接关系也可以根据需要颠倒。低通滤波器FL连接在所述第一场效应管的栅极和模式控制端b之间。电容C1连接在模式控制端b和接地端之间。
电流检测电路B设置为采样保持电路A的镜像电流支路的形式，以在第一开关S1导通时与采样保持电路A形成电流镜。具体地，电流检测电路B包括第二晶体管M2。优选地，第二晶体管M2为场效应晶体管(MOSFET)，其连接在光电流输入端a和接地端之间，也即，其源极和漏极分别于光电流输入端a和接地端连接。根据晶体管M2类型的不同，上述连接关系也可以根据需要颠倒。其中，第二晶体管M2的栅极g与源极连接。第一开关的一端与模式控制端b连接，另一端与所述第二晶体管的栅极g连接。
由此，在第一开关S1导通时，采样保持电路A与电流检测电路B形成电流镜，由于两者的输入端均与光电流输入端连接，基于电流镜的自身特点，流过采样保持电路A与电流检测电路B的电流成比例，也即，第一比例的光电流流过采样保持电路A，第二比例的光电流流过电流检测电路B。由于晶体管的尺寸越大，其通流能力越强，因此，通过将第一晶体管M1的尺寸设置的远大于所述第二晶体管M2的尺寸，可以使得在第一开关S1导通时，大部分的光电流流过第一晶体管M1。
可替换地，也可以将尺寸较大的第一晶体管M1替换为多个具有第二晶体管相同尺寸的第一晶体管M1。将所述多个第一晶体管M1并联，也即，源极连接在一起，漏极连接在一起，栅极也连接在一起，由此，也可以达到使得该多个并联的第一晶体管M1具有远大于第二晶体管M2的通流能力的效果。
在第一开关S1关断时，电容C1保持模式控制端b的电压基本不变，低通滤波器FL可以防止噪声或者环境光的异常突变引起M1栅电压的变化。由于第一晶体管M1的栅极电压保持基本不变，流过第一晶体管M1的电流相应保持稳定。由此，可以实现第二模式下，采样保持电路A对于采样获得的环境光对应的电流分量进行保持。同时，在第一开关S1关断时，第二晶体管M2保持导通允许电流流过，流过其的电流为光电流输入端输入的电流Iin减去由第一晶体管分流的电流分量IBG。由此，流过第二晶体管M2的电流可以较为精确的表征检测光信号，也即，去除了从接收到的光中滤除环境光影响后的光信号。
应理解，图2和图3所示的采样保持电路A和电流检测电路B仅为示例，本领域技术人员可以通过在各种现有的其它结构的电流镜电路(例如，共源共栅型电流镜)的源电流支路结构形成采样保持电路A，通过对应的镜像电流支路形成电流检测电路B，以实现相同的功能。
优选地，所述环境光滤除电路14还包括第二开关S2，其与所述电流放大器连接，用于在导通时使能所述电流放大器，在关断时使得所述电流放大器停止工作。具体地，第二开关S2可以连接在电流放大器输出电流的通路上(如图2所示)，也可以连接在其输入通路上(如图3所示)。对应地，控制电路143用于控制所述第二开关S1在第一开关S1导通时关断，在第一开关S1关断时导通。由此，在第一开关S1导通时，采样及检测电路141工作于第一模式，对环境光对应的电流分量进行采样，此时，第二开关S2关断，使得电流放大器142不工作。在第一开关S1关断时，采样及检测电路141工作于第二模式，输出表征从接收到的光中滤除环境光影响后的光信号的检测信号，此时，第二开关S2导通，使得电流放大器142工作，将检测信号放大为电流信号输出。由此，可以保持输出进行环境光滤除后的电流信号。
本领域技术人容易理解，虽然在图2和图3所示的环境光滤除电路中均设置了第二开关S2，但是，其并非必须，在不设置第二开关S2的情况下，电流放大器会对电流检测电路141b的检测信号进行放大，而不区别其所在的工作模式。此时，通过对电流放大器输出的电流按照控制电路143输出的控制时序进行处理也可以获得表征检测光强度的信号。无论采取哪种方式，并不影响从光电流中滤除表征环境光的电流分量的精确度。
如图2和图3所示，电流放大器可以包括运算放大器OP和第三晶体管M3。其中，第二晶体管的栅极通过运算放大器OP与第三晶体管M3的栅极相连，具体地，将第二晶体管M2的栅极连接至运算放大器OP的同相输入端，运算放大器OP的反相输入端和输出端均连接至第三晶体管M3的栅极，由此，运算放大器OP不仅具有电压跟随的作用，即让第三晶体管M3的栅极电压跟随第二晶体管M2的栅极电压，同时也起到隔离的作用，使得其后级电路的工作不影响前级电路。第二晶体管M2和第三晶体管M3构成电流镜结构可以将流过第二晶体管M2的电流成比例地拷贝到输出端，从而完成电流的放大。
容易理解，图2和图3中所示的电流放大器的结构仅为示例，本领域技术人员也可以基于其它原理的电流放大器来进行电流放大。
图4是本发明实施例的环境光滤除电路的工作时序图。
光电转换电路接收光信号所产生的总电流Iin为光脉冲信号导致的电流分量Id与环境光导致的电流分量IBG之和。其中，电流分量Id在发光部件不发光时为零，电流分量IBG随环境光动态变化。
如图4所示，在t0～t1阶段，发光部件11不工作，只有环境光照射在光电转换电路13，此时，控制电路143控制第一开关S1导通，第二开关S2关断，采样保持电路A工作在第一模式，大部分的环境光导致的电流分量IBG从采样保持电路A一侧流过，从电流检测电路B一侧流走的电流分量可以忽略不计，即Iin≈IBG，Id≈0。
在t1～t2阶段，发光部件11开始工作，经目标反射回来的光脉冲信号和环境光照射在光电转换电路中，此时，控制电路143控制第一开关S1关断，第二开关S2导通，采样保持电路A工作在第二模式，也即，保持IBG稳定。环境光对应的电流分量继续从光采样保持电路A中流走。由此，使得环境光导致的电流分量从输入的光信号Iin中滤出，光脉冲信号导致的电流分量流过电流检测电路B，并进而经电流放大器输入到模数转换器(图中未示出)。由此，可以更加精确地滤出环境光的影响，同时不必增加发光部件的功率。
在t2～t3阶段，经过预定数量(例如3个)脉冲发光周期，在脉冲发光周期间隙中，发光部件11不工作，只有环境光照射在光电转换电路，此时，控制电路143控制第一开关S1导通，第二开关S2关断，采样保持电路A工作在第一模式，大部分的环境光导致的电流分量IBG从采样保持电路A一侧流过，从电流检测电路B一侧流走的电流分量可以忽略不计。从图4可以看出，t2～t3阶段的光脉冲间隙位于整个光脉冲序列的中间，一次测量所需要的光脉冲序列还没有结束。由此，这样的方式可以实现在测量中间多次采样检测环境光，保证环境光滤除的精确性。
从t3时刻后，电路切换到第二模式，再次重复滤除的操作，直至下一个预定的时间间隔后，再次在光脉冲间隙进行环境光对应的电流分量的采样。
本发明实施例的光电传感器除了可以应用于心率检测设备还可以应用于其它通过检测目标反射光强度以获取目标属性的光电检测设备，例如，距离检测设备等。
本发明实施例通过设置使得采样及检测电路在第一模式下对环境光进行采样，在第二模式下从带有环境光分量的光电流中滤除采样获得的环境光分量，同时，用于控制采样及检测电路模式的控制电路在至少一个光脉冲间隙期间控制所述采样及检测电路切换到第一模式，并在下一个光脉冲出现时控制所述采样及检测电路切换到第二模式。由此，可以在检测期间对环境光进行一次或多次采样，从而在不大幅增加功耗的前提下提高光电传感器以及应用其的光电检测设备的准确性。无论是工作在普通环境中还是恶劣的环境中都有良好的表现。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种环境光滤除电路，用于滤除输入的光电流中的环境光噪声，所述光电流至少部分根据发光部件发出的光脉冲序列导致，所述环境光滤除电路包括：
采样及检测电路，用于在第一模式下对输入的光电流进行采样获取电流分量，在第二模式下从输入的光电流中去除采样获取的所述电流分量，输出检测信号；
电流放大器，用于接收所述检测信号并输出放大后的电流信号；以及，
控制电路，用于控制采样及检测电路在第一模式和第二模式间切换，其中，所述控制电路在至少一个光脉冲间隙期间控制所述采样及检测电路切换到第一模式，并在下一个光脉冲出现时控制所述采样及检测电路切换到第二模式。
2.根据权利要求1所述的环境光滤除电路，其特征在于，所述控制电路每隔预定数量的光脉冲周期在光脉冲间隙控制所述采样及检测电路切换到第一模式。
3.根据权利要求1或2所述的环境光滤除电路，其特征在于，所述采样及检测电路包括：
采样保持电路，与光电流输入端连接，在第一模式下使得第一比例的光电流流过，并在第二模式下保持流过的电流强度；
电流检测电路，在第一模式下与所述采样保持电路形成电流镜，从而使得第二比例的所述光电流流过，在第二模式下允许经所述采样保持电路分流的光电流流过，并输出检测信号；
第一开关，连接在所述采样保持电路和所述电流检测电路之间，用于控制所述采样及检测电路的模式；
其中，所述控制电路用于控制所述第一开关导通和关断从而控制所述采样及检测电路在第一模式和第二模式间切换，所述第一比例远大于所述第二比例。
4.根据权利要求3所述的环境光滤除电路，其特征在于，所述环境光滤除电路还包括：
第二开关，与所述电流放大器连接，用于在导通时使能所述电流放大器，在关断时使得所述电流放大器停止工作；
其中，所述控制电路还用于控制所述第二开关在第一开关导通时关断，在第一开关关断时导通。
5.根据权利要求3所述的环境光滤除电路，其特征在于，所述采样保持电路包括：
第一晶体管，连接在光电流输入端和接地端之间；
低通滤波器，连接在所述第一场效应管的栅极和模式控制端之间；以及，
电容，连接在所述模式控制端和接地端之间；
所述电流检测电路包括：
第二晶体管，连接在光电流输入端和接地端之间，其中，所述第二场效应管的栅极与源极连接；
其中，所述第一开关的一端与所述模式控制端连接，另一端与所述第二晶体管的栅极连接，所述第一晶体管的尺寸大于所述第二晶体管的尺寸。
6.根据权利要求3所述的环境光滤除电路，其特征在于，所述采样保持电路包括：
多个相互并联的第一晶体管，连接在光电流输入端和接地端之间，所述多个第一晶体管的栅极相互连接；
低通滤波器，连接在所述第一场效应管的栅极和模式控制端之间；以及，
电容，连接在所述模式控制端和接地端之间；
所述电流检测电路包括：
第二晶体管，连接在光电流输入端和接地端之间，其中，所述第二场效应管的栅极与源极连接；
其中，所述第一开关的一端与所述模式控制端连接，另一端与所述第二晶体管的栅极连接，所述第一晶体管的尺寸大于所述第二晶体管的尺寸。
7.一种光电传感器，包括：
发光部件，用于发出光信号；
驱动电路，用以驱动所述发光部件工作；
光电转换电路，用于根据接收到的光信号生成光电流；以及，
如权利要求1-6中任一项所述的环境光滤除电路，通过光电流输入端与所述光电转换电路连接。
8.一种光电检测设备，其特征在于，包括如权利要求7所述的光电传感器。
9.根据权利要求8所述的光电检测设备，其特征在于，所述检测装置为心率检测设备或距离检测设备。
CN201610255885.9A 2016-04-21 2016-04-21 环境光滤除电路、光电传感器及应用其的光电检测设备 Active CN105953823B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610255885.9A CN105953823B (zh) 2016-04-21 2016-04-21 环境光滤除电路、光电传感器及应用其的光电检测设备
TW105143668A TWI632348B (zh) 2016-04-21 2016-12-28 Environmental light filtering circuit, optical sensor and photoelectric detecting device using same
US15/477,036 US10925498B2 (en) 2016-04-21 2017-04-01 Ambient light filter and associated photo sensor having a first detection mode in at least one optical pulse gap

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610255885.9A CN105953823B (zh) 2016-04-21 2016-04-21 环境光滤除电路、光电传感器及应用其的光电检测设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105953823A true CN105953823A (zh) 2016-09-21
CN105953823B CN105953823B (zh) 2018-12-18

Family

ID=56914890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610255885.9A Active CN105953823B (zh) 2016-04-21 2016-04-21 环境光滤除电路、光电传感器及应用其的光电检测设备

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10925498B2 (zh)
CN (1) CN105953823B (zh)
TW (1) TWI632348B (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108227067A (zh) * 2017-11-13 2018-06-29 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种光学结构以及具有该光学结构的电子设备
CN110010046A (zh) * 2019-04-22 2019-07-12 京东方科技集团股份有限公司 显示面板、其检测方法及显示装置
CN110940987A (zh) * 2018-09-20 2020-03-31 欧姆龙(上海)有限公司 用于光电检测***的控制装置及方法、光电检测***
CN111050634A (zh) * 2019-11-21 2020-04-21 深圳市汇顶科技股份有限公司 生物特征检测方法、生物特征检测装置和电子装置
CN111308563A (zh) * 2018-12-12 2020-06-19 光宝新加坡有限公司 环境光滤除方法
CN111947689A (zh) * 2019-05-17 2020-11-17 敦宏科技股份有限公司 用于消除光学近接感测装置的环境光和光学串扰的方法
CN112865862A (zh) * 2019-11-12 2021-05-28 Oppo广东移动通信有限公司 电子设备之间光通信的环境光检测方法和装置
CN113167627A (zh) * 2018-12-03 2021-07-23 金卡智能集团股份有限公司 基于光反射的取样计数方法
CN114034384A (zh) * 2021-11-19 2022-02-11 恒玄科技(上海)股份有限公司 一种光电采样组件及可穿戴设备
CN115561826A (zh) * 2022-10-21 2023-01-03 武汉市聚芯微电子有限责任公司 接近检测电路及接近传感器
WO2024082599A1 (zh) * 2022-10-21 2024-04-25 武汉市聚芯微电子有限责任公司 接近检测电路及接近传感器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2997057C (en) * 2017-04-26 2020-08-18 Abl Ip Holding Llc Lighting relay panel features for improved safety and reliability
TWI687203B (zh) * 2019-09-03 2020-03-11 緯創資通股份有限公司 適應性生理資訊偵測方法與系統

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101000745A (zh) * 2006-01-12 2007-07-18 松下电器产业株式会社 电流驱动电路
CN101572984A (zh) * 2009-06-04 2009-11-04 吉林大学 驱动多路发光二极管的镜像比例恒流源电路
CN102322875A (zh) * 2011-08-01 2012-01-18 西安电子科技大学 可见光传感器
US20150257708A1 (en) * 2014-03-13 2015-09-17 Eric Steven Winokur Digitally assisted analog dynamic range enhancer

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4258719A (en) * 1978-12-04 1981-03-31 Hughes Aircraft Company Heart rate measurement system
US6987258B2 (en) 2001-12-19 2006-01-17 Intel Corporation Integrated circuit-based compound eye image sensor using a light pipe bundle
JP3902741B2 (ja) 2002-01-25 2007-04-11 株式会社半導体理工学研究センター 半導体集積回路装置
KR100450670B1 (ko) * 2002-02-09 2004-10-01 삼성전자주식회사 포토 다이오드를 갖는 이미지 센서 및 그 제조방법
US7635836B2 (en) 2007-02-21 2009-12-22 Intersil Americas Inc. Configurable photo detector circuit
TW201237713A (en) * 2011-03-15 2012-09-16 Yao-Jen Tsai Light sensing device for both visible light and distance sensing
US9385667B2 (en) 2013-06-14 2016-07-05 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Photodetector integrated circuit (IC) having a sensor integrated thereon for sensing electromagnetic interference (EMI)
CN105496421A (zh) * 2016-01-11 2016-04-20 天津工业大学 基于脉搏血氧饱和度检测的去除环境光噪声的光电接受电路
CN105910632B (zh) * 2016-04-21 2018-10-26 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 光电检测设备和集成电路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101000745A (zh) * 2006-01-12 2007-07-18 松下电器产业株式会社 电流驱动电路
CN101572984A (zh) * 2009-06-04 2009-11-04 吉林大学 驱动多路发光二极管的镜像比例恒流源电路
CN102322875A (zh) * 2011-08-01 2012-01-18 西安电子科技大学 可见光传感器
US20150257708A1 (en) * 2014-03-13 2015-09-17 Eric Steven Winokur Digitally assisted analog dynamic range enhancer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
史凌峰等: "环境噪声抑制的红外接近传感器设计", 《华中科技大学学报（自然科学版）》 *

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108227067B (zh) * 2017-11-13 2021-02-02 南京矽力微电子技术有限公司 一种光学结构以及具有该光学结构的电子设备
CN108227067A (zh) * 2017-11-13 2018-06-29 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种光学结构以及具有该光学结构的电子设备
CN110940987A (zh) * 2018-09-20 2020-03-31 欧姆龙(上海)有限公司 用于光电检测***的控制装置及方法、光电检测***
CN113167627B (zh) * 2018-12-03 2022-09-27 金卡智能集团股份有限公司 基于光反射的取样计数方法
CN113167627A (zh) * 2018-12-03 2021-07-23 金卡智能集团股份有限公司 基于光反射的取样计数方法
CN111308563A (zh) * 2018-12-12 2020-06-19 光宝新加坡有限公司 环境光滤除方法
CN110010046B (zh) * 2019-04-22 2022-07-19 京东方科技集团股份有限公司 显示面板、其检测方法及显示装置
CN110010046A (zh) * 2019-04-22 2019-07-12 京东方科技集团股份有限公司 显示面板、其检测方法及显示装置
CN111947689A (zh) * 2019-05-17 2020-11-17 敦宏科技股份有限公司 用于消除光学近接感测装置的环境光和光学串扰的方法
CN112865862A (zh) * 2019-11-12 2021-05-28 Oppo广东移动通信有限公司 电子设备之间光通信的环境光检测方法和装置
CN112865862B (zh) * 2019-11-12 2022-05-13 Oppo广东移动通信有限公司 电子设备之间光通信的环境光检测方法和装置
WO2021097755A1 (zh) * 2019-11-21 2021-05-27 深圳市汇顶科技股份有限公司 生物特征检测方法、生物特征检测装置和电子装置
CN111050634A (zh) * 2019-11-21 2020-04-21 深圳市汇顶科技股份有限公司 生物特征检测方法、生物特征检测装置和电子装置
CN111050634B (zh) * 2019-11-21 2022-08-02 深圳市汇顶科技股份有限公司 生物特征检测方法、生物特征检测装置和电子装置
CN114034384A (zh) * 2021-11-19 2022-02-11 恒玄科技(上海)股份有限公司 一种光电采样组件及可穿戴设备
CN114034384B (zh) * 2021-11-19 2023-10-13 恒玄科技(上海)股份有限公司 一种光电采样组件及可穿戴设备
CN115561826A (zh) * 2022-10-21 2023-01-03 武汉市聚芯微电子有限责任公司 接近检测电路及接近传感器
CN115561826B (zh) * 2022-10-21 2023-08-11 武汉市聚芯微电子有限责任公司 接近检测电路及接近传感器
WO2024082599A1 (zh) * 2022-10-21 2024-04-25 武汉市聚芯微电子有限责任公司 接近检测电路及接近传感器

Also Published As

Publication number Publication date
US10925498B2 (en) 2021-02-23
TWI632348B (zh) 2018-08-11
TW201800724A (zh) 2018-01-01
US20170303803A1 (en) 2017-10-26
CN105953823B (zh) 2018-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105953823A (zh) 环境光滤除电路、光电传感器及应用其的光电检测设备
CN105910632B (zh) 光电检测设备和集成电路
TWI651516B (zh) 光電感測器、光電檢測方法以及應用其的心率檢測設備
CN105046247B (zh) 表面结构识别单元、电路及识别方法和电子设备
TWI256097B (en) Time resolved non-invasive diagnostics system
CN104819773B (zh) 连续窄脉宽激光器峰值光功率的测试装置及方法
TW201111740A (en) Long range proximity and/or motion detector with ambient light detection capabilities
US20140088910A1 (en) System and method of testing high brightness led (hbled)
CN103017991B (zh) 一种吸入式sf6气体泄漏监测方法
CN206892582U (zh) 低能耗自动感应装置
TW200510704A (en) Position detecting device, position detecting method, test device and manufacturing device of camera module
CN112098787A (zh) 一种单光子雪崩光电二极管标定***及标定的方法
ATE371880T1 (de) Systemarchitektur für optische schaltungsvorrichtung
ATE306653T1 (de) Vorrichtung und verfahren zur messung von ultrakurzen lichtimpulsen
CN202916062U (zh) 一种吸入式sf6气体泄漏监测装置
Stojanovic et al. An optical sensing approach based on light emitting diodes
ATE382869T1 (de) Testen integrierter schaltungen
CN102478641A (zh) Led路灯光电综合测试***
CN204903379U (zh) 一种便携式红外线分析器
TW201929775A (zh) 光電式心率偵測系統
Xie et al. Research of Weak Signal Processing Circuit Based on Non-Dispersive Infrared Automobile Exhaust Sensor
CN103256992A (zh) 一种psd信号的处理方法
CN208551778U (zh) 一种基于柔性pin光电二极管的指端脉搏波检测器
CN103575387A (zh) 脉冲光衰减测试电路及测试方法
CN110068427A (zh) 一种漏水检测电路及漏水检测装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20200306

Address after: 210042 302, Xuanwu Road, 7, Xuanwu Road, Xuanwu District, Nanjing, Jiangsu, China, 7

Patentee after: Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou) Ltd.

Address before: 310012 room A1501, science and Technology Park, East Software Park, No. 90, Wensanlu Road, Zhejiang, China

Patentee before: Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou) Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 210042 302, Xuanwu Road, 7, Xuanwu Road, Xuanwu District, Nanjing, Jiangsu, China, 7

Patentee after: Nanjing Sili Microelectronics Technology Co., Ltd

Address before: 210042 302, Xuanwu Road, 7, Xuanwu Road, Xuanwu District, Nanjing, Jiangsu, China, 7

Patentee before: Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou) Ltd.