本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可消除背景光電流的轉(zhuǎn)換電路及檢測電路。

背景技術(shù)：

隨著科技發(fā)展，穿戴式電子裝置已具備心跳檢測的功能，其是將發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode，LED)朝人體內(nèi)照射，利用光電二極管(Photo Diode)或光電晶體管(Photo Transistor)來感測穿透或反射自人體的光線，并利用心跳檢測電路將光電二極管或光電晶體管所感測到的光信號(即光電流)轉(zhuǎn)換成為電壓信號。

現(xiàn)有技術(shù)中，心跳檢測電路利用轉(zhuǎn)阻放大器(Transimpedance Amplifier，TIA，轉(zhuǎn)阻放大器又稱為電流電壓轉(zhuǎn)換器(Current-to-Voltage Converter))將流經(jīng)光電二極管或光電晶體管的光電流轉(zhuǎn)換成為電壓信號。然而，心跳信號的幅度相當(dāng)微小，容易受到來自環(huán)境的背景光影響，而轉(zhuǎn)阻放大器無法消除背景光電流，而影響對心跳信號判讀的精準(zhǔn)度。另外，轉(zhuǎn)阻放大器的功耗較高，且較易受到噪聲的影響。因此，現(xiàn)有技術(shù)實(shí)有改善的必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題在于提供一種轉(zhuǎn)換電路，可消除背景光電流的影響。

本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種轉(zhuǎn)換電路，用來將流經(jīng)感測組件的電流信號轉(zhuǎn)換成第一輸出電壓信號，所述轉(zhuǎn)換電路包含有：

第一電流消除電路，用來消除所述電流信號中的第一電流，所述第一電流 消除電路包含有：

電流采樣保持電路；以及

電流驅(qū)動電路，耦接于所述感測組件與所述電流采樣保持電路之間；

第二電流消除電路，耦接于所述感測組件，用來消除所述電流信號中的第二電流；

積分電路，耦接于所述感測組件，用來對所述電流信號中的第三電流進(jìn)行積分，具有第一積分輸出端和第二積分輸出端，在所述第一積分輸出端和所述第二積分輸出端之間輸出所述第一輸出電壓信號。

本發(fā)明實(shí)施例所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題在于提供一種檢測電路：包含有：

感光二極管，用來接收反射光并根據(jù)所述反射光產(chǎn)生電流信號；

如上所述的轉(zhuǎn)換電路；

全差分放大電路，包含有：

第一輸入端，耦接于所述轉(zhuǎn)換電路的第一積分輸出端；

第二輸入端，耦接于所述轉(zhuǎn)換電路的第二積分輸出端；

第一輸出端；以及

第二輸出端。

本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)換電路可消除電流信號中的背景光電流和基底電流，并利用積分電路對電流信號中的心跳電流進(jìn)行積分，以排除背景光電流和基底電流對心跳電流的影響，進(jìn)而提升檢測效能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的檢測電路的示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的轉(zhuǎn)換電路的示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的圖2中反向放大器的示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的圖2中另一反向放大器的示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的圖1中緩沖器的示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的圖1中全差分放大電路的示意圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的圖1中模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請參考圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的檢測電路10的示意圖。檢測電路10可用來檢測人體的心跳，其包含驅(qū)動電路102、發(fā)光二極管LED、感光二極管PD、轉(zhuǎn)換電路100、全差分放大電路104和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC。

驅(qū)動電路102耦接于發(fā)光二極管LED，用來產(chǎn)生基底信號SIG以驅(qū)動發(fā)光二極管LED。發(fā)光二極管LED根據(jù)基底信號SIG產(chǎn)生入射光λ1，入射光λ1照射于人體的特定部位，如手指FG，而手指FG即可產(chǎn)生反射光λ2，感光二極管PD用來接收反射光λ2并根據(jù)反射光λ2產(chǎn)生電流信號IPD。轉(zhuǎn)換電路100耦接于感光二極管PD，用來將電流信號IPD轉(zhuǎn)換成輸出電壓VO1，并將輸出電壓VO1輸出至全差分放大電路104，全差分放大電路104將輸出電壓VO1放大而成為電壓VO2并將電壓VO2輸出至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC將模擬電壓VO2轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號VO3并將數(shù)字信號VO3輸出至后端運(yùn)作電路以進(jìn)行后續(xù)運(yùn)算及處理。較佳地，檢測電路10可包含開關(guān)S1、S2和緩沖器BF1、BF2，開關(guān)S1、S2和緩沖器BF1、BF2耦接于轉(zhuǎn)換電路100與全差分放大電路104之間。

需注意的是，發(fā)光二極管LED所產(chǎn)生的入射光λ1為調(diào)制光，人體的心跳信號調(diào)制于基底信號SIG上而產(chǎn)生反射光λ2，而感光二極管PD根據(jù)反射光λ2產(chǎn)生電流信號IPD。因此，電流信號IPD包含有背景光電流IBG、基底電流ISIG和心跳電流IHB(即IPD＝IBG+ISIG+IHB)，其中，背景光電流IBG為來自環(huán)境的背景光且經(jīng)由感光二極管PD所造成的電流，基底電流ISIG為相關(guān)于信 號SIG的調(diào)制基底電流，而心跳電流IHB才是反應(yīng)出人體心跳的有用信號。然而，心跳電流IHB相對于背景光電流IBG和基底電流ISIG顯得相當(dāng)微小，在此情形下，轉(zhuǎn)換電路100可從電流信號IPD將心跳電流IHB擷取出來，即將心跳電流IHB與背景光電流IBG及基底電流ISIG區(qū)分。換句話說，轉(zhuǎn)換電路100可消除電流信號IPD中的背景光電流IBG和基底電流ISIG，并對電流信號IPD的心跳電流IHB進(jìn)行積分，如此一來，輸出電壓VO1即可真實(shí)反應(yīng)出人體心跳。

具體來說，請參考圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的轉(zhuǎn)換電路100的示意圖。轉(zhuǎn)換電路100包含有電流消除電路120(對應(yīng)第一電流消除電路)、電流消除電路122(對應(yīng)第二電流消除電路)、抑噪電容CAN1(對應(yīng)第一抑噪電容)、CAN2(對應(yīng)第二抑噪電容)和積分電路124。電流消除電路120、電流消除電路122和積分電路124皆耦接于感光二極管PD，電流消除電路120用來消除電流信號IPD中的背景光電流IBG(對應(yīng)第一電流)，電流消除電路122用來消除電流信號IPD中的基底電流ISIG(對應(yīng)第二電流)，積分電路124用來對電流信號IPD中的心跳電流IHB進(jìn)行積分(對應(yīng)第三電流)，產(chǎn)生輸出電壓VO1(對應(yīng)第一輸出電壓)并將輸出電壓VO1輸出至積分電路124的積分輸出端N1、N2之間，而檢測電路10透過開關(guān)S1、S2和緩沖器BF1、BF2將輸出電壓VO1傳遞至全差分放大電路104。另外，抑噪電容CAN1、CAN2分別耦接于積分輸出端N1、N2，抑噪電容CAN1、CAN2用來縮減轉(zhuǎn)換電路100整體的帶寬，進(jìn)而減低位于積分輸出端N1、N2之間噪聲的能量，而達(dá)到抑制噪聲的效果。

詳細(xì)來說，積分電路124包含反向放大器INV、積分電容Cint1、Cint2、積分開關(guān)S int1、S int2以及開關(guān)S3、S4。反向放大器INV具有輸入端和輸出端，如圖2所示，積分電容Cint1、Cint2分別耦接于反向放大器INV的輸入端與積分輸出端N1、N2之間，開關(guān)S3、S4亦分別耦接于反向放大器INV的輸入端與積分輸出端N1、N2之間，而積分開關(guān)S int1、S int2分別耦接于積分輸 出端N1、N2與反向放大器INV的輸出端之間。積分開關(guān)S int1、S int2分別受控于信號phi、phi’，其中信號phi、phi’為不相互重疊的頻率信號。在此情形下，在第一時(shí)間中，積分開關(guān)S int1關(guān)閉且積分開關(guān)S int2打開，積分電路124利用積分電容Cint1對電流信號IPD中的心跳電流IHB進(jìn)行積分，同時(shí)抑噪電容CAN1抑制積分電容Cint1的噪聲；而在第二時(shí)間中，積分開關(guān)S int2關(guān)閉且積分開關(guān)S int1打開，積分電路124利用積分電容Cint2對電流信號IPD中的心跳電流IHB進(jìn)行積分，同時(shí)抑噪電容CAN2抑制積分電容Cint2的噪聲。

需注意的是，隨著積分時(shí)間的拉長，積分輸出端N1、N2兩端點(diǎn)的電壓差(即輸出電壓VO1)將會逐漸拉大，且抑噪電容CAN1、CAN2已分別耦接于積分輸出端N1、N2，抑噪電容CAN1、CAN2不會產(chǎn)生過大的階躍響應(yīng)(Step Response)而可降低反向放大器INV的功耗，因此檢測電路10利用耦接于積分輸出端N1、N2的抑噪電容CAN1、CAN2實(shí)現(xiàn)低功耗和低噪聲的效能。

另外，電流消除電路122可由N型場效應(yīng)晶體管來實(shí)現(xiàn)，電流消除電路122可受控于信號phi’，換句話說，電流消除電路122可于第二時(shí)間中，產(chǎn)生電流以抵銷電流信號IPD中的基底電流ISIG。

電流消除電路120包含有電流采樣保持(Current Sample and Hold)電路140和電流驅(qū)動電路142。電流采樣保持電路140包含晶體管M7、采樣保持電容CSH和采樣保持開關(guān)SSH1。晶體管M7可為P型場效應(yīng)晶體管(P-Type Field Effect Transistor)，采樣保持電容CSH耦接于晶體管M7的源極(Source)與柵極(Gate)之間，采樣保持開關(guān)SSH1耦接于晶體管M7的柵極與漏極(Drain)之間。電流驅(qū)動電路142耦接于電流采樣保持電路140與感光二極管PD之間，電流驅(qū)動電路142包含有晶體管M8、M9、M10和采樣保持開關(guān)SSH2。其中晶體管M9可為P型場效應(yīng)晶體管，而晶體管M8、M10可為N型場效應(yīng)晶體管(N-Type Field Effect Transistor)。晶體管M9耦接于晶體管M7的源極與晶體管M8的柵極之間，晶體管M8的漏極耦接于晶體管M7的漏極，晶體管M8的源極和晶體管M10的柵極皆耦接于感光二極管PD。采樣保持開關(guān)SSH2的 一端耦接于晶體管M8的柵極和晶體管M9的漏極，而另一端耦接于晶體管M10的漏極。當(dāng)采樣保持開關(guān)SSH1、SSH2同時(shí)關(guān)閉時(shí)，電流消除電路120迅速地產(chǎn)生電流，以消除電流信號IPD中的背景光電流IBG。整體來說，電流消除電路120為一種快速電流采樣保持電路，除了可消除電流信號IPD中的背景光電流IBG外，還可以對感光二極管PD內(nèi)部的等效電容迅速地充電，以加速轉(zhuǎn)換電路100所需的初始化時(shí)間，進(jìn)而減小功耗。

由上述可知，轉(zhuǎn)換電路100利用電流消除電路120來消除電流信號IPD中的背景光電流IBG，利用電流消除電路122來消除電流信號IPD中的基底電流ISIG，利用積分電路124對電流信號IPD中的心跳電流IHB進(jìn)行積分，進(jìn)而提升檢測效能。更進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)換電路100利用耦接于積分輸出端N1、N2的抑噪電容CAN1、CAN2來抑制噪聲，達(dá)到低功耗和低噪聲的功效。

需注意的是，前述實(shí)施例是用以說明本發(fā)明的概念，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可據(jù)以做不同之修飾，而不限于此。例如，積分電路124中反向放大器INV的實(shí)現(xiàn)方式不限于特定架構(gòu)，舉例來說，請參考圖3，圖3為反向放大器30的示意圖。反向放大器30可用來實(shí)現(xiàn)反向放大器INV，反向放大器30包含晶體管M31、M32，晶體管M31為P型場效應(yīng)晶體管，而晶體管M32為N型場效應(yīng)晶體管。晶體管M31的柵極和漏極分別耦接于晶體管M32的柵極和漏極，晶體管M31和晶體管M32的柵極形成反向放大器30的輸入端，晶體管M31和晶體管M32的漏極形成反向放大器30的輸出端。

另一方面，請參考圖4，圖4為本發(fā)明實(shí)施例另一反向放大器40的示意圖，反向放大器40也可用來實(shí)現(xiàn)反向放大器INV，反向放大器40包含晶體管M41～M44和偏置電路400。偏置電路400包含晶體管M45、M46和電阻R1、R2。其中，晶體管M41、M43、M45為P型場效應(yīng)晶體管，晶體管M42、M44、M46為N型場效應(yīng)晶體管。

如圖4所示，晶體管M41的柵極耦接于晶體管M42的柵極而形成反向放大器40的輸入端，晶體管M43的漏極耦接于晶體管M44的漏極而形成反向放 大器40的輸出端。晶體管M41的漏極耦接于晶體管M43的源極，晶體管M42的漏極耦接于晶體管M44的源極，晶體管M43的柵極耦接于晶體管M46的漏極，晶體管M44的柵極耦接于晶體管M45的漏極，晶體管M45的柵極耦接于晶體管M46的柵極，電阻R1耦接于晶體管M45的柵極與漏極之間，電阻R2耦接于晶體管M46的柵極與漏極之間。

需注意的是，晶體管M41、M42與晶體管M43、M44形成共源共柵結(jié)構(gòu)(Cascode)，能進(jìn)一步提升反向放大器的直流增益，進(jìn)而減少積分電路124在第一時(shí)間與第二時(shí)間之間信號的耦合程度，提高積分電路124的線性度和信噪比。另一方面，偏置電路400的晶體管M45、M46分別與晶體管M41、M42相互呈鏡像關(guān)系，當(dāng)晶體管M41～M44的電壓變動時(shí)，偏置電路400的電壓會適應(yīng)性的隨之變動，即偏置電路400可增加反向放大器40的動態(tài)范圍。另外，電阻R1、R2可將晶體管M43的柵極電壓拉低并將晶體管M44的柵極電壓拉高，以防止晶體管M41、M42進(jìn)入線性區(qū)。

另外，緩沖器BF1、BF2的實(shí)現(xiàn)方式不限于特定架構(gòu)，舉例來說，請參考圖5，圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的緩沖器50的示意圖，緩沖器50可用來實(shí)現(xiàn)緩沖器BF1、BF2。緩沖器50包含開關(guān)501、503、504、電容502和晶體管505、506。在第三時(shí)間時(shí)，開關(guān)501、503關(guān)閉而開關(guān)504打開，電容502對積分電路124的輸出電壓進(jìn)行采樣；而在第四時(shí)間時(shí)，開關(guān)504關(guān)閉而開關(guān)501、503打開，緩沖器50將積分電路124的輸出電壓保持并輸出至全差分放大電路104。

另外，全差分放大電路104的實(shí)現(xiàn)方式不限于特定架構(gòu)，舉例來說，請參考圖6，圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的全差分放大電路60的示意圖，全差分放大電路60可用來實(shí)現(xiàn)全差分放大電路104。全差分放大電路60包含全差分運(yùn)算放大器610、電容603、606、607、603’、606’、607’以及開關(guān)601、602、604、605、608、609、601’、602’、604’、605’、608’、609’。開關(guān)602、605、609、602’、605’、609’受控于信號phi，而開關(guān)601、604、608、601’、604’、608’受控于信號phi’。在第二時(shí)間中，開關(guān)601、604、608、601’、604’、608’關(guān)閉且 開關(guān)602、605、609、602’、605’、609’打開，電容603、603’對來自緩沖器BF1、BF2的輸出電壓進(jìn)行采樣；在第一時(shí)間中，開關(guān)602、605、609、602’、605’、609’關(guān)閉且開關(guān)601、604、608、601’、604’、608’打開，全差分放大電路104將電容603、603’中所儲存的電荷轉(zhuǎn)移至電容606、606’中。透過信號phi、phi’控制開關(guān)，全差分放大電路60的電路架構(gòu)可完全消除偏移電壓(Offset)、有限增益和閃爍噪聲(Flicker Noise)所帶來的影響，進(jìn)而增進(jìn)全差分放大電路的效能。

另外，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC的實(shí)現(xiàn)方式不限于特定架構(gòu)，舉例來說，請參考圖7，圖7為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器70的示意圖，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器70可用來實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器70包含第一相關(guān)數(shù)組701、第二相關(guān)數(shù)組702、電容數(shù)組703、比較器704和邏輯模塊705。第一相關(guān)數(shù)組701和第二相關(guān)數(shù)組702均包含開關(guān)B1～BN，且第一相關(guān)數(shù)組701和第二相關(guān)數(shù)組702均耦接于電容數(shù)組703，電容數(shù)組703包含電容C、2C～2NC，邏輯模塊705根據(jù)比較器704的輸出結(jié)果控制第一相關(guān)數(shù)組701和第二相關(guān)數(shù)組702中開關(guān)B1～BN的導(dǎo)通狀態(tài)，將模擬電壓VO2轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號VO3。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器70其余操作細(xì)節(jié)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，故不在此贅述。

綜上所述，本發(fā)明的轉(zhuǎn)換電路可消除電流信號中的背景光電流和基底電流，并利用積分電路對電流信號中的心跳電流進(jìn)行積分，以排除背景光電流和基底電流對心跳電流的影響，進(jìn)而提升檢測效能。另外，轉(zhuǎn)換電路進(jìn)一步利用抑噪電容來抑制噪聲，達(dá)到低功耗和低噪聲的功效。

以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。