光学指向装置及其电源半导体装置的制作方法

专利名称：光学指向装置及其电源半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学指向装置及其电源半导体装置。
技术背景一般来说，光学指向装置包含光学单元、图像传感器、运动值计算器和模拟-数字(analog-to-digital， A/D)转换器。由于用于光学指向装置 的半导体装置是系統集成芯片(system-on-chip, S0C )，所以内部块所需 的最佳操作电压都不同。明确地说，光学单元的操作电压很可能是阈值电 压或更高(此处，红色发光二极管(light emitting diode, LED)的阈值 电压为2.7 V，且蓝色LED的阈值电压为3.2 V )。图像传感器在高电压下 操作，使得耗尽区域增加以提升光学效率。例如运动值计算器的逻辑单元 可在相比而言较低的电压下操作，且A/D转换器的操作电压在图像传感器 的操作电压与逻辑单元的操作电压中间，使得A/D转换器可在图像传感器 和逻辑单元的两个操作电压下操作。同时，由于应用在无线光学指向装置的半导体装置所输出的射频 (radio-frequency, RF)信号基本上取决于电源电压，所以可能有必要使 RF电路块按用户的要求而适于各种操作电压。并且，通常针对无线光学指 向装置使用便携式电池来作为电源，且因此，最近低功率便携式电子器具 的普及程度的增加已导致强烈需要，使得半导体装置的电源管理完备。类似地，随着半导体微处理技术的快速发展，用于有线光学指向装置 的半导体装置的电源电压不断降低，以便达到耐受最大容许内部电压。并且，为了满足所需的高速系统(例如，高速数字通信系统、高分辨率高速 显示器装置和高容量存储装置)的规范，高速系统中包含的模拟和数字块 正展示出使用多个电源电压的趋势。因此，当一些半导体装置或半导体装置的一些内部电路由于其操作特 性的缘故而需要高操作电压时，需要进行电压管理。图1是常规光学指向装置的方块图。参看图1，常规光学指向装置包含光学单元40、运动传感器50、微控 制器60、无线数据收发器70和电源(power su卯ly) 20。运动传感器50 包含图像传感器51、 A/D转换器52和运动值计算器53。现将描述图1所示的各个块的功能。光学单元40包含光源、透镜和其它附件。光源照射的光由物体反射并 通过透镜入射到图像传感器51。运动传感器50以光学单元40接收光学图像，并使用所述光学图像计 算运动值V(MOV)。图像传感器51接收通过透镜反射的光并读出(sense) 图像数据。A/D传换器52从图像传感器51接收模拟信号并将模拟信号转换 为数字信号。运动值计算器53基于作为A/D转换器52的输出信号的图像 数据来计算运动值V (MOV)，并输出运动值V (MOV)。微控制器60不仅接收从运动传感器50输出的运动值V(MOV)，而且接 收其它外部输入信息，例如光学指向装置的按钮输入值和滚动输入值，并 根据主机计算机(未图示)所要求的规范将运动值V (MOV)和外部输入信 息传输到主机计算机。当光学指向装置是无线装置时，进一步在微控制器60的后端准备无线 数据收发器70。无线数据收发器70通过天线80以无线方式从主机计算机 接收传输光学指向装置的运动数据的请求，从微控制器60接收运动值，将 运动值转换为模拟信号，并通过天线80以无线方式将模拟信号传输到主机 计算机。电源2 0施加光学指向装置的所有内部块执行各自功能所需的固定电源 电压V —fix。现将参看图l描述常规光学指向装置的操作。当光学单元40使用光源向物体照射光且物体所反射的光通过透镜入射 在图像传感器51上时，图像传感器51接收所述光，读出物体的图像数据， 并输出对应于所接收光的量的光电压(或光电流)。A/D转换器52接收从图像传感器51输出的光电压(或光电流)的模拟 信号，将模拟信号转换为数字信号，并输出数字信号。运动值计算器53接 收作为A/D转换器52的输出信号的图像数据，计算光学鼠标的运动值V (MOV)，并输出运动值V (MOV)。电源20施加光学指向装置的内部块(即，光学单元40、运动传感器 50、微控制器60和无线数据收发器70)执行功能所需的固定电源电压 V一fix。在此情况下，在任意表面上移动的光学指向装置将获得不连续的图像 帧并对所述图像帧进行比较和分析以便计算运动值。因此，电路的操作速 度(例如，获得图像帧的速率)应赶上光学指向装置的操作速度，使得光 学指向装置可获得适当的运动值。如上所述，即使常规光学指向装置以最高速度操作，也将对应于最高 操作速度的固定电源电压施加到其内部电路而不会引发任何问题。图2是图1所示的常规光学指向装置的电源的方块图。参看图2,电源20包含电源(power source )10和直流(direct current,
DC) - DC转换器15。现将描述图2所示的各个块的功能。电源10施加预定电平的电源电压，且DC- DC转换器15接收电源电压， 将电源电压升高到作为内部块的操作电压所需的最高电压，并将最高电压 输出到多个内部块(未图示)。内部块从DC- DC转换器15接收最高电压，并使用最高电压作为操作 电压来执行各自功能。因此，可在最小电压下操作的一些内部块接收过高的操作电压而导致 功率浪费。举例来说，CMOS逻辑电路所消耗的电流由电源电压、电容和操 作频率的乘积决定。因此，施加到CMOS逻辑电路的过高的操作电压导致电 流消耗增加，因此导致功率的低效率和浪费。为了解决这些问题，常规上已提出一种使用便携式电源的方法。明确 地说，可将低电压从便携式电源施加到内部块中的特定内部块，同时可将 高电压从预定的恒定电压产生器施加到其余的块。举例来说，1.5V的电池 电源电压可从便携式电池施加到光学指向装置的可在低电压下正常操作的 逻辑单元，同时可4吏用DC- DC转换器将电池电源电压升高到3. Q V或更高 的恒定电压，并可将升高的电压施加到光学指向装置的光源、图像传感器 和A/D转换器。然而，在此方法中，长期反复使用便携式电池导致便携式电池的输出 电压下降。因此，当恒定的升高的电压被施加到其它块时，减小的电源电 压被施加到逻辑单元。因此，逻辑电路的设计容易遭受到功率消耗的限制。发明内容本发明的实施例提供光学指向装置及其电源半导体装置。在所述光学 指向装置和电源半导体装置中，根据移动速度施加可变电源电压。因此，可 防止将过量电压施加到能够在最小电源电压下搡作的内部块，同时可将升 高的电源电压以可变方式施加到需要高电压的内部块以增加操作速度，以 便获得适当的运动值。在一个方面，本发明针对一种光学指向装置，其包含光学单元，用于 使用光源向物体照射光并接收物体所反射的光以输出光学图像；运动传感 器，用于接收所述光学图像，读出图像数据，并计算运动值以输出所述运 动值；移动速度传感器，用于接收运动值并计算光学指向装置的移动速度 以输出所述移动速度；以及可变电源，用于根据移动速度产生不同的电源 电压。光学指向装置可进一步包含微控制器，用于接收运动值和预定的外 部输入信号并将运动值和外部输入信号传输到主机计算机以输出运动值；
以及无线数据收发器，用于通过天线以无线方式从主机计算机接收传输光学指向装置的运动值的请求，从微控制器接收运动值，并将运动值转换为 模拟信号从而通过天线以无线方式将模拟信号传输到主机计算机。光学指向装置的运动传感器可包含图像传感器，用于接收所反射的 光并读出图像数据以输出对应于所接收光的量的模拟信号；模拟-数字 (A/D)转换器，用于接收模拟信号并将模拟信号转换为数字信号以输出数 字信号；以及运动值计算器，用于从A/D转换器接收数字信号并通过在像 素之间进行比较来计算运动值，以输出所述运动值。光学指向装置的可变电源可包含电源，用于供应电源电压；电源电 压调节器，用于接收电源电压并升高或降低电源电压以优化包含光学单元、 运动传感器、移动速度传感器、微控制器和无线数据收发器的内部块的操 作电压，以输出升高或降低的电源电压；以及串联电压调节器，用于接收 升高或降低的电源电压并再次调节电源电压以输出经调节的电源电压。在另一方面，本发明针对一种用于光学指向装置的电源半导体装置，其 包含单个芯片，所述单个芯片包含多个电源电压调节器，所述电源电压调 节器用于接收电源电压并升高或降低电源电压以优化光学指向装置的各个 内部块所需的操作电压，以输出升高或降低的电源电压。在所述光学指向装置和电源电压半导体装置中，当光学指向装置中使 用的电源电压需要施加到光学指向装置的每个块时，串联电压调节器可从 电源电压调节器接收升高或降低的电源电压，再次调节电源电压，并将经 调节的电源电压输出到包含在光学指向装置中的额外半导体装置或电路， 所述额外半导体装置或电路具有不同于光学指向功能的功能。电源电压调节器可包含电源电压降落部分(power supply voltage drop portion),用于接收电源电压，产生预定的参考电压，计算光学指向 装置的运动值和移动速度，根据移动速度划分电源电压，将划分电压 (division voltage)的电平与参考电压的电平进行比较，并确定应升高还 是降低电源电压，以将可变的最佳电源电压施加到光学指向装置的每个块； 以及电源电压升高部分(power supply voltage boost portion),用于将 划分电压的电平与参考电压的电平进行比较，并确定应升高还是降低电源 电压，以将可变的最佳电源电压施加到光学指向装置的每个块。电源电压降落部分可包含电压降落调节器，用于接收电源电压以将 预定降低的电源电压输出到光学指向装置的每个块；第一参考电压产生器， 用于接收电源电压以产生第一参考电压；分压控制器，用于根据移动速度 输出控制划分电压所需的第一和第二分压控制信号；分压器，用于响应于 第一和第二分压控制信号改变划分电压以输出经改变的划分电压；比较器，用于接收经改变的划分电压和第一参考电压，并将划分电压的电平与第一
参考电压的电平进行比较以输出比较输出信号；以及第 一开关控制器，用于 响应于比较输出信号来升高或降低电压降落调节器的输出电压。第一开关控制器可响应于高电平比较输出信号来降低电源电压，并响 应于低电平比较输出信号来升高电源电压。电源电压升高部分可包含电压升高调节器，用于接收电源电压以将 升高的电源电压输出到光学指向装置的每个块；第二参考电压产生器，用 于接收电源电压以产生第二参考电压；分压控制器，用于根据移动速度输 出用于控制划分电压所需的第一和第二分压控制信号；分压器，用于响应 于第一和第二分压控制信号改变划分电压；比较器，用于接收经改变的划 分电压和第二参考电压，并将划分电压的电平与第二参考电压的电平进行 比较以产生比较输出信号；以及第二开关控制器，用于响应于比较输出信 号来升高或降低电压升高调节器的输出电压。第二开关控制器可响应于高电平比较输出信号来降低电源电压，并响 应于低电平比较输出信号来升高电源电压。比较器可接收经改变的划分电压和参考电压，并将划分电压的电平与 参考电压的电平进行比较。因此，比较器可在划分电压的电平高于参考电 压时产生高电平比较输出信号，并在划分电压的电平低于参考电压时产生 低电平比较输出信号。移动速度传感器可从移动值计算器接收移动值，根据光学指向装置的 移动距离与移动所述光学指向装置所花费的时间之间的相关性而计算移动 速度，并输出对应于移动速度的解码信号。分压控制器可接收解码信号，并根据光学指向装置的移动速度输出用 于控制分压器的划分电压控制信号。在此情况下，划分电压控制信号可允 许在光学指向装置的移动速度较高时施加高划分电压，且允许在光学指向 装置的移动速度较低时施加低划分电压。分压器可包含第一分压部分，包含一组电阻器(即，第一组电阻器) 和一组开关(即，第一组开关)，所述第一组电阻器和第一组开关交替串联 连接在电源电压调节器的输出端子与分压器的输出端子之间，以及另一组 开关(即，第二组开关)，所述第二组开关分别并联连接在电源电压调节器 的输出端子与第一组电阻器和第一组开关之间的接触点之间；以及第二分 压部分，包含另一组电阻器(即，第二组电阻器)和另一组开关(即，第 三组开关)，所述第二组电阻器和第三组开关交替串联连接在分压器的输出 端子与接地电压之间，以及另一组开关(即，第四组开关)，所述第四组开 关分别并联连接在分压器的输出端子与第二组电阻器和第三组开关之间的 孑妄触点之间。当第一分压控制信号施加到第一组和第二组开关的控制端子且第二分
压控制信号施加到第三组和第四组开关的控制端子时，分压器可响应于第 一和第二划分电压控制信号来控制第一到第四组开关的接通/断开，根据光学指向装置的移动速度改变划分电压，并输出经改变的划分电压。 电源电压调节器的控制可通过用户的外部设定而启用。电源电压调节器的控制可通过将设定信号施加到外部输入装置而启用。电源电压调节器的控制可使用连接到计算机的光学指向装置的电源的 端子而启用。


如附图中所说明，从对本发明示范性实施例的更具体描述中将了解本 发明的以上和其它目的、特征及优点。附图不必按比例绘制，而是将重点 放在说明本发明的原理上。图l是常规无线光学指向装置的方块图。图2是用于图1所示的常规光学指向装置的电源的方块图。 图3是根据本发明示范性实施例的具有可变移动速度的无线光学指向 装置的方块图。图4是用于图3所示的无线光学指向装置的可变电源的方块图。图5是用于图4所示的无线光学指向装置的可变电源的电源电压降落 部分的等效电路图。图6是用于图4所示的无线光学指向装置的可变电源的电源电压升高 部分的等效电路图。图7是包含图5所示的电源电压降落单元的分压器和图6所示的电源 电压升高单元的分压器之电路图。图8是根据本发明另一示范性实施例的用于光学指向装置的电源半导 体装置的方块图，所述电源半导体装置包含用于图4所示的光学指向装置 的可变电源中所包含的组件的 一部分。
具体实施方式
下文将参看附图更充分描述根据本发明的光学指向装置及其电源半导 体装置，附图中绘示本发明的示范性实施例。装置的方块图。 参看图3，无线光学指向装置包含光学单元40、运动传感器50、微控 制器600、无线数据收发器70、移动速度传感器300和可变电源400。运动 传感器50包含图像传感器51、模拟-数字(A/D)转换器52和运动值计算器53。可变电源400包含电源10、电源电压调节器100和串if关电压调节器 200。现将描述图3所示的各个块的功能。由于光学单元40、运动传感器50和无线数据收发器70的功能和关系 与参看图2在"背景技术"中描述的相同，所以此处将省略对其描述，且仅 将描述添加的组件的功能和相关性。微控制器600不仅接收从运动传感器50输出的运动值V (MOV),而且 接收其它外部输入信息，例如光学指向装置的按钮输入值和轮输入值，根据 主机计算机(未图示)所要求的规范将运动值V (M0V )传输到主机计算机， 并视需要将运动值V (MOV)传输到移动速度传感器300。移动速度传感器300从运动传感器50的运动值计算器53或微控制器 600接收运动值V (MOV)，计算光学指向装置的移动速度VEL，并输出移动 速度VEL。可变电源400从移动速度传感器300接收光学指向装置的移动速度 VEL，并将对应于移动速度VEL的电源电压V_varl到V_varN以可变方式施 加到电路的每一者。也就是说，当光学指向装置的移动速度VEL较高时，所 施加的电源电压增加，且当光学指向装置的移动速度VEL较低时，所施加 的电源电压减小。现将参看图3描述根据本发明示范性实施例的具有可变移动速度的无 线光学指向装置的操作。当光学单元40使用光源向物体照射光时，图像传感器51接收物体的 任意表面反射的光，读出任意表面的图像数据，并输出对应于所接收光的 量的光电压(或光电流)。A/D转换器52接收光电压(或光电流)的才莫拟信 号，并将模拟信号转换为数字信号。运动值计算器53接收A/D转换器52 的输出信号，并计算且输出光学指向装置的运动值V (MOV)。光学单元40 和运动传感器50的上述操作与参看图l在"背景技术"中描述的相同。此 处，同样常见的是，也可将A/D转换器52的功能集成在图像传感器51中。所述光学指向装置与图l所示的常规光学指向装置不同之处在于，移动 速度传感器300从运动值计算器53接收光学指向装置的运动值V (MOV)， 并计算且输出移动速度VEL，且可变电源400从移动速度传感器300接收光 学指向装置的移动速度VEL，并将对应于移动速度VEL的电源电压V_varlb 到V—varM以可变方式施加到电路的每一者。举例来说，当光学指向装置的移动速度VEL较高时，可变电源400中 包含的电源电压调节器100增加所施加的电源电压，且当光学指向装置的 移动速度VEL较低时，电源电压调节器IOO减小所施加的电源电压。显然， 可将恒定的电源电压施加到操作速度与电源电压无关的组件。举例来说，可
将恒定的电源电压施加到用于控制光学单元40的光源的部分，且可使用所 述部分来接通和断开光源。图4是用于图3所示的无线光学指向装置的可变电源的方块图。参看图4，可变电源400 (参看图3)包含电源10、电源电压调节器100 和串联电压调节器200。电源电压调节器100包括多个电源电压降落部分 lOO-la到IOO-N和多个电源电压升高部分100-lb到IOO-M。现将描述图4所示的各个块的功能。电源10施加预定电平的电源电压。电源电压调节器IOO从电源IO接收电源电压，使用电源电压降落部分 100-la到IOO-N和电源电压升高部分100-lb到IOO-M将电源电压升高或降 低到光学指向装置的各个块所需的最佳操作电压，并输出升高的电压或降 低的电压。当有必要补偿施加到光学指向装置的电源电压时，串联电压调节器200 接收由电源电压调节器100调节的电源电压，再次调节电源电压，并输出 电源电压。并且，串联电压调节器200可根据光学指向装置的移动速度VEL 以可变方式调节电源电压或输出固定电压。由于串联电压调节器200与电 源电压降落部分100-la到100-N或电源电压升高部分100-lb到IOO-M相 比产生低紋波稳定的电源电压，所以串联电压调节器200的输出电压施加 到对电源电压紋波敏感的块，例如图像传感器51。低紋波稳定的电源电压 可施加到光学指向装置中包含的额外半导体装置或电路，所述额外半导体 装置或电路具有不同于光学指向功能的功能。多个内部块(未图示)接收由电源电压调节器100调节的输出电源电 压，并使用电源电压作为操作电压来执行个别功能。图5是用于图4所示的无线光学指向装置的可变电源的电源电压降落 部分的等效电路图。参看图5,电源电压降落部分IOO-N包含第一参考电压产生器lll、移 动速度传感器300、分压控制器112、分压器113、比较器114、第一开关 控制器115和电压降落调节器116。现将描述图5所示的各个块的功能。电源IO施加预定电平的电源电压，且第一参考电压产生器111接收所 述电源电压并产生第一参考电压Vrefl，以将任意电压与第一参考电压 Vref 1进行比4交。移动速度传感器300接收运动值V (MOV)，感测光学指向装置的运动， 并计算且输出光学指向装置的移动速度VEL。分压控制器112接收对应于由移动速度传感器300计算出的光学指向 装置的移动速度VEL的数字信号，使用数字信号的组合进行编程，并输出 分压控制信号C0N1和C0N2。响应于分压控制信号C0N1和C0N2，当移动速 度VEL较高时，增加划分比(division ratio)以将较高电源电压V_varN 施加到任意内部块，且当移动速度VEL较低时，减小划分比以将较低电源 电压V-varN施加到4壬意内部块。分压器113响应于从分压控制器112输出的分压控制信号C0N1和C0N2 来控制其中包含的多个开关(未图示)的接通/断开，以改变施加到多个内 部块(未图示)的电源电压并输出划分电压Vdiv。比较器114接收划分电压Vdiv和第一参考电压Vrefl，将划分电压Vdiv 与第一参考电压Vrefl进行比较，并产生比较输出信号。因此，当划分电 压Vdiv的电平高于第一参考电压Vrefl时，比较器114产生高电平比较输 出信号，且当划分电压Vdiv的电平低于第一参考电压Vrefl时，比较器114 产生低电平比较输出信号。第一开关控制器115响应于比较输出信号来升高或降低电压降落调节 器116的电源电压。因此，第一开关控制器115响应于高电平比较输出信 号来降低施加到任意内部块的电源电压V_varN，同时第一开关控制器115 响应于低电平比较输出信号升高施加到任意内部块的电源电压V_varN。电压降落调节器116接收电源电压，在第一开关控制器115的控制下 升高或降低电源电压的电平，并将电源电压施加到多个内部块。此处，由于 这一操作众所周知为DC-DC转换器，所以将省略详细的电路描述。图6是用于图4所示的无线光学指向装置的可变电源的电源电压升高 部分的等效电路图。参看图6，电源电压升高部分100-M包含第二参考电压产生器121、分 压控制器122、分压器123、比较器124、第二开关控制器125、电压升高 调节器126和移动速度传感器300。图6所示的组件的功能和关系与图5所 示的大体上相同。然而，电源电压升高部分100-M与电源电压降落部分1OO-N 不同之处在于，电压升高调节器126代替电压降落调节器116，第二开关控 制器125代替第一开关控制器115，且输出由电压升高调节器126调节的电 源电压V—varM,而不是由电压降落调节器116调节的电源电压V—varN。图7是包含图5所示的电源电压降落单元的分压器和图6所示的电源 电压升高单元的分压器之电路图。参看图7，分压器包含多个电阻器Rl到R4和多个开关SW1到SW6。为 了简洁起见，假定电阻器R1到R4包含第一电阻器R1到第四电阻器R4，且 开关SW1到SW6包含第一开关SW1到第六开关SW6。第一电阻器R1、第一开关SW1、第二电阻器R2和第三开关SW3以此次 序串联连接，且R1的端子中不与SW1串联连接的端子耦合到电压降落调节 器(未图示)的输出端子，且SW3的端子中不与R2串联连接的另一端子耦
合到划分电压输出端子VOUT。并联连接的第二开关SW2与第一电阻器Rl的 每一者的一个端子接收电压降落调节器的输出信号，且第二开关SW2的另 一端子连接到第一开关SW1与第二电阻器R2之间的接触点。将第一分压控制信号C0N1从分压控制器(未图示)施加到第一开关SW1 到第三开关SW3的每一者的控制端子。并且，第三电阻器R3、第四开关SW4、第四电阻器R4和第六开关SW6 以此次序串联连接，且R3的端子中不与SW4串联连接的端子耦合到划分电 压输出端子VOUT，且SW6的端子中不与R4串联连接的另一端子耦合到接地 电压。并联连接的第五开关SW5与第三电阻器R3的每一者的一个端子耦合 到划分电压输出端子VOUT的输出信号，且第五开关SW5的另一端子连接到 第四开关SW4与第四电阻器R4之间的接触点。现将参看图7来描述图5和图6所示的无线光学指向装置的电源电压 降落部分和电源电压升高部分的操作。举例来说，当需要使用分压器113以1: 1的比率划分从电压降落调节 器116输出的电源电压时，响应于第一分压控制信号C0N1仅接通第一开关 SW1和第三开关SW3，响应于第二分压控制信号C0N2 ^l接通第四开关SW4 和第六开关SW6，且断开其余的开关，使得相同的端子电压施加到电阻器 Rl+R2和电阻器R3+R4的每一者。当由移动速度传感器300计算出的移动速度VEL较低时，有必要施加 低电源电压，使得可能需要以1:2的比率划分从电压降落调节器116输出 的电源电压。在此情况下，响应于第一分压控制信号C0N1仅接通第二开关 SW2和第三开关SW3，响应于第二分压控制信号C0N2仅接通第四开关SW4 和第六开关SW6，且断开其余的开关。因此，以1: 2的比率将端子电压施加 到电阻器R2和电阻器R3+R4。因此，分压器113输出高划分电压Vdiv，使得比较器114产生高电平 比较输出信号，第一开关控制器115降低用于减小电路的操作速度所需的 电源电压，且可以可变方式施加所述电源电压以获得光学指向装置的适当 的运动值。当由移动速度传感器300计算出的移动速度VEL较高时，有必要施加 高电源电压，使得可能需要以2:1的比率划分从电压降落调节器116输出 的电源电压。在此情况下，响应于第一分压控制信号C0N1仅接通第一开关 SW1和第三开关SW3，响应于第二分压控制信号C0N2仅接通第五开关SW5 和第六开关SW6，且断开其余的开关。因此，以2: 1的比率将端子电压施加 到电阻器Rl+R2和电阻器R4。如上所述，分压器113实现了将低划分电压Vdiv施加到操作速度随着 电源电压变化的电路。因此，电源电压根据移动速度而变化并施加到所述 电路，使得光学指向装置即使在最小电源电压下也可获得适当的运动值，从 而防止功率浪费。下文中，将参看图3到图7来描述根据本发明示范性实施例的光学指 向装置的可变电源的操作。图5中，当电源IO施加预定的电源电压时，第一参考电压产生器lll 接收所述电源电压并产生具有第一电平的第一参考电压Vrefl，使得比较器 114可将任意电压电平与第一参考电压Vrefl的第一电平进行比较。电压降落调节器116从电源IO接收电源电压，降低电源电压的电平， 并将电源电压施加到光学指向装置的多个内部块，使得内部块可在适当电 压下操作。移动速度传感器300从运动值计算器53接收运动值V (M0V )，感测光 学指向装置的运动，根据光学指向装置的移动距离与移动光学指向装置所 花费的时间之间的相关性而计算光学指向装置的移动速度VEL ，并输出对应 于先前映射的解码信号的移动速度VEL的数字信号。分压控制器112或122接收对应于光学指向装置的移动速度VEL的数 字信号，对图7所示的分压器113中包含的开关SW1到SW6的接通/断开进 行编程，以便根据光学指向装置的移动速度VEL控制被施加在多个内部块 的划分电压Vdiv,并输出第一划分电压控制信号C0N1和第二划分电压控制 信号C0N2。响应于第一划分电压控制信号C0N1和第二划分电压控制信号 C0N2来控制开关SW1到SW6的接通/断开，使得当光学指向装置的移动速度 VEL较高时，分压器113能够以较大比率施加划分电压Vdiv，且当光学指 向装置的移动速度VEL较低时，分压器113能够以较小比率施加划分电压 Vdiv。分压器113从电压降落调节器116接收电平降低的电源电压，响应于 第一划分电压控制信号C0N1和第二划分电压控制信号C0N2控制开关SW1 到SW6的接通/断开，根据光学指向装置的移动速度VEL改变划分电压Vdiv, 并输出经改变的划分电压Vdiv。比较器114接收从分压器113输出的划分电压Vdi v和从第 一参考电压 产生器111输出的具有第一电平的第一参考电压Vrefl，将划分电压Vdiv 与第一参考电压Vrefl进行比较，并产生比较输出信号。因此，当划分电 压Vdiv的电平高于第一参考电压Vrefl的第一电平时，比较器114产生高 电平比较输出信号，且当划分电压Vdiv的电平低于第一参考电压Vref 1的 第一电平时，比较器114产生低电平比较输出信号。当第一开关控制器115从比较器114接收高电平比较输出信号时，由于 划分电压Vdiv的电平高于第一参考电压Vrefl的第一电平，所以第一开关 控制器115降低电压降落调节器116的电源电压。相反，当第一开关控制
器115从比较器114接收低电平比较输出信号时，由于划分电压Vdiv的电 平低于第一参考电压Vrefl的第一电平，所以第一开关控制器115升高电 压降落调节器116的电源电压。与在电源电压降落部分中一样，参看图6，当电源10施加预定电平的 电源电压且第二参考电压产生器121输出具有第二电平的第二参考电压 Vref2时，电压升高调节器126从电源IO接收电源电压，升高电源电压的 电平，并将电源电压施加到光学指向装置的多个内部块，使得内部块可在 适当电压下操作。分压器123从电压升高调节器126接收电平升高的电源电压并使用电 阻器的组合输出划分电压Vdiv。在此情况下，分压器123根据光学指向装 置的移动速度VEL改变划分电压Vdiv，并与图5所示的电源电压降落部分 中一样输出经改变的划分电压Vdiv。比较器124接收从分压器12 3输出的划分电压Vd i v和从第二参考电压 产生器121输出的具有第二电平的第二参考电压Vref2，将划分电压Vdiv 与第二参考电压Vref2进行比较，并产生比较输出信号。因此，当划分电 压Vdiv的电平高于第二参考电压Vref2的第二电平时，比较器124产生高 电平比较输出信号，且当划分电压Vdiv的电平低于第二参考电压Vref2的 第二电平时，比较器124产生低电平比较输出信号。与图5所示的电源电压降落部分的第一开关控制器115 —样，当第二 开关控制器125从比较器124接收低电平比较输出信号时，由于划分电压 Vdiv的电平低于第二参考电压Vref2的第二电平，所以第二开关控制器125 升高电压升高调节器126的电源电压。相反，当第二开关控制器125从比 较器124接收高电平比较输出信号时，由于划分电压Vdiv的电平高于第二 参考电压Vref2的第二电平，所以第二开关控制器125降低电压升高调节 器126的电源电压。同时，尽管图4说明串联电压调节器200接收电源电压调节器100的 输出信号，再次调节输出信号的电平，并输出电平经调节的信号，但串联 电压调节器200可实施为电源电压降落部分100-N或电源电压升高部分 100-M的组件，因为串联电压调节器200可使用用于操作图5电压降落调节 器116所需之第一参考电压产生器111的第一参考电压Vrefl和图6电压 升高调节器126所需之第二参考电压产生器121的第二参考电压Vref2而 操作，图5电压降落调节器116和图6电压升高调节器126各是如图4所 示的等效电路。图8是根据本发明另一示范性实施例的用于光学指向装置的电源半导 体装置的方块图，所述电源半导体装置包含用于图4所示的光学指向装置 的可变电源中所包含的组件的 一部分。
参看图8，电源半导体装置包含具有电源电压调节器IOO和多个串联电 压调节器200的额外单个芯片。与图4所示的可变电源一样，电源电压调节器100包含多个电源电压 降落部分100-la到100-N和多个电源电压升高部分100-lb到100-M。然而， 与图4所示的可变电源不同的是，电源电压调节器100包含多个串联电压 调节器200-1到200-L。图8所示的组件的关系与图4所示的组件的关系相同，只是省略了电 源IO且多个串联电压调节器200-1到200-L从电源电压调节器100接收降 低或升高的电源电压并输出多个串联电压。现将描述图8所示的各个块的功能。电源电压调节器100从设置在电源半导体装置外部的预定电源接收电 源电压VDD，根据光学指向装置的移动速度将电源电压VDD升高或降低到光 学指向装置的各个块所需的最佳操作电压，并输出经升高或降低的电源电压。串联电压调节器200-1到200-L从电源电压调节器100接收经升高或 降低的电源电压，再次调节电源电压，并将经调节的电源电压输出到电源 电压半导体装置外部。图8所示的用于光学指向装置的电源半导体装置的操作与图4所示的 光学指向装置的可变电源的操作大体相同，只是多个串联电压调节器200-1 到200-L从电源电压调节器100接收经升高或降低的电源电压，再次调节 电源电压，并将经调节的电源电压输出到电源半导体装置外部。同时，电源电压降落部分100-la到100-N和电源电压升高部分100-lb 到100-M的每一者的组件、电源电压降落部分100-la到100-N和电源电压 升高部分100-lb到100-M的每一者的分压器的组件、各个组件的关系，以 及各个块的功能和操作与参看图5到图7所述的光学指向装置中相同，且因 此此处将省略对其描述。因此，根据参看图4到图7所述的本发明的先前实施例的光学指向装 置的可变电源可根据光学指向装置的移动速度自动地改变电源电压，同时 根据参看图8所述的本发明的当前实施例的光学指向装置的电源电压半导 体装置使用户或计算机能够设定电源电压。举例来说，当用户玩计算机游 戏时，可通过操纵按钮或执行特定操作来设定较高的电源电压，使得计算 机可以高速度操作。并且，当用户使用低速功能(例如，文字处理器)时， 可设定较低的电源电压。如上所述，根据本发明的光学指向装置和电源电压半导体装置可在光 学指向装置的移动速度较高时增加施加到电路的电源电压，且当光学指向 装置的移动速度较低时减小施加到电路的电源电压，使得根据光学指向装
置的移动速度以可变方式施加电源电压。因此，可切断向可在最小电源电 压下操作的内部块施加不必要的电源电压，因此防止了功率浪费。并且，用户可视需要设定电源电压，或者计算机可根据应用程序的类 型控制电源电压，因此根据目的减少功率消耗并优化操作。因此，无线指 向装置可使用电池延长操作时间并使从计算机供应的功率最小化。根据本发明的光学指向装置可使用可变电源产生各个内部块所需的不 同的最佳电源电压，并根据光学指向装置的移动速度以可变方式施加电源 电压，使得切断施加过量的电源电压以防止功率浪费。本文已揭示本发明的示范性实施例，且尽管使用了特定术语，但其仅 在一般描述性意义上使用并应仅在一般描述性意义上加以解释，然其并非 用以限定本发明。因此，所属领域的一般技术人员将了解，可在不脱离如 所附权利要求书中陈述的本发明的精神和范围的情况下作出形式和细节上 的各种变化。
权利要求
1、一种光学指向装置，其特征在于其包括光学单元，用于使用光源向物体照射光并接收由所述物体所反射的光以输出光学图像；运动传感器，用于接收所述光学图像，读出图像数据，并计算运动值以输出所述运动值；移动速度传感器，用于接收所述运动值并计算所述光学指向装置的移动速度以输出所述移动速度；以及可变电源，用于根据所述移动速度产生不同的电源电压。
2、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于其进一步包括 微控制器，用于接收所述运动值和预定的外部输入信号并将所述运动值和所述外部输入信号传输到主机计算机以输出所述运动值；以及无线数据收发器，用于从所述微控制器接收所述运动值，并将所述运 动值转换为模拟信号从而通过天线以无线方式将所述模拟信号传输到所述 主机计算机。
3、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于其中所述运动传感器包括 图像传感器，用于接收所述反射的光并读出所述图像数据以输出对应于所述接收光的量的模拟信号；模拟-数字转换器，用于接收所述模拟信号并将所述模拟信号转换为数 字信号以输出所述数字信号；以及运动值计算器，用于从所述模拟-数字转换器接收所述数字信号并通过 在像素之间进行比较来计算所述运动值，以输出所述运动值。
4、 根据权利要求2所述的装置，其特征在于其中所述可变电源包括 电源，用于供应电源电压；电源电压调节器，用于接收所述电源电压并将所述电源电压升高或降 低到用于内部块的最佳操作电压，所述内部块包含所述光学单元、所述运 动传感器、所述移动速度传感器、所述微控制器和所述无线数据收发器， 以输出所述升高或降低的电源电压；以及串联电压调节器，用于接收所述升高或降低的电源电压并再次调节所 述电源电压以输出所述经调节的电源电压。
5、 根据权利要求4所述的装置，其特征在于其中当所述光学指向装置 中使用的电源电压需要施加到所述光学指向装置的每个块时，所述串联电 压调节器从所述电源电压调节器接收所述升高或降低的电源电压，再次调 节所述电源电压，并输出所述经调节的电源电压。
6、 根据权利要求4所述的装置，其特征在于其中所述电源电压调节器 包括电源电压降落部分，用于接收所述电源电压，产生预定的参考电压， 计算所述光学指向装置的运动值和移动速度，根据所述移动速度划分所述 电源电压，将划分电压的电平与所述参考电压的电平进行比较，并确定应 升高还是降低所述电源电压，以将可变的最佳电源电压施加到所述光学指向装置的每个块；以及电源电压升高部分，用于将所述划分电压的电平与所述参考电压的电 平进行比较，并确定应升高还是降低所述电源电压，以将所述可变的最佳 电源电压施加到所述光学指向装置的每个块。
7、 根据权利要求6所述的装置，其特征在于其中所述电源电压降落部 分包括电压降落调节器，用于接收所述电源电压以将预定降低的电源电压输 出到所述光学指向装置的每个块；第一参考电压产生器，用于接收所述电源电压以产生第一参考电压； 分压控制器，用于根据所述移动速度输出用于控制所述划分电压所需的第一和第二分压控制信号；分压器，用于响应于所述第一和第二分压控制信号改变所述划分电压以输出所述经改变的划分电压；比较器，用于接收所述经改变的划分电压和所述第一参考电压，并将 所述划分电压的电平与所述第一参考电压的电平进行比较以输出比较输出 信号；以及第一开关控制器，用于响应于所述比较输出信号来升高或降低所述电 压降落调节器的输出电压。
8、 根据权利要求7所述的装置，其特征在于其中所述第一开关控制器 响应于所述比较输出信号而输出 一信号，以升高或降低所述电源电压。
9、 根据权利要求6所述的装置，其特征在于其中所述电源电压升高部 分包括电压升高调节器，用于接收所述电源电压以将所述升高的电源电压输 出到所述光学指向装置的每个块；第二参考电压产生器，用于接收所述电源电压以产生第二参考电压；分压控制器，根据所述移动速度来输出用于控制所述划分电压所需的第一和第二分压控制信号；分压器，用于响应于所述第一和第二分压控制信号改变所述划分电压； 比较器，用于接收所述经改变的划分电压和所述第二参考电压，并将所述划分电压的电平与所述第二参考电压的电平进行比较，以产生比较输出信号；以及 第二开关控制器，用于响应于所述比较输出信号来升高或降低所述电 压升高调节器的输出电压。
10、 根据权利要求9所述的装置，其特征在乎其中所述第二开关控制 器响应于所述比较输出信号输出 一信号，以升高或降低所述电源电压。
11、 根据权利要求7或9所述的装置，其特征在于其中所述比较器接 收所述经改变的划分电压和所述参考电压，将所述划分电压的电平与所述 参考电压的电平进行比较，并基于比较结果来产生输出信号。
12、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于其中所述移动速度传感器从所述移动值计算器接收所述移动值，根据所述光学指向装置的移动距 离与移动所述光学指向装置所花费的时间之间的相关性而计算所述移动速度，并输出对应于所述移动速度的解码信号。
13、 根据权利要求11所述的装置，其特征在于其中所述分压控制器接收所述解码信号，并根据所述光学指向装置的移动速度输出用于控制所述 分压器的划分电压控制信号，其中所述划分电压控制信号允许在所述光学指向装置的移动速度较高 时施加高划分电压，且允许在所述光学指向装置的移动速度较低时施加低 划分电压。
14、 根据权利要求13所述的装置，其特征在于其中所述分压器包括 第一分压部分，其包含多个第一组电阻器、多个第一组开关以及多个第二组开关，所述多个第一组电阻器和所述多个第一组开关交替串联连接 在所述电源电压调节器的输出端子与所述分压器的输出端子之间，所述多 个第二组开关分别并联连接在所述电源电压调节器的输出端子与所述第一 组电阻器和所述第一组开关之间的接触点之间；以及第二分压部分，其包含多个第二组电阻器、多个第三组开关以及多个 第四组开关，所述多个第二组电阻器和所述多个第三组开关交替串联连接 在所述分压器的输出端子与接地电压之间，所述多个第四组开关分别并联 连接在所述分压器的输出端子与所述第二组电阻器和所述第三组开关之间 的接触点之间。
15、 根据权利要求14所述的装置，其特征在于其中当所述第一分压控 制信号施加到所述第一组和第二组开关的控制端子且所述第二分压控制信 号施加到所述第三组和第四组开关的控制端子时，所述分压器响应于所述 第一和第二划分电压控制信号来控制所述第一组到第四组开关的接通/断开，根据所述光学指向装置的移动速度改变所述划分电压，并输出所述经 改变的划分电压。
16、 一种用于光学指向装置的电源半导体装置，其特征在于其包括单 个芯片，所述单个芯片包含多个电源电压调节器，所述电源电压调节器用 于接收电源电压并将所述电源电压升高或降低到所述光学指向装置的各个 内部块所需的最佳操作电压，以输出所述升高或降低的电源电压。
17、 根据权利要求16所述的装置，其特征在于其中所述电源电压调节器包括至少一个串联电压调节器。
18、 根据权利要求16所述的装置，其特征在于其中所述电源电压调节 器包括电源电压降落部分，用于接收所述电源电压，产生预定的参考电压， 计算所述光学指向装置的运动值和移动速度，根据所述移动速度划分所述 电源电压，将划分电压的电平与所述参考电压的电平进行比较，并确定应 升高还是降低所述电源电压，以将可变的最佳电源电压施加到所述光学指 向装置的每个块；以及电源电压升高部分，用于将所述划分电压的电平与所述参考电压的电 平进行比较，并确定应升高还是降低所述电源电压，以将所述可变的最佳 电源电压施加到所述光学指向装置的每个块。
19、 根据权利要求18所述的装置，其特征在于其中所述电源电压降落 部分包括电压降落调节器，用于接收所述电源电压以将预定降低的电源电压输出到所述光学指向装置的每个块；第一参考电压产生器，用于接收所述电源电压以产生第一参考电压；分压控制器，用于根据所述移动速度输出用于控制所述划分电压所需 的第一和第二分压控制信号；分压器，用于响应于所述第一和第二分压控制信号改变所述划分电压， 以输出所述经改变的划分电压；比较器，用于接收所述经改变的划分电压和所述第一参考电压，并将 所述划分电压的电平与所述第一参考电压的电平进行比较以输出比较输出 信号；以及第一开关控制器，用于响应于所述比较输出信号来升高或降低所述电 压降落调节器的输出电压。
20、 根据权利要求19所述的装置，其特征在于其中所述第一开关控制 器响应于所述比较输出信号输出一信号以升高或降低所述电源电压。
21、 根据权利要求18所述的装置，其特征在于其中所述电源电压升高 部分包括电压升高调节器，用于接收所述电源电压以将所述升高的电源电压输出到所述光学指向装置的每个块；第二参考电压产生器，用于接收所述电源电压以产生第二参考电压；分压控制器，用于根据所述移动速度输出用于控制所述划分电压所需 的第 一和第二分压控制信号；分压器，用于响应于所述第一和第二分压控制信号改变所述划分电压； 比较器，用于接收所述经改变的划分电压和所述第二参考电压，并将所述划分电压的电平与所述第二参考电压的电平进行比较以产生比较输出信号；以及第二开关控制器，用于响应于所述比较输出信号来升高或降低所述电 压升高调节器的输出电压。
22、 根据权利要求21所述的装置，其特征在于其中所述第二开关控制 器响应于所述比较输出信号输出 一信号以升高或降低所述电源电压。
23、 根据权利要求19或21所述的装置，其特征在于其中所述比较器 接收所述经改变的划分电压和所述参考电压，将所述划分电压的电平与所 述参考电压的电平进行比较，并基于比较结果来产生输出信号。
24、 根据权利要求23所述的装置，其特征在于其中所述分压控制器接 收解码信号，并根据所述光学指向装置的移动速度输出用于控制所述分压 器的划分电压控制信号，其中所述划分电压控制信号允许在所述光学指向装置的移动速度较高 时施加高划分电压，且允许在所述光学指向装置的移动速度较低时施加低 划分电压。
25、 根据权利要求24所述的装置，其特征在于其中所述分压器包括 第一分压部分，其包含多个第一组电阻器、多个第一组开关以及多个第二组开关，所述多个第一组电阻器和所述多个第一组开关交替串联连接 在所述电源电压调节器的输出端子与所述分压器的输出端子之间，所述多 个第二组开关分别并联连接在所述电源电压调节器的输出端子与所述第一 组电阻器和所述第一组开关之间的接触点之间；以及第二分压部分，其包含多个第二组电阻器、多个第三组开关以及多个 第四组开关，所述多个第二组电阻器和所述多个第三组开关交替串联连接 在所述分压器的输出端子与接地电压之间，所述多个第四组开关分别并联 连接在所述分压器的输出端子与所述第二组电阻器和所述第三组开关之间 的接触点之间。
26、 根据权利要求25所述的装置，其特征在于其中当所述第一分压控 制信号施加到所述第一组和第二组开关的控制端子且所述第二分压控制信 号施加到所述第三组和第四组开关的控制端子时，所述分压器响应于所述 第一和第二划分电压控制信号来控制所述第一组到第四组开关的接通/断开，根据所述光学指向装置的移动速度改变所述划分电压，并输出所述经 改变的划分电压。
27、 根据权利要求16所述的装置，其特征在于其中所述电源电压调节 器的控制通过用户的外部设定而启用。
28、 才艮据权利要求27所述的装置，其特征在于其中所述电源电压调节 器的控制通过将设定信号施加到外部输入装置而启用。
29、 根据权利要求27所述的装置，其特征在于其中所述电源电压调节 器的控制使用连接到计算机的所述光学指向装置的电源的端子而启用。
全文摘要
本发明提供光学指向装置及其电源半导体装置。光学指向装置包含光学单元，用于使用光源向物体照射光并接收由物体所反射的光以输出光学图像；运动传感器，用于接收光学图像，读出图像数据，并计算运动值以输出运动值；移动速度传感器，用于接收运动值并计算光学指向装置的移动速度以输出移动速度；以及可变电源，用于根据移动速度产生不同的电源电压。光学指向装置可产生各个内部块所需的不同的最佳电源电压并根据移动速度以可变方式施加电源电压。因此，切断了不必要的电力供应，从而防止功率浪费。
文档编号G06F3/038GK101149650SQ20071014797
公开日2008年3月26日 申请日期2007年8月30日 优先权日2006年9月19日
发明者李芳远, 洪性赫 申请人:艾勒博科技股份有限公司