传感器电路制造技术

本发明专利技术涉及传感器系统，具体地说，涉及并有模数转换器的此类系统，该模数转换器例如用于提供来源于以电桥配置连接的传感元件的数字信号。示例实施例包括传感器电路(300)，该传感器电路(300)包括：第一和第二路径(301a、301b)，该第一和第二路径(301a、301b)包括连接在第一和第二电源线(302a、302b)之间的对应的第一和第二传感元件(R1a、R2a)；具有差分输入端和输出端的模数转换器(304、305、306)，该差分输入端经连接以接收第一和第二传感元件(R1a、R2a)之间的差分电压信号(Vinp‑Vinn)，该输出端用于提供表示第一和第二传感元件(R1a、R2a)之间差值的数字输出信号(Dout)，该模数转换器包括：连接在第一和第二电源线(302a、302b)之间的多个电流源(3110...311n)，每个电流源可切换地连接到第一或第二传感元件(R1a、R2a)；以及控制逻辑(306)，该控制逻辑(306)被配置成取决于差分电压信号(Vinp‑Vinn)选择性地从电流源(3110...311n)中的每一个切换电流到第一路径(301a)或第二路径(301b)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器系统，具体地说，涉及并有模数转换器的此类系统，该模数转换器例如用于提供来源于以电桥配置连接的传感元件的数字信号。
技术介绍
在诸如用于磁场、温度或机械应变传感的多个传感器应用中，使用电阻性传感元件，该电阻性传感元件受待测量的物理量影响。为了产生可靠和敏感的输出信号，传感元件可在诸如惠斯通电桥的电桥配置中连接。这在电桥的两个节点之间提供了平衡的差分输出电压，该差分输出电压和待测量的物理量中的变化成比例，还和横越该电桥的电源电压成比例。此模拟差分信号可通过将输出电压连接到差分模数转换器(ADC)来数字化。ADC的性能在很大程度上由两个参考电压电平的精度确定，两个参考电压电平中的每一个可由参考电压源提供。借助于恰当的电路，例如使用分压器，可由电源电压间接地提供这两个参考电压电平。这样的缺点是很难产生低噪声和精确的参考电压电平。另外，所消耗的功率的大部分将倾向用于参考电压电平的产生。在电源电压处存在高频噪声的情况下，参考电压电平的频带宽度将不同于电桥信号的频带宽度。这意味着，由于信号和参考之间的相位和/或幅度不同，所以存在于电源电压上的高频噪声将不会被遏制，而是替代地被转换成数字域。这甚至会导致不必要的折叠失真。高频噪声可另外回折成ADC的所关注的频带(BOI)。特别是在电源电压上存在相对强烈的噪声的情况下，必须由ADC处理差分输出电压的较大的充分信号摆动，这对ADC产生了高线性的要求。由于上述缺点，可能降低包括以全桥配置布置的传感元件和用于提供数字输出的ADC的现有传感器系统的性能。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种传感器电路，该传感器电路包括：第一和第二传感器路径，该第一和第二传感器路径包括连接在第一和第二电源线之间的对应的第一和第二传感元件；以及具有差分输入端和输出端的模数转换器，该差分输入端经连接以接收第一和第二传感元件之间的差分电压信号，该输出端用于提供表示第一和第二传感元件之间差值的数字输出信号，该模数转换器包括：控制逻辑，该控制逻辑被配置成取决于差分电压信号选择性地从电流源中的每一个切换电流到第一路径或第二路径；以及连接在第一和第二电源线之间的多个电流源，每个电流源可切换地连接到第一或第二传感元件。传感器系统的传感元件实际上与电源线(其中第一电源线是电压供应线，第二电源线是地线)隔离，由此改进传感器系统的电源抑制比(PSRR)。传感器电路仅需要两个传感元件，这节约了集成电路实施方案上的区域，并使传感器元件能够被放置得极为接近，从而使得不同传感器元件之间待测量的参数中的任何变化降至最小。模数转换器可采用各种形式。作为第一例子，模数转换器可包括：具有第一和第二输入端的跨导放大器，该第一和第二输入端分别连接到第一和第二传感元件以接收第一和第二路径之间的差分电压信号；比较器，该比较器具有连接到跨导放大器的输出端的输入端和用于提供数字输出信号的输出端；以及控制逻辑，该控制逻辑被配置成取决于数字输出信号来控制第一和第二路径之间的多个电流源的切换。比较器可以是多位比较器，或可以是单位比较器。作为替代性的第二例子，模数转换器可包括：比较器，该比较器具有分别连接到第一和第二传感元件以接收第一和第二路径之间的差分电压信号的第一和第二输入端，并被配置成提供指示差分电压信号的标志的数字输出；以及逐次逼近型控制逻辑，该逐次逼近型控制逻辑具有经连接以从比较器接收数字输出的输入端，并被配置成提供数字输出信号和取决于数字输出信号来控制第一和第二路径之间的多个电流源的切换。在每个示例实施例中，控制逻辑可被配置成从选定数量的电流源切换电流到第二传感器路径，选定数量等于数字输出信号的值。如果，例如数字输出信号的分辨率是3位，那么可使用总共8个(即，23)可切换电流源，数量等于输出信号的值的多个电流源将向第二传感器路径提供电流，而其它电流源将向第一传感器路径提供电流。因此，在一般方面中，可切换电流源的数量将等于2N，其中N为模数转换器的位分辨率。控制逻辑可被配置成反复地改变多个电流源的子集，从该子集中选定电流源的数量。通过反复地改变电流源的子集，由电流源中的每一个提供的电流之间的任何变化可随着时间推移以高频噪声的形式传播出去，该高频噪声可被滤除。在具体实施例中，处理单元可被配置成随机地反复地改变子集。这个过程通常被称为动态元件匹配(DEM)。第一和第二传感元件可为电阻性传感元件，电阻性传感元件通常用于诸如磁、温度和应变传感应用的多种传感器的情况。第一和第二传感元件可被配置成回应于测量参数的变化同等地且相反地改变它们的电阻。接着，所产生的数字输出信号将与测量参数的变化成比例。第一和第二传感元件可为例如磁阻式传感元件的磁传感元件，该磁传感元件可用于速度和角度传感器应用。传感器系统还可包括连接在第一和第二电源端之间的电源。在替代性实施例中，电源可在传感器系统外部获得。在某些实施例中，多个电流源中的每一个可连接到第一电源端，还可沿着对应的第一或第二路径可切换地连接到第一或第二传感元件。在某些替代性实施例中，多个电流源中的每一个可连接到第二电源端，还可沿着对应的第一或第二路径可切换地连接到第一或第二传感元件，该第一和第二路径各自包括分别连接在第一电源端与第一和第二传感器元件之间的偏压电流源。传感器电路可并入到传感器中，例如用于角度和速度传感器。将通过下文所描述的实施例而清楚本专利技术的这些以及其它方面，并且参考这些实施例阐明本专利技术的这些以及其它方面。附图说明将参考图式仅作为例子描述实施例，图式中图1示出了具有以全桥配置连接的传感元件的差分传感器；图2示出了其中以全桥配置集成模数转换器的差分传感器；图3示出了具有两个传感元件和一个Σ-Δ模数转换器的差分传感器；图4示出了具有两个传感元件和一个Σ-Δ转换器的差分传感器的替代性例子；以及图5示出了图3和4的差分传感器的替代性差分传感器，该替代性差分传感器使用逐次逼近型模数转换器。应注意，图式是出于图解说明且未按比例绘制。为在图中清楚且便利起见，这些图的各部分的相对尺寸和比例已示出为在大小上放大或减小。相同的附图标记一般用于指代在修改的和不同的实施例中相对应的或相似的特征。具体实施方式在图1示出的示例传感器电路100中，由可变电阻器表示的传感元件R1、R2、R3、R4以全桥配置连接。这种配置提供了平衡的差分输出电压Vinp-Vinn，该平衡的差分输出电压Vinp-Vinn与由电压供应器101提供的施加的偏压电压Vb成比例。为了执行复杂的数字信号处理，电桥信号Vinp、Vinn连接到差分高精度模数转换器(ADC)102的输入端，该ADC将模拟信号转换成数字域。ADC102的性能在很大程度上由ADC102的参考源的精度确定，该精度由电压源Vrp和Vrn提供。这些电压源应追踪偏压电压Vb，以将噪声对全桥的电源的影响降到最小。以此方式，ADC102的输入范围对照偏压电压Vb以及ADC102的输入信号Vinp和Vinn按比例调整，从而产生独立于偏压电压Vb的数字输出信号dout。图1中示出的传感器电路100具有一些缺点。要产生低噪声，追踪偏压电压的精确的参考电压并不简单。ADC102所消耗的大部分功率以及集成电路中由ADC占据的区域将用于参考信号的产生。如上所述，参考电压Vrp和Vrn本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器电路，其特征在于，包括：第一和第二路径，所述第一和第二路径包括连接在第一和第二电源线之间的对应的第一和第二传感元件；以及；具有差分输入端和输出端的模数转换器，所述差分输入端经连接以接收所述第一和第二传感元件之间的差分电压信号，所述输出端用于提供表示所述第一和第二传感元件之间差值的数字输出信号，所述模数转换器包括：连接在所述第一和第二电源线之间的多个电流源，每个电流源可切换地连接到所述第一或第二传感元件；以及控制逻辑，所述控制逻辑被配置成取决于所述差分电压信号选择性地从所述电流源中的每一个切换电流到所述第一路径或所述第二路径。

【技术特征摘要】
2015.09.01 EP 15183285.41.一种传感器电路，其特征在于，包括：第一和第二路径，所述第一和第二路径包括连接在第一和第二电源线之间的对应的第一和第二传感元件；以及；具有差分输入端和输出端的模数转换器，所述差分输入端经连接以接收所述第一和第二传感元件之间的差分电压信号，所述输出端用于提供表示所述第一和第二传感元件之间差值的数字输出信号，所述模数转换器包括：连接在所述第一和第二电源线之间的多个电流源，每个电流源可切换地连接到所述第一或第二传感元件；以及控制逻辑，所述控制逻辑被配置成取决于所述差分电压信号选择性地从所述电流源中的每一个切换电流到所述第一路径或所述第二路径。2.根据权利要求1所述的传感器电路，其特征在于，所述模数转换器包括：具有第一和第二输入端的跨导放大器，所述第一和第二输入端分别连接到所述第一和第二传感元件以接收所述第一和第二路径之间的所述差分电压信号；比较器，所述比较器具有连接到所述跨导放大器的输出端的输入端和用于提供所述数字输出信号的输出端；以及控制逻辑，所述控制逻辑被配置成取决于所述数字输出信号来控制所述第一和第二路径之间的所述多个电流源的切换。3.根据权利要求1所述的传感器电路，其特征在于，所述模数转换器包括：比较器，所述比较器具有分别连接到所述第一和第二传感元件以接收所述第一和第二路径之间的所述差分电压信号的第一和第二输入端，并被配置成提供指示所述差分电压信号的标志的数字输出；以及逐次逼近型控制逻辑，所述逐次逼近型控制逻辑具有经连接以从所述比较器接收所述数字输出的输入端，并被配置成提供所述数字输出信号和...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾德温·沙彭顿克，
申请(专利权)人：恩智浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL