Σ-Δ模数转换器制造技术

一种恒电势器包括电压调节器、电流镜、电容器、比较器、电流源和计数器。电压调节器保持电化学传感器的工作电极上的电压。电流镜产生与来自工作电极的输入电流成镜像的镜像电流。电容器交替地被镜像电流充电从而使得电容器电压以与电流的大小相关的速率增加以及被控制电流放电从而使得电容器电压减小。比较器基于电容器电压的变化输出包括向上转变和向下转变的波形。电流源基于波形产生控制电流。计数器对在预定采样时段期间在波形中的向上转变或向下转变的数量进行计数以产生数字输出。所述数字输出代表输入电流的大小。

【技术实现步骤摘要】
Σ-Δ模数转换器本申请是申请日(国际申请日)为2014年12月15日，申请号为201480071729.6(国际申请号为PCT/US2014/070367)，专利技术名称为“Σ-Δ模数转换器”的专利技术专利申请的分案申请。
技术介绍
除非本文另外指出，否则本部分中描述的材料并不是本申请中的权利要求的现有技术，并且并不因为被包括在本部分中就被承认为是现有技术。电化学安培传感器可以通过经由工作电极测量由与分析物相关的电化学氧化或还原反应生成的电流来测量分析物的浓度。还原反应发生在电子被从电极转移时，而氧化反应发生在电子被转移到电极时。电子转移的方向取决于施加到工作电极的电压。至少一个另外的电极(例如，对电极、参比电极)可以使电路完整。当工作电极被适当地偏置时，输出电流可与反应速率成比例，这可提供对工作电极周围的分析物的浓度的度量。恒电势器可被配置为相对于参比电极将电压施加到工作电极，并测量通过工作电极的电流，以使得电流与分析物的浓度相关。在一些示例中，恒电势器可包括提供代表通过工作电极的电流的数字输出的模数转换器(analog-to-digital，ADC)。在传统方案中，有源积分器对输入电流进行积分以提供斜坡电压。然而，电极在电化学传感器中的布置可在有源积分器的输入处产生相对高的电容。操作具有这样的高输入电容的有源积分器可导致有源组件的高电力消耗。
技术实现思路
在一个方面中，本公开提供了一种系统。该系统包括电化学传感器的工作电极，电流镜，电压调节器，电流源，电容器，比较器以及计数器。工作电极被配置为产生输入电流。电流镜耦合到工作电极并被配置为产生与输入电流成镜像的镜像电流。电压调节器耦合到工作电极和电流镜，并被配置为基于参比电压保持工作电极上的电压。电流源被配置为产生控制电流。电容器耦合到电流镜和电流源，并被配置为响应于至少镜像电流和控制电流产生电容器电压。比较器耦合到电容器并被配置为基于电容器电压相对于比较电压的变化来输出波形。计数器耦合到比较器。计数器被配置为检测从比较器输出的波形中的特定特征并被配置为基于在预定采样时段期间在波形中的特定特征出现的次数提供数字输出。在另一方面中，本公开提供了一种方法。由电流镜接收来自电化学传感器的工作电极的输入电流。由电流镜产生与输入电流成镜像的镜像电流。由电流源基于波形提供控制电流。由电容器响应于至少镜像电流和控制电流产生电容器电压。由比较器基于电容器电压相对于比较电压的变化来生成波形。由计数器基于在预定采样时段期间在波形中的特定特征出现的次数提供数字输出。在另一方面中，本公开提供了一种系统，该系统包括：(1)用于产生与来自电化学传感器的工作电极的输入电流成镜像的镜像电流的装置；(2)用于基于波形提供控制电流的装置；(3)用于响应于至少镜像电流和控制电流产生电容器电压的装置；(4)用于基于电容器电压相对于比较电压的变化来生成波形的装置；以及(5)用于基于在预定采样时段期间在波形中的特定特征出现的次数提供数字输出的装置。在另一方面中，本公开提供了一种用于模数转换的系统。该系统包括：传感器的电极，其中，电极被配置为产生输入电流；电流镜，耦合到电极，其中，电流镜被配置为产生与输入电流成镜像的镜像电流；电压调节器，耦合到电极和电流镜，其中，电压调节器被配置为基于参比电压保持电极上的电压；电流源，被配置为提供控制电流；电容器，耦合到电流镜和电流源，其中，电容器被配置为响应于镜像电流和控制电流产生电容器电压；比较器，耦合到电容器，其中，比较器被配置为基于电容器电压相对于比较电压的变化来输出波形；以及计数器，耦合到比较器，其中，计数器被配置为检测从比较器输出的波形中的一个特征并基于在预定采样时段期间波形中的特征出现的次数提供数字输出。在该系统中，电流镜包括：在电压供应源和电极之间的第一电流路径；在电压供应源和电容器之间的第二电流路径；在第一电流路径中串联的第一晶体管和第二晶体管；以及在第二电流路径中串联的第三晶体管和第四晶体管，其中，电压调节器包括差分放大器，差分放大器具有连接到参比电压的反相输入、连接到电极的非反相输入和连接到第一晶体管的栅极和第三晶体管的栅极的输出。在另一方面中，本公开提供了一种用于模数转换的方法。该方法包括：由电流镜接收来自传感器的电极的输入电流；由电流镜产生与输入电流成镜像的镜像电流；由电压调节器基于参比电压保持电极上的电压；由电流源基于波形提供控制电流；由电容器响应于镜像电流和控制电流产生电容器电压；由比较器基于电容器电压相对于比较电压的变化来生成波形；以及由计数器基于在预定采样时段期间波形中的一个特征出现的次数提供数字输出。该方法中使用的电流镜包括：在电压供应源和电极之间的第一电流路径；在电压供应源和电容器之间的第二电流路径；在第一电流路径中串联的第一晶体管和第二晶体管；以及在第二电流路径中串联的第三晶体管和第四晶体管，其中，电压调节器包括差分放大器，差分放大器具有连接到参比电压的反相输入、连接到电极的非反相输入和连接到第一晶体管的栅极和第三晶体管的栅极的输出。通过酌情参考附图阅读以下详细描述，本领域普通技术人员将清楚这些以及其它方面、优点和替换方案。附图说明图1是根据示例实施例的包括与外部读取器进行无线通信的可眼戴设备的示例系统的框图。图2A是根据示例实施例的示例可眼戴设备的底视图。图2B是根据示例实施例的图2A中所示的示例可眼戴设备的侧视图。图2C是图2A和2B中所示的示例可眼戴设备在安装到眼睛的角膜表面时的侧截面图。图2D是根据示例实施例的被增强来示出当如图2C中所示安装示例可眼戴设备时围绕该示例可眼戴设备的表面的泪膜层的侧截面图。图3是根据示例实施例的用于以电化学方式测量泪膜分析物浓度的示例系统的功能框图。图4是根据示例实施例的恒电势器的原理图。图5示出了根据示例实施例的电容器电压、比较器输出的波形和控制电流作为时间的函数的变化。图6是根据示例实施例的示例方法的流程图。具体实施方式I.概述电化学传感器可用于通过测量与流体中的分析物或者涉及所述分析物的反应的产物的氧化或还原相关的电流来检测所述分析物。电化学传感器可以包括工作电极和对电极。氧化或还原反应可发生在适当的电压被相对于参比电极施加到工作电极时。可以通过工作电极测量与氧化或还原相关的电流。在一些示例中，测量的电流可以与流体中的分析物的浓度相关。恒电势器可用于将适当的电压施加到工作电极并测量通过工作电极的电流。在示例中，通过工作电极的电流(输入电流)流经电流镜，并且电流镜产生与输入电流成镜像(例如，复制输入电流)的镜像电流。在这样的示例中，可以测量镜像电流而不是直接测量输入电流，从而有利地避免与工作电极关联的电容。为了测量镜像电流，可以使用在Σ-ΔADC的控制之下的无源积分器(例如，电容器)。例如，Σ-ΔADC中的电流源可以调制控制电流，以使得电容器交替地：(i)被镜像电流充电，从而产生以与镜像电流的大小相关的速率增加的电压，以及(ii)被控制电流放电。比较器可基于电容器电压相对于比较电压的变化来输出波形。电流源可基于所述波形调制控制电流。Σ-ΔADC中的计数器可以对在预定采样时段期间波形中向上或向下转变出现的数量进行计数来产生数字输出。所述数字输出代表镜像电流的大小并且因此代表来自工作电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于模数转换的系统，包括：传感器的电极，其中，所述电极被配置为产生输入电流；电流镜，耦合到所述电极，其中，所述电流镜被配置为产生与所述输入电流成镜像的镜像电流；电压调节器，耦合到所述电极和电流镜，其中，所述电压调节器被配置为基于参比电压保持所述电极上的电压；电流源，被配置为提供控制电流；电容器，耦合到所述电流镜和电流源，其中，所述电容器被配置为响应于所述镜像电流和控制电流产生电容器电压；比较器，耦合到所述电容器，其中，所述比较器被配置为基于所述电容器电压相对于比较电压的变化来输出波形；以及计数器，耦合到所述比较器，其中，所述计数器被配置为检测从所述比较器输出的波形中的一个特征并基于在预定采样时段期间所述波形中的特征出现的次数提供数字输出，其中，所述电流镜包括：在电压供应源和所述电极之间的第一电流路径；在所述电压供应源和所述电容器之间的第二电流路径；在所述第一电流路径中串联的第一晶体管和第二晶体管；以及在所述第二电流路径中串联的第三晶体管和第四晶体管，其中，所述电压调节器包括差分放大器，所述差分放大器具有连接到所述参比电压的反相输入、连接到所述电极的非反相输入和连接到第一晶体管的栅极和第三晶体管的栅极的输出。...

【技术特征摘要】
2013.12.30 US 14/143,0241.一种用于模数转换的系统，包括：传感器的电极，其中，所述电极被配置为产生输入电流；电流镜，耦合到所述电极，其中，所述电流镜被配置为产生与所述输入电流成镜像的镜像电流；电压调节器，耦合到所述电极和电流镜，其中，所述电压调节器被配置为基于参比电压保持所述电极上的电压；电流源，被配置为提供控制电流；电容器，耦合到所述电流镜和电流源，其中，所述电容器被配置为响应于所述镜像电流和控制电流产生电容器电压；比较器，耦合到所述电容器，其中，所述比较器被配置为基于所述电容器电压相对于比较电压的变化来输出波形；以及计数器，耦合到所述比较器，其中，所述计数器被配置为检测从所述比较器输出的波形中的一个特征并基于在预定采样时段期间所述波形中的特征出现的次数提供数字输出，其中，所述电流镜包括：在电压供应源和所述电极之间的第一电流路径；在所述电压供应源和所述电容器之间的第二电流路径；在所述第一电流路径中串联的第一晶体管和第二晶体管；以及在所述第二电流路径中串联的第三晶体管和第四晶体管，其中，所述电压调节器包括差分放大器，所述差分放大器具有连接到所述参比电压的反相输入、连接到所述电极的非反相输入和连接到第一晶体管的栅极和第三晶体管的栅极的输出。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电流源耦合到所述比较器并且被配置为基于从所述比较器输出的所述波形来提供所述控制电流。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述电流源被配置为基于从所述比较器输出的所述波形以一占空比使所述控制电流在第一电流电平和第二电流电平之间交替。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述比较器被配置为输出在第一电压电平和第二电压电平之间的所述波形，使得在所述电容器电压增加到高于所述比较电压的电平时所述波形从所述第一电压电平转变到所述第二电压电平而在所述电容器电压减小到低于所述比较电压的电平时从所述第二电压电平转变到所述第一电压电平。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述比较电压等于所述参比电压。6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述电流源被配置为在所述波形在所述第一电压电平时提供在所述第一电流电平的控制电流并在所述波形在所述第二电压电平时提供在所述第二电流电平的控制电流。7.根据权利要求6所述的系统，其中，在所述第一电流电平的控制电流足以允许所述电容器充电从而所述电容器电压以与所述镜像电流相关的速率增加，并且其中，在所述第二电流电平的控制电流足以使得所述电容器放电从而所述电容器电压减小。8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述电流源包括数模转换器。9.根据权利要求4所述的系统，其中，所述特征是在所述波形中的从所述第一电压电平到所述第二电压电平的转变。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述预定采样时段在0.01秒到1.0秒之间。11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器是电化学传感器或分析物生物传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：A达斯特海布，B奥蒂斯，
申请(专利权)人：威里利生命科学有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US