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欧宝体育网址:高动态领域的电容丈量电路

发布时间:2022-05-20 04:54:56 来源:欧宝体育官网app 作者:欧宝体育官网入口
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  ,正在宽待测电容领域下针对分别巨细的电容举行粗测和细测两次衡量以取得最佳衡量值的粗细测挨近型,并为此计划了一种组织简易有用的限定时序以及对应的逻辑电道和针对取得的ADC输出值计划的可编程除2电道。同时,为了将

  电容数字转换器是专为鞭策电容式触摸传感器计划,拥有低功耗、高集成度、高精度衡量的特色,已成为消费电子周围中电容传感器使用的主流产物。跟着的工艺和技巧的一向成长,电容的巨细正在一向减幼,这令对电容的检测爆发了必然的难度,基于如此的近况,咱们计划了一款拥有转换精度高(转换有用位数为11-bits),电容检测领域(电容检测为1 fF~2 pF)宽,电容速度为400 μs的电容检测电道(CDC)。

  本计划的顶层电道如图1所示,为本作品CDC总体框架组织,片内爆发基准和时钟,主干组织为AFE和ADC,举行输入电容至数字量的转换后,由输出寄存器举行简易的DSP,然后输出数字量至片表。

  图1 CDC体例顶层电道(*标帜的寄生电容抵偿电道仅停止正在前仿/道理验证阶段)

  本文提出的电道是一种将衰弱电容值转换为数字量的集成电容衡量电道,该电道是基于电荷守恒提出的电容衡量道理如图2所示,其更始处正在于限定时序、模仿前级电道组织、以及限定算法。

  该电道由模仿前级电道(AFE)、ADC、输出移位寄存器和限定逻辑电道四个个别构成,模仿前级电道用于将输入的待测电容的电容值线性对应地转换成一个可供ADC衡量的电压值,其由若干个电容、运放、MOS管、电压随从器、反相器、以及MOS管开合构成。

  此中,所用到的运放是一个低失调电压的一级运放,Coffset是一个用于正在校正经过中存储运放的输出失调电压的皮法电容,Vref是表部引入的参考电压,Cy是用于汇集电荷的电容。电压随从器采用一级或二级组织,用于隔断ADC和AFE,并供给阻抗完婚。

  模仿前级电道核心的电流镜组织采用1:1的宽长比,用于将流过左端补给至Cx的电荷复造到右端的Cy,电流镜右端为2个肖似组织的电道并联,分别之处正在于反相器的输入为A[0]至A[M-1]. A[M-1:0]是由限定逻辑电道爆发的,用于限定流入到Cy的电荷的增益倍数,是一个2位的数字信号。

  全体电道一共用到7个开合,此中S3限定的是片表的自便样子开合,残存的6个开合为片内的MOS管开合,它们的效用简述如下:

  模仿前级电道左方框内的电容Cx是片表的待测电容,S3是一个受控与限定逻辑的开合,Cpara是片表里Pad的寄生电容。

  图3 开合状况图:(a)初始态 (b)停当态 (c)接入待测电容 (d)安排增益档位

  AFE运转时需求一再地举行开亲热换,可总结为以下4个次序,4个次序对应的开合状况如图图3(a)(b)(c)(d)所示。以下参照时序图和电道道理图给出各个时刻点电道举行的举措。

  T1:电道初始化,运放同相输入端的反应环道断开、反相输入端的反应环道接通,运放的失调电压Voffset被留存至Coffset,Cy被初始为Vref,ADC的反相输入端陆续搜集接入待测电容之前的AFE输出电压。

  T2:将芯片的衡量引脚导通,断开用于初始化的开合,此时运放的反相输入电压为Voffset,抵消了运放的失调电压。同时将寄生正在Pad和表部连线的等效寄生电容充电至Vref。

  T3:断开ADC的反相输入端,此时曾经将接入待测电容前的AFE输出电压留存到ADC的反相输入端,记为VN。

  T4:接入待测电容,运放的同相输入端被拉低,限定推挽级填充电荷。同时,电流镜将M倍的电荷注入到Cy,等候电道巩固后,Cy的上极板电压VP被留存到ADC的同相输入端,ADC先导转换VP-VN的值。

  T5:第一次搜集达成,ADC的输出值为D1,假设ADC的最大输出值为Dmax,要是D1>Dmax/2,则A变为(01)。要是D1<Dmax/。

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