[發明專利]一種傳感器微弱信號通用檢測芯片系統

有效

• 申請號: 201310357337.3
• 申請日: 2013-08-16
• 公開（公告）號: CN103399201A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 陳敏;劉云濤;陳杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

1.一種傳感器微弱信號通用檢測芯片系統，其特征在于，該芯片系統包括檢測子系統和輔助子系統，二者均與傳感器連接，其中:

檢測子系統包括兩條電流檢測通路和一條電壓檢測通路，電流檢測通路利用電流電壓轉換、電壓放大和模數轉換實現對由傳感器輸入的微弱電流信號的檢測，電壓檢測通路先將傳感器輸入的微弱電壓信號轉換成電流信號，然后再將該電流信號輸出給電流檢測通路，間接實現對微弱電壓信號的檢測;

輔助子系統用于為傳感器和檢測子系統提供需要的偏置電流、電壓、時鐘和控制信號。

2.根據權利要求1所述的傳感器微弱信號通用檢測芯片系統，其特征在于，所述檢測子系統包括電壓電流轉換器(101)、跨阻放大器(102)、積分器(103)、可編程增益放大器(104)和模數轉換器(105)，且電壓電流轉換器(101)、跨阻放大器(102)、積分器(103)、可編程增益放大器(104)和模數轉換器(105)構成兩條電流檢測通路和一條電壓檢測通路。

3.根據權利要求2所述的傳感器微弱信號通用檢測芯片系統，其特征在于，所述跨阻放大器(102)、可編程增益放大器(104)和模數轉換器(105)依次連接構成第一電流檢測通路(1)，用于檢測1μA至1mA范圍內的大直流或交流電流;所述積分器(103)、可編程增益放大器(104)和模數轉換器(105)依次連接構成第二電流檢測通路(2)，用于檢測1nA到1μA范圍內的小直流或交流電流。

4.根據權利要求3所述的傳感器微弱信號通用檢測芯片系統，其特征在于，所述第一電流檢測通路(1)和所述第二電流檢測通路(2)獨立工作，共用輔助子系統。

5.根據權利要求4所述的傳感器微弱信號通用檢測芯片系統，其特征在于，在所述第一電流檢測通路(1)和所述第二電流檢測通路(2)中，傳感器的輸出電流連接到跨阻放大器(102)或積分器(103)的輸入，電流信號在跨阻放大器(102)或積分器(103)被轉換為電壓信號，跨阻放大器(102)和積分器(103)的輸出接到可編程增益放大器(104)的輸入，對此電壓信號進一步放大并轉換為差分信號，該差分信號被接到模數轉換器(105)的輸入，進行模數轉換，最終得到易于傳輸和處理的數字信號，通過I2C總線輸出。

6.根據權利要求4所述的傳感器微弱信號通用檢測芯片系統，其特征在于，所述電壓檢測通路由電壓電流轉換器(101)和所述第一電流檢測通路(1)和所述第二電流檢測通路(2)構成，電壓電流轉換器(101)將來自傳感器輸出的微弱電壓信號轉換為電流信號，根據此電流信號的大小選擇接入所述第一電流檢測通路(1)或所述第二電流檢測通路(2)，間接實現對微弱電壓信號的檢測。

7.根據權利要求2所述的傳感器微弱信號通用檢測芯片系統，其特征在于，所述輔助子系統包括數模轉換器(106)、帶隙基準(107)、時鐘產生電路(108)和數字控制邏輯(109)，其中:

帶隙基準(107)為數模轉換器(106)、電壓電流轉換器(101)、跨阻放大器(102)、積分器(103)、可編程增益放大器(104)和模數轉換器(105)提供精準的偏置電壓和電流;

時鐘產生電路(108)將晶振產生的基準時鐘分頻得到積分器(103)、可編程增益放大器(104)、模數轉換器(105)和數模轉換器(106)需要的各相時鐘，分頻比由數字控制邏輯(109)設定;

數模轉換器(106)用于向傳感器提供所需的偏置電壓，通過控制數模轉換器(106)的數字輸入信號，向傳感器提供靜態電壓進行計時安培法測量或是動態變化的掃描偏置電壓進行循環伏安法測量。

8.根據權利要求7所述的傳感器微弱信號通用檢測芯片系統，其特征在于，當傳感器不需要偏置電壓時，關閉數模轉換器(106)以降低功耗。

9.根據權利要求7所述的傳感器微弱信號通用檢測芯片系統，其特征在于，當檢測交流電流時，根據輸入電流信號的頻率，通過數字控制邏輯(109)調整分頻比相應的改變積分器(103)、可編程增益放大器(104)和模數轉換器(105)的時鐘，以保持同樣的過采樣率。