电容至电压接口电路以及相关操作方法技术

一种电容至电压接口电路（４００）被用来获得与检测的电容差相对应的电压，检测的电容差可以与电容感测单元（４０２）的操作相关联。所述接口电路（４００）包括电容感测单元（４０２），适于选择性耦合至电容感测单元（４０２）的运算放大器（４０８），用于运算放大器（４０８）的反馈电容器（４１２，４１４），用于运算放大器（４０８）的负载电容器（４１６，４１８），以及与电容感测单元（４０２）、运算放大器（４０８）、反馈电容器（４１２、４１４）、和负载电容器（４１６，４１８）相关联的开关结构（１０８）。在使用期间，所述开关结构（１０８）重新配置所述电容至电压接口电路（４００），以便在多个不同阶段中进行操作。所述不同阶段使得单个运算放大器（４０８）能够被用于电容至电压转换和电压放大。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
这里所描述的主题的实施例总体上涉及电路。更具体地，所述主题的实施例涉及一种将测量得到的电容变化转换为电压的传感器接口电路。
技术介绍
现有技术具有很多检测或测量物理现象的电子传感器、换能器和电路。例如，加速计可以被实现为检测运动、物理方位变化、振动、摇晃等的小型传感器组件。小型加速计可以包括在诸如移动电话、便携式视频游戏、和数字媒体播放器的多种应用中。这样的装置中的加速计可以被用来检测所述装置的显示是处于纵向模式还是横向模式、被用于在休眠和活动模式之间进行转换、以及被用于获得用户输入(例如，摇晃装置可能表示一个用户命令)等。便携式装置中的加速计通常利用电容感测单元来实现。在这一背景下，电容感测单元包括多个电容器，它们被布置并激励以使得所述单元的电容随其加速度而变化。在典型应用中，测量得出的电容差异被转换为能够以适当方式进行处理和分析的电压。特别地， 可以使用电容至电压接口电路将测量得出的电容差转换为相应的模拟电压。然而，由于与这样的电容至电压转换相关联的相对低的电压水平，所述模拟电压通常出于后续模数转换的目的而被放大，以提供足够的动态范围。常规的电容至电压接口电路利用三种主要元件或级电容感测单元；与电容至电压转换相关联的第一放大器级；以及与模拟电压放大相关联的第二放大器级。注意到，每个放大器级包括至少一个不同的运算放大器装置或电路。因此，常规体系最少要采用两个不同且独立的运算放大器。附图说明在结合以下附图考虑时，通过参考详细描述和权利要求可以得出对主题更为全面的理解，其中，相同的附图标记在所有附图中表示类似元素。图1是电容至电压接口电路的实施例的简化示意性表示；图2是图示能够使用开关结构被布置并重新配置为不同电路拓扑的电组件的示图；图3是图示电容至电压转换处理的实施例的流程图；图4是图示以重置拓扑和配置所布置的电容至电压接口电路的实施例的电路图；图5是图示以初始的电容至电压拓扑和配置所布置的电容至电压接口电路实施例的电路图；图6是图示以最终的电容至电压拓扑和配置所布置的电容至电压接口电路实施例的电路图；图7是图示以初始的放大拓扑和配置所布置的电容至电压接口电路实施例的电路图8是图示以最终的放大拓扑和配置所布置的电容至电压接口电路实施例的电路图；以及图9是图示与诸如图4-8所示的电容至电压接口电路实施例的操作相关联的示例性操作状态和电压的时序图。具体实施例方式以下详细描述本质上仅仅是说明性的，而并非意在对主题的实施例以及这些实施例的应用和使用进行限制。如这里所使用的，词语“示例性”表示“用作示例、实例或说明”。 这里被描述为示例性的任意实施方式都不应必然地被理解为优先或优于其它实施方式。此外，并非意在通过在之前的
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技术介绍
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技术实现思路
、或者随后的详细描述中明确或隐含给出的任何理论而进行限制。技术或工艺在这里可以关于功能和/或逻辑块组件，并且参考各种计算组件或装置所能够执行的操作、处理任务和功能的符号表示而进行描述。应当意识到的是，图中所示出的各种模块组件可以通过被配置为执行指定功能的任意数量的硬件、软件和/或固件组件来实现。例如，系统或组件的实施例可以采用各种集成电路组件，例如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，它们可以在一个或多个微处理器或其它控制装置的控制下执行各种功能。如这里所使用的，“节点”表示给定信号、逻辑电平、电压、数据模式、电流或量所出现的任意内部或外部参考点、连接点、结合、信号线路、传导元件等。此外，两个或更多节点可以通过一个物理元件来实现(并且，即使以共用模式所接收或输出，两个或更多信号也可以被复用、调制、或以其它方式进行区分)。以下描述可以涉及“耦合”在一起的元件或节点或特征。如这里所使用的，除非另外明确之处，否则“耦合”表示一个元件/节点/特征直接或间接与另一元件/节点/特征结合(或者直接或间接与其进行通信)，而并不必是机械相连。因此，虽然图中所示的方案描绘了元件的示例性布置，但是在所描述主题的实施例中可以出现附加的中间元件、装置、 特征或组件。这里所描述的技术或工艺可以通过电容感测单元来使用。虽然电容感测单元的特定实施方式和应用可以随实施例而有所变化，但是这样的感测单元可以广泛地出现在诸如加速计的电传感器中。更具体地，这里所描述的主题涉及一种可重新配置的电容至电阻接口电路，其仅包括一个用于转换和放大用途的运算放大器。相对于使用两个或更多运算放大器装置的常规体系结构而言，为了减小包装大小并减少主机装置或系统的能耗，在该情况下的仅使用一个运算放大器是期望的。虽然这样的实施方式可以以可接受的方式来进行工作，但是从物理包装和能耗的角度来看，都不希望使用两个或更多运算放大器。就此，通常希望减小集成电路管芯的面积，并且因此减小移动装置的整体物理占用面积。此外，通常希望减小电流要求，并因此提高移动装置的电池寿命。因此，希望减小电容至电压接口电路的物理大小和能耗。图1是电容至电压接口电路100的实施例的简化示意性表示。电路100的该实施例总体上包括电容感测单元102，执行电容至电压转换和电压放大的模块104，模数转换器(ADC) 106、以及重新配置或开关结构108，但并不局限于此。在一些实施例中，电容感测单元102被实现为独特的装置或封包，而电路100的其余部分则被实现为耦合到电容感测单元102的专用集成电路(ASIC)。为了简要，与电容感测、集成电路设计、放大器设计和操作以及电路的其它功能方面(以及电路的相应操作元件)相关的常规技术可以不在这里进行详细描述。此外，这里所包含的各图中所示出的连接线意在表示各个元件之间的示例性功能关系和/或物理耦合。应当注意的是，在接口电路的实施例中，可以存在许多可替换或附加的功能关系或物理连接。电容感测单元102被适当配置以使得其电容是其加速度、运动、物理方位和/或所要测量的其它参数的函数。如以下更为详细描述的，电容感测单元102可以为常规设计，并且其可以包括串联的两个电容器。开关结构108被用来按照需要有选择地将电容感测单元 102耦合到模块104，以重新安排、重新配置和/或建立电路100的不同拓扑(将在以下更为详细的解释)。优选地，模块104包括一个并仅包括一个运算放大器，以及各种电容器以及可能的其它电路元件。注意到，除了产生放大输出电压的相关电压放大操作之外，模块104被适当配置以执行电容至电压转换操作，其中，所述放大输出电压指示主机装置的加速度、 移动、摇晃、物理方位或振动。对于该实施例而言，模块104的放大输出电压被提供到ADC 106，其接着将所述放大输出电压转换为等效的数字表示。如以下进一步解释的，ADC 106中的电容器在操作期间按照需要以开关的方式连接到模块104。换句话说，虽然图1描绘了连接到模块104的ADC 106，但是这些元件之间的链接仅按照需要建立。ADC 106的操作可以遵循已知的原则，并且在不在这里详细描述ADC 106的设计、配置和功能。可以选择ADC 106的位分辨率以适应特定应用的需要。开关结构108与电容感测单元102、模块104、和ADC 106相关联，其中，其在任意给定时间确定并影响电路100中的电路元件的配置以及特定电路拓扑。开关结构108可以使用任意数量的可控制开关或开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电容至电压接口电路，包括：电容感测单元；适于选择性耦合到所述电容感测单元的运算放大器；用于所述运算放大器的反馈电容器；用于所述运算放大器的负载电容器；以及与所述电容感测单元、所述运算放大器、所述反馈电容器和所述负载电容器相关联的开关结构；其中所述开关结构重新配置所述电容至电压接口电路，以便在多个不同阶段中进行操作，使得所述运算放大器被用于电容至电压转换和电压放大。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿希什·康纳，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：US