阻抗至数字转换器、阻抗至数字转换装置及方法制造方法及图纸

一种阻抗至数字转换器、阻抗至数字转换装置及方法，该阻抗至数字转换器包含一侦测阻抗单元、一偏移阻抗单元、一参考阻抗单元、一积分单元及一电压转数码单元。侦测阻抗单元将输入信号转换成一第一电荷。偏移阻抗单元将偏移信号转换成一第二电荷。参考阻抗单元将参考信号转换成一参考电荷，该参考电荷的正负相关于数字信号的逻辑准位。积分单元接收该第一电荷、该第二电荷及该参考电荷，并于每一周期时间据以加总转换成一积分电压。电压转数码单元判断积分电压的大小以产生一数字信号。多个周期的数字信号的序列平均值正比于待侦测阻抗的阻抗值。阻抗值的侦测范围的中心值是正比于模拟信号的比例。阻抗值的灵敏度是正比于模拟信号的比例。

【技术实现步骤摘要】
阻抗至数字转换器、阻抗至数字转换装置及方法
本专利技术涉及一种转换装置，特别是涉及一种阻抗至数字转换器、阻抗至数字转换装置及方法。
技术介绍
现有的电容至数字转换技术，可用来将一待侦测电容的电容值转换成一呈数字形式的数字，所具有的缺点为：无法同时兼顾高灵敏度与宽电容值侦测范围，如图1所示为数字与电容值的对应关系图，随着电容值侦测范围的增加，其灵敏度却是降低的(每数字单位所对应的电容值变大表示灵敏度下降)，其数字范围介于0～1间，若以1％作为所侦测电容值转换后输出的一个数字单位，介于2pF～16pF的电容值侦测范围中每0.14pF可以产生一数字单位的变化，介于16pF～64pF的电容值侦测范围中则需要0.48pF才可以产生一数字单位的变化。介于64pF～256pF的电容值侦测范围中则需要1.92pF才可以产生一数字单位的变化。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种解决上述问题的阻抗至数字转换器。本专利技术的阻抗至数字转换器包含一个侦测阻抗单元、一个偏移阻抗单元、一个参考阻抗单元、一个积分单元及一个电压转数码单元。侦测阻抗单元用来侦测一待侦测阻抗，且接收一输入信号，且于每一周期时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻抗至数字转换器，其特征在于，包含：一个侦测阻抗单元，用来侦测一待侦测阻抗，且接收一输入信号，且于每一周期时间受控制切换以将该输入信号转换成一正比于该输入信号的第一电荷；一个偏移阻抗单元，接收一偏移信号，且于每一周期时间受控制切换以将该偏移信号转换成一正比于该偏移信号的第二电荷；一个参考阻抗单元，接收一参考信号及一数字信号，且于每一周期时间受控制切换以将参考信号转换成一正比于该参考信号的参考电荷，该参考电荷的正负相关于该数字信号的逻辑准位；一个积分单元，电连接该侦测阻抗单元、该偏移阻抗单元及该参考阻抗单元，以接收该第一电荷、该第二电荷及该参考电荷，并于每一周期时间据以加总转换成一积分电压；...

【技术特征摘要】
2015.12.04 TW 1041406631.一种阻抗至数字转换器，其特征在于，包含：一个侦测阻抗单元，用来侦测一待侦测阻抗，且接收一输入信号，且于每一周期时间受控制切换以将该输入信号转换成一正比于该输入信号的第一电荷；一个偏移阻抗单元，接收一偏移信号，且于每一周期时间受控制切换以将该偏移信号转换成一正比于该偏移信号的第二电荷；一个参考阻抗单元，接收一参考信号及一数字信号，且于每一周期时间受控制切换以将参考信号转换成一正比于该参考信号的参考电荷，该参考电荷的正负相关于该数字信号的逻辑准位；一个积分单元，电连接该侦测阻抗单元、该偏移阻抗单元及该参考阻抗单元，以接收该第一电荷、该第二电荷及该参考电荷，并于每一周期时间据以加总转换成一积分电压；及一个电压转数码单元，电连接该积分单元以接收该积分电压，且于每一周期判断该积分电压的大小以产生一数字信号；在多个周期的数字信号的序列平均值正比于该待侦测阻抗的阻抗值，该序列平均值转换成所对应阻抗值的侦测范围的中心值是正比于该偏移信号与该输入信号的比例，该序列平均值转换成所对应阻抗值的灵敏度是正比于该输入信号与该参考信号的比例。2.根据权利要求1所述的阻抗至数字转换器，其特征在于，该输入信号包括一输入电压，该参考信号包括一参考电压，该偏移信号包括一偏移电压，该待侦测阻抗包括一待测电容，该待测电容具有一第一端及一第二端，该侦测阻抗单元包括：一个第一开关，具有一接收该输入电压的第一端、一电连接该待测电容的第一端的第二端及一接收一第一控制信号的控制端，且根据该第一控制信号切换于导通与不导通间；一个第二开关，具有一接地的第一端、一电连接该待测电容的第二端的第二端及一接收该第一控制信号的控制端，且根据该第一控制信号切换于导通与不导通间；一个第三开关，具有一接收该参考电压的第一端、一电连接该待测电容的第一端的第二端及一接收一第二控制信号的控制端，且根据该第二控制信号切换于导通与不导通间；及一个第四开关，具有一输出该第一电荷的第一端、一电连接该待测电容的第二端的第二端及一接收该第二控制信号的控制端，且根据该第二控制信号切换于导通与不导通间；该第一控制信号使该第一开关导通的相位不重迭于该第二控制信号使该第三开关导通的相位。3.根据权利要求2所述的阻抗至数字转换器，其特征在于，该偏移阻抗单元包括：一个偏移电容，具有一第一端及一第二端；一个第一开关，具有一接收该偏移电压的第一端、一电连接该偏移电容的第一端的第二端及一接收该第一控制信号的控制端，且根据该第一控制信号切换于导通与不导通间；一个第二开关，具有一接地的第一端、一电连接该偏移电容的第二端的第二端及一接收该第一控制信号的控制端，且根据该第一控制信号切换于导通与不导通间；一个第三开关，具有一输出该第二电荷的第一端、一电连接该偏移电容的第一端的第二端及一接收该第二控制信号的控制端，且根据该第二控制信号切换于导通与不导通间；及一个第四开关，具有一接收一参考电压的第一端、一电连接该偏移电容的第二端的第二端及一接收该第二控制信号的控制端，且根据该第二控制信号切换于导通与不导通间。4.根据权利要求3所述的阻抗至数字转换器，其特征在于，该参考阻抗单元包括：一第一与门，将该数字信号及该第一控制信号进行及运算以产生一第一逻辑信号；一第二与门，将反相的该数字信号及该第一控制信号进行及运算以产生一第二逻辑信号；一个参考电容，具有一第一端及一第二端；一个第一开关，具有一接收该参考电压的第一端、一电连接该参考电容的第一端的第二端及一接收该第一逻辑信号的控制端，且根据该第一逻辑信号切换于导通与不导通间；一个第二开关，具有一接地的第一端、一电连接该参考电容的第二端的第二端及一接收该第一逻辑信号的控制端，且根据该第一逻辑信号切换于导通与不导通间；一个第三开关，具有一接收一参考电压的第一端、一电连接该参考电容的第一端的第二端及一接收该第二控制信号的控制端，且根据该第二控制信号切换于导通与不导通间；一个第四开关，具有一输出该第二电荷的第一端、一电连接该参考电容的第二端的第二端及一接收该第二控制信号的控制端，且根据该第二控制信号切换于导通与不导通间；一个第五开关，具有一接收该参考电压的第一端、一电连接该参考电容的第二端的第二端及一接收一该第二逻辑信号的控制端，且根据该第二与门的输出切换于导通与不导通间；及一个第六开关，具有一接地的第一端、一电连接该参考电容的第一端的第二端及一接收该第二逻辑信号的控制端，且根据该第二逻辑信号切换于导通与不导通间。5.根据权利要求2所述的阻抗至数字转换器，其特征在于，该积分单元包括：一个第一运算放大器，具有一接收第一电荷、该第二电荷及该参考电荷的反相输入端、一接收该参考电压的非反相输入端，及一提供该积分电压的输出端；及一个积分电容，电连接该第一运算放大器的反相输入端与输出端间。6.根据权利要求2所述的阻抗至数字转换器，其特征在于，该电压转数码单元包括：一个第二运算放大器，具有一接收该积分电压的反相输入端、一接收该参考电压的非反相输入端，及一输出一比较信号的输出端，该比较信号的逻辑准位相关于该积分电压是否大于该参考电压；及一个正反器，具有一电连接该第二运算放大器的输出端以接收该比较信号的资料端、一接收一时钟信号的时脉端，及一提供该数字信号的输出端。7.根据权利要求2所述的阻抗至数字转换器，其特征在于，该偏移阻抗单元包括多个并联的偏移阻抗电路及一偏移选择器，该偏移选择器串接于该多个并联的偏移阻抗电路与该积分单元间，用来切换那几个偏移阻抗电路电连接至该积分单元。8.根据权利要求7所述的阻抗至数字转换器，其特征在于，每一偏移阻抗电路包括：一个偏移电容，具有一第一端及一第二端；一个第一开关，具有一接收该偏移电压的第一端、一电连接该偏移电容的第一端的第二端及一接收该第一控制信号的控制端，且根据该第一控制信号切换于导通与不导通间；一个第二开关，具有一接地的第一端、一电连接该偏移电容的第二端的第二端及一接收该第一控制信号的控制端，且根据该第一控制信号切换于导通与不导通间；一个第三开关，具有一输出该第二电荷的第一端、一电连接该偏移电容的第一端的第二端及一接收该第二控制信号的控制端，且根据该第二控制信号切换于导通与不导通间；及一个第四开关，具有一接收一参考电压的第一端、一电连接该偏移电容的第二端的第二端及一接收该第二控制信号的控制端，且根据该第二控制信号切换于导通与不导通间。9.根据权利要求4所述的阻抗至数字转换器，其特征在于，该参考阻抗单元包括多个并联的参考阻抗电路及一参考选择器，该参考选择器串接于该多个并联的参考阻抗电路与该积分单元间，用来切换那几个偏参考阻抗电路电连接至该积分单元。10.根据权利要求9所述的阻抗至数字转换器，其特征在于，每一参考阻抗电路包括：一个参考电容，具有一第一端及一第二端；一个第一开关，具有一接收该参考电压的第一端、一电连接该参考电容的第一端的第二端及一接收该第一逻辑信号的控制端，且根据该第一逻辑信号切换于导通与不导通间；一个第二开关，具有一接地的第一端、一电连接该参考电容的第二端的第二端及一接收该第一逻辑信号的控制端，且根据该第一与门的输出切换于导通与不导通间；一个第三开关，具有一接收一参考电压的第一端、一电连接该参考电容的第一端的第二端及一接收该第二控制信号的控制端，且根据该第二控制信号切换于导通与不导通间；一个第四开关，具有一输出该第二电荷的第一端、一电连接该参考电容的第二端的第二端及一接收该第二控制信号的控制端，且根据该第二控制信号切换于导通与不导通间；一个第五开关，具有一接收该参考电压的第一端、一电连接该参考电容的第二端的第二端及一接收一该第二与门的输出的控制端，且根据该第二逻辑信号切换于导通与不导通间；及一个第六开关，具有一接地的第一端、一电连接该参考电容的第一端的第二端及一接收该第二逻辑信号的控制端，且根据该第二与门的输出切换于导通与不导通间。11.根据权利要求2所述的阻抗至数字转换器，其特征在于，该偏移阻抗单元包括一个偏移电容，该参考阻抗单元包括一个参考电容，该序列平均值如下式：其中，参数N为总周期数，参数Z为数字信号为逻辑1的周期数，参数VIN1、VIN2、VREF分别是输入电压值、偏移电压值、参考电压值，参数CSEN、CSUB、CREF分别是待测电容值、偏移电容值、参考电容值；阻抗值的范围如下：阻抗值的侦测范围的中心值为阻抗值的灵敏度正比于12.根据权利要求2所述的阻抗至数字转换器，其特征在于，还包括一信号产生器，该信号产生器产生该输入信号、该偏移信号、该参考信号、该第一控制信号及该第二控制信号。13.根据权利要求1所述的阻抗至数字转换器，其特征在于，该输入信号包括一输入电流，该待侦测阻抗包括一待测电阻，该待测电阻具有一第一端及一第二端，该侦测阻抗单元包括：一个侦测电容，并联于该待测电阻；一个第一开关，具有一接收该输入电流的第一端、一电连接该待测电阻的第一端的第二端及一接收一第一控制信号的控制端，且根据该第一控制信号切换于导通与不导通间；一个第二开关，具有一接地的第一端、一电连接该待测电阻的第二端的第二端及一接收该第一控制信号的控制端，且根据该第一控制信号切换于导通与不导通间；一个第三开关，具有一接收一参考电压的第一端、一电连接该待测电阻的第一端的第二端及一接收一第二控制信号的控制端，且根据该第二控制信号切换于导通与不导通间；及一个第四开关，具有一输出该第一电荷的第一端、一电连接该待测电阻的第二端的第二端及一接收该第二控制信号的控制端，且根据该第二控制信号切换于导通与不导通间；该第一控制信号使该第一开关导通的相位不重迭于该第二控制信号使该第三开关导通的相位。14.根据权利要求12所述的阻抗至数字转换器，其特征在于，该偏移信号包括一偏移电压，且该偏移阻抗单元包括：一个偏移电容，具有一第一端及一第二端；一个第一开关，具有一接收该偏移电压的第一端、一电连接该偏移电容的第一端的第二端及一接收该第一控制信号的控制端，且根据该第一控制信号切换于导通与不导通间；一个第二开关，具有一接地的第一端、一电连接该偏移电容的第二端的第二端及一接收该第一控制信号的控制端，且根据该第一控制信号切换于导通与不导通间；一个第三开关，具有一输出该第二电荷的第一端、一电连接该偏移电容的第一端的第二端及一接收该第二控制信号的控制端，且根据该第二控制信号切换于导通与不导通间；及一个第四开关，具有一接收一参考电压的第一端、一电连接该偏移电容的第二端的第二端及一接收该第二控制信号的控制端，且根据该第二控制信号切换于导通与不导通间。15.根据权利要求12所述的阻抗至数字转换器，其特征在于，该参考阻抗单元包括：一第一与门，将该数字信号及该第一控制信号进行及运算以产生一第一逻辑信号；一第二与门，将反相的该数字信号及该第一控制信号进行及运算以产生一第二逻辑信号；一个参考电容，具有一第一端及一...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱俊诚，徐舜熙，
申请(专利权)人：财团法人交大思源基金会，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71