CN103281081B - 一种基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路 - Google Patents
一种基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103281081B CN103281081B CN201310236093.3A CN201310236093A CN103281081B CN 103281081 B CN103281081 B CN 103281081B CN 201310236093 A CN201310236093 A CN 201310236093A CN 103281081 B CN103281081 B CN 103281081B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- port
- electric capacity
- capacity
- wheatstone bridge
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路，该电路包括一个由被检测电容构成的惠斯通电桥电路，一个由至少一阶的积分器、两个反馈电容、一个量化器组成的sigma-delta调制器。通过两个非交叠时钟信号的控制以及输出信号作为反馈控制信号，最终使得输出信号始终与电容值的变化成正比，从而完成整个数字转换电路的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种数字转换电路。
背景技术
现有的基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路，因为不同于电阻构成的电桥，直流信号是不能通过电容的，因此需要给电桥加上一定的激励信号，激励信号可以是连续变化信号或者也可以是开关信号；接着通过预放大器将电容值的变化转换为电压值的变化并且提供一定的增益，来减小后续电路的压力，预放大器可以采用连续工作的结构，如斩波放大结构、开关电容结构等；最后通过一个由sigma-delta调制器和数字滤波器组成的高精度数模转换器，即用数字输出的形式来反映出电容值的变化。但是，采用这种形式的基于电容型惠斯通电桥的数字转换电路，无论采用连续工作结构还是开关电容结构，在电路的实现上都较为复杂。
发明内容
发明目的：为了在电路实现上更为简单，本发明提出了一种基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路。
技术方案：一种基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路，该电路包括一个由被检测电容构成的惠斯通电桥电路，一个由至少一阶的积分器、两个反馈电容、一个量化器组成的sigma-delta调制器；
所述被检测电容构成的惠斯通电桥电路包括：四个端口：端口A、端口B、端口C、端口D；端口C与第一反馈电容Cf1相接，端口D与第二反馈电容Cf2相接；其中第一反馈电容Cf1还有一个端口X，第二反馈电容Cf2还有一个端口Y；
所述积分器包括：四个端口：端口E、端口F、端口G、端口H；端口E和端口F分别通过开关与被检测电容构成的惠斯通电桥电路的端口C和端口D相连；
所述量化器包括；三个端口：端口I、端口J、端口K；端口I和端口J分别与积分器的端口G和端口H相连；端口K与第一反馈电容Cf1的端口X以及第二反馈电容Cf2的端口Y相连。
为了实现高精度的数字转换功能，一种基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路，其特征在于，工作方式包括以下步骤：
（1）被检测电容构成的惠斯通电桥电路的端口A和端口B接入电压+V和-V；被检测电容构成的惠斯通电桥电路的端口C和端口D与积分器的端口E和端口F断开，并且接入一电压Vcm；
（2）端口A和端口B的接入电压-V和+V；被检测电容构成的惠斯通电桥电路的端口C和端口D与积分器的端口E和端口F连接，并且断开电压Vcm；同时第一反馈电容Cf1的端口X和第二反馈电容Cf2的端口Y接入电压Vcm；
（3）被检测电容构成的惠斯通电桥电路的端口A和端口B接入电压+V和-V；被检测电容构成的惠斯通电桥电路的端口C和端口D与积分器的端口E和端口F断开，并且接入一电压Vcm；第一反馈电容Cf1的端口X和第二反馈电容Cf2的端口Y根据量化器端口K的输出电压极性，接入一个与其极性相反、电压值为V的电压；
（4）重复步骤（2）和（3）。
有益效果：本发明通过提出一种基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路，针对现有技术中出现的电路实现高复杂度，提出了一种反馈电容加上sigma-delta调制器的简单电路实现方法。
附图说明
图1为本发明被检测电容构成的惠斯通电桥电路的端口示意图。
图2为本发明积分器的端口示意图。
图3为本发明量化器的端口示意图。
图4为本发明采用二阶积分器实现电容到数字信号的转换电路。
图5为控制信号P1、P2、D、P1·D以及的时序关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明公布了一种基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路，其特征在于：该电路包括一个由被检测电容构成的惠斯通电桥电路，一个由至少一阶的积分器、两个反馈电容、一个量化器组成的sigma-delta调制器；
如图1所示，所述被检测电容构成的惠斯通电桥电路包括：四个电容：Cs1、Cr1、Cs2、Cr2；四个端口：端口A、端口B、端口C、端口D；端口A从电容Cr1和Cs2间引出，端口B从电容Cs1和Cr2间引出，端口C从电容Cr1和Cs1间引出，端口D从电容Cr2和Cs2间引出；
如图2所示，所述积分器包括：四个端口：端口E、端口F、端口G、端口H；积分电容Ci；
如图3所示，所述量化器包括；三个端口：端口I、端口J、端口K；
本发明的一种基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路，其结构如图4所示，图中以两阶积分器为例。被检测电容构成的惠斯通电桥电路端口A分别通过由控制信号P1和P2的控制开关与电压V-和V+相连；端口B则通过由控制信号P1和P2的控制开关与电压V+和V-相连；端口C通过由控制信号P1和P2的控制开关分别与电压Vcm和积分器的端口E相连；端口D通过由控制信号P1和P2的控制开关分别与电压Vcm和积分器的端口F相连；并且端口C和端口D还分别与第一反馈电容Cf1和第二反馈电容Cf2的一端相接。积分器的端口G和端口H分别与量化器的端口I和端口J相接；量化器的端口K产生输出信号D；第一反馈电容Cf1的端口X分别通过控制信号P1·D和与电压V-和V+相通；第二反馈电容Cf2的端口Y分别通过控制信号P1·D和与电压V+和V-相通；其中P1和P2的控制信号时序如图5所示，两信号为非交叠时钟信号，起到了开关的作用，在高电平时导通，在低电平时断开。
当P1处于高电平时，被检测电容构成的惠斯通电桥电路端口A与电压V-导通；端口B则与电压V+导通；端口C和端口D与电压Vcm导通；这样电容Cs1上积累的电荷为((V+)-Vcm)*Cs1，Cr1上积累的电荷为((V-)-Vcm)*Cr1。当P1处于低电平，P2处于高电平时，被检测电容构成的惠斯通电桥电路端口A与电压V+导通；端口B则与电压V-导通；端口C和端口D分别与积分器的端口E和端口F相连；第一反馈电容Cf1的端口X和第二反馈电容Cf2的端口Y与电压Vcm导通；此时，Cs1上最终积累的电荷为((V-)-Vcm)*Cs1,Cr1上最终积累的电荷为((V+)-Vcm)*Cr1。因此，通过这一周期电容Cs1与Cr1转移到积分器积分电容Ci上的电荷为((V+)–(V-))*Cs1+((V-)–(V+))*Cr1=((V+)–(V-))*(Cs1-Cr1)=((V+)–(V-))*ΔC，其中ΔC为电容的差值。由于是全差分电路，所以在第一级积分器输出由采样电容Cs1,Cs2,Cr1,Cr2导致的差分电压变化为2*((V+)–(V-))*ΔC/Ci。在输出信号D的反馈作用下，反馈电容在P1处于高电平时会接入与其极性相反的电压值，例如当输出D为高电平时时，Cf被充上差分(V-)*Cf的电荷。根据sigma-delta调制器的负反馈原理可以得到:2*((V+)–(V-))*ΔC=D*((V+)-(V-))*Cf，因此D=2*ΔC/Cf，输出信号和电容的差值成正比。这样通过对输出信号D的测量就能得到电容值的变化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路，其特征在于：该电路包括一个由被检测电容构成的惠斯通电桥电路，一个由至少一阶的积分器、两个反馈电容、一个量化器组成的sigma-delta调制器；
所述被检测电容构成的惠斯通电桥电路包括：四个端口：端口A、端口B、端口C、端口D；端口C与第一反馈电容Cf1相接，端口D与第二反馈电容Cf2相接；其中第一反馈电容Cf1还有一个端口X，第二反馈电容Cf2还有一个端口Y；
所述积分器包括：四个端口：端口E、端口F、端口G、端口H；端口E和端口F分别通过开关与被检测电容构成的惠斯通电桥电路的端口C和端口D相连；
所述量化器包括；三个端口：端口I、端口J、端口K；端口I和端口J分别与积分器的端口G和端口H相连；端口K与第一反馈电容Cf1的端口X以及第二反馈电容Cf2的端口Y相连；
激励信号经被检测电容构成的惠斯通电桥电路的端口A和端口B进入电路，通过积分器和量化器实现电容值转换为数字码流的输出，再通过该数字码流输出作用于反馈电容以得到电容值变化与数字码流的输出成正比。
2.一种如权利要求1所述的基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路的使用方法，其特征在于，工作方式包括以下步骤：
（1）被检测电容构成的惠斯通电桥电路的端口A和端口B分别接入电压+V和-V；被检测电容构成的惠斯通电桥电路的端口C和端口D与积分器的端口E和端口F断开，并且接入一电压Vcm；
（2）端口A和端口B分别接入电压-V和+V；被检测电容构成的惠斯通电桥电路的端口C和端口D与积分器的端口E和端口F连接，并且断开电压Vcm；同时第一反馈电容Cf1的端口X和第二反馈电容Cf2的端口Y接入电压Vcm；
（3）被检测电容构成的惠斯通电桥电路的端口A和端口B分别接入电压+V和-V；被检测电容构成的惠斯通电桥电路的端口C和端口D与积分器的端口E和端口F断开，并且接入一电压Vcm；第一反馈电容Cf1的端口X和第二反馈电容Cf2的端口Y根据量化器端口K的输出电压极性，接入一个与其极性相反、电压值为V的电压；
（4）重复步骤（2）和（3）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310236093.3A CN103281081B (zh) | 2013-06-14 | 2013-06-14 | 一种基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310236093.3A CN103281081B (zh) | 2013-06-14 | 2013-06-14 | 一种基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103281081A CN103281081A (zh) | 2013-09-04 |
| CN103281081B true CN103281081B (zh) | 2016-03-30 |
Family
ID=49063550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310236093.3A Active CN103281081B (zh) | 2013-06-14 | 2013-06-14 | 一种基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103281081B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109828159A (zh) * | 2019-03-07 | 2019-05-31 | 上海申矽凌微电子科技有限公司 | 测量电容大小的电路 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016155825A1 (en) * | 2015-04-01 | 2016-10-06 | Epcos Ag | Sigma-delta modulator arrangement, method and control apparatus for calibrating a continuous-time sigma-delta modulator |
| CN106452448A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-02-22 | 湘潭芯力特电子科技有限公司 | 一种带斩波的开关电容积分器 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7064538B2 (en) * | 2003-04-17 | 2006-06-20 | Dialog Semiconductor Gmbh | Magnetic sensor digital processing interface for electrical motor application |
| CN102445221A (zh) * | 2010-10-13 | 2012-05-09 | Tdk株式会社 | 旋转磁场传感器 |
| CN102820862A (zh) * | 2011-05-09 | 2012-12-12 | 霍尼韦尔国际公司 | 提高传感器有效分辨率的方法及其装置 |
| CN203406855U (zh) * | 2013-06-14 | 2014-01-22 | 无锡纳讯微电子有限公司 | 一种基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路 |
-
2013
- 2013-06-14 CN CN201310236093.3A patent/CN103281081B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7064538B2 (en) * | 2003-04-17 | 2006-06-20 | Dialog Semiconductor Gmbh | Magnetic sensor digital processing interface for electrical motor application |
| CN102445221A (zh) * | 2010-10-13 | 2012-05-09 | Tdk株式会社 | 旋转磁场传感器 |
| CN102820862A (zh) * | 2011-05-09 | 2012-12-12 | 霍尼韦尔国际公司 | 提高传感器有效分辨率的方法及其装置 |
| CN203406855U (zh) * | 2013-06-14 | 2014-01-22 | 无锡纳讯微电子有限公司 | 一种基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于MSP430和USB数据传输技术的脉象仪的设计;崔亮飞;《仪表技术》;20101215;全文 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109828159A (zh) * | 2019-03-07 | 2019-05-31 | 上海申矽凌微电子科技有限公司 | 测量电容大小的电路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103281081A (zh) | 2013-09-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104485897B (zh) | 一种失调补偿的相关双采样开关电容放大器 | |
| CN204836096U (zh) | 一种压电加速度传感器的电荷放大器 | |
| CN103281081B (zh) | 一种基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路 | |
| CN104049109A (zh) | 一种mems加速度传感器伺服读出电路 | |
| CN105301284B (zh) | 一种低功耗数字加速度计接口电路系统 | |
| CN101521496B (zh) | 寄生效应不敏感、低功耗的小增益开关电容同相积分器 | |
| CN103163359B (zh) | 一种超级电容单体电压采样测量电路 | |
| CN103312334B (zh) | 适用于Sigma-Delta ADC电路的积分器电路 | |
| CN202856717U (zh) | 一种可变类型的Sigma-Delta调制器 | |
| CN102723953B (zh) | 一种可变类型的Sigma-Delta调制器 | |
| CN106303313B (zh) | 压缩感知cmos图像传感器的量化求和电路 | |
| CN203278797U (zh) | 零点优化积分器电路 | |
| CN203406855U (zh) | 一种基于sigma-delta调制器的电容-数字转换电路 | |
| CN104467860A (zh) | 一种级联过采样模数调制器 | |
| CN103986472A (zh) | 微机械加速度计的多级噪声整形σδμ闭环控制电路和方法 | |
| CN105406822A (zh) | 开关电容型带通前馈sigma-delta调制器 | |
| CN103018485B (zh) | Σ-δ微加速度计接口asic芯片中基于质量块静电力反馈的线性化电路 | |
| KR101276439B1 (ko) | 샘플링 정확도를 증가시키기 위한 아날로그 리셋 회로를 적용시킨 시그마-델타 아날로그-디지털 컨버터 | |
| CN102226820B (zh) | 中间电压检测电路 | |
| CN107290566A (zh) | 一种用于数字加速度计基础电容补偿电路 | |
| CN102694551B (zh) | 一种适用于增量σδadc的双采样调制器 | |
| CN208479598U (zh) | 应用于温湿度传感器的增量型数模转换器 | |
| CN207910761U (zh) | 一种应用于高速模数转换器的高速参考缓冲电路 | |
| CN210136195U (zh) | 应用于电容式湿度传感器的读出电路 | |
| CN113676185B (zh) | 一种基于差分差值放大器的虚拟二阶delta-sigma调制器电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20160713 Address after: Shenzhen City, Guangdong province Baoan District 518101 District 67 Fang Road No. 2 Dingxin Science Park A building 3 floor Patentee after: SHENZHEN XINYIBANG ELECTRONIC CO., LTD. Address before: 214192 Xishan City, Xishan Province Economic and Technological Development Zone, Wuxi Furong Road No. 99, No., No. three Patentee before: Wuxi Naxun Microelectronic Co., Ltd. |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Tang Xiaojia Inventor before: Zhu Xiaoting Inventor before: Jiang Zhenlei |
|
| COR | Change of bibliographic data |