[发明专利]宽范围电荷平衡电容数字转换器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年1月12日提交的美国临时申请No.61/143,851的优先权，该申请整体通过引用合并与此。

技术领域

本申请大体上涉及基于互补金属氧化半导体(CMOS)设备的用于电容性传感器信号的精确电容数字转换的宽范围电容数字电荷平衡转换器。

背景技术

电容性传感器信号调节集成电路，诸如来自德国德雷斯顿(Dresden)的Zentrum Mikroelektronik Dresden  (ZMD)AG的cLite^TM电容性传感器信号调节器(或cLite^TM专用标准产品(ASSP))，包括电容数字转换器，并能够在可选的范围(例如，在cLite^TM信号调节器情况下的2-260pF)将电容转换为对应的数字值。有利地，cLite^TM信号调节器当前提供14-位分辨率以及在宽范围电容和温度上非常高的准确性，并能够被用于微控制器或其他开关应用。

电容性传感器被广泛用于许多MEMS传感元件中，诸如，用于液压控制系统的压力传感器、湿度传感器以及液体水平面测量仪器。这样的传感器不碰触或直接接触被感测的系统或设备，这样这些传感器有利于用于工业的直线以及角度位置传感器以及非接触式电位计，即使是在苛刻的或易爆环境条件下。

对于覆盖宽范围的电容数字转换器(CDC)，诸如上述的cLite^TM电容性传感器以及信号调节器，通常来讲，片上补偿电容、参考电容以及积分电容必须都与传感器电容一样大或更大。根据所需的实施这可能不切实际并且高成本。

发明内容

一方面，通过提供一种电荷平衡电容数字转换器，克服了现有技术的缺点并提供了额外的优点。该电荷平衡电容数字转换器包括：传感器电容、补偿电容、参考电容、积分电路以及解调电路。传感器电容根据第一时钟计划表的第一时钟信号来切换，以及补偿电容根据第二时钟计划表的第二时钟信号来切换，其中第二时钟计划表具有比第一时钟计划表高的频率。参考电容被设置用于电荷平衡，并根据来自电荷平衡电容数字转换器的输出的返回信号来切换。集成电路包括积分电容，并具有第一输入节点和第二输入节点。传感器电容、补偿电容以及参考电容每一个根据各自的第一时钟计划表、第二时钟计划表或返回信号来切换到第一输入节点或第二输入节点。解调电路接收积分电路的输出并将积分电路的输出转换为时钟数字输出，其中第二时钟计划表具有比第一时钟计划表高的频率允许补偿电容、参考电容或积分电容的至少一者的电容量降低。

有利的是，此处提供的宽范围电容数字电荷平衡转换器具有高分辨率和低制造成本。在一个实施方式中，这是通过将多时钟与多参考(multi-referencing)方法一起应用来实现的。

通过本发明的技术来实现额外的特征和优点。此处详细描述本发明的其他实施方式和其他方面，并考虑作为要求的发明的一部分。

附图说明

在说明书的结尾部分特别指出并明确地要求关于本发明的主题。而本发明及其实践的组织和方法、以及本发明的进一步的目的和优点，通过参考与附图相联系的以下说明最好地被理解，在附图中：

图1示出了电荷平衡电容数字(C/D)转换器的一个实施方式；

图2示出了根据本发明的一个方面，具有多时钟和多参考特征的电荷平衡C/D转换器的一个实施方式；

图3是时钟时序图，示出了根据本发明的一个或多个方面的在图2的电荷平衡C/D转换器电路中应用的第一时钟信号(CLK_S)和第二时钟信号(CLK)的示例，特别示出了2:1时钟模式(即，[CLK:CLK_S])；以及

图4示出了根据本发明的一个或多个方面的用于选择输入参考电压等级(level)(REFP-REFN)来输入到图2的电荷平衡C/D转换器的传感器电容的参考输入电压选择器电路的一个实施方式。

具体实施方式