提供了一种电容数字转换器，该转换器包括：传感器电容、补偿电容以及参考电容，积分电路以及解调电路。传感器电容根据第一时钟来切换以及补偿电容根据具有更高切换频率的第二时钟来切换。参考电容根据来自转换器的输出的返回信号来切换。积分电路包括积分电容，并具有第一和第二节点，传感器电容、补偿电容以及参考电容每一个基于各自的第一时钟、第二时钟或返回信号来被切换到第一以及第二节点。解调电路接收积分电路的输出并将其转换为数字输出。补偿电容的更高频率的时钟允许补偿电容、参考电容或积分电容的电容量的减少，以及转换器的多时钟允许对传感器电容多参考的使用。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请大体上涉及基于互补金属氧化半导体(CM0Q设备的用于电容性传感器信号的精确电容数字转换的宽范围电容数字电荷平衡转换器。
技术介绍
电容性传感器信号调节集成电路，诸如来自德国德雷斯顿(Dresden) Wkntrum Mikroelektronik Dresden (ZMD)AG的cLite 电容性传感器信号调节器(或cLite 专用标准产品(ASSP))，包括电容数字转换器，并能够在可选的范围(例如，在cLite 信号调节器情况下的2460pF)将电容转换为对应的数字值。有利地，cLite 信号调节器当前提供14-位分辨率以及在宽范围电容和温度上非常高的准确性，并能够被用于微控制器或其他开关应用。电容性传感器被广泛用于许多MEMS传感元件中，诸如，用于液压控制系统的压力传感器、湿度传感器以及液体水平面测量仪器。这样的传感器不碰触或直接接触被感测的系统或设备，这样这些传感器有利于用于工业的直线以及角度位置传感器以及非接触式电位计，即使是在苛刻的或易爆环境条件下。对于覆盖宽范围的电容数字转换器(⑶C)，诸如上述的cLite 电容性传感器以及信号调节器，通常来讲，片上补偿电容、参考电容以及积分电容必须都与传感器电容一样大或更大。根据所需的实施这可能不切实际并且高成本。
技术实现思路
—方面，通过提供一种电荷平衡电容数字转换器，克服了现有技术的缺点并提供了额外的优点。该电荷平衡电容数字转换器包括传感器电容、补偿电容、参考电容、积分电路以及解调电路。传感器电容根据第一时钟计划表的第一时钟信号来切换，以及补偿电容根据第二时钟计划表的第二时钟信号来切换，其中第二时钟计划表具有比第一时钟计划表高的频率。参考电容被设置用于电荷平衡，并根据来自电荷平衡电容数字转换器的输出的返回信号来切换。集成电路包括积分电容，并具有第一输入节点和第二输入节点。传感器电容、补偿电容以及参考电容每一个根据各自的第一时钟计划表、第二时钟计划表或返回信号来切换到第一输入节点或第二输入节点。解调电路接收积分电路的输出并将积分电路的输出转换为时钟数字输出，其中第二时钟计划表具有比第一时钟计划表高的频率允许补偿电容、参考电容或积分电容的至少一者的电容量降低。有利的是，此处提供的宽范围电容数字电荷平衡转换器具有高分辨率和低制造成本。在一个实施方式中，这是通过将多时钟与多参考(multi-referencing)方法一起应用来实现的。通过本专利技术的技术来实现额外的特征和优点。此处详细描述本专利技术的其他实施方式和其他方面，并考虑作为要求的专利技术的一部分。附图说明在说明书的结尾部分特别指出并明确地要求关于本专利技术的主题。而本专利技术及其实践的组织和方法、以及本专利技术的进一步的目的和优点，通过参考与附图相联系的以下说明最好地被理解，在附图中图1示出了电荷平衡电容数字(C/D)转换器的一个实施方式；图2示出了根据本专利技术的一个方面，具有多时钟和多参考特征的电荷平衡C/D转换器的一个实施方式；图3是时钟时序图，示出了根据本专利技术的一个或多个方面的在图2的电荷平衡C/ D转换器电路中应用的第一时钟信号(CLK_S)和第二时钟信号(CLK)的示例，特别示出了 2 1时钟模式(即，)；以及图4示出了根据本专利技术的一个或多个方面的用于选择输入参考电压等级(level) (REFP-REFN)来输入到图2的电荷平衡C/D转换器的传感器电容的参考输入电压选择器电路的一个实施方式。具体实施例方式图1示出了电荷平衡电容数字转换器100的示例。转换器100具有主要输入Csensqk， 该CSENS。K的输出节点通过第一开关IlOa连接到运算放大器(或积分器)150的负积分节点 (IntNode)，并通过第二开关IlOb连接到运算放大器150的正输入。如图所示，第一开关用时钟信号CLK定时并且第二开关用反向的CLK定时。运算放大器150的输出节点通过积分电容Cint与运算放大器的IntNode桥接，并经由解调器160连接到与门(AND gate) 170的输入，其中该与门170输出信号ZOUT(Z)。与门170的其他输入以及解调器160的其他输入被连接以接收时钟信号CLK(N)。Csensoe的输入通过由CLK定时的第一开关11 连接到REFP，并且通过由反向CLK 定时的第二开关112b连接到REFN。REFP与REFN之间的差值是参考电压110。电容COFF 和CREF与CSENS0R并联耦合。这些电容在COFF的情况下，通过由CLK和反向CLK定时以及在CRef的情况下，通过来自转换器200的输出ZOUT(Z)的返回信号171定时的各个开关 114a、114b 禾口 116a、116b 开启(switch ON)或关闭(switched OFF)，。操作原理是N*Csensok*Vkef-N*Coff*Vkef-Z*Ckef*Vkef = 0其中Vkef = (REFP-REFN).每个时钟周期CLK(N)电容CSENSQK(该Csensqk为传感器电容)将电荷加到IntNode， 而每个时钟周期CLK(N)片上补偿电容Cqff从IntNode提取电荷。Ckef是片上参考电容，并且其由ZOUT(Z)启动的每个时钟周期从IntNode提取电荷。当需要平衡电网电荷时ZOUT(Z)启动Ckef并且Z/N的比率是Z/N= (Csensoe-Coff)/Ceef如图1描述的电荷平衡C/D转换器示出了对电路元件非常低的敏感性，但具有限定。限定包括1) (Csensoe-Coff)/Ceef* (Veef/2) < (VDD/2)= > Csensoe ( CEEF+C0FF 假定 Vkef = VDDCsensoe ^ Ceef Coff = 02) (Ceef/Cint)*(Veef/2) < (VDD/2)= > Ceef < Cint (设计目标 Cint = 1. 25*Ckef)或者Vkef < VDD.从而片上电容(Ctw，Ceef以及Cint)通常都必须大于或等于CSENSOT。这对Csensot的大小有所限制。图2示出了根据本专利技术的方面的提高的电容数字电荷平衡转换器，大体用200表示。如下面描述，转换器200有利地采用多时钟和多参考。如图2所示，电容CSENSQK、Cqff以及Ckef连接到运算放大器250的负输入(即， htNode)，或可替换地经由分开的开关210a，210b、211a、211b连接到运算放大器250的正输入。具体地，由第一时钟信号Clk_S定时的开关210a进行电容Csensm的输出信号与 IntNode的连接/断开，而由反向第一时钟信号Clk_S定时的开关210b进行电容Csensqk的输出信号与运算放大器250的正输入的连接/断开。如图所示，补偿电容和参考电容(Ctw和Ckef)使用第二时钟信号CLK以及反向第二时钟信号CLK经由开关211a，211b选择性地耦合到运算放大器250的负输入htNode或正输入。Csensoe的输入通过由第一时钟信号CLK_S定时的第一开关21 连接到REFP，并且通过由反向CLK_SS时的第二开关212b连接到REFN。这样，参考电压210 (VREF)等于 REFP-REFN。本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种电荷平衡电容数字转换器，该电荷平衡电容数字转换器包括：传感器电容，该传感器电容根据第一时钟计划表的第一时钟信号来切换；补偿电容，该补偿电容根据第二时钟计划表的第二时钟信号来切换，所述第二时钟计划表包括比所述第一时钟计划表高的切换频率；参考电容，该参考电容用于电荷平衡，并且该参考电容根据来自所述电荷平衡电容数字转换器的输出的返回信号来切换；积分电路，该积分电路包括积分电容，并且该积分电路包括第一输入节点和第二输入节点，所述传感器电容、所述补偿电容以及所述参考电容的每一者都基于各自的第一时钟计划表、第二时钟计划表或返回信号来被切换到所述第一输入节点或所述第二输入节点；以及解调电路，该解调电路接收所述积分电路的输出并将所述积分器电路的输出转换为定时的数字输出，其中所述第二时钟计划表具有比所述第一时钟计划表高的切换频率，所述第二时钟计划表允许在所述补偿电容、参考电容或积分电容中的至少一者上电容量降低。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：M克劳斯，
申请(专利权)人：核心微电子德累斯顿股份公司，
类型：发明
国别省市：DE
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