[实用新型]一种光多参量传感CMOS单片集成电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及光多参量传感CMOS单片集成电路。

背景技术

掩埋CMOS双PN结光电二极管，由两个垂直堆叠的不同深度的二极管构成。这种器件的层叠式结构使得以硅材料作为滤光片时，光在硅晶体中的透射深度与波长有强烈的依赖关系，入射光功率和波长不同时，PN结测出的光电流也不相同。两个PN结的光电流比值与波长成良好的单调递增关系，可以用于单色光的波长测量，而输出电流大小与入射光功率成正比，可以用于光照强度的测量。

目前，光电二极管分立元器件的应用已经成熟，其相关信号处理电路往往使用分立元件搭建，其缺点是电路复杂、体积大、待检测光参量单一、精度低；并联结构的光电二极管，通过设置开关，可实现并联结构到串联结构的转换，为实现多参量探测提供可能；基于微电子技术的光多参量传感电路，在大大缩小电路体积的同时，可提高弱信号的检测精度，使光多参量传感系统微型化成为可能。

发明内容

本实用新型要克服现有技术的上述缺点，提供一种光多参量传感CMOS单片集成电路。

本实用新型将光多参量传感技术与微电子技术相结合，设计了一种光多参量传感CMOS单片集成电路，该电路采用CMOS工艺将掩埋双PN结光电二极管传感单元与信号处理电路单片集成，通过模式切换，可同时检测光照强度和光波长，实现了光多参量检测系统的微型化、自动化。其中掩埋CMOS光电二极管实现光信号到电信号的转换，而与掩埋CMOS光电二极管集成的各电路模块将光电二极管响应的微弱电流转换成易测量的电压信号输出。

本实用新型的一种光多参量传感CMOS单片集成电路，由BDJ光电传感选择单元1、电流电压线性转换电路2、相关二次采样电路3、差分放大输出电路4、模式时序控制电路5，共5个电路模块组成。

所述BDJ光电传感选择单元1中，第一输入端11a、第二输入端12a分别与模式时序控制电路5的第一输出端51b、第二输出端52b相连，输出端1b与电流电压线性转换电路2的第二输入端22a相连；

BDJ光电传感选择单元1由浅PN结光电二极管D1、深PN结光电二极管D2、NMOS管N1以及PMOS管P1组成；所述浅PN结光电二极管D1与所述深PN结光电二极管D2共阴极连接，并且作为该BDJ光电传感选择单元1的输出端1b，所述深PN结光电二极管D2阳极接地，所述NMOS管N1漏极连接所述浅PN结光电二极管D1阳极，源极接地，所述PMOS管P1源极连接所述浅PN结光电二极管D1阳极，漏极接地，所述NMOS管N1栅极和所述PMOS管P1栅极分别为该BDJ光电传感选择单元1的第一输入端11a和第二输入端12a；

所述电流电压线性转换电路2中，第一输入端21a接模式时序控制电路5的第三输出端53b，第二输入端22a接BDJ光电传感选择单元1的输出端1b，输出端2b接相关二次采样电路3的第一输入端31a和第二输入端32a；

电流电压线性转换电路2由NMOS管N2、N3、N4、N5、N6和PMOS管P2、P3、P4、P5以及电容C1组成；所述PMOS管P2源极接电源VDD，栅极接所述PMOS管P3栅极，漏极接所述PMOS管P4源极，所述PMOS管P4栅极接所述PMOS管P5栅极，漏极与所述NMOS管N3漏极相连，并作为该电流电压线性转换电路2的输出端2b，所述NMOS管N3栅极接所述NMOS管N4栅极，源极接所述NMOS管N5漏极，所述NMOS管N5源极接地，栅极作为该电流电压线性转换电路(2)的第二输入端22a，所述PMOS管P3源极接电源VDD，栅漏短接，漏极接所述PMOS管P5源极，所述PMOS管P5栅漏短接，漏极接所述NMOS管N4漏极，所述NMOS管N4栅漏短接，源极接所述NMOS管N6漏极，所述NMOS管N6栅漏短接，源极接地，所述NMOS管N2漏极与所述电容C1一端接该电流电压线性转换电路2的输出端2b，所述NMOS管N2漏极与所述电容C1另一端接该电流电压线性转换电路2的输入端22a，所述NMOS管N2栅极作为该电流电压线性转换电路2的第一输入端21a；

所述相关二次采样电路3中，第一输入端31a和第二输入端32a与电流电压线性转换电路2的输出端2b相连，第三输入端33a与模式时序控制电路5的第三输出端53b相连，第一输出端31b、第二输出端32b分别与差分放大输出电路4第一输入端41a、第二输入端42a相连；