[發明專利]模擬信號路由器

在審

• 申請號: 202110957486.8
• 申請日: 2021-08-19
• 公開（公告）號: CN113655290A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 孫滕諶;張大華;石萬文;孟凡
• 申請（專利權）人: 北京他山科技有限公司
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 北京金之橋知識產權代理有限公司 11137
• 代理人: 林建軍

提供了模擬信號路由器。所提供的模擬信號路由器用于電容數字轉換器(CDC)，包括連接線組、模擬開關矩陣與一個或多個電容端口；所述連接線組包括至少第一連接線和/或第二連接線；所述模擬開關矩陣將所述連接線組可配置或可編程地耦合到電容端口，其中在任意時刻，所述模擬開關矩陣將一個電容端口至多僅耦合到所述連接線組的一條連接線，以及所述模擬開關矩陣將所述連接線組的一條連接線耦合到零個、一個或多個電容端口；所述模擬開關矩陣還將所述連接線組可配置或可編程地耦合到所述電容數字轉換器。

技術領域

本申請涉及模擬信號路由器，特別地涉及用于為CDC(CapacitorDigitalConverter，電容數字轉換器)測量電容而提供電信號的模擬信號路由器。

背景技術

基于電容的傳感器被廣泛應用。類似于ADC(模擬數字轉換器，AnalogDigitalConverter)，CDC(電容數字轉換器)測量電容值并轉換為數字量輸出。圖1展示了利用CDC測量電容的電容測量單元的示意圖。

CDC包括激勵信號線端口(AEC)與互電容輸入信號線端口(ACC)。可選地，CDC還包括自電容信號線端口(SCA)、主動屏蔽信號線端口(SHD)和/或同步時鐘端口(CLK)。EXC代表激勵源，例如方波信號源。

在一種工作模式中，被測量的電容(Cm)的兩個極板分別與激勵信號線端口(AEC)與互電容輸入信號線端口(ACC)相連，構成互電容測量回路。激勵源EXC連接到激勵信號線端口(AEC)，CDC通過其激勵信號線端口(AEC)向電容(Cm)的極板施加激勵信號，并通過其互電容輸入信號線端口(ACC)采集從電容(Cm)的極板獲取的對激勵信號的響應，并根據響應測量電容(Cm)的電容值。由于電容(Cm)的兩個極板都同CDC相連，將電容(Cm)稱為互電容。

在又一種工作模式，被測量電容(Cs)的一個極板同自電容信號線端口(SCA)相連，大地作為被測量電容(Cs)的另一個極板，通過CDC的接地端(AGND)構成自電容測量回路。將電容(Cs)稱為自電容。激勵源EXC連接到自電容信號線端口(SCA)，CDC通過自電容信號線端口(SCA)向電容(Cs)施加激勵并獲得響應以測量其電容值。

CDC可應用多種電容測量原理。作為舉例，對于互電容(Cm)，CDC通過其激勵信號線端口(AEC)向電容(Cm)充電，通過互電容輸入信號線端口(ACC)獲取電容(Cm)充電后的電壓值，并接入Σ-Δ調制器，經低通濾波后輸出代表待測量電容(Cm)的電壓值的數字量。作為又一個例子，CDC內部的激勵信號源(記為EXC)被動態地連接到自電容信號線端口(SCA)，同時切斷自電容信號線端口(SCA)到CDC內的例如Σ-Δ調制器的連接，以向自電容(Cs)充電，以及在接下來的時刻，斷開激勵信號源(EXC)到自電容信號線端口(SCA)的連接，并將自電容信號線端口(SCA)同Σ-Δ調制器導通，以將電容(Cs)的電壓值轉換為代表其電容值的數字量。

在一些情況下，CDC的自電容信號線端口(SCA)被激勵信號線端口(AEC)或互電容輸入信號線端口(ACC)替代，從而CDC不提供獨立的自電容信號線端口(SCA)。為了用激勵信號線端口(AEC)或互電容輸入信號線端口(ACC)替代自電容信號線端口(SCA)，CDC內部被設置開關。在激勵信號線端口(AEC)與互電容輸入信號線端口(ACC)測量互電容時，將激勵信號線端口(AEC)與互電容輸入信號線端口(ACC)同測量自電容的電路斷開；而在用激勵信號線端口(AEC)或互電容輸入信號線端口(ACC)替代自電容信號線端口(SCA)測量自電容時，將測量自電容的電路(包括激勵源EXC)連接到激勵信號線端口(AEC)或互電容輸入信號線端口(ACC)，以及將激勵信號線端口(AEC)與互電容輸入信號線端口(ACC)同測量互電容的電路斷開。