TWI576585B - 低功耗之功率偵測器 - Google Patents

Description

低功耗之功率偵測器

本發明是關於一種功率偵測器，特別是關於一種低功耗之功率偵測器。

習知一種功率偵測器用以偵測一生醫感測器所輸出之感測訊號的共振頻率，該生醫感測器則依其類型的差異可分為帶通式或帶拒式感測器，如薄膜體聲波感測器(Film Bulk Acoustic Resonator, FBAR)之頻譜分析的特性即為帶拒之型式，當帶拒式之該生醫感測器所接收之頻率訊號的頻率越接近共振頻率點時，該生醫感測器所輸出之偵測訊號之振幅越低，反之，如彎曲平板波感測器(Flexural Plate Wave, FPW)之頻譜分析的特性即為帶通之型式，當帶通式之該生醫感測器所接收之頻率訊號的頻率越接近共振頻率點時，該生醫感測器所輸出之偵測訊號之振幅則越高，而功率偵測器可藉此偵測得該生醫感測器之感測訊號的共振頻率點，以進行頻率飄移分析。而該生醫感測器所輸出之感測訊號並非持續的改變，而是每隔一段時間才會改變一次振盪之振幅，因此，若功率偵測器持續的進行偵測，則會於一段時間中輸出相同大小的訊號，而造成功率上的浪費。

本發明的主要目的在於藉由週期性地開啟及關閉電壓偵測器，以使電壓偵測器於頻率訊號相同頻率的區間內不會持續的進行訊號的偵測，而可減少不必要的功率消耗。並透過非交疊時脈產生器及輸出級的設置避免電壓偵測器產生訊號上的判斷錯誤，而可正確地測得生醫感測器輸出之頻率感測訊號之振幅最大值或最小值。

本發明之一種低功耗之功率偵測器包含一振幅電壓轉換器、一非交疊時脈產生器、一電壓偵測器及一輸出級，該振幅電壓轉換器接收一頻率感測訊號並輸出一電壓訊號，其中該電壓訊號之電位與該頻率感測訊號之振幅成反比，該非交疊時脈產生器輸出一第一時脈訊號及一第二時脈訊號，其中該第一時脈訊號及該第二時脈訊號的高電位區段未互相交疊，該電壓偵測器接收該電壓訊號及該第一時脈訊號，該第一時脈訊號用以開啟或關閉該電壓偵測器，該電壓偵測器用以偵測該電壓訊號之峰值或谷值以輸出一電壓偵測訊號，該輸出級接收該第二時脈訊號及該電壓偵測訊號，且該輸出級輸出一偵測訊號，該第二時脈訊號及該電壓偵測訊號決定該偵測訊號之電位。

本發明藉由該低功耗之功率偵測器可準確地偵測一生醫感測器輸出之頻率感測訊號之振幅最小值或最大值，進而能得知頻率訊號的共振頻率點，而可對不同之頻率訊號進行偵測，以利後續之頻率偏移分析。且由於該低功耗之功率偵測器可透過該非交疊時脈產生器週期性地關閉及開啟，而可避免該低功耗之功率偵測器持續的消耗不必要之功率，以達到低功率消耗之功效。

請參閱第1圖，為本發明之第一實施例，一生醫感測裝置B之功能方塊圖，該生醫感測裝置B包含一低功耗之功率偵測器100、一生醫感測器200及一暫存器300，該生醫感測器200接收一頻率訊號freq_sweep，且該生醫感測器200輸出一頻率感測訊號V_{rf_P} ，在本實施例中，該生醫感測器200為一帶拒式感測器，如薄膜體聲波感測器(Film Bulk Acoustic Resonator, FBAR)，也就是當該生醫感測器200接收之該頻率訊號freq_sweep越接近共振頻率點時，該生醫感測器200輸出之該頻率感測訊號V_{rf_P} 的振幅越小。該低功耗之功率偵測器100接收該頻率感測訊號V_{rf_P} ，偵測該頻率感測訊號V_{rf_P} 的振幅最小值以輸出一偵測訊號Det_P，該暫存器300接收該偵測訊號Det_P及該頻率訊號freq_sweep，以透過該偵測訊號Det_P之觸發得到該頻率訊號freq_sweep之共振頻率，而可進行後續頻率飄移之分析。

請參閱第2圖，該低功耗之功率偵測器100具有一振幅電壓轉換器110、一帶隙偏壓電路(Bandgap circuit)120、一非交疊時脈產生器130、一電壓偵測器140及一輸出級150，請參閱第2圖，該振幅電壓轉換器110接收該頻率感測訊號V_{rf_P} 並輸出一電壓訊號V_N ，其中該電壓訊號V_N 之電位與該頻率感測訊號V_{rf_P} 之振幅成反比，該帶隙偏壓電路120提供一偏壓V_{ref_P} 至該振幅電壓轉換器110，該非交疊時脈產生器130輸出一第一時脈訊號SW1及一第二時脈訊號SW2。該電壓偵測器140接收該電壓訊號V_N 及該第一時脈訊號SW1，該第一時脈訊號SW1用以開啟或關閉該電壓偵測器140，該電壓偵測器140用以偵測該電壓訊號V_N 之峰值以輸出一電壓偵測訊號V_{opa_P} ，該輸出級150接收該第二時脈訊號SW2及該電壓偵測訊號V_{opa_P} ，且該輸出級150輸出該偵測訊號Det_P。

請參閱第2及3圖，該振幅電壓轉換器110具有一隔離電容111、一隔離電阻112、一第一電晶體113及一濾波電路114，該隔離電容111之一端接收該頻率感測訊號V_{rf_P} ，該隔離電容111之另一端連接該第一電晶體113之閘極端，該隔離電容111用以濾除該頻率感測訊號V_{rf_P} 的直流成分，該第一電晶體113之閘極端經由該隔離電容111接收該頻率感測訊號V_{rf_P} ，並經由該隔離電阻112接收該偏壓V_{ref_P} ，該隔離電阻112作為該第一電晶體113的驅動電阻，該第一電晶體113之汲極端輸出該電壓訊號V_N ，該第一電晶體113之源極端接地，該濾波電路114連接第一電晶體113之汲極端，在本實施例中，該第一電晶體113為N型金氧半場效電晶體，當該頻率感測訊號V_{rf_P} 的振幅越小時，則該電壓訊號V_N 的準位越高。因此，當該生醫感測器200偵測到共振頻率時，該頻率感測訊號V_{rf_P} 的振幅最小，該電壓訊號V_N 的準位最高，再由後端之該電壓偵測器140偵測該電壓訊號V_N 的峰值，即可偵測得該頻率訊號freq_sweep的共振頻率時間點。此外，該振幅電壓轉換器110之一第二電晶體115及一濾波電路116所輸出之電壓訊號V_P 則用以計算該頻率感測訊號V_{rf_P} 的功率大小。

請再參閱第3圖，該濾波電路114具有一負載電晶體114a及一濾波電容114b，該負載電晶體114a之源極端接收一電源V_cc ，該負載電晶體114a之閘極端接地，該負載電晶體114a之汲極端連接該第一電晶體113之汲極端，該濾波電容114b之一端連接該第一電晶體113之汲極端，該濾波電容114b之另一端接地。以該負載電晶體114a取代電阻作為該濾波電路114的阻抗，可利於該電路於半導體積體電路的實現，並可減少該電路的佈局面積。請再參閱第2及3圖，較佳的，該低功耗之功率偵測器100具有一重置電晶體R，該重置電晶體R接收一重置訊號rst，該重置電晶體R用以將該電壓訊號V_N 降至低電位，以避免該節點具有初始電壓值而影響後端電路之偵測。

請參閱第3及4圖，該帶隙偏壓電路120具有一起始電路121、一輸出電路122及一補償電路123，該起始電路121用以提供偏壓使該帶隙偏壓電路120之該些電晶體可偏壓於飽和區，該輸出電路122形成與絕對溫度成正比的電流，而該補償電路123則會形成與絕對溫度成反比的電流而與該輸出電路122形成的電流相互抵消，使得該帶隙偏壓電路120能輸出不受溫度飄移影響之該偏壓V_{ref_P} 至該振幅電壓轉換器110之該第一電晶體113及該第二電晶體115。

請參閱第5圖，為該非交疊時脈產生器130的電路圖，該交疊時脈產生器130接收一時脈訊號SW並透過複數個邏輯電路的運算，而可輸出未交疊之該第一時脈訊號SW1及該第二時脈訊號SW2，以分別供給該電壓偵測器140及該輸出級150使用，以避免該電壓偵測器140因電路延遲而產生訊號之誤判，其中該第一時脈訊號SW1及該第二時脈訊號SW2的高電位區段未互相交疊，也就是當該第一時脈訊號SW1為高電位時，該第二時脈訊號SW2為低電位，而當該第二時脈訊號SW2為高電位時，該第一時脈訊號SW1為低電位，此外，該第一時脈訊號SW1之頻率是設計為在一個相同振幅之該頻率感測訊號V_{rf_P} 中至少完成一個週期的切換，以避免該電壓偵測器140的偵測錯誤。

請參閱第1、2及6圖，由於該生醫感測器200為帶拒式感測器，使得該振幅電壓準換器110於該頻率感測訊號V_{rf_P} 之振幅最小時輸出位準最高之該電壓訊號V_N ，因此在本實施例中，該電壓偵測器140為一電壓峰值偵測電路160，以測得該電壓訊號V_N 之峰值，請參閱第6圖，該電壓峰值偵測電路160具有一運算放大器161、一開關電晶體162、一充電電晶體163及一充電電容164。其中該運算放大器161具有一電源端161a、一第一輸入端161b、一第二輸入端161c及一輸出端161d，該電源端161a接收該第一時脈訊號SW1，該第一輸入端161b接收該電壓訊號V_N ，該第二輸入端161c連接該充電電容164，該輸出端161d輸出該電壓偵測訊號V_{opa_P} ，請參閱第7圖，在本實施例中，該運算放大器161為一軌對軌放大器(Rail to rail amplifier)，且該運算放大器161具有一電源開關電晶體161e，該電源開關電晶體161e接收該第一時脈訊號SW1，該第一時脈訊號SW1決定該電源開關電晶體161e的導通或截止，進而控制該運算放大器161開啟或關閉。

請再參閱第6圖，該電壓峰值偵測器160之該開關電晶體162接收該第一時脈訊號SW1及該電源V_cc ，該第一時脈訊號SW1用以開啟或關閉該開關電晶體162，該充電電晶體163接收該電壓偵測訊號V_{opa_P} ，該電壓偵測訊號V_{opa_P} 用以決定開啟或關閉該充電電晶體163，當該開關電晶體162及該充電電晶體163皆開啟時，該電源V_cc 經由該開關電晶體162及該充電電晶體對163該充電電容164充電。

請參閱第6圖，在本實施例中，該電壓峰值偵測器160另具有一放電電晶體165及一補償電晶體166，該放電電晶體165連接該充電電容164，且該放電電晶體165接收該重置訊號rst，以決定該放電電晶體165開啟或關閉，當該放電電晶體165開啟時，該充電電容164的電位V_o21 經由該放電電晶體165放電至低電位，以避免該充電電容164於初始操作時已蓄有電量，而造成峰值的偵測錯誤。該補償電晶體166連接該充電電晶體163及該充電電容164，該補償電晶體166之閘極端透過一反相器167接收反相之該電壓偵測訊號V_{opa_P} ，以決定該補償電晶體166開啟或關閉，該補償電晶體166之汲極端及源極端互相短路連接，該補償電晶體166用以補償該充電電晶體163之電荷注入效應(charge injection)，由於當該充電電晶體163關閉時，該補償電晶體166導通，而可接收該充電電晶體163關閉時所產生的通道電荷，其中該充電電晶體163關閉時，僅有一半的通道電荷會朝向該補償電晶體166注入，因此，較佳的，該補償電晶體166的長寬比為該充電電晶體163的長寬比的一半。

請參閱第2及8圖，該輸出級150具有一反相器151及一及閘152，該及閘152經由該反相器151接收反相之該電壓偵測訊號V_{opa_P} ，且該及閘152接收該第二時脈訊號SW2，該及閘152輸出該偵測訊號Det_P，該第二時脈訊號SW2及該電壓偵測訊號V_{opa_P} 決定該偵測訊號Det_P之電位，在本實施例中，當該第二時脈訊號SW2為高電位且該電壓偵測訊號V_{opa_P} 為低電位時，該偵測訊號Det_P之電位才會上升至高電位，也代表此時該電壓偵測器140有偵測到峰值，請參閱第9圖，較佳的，該反相器151為一高扭轉反相器(High skew inverter)，該反相器151具有一P型電晶體151a及一N型電晶體151b，其中該P型電晶體151的長寬比大於該N型電晶體151b的長寬比，使得反相之該電壓偵測訊號V_{opa_p} 上升至高電位之速度較快，以防止輸出訊號不穩定或是雜訊干擾而造成錯誤訊號輸出。

請參閱第1至9圖，該第一實施例的電路作動為：該振幅電壓轉換器110由該生醫感測器200接收該頻率感測訊號V_{rf_P} ，且該頻率感測訊號V_{rf_P} 之振幅越小時(該生醫感測器200接收之該頻率訊號freq_sweep越接近共振頻率時)，該振幅電壓轉換器110所輸出之該電壓訊號V_N 準位越高，該電壓偵測器140接收該電壓訊號V_N 並進行峰值的偵測，該電壓峰值偵測器160之該運算放大器161及該開關電晶體162受該第一時脈訊號SW1之控制，當該第一時脈訊號SW1為低電位時，該運算放大器161及該開關電晶體162開啟，而該運算放大器161接收該電壓訊號V_N 並與該充電電容164的電位V_o21 比較，當該電壓訊號V_N 持續上升時，該電壓訊號V_N 大於該充電電容164的電位V_o21 ，因此該運算放大器161輸出之該電壓偵測訊號V_{opa_P} 為低電位而導通該充電電晶體163，且由於此時該開關電晶體162亦導通，因此，該電源V_cc 經由該開關電晶體162及該充電電晶體163對該充電電容164充電，使該充電電容164的電位V_o21 對該電壓訊號V_N 追值，直到該電壓訊號V_N 停止上升時，該充電電容164的電位V_o21 不小於該電壓訊號V_N ，該運算放大器161輸出之該電壓偵測訊號V_{opa_P} 上升至高電位而關閉該充電電晶體163，此時，該充電電容164的電位V_o21 即為該電壓訊號V_N 的峰值，且該充電電晶體163關閉產生的通道電荷被該補償電晶體166所接收，而不會影響該充電電容164的電位V_o21 ，使得該電壓偵測器140的峰值能準確偵測，該輸出級150接收該電壓偵測訊號V_{opa_P} 及該第二時脈訊號SW2，當該電壓偵測訊號V_{opa_P} 為低電位且該第二時脈訊號SW2為高電位時，該輸出級150輸出之該偵測訊號Det_P才會上升至高電位，而該偵測訊號Det_P之最後一個高電位訊號的時間點則可對應至該頻率感測訊號V_{rf_P} 的最小振幅，亦可對應為該頻率訊號freq_sweep的共振頻率點，因此，該暫存器300接收該偵測訊號Det_P及該頻率訊號freq_sweep，並藉由該偵測訊號Det_P的觸發即可擷取該頻率訊號freq_sweep的共振頻率，以進行頻率偏移的分析。

請參閱第10、11圖，其為本發明之第二實施例，其與第一實施例的差異在於該生醫感測器200為帶通式感測器，如彎曲平板波感測器(Flexural Plate Wave, FPW)，也就是當該生醫感測器200接收之該頻率訊號freq_sweep越接近共振頻率時，該生醫感測器200輸出之該頻率感測訊號V_{rf_V} 的振幅越大。該低功耗之功率偵測器100接收該頻率感測訊號V_{rf_V} ，偵測該頻率感測訊號V_{rf_V} 的振幅最大值以輸出該偵測訊號Det_V，進而可得知該頻率訊號freq_sweep的共振頻率。請參閱第11圖，由於該低功耗之功率偵測器100之該振幅電壓轉換器110輸出之該電壓訊號V_N 之電位與該頻率感測訊號V_{rf_V} 之振幅成反比，因此，欲測得該頻率感測訊號V_{rf_V} 的振幅最大值，即需測得該振幅電壓轉換器110輸出之該電壓訊號V_N 的最小值，請參閱第12及13圖，本實施例與第一實施例的另一差異在於該電壓偵測器140為一電壓谷值偵測電路170，且該輸出級150具有一第一反相器153、一反或閘154及一第二反相器155。此外，由於本實施例之該低功耗之功率偵測器100之該振幅電壓轉換器110、該帶隙偏壓電路120及該非交疊時脈產生器130之電路結構及作動與第一實施例相同，因此不再贅述。

請參閱第12圖，該電壓谷值偵測電路170具有一運算放大器171、一開關電晶體172、一放電電晶體173、一放電電容174、一反相器175及一充電電晶體176，該運算放大器171具有一電源端171a、一第一輸入端171b、一第二輸入端171c及一輸出端171d，該電源端171a接收該第一時脈訊號SW1，該第一輸入端171b接收該電壓訊號V_N ，該第二輸入端171c連接該放電電容174，該輸出端171d輸出該電壓偵測訊號V_{opa_V} ，在本實施例中，該運算放大器171是使用與第一實施例相同之該軌對軌放大器，並受該第一時脈訊號SW1控制其開啟或關閉。

請再參閱第12圖，該開關電晶體172經由該反相器175接收反相之該第一時脈訊號SW1，反相之該第一時脈訊號SW1用以開啟或關閉該開關電晶體172，該放電電晶體173接收該電壓偵測訊號V_{opa_V} ，該電壓偵測訊號V_{opa_V} 用以開啟或關閉該放電電晶體173，該放電電容174之一端連接該電源V_cc ，當該開關電晶體172及該放電電晶體173皆開啟時，該放電電容174經由該放電電晶體173及該開關電晶體172放電。該充電電晶體176連接該放電電容174，且該充電電晶體176接收該重置訊號rst，該重置訊號rst用以決定該充電電晶體176開啟或關閉，當該充電電晶體176開啟時，該放電電容174經由該充電電晶體176充電至高電位，以避免該放電電容174於初始操作時未蓄有電量，而造成谷值的偵測錯誤。

請參閱第12圖，較佳的，該電壓谷值偵測電路170另具有一補償電晶體177，該補償電晶體177連接該放電電晶體173及該放電電容174，該補償電晶體177之閘極端透過一反相器178接收反相之該電壓偵測訊號V_{opa_V} ，以決定該補償電晶體177開啟或關閉，該補償電晶體177之汲極端及源極端互相短路連接。該補償電晶體177用以補償該放電電晶體173之電荷注入效應(charge injection)，由於當該放電電晶體173關閉時，該補償電晶體177導通，而可接收該放電電晶體173關閉時所產生的通道電荷，由於該放電電晶體173關閉時，僅有一半的通道電荷會朝向該補償電晶體177注入，因此，較佳的，該補償電晶體177的長寬比為該放電電晶體173的長寬比的一半。

請參閱第13圖，該輸出級150之該第一反相器153接收該電壓偵測訊號V_{opa_V} ，該第二反相器155接收該第二時脈訊號SW2，該反或閘154經由該第一反相器153及該第二反相器155接收反相之該電壓偵測訊號V_{opa_V} 及反相之該第二時脈訊號SW2，該反或閘154輸出該偵測訊號Det_V，其中當該電壓偵測訊號V_{opa_V} 及該第二時脈訊號SW2均為高電位時，該及閘152輸出之該偵測訊號Det_V才會上升至高電位，也代表此時該電壓偵測器140有偵測到谷值。

請參閱第14圖，較佳的，該第一反相器153為一低扭轉反相器(Low skew inverter)，該低扭轉反相器具有一P型電晶體153a及一N型電晶體153b，其中該N型電晶體153b的長寬比大於該P型電晶體153a的長寬比，使得反相之該電壓偵測訊號V_{opa_V} 下降至低電位之速度較快，以防止輸出訊號不穩定或是雜訊干擾而造成錯誤訊號輸出。

請參閱第11、12及13圖，在本實施例中，該電壓偵測器140及該輸出級150的電路作動為：該電壓偵測器140接收該電壓訊號V_N 並進行谷值的偵測，該電壓谷值偵測器170之該運算放大器171及該開關電晶體172受該第一時脈訊號SW1之控制，當該第一時脈訊號SW1為低電位時，該運算放大器171及該開關電晶體172開啟，而該運算放大器171接收該電壓訊號V_N 並與該放電電容174的電位V_o24 比較，當該電壓訊號V_N 持續下降時，該電壓訊號V_N 小於該放電電容174的電位V_o24 ，因此該運算放大器171輸出之該電壓偵測訊號V_{opa_V} 為高電位而導通該放電電晶體173，且由於此時該開關電晶體172亦導通，因此，該放電電容174經由該開關電晶體172及該放電電晶體173對地放電，使該放電電容174的電位V_o24 對該電壓訊號V_N 追值，直到該電壓訊號V_N 停止下降時，該放電電容174的電位V_o24 不大於該電壓訊號V_N ，該運算放大器171輸出之該電壓偵測訊號V_{opa_V} 下降至低電位而關閉該放電電晶體173，此時，該放電電容174的電位V_o24 即為該電壓訊號V_N 的谷值，且該放電電晶體173關閉產生的通道電荷被該補償電晶體177所接收，而不會影響該放電電容174的電位V_o24 ，使得該電壓偵測器140的谷值能準確偵測，請參閱第13圖，該輸出級150接收該電壓偵測訊號V_{opa_V} 及該第二時脈訊號SW2，且當該電壓偵測訊號V_{opa_V} 及該第二時脈訊號SW2為高電位時，該輸出級150輸出之該偵測訊號Det_V才會上升至高電位，而該偵測訊號Det_V之最後一個高電位訊號的時間點則可對應至該頻率感測訊號V_{rf_V} 的最大振幅，亦可對應為該頻率訊號freq_sweep的共振頻率點，因此，該暫存器300接收該偵測訊號Det_V及該頻率訊號freq_sweep，並藉由該偵測訊號Det_V的觸發即可擷取該頻率訊號freq_sweep的共振頻率，以進行頻率偏移的分析。

本發明藉由該低功耗之功率偵測器100可準確地偵測該生醫感測器200輸出之頻率感測訊號之振幅最小值或最大值，進而能得知頻率訊號的共振頻率點，而可對不同之頻率訊號進行偵測，以利後續之頻率偏移分析。且由於該低功耗之功率偵測器100可透過該非交疊時脈產生器130週期性地關閉及開啟，而可避免該低功耗之功率偵測器100持續的偵測而消耗不必要之功率，以達到低功率消耗之功效。

本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

100‧‧‧低功耗之功率偵測器
110‧‧‧振幅電壓轉換器
111‧‧‧隔離電容
112‧‧‧隔離電阻
113‧‧‧第一電晶體
114‧‧‧濾波電路
114a‧‧‧負載電晶體
114b‧‧‧濾波電容
115‧‧‧第二電晶體
116‧‧‧濾波電路
120‧‧‧帶隙偏壓電路
121‧‧‧起始電路
122‧‧‧輸出電路
123‧‧‧補償電路
130‧‧‧非交疊時脈產生器
140‧‧‧電壓偵測器
150‧‧‧輸出級
151‧‧‧反相器
151a‧‧‧P型電晶體
151b‧‧‧N型電晶體
152‧‧‧及閘
153‧‧‧第一反相器
153a‧‧‧P型電晶體
153b‧‧‧N型電晶體
154‧‧‧反或閘
155‧‧‧第二反相器
160‧‧‧電壓峰值偵測電路
161‧‧‧運算放大器
161a‧‧‧電源端
161b‧‧‧第一輸入端
161c‧‧‧第二輸入端
161d‧‧‧輸出端
161e‧‧‧電源開關電晶體
162‧‧‧開關電晶體
163‧‧‧充電電晶體
164‧‧‧充電電容
165‧‧‧放電電晶體
166‧‧‧補償電晶體
167‧‧‧反相器
170‧‧‧電壓谷值偵測電路
171‧‧‧運算放大器
171a‧‧‧電源端
171b‧‧‧第一輸入端
171c‧‧‧第二輸入端
171d‧‧‧輸出端
172‧‧‧開關電晶體
173‧‧‧放電電晶體
174‧‧‧放電電容
175‧‧‧反相器
176‧‧‧充電電晶體
177‧‧‧補償電晶體
178‧‧‧反相器
200‧‧‧生醫感測器
300‧‧‧暫存器
B‧‧‧生醫感測裝置
R‧‧‧重置電晶體
V_{rf_P}‧‧‧頻率感測訊號
V_{opa_P}‧‧‧電壓偵測訊號
V_{rf_V}‧‧‧頻率感測訊號
V_{opa_V}‧‧‧電壓偵測訊號
V_N‧‧‧電壓訊號
rst‧‧‧重置訊號
Det_P‧‧‧偵測訊號
Det_V‧‧‧偵測訊號
SW‧‧‧時脈訊號
SW1‧‧‧第一時脈訊號
SW2‧‧‧第二時脈訊號
V_P‧‧‧電壓訊號
freq_sweep‧‧‧頻率訊號
V_{ref_P}‧‧‧偏壓
V_{ref_V}‧‧‧偏壓
V_cc‧‧‧電源
V_o21‧‧‧充電電容的電位
V_o24‧‧‧放電電容的電位
VNCS‧‧‧偏壓

第1圖：依據本發明之第一實施例，一生醫感測裝置之功能方塊圖。 第2圖：依據本發明之第一實施例，一低功耗之功率偵測器的功能方塊圖。 第3圖：依據本發明之第一實施例，一振幅電壓轉換器之電路圖。 第4圖：依據本發明之第一實施例，一帶隙偏壓電路之電路圖。 第5圖：依據本發明之第一實施例，一非交疊時脈產生器之電路圖。 第6圖：依據本發明之第一實施例，一電壓峰值偵測電路之電路圖。 第7圖：依據本發明之第一實施例，一運算放大器之電路圖。 第8圖：依據本發明之第一實施例，一輸出級之電路圖。 第9圖：依據本發明之第一實施例，一高扭轉反相器之電路圖。 第10圖：依據本發明之第二實施例，一生醫感測裝置之功能方塊圖。 第11圖：依據本發明之第二實施例，一低功耗之功率偵測器的功能方塊圖。 第12圖：依據本發明之第二實施例，一電壓谷值偵測電路之電路圖。 第13圖：依據本發明之第二實施例，一輸出級之電路圖。 第14圖：依據本發明之第一實施例，一低扭轉反相器之電路圖。

100‧‧‧低功耗之功率偵測器

110‧‧‧振幅電壓轉換器

120‧‧‧帶隙偏壓電路

130‧‧‧非交疊時脈產生器

140‧‧‧電壓偵測器

150‧‧‧輸出級

SW‧‧‧時脈訊號

SW1‧‧‧第一時脈訊號

SW2‧‧‧第二時脈訊號

V_{rf_P}‧‧‧頻率感測訊號

V_{ref_P}‧‧‧偏壓

V_P‧‧‧電壓訊號

V_N‧‧‧電壓訊號

rst‧‧‧重置訊號

V_{opa_P}‧‧‧電壓偵測訊號

Det_P‧‧‧偵測訊號

R‧‧‧重置電晶體

Claims (19)

1. 一種低功耗之功率偵測器，其包含： 一振幅電壓轉換器，接收一頻率感測訊號並輸出一電壓訊號，其中該電壓訊號之電位與該頻率感測訊號之振幅成反比； 一非交疊時脈產生器，輸出一第一時脈訊號及一第二時脈訊號，其中該第一時脈訊號及該第二時脈訊號的高電位區段未互相交疊； 一電壓偵測器，接收該電壓訊號及該第一時脈訊號，該第一時脈訊號用以開啟或關閉該電壓偵測器，該電壓偵測器用以偵測該電壓訊號之峰值或谷值以輸出一電壓偵測訊號；以及 一輸出級，接收該第二時脈訊號及該電壓偵測訊號，且該輸出級輸出一偵測訊號，該第二時脈訊號及該電壓偵測訊號決定該偵測訊號之電位。
2. 如申請專利範圍第1項所述之低功耗之功率偵測器，其中該振幅電壓轉換器具有一隔離電容、一隔離電阻、一第一電晶體及一濾波電路，該隔離電容之一端接收該頻率感測訊號，該隔離電容之另一端連接該第一電晶體之閘極端，且該第一電晶體之閘極端經由該隔離電阻接收一偏壓，該第一電晶體之汲極端輸出該電壓訊號，該第一電晶體之源極端接地，該濾波電路連接第一電晶體之汲極端。
3. 如申請專利範圍第2項所述之低功耗之功率偵測器，其中該濾波電路具有一負載電晶體及一濾波電容，該負載電晶體之源極端接收一電源，該負載電晶體之閘極端接地，該負載電晶體之汲極端連接該第一電晶體之汲極端，該濾波電容之一端連接該第一電晶體之汲極端，該濾波電容之另一端接地。
4. 如申請專利範圍第2項所述之低功耗之功率偵測器，其包含一帶隙偏壓電路(Bandgap circuit)，該帶隙偏壓電路用以提供該偏壓至該振幅電壓轉換器之該第一電晶體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之低功耗之功率偵測器，其中該電壓偵測器為一電壓峰值偵測電路。
6. 如申請專利範圍第5項所述之低功耗之功率偵測器，其中該電壓峰值偵測電路具有一運算放大器、一開關電晶體、一充電電晶體及一充電電容，該運算放大器具有一電源端、一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，該電源端接收該第一時脈訊號，該第一輸入端接收該電壓訊號，該第二輸入端連接該充電電容，該輸出端輸出該電壓偵測訊號，該開關電晶體接收該第一時脈訊號及一電源，該第一時脈訊號用以開啟或關閉該運算放大器及該開關電晶體，該充電電晶體接收該電壓偵測訊號，以決定開啟或關閉該充電電晶體，當該開關電晶體及該充電電晶體皆開啟時，該電源經由該開關電晶體及該充電電晶體對該充電電容充電。
7. 如申請專利範圍第6項所述之低功耗之功率偵測器，其中該電壓峰值偵測電路具有一放電電晶體，該放電電晶體連接該充電電容，且該放電電晶體接收一重置訊號，以決定該放電電晶體開啟或關閉，當該放電電晶體開啟時，該充電電容經由該放電電晶體放電至低電位。
8. 如申請專利範圍第6或7項所述之低功耗之功率偵測器，其中該電壓峰值偵測電路具有一補償電晶體，該補償電晶體連接該充電電晶體及該充電電容，該補償電晶體之閘極端透過一反相器接收反相之該電壓偵測訊號，以決定該補償電晶體開啟或關閉，該補償電晶體之汲極端及源極端互相短路連接。
9. 如申請專利範圍第8項所述之低功耗之功率偵測器，其中該補償電晶體的長寬比為該充電電晶體的長寬比的一半。
10. 如申請專利範圍第1項所述之低功耗之功率偵測器，其中該電壓偵測器為一電壓谷值偵測電路。
11. 如申請專利範圍第10項所述之低功耗之功率偵測器，其中該電壓谷值偵測電路具有一運算放大器、一開關電晶體、一放電電晶體及一放電電容，該運算放大器具有一電源端、一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，該電源端接收該第一時脈訊號，該第一輸入端接收該電壓訊號，該第二輸入端連接該放電電容，該輸出端輸出該電壓偵測訊號，該開關電晶體經由一反相器接收反相之該第一時脈訊號，該第一時脈訊號用以開啟或關閉運算放大器及該開關電晶體，該放電電晶體接收該電壓偵測訊號，以決定開啟或關閉該放電電晶體，該放電電容之一端連接一電源，當該開關電晶體及該放電電晶體皆開啟時，該放電電容經由該放電電晶體及該開關電晶體放電。
12. 如申請專利範圍第11項所述之低功耗之功率偵測器，該電壓谷值偵測電路具有一充電電晶體，該充電電晶體連接該放電電容，且該充電電晶體接收一重置訊號，以決定該充電電晶體開啟或關閉，當該充電電晶體開啟時，該放電電容經由該充電電晶體充電至高電位。
13. 如申請專利範圍第11或12項所述之低功耗之功率偵測器，其中該電壓谷值偵測電路具有一補償電晶體，該補償電晶體連接該放電電晶體及該放電電容，該補償電晶體之閘極端透過一反相器接收反相之該電壓偵測訊號，以決定該補償電晶體開啟或關閉，該補償電晶體之汲極端及源極端互相短路連接。
14. 如申請專利範圍第13項所述之低功耗之功率偵測器，其中該補償電晶體的長寬比為該放電電晶體的長寬比的一半。
15. 如申請專利範圍第6或11項所述之低功耗之功率偵測器，其中該運算放大器為一軌對軌放大器(Rail to rail amplifier)。
16. 如申請專利範圍第5或6項所述之低功耗之功率偵測器，其中該輸出級具有一反相器及一及閘，該及閘經由該反相器接收反相之該電壓偵測訊號，且該及閘接收該第二時脈訊號，該及閘輸出該偵測訊號。
17. 如申請專利範圍第16項所述之低功耗之功率偵測器，其中該反相器為一高扭轉反相器(High skew inverter)，該高扭轉反相器具有一P型電晶體及一N型電晶體，其中該P型電晶體的長寬比大於該N型電晶體的長寬比。
18. 如申請專利範圍第10或11項所述之低功耗之功率偵測器，其中該輸出級具有一第一反相器、一反或閘及一第二反相器，該第一反相器接收該電壓偵測訊號，該第二反相器接收該第二時脈訊號，該反或閘經由該第一反相器及該第二反相器接收反相之該電壓偵測訊號及反相之該第二時脈訊號，該反或閘輸出該偵測訊號。
19. 如申請專利範圍第18項所述之低功耗之功率偵測器，其中該第一反相器為一低扭轉反相器(Low skew inverter)，該低扭轉反相器具有一P型電晶體及一N型電晶體，其中該N型電晶體的長寬比大於該P型電晶體的長寬比。