JP2020527402A - 健康管理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
−パルスオンまたはパルスオフにされるように適合された、パルス光源、
−光生成電子を生成する光−電荷変換のための少なくとも1つのピクセル、
を含み、
−各ピクセルは該パルス光源と同期されている。
−ウェルを含み、2つの電子接続ノードを有する、埋込みフォトダイオード(PPD)、
−センスノード(SN)、n+−p接合キャパシタンスであり、その役割は、埋込みフォトダイオード(PPD)ウェル内の光生成電子を、該キャパシタンスの変換利得によって、電圧に変換することである、および
−転送ゲート(TGtransfer)トランジスタ、そのソースが該埋込みフォトダイオード(PPD)の1つの電子接続ノードに電子的に接続され、該埋込みフォトダイオード(PPD)と該センスノード(SN)との間の転送ゲート(TG)として機能するように構成されて、光がパルスオフにされると光生成電子がシンク(sink)し、光がパルスオンにされると光生成電子を積分して、積分された光生成電子の少なくとも一部が読出しのために該センスノードに転送されるのを可能にし、TGtransferトランジスタのグリッドは好ましくは、DC電源(V_TGtransfer)に電子的に接続され、その値は動的に適合できる、
を含むことを主な特徴とする。
−シンク(TGsink)トランジスタ、そのソースが該埋込みフォトダイオード(PPD)の他方の電子接続ノードと電子的に接続され、該埋込みフォトダイオード(PPD)と一定のDC電源またはキャパシタンスのいずれかとの間の転送ゲート(TG)として機能するように構成されて、光がパルスオフにされると光生成電子が該一定のDC電源または該キャパシタンスの方にシンクし、光がパルスオンにされると光生成電子積分を可能にする、
をさらに含む。
−以下を含む、第1のブロック(CDS1)、
・パルス光源がオフにされていてセンスノード(SN)ウェルが空である場合に、フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置の出力信号の値(V_reset)を保存するキャパシタンス(CSH1)、および
・パルス光源がオフにされていて、フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置がちょうど周囲光にさらされている場合に、フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置の出力信号の値(V_amb+V_reset)を保存し、パルス光源がオンの場合にフォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置の出力信号の値(V_LED+V_amb+V_reset)を保存するキャパシタンス(CSH2)
をさらに含む。PPG装置は、
−以下を含む、第2のブロック(CDS2)、
・キャパシタンス(CSH1)の該値(V_reset)とキャパシタンス(CSH2)の該値(V_amb+V_reset)との間の差の値(V_amb)を保存するキャパシタンス(CSM、および
・パルス光源がオンの場合にフォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置の出力信号の値(V_LED+V_amb)を保存するキャパシタンス(CSM、
・該第2のブロック(CDS2)は、キャパシタンス(CSM)の該値(V_LED+V_amb)とキャパシタンス(CSM)の該値(V_amb)との間の値の差がADCに送信されてパルス光源(LED)だけに関連した電圧(V_LED)を評価するように構築される、
も含み得る。
・第1のパルスの間にパルス光源がオンにされていて、センスノード(SN)ウェルが所定の期間、積分するのを許可されている場合、フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置の出力信号の第1の値(V_LED1+V_amb+V_reset)を保存するキャパシタンス(CSM)、および
・第2のパルスの間にパルス光源がオンにされていて、センスノード(SN)ウェルが該所定の期間(すなわち、前述したのと同じ継続期間の所定の期間)、積分するのを許可されている場合、フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置の出力信号の第2の値(V_LED2+V_amb+V_reset)を保存するキャパシタンス(CSH2)、
を含む、1つの単一CDSブロックを含み、
該ブロック(CDS)は、キャパシタンス(CSMよって保存された該第1の値(V_LED1+V_amb+V_reset)とキャパシタンス(CSH2)によって保存された該第2の値(V_LED2+V_amb+V_reset)との間の値の差の関数がADCに送信され、パルス光源(LED)だけに関連した信号の派生物に比例した、(V_LED2−V_LED1)に関連した電圧を評価するように構築される。これはPPC信号に関連したさらに有用な情報を提供する。
・パルス光源がオフにされていてセンスノード(SN)ウェルが所定の期間、積分するのを許可されている場合に、フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置の出力信号の値(V_reset+V_amb)を保存するキャパシタンス(CSH1)、および
・パルス光源がオンにされていて、センスノード(SN)ウェルが該所定の期間(すなわち、前述したのと同じ継続期間の所定の期間)、積分するのを許可されている場合に、フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置の出力信号の値(V_amb+V_reset+V_LED)を保存するキャパシタンス(CSM)
を含む、単一CDSブロックを含み得、
該ブロック(CDS)は、キャパシタンス(CSMによって保存された該値(V_LED+V_reset+V_amb)とキャパシタンス(CSH2)によって保存された該値(V_reset+V_amb)との間の値の差の関数がADCに送信されて、パルス光源(LED)だけに関連した信号に関連した電圧(V_LED)を評価するように構築される。
−転送フェーズにおいて、転送ゲート(TGtransfer)トランジスタ電圧を、埋込みフォトダイオード(PPD)のウェル電位(V_well)とシンクトランジスタ(TGsink)に印加された電圧(V_TGsink)との間に含まれる値(V_TGtransfer)に設定して、該オフセットを超えている光生成電子だけが読出しのためにセンスノード(SN)に転送されるのを可能にすること
を行うステップを含む。
A.DC電源の値(V_TGtransfer)を所定の値に設定すること、
B.対応するピクセル応答が所定の閾値を超えているかどうかをチェックすること、および
C.ピクセル応答が該閾値を超えている場合、対応するピクセル応答が閾値をもう超えなくなるまで、ステップAおよびBを繰り返すこと
を行うステップを含む較正ステップを含む。
−パルス光源をパルスオフにすること、および
−該埋込みフォトダイオード内の電荷を所定の期間中(すなわち、事前に決定された継続期間の長さの間)、積分すること、
−周囲光に対応する電圧(V_amb)を生成するために、該転送ゲートトランジスタ(TGtransfer)によって該電荷を該センスノード(SN)に転送して該電荷を第1のコンデンサ(CSH1)に保存すること、次いで(すなわち、後の時点で、典型的には、数十マイクロ秒後に)
−パルス光源を該所定の期間中(すなわち、前述したのと同じ継続期間の所定の期間)、パルスオンにすること、
−該埋込みフォトダイオード内の電荷を該所定の期間(すなわち、前述したものと同じ継続期間の所定の期間)、積分すること、
−パルス光源と混合された周囲光に対応する電圧(V_amb+V_LED)を生成するために、該転送ゲートトランジスタ(TGtransfer)によって該電荷を該センスノード(SN)に転送して該電荷を第2のコンデンサ(CSH2)に保存すること、次いで
−周囲光と混合されたパルス光源のパルスオンに対応する電圧(V_amb+V_LED)から周囲光に対応する電圧(V_amb)を差し引いて、パルス光源だけに由来する検出光の関数に対応する電圧(V_LED)をもたらすこと。この関数は、典型的には、(V_amb+V_LED)と(V_amb)の差の半分である。
−パルス光源をパルスオンにすること、
−該埋込みフォトダイオード内の電荷を所定の期間中、積分すること、
−パルス光源と混合された周囲光に対応する電圧(V_amb+V_LED)を生成するために、転送ゲートトランジスタ(TGtransfer)によって該電荷を該センスノード(SN)に転送して該電荷を第1のコンデンサ(CSH1)に保存すること、次いで(すなわち、後の時点で、典型的には、数十マイクロ秒後に)
−パルス光源をパルスオフにすること、および
−該埋込みフォトダイオード内の電荷を該所定の期間(すなわち、前述したものと同じ継続期間の所定の期間)、積分すること、
−周囲光に対応する電圧(V_amb)を生成するために、該転送ゲートトランジスタ(TGtransfer)によって該電荷を該センスノード(SN)に転送して該電荷を第2のコンデンサ(CSH2)に保存すること、次いで
−周囲光と混合されたパルス光源のパルスオンに対応する電圧(V_amb+V_LED)から周囲光に対応する電圧(V_amb)を差し引いて、パルス光源だけに由来する検出光の関数に対応する電圧(V_LED)をもたらすこと。この関数は、典型的には、(V_amb+V_LED)と(V_amb)の差の半分である。
−パルス光源をパルスオンにすること、
−該埋込みフォトダイオード内の電荷を所定の期間中、積分すること、
−パルス光源と混合された周囲光に対応する電圧(V_amb+V_LED1)を生成するために、該転送ゲートトランジスタ(TGtransfer)によって該電荷を該センスノード(SN)に転送して、該電荷を第1のコンデンサ(CSH1)に保存すること、次いで(すなわち、後の時点で、典型的には、数十マイクロ秒後に)
−パルス光源を再度、パルスオンにすること、
−該埋込みフォトダイオード内の電荷を該所定の期間中(すなわち、前述したものと同じ継続期間の所定の期間)、積分すること、
−パルス光源の第2のサンプルと混合された周囲光に対応する電圧(V_amb+V_LED2)を生成するために、該転送ゲートトランジスタ(TGtransfer)によって該電荷を該センスノード(SN)に転送して、該電荷を第2のコンデンサ(CSH2)に保存すること、次いで
−電圧(V_amb+V_LED1)を電圧(V_amb+V_LED2)から差し引いて、パルス光源(LED)だけから受信した光に関連した信号の派生物の関数である(V_LED1)と(V_LED2)との間の差の関数を取得することであり、典型的には、LED照明に起因した信号の部分に関連した2つの電圧間の差の半分である。これは、有用で、利用可能な情報を提供する。
−パルス光源をパルスオフにすること、
−該埋込みフォトダイオード内の電荷を所定の期間中、積分すること、
−リセット電圧(V_reset)と混合された周囲光に対応する電圧(V_reset+V_amb)を生成するために、該転送ゲートトランジスタ(TGtransfer)によって該電荷を該センスノード(SN)に転送して、該電荷を第1のコンデンサ(CSH1)に保存すること、次いで(すなわち、後の時点で、典型的には、数十マイクロ秒後に)
−パルス光源をパルスオンにすること、ならびに
−該埋込みフォトダイオード内の電荷を該所定の期間中(すなわち、前述したものと同じ継続期間の所定の期間)、積分すること、
−リセット電圧と混合された周囲光および該パルス光源(LED)に関連した該信号に対応する電圧(V_amb+V_reset+V_LED)を生成するために、該転送ゲートトランジスタ(TGtransfer)によって該電荷を該センスノード(SN)に転送して、該電荷を第2のコンデンサ(CSH2)に保存すること、次いで
−電圧(V_reset+V_amb)を電圧(V_amb+V_reset+V_LED)から差し引いて、パルス光源(LED)だけに関連した信号の関数を取得すること。
図1は、古典的なPPG光生成電流(原寸に比例していない)を例示しており、それは、組織から出てきていて、PD量子効果のおかげで電子に変換された光子に対応する。「PPG光生成電流」は、本記述では、「電流」または「PPG光生成信号」、「PPG信号」もしくは「信号」とも呼ばれる。
−微量のAC成分を増幅し、並行してDC成分を減らすことを目的とした、堅牢な設計およびフィルタリング戦略のいずれか、または
−アナログ/デジタル変換器(ADC)、大きなビット分解能、大きな電力消費およびさらなるシリコン面積の要求、または弱い信号対雑音比(ANR)および低性能の代償を払って、デジタル領域での処理
を生じさせる。
−対数トランスインピーダンス光受容器に基づく、第1のソリューションは、光強度に伴って直線的に変化する帯域幅を有し、それは望ましくない特性である。例えば、同じ画像センサーが、ユーザーの皮膚色素沈着に応じて異なる結果を示し得る、
−第1のソリューションの改善されたソリューションは、興味深い結果となるが、極めて高い(約4.5mW)総電力消費量および極めて複雑なアナログ回路の代償を払ってである、
−前向き経路(forward−path)およびフィードバック経路に基づく、別のソリューションは、サブmW電力消費量に達し、その場合、光電流のDC成分およびAC成分を測定する代わりに、フィードバック経路はDC光電流を、基準電流と呼ばれる、所望の値に設定し、それは、可視およびIRチャネルの両方に対して同じである。かかるソリューションは、DCの除去を極めて簡単な方法で可能にするが、複雑な電子回路および制御ループの代償を払ってであり、そこではいずれのレイアウト不一致または単純な電荷注入誤差も大きなオフセット誤差となり得る、
−別のソリューションは、PPG信号のDC成分をデジタルに変換することは、ADC分解能の飽和になることを実証する。これは、ADCの完全なダイナミックレンジを利用するために、ADC変換の前にDCを除去し、それをその後、デジタル領域で、AC成分に戻すことを提案する。しかし、かかるソリューションは、弱いSNRおよび低性能につながり得る、
−誤差増幅器に基づく別のソリューションも、光受容器を制御するフィードバックループを使用するが、かかる技術の効率性はDC電流が小さくなるにつれて弱くなる、
−別のソリューションはダイナミックレンジエンハンサーに基づくが、さらなる複雑さ(追加のブロック)、低速度およびより大きな電力などの問題に同様に直面する。
第1の実施形態は単一の転送ゲートピクセル配列に関する。
−PPDが周囲光(存在する場合)およびLED光で照らされる、
−V_TGtransferが低電圧に設定されてTGtransferトランジスタを閉じて電位の障壁を作る、
−S1が開く。
−好ましくは、LEDがオフにされる、それは電力を節約するが、本質的ではない
−V_TGtransferが低電圧に保たれる、
−S1スイッチが閉じられる。
−好ましくは、LEDがオフにされるが、これは本質的ではない、
−V_TGtransferが上昇する、
−S1スイッチは開いたままに保持される。
−V_TGtransferが積分フェーズのその低電圧に設定される、
−S1スイッチは開いたままに保持される。
−LEDは好ましくは、オフにされる、
−V_TGsinkは、TGsinkトランジスタのグリッドに印加された高電圧に設定される、
−TGsinkトランジスタのドレインは一定のDC電源、例えば、V_reset(図4Aに例示された)に接続される。
−LEDがオンにされる、
−V_TGsinkが低電圧に設定されてTGsinkトランジスタを閉じて電位の障壁を作る。好ましくは、V_TGsinkは、光生成電子がTGsinkトランジスタを通ってあふれないように、V_TGtransfer以下である、
−V_TGtransferは低電圧に保たれる。
−好ましくはLEDがオフにされる、
−V_SNがV_resetに設定される。
−LEDが好ましくはオフにされて電力を節約する、
−TGsink電位(TGs)が維持される、
−TGtransfer(TGt)電位がPPDのウェル電位V_wellとV_TGsinkとの間に含まれる値まで上昇する。
−LEDが好ましくはオフにされて、再度、電力を節約する。
−電子はPPDウェル内に積分できる、または
−電子はSNから読み取ることができる。
−PPDが読み取られていない場合、電子はTGsinkトランジスタを通ってPPDからシンクする。
−電子は、TGtransferトランジスタを通して読み取られている間、TGsinkトランジスタを通ってPPDからシンクできない。
−同じマクロピクセルのPPDがクロストークなしで(PPDは転送中、相互に独立している)そのマクロピクセルの共通のセンスノードSNに電荷を注入できるようにすること
−信号の所定の量が、前述のとおりVTG_transferレベルのおかげでセンスノードに転送されるのを防ぐこと。該信号は潅流指数(AC/DC比)に基づく。
ピクセルの第1もしくは第2の実施形態、または前述したマクロピクセル構造が使用されるかどうかにかかわらず、複数のピクセル、特に、各ピクセルが1つのPPD1つのマクロピクセルを含む、ピクセルの配列を含む光検出器を使用することは好都合である。
ここでの目的は、信号対雑音比SNRをさらに改善することである。
−第1、周囲光と関連付けられた電圧V_ambの抽出、および
−第2、周囲光+LED光に関連した電圧の抽出
を伴う。
−ピクセルのSNをそのリセットゲートによってリセットすること。
−転送ゲートトランジスタTGtransferのグリッドを低電圧で設定してPPDからSNへの電荷転送を防ぐこと
−LEDをオフにして、これから先、周囲光に対応する電荷をPPD内に積分すること。
−より高い電圧のパルスを転送ゲートトランジスタTGtransferのグリッドに印加することによりSNへの第1の転送を実行し、スイッチSH2およびSH3を開き、スイッチSH1を閉じることにより結果として生じるV_amb+V_resetに対応する出力電圧をコンデンサC_SH1内に保存すること。
−LEDパルスを実行し、周囲光およびLED光レベルに対応する電荷をPPD内に積分すること。
−さらに高い電圧のパルスを転送ゲートトランジスタTGtransferに印加することによりSNへの第2の転送を実行し、スイッチSH1およびSH3を開き、スイッチSH2を閉じることにより、結果として生じるV_LED+V_amb+V_resetに対応する出力電圧をコンデンサCSH2内に保存すること。
−スイッチSH1およびSH2を開き、スイッチSH3を閉じることにより第1の保存された電圧を第2から差し引いて、周囲光、アーチファクト、オフセット、低周波数および周囲雑音のない、LED光の受信によって生成された信号となる0.5(V_LED)に対応する電圧を取得する。
−ピクセルのSNをそのリセットゲートによってリセットすること、
−転送ゲートトランジスタTGtransferのグリッドを低電圧で設定してPPDからSNへの電荷転送を防ぐこと
−第1のLEDパルスを実行し、周囲光およびLED光に対応する電荷をPPD内に積分すること。
−さらに高い電圧のパルスをTGに印加することによりSNへの第1の転送を実行し、結果として生じるV_LED1+V_amb+V_resetに対応する出力電圧をCSH1内に前述と同じ方法で保存すること。
−第2のLEDパルスを実行し、周囲光および第2のLED光レベルに対応する電荷をPPD内に積分すること。この第2のLED光パルスは典型的には、第1のものの数十マイクロ秒後に生じるが、これは、必要に応じて、適合できる。
−さらに高い電圧のパルスを転送ゲートトランジスタTGtransferのグリッドに印加することによりSNへの第2の転送を実行し、結果として生じるV_LED2+V_amb+V_resetに対応する出力電圧をCSH2内に前述と同じ方法で保存すること。
−前述のようにスイッチSH3を閉じることにより第1の保存された電圧を第2から差し引いて、0.5(V_LED1−V_LED2)に対応する電圧を取得し、それは、V_LED2はV_LED1後のある時に取得されたので、周囲光、アーチファクト、オフセット、低周波数および周囲雑音のない、LEDに由来した信号の派生物となる。
ここで、および上で説明される多重サンプリングは、m列およびn行の配列(m,n)に分散されたピクセルの配列を例示する図11に示されるように、同じ列内の全てのピクセルに対して同時に実行できる。
Claims (20)
- DC成分およびAC成分を含む信号を出力するように構成されたフォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置であって、前記装置は、
−パルスオンまたはパルスオフにされるように適合された、パルス光源と、
−光生成電子を生成する光−電荷変換のための少なくとも1つのピクセルと
を含み、
−各ピクセルは前記パルス光源と同期されており、
各ピクセルは
−ウェルを含み、2つの電子接続ノードを有する、埋込みフォトダイオード(PPD)と、
−接合キャパシタンスであるセンスノード(SN)であって、前記接合キャパシタンスの役割は前記埋込みフォトダイオード(PPD)ウェル内の前記光生成電子を、前記キャパシタンスの変換利得によって、電圧に変換することである、センスノード(SN)と、
−転送ゲート(TGtransfer)トランジスタであって、そのソースが前記埋込みフォトダイオード(PPD)の1つの電子接続ノードに電子的に接続され、かつ前記埋込みフォトダイオード(PPD)と前記センスノード(SN)との間の転送ゲート(TG)として機能するように構成されて、前記光がパルスオフにされると前記光生成電子がシンクし、前記光がパルスオンにされると前記光生成電子を積分して、前記積分された光生成電子の少なくとも一部が読出しのために前記センスノードに転送されるのを可能にし、前記TGtransferトランジスタのグリッドは好ましくは、DC電源(V_TGtransfer)に電子的に接続され、その値は動的に適合できる、転送ゲート(TGtransfer)トランジスタと
を含むことを特徴とする、フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置。 - 各ピクセルは、
−シンク(TGsink)トランジスタであって、そのソースが前記埋込みフォトダイオード(PPD)に電子的に接続され、かつ前記埋込みフォトダイオード(PPD)と一定のDC電源またはキャパシタンスのいずれかとの間の転送ゲート(TG)として機能するように構成されて、前記光がパルスオフにされると前記光生成電子が前記一定のDC電源または前記キャパシタンスの方にシンクし、前記光がパルスオンにされると前記光生成電子積分を可能にする、シンク(TGsink)トランジスタ
をさらに含む、請求項1に記載のフォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置。 - 前記ピクセルの各々は、前記埋込みフォトダイオード(PPD)と並列に配置されて、それぞれの転送ゲート(TGtransfer)トランジスタによって前記センスノード(SN)に接続された、少なくとも1つのさらなる埋込みフォトダイオード(PPD)を含み、前記転送ゲート(TGtransfer)トランジスタの各々は同期して動作するように構成されている、請求項1に記載のフォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置。
- 前記さらなる埋込みフォトダイオード(PPD)の各々は、必要に応じて、それぞれのシンク(TGsink)トランジスタによって、前記一定のDC電源または前記キャパシタンスに接続され、前記シンク(TGsink)トランジスタの各々の前記ゲートは、同期して動作するように構成されている、請求項2および3の組合せに記載のフォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置。
- 複数の前記ピクセルを含み、前記ピクセルは配列として配置されている、先行する請求項のいずれかに記載のフォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置。
- 前記ピクセルの出力を空間的に平均化するように構成されたプロセッサ(DSP)をさらに含む、請求項5に記載のフォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置。
- −第1のブロック(CDS1)であって、
・前記パルス光源がオフにされていて前記センスノード(SN)ウェルが空である場合に、前記フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置の前記出力信号の値(V_reset)を保存するキャパシタンス(CSH1)と、
・前記パルス光源がオフにされていて、かつ前記フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置がちょうど周囲光にさらされている場合に、前記フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置の前記出力信号の値(V_amb+V_reset)を保存し、前記パルス光源がオンの場合に前記フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置の前記出力信号の値(V_LED+V_amb+V_reset)を保存するキャパシタンス(CSM)と
を含む、第1のブロック(CDS1)と、
−第2のブロック(CDS2)であって、
・キャパシタンス(CSH1)によって保存された前記値(V_reset)とキャパシタンス(CSH2)によって保存された前記値(V_amb+V_reset)との間の差の前記値(V_amb)を保存するキャパシタンス(CSM)と、
・前記パルス光源がオンの場合に前記フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置の前記出力信号の値(V_LED+V_amb)を保存するキャパシタンス(CSH3)と
を含み、
・前記第2のブロック(CDS2)は、キャパシタンス(CSM)によって保存された前記値(V_LED+V_amb)とキャパシタンス(CSH1)によって保存された前記値(V_amb)との間の値の差の関数がADCに送信されて前記パルス光源(LED)だけに関連した前記電圧(V_LED)を評価するように構築される、
第2のブロック(CDS2)と
をさらに含む、先行する請求項のいずれかに記載のフォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置。 - ブロック(CDS)であって、
・第1のパルスの間に前記パルス光源がオンにされていて、前記センスノード(SN)ウェルが所定の期間、積分するのを許可されている場合、前記フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置の前記出力信号の第1の値(V_LED1+V_amb+V_reset)を保存するキャパシタンス(CSM)と、
・第2のパルスの間に前記パルス光源がオンにされていて、前記センスノード(SN)ウェルが所定の期間、積分するのを許可されている場合、前記フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置の前記出力信号の第2の値(V_LED2+V_amb+V_reset)を保存するキャパシタンス(CSH2)と
を含み、
前記ブロック(CDS)は、キャパシタンス(CSM)によって保存された前記第1の値(V_LED1+V_amb+V_reset)とキャパシタンス(CSH2)によって保存された前記第2の値(V_LED2+V_amb+V_reset)との間の値の差の関数がADCに送信され、前記パルス光源(LED)だけに関連した信号の派生物に比例した、(V_LED2−V_LED1)に関連した電圧を評価するように構築される、
ブロック(CDS)を含む、請求項1〜7のいずれかに記載のフォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置。 - ブロック(CDS)であって、
・前記パルス光源がオフにされていて、かつ前記センスノード(SN)ウェルが所定の期間、積分するのを許可されている場合に、前記フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置の前記出力信号の値(V_reset+V_amb)を保存するキャパシタンス(CSM)と、
・前記パルス光源がオンにされていて、かつ前記センスノード(SN)ウェルが所定の期間、積分するのを許可されている場合に、前記フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置の前記出力信号の値(V_amb+V_reset+V_LED)を保存するキャパシタンス(CSH2)と
を含み、
前記ブロック(CDS)は、キャパシタンス(CSM)によって保存された前記値(V_LED+V_reset+V_amb)とキャパシタンス(CSH2)によって保存された前記値(V_reset+V_amb)との間の値の差の関数がADCに送信されて、前記パルス光源(LED)だけに関連した前記信号に関連した電圧(V_LED)を評価するように構築される、
ブロック(CDS)を含む、請求項1〜7のいずれかに記載のフォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置。 - 前記感知装置は、CMOS技術で構築され、かつ各ピクセルは、システムオンチップ(SOC)に埋め込まれる、先行する請求項のいずれかに記載のフォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置。
- 先行する請求項のいずれかに記載のフォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置を操作する方法であって、
−転送フェーズにおいて、前記転送ゲート(TGtransfer)トランジスタ電圧を、前記埋込みフォトダイオード(PPD)の前記ウェル電位(V_well)と前記シンクトランジスタ(TGsink)に印加された前記電圧(V_TGsink)との間に含まれる値(V_TGtransfer)に設定して、前記オフセットを超えている光生成電子だけが読出しのために前記センスノード(SN)に転送されるのを可能にすること
を行うステップを含む、方法。 - 前記転送ゲート(TGtransfer)トランジスタ電圧は動的に適合される、請求項11に記載の方法。
- A.前記DC電源の前記値(V_TGtransfer)を所定の値に設定することと、
B.前記対応するピクセル応答が所定の閾値を超えているかどうかをチェックすることと、
C.前記ピクセル応答が前記閾値を超えている場合、前記対応するピクセル応答が前記閾値をもう超えなくなるまで、ステップAおよびBを繰り返すことと
を行うステップを含む、
較正ステップを含む、請求項11または12のいずれかに記載の方法。 - −前記パルス光源をパルスオフにすることと、
−前記埋込みフォトダイオード内の電荷を所定の期間中、積分することと、
−周囲光に対応する電圧(V_amb)を生成するために、前記転送ゲートトランジスタ(TGtransfer)によって前記電荷を前記センスノード(SN)に転送して、前記電荷を第1のコンデンサ(CSH1)に保存することと、次いで
−前記パルス光源を少なくとも前記所定の期間、パルスオンにすることと、
−前記埋込みフォトダイオード内の電荷を前記所定の期間、積分することと、
−前記パルス光源と混合された周囲光に対応する電圧(V_amb+V_LED)を生成するために、前記転送ゲートトランジスタ(TGtransfer)によって前記電荷を前記センスノード(SN)に転送して、前記電荷を第2のコンデンサ(CSH2)に保存することと、次いで
−前記周囲光と混合された前記パルス光源の前記パルスオンに対応する前記電圧(V_amb+V_LED)から前記周囲光に対応する前記電圧(V_amb)を差し引いて、前記パルス光源だけに由来する検出光の関数に対応する電圧(V_LED)をもたらすことと
を行うステップを含む、請求項11〜13のいずれかに記載の方法。 - −前記パルス光源をパルスオンにすることと、
−前記埋込みフォトダイオード内の電荷を所定の期間中、積分することと、
−前記パルス光源と混合された前記周囲光に対応する電圧(V_amb+V_LED)を生成するために、前記転送ゲートトランジスタ(TGtransfer)によって前記電荷を前記センスノード(SN)に転送して前記電荷を第1のコンデンサ(CSH1)に保存することと、次いで
−前記パルス光源をパルスオフにすることと、
−前記埋込みフォトダイオード内の電荷を前記所定の期間中、積分することと、
−周囲光に対応する電圧(V_amb)を生成するために、前記転送ゲートトランジスタ(TGtransfer)によって前記電荷を前記センスノード(SN)に転送して前記電荷を第2のコンデンサ(CSH2)に保存することと、次いで
−前記周囲光と混合された前記パルス光源の前記パルスオンに対応する前記電圧(V_amb+V_LED)から前記周囲光に対応する前記電圧(V_amb)を差し引いて、前記パルス光源だけに由来する前記検出光の関数に対応する電圧(V_LED)をもたらすことと
を行うステップを含む、請求項11〜13のいずれかに記載の方法。 - −前記パルス光源をパルスオンにすることと、
−前記埋込みフォトダイオード内の電荷を所定の期間中、積分することと、
−前記パルス光源と混合された前記周囲光に対応する電圧(V_amb+V_LED1)を生成するために、前記転送ゲートトランジスタ(TGtransfer)によって前記電荷を前記センスノード(SN)に転送して、前記電荷を第1のコンデンサ(CSH1)に保存することと、次いで
−前記パルス光源を再度、パルスオンにすることと、
−前記埋込みフォトダイオード内の電荷を前記所定の期間中、積分することと、
−パルス光源の前記第2のサンプルと混合された周囲光に対応する電圧(V_amb+V_LED2)を生成するために、前記転送ゲートトランジスタ(TGtransfer)によって前記電荷を前記センスノード(SN)に転送して、前記電荷を第2のコンデンサ(CSH2)に保存することと、次いで
−前記電圧(V_amb+V_LED1)を前記電圧(V_amb+V_LED2)から差し引いて、前記パルス光源(LED)だけに由来する前記検出光に関連した前記信号の前記派生物の関数である(V_LED1)と(V_LED2)との間の差の関数を取得することと
を行うステップを含む、請求項11〜13のいずれかに記載の方法。 - −前記パルス光源をパルスオフにすることと、
−前記埋込みフォトダイオード内の電荷を所定の期間中、積分することと、
−リセット電圧(V_reset)と混合された前記周囲光に対応する電圧(V_reset+V_amb)を生成するために、前記転送ゲートトランジスタ(TGtransfer)によって前記電荷を前記センスノード(SN)に転送して、前記電荷を第1のコンデンサ(CSH1)に保存することと、次いで
−前記パルス光源をパルスオンにすることと、
−前記埋込みフォトダイオード内の電荷を前記所定の期間中、積分することと、
−前記リセット電圧と混合された周囲光および前記パルス光源(LED)に関連した前記信号に対応する電圧(V_amb+V_reset+V_LED)を生成するために、前記転送ゲートトランジスタ(TGtransfer)によって前記電荷を前記センスノード(SN)に転送して、前記電荷を第2のコンデンサ(CSH2)に保存することと、次いで
−前記電圧(V_reset+V_amb)を前記電圧(V_amb+V_reset+V_LED)から差し引いて、前記パルス光源(LED)だけに由来する前記検出光に関連した前記信号の関数を取得することと
を行うステップを含む、請求項11〜13のいずれかに記載の方法。 - 前記減算は、前記第1のコンデンサ(CSH1)および第2のコンデンサ(CHS2)を、一方のコンデンサの極性が他方に関して逆になるように、並列に接続することによって実行され、両方のコンデンサ(CSH1、CSH2)に共通の接続ポイントは、以前に各コンデンサ(CSH1、CSH2)にわたる前記電圧間の前記差の半分に対応する電圧値を示す、請求項14〜17のいずれかに記載の方法。
- 前記フォトプレチスモグラフィ(PPG)感知装置は複数のピクセルを含み、前記方法は、各ピクセルの出力を空間的に平均化するステップをさらに含む、請求項11〜18のいずれかに記載の方法。
- 前記ピクセルの前記平均化は、電子バッファにつながる複数のコンデンサの前記接続を通した受動スイッチコンデンサ方式で実行される、請求項19に記載の方法。
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