[發明專利]阻抗至數字轉換器、阻抗至數字轉換裝置及方法

在審

• 申請號: 201610008094.6
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN106840216A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 邱俊誠;徐舜熙
• 申請（專利權）人: 財團法人交大思源基金會
• 主分類號: G01D5/24
• 分類號: G01D5/24
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙)11277
• 代理人: 劉新宇

技術領域

本發明涉及一種轉換裝置，特別是涉及一種阻抗至數字轉換器、阻抗至數字轉換裝置及方法。

背景技術

現有的電容至數字轉換技術，可用來將一待偵測電容的電容值轉換成一呈數字形式的數字，所具有的缺點為：無法同時兼顧高靈敏度與寬電容值偵測范圍，如圖1所示為數字與電容值的對應關系圖，隨著電容值偵測范圍的增加，其靈敏度卻是降低的(每數字單位所對應的電容值變大表示靈敏度下降)，其數字范圍介于0～1間，若以1％做為所偵測電容值轉換后輸出的一個數字單位，介于2pF～16pF的電容值偵測范圍中每0.14pF可以產生一數字單位的變化，介于16pF～64pF的電容值偵測范圍中則需要0.48pF才可以產生一數字單位的變化。介于64pF～256pF的電容值偵測范圍中則需要1.92pF才可以產生一數字單位的變化。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種解決上述問題的阻抗至數字轉換器。

本發明的阻抗至數字轉換器包含一個偵測單元、一個偏移阻抗單元、一個參考阻抗單元、一個積分單元及一個電壓轉數碼單元。

偵測單元用來偵測一待偵測阻抗，且接收一輸入信號，且于每一周期時間受控制切換以將該輸入信號轉換成一正比于該輸入信號的第一電荷。

偏移阻抗單元接收一偏移信號，且于每一周期時間受控制切換以將該偏移信號轉換成一正比于該偏移信號的第二電荷。

參考阻抗單元接收一參考信號及一數字信號，且于每一周期時間受控制切換以將參考信號轉換成一正比于該參考電壓的參考電荷，該參考電荷的正負相關于該數字信號的邏輯電平。

一個積分單元，電連接該偵測單元、該偏移阻抗單元及該參考阻抗單元，以接收該第一電荷、該第二電荷及該參考電荷，并于每一周期時間據以加總轉換成一積分電壓。

電壓轉數碼單元電連接該積分單元以接收該積分電壓，且于每一周期判斷該積分電壓的大小以產生一數字信號。

在多個周期的數字信號的序列平均值正比于該待偵測阻抗的阻抗值，該序列平均值轉換成所對應阻抗值的偵測范圍的中心值正比于該偏移信號與該輸入信號的比例，該序列平均值轉換成所對應阻抗值的靈敏度正比于該輸入信號與該參考信號的比例。

本發明的阻抗至數字轉換器，該輸入信號包括一輸入電壓，該參考信號包括一參考電壓，該偏移信號包括一偏移電壓，該待偵測阻抗包括一待測電容，該待測電容具有一第一端及一第二端，該偵測單元包括：

一個第一開關，具有一接收該輸入電壓的第一端、一電連接該待測電容的第一端的第二端及一接收一第一控制信號的控制端，且根據該第一控制信號切換于導通與不導通間；

一個第二開關，具有一接地的第一端、一電連接該待測電容的第二端的第二端及一接收該第一控制信號的控制端，且根據該第一控制信號切換于導通與不導通間；

一個第三開關，具有一接收一參考電壓的第一端、一電連接該待測電容的第一端的第二端及一接收一第二控制信號的控制端，且根據該第二控制信號切換于導通與不導通間；

一個第四開關，具有一輸出該第一電荷的第一端、一電連接該待測電容 的第二端的第二端及一接收該第二控制信號的控制端，且根據該第二控制信號切換于導通與不導通間；

該第一控制信號使該第一開關導通的相位不重疊于該第二控制信號使該第三開關導通的相位。

本發明的阻抗至數字轉換器，該偏移阻抗單元包括：

一個偏移電容，具有一第一端及一第二端；

一個第一開關，具有一接收該偏移電壓的第一端、一電連接該偏移電容的第一端的第二端及一接收一第一控制信號的控制端，且根據該第一控制信號切換于導通與不導通間；

一個第二開關，具有一接地的第一端、一電連接該偏移電容的第二端的第二端及一接收該第一控制信號的控制端，且根據該第一控制信號切換于導通與不導通間；

一個第三開關，具有一接收一參考電壓的第一端、一電連接該偏移電容的第一端的第二端及一接收一第二控制信號的控制端，且根據該第二控制信號切換于導通與不導通間；及

一個第四開關，具有一輸出該第二電荷的第一端、一電連接該偏移電容的第二端的第二端及一接收該第二控制信號的控制端，且根據該第二控制信號切換于導通與不導通間。

本發明的阻抗至數字轉換器，還包括：

一第一與門，將該數字信號及該第一控制信號進行及運算以產生一輸出；及

一第二與門，將反相的該數字信號及該第一控制信號進行及運算以產生一輸出。

本發明的阻抗至數字轉換器，該參考阻抗單元包括：