闭环的基于振荡器的传感器接口电路制造技术

本发明专利技术涉及一种基于振荡器的传感器接口电路，包括‑振荡器(200)‑开关装置(120)，被布置用于在经由该输入要被施加到该振荡器的至少两个信号(110、111)之间切换，‑计数器(300)，被布置用于当接收到从该至少两个信号中的第一信号导出的信号时，对由该振荡器产生的周期的数量进行计数，‑控制逻辑(500)，被布置用于控制该开关装置(120)并且用于从第一数量的被计数的振荡器周期以及再一数量的被计数的振荡器周期导出控制输出信号(511)，‑反馈元件(400)，被布置用于将该控制输出信号(511)的表示转换为反馈信号，该反馈信号被直接或间接地使用以维持该第一数量的被计数的振荡器周期与该再一数量的被计数的振荡器周期之间的给定关系。

Closed-loop Oscillator-based Sensor Interface Circuit

The present invention relates to a sensor interface circuit based on an oscillator, comprising an oscillator (200) switching device (120) arranged for switching between at least two signals (110, 111) to be applied to the oscillator via the input, and a counter (300) arranged for producing a signal from the first signal in at least two signals when received. The number of cycles generated is counted, control logic (500) is arranged to control the switching device (120) and to derive the control output signal (511) from the first number of counted oscillator cycles and the next number of counted oscillator cycles, feedback element (400) is arranged to convert the representation of the control output signal (511) into a feedback signal. A number is used directly or indirectly to maintain a given relationship between the first number of counted oscillator cycles and the next number of counted oscillator cycles.

【技术实现步骤摘要】
闭环的基于振荡器的传感器接口电路
本专利技术大体上涉及用于传感器系统的传感器接口电路的领域。
技术介绍
传感器在任何需要更精细和更智能控制的领域中越来越重要。在汽车应用或无线传感器网络(WSN)的不断增长的领域中发现示例。在汽车工业中，传感器对于从增加的安全性到道路稳定性以及到改善客户要求的汽车性能和可靠性的应用是至关重要的。此外，紧凑型和低功率传感器接口被需要以在不断增长的市场中具有竞争力，并且实现“物联网”的新应用。尽管市场要求额外的功能，但价格压力仍存在。硅面积是传感器接口成本的主要贡献因素，因此接口必须制造得尽可能小。这不仅应该对当今使用的技术节点有效(并且对于汽车工业而言该节点仍然相对较大)，而且还应该对更先进的技术有效。为了实现小面积和低功率的约束，正在研究新的传感器接口架构。传统结构包含大而耗电的模拟构建块，而最近焦点已经转移到频率转换而不是电压转换。现在简要介绍两种方法。传感器信号在时间和幅度上是连续的。常规地，该模拟信号被模数转换器(ADC)放大、采样并转换成数字域。众所周知的ADC类型是delta-sigmaADC，它利用输入信号的过采样和噪声整形技术来获得改善的精度。在大多数应用中，传感器信号频率从DC改变到高达10-100kHz，这允许Delta-Sigma转换器所需的过采样。基于时间/频率的转换机制通过使用已知的时间/频率信号而不是电压作为参考来量化连续输入信号。典型地，基于时间/频率的转换电路包含两个构建块：电压-时间转换器(VTC)将模拟信号c(t)转变为时间或频率信息f(t)，而时间-数字转换器(TDC)借助参考频率将该信息数字化。为了实现期望的分辨率，需要准确的参考时钟信号。由于其与较新的CMOS技术的兼容性，该时间/频率转换技术越来越受欢迎。分辨率现在取决于时钟频率而不是模拟电压值的准确度。降低的栅极电容导致更小的栅极延迟，从而改善了这些缩放技术中的时序分辨率。此外，当信息作为频率信息被存储时，与当将其作为电压信息存储时相反，它更不易产生噪声。传感器信号在大多数应用中以它们的低频来表征，并且因此使用这种数字化方式是理想的。如图1中的闭环的基于振荡器的传感器接口组合了基于时间的转换器(小和用技术缩放)和sigma-deltaADC(由于过采样和噪声整形而具有高准确度)的优点。这种架构基本上是锁相环(PLL)结构，但它也与如在论文“用于电阻式压力传感器的新型基于PLL的传感器接口(AnovelPLL-basedsensorinterfaceforresistivepressuresensors)”(H.Danneels等人,ProcediaEngineering,Eurosensors2010,卷5,2010,第62–65页)中解释的sigma-delta转换器有相似之处。它具有相同的噪声整形特性，这有助于增加准确度(例如以SNR来表达)。闭环的基于振荡器的传感器读出电路的典型设置包含两个受控振荡器，例如匹配的两个压控振荡器(VCO)、用于比较两个振荡器输出之间的相位差的二进制相位检测器和朝向感测装置的反馈机构。任选地，提供数字滤波器。接口电路的数字输出信号也从相位检测器输出导出。如图1图示的在闭环中使用的常规的基于振荡器的传感器接口电路如下操作。物理量由传感器(1)转换成电信号(11、12)，该电信号(11、12)影响连接到传感器的振荡器(21、22)。在相位检测器(3)中比较振荡器输出(41、42)的相位。相位检测器输出信号(31)通过反馈元件(4)被反馈到传感器(1)，以便保持两个振荡器之间的相位差较小并且平均接近零。闭环确保被平均的相位检测器输出(31)是物理量的数字表示。包含要在传感器中被转换的物理量(100)的输入信号典型地表示压力、温度或磁场。其他类型的物理信号也可以被用作接口的输入。在任何应用方案中，在传感器系统的两个或更多个功能块之间总是存在一些不匹配，即使它们具有完全相同的原理图和布局。这尤其适用于压控振荡器(或其他受控振荡器，像电流控制振荡器或传感器控制振荡器)。这种系统的主要缺点来自两个VCO之间的不匹配。这种不匹配也随时间和温度而变化。当它们连续地切换时，以相似频率振荡的两个VCO会相互干扰，从而导致数字输出中的伪象。在许多传感器接口中，存在要被转换成数字域的多个传感器。例如，压力传感器通常与温度传感器组合，以便能够补偿压力传感器的温度漂移。在具有两个VCO的常规系统中，在压力传感器和温度传感器读出之间多路复用VCO是困难的。在现有技术中，已经提出了使用仅一个振荡器的系统，主要在开环系统中。然而，在论文“用于传感器应用的基于VCO的电流-数字转换器(AVCO-basedCurrent-to-DigitalConverterforSensorApplications)”(PraveenPrabha等人,IEEEProc.CustomIntegratedCircuitsConference(CICC),2014年9月)和“用于电流感测应用的高度数字的基于VCO的ADC架构(AHighlyDigitalVCO-BasedADCArchitectureforCurrentSensingApplications)”(PraveenPrabha等人,IEEEJournalSolid-StateCircuits,卷50,第8号,2015年8月,第1785-1795页)中，提出了一种闭环方案，其中通过将VCO置于由简单数字IIR滤波器和无源积分器组成的环路中，处理VCO的电压至频率转换中的非线性。IIR滤波器在信号带宽内提供大增益并抑制VCO输入摆动。在Prabha的方案中，受控振荡器总是得到相同的输入。这些方案的重要缺点是它们对振荡器漂移敏感。因此，需要一种闭环的基于振荡器的传感器接口，其中避免或克服这些限制中的至少一个或多个。
技术实现思路
本专利技术的实施例的目的是提供一种包含单个振荡器的闭环的基于振荡器的传感器接口电路，从而避免与振荡器漂移相关的问题。上述目标通过根据本专利技术的解决方案来实现。在第一方面，本专利技术涉及一种基于振荡器的传感器接口电路，包括：-振荡器，具有输入并且被布置用于以由施加到所述输入的信号确定的频率振荡，-开关装置，被布置用于在经由所述输入要被施加到所述振荡器的至少两个信号之间切换，所述信号中的至少一个是表示电量的电信号，所述电量为转换后的物理量，-计数器，被布置成当经由振荡器输出接收到从施加到所述振荡器的所述至少两个信号中的第一信号导出的信号时，对由所述振荡器产生的周期(cycle)的数量进行计数，-控制逻辑，被布置用于控制所述开关装置并且用于从当所述第一信号被施加到所述振荡器时的第一数量的被计数的振荡器周期以及当所述至少两个信号中不同于所述第一信号的另一个信号被施加到所述振荡器输出时的另外数量的被计数的振荡器周期导出控制输出信号，-反馈元件，被布置用于将所述控制输出信号的表示转换为反馈信号，所述反馈信号被直接或间接地使用以维持当所述第一信号被施加时的该第一数量的被计数的振荡器周期与当不同于所述第一信号的所述另一个信号被施加时的所述另外数量的被计数的振荡器周期之间的给定关系。所提出的解决方案确实允许避免振荡器漂移的任何影响。被施加到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于振荡器的传感器接口电路，包括：‑振荡器(200)，具有输入并且被布置用于以由施加到所述输入的信号确定的频率振荡，‑开关装置(120)，被布置用于在经由所述输入要被施加到所述振荡器的至少两个信号(110、111)之间切换，所述信号中的至少一个(110)是表示电量的电信号，所述电量为转换后的物理量(100)，‑计数器(300)，被布置用于当从所述振荡器的输出接收到从施加到所述振荡器的所述至少两个信号中的第一信号导出的信号时，对由所述振荡器产生的周期的数量进行计数，‑控制逻辑(500)，被布置用于控制所述开关装置(120)并且用于从当所述第一信号被施加到所述振荡器时的第一数量的被计数的振荡器周期以及当所述至少两个信号中不同于所述第一信号的另一个信号被施加到所述振荡器时的再一数量的被计数的振荡器周期导出控制输出信号(511)，‑反馈元件(400)，被布置用于将所述控制输出信号(511)的表示转换为反馈信号，所述反馈信号被直接或间接地使用以维持当所述第一信号被施加到所述振荡器时的所述第一数量的被计数的振荡器周期与当不同于所述第一信号的所述另一个信号被施加到所述振荡器时的所述再一数量的被计数的振荡器周期之间的给定关系。...

【技术特征摘要】
2017.08.02 EP 17184589.41.一种基于振荡器的传感器接口电路，包括：-振荡器(200)，具有输入并且被布置用于以由施加到所述输入的信号确定的频率振荡，-开关装置(120)，被布置用于在经由所述输入要被施加到所述振荡器的至少两个信号(110、111)之间切换，所述信号中的至少一个(110)是表示电量的电信号，所述电量为转换后的物理量(100)，-计数器(300)，被布置用于当从所述振荡器的输出接收到从施加到所述振荡器的所述至少两个信号中的第一信号导出的信号时，对由所述振荡器产生的周期的数量进行计数，-控制逻辑(500)，被布置用于控制所述开关装置(120)并且用于从当所述第一信号被施加到所述振荡器时的第一数量的被计数的振荡器周期以及当所述至少两个信号中不同于所述第一信号的另一个信号被施加到所述振荡器时的再一数量的被计数的振荡器周期导出控制输出信号(511)，-反馈元件(400)，被布置用于将所述控制输出信号(511)的表示转换为反馈信号，所述反馈信号被直接或间接地使用以维持当所述第一信号被施加到所述振荡器时的所述第一数量的被计数的振荡器周期与当不同于所述第一信号的所述另一个信号被施加到所述振荡器时的所述再一数量的被计数的振荡器周期之间的给定关系。2.根据权利要求1所述的基于振荡器的传感器接口电路，其中所述第一信号(111)是参考信号并且所述另一个信号(110)是表示所述电量的所述电信号。3.根据权利要求1所述的基于振荡器的传感器接口电路，其中所述第一信号和所述另一个信号形成差分信号。4.根据权利要求1所述的基于振荡器的传感器接口电路，其中所述开关装置还被布置用于施加第三信号，所述第三信号是表示再一电量的再一电信号，所述再一...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·维尔高文，E·萨科，
申请(专利权)人：迈来芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE