带量化噪声整形的电阻式传感器读出电路制造技术

本发明专利技术公开了一种带量化噪声整形的电阻式传感器读出电路，包括电阻式传感器、比例电阻、比例电流源阵列、比较器、逐次逼近逻辑、电流开关阵列、残差提取反馈单元、第一抵消电阻和第二抵消电阻。本发明专利技术的带量化噪声整形的电阻式传感器读出电路，能够有效消除运算放大器非线性特性对读出电路造成的影响，同时通过简便的方法实现一阶量化噪声整形，能够结合过采样技术和数字滤波技术提升系统信噪比。

Readout circuit of resistance sensor with quantization noise shaping

【技术实现步骤摘要】
带量化噪声整形的电阻式传感器读出电路
本专利技术涉及一种带量化噪声整形的电阻式传感器读出电路。
技术介绍
在万物互联的时代，传感器是其中最关键的组件之一。电阻式传感器将温度、位移、压力、加速度等非电物理量转换为电阻值。例如广泛用于气体浓度测量的微热板气体传感器，即为化学电阻应变的传感器。电阻式微热板气体传感器由于其小型化、低功耗的优势，在便携设备中有很好的应用前景。此外，通过微机械加工技术，可以将传感器和电子电路集成在同一块CMOS基片上，而商用CMOS技术为之提供了可靠的批量制造和大量生产的途径。这类传感器的感应材料的初始电阻值与应变电阻值都在一个很大的区间内变化，可以从几千欧姆到几十兆欧姆，变化范围可能大至6个数量级，这就要求测量电路有很大的动态范围。图1所示为一种现有的电阻式传感器接口模块的结构框图，通过电阻分压电路或电流偏置电路将变化的电阻值转换为变化的电压值，然后通过闭环运算放大器对信号进行放大和滤波，再通过模拟数字转换器来获取数字输出信号。在深亚微米工艺中，由于电源电压的降低，运算放大器的线性工作区域极其有限。放大器的非线性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带量化噪声整形的电阻式传感器读出电路，其特征在于：包括电阻式传感器、比例电阻、比例电流源阵列、比较器、逐次逼近逻辑、电流开关阵列、残差提取反馈单元、第一抵消电阻和第二抵消电阻；/n所述电阻式传感器的一端连接比例电流源阵列的第一输出端，另一端接地；/n所述比例电阻的一端通过电流开关阵列的2n个开关分别连接比例电流源阵列的第三组输出端及第四组输出端，另一端接地；/n所述第一抵消电阻的一端连接比例电流源阵列的第二输出端，另一端接地；/n所述比较器的第一正相输入端连接电阻式传感器和比例电流源阵列的公共端，第一负相输入端连接比例电阻和电流开关阵列的公共端，第二负相输入端连接第一抵消电阻和比例电流...

【技术特征摘要】
1.一种带量化噪声整形的电阻式传感器读出电路，其特征在于：包括电阻式传感器、比例电阻、比例电流源阵列、比较器、逐次逼近逻辑、电流开关阵列、残差提取反馈单元、第一抵消电阻和第二抵消电阻；
所述电阻式传感器的一端连接比例电流源阵列的第一输出端，另一端接地；
所述比例电阻的一端通过电流开关阵列的2n个开关分别连接比例电流源阵列的第三组输出端及第四组输出端，另一端接地；
所述第一抵消电阻的一端连接比例电流源阵列的第二输出端，另一端接地；
所述比较器的第一正相输入端连接电阻式传感器和比例电流源阵列的公共端，第一负相输入端连接比例电阻和电流开关阵列的公共端，第二负相输入端连接第一抵消电阻和比例电流源阵列的公共端；第二正相输入端连接第二抵消电阻的一端；所述第二抵消电阻的另一端接地；所述比较器的输出端连接所述逐次逼近逻辑的输入端；
所述逐次逼近逻辑的输出端连接电流开关阵列的输入端，依次控制所述电流开关阵列的2n个开关(611～61n，621～62n)；
所述残差提取反馈单元的四个输入端分别与比较器的第一正相输入端、第一负相输入端、第二负相输入端和第二正相输入端连接，其输出端连接第一抵消电阻和比例电流源阵列的公共端，产生用于形成噪声整形特性的残差反馈电流IE接入第一抵消电阻和比例电流源阵列的公共端。


2.如权利要求1所述的带量化噪声整形的电阻式传感器读出电路，其特征在于：所述读出电路运行过程为，
(1)运行在逻辑复位阶段下：所述逐次逼近逻辑控制电流开关阵列的第一组开关(611～61n)全部闭合、第二组开关(621～62n)全部断开；
(2)运行在转换阶段下：所述比较器逐次比较，总是在第k次(k≤n)比较结束后，所述逐次逼近逻辑对电流开关阵列的控制模式满足以下关系：
(V1+-V1-(k-1))+(V2+-V2-)＞0时，逐次逼近逻辑输出DOUT(k)＝DOUT(k-1)+2n-k，通过逐次逼近逻辑控制开关62k闭合、开关61k保持闭合；反之，DOUT(k)＝DOUT(k-1)；通过逐次逼近逻辑控制开关61k断开、开关62k保持断开；
转换阶段结束后，逐次逼近逻辑输出的数字码为所述读出电路的结果；
其中，V1-(k-1)＝RDAC*2DOUT(k-1)*Iu；
n表征逐次逼近逻辑输出数字码的位宽；
V1+表征比较器第一正相输入端的电压，V2+表征比较器第二正相输入端的电压，V2-表征比较器第二负相输入端的电压，V1-(k-1)表征第k-1次比较结束后比较器第一负相输入端的电压，V1-(k-2)表征第k-2次比较结束后比较器第一负相输入端的电压；
DOUT(k)表征第k次比较结束后逐次逼近逻辑输出的十进制数；
DOUT(k-1)表征第k-1次比较结束后逐次逼近逻辑输出的十进制数；
RDAC表征比例电阻的电阻值；
Iu表征比例电流源阵列输出到电流开关阵列单个开关的电流值。


3.如权利要求1或2所述的带量化噪声整形的电阻式传感器读出电路，其特征在于：所述残差提取反馈单元具有传递函数
其中，z表征z域；R0表征第一抵消电阻的阻值。

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【专利技术属性】
技术研发人员：杨家琪，
申请(专利权)人：江苏科大亨芯半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32