CN105962922A - 光电传感器、光电检测方法以及应用其的心率检测设备 - Google Patents

光电传感器、光电检测方法以及应用其的心率检测设备 Download PDF

Info

Publication number
CN105962922A
CN105962922A CN201610247159.2A CN201610247159A CN105962922A CN 105962922 A CN105962922 A CN 105962922A CN 201610247159 A CN201610247159 A CN 201610247159A CN 105962922 A CN105962922 A CN 105962922A
Authority
CN
China
Prior art keywords
photoelectric
current
photoelectric current
luminaire
circuit
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
CN201610247159.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105962922B (zh
Inventor
张宝玉
何惠森
邵丽丽
张艳倪
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 CN201610247159.2A priority Critical patent/CN105962922B/zh
Publication of CN105962922A publication Critical patent/CN105962922A/zh
Priority to TW105143663A priority patent/TWI651516B/zh
Priority to US15/477,024 priority patent/US10349846B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN105962922B publication Critical patent/CN105962922B/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
    • 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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/22—Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow
    • A61B5/221—Ergometry, e.g. by using bicycle type apparatus
    • A61B5/222—Ergometry, e.g. by using bicycle type apparatus combined with detection or measurement of physiological parameters, e.g. heart rate
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6867—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive specially adapted to be attached or implanted in a specific body part
    • A61B5/6869—Heart
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00—Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/10—Detecting, e.g. by using light barriers
    • G01V8/12—Detecting, e.g. by using light barriers using one transmitter and one receiver
    • G01V8/14—Detecting, e.g. by using light barriers using one transmitter and one receiver using reflectors
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H40/00—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices
    • G16H40/60—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices
    • G16H40/63—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices for local operation
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/78—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光电传感器、光电检测方法以及应用其的心率检测设备，其特征在于，包括：发光设备，发出第一光信号；驱动电路，用以驱动所述发光设备工作；光电转换电路，用以接收所述第一光信号经物体反射回来的第二光信号，生成第一光电流；可编程电流放大电路，在所述发光设备工作阶段，采样并保持所述第一光电流，在所述发光设备停止工作阶段，输出一个或多个工作周期的与所述第一光电流的幅值成正比例和/或脉冲宽度成正比例的第二光电流。采用本发明提供的光电传感器，能够避免在检测周期内由于发光设备持续地工作而消耗过大的功耗，达到使得芯片有效地降低功耗的目的。

Description

光电传感器、光电检测方法以及应用其的心率检测设备
技术领域
本发明涉及一种电力电子技术，更具体地说，涉及一种应用于电子检测设备中的光电传感器、光电检测方法以及应用其的心率检测设备。
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。
心率检测传感器可以检测人的心率，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，心率检测传感器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。
心率检测传感器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芯片上，芯片内的发光设备向目标发射检测光，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。
心率检测传感器主要应用在便携式设备中，例如手环，手机，智能手表等电子产品中，这类以电池供电的产品对于功耗的要求比较高。芯片内部集成的发光设备驱动的功耗是心率检测传感器的主要功耗，但是发光设备发出的光的强弱和发光时间直接影响光电转换电路接收到的光信号的幅值,幅值微弱变化的分辨直接受限于积分型数模转换器分辨率,继而影响传感器的输出，所以发光设备发出的光不能太弱,也不能时间过短,这样功耗就比较高。
在实际应用中，被检测人手指或手腕中的血液反射回来的检测光非常弱，为了提高心率检测传感器的检测精度，通常的做法一般有下面几种：一是增大驱动发光设备的驱动电流，使发光设备发出更强的光，二是增大血液发射回来的光强；或者增加发光设备的个数，同样也使光电转换电路接收到更多的光；三是在检测周期内，增长发光设备发光的时间；四是增大光电转换电路的感光面积。但是，这些方法的缺点在于：增加了芯片的功耗或是增加了芯片的面积，这两大缺点大大削弱了该芯片运用在便携式设备中的可能性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种光电传感器、光电检测方法以及应用其的心率检测设备，以解决现有技术中，光电传感器功耗过高的问题。
第一方面，提供一种光电传感器，包括
发光设备，发出第一光信号；
驱动电路，用以驱动所述发光设备工作；
光电转换电路，用以接收所述第一光信号经物体反射回来的第二光信号，生成第一光电流；
可编程电流放大电路，在一个检测周期内，当所述发光设备处于工作阶段，采样并保持所述第一光电流，当所述发光设备处于停止工作阶段，输出一个或多个工作周期的第二光电流，所述第二光电流用以表征所述第一光电流平均值的大小。
优选地，所述第一光电流和所述第二光电流为脉冲式光电流信号，并且，所述第二光电流与所述第一光电流的幅值和/或脉冲宽度成正比例关系。
优选地，在一个检测周期内，所述驱动电路驱动所述发光设备工作至少一个工作周期。
优选地，所述可编程电流放大电路包括采样保持电路和第二光电流生成电路，
所述采样保持电路用以在所述发光设备工作阶段，对所述第一光电流进行采样和保持；
所述第二光电流生成电路用以在所述发光设备停止工作阶段，生成所述第二光电流。
优选地，所述采样保持电路包括第一晶体管、第二晶体管、第一开关以及第一电容，
所述第一晶体管和所述第二晶体管构成电流镜结构；
所述第一开关的一端连接在所述第一晶体管栅极和所述第二晶体管的栅极的公共节点，另一端连接至所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端接地。
优选地，所述第二光电流生成电路包括多个并联的电流单元，其中，
每个电流单元包括串联连接的开关和晶体管，每个电流单元的第一端共同接至所述可编程电流放大电路的输出端，第二端接地；
每个电流单元中的晶体管的栅极共同连接至所述第一电容的第一端。
优选地，所述每个电流单元的第一端通过第二开关接至所述可编程电流放大电路的输出端，通过控制所述第二开关在每个工作周期的导通时间，调节所述第二光电流的脉冲宽度。
优选地，所述多个并联的电流单元中晶体管的尺寸依次成一定的比例关系。
优选地，还包括积分型模数转换器，所述积分型模数转换器接收所述第二光电流，将其转换成数值，作为所述光电传感器的输出信号。
优选地，还包括积分型模数转换器，所述积分型模数转换器接收所述第一光电流和所述第二光电流，将其转换成数值，作为所述光电传感器的输出信号。
第二方面，提供一种心率检测设备，包括：上述光电传感器。
第三方面，提供一种光电检测方法，包括：
利用发光设备，发出第一光信号；
采用光电转换电路接收所述第一光信号经物体反射回来的第二光信号，并生成第一光电流；
在一个检测周期内，当所述发光设备处于工作阶段，采样并保持所述第一光电流，当所述发光设备处于停止工作阶段，输出一个或多个工作周期的第二光电流，所述第二光电流用以表征所述第一光电流平均值的大小。
优选地，所述第一光电流和所述第二光电流为脉冲式光电流信号，并且，所述第二光电流与所述第一光电流的幅值成正比例和/或脉冲宽度成正比例。
优选地，在一个检测周期内，所述发光设备工作至少一个工作周期。
优选地，生成所述第二光电流的步骤包括：
在所述发光设备工作阶段，对所述第一光电流进行采样和保持；
在所述发光设备停止工作阶段，根据所述第一光电流的采样保持信号，生成所述第二光电流。
优选地，利用一模数转换器将所述第二光电流转换成数值，作为光电传感的检测结果。
本发明技术通过在电流放大器中加入采样保持电路，该电路在发光设备发出脉冲式光信号的同时开始采样，在发光设备停止工作之前，采样保持电路切换在保持阶段，重复输出脉冲宽度，幅值可调的光信号，避免在检测期间发光设备持续的工作，消耗过大的功耗，在芯片能实现功能的同时有效降低功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为依据本发明的光电传感器的结构框图；
图2为光电传感器中可编程电流放大电路的电路示意图；
图3为光电传感器的一个工作波形图；
图4为光电传感器的另一个工作波形图；
图5为光电检测方法的流程图。
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所示为依据本发明的光电传感器的结构框图。如图1所示，光电传感器包括驱动电路11，发光设备(以发光二极管LED为例)，光电转换电路(以光电二极管PD为例)，可编程电流放大电路13以及积分型模数转换器14。
驱动电路11用以驱动发光二极管LED工作，使得发光二极管LED发出第一光信号L1。在本发明中，驱动电路11使得发光二极管LED发出脉冲式的第一光信号L1。发光二极管LED可以是内置的也可以是外置的，且发光二极管LED为单色光发光二极管。
第一光信号L1经被检测物体12的反射，生成检测光，记为第二光信号L2。
光电二极管PD，用以接收第一光信号L1经物体12反射回来的第二光信号L2，并将第二光信号L2生成第一光电流I1。由于第一光信号L1是脉冲式信号，故其经物体反射回来的第二光信号L2也是脉冲式信号，进而光电二极管PD将第二光信号L2进行光电转换后输出的第一光电流I1也是脉冲式信号。
光电二极管PD是对发光二极管LED所发出的光比较敏感的二极管，光电二极管PD可以是内置的，也可以是外接的。
可编程电流放大电路13，在发光二极管LED工作阶段，采样并保持第一光电流I1，在发光二极管LED停止工作阶段，输出一个或多个工作周期的第二光电流I2，第二光电流I2用以表征第一光电流I1的大小。第二光电流I2与第一光电流I1的幅值和/或脉冲宽度正比例关系。
在一个检测周期中，驱动电路11驱动发光二极管LED工作至少一个工作周期，发光二极管LED发出包含至少一个脉冲的第一光信号L1，这使得光电二极管PD可以输出包含至少一个脉冲的第一光电流I1，由于在可编程电流放大电路13中加入了采样保持电路，可编程电流放大电路13在发光二极管LED发出脉冲式的第一光信号L1的同时开始采样，在发光二极管LED停止工作之前，采样保持电路切换在保持阶段，第一光电流I1被保持住，然后，在发光二极管LED停止工作阶段，输出一个或多个工作周期的与第一光电流I1的幅值成正比例和/或脉冲宽度成正比例的第二光电流I2。从而，可以避免在检测期间，由于发光二极管LED持续的工作而引起的驱动损耗过大的问题。可编程电流放大电路13在发光二极管LED停止工作阶段，持续输出第二光电流I2，以供后级电路根据此电流放大信号生成检测数值DATA作为光电传感器的输出。
图2为光电传感器中可编程电流放大电路13的电路示意图。如图2所示，可编程电流放大电路13包括采样保持电路21和第二光电流生成电路22。
采样保持电路21用以在发光二极管LED工作阶段，对第一光电流I1进行采样和保持。
采样保持电路21包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第一开关S1以及第一电容C1，进一步地，还包括一运算放大器A1。第一晶体管M1和第二晶体管M2构成电流镜结构，在本实施例中，以同栅同源型的电流镜为例加以说明，当然，其他结构的电流镜也可以应用在本发明中。也即，在本实施例中，第一晶体管M1的源极与第二晶体管M2的源极相连，第一晶体管M1的栅极与第二晶体管M2的栅极相连。进一步地，第一晶体管M1的栅极可以通过一运算放大器A1与第二晶体管M2的栅极相连，具体地，将第一晶体管M1的栅极连接至运算放大器A1的同相输入端，运算放大器A1的反相输入端和输出端均连接至第二晶体管M2的栅极，由此，运算放大器A1不仅具有电压跟随的作用，即让第二晶体管M2的栅极电压跟随第一晶体管M1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。第一晶体管M1的漏极接收第一光电流I1，第一晶体管M1和第二晶体管M2构成电流镜结构可以将可编程电流放大电路输入端第一光电流I1的电流同比例地拷贝到输出端。
可以理解的是，当采样保持电路21不包括所述运算放大器A1时，第一开关S1的一端连接在第一晶体管M1的栅极和第二晶体管M2的栅极的公共节点；当采样保持电路21包括所述运算放大器A1时，第一开关S1的一端连接在运算放大器A1的反相输入端和第二晶体管M2的栅极的公共节点；另一端均连接至第一电容C1的第一端，第一电容C1的第二端接地。
在驱动电路11驱动发光二极管LED工作阶段，光电二极管PD输出第一光电流I1，可编程电流放大电路13接收第一光电流I1，此时，第一开关S1闭合导通，第一电容C1的第一端电压VC1即为第二晶体管M2的栅极电压，也等于，第一晶体管M1的栅极电压VG，由于第一晶体管M1和第二晶体管M2均工作在线性状态，其栅源电压与流过其的电流具有特定的对应关系，又因为其源极均接地，所以，采样其流过第一光电流I1时的栅极电压VG，即可以得到所述第一光电流I1的采样信号，即第一电容C1的第一端电压VC1。在发光二极管LED停止工作之前，断开第一开关S1，第一电容C1的第一端电压VC1便维持在第一晶体管M1和第二晶体管M2的栅极电压VG。
第二光电流生成电路22用以在发光二极管LED停止工作阶段，生成第二光电流I2。第二光电流I2与第一光电流I1的幅值成正比例和/或脉冲宽度成正比例。
第二光电流生成电路22包括多个并联的电流单元22-n，其中，每个电流单元22-n包括串联连接的开关和晶体管，每个电流单元22-n的第一端共同接至可编程电流放大电路13的输出端，第二端接地，每个电流单元22-n中的晶体管的栅极共同连接至第一电容C1的第一端。每个电流单元22-n中的开关闭合导通时，该条支路的电流连接至可编程电流放大电路13的输出端；每个电流单元22-n中的开关关断时，该条支路的电流与可编程电流放大电路13的输出端断开。通过控制第二光电流生成电路22中多个并联的电流单元22-n中的开关的导通和关断状态，可以调节第二光电流I2的幅值。
多个并联的电流单元22-n中晶体管的尺寸是依次与第一晶体管M1成一定比例的，第一晶体管M1和第二晶体管M2是同尺寸的。这里，两个晶体管的尺寸相同指的是，在同一个驱动电压下，流过两个晶体管的电流大小相同，同理，两个晶体管的尺寸成一定比例指的是，在同一个驱动电压下，流过两个晶体管的电流大小成一定比例。在一个实施例中，可将多个并联的电流单元22-n中晶体管的尺寸设置为依次与第一晶体管M1的尺寸成2的m次方倍，m为自然数，例如，将第三晶体管M3的尺寸设置为与第一晶体管M1的尺寸相同，将第四晶体管M4的尺寸设置为第一晶体管M1的尺寸的2倍，将第五晶体管M5的尺寸设置为第一晶体管M1的尺寸的4倍，依次类推。这样，在每个晶体管的栅极电压均为第一电容C1的第一端电压VC1时，流过每个电流单元的电流大小也依次与第一光电流I1成2的m次方倍。由此，可以根据电流增益的大小，来调节多个并联的电流单元22-n中开关的导通和闭合状态，使第二光电流I2的大小满足工作要求。
进一步地，每个电流单元22-n的第一端可以通过第二开关S2接至可编程电流放大电路13的输出端，通过控制第二开关S2在每个工作周期的导通时间，可以调节第二光电流I2的脉冲宽度。
可以理解的是，无论是使得第二光电流I2与第一光电流I1的幅值成正比例，或者使得第二光电流I2与第一光电流I1的脉冲宽度成正比例，再或者，使得第二光电流I2与第一光电流I1的幅值和脉冲宽度均成一定的比例关系，都可以使第二光电流I2的平均值与第一光电流I1的平均值成一定的比例关系，使得在发光二极管LED停止工作的阶段，可编程电流放大电路13中生成的第二光电流I2能够准确地表征第一光电流I1的大小，从而后级电路在发光二极管LED不工作的阶段，根据第二光电流I2也可以生成检测数值DATA，由此可以降低驱动电路11的损耗，提高***的工作效率。
积分型模数转换器14，接收第二光电流I2，或者，接收第一光电流I1和第二光电流I2，将其转换成数值DATA，作为光电传感器的输出信号，该数值DATA即表征光电传感器的检测结果。积分型模数转换器14可以是电流型模数转换器，也可以先把可编程电流放大电路13输出的第二光电流I2转换成电压，采用电压型积分型模数转换器进行处理。
可以理解的是，光电传感器还可以包括一电流镜电路，连接在光电二极管PD的输出端和可编程电流放大电路13之间，用以改变第一光电流I1的流向，同时隔离光电二极管PD对后级电路的干扰。
进一步地，光电传感器还包括时序控制器15，时序控制器15用以输出控制可编程电流放大电路13的增益和开关逻辑信号S1～S6以及驱动电路11的控制信号。
在一个优选的实施例中，可以将第二光电流I2的脉冲宽度设置为与第一光电流I1相等，且第二光电流I2的幅值可以根据电流增益来调节。在该实施例中，可以将第二开关的开关逻辑信号S2设置为与驱动电路11输出的驱动发光二极管LED工作的驱动信号同频率且具有相同的占空比，这样，可以提高可编程电流放大电路13的电流放大精度。
至此，由于在可编程电流放大电路13中加入了采样保持电路21，该电路在发光二极管LED发出脉冲式的第一光信号L1的同时开始采样，在发光二极管LED停止工作之前，断开第一开关S1，采样保持电21切换在保持阶段，在发光二极管LED停止工作之后，第二光电流生成电路22重复输出与第一光电流I1的幅值和/或脉冲宽度成正比例关系的第二光电流I2，避免在检测期间内发光二极管LED持续的工作，消耗过大的功耗，从而使得芯片能够有效地降低功耗。
图3为光电传感器的一个工作波形图，下面结合工作波形来说明本发明提供的光电传感器的工作过程，如图3所示：
在t0～t1阶段，发光二极管LED不工作，***处于复位阶段，第一开关S1和第二开关均S2关断，其中，ILED为流过发光二极管LED的电流。
在t1～t2阶段，流过发光二极管LED的电流ILED为有效的高电平，发光二极管LED开始发光，此时第一开关S1闭合，第二开关S2断开，可编程电流放大电路13开始采样光电二极管PD接收到的脉冲式的第一光电流I1；在t2时刻，开关S1断开，此时晶体管M3、M4、M5、M6的栅端电压等于在开关S1断开时场效应管M1的栅电压值。
在t2～t3阶段，在t2时刻，第一开关S1断开，此时晶体管M3～M6的栅极电压等于在第一开关S1断开时第一晶体管M1的栅极电压值，在t3时刻，发光二极管LED停止工作，此时第一开关S1和第二S2均断开。
在t3～t4阶段，发光二极管LED不工作，第一开关S1断开，晶体管M3、M4、M5、M6的栅端电压等于在开关S1断开时场效应管M1的栅电压值，晶体管M1～M6实际上均是电流镜结构，所以流过其的电流是一样的或者是成正比例的，时序控制器15控制第二开关S2的闭合与断开，可编程电流放大电路13输出与第二光电流I2给积分型模数转换器14，其中，第二光电流I2的幅值由时序控制器控制的开关S3～S6的断开或者闭合实现，且该幅值与脉冲式电流成正比例，开关S3～S6的通断控制可编程电流放大电路13的电流放大增益，由此，可编程电流放大电路13可以在发光二极管LED不工作的阶段，输出一个或者多个工作周期的电流放大信号，即第二光电流I2，该电流放大信号可以表征检测信号，即第一电流I1的大小，在这个阶段中，积分型模数转换器14根据第二光电流I2，生成数值DATA，作为光电传感器的输出信号。
从t4时刻开始重复以上的步骤工作。
下面结合图3所示的工作波形，来阐述本发明能够实现低功耗的原理:
结合图3可知，若芯片电路采用本发明提供的技术，发光二极管LED在一个检测周期内的平均功耗为:
I L E D _ A V G = I L E D * ( t 2 - t 1 ) t 4 - t 1 ;
即在一个检测周期内，发光二极管可以只发出一次光信号脉冲，积分型数模转换器14接收到的n个脉冲型电流是由可编程电流放大电路13提供的。
若不采用本发明提供的技术，若要达到同样的效果,发光二极管LED在一个检测周期内的平均功耗为:
I L E D _ A V G 1 = I L E D * ( t 2 - t 1 ) * n t 4 - t 1 ,
其中n为发光二极管发出的脉冲光信号，也就是积分型数模转换器14接收到的脉冲型电流的脉冲个数。由此可见，采用本本发明提供的技术，可以使驱动发光二极管LED的功耗降低为未采用本发明提供的技术的电路的1/n倍。
至此，由于在可编程电流放大电路13中加入了采样保持电路21，该电路在发光二极管LED发出脉冲式的第一光信号L1的同时开始采样，在发光二极管LED停止工作之前，断开第一开关S1，采样保持电21切换在保持阶段，在发光二极管LED停止工作之后，第二光电流生成电路22重复输出与第一光电流I1的幅值和/或脉冲宽度成正比例关系的第二光电流I2，避免在一定的时间内发光二极管LED持续的工作，消耗过大的功耗，从而使得芯片能够有效地降低功耗。
图4为光电传感器的另一个工作波形图。
如图4所示，该波形所示的工作过程，与图3所示的工作过程的区别在于，在t1～t3阶段，第二开关S2是闭合的，即在采样保持电路21采样保持第一光电流I1时，可编程电流放大电路13便输出流经第二晶体管M2的原始采样电流，也即，用于进行积分的输出电流Iout中，包含原始采样电流I1和第二光电流I2，这样有利于提高光电传感器的工作精度。
至此，由于在可编程电流放大电路13中加入了采样保持电路21，该电路在发光二极管LED发出脉冲式的第一光信号L1的同时开始采样，在发光二极管LED停止工作之前，断开第一开关S1，采样保持电21切换在保持阶段，在发光二极管LED开始工作后，可编程电流放大电路13便重复输出与第一光电流I1的幅值和/或脉冲宽度成正比例关系的输出电流Iout，避免在一定的时间内发光二极管LED持续的工作，消耗过大的功耗，从而使得芯片能够有效地降低功耗。
此外，本发明还提供一种光电检测方法，包括以下步骤：
501：利用发光设备，发出第一光信号；
502：采用光电转换电路接收所述第一光信号经物体反射回来的第二光信号，并生成第一光电流；
503：在一个检测周期内，当所述发光设备处于工作阶段，采样并保持所述第一光电流，当所述发光设备处于停止工作阶段，输出一个或多个工作周期的第二光电流，所述第二光电流用以表征所述第一光电流平均值的大小。
其中，第一光电流I1和第二光电流I2为脉冲式光电流信号，并且，第二光电流I2与第一光电流I1的幅值成正比例和/或脉冲宽度成正比例。在一个检测周期内，发光设备工作至少一个工作周期。
生成第二光电流I2的步骤包括：
在发光设备工作阶段，对第一光电流I1进行采样和保持；
在发光设备停止工作阶段，根据第一光电流I1的采样保持信号，生成第二光电流I2。
光电检测方法还包括，利用一模数转换器将第二光电流I2转换成数值，作为光电传感的检测结果。
本发明提供的光电检测方法通过在发光设备发出脉冲式光信号的同时开始采样第一光电流，在发光设备停止工作之前，采样保持第一光电流，在发光设备停止工作之后，输出与第一光电流的幅值成正比例和/或脉冲宽度成正比例的第二光电流，避免在检测期间发光设备持续的工作，为驱动其工作而消耗过大的功耗，在芯片能实现功能的同时有效降低功耗。
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 (16)

1.一种光电传感器，其特征在于，包括：
发光设备，发出第一光信号；
驱动电路，用以驱动所述发光设备工作；
光电转换电路，用以接收所述第一光信号经物体反射回来的第二光信号，生成第一光电流；
可编程电流放大电路，在一个检测周期内，当所述发光设备处于工作阶段，采样并保持所述第一光电流，当所述发光设备处于停止工作阶段，输出一个或多个工作周期的第二光电流，所述第二光电流用以表征所述第一光电流平均值的大小。
2.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述第一光电流和所述第二光电流为脉冲式光电流信号，并且，所述第二光电流与所述第一光电流的幅值和/或脉冲宽度成正比例关系。
3.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，在一个检测周期内，所述驱动电路驱动所述发光设备工作至少一个工作周期。
4.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述可编程电流放大电路包括采样保持电路和第二光电流生成电路，
所述采样保持电路用以在所述发光设备工作阶段，对所述第一光电流进行采样和保持；
所述第二光电流生成电路用以在所述发光设备停止工作阶段，根据所述第一光电流的采样保持信号，生成所述第二光电流。
5.根据权利要求4所述的光电传感器，其特征在于，所述采样保持电路包括第一晶体管、第二晶体管、第一开关以及第一电容，
所述第一晶体管和所述第二晶体管构成电流镜结构；
所述第一开关的一端连接在所述第一晶体管栅极和所述第二晶体管的栅极的公共节点，另一端连接至所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端接地。
6.根据权利要求4所述的光电传感器，其特征在于，所述第二光电流生成电路包括多个并联的电流单元，其中，
每个电流单元包括串联连接的开关和晶体管，每个电流单元的第一端共同接至所述可编程电流放大电路的输出端，第二端接地；
每个电流单元中的晶体管的栅极共同连接至所述第一电容的第一端。
7.根据权利要求6所述的光电传感器，其特征在于，所述每个电流单元的第一端通过第二开关接至所述可编程电流放大电路的输出端，通过控制所述第二开关在每个工作周期的导通时间，调节所述第二光电流的脉冲宽度。
8.根据权利要求6或7所述的光电传感器，其特征在于，所述多个并联的电流单元中晶体管的尺寸依次成一定的比例关系。
9.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，还包括积分型模数转换器，所述积分型模数转换器接收所述第二光电流，将其转换成数值，作为所述光电传感器的输出信号。
10.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，还包括积分型模数转换器，所述积分型模数转换器接收所述第一光电流和所述第二光电流，将其转换成数值，作为所述光电传感器的输出信号。
11.一种心率检测设备，其特征在于，包括：
根据权利要求1-10中任一项所述的光电传感器。
12.一种光电检测方法，其特征在于，包括：
利用发光设备，发出第一光信号；
采用光电转换电路接收所述第一光信号经物体反射回来的第二光信号，并生成第一光电流；
在一个检测周期内，当所述发光设备处于工作阶段，采样并保持所述第一光电流，当所述发光设备处于停止工作阶段，输出一个或多个工作周期的第二光电流，所述第二光电流用以表征所述第一光电流平均值的大小。
13.根据权利要求12所述的光电检测方法，其特征在于，所述第一光电流和所述第二光电流为脉冲式光电流信号，并且，所述第二光电流与所述第一光电流的幅值成正比例和/或脉冲宽度成正比例。
14.根据权利要求12所述的光电检测方法，其特征在于，在一个检测周期内，所述发光设备工作至少一个工作周期。
15.根据权利要求12所述的光电检测方法，其特征在于，生成所述第二光电流的步骤包括：
在所述发光设备工作阶段，对所述第一光电流进行采样和保持；
在所述发光设备停止工作阶段，根据所述第一光电流的采样保持信号，生成所述第二光电流。
16.根据权利要求12所述的光电检测方法，其特征在于，利用一模数转换器将所述第二光电流转换成数值，作为光电传感的检测结果。
CN201610247159.2A 2016-04-19 2016-04-19 光电传感器、光电检测方法以及应用其的心率检测设备 Active CN105962922B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610247159.2A CN105962922B (zh) 2016-04-19 2016-04-19 光电传感器、光电检测方法以及应用其的心率检测设备
TW105143663A TWI651516B (zh) 2016-04-19 2016-12-28 光電感測器、光電檢測方法以及應用其的心率檢測設備
US15/477,024 US10349846B2 (en) 2016-04-19 2017-04-01 Photoelectric sensor, photoelectric measurement method and heart rate measurement equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610247159.2A CN105962922B (zh) 2016-04-19 2016-04-19 光电传感器、光电检测方法以及应用其的心率检测设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105962922A true CN105962922A (zh) 2016-09-28
CN105962922B CN105962922B (zh) 2018-11-27

Family

ID=56993931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610247159.2A Active CN105962922B (zh) 2016-04-19 2016-04-19 光电传感器、光电检测方法以及应用其的心率检测设备

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10349846B2 (zh)
CN (1) CN105962922B (zh)
TW (1) TWI651516B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107631740A (zh) * 2017-09-11 2018-01-26 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 一种编码器光电补偿电路、方法及光电编码器
CN112994693A (zh) * 2021-02-07 2021-06-18 深圳市电明科技股份有限公司 模数转换器
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
CN114440943A (zh) * 2022-01-27 2022-05-06 智恒（厦门）微电子有限公司 可编程光电传感器及应用电路
WO2023141765A1 (zh) * 2022-01-25 2023-08-03 京东方科技集团股份有限公司 光电流放大电路、放大控制方法、光检测模组和显示装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018038456A (ja) * 2016-09-05 2018-03-15 セイコーエプソン株式会社 生体情報検出装置、検出装置及び電子機器
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 (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01238383A (ja) * 1988-03-18 1989-09-22 Canon Inc 光電変換装置
EP0392754A2 (en) * 1989-04-10 1990-10-17 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion apparatus
CN101102423A (zh) * 2006-07-07 2008-01-09 罗姆股份有限公司 光电转换电路以及使用其的固态图像传感装置
US20080013577A1 (en) * 2006-07-14 2008-01-17 Texas Instruments Incorporated Light-emitting device driving gear
CN101382453A (zh) * 2007-09-07 2009-03-11 三星电子株式会社 光电传感器电路、具有该电路的液晶显示器及其驱动方法
CN101488058A (zh) * 2008-01-14 2009-07-22 原相科技股份有限公司 光学感测装置及其操作方法
CN102568385A (zh) * 2010-12-13 2012-07-11 奇美电子股份有限公司 驱动装置、发光二极管驱动装置及其驱动方法
CN104915657A (zh) * 2015-06-29 2015-09-16 京东方科技集团股份有限公司 基于ltps技术的掌纹识别电路、掌纹识别方法以及显示屏

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
JP3969190B2 (ja) * 2002-05-30 2007-09-05 ソニー株式会社 撮像信号処理方法、撮像信号処理装置、撮像装置
US7468036B1 (en) * 2004-09-28 2008-12-23 Impact Sports Technology, Inc. Monitoring device, method and system
US7387607B2 (en) * 2005-06-06 2008-06-17 Intel Corporation Wireless medical sensor system
US7635836B2 (en) 2007-02-21 2009-12-22 Intersil Americas Inc. Configurable photo detector circuit
CN102750015A (zh) * 2011-04-22 2012-10-24 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 具有生理参数测量功能的鼠标
CN102423256B (zh) * 2011-09-16 2013-09-04 台达电子企业管理（上海）有限公司 肌体式生理参数监测仪及其显示切换方法与装置
CN104207761B (zh) * 2013-06-03 2016-05-25 飞比特公司 心率数据收集
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)

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01238383A (ja) * 1988-03-18 1989-09-22 Canon Inc 光電変換装置
EP0392754A2 (en) * 1989-04-10 1990-10-17 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion apparatus
CN101102423A (zh) * 2006-07-07 2008-01-09 罗姆股份有限公司 光电转换电路以及使用其的固态图像传感装置
US20080013577A1 (en) * 2006-07-14 2008-01-17 Texas Instruments Incorporated Light-emitting device driving gear
CN101382453A (zh) * 2007-09-07 2009-03-11 三星电子株式会社 光电传感器电路、具有该电路的液晶显示器及其驱动方法
CN101488058A (zh) * 2008-01-14 2009-07-22 原相科技股份有限公司 光学感测装置及其操作方法
CN102568385A (zh) * 2010-12-13 2012-07-11 奇美电子股份有限公司 驱动装置、发光二极管驱动装置及其驱动方法
CN104915657A (zh) * 2015-06-29 2015-09-16 京东方科技集团股份有限公司 基于ltps技术的掌纹识别电路、掌纹识别方法以及显示屏

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107631740A (zh) * 2017-09-11 2018-01-26 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 一种编码器光电补偿电路、方法及光电编码器
CN112994693A (zh) * 2021-02-07 2021-06-18 深圳市电明科技股份有限公司 模数转换器
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
WO2023141765A1 (zh) * 2022-01-25 2023-08-03 京东方科技集团股份有限公司 光电流放大电路、放大控制方法、光检测模组和显示装置
CN114440943A (zh) * 2022-01-27 2022-05-06 智恒（厦门）微电子有限公司 可编程光电传感器及应用电路
CN114440943B (zh) * 2022-01-27 2023-11-24 智恒（厦门）微电子有限公司 可编程光电传感器及应用电路

Also Published As

Publication number Publication date
TWI651516B (zh) 2019-02-21
TW201738534A (zh) 2017-11-01
US10349846B2 (en) 2019-07-16
US20170296074A1 (en) 2017-10-19
CN105962922B (zh) 2018-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105962922A (zh) 光电传感器、光电检测方法以及应用其的心率检测设备
TWI640293B (zh) Photoelectric detection equipment and integrated circuit
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
CN102353395B (zh) 抑制环境噪声的红外接近传感器
CN104819773B (zh) 连续窄脉宽激光器峰值光功率的测试装置及方法
CN202693474U (zh) 一种用于水质在线检测的浊度传感器
CN109099942A (zh) 一种集成硅基光电探测器的光电模数转换芯片
CN202133735U (zh) 光电特性综合测试实验装置
CN108982978A (zh) 具有灵敏度系数自校准与电源管理功能的脉冲电场探测器及使用方法
TW200513842A (en) Methods and apparatus to detect an operating state of a display
CN204166094U (zh) 一种led光电参数测量***
CN207366633U (zh) 等离子体探针测量控制***
KR101727742B1 (ko) 고속 차단 기능을 구비한 태양광 접속반
CN207672466U (zh) 一种具有超声检测和地磁探测装置的智能遥控车位锁
CN101526824B (zh) 光电路及测量监控器特性的方法
DE59009671D1 (de) Schaltungsanordnung zum potentialfreien Erfassen von binären elektrischen Signalen.
CN110912538A (zh) 脉冲发生器
CN212364258U (zh) 智能水情检测装置
CN217541958U (zh) 手持式超弱光纤光栅波长解调仪
CN202589536U (zh) 发光装置及血氧饱和度测量仪
CN2228692Y (zh) 光伏型固态继电器
CN219695405U (zh) 一种固晶机断电提醒电路
CN212779562U (zh) 红外光强度检测仪
Prabhakar et al. Zero energy visible light communication receiver for embedded applications.
CN101922973A (zh) 一种用于检测脉冲激光能量的装置及测量方法

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
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: 310051 No. 6 Lianhui Street, Xixing Street, Binjiang District, Hangzhou City, Zhejiang Province

Patentee after: Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou ) Co., 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 ) Co., Ltd.

CP02 Change in the address of a patent holder
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20200304

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

Patentee after: Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou) Ltd.

Address before: 310051 No. 6 Lianhui Street, Xixing Street, Binjiang District, Hangzhou City, Zhejiang Province

Patentee before: Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou) Ltd.

TR01 Transfer of patent right
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.

CP01 Change in the name or title of a patent holder