CN104485938A - 一种低功耗电容式传感器接口电路 - Google Patents

一种低功耗电容式传感器接口电路 Download PDF

Info

Publication number
CN104485938A
CN104485938A CN201510016077.2A CN201510016077A CN104485938A CN 104485938 A CN104485938 A CN 104485938A CN 201510016077 A CN201510016077 A CN 201510016077A CN 104485938 A CN104485938 A CN 104485938A
Authority
CN
China
Prior art keywords
counter
interface circuit
mux
capacitance
oscillator
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.)
Pending
Application number
CN201510016077.2A
Other languages
English (en)
Inventor
何怡刚
邓芳明
佐磊
尹柏强
李兵
袁莉芬
项胜
何威
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei University of Technology
Original Assignee
Hefei University of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei University of Technology filed Critical Hefei University of Technology
Priority to CN201510016077.2A priority Critical patent/CN104485938A/zh
Publication of CN104485938A publication Critical patent/CN104485938A/zh
Priority to PCT/CN2015/092249 priority patent/WO2016112720A1/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/0175—Coupling arrangements; Interface arrangements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

一种低功耗电容式传感器接口电路，由传感器控制振荡器、多路分频器、多路选择器和计数器构成，传感器控制振荡器的输出端接多路分频器的输入端，多路分频器的输出端接多路选择器的输入端，多路选择器的输出端接计数器的一输入端，计数器的另一输入端外接时钟信号；计数器的输出端为数字信号输出端。本发明之接口电路在频率域处理传感器信号，采用全数字结构，电路结构简单，可以工作于较低的电源电压，有利于降低电路的整体功耗,节省芯片面积，受工艺影响小。

Description

一种低功耗电容式传感器接口电路
技术领域
本发明属于传感器接口电路领域，特别涉及一种低功耗电容式传感器接口电路。
背景技术
电容式传感器利用电容器原理，将外界环境中待测的非电量转换为电容量，再将电容量的变化转换为电压、频率等输出量，被广泛的应用在压力、湿度、加速度、位移、气体等检测中。当前，得益于微电子技术的发展，作为集成电路制造主流工艺的CMOS工艺能很好的将电容式传感器与读出电路、信号处理电路等集成在同一芯片上，不仅大大降低系统成本，而且可以提高检测精度，所以电容式传感器被广泛的应用于集成传感器的设计中。
物联网已被确定为中国战略性新兴产业之一，作为物联网关键模块的无线传感器网络节点和射频识别传感器标签的发展都对低功耗集成传感器有着广大的需求。对于电容式传感器来说，传感器以电容形式接入接口电路，因此电容式传感器的主要功耗来源于接口电路。传统电容式传感器接口电路在电压幅度域处理传感器信号，首先采用电容－电压转换器产生一个与传感器电容和参考电容差值成正比例的电压信号，再经过模数转换器将此电压信号转换为相对应的数字信号输出。这种设计方法能够获得高速和高分辨率性能，但由于采用了运算放大器，电路结构复杂，需使用较高的电源电压，整体功耗甚高，不适合低功耗应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有电容式传感器接口电路的在低功耗设计中的不足，提供一种基于振荡器的低功耗电容式传感器接口电路，此接口电路在频率域处理传感器信号，电路结构简单，可以工作于较低的电源电压，有利于降低电路的整体功耗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：
一种低功耗电容式传感器接口电路，由传感器控制振荡器、多路分频器、多路选择器和计数器构成，传感器控制振荡器的输出端接多路分频器的输入端，多路分频器的输出端接多路选择器的输入端，多路选择器的输出端接计数器的一输入端，计数器的另一输入端外接时钟信号；计数器的输出端为数字信号输出端。
所述传感器控制振荡器用于完成将传感器电容值转换为相应的振荡频率。
所述多路分频器用于产生多路振荡频率，消除因工艺偏差导致的传感器电容值与振荡器振荡频率的偏差对接口电路稳定性的影响。
所述多路选择器用于从多路分频器输出的多路频率中选择适合计数器工作的振荡频率。
所述计数器受时钟信号的控制，计算一周期内接收到多路选择器输出的脉冲数，从而产生相应的数字信号输出。
所述传感器控制振荡器、多路分频器、多路选择器和计数器均可采用数字集成电路设计。
优选地，所述传感器控制振荡器采用环形振荡器结构，此环形振荡器由奇数个首尾相连的反相器构成反馈回路，传感器电容并联接入反馈回路中。
优选地，所述反相器采用电流受限型（Current-starved）反相器，反相器的电流受电流镜的限制。
本发明之接口电路在频率域处理传感器信号，可采用全数字结构，电路结构简单，可以工作于较低的电源电压，有利于降低电路的整体功耗, 节省芯片面积，受工艺影响小。
附图说明
图1为本发明的电容式传感器接口电路结构图；
图2为本发明的传感器控制振荡器结构图；
图3为电流受限型反相器原理图；
图4为本发明的多路分频器结构图；
图5为本发明的多路选择器结构图；
图6本发明的计数器结构图；
图7为所测试的集成湿度传感器的相对湿度与接口电路输出关系图。
具体实施方式
下面结合附图和较优选实施例对本发明的技术方案进行详细地阐述。以下较优选实施例仅仅用于说明和解释本发明，而不构成对本发明技术方案的限制。
以采用台积电0.18μm CMOS工艺设计并制造集成湿度传感器芯片为例，该芯片的接口电路采用了本发明之低功耗电容式传感器接口电路，由传感器控制振荡器、多路分频器、多路选择器和计数器构成。
参照图1，传感器控制振荡器的输出端接多路分频器的输入端，多路分频器的输出端接多路选择器的输入端，多路选择器的输出端接计数器的一输入端，计数器的另一输入端外接时钟信号；计数器的输出为传感器相对应的数字信号输出。
参照图2，所述传感器控制振荡器，采用环形振荡器结构，由3个首尾相连的反相器构成反馈回路，湿度传感器电容C sens 并联接入反馈回路中，产生频率为f sens 振荡频率。
参照图3，所述反相器采用电流受限型（Current-starved）反相器，可使用1V电源电压，电流镜电流为10μA。
所述多路分频器用于产生多路振荡频率，本实施例中采用2、4、8、16四路分频（参见图1）。
所述多路选择器用于从多路分频器输出的多路频率中选择适合计数器工作的振荡频率，本实施例中采用4选1通道模式，选择4分频通道。
所述计数器受系统时钟信号的控制，计算一周期内接收到多路选择器输出的脉冲数，从而产生相应的数字信号输出，本实施例采用10bits计数器，外接时钟信号频率为1kHz，计数器的输出bout为传感器相对应的数字信号输出。
所述传感器控制振荡器、多路分频器（参见图4）、多路选择器（参见图5）和计数器（参见图6）均可采用基本数字集成电路设计，无需使用运算放大器，电路结构简单，可以工作于较低的电源电压。
图7为所测试的集成湿度传感器的相对湿度与接口电路输出关系图，由图7可知，本发明的电容式传感器接口电路获得了良好的线性度。

Claims (4)

1.一种低功耗电容式传感器接口电路，其特征在于，由传感器控制振荡器、多路分频器、多路选择器和计数器构成，传感器控制振荡器的输出端接多路分频器的输入端，多路分频器的输出端接多路选择器的输入端，多路选择器的输出端接计数器的一输入端，计数器的另一输入端外接时钟信号；计数器的输出端为数字信号输出端；
所述传感器控制振荡器用于完成将传感器电容值转换为相应的振荡频率；
所述多路分频器用于产生多路振荡频率，消除因工艺偏差导致的传感器电容值与振荡器振荡频率的偏差对接口电路稳定性的影响；
所述多路选择器用于从多路分频器输出的多路频率中选择适合计数器工作的振荡频率；
所述计数器受系统时钟信号的控制，计算一周期内接收到多路选择器输出的脉冲数，从而产生相应的数字信号输出。
2.根据权利要求1所述的低功耗电容式传感器接口电路，其特征在于，所述传感器控制振荡器、多路分频器、多路选择器和计数器均采用数字集成电路设计。
3.根据权利要求1或2所述的低功耗电容式传感器接口电路，其特征在于，所述传感器控制振荡器采用环形振荡器结构，由奇数个反相器首尾相连构成反馈回路，传感器电容并联接入反馈回路中。
4.根据权利要求3所述的功耗电容式传感器接口电路，其特征在于，所述反相器采用电流受限型反相器，反相器的电流受电流镜的限制。
CN201510016077.2A 2015-01-13 2015-01-13 一种低功耗电容式传感器接口电路 Pending CN104485938A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510016077.2A CN104485938A (zh) 2015-01-13 2015-01-13 一种低功耗电容式传感器接口电路
PCT/CN2015/092249 WO2016112720A1 (zh) 2015-01-13 2015-10-20 一种低功耗电容式传感器接口电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510016077.2A CN104485938A (zh) 2015-01-13 2015-01-13 一种低功耗电容式传感器接口电路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104485938A true CN104485938A (zh) 2015-04-01

Family

ID=52760454

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510016077.2A Pending CN104485938A (zh) 2015-01-13 2015-01-13 一种低功耗电容式传感器接口电路

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN104485938A (zh)
WO (1) WO2016112720A1 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016112720A1 (zh) * 2015-01-13 2016-07-21 合肥工业大学 一种低功耗电容式传感器接口电路
CN106026984A (zh) * 2016-06-17 2016-10-12 广州中大微电子有限公司 一种无源rfid标签电容式传感器的接口电路
CN106059534A (zh) * 2016-06-15 2016-10-26 电子科技大学 一种用于能量采集系统的cmos振荡器
CN108198403A (zh) * 2018-02-28 2018-06-22 华东交通大学 一种适用于无线传感器网络节点的多传感器接口电路
CN109525239A (zh) * 2019-01-24 2019-03-26 桂林电子科技大学 一种数字输出两级双精度生物医学电容传感器接口电路
CN110135549A (zh) * 2019-06-03 2019-08-16 深圳市灵明光子科技有限公司 光电传感芯片

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040094779A1 (en) * 2002-11-13 2004-05-20 Takeshi Isezaki Semiconductor integrated circuit device and electronic system
CN103840825A (zh) * 2014-03-21 2014-06-04 合肥工业大学 全数字集成电容式传感器接口电路

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4468665A (en) * 1981-01-30 1984-08-28 Tele-Drill, Inc. Downhole digital power amplifier for a measurements-while-drilling telemetry system
US4732043A (en) * 1986-08-11 1988-03-22 Bell Microsensors, Inc. System and method for obtaining digital outputs from multiple transducers
WO2004092751A1 (ja) * 2003-04-10 2004-10-28 Fujitsu Limited オートレンジ設定機能つきパルス幅測定装置
CN202041493U (zh) * 2011-04-13 2011-11-16 广州市计量检测技术研究院 一种i2c接口的湿度数字传感器电路
CN104485938A (zh) * 2015-01-13 2015-04-01 合肥工业大学 一种低功耗电容式传感器接口电路

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040094779A1 (en) * 2002-11-13 2004-05-20 Takeshi Isezaki Semiconductor integrated circuit device and electronic system
CN103840825A (zh) * 2014-03-21 2014-06-04 合肥工业大学 全数字集成电容式传感器接口电路

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
F. CILEK, K. SEEMANN, D. BRENK,GERALD HOLWEG: "Ultra Low Power Oscillator for UHF RFID Transponder", 《2008 IEEE INTERNATIONAL FREQUENCY CONTROL SYMPOSIUM》 *
HANS DANNEELS,KRISTOF CODDENS AND GEORGES GIELEN: "A Fully-Digital,0.3V,270nW Capacitive Sensor Interface Without External References", 《2011 PROCEEDINGS OF THE ESSCIRC》 *
SUNGHYUN PARKY, CHANGWOOK MINZ AND SEONGHWAN CHO: "A 95nW Ring Oscillator-based Temperature Sensor for RFID Tags in 0.13um CMOS", 《2009 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON CIRCUITS AND SYSTEMS》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016112720A1 (zh) * 2015-01-13 2016-07-21 合肥工业大学 一种低功耗电容式传感器接口电路
CN106059534A (zh) * 2016-06-15 2016-10-26 电子科技大学 一种用于能量采集系统的cmos振荡器
CN106059534B (zh) * 2016-06-15 2018-09-21 电子科技大学 一种用于能量采集系统的cmos振荡器
CN106026984A (zh) * 2016-06-17 2016-10-12 广州中大微电子有限公司 一种无源rfid标签电容式传感器的接口电路
CN108198403A (zh) * 2018-02-28 2018-06-22 华东交通大学 一种适用于无线传感器网络节点的多传感器接口电路
CN108198403B (zh) * 2018-02-28 2024-02-06 华东交通大学 一种适用于无线传感器网络节点的多传感器接口电路
CN109525239A (zh) * 2019-01-24 2019-03-26 桂林电子科技大学 一种数字输出两级双精度生物医学电容传感器接口电路
CN109525239B (zh) * 2019-01-24 2023-08-18 桂林电子科技大学 一种数字输出两级双精度生物医学电容传感器接口电路
CN110135549A (zh) * 2019-06-03 2019-08-16 深圳市灵明光子科技有限公司 光电传感芯片

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016112720A1 (zh) 2016-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104485938A (zh) 一种低功耗电容式传感器接口电路
CN102064802B (zh) 基于直接数字频率合成技术的低功耗低失真信号发生器
CN103487662B (zh) 电容检测电路
CN102638247B (zh) 无晶振cmos时钟产生方法及电路
CN103957007A (zh) 低信噪比下任意波形的微弱信号检测方法及系统
CN106768437B (zh) 一种温度检测系统及方法
CN110572157A (zh) 一种i/f变换电路板的温度补偿方法
CN109510616A (zh) 基于rc振荡电路的传感器接口控制电路
CN104090160A (zh) 一种高精度频率测量装置
CN101210848A (zh) 自动检测温度的电路结构
CN105352627B (zh) 一种温度检测系统的检测方法
CN207910744U (zh) 一种基于石英谐振子的信号处理电路
CN103066996A (zh) 振荡器及其自校准方法
CN210721036U (zh) 一种瞬时日差测量仪的校准装置及测量系统
CN204405208U (zh) 一种温度传感器
CN202841081U (zh) 基于cordic算法的dds波形发生器
CN103955322A (zh) 一种基于分布式结构的低功耗电容触摸屏控制芯片
CN202424650U (zh) 一种用于汽车仪表检测的信号发生器
CN203658463U (zh) 一种基于dsp的数字频率计
CN103840825A (zh) 全数字集成电容式传感器接口电路
CN204129211U (zh) 一种基无源无线多参数传感器智能电能表温升检测装置
CN105466609A (zh) 一种电容式微差压智能变送器
CN203561373U (zh) 电容传感器的测量电路
CN203261301U (zh) 一种基于ad9850的信号源系统
CN203504499U (zh) 多相位产生电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20150401