[發明專利]寬范圍電荷平衡電容數字轉換器

有效

• 申請號: 201080007294.0
• 申請日: 2010-01-12
• 公開（公告）號: CN102318193A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: M.克勞斯;M.加法爾;K.王;E.霍夫曼
• 申請（專利權）人: 核心微電子德累斯頓股份公司
• 主分類號: H03M1/60
• 分類號: H03M1/60
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 江娟;南毅寧

相關申請的交叉引用

本申請要求2009年1月12日提交的美國臨時申請No.61/143,851的優先權，該申請整體通過引用合并與此。

技術領域

本申請大體上涉及基于互補金屬氧化半導體(CMOS)設備的用于電容性傳感器信號的精確電容數字轉換的寬范圍電容數字電荷平衡轉換器。

背景技術

電容性傳感器信號調節集成電路，諸如來自德國德雷斯頓(Dresden)的Zentrum?Mikroelektronik?Dresden??(ZMD)AG的cLite^TM電容性傳感器信號調節器(或cLite^TM專用標準產品(ASSP))，包括電容數字轉換器，并能夠在可選的范圍(例如，在cLite^TM信號調節器情況下的2-260pF)將電容轉換為對應的數字值。有利地，cLite^TM信號調節器當前提供14-位分辨率以及在寬范圍電容和溫度上非常高的準確性，并能夠被用于微控制器或其他開關應用。

電容性傳感器被廣泛用于許多MEMS傳感元件中，諸如，用于液壓控制系統的壓力傳感器、濕度傳感器以及液體水平面測量儀器。這樣的傳感器不碰觸或直接接觸被感測的系統或設備，這樣這些傳感器有利于用于工業的直線以及角度位置傳感器以及非接觸式電位計，即使是在苛刻的或易爆環境條件下。

對于覆蓋寬范圍的電容數字轉換器(CDC)，諸如上述的cLite^TM電容性傳感器以及信號調節器，通常來講，片上補償電容、參考電容以及積分電容必須都與傳感器電容一樣大或更大。根據所需的實施這可能不切實際并且高成本。

發明內容

一方面，通過提供一種電荷平衡電容數字轉換器，克服了現有技術的缺點并提供了額外的優點。該電荷平衡電容數字轉換器包括：傳感器電容、補償電容、參考電容、積分電路以及解調電路。傳感器電容根據第一時鐘計劃表的第一時鐘信號來切換，以及補償電容根據第二時鐘計劃表的第二時鐘信號來切換，其中第二時鐘計劃表具有比第一時鐘計劃表高的頻率。參考電容被設置用于電荷平衡，并根據來自電荷平衡電容數字轉換器的輸出的返回信號來切換。集成電路包括積分電容，并具有第一輸入節點和第二輸入節點。傳感器電容、補償電容以及參考電容每一個根據各自的第一時鐘計劃表、第二時鐘計劃表或返回信號來切換到第一輸入節點或第二輸入節點。解調電路接收積分電路的輸出并將積分電路的輸出轉換為時鐘數字輸出，其中第二時鐘計劃表具有比第一時鐘計劃表高的頻率允許補償電容、參考電容或積分電容的至少一者的電容量降低。

有利的是，此處提供的寬范圍電容數字電荷平衡轉換器具有高分辨率和低制造成本。在一個實施方式中，這是通過將多時鐘與多參考(multi-referencing)方法一起應用來實現的。

通過本發明的技術來實現額外的特征和優點。此處詳細描述本發明的其他實施方式和其他方面，并考慮作為要求的發明的一部分。

附圖說明

在說明書的結尾部分特別指出并明確地要求關于本發明的主題。而本發明及其實踐的組織和方法、以及本發明的進一步的目的和優點，通過參考與附圖相聯系的以下說明最好地被理解，在附圖中：

圖1示出了電荷平衡電容數字(C/D)轉換器的一個實施方式；

圖2示出了根據本發明的一個方面，具有多時鐘和多參考特征的電荷平衡C/D轉換器的一個實施方式；

圖3是時鐘時序圖，示出了根據本發明的一個或多個方面的在圖2的電荷平衡C/D轉換器電路中應用的第一時鐘信號(CLK_S)和第二時鐘信號(CLK)的示例，特別示出了2:1時鐘模式(即，[CLK:CLK_S])；以及

圖4示出了根據本發明的一個或多個方面的用于選擇輸入參考電壓等級(level)(REFP-REFN)來輸入到圖2的電荷平衡C/D轉換器的傳感器電容的參考輸入電壓選擇器電路的一個實施方式。

具體實施方式