CN106921384B - 传感器读出电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种传感器读出电路。所述传感器读出电路包括斩波开关阵列、多输入接口、运算放大器、反馈网络，温漂校正电路、斩波开关、低通滤波器、数字控制逻辑电路以及振荡器，本发明通过使用温漂校正电路对电阻温漂系数进行校正，以及使用折叠共源共栅放大器对输入的差分电压对进行放大处理，能够减少电阻使用量，降低支路之间电阻失配概率，从而减小读出信号误差以及节约芯片成本。

Description

传感器读出电路
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种传感器读出电路。
背景技术
随着智能制造和物联网技术的不断发展，传感器的应用越来越广泛，为了提高传感器的灵敏度及集成度，传感器的传感前端一般采用低电压、低功耗的敏感部件，这些敏感部件的使用将会导致输出信号极为微弱，甚至于很多传感电压输出信号的幅度在1uv以下，这些传感器前端敏感部件的设计，对后续传感器读出和放大电路的设计带来了极大的挑战。
目前，现有的传感器读出和放大电路采用如图1所示的电路，传感电压输出信号通过斩波开关阵列调频到高频段后，进入多输入接口，所述多输入接口将多路传感电压信号转换为多路传感电流信号，并再直接相加所述多路传感电流信号后，接入放大电路中，所述放大电路对所述多路传感电流信号并放大，得到放大的单路传感电压信号，并通过低通滤波器滤波后输出，其中，数字控制逻辑电路为斩波开关及斩波开关阵列提供控制信号，振荡器为数字控制逻辑电路提供工作时钟。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题：
现有的传感器读出电路，由于传感器前端输出的微弱电压信号的驱动能力较弱，导致阻性的运算放大器中闭环环路的电阻阻值非常大，从而占据较大的芯片面积，同时，多组输入信号的电阻之间存在互相干扰导致的线路失配问题，以及放大电路的输出信号偏差较大问题。
发明内容
本发明提供的传感器读出电路，能够减少电阻使用量，降低支路之间电阻失配概率，从而减小读出信号误差以及节约芯片成本。
第一方面，本发明提供一种传感器读出电路，包括：
斩波开关阵列、多输入接口、运算放大器、反馈网络，温漂校正电路、斩波开关、低通滤波器、数字控制逻辑电路以及振荡器，其中，
所述斩波开关阵列第一端与传感器传感前端相连，用于接收所述传感前端发送的传感电压信号，并将所述传感电压信号的频率调制到高频段；
所述多输入接口的第一端与所述斩波开关阵列的第二端相连，用于接收所述斩波开关阵列发送的传感电压信号，并将所述传感电压信号转换为传感电流信号；
所述运算放大器及所述反馈网络的第一端与所述多输入接口的第二端连接，用于将所述多输入接口输出的多路传感电流信号转换为单路传感电压信号并以固定的倍数进行放大；
所述温漂校正电路与所述运算放大器及所述反馈网络的第一端相连，用于对所述运算放大器及所述反馈网络中由于电阻产生的温漂进行校正；
所述斩波开关的第一端与所述运算放大器的第二端相连，用于将所述运算放大器输出的单路电压信号的频率从高频段调制到低频段；
所述低通滤波器的第一端与所述斩波开关的第二端连接，用于接收所述斩波开关发送的单路电压信号，并对所述单路电压信号消除噪声后输出；
所述数字控制逻辑电路的第一端与所述斩波开关阵列相连，所述数字控制逻辑电路的第二端与所述斩波开关相连，用于为所述斩波开关阵列及所述斩波开关提供控制信号，所述控制信号用于控制所述斩波开关阵列及所述斩波开关的开合状态；
所述振荡器与所述数字控制逻辑电路相连，用于为所述数字控制逻辑电路提供工作时钟，以使所述数字控制逻辑电路产生所述控制信号。
可选地，所述斩波开关阵列中斩波开关的数量与接收到所述传感电压信号的路数相等。
可选地，所述多输入接口包含多组差分电压对。
可选地，所述运算放大器采用折叠共源共栅放大器。
可选地，所述多输入接口的多组差分电压对与所述折叠共源共栅放大器的折叠端相连。
可选地，所述反馈网络包含输入电阻和反馈电阻。
可选地，所述温漂校正电路中校正电阻的温度系数与运算放大电路中所述输入电阻的温度系数相反。
可选地，所述温漂校正电路通过将所述校正电阻与所述输入电阻并联，实现对所述运算放大器的温漂校正。
本发明实施例提供的传感器读出电路，包括斩波开关阵列、多输入接口、运算放大器、反馈网络，温漂校正电路、斩波开关、低通滤波器、数字控制逻辑电路以及振荡器，通过温漂校正电路对电阻温漂系数进行校正，以及使用折叠共源共栅放大器对输入的差分电压对进行放大处理，能够减少电阻使用量，降低支路之间电阻失配概率，从而减小读出信号误差以及节约芯片成本。
附图说明
图1为现有技术中传感器读出电路的结构示意图；
图2为本发明一实施例传感器读出电路的结构示意图；
图3为本发明斩波开关的结构示意图；
图4为本发明运算放大器的电路结构图；
图5为本发明传感器读出电路的电路图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种传感器读出电路，如图2所示，所述传感器读出电路包括斩波开关阵列11、多输入接口12、运算放大器13、反馈网络14，温漂校正电路15、斩波开关16、低通滤波器17、数字控制逻辑电路18以及振荡器19，其中，
所述斩波开关阵列11第一端与传感器传感前端相连，用于接收所述传感前端发送的传感电压信号，并将所述传感电压信号的频率调制到高频段；
可选地，所述斩波开关的结构图如图3所示，且所述斩波开关阵列中斩波开关的数量与接收到所述传感电压信号的路数相等。
所述多输入接口12的第一端与所述斩波开关阵列11的第二端相连，用于接收所述斩波开关阵列11发送的传感电压信号，并将所述传感电压信号转换为传感电流信号；
可选地，所述多输入接口12包含多组差分对；
所述运算放大器13及所述反馈网络14的第一端与所述多输入接口12的第二端连接，用于将所述多输入接口12输出的多路传感电流信号转换为单路传感电压信号并以固定的倍数进行放大；
可选地，如图4所示，为本发明运算放大器的电路结构图，所述多输入接口12输出m路传感电流信号并变为m路传感电压信号后直接连接所述运算放大器13的输入端，等效电压Vcm按照闭环接法接入运算放大器13，进而可以确定放大增益并提供静态工作点，避免了多条支路需要多个电阻的缺陷；
可选地，所述运算放大器13采用折叠共源共栅放大器。
可选地，所述多输入接口12的多组差分电压对与所述折叠共源共栅放大器的折叠端相连。
可选地，所述折叠共源共栅放大器的折叠端是容性的；
可选地，所述反馈网络14包含输入电阻R1和反馈电阻Rf。
所述温漂校正电路15与所述运算放大器13及所述反馈网络14的第一端相连，用于对所述运算放大器13及所述反馈网络14中由于电阻产生的温漂进行校正；
可选地，如图5所示，为本发明传感器读出电路的电路图；
其中，图5中的电路包含了多输入接口12、温漂校正电路15、运算放大器13、反馈网络14四个部分。在这一电路中，存在m个差分输入对，即Vip1和Vin1，Vip2和Vin2，……，Vipm和Vinm，构成了多输入接口12，它们作为运算放大器13的开环输入，与运算放大器13主体结构的输入差分对Vip和Vin一样，直接在折叠共源共栅放大器主体的折叠端相连，这相当于通过多个输入PMOS管的跨导g将m个支路的电压信号变为电流信号，然后在运算放大器13的共栅级的电流源处直接相加，起到了多输入求和的作用。
其中，所述温漂校正电路15通过将校正电阻R2与所述输入电阻R1并联，实现对所述运算放大器13的温漂校正。
具体地，带有温漂校正电路15的运算放大器13的闭环增益表达式如下：
Figure BDA0001222874800000051
其中，R1与R2并联后，整个电路中电阻的温度系数由于R2的存在变得可以调节，进而可以通过调节R2的温度系数来减少R1的温度系数产生的温漂；
可选地，所述温漂校正电路中校正电阻R2的温度系数与运算放大电路中的所述输入电阻R1的温度系数相反。
可选地，R2的取值确定后，运算放大电路13的闭环放大倍数Ac将由Rf/(R1+R2)决定，传感器输入信号通过输入差分对耦合进入反馈网络14后，其放大倍数也由Ac决定，并保持恒定。
所述斩波开关16的第一端与所述运算放大器13的第二端相连，用于将所述运算放大器13输出的单路电压信号的频率从高频段调制到低频段；
所述低通滤波器17的第一端与所述斩波开关16的第二端连接，用于接收所述斩波开关16发送的单路电压信号，并对所述单路电压信号消除噪声后输出；
所述数字控制逻辑电路18的第一端与所述斩波开关阵列11相连，所述数字控制逻辑电路18的第二端与所述斩波开关16相连，用于为所述斩波开关阵列11及所述斩波开关16提供控制信号，所述控制信号用于控制所述斩波开关阵列11及所述斩波开关16的开合状态；
所述振荡器19与所述数字控制逻辑电路18相连，用于为所述数字控制逻辑电路18提供工作时钟，以使所述数字控制逻辑电路18产生所述控制信号。
本发明实施例提供的传感器读出电路，包括斩波开关阵列、多输入接口、运算放大器、反馈网络，温漂校正电路、斩波开关、低通滤波器、数字控制逻辑电路以及振荡器，通过温漂校正电路对由于电阻温漂系数产生的温漂进行校正，以及使用折叠共源共栅放大器对输入的差分电压对进行放大处理，能够减少电阻使用量，降低支路之间电阻失配概率，从而减小读出信号误差以及节约芯片成本。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种传感器读出电路，其特征在于，所述传感器读出电路包括斩波开关阵列、多输入接口、运算放大器、反馈网络，温漂校正电路、斩波开关、低通滤波器、数字控制逻辑电路以及振荡器，其中，
所述斩波开关阵列第一端与传感器传感前端相连，用于接收所述传感前端发送的传感电压信号，并将所述传感电压信号的频率调制到高频段；
所述多输入接口的第一端与所述斩波开关阵列的第二端相连，用于接收所述斩波开关阵列发送的传感电压信号，并将所述传感电压信号转换为传感电流信号；
所述运算放大器及所述反馈网络的第一端与所述多输入接口的第二端连接，用于将所述多输入接口输出的多路传感电流信号转换为单路传感电压信号并以固定的倍数进行放大；
所述温漂校正电路与所述运算放大器及所述反馈网络的第一端相连，用于对所述运算放大器及所述反馈网络中由于电阻产生的温漂进行校正；
所述斩波开关的第一端与所述运算放大器的第二端相连，用于将所述运算放大器输出的单路电压信号的频率从高频段调制到低频段；
所述低通滤波器的第一端与所述斩波开关的第二端连接，用于接收所述斩波开关发送的单路电压信号，并对所述单路电压信号消除噪声后输出；
所述数字控制逻辑电路的第一端与所述斩波开关阵列相连，所述数字控制逻辑电路的第二端与所述斩波开关相连，用于为所述斩波开关阵列及所述斩波开关提供控制信号，所述控制信号用于控制所述斩波开关阵列及所述斩波开关的开合状态；
所述振荡器与所述数字控制逻辑电路相连，用于为所述数字控制逻辑电路提供工作时钟，以使所述数字控制逻辑电路产生所述控制信号。
2.根据权利要求1所述的传感器读出电路，其特征在于，所述斩波开关阵列中斩波开关的数量与接收到所述传感电压信号的路数相等。
3.根据权利要求1所述的传感器读出电路，其特征在于，所述多输入接口包含多组差分电压对。
4.根据权利要求1所述的传感器读出电路，其特征在于，所述运算放大器采用折叠共源共栅放大器。
5.根据权利要求4所述的传感器读出电路，其特征在于，所述多输入接口的多组差分电压对与所述折叠共源共栅放大器的折叠端相连。
6.根据权利要求1所述的传感器读出电路，其特征在于，所述反馈网络包含输入电阻和反馈电阻。
7.根据权利要求6所述的传感器读出电路，其特征在于，所述温漂校正电路中校正电阻的温度系数与运算放大电路中所述输入电阻的温度系数相反。
8.根据权利要求7所述的传感器读出电路，其特征在于，所述温漂校正电路通过将所述校正电阻与所述输入电阻并联，实现对所述运算放大器的温漂校正。
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