[发明专利]检测电路及信号检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测电路及信号检测方法，特别是涉及一种并非专门 用来撷取检测器的电流输出信号的检测电路及信号检测方法。

背景技术

在检测器的应用中，检测装置(如二极管或是晶体管)检测一状态，并产 生相对应的输出电流。电流检测器的应用范围很广。举例而言，检测装置 可为光检测器或是温度检测器，用以检测亮度状态或是温度状态。检测器 用以测量实际特性，如亮度、温度、应变(strain)或是其它应力(forces)。

检测器所产生的输出电流通常很小，并且为了确保信号的准确度，特 别是信号的信噪比，通常会放大检测器的输出电流。在此例中，必需先对 电流进行取样。在多个检测器(以阵列方式排列)同时产生多个输出电流的情 况下，亦需对电流进行取样。

已知的电流取样电路的处理速度很慢，特别是在需取样的电流很小的 情况下。

图1显示现有技术的取样电路。举例而言，需要被取样的电流为光电 流。在此，是以电流源10代表需要被取样的电流。电流通过P型的驱动晶 体管T1p。电容C1耦接在驱动晶体管T1p的源极与栅极之间，因此，电容 C1可根据需要被取样的电流，而储存相对应的栅-源极电压。

现有技术的取样电路具有第一开关S1。第一开关S1由时钟信号clk1(如 图2所示)控制。第一开关S1耦接在驱动晶体管T1p的栅极与漏极之间， 用以导通驱动晶体管T1p。因此，驱动晶体管T1p便可提供需要被取样的 电流。第二开关S2耦接在驱动晶体管T1p与检测器之间。第二开关S2由 时钟信号clk2(如图2所示)控制。第三开关S3耦接在驱动晶体管T1p与取 样电路的输出端OUT之间。第三开关S3由时钟信号clk3(如图2所示)控制。

图2为时钟信号的示意图。在取样期间S，第一开关S1及第二开关S2 被导通，第三开关S3不被导通。因此，电流便可被取样。由于第一开关S1 被导通，故驱动晶体管T1p的栅极与漏极的电压相等。因此，驱动晶体管 T1p的漏极电流会等于需要被取样的光电流。此时，电容C1储存驱动晶体 管T1p的栅极与源极之间的压差。在维持期间H，第一开关S1及第二开关 S2不被导通，第三开关S3被导通。藉由电容C1，驱动晶体管T1p的栅极 与源极之间的压差会被维持住，并等于在取样期间S的压差，因此，输出 端OUT便可输出被取样的光电流。

取样期间S的长短取决于(C1+Cd)/gm1，其中Cd为检测器(如光二极管) 的等效电容，gm1为驱动晶体管T1p的跨导(trans-conductance)。当需要被 取样的电流太小时，驱动晶体管T1p会操作在次阈值区(sub-threshold region)。在次阈值区中，gm1会与漏极电流Id1成比例。因此，当需要被取 样的电流太小时，取样期间S便会被延长。

利用图3所示的取样电路，便可缩短取样期间S。

在图3中，是利用N型的晶体管T1n取代图1的驱动晶体管T1p。另 外，图3具有放大器20。反相放大器20耦接在晶体管T1n的源极与栅极之 间。电容C1耦接在晶体管T1n的源极与栅极之间。晶体管T1n的漏极接收 高电压VDD。在图3中，取样期间S是取决于(C1+Cd)/(A·gm1)，其中A 为反相放大器20的增益。藉由增加晶体管T1n的跨导的有效值，便可缩短 取样期间S。

第四开关S4为一放大输出开关，由时钟信号clk4(如图4所示)控制， 用以导通或不导通放大回授路径。第五开关S5由时钟信号clk5(如图4所示) 控制，用以重置(reset)反相放大器20。

图4为时钟信号的示意图。在取样期间S，第二开关S2及第四开关S4 被导通，第三开关S3及第五开关S5不被导通。因此，晶体管T1n的源极 电压便可被放大。电容C1储存晶体管T1n的栅极与源极间的压差。藉由晶 体管T1n的栅极与源极间的压差，便可使得晶体管T1n的漏极电流等于光 电流。在维持期间H，第二开关S2及第四开关S4不被导通，第三开关S3 及第五开关S5被导通。输出端OUT便可输出取样电流。由于反相放大器 20的输入端及输出端连接在一起，故可维持检测器的节点(如光二极管的阴 极)电压。