雙模式讀取裝置及電路的製作方法
2023-06-13 13:35:31 1
專利名稱：雙模式讀取裝置及電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電路，特別是涉及一種雙模式讀取裝置及電路。
背景技術：
參閱圖1，於美國專利US6121843中，揭露一種現有的讀取電路I。該讀取電路I用於讀取一光感測器10的感測電流，並輸出一正比於該感測電流大小的輸出電壓V0UT。該光感測器10是一光電轉換二極體10，且具有一接收一參考偏壓COM的陰極，及一陽極。該光感測器10在感應到光信號(如紅外線信號)時會據以產生該大小相關於該光信號強度的感測電流。該讀取電路I具有一電晶體11、一第一電容12、一第二電容13、一第三電容14、一第一開關15、一第二開關16及一第三開關17。該電晶體11具有一電連接至光電轉換二極體10的陽極的柵極、一漏極及一源極。該第一電容12電連接於該電晶體11的柵極與漏極間，該第二電容13電連接於該電晶體11的源極與接地間，而該第三電容14電連接於該電晶體11的漏極與接地間。該第三電容14與第二電容13的電容值比例就是讀取電路I的開迴路增益。該感測電流將對該第一電容12進行充電，並轉換成一正比於該感測電流大小與積分時間的積分電壓。該第一開關15具有一個接收一第一電壓VDD的第一端，及一電連接至該電晶體11的漏極的第二端，且受控制使其 第一及第二端於導通與不導通間切換。該第二開關16具有一個接收一重置電壓Vkeset的第一端，及一電連接至該電晶體11的柵極與該光感測器10的陽極的第二端，且受控制使其第一及第二端於導通與不導通間切換。第三開關17具有一電連接於該電晶體11的漏極的第一端及一提供該輸出電壓VOUT的第二端。又重置讀取電路I的上述開關15 17時序操作可參閱US6121843，故不再詳細說明。然而一般情況下，光感測器10可為順偏壓(N-on-P)類型感測器或逆偏壓(P-on-N)類型感測器，兩者的參考偏壓COM大小及感測電流方向皆不同。如圖1中讀取電路1，只能讀取來自順偏壓(N-on-P)類型感測器的感測電流，無法讀取來自逆偏壓(P-on-N)類型感測器的感測電流，因此現有的讀取電路I不具有讀取二種偏壓類型感測器的功能。
發明內容
本發明的目的在於提供一種可以讀取兩種偏壓類型感測器的雙模式讀取電路。本發明之另一目的在於提供一種可以讀取兩種偏壓類型感測器的雙模式讀取裝置。本發明的雙模式讀取電路，適用於讀取一個感測器所產生的一感測電流，且包含一個電容式轉阻放大器及一個取樣保持器，其中，該電容式轉阻放大器包括:一個積分電容，具有一個電連接到該感測器以接收該感測電流的第一端，及一個
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一個第一電晶體，具有一個電連接到一個第一電壓源的第一端、一個電連接到該積分電容的第二端的第二端，及一個控制端 '及一個第二電晶體，具有一個電連接到一第二電壓源的第一端、一個電連接到該積分電容的第二端的第二端，及一個控制端；該取樣保持器電連接到該積分電容的第二端，且對該積分電容的第二端的電壓進行取樣及保持；該雙模式讀取電路還包含一個切換器，該切換器電連接到該第一電晶體的控制端、該第二電晶體的控制端、該積分電容的第一端、一個第三電壓源及一個第四電壓源；該雙模式讀取電路在一個第一模式及一個第二模式間切換，在該第一模式中，該切換器將該第一電晶體的控制端電連接到該積分電容的第一端，且將該第二電晶體的控制端電連接到該第四電壓源，在該第二模式中，該切換器將該第一電晶體的控制端電連接到該第三電壓源，且將該第二電晶體的控制端電連接到該積分電容的第一端。本發明的雙模式讀取裝置，包含前述的雙模式讀取電路及二種不同偏壓類型的感測器，每一感測器用於產生一感測電流。本發明的有益效果在於:該雙模式讀取電路及裝置通過該切換器操作於第一模式及第二模式，可分別用於讀取兩種不同偏壓類型的感測器。
圖1是一種現有的讀取裝置的電路圖；圖2是本發明雙模式讀取電路的較佳實施例的電路圖；圖3是該較佳實施例操作於一第一模式下的電路圖；圖4是該較佳實施例操作於一第二模式下的電路圖；圖5是該較佳實施例操作於該第一模式下的時序圖；圖6是該較佳實施例操作於該第二模式下的時序圖。
具體實施例方式為讓本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發明的具體實施方式
作詳細說明。首先需要說明的是，本發明並不限於下述具體實施方式
，本領域的技術人員應該從下述實施方式所體現的精神來理解本發明，各技術術語可以基於本發明的精神實質來作最寬泛的理解。圖中相同或相似的構件採用相同的附圖標記表示。參閱圖2，本發明雙模式讀取裝置的較佳實施例，包含二種不同偏壓類型的感測器61、62，及一雙模式讀取電路5。於本較佳實施例中，感測器61、62為紅外線感測器，於感應到紅外線後，將產生相對應大小的光電流。感測器61為一逆偏壓類型感測器，而感測器62為一順偏壓類型感測器。該感測器61具有一個接收一逆參考偏壓COMPN的陰極，及一個提供感測電流輸出的陽極。該感測器62具有一個接收一順參考偏壓COMNP的陰極，及一個提供感測電流輸出的陽極。感測器61、62也可為其他電流型感測器元件，例如感測不同種類生物離子的生物感測器，根據所對應的生物離子產生一大小正比於該生物離子的濃度的感測電流。該雙模式讀取電路5，電連接於該二種不同偏壓類型的感測器61、62，且讀取該二個感測器61、62其中之一所產生的該感測電流，且該雙模式讀取電路5包含一個電容式轉阻放大器3、一個取樣保持器4及一個切換器2。該電容式轉阻放大器3包括一個積分電容33、一個積分重設開關34、一個第一電晶體31及一個第二電晶體32。該積分電容33具有一個電連接到該感測器61 (或62)的陽極以接收該感測電流的第一端及一個第二端。該積分重設開關34並聯於該積分電容33，且受控制而於導通或不導通間切換，並於導通時將該積分電容33所儲存的電荷清除。該第一電晶體31具有一個電連接到一第一電壓源Vl的第一端、一個電連接到該積分電容33之第二端的第二端，及一個控制端。該第二電晶體32具有一個電連接到一第二電壓源V2的第一端、一個電連接到該積分電容33的第二端的第二端，及一個控制端。於本較佳實施例中，該第一電晶體為一 P型場效應電晶體，且該第一電晶體的第一端、第二端、控制端分別是源極、漏極、柵極，而該第二電晶體為一 N型場效應電晶體，且該第二電晶體的第一端、第二端、控制端分別是源極、漏極、柵極。該第二電壓源V2可提供共同接地或其他固定的電位。該取樣保持器4用於對該積分電容33的第二端的電壓進行取樣及保持。該取樣保持器4包括一個取樣開關41、一個保持電容42、一個保持重設開關43及一個輸出開關44。該取樣開關41具有一個電連接到該積分電容33的第二端的第一端及一個第二端。該保持電容42與該取樣開關41串聯，且具有一個電連接到該取樣開關41的第二端的第一端，及一個電連接到該第二電壓源V2的第二端。該保持重設開關43並聯於該保持電容42，且受控制而於導通或不導通間切換，並於導通時將該保持電容42所儲存的電荷清除。該輸出開關44具有一個電連接到該取樣開關41的第二端的第一端,及一個提供該輸出電壓VOUT的第二端，且受控制而於導通或不導通間切換。該切換器2具有一個第一開關21、一個第二開關22、一個第三開關23及一個第四開關24。該第一開關21具有一個電連接到一第三電壓源V3的第一端及一個第二端。該第二開關22具有一個電連接到該第一開關21的第二端的第一端及一個電連接到該積分電容33的第一端的第二端。該第一開關21與該第二開關22間的共同接點電連接到該第一電晶體31的控制端。該第三開關23具有一個電連接到該第四電壓源V4的第一端及一個第二端，該第四開關24具有一個電連接到該第三開關23的第二端的第一端及一個電連接到該積分電容33的第一端的第二端。該第三開關23與該第四開關24間的共同接點電連接到該第二電晶體32的控制端。本較佳實施例在一第一模式及一第二模式間切換，針對感測器61及62其中之一的輸入而調整適合的電路讀取模式。操作於第一模式時，適用於讀取逆偏壓類型感測器61，而操作於第二模式時，適用於讀取順偏壓類型感測器62。參閱圖3及圖5，操作於第一模式時，該第二開關22及該第三開關23導通，該第一開關21及該第四開關24不導通(不導通的開關及感測器62未標示於圖上)。因此該切換器2將該第一電晶體31的控制端電連接到該積分電容33的第一端，且將該第二電晶體32的控制端電連接到該第四電壓源V4。該第一電晶體31的控制端電位為固定，該第二電晶體32被操作為一有源負載以提供一電流路徑。於讀取該感測電流前，積分電容33上的殘存電荷已預先通過導通該積分重設開關34 —段時間而清除，因此於讀取動作開始時，該積分電容33的第一端及第二端電位為相同。此時感測電流朝向圖中的A方向，感測電流將會對積分電容33充電，導致該積分電容33的第二端的電位下降。該積分電容33的第二端的電位下降的值等同該積分電容33 二端的跨壓，也就是積分電壓VintjnS ( —)所示:
權利要求
1.一種雙模式讀取電路，適用於讀取一個感測器所產生的一感測電流，且包含一個電容式轉阻放大器及一個取樣保持器，其特徵在於，該電容式轉阻放大器包括: 一個積分電容，具有一個電連接到該感測器以接收該感測電流的第一端，及一個第二端; 一個第一電晶體，具有一個電連接到一個第一電壓源的第一端、一個電連接到該積分電容的第二端的第二端，及一個控制端；及 一個第二電晶體，具有一個電連接到一第二電壓源的第一端、一個電連接到該積分電容的第二端的第二端，及一個控制端； 該取樣保持器電連接到該積分電容的第二端，且對該積分電容的第二端的電壓進行取樣及保持； 該雙模式讀取電路還包含一個切換器，該切換器電連接到該第一電晶體的控制端、該第二電晶體的控制端、該積分電容的第一端、一個第三電壓源及一個第四電壓源； 該雙模式讀取電路在一個第一模式及一個第二模式間切換，在該第一模式中，該切換器將該第一電晶體的控制端電連接到該積分電容的第一端，且將該第二電晶體的控制端電連接到該第四電壓源，在該第二模式中，該切換器將該第一電晶體的控制端電連接到該第三電壓源，且將該第二電晶體的控制端電連接到該積分電容的第一端。
2.如權利要求1所述的雙模式讀取電路，其特徵在於該切換器包括: 串聯的一個第一開關與一個第二開關，該第一開關電連接到該第三電壓源，該第二開關電連接到該積分電容 的第一端，該第一開關與該第二開關間的一個共同接點電連接到該第一電晶體的控制端；及 串聯的一個第三開關與一個第四開關，該第三開關電連接到該第四電壓源，該第四開關電連接到該積分電容的第一端，該第三開關與該第四開關間的一個共同接點電連接到該第二電晶體的控制端； 在該第一模式中，該第二開關及該第三開關導通，該第一開關及該第四開關不導通，在該第二模式中，該第一開關及該第四開關導通，該第二開關及該第三開關不導通。
3.如權利要求1所述的雙模式讀取電路，其特徵在於該第一電晶體為一P型場效應電晶體，該第一電晶體的第一端是源極，該第一電晶體的第二端是漏極，該第一電晶體的控制端是柵極，而該第二電晶體為一 N型場效應電晶體，該第二電晶體的第一端是源極，該第二電晶體的第二端是漏極，該第二電晶體的控制端是柵極。
4.如權利要求1所述的雙模式讀取電路，其特徵在於該電容式轉阻放大器還包括一個與該積分電容並聯的積分重設開關。
5.如權利要求1所述的雙模式讀取電路，其特徵在於該取樣保持器包括: 串聯的一個取樣開關及一個保持電容，該取樣開關電連接到該積分電容的第二端，該保持電容電連接到該第二電壓源。
6.如權利要求5所述的雙模式讀取電路，其特徵在於該取樣保持器還包括: 一個保持重設開關，並聯於該保持電容。
7.如權利要求5所述的雙模式讀取電路，其特徵在於該取樣保持器還包括: 一個輸出開關，電連接到該取樣開關與該保持電容間的一個共同接點。
8.一種雙模式讀取裝置，包含二個不同偏壓類型的感測器、一個電容式轉阻放大器及一個取樣保持器，每一個感測器用於產生一感測電流，其特徵在於，該電容式轉阻放大器包括: 一個積分電容，具有一個電連接到該二個感測器以接收該二個感測器其中之一所產生的該感測電流的第一端，及一個第二端； 一個與該積分電容並聯的積分重設開關； 一個第一電晶體，具有一個電連接到一個第一電壓源的第一端、一個電連接到該積分電容的第二端的第二端，及一個控制端；及 一個第二電晶體，具有一個電連接到一個第二電壓源的第一端、一個電連接到該積分電容的第二端的第二端，及一個控制端； 該取樣保持器電連接到該積分電容的第二端，且對該積分電容的第二端的電壓進行取樣及保持； 該雙模式讀取裝置還包含一個切換器，該切換器電連接到該第一電晶體的控制端、該第二電晶體的控制端、該積分電容的第一端、一個第三電壓源及一個第四電壓源； 該雙模式讀取裝置在一個第一模式及一個第二模式間切換，在該第一模式中，該切換器將該第一電晶體的控制端電連接到該積分電容的第一端，且將該第二電晶體的控制端電連接到該第四電壓源，在該第二模式中，該切換器將該第一電晶體的控制端電連接到該第三電壓源，且將該第二晶體 管的控制端電連接到該積分電容的第一端。
9.如權利要求8所述的雙模式讀取裝置，其特徵在於該切換器包括: 串聯的一個第一開關與一個第二開關，該第一開關電連接到該第三電壓源，該第二開關電連接到該積分電容的第一端，該第一開關與該第二開關間的一個共同接點電連接到該第一電晶體的控制端；及 串聯的一個第三開關與一個第四開關，該第三開關電連接到該第四電壓源，該第四開關電連接到該積分電容的第一端，該第三開關與該第四開關間的一個共同接點電連接到該第二電晶體的控制端； 在該第一模式中，該第二開關及該第三開關導通，該第一開關及該第四開關不導通，在該第二模式中，該第一開關及該第四開關導通，該第二開關及該第三開關不導通。
10.如權利要求9所述的雙模式讀取裝置，其特徵在於該取樣保持器包括: 一個取樣開關，電連接到該積分電容的第二端； 一個保持電容，與該取樣開關串聯，並電連接到該第二電壓源； 一個保持重設開關，並聯於該保持電容；及 一個輸出開關，電連接到該取樣開關與該保持電容間的一個共同接點。
全文摘要
一種雙模式讀取裝置及電路，適用於讀取一個電流型感測器所產生的一感測電流。該雙模式讀取電路包含一個電容式轉阻放大器、一個取樣保持器及一個切換器。該電容式轉阻放大器包括一個用以將感測電流轉變為一個積分電壓的積分電容、一個第一電晶體及一個第二電晶體。該取樣保持器用於對積分電容的電壓進行取樣保持並提供一輸出電壓，該切換器電連接於該電容式轉阻放大器。該雙模式讀取電路通過該切換器操作於第一模式及第二模式，分別用於讀取兩種不同類型的感測器，針對該感測器的類型而調整適合的電路讀取模式。
文檔編號G11C7/16GK103165168SQ20111042884
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者孫臺平, 劉奕廷, 呂藝全 申請人:暨南國際大學