Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Farbsensorschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

2 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Gewinnauswahlschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

3 einen Graphen, der eine Ausgabeschwankung gegenüber einer Beleuchtungsstärke gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

4 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Farbsensorschaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

5 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Farbsensorschaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt eine Farbsensorschaltung, die auf einem einzelnen integrierten Schaltungs- (IC-) Chip 10 implementiert ist. Eine erste Farbschaltung erzeugt eine erste Ausgangsspannung, die an einem Ausgang 18 anliegt. Die erste Ausgangsspannung zeigt eine erfasste Beleuchtungsstärke einer ersten Farbe an. Die erste Farbe ist z. B. Rot. Eine Photodiode und ein Filter 14 erfassen eine Beleuchtungsstärke der ersten Farbe. Die Photodiode und das Filter 14 sind zwischen ein Massesignal 11 und eine Leitung 19 geschaltet. Ein Operationsverstärker 13 verstärkt eine Spannung auf der Leitung 19, um die erste Ausgangsspannung an dem Ausgang 18 zu erzeugen. Ein Gewinn wird durch eine Gewinnauswahlschaltung 15 gesteuert. Die Gewinnauswahlschaltung 15 umfasst einen Rückkopplungswiderstand 17 und eine Ausgleichskapazität 16. Der Operationsverstärker 13 ist mit dem Massesignal 11 und einem V_cc-Signal 12, wie gezeigt ist, verbunden.

Eine zweite Farbschaltung erzeugt eine zweite Ausgangsspannung, die an einem Ausgang 28 anliegt. Die zweite Ausgangsspannung zeigt eine erfasste Beleuchtungsstärke einer zweiten Farbe an. Die zweite Farbe ist z. B. Grün. Eine Photodiode und ein Filter 24 erfassen eine Beleuchtungsstärke der zweiten Farbe. Die Photodiode und das Filter 24 sind zwischen das Massesignal 11 und eine Leitung 29 geschaltet. Ein Operationsverstärker 23 verstärkt eine Spannung auf der Leitung 29, um die zweite Ausgangsspannung an dem Ausgang 28 zu erzeugen. Ein Gewinn wird durch eine Gewinnauswahlschaltung 25 gesteuert. Die Gewinnauswahlschaltung 25 umfasst einen Rückkopplungswiderstand 27 und eine Ausgleichskapazität 26. Der Operationsverstärker 23 ist mit dem Massesignal 11 und dem V_cc-Signal 12, wie gezeigt ist, verbunden.

Eine dritte Farbschaltung erzeugt eine dritte Ausgangsspannung, die an einem Ausgang 38 anliegt. Die dritte Ausgangsspannung zeigt eine erfasste Beleuchtungsstärke einer dritten Farbe an. Die dritte Farbe ist z. B. Blau. Eine Photodiode und ein Filter 34 erfassen eine Beleuchtungsstärke der dritten Farbe. Die Photodiode und das Filter 34 sind zwischen das Massesignal 11 und eine Leitung 39 geschaltet. Ein Operationsverstärker 33 verstärkt eine Spannung auf der Leitung 39, um die dritte Ausgangsspannung an dem Ausgang 38 zu erzeugen. Ein Gewinn wird durch eine Gewinnauswahlschaltung 35 gesteuert. Die Gewinnauswahlschaltung 35 umfasst einen Rückkopplungswiderstand 37 und eine Ausgleichskapazität 36. Der Operationsverstärker 33 ist mit dem Massesignal 11 und dem V_cc-Signal 12, wie gezeigt ist, verbunden.

Eine Gewinnauswahlsteuerschaltung 39 steuert ausgewählte Werte für den Rückkopplungswiderstand 17, die Ausgleichskapazität 16, den Rückkopplungswiderstand 27, die Ausgleichskapazität 26, den Rückkopplungswiderstand 37 und die Ausgleichskapazität 36. Die Gewinnauswahl für jede Farbe wird z. B. unabhängig von der Gewinnauswahl für die anderen Farben ausgewählt. Dies erlaubt eine individuelle Auswahl des Widerstands, um einen optimalen Spannungshub für die Ausgangsspannung für jede Farbe zu erzielen. Eine Auflösung (Genauigkeit) der Ausgangsspannung für jede Farbe basiert auf der Anzahl der zur Gewinnauswahl verwendeten Bits. Je mehr Bits verwendet werden, desto größer ist die Auflösung, die erzielt werden kann.

2 ist eine beispielhafte Implementierung der Gewinnauswahlschaltung 15. Der Rückkopplungswiderstand 17 (in 1 gezeigt) ist durch einen Widerstand 51, einen Widerstand 52, einen Widerstand 53, einen Widerstand 54, einen Schalter 55, einen Schalter 56, einen Schalter 57 und einen Schalter 58, die wie gezeigt geschaltet sind, implementiert. Eine Ausgleichskapazität 16 (in 1 gezeigt) ist durch einen Kondensator 61, einen Kondensator 62, einen Kondensator 63, einen Kondensator 64, einen Schalter 66, einen Schalter 67 und einen Schalter 68, die wie gezeigt geschaltet sind, implementiert.

Für die exemplarische Implementierung der Gewinnauswahlschaltung 15 kann ein Gewinn durch zwei Bits gesteuert werden. Die zwei Bits erlauben eine Auswahl von vier unterschiedlichen Werten für den Rückkopplungswiderstand 17 und von vier unterschiedlichen Werten für die Ausgleichskapazität 16. Unterschiedliche Werte für den Rückkopplungswiderstand 17 werden unter Verwendung von Schaltern (SW) 55 bis 58 ausgewählt. Die vier unterschiedlichen Werte für den Widerstand sind z. B. als R₀ (Widerstand 51 + Widerstand 52 + Widerstand 53 + Widerstand 54), R₁ (Widerstand 52 + Widerstand 53 + Widerstand 54), R₂ (Widerstand 53 + Widerstand 54) und R₃ (Widerstand 54) bezeichnet.

Unterschiedliche Werte für die Ausgleichskapazität 16 werden unter Verwendung der Schalter (SW) 66 bis 68 ausgewählt. Die Ausgleichskapazität wird verwendet, um eine Stabilität des Systems beizubehalten. Wenn der Gewinn (durch den Rückkopplungswiderstand gesteuert) verändert wird, führt dies zu einer Veränderung der Frequenzantwort, was die Stabilität des Systems beeinflusst. Für jede Gewinnauswahloption verschiebt die entsprechende Ausgleichskapazität die Positionen der Systempole, wobei so ein ausreichender Gewinn und ein Phasenspielraum für eine stabile Antwort beibehalten werden. Werte des Kondensators 61, des Kondensators 62, des Kondensators 63 und des Kondensators 64 werden so ausgewählt, dass eine Systemstabilität beibehalten wird.

Tabelle 1 unten gibt eine Position der Schalter für jede der möglichen Auswahlbitkombinationen (00, 01, 10, 11) an:

Die für die Widerstände 51 bis 54 ausgewählten Werte basieren auf den Schaltungscharakteristika und der erwünschten Genauigkeit (&agr;) des Erfassungssystems. Eine Genauigkeit von 60 % (d. h. &agr; = 60 %) z. B. bedeutet, dass ein ausgewählter Bereich von 0 bis zu einer ausgewählten maximalen Beleuchtungsstärke garantiert zumindest 60 % des vollen Spannungsbereichs (d. h. 0 Volt bis V_cc) verwendet, vorausgesetzt, das ausgewählte Maximum ist innerhalb eines definierten Bereichs. Ähnlich bedeutet eine Genauigkeit von 80 % (d. h. &agr; = 80 %), dass ein ausgewählter Bereich von 0 bis zu einer ausgewählten maximalen Beleuchtungsstärke garantiert zumindest 80 % des vollen Spannungsbereichs verwendet, vorausgesetzt, das ausgewählte Maximum ist innerhalb des definierten Bereichs.

Für den Fall z. B., bei dem ein maximaler ausgewählter Widerstand (R₀) von 100 Megaohm (M&OHgr;) zu einer maximalen Beleuchtungsstärke von 100,0 Lux führt, stellt Tabelle 2 unten den erforderlichen Widerstand (R₀, R₁, R₂, R₃) und die resultierende Beleuchtungsstärke (M₀, M₁, M₂, M₃) für den Fall dar, bei dem die Genauigkeit (&agr;) 60 % beträgt.

Wie aus Tabelle 2 hergeleitet werden kann, trifft die folgende Beziehung zu: R_n+1 = &agr;R_n M_n+1 = R_n/&agr;

Für den Fall z. B., bei dem der maximale ausgewählte Widerstand (R₀) von 100 Megaohm (M&OHgr;) zu einer maximalen Beleuchtungsstärke von 100,0 Lux führt, stellt Tabelle 3 unten den erforderlichen Widerstand (R₀, R₁, R₂, R₃) und die resultierende Beleuchtungsstärke (M₀, M₁, M₂, M₃) für den Fall dar, bei dem die Genauigkeit (&agr;) 80 % beträgt.

Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, trifft die folgende Beziehung noch immer zu: R_n+1 = &agr;R_n M_n+1 = R_n/&agr;

Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, ist für eine höhere Genauigkeit (höheres &agr;) der Beleuchtungsstärkenbereich reduziert und die Widerstände sind höher. Um den gleichen Beleuchtungsstärkenbereich bei ansteigender Genauigkeit (&agr;) beizubehalten, ist es nötig, Auswahlbits hinzuzufügen.

3 ist ein Graph, der eine Ausgabeschwankung gegenüber einer Beleuchtungsstärke für den Fall zeigt, in dem ein maximaler ausgewählter Widerstand (R₀) von 100 Megaohm (M&OHgr;) zu einer maximalen Beleuchtungsstärke von 100,0 Lux führt und die Genauigkeit (&agr;) 60 % beträgt.

Eine Achse 71 stellt eine Beleuchtungsstärke (Lux) dar, die durch eine Photodiode und ein Filter 14 (in 1 gezeigt) erfasst wird. Eine Achse 72 stellt die erste Ausgangsspannung dar, die an einem Ausgang 18 (in 1 gezeigt) anliegt.

Ein Graph 73 stellt die Antwort dar, wenn die Auswahlschalter 55 bis 58 (in 2 gezeigt) R₀ (Widerstand 51 + Widerstand 52 + Widerstand 53 + Widerstand 54) auswählen. Ein Graph 74 stellt die Antwort dar, wenn die Auswahlschalter 55 bis 58 (in 2 gezeigt) R₁ (Widerstand 52 + Widerstand 53 + Widerstand 54) auswählen. Ein Graph 75 stellt die Antwort dar, wenn die Auswahlschalter 55 bis 58 (in 2 gezeigt) R₂ (Widerstand 53 + Widerstand 54) auswählen. Ein Graph 76 stellt die Antwort dar, wenn die Auswahlschalter 55 bis 58 (in 2 gezeigt) R₃ (Widerstand 54) auswählen.

Wie in 3 zu sehen ist, verwendet für eine ausgewählte maximale Beleuchtungsstärke innerhalb des definierten Bereichs von 60 Lux bis 463 Lux jeder ausgewählte Bereich von 0 bis zu der ausgewählten maximalen Beleuchtungsstärke garantiert zumindest 60 % des vollen Spannungsbereichs.

Alles, was nötig ist, ist die Verwendung der Auswahlbits zur Auswahl des korrekten Widerstands.

Es wird z. B. angenommen, dass die ausgewählte maximale Beleuchtungsstärke 120 Lux beträgt. Für diesen Fall wäre der ausgewählte Widerstand R₁ und die resultierende Antwort durch den Graphen 74 dargestellt. Wie durch einen gekennzeichneten Punkt 77 auf dem Graphen in 3 zu sehen ist, verwendet der ausgewählte Bereich von 0 bis 215 Lux 71,9 des vollen Spannungsbereichs.

Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Anzahl von Kanälen basierend auf der Anwendung variieren. 4 z. B. zeigt eine Farbsensorschaltung, die auf einem einzelnen integrierten Schaltungs- (IC-) Chip 110 implementiert ist. Eine erste Farbschaltung erzeugt eine erste Ausgangsspannung, die an einem Ausgang 118 anliegt. Die erste Ausgangsspannung zeigt eine erfasste Beleuchtungsstärke einer ersten Farbe an. Die erste Farbe ist z. B. Rot. Eine Photodiode und ein Filter 114 erfassen eine Beleuchtungsstärke der ersten Farbe. Die Photodiode und das Filter 114 sind zwischen ein Massesignal 111 und eine Leitung 119 geschaltet. Ein Operationsverstärker 113 verstärkt die Spannung auf der Leitung 119, um die erste Ausgangsspannung an dem Ausgang 118 zu erzeugen. Ein Gewinn wird durch eine Gewinnauswahlschaltung 115 gesteuert. Der Operationsverstärker 113 ist mit dem Massesignal 111 und einem V_cc-Signal 112, wie gezeigt ist, verbunden.

Eine zweite Farbschaltung erzeugt eine zweite Ausgangsspannung, die an einem Ausgang 128 anliegt. Die zweite Ausgangsspannung zeigt eine erfasste Beleuchtungsstärke einer zweiten Farbe an. Die zweite Farbe ist z. B. Grün. Eine Photodiode und ein Filter 124 erfassen eine Beleuchtungsstärke der zweiten Farbe. Die Photodiode und das Filter 124 sind zwischen das Massesignal 111 und eine Leitung 129 geschaltet. Ein Operationsverstärker 123 verstärkt die Spannung auf der Leitung 129, um die zweite Ausgangsspannung an dem Ausgang 128 zu erzeugen. Ein Gewinn wird durch eine Gewinnauswahlschaltung 125 gesteuert. Der Operationsverstärker 123 ist mit dem Massesignal 111 und dem V_cc-Signal 112, wie gezeigt ist, verbunden.

Eine dritte Farbschaltung erzeugt eine dritte Ausgangsspannung, die an einem Ausgang 138 anliegt. Die dritte Ausgangsspannung zeigt eine erfasste Beleuchtungsstärke einer dritten Farbe an. Die dritte Farbe ist z. B. Blau. Eine Photodiode und ein Filter 134 erfassen eine Beleuchtungsstärke der dritten Farbe. Die Photodiode und das Filter 134 sind zwischen das Massesignal 111 und eine Leitung 139 geschaltet. Ein Operationsverstärker 133 verstärkt eine Spannung auf der Leitung 139, um die dritte Ausgangsspannung, die an dem Ausgang 138 anliegt, zu erzeugen. Ein Gewinn wird durch eine Gewinnauswahlschaltung 135 gesteuert. Der Operationsverstärker 133 ist mit dem Massesignal 111 und dem V_cc-Signal 112, wie gezeigt ist, verbunden.

Eine vierte Farbschaltung erzeugt eine vierte Ausgangsspannung, die an einem Ausgang 148 anliegt. Die vierte Ausgangsspannung zeigt eine erfasste Beleuchtungsstärke einer vierten Farbe an. Die vierte Farbe ist z. B. Weiß. Eine Photodiode und ein Filter 144 erfassen eine Beleuchtungsstärke der vierten Farbe. Die Photodiode und das Filter 144 sind zwischen das Massesignal 111 und eine Leitung 149 geschaltet. Ein Operationsverstärker 143 verstärkt eine Spannung auf der Leitung 149, um die vierte Ausgangsspannung, die an dem Ausgang 148 anliegt, zu erzeugen. Ein Gewinn wird durch eine Gewinnauswahlschaltung 145 gesteuert. Der Operationsverstärker 143 ist mit dem Massesignal 111 und dem V_cc-Signal 112, wie gezeigt ist, verbunden.

Für ein Sechskanalsystem z. B: sind sechs Farbschaltungen enthalten, die eine Beleuchtungsstärke für sechs Farben erfassen. Die sechs Farben sind z. B. Rot, Grün, Blau, Cyan, Magenta und Gelb. Alternativ können andere Farben verwendet werden.

Während 1 und 4 Ausführungsbeispiele mit Einzelstufenverstärkern zeigen, können auch, wie für Fachleute auf diesem Gebiet verständlich ist, Mehrstufenverstärker verwendet werden. Eine Gewinnauswahl kann abhängig von der Anwendung für eine oder mehrere Stufen der Verstärker gesteuert werden.

5 z. B. zeigt einen Mehrstufenverstärker mit einer Gewinnauswahl für jede Stufe. Insbesondere erzeugt eine Farbschaltung eine Schaltungsausgangsspannung, die an einem Schaltungsausgang 238 anliegt. Eine Photodiode und ein Filter 214 erfassen eine Beleuchtungsstärke der ersten Farbe. Die Photodiode und das Filter 214 sind zwischen ein Massesignal 211 und eine Leitung 219 geschaltet. Ein Operationsverstärker 213 verstärkt eine Spannung auf der Leitung 219, um eine Zwischenausgangsspannung, die an dem Ausgang 218 anliegt, zu erzeugen. Ein Gewinn wird durch eine Gewinnauswahlschaltung 215 gesteuert. Der Operationsverstärker 213 ist mit dem Massesignal 211 und einem V_cc-Signal 212, wie gezeigt ist, verbunden.

Ein Operationsverstärker 233 verstärkt eine Spannung auf der Leitung 218, um eine Zwischenspannung, die an dem Ausgang 228 anliegt, zu erzeugen. Ein Gewinn wird durch eine Gewinnauswahlschaltung 225 gesteuert. Der Operationsverstärker 223 ist mit dem Massesignal 211 und einem V_cc-Signal 212, wie gezeigt ist, verbunden. Ein Operationsverstärker 233 verstärkt eine Spannung auf der Leitung 228, um die Schaltungsausgangsspannung, die an einem Schaltungsausgang 238 anliegt, zu erzeugen. Ein Gewinn wird durch eine Gewinnauswahlschaltung 235 gesteuert. Der Operationsverstärker 233 ist mit dem Massesignal 211 und einem V_cc-Signal 212, wie gezeigt ist, verbunden.

Die vorangegangene Erläuterung offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Verfahren und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Wie für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich ist, kann die Erfindung in anderen spezifischen Formen ausgeführt sein, ohne von der Wesensart oder wesentlichen Charakteristika derselben abzuweichen. Folglich soll die Offenbarung der vorliegenden Erfindung darstellend, jedoch nicht einschränkend, für den Schutzbereich der Erfindung sein, die in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist.