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CN114174782A - 减少光学设备中的暗电流 - Google Patents

减少光学设备中的暗电流 Download PDF

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CN114174782A
CN114174782A CN202080055399.7A CN202080055399A CN114174782A CN 114174782 A CN114174782 A CN 114174782A CN 202080055399 A CN202080055399 A CN 202080055399A CN 114174782 A CN114174782 A CN 114174782A
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CN
China
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circuit
detector
operational amplifier
switches
dark current
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Application number
CN202080055399.7A
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R.K.阿杜苏马利
R.阮甘纳桑
V.埃勒
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Ams International AG
Original Assignee
Ams International AG
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Abstract

一种光学光感测设备包括能够操作以检测光波的检测器。该光学光感测设备还包括积分电路，该积分电路包括运算放大器，该运算放大器能够操作以减少或消除在该检测器处生成的暗电流。

Description

减少光学设备中的暗电流
技术领域
本说明书涉及用于光学感测设备的集成电路。
背景技术
集成电路(IC)可以包括在光学光感测设备中使用的各种组件。这种IC的一个示例使用具有光发射器和光电检测器的封装以便产生和检测光。更具体地，在某些情况下，光可以由发射器产生，并从对象反射回光电检测器。光电检测器产生检测到的光的表示(例如，电信号)。
电信号或表示可以根据特定应用进行处理和使用，以获得关于对象的信息。感测装置，例如用于颜色检测、存在检测、运动检测和接近度感测的设备，经常使用这种光学感测方法来获得关于对象的信息。例如，获得的信息可以包括对象的颜色、对象的相对运动或对象相对于感测装置的大致距离。
发明内容
包括光电检测器的光传感器应用容易受到在向光电检测器施加电压时产生的泄漏电流(“暗电流”)引起的测量失真的影响。例如，暗电流可以是在向光电二极管施加偏置电压时出现的泄漏电流。在某些情况下，可能存在直接随温度变化的更高的暗电流。例如，光传感器温度每增加N度(例如，摄氏度)，生成的暗电流的量可以变化M，其中M和N是整数。
在此背景下，描述了用于实施包括传感器架构的电路的技术，该传感器架构能够操作以减少或去除在每次光测量期间生成的暗电流。传感器架构通过使用计数到计数斩波(count-to-count chopping)技术来减少暗电流，该技术同时调整(例如，切换)电路中运算放大器的输入极性和输出极性，以使得消除在给定光测量周期期间生成的暗电流信号。相应输入和输出极性的这种同时切换提供了在各种温度范围内有效减少暗计数的方法。
本公开的其他实施方式和其他方面包括对应的系统、装置和被配置为执行方法的动作并被编码在计算机存储设备上的计算机程序。一个或多个计算机或硬件电路的计算系统可以通过安装在系统上的软件、固件、硬件或它们的组合来如此配置，这些软件、固件、硬件或它们的组合在操作中使系统执行动作。一个或多个计算机程序可以通过具有指令来如此配置，指令在由数据处理装置执行时使得该装置执行动作。
本说明书中描述的主题可以被实施以实现一个或多个以下优点。本文档中描述的技术通过实现针对光学设备的每个环境光传感器(ALS)测量周期生成的暗电流的连续消除来提供暗电流的改善的消除。使用所描述的方法，对于每个光至频率测量，例如指示生成的暗电流的量的示例暗计数值可以是零或接近零，而与光学光感测设备中使用的光电二极管的尺寸和/或光学光感测设备处的温度无关。
所描述的用于减少(或去除)暗电流的方法可以用于设计和开发相对于传统光学设备在例如弱光或极弱光条件下具有更高精度的颜色和环境光传感器。此外，这些技术可以集成在现有的光学光感测设备中，而对光学光感测设备的现有硬件特征、软件特征或校准过程有很少或没有改变/修改。
根据以下详细描述、附图和权利要求，其他方面、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是示例光学感测系统的框图。
图2是示例光感测架构的传感器布置的电路图。
图3A和图3B是描绘能够操作以减少由检测器生成的暗电流的示例光感测架构的组件的电路图。
图4示出了示例输出波形，其指示了与图3A和图3B的光感测架构相关联的斩波技术。
图5示出了用于减少由检测器响应于感测光而生成的暗电流的示例过程。
图6是示出与图3的光感测架构相关联的暗计数结果的表格。
图7是示出与图3的光感测架构相关联的暗计数结果的曲线图。
具体实施方式
光学传感器可以包括光至频率(light-to-frequency，L2F)传感器结构。例如，环境光传感器(ALS)可以将这种传感器架构用于其中使用光传感器来获得环境光的精确测量的应用。在其他示例中，L2F传感器架构可以用在颜色传感器中，该颜色传感器用于确定由该传感器检测到的光的某些颜色属性。L2F传感器结构包括设置在具有光学或玻璃表面的外壳中的光传感器。例如，诸如光传感器的光电二极管之类的检测器可以封装在设备封装中，并且设置在设备封装的暗化玻璃表面附近或下方。通常，相对于没有暗化的玻璃表面，暗化的玻璃表面将具有降低的透明度或半透明度。
相对于不包括暗化玻璃表面的光传感器，封装在包括暗化玻璃表面的设备封装中的光传感器需要较大的检测器面积，例如较大的光电二极管表面积。对于来自光传感器的给定电增益，需要较大的检测器面积来获得特定的灵敏度。然而，较大的检测器面积通常会转化为检测器处较大的泄漏电流，这限制了检测器准确或有效地执行弱光测量的能力。该较大的泄漏电流在这里可以称为“暗电流”。为了解决与这种泄漏电流相关的挑战，本文档描述了用于光传感器架构的技术，该光传感器架构能够操作以减少(例如显著减少)或去除当传感器执行光测量时可能出现的暗电流。
例如，描述了用于实施用于传感器架构的电路的技术，该传感器架构能够操作以减少或去除在每次光测量期间生成的暗电流。该传感器架构基于计数到计数斩波技术来减少暗电流，在该技术中，该电路中运算放大器的输入和输出处的相应极性在模数转换器(ADC)的每个计数间隔被切换、改变或以其他方式调整，使得在光测量周期期间生成的暗电流信号被有效地减少或消除。因此，所描述的技术对于在光学光感测设备的宽温度范围内实现零或接近零的暗电流计数是有用的，从而使得设置在采用暗化玻璃表面的设备中的光传感器能够更准确地测量弱光信号。此外，所描述的电路可以容易地集成到包括用于感测光的检测器的光学设备的各种现有架构中。
光学光传感器可以在设备封装中包括发射器和检测器两者。设备封装通常表示光学传感器或光学光感测设备的物理设备结构。设备封装限定了内部腔，发射器和检测器可以设置在该腔中。一般来说，发射器发射与封装外部的目标对象相互作用的信号，该对象反射可被检测器检测到的信号。发射信号和反射信号中的每一个都可以是光波，例如分别是发射和反射的IR光线。
图1是示例光学感测系统100的框图。系统100可以表示集成电路(IC)或光学光感测设备，例如一个或多个光学光感测设备。在一些示例中，光学光感测设备是颜色检测传感器，并且由检测器检测的反射信号用于相对于光学设备确定目标对象(例如，农产品或家禽)的颜色。在其他示例中，光学设备可以设置在移动/智能电话设备中，并且在移动设备处处理检测到的反射信号以确定智能电话是否位于人耳附近。在某些情况下，光学设备用于接近度检测、飞行时间(TOF)应用或光检测和测距(LIDAR)应用。
系统100包括例如发光二极管(LED)或垂直腔面发射激光器(vertical-cavitysurface-emitting laser，VCSEL)的发射器102以及例如光电检测器的检测器104。在一些情况下，检测器104可替换地被称为传感器，并且可以是能够操作以感测(例如，检测)检测器的表面部分处的光波的光电二极管。
发射器102可以能够操作以例如生成特定波长的信号，并且检测器104可以是能够操作以感测由发射器102产生的信号的传感器。发射器102和检测器104可以设置在或以其他方式位于由系统100表示的光学设备中。发射器102可以被配置为产生期望波长的可见光或不可见光。例如，在一些情况下，发射器102能够操作以产生光波，该光波具有在750纳米(nm)至1400nm范围内的近红外(NIR)光谱中的波长。
如下文更详细描述的，发射器102产生光，并且检测器104结合专用电路以减少响应于检测器感测或检测到可能与发射器102产生的光相关联的光能光子而生成的暗电流的量。专用电路使检测器能够检测弱光能信号，特别是当检测器包括大基板和/或设置在具有暗化玻璃表面的设备封装中时。
发射器102可以直接制造在系统100的IC上，或者可以包括IC芯片或在IC制造期间或之后添加到系统100的IC的其他模块化组件。发射器102可以是单个发射器或者可以表示多个发射器(例如，发射器阵列)。在一些实施方式中，检测器104能够操作以检测不同波长的光。例如，检测器104能够操作以检测由发射器102产生的波长的光(例如，在850nm到940nm的范围内)或由除发射器102之外的光源产生的波长的光。
检测器104也可以直接制造在系统100的IC上，或者可以包括IC芯片或在IC制造期间或之后添加到系统100的IC的其他模块化组件。检测器104可以是单个检测器或者可以表示多个检测器(例如，检测器阵列)。在一些实施方式中，系统100是在单个设备封装120中包括发射器102和检测器104两者的光学传感器。设备封装120通常表示光学传感器或光学光感测设备的物理设备结构。
出于示例的目的，发射器102和检测器104可以用于各种应用，包括存在检测、运动检测、颜色检测以及其中发射信号稍后被检测和处理或分析的其他相关应用。在图1的实施方式中，系统100是发射用于感测目标对象的信号的光学设备。该信号可以对应于与反射光波108相关联的示例光波106。
如上所述，光学设备可以在限定内腔125的设备封装中包括发射器102和检测器104两者。由发射器102发射的光波106与目标对象110相互作用以导致反射光波108。目标对象110在设备封装120的外部。以这种方式，发射光波106在被发射用于感测目标对象110的属性之后离开光学设备的内腔125，并且响应于发射光波106与目标对象110相互作用或者反射离开目标对象110，反射光波108进入光学设备的内腔125。
图2是包括用于示例光感测架构的传感器布置的示例性电路200的图。在一些实施方式中，电路200设置在或位于示例性光学光感测设备中，以考虑在该设备处生成的暗电流。电路200示出了用于实施环境光传感器的已知感测架构。
电路200通常包括计算逻辑202，计算逻辑202能够操作以生成由参数ADC_count表示的计数值204。计数值204是模数转换器(ADC)计数，其表示在光学光感测设备的测量周期期间以及对于给定的环境光条件检测到的暗电流。环境光条件可以是完全暗的光条件、弱光条件或表示包括电路200的示例光/光学感测设备所处的环境中的环境光的量的各种其他光条件。
ALS的基本工作原理是电荷平衡ADC收集从例如检测器102的光电二极管(PD)生成的光子电流。ADC将光子电流转换为ALS计数(例如，ADC_count)。在一些实施方式中，ALS计数基于电荷守恒等式：
ADC_COUNT＝(Tint*Iphoto)/(CREF*VREF) (1)
在上面的等式(1)中，变量Tint对应于用于积分由示例光传感器生成的传感器信号的积分时间，并且在下面更详细地描述。
计算逻辑202可以与示例积分ADC相关联。在一些实施方式中，计算逻辑202与电荷平衡ADC相关联，电荷平衡ADC接收表示由光传感器206(例如，诸如检测器104的光电二极管)生成的光电流Iphoto的信号。包括计算逻辑202的电路200能够操作以将表示Iphoto的相应传感器信号转换成如计数值204所指示的ADC计数。
电路200包括运算放大器208(“op-amp 208”)和积分电容器224。在一些实施方式中，电容器224是op-amp 208的外部反馈组件，其与op-amp 208协作以对检测器206生成的传感器信号执行积分。例如，电流Iphoto可以通过op-amp 208和积分电容器224进行积分。在比较器212处接收积分后的传感器信号，用于与参考电路222生成的参考电压VREF进行比较。比较器212生成在锁存设备214接收的比较信号。锁存设备214将比较信号作为时钟信号215传递给计数器216以生成计数器信号。计数器信号被提供给计算逻辑202以生成或递增ADC_count值204。
示例控制器220提供用于控制电路200的一个或多个操作的时钟信号。在一些实施方式中，如果积分到电容器224中的电荷大于由参考电路222确定的单位电荷包，则控制器220将计数的数量递增一个计数，并且积分电容器224上的电荷将减少一个单位电荷包。该功能对应于积分电容器224的电荷倾卸(dumping)。在一些实施方式中，对传感器信号进行积分在某个积分时间段内执行，例如100毫秒(ms)。积分时间段可以由系统时钟确定，例如包括在电路200中的本地时钟。在一些示例中，电路200在积分时间段期间生成或获取的ADC_count的数量是光传感器处环境光条件的亮度的度量。
在一些示例中，在完全黑暗的光线条件期间，检测器206将不生成电流Iphoto，并且指示检测到的ADC_count的数量的计数值204将为零。然而，这种操作模式可以表示光感测设备的理想或最佳性能，考虑到最小化检测器两端的电压电势的挑战，这是不容易实现的。例如，如果检测器206(例如，光电二极管)两端的电压不等于零，则检测器将基于以下等式生成泄漏电流Ileak：
Figure BDA0003494972270000061
在等式(2)中，
Figure BDA0003494972270000062
是指示热电压值的物理常数。在一些实施方式中，该泄漏电流在温度范围内呈指数增长，并且会降低光学光传感器设备的光感测功能。例如，对应于完全暗光条件下(例如当环境光为零时)的ADC_count的有限暗计数dark_count可以存在于检测器中并限制光传感器的下限(或弱光)性能。在该性能模式期间，检测到的dark_count也基于电荷守恒等式：
Dark_count＝(Tint*Ileak)/(CREF*VREF) (3)
在一些实施方式中，泄漏电流的幅度取决于温度和增益。增益指的是被应用于在电路200处生成的暗电流信号的op-amp 208的示例增益值。例如，在特定温度或温度范围下，泄漏电流会显著增加。在一些示例中，泄漏电流在大约70摄氏度和处于op-amp 208的最高增益(例如，512倍)处达到峰值。泄漏电流幅度的这些增加可能是ALS整体性能的限制因素。
图3是包括光感测架构的示例电路300的图。电路300能够操作以减少由设置在光感测设备中的检测器206生成的暗电流。例如，电路300的传感器和组件配置通过实现周期到周期(例如，计数到计数)斩波来减少暗计数。如下文更详细描述的，电路300的传感器布置可以容易地适于在各种光感测架构中提供连续的暗电流消除。
电路300包括光至频率转换器，每当需要复位由op-amp 208和积分(或反馈)电容器224表示的积分器时，该光至频率转换器能够操作以通过斩波暗电流信号((例如，使用计数到计数斩波))来消除针对每个测量周期生成的暗电流。例如，使用电路300，斩波技术被实施为同时切换op-amp 208的输入极性和op-amp 208的输出极性，以导致消除在给定的光测量周期期间生成的暗电流信号。相应输入和输出极性的这种同时切换会在各种温度范围内导致暗计数的对应减少或消除。此外，这种计数到计数斩波使得光传感器即使在弱光或极弱光条件下也能执行准确的光感测测量。在一些实施方式中，电路300能够操作以减少各种温度范围的暗计数，同时还使得能够在弱光条件下进行准确的光传感器测量。
电路300包括斩波信号发生器304，其用于实施特定的斩波技术以减少电路检测到的暗计数。在一些实施方式中，电路300通过调整电路200以包括斩波信号发生器304而形成，斩波信号发生器304具有示例性触发器设备302(例如，D触发器)，触发器设备302接收由锁存器214基于由比较器212生成的比较信号而生成的时钟信号215。从比较信号导出的时钟信号215向对应于斩波信号发生器304的触发器设备302提供时钟输入。
斩波信号发生器304能够操作用于生成斩波信号305。如下所述，斩波信号305被提供给斩波开关306和308，用于响应时钟信号215实施示例斩波技术(如上所述)。例如，触发器设备302可以是提供二分功能的D触发器。这个D触发器302的输入对应于锁存器214生成的时钟信号215。D触发器302能够操作以生成并输出输出斩波信号305(在图3A中表示为CHOP)。斩波信号305可以是针对锁存器214生成的时钟信号215的每个边沿交替改变状态的逻辑信号。例如，对于锁存器214生成的第一时钟脉冲215，D触发器302的初始输出CHOP(信号205)可以处于低逻辑(例如，零)，而对于锁存器214生成的不同的第二时钟脉冲215，D触发器302的后续输出CHOP可以处于低高(例如，一)，以此类推。在一些实施方式中，斩波技术是基于根据对应于相应计数器/时钟信号C1和C2的定时信号定义的计数到计数时间来实现的。
例如，斩波技术可以是连续的过程，其包括针对op-amp 208的正和负信号极性中的每一个，在检测器206两端施加偏移电压。偏移的施加导致先前的偏移电压效应关于检测器206被平均，这可以导致电路300处针对每个测量周期的暗电流的显著减少或去除。这种斩波技术应用于电路300的积分器环路310内部，并且不影响积分器的稳定行为(settlingbehavior)。
例如，斩波技术能够操作以切换op-amp 208的极性，以减小op-amp 208的电流偏移并导致检测器206处生成的暗电流信号的对应减小或消除。在一些实施方式中，在积分之前，电路300能够操作以确定检测器206两端的最小电压。例如，电路300使用对应于自动归零时间的初始化时间来确定检测器206两端的最小电压。自动归零时间可以对应于用于获得检测器206两端的最小电压的准确测量的强加开销或采样时间。可以根据所确定的最小电压来配置微调位(trim bit，OSTRIM)。电路300使用微调位来调谐op-amp 208(例如，op-amp增益值)，以基于所确定的最小电压来减小op-amp 208的电流偏移。在一些实施方式中，电路300能够操作以使用可以被设置为低至6位偏移的微调位。该微调位设置可以实现开销采样时间的减少(例如，相对于需要更多采样时间的8位或12位偏移)，同时仍然允许电路300获得检测器206两端的最小电压的准确测量。
电路300可以在使用op-amp 208和积分电容器224形成的积分环路310内包括斩波开关306和308(下面参考图3B描述)。在一些实施方式中，斩波开关306和308中的每一个表示相应的一组开关，其被配置为改变或切换op-amp 208的输入极性(即，使用开关306)和op-amp 208的输出极性(即，使用开关308)。即，斩波开关306能够操作以在op-amp 208的两个输入端子的正极性和负极性之间切换或转换，而斩波开关308能够操作以导致在op-amp208的输出处在正极性和负极性之间切换或转换。
在一些实施方式中，由斩波开关转换导致的极性变化发生在积分电容器224的电荷倾卸状态。例如，先前充电到参考电路222上的电荷包CREF·VREF连接到积分节点VNEG，并将积分电容器224上存在的电荷放电(电荷倾卸)。在一些示例中，这种放电在由系统时钟CLK1定义的某一时间量之后停止。电路300的传感器布置能够操作以连续减少或消除暗电流，或者针对每个ALS测量周期触发暗电流消除。以这种方式，所提出的电路300的组件布置可以在多个ALS测量周期内减少或消除暗电流，而与检测器尺寸和温度无关。
图3B是描述op-amp 208的示例实施例中的开关306和308的电路图。如图3B所示，op-amp 208包括设置在op-amp 208的第一放大器增益级324的输入处和op-amp 208的第二放大器增益级326的输入处的相应的开关组件集合320、322。具体而言，设置在第一放大器增益级324的输入处的第一开关集合320被配置为在正极性和负极性之间切换op-amp 208的输入极性，而设置在第二放大器增益级326的输入处的第二开关集合322被配置为在正极性和负极性之间切换op-amp 208的输出极性。
根据(i)连接在op-amp 208的负端子(对应于增益级324)的开关306的特定开关配置和(ii)连接在op-amp 208的输出端子(对应于增益级326)的开关308的特定开关配置来实现计数到计数斩波技术。图3B所示的配置表明，相对于op-amp 208，开关306和开关308中的每一个都以使得电路300的积分器环路310处于负反馈的方式连接。
以这种方式，在电路300的示例操作期间，开关306可以被连接，使得到第一(输入)增益级324的输入信号路径被连接到增益级324处的放大器的负端子。类似地，开关308也被连接，使得到第二(输出)增益级326的输入信号路径被连接到增益级326处的放大器的负端子。当参数ADC_count的计数值递增一个计数时，开关306用于交换或切换第一增益级324处的连接，以导致从负到正的极性变化，使得到增益级324的输入信号路径现在连接到该增益级处的放大器的正端子。同时，基于与增益级326处的放大器的正端子的连接的交换或切换，开关308还用于导致在到增益级326的输入信号路径处发生对应的极性改变。
参数ADC_count的计数值的后续递增导致输入增益级324的端子处的开关306的相应连接和输出增益级326的端子处的开关308的连接的另一对应交换。这种计数到计数斩波机制用于消除检测器206处生成的暗电流信号。在一些示例中，各个增益级324、326的端子处的极性连接的同时交换与电荷倾卸放大器输出电压的时间一致。
在一些实施方式中，切换op-amp 208的输入极性的开关集合320被配置为与切换op-amp 208的输出极性的开关集合322同时切换。相应的开关集合320和322被配置为响应于斩波信号发生器304生成的斩波信号305而同时切换。在一些示例中，每个开关集合322和324包括多个晶体管开关，并且每个集合322、324中的两个或更多个晶体管开关可以以交叉耦合配置、二极管连接配置或它们的组合来布置。在其他示例中，电路300可以包括其他类型的开关，其能够操作以提供与晶体管开关提供的切换功能相同或基本相似的切换功能。
图4示出了指示与图3所示电路300的光感测架构相关联的斩波技术的示例输出波形。
如图4所示，在示例初始状态402期间，由于op-amp 208的负端子处的正偏移电压+Ve偏移，积分器环路310对信号进行积分，作为对反馈电容器224的充电。在下一状态404中，斩波信号305导致开关306、308改变op-amp 208处的极性，以在op-amp 208的正端子处反映负偏移电压–Ve偏移的相反极性。以这种方式，反馈电容器224两端的电压可以因为对应的负暗电流或因为开关306、308的电流吸收(current sink)二极管配置而降低或放电。
在一些实施方式中，检测到的暗电流信号可以与对应于检测器206两端的检测电压的偏移电压成比例。在一些示例中，检测到的暗电流信号可以具有与偏移电压信号的幅度相同的幅度。两个暗电流(+Ve暗电流信号和–Ve暗电流信号)的总和消除了暗电流对op-amp 208的输出(OPOUT)的影响。以这种方式，使用开关306和308的开关配置以及斩波信号发生器304，电路300能够操作以通过使用所描述的计数到计数斩波技术来消除暗电流。
图5示出了用于减少由设置在光学感测设备中的检测器生成的暗电流的示例过程500。在一些实施方式中，使用集成在光学光感测系统100处的光感测架构300来执行过程500。
现在参考过程500，电路300接收表示在设置在光学感测设备中的检测器206处生成的暗电流的信号(502)。例如，信号由积分电路接收，该积分电路包括运算放大器(op-amp208)和连接到运算放大器的多个开关306、308。在一些实施方式中，op-amp 208基于多个开关的开关连接来处理由检测器206生成的一个或多个信号。电路300生成斩波信号305，其调整连接到运算放大器的多个开关的开关连接(504)。例如，斩波信号305由耦合到积分电路的斩波信号发生器304生成。
电路300响应于斩波信号调整多个开关的开关连接以改变运算放大器的极性(506)。例如，基于多个开关的第一开关配置，可以在具有负输入极性的运算放大器的端子处接收表示暗电流的信号。响应于接收到由斩波信号发生器304生成的斩波信号305，电路300能够操作以基于多个开关的不同的第二开关配置来调整开关连接以导致运算放大器的该端子具有正输入极性。例如，正输入极性可以对应于积分回路310处的负反馈。在一些示例中，负反馈通过将输出信号的一部分馈送回op-amp 208的负端子或反相输入端子而发生。积分电路能够操作以将op-amp 208的输出信号的一部分积分为积分电容器224上的电荷。例如，当电压达到阈值参考电压Vref时，积分电路开始积分op-amp 208的电压输出(OPOUT)。
积分电路基于运算放大器(508)的极性的改变来减小由检测器生成的暗电流的幅度。在一些实施方式中，积分电路能够操作以生成与输入电压的积分成比例的输出信号。使用积分电容器224，当出现所需的负反馈时，由于流过反馈回路的电流对电容器充电或放电，因此op-amp 208的输出信号的幅度与op-amp 208的输入信号的幅度成比例。积分电路基于负反馈回路的电容器放电电压来减小由检测器生成的暗电流的幅度，该负反馈回路被放电以减小暗电流的幅度。
在一些实施方式中，电路300的光感测架构被集成在感测系统100中，该感测系统100被安装在例如移动智能手机、平板电脑、入耳式耳机、可穿戴设备或其他电子设备的主机设备中。在这样的实施方式中，光感测架构300的与减少、衰减或阻挡由检测器生成的暗电流有关的优点转化为主机设备处的改进的感测特征以及其他检测特征。例如，感测系统100可以集成在主机设备中，并且反射光波信号108在主机设备处由检测器104处理以更准确地确定主机设备是否位于人头部的耳朵附近。
在一些实施方式中，主机设备从检测器接收信号，并且响应于从检测器接收信号来使用一个或多个处理设备调整主机设备的特征。例如，主机设备可以调整集成在主机设备处的显示屏的亮度，关闭该显示屏，或者使主机设备从锁定操作状态转换到解锁操作状态。在一些示例中，主机设备或与检测器104相关联的电路包括一个或多个处理器，该处理器被配置为执行指令，以响应于从检测器104接收到信号而导致执行用于调整主机设备的特征的操作。
图6是示出与图3的光感测架构和对应电路300相关联的暗计数结果的表格600。图7是示出与图3的光感测架构相关联的暗计数结果的曲线图700。具体地，曲线图700示出了电路200和电路300在示例温度范围内的暗计数。如图7所示，相对于所观察电路300的0.20个计数(<最大1个计数)的减少的暗计数，电路200的架构中偏移电压为+/～200uv的暗计数更高(>10个计数)。该图形数据表明电路300的暗计数性能提高了约10倍。
这里描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路、集成电路、专门设计的ASIC、计算机硬件、固件、软件和/或其组合中实现。这些各种实施方式可以包括在可编程系统上可执行和/或可解释的一个或多个计算机程序中的实施方式，该可编程系统包括至少一个可编程处理器，该可编程处理器可以是专用或通用的，被耦合以从存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备接收数据和指令，并将数据和指令发送到存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备。
这些计算机程序，也称为程序、软件、软件应用或代码，包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以用高级过程和/或面向对象的编程语言和/或汇编/机器语言来实现。在一些实施方式中，计算机程序由主机设备(例如，智能手机或平板电脑)的控制器使用。例如，控制器使用程序来控制设置在主机设备中的发射器的操作，并处理由设置在主机设备中的检测器生成的信号。响应于检测器接收到对应于发射器发射的光波的反射光，处理由检测器生成的信号。
如这里所使用的，术语“机器可读介质”、“计算机可读介质”指的是任何计算机程序产品、装置和/或设备，例如磁盘、光盘、存储器、用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的可编程逻辑器件(PLD)，包括接收机器指令作为机器可读信号的机器可读介质。术语“机器可读信号”是指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。
为了提供与用户的交互，这里描述的系统和技术可以在计算机上实现，该计算机具有用于向用户显示信息的显示设备(例如CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器)以及键盘和定点设备，例如鼠标或轨迹球，用户可通过其向计算机提供输入。也可以使用其他类型的设备来提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感官反馈，例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且可以以任何形式接收来自用户的输入，包括声音、语音或触觉输入。
这里描述的系统和技术可以在计算系统中实现，该计算系统包括后端组件(例如作为数据服务器)，或者包括中间件组件(例如应用服务器)，或者包括前端组件(例如具有图形用户界面或网络浏览器的客户端计算机，用户可以通过该图形用户界面或网络浏览器与这里描述的系统和技术的实施方式交互)，或者这种后端、中间件或前端组件的任意组合。该系统的组件可以通过数字数据通信的任何形式或介质(例如通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)、广域网(“WAN”)和因特网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系是通过运行在各自计算机上并且彼此之间具有客户端-服务器关系的计算机程序产生的。
已经描述了许多实施例。然而，应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。此外，尽管本说明书包含许多具体的实施方式细节，但是这些不应被解释为对所要求保护的范围的限制，而是对特定实施例所特定的特征的描述。本说明书中在分开的实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。
相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中分开实现或者在任何合适的子组合中实现。此外，尽管特征可以在上面被描述为在某些组合中起作用，并且甚至最初被这样要求保护，但是在一些情况下，来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以从该组合中删除，并且所要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变型。
类似地，虽然在附图中以特定顺序描述了操作，但是这不应该被理解为要求以所示的特定顺序或依序执行这些操作，或者要求执行所有示出的操作，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统模块和组件的分离不应该被理解为在所有实施例中都需要这种分离，并且应该理解，所描述的程序组件和系统通常可以集成在单个软件产品中或者封装到多个软件产品中。因此，其他实施方式在以下权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种在光学感测设备中实施的电路，所述电路包括：
检测器，能够操作以检测光波来确定对象的属性，其中所述检测器易于生成暗电流；
积分电路，包括运算放大器和连接到所述运算放大器的多个开关，其中所述运算放大器基于所述多个开关的开关连接来处理由所述检测器生成的一个或多个信号；和
斩波信号发生器，耦合到所述积分电路，其中所述斩波信号发生器能够操作以生成斩波信号，所述斩波信号调整所述多个开关的所述开关连接，以使所述运算放大器减小由所述检测器生成的所述暗电流的幅度。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述积分电路能够操作以：
接收表示在所述检测器处生成的所述暗电流的信号，其中所述信号是基于所述多个开关的第一开关配置在所述运算放大器的具有负输入极性的端子处被接收的；和
响应于接收到由所述斩波信号发生器生成的所述斩波信号，基于所述多个开关的不同的第二开关配置来使所述运算放大器的所述端子具有对应于负反馈回路的正输入极性。
3.根据权利要求2所述的电路，其中所述积分电路能够操作以：
基于所述负反馈回路的电容器放电电压来减小由所述检测器生成的所述暗电流的所述幅度，所述负反馈回路被放电以减小所述暗电流的所述幅度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电路，其中所述斩波信号发生器能够操作以生成所述斩波信号，所述斩波信号调整所述多个开关的所述开关连接以使所述运算放大器消除由所述检测器生成的所述暗电流。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电路，其中所述积分电路能够操作以：
接收所述表示所述检测器两端的检测电压的第一信号；
处理所述第一信号以确定所述检测器两端的最小电压；和
基于根据所确定的所述检测器两端的最小电压设置的增益值来调整所述运算放大器的增益，其中在所述积分电路处使用增益值来调谐所述运算放大器以减小由所述检测器生成的所述暗电流的所述幅度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电路，其中：
所述斩波信号发生器还被耦合以接收从所述积分电路的输出导出的时钟信号；和
所述斩波信号发生器能够操作以生成所述斩波信号，以使所述运算放大器响应于从所述积分电路的所述输出导出的所述时钟信号来减小所述暗电流的所述幅度。
7.根据权利要求6所述的电路，还包括：
比较器电路，耦合在所述积分电路的所述输出和所述斩波信号发生器之间，其中所述比较器电路能够操作以：
检测对应于所述积分电路的输出信号的电压信号超过阈值参考电压；和
生成比较器输出信号，所述比较器输出信号用于导出由所述斩波信号发生器接收的所述时钟信号。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电路，其中当所述光学感测设备位于没有可见环境光的环境中时，所述暗电流与所述检测器两端生成的电压信号成比例。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电路，其中所述多个开关包括：
第一开关集合，包括耦合在所述运算放大器的第一级的多个晶体管开关以切换与所述运算放大器的所述第一级相关联的极性。
10.根据权利要求9所述的电路，其中所述多个开关还包括：
第二开关集合，包括耦合在所述运算放大器的第二级的多个晶体管开关以切换与所述运算放大器的所述第二级相关联的极性。
11.根据权利要求10所述的电路，其中：
所述第一开关集合中的两个或更多个晶体管开关相对于所述运算放大器所述第一级处的第一输入端子集合以交叉耦合配置连接；和
所述第二开关集合中的两个或更多个晶体管开关相对于所述运算放大器所述第二级处的第二输入端子集合以交叉耦合配置连接。
12.一种使用光学感测设备执行的方法，所述方法包括：
由积分电路接收表示在设置在所述光学感测设备中的检测器处生成的暗电流的信号；
由耦合到所述积分电路的斩波信号发生器生成斩波信号，所述斩波信号调整连接到所述积分电路的运算放大器的多个开关的开关连接；
响应于所述斩波信号，调整所述多个开关的所述开关连接以改变所述运算放大器的极性；和
由所述积分电路基于所述运算放大器的所述极性的所述改变减小由所述检测器生成的所述暗电流的幅度。
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