[发明专利]一种快速光强跟踪能力的血氧检测芯片

说明书

本发明公开了一种快速光强跟踪能力的血氧检测芯片，通过光电流缓冲器接收光照，产生一个尽量不受漏电流影响的输出光电流iph，带隙基准电压源和线性稳压器主要是用来得到一个精准的可调的参考电压Vref，积分器将光电流iph积分，得到一个与光电流大小成线性关系的电压信号，脉冲产生器将此电压信号转换成频率信号，最后经过输出缓冲器对波形整形，得到最终的与光强大小成线性关系的输出频率信号Freq；同时，为了保证光频传感器对光强变化有足够快的响应速度，积分器中的放大器A2采用高容性负载条件下的三级宽带差分放大器结构；其中第二级采用二极管连接的PMOS晶体管做有效负载，通过单回路电阻‑电容米勒补偿方案，以此引入负零点来增加相位裕度。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种快速光强跟踪能力的血氧检测芯片。

背景技术

光频传感器由于其成本低廉而被广泛应用于便携指尖式血氧仪，所以也叫血氧检测芯片，它是通过量化脉冲周期来代替传统的高分辨率模数转换器来实现血氧浓度检测。传统的光频传感芯片，通常将光电二极管和相同尺寸的被金属覆盖物遮挡住无法接收光照的阴影二极管集成在一起，以产生对漏电流不敏感的光电流，原理是将正常接收光照的光电二极管产生的光电流减去阴影二极管产生的漏电流，这样就得到了只有光照产生的光电流。然而这种方法存在两个大的缺点，一是漏电流消除能力强烈依赖于两个光电二极管之间的匹配性，二是其中阴影二极管显着增加了芯片总面积。所以为了减少芯片面积，通常采取零偏置单光电二极管方案来生成一个漏电流非常小的光电流。它可以在很宽的温度范围内可以获得超过100dB的线性动态范围。但是，传感器输出频率需要快速建立以跟踪光强度的变化。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种快速光强跟踪能力的血氧检测芯片，旨在解决传统光频传感器对光强变化跟踪响应慢、脉冲光响应速度周期长的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种快速光强跟踪能力的血氧检测芯片，包括依次串联的带隙基准电压源、线性稳压器、积分器、脉冲产生器及输出缓冲器；所述积分器上还连接有光电流缓冲器；所述带隙基准电压源、线性稳压器、积分器、脉冲产生器、输出缓冲器及所述光电流缓冲器均为通过复位电路和ESD保护电路连接的电性连接；所述光电流缓冲器接收光照，产生一个不受漏电流影响的输出光电流iph，通过所述带隙基准电压源和线性稳压器得到一个精准的可调的参考电压Vref，所述积分器将光电流iph积分，得到一个与光电流大小成线性关系的电压信号，所述脉冲产生器将此电压信号转换成频率信号，最后经过所述输出缓冲器对波形整形，得到最终与光强大小成线性关系的输出频率信号Freq。

进一步，所述积分器将光电流信号iph积分转换成电压信号Vramp后输入至所述脉冲产生器。

优选地，所述积分器内设置有积分电路；所述积分电路包括并联连接于所述脉冲产生器上的放大器A2和电容Ci；所述脉冲产生器输出端连接有非交叠时钟电路；所述电容Ci远离所述脉冲产生器一端还设置有反馈电路；所述反馈电路由并联连接的开关管M1、M2、M3、M4和M5组成。

优选地，所述积分器将光电流信号iph通过电容Ci积分转换成电压信号Vramp，通过对ci的充放电，实现频率的转化；通过所述脉冲产生器比较Vref2和Vramp的电压，产生周期信号Vpulse，再经过非交叠时钟电路产生出极性相反的控制信号ctr1和ctr1_N，来控制Ci充放电；所述积分电路的工作过程包括积分阶段和放电阶段；在积分阶段，ctr1_N＝0，ctr1＝1，所述开关管M1、M4、M5断开，所述开关管M2、M3导通；在放电阶段，ctr1_N＝1，ctr1＝0，所述开关管M1、M4、M5导通，所述开关管M2、M3断开，所述电容Ci放电。

优选地，所述放大器A2采用高容性负载条件下的三级宽带差分放大器结构；其中第二级采用二极管连接的PMOS晶体管做有效负载，通过单回路电阻-电容米勒补偿方案，以此引入负零点来增加相位裕度。