[發明專利]一種優化設計傳感器讀出電路的轉換時間的系統

在審

• 申請號: 202011144511.2
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112152630A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 張馳;譚榮
• 申請（專利權）人: 成都鴻馳遠科技有限公司
• 主分類號: H03M3/00
• 分類號: H03M3/00
• 代理公司: 成都中亞專利代理有限公司 51126
• 代理人: 王崗

本發明公開了一種優化設計傳感器讀出電路的轉換時間的系統；本系統具有控制邏輯模塊、可變增益放大器、調制器模塊、數字濾波器；當系統需要得到傳感器輸出信號的具體值時，系統發出Start信號，Start信號控制Ctrl Logic模塊產生CK1、CK2和CK3信號，其中CK1控制可變增益放大器（PGA）完成失調以及低頻噪聲處理、以及放大微弱的Vs信號得到放大版的Vsh信號；CK2控制SDM采樣并轉換輸入的模擬信號為數字信號Qpwm；CK3控制濾波器對Qpwm進行降采樣處理和位寬拓展，得到最終的Data數據，Data就是Sensor輸出信號的數字化表征。本系統巧妙的利用SDM的轉換時間小于Filter建立時間，優化設計較短的傳感器讀出電路轉換時間。通過設計Filter和SDM之間過采樣頻率的倍率Xr，將經典理論的建立時間ts縮短到ts/Xr。

技術領域

本發明涉及傳感器讀出電路相關領域，具體來講涉及的是一種優化設計傳感器讀出電路的轉換時間的系統。

背景技術

物聯網是新一代信息技術的高度集成和綜合運用，對新一輪產業變革和經濟社會綠色、智能、可持續發展具有重要意義。物聯網系統中的海量數據信息來源于終端設備即傳感器（Sensor）。傳感器可以完成人類依靠視覺、聽覺、嗅覺、觸覺感知周圍環境的功能。且遠比人類感知更準確、范圍更廣。傳感器將物理、化學、生物等信息變化按照某些規律轉換成電參量，傳感器讀出電路將轉換元件輸出的信號進行放大、整形及編碼輸出。

經過檢索發現，申請號CN201510738638.X的發明公開了一種基于Sigma-Delta模數轉換器的傳感器讀出電路，包括：輸入信號選擇器（MUX），用于選擇八個輸入通道中的兩路通道作為差分輸入信號；緩沖電路，提供高輸入阻抗，接收傳感器輸入信號，并驅動后級電路；可編程增益放大器（PGA），用于放大輸入信號；直流偏移產生器，可以提供一個固定直流偏移，改變輸入信號直流值，偏移量同樣可以通過寄存器進行配置；Sigma-Delta模數轉換器，用于將模擬輸入信號轉換成單比特脈沖密度調制碼（PDM）；數字模塊包含數字濾波器和寄存器，數字濾波器用于將PDM進行濾波和降采樣，寄存器配置各個模塊工作方式。

申請號CN202010494965.6的發明申請公開了紅外傳感器讀出電路，包括第一晶體管，第二晶體管，傳感器，積分電容，遲滯比較器；第一晶體管的源極連接電源，第一晶體管的漏極與傳感器的第一端相連，第一晶體管的柵極與遲滯比較器的輸出端相連；第二晶體管的源極接地，第二晶體管的漏極與傳感器的第一端相連，第二晶體管的柵極與遲滯比較器的輸出端相連；傳感器的第二端分別與積分電容的第一端、遲滯比較器的輸入端相連；積分電容的第一端與遲滯比較器的輸入端相連，積分電容的第二端接地。第一晶體管和第二晶體管起到開關作用，電阻遠小于傳感器電阻，可以看成只有傳感器消耗能量，傳感器的能量利用率接近100％，能量利用率提升。

申請號CN201710072855.9的發明提供一種傳感器讀出電路。所述傳感器讀出電路包括斬波開關陣列、多輸入接口、運算放大器、反饋網絡，溫漂校正電路、斬波開關、低通濾波器、數字控制邏輯電路以及振蕩器，本發明通過使用溫漂校正電路對電阻溫漂系數進行校正，以及使用折疊共源共柵放大器對輸入的差分電壓對進行放大處理，能夠減少電阻使用量。

現代智能傳感器讀出電路一般都輸出數字信號，用以表征現實的物理量。而傳感器輸出都是模擬量，至少需要一個模數轉換器（ADC）將模擬量轉換為數字量，ADC完成一個模擬量的采樣和轉換需要一定的時間。而不同的系統，對于Sensor的讀出電路的轉換時間有著不同的要求。為了及時的上報系統系統參數的改變，需要ADC在滿足精度要求的前提下，盡可能縮短轉換時間。