[發(fā)明專利]電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110571568.9
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113422608A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉樂;李和倚;黃如;張昊;包遠(yuǎn)鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州微納核芯電子科技有限公司
• 主分類號: H03M1/46
• 分類號: H03M1/46;H03M3/00
• 代理公司: 北京辰權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11619
• 代理人: 孔垂超

本申請公開了一種電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、電容數(shù)字轉(zhuǎn)換方法及電子芯片。該電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路包括第一模塊、比較器和動態(tài)范圍自適應(yīng)滑動模塊；第一模塊包括依次連接的逐次逼近單元、第一加法器、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二加法器、第三加法器和積分單元，還包括與第三加法器相連接的第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器；比較器、動態(tài)范圍自適應(yīng)滑動模塊和第一加法器依次連接；比較器與第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連接。本申請的電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，能夠避免寄生、干擾等對SAR量化結(jié)果造成的誤差對DSM細(xì)量化產(chǎn)生的不利影響，從而很好地避免了寄生、干擾帶來的不利影響，也使得該電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路可以工作在更加惡劣的環(huán)境中，顯著提升了該電路的魯棒性、擴(kuò)大了該電路的應(yīng)用范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路。

背景技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)芯片技術(shù)的發(fā)展，越來越多的傳感器芯片被部署在物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)端，更廣泛的部署需要考慮成本和功耗問題，一方面在部署時希望芯片成本足夠低，另一方面，在后期維護(hù)時希望一次供電，“永久使用”，中途不需要更換電池，還希望傳感器芯片在惡劣的環(huán)境中仍然能正常工作。而電容傳感芯片，作為一種低成本、高能效的傳感接口電路，在物聯(lián)網(wǎng)傳感端擁有廣泛的應(yīng)用前景。基于電容傳感芯片，可以設(shè)計濕度傳感、壓力傳感、加速度傳感、位移傳感、觸摸傳感、電子皮膚等等。基于SAR的電容傳感，具有很高的能效，但是分辨率較低，限制了在傳感端的應(yīng)用；基于DSM的電容傳感，具有很高的精度，但是積分器功耗太高，能效有損失，此外受限于放大器的輸出擺幅，輸入動態(tài)范圍也相對較小；基于Zoom的電容傳感，能比較好地兼顧精度和動態(tài)范圍，但是為了前后級能協(xié)調(diào)工作，極間需要留有冗余，但是過大的冗余會帶來精度的損失，造成能效下降，過小的冗余又會使芯片的魯棒性下降，因此亟待研發(fā)一種既能保證能效和精度不損失，又能保證高魯棒性的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容

本申請的目的是提供一種電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路。為了對披露的實(shí)施例的一些方面有一個基本的理解，下面給出了簡單的概括。該概括部分不是泛泛評述，也不是要確定關(guān)鍵/重要組成元素或描繪這些實(shí)施例的保護(hù)范圍。其唯一目的是用簡單的形式呈現(xiàn)一些概念，以此作為后面的詳細(xì)說明的序言。

根據(jù)本申請實(shí)施例的一個方面，提供一種電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，包括第一模塊、比較器和動態(tài)范圍自適應(yīng)滑動模塊；

所述第一模塊包括依次連接的逐次逼近單元、第一加法器、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二加法器、第三加法器和積分單元，還包括與所述第三加法器相連接的第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器；

所述比較器、所述動態(tài)范圍自適應(yīng)滑動模塊和所述第一加法器依次連接；

所述比較器與所述第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連接。

進(jìn)一步地，所述動態(tài)范圍自適應(yīng)滑動模塊包括依次連接的比特流采樣單元、電平密度計算單元和范圍滑動單元。

進(jìn)一步地，所述動態(tài)范圍自適應(yīng)滑動模塊還包括計數(shù)器，所述計數(shù)器與所述比特流采樣單元相連接。

進(jìn)一步地，所述第二數(shù)模轉(zhuǎn)換單元為參考電容。

進(jìn)一步地，所述電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路還包括與所述第一模塊結(jié)構(gòu)完全相同的第二模塊；所述第二模塊的積分單元、所述比較器以及所述第二模塊的第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器依次連接；所述動態(tài)范圍自適應(yīng)滑動模塊與所述第二模塊的第一加法器相連接；所述第一模塊和所述第二模塊共同構(gòu)成偽差分結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本申請實(shí)施例的另一個方面，提供一種電容數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，通過上述任一項(xiàng)的電容數(shù)字轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)；所述方法包括：

所述逐次逼近單元通過逐次逼近算法對待測電容傳感信號進(jìn)行粗量化，得到粗量化結(jié)果；

所述第一加法器計算所述粗量化結(jié)果與補(bǔ)償值的和，所述補(bǔ)償值來自所述動態(tài)范圍自適應(yīng)滑動模塊；

所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器將所述和轉(zhuǎn)換為模擬信號；

所述第二加法器計算所述待測電容傳感信號與所述模擬信號的差值；