光電傳感器、光電檢測方法以及應用其的心率檢測設備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光電傳感器、光電檢測方法以及應用其的心率檢測設備，其特征在于，包括：發(fā)光設備，發(fā)出第一光信號；驅動電路，用以驅動所述發(fā)光設備工作；光電轉換電路，用以接收所述第一光信號經(jīng)物體反射回來的第二光信號，生成第一光電流；可編程電流放大電路，在所述發(fā)光設備工作階段，采樣并保持所述第一光電流，在所述發(fā)光設備停止工作階段，輸出一個或多個工作周期的與所述第一光電流的幅值成正比例和/或脈沖寬度成正比例的第二光電流。采用本發(fā)明提供的光電傳感器，能夠避免在檢測周期內(nèi)由于發(fā)光設備持續(xù)地工作而消耗過大的功耗，達到使得芯片有效地降低功耗的目的。
【專利說明】
光電傳感器、光電檢測方法以及應用其的心率檢測設備
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力電子技術，更具體地說，涉及一種應用于電子檢測設備中的 光電傳感器、光電檢測方法以及應用其的心率檢測設備。
【背景技術】
[0002] 光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉換 成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器廣泛地應 用于心率檢測裝置中。
[0003] 心率檢測傳感器可以檢測人的心率，人們通過檢測到當前的心率值來判斷自己的 健康狀況。心臟的收縮和擴張使血液在血管中波狀流動，血管中流過的血液量對光的反射 率不同，心率檢測傳感器就是通過檢測反射回來的光的波動計算出當前被檢測人的心率。
[0004] 心率檢測傳感器在檢測被檢測人的心率時需要被檢測人把手指或者手腕緊貼在 芯片上，芯片內(nèi)的發(fā)光設備向目標發(fā)射檢測光，然后通過光電轉換電路檢測手指或手腕反 射回來的檢測光的強度。光電轉換電路經(jīng)光照后產(chǎn)生光電流，光電流通過模數(shù)轉換電路轉 換成數(shù)值，多次連續(xù)檢測就可得出被檢測人的心率。
[0005] 心率檢測傳感器主要應用在便攜式設備中，例如手環(huán)，手機，智能手表等電子產(chǎn)品 中，這類以電池供電的產(chǎn)品對于功耗的要求比較高。芯片內(nèi)部集成的發(fā)光設備驅動的功耗 是心率檢測傳感器的主要功耗，但是發(fā)光設備發(fā)出的光的強弱和發(fā)光時間直接影響光電轉 換電路接收到的光信號的幅值，幅值微弱變化的分辨直接受限于積分型數(shù)模轉換器分辨 率，繼而影響傳感器的輸出，所以發(fā)光設備發(fā)出的光不能太弱，也不能時間過短，這樣功耗 就比較高。
[0006] 在實際應用中，被檢測人手指或手腕中的血液反射回來的檢測光非常弱，為了提 高心率檢測傳感器的檢測精度，通常的做法一般有下面幾種:一是增大驅動發(fā)光設備的驅 動電流，使發(fā)光設備發(fā)出更強的光，二是增大血液發(fā)射回來的光強;或者增加發(fā)光設備的個 數(shù)，同樣也使光電轉換電路接收到更多的光;三是在檢測周期內(nèi)，增長發(fā)光設備發(fā)光的時 間；四是增大光電轉換電路的感光面積。但是，這些方法的缺點在于:增加了芯片的功耗或 是增加了芯片的面積，這兩大缺點大大削弱了該芯片運用在便攜式設備中的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種光電傳感器、光電檢測方法以及應用其的心率檢測 設備，以解決現(xiàn)有技術中，光電傳感器功耗過高的問題。
[0008] 第一方面，提供一種光電傳感器，包括
[0009] 發(fā)光設備，發(fā)出第一光信號；
[0010] 驅動電路，用以驅動所述發(fā)光設備工作；
[0011] 光電轉換電路，用以接收所述第一光信號經(jīng)物體反射回來的第二光信號，生成第 一光電流；
[0012] 可編程電流放大電路，在一個檢測周期內(nèi)，當所述發(fā)光設備處于工作階段，采樣并 保持所述第一光電流，當所述發(fā)光設備處于停止工作階段，輸出一個或多個工作周期的第 二光電流，所述第二光電流用以表征所述第一光電流平均值的大小。
[0013] 優(yōu)選地，所述第一光電流和所述第二光電流為脈沖式光電流信號，并且，所述第二 光電流與所述第一光電流的幅值和/或脈沖寬度成正比例關系。
[0014] 優(yōu)選地，在一個檢測周期內(nèi)，所述驅動電路驅動所述發(fā)光設備工作至少一個工作 周期。
[0015] 優(yōu)選地，所述可編程電流放大電路包括采樣保持電路和第二光電流生成電路，
[0016] 所述采樣保持電路用以在所述發(fā)光設備工作階段，對所述第一光電流進行采樣和 保持；
[0017] 所述第二光電流生成電路用以在所述發(fā)光設備停止工作階段，生成所述第二光電 流。
[0018] 優(yōu)選地，所述采樣保持電路包括第一晶體管、第二晶體管、第一開關以及第一電 容，
[0019] 所述第一晶體管和所述第二晶體管構成電流鏡結構；
[0020] 所述第一開關的一端連接在所述第一晶體管柵極和所述第二晶體管的柵極的公 共節(jié)點，另一端連接至所述第一電容的第一端，所述第一電容的第二端接地。
[0021] 優(yōu)選地，所述第二光電流生成電路包括多個并聯(lián)的電流單元，其中，
[0022] 每個電流單元包括串聯(lián)連接的開關和晶體管，每個電流單元的第一端共同接至所 述可編程電流放大電路的輸出端，第二端接地；
[0023] 每個電流單元中的晶體管的柵極共同連接至所述第一電容的第一端。
[0024] 優(yōu)選地，所述每個電流單元的第一端通過第二開關接至所述可編程電流放大電路 的輸出端，通過控制所述第二開關在每個工作周期的導通時間，調節(jié)所述第二光電流的脈 沖寬度。
[0025] 優(yōu)選地，所述多個并聯(lián)的電流單元中晶體管的尺寸依次成一定的比例關系。
[0026] 優(yōu)選地，還包括積分型模數(shù)轉換器，所述積分型模數(shù)轉換器接收所述第二光電流， 將其轉換成數(shù)值，作為所述光電傳感器的輸出信號。
[0027] 優(yōu)選地，還包括積分型模數(shù)轉換器，所述積分型模數(shù)轉換器接收所述第一光電流 和所述第二光電流，將其轉換成數(shù)值，作為所述光電傳感器的輸出信號。
[0028] 第二方面，提供一種心率檢測設備，包括:上述光電傳感器。
[0029]第三方面，提供一種光電檢測方法，包括：
[0030]利用發(fā)光設備，發(fā)出第一光信號；
[0031] 采用光電轉換電路接收所述第一光信號經(jīng)物體反射回來的第二光信號，并生成第 一光電流；
[0032] 在一個檢測周期內(nèi)，當所述發(fā)光設備處于工作階段，采樣并保持所述第一光電流， 當所述發(fā)光設備處于停止工作階段，輸出一個或多個工作周期的第二光電流，所述第二光 電流用以表征所述第一光電流平均值的大小。
[0033] 優(yōu)選地，所述第一光電流和所述第二光電流為脈沖式光電流信號，并且，所述第二 光電流與所述第一光電流的幅值成正比例和/或脈沖寬度成正比例。
[0034] 優(yōu)選地，在一個檢測周期內(nèi)，所述發(fā)光設備工作至少一個工作周期。
[0035] 優(yōu)選地，生成所述第二光電流的步驟包括：
[0036] 在所述發(fā)光設備工作階段，對所述第一光電流進行采樣和保持；
[0037]在所述發(fā)光設備停止工作階段，根據(jù)所述第一光電流的采樣保持信號，生成所述 第二光電流。
[0038]優(yōu)選地，利用一模數(shù)轉換器將所述第二光電流轉換成數(shù)值，作為光電傳感的檢測 結果。
[0039] 本發(fā)明技術通過在電流放大器中加入采樣保持電路，該電路在發(fā)光設備發(fā)出脈沖 式光信號的同時開始采樣，在發(fā)光設備停止工作之前，采樣保持電路切換在保持階段，重復 輸出脈沖寬度，幅值可調的光信號，避免在檢測期間發(fā)光設備持續(xù)的工作，消耗過大的功 耗，在芯片能實現(xiàn)功能的同時有效降低功耗。
【附圖說明】
[0040] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù) 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0041 ]圖1為依據(jù)本發(fā)明的光電傳感器的結構框圖；
[0042]圖2為光電傳感器中可編程電流放大電路的電路示意圖；
[0043]圖3為光電傳感器的一個工作波形圖；
[0044] 圖4為光電傳感器的另一個工作波形圖；
[0045] 圖5為光電檢測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0046] 以下基于實施例對本發(fā)明進行描述，但是本發(fā)明并不僅僅限于這些實施例。在下 文對本發(fā)明的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領域技術人員來說沒有 這些細節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。為了避免混淆本發(fā)明的實質，公知的方法、過 程、流程、元件和電路并沒有詳細敘述。
[0047] 此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且 附圖不一定是按比例繪制的。
[0048]同時，應當理解，在以下的描述中，"電路"是指由至少一個元件或子電路通過電氣 連接或電磁連接構成的導電回路。當稱元件或電路"連接到"另一元件或稱元件/電路"連接 在"兩個節(jié)點之間時，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件，元件之 間的連接可以是物理上的、邏輯上的、或者其結合。相反，當稱元件"直接耦接到"或"直接連 接到"另一元件時，意味著兩者不存在中間元件。
[0049] 除非上下文明確要求，否則整個說明書和權利要求書中的"包括"、"包含"等類似 詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義;也就是說，是"包括但不限于"的含 義。
[0050] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語"第一"、"第二"等僅用于描述目的，而不 能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，"多個"的含義 是兩個或兩個以上。
[0051] 圖1所示為依據(jù)本發(fā)明的光電傳感器的結構框圖。如圖1所示，光電傳感器包括驅 動電路11，發(fā)光設備（以發(fā)光二極管LED為例），光電轉換電路（以光電二極管PD為例），可編 程電流放大電路13以及積分型模數(shù)轉換器14。
[0052] 驅動電路11用以驅動發(fā)光二極管LED工作，使得發(fā)光二極管LED發(fā)出第一光信號 Ll。在本發(fā)明中，驅動電路11使得發(fā)光二極管LED發(fā)出脈沖式的第一光信號Ll。發(fā)光二極管 LED可以是內(nèi)置的也可以是外置的，且發(fā)光二極管LED為單色光發(fā)光二極管。
[0053]第一光信號Ll經(jīng)被檢測物體12的反射，生成檢測光，記為第二光信號L2。
[0054]光電二極管PD，用以接收第一光信號Ll經(jīng)物體12反射回來的第二光信號L2,并將 第二光信號L2生成第一光電流II。由于第一光信號Ll是脈沖式信號，故其經(jīng)物體反射回來 的第二光信號L2也是脈沖式信號，進而光電二極管將第二光信號L2進行光電轉換后輸出 的第一光電流Il也是脈沖式信號。
[0055]光電二極管PD是對發(fā)光二極管LED所發(fā)出的光比較敏感的二極管，光電二極管PD 可以是內(nèi)置的，也可以是外接的。
[0056]可編程電流放大電路13,在發(fā)光二極管LED工作階段，采樣并保持第一光電流II， 在發(fā)光二極管LED停止工作階段，輸出一個或多個工作周期的第二光電流12,第二光電流12 用以表征第一光電流Il的大小。第二光電流12與第一光電流Il的幅值和/或脈沖寬度正比 例關系。
[0057] 在一個檢測周期中，驅動電路11驅動發(fā)光二極管LED工作至少一個工作周期，發(fā)光 二極管LED發(fā)出包含至少一個脈沖的第一光信號Ll，這使得光電二極管PD可以輸出包含至 少一個脈沖的第一光電流II，由于在可編程電流放大電路13中加入了采樣保持電路，可編 程電流放大電路13在發(fā)光二極管LED發(fā)出脈沖式的第一光信號Ll的同時開始米樣，在發(fā)光 二極管LED停止工作之前，采樣保持電路切換在保持階段，第一光電流Il被保持住，然后，在 發(fā)光二極管LED停止工作階段，輸出一個或多個工作周期的與第一光電流Il的幅值成正比 例和/或脈沖寬度成正比例的第二光電流12。從而，可以避免在檢測期間，由于發(fā)光二極管 LED持續(xù)的工作而引起的驅動損耗過大的問題?？删幊屉娏鞣糯箅娐?3在發(fā)光二極管LED停 止工作階段，持續(xù)輸出第二光電流12,以供后級電路根據(jù)此電流放大信號生成檢測數(shù)值 DATA作為光電傳感器的輸出。
[0058]圖2為光電傳感器中可編程電流放大電路13的電路示意圖。如圖2所示，可編程電 流放大電路13包括采樣保持電路21和第二光電流生成電路22。
[0059] 采樣保持電路21用以在發(fā)光二極管LED工作階段，對第一光電流Il進行采樣和保 持。
[0060] 采樣保持電路21包括第一晶體管Ml、第二晶體管M2、第一開關Sl以及第一電容Cl， 進一步地，還包括一運算放大器Al。第一晶體管Ml和第二晶體管M2構成電流鏡結構，在本實 施例中，以同柵同源型的電流鏡為例加以說明，當然，其他結構的電流鏡也可以應用在本發(fā) 明中。也即，在本實施例中，第一晶體管Ml的源極與第二晶體管M2的源極相連，第一晶體管 Ml的柵極與第二晶體管M2的柵極相連。進一步地，第一晶體管Ml的柵極可以通過一運算放 大器Al與第二晶體管M2的柵極相連，具體地，將第一晶體管Ml的柵極連接至運算放大器Al 的同相輸入端，運算放大器Al的反相輸入端和輸出端均連接至第二晶體管M2的柵極，由此， 運算放大器Al不僅具有電壓跟隨的作用，即讓第二晶體管M2的柵極電壓跟隨第一晶體管Ml 的柵極電壓，同時也起到隔離的作用，使得其后級電路的工作不影響前級電路。第一晶體管 Ml的漏極接收第一光電流II，第一晶體管Ml和第二晶體管M2構成電流鏡結構可以將可編程 電流放大電路輸入端第一光電流Il的電流同比例地拷貝到輸出端。
[0061]可以理解的是，當采樣保持電路21不包括所述運算放大器Al時，第一開關Sl的一 端連接在第一晶體管Ml的柵極和第二晶體管M2的柵極的公共節(jié)點；當采樣保持電路21包括 所述運算放大器Al時，第一開關Sl的一端連接在運算放大器Al的反相輸入端和第二晶體管 M2的柵極的公共節(jié)點；另一端均連接至第一電容Cl的第一端，第一電容Cl的第二端接地。 [0062]在驅動電路11驅動發(fā)光二極管LED工作階段，光電二極管PD輸出第一光電流II，可 編程電流放大電路13接收第一光電流Il，此時，第一開關Sl閉合導通，第一電容Cl的第一端 電壓VCl即為第二晶體管M2的柵極電壓，也等于，第一晶體管Ml的柵極電壓VG，由于第一晶 體管Ml和第二晶體管M2均工作在線性狀態(tài)，其柵源電壓與流過其的電流具有特定的對應關 系，又因為其源極均接地，所以，采樣其流過第一光電流Il時的柵極電壓VG，即可以得到所 述第一光電流Il的采樣信號，即第一電容Cl的第一端電壓VCl。在發(fā)光二極管LED停止工作 之前，斷開第一開關Sl，第一電容Cl的第一端電壓VCl便維持在第一晶體管Ml和第二晶體管 M2的柵極電壓VG。
[0063] 第二光電流生成電路22用以在發(fā)光二極管LED停止工作階段，生成第二光電流12。 第二光電流12與第一光電流Il的幅值成正比例和/或脈沖寬度成正比例。
[0064] 第二光電流生成電路22包括多個并聯(lián)的電流單元22-n，其中，每個電流單元22-n 包括串聯(lián)連接的開關和晶體管，每個電流單元22-n的第一端共同接至可編程電流放大電路 13的輸出端，第二端接地，每個電流單元22-n中的晶體管的柵極共同連接至第一電容Cl的 第一端。每個電流單元22-n中的開關閉合導通時，該條支路的電流連接至可編程電流放大 電路13的輸出端;每個電流單元22-n中的開關關斷時，該條支路的電流與可編程電流放大 電路13的輸出端斷開。通過控制第二光電流生成電路22中多個并聯(lián)的電流單元22-n中的開 關的導通和關斷狀態(tài)，可以調節(jié)第二光電流12的幅值。
[0065]多個并聯(lián)的電流單元22-n中晶體管的尺寸是依次與第一晶體管Ml成一定比例的， 第一晶體管Ml和第二晶體管M2是同尺寸的。這里，兩個晶體管的尺寸相同指的是，在同一個 驅動電壓下，流過兩個晶體管的電流大小相同，同理，兩個晶體管的尺寸成一定比例指的 是，在同一個驅動電壓下，流過兩個晶體管的電流大小成一定比例。在一個實施例中，可將 多個并聯(lián)的電流單元22-n中晶體管的尺寸設置為依次與第一晶體管Ml的尺寸成2的m次方 倍，m為自然數(shù)，例如，將第三晶體管M3的尺寸設置為與第一晶體管Ml的尺寸相同，將第四晶 體管M4的尺寸設置為第一晶體管Ml的尺寸的2倍，將第五晶體管M5的尺寸設置為第一晶體 管Ml的尺寸的4倍，依次類推。這樣，在每個晶體管的柵極電壓均為第一電容Cl的第一端電 壓VCl時，流過每個電流單元的電流大小也依次與第一光電流Il成2的m次方倍。由此，可以 根據(jù)電流增益的大小，來調節(jié)多個并聯(lián)的電流單元22-n中開關的導通和閉合狀態(tài)，使第二 光電流12的大小滿足工作要求。
[0066]進一步地，每個電流單元22-n的第一端可以通過第二開關S2接至可編程電流放大 電路13的輸出端，通過控制第二開關S2在每個工作周期的導通時間，可以調節(jié)第二光電流 12的脈沖寬度。
[0067] 可以理解的是，無論是使得第二光電流12與第一光電流Il的幅值成正比例，或者 使得第二光電流12與第一光電流Il的脈沖寬度成正比例，再或者，使得第二光電流12與第 一光電流Il的幅值和脈沖寬度均成一定的比例關系，都可以使第二光電流12的平均值與第 一光電流Il的平均值成一定的比例關系，使得在發(fā)光二極管LED停止工作的階段，可編程電 流放大電路13中生成的第二光電流12能夠準確地表征第一光電流Il的大小，從而后級電路 在發(fā)光二極管LED不工作的階段，根據(jù)第二光電流12也可以生成檢測數(shù)值DATA，由此可以降 低驅動電路11的損耗，提尚系統(tǒng)的工作效率。
[0068] 積分型模數(shù)轉換器14,接收第二光電流12,或者，接收第一光電流Il和第二光電流 12，將其轉換成數(shù)值DATA，作為光電傳感器的輸出信號，該數(shù)值DATA即表征光電傳感器的檢 測結果。積分型模數(shù)轉換器14可以是電流型模數(shù)轉換器，也可以先把可編程電流放大電路 13輸出的第二光電流12轉換成電壓，采用電壓型積分型模數(shù)轉換器進行處理。
[0069] 可以理解的是，光電傳感器還可以包括一電流鏡電路，連接在光電二極管PD的輸 出端和可編程電流放大電路13之間，用以改變第一光電流Il的流向，同時隔離光電二極管 ro對后級電路的干擾。
[0070] 進一步地，光電傳感器還包括時序控制器15,時序控制器15用以輸出控制可編程 電流放大電路13的增益和開關邏輯信號Sl~S6以及驅動電路11的控制信號。
[0071] 在一個優(yōu)選的實施例中，可以將第二光電流12的脈沖寬度設置為與第一光電流Il 相等，且第二光電流12的幅值可以根據(jù)電流增益來調節(jié)。在該實施例中，可以將第二開關的 開關邏輯信號S2設置為與驅動電路11輸出的驅動發(fā)光二極管LED工作的驅動信號同頻率且 具有相同的占空比，這樣，可以提高可編程電流放大電路13的電流放大精度。
[0072] 至此，由于在可編程電流放大電路13中加入了采樣保持電路21，該電路在發(fā)光二 極管LED發(fā)出脈沖式的第一光信號Ll的同時開始采樣，在發(fā)光二極管LED停止工作之前，斷 開第一開關Sl，采樣保持電21切換在保持階段，在發(fā)光二極管LED停止工作之后，第二光電 流生成電路22重復輸出與第一光電流Il的幅值和/或脈沖寬度成正比例關系的第二光電流 12，避免在檢測期間內(nèi)發(fā)光二極管LED持續(xù)的工作，消耗過大的功耗，從而使得芯片能夠有 效地降低功耗。
[0073] 圖3為光電傳感器的一個工作波形圖，下面結合工作波形來說明本發(fā)明提供的光 電傳感器的工作過程，如圖3所示：
[0074]在如~。階段，發(fā)光二極管LED不工作，系統(tǒng)處于復位階段，第一開關Sl和第二開關 均S2關斷，其中，為流過發(fā)光二極管LED的電流。
[0075]在。~12階段，流過發(fā)光二極管LED的電流Iled為有效的高電平，發(fā)光二極管LED開 始發(fā)光，此時第一開關Sl閉合，第二開關S2斷開，可編程電流放大電路13開始采樣光電二極 管PD接收到的脈沖式的第一光電流11;在丨 2時刻，開關Sl斷開，此時晶體管1314、15、16的 柵端電壓等于在開關Sl斷開時場效應管Ml的柵電壓值。
[0076] 在t2~t3階段，在t2時刻，第一開關Sl斷開，此時晶體管M3~M6的柵極電壓等于在 第一開關Sl斷開時第一晶體管Ml的柵極電壓值，在t3時刻，發(fā)光二極管LED停止工作，此時 第一開關Sl和第二S2均斷開。
[0077] 在t3~t4階段，發(fā)光二極管LED不工作，第一開關Sl斷開，晶體管1314、15、16的柵 端電壓等于在開關SI斷開時場效應管Ml的柵電壓值，晶體管Ml~M6實際上均是電流鏡結 構，所以流過其的電流是一樣的或者是成正比例的，時序控制器15控制第二開關S2的閉合 與斷開，可編程電流放大電路13輸出與第二光電流12給積分型模數(shù)轉換器14,其中，第二光 電流12的幅值由時序控制器控制的開關S3~S6的斷開或者閉合實現(xiàn)，且該幅值與脈沖式電 流成正比例，開關S3~S6的通斷控制可編程電流放大電路13的電流放大增益，由此，可編程 電流放大電路13可以在發(fā)光二極管LED不工作的階段，輸出一個或者多個工作周期的電流 放大信號，即第二光電流12,該電流放大信號可以表征檢測信號，即第一電流Il的大小，在 這個階段中，積分型模數(shù)轉換器14根據(jù)第二光電流12,生成數(shù)值DATA，作為光電傳感器的輸 出信號。
[0078]從t4時刻開始重復以上的步驟工作。
[0079] 下面結合圖3所示的工作波形，來闡述本發(fā)明能夠實現(xiàn)低功耗的原理：
[0080] 結合圖3可知，若芯片電路采用本發(fā)明提供的技術，發(fā)光二極管LED在一個檢測周 期內(nèi)的平均功耗為：
[0081]
[0082] 即在一個檢測周期內(nèi)，發(fā)光二極管可以只發(fā)出一次光信號脈沖，積分型數(shù)模轉換 器14接收到的η個脈沖型電流是由可編程電流放大電路13提供的。
[0083] 若不采用本發(fā)明提供的技術，若要達到同樣的效果，發(fā)光二極管LED在一個檢測周 期內(nèi)的平均功耗為：
[0084]
[0085] 其中η為發(fā)光二極管發(fā)出的脈沖光信號，也就是積分型數(shù)模轉換器14接收到的脈 沖型電流的脈沖個數(shù)。由此可見，采用本本發(fā)明提供的技術，可以使驅動發(fā)光二極管LED的 功耗降低為未采用本發(fā)明提供的技術的電路的1/n倍。
[0086] 至此，由于在可編程電流放大電路13中加入了采樣保持電路21，該電路在發(fā)光二 極管LED發(fā)出脈沖式的第一光信號Ll的同時開始采樣，在發(fā)光二極管LED停止工作之前，斷 開第一開關Sl，采樣保持電21切換在保持階段，在發(fā)光二極管LED停止工作之后，第二光電 流生成電路22重復輸出與第一光電流Il的幅值和/或脈沖寬度成正比例關系的第二光電流 12,避免在一定的時間內(nèi)發(fā)光二極管LED持續(xù)的工作，消耗過大的功耗，從而使得芯片能夠 有效地降低功耗。
[0087] 圖4為光電傳感器的另一個工作波形圖。
[0088] 如圖4所示，該波形所示的工作過程，與圖3所示的工作過程的區(qū)別在于，在ti~t3 階段，第二開關S2是閉合的，即在采樣保持電路21采樣保持第一光電流Il時，可編程電流放 大電路13便輸出流經(jīng)第二晶體管M2的原始采樣電流，也即，用于進行積分的輸出電流Iout 中，包含原始采樣電流Il和第二光電流12,這樣有利于提高光電傳感器的工作精度。
[0089] 至此，由于在可編程電流放大電路13中加入了采樣保持電路21，該電路在發(fā)光二 極管LED發(fā)出脈沖式的第一光信號Ll的同時開始采樣，在發(fā)光二極管LED停止工作之前，斷 開第一開關Sl，采樣保持電21切換在保持階段，在發(fā)光二極管LED開始工作后，可編程電流 放大電路13便重復輸出與第一光電流Il的幅值和/或脈沖寬度成正比例關系的輸出電流 lout，避免在一定的時間內(nèi)發(fā)光二極管LED持續(xù)的工作，消耗過大的功耗，從而使得芯片能 夠有效地降低功耗。
[0090] 此外，本發(fā)明還提供一種光電檢測方法，包括以下步驟：
[0091] 501:利用發(fā)光設備，發(fā)出第一光信號；
[0092] 502:采用光電轉換電路接收所述第一光信號經(jīng)物體反射回來的第二光信號，并生 成第一光電流；
[0093] 503:在一個檢測周期內(nèi)，當所述發(fā)光設備處于工作階段，采樣并保持所述第一光 電流，當所述發(fā)光設備處于停止工作階段，輸出一個或多個工作周期的第二光電流，所述第 二光電流用以表征所述第一光電流平均值的大小。
[0094]其中，第一光電流Il和第二光電流12為脈沖式光電流信號，并且，第二光電流12與 第一光電流Il的幅值成正比例和/或脈沖寬度成正比例。在一個檢測周期內(nèi)，發(fā)光設備工作 至少一個工作周期。
[0095]生成第二光電流12的步驟包括：
[0096]在發(fā)光設備工作階段，對第一光電流Il進行采樣和保持；
[0097]在發(fā)光設備停止工作階段，根據(jù)第一光電流Il的采樣保持信號，生成第二光電流 12。
[0098] 光電檢測方法還包括，利用一模數(shù)轉換器將第二光電流12轉換成數(shù)值，作為光電 傳感的檢測結果。
[0099] 本發(fā)明提供的光電檢測方法通過在發(fā)光設備發(fā)出脈沖式光信號的同時開始采樣 第一光電流，在發(fā)光設備停止工作之前，采樣保持第一光電流，在發(fā)光設備停止工作之后， 輸出與第一光電流的幅值成正比例和/或脈沖寬度成正比例的第二光電流，避免在檢測期 間發(fā)光設備持續(xù)的工作，為驅動其工作而消耗過大的功耗，在芯片能實現(xiàn)功能的同時有效 降低功耗。
[0100] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域技術人員 而言，本發(fā)明可以有各種改動和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同 替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 一種光電傳感器，其特征在于，包括： 發(fā)光設備，發(fā)出第一光信號； 驅動電路，用以驅動所述發(fā)光設備工作； 光電轉換電路，用以接收所述第一光信號經(jīng)物體反射回來的第二光信號，生成第一光 電流； 可編程電流放大電路，在一個檢測周期內(nèi)，當所述發(fā)光設備處于工作階段，采樣并保持 所述第一光電流，當所述發(fā)光設備處于停止工作階段，輸出一個或多個工作周期的第二光 電流，所述第二光電流用以表征所述第一光電流平均值的大小。2. 根據(jù)權利要求1所述的光電傳感器，其特征在于，所述第一光電流和所述第二光電流 為脈沖式光電流信號，并且，所述第二光電流與所述第一光電流的幅值和/或脈沖寬度成正 比例關系。3. 根據(jù)權利要求1所述的光電傳感器，其特征在于，在一個檢測周期內(nèi)，所述驅動電路 驅動所述發(fā)光設備工作至少一個工作周期。4. 根據(jù)權利要求1所述的光電傳感器，其特征在于，所述可編程電流放大電路包括采樣 保持電路和第二光電流生成電路， 所述采樣保持電路用以在所述發(fā)光設備工作階段，對所述第一光電流進行采樣和保 持； 所述第二光電流生成電路用以在所述發(fā)光設備停止工作階段，根據(jù)所述第一光電流的 采樣保持信號，生成所述第二光電流。5. 根據(jù)權利要求4所述的光電傳感器，其特征在于，所述采樣保持電路包括第一晶體 管、第二晶體管、第一開關以及第一電容， 所述第一晶體管和所述第二晶體管構成電流鏡結構； 所述第一開關的一端連接在所述第一晶體管柵極和所述第二晶體管的柵極的公共節(jié) 點，另一端連接至所述第一電容的第一端，所述第一電容的第二端接地。6. 根據(jù)權利要求4所述的光電傳感器，其特征在于，所述第二光電流生成電路包括多個 并聯(lián)的電流單元，其中， 每個電流單元包括串聯(lián)連接的開關和晶體管，每個電流單元的第一端共同接至所述可 編程電流放大電路的輸出端，第二端接地； 每個電流單元中的晶體管的柵極共同連接至所述第一電容的第一端。7. 根據(jù)權利要求6所述的光電傳感器，其特征在于，所述每個電流單元的第一端通過第 二開關接至所述可編程電流放大電路的輸出端，通過控制所述第二開關在每個工作周期的 導通時間，調節(jié)所述第二光電流的脈沖寬度。8. 根據(jù)權利要求6或7所述的光電傳感器，其特征在于，所述多個并聯(lián)的電流單元中晶 體管的尺寸依次成一定的比例關系。9. 根據(jù)權利要求1所述的光電傳感器，其特征在于，還包括積分型模數(shù)轉換器，所述積 分型模數(shù)轉換器接收所述第二光電流，將其轉換成數(shù)值，作為所述光電傳感器的輸出信號。10. 根據(jù)權利要求1所述的光電傳感器，其特征在于，還包括積分型模數(shù)轉換器，所述積 分型模數(shù)轉換器接收所述第一光電流和所述第二光電流，將其轉換成數(shù)值，作為所述光電 傳感器的輸出信號。11. 一種心率檢測設備，其特征在于，包括： 根據(jù)權利要求1-10中任一項所述的光電傳感器。12. -種光電檢測方法，其特征在于，包括： 利用發(fā)光設備，發(fā)出第一光信號； 采用光電轉換電路接收所述第一光信號經(jīng)物體反射回來的第二光信號，并生成第一光 電流； 在一個檢測周期內(nèi)，當所述發(fā)光設備處于工作階段，采樣并保持所述第一光電流，當所 述發(fā)光設備處于停止工作階段，輸出一個或多個工作周期的第二光電流，所述第二光電流 用以表征所述第一光電流平均值的大小。13. 根據(jù)權利要求12所述的光電檢測方法，其特征在于，所述第一光電流和所述第二光 電流為脈沖式光電流信號，并且，所述第二光電流與所述第一光電流的幅值成正比例和/或 脈沖寬度成正比例。14. 根據(jù)權利要求12所述的光電檢測方法，其特征在于，在一個檢測周期內(nèi)，所述發(fā)光 設備工作至少一個工作周期。15. 根據(jù)權利要求12所述的光電檢測方法，其特征在于，生成所述第二光電流的步驟包 括： 在所述發(fā)光設備工作階段，對所述第一光電流進行采樣和保持； 在所述發(fā)光設備停止工作階段，根據(jù)所述第一光電流的采樣保持信號，生成所述第二 光電流。16. 根據(jù)權利要求12所述的光電檢測方法，其特征在于，利用一模數(shù)轉換器將所述第二 光電流轉換成數(shù)值，作為光電傳感的檢測結果。
【文檔編號】A61B5/024GK105962922SQ201610247159
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】張寶玉, 何惠森, 邵麗麗, 張艷倪
【申請人】矽力杰半導體技術(杭州)有限公司