开关电阻器传感器电桥、对应的系统和方法技术方案

一种传感器，包括：一个或多个电阻性感测电桥，包括具有第一感测电阻器(R

【技术实现步骤摘要】
开关电阻器传感器电桥、对应的系统和方法本申请是申请日为2016年11月30日、申请号为201611084514.5、专利技术名称为“开关电阻器传感器电桥、对应的系统和方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本描述涉及传感器电桥。一个或多个实施例可以例如应用于传感器电子器件，诸如压力传感器、应变仪、负荷传感器(loadcell)、温度传感器等。一个或多个实施例可以例如应用于具有减小的尺寸、低电源电压和低功耗特性的传感器电子接口，以用于例如在用于家用、工业、生物医学、汽车和消费者应用的便携式、远程和无线电子系统中使用。
技术介绍
尽管用于基于惠斯通电桥(WB)电路的电阻性传感器的信号调节技术被广泛使用，但是惠斯通电桥配置可能没有促进实现低电压和低功耗特性。惠斯通电桥的灵敏度事实上可以是几mV/V的量级(输出电压/激发电压)，并且可以使用高激发电压和放大加滤波级以便增强信号至模数转换器的恰当输入动态范围。这可能引入噪声、非线性并且增加总体功耗。此外，惠斯通电桥的电流消耗可能为高(例如，在mA或更高的量级)并且不能容易地通过设计高电阻性传感器来减小，这是因为电阻性传感器的电阻取决于传感器的物理特性和将被测量的物理环境。
技术实现思路
一个或多个实施例的一个目的是摒弃前文中概述的缺陷。根据一个或多个实施例，该目的可以借助于具有在随后的权利要求中阐述的特征的开关电阻器传感器电桥来实现。传感器电子器件(诸如，例如在用于家庭、工业、生物医学、汽车和消费者应用的例如便携式、远程和无线电子系统中使用的MEMS压力传感器、应变计、负荷传感器、温度传感器等)可以是包括一个或多个实施例的设备的示例。一个或多个实施例可以涉及：-对应的传感器系统，和/或-对应的方法。一个或多个实施例可以提供开关电阻器传感器电桥(简称SRSB)，其中开关电阻器配置的传感器电阻性变化可以被转换为由振荡器生成的信号的时间(周期)或频率。在一个或多个实施例中，感测信息可以不再通过电压信号的幅度来传达，而是通过能够在时间离散域中被滤波并被数字化的时间周期或频率来传达。一个或多个实施例可以不要求高激发电压以便改进灵敏度和/或可以不涉及放大级。在一个或多个实施例中，开关电阻器分支中的电流可以是微安的量级。一个或多个实施例可以因此促进提供低电压、低功耗的解决方案，而同时在灵敏度、线性度和共模噪声的抑制、以及电阻率的温度依赖性的抑制方面提供与常规惠斯通电桥配置可比的性能。一个或多个实施例可以提供以下优点中的一个或多个：-在提供电阻率的温度依赖性的补偿、良好的线性度、共模噪声的抑制中的与基于惠斯通电桥的传感器信号调节系统可比的性能；-可以避免(高)激发电压的使用，这导致低电压、低功耗；-可以类似地避免放大级的使用，这导致较少噪声和较少功耗；-与电压信号(例如，SAR，……)的常规模数转换相比较，时间到数字/频率到数字的转换可以更容易实施；-与毫安量级的惠斯通电桥中的电流消耗相比较，可以实现微安量级的开关电阻性支路的电流消耗，因此提供降低的功耗；-低功耗可以促进提供无源无线传感器网络，其中无源传感器节点由有源RF读取器供电和控制；-通过采用N循环计数窗口和/或针对较长转换时间的数目M的转换阶段，准确度可以被灵活地增强。附图说明参考附图，通过仅为示例的方式，现在将描述一个或多个实施例，在附图中：-图1是用于传感器系统的信号调节链的示例性表示；-图2是在用于压力传感器的硅膜上集成的压电电阻器电桥的示例，分别包括被标示为a)和b)的两个部分；-图3是惠斯通电桥配置中的蛇型(serpentine-type)线圈应变传感器和应变仪的示例，再次分别包括被标示为a)和b)的两个部分；-图4是MEMS(微机电系统)压力传感器的示例性框图；-图5是一个或多个实施例的框图；-图6和图7是一个或多个实施例中的信号的时序图示例；-图8是振荡器中的时间抖动的示图；-图9是一个或多个实施例的可能的操作的示图示例；-图10是一个或多个实施例中的数字转换的示例；-图11是一个或多个实施例的框图示例；-图12包括一个或多个实施例中的信号的时序图示例；-图13是一个或多个实施例的框图示例；-图14包括一个或多个实施例中的信号的时序图示例；-图15是一个或多个实施例的可能的细节的示例；-图16是一个或多个实施例的框图示例；-图17是一个或多个实施例的框图示例；以及-图18是包括多个开关电阻器对的一个或多个实施例的框图。具体实施方式在随后的描述中，图示了一个或多个具体细节，旨在提供对本描述的实施例的示例的深入理解。实施例可以通过这些具体细节中的一个或多个或者利用其他方法、组件、材料等来获得。在其他情况下，已知的结构、材料或操作未被详细图示或描述以便实施例的某些方面将不会模糊不清。在本描述的框架中对“一种实施例”或“一个实施例”的参考意图为指示关于该实施例所描述的特定配置、结构、特性在至少一个实施例中是遵从的。因此，可能存在于本描述中的一个或多个点中的诸如“在一种实施例中”或“在一个(或多个)实施例中”的短语不必然指代一个且相同的实施例。此外，如结合任何附图所例示的特定构造、结构或特性，如在其他附图中可能示例的那样，可以在一个或多个实施例中以任何其他相当的方式被组合。本文中使用的参考仅是为了方便而被提供，并且因此不限定保护的广度或实施例的范围。一个或多个实施例可以涉及在例如“智能”传感器系统中的信号调节。这样的智能传感器系统可以包括具有固有智能的传感器，该固有智能例如由相关联的电子接口来提供。这些可以包括从传感器S到模数转换块ADC的信号调节链，可能与诸如例如电源管理、存储器、微控制器和致动器的其他块相结合。图1中是信号调节系统的框图，该信号调节系统与传感器S耦合并且(以本身已知的方式)包括调节和偏置块10、放大器12和低通滤波器14，放大器12用以放大来自块10的输出信号，低通滤波器14用于对由放大器12放大的来自块10的输出信号进行低通过滤，并且将经低通滤波的信号馈送给模数转换块ADC。被包括在这种信号调节系统中的电子电路可以提供传感器接口，以用于读出由传感器S生成的信号所传达的信息，并且生成将被显示和/或将进一步被处理的输出信号OUT。如所指示的，感觉到对于如下传感器电子接口的需求，这些传感器电子接口展现出减小的尺寸、低电源电压和低功耗特性，以用于例如在用于家用、工业、生物医学、汽车和消费者应用的便携式、远程和无线电子系统中的使用。以下是用于传感器接口的所意识到的特征的示例：-高灵敏度和分辨率-高动态范围-良好的线性度-高精确度和准确度-低输入噪声和偏移-长期温度稳定性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电路，包括：/n至少一个电阻性感测电桥，包括并联耦合的第一感测支路和第二感测支路，所述第一感测支路包括与第一开关串联的第一可变电阻器，所述第二感测支路包括与第二开关串联的第二可变电阻器，其中所述第一可变电阻器具有响应于感测到的物理变量的改变而变化的电阻，并且其中所述第二可变电阻器具有响应于感测到的所述物理变量的改变而变化的电阻；/n其中所述第一感测支路和所述第二感测支路被控制为在第一阶段和第二阶段之间切换，在所述第一阶段期间，所述第一开关闭合并且所述第二开关断开以生成可变感测电流，并且在所述第二阶段期间，所述第一开关断开并且所述第二开关闭合以生成所述可变感测电流；/n传感器参考块，被配置为：根据在所述第一阶段期间的所述第一可变电阻器的所述电阻、以及在所述第二阶段期间的所述第二可变电阻器的所述电阻，来生成控制信号；/n振荡器，被配置为：基于在所述第一阶段期间的所述可变感测电流在所述第一阶段期间，并且基于在所述第二阶段期间的所述可变感测电流在所述第二阶段期间，生成振荡信号；以及/n处理电路，被配置为：根据在所述第一阶段期间的所述振荡信号和在所述第二阶段期间的所述振荡信号的代数组合，来确定感测到的所述物理变量的值。/n...

【技术特征摘要】
20160613 IT 1020160000604871.一种电路，包括：
至少一个电阻性感测电桥，包括并联耦合的第一感测支路和第二感测支路，所述第一感测支路包括与第一开关串联的第一可变电阻器，所述第二感测支路包括与第二开关串联的第二可变电阻器，其中所述第一可变电阻器具有响应于感测到的物理变量的改变而变化的电阻，并且其中所述第二可变电阻器具有响应于感测到的所述物理变量的改变而变化的电阻；
其中所述第一感测支路和所述第二感测支路被控制为在第一阶段和第二阶段之间切换，在所述第一阶段期间，所述第一开关闭合并且所述第二开关断开以生成可变感测电流，并且在所述第二阶段期间，所述第一开关断开并且所述第二开关闭合以生成所述可变感测电流；
传感器参考块，被配置为：根据在所述第一阶段期间的所述第一可变电阻器的所述电阻、以及在所述第二阶段期间的所述第二可变电阻器的所述电阻，来生成控制信号；
振荡器，被配置为：基于在所述第一阶段期间的所述可变感测电流在所述第一阶段期间，并且基于在所述第二阶段期间的所述可变感测电流在所述第二阶段期间，生成振荡信号；以及
处理电路，被配置为：根据在所述第一阶段期间的所述振荡信号和在所述第二阶段期间的所述振荡信号的代数组合，来确定感测到的所述物理变量的值。


2.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一开关包括第一晶体管；并且其中所述第二开关包括第二晶体管。


3.根据权利要求1所述的电路，其中所述振荡器包括电流控制振荡器；并且其中所述控制信号包括控制电流。


4.根据权利要求1所述的电路，其中所述振荡器包括电压控制振荡器；并且其中所述控制信号包括控制电压。


5.根据权利要求1所述的电路，其中所述处理电路通过以下来确定感测到的所述物理值的所述值：
在所述第一阶段期间，生成所述控制信号以将所述第一可变电阻器的所述电阻的变化转换为所述振荡信号的第一频率和/或周期变化；
在所述第二阶段期间，生成所述控制信号以将所述第二可变电阻器的所述电阻的变化转换为所述振荡信号的第二频率和/或周期变化。


6.一种电路，包括：
至少一个电阻性感测电桥，包括并联耦合的第一感测支路和第二感测支路，所述第一感测支路包括与第一开关串联的第一可变电阻器，所述第二感测支路包括与第二开关串联的第二可变电阻器，其中所述第一可变电阻器具有响应于感测到的物理变量的改变而变化的电阻，并且其中所述第二可变电阻器具有响应于感测到的所述物理变量的改变而变化的电阻；
其中所述第一感测支路和所述第二感测支路被控制为在第一阶段和第二阶段之间切换，在所述第一阶段期间，所述第一开关闭合并且所述第二开关断开，并且在所述第二阶段期间，所述第一开关断开并且所述第二开关闭合；
传感器参考块，具有第一端子和第二端子，电压信号跨所述第一端子和所述第二端子被施加，所述至少一个电阻性感测电桥耦合在所述第一端子与所述第二端子之间，使得可变感测电流在所述至少一个电阻性感测电桥中流动；
其中所述传感器参考块被配置为根据所述可变感测电流来生成控制信号，所述可变感测电流是在所述第一阶段期间的所述第一可变电阻器的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·A·斯梅兹，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT