技术领域
[0001] 本公开涉及一种在
接近传感器的环境中检测目标的接近传感器，其中，传感器被配置为执行串扰补偿。
背景技术
[0002] 接近传感器用于检测在接近传感器的环境中目标的存在和/或目标与接近传感器之间的距离。在接近传感器被配置为光传感器的情况下，例如IR(红外)光的脉冲的光
信号可以由传感器的发送
电路的
光源朝向目标发射。发射的
光信号在目标处被反射并在接近传感器的接收电路处被接收。接收电路被配置为评估在目标处反射之后检测到的光信号，并确定目标的存在和/或接近传感器与目标之间的距离。
[0003] 接近
传感器系统可以包括耦合至
驱动器的IR发光
二极管。与例如接近
调制器子系统的接收电路同步地，驱动器驱动IR
发光二极管以产生周期性的IR脉冲。在存在目标或障碍物的情况下，脉冲
能量中的一些被反射回来，以在接收电路中作为光检测器使用的IR
光电二极管中产生类似的脉冲光
电流分布。
[0004] 可以通过评估光电流并通过接收电路将其转换为相应的
输出信号(例如
输出电压)来测量反射能量。测量由此产生的输出电压，并通过模数电路(ADC)将其转换为数字输出，以供任何后端处理单元进一步操纵。能够根据表示反射信号强度的ADC输出数据来提取目标的存在以及目标与接近传感器之间的距离。
[0005] 通常，发射的光信号不仅在目标处被反射，而且还会在干扰物体处被反射。因此，反射光信号不仅具有有用分量。在正常情况下，反射光信号除具有由发射的光信号在目标处的反射所引起的有用的光反射分量外，还经常具有由发射的光信号在干扰物体处的反射所引起的一些不希望/噪声光反射分量。在下文中，不希望的光反射分量或噪声分量将称为光串扰。
[0006] 光学接近传感器可以用于
移动电话中，以检测目标的存在/到目标的距离，该目标例如为用户的头部/
耳朵。在这种情况下，接近传感器的发送电路向例如用户的头部/耳朵的目标发射光信号。接近传感器的接收电路检测在目标、特别是用户的头部/耳朵处反射的光信号，以检测用户的头部/耳朵的存在，尤其是移动电话到用户的距离。如果检测到与目标接近，则根据检测到的场景来改变移动电话的一些操作参数。作为示例，如果移动电话中包括的接近传感器检测到用户与移动电话接近，例如在通话期间移动电话被压到的用户的耳朵存在，则可以关闭或降低移动电话的显示器的光强度以节省电
力。
[0007] 参考在移动电话中使用接近传感器的示例，反射光信号的串扰分量是由所发送的光信号(例如IR LED脉冲能量)在移动电话的封装件、反射手机玻璃等处的反射产生的。为了提取和转换从目标接收的反射能量，必须对反射光信号的这种不希望/噪声分量进行补偿。
[0008] 需要提供一种接近传感器，其在保持高
分辨率的同时允许在扩展的范围内进行串扰补偿。
发明内容
[0009] 在
权利要求1中规定具有串扰补偿的接近传感器的
实施例。
[0010] 所述接近传感器包括发送电路，以发送要在目标和干扰物体处反射的信号。接近传感器还包括接收电路，以接收具有有用分量和噪声分量的反射信号。所述接收电路包括输出
节点，以根据接近传感器与目标的距离提供输出信号。所述接收电路还包括信号节点，以施加由接收电路根据反射信号产生的评估信号。
[0011] 所述接收电路还包括串扰补偿电路，以产生输出信号。所述串扰补偿电路耦合到信号节点。所述串扰补偿电路包括的第一充电电路以提供第一电荷，并包括第二充电电路以提供第二电荷。第一电荷和第二电荷被施加到信号节点。接近传感器还包括控制电路，以控制第一充电电路和第二充电电路以设置第一电荷和第二电荷的量，使得串扰补偿电路的输出信号取决于反射信号的有用分量并且独立于反射信号的噪声分量。
[0012] 接近传感器允许通过对在不存在目标的情况下在干扰物体处反射的光信号的能量进行估算来测量光串扰的量。当通过脉冲IR LED产生光信号时，能够通过对在不存在目标的情况下在干扰物体处反射的IR LED脉冲能量进行估算来测量光串扰的量。接近传感器提供了一种扩展的串扰补偿方法，该方法使用第一充电电路进行粗略串扰补偿，同时通过使用第二充电电路来消除精细的串扰残留。
[0013] 第二充电电路可以被配置为用于接近传感器的
运算放大器的偏移调整电路。这意味着可以通过使用
运算放大器的偏移策略来执行精细串扰补偿。提出的解决方案的结果是非常宽的串扰补偿范围，同时仍保持非常精细的分辨率。
[0014] 接近传感器可以用作移动电话中的组件，以消除或补偿例如对于无孔移动应用所需的接近感测的增加的光串扰，同时仍保持精细的串扰补偿分辨率。
[0015] 在下面的详细描述中阐述了额外的特征和优点，对于本领域技术人员而言，这些额外的特征和优点从描述中部分是显而易见的，或者通过实施如书面
说明书及其权利要求书以及
附图中所描述的实施例来了解。应理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，并且旨在提供概述或
框架以理解权利要求书的性质和特征。
附图说明
[0016] 包括附图以提供进一步的理解，并且附图被结合在说明书中并构成说明书的一部分。附图示出了一个或更多个实施例，并且与详细描述一起用于阐述各种实施例的原理和操作。这样，结合以下附图，从以下详细描述中将更全面地理解本公开，在这些附图中：
[0017] 图1示出了用于检测目标的存在和/或确定接近传感器系统与目标之间的距离的接近传感器的实施例；
[0018] 图2示出了接近传感器的接收电路的串扰补偿电路的实施例；
[0019] 图3示出了在保持高分辨率的同时在扩展的范围中具有串扰补偿的接近传感器的接收电路的实施例；以及
[0020] 图4示出了在保持高分辨率的同时在扩展的范围中具有串扰补偿的接近传感器的接收电路的另一实施例。
具体实施方式
[0021] 图1示出了接近传感器系统/模
块1的实施例，接近传感器系统/模块可以在移动电话中使用以检测目标2的存在和/或接近传感器1与目标2之间的距离。接近传感器1包括发送电路10，以向目标2发送信号，例如光信号。在接近传感器1包括在移动电话中的情况下，目标2可以是使用该移动电话拨打电话的人的头部或耳朵。
[0022] 发送电路10包括由驱动器电路12激活的光发射器11。光发射器11可以被配置为IR LED，该IR LED耦合到LED驱动器12，以产生指向目标2的光学光脉冲。驱动器电路12可以由控制电路30控制，该控制电路可以通过适当的
控制信号来控制驱动器电路12。当控制电路30通过LED电压脉冲控制驱动器电路12时，IR LED向目标2发出IR光的脉冲。
[0023] 所发送的光信号可以具有击中目标2并在目标2处反射的第一分量。所发送的光信号还可以具有第二分量，该第二分量朝向干扰物体3发射并被干扰物体反射，干扰物体例如为移动电话的反射玻璃或封装件等。
[0024] 在目标2和干扰物体3处反射后，反射光信号RS在接近传感器1的接收电路20处被接收。反射光信号RS具有来自所发送的光信号在目标2处的反射的有用分量RS1，和来自所发送的光信号在干扰物体3处的反射的干扰/噪声分量RS2。
[0025] 接收电路20包括光检测器200以接收/检测反射光信号，并且包括评估电路300以评估接收到的光信号并输出输出信号，所述输出信号携带关于目标2的存在和/或接近传感器1与目标2之间的距离的信息。输出信号可以是模拟电压，该模拟电压可以通过可控
开关50传送到
模数转换器40。模数转换器40输出可以用于后端处理的数字编码。
[0026] 光检测器200可以被配置为IR光电二极管，以检测反射后击中光检测器200的光信号/光能。反射光信号的有用分量RS1和噪声分量RS2由检测电路200检测，并转换为光电流IPHOTO，该光电流被施加到评估电路300。评估电路300可以被配置为接近调制器/积分器，以根据检测到的反射信号RS输出评估信号。评估电路300被配置为通过对光电流IPHOTO进行积分并将其转换为评估信号来测量反射能量。评估信号可以是取决于检测到的信号RS的能量的电压。
[0027] 由于在光检测器200的
位置的处反射光信号的有用分量/反射能量RS1和噪声分量/串扰能量RS2的干扰，评估电路300提供的评估信号包括包含关于目标2的存在或目标2与接近传感器之间的距离的信息的有用分量和使输出信号的有用分量失真的噪声分量，使得对物体2的检测和/或接近传感器1与目标2之间的评估距离通常不准确。
[0028] 为了补偿反射信号RS的噪声/串扰分量RS2，接收电路20包括串扰补偿电路100。图2示出包括串扰补偿电路100的可能实施例的接收电路20的部分的实施例。接收电路20包括信号节点S20，以接收图1中所示的评估电路300产生的评估信号Vout1。
[0029] 可以经由可控开关22和
采样电容器23将评估信号Vout1施加到信号节点S20。串扰补偿电路100可以包括运算放大器130，运算放大器具有
输入侧，以施加复合
输入信号VCM。输入信号VCM被施加到运算放大器130的输入节点，例如反相输入节点。运算放大器130的非反相输入节点接地。复合输入信号VCM包括评估信号Vout1的分量和信号分量VOFFSET。
[0030] 信号分量VOFFSET由串扰补偿电路100的充电电路120产生。充电电路120可以被配置为偏移调整电路，以调整运算放大器130的偏移电压。充电电路120由可以由控制电路30产生的、例如偏移
时钟信号的控制信号来控制。充电电路120可以被配置为内部或外部偏移调整电路。
[0031] 图2示出了施加到运算放大器130的输入节点之一(例如，反相输入节点)的复合输入信号VCM的脉冲。运算放大器130具有的
输出侧耦合至接收电路20
输出节点A20，以输出输出信号Vout2。串扰补偿电路100包括反馈路径，该反馈路径包括反馈电容器140。反馈电容器140可以经由可控开关150耦合到信号节点S20。此外，接收电路20的输出节点A20可以经由可控开关160直接连接到信号节点S20。可控开关22、150和160以及充电电路120可以由
控制器30控制。
[0032] 能够通过图2中所示的串扰补偿电路100来测量光串扰的量。为此目的，串扰补偿电路100在不存在目标2的情况下估算反射信号RS的反射噪声分量RS2，例如，通过在不存在目标2但是存在干扰物体3的情况下估算反射的IR LED脉冲能量。
[0033] 为了补偿串扰能量，补偿电路100使用充电电路120为运算放大器130提供可调整偏移电压VOFFSET。评估信号Vout1表示通过评估电路300对光电流IPHOTO进行积分而获得的反射能量。在没有任何目标2的情况下，评估信号Vout1等于光串扰电压。
[0034] 为了提供串扰补偿，图2中所示的接收电路20的部分在两个操作时间阶段中操作。在这些第一操作阶段和第二操作阶段期间，不存在目标2。仅存在干扰物体3，使得反射光信号/反射光仅包括噪声分量RS2。
[0035] 在第一操作阶段中，可控开关160闭合，即，切换为导通状态，且可控开关150在打开状态中操作，即，在非导通状态中操作。运算放大器130充当不具有运算放大器的偏移电压的跟随器。这意味着充电电路120被停用，使得偏移电压VOFFSET被设置为0V。通过闭合可控开关22，即，将可控开关22置于导通状态中，评估信号Vout1(例如串扰电压)将被存储在采样电容器23处。在已经完成电荷转移到采样电容器23中之后，可控开关22和160再次在非导通/打开状态中操作。
[0036] 在后续的第二操作阶段中，可控开关150转变为闭合状态，即，处于导通状态，且可控开关160在打开状态、即非导通状态中操作。此外，充电电路120被激活，以产生偏移电压VOFFSET。现在通过闭合可控开关22，即，将可控开关22置于导通状态中，输入电压/串扰电压Vout1减去偏移电压VOFFSET将被传送到积分/反馈电容器140。在第二操作阶段期间，控制电路30设置偏移电压VOFFSET，使得偏移电压VOFFSET等于评估电压Vout1，并且输出信号等于零电平，例如等于0V。因此，将消除完全的串扰并且串扰电荷将不再转移到积分/反馈电容器140中。
[0037] 能够通过以上所讨论的图2中所示的电路配置的方法来消除的最大输出等效串扰电压Vout2为VOFFSET*CS/CF，其中，VOFFSET是充电电路120设置的偏移电压，CS是采样电容器23的电容，并且CF是反馈/积分电容器140的电容。最大输出等效串扰电压Vout2受到充电电路120(例如运算放大器130的偏移调整电路)的最大偏移电压VOFFSET的限制，这通过保持适当的功能性能可实现。充电电路120的偏移电压VOFFSET的电平能够调整为具有精细阶跃，从而能够实现非常好的串扰补偿分辨率。然而，如上所解释地，整个串扰补偿范围被限制为由运算放大器130的充电电路/偏移调整电路120提供的最大可调整偏移范围。
[0038] 总之，图2中所示的电路支持具有精细的分辨率的串扰补偿范围。图2中所示的接近传感器的接收电路的电路配置可以用在移动电话中，其中光信号通过移动电话的壳体/封装件中设置的孔由发送电路来发射并且由接收电路来接收。然而，例如，当图2的电路配置用于具有非常强的串扰的无孔接近传感器应用中时，图2中所示的电路配置的串扰补偿范围可能经常不够宽。无孔接近传感器应用的示例是包括接近传感器的移动电话，其中，光信号不通过设置在移动电话的壳体中的孔来发射/接收。这些孔是相当封闭的，例如通过使用封闭的壳体/封装件或通过用油墨填充移动电话的壳体/封装件的孔。
[0039] 图3和图4分别示出了包括串扰补偿电路100的接收电路20的实施例，该串扰补偿电路包括由充电电路110实现的粗略串扰补偿与由充电电路120实现的精细串扰补偿的配合。
[0040] 参照图3，接近传感器1包括如图1中所示的发送电路10，以发送要在目标2和干扰物体3处反射的信号。接近传感器1还包括如图1中所示的接收电路20，以接收具有有用分量RS1和噪声分量RS2的反射信号RS。接收电路20包括输出节点A20，以根据接近传感器1与目标2的距离提供输出信号Vout2。接收电路20还包括信号节点S20，以施加评估信号Vout1，其中，评估信号Vout1由接收电路20、特别是由评估电路300根据反射信号RS产生。接收电路20还包括串扰补偿电路100，以产生输出信号Vout2。串扰补偿电路100耦合到信号节点S20。
[0041] 串扰补偿电路100包括充电电路110以提供第一电荷并且包括充电电路120以提供第二电荷。第一电荷和第二电荷被施加到信号节点S20。接近传感器1还包括如图1中所示的控制电路30，以控制充电电路110和充电电路120以设置第一电荷和第二电荷的量，使得接收电路100的输出信号Vout2仅取决于反射信号RS的有用分量RS1，而独立于反射信号的噪声分量RS2。
[0042] 接收电路20、即接收电路20的评估电路300被配置为产生具有第一分量并具有第二分量的评估信号Vout1，第一分量取决于反射信号RS的有用分量RS1，第二分量取决于反射信号RS的噪声分量RS2。控制电路30控制充电电路110和充电电路120，使得施加到信号节点S20的第一电荷和第二电荷的量之和补偿评估信号Vout1的第二分量。串扰补偿电路100被配置为根据评估信号Vout1的第一分量、即评估信号Vout1的有用分量并且独立于评估信号Vout1的第二分量、即噪声分量来产生输出信号Vout2。
[0043] 串扰补偿电路100包括运算放大器130，该运算放大器具有耦合到接收电路20的信号节点S20的输入侧，以及耦合到接收电路的输出节点A20的输出侧。串扰补偿电路100还包括反馈电容器140，该反馈电容器设置在运算放大器130的输出侧和输入侧之间的反馈路径中。
[0044] 串扰补偿电路100还包括第一可控开关150，该第一可控开关布置在反馈路径中、反馈电容器140和运算放大器130的输入侧之间。串扰补偿电路100还包括可控开关160，该可控开关布置在运算放大器130的输入侧和输出侧之间的额外的反馈路径中。
[0045] 充电电路110包括电位计111和
存储电容器112。电位计111被布置在参考电位Vref和接地电位之间。存储电容器112被充有第一电荷的量，其中第一电荷的量取决于电位计111处设置的电压降VCOARSE。特别地，控件30被配置为设置电位计111的电压降VCOARSE。存储电容器112可以具有可变电容COFFSET。控制电路30被配置为设置存储电容器112的可变电容COFFSET。
[0046] 充电电路110包括可控开关113，以将充电电路110的存储电容器112耦合到信号节点S20。此外，充电电路110包括可控开关114，以将存储电容器112耦合到电位计111。如图3中所示，存储电容器112的两侧可以通过可控开关115连接到电压VRESET，以重置存储电容器。
[0047] 如参照图2所解释地，同样耦合到信号节点S20的充电电路120可以被配置为用于运算放大器130的偏移调整电路。
[0048] 接收电路20可以包括检测电路200，以检测反射信号RS。检测电路200可以是IR光电二极管，以接收在目标2和干扰物体3处反射的IR光。检测电路200可以根据检测到的信号RS来产生光电流IPHOTO。接收电路20还包括评估电路300，以根据反射信号RS或光电流IPHOTO来产生评估信号Vout1。
[0049] 评估电路300可以包括积分器电路310，该积分器电路具有耦合到检测电路200的输入侧以接收检测到的反射信号，并具有输出侧以产生评估信号Vout1。积分器电路310可以包括运算放大器311和积分电容器312，该积分电容器布置在运算放大器311的输入侧和输出侧之间的反馈路径中。接收电路20包括可控开关21，该可控开关布置在检测电路200和评估电路300之间。接收电路20还包括设置在积分器电路310的输出侧和信号节点S20之间的可控开关22，以将评估信号Vout1提供给信号节点S20。类似于图2中所示，在积分器300的输出侧处布置有采样电容器23，以对评估信号Vout1的电压进行采样。
[0050] 与图2中所示的解决方案相比，图3中所示的接收电路20的电路配置允许执行扩展的串扰补偿方法。根据图3中所示的接收电路20的实施例，使用额外的充电电路110进行粗略串扰补偿，然而如参考图2的电路配置所描述地仍然通过使用由充电电路120实现的运算放大器偏移策略来消除精细的串扰残留。特别地，充电电路110被配置为提供比由第二充电电路120提供的电荷的量高的第一电荷的量。则图3中所示的解决方案的结果是非常宽的串扰补偿范围，同时仍保持非常精细的分辨率。
[0051] 为了通过图3中所示的串扰补偿电路100来执行串扰补偿，接收电路20在两个操作阶段中操作。当在第一操作阶段和第二操作阶段中操作时，已确保移除了目标2，使得反射光信号RS仅具有噪声分量RS2，该噪声分量是由所发射的光信号在干扰物体3处的反射而产生的。
[0052] 在第一操作阶段中，可控开关160闭合，即，在导通状态中操作，并且可控开关150在打开状态中操作，即，转变为非导通状态。运算放大器130充当不具有偏移电压的跟随器，这意味着充电电路120被停用，使得偏移电压VOFFSET被设置为零电平，例如为0V。然后，可控开关22闭合，即转变为导通状态，使得评估信号Vout1的串扰电压将存储在采样电容器23处。在已经完成电荷转移到采样电容器23中之后，可控开关22和160再次转变为打开/非导通状态。
[0053] 后续的第二操作阶段包括第一周期和第二周期。第一周期用于执行粗略串扰补偿，而精细串扰补偿在第二操作阶段的后续的第二周期期间执行。在开始第二操作阶段之前，通过在导通状态中操作可控开关115，将存储电容器112以其两个板连接到电位VRESET。
[0054] 在第二操作阶段的第一周期的开始，可控开关150在导通状态中操作，而可控开关160转变为非导通状态。此外，可控开关22转变为导通状态。可控开关115转变为断开状态，使得存储电容器112与电位VRESET隔离。可控开关113和114转变为导通状态，使得存储电容器112连接在电位计111和被配置为虚地的信号节点S20之间。
[0055] 可变编程参考电压VCOARSE用于产生由充电电路110提供的第一串扰补偿电荷。提供可变参考电压VCOARSE的电位计111由控制电路30设置，使得输出信号Vout2(例如输出电压)的电平接近零电平，例如接近0V。当充电电路110额外地包括具有可变电容COFFSET的电容器112时，控制电路30可以被配置为改变电容器112的电容COFFSET，直到输出信号Vout2接近零电平，例如0V。
[0056] 在第二操作阶段的后续的第二周期期间，通过额外地激活充电电路120来执行精细光串扰补偿。充电电路120可以被配置为运算放大器130的偏移调整电路。充电电路120可以是运算放大器的内部或外部偏移调整电路。充电电路120的偏移电压VOFFSET由控制电路30设置。由充电电路120提供的偏移电压VOFFSET或第二电荷由控制电路30设置，使得与通过仅使用在第二操作阶段的第一周期中提供粗略串扰补偿的第一充电电路110相比，输出信号Vout2的电平更接近零电平，例如更接近0V。
[0057] 在第二操作阶段的第一周期期间，串扰电压Vout1减去补偿电压VCOARSE传送到反馈电容器150。在第二操作阶段的第二周期期间，串扰电压Vout1-(VCOARSE+VOFFSET)传送到积分/反馈电容器150。为了消除完全的串扰，由控制电路30控制第一充电电路110和第二充电电路120，使得补偿电压VCOARSE和VOFFSET之和设置为等于串扰电压Vout1，因此串扰电荷将不再转移到积分/反馈电容器140中。
[0058] 如果电容器112设置为具有可变电容，则能够通过电压VCOARSE和可变电容COFFSET两者来调整由充电电路110提供的补偿串扰电荷的量。用图3中所示的电路校正后的总串扰输出电压等效值能够由下式给出：VCOARSE*COOFFSET/CF，其中VCOARSE是电位计111设置的补偿电压，COFFSET是存储电容器112的可变电容，并且CF是反馈/积分电容器140的电容。总串扰输出电压VCOARSE*COFFSET/CF大于图2中所示的电路配置的最大输出等效串扰电压VOFFSET*CS/CF。粗略充电电路110本身将消除全部现有串扰中的大部分。然后将通过使用由充电电路/偏移调整电路120设置的、运算放大器130的可调整偏移电压来完成精细串扰消除。
[0059] 在第二操作阶段/积分阶段的第一周期期间，能够使用如参考图3所述的电压模式电路，或使用动态可编程电流ICOARSE流入信号节点/虚地节点S20时钟持续时间TOFFSET的电流模式电路，来产生粗略消除电荷等效值。比较图3中所示的解决方案，电流模式电路由控制电路30控制，以使ICOARSE*TOFFSET＝VCOARSE*COFFSET。
[0060] 图4示出了使用充电电路110的电路配置，该充电电路被配置为电流模式电路，包括可控电流源117(例如动态可编程电流源)以提供可变电流ICOARSE，并且包括可控开关118，该可控开关将可变电流源117连接到信号节点/虚地节点S20时间TOFFSET。电流源117提供的电流ICOARSE的量和/或可控开关118在导通/闭合状态中操作的持续时间TOFFSET能够由控制电路30设置，使得在第二操作阶段的第一个周期期间输出信号Vout2的电平接近零电平，例如0V。如上面参考图3所解释地，在第二操作阶段的第二周期期间，通过运算放大器130的第二充电电路/偏移调整电路120执行精细串扰补偿。
[0061] 附图标记列表
[0062] 1 接近传感器
[0063] 2 目标
[0064] 3 干扰物体
[0065] 10 发送电路
[0066] 20 接收电路
[0067] 30 控制电路
[0068] 40 模数转换器
[0069] 50 可控开关
[0070] 100 串扰补偿电路
[0071] 110 用于粗略串扰补偿的充电电路
[0072] 120 用于精细串扰补偿的充电电路
[0073] 130 运算放大器
[0074] 140 反馈/积分电容器
[0075] 150 可控开关
[0076] 160 可控开关
[0077] 170 用于粗略串扰补偿的电流模式电路
[0078] 21、22 可控开关
[0079] 23 采样电容器
[0080] 200 检测电路
[0081] 300 评估电路
[0082] 310 积分器电路
