CN111587532B - 传感器装置 - Google Patents

Abstract

传感器装置包括：传感器(1)，具有第一端子(3)和第二端子(5)；和放大器(9)，具有用于施加输入信号的放大器输入(11)和用于提供放大的输入信号的放大器输出(13)，放大器输入(11)耦合到第二端子(5)。传感器装置还包括：量化器(25)，具有量化器输入和量化器输出，以适于基于所放大的输入信号来提供多电平输出信号；和反馈电路，具有耦合到量化器输出的反馈电路输入和耦合到第一端子(3)的反馈电路输出(HVBIAS)。反馈电路包括数字‑模拟转换器(27、29)，适于基于多电平输出信号产生模拟信号，模拟信号是在反馈电路输出(HVBIAS)处提供的反馈信号的基础。反馈电路还包括：反馈电容器(31)，耦合在反馈电路输出(HVBIAS)与数字‑模拟转换器(27、29)的输出之间；和电压源(35)，耦合到反馈电路输出(HVBIAS)。

Description

传感器装置

本发明涉及一种包括传感器的传感器装置以及这种传感器装置的用途。

电容式传感器可以用作MEMS(微机电系统)麦克风传感器。这种传感器能够合并到模拟-数字转换器(ADC)系统中，该模拟-数字转换器系统将感测信息作为数字信息提供。模拟-数字转换器系统可以使用Σ-Δ(sigma-delta)调制，该Σ-Δ调制是一种用于将模拟信号编码为数字信息的方法。在此，仅对信号变化进行编码，而不对绝对值进行编码。为了这个目的，Σ-Δ调制器包括反馈回路。

在传统传感器接口拓扑中，传感器未布置在反馈回路内，传统传感器接口拓扑可以包括电容式MEMS传感器、下游前置放大器和模拟-数字转换器电路。

E.Bach,“A 1.8V True-Differential 140dB SPL Full-Scale Standard CMOSMEMS Digital Microphone Exhibiting 67dB SNR”,ISSCC 2017,session 9.5示出一种MEMS麦克风前端，该MEMS麦克风前端使用输入缓冲放大器，其后接用于Σ-Δ反馈的电阻器式数字-模拟转换器。传感器未耦合在反馈回路内。

Dingkun Du,Kofi Odame,“A microphone readout interface with 74-dBSNDR”,Analog Inter Circ Process(2014)81:241-252描述一种接口拓扑，其中MEMS传感器布置在反馈回路外部。

US 9438261 B2涉及一种电容-数字转换器以及一种用于提供数字输出信号的方法，该方法示出如何能够通过在切换电容器配置中对电容式传感器重复地进行充电和放电来测量电容。

EP 2675188 B1涉及一种传感器装置以及一种用于产生放大的传感器信号的方法，其中电容式传感器被设置在模拟(即连续的电平)放大器回路的反馈路径中以提供放大的传感器信号。

考虑到MEMS麦克风传感器信号的数字化过程，期望满足低噪声、低功耗和高动态范围的要求，以便处理具有低失真的大音频信号。

本发明涉及一种传感器装置，其包括：

-传感器，其具有第一端子和第二端子，

-放大器，其具有用于施加输入信号的放大器输入和用于提供放大的输入信号的放大器输出，放大器输入耦合到第二端子，

-量化器，其具有量化器输入和量化器输出，以适于基于所放大的输入信号来提供多电平输出信号，

-反馈电路，其具有耦合到量化器输出的反馈电路输入和耦合到第一端子的反馈电路输出。

该反馈电路包括：

-数字-模拟转换器，其适于基于多电平输出信号来产生模拟信号，该模拟信号是在反馈电路输出处提供的反馈信号的基础，

-反馈电容器，其耦合在反馈电路输出与数字-模拟转换器的输出之间，以及

-电压源，其耦合到反馈电路输出。

传感器具有第一端子和第二端子。当例如声音的被测输入量改变时，在端子之间的电压改变。传感器可以是电容式传感器或压电式传感器。电容式传感器可以是双端子MEMS麦克风传感器。压电式传感器也可以是麦克风传感器。

放大器可以具有一、高于或低于一的增益，该放大器也允许缓冲或甚至衰减。在一个实施例中，放大器可以具有接近一的增益；这种放大器可以称为缓冲器。应当提到的是，放大也包括缓冲或甚至衰减。

量化器用一个有限的离散值集合的近似值代替量化器输入信号，该量化器输入信号是以及由回路滤波器滤波后的放大的输入信号，该近似值可以是两个或更多个电平，例如2个、4个或8个电平，从而形成数字信号。具有两个或更多个电平的多电平输出信号是反馈回路中的数字-模拟转换器的数字输入信号。

多电平输出信号是数字-模拟转换器的数字输入信号的基础，通过布置在反馈电路输入处的数字-模拟转换器将该多电平输出信号转换成模拟电压信号；电压信号是具有几个电平的连续信号，每个电平代表输出信号的一个或更多个符号。数字-模拟转换器可以使用基于多电平输出信号的数字信号。然后，电压信号经由电容式传感器反馈到模拟-数字输入。在一个实施例中，数字-模拟转换器是反相数字-模拟转换器。可替代地，反相功能可以设置在回路中的任何地方，例如，放大器可以执行反相。

当通过使反馈回路中的电容式传感器工作来减小前端放大器输入信号幅度时，传感器装置满足数字化过程的上述要求。该回路包括反馈电路和位于回路内并且从而形成其一部分的下游传感器的串联。这种形式的传感器耦合允许添加由反馈电路提供的反馈信号和感测信号作为串联的固有特征。

反馈回路可以放大信号变化。因此，相对于常规装置，在放大器前端处的输入信号幅度减小了，因为放大器仅需要处理剩余量化噪声，而不是处理整个信号。这个设计更有效率，是因为放大器增益能够设置为较大的值，这允许抑制信号路径中更远的电路元件的噪声贡献。较小的放大器输入信号允许提供较简单的放大器设计。此外，较小的放大器输入信号简化了放大器的高阻抗输入DC偏置。

传统的Σ-Δ调制——其包括从信号中减去调制的参考信号——通常需要专用的电路。然而，在基于上述传感器装置的Σ-Δ模拟-数字转换器装置中，模拟-数字转换通过传感器与来自数字-模拟转换器的调制参考电压的串联来有效地执行，二者均布置在回路中。这种拓扑允许使用简单的双端子MEMS传感器作为电容式传感器。不需要复杂的差分MEMS传感器。支持的最大传感器信号较大，这意味着该传感器具有较高的声学过载点(AOP)，因为大多数信号分量未施加到传感器的放大器侧，而是施加到通过回路中的数字-模拟转换器驱动的另一侧。因此，幅度限制来自于数字-模拟转换器的输出电压范围，该输出电压范围能够调节为使得其接近电源电压。这与传统装置的最大放大器输入范围不同，该最大放大器输入范围将通过附加输入晶体管阈值电压和/或通过在输入处的DC偏置电路来限制。

反馈电路包括反相数字-模拟转换器的电压源电路下游。包括反馈电容器和电压源的、反馈电路的电压源电路在反馈电路输出处提供偏置电压，该电压取决于由数字-模拟转换器提供的模拟信号。将反馈电路耦合到传感器的第一端子允许将数字-模拟转换器的模拟信号反馈到传感器的高电压侧。由于传感器集成在环路内，由传感器的第二端子提供到放大器的信号已经包括以施加到传感器的第一端子的电压的形式的反馈信息，和可以改变跨越传感器的电压的感测信息。

电压源电路还包括：反馈电容器，该反馈电容器耦合在反馈电路输出与数字-模拟转换器的输出之间；以及电压源，该电压源通过高电阻部件耦合到反馈电路输出，该高电阻部件防止电流流动。反馈电容器用作对反馈电路输出提供输出信号信息的电平移位器。电压源提供跨越传感器的足够的偏置电压。在一个实施例中，电压源提供固定的电压。但是，在反馈电路输出处的电压取决于模拟信号。应当提到的是，在反馈电路输出与数字-模拟转换器的输出之间耦合反馈电容器可以在反馈电路输出与数字-模拟转换器的输出之间包括另外的部件。

通过数模转换器相关的电压源电路和传感器的串联来执行感测信息和反馈信息的添加；因此只有单条路径进入前端放大器和积分器，这不同于传统的方法，在传统方法中是在积分器的输入节点处添加两条路径。

上述传感器装置不需要重复切换对电容式传感器的充电和放电。在工作启动时，仅一次将传感器电容预充电到高DC偏置电压；由于与传感器电荷的高阻抗连接，在工作期间高DC偏置电压保持恒定。换句话说，存储在传感器中的电荷可以被认为是保持恒定的，并且传感器仅充当浮动电压源。因为不存由切换引入的kT/C噪声，因此，传感器装置可以用于在音频带中远低于10μV的噪声目标的在亚皮法拉范围中的小传感器电容。

在一个实施例中，数字-模拟转换器的输出提供控制电压源的模拟信号，因此以直接的方式控制由电压源提供的电压。电压源可以耦合在反馈电路输出与数字-模拟转换器的输出之间，或数字-模拟转换器的输出可以耦合到电压源的控制输入。

传感器装置的一个实施例包括用于偏置放大器的工作点的装置，其允许放大器的稳定工作。用于偏置的装置可以包括从耦合在数字-模拟转换器的输出与放大器之间的电阻器、反并联耦合的二极管以及跨导放大器中选择的一者。这种可以耦合在放大器的输入与反馈电路之间的装置可以允许去除绝对DC量，因此用作高通滤波器。

在一个实施例中，数字-模拟转换器包括电荷泵，该电荷泵允许提供更宽范围的模拟信号。电荷泵可以供应提供模拟信号电平的电阻器阶梯装置，电阻器阶梯装置用作电阻分配器。电荷泵允许将数字-模拟转换器输出范围增加到超过电路的电源电压。

在一个实施例中，反馈电路包括分离器，也称为数字分离器，其具有分离器输入以及第一分离器输出以及第二分离器输出，多电平输出信号施加到所述分离器输入，第一分离器输出对也被称为第一数字-模拟转换器的数字-模拟转换器提供第一分离器信号，第二分离器输出对也被称为第二数字-模拟转换器的另外的数字-模拟转换器提供第二分离器信号。第二数字-模拟转换器可以是反相数字-模拟转换器。分离器允许对两个反馈臂提供信号，一个将输出信号的部分耦合到如上所述的第一端子，一个将输出信号的部分耦合到放大器的下游的信号加法器，或耦合到另外的放大器输入。换句话说，后一部分不通过包括传感器的回路。输出信号可以包括为第二分离器信号的基础的低阶电平和为第一分离器信号的基础的高阶电平。

如果没有分离器，则整个反馈将在传感器的远端高电压侧注入。当提供有分离器时，只有反馈的一部分在传感器的远端注入。将多电平输出信号分离以进行数字-模拟转换使其中一部分反馈到传感器的高电压侧，并且另一部分反馈到前置放大器，或者是在后者的输入处或者是在后者的输出处进行反馈。

在上述传感器装置中，第一数字-模拟转换器和第二数字-模拟转换器可以包括相同的电阻器阶梯装置，从而产生要求较低的电路。

如上所述的传感器装置的实施例可以用于Σ-Δ模拟-数字转换器装置中，该Σ-Δ模拟-数字转换器装置提供了取决于感测信息的多电平数字输出信号。Σ-Δ调制允许提供具有过采样和噪声整形的模拟-数字转换器装置。

这种高阻抗配置的电容式传感器位于模拟-数字转换器装置的反馈回路内部。换句话说，整个传感器设置在Σ-Δ模拟-数字转换器的反馈回路中，而不是在信号处理链的输入处，后者是传统拓扑。由包括数字-模拟转换器和传感器的反馈电路形成的串联执行在Σ-Δ模拟-数字转换器装置的前端所需的电压加法运算。

如果电容式传感器是双端子电容式MEMS麦克风传感器或任何其他类型的电容式传感器，则能够通过将该电容式传感器设置在Σ-Δ回路的反馈路径或数字反馈回路中以适当地将该电容式传感器合并到模拟-数字转换器装置中。麦克风能够被用在广泛的应用中，例如医疗器械、移动通信设备或车辆。

现在将参考附图描述本发明的非限制性示例性实施例，其中：

图1示出示例性传统传感器接口电路拓扑。

图2示出示例性传统模拟-数字拓扑。

图3示出传感器装置的实施例。

图4和5示出将数字-模拟转换器耦合到电压源的实施例。

图6示出传感器装置的另外的实施例。

图7示出传感器装置的另外的实施例。

图8示出传感器装置的另外的实施例。

图1示出示例性传统传感器接口电路拓扑。图1示出MEMS麦克风接口集成电路(IC)的实施例，该MEMS麦克风接口集成电路具有数字输出17，并且连接到双端子MEMS传感器元件，该双端子MEMS传感器元件是电容式传感器1。跨越MEMS麦克风的电压取决于感测到的声波。

传感器1具有第一端子3，对该第一端子施加恒定的高偏置电压Vbias。偏置电压Vbias由电荷泵7提供。传感器1具有第二端子5，该第二端子耦合到高阻抗放大器9的放大器输入11，该高阻抗放大器也称为前置放大器。传感器1耦合为使得传感器1的变化的电容在放大器输入11处产生电压信号。第一电势节点HVBIAS位于第一端子3与电荷泵7之间。第二电势节点IN位于第二端子5与放大器输入11之间。第一电势节点和第二电势节点HVBIAS、IN以及输出17可以称为集成电路的接口节点，传感器1连接到该集成电路的接口节点。

放大器输入11的DC偏置通过高阻抗电路建立，该高阻抗电路包括电阻器Rb和电压源Vb的串联。在放大器输出13处提供的放大的/缓冲的信号被转发到也被称为ADC块的模拟-数字转换器电路15，模拟-数字转换器电路将放大的信号转换成可以在集成电路的输出17处被称为数据的数字信号。数字信号处理块19可以耦合到输出17的下游。放大器输入11和放大器输出13处的模拟信号的性质以及模拟-数字转换器电路的输出处的数字信号的性质由图1中的小示意图示出。

图2示出传统的模拟-数字拓扑。图2示出在图1的模拟-数字转换器电路15中采用的典型的Σ-Δ模拟-数字转换器装置的框图的实施例。Σ-Δ模拟-数字转换器装置包括模拟输入信号所施加到的减法器21、耦合到减法器21的下游的回路滤波器23以及耦合到回路滤波器23的下游的量化器25。量化器25提供可以具有两个或更多个电平的数字输出信号。Σ-Δ模拟-数字转换器装置还包括也被称为DAC的反馈数字-模拟转换器27，其中，数字-模拟转换器27耦合在量化器25的输出与减法器21之间，并且产生从放大器输出13提供的模拟输入信号中减去的信号。

图3示出传感器装置的实施例，该传感器装置示出模拟-数字转换器装置电路拓扑。这种传感器装置允许对MEMS麦克风接口ASIC提供数字输出。

该电路包括电容式传感器1，该电容式传感器是MEMS传感器，其具有第一端子3和第二端子5。第一端子和第二端子3、5连接到第一电势节点和第二电势节点HVBIAS、IN，可以将该第一电势节点和第二电势节点视为可以连接到传感器1的集成电路的接口节点。

第二端子5耦合到放大器9的放大器输入11。回路滤波器23耦合到放大器输出13的下游。量化器25耦合到回路滤波器23的下游。量化器25在其输出17处提供具有两个或更多个电平的数字的多电平输出信号。输出信号经由反馈电路耦合到第一电势节点HVBIAS。

反馈电路包括输出信号所施加到的数字-模拟转换器27。反相器29耦合到数字-模拟转换器27的下游，从而形成反相数字-模拟转换器，该反相数字-模拟转换器提供反相的DAC电压信号，该反相的DAC电压信号是模拟信号。可替代地，数字-模拟转换器27和反相器29可以以相反的顺序布置，从而也形成了反相数字-模拟转换器。应当提到的是，数字-模拟转换器27和反相器29可以在单个块中体现。反相器29经由反馈电容器31耦合到第一端子3，第一电势节点HVBIAS位于反馈电容器31与第一端子3之间。电阻器33和提供电压Vhvbias的电压源35的串联耦合在第一电势节点HVBIAS与接地电势之间。电阻器33是高阻抗电阻器，以防止电流流到电压源35，该电压源在第一电势节点HVBIAS处对传感器1提供偏置电压Vhvbias。可以用作高电阻元件的替代部件或电路可以耦合在第一电势节点HVBIAS与接地电势之间。

反馈路径从输出17经由数字-模拟转换器27、反相器29、反馈电容器31和传感器1到放大器输入11形成。换句话说：电容式传感器1位于Σ-Δ模拟-数字转换器装置的反馈回路内。布置在反馈数字-模拟转换器的输出反相器29与传感器1之间的反馈电容器31充当DC电压电平移位器，使得反相的DAC电压信号也存在于传感器1的第一端子3处，但被DC偏置电压Vhvbias向上移位。

放大器输入11经由电阻器38耦合到反馈电容器31，从而稳定放大器9的工作。电阻器38是高阻抗电阻器，以阻止电流流动。

在信号频带中具有非常高的增益的回路滤波器23将第二电势节点IN处的电压信号朝向数字-模拟转换器27放大。

数字-模拟转换器27基于输出信号来产生电压反馈信号，其抵消了跨越反馈路径中的反馈电容器31与传感器1的、第二电势节点IN处的电压。因此，在第二电势节点IN处的剩余信号下调到量化器25和数字-模拟转换器27的残余量化误差。放大器9仅需要处理小的剩余信号。在传统拓扑中的显式电路中完成的电压加法运算现在本质上由数字-模拟转换器的输出和传感器1的串联执行。

高阻抗电阻器38建立放大器输入11的DC工作点。稳定DC工作点可以以各种方法实现，例如通过反并联二极管、跨导放大器或专用的数字-模拟转换器。在一个实施例中，使用如图3中所示的、包括非常高电阻材料的电阻器元件。所需要的τ(tau)通常大于5ms，以不抑制在音频带中的信号。例如在1pF的传感器电容的情况下，元件的参数需要大于5GΩ。在一个实施例中，一对反并联二极管或多对反并联二极管的串联可以稳定DC工作点。在一个实施例中，使用电阻分配器和一对反并联二极管。在一个实施例中，在输出处具有大电容器的跨导放大器和反并联二极管用于稳定DC工作点。

应当提到的是，如上所述的用于稳定的装置也可以或者可替代地通过专用的数字-模拟转换器连接在放大器输入11与数字输出17之间。

图4和5示出将反相数字-模拟转换器27、29的输出耦合到反馈电容器31和电压源35的实施例，如结合图3所述，该实施例通过以不同的方法偏置电压源35来提供反馈。

图4示出如何能够通过将DAC反馈连接到未连接到电阻器33的源35的端子来将DAC反馈提供到偏置电压源35。图5示出如何能够通过以增加反馈电压的方式修改整个源35来将DAC反馈提供到偏置电压源35。无论哪种方法，图4和5中的电压源由反相数字-模拟转换器的输出控制。

结合图4和5描述的方法允许使跨越电阻器33的电压信号保持较小(理想地为零)，这简化了电阻器元件的设计。例如，电阻器元件能够体现为被用作电阻器的简单二极管。这个方法不适用于跨越二极管的大信号。高电压源35的实际实现是电荷泵，其中，或者第一级的输入节点连接到DAC反馈信号电压，或者用于级之一的参考电压连接到DAC反馈信号。

图6示出传感器装置的另外的实施例，其示出模拟-数字装置电路拓扑。为了避免重复描述，将仅描述相对于如图3中所示的实施例的不同。

图6中所示的装置通过另外的反馈路径扩展。传感器装置包括耦合到量化器25的下游的数字分离器37，该数字分离器提供输出信号。数字分离器37具有用于施加输出信号的一个输入和用于分别为第一反馈路径和第二反馈路径提供第一分离器信号和第二分离器信号的两个输出。多电平输出信号包括作为第二分离器信号的基础的低阶电平和作为第一分离器信号的基础的高阶电平。第一分离器信号提供到第一数字-模拟转换器27和耦合到反馈电容器31的下游第一反相器29。第二分离器信号提供到第二数字-模拟转换器39和下游第二反相器41。第一数字-模拟转换器27和第一反相器29以及第二数字-模拟转换器39和第二反相器41形成第一反相数字-模拟转换器和第二反相数字-模拟转换器，这可以可替代地如结合图3所描述地体现。

加法器43耦合到第二反相数字-模拟转换器39、41、放大器输出13和回路滤波器23，使得放大器输出13与第二反相数字-模拟转换器的输出总和提供到回路滤波器23。

在本实施例中，数字分离器逻辑从量化器的输出派生两个DAC反馈信号，使得这两个信号的总和将再次对应于该信号。但是，这两个DAC信号在传感器装置的两个不同点处反馈：第一数字-模拟转换器27的DAC信号反馈到传感器1，以及第二数字-模拟转换器39的DAC信号反馈到根据如图2中所示的拓扑的调制器输入。

可替代地，第二数字-模拟转换器39的DAC信号也能够反馈到放大器的第二输入(未在图6中示出，但在图8中示出)。在简单实施例中，数字分离器37仅对第二数字-模拟转换器39提供最低有效电平，并且对第一数字-模拟转换器27提供其他(更有效的)电平。

上述方法允许解决由于电压电平移位的误差而在第一电势节点HVBIAS处、第一数字-模拟转换器27的DAC信号的再现不准确的问题，如果传感器1上的较大的反馈回路不够快，这可以导致ISI(码间干扰)问题。

此外，最低有效电平的快速激活处理能够被约束到片上电路，而第一数字-模拟转换器27的DAC信号和因此在第一电势节点HVBIAS处的电压对于小的传感器信号保持恒定，这可以是高频发射的优点。缺点是在第一反馈路径与第二反馈路径之间的不匹配导致的信号失真。在数字分离器37中实现的适当算法允许在信号失真与其他约束之间调整这种权衡。

图7示出传感器装置的实施例，其详细地示出数字-模拟转换器27的实施例。电路拓扑基于图3中所示的实施例。为了避免重复描述，将仅描述相对于如图3中所示的实施例的不同。

在本实施例中，数字-模拟转换器27耦合到反相器29的下游。数字-模拟转换器27包括电阻器阶梯45，电阻器阶梯包括在参考电压Vref与地之间耦合的多个电阻器47的串联。电阻器47可以具有相同的电阻。电阻器阶梯45用作电压分配器，其在位于相邻的电阻器47之间的电势节点49处提供参考电压Vref的部分。根据数字量化器输出的值对这些电压部分之一进行数字选择，这通过以下方式执行：根据要转化成模拟值的信息，在电势节点49之一处分接该电压部分；分接电压经由分接装置51施加到反馈电容器31。

放大器9具有连接到阶梯45的中间电势节点48的另外的输入12，该中间电势节点将参考电压Vref的一半提供到该另外的输入12；这个连接形成参考路径。放大器9对在第一电势节点HVBIAS与电阻器阶梯45的中间节点48之间的电压差放大。因此，对于小信号，参考路径的噪声贡献小，这是因为数字选择的电阻器阶梯节点49靠近该另外的放大器输入12，导致小的电压差和因此小的电压噪声，这放宽了参考电压噪声约束和对电阻器阶梯的热噪声的约束，从而允许更大的电阻器和因此更小的功耗。

这个方法将参考噪声的影响限制到高信号电平，同时将参考噪声抑制在小信号处。由此产生的信号幅度相关的噪声是对于音频应用可接受的性能，并且放宽了参考噪声要求。

电阻器阶梯45的最大可选择的电压范围由参考电压Vref限制，该参考电压由最小电源电压限制。为了克服这个限制，该电路还可以包括电荷泵，该电荷泵提供大于参考电压Vref产生电路的主电源的电源电压。

应当提到的是，上述阶梯设计也可以用在图6中所示的实施例中。

图8示出基于图6中所示的实施例的传感器装置的实施例，并且详细地示出数字-模拟转换器27、39的实施例，在本实施例中，该数字-模拟转换器耦合到第一反相器和第二反相器29的下游。

在本实施例中，输出信号被数字分离器37分离成第一分离器信号和第二分离器信号。因此，数字-模拟转换需要执行两次。然而，相同的电阻器阶梯45可以用于第一数字-模拟转换器和第二数字-模拟转换器27、39。电阻器阶梯45包括多个电阻器47的串联和位于相邻的电阻器47之间的电势节点49，它们以结合图7所述的相同的方法布置。

两个分接装置51、53——一个用于第一DAC信号且一个用于第二DAC信号——可以在电势节点49处分接电压，各自用于其自己的信号。转换后的第二DAC信号被馈送到另外的放大器输入12。转换后的第一DAC信号经由反馈电容器31被馈送到传感器1。

图8示出图7中所示的数字-模拟转换器设计的发展。从相同的电阻器阶梯45数字选择两个放大器输入11、12的放大器输入电平。数字分离器37对输出信号进行分离，使得在两个选择的电阻器阶梯节点之间的电压差仍然对应于目标反馈值。此方法的优点是：对于给定的电源电压，能够增加可选择的电压差，并且因此增加了最大传感器信号。如结合图6已经描述的，还有额外的自由度来对数字分离器37选择适当算法。例如，在高幅度的情况中仅可以使用用于第一分离器信号的分接装置51，其中，由切换电压引起的在第一电势节点HVBIAS处的电势伪影能够被接受和/或能够被使用以将用于第二分离器信号的分接电平与放大器9能够支持的共模电压的范围对齐。

保护范围不限于上文给出的示例。本发明在每个新颖的特性和特性的每个组合中体现，其特别包括在权利要求书中所述的任何特征的每个组合，即使该特征或该特征的组合未在权利要求书中或示例中明确陈述。

附图标记

1 电容式传感器

3、5 端子

7 电荷泵

9 放大器

11、12 放大器输入

13 放大器输出

15 模拟-数字电路

17 输出

19 信号处理块

21 减法器

23 回路滤波器

25 量化器

27、39 数字-模拟转换器

29、41 反相器

31 反馈电容器

33、38、47、Rb 电阻器

35、Vb 电压源

37 分离器

43 加法器

45 电阻器阶梯

48、49、HVBIAS、IN 电势节点

51、53 分接装置

Vbias、Vhavbias、Vref 电压。

Claims (13)

1.一种传感器装置，包括

-传感器(1)，其具有第一端子(3)和第二端子(5)，

-放大器(9)，其具有用于施加输入信号的放大器输入(11)和用于提供放大的输入信号的放大器输出(13)，所述放大器输入(11)耦合到所述第二端子(5)，

-回路滤波器(23)，其耦合到所述放大器输出(13)的下游，

-量化器(25)，其耦合到所述回路滤波器(23)的下游并且具有量化器输入和量化器输出，以适于基于所述放大的输入信号来提供多电平输出信号，所述多电平输出信号具有至少两个电平，

-反馈电路，其具有耦合到所述量化器输出的反馈电路输入和耦合到所述第一端子(3)的反馈电路输出(HVBIAS)，所述反馈电路包括：

-数字-模拟转换器(27、29)，其适于基于所述多电平输出信号来产生模拟信号，所述模拟信号是在所述反馈电路输出(HVBIAS)处提供的反馈信号的基础，

-反馈电容器(31)，其耦合在所述反馈电路输出(HVBIAS)与所述数字-模拟转换器(27、29)的输出之间，以及

-电压源(35)，其耦合到所述反馈电路输出(HVBIAS)；

其中，所述数字-模拟转换器(27、29)的输出提供控制所述电压源(35)的信号。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，

还包括用于偏置所述放大器(9)的工作点的装置(38)。

3.根据权利要求2所述的传感器装置，

其中，用于偏置的装置(38)包括从耦合在所述数字-模拟转换器的输出与所述放大器之间的电阻器、反并联耦合的二极管以及跨导放大器中选择的一者。

4.根据权利要求1所述的传感器装置，

其中，所述反馈电路包括分离器(37)，所述分离器具有分离器输入以及第一分离器输出以及第二分离器输出，所述多电平输出信号施加到所述分离器输入，所述第一分离器输出为所述数字-模拟转换器(27、29)提供第一分离器信号，所述第二分离器输出为另外的数字-模拟转换器(39、41)提供第二分离器信号。

5.根据权利要求4所述的传感器装置，

其中，所述另外的数字-模拟转换器(39、41)的输出耦合到所述放大器(9)下游的信号加法器(43)，或耦合到另外的放大器输入(12)。

6.根据权利要求4所述的传感器装置，

其中，所述多电平输出信号包括作为所述第二分离器信号的基础的低阶电平和作为所述第一分离器信号的基础的高阶电平。

7.根据权利要求1所述的传感器装置，

其中，所述数字-模拟转换器(27、29)包括电荷泵(7)。

8.根据权利要求1所述的传感器装置，

其中，所述数字-模拟转换器(27、29)包括电阻器阶梯装置(45)。

9.根据权利要求4所述的传感器装置，

其中，所述数字-模拟转换器(27、29)和所述另外的数字-模拟转换器(39、41)包括相同的电阻器阶梯装置(45)。

10.根据权利要求1所述的传感器装置，

其中，所述传感器(1)是电容式传感器或压电式传感器。

11.根据权利要求1所述的传感器装置，

其中，所述传感器(1)是麦克风传感器。

12.一种根据权利要求1所述的传感器装置的用途，

所述传感器装置用于Σ-Δ模拟-数字转换器装置中。

13.一种根据权利要求1所述的传感器装置的用途，

所述传感器装置用于医疗器械、移动通信设备或车辆中。