电路装置以及包含该电路装置的传感器装置制造方法及图纸

一种电路装置包括第一分支(101)和第二分支，该第一分支包括可变电阻的电阻器(131)和二极管接法的双极型晶体管(134)，该第二分支包括固定电阻的电阻器(141)和另一二极管接法的双极型晶体管(135)。控制环路(110)将可变电阻的电阻器(131)处的电压降复制为固定电阻的电阻器(141)处的电压降。输出端子(136、137)连接到双极型晶体管(134、135)以供应差分电压(VBE1、VBE2)。该电路装置可以用作气体传感器或温度传感器装置中的模拟前端电路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电路装置以及包含该电路装置的传感器装置
本公开涉及一种生成差分电压的电路装置。具体地，本公开涉及一种包含第一和第二分支的电路装置，该第一和第二分支包含可变电阻和固定电阻的电阻器以及双极型晶体管。本公开还涉及一种包含这种电路装置的气体传感器装置和温度传感器装置。
技术介绍
诸如气体传感器和温度传感器的电子传感器通常包含对可变电阻器的电阻的测量，所述可变电阻器的电阻分别取决于气体浓度或温度。传感器可以使用对数压缩技术以覆盖宽测量范围。包含在这些传感器中的模拟前端电路可以包括包含可变电阻的电阻器的电路分支和具有用作参考的固定电阻的电阻器的另一电路分支。可以根据表示了所感测的物理特性的可变电阻的电阻器的电阻，来对由分支所生成的差分电压进行模数转换并进一步将其处理以输出数字值。用于电阻式传感器(诸如气体传感器或温度传感器)的电阻测量领域的传统前端电路可以包含带有可变电阻器和固定电阻器的两个分支。对数压缩技术使用了包含在分支中的双极型二极管的电流-电压依赖性。两个分支中的每个都包含控制环路，以在电阻器处生成预定电压。控制环路基本上彼此独立地操作。由于对数压缩，电阻式传感器可能会以在宽范围内变化的电流来操作，从而导致一些挑战，诸如敏感分支和参考分支不匹配、大型设备也必须以非常低的电流来工作、传感器引脚上的电容性负载可能会影响可测性、面积和功耗问题、漏电流问题以及在传感器引脚发生短路的情况下的缺点。本公开的目的是提供一种用于电阻式传感器的前端电路，该前端电路减少或避免了上述技术问题的一个或更多个。本公开的另一目的是提供一种避免了上述技术问题的一个或更多个的传感器装置。
技术实现思路
根据本公开，通过根据本权利要求1的特征的电路装置来实现上述目的的一个或更多个。根据一个实施例，电路装置包含第一分支，该第一分支包含可变电阻的电阻器和二极管接法的双极型晶体管，所述可变电阻的电阻器和二极管接法的双极型晶体管均连接在电源电位端子与接地电位端子之间。第二分支包含固定电阻的电阻器和二极管接法的另一个双极型晶体管，该固定电阻的电阻器连接到第一分支的电阻器并且该双极型晶体管连接到接地电位端子。该电路装置可以用作前端电路，以用于使用对数压缩来进行宽范围的电阻测量。设置有控制环路以测量在第一分支的可变电阻的电阻器处的电压降，并将该电压降复制为在第二分支的固定电阻的电阻器处的电压降。控制环路从第一分支向第二分支传输信号(诸如可变电阻的电阻器处的电压降)，并将该电压降复制在固定电阻的电阻器处。仅必需一个控制环路。该控制环路确保了将来自第一分支的电压信息传输到第二分支，以使得响应于来自第一分支的电压信息来调节第二分支中的电流。例如当传感器电阻较低或者传感器电阻使得最小电流更高时，例如当减小了对漏电流的敏感性的传感器电阻较高时，这限制了在特殊情形下的功耗。由于避免了过大的电流和过小的电流，所以电路装置的组件能够具有适度的尺寸，从而减小了实现该电路装置的集成半导体芯片的占用面积。组件的尺寸减小允许了其以减小的电流来操作，并且在传感器端子发生短路的情况下增加了电路的鲁棒性。由于避免了电路装置中的大组件和非常低的电流，因此能够通过可预测的电路仿真来减小设计风险。避免了任何亚阈值操作范围。由于组件的尺寸相当，所以第一、敏感分支与第二、参考分支之间的匹配相对良好。输出端子连接到第一分支和第二分支的双极型晶体管。该输出端子供应差分电压，能够通过后处理电路系统来进一步评估该差分电压以生成表示第一分支的可变传感器电阻器的实际电阻的数字值。在双极型晶体管处，电压与电流之间的关系是对数式的，从而差分电压与电阻器之间的关系也是对数式的，从而将电阻值的范围进行对数式地压缩。换句话说，可变电阻的电阻器与差分电压之间的关系是指数式的。根据一个实施例，控制环路包括放大器，该放大器的输入端子连接到第一分支和第二分支的电阻器，以比较所述电阻器处的电压降并生成输出信号以控制设置在第二、参考分支中的晶体管。晶体管根据放大器的输出信号来控制第二分支中的电流，以确保传感器电阻器处和参考电阻器处的电压降具有预定关系或者确保其相等。电压移位器设置在第一分支中，以确保跨放大器和第二分支的晶体管的控制环路有足够的电压降来确保电压控制环路的正常运行。根据多个实施例，可以在第一分支中设置电流限制器，以限制电路装置中的电流并在紧急情形(诸如传感器引脚发生短路)下避免过大的电流。根据第一实施例，电流限制器能够连接在可变电阻的电阻器与电源电位端子之间。第二分支的固定电阻的电阻器连接到第一分支的可变电阻的电阻器与电流限制器之间的节点。在这种情况下，电流限制器限制了通过第一分支和第二分支的电流。根据第二实施例，电流限制器可以连接在电压移位器与第一分支的二极管接法的双极型晶体管之间。第二分支的固定电阻的电阻器连接到第一分支的可变电阻的电阻器与电源电位端子之间的节点。在这种情况下，电流限制器限制了通过第一分支的电流。控制环路确保了通过第二分支的电流也受到该调节的限制。根据多个实施例，电流限制器可以包括具有输入分支和输出分支的电流镜。输入分支包含电流源，并且输出分支包含在电路装置的第一分支中。根据第一实施例，输出分支连接在电源电位端子与第一分支的可变电阻的电阻器之间。输出分支将通过电路装置的第一分支和第二分支的电流限制为由电流源所确定的电流。根据第二实施例，电流镜的输出分支连接在电路装置的第一分支的二极管接法的双极型晶体管与电压移位器之间。在这种情况下，输出分支将通过电路装置的第一分支的电流限制为由电流源所确定的电流。在第一实施例和第二实施例的任一个中，电流镜可以包括MOS晶体管。电流镜的输入分支包含MOS晶体管，该MOS晶体管具有连接在一起的栅极端子和漏极端子。电流镜的输出分支包括另一MOS晶体管的漏源路径。利用电流镜能够以较小的工作量来实施电流限制器。根据一个实施例，电压移位器包括MOS晶体管，该MOS晶体管的漏源路径连接到第一分支。电压移位器的MOS晶体管的漏源路径包括在第一分支中，其连接到传感器电阻器并且连接到第一分支的双极型晶体管或者连接到根据电流限制器实施例的电流限制器。电压移位器的MOS晶体管的栅极端子连接到电压源。电压源可以是恒定电压源，其可以包含带隙器件以生成与温度无关的恒定电压。电压源还可以包含动态恒定电压源，该动态恒定电压源生成基本恒定的电压，然而其反映电路的工作状态并提供对电压源的输出电压的粗略调整，从而根据电路的工作状态来优化电路的运行。电压移位器的MOS晶体管可以包括p沟道MOS晶体管，以使得MOS晶体管的源极端子向可变电阻的电阻器以及向控制环路的放大器的输入端子来供应基本上恒定的电压。根据一个实施例，从第一分支和第二分支的双极型晶体管的基极端子中获得的模拟差分电压能够转换到数字域为表示该模拟差分电压的数字值。模数转换器可以连接在电路装置的输出端子的下游以生成数字值。任何类型的模数转换器对于本公开都是可用的。具体地，可以在根据本公开的电路中使用采用积分调制器(诸如sigma-delta模数转换器)的模数转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电路装置，其包括：/n第一分支(101、103、104)，其包括：/n用于电源电位的端子(121)；/n可变电阻的电阻器(131)；/n连接成二极管的双极型晶体管(134)；/n连接到所述双极型晶体管(134)的用于接地电位的端子(122)；/n第二分支(102)，其包括：/n固定电阻的电阻器(141)，所述固定电阻的电阻器连接到第一分支的电阻器(131)；/n连接成二极管的另一双极型晶体管(135)；/n连接到所述另一双极型晶体管的用于接地电位的端子；/n控制环路(110)，其配置为将所述可变电阻的电阻器(131)处的电压降复制为所述固定电阻的电阻器(141)处的电压降；/n连接到所述第一分支的双极型晶体管(134)的输出端子(136)以及连接到所述第二分支的另一双极型晶体管(135)的另一输出端子(137)，所述输出端子配置为供应差分电压(VBE1、VBE2)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180925 EP 18196597.11.一种电路装置，其包括：
第一分支(101、103、104)，其包括：
用于电源电位的端子(121)；
可变电阻的电阻器(131)；
连接成二极管的双极型晶体管(134)；
连接到所述双极型晶体管(134)的用于接地电位的端子(122)；
第二分支(102)，其包括：
固定电阻的电阻器(141)，所述固定电阻的电阻器连接到第一分支的电阻器(131)；
连接成二极管的另一双极型晶体管(135)；
连接到所述另一双极型晶体管的用于接地电位的端子；
控制环路(110)，其配置为将所述可变电阻的电阻器(131)处的电压降复制为所述固定电阻的电阻器(141)处的电压降；
连接到所述第一分支的双极型晶体管(134)的输出端子(136)以及连接到所述第二分支的另一双极型晶体管(135)的另一输出端子(137)，所述输出端子配置为供应差分电压(VBE1、VBE2)。


2.根据权利要求1所述的电路装置，还包括：
-晶体管(111)，其设置在所述第二分支中；
-放大器(112)，其输入端子(-、+)连接到所述第一分支和第二分支(131、141)的电阻器，并且其输出端子(113)控制所述第二分支的晶体管(111)；以及
-电压移位器(132)，其设置在所述第一分支(101、103、104)中。


3.根据权利要求1或2所述的电路装置，还包括设置在所述第一分支(103、104)中的电流限制器(210、310)。


4.根据权利要求3所述的电路装置，其中，所述电流限制器(210)连接在可变电阻的电阻器(131)与用于电源电位的端子(121)之间，并且其中，所述第二分支的固定电阻的电阻器(141)连接到所述可变电阻的电阻器(131)与电流限制器(210)之间的节点(240)。


5.根据权利要求3所述的电路装置，其中，所述电流限制器(310)连接在电压移位器(132)与第一分支的双极型晶体管(134)之间，并且其中，所述第二分支的固定电阻的电阻器(141)连接到可变电阻的电阻器(131)与用于电源电位的端子(121)之间的节点(240)。


6.根据权利要求3或4所述的电路装置，其中，所述电流限制器(210)包括电流镜，所述电流镜具有输出分支(412)和包...

【专利技术属性】
技术研发人员：路易吉·迪皮罗，朱塞佩·帕泽蒂，莫尼卡·斯奇巴尼，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT