[发明专利]一种用于光源方向检测的自供电单片集成数字传感器

权利要求书

1.一种用于光源方向检测的自供电单片集成数字传感器，其特征在于，包括光感应单元模块和光方向角度检测模块；

所述的光感应单元模块包括设置在P型衬底上呈阵列排列的光电感应单元；每个光电感应单元包括遮挡墙和对称设置在其两侧的光电二极管；所述的光电二极管是由集成电路工艺中的P型材料与N型材料接触时形成的PN结构成的；

所述的光方向角度检测模块包括电流镜结构的Flash ADC电路，该Flash ADC电路包括输出数字信号的左侧电流镜和右侧电流镜；

所述的左侧电流镜包括左侧基准NMOS管和左侧比较NMOS管，左侧基准NMOS管的漏极与遮挡墙右侧基准光电二极管D_Rref相连接，左侧比较NMOS管的漏极与遮挡墙左侧的量化面积光电二极管相连接，栅极互联，源极接地；

所述的右侧电流镜包括右侧基准NMOS管和右侧比较NMOS管，右侧基准NMOS管的漏极与遮挡墙左侧基准光电二极管D_Lref相连接，右侧比较NMOS管的漏极与遮挡墙右侧的量化面积光电二极管相连接，栅极互联，源极接地；

所述的基准光电二极管为遮挡墙单侧预先设定面积的PN结光电二极管；量化面积光电二极管包括面积不同的多个PN结光电二极管。

2.如权利要求1所述的用于光源方向检测的自供电单片集成数字传感器，其特征在于，所述的光感应单元中遮挡墙两侧的PN结光电二极管的尺寸相一致，当入射光照射在遮挡墙上产生阴影时，遮挡墙两侧的PN结光电二极管所能被光源照射的面积并不一样，所产生的电流也不相同。

3.如权利要求1所述的用于光源方向检测的自供电单片集成数字传感器，其特征在于，所述的遮挡墙为金属墙，是由集成电路工艺提供的金属层、金属接触孔和过孔堆叠而成。

4.如权利要求1所述的用于光源方向检测的自供电单片集成数字传感器，其特征在于，所述的角度检测电路中左侧电流镜、右侧电流镜的数字输出与光线入射角度存在一定的映射关系，根据左侧电流镜、右侧电流镜输出的数字信号和角度的映射关系确定光线入射角度。

5.如权利要求4所述的用于光源方向检测的自供电单片集成数字传感器，其特征在于，所述的数字信号与角度的映射关系先估算，再由实际检测数据最终标定，将其对应关系构建成数据库，以作为光源入射角度θ测量的依据；

角度检测模块中角度测量的分辨率由光感应阵列中不同面积的光电二极管数目决定，随着光电二极管数目的增多，遮挡墙两侧不同量化面积的光电二极管的面积差别减小，电流镜数字输出端增多，角度分辨率相应提高。

6.如权利要求1所述的用于光源方向检测的自供电单片集成数字传感器，其特征在于，遮挡墙一侧的各个光电二极管具有不同的面积，其中一种情况是：将最小光感应单元PN结的面积视为单位面积A，所述的基准光电二极管的PN结面积为16A，量化面积光电二极管的PN结面积依次为15A、13A、11A、9A、7A、5A、3A、1A。

7.如权利要求1所述的用于光源方向检测的自供电单片集成数字传感器，其特征在于，所述的自供电单片集成数字传感器还可以包括补偿模块，所述的补偿模块包括：

与光感应单元模块连接的向上电流补偿光电二极管；

或与光方向角度检测模块连接的向下拉低电压补偿光电二极管。

8.如权利要求7所述的用于光源方向检测的自供电单片集成数字传感器，其特征在于，所述的向上电流补偿光电二极管的N端接地，P端与光感应单元的N端相连。

9.如权利要求7所述的用于光源方向检测的自供电单片集成数字传感器，其特征在于，所述的向下拉低电压补偿光电二极管的N端接电流镜中NMOS管的源极，P端接地。

10.如权利要求7所述的用于光源方向检测的自供电单片集成数字传感器，其特征在于，所述的光感应单元模块、光方向角度检测模块和补偿模块所采用的IC平面工艺制作，包括CMOS工艺、BICMOS工艺、双极工艺等各种集成电路工艺。