[實用新型]一種基于頻率轉換的電容傳感器接口電路

有效

• 申請號: 201721091847.0
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN207083069U
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 徐衛林;劉俊昕;孫曉菲;李海鷗;韋保林;龔全熙
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175;H03K5/01
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司45107
• 代理人: 陳躍琳

技術領域

本實用新型涉及集成電路技術領域，具體涉及一種基于頻率轉換的電容傳感器接口電路。

背景技術

傳感器作為測量系統中的一種前端部件，能夠感知外界物理量、化學量和生物信息的變化，并按照一定的規律將這些非電量信息轉換成電子系統可檢測、可處理的電信號。傳感器已經被廣泛的應用于工業生產、交通運輸、國防軍事以及生物醫療等領域，隨著科技的不斷進步，傳感器逐漸向著小型化、集成化、智能化的方向發展。

相比于電阻性傳感器，電容性傳感器本身并不消耗任何靜態電流，所以在低功耗的便攜式移動終端、可穿戴設備等領域獲得了廣泛的應用。當電容性傳感器確定后，傳感系統的主要性能處決于連接到電容性傳感器的接口電路。因此，對接口電路的檢測范圍、功耗與精度等性能指標提出了較高的要求。傳統的電容性傳感器接口電路，直接將電容值的變化量放大，轉換為電壓值的變化，并且多數采用電荷泵積分方法，需要經過多個周期對電荷泵充電，才能產生穩定的輸出電壓，導致整個接口電路工作速度較慢，功耗較大，準確度與靈敏度不高，占用過多的芯片面積，易受溫度、噪聲和外界因素的干擾，使得其應用受到較大限制。

實用新型內容

本實用新型所要解決的是傳統電容性傳感器接口電路所存在的問題，提供一種基于頻率轉換的電容傳感器接口電路。

為解決上述問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的：

一種基于頻率轉換的電容傳感器接口電路，由基于電容變化的頻率調制電路和頻率電壓轉換電路組成；基于電容變化的頻率調制電路的輸入端形成整個接口電路的輸入端，與被測電容C_sen連接；基于電容變化的頻率調制電路的輸出端連接頻率電壓轉換電路的輸入端；頻率電壓轉換電路的輸出端形成整個接口電路的輸出端V_out；通過基于電容變化的頻率調制電路先將被測電容值C_sen轉換為頻率值，再通過頻率電壓轉換電路將頻率值轉換為電壓值。

上述基于電容變化的頻率調制電路由PMOS管PM₁～PM₂，NMOS管NM₁～NM₅和反相器INV₁組成；PMOS管PM₁和PM₂的源極和與電源VDD連接；PMOS管PM₁的柵極與漏極、NMOS管NM₁的漏極、NMOS管NM₃的柵極、以及NMOS管NM₃的柵極相連；PMOS管PM₂的柵極與漏極、NMOS管NM₃₁的漏極、NMOS管NM₁的柵極、NMOS管NM₄的柵極、以及反相器INV₁的輸入端相連；反相器INV₁的另一端形成基于電容變化的頻率調制電路的輸出端，與頻率電壓轉換電路的輸入端連接；NMOS管NM₁的源極和NMOS管NM₂的漏極相連后，形成基于電容變化的頻率調制電路的一個輸入端，與被測電容C_sen的一端連接；NMOS管N3的源極和NMOS管NM₂₄的漏極相連后，形成基于電容變化的頻率調制電路的另一個輸入端，與被測電容C_sen的另一端連接；NMOS管NM₂的源極、NMOS管NM₄的源極、以及NMOS管NM₅的漏極相連；NMOS管NM₅的柵極與外部偏置電壓V_b1連接；NMOS管NM₅的源極與地GND相連。