[發(fā)明專利]一種高精度電壓檢測電路及方法

有效

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• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103499733A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設計）人: 趙野;周玉梅;黑勇;王洪祥
• 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: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 劉杰

技術領域

本發(fā)明涉及數模混合集成電路設計領域，特別涉及一種由數字運算電路及其反饋的交錯信號控制的電壓檢測電路。

背景技術

傳感器一種常用的電子元件，隨著集成電路的飛速發(fā)展，集成傳感器也隨之發(fā)展，現有的集成傳感器一般都是將檢測信號轉換為電壓信號再進行處理。由此電壓信號的檢測成為了集成傳感器設計的關鍵，電壓檢測電路成為了傳感器電路中的核心電路，其檢測精度直接決定了整體傳感器的有效精度。

現有電壓檢測電路為了能夠實現檢測信號的數字化，基本上都采用A/D轉換電路，根據應用背景的不同，可選用的轉換電路可能不同，但是不論哪種結構的A/D轉換電路，都會存在電荷注入、時鐘潰通、采樣尖峰等非理想因素，從而導致電壓采樣的結果精度不高。現有技術中也有通過提高ENOB來實現更高的檢測精度。這樣做雖然可以在一定程度上提高電壓采樣的精度，但使得整體電路的功耗、面積等開銷驟然增大，復雜度也隨之增加，最終導致電路的系統(tǒng)復雜，易用性差，成本高昂。

發(fā)明內容

針對傳統(tǒng)電壓檢測電路方案需采用數模轉換器才能輸出數字信號，導致電路開銷過大等缺點。本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種高精度、無需數模轉換器即可輸出數字碼信號的高精度電壓檢測電路以及方法。

為了解決以上技術問題，本發(fā)明提供一種高精度電壓檢測電路，包括：

調制器，用以接收待檢測電壓以及基準電壓，并輸出調制方波信號，所述調制方波信號的占空比為所述待檢測電壓與所述基準電壓的比例；

計數器和分頻器模塊，用以接收所述調制器輸出的調制方波信號，將所述調制方波信號轉換為數字碼輸出的同時產生兩個相互交錯的反饋控制信號，所述反饋控制信號輸出給所述調制器；

MCU處理模塊，接收所述計數器和分頻器模塊輸出的數字碼，并根據所述數字碼計算出待檢測電壓。

優(yōu)選的，所述電壓檢測電路還包括：

基準和偏置電路，用于輔助調制器，給所述調制器提供所需的基準電壓和偏置電壓；

控制時鐘模塊，用于給所述計數器和分頻器模塊提供所需的高頻時鐘信號。

優(yōu)選的，所述調制器為一階∑-Δ調制器，包括斬波運算放大器、N管輸入比較器、P管輸入比較器、RS型觸發(fā)器、采樣開關、電阻和電容，所述斬波運算放大器用于接收所述基準電壓以及待檢測電壓，所述N管輸入比較器與所述P管輸入比較器產生監(jiān)視所述電容充放電的閥值電壓，所述N管輸入比較器的輸出端與所述P管輸入比較器的輸出端分別連接所述RS型觸發(fā)器的兩個輸入端，所述RS型觸發(fā)器的輸出反饋信號控制所述采樣開關。

優(yōu)選的，所述斬波運算放大器的正向輸入端接所述基準電壓，所述斬波運算放大器的反向輸入端通過所述電阻接所述待檢測電壓，所述待檢測電壓與所述運算放大器的反向輸入端之間設有采樣開關以及電阻，所述斬波運算放大器的輸出端與所述運算放大器的反向輸入端之間跨接有電容，所述斬波運算放大器的輸出端同時連接所述N管輸入比較器和所述P管輸入比較器，所述N管輸入比較器的輸出端與所述P管輸入比較器的輸出端分別連接所述RS型觸發(fā)器的兩個輸入端，所述RS型觸發(fā)器的輸出端輸出反饋信號控制所述采樣開關

優(yōu)選的，所述斬波運算放大器包括三個斬波開關，其中一個輸入斬波開關和兩個輸出斬波開關，所述交錯的反饋控制信號控制所述斬波開關，每個斬波開關的輸出端設有一個折疊結構的共源共柵放大器。

優(yōu)選的，所述斬波開關由四個反向非交疊時鐘控制的四個傳輸門構成。

優(yōu)選的，所述計數器和分頻器模塊包括第一計數器、第二計數器和除法器，所述第一計數器與第二計數器接收所述調制器輸出的調制方波信號，并輸出所述調制方波信號的高低電平的保持時間給所述除法器，所述除法器以數字碼形式輸出所述調制方波信號的高低電平的占空比給所述MCU處理模塊。

一種電壓檢測方法，其特征在于，包括：

通過調制器將待檢測電壓與基準電壓的比值調制為調制方波信號；

通過計數器和分頻器將所述調制方波信號轉換為數字碼；

通過MCU處理模塊計算出待測電壓的值。

優(yōu)選的，所述通過計數器和分頻器將所述調制方波信號轉換為數字碼包括：

通過計數器計算調制方波信號的高電平保持時間和低電平保持時間；

通過除法器計算高電平保持時間和低電平保持時間的比值，輸出數字碼。

優(yōu)選的，所述通過計數器和分頻器將所述調制方波信號轉換為數字碼時，所述計數器與分頻器產生交錯控制反饋信號給所述調制器。