CN109696186B - 用于电阻式传感器和电容式传感器的读出电路 - Google Patents

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Abstract

一种用于电阻式传感器和电容式传感器的读出电路，其包括：第一输入，在第一操作模式中被耦合到参考电阻器，并且在第二操作模式中被耦合到电阻式传感器；第二输入，在第一操作模式中被耦合到电容式传感器，并且在第二操作模式中被耦合到参考电容器；以及输出，用于在第一操作模式中提供电容式传感器数据流，并且用于在第二操作模式中提供电阻式传感器数据流。

Description

用于电阻式传感器和电容式传感器的读出电路
技术领域
本发明一般地涉及用于电阻式传感器和电容式传感器的读出电路。
背景技术
现代消费电子器件的一个趋势是在单个设备中集成众多不同的传感器(例如压力、温度、气体、湿度以及麦克风)。每个传感器都基于不同的物理原理，其转换不同的待检测电量(主要是电阻和电容)。对应的读出电子器件必须适应每个传感器，这意味着必须设计和实现不同的模拟读出系统，这增加了生产成本和设备功耗。
电容式传感器典型地被耦合到高欧姆读出接口、开关电容器放大器或电荷感测放大器。
当感测电阻具有小的变化时，电阻式传感器典型地基于简单的分压器和惠斯通电桥结构被耦合到读出电路。当电阻具有较大的变化时，电阻式传感器典型地基于多尺度方法和电阻频率转换系统被耦合到读出电路。
发明内容
根据本发明，实施例使用相同的读出通道和电路允许电阻式传感器和电容式传感器两者的读出。这使得接口非常通用并且特别地适合于多个不同传感器必须共存(例如，现代智能手机)的便携式设备。
对于电阻式传感器和电容式传感器两者的读出，接口能够通过执行电阻到时间和/或电容到时间转换来转换数字输出中的感测元件值。
在时域中工作允许以动态范围和分辨率权衡转换时间，这在物理传感器的测量中更为重要，因为待检测的环境现象(气体浓度、压力、温度)具有慢的时间变化。
根据实施例的接口还利用多路复用架构以连接不同的电阻式感测元件，同时避免由多路复用器(多路复用器开关的Ron和Roff)引入的典型缺点，并且与非常宽范围的能够被转换的电阻器组合，使接口非常通用并且与许多不同的传感器兼容。
根据实施例的读出电路受益于缩放技术，由此减小了专用集成电路(ASIC)的尺寸并且因此适合较小的封装(即使使用相同尺寸的微电子机械系统(MEMS)或传感器)。
根据实施例，读出电路可以与相同管芯上的多个集成传感器一起使用，并且读出电路架构与几种类型的感测元件(电容式和电阻式两者)兼容。示例包括麦克风、压力、气体、湿度以及其他此类传感器。
根据实施例的读出电路的高灵活性使用相同的读出通道和电路允许电阻式传感器和电容式传感器两者的读出。由于由时间转换支持的宽动态范围，可以在数字域中转换具有不同电气变化的不同传感器。
在第一实施例中，一种读出电路包括：第一输入，在第一操作模式中被耦合到参考电阻器，并且在第二操作模式中被耦合到电阻式传感器；第二输入，在第一操作模式中被耦合到电容式传感器，并且在第二操作模式中被耦合到参考电容器；以及输出，用于在第一操作模式中提供电容式传感器数据流，并且用于在第二操作模式中提供电阻式传感器数据流。读出电路包括被耦合到第一输入的电压到电流转换器，其中电压到电流转换器包括放大器，其在第一操作模式中被耦合到第一电流镜部分并且在第二操作模式被耦合到第二电流镜部分。读出电路包括被耦合到电压到电流转换器和第二输入的积分器，其中积分器包括被耦合到第一开关和第二开关的放大器，第一开关和第二开关在第一操作模式中被配置在第一位置，并且在第二操作模式中被配置在第二位置。读出电路包括被耦合到积分器和输出的逻辑电路，其中逻辑电路包括具有第一阈值电压的第一比较器，第一比较器被耦合到具有第二阈值电压的第二比较器。
在第二实施例中，一种集成电路包括：第一输入引脚，用于耦合到电阻器；第二输入引脚，用于耦合到电容器；以及输出引脚，被配置为在第一操作模式中提供与电容器的值对应的数据流，并且在第二操作模式中提供与电阻器的值对应的数据流。集成电路包括被耦合到第一输入的电压到电流转换器，其中电压到电流转换器包括放大器，其在第一操作模式中被耦合到第一电流镜部分并且在第二操作模式中被耦合到第二电流镜部分。集成电路包括被耦合到电压到电流转换器和第二输入的积分器，其中积分器包括被耦合到第一开关和第二开关的放大器，第一开关和第二开关在第一操作模式中被配置在第一位置，并且在第二操作模式中被配置在第二位置。集成电路包括被耦合到积分器和输出的逻辑电路，其中逻辑电路包括具有第一阈值电压的第一比较器，第一比较器被耦合到具有第二阈值电压的第二比较器。
在第三实施例中，一种操作读出电路的方法包括：在第一操作模式中将电阻器和电容式传感器耦合到该电路的第一输入和第二输入；在第二操作模式中将电容器和电阻式传感器耦合到该电路的第一输入和第二输入；在第一操作模式中在输出处提供电容式传感器数据流；以及在第二操作模式中在输出处提供电阻式传感器数据流。该方法包括从驻留在设备中的多个电容式传感器中选择电容式传感器，以及/或者从驻留在设备中的多个电阻式传感器中选择电阻式传感器。该方法也可以包括将电阻式传感器和电路一起集成在集成电路中，以及/或者将电容式传感器和电路一起集成在集成电路中。该方法包括提供电容式传感器数据流和电阻式数据流中的至少一个作为串行数据流。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图的描述，在附图中：
图1至图3是根据实施例的ASIC集成电路的框图；
图4是根据实施例的读出电路的实质上模拟部分的示意图；
图5是根据另一实施例的读出电路的实质上模拟部分的示意图；
图6是根据一个实施例的示出了模拟和数字部分的根据另一实施例的ASIC集成电路的框图。
图7是与图6的ASIC集成电路相关联的时序图；以及
图8示出了驻留在设备中的集成读出电路实施例。
具体实施方式
图1示出了ASIC 100A，其在相关部分中包括被耦合到积分器104的电压到电流转换器102，积分器104又被耦合到逻辑电路106，如下面将进一步详细描述。在第一操作模式中，双节点输入108被耦合到可变电阻器RSENS，其表示电阻式传感器，并且双节点输入110被耦合到固定电容器CREF，其表示电容性参考。因此，ASIC 100A被配置用于基于电阻式传感器的电阻性变化来读出数据。
图2示出了ASIC 100B，其在相关部分中包括被耦合到积分器104的电压到电流转换器102，积分器104又被耦合到逻辑电路106，如下面将进一步详细描述。在第二操作模式中，双节点输入108被耦合到固定电阻器RREF，其表示电阻性参考，并且双节点输入110被耦合到可变电容器CSENS，其表示电容式传感器。因此，ASIC 100B被配置用于基于电容式传感器的电容性变化来读出数据。
图3示出了ASIC 100C，其在相关部分中包括被耦合到积分器104的电压到电流转换器102，积分器104又被耦合到逻辑电路106，如下面将进一步详细描述。在第三操作模式中，双节点输入108被耦合到可变电阻器RSENS，其表示电阻式传感器，并且双节点输入110被耦合到可变电容器CSENS，其表示电容式传感器。在一个实施例中，两个传感器同时被耦合到ASIC读出电路。因此，ASIC 100C被配置用于基于电阻式传感器的电阻性变化和电容式传感器的电容性变化来读出复合串行数据。第三操作模式可以被用在例如具有非重叠响应特性的电容式传感器和电阻式传感器中。非重叠响应特性可被视为第一传感器在例如第一频率范围内充当针对第二传感器的参考，并且第二传感器在例如第二非重叠频率范围内充当针对第一传感器的参考。两个传感器可以同时被耦合到读出电路的其他示例可以包括差分传感器，包括第一电容式传感器和第二电阻式传感器。两个传感器可以同时被耦合到读出电路的再其他示例可以包括触发传感器，其功能是响应于输入而改变状态。也可以使用线性传感器，但是读出电路的输出将是可以在特定实现中使用的两个传感器输出的乘积。
图4示出了根据一个实施例的读出电路的架构的可能实现的示意图。电路400包括电压到电流(V2I)转换器，其中两个OPAMP A1和A2以及晶体管M1A/M2A使用两个稳定的参考和偏置电压VREF_P和VREF_N来提供跨感测电阻RSENS的偏置电压。两个OPAMP A1和A2以及晶体管M1B/M2B使用两个稳定的参考和偏置电压VREF_P和VREF_N来提供跨参考电阻RREF的偏置电压。开关S1、S2、S3和S4在第一位置中将传感器电阻器RSENS耦合到晶体管M1A和M2A的源极，并且在第二位置中将参考电阻器RREF耦合到晶体管M1B和M2B的源极。图4中所示的反馈和源极跟随器结构保证了在所有缓冲节点(晶体管M1A的源极、晶体管M2A的源极、晶体管M1B的源极和晶体管M2B的源极)处的低输出电阻。在两个感测电阻器RSENS端子处的稳定偏置确保了传感器的更好的稳定性，并且将其与接地和电源电压隔离。然后，根据控制信号CTRL_H和CTRL_L，信号电流ISENS＝(VREF_P-VREF_N)/RSENS被镜像并且备选地从包括OPAMP A5的积分器的虚拟接地被汲取或在该虚拟接地中被提供。这些控制信号指向开关S5和S6。在第一位置中，晶体管M3的漏极被耦合到OPAMP A5的输入，并且晶体管M4的漏极被耦合到VDD。在第二位置中，晶体管M4的漏极被耦合到OPAMP A5的输入，并且晶体管M3的漏极被耦合到接地。
开关S7和S8用于将电容性参考的电容式传感器CSENSE耦合到OPAMP A5。复位晶体管M9接收复位控制信号，并且晶体管M9的源极和漏极节点被耦合在OPAMP A5的负输入和输出VO之间。OPAMP A5的正输入被耦合到共模电压VCM。
开关S7用于在第一位置中形成具有晶体管M5A和M7的第一电流镜，并且用于在第二位置中形成具有晶体管M5B和M7的第二电流镜。如图所示，两个电流镜都具有δ的比率。类似地，开关S8用于在第一位置中形成具有晶体管M6A和M8的第一电流镜，并且用于在第二位置中形成具有晶体管M6B和M8的第二电流镜。如图所示，两个电流镜都具有δ的比率。使用晶体管M7形成的电流镜包括使用OPAMP A3和晶体管M3的输出电阻升压电路，如下文将进一步详细说明。使用晶体管M8形成的电流镜包括使用OPAMP A4和晶体管M4的输出电阻升压电路，如下文将进一步详细说明。
在包括OPAMP A5的积分器的输出处，电压VO是三角波形，其与两个参考电压(VTH和VTL)进行比较以产生开关控制信号和引导电流。第一比较器402接收VO三角形输出电压和VTH参考电压，以产生被耦合到锁存器406的SN输入的第一可变频率输出电压。第二比较器404接收VO三角形输出电压和VTL参考电压，以产生被耦合到锁存器406的RN输入的第二可变频率输出电压。锁存器406在Q输出处产生CTRL_H控制信号，并且在QN输出处产生CTRL_L控制信号，如图所示。附加锁存器406的存在总是保证比较器的同步切换。在图4中示出了在特定时间段中具有时段TOSC的可变频率输出信号。图4中所示的电路400的可变频率输出位于锁存器406的Q或QN输出处。
输出时段波形根据以下表达式与传感器电阻值成比例：
Figure BDA0001837296610000061
其中ΔV＝VTH-VTL是比较器402和比较器404的输入开关窗，并且δ是如前讨论的包括晶体管M7和M8的电流镜的电流比率。可变频率输出信号到串行数据位流的数字转换是通过计数在精确限定的时间窗中发生多少振荡来执行的，如下面将特别参考图6的描述进一步详细讨论。
等式[1]用于测量电阻式传感器的电阻值。通过在上面的等式中反转R和C的作用，可以使用相同的架构来测量电容式传感器中的未知电容器值。在等式[1]的电阻到频率转换中，未知参数是RSENS，并且电容值是固定的。在等式[2]的电容到频率转换中，参考电阻器RREF用于产生恒定电流ISENS，以集成在传感器电容CSENS中，从而导致与CSENS本身成比例的振荡频率：
Figure BDA0001837296610000071
如图4所示，接口可以适于通过具有在高阻抗节点上工作的多路复用开关来转换电阻式传感器的矩阵，避免引入可能引起测量中的附加误差的寄生电阻。备选地，接口可以适于通过具有多路复用开关或电阻式传感器和电容式传感器的组合来转换电容式传感器的矩阵。开关S1至S8可以用于提供多路复用功能，或者可以被设置在可能需要在应用中容纳单个传感器的固定位置中。对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在多路复用操作模式中使用多样性传感器，但是将产生多路复用数据输出流，其中仅数据输出流的周期性部分将与单个电容式传感器或电阻式传感器相关联。
由于RSENS的电阻值的大的变化，电流镜必须在非常宽的电流范围内保持非常高的线性度。然后强烈建议针对电流镜选择经调节的级联拓扑，并且OPAMP A3和A4应具有足够高的增益来提升每个电流镜的输出阻抗。为了更好地适应工作点约束，OPAMP A3使用p输入拓扑，而OPAMP A4使用互补n输入拓扑。
晶体管M1A、M1B、M2A和M2B理想地具有非常大的W/L比率，以保持它们的过驱动低并且避免在高ISENS条件下放大器A1和A2的输出饱和。晶体管M3和M4理想地确保OPAMP A3和A4的输出始终与VDD和GND充分分开，并且因此它们具有低得多的W/L比率。
应选择用于评估CSENS的RREF值，以具有在其最佳标称工作点以恒定电流工作的电流镜，以确保在所有条件下的最佳线性响应。
示出的积分器OPAMP(A5)以及比较器402和比较器404理想地足够快以应对最大振荡频率。比较器输入开关窗ΔV应尽可能大，以降低比较器的偏移对输出分辨率的影响。
图5中示出了与图4的实施方式类似的实施方式。在图5所示的电路500中，仅电阻式感测元件的一个端子可用，并且V2I转换器在可用端子与接地之间提供偏置。
因此，图5示出了根据另一实施例的读出电路的架构的可能实现的示意图。电路500包括电压到电流(V2I)转换器，其中单个OPAMP A1和晶体管M1A使用稳定的参考和偏置电压VREF来提供跨感测电阻RSENS的偏置电压。单个OPAMP A1和晶体管M1B使用单个稳定的参考和偏置电压VREF来提供跨参考电阻RREF的偏置电压。电阻式传感器RSENS和电阻性参考电阻RREF都被耦合到接地。开关S1和S2在第一位置中将传感器电阻器RSENS耦合到晶体管M1A的源极，并且在第二位置中将参考电阻器RREF耦合到晶体管M1B的源极。图5中所示的反馈和源极跟随器结构保证了在晶体管M1A的源极和晶体管M2A的源极处的低输出电阻。然后，根据控制信号CTRL_H和CTRL_L，信号电流ISENS＝VREF/RSENS被镜像并且备选地从包括OPAMP A5的积分器的虚拟接地被汲取或在该虚拟接地中被提供。这些控制信号指向开关S5和S6。在第一位置中，晶体管M7B的漏极被耦合到OPAMP A5的输入，并且晶体管M8B的漏极被耦合到VDD。在第二位置中，晶体管M8B的漏极被耦合到OPAMP A5的输入，并且晶体管M7B的漏极被耦合到接地。
开关S7用于在第一位置中形成具有晶体管M5A和M7A和M7B的第一双输出电流镜，并且用于在第二位置中形成具有晶体管M5B和M7A和M7B的第二双输出电流镜。如图所示，两个电流镜都具有δ的比率。
图5中的剩余电路涉及前面描述的积分电路和三角波到可变频率输出信号转换。
ASIC 100D在图6中比先前描述更详细地示出，示出了实质上模拟部分116和数字部分118，数字部分118部分地包括频率到串行数据转换器。模拟部分116实质上如前所述包括V2I转换器102、积分器104和比较器部分106。在一个实施例中，模拟部分116中还示出了用于接收来自电阻式传感器的输入的双节点输入108，以及用于接收来自参考电容器的输入的双节点输入110。参考内部时钟114用于产生时间窗(用作传感器测量的基础)。还示出了带隙电路112，用于产生所使用的电压参考和电流参考。
数字部分118利用单个位接口来将积分器的输出处的三角波信号的频率转换为可以在ASIC输出出传送的数字。在相关部分中，在参考稳定时间窗中的积分器的输出处的波的上升/下降沿的数量被计数。数字部分118包括寄存器120、比较器122、参考计数器124以及具有输出总线128的GAS计数器126。数字部分118中还示出了多路复用器130、状态机132和并行到串行转换器134。复位和使能总线被耦合到积分器104、GAS计数器126、参考计数器124、状态机132以及并行到串行转换器134，并且如图所示被引出到选通引脚。
ASIC 100D上的引脚包括但不限于模拟电源电压VDDANA、数字电源电压VDDDIG、双位时间窗选择、开始测量和结束测量选通、数据输出、以及两个节点输入108和110。
参考图6的时序图，波形图示出以下信号：clk、sensor_signal、start_meas、count_en、clk_count、signal_count、serial_data和data_flag。
“clk”信号是先前描述的内部500KHz时钟信号。
“sensor_signal”是电容性信号或电阻性信号的输出。
“start_meas”信号是开始测量周期的脉冲。
“count_en”是在当时钟周期和传感器信号周期被计数时变为高的信号。
“clk_count”信号示出了被计数的时钟信号的数量的计数进展。
“signal_count”信号对在积分器的输出处产生的电压信号的上升/下降沿(取决于实现，但不相关)进行计数，并且利用比较器来成方形。
“serial_data”信号是用于说明性的并且是指在输出引脚处向用户提供的串行数据，其复用一个或多个电阻式和/或电容式传感器。
ASIC 100D提供的串行数据的分辨率取决于时间窗持续时间和时钟频率。一般而言，随着更长的窗持续时间和更高的时钟频率，分辨率将得到改善。
图8以框图形式示出了诸如蜂窝电话的设备800，其中集成的读出电路802与多个外部电阻性参考806、电阻式传感器808、电容性参考810和电容式传感器812交互。还示出了设备处理器804，其用于与读出电路802交互并且用于控制参考和传感器的可用性。在图8中，传感器和参考将集成在同一集成电路802上，或集成电路802的外部但驻留在设备800上，或两者的组合。在一个实施例中，读出电路802中示出的六个输入可以如下对应于图4的电路400：IN1晶体管M1A的源极、IN2晶体管M2A的源极、IN3晶体管M1B的源极、IN4晶体管M2B的源极、IN5OPAMP A5的负输入、以及IN6OPAMP A6的输出。
在第一操作模式中，参考电阻器806中的一个和电容式传感器812中的一个可以被选择并且被耦合到电路400的适当的输入。在第二操作模式中，参考电容器810中的一个和电阻式传感器808中的一个可以被选择并且被耦合到电路400的适当的输入。在第三操作模式中，电阻式传感器808中的一个和电容式传感器812中的一个可以被选择并且被耦合到电路400的适当输入。
在一个实施例中，电路400可以被配置为在两个或所有三种操作模式之间进行多路复用。不同的传感器和参考还可以从多个传感器和参考中被选择，并且根据需要被多路复用。如果需要，其他实施例可以在第一操作模式、第二操作模式或第三操作模式中被硬连线到固定的操作。
虽然已经参考说明性实施例描述了本发明，但是该描述并不旨在以限制意义来解释。参考说明书，本领域技术人员将清楚说明性实施例的各种修改和组合以及本发明的其他实施例。因此，所附权利要求旨在涵盖任何这样的修改或实施例。

Claims (16)

1.一种电路，包括：
第一输入，在第一操作模式被耦合到参考电阻器，并且在第二操作模式中被耦合到电阻式传感器；
第二输入，在所述第一操作模式中被耦合到电容式传感器，并且在所述第二操作模式中被耦合到参考电容器；
输出，用于在所述第一操作模式中提供电容式传感器数据流，并且用于在所述第二操作模式中提供电阻式传感器数据流；以及
电压到电流转换器，被耦合到所述第一输入，
其中所述电压到电流转换器包括放大器，所述放大器由直接耦合到所述放大器的输出的开关在所述第一操作模式中选择性地耦合到第一电流镜部分，并且在所述第二操作模式中选择性地耦合到第二电流镜部分，所述第二电流镜部分不同于所述第一电流镜部分，
其中第三电流镜部分在所述第一操作模式中选择性地耦合到所述第一电流镜部分，
其中所述第三电流镜部分在所述第二操作模式中选择性地耦合到所述第二电流镜部分，所述第一电流镜部分和所述第三电流镜部分构成所述第一操作模式中的第一电流镜，并且所述第二电流镜部分和所述第三电流镜部分构成所述第二操作模式中的第二电流镜，并且
其中所述第一电流镜部分包括所述第一电流镜的输入晶体管，所述第二电流镜部分包括所述第二电流镜的输入晶体管，并且所述第三电流镜部分包括所述第一操作模式中的所述第一电流镜的输出晶体管和所述第二操作模式中的所述第二电流镜的输出晶体管。
2.根据权利要求1所述的电路，进一步包括被耦合到所述电压到电流转换器和所述第二输入的积分器。
3.根据权利要求2所述的电路，其中所述积分器包括被耦合到第一开关和第二开关的放大器，所述第一开关和所述第二开关在所述第一操作模式中被配置在第一位置，并且在所述第二操作模式中被配置在第二位置。
4.根据权利要求2所述的电路，进一步包括被耦合到所述积分器和所述输出的逻辑电路。
5.根据权利要求4所述的电路，其中所述逻辑电路包括具有第一阈值电压的第一比较器，所述第一比较器被耦合到具有第二阈值电压的第二比较器。
6.一种集成电路，包括：
第一输入引脚，用于耦合到电阻器；
第二输入引脚，用于耦合到电容器；
输出引脚，被配置为在第一操作模式中提供与所述电容器的值相对应的数据流，并且在第二操作模式中提供与所述电阻器的值相对应的数据流；以及
电压到电流转换器，被耦合到所述第一输入，
其中所述电压到电流转换器包括放大器，所述放大器由直接耦合到所述放大器的输出的开关在所述第一操作模式中选择性地耦合到第一电流镜部分，并且在所述第二操作模式中选择性地耦合到第二电流镜部分，所述第二电流镜部分不同于所述第一电流镜部分，
其中第三电流镜部分在所述第一操作模式中选择性地耦合到所述第一电流镜部分，
其中所述第三电流镜部分在所述第二操作模式中选择性地耦合到所述第二电流镜部分，所述第一电流镜部分和所述第三电流镜部分构成所述第一操作模式中的第一电流镜，并且所述第二电流镜部分和所述第三电流镜部分构成所述第二操作模式中的第二电流镜，并且
其中所述第一电流镜部分包括所述第一电流镜的输入晶体管，所述第二电流镜部分包括所述第二电流镜的输入晶体管，并且所述第三电流镜部分包括所述第一操作模式中的所述第一电流镜的输出晶体管和所述第二操作模式中的所述第二电流镜的输出晶体管。
7.根据权利要求6所述的电路，进一步包括被耦合到所述电压到电流转换器和所述第二输入的积分器。
8.根据权利要求7所述的电路，其中所述积分器包括被耦合到第一开关和第二开关的放大器，所述第一开关和所述第二开关在所述第一操作模式中被配置在第一位置，并且在所述第二操作模式中被配置在第二位置。
9.根据权利要求7所述的电路，进一步包括被耦合到所述积分器和所述输出的逻辑电路。
10.根据权利要求9所述的电路，其中所述逻辑电路包括具有第一阈值电压的第一比较器，所述第一比较器被耦合到具有第二阈值电压的第二比较器。
11.一种操作设备中的电路的方法，包括：
在第一操作模式中将电阻器和电容式传感器耦合到所述电路的第一输入和第二输入；
在第二操作模式中将电容器和电阻式传感器耦合到所述电路的第一输入和第二输入；
在所述第一操作模式中在输出处提供电容式传感器数据流；以及
在所述第二操作模式中在所述输出处提供电阻式传感器数据流；
其中所述电路还包括被耦合到所述第一输入的电压到电流转换器，
其中所述电压到电流转换器包括放大器，所述放大器由直接耦合到所述放大器的输出的开关在所述第一操作模式中选择性地耦合到第一电流镜部分，并且在所述第二操作模式中选择性地耦合到第二电流镜部分，所述第二电流镜部分不同于所述第一电流镜部分，
其中第三电流镜部分在所述第一操作模式中选择性地耦合到所述第一电流镜部分，
其中所述第三电流镜部分在所述第二操作模式中选择性地耦合到所述第二电流镜部分，所述第一电流镜部分和所述第三电流镜部分构成所述第一操作模式中的第一电流镜，并且所述第二电流镜部分和所述第三电流镜部分构成所述第二操作模式中的第二电流镜，并且
其中所述第一电流镜部分包括所述第一电流镜的输入晶体管，所述第二电流镜部分包括所述第二电流镜的输入晶体管，并且所述第三电流镜部分包括所述第一操作模式中的所述第一电流镜的输出晶体管和所述第二操作模式中的所述第二电流镜的输出晶体管。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
从驻留在所述设备中的多个电容式传感器中选择所述电容式传感器。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
从驻留在所述设备中的多个电阻式传感器中选择所述电阻式传感器。
14.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
将所述电阻式传感器和所述电路一起集成在一个集成电路中。
15.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
将所述电容式传感器和所述电路一起集成在一个集成电路中。
16.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
在第三操作模式中将电阻式传感器和电容式传感器耦合到所述电路的所述第一输入和所述第二输入；以及
在所述第三操作模式中在所述输出处提供复合传感器数据流。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11099213B2 (en) * 2017-10-20 2021-08-24 Infineon Technologies Ag Readout circuit for resistive and capacitive sensors
JP7407169B2 (ja) * 2018-08-17 2023-12-28 フィリップ・モーリス・プロダクツ・ソシエテ・アノニム 物品識別のための手段を備えるエアロゾル発生物品とともに使用するエアロゾル発生装置
CN112543000B (zh) * 2020-11-09 2022-02-15 武汉市聚芯微电子有限责任公司 供电电路、方法、音频功率放大器和集成电路
CN112617266B (zh) * 2020-12-17 2022-03-01 西南大学 兼容两种传感器的烟叶烘烤控制器接口电路及控制方法
CN112881856B (zh) * 2021-01-11 2022-05-17 上海交通大学 一种可重构多模态传感器接口电路

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5854564A (en) * 1997-05-12 1998-12-29 Microchip Technology Incorporated Direct sensor interface (DSI) module
US7285964B1 (en) * 2005-06-03 2007-10-23 Sensor Platforms, Inc. Method for signal extraction in a universal sensor IC
CN101281220A (zh) * 2008-01-02 2008-10-08 清华大学 电容检测电路及其电容式传感器接口电路芯片
CN101957218A (zh) * 2009-07-15 2011-01-26 马克西姆综合产品公司 用于感测电容值并将其转换为数字格式的方法和装置
CN105572557A (zh) * 2014-10-28 2016-05-11 英飞凌科技奥地利有限公司 用于温度感测的系统和方法
CN106253010A (zh) * 2015-06-10 2016-12-21 三星电子株式会社 用于提供接口的方法和装置
CN106716150A (zh) * 2014-07-25 2017-05-24 美国亚德诺半导体公司 模式切换的电路结构

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4103249A (en) 1977-10-31 1978-07-25 Gte Sylvania Incorporated Pnp current mirror
JPS58181193A (ja) * 1982-04-16 1983-10-22 株式会社日立製作所 表示駆動装置
DE4405238C2 (de) * 1994-02-18 1998-07-09 Endress Hauser Gmbh Co Anordnung zur Messung des Füllstands in einem Behälter
US8144125B2 (en) * 2006-03-30 2012-03-27 Cypress Semiconductor Corporation Apparatus and method for reducing average scan rate to detect a conductive object on a sensing device
US7692887B2 (en) * 2006-09-13 2010-04-06 Agere Systems Inc. Method and apparatus for measuring resistance of a resistive sensor
FR2933553B1 (fr) * 2008-07-03 2011-12-09 Somfy Sas Procede de selection d'un equipement et organe de commande permettant de mettre en oeuvre ce procede
JPWO2011033564A1 (ja) * 2009-09-16 2013-02-07 株式会社アドバンテスト プローブ回路、マルチプローブ回路、試験装置、および電子デバイス
JP2011165292A (ja) * 2010-02-15 2011-08-25 Panasonic Corp 光集積素子及びそれを用いた光ピックアップ装置
WO2012067692A1 (en) * 2010-09-01 2012-05-24 Analog Devices, Inc. Current mode analog belief propagation
EP2649439B1 (en) * 2010-12-08 2019-09-11 Condalign AS Method for assembling conductive particles into conductive pathways
WO2012176748A1 (ja) * 2011-06-24 2012-12-27 日本写真印刷株式会社 静電容量及び圧力の検出を併用した入力装置、及び感圧機能付き静電容量方式ハイブリッドタッチパネル
JP6046380B2 (ja) * 2011-08-31 2016-12-14 サターン ライセンシング エルエルシーＳａｔｕｒｎ Ｌｉｃｅｎｓｉｎｇ ＬＬＣ スイッチ、充電監視装置、及び充電池モジュール
DE102013219141A1 (de) * 2013-09-24 2015-03-26 Robert Bosch Gmbh Interlock-Schaltkreis zur Absicherung eines elektrischen Bordnetzes
UA123621C2 (uk) * 2014-03-21 2021-05-05 Брітіш Амерікан Тобакко (Інвестментс) Лімітед Пристрій для нагрівання курильного матеріалу та виріб курильного матеріалу
CN106159924B (zh) * 2015-04-02 2019-01-15 瑞昱半导体股份有限公司 电流镜式静电放电箝制电路与电流镜式静电放电检测器
RU2603937C1 (ru) * 2015-09-02 2016-12-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивных и емкостных датчиков с передачей результата преобразования по радиоканалу
US10831323B2 (en) * 2017-09-22 2020-11-10 Synaptics Incorporated Ohmmeter for sensor electrodes
US11099213B2 (en) * 2017-10-20 2021-08-24 Infineon Technologies Ag Readout circuit for resistive and capacitive sensors

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5854564A (en) * 1997-05-12 1998-12-29 Microchip Technology Incorporated Direct sensor interface (DSI) module
US7285964B1 (en) * 2005-06-03 2007-10-23 Sensor Platforms, Inc. Method for signal extraction in a universal sensor IC
CN101281220A (zh) * 2008-01-02 2008-10-08 清华大学 电容检测电路及其电容式传感器接口电路芯片
CN101957218A (zh) * 2009-07-15 2011-01-26 马克西姆综合产品公司 用于感测电容值并将其转换为数字格式的方法和装置
CN106716150A (zh) * 2014-07-25 2017-05-24 美国亚德诺半导体公司 模式切换的电路结构
CN105572557A (zh) * 2014-10-28 2016-05-11 英飞凌科技奥地利有限公司 用于温度感测的系统和方法
CN106253010A (zh) * 2015-06-10 2016-12-21 三星电子株式会社 用于提供接口的方法和装置

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