具有Σ-△模数转换器的电阻式传感器前端系统技术方案

一种电阻式传感器，其包括使用交换偏移电压源来提供可缩放增益和更加线性的操作的电流输入∑‑Δ转换器。所述∑‑Δ转换器包括积分器、量化器和抽取器。在一个实施例中，所述电阻式传感器和偏移电压源经耦合以在第一节点处提供输入电流。所述积分器具有耦合到所述第一节点的第一输入端，以及输出端。所述量化器具有耦合到所述积分器的所述输出端的第一输入端、用于接收时钟信号的第二输入端，以及经耦合以提供反馈信号来控制所述偏移电压源的输出端。所述抽取器具有耦合到所述量化器的所述输出端的输入端，以及用于提供输出信号的输出端。所述交换偏移电压源提供可缩放的增益和良好的线性。

【技术实现步骤摘要】
具有Σ-△模数转换器的电阻式传感器前端系统
本公开大体上涉及传感器，且更具体地说涉及具有∑-Δ(sigma-delta)模数转换器的电阻式传感器前端系统。
技术介绍
电阻式传感器通常用于测量比如位移、压力和磁场强度的量。一种类型的电阻式传感器使用各向异性磁阻(AMR)来测量磁场强度和/或方向。各向异性磁阻传感器对磁场的方向和强度两种都灵敏。取决于本申请案，使用强度灵敏度或方向灵敏度中的一个(或两个)。举例来说，在角度传感器中，只使用AMR的方向灵敏度。许多系统使用∑-Δ模数转换器来形成被测变量(例如，磁场)的高分辨率数字表示。因为大部分ADC在输入端处具有电压，所以通常桥式结构用于将电阻转换成电压。电压输入系统的潜在缺点之一是在SD-ADC的输入端处的电压范围要求，特别是在单比特反馈用于SD-ADC中的情况下。取决于输入级的实施方案，可能需要大量的资源来确保传递函数足够线性。使用电压输入的一种替代性方法是使用电流输入。电流输入允许输入电压范围变得更小，这能够放宽对输入级的一些要求。然而，因为通过电阻式传感器的电流与电阻器值成反比地变化，所以如果被测变量与电阻器值成正比，那么获取线性系统传递函数并非微不足道。能够提供线性传递函数的电阻式传感器结构被称作用于电阻式传感器的直接数字转换器(DDC)或电阻-数字转换器(RDC)。RDC交换从电阻式传感器获得的电流，以使得当所有组件被认为是理想的时获得线性传递。然而，此结构存在一些问题。举例来说，RDC系统的传递增益固定在y＝0.5+0.5x，其中x是电阻的相对变化，且y是输出。电阻式传感器的电阻是RSENSOR＝(1±x)×R。当存在x限于几个百分比的情况(例如在AMR传感器中)时，输出也将具有极小的幅度。另外，系统线性对参考电压中的不匹配灵敏。当这些并未很好地匹配时，传递变成非线性。参考电压的精确匹配能够采用大量资源。并且，通过感测电阻器的电流是脉冲电流。对于磁性传感器，例如AMR，这可能是成问题的，这是由于磁场的与脉冲电流相关联的变化。此外，用于∑-Δ(sigma-delta)转换器的积分器的输入电流范围较大。取决于电阻式传感器的值，为了限制积分器的输出摆幅需要相对较大的积分器电容器。此电容器可在集成电路中占据较大空间。因此，存在对用于电阻式传感器的更好电流输入∑-Δ转换器的需要。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种电阻式传感器前端系统，包括：电阻式传感器电路和偏移电压源，其经耦合以在第一节点处提供输入电流；积分器，其具有耦合到所述第一节点的第一输入端，以及输出端；量化器，其具有耦合到所述积分器的所述输出端的第一输入端、用于接收时钟信号的第二输入端，以及经耦合以提供反馈信号来控制所述偏移电压源的输出端；以及抽取器，其具有耦合到所述量化器的所述输出端的输入端，以及用于提供输出信号的输出端。在一个或多个实施例中，所述电阻式传感器包括至少一个各向异性磁阻传感器。在一个或多个实施例中，所述偏移电压源进一步包括与开关并联的电阻式传感器元件，来自所述量化器的所述输出端的所述反馈信号被用于控制所述开关。在一个或多个实施例中，所述电阻式传感器电路和偏移电压源包括：第一电阻式传感器元件，其具有第一灵敏度方向，所述第一电阻式传感器元件具有第一端和第二端；第二电阻式传感器元件，其具有与所述第一灵敏度方向相反的第二灵敏度方向，所述第二电阻式传感器元件具有在所述第一节点处耦合到第一电阻式传感器元件的所述第二端的第一端，以及第二端；第一交换偏移电压，其耦合在所述第一电阻式传感器元件的所述第一端与第一源电压之间；以及第二交换偏移电压，其耦合在所述第二电阻式传感器元件的所述第二端与第二源电压之间。在一个或多个实施例中，所述第一源电压是正电压，且所述第二源电压是负电压。在一个或多个实施例中，所述电阻式传感器前端系统是全差分的。在一个或多个实施例中，所述电阻式传感器前端系统进一步包括高阶∑-Δ转换器。在一个或多个实施例中，所述电阻式传感器电路和偏移电压源包括：第一电阻式传感器元件，其具有第一灵敏度方向，所述第一电阻式传感器元件具有耦合到第一电压源的第一端，以及耦合到所述第一节点的第二端；第二电阻式传感器元件，其具有第二灵敏度方向，所述第二电阻式传感器元件具有在所述第一节点处耦合到所述第一电阻式传感器元件的所述第二端的第一端，以及第二端；第一偏移电压源，其具有耦合到所述第二电阻式传感器元件的所述第二端的第一端，以及耦合到第二电压源的第二端；第一开关，其具有耦合到所述第一节点的第一端，所述第一开关响应于所述反馈信号将所述第一节点耦合到所述积分器的所述第一输入端或耦合到电压参考；第二偏移电压源，其具有耦合到所述第一电压源的第一端，以及第二端；第三电阻式传感器元件，其具有所述第一灵敏度方向，所述第三电阻式传感器元件具有耦合到所述第二偏移电压源的所述第二端的第一端，以及耦合到第二节点的第二端；第四电阻式传感器元件，其具有所述第二灵敏度方向，所述第四电阻式传感器元件具有在所述第二节点处耦合到所述第三电阻式传感器元件的所述第二端的第一端，以及耦合到所述第二电压源的第二端；以及第二开关，其具有耦合到所述第二节点的第一端，所述第二开关响应于所述反馈信号将所述第一节点耦合到所述积分器的第一输入节点或耦合到所述电压参考。在一个或多个实施例中，所述电阻式传感器电路和偏移电压源包括：第一电阻式传感器元件，其具有第一灵敏度方向，所述第一电阻式传感器元件具有耦合到第一电压源的第一端，以及耦合到所述第一节点的第二端；第二电阻式传感器元件，其具有第二灵敏度方向，所述第二电阻式传感器元件具有在所述第一节点处耦合到所述第一电阻式传感器元件的所述第二端的第一端，以及耦合到第二电压源的第二端；以及第一偏移电压源和第二偏移电压源，其彼此之间具有相反的极性，所述第一偏移电压源和所述第二偏移电压源响应于所述反馈信号交替地交换到所述积分器的第二输入端。根据本专利技术的第二方面，提供一种电阻式传感器前端系统，包括：第一电阻分压器，其包括具有相反灵敏度方向的第一电阻式传感器元件和第二电阻式传感器元件，所述第一电阻分压器耦合在第一电压源与第二电压源之间，所述第一电阻式传感器元件和所述第二电阻式传感器元件在第一节点处耦合到一起；偏移电压源，其耦合到所述第一电阻分压器以响应于反馈信号提供偏移电压；积分器，其具有耦合到所述第一节点的第一输入端，以及输出端；量化器，其具有耦合到所述积分器的所述输出端1的第一输入端、用于接收时钟信号的第二输入端，以及经耦合以提供所述反馈信号的输出端；以及抽取器，其具有耦合到所述量化器的所述输出端的输入端，以及用于提供输出信号的输出端。在一个或多个实施例中，所述偏移电压源进一步包括：第一交换偏移电压电路，其耦合于所述第一电阻式感测元件与所述第一电压源之间；以及第二交换偏移电压电路，其耦合在所述第二电阻式感测元件与所述第二电压源之间，其中所述第一交换偏移电压电路和所述第二交换偏移电压电路响应于所述反馈信号交替地交换。在一个或多个实施例中，所述电阻式传感器前端包括高阶∑-Δ转换器。在一个或多个实施例中，所述电阻式传感器前端系统是全差分的。在一个或多个实施例中，所述第一交换偏移电压电路和所述第二交换偏移电压电路中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻式传感器前端系统，其特征在于，包括：电阻式传感器电路和偏移电压源，其经耦合以在第一节点处提供输入电流；积分器，其具有耦合到所述第一节点的第一输入端，以及输出端；量化器，其具有耦合到所述积分器的所述输出端的第一输入端、用于接收时钟信号的第二输入端，以及经耦合以提供反馈信号来控制所述偏移电压源的输出端；以及抽取器，其具有耦合到所述量化器的所述输出端的输入端，以及用于提供输出信号的输出端。

【技术特征摘要】
2016.11.19 US 15/356,5611.一种电阻式传感器前端系统，其特征在于，包括：电阻式传感器电路和偏移电压源，其经耦合以在第一节点处提供输入电流；积分器，其具有耦合到所述第一节点的第一输入端，以及输出端；量化器，其具有耦合到所述积分器的所述输出端的第一输入端、用于接收时钟信号的第二输入端，以及经耦合以提供反馈信号来控制所述偏移电压源的输出端；以及抽取器，其具有耦合到所述量化器的所述输出端的输入端，以及用于提供输出信号的输出端。2.根据权利要求1所述的电阻式传感器前端系统，其特征在于，所述电阻式传感器包括至少一个各向异性磁阻传感器。3.根据权利要求1所述的电阻式传感器前端系统，其特征在于，所述偏移电压源进一步包括与开关并联的电阻式传感器元件，来自所述量化器的所述输出端的所述反馈信号被用于控制所述开关。4.根据权利要求1所述的电阻式传感器前端系统，其特征在于，所述电阻式传感器电路和偏移电压源包括：第一电阻式传感器元件，其具有第一灵敏度方向，所述第一电阻式传感器元件具有第一端和第二端；第二电阻式传感器元件，其具有与所述第一灵敏度方向相反的第二灵敏度方向，所述第二电阻式传感器元件具有在所述第一节点处耦合到第一电阻式传感器元件的所述第二端的第一端，以及第二端；第一交换偏移电压，其耦合在所述第一电阻式传感器元件的所述第一端与第一源电压之间；以及第二交换偏移电压，其耦合在所述第二电阻式传感器元件的所述第二端与第二源电压之间。5.根据权利要求4所述的电阻式传感器前端系统，其特征在于，所述第一源电压是正电压，且所述第二源电压是负电压。6.根据权利要求4所述的电阻式传感器前端系统，其特征在于，所述电阻式传感器前端系统是全差分的。7.根据权利要求4所述的电阻式传感器前端系统，其特征在于，所述电阻式传感器前端系统进一步包括高阶∑-Δ转换器。8.根据权利要求1所述的电阻式传感器前端系统，其特征在于，所述电阻式传感器电路和偏移电压源包括：第一电阻式传感器元件，其具有第一灵敏度方向，所述第一电阻式传感器元件具有耦合到第一电压源的第一端，以及耦合到所述第一节点的第二端；第二电阻式传感器元件，其具有第二灵敏度方向，所述第二电阻式传感器元件具有在所述第一节点处耦合到所述第一电阻式传感器元件的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马金·尼古拉斯·范东恩，艾德温·沙彭顿克，塞尔库克·埃尔索伊，
申请(专利权)人：恩智浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL