[發明專利]用于多種感測的電流模式模數轉換器系統、設備和方法

在審

• 申請號: 202210483285.3
• 申請日: 2022-05-05
• 公開（公告）號: CN115395959A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: A·馬哈瑞塔;O·卡爾平;P·沃爾什;M·希利
• 申請（專利權）人: 賽普拉斯半導體公司
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12;G01J5/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 張偉

本公開涉及用于多種感測的電流模式模數轉換器系統、設備和方法。一種設備可以包括利用襯底所形成的模擬電路，包括比較器、模擬開關和平衡電流電路。傳感器電流和平衡電流可以施加在比較器的輸入處。傳感器電流、平衡電流或兩者都可以用開關控制信號調制。數字電路可以包括開關控制邏輯單元，其響應于比較器的輸出和調制時鐘信號來生成開關控制信號。數字信號處理電路可以利用由比較器電路輸出的位流生成多位數字值。多位數字值可以是傳感器電流的模數轉換結果。還公開了相應的方法和系統。

技術領域

本公開內容大體上涉及模/數轉換器(ADC)，并且更具體而言，涉及可被配置以與多種不同傳感器類型一起操作的ADC。

背景技術

常規的模數轉換器(ADC)被用于大量應用(包括傳感器系統)中。圖30A和圖30B是常規傳感器系統3001A和3001B的示意圖。傳感器系統3001A/3001B可以包括與固定電阻Rd串聯的傳感器電阻Rsa/Rsb，其可以根據傳感器響應而變化。參考電壓源Vref可以通過在電阻Rsa/Rd兩端上的分壓而導致生成測量電壓Vxa/Vxb。電壓模式ADC電路可以將測量電壓Vxa/Vxb轉換為數字值(RAW DATA)。通常，ADC在轉換操作中可以使用相同的參考電壓Vref。在圖30A的情況下，傳感器電阻值Rsa可以由下式給出：

在圖30B的情況下，傳感器電阻Rsb可以由下式給出：

因此，感測電阻Rsa/Rsb相對于Vx值是非線性的。結果，系統的靈敏度取決于傳感器電阻Rsa/Rsb。

電阻分壓器方案(例如圖30A和圖30B的電阻分壓器方案)的缺點可能是感測的電阻和轉換的電壓值之間的非線性；參考電壓的必要性；由于電阻分壓器而導致的動態范圍的限制；以及通過電阻分壓器的靜態電流的浪費。

圖31A至圖31C示出了常規的光電感測系統和熱電感測系統的各種示例。圖31A示出了光電感測系統3101A。諸如基于光電二極管的傳感器之類的傳感器可以用作電流源3103，其生成可以根據傳感器操作而變化的電流(I)。放大器級3105可以利用電流(I)生成感測電壓(V)。感測電壓(V)可以用帶通濾波器(BPF)濾波以生成經濾波電壓V_F。經濾波電壓V_F可以被施加到整流器以生成經整流電壓V_R。經整流電壓V_R可以被施加到ADC電路以生成轉換(即，數字)輸出(原始數據(RAW DATA))。經整流電壓V_R可以被施加到低通濾波器(LPF)并且用作到放大器級3105的反饋電壓。

圖31B示出了常規的無源紅外(PIR)傳感器系統3101B。PIR檢測器3107可以響應于IR輻射生成電流(I)。傳感器系統3101B可以包括傳感器電阻Rs，其可以響應于傳感器電流(I)生成感測電壓Vs。可以用BPF對感測電壓Vs進行濾波，并且用增益級(Gain)放大所得到的電壓。電壓ADC電路可以將放大的電壓轉換為數字值(Dout)。系統3101B可以被概念化為將光生電荷(Q)轉換為電流(I)、將電流(I)轉換為電壓(V)、再將電壓(V)轉換為數字值(D)。

圖31C示出了常規的光電檢測器系統3101C。由光電二極管檢測的光(Rλ)可以生成電流(I)。電流(I)可以輸入到能夠生成電壓(V)的放大器級。電壓(V)在被ADC轉換為數字輸出值Dout之前可以被采樣/調制(SW)。系統3101C可以被概念化為將電流(I)轉換為電壓(V)、再將電壓(V)轉換為數字值(D)。

常規傳感器系統(例如本文所述的那些常規傳感器系統)可以包括將傳感器電流轉換為感測電壓的中間級，例如跨阻抗放大器(TIA)、積分器或無源元件結構。然后，所感測的電壓被電壓ADC(V-ADC)轉換為數字值。

常規方案(例如圖31A至圖31C的常規方案)的缺點可能是復雜和昂貴。

希望得到一種沒有常規方案的缺點的ADC系統。