一种紫外光传感电路及感应系统的制作方法_3

文档序号:8920672阅读:来源:国知局
三晶体管T3和第四晶体管T4的导通能力提高。电路中首尾级联的第一级反相器11、 第二级反相器21和第三级反相器22构成了环形振荡器,当控制信号VeK为高电平时,由于 奇数级反相器的反馈作用,第三级反相器22的输出端会产生正弦波,经第四级反相器31后 输出至输出端VQUT。该正弦波的频率由这三级反相器的传输延迟时间决定,假定三级反相器 的延迟时间分别为tdl,td2,td3,则输出信号的频率可以近似表示为
[0065]tdl,td2,td3的取值与晶体管的迁移率ii、沟道长度L、驱动电压VH等参量有关,可 表示如下(式中n=l, 2, 3):
[0067] 当控制信号VCTK为低电平时,电路中没有了高电平电压,于是输出端将被下拉到低 电平电压'。在该电路中,控制信号VCTK为高低电平相间的控制信号,紫外传感电路的输出 为受到控制信号VCTK调制的脉冲波形。
[0068] (2)不存在紫外光照射时
[0069] 在不存在紫外光照射时,第一级反相器11的下拉模块相当于断开,第三级反相器 22的输出无法通过反馈回路起作用,维持环形振荡器的振荡。当控制信号VCTK为高电平时, 第一级反相器11和第三级反相器22的输出将保持为高电平,响应的第二级反相器21和第 四级反相器31的输出保持为低电平。
[0070] 当控制信号VCTK为低电平时,电路中各级反相器的输出都为低电平。因此,无论调 制控制信号VCTK为高电平或者低电平,在没有紫外光照射的情况下,紫外传感电路的输出都 为低电平电压。
[0071] 从以上原理的分析可知,本申请中的紫外光传感电路并不局限于4级反相器的级 联。除输出缓冲级的反相器之外,首尾级联的反相器数量只要是大于等于3的奇数,都可能 形成正常的环形振荡器结构。由公式(1)可知,在反相器级数更多的情况下,延迟时间更 大,输出振荡的频率更低。因此,实际的级数确定要根据TFT的工艺和应用的需求来确定。
[0072] 图4为当存在紫外光时本实施例中的具有载波调制功能的紫外光传感电路工作 波形图。从输出的波形来看,在控制信号VCTK的高电平期间,电路满足起振条件;而控制信 号V。?的低电平期间,输出为低电平电压。在这里,调制控制信号V。?的频率是50kHz,而输 出信号的振荡频率约为600kHz。从图中可以看出,本实施例中的紫外光传感电路在存在紫 外光情况下能够正确地产生具有载波调制功能的输出信号。
[0073] 图5为本实施例中的电路在存在紫外光时和不存在紫外光时输出波形的对比图。 图5上图中,当存在紫外光时,电路输出为具有载波调制的脉冲电压。图5下图中,当不存 在紫外光时,在控制信号VCTK的上升沿,输出波形会受到扰动而升高,但是无法形成规则的 振荡波形,所以输出几乎保持为低电平。从图5可以看出,本实施例中的紫外光传感电路能 够感应紫外光,而且输出波形在两种情况下具有显著的差异。
[0074] 本实施例的紫外光传感电路中引入第四级反相器用作输出缓冲级,减少了外加负 载对于振荡频率的影响,即使在外接负载变换情况较大的情况下,紫外光传感电路的输出 仍然是输出频率较为稳定的正弦波。
[0075] 实施例三:
[0076] 请参考图6,本实施例与实施例二的不同之处在于,第一级反相器41中的第三晶 体管T3和第四晶体管T4的控制极连接至第一控制信号V。。
[0077] 对氧化物TFT或其他类型的紫外光探测器,一个重要的问题是紫外光撤销后,光 生载流子的消逝过程较长,这将影响发生时间较接近的两次紫外光事件的探测。如果上一 次紫外光引起的载流子增加长时间存在,即使下一次探测过程中没有紫外光,紫外光传感 电路也可能会产生错误的响应。本实施例中,为了避免这种情况的发生,将第三晶体管T3 和第四晶体管T4的控制极连接到第一控制信号V。,用第一控制信号V。对第三晶体管T3和 第四晶体管T4进行控制。第一控制信号V。从高电平跳变到低电平,可以加速光生载流子 的消逝,减少相邻探测时间内的"[目号串扰,提_探测的准确性。
[0078] 实施例四:
[0079] 请参考图7,本实施例与实施例二的不同之处在于,第二级反相器21中的第九晶 体管T19和第十晶体管T10以及第三级反相器22中的第九晶体管T29和第十晶体管T20 均为紫外光敏感晶体管。
[0080] 由公式(1)可知,环形振荡器输出信号的频率主要是由各级反相器的延迟时间决 定:减少各级反相器的延迟时间,输出信号的频率将会提高。本实施例中,第二级反相器21 中的第九晶体管T19和第十晶体管T10以及第三级反相器22中的第九晶体管T29和第十 晶体管T20均为紫外光敏感晶体管并且均置于紫外光照射下,于是这三级反相器的延迟时 间均被减少,从而提高了输出信号的频率。
[0081] 实施例五:
[0082] 请参考图8,本实施例中的紫外光传感电路与实施例二的不同之处在于第一级反 相器51,电路未发生变化的此处不再赘述。
[0083] 本实施例中的第一级反相器51包括上拉模块和下拉模块;上拉模块包括第一晶 体管T1和第二晶体管T2,第一晶体管T1的控制极和第一电极耦合至高电平信号VDD ;第二 晶体管T2的控制极耦合至第一晶体管的第二电极,第二晶体管的第一电极耦合至高电平 信号VDD ;
[0084] 下拉模块包括第三晶体管T3、第四晶体管T4、第五晶体管T5、第六晶体管T6和第 十五晶体管T15,第三晶体管T3的控制极耦合至控制信号VCTK,第一电极耦合至第一晶体管 T1的第二电极;第四晶体管T4的控制极耦合至控制信号VCTK,第一电极耦合至第二晶体管 T2的第二电极;第五晶体管T5的控制极耦合至第3级反相器22的输出端,第一电极耦合 至第三晶体管T3的第二电极;第六晶体管T6的控制极耦合至第3级反相器22的输出端, 第一电极耦合至第四晶体管T4的第二电极;第十五晶体管T15的第一电极分别耦合至第五 晶体管T5的第二电极和第六晶体管T6的第二电极,第十五晶体管T15的控制极和第二电 极耦合至低电平电压源 ',第十五晶体管T15为紫外光敏感晶体管。
[0085] 实施例二中的电路,当控制信号VCTK由高电平变为低电平时,环形振荡器的内部节 点下拉到低电平必须通过类似第九晶体管T19的下拉电路。由于控制信号VCTK为低电平, 下拉电路在下拉后半段几乎处于关闭状态,于是紫外传感电路的内部节点、输出节点的下 拉只能通过泄漏电流实现。虽然最终紫外传感电路的内部节点和输出节点都会达到稳定的 低电平电位,但是受限于泄漏电流的值,该过程可能需要较长的时间,而在这段时间内,电 路的输出状态不确定。当负载为较小的阻性负载时,输出端口可能被拉到低电平电压;但是 当负载为较大的阻性负载或者容性负载时,输出端口为悬浮态。因此,实施例一中的紫外光 传感电路的输出要进行适当的阻抗匹配才能够正常地工作,这将限制紫外光传感电路的应 用。
[0086] 本实施例中的紫外光传感电路,输出信号VOTT受控制信号VCTK的调制:当控制信号 VCTK为高电平时,环形振荡器能够响应紫外光照射而正常地工作;当控制信号VCTK为低电平 时,环形振荡器停止振荡,输出稳定的低电平电压。在这种紫外传感电路里,上拉模块中晶 体管的第一电极耦合到高电平电压,下拉模块中晶体管耦合到低电平电压,因此电路输出 以及紫外光传感电路的内部节点总是有确定的电位状态,而不是悬浮状态,避免了实施例 一中的电路存在的由于输出阻抗匹配问题而应用场合受限的问题。
[0087] 请参考图9,图9为本实施例中的电路存在紫外光时的工作波形图。从图中可以 看出,在控制信号VCTK的高电平期间,输出能够正常地起振;而控制信号VCTK的低电平期间, 输出为低电平电压。在这里,控制信号VCTK的频率是50kHz,而输出信号的振荡频率约为 500kHz,本实施例中的紫外光传感电路在存在紫外光情况下能够正确地产生具有载波调制 功能的输出信号。
[0088] 实施例六:
[0089] 请参考图10,本实施例中的紫外光感应系统包括紫外光信号发射器、紫外光信号 接收器和紫外光传感电路,紫外光传感电路可以为实施例一至实施例五中任一种电路。
[0090] 紫外光传感电路的输出端耦合至紫外光信号发射器,紫外光信号发射器用于发射 紫外光传感电路输送的信号,紫外光信号接收器用于接收紫外光信号发射器传送的信号, 并根据接收到的信号判断紫外光传感电路是否存在紫外光照射。
[0091] 作为一种实施方式,紫外光信号发射器为超声波换能器,用于在紫外光传感电路 的输出电压信号的激励下产生超声波信号并将此超声波信号发射出去;紫外光信号接收器 接收超声波信号,将超声波信号还原成电信号,并根据该电信号判断紫外光传感电路是否 存在紫外光照射。例如,紫外光传感电路的输出信号的载波频率为20kHz,在这种载波 上叠加约600kHz的电压信号,该信号频率正好在超声波频率范围
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