[发明专利]自激振荡多斜率变换器以及用于将电容变换为数字信号的方法

说明书

根据各种实施例，多斜率变换器可以包括：具有电荷存储器的积分器电路；时钟控制比较器；具有电容器装置和用于预充电所述电容器装置的充电电路的传感器电路；放电电路；开关装置和用于基于时钟信号来驱控所述开关装置的控制器电路，其中所述控制器电路被设置为以以下方式交替地驱控所述开关装置：在积分周期中，电荷从所述传感器电路的所述电容器装置转移到所述积分器电路的所述电荷存储器，以及在去积分周期中，所述积分器电路的所述电荷存储器借助放电电路而被放电，其中在所述去积分周期之后，残余电荷被保持存储在所述积分器电路的所述电荷存储器中并且在随后的积分周期被考虑在内。

技术领域

各种实施例涉及自激振荡多斜率变换器以及用于将电容变换为数字信号的方法。

背景技术

通常，各种传感器，例如，环境传感器可以集成到电子设备中，例如用于测量诸如压力，温度，气体成分等的物理和/或化学性质。所谓的MEMS(微机电系统)被用作传感器元件，因为它们具有相对高的灵敏度和低能耗。但是，必须以合适的方式读取这些传感器元件，以提供进一步处理的测量结果。因此，例如，专用ASIC(专用集成电路，ASIC，也称为自定义芯片)可以耦合到传感器，例如测量MEMS的电容，这样的系统例如被称为CDC(电容数字变换器或电容数字转换器)。

发明内容

在此，描述涉及具有集成传感器元件的读取电路的各种实施例。显然，根据各种实施例，提供了一种电容数字变换器，其可以例如在尽可能小的芯片面积上实现并尽可能少地消耗能量。

根据各种实施例，提供了一种电容数字变换器，其具有尽可能少的部件并且仍然提供期望的功能。例如，这可以用于生产低成本的部件，其在相对低的测量频率下，也即，在较长的测量时间下(例如，20Hz或更小)提供适度的测量分辨率。

根据各种实施例，这里描述的电容数字变换器被配置为使得电容读取可以在没有前置放大器的情况下执行，并且AD(模数变换)变换基于多斜率架构。例如，可以使用基于双斜率变换器，四斜率变换器或具有不同数目的斜率的变换器的设计。

例如，传统的高端ASIC也支持高测量分辨率，但它们需要较大的芯片面积。减小组件的尺寸与具有较低测量分辨率的ASIC是相关联的。

此外，越来越多的不同窄带电容式环境传感器都需要ASIC来执行测量。因此，提供一种能够读取不同的传感器而在不改变整个ASIC的ASIC是有帮助的。说明性地，在此提供了一种读取电路，其可以容易地切换到不同的操作模式，从而一方面借助于读取电路可以在不同的操作模式下操作传感器，另一方面可以通过相同的读取电路操作不同的传感器。

根据各种实施例，提供了一种多斜率变换器。例如，多斜率变换器可以设计为双斜率(双积分)或四斜率(四积分)变换器。

根据各种实施例，多斜率变换器例如可以包括：具有电荷存储器的积分器电路；时钟控制比较器，在充电电路中具有至少一个电容器装置的传感器电路，该充电电路用于对至少一个电容器装置进行预充电；放电电路；开关装置和用于基于时钟信号驱动开关装置的控制器电路；其中所述控制器电路被设置为以以下方式交替地驱控所述开关装置：在积分周期中，电荷从所述传感器电路的所述电容器装置转移到所述积分器电路的所述电荷存储器，以及在去积分周期中，所述积分器电路的所述电荷存储器借助放电电路而被放电，其中在所述去积分周期之后，残余电荷被保持存储在所述积分器电路的所述电荷存储器中并且在随后的积分周期被考虑在内。