本发明涉及一种用于红外接收装置的环境光补偿电路，包括依次连接的电位检测单元、电压积分单元和电压电流转换单元，其中，所述电位检测单元用于接收第一电压信号(VSAM)，并将第一电压信号(VSAM)与基准电压比较；所述电压积分单元包括控制电容充电的第一开关(SW1)和控制电容放电的第二开关(SW2)，根据所述电位检测单元输出信号控制所述第一开关(SW1)和第二开关(SW2)，从而对电容充电或放电以输出第二电压信号(VX)，所述电压电流转换单元用于对所述第二电压信号(VX)转换以输出补偿电流。本发明能够实现环境光电流补偿，实现稳定增益。
1.一种用于红外接收装置的环境光补偿电路，包括红外接收二极管(D1)和负载电阻(RL)，其特征在于，包括依次连接的电位检测单元、电压积分单元和电压电流转换单元，其中，
所述电位检测单元用于接收第一电压信号(VSAM)，并将第一电压信号(VSAM)与基准电压比较；
所述电压积分单元包括控制电容充电的第一开关(SW1)和控制电容放电的第二开关(SW2)，根据所述电位检测单元输出信号控制所述第一开关(SW1)和第二开关(SW2)，从而对电容充电或放电以输出第二电压信号(VX)，所述电压电流转换单元用于对所述第二电压信号(VX)转换以输出补偿电流。
2.根据权利要求1所述的用于红外接收装置的环境光补偿电路，其特征在于：所述电位检测单元包括第一比较器(COMP1)和第二比较器(COMP2)，第一比较器(COMP1)输出信号控制所述第一开关(SW1)通断，第二比较器(COMP2)控制所述第二开关(SW2)通断。
3.根据权利要求2所述的用于红外接收装置的环境光补偿电路，其特征在于：所述第一比较器(COMP1)具有第一反相端和第二反相端，所述第一反相端接第一基准电压(VREF1)，第二反相端接第二基准电压(VREF2)；
当第一电压信号(VSAM)大于第二基准电压(VREF2)时，第一比较器(COMP1)输出信号由低电平翻转至高电平；当第一电压信号(VSAM)小于第一基准电压(VREF1)时，第一比较器(COMP1)输出信号由高电平翻转至低电平；
所述第一基准电压(VREF1)小于第二基准电压(VREF2)。
4.根据权利要求3所述的用于红外接收装置的环境光补偿电路，其特征在于：第二比较器(COMP2)具有第三反相端和第四反相端，所述第三反相端接第三基准电压(VREF3)，第四反相端接第四基准电压(VREF4)；
当第一电压信号(VSAM)大于第四基准电压(VREF4)时，第二比较器(COMP2)输出信号由低电平翻转至高电平；当第一电压信号(VSAM)小于第三基准电压(VREF3)时，第二比较器(COMP2)输出信号由高电平翻转至低电平；
所述第三基准电压(VREF3)小于第四基准电压(VREF4)。
5.根据权利要求4所述的用于红外接收装置的环境光补偿电路，其特征在于：第一基准电压(VREF1)＜第二基准电压(VREF2)＜第三基准电压(VREF3)＜第四基准电压(VREF4)。
6.根据权利要求4所述的用于红外接收装置的环境光补偿电路，其特征在于：当第一比较器(COMP1)输出高电平时，控制所述第一开关(SW1)断开；
当第一比较器(COMP1)输出低电平时，控制所述第一开关(SW1)吸合；
当第二比较器(COMP2)输出高电平时，控制所述第二开关(SW2)吸合；
当第二比较器(COMP2)输出低电平时，控制所述第二开关(SW2)断开。
7.根据权利要求1所述的用于红外接收装置的环境光补偿电路，其特征在于：所述电压积分单元包括第一恒流源(IC1)、第二恒流源(IC2)、第一电容(CX)，第一恒流源(IC1)和第二恒流源(IC2)之间依次接有第一开关(SW1)、第二开关(SW2)；第一开关(SW1)和第二开关(SW2)之间的公共端接第一电容(CX)。
8.根据权利要求7所述的用于红外接收装置的环境光补偿电路，其特征在于：所述电压积分单元包括第二电容(CF)、第一电阻(RF)，所述第一电容(CX)、第二电容(CF)、第一电阻(RF)连接组成π型滤波回路，第一电容(CX)第一端经第一电阻(RF)接所述电压电流转换单元的输入端。
9.根据权利要求7所述的用于红外接收装置的环境光补偿电路，其特征在于：所述电压电流转换单元包括第一PMOS管(P1)、第二PMOS管(P2)、第三PMOS管(P3)、第四PMOS管(P4)、第三恒流源(IC3)，
所述第一PMOS管(P1)、第二PMOS管(P2)、第三PMOS管(P3)、第四PMOS管(P4)连接成叠层电流镜结构，所述第一PMOS管(P1)、第二PMOS管(P2)连接成一组，所述第四PMOS管(P4)漏极与所述第三恒流源(IC3)之间的公共端接所述电压电流转换单元的输出端(ICOM)。
10.根据权利要求9所述的用于红外接收装置的环境光补偿电路，其特征在于：所述电压电流转换单元包括运算放大器(AMP1)、NMOS管(NX)，运算放大器(AMP1)同相端接所述第一电容(CX)第一端，运算放大器(AMP1)反相端经电阻(RS)接地；运算放大器(AMP1)输出端接NMOS管(NX)的栅极，运算放大器(AMP1)反相端和电阻(RS)之间的公共端接所述NMOS管(NX)的源极。
用于红外接收装置的环境光补偿电路
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于红外接收装置的环境光补偿电路。
背景技术
[0002] 如图1所示，传统红外接收装置的电路结构包括：光敏管D1，负载电阻R1、R2…RN，旁路管N1、N2…NN，电压源VDD，内部基准源VS，输出端VOUT。
[0003] 该结构的工作流程为：光敏管D1接收红外信号，产生红外接收电流I＝ISIG+IF(ISIG为信号电流，IF为环境光电流，ISIG＜＜IF)，该电流在电阻R1、R2…RN上形成信号电
压。
[0004] 当电流I较小时，VOUT＝VS－I＊(R1+R2+…+RN)，其增益为1/Gm＝R1+R2+…+RN；而当电流逐渐变大，其在电阻上的压降足以让旁路管开启时，其增益将逐渐减小。
[0005] 通过上述过程可以看到，对于不同的环境光电流IF，该装置的增益是变化的，即VOUT＝f(I)函数是非线性的，导致该接收装置无法应用于线性放大系统。
发明内容
[0006] 本发明的发明目的在于提供一种用于红外接收装置的环境光补偿电路，能够实现环境光电流补偿，实现稳定增益。
[0007] 实现本发明目的的技术方案：
[0008] 一种用于红外接收装置的环境光补偿电路，包括红外接收二极管(D1)和负载电阻(RL)，包括：
[0009] 包括依次连接的电位检测单元、电压积分单元和电压电流转换单元，其中，
[0010] 所述电位检测单元用于接收第一电压信号(VSAM)，并将第一电压信号(VSAM)与基准电压比较；
[0011] 所述电压积分单元包括控制电容充电的第一开关(SW1)和控制电容放电的第二开关(SW2)，根据所述电位检测单元输出信号控制所述第一开关(SW1)和第二开关(SW2)，从而
对电容充电或放电以输出第二电压信号(VX)，
[0012] 所述电压电流转换单元用于对所述第二电压信号(VX)转换以输出补偿电流。
[0013] 进一步地，所述电位检测单元包括第一比较器(COMP1)和第二比较器(COMP2)，第一比较器(COMP1)输出信号控制所述第一开关(SW1)通断，第二比较器(COMP2)控制所述第
二开关(SW2)通断。
[0014] 进一步地，所述第一比较器(COMP1)具有第一反相端和第二反相端，所述第一反相端接第一基准电压(VREF1)，第二反相端接第二基准电压(VREF2)；
[0015] 当第一电压信号(VSAM)大于第二基准电压(VREF2)时，第一比较器(COMP1)输出信号由低电平翻转至高电平；当第一电压信号(VSAM)小于第一基准电压(VREF1)时，第一比较
器(COMP1)输出信号由高电平翻转至低电平；
[0016] 所述第一基准电压(VREF1)小于第二基准电压(VREF2)。
[0017] 进一步地，第二比较器(COMP2)具有第三反相端和第四反相端，所述第三反相端接第三基准电压(VREF3)，第四反相端接第四基准电压(VREF4)；
[0018] 当第一电压信号(VSAM)大于第四基准电压(VREF4)时，第二比较器(COMP2)输出信号由低电平翻转至高电平；当第一电压信号(VSAM)小于第三基准电压(VREF3)时，第二比较
器(COMP2)输出信号由高电平翻转至低电平；
[0019] 所述第三基准电压(VREF3)小于第四基准电压(VREF4)。
[0020] 进一步地，第一基准电压(VREF1)＜第二基准电压(VREF2)＜第三基准电压(VREF3)＜第四基准电压(VREF4)。
[0021] 进一步地，当第一比较器(COMP1)输出高电平时，控制所述第一开关(SW1)断开；
[0022] 当第一比较器(COMP1)输出低电平时，控制所述第一开关(SW1)吸合；
[0023] 当第二比较器(COMP2)输出高电平时，控制所述第二开关(SW2)吸合；
[0024] 当第二比较器(COMP2)输出低电平时，控制所述第二开关(SW2)断开。
[0025] 进一步地，所述电压积分单元包括第一恒流源(IC1)、第二恒流源(IC2)、第一电容(CX)，第一恒流源(IC1)和第二恒流源(IC2)之间依次接有第一开关(SW1)、第二开关(SW2)；
第一开关(SW1)和第二开关(SW2)之间的公共端接第一电容(CX)。
[0026] 进一步地，所述电压积分单元包括第二电容(CF)、第一电阻(RF)，所述第一电容(CX)、第二电容(CF)、第一电阻(RF)连接组成π型滤波回路，第一电容(CX)第一端经第一电
阻(RF)接所述电压电流转换单元的输入端。
[0027] 进一步地，所述电压电流转换单元包括第一PMOS管(P1)、第二PMOS管(P2)、第三PMOS管(P3)、第四PMOS管(P4)、第三恒流源(IC3)，
[0028] 所述第一PMOS管(P1)、第二PMOS管(P2)、第三PMOS管(P3)、第四PMOS管(P4)连接成叠层电流镜结构，所述第一PMOS管(P1)、第二PMOS管(P2)连接成一组，所述第四PMOS管(P4)
漏极与所述第三恒流源(IC3)之间的公共端接所述电压电流转换单元的输出端(ICOM)。
[0029] 进一步地，所述电压电流转换单元包括运算放大器(AMP1)、NMOS管(NX)，运算放大器(AMP1)同相端接所述第一电容(CX)第一端，运算放大器(AMP1)反相端经电阻(RS)接地；
运算放大器(AMP1)输出端接NMOS管(NX)的栅极，运算放大器(AMP1)反相端和电阻(RS)之间
的公共端接所述NMOS管(NX)的源极。
[0030] 本发明具有的有益效果：
[0031] 本发明包括电位检测单元、电压积分单元、电压电流转换单元，所述电位检测单元用于将第一电压信号输出端(VSAM)电压与基准电压比较；所述电压积分单元由所述电位检
测单元控制，通过对电容充电或放电输出第二电压信号(VX)，所述电压电流转换单元将第
二电压信号(VX)转换输出补偿电流(环境光补偿电流)。红外接收电流I＝ISIG+IF，其中环
境光电流IF＞＞信号电流ISIG，本发明通过检测红外接收装置的输出电压VOUT(等效于第
一电压信号输出端VSAM)的高低变化，经过电压积分计算，形成积分电压，最终通过电压电
流转换，输出一个补偿电流(环境光补偿电流)，实现将红外接收电流I中的环境光电流IF剥
离，保留下来的电流中包含无损的真正信号电流ISIG和一部分残留环境光电流分量，可以
保证输出电压VOUT处于一个特定电平范围，不会靠近地，同时也保证该红外接收装置的增
益恒定，本发明尤其适用于要求红外信号线性放大的应用场合。
[0032] 本发明所述电位检测单元包括第一比较器(COMP1)和第二比较器(COMP2)，第一比较器(COMP1)和第二比较器(COMP2)均为迟滞比较器，并相应设有四个基准电压，第一比较
器(COMP1)输出信号控制所述第一开关(SW1)通断，第二比较器(COMP2)控制所述第二开关
(SW2)通断，进而控制电压积分单元。本发明通过电位检测单元四个基准电压的设置，模拟
环境光强度，进一步保证获得更加适配的检测与补偿精度。
[0033] 本发明电压积分单元包括第一恒流源(IC1)、第二恒流源(IC2)、第一电容(CX)、第二电容(CF)、第一电阻(RF)，所述第一电容(CX)、第二电容(CF)、第一电阻(RF)连接组成π型
滤波回路，能够消除尖峰干扰，稳定第二电压信号(VX)，进一步保证检测和补偿精度。
[0034] 本发明电压电流转换单元包括第一PMOS管(P1)、第二PMOS管(P2)、第三PMOS管(P3)、第四PMOS管(P4)、第三恒流源(IC3)，所述第一PMOS管(P1)、第二PMOS管(P2)、第三
PMOS管(P3)、第四PMOS管(P4)连接成叠层电流镜结构，有效将第二电压信号(VX)转换成补
偿电流信号。
附图说明
[0035] 图1是一种传统红外接收装置电路原理图；
[0036] 图2是本发明电路原理框图；
[0037] 图3是本发明电路示意图；
[0038] 图4是本发明电位检测单元输入输出电压示意图。
具体实施方式
[0039] 下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、
或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
[0040] 如图2、图3所示，本发明用于红外接收装置的环境光补偿电路包括红外接收二极管D1和负载电阻RL，包括：
[0041] 电位检测单元，所述电位检测单元信号输入端接第一电压信号输出端VSAM，所述第一电压信号输出端VSAM与所述红外接收二极管D1和负载电阻RL公共端连接，所述电位检
测单元用于将第一电压信号输出端VSAM电压与基准电压比较；
[0042] 电压积分单元，所述电压积分单元信号通过对电容充电或放电输出第二电压信号VX，所述电压积分单元设有控制电容充电的第一开关SW1和控制电容放电的第二开关SW2，
所述第一开关SW1和第二开关SW2由所述电位检测单元输出信号控制，
[0043] 电压电流转换单元，所述电压电流转换单元信号输入端接所述电压积分单元信号输出端，所述电压电流转换单元将第二电压信号VX转换输出补偿电流；所述电压电流转换
单元信号输出端ICOM接所述红外接收二极管D1的信号输出端VOUT。
[0044] 所述电位检测单元包括第一比较器COMP1和第二比较器COMP2，第一比较器COMP1和第二比较器COMP2同相端均与第一电压信号输出端VSAM连接，第一比较器COMP1输出信号
控制所述第一开关SW1通断，第二比较器COMP2控制所述第二开关SW2通断。
[0045] 所述第一比较器COMP1和第二比较器COMP2均为迟滞比较器；第一比较器COMP1设有第一反相端和第二反相端，所述第一反相端接第一基准电压VREF1，第二反相端接第二基
准电压VREF2；第一电压信号输出端VSAM电压大于第二基准电压VREF2时，第一比较器COMP1
输出信号由低电平翻转至高电平，第一电压信号输出端VSAM电压小于第一基准电压VREF1
时，第一比较器COMP1输出信号由高电平翻转至低电平，所述第一基准电压VREF1小于第二
基准电压VREF2。
[0046] 第二比较器COMP2设有第三反相端和第四反相端，所述第三反相端接第三基准电压VREF3，第四反相端接第四基准电压VREF4；第一电压信号输出端VSAM电压大于第四基准
电压VREF4时，第二比较器COMP2输出信号由低电平翻转至高电平，第一电压信号输出端
VSAM电压小于第三基准电压VREF3时，第二比较器COMP2输出信号由高电平翻转至低电平，
所述第三基准电压VREF3小于第四基准电压VREF4；所述第三基准电压VREF3小于第四基准
电压VREF4，所述第一基准电压VREF1小于第三基准电压VREF3，第二基准电压VREF2小于第
四基准电压VREF4。本实施例中，第一基准电压VREF1＜第二基准电压VREF2＜第三基准电压
VREF3＜第四基准电压VREF4。
[0047] 第一比较器COMP1输出高电平时，控制所述第一开关SW1断开；第一比较器COMP1输出低电平时，控制所述第一开关SW1吸合；第二比较器COMP2输出高电平时，控制所述第二开
关SW2吸合，第二比较器COMP2输出低电平时，控制所述第二开关SW2断开。
[0048] 所述电压积分单元包括第一恒流源IC1、第二恒流源IC2、第一电容CX，第一恒流源IC1和第二恒流源IC2之间依次接有第一开关SW1、第二开关SW2，第一恒流源IC1一端接电源
供电端VDD，第二恒流源IC2一端接地；第一开关SW1和第二开关SW2之间的公共端接第一电
容CX第一端，第一电容CX第一端接所述电压电流转换单元的信号输入端，第一电容CX第二
端接地。
[0049] 所述电压积分单元包括第二电容CF、第一电阻RF，所述第一电容CX、第二电容CF、第一电阻RF连接组成π型滤波回路，第一电容CX第一端经第一电阻RF接所述电压电流转换
单元的信号输入端。
[0050] 所述电压电流转换单元包括第一PMOS管P1、第二PMOS管P2、第三PMOS管P3、第四PMOS管P4、第三恒流源IC3，所述第一PMOS管P1、第二PMOS管P2、第三PMOS管P3、第四PMOS管
P4连接成叠层电流镜结构，所述第一PMOS管P1、第二PMOS管P2连接成一组，依次流经第一
PMOS管P1、第二PMOS管P2的电流IX1与第二电压信号VX相关，依次流经第三PMOS管P3、第四
PMOS管P4的电流IX与电流IX1成电流镜，所述第四PMOS管P4漏极与所述第三恒流源IC3之间
的公共端接所述电压电流转换单元的信号输出端ICOM，所述信号输出端ICOM输出补偿电
流。
[0051] 所述电压电流转换单元包括运算放大器AMP1、NMOS管NX，运算放大器AMP1同相端接所述第一电容CX第一端，运算放大器AMP1反相端经电阻RS接地；运算放大器AMP1输出端
接NMOS管NX的栅极，运算放大器AMP1反相端和电阻RS之间的公共端接所述NMOS管NX的源
极。
[0052] 下面进一步说明本发明的工作原理。
[0053] 如图2、图3所示，第一电压信号输出端VSAM为红外接收二极管D1的信号输出端VOUT的电位采集，VSAM的电压值表征了红外接收电流的大小，VSAM＝VOUT＝VS‑I*RL，VS为
供电端VS的电压。
[0054] 一方面红外接收电流I中信号电流ISIG＜＜环境光电流IF，所以VSAM的变化主要是由于IF的变化导致的。另一方面IF的变化频率远远小于信号的变化频率，所以对于信号
电流ISIG，环境光电流IF近似于一个直流量。即，VSAM电压的变化量基本来源于环境光电流
IF的变化，且VSAM的变化频率很低，体现的是IF的变化特性。
[0055] 电压VSAM与基准电压VREF1、VREF2、VREF3、VREF4比较，输出控制信号CTRL1和CTRL2，分别控制第一开关SW1、第二开关SW2。
[0056] 对于第一比较器COMP1，VREF1是比较点，而VREF2是迟滞比较点，即，VSAM电压逐渐下降时，仅当VSAM＜VREF1时，CTRL1才会从高翻转为低；当VSAM电压从低逐渐上涨时，需要
VSAM＞VREF2，输出CTRL1才会从低翻转为高。
[0057] 对于第二比较器COMP2，VSAM电压逐渐上涨时，VSAM＞VREF4时，CTRL2才会从低翻转为高；当VSAM电压再从高逐渐下降时，需要VSAM＜VREF3，输出CTRL2才会从高翻转为低。
具体比较效果，参见图4。
[0058] 第一开关SW1和第二开关SW2的通断分别取决于CTRL1和CTRL2的高或低，详见下表：
[0059]CTRL1＝“低”电平 SW1“闭合”
CTRL1＝“高”电平 SW1“断开”
CTRL2＝“低”电平 SW2“断开”
CTRL2＝“高”电平 SW2“闭合”
[0060] 第一开关SW1“闭合”时，第二开关SW2必然为“断开”，反之亦然。
[0061] 当第一开关SW1“闭合”时，第一恒流源IC1对第一电容(积分电容)CX充电，第二电压信号VX的电位逐渐抬高；而当第二开关SW2“闭合”时，第二恒流源IC2对第一电容(积分电
容)CX到地放电，第二电压信号VX的电位逐渐降低。
[0062] 第二电压信号VX的电压值通过运算放大器AMP1产出电流IX(IX≥0)。
[0063] 补偿电流输出为：
[0064]
[0065] 式中，k为电流镜传递系数，IC3为第三恒流源电流值；
[0066] 由此得到补偿后的VSAM电压为
[0067]
[0068] 通过合理设置四个基准电压(VREF1、VREF2、VREF3、VREF4)，将VX设置在0.5＊VDD电压附近波动，远离0和VDD，让检测补偿系统能稳定工作，VDD为电源电压。
[0069] 在无环境光的极端情况下，此时VSAM电压为：
[0070] VS‑RL*(I+IC3)＝VS‑RL*(ISIG+IC3)
[0071] 设置ISIG＜＜IC3，即由IC3决定了VSAM的静态电压，该值为VSAM的最高电压。
[0072] 此时由于VSAM＞VREF4，导致第二开关SW2始终处于闭合状态，第二电压信号VX保持为极低电平，补偿电流为初始值(－IC3)。
[0073] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论
从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权
利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有
变化囊括在本发明内。
