[發明專利]用于電阻式傳感器和電容式傳感器的讀出電路

有效

• 申請號: 201811231656.9
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109696186B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: R·加格爾;A·巴齊羅托;C·巴法;F·西西奧蒂
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: G01D5/24
• 分類號: G01D5/24;G01D5/16;G01D11/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭立柱;崔卿虎

一種用于電阻式傳感器和電容式傳感器的讀出電路，其包括：第一輸入，在第一操作模式中被耦合到參考電阻器，并且在第二操作模式中被耦合到電阻式傳感器；第二輸入，在第一操作模式中被耦合到電容式傳感器，并且在第二操作模式中被耦合到參考電容器；以及輸出，用于在第一操作模式中提供電容式傳感器數據流，并且用于在第二操作模式中提供電阻式傳感器數據流。

技術領域

本發明一般地涉及用于電阻式傳感器和電容式傳感器的讀出電路。

背景技術

現代消費電子器件的一個趨勢是在單個設備中集成眾多不同的傳感器(例如壓力、溫度、氣體、濕度以及麥克風)。每個傳感器都基于不同的物理原理，其轉換不同的待檢測電量(主要是電阻和電容)。對應的讀出電子器件必須適應每個傳感器，這意味著必須設計和實現不同的模擬讀出系統，這增加了生產成本和設備功耗。

電容式傳感器典型地被耦合到高歐姆讀出接口、開關電容器放大器或電荷感測放大器。

當感測電阻具有小的變化時，電阻式傳感器典型地基于簡單的分壓器和惠斯通電橋結構被耦合到讀出電路。當電阻具有較大的變化時，電阻式傳感器典型地基于多尺度方法和電阻頻率轉換系統被耦合到讀出電路。

發明內容

根據本發明，實施例使用相同的讀出通道和電路允許電阻式傳感器和電容式傳感器兩者的讀出。這使得接口非常通用并且特別地適合于多個不同傳感器必須共存(例如，現代智能手機)的便攜式設備。

對于電阻式傳感器和電容式傳感器兩者的讀出，接口能夠通過執行電阻到時間和/或電容到時間轉換來轉換數字輸出中的感測元件值。

在時域中工作允許以動態范圍和分辨率權衡轉換時間，這在物理傳感器的測量中更為重要，因為待檢測的環境現象(氣體濃度、壓力、溫度)具有慢的時間變化。

根據實施例的接口還利用多路復用架構以連接不同的電阻式感測元件，同時避免由多路復用器(多路復用器開關的Ron和Roff)引入的典型缺點，并且與非常寬范圍的能夠被轉換的電阻器組合，使接口非常通用并且與許多不同的傳感器兼容。

根據實施例的讀出電路受益于縮放技術，由此減小了專用集成電路(ASIC)的尺寸并且因此適合較小的封裝(即使使用相同尺寸的微電子機械系統(MEMS)或傳感器)。

根據實施例，讀出電路可以與相同管芯上的多個集成傳感器一起使用，并且讀出電路架構與幾種類型的感測元件(電容式和電阻式兩者)兼容。示例包括麥克風、壓力、氣體、濕度以及其他此類傳感器。

根據實施例的讀出電路的高靈活性使用相同的讀出通道和電路允許電阻式傳感器和電容式傳感器兩者的讀出。由于由時間轉換支持的寬動態范圍，可以在數字域中轉換具有不同電氣變化的不同傳感器。

在第一實施例中，一種讀出電路包括：第一輸入，在第一操作模式中被耦合到參考電阻器，并且在第二操作模式中被耦合到電阻式傳感器；第二輸入，在第一操作模式中被耦合到電容式傳感器，并且在第二操作模式中被耦合到參考電容器；以及輸出，用于在第一操作模式中提供電容式傳感器數據流，并且用于在第二操作模式中提供電阻式傳感器數據流。讀出電路包括被耦合到第一輸入的電壓到電流轉換器，其中電壓到電流轉換器包括放大器，其在第一操作模式中被耦合到第一電流鏡部分并且在第二操作模式被耦合到第二電流鏡部分。讀出電路包括被耦合到電壓到電流轉換器和第二輸入的積分器，其中積分器包括被耦合到第一開關和第二開關的放大器，第一開關和第二開關在第一操作模式中被配置在第一位置，并且在第二操作模式中被配置在第二位置。讀出電路包括被耦合到積分器和輸出的邏輯電路，其中邏輯電路包括具有第一閾值電壓的第一比較器，第一比較器被耦合到具有第二閾值電壓的第二比較器。