TW201800883A - 用於具有可編程增益、偏位及偏壓的多通道感測器介面的方法及設備 - Google Patents

用於具有可編程增益、偏位及偏壓的多通道感測器介面的方法及設備 Download PDF

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Abstract

在此描述了具有改進感測器信號校準及調節功能的高度整合可編程感測器介面。根據本發明感測器介面的可編程感測器介面在每個通道的基礎上，對一個晶片上的一或更多個信號通道提供可編程增益、數位偏位校正及偏壓。根據本發明的另一個態樣，感測器介面透過使用晶載精密電壓調節器來提供參考電壓及感測器偏壓。根據本發明的一個態樣，對多個輸入進行多工，且每個輸入被應用於連接到輸出的可變增益儀表放大器。給定通道的偏位由晶載DAC控制，該DAC具有多個數位儲存暫存器，以允許每個通道具有唯一的儲存偏位。偏位及增益在外部編程。

Description

用於具有可編程增益、偏位及偏壓的多通道感測器介面的方法及設備
在此描述了用於整合感測器介面的方法及設備，特別是提供用於輸入信號的一或更多個通道的可編程校準及信號調節的感測器介面。
許多力及壓力感測器利用應變計(strain gauge)或惠斯通電橋電路。電橋中的電阻元件回應於感測狀態(例如壓力或加速度)或機械應變的變化而改變電阻，此又導致電輸出(例如，電壓或電流)相應於感測到狀態變化而改變。
典型的電橋感測器具有差分輸出信號(Vo+及Vo-)。理想中，無負載電橋輸出為零(Vo+及Vo-相同)。然而，不正確的電阻值導致Vo+及Vo-之間有差異。此電橋偏位電壓可能很大，並且在感測器之間變化以導致系統精準度降低。
不同的設計及方法被開發以透過更精準地校準電橋感測器來提高電橋感測器的敏感度。某些方法包括提供感測器信號的偏位(offset)校正及增益控制兩者。某些設計嘗試透過使板上微處理器實現可編程補償及校準來解決感測器資料的廣泛範疇。然而，隨著小型可攜式裝置(例如智慧型手機)的部署日益寬泛，且使用者對小型可攜式裝置具有更多功能及特性(因此更多感測器)的需求不斷增加，故本領域仍有需要對於高度整合及多功能感測器調節器或介面設計在佔用面積(footprint)及功能性兩方面中的解決方案。
本發明揭示了上方探討之問題的解決方案。本發明針對高度整合的可編程感測器介面的方法及設備，該等方法及設備在一個晶片上對多個信號通道提供可編程增益、偏位及偏壓。具體而言，根據本發明的可編程感測器介面對一或更多個差分輸入通道提供數位偏位校正。本發明使用晶載(on-chip)電壓調節器提供每個通道的可編程偏位、可編程增益、參考電壓及感測器偏壓。根據本發明的一個態樣，對多個輸入進行多工，且每個輸入被應用於連接到輸出的可變增益儀表放大器。給定通道的偏位由晶載DAC控制，該DAC具有多個數位儲存暫存器，以允許每個通道具有唯一的儲存偏位。偏位及增益在外部編程。根據本發明的另一個態樣，感測器可透過使用精準電壓調節器來偏壓。
現在將參考繪圖詳細描述本發明，提供該等繪圖以作為本發明的說明性實例，以致使本領域技術人員能夠實施本發明。注意到，下方的繪圖及範例並非意於將本發明的範疇限制於單一個實施例，反而其他實施例可能透過互換某些或全部的所描述或繪示之元素的方式來實現。
此外，在本發明的特定元件可使用已知部件而部分地或完全地實現的情況下，將僅描述理解本發明必要的這種已知部件的該等部分，且這種已知部件的其他部分的詳細描述將被省略，以免模糊本發明。
被描述為以軟體實現的實施例不應該被限制於此，而是可以包括以硬體實現的實施例，或軟體及硬體的組合實現的實施例，且反之亦然，這對於本領域技術人員將是顯而易見的，除非本文另有指定。在本說明書中，顯示單數部件的實施例不應被認為是限制性的；反而，本發明意圖涵蓋包括複數個相同部件的其他實施例，且反之亦然，除非本文另有明確說明。此外，申請人不意圖使說明書或請求項中的任何術語被歸為不常見或特殊的含義，除非如此明確闡述。進一步而言，本發明透過繪示的方式來涵蓋在此述及的已知部件的當前及未來已知等同物。
現在參考圖1，簡化的方塊圖繪示了感測器信號調節器或感測器介面100，該感測器信號調節器或感測器介面經設計以耦合到多個電橋感測器101_1、101_2、...101_16及微控制器103。「感測器信號調節器」及「感測器介面」的用詞在本文中互換使用。感測器介面100優選地從微處理器103接收多個差分類比信號及串列控制資料作為輸入，一個類比輸出104及LDO輸出(106)，以便在許多應用中提供多功能性。對微處理器控制器的直接介面連接是透過I2C串列數位介面所促成。當感測器介面100與外部微控制器103或現場可編程邏輯閘陣列(FPGA)組合時，該感測器介面優選地能夠在低電壓(0V至5.5V)系統中運行。在圖1中，ADC 105被顯示為連接感測器介面100及微控制器103的不同部件。然而，在一些實施例中，ADC 105可整合到感測器介面100中，或者替代地整合到微控制器103中。
現在參考圖2，方塊圖繪示了根據本發明的感測器介面的實施例的部件。感測器介面200優選地包括多工器區塊201、偏位區塊203及可編程增益儀表放大器區塊205。多工器區塊從電橋感測器101(未顯示)接收感測器輸出信號輸入1+/-(207_1)、輸入2+/-(207_2)、...輸入16+/-(207_16)。I2C介面209控制感測器介面200的許多功能及特徵。
連接到感測器介面200的每個電橋感測器具有其自己的固有偏位，若不校準，則可能降低感測器系統的靈敏度及整體效能。晶載DAC 203將偏位引入到儀表放大器(PGA)205中，以校準由感測器產生的偏位電壓。在根據本發明的介面感測器的一些實施例中，可對每個輸入通道207設定獨立的偏位。只有有效通道的偏位電壓被施加到可編程增益儀表放大器205。
在根據本發明的介面感測器的一些實施例中，可編程增益儀表放大器可以從預定範圍(例如，2V/V至760V/V)提供8個可選擇的增益以放大信號，使得該信號落在ADC 105的輸入範圍內。
在根據本發明的介面感測器的一些實施例中，感測器介面亦包括整合LDO 211，該LDO可提供調節電壓來對輸入電橋感測器供電。如圖2所示，整合LDO 211提供3V至2.65V之間的可選調節電壓。
在根據本發明的介面感測器的一些實施例中，LDO 211有兩種運作模式：睡眠模式及常規模式。當感測器介面處於睡眠模式時，LDO 211可設定為關閉以節省電量。
在一些實施例中，感測器介面200亦支援電流感測模式。在這種情況下，LDO 211還提供監控LDO電流的能力。如圖2所描繪地，內部2：1多工器213允許與LDO電流成比例的電壓存在於輸出端。一旦所有通道都被校準，LDO電流可用於間接監控輸入端所看到的任何電壓或電阻變化。
在一些實施例中，感測器介面200亦包括內部參考電壓215，該內部參考電壓由內部LDO電路211使用並用於設定可編程增益儀表放大器205的參考電壓。
在一些實施例中，感測器介面200亦包含I2C兼容的串列介面209。外部微處理器透過I2C串列介面209來對感測器介面編程，以用於調節多個感測器信號。感測器介面執行的各種功能包括：輸入選擇、增益選擇、偏位校正、LDO啟用(Enable)/選擇、電流感測模式、睡眠模式(類比電源關閉)以及許多其他功能。
以下段落更詳細地描述該等功能。I2C 匯流排介面
I2C匯流排(bus)介面由兩條線構成：串列資料(SDA)及串列時脈(SCL)。感測器介面作為從屬(slave)運作，並支援I2C匯流排規範中定義的標準模式傳輸速率(例如，100 kbps)及快速模式傳輸速率(例如，400 kbps)。I2C匯流排介面遵循所有標準I2C協定。
感測器介面實現了基本的I2C存取循環，包括：起始狀態、從屬位址循環、零個、一個或兩個資料循環（此取決於所存取的感測器介面晶載暫存器）及停止狀態。圖3繪示了I2 C起始及停止狀態，該起始及停止狀態可根據本發明的一個態樣實現。
在起始狀態循環期間，外部微控制器透過產生起始狀態來啟動資料傳輸。起始狀態是當SCL為高的同時，SDA線上發生高至低轉換的時候，如圖3所示。
在起始狀態之後的從屬位址循環期間，由微控制器發送的第一個位元組(byte)是SDA線上的7位元(bit)位址及讀/寫方向位元R/W。若位址與感測器介面的內部固定位址匹配，則感測器介面將藉由在SCL為高的同時將SDA線拉低一個時脈循環以作為確認回應。
在主機(master)偵測到此確認後的資料循環期間，由主機發送的下一個位元組是子位址。此8位元子位址包含將存取的暫存器的位址。感測器介面暫存器列表如表1所示。根據所存取的暫存器，主機將發送至多兩個額外的資料位元組。
在停止狀態循環期間，為了指示資料傳輸結束，微控制器藉由在SCL線為高的同時將SDA線從低拉到高來產生停止狀態，如圖3所示。I2C 匯流排定址
在根據本發明的一些實施例中，感測器介面100使用位元組的較高7位元來定址(addressing)晶片上的I2C從屬。作為範例，I2C可具有位址0x67(0110 111X)。在此情況下，讀或寫處理是由位元組的第0位元決定，如「X」所指示。若第0位元為「0」，則為寫入處理。若第0位元為「1」，則為讀取處理。
I2C子位址在從屬位址之後由(感測器介面的)I2C主機發送。子位址包含被存取的感測器介面暫存器位址。[表1提供了根據本發明的一個態樣的感測器介面實施例的暫存器資訊範例。]在最後一次讀取或寫入處理之後，I2C匯流排主機將SCL信號設定回其閒置狀態(HIGH)。輸入及輸入選擇
在根據本發明的一些實施例中，感測器介面100包括16個差分輸入及由I2C兼容的2線串列介面控制的16：1差分多工器。若需要少於16個差分輸入，則未使用的輸入連接到GND。若需要單一端點輸入，則未使用的輸入被連接到1.5V。
在根據本發明的一些實施例中，感測器介面100提供非常寬的共同模式(common mode)範圍。例如，當於3.3V電源運行時，感測器介面100可支援0.6V至2.4V的典型輸入共同模式範圍。在大多數情況下，輸出電壓擺幅將為限制因素。
在根據本發明的一些實施例中，使用16個暫存器位址之一(例如0x10至0x1F)以透過從屬I2C介面(例如，圖2的203)來選擇輸入。當感測器介面被供電時，預設輸入可被選擇為通道1。下方的範例說明如何選擇通道5。
在步驟1中，微控制器(例如，圖1的103)透過主機I2C(離開感測器介面)介面向從屬I2C介面(例如，圖2的203)發送起始信號。在步驟2中，主機I2C藉由將8位元資料的第0位元設定為等於從屬I2C介面位址的較高7位元(亦即0x67)，以向感測器介面發送寫入信號。在步驟3中，感測器介面向主機I2C發送確認信號。在步驟4中，主機I2C發送對應於通道5的控制暫存器的位址，例如0x14。步驟5，感測器介面透過從屬I2C介面將確認發送回主機I2C。步驟6，主機I2C發送停止狀態，以完成通道5的選擇。增益選擇
在根據本發明的一些實施例中，感測器介面能夠在預定電壓範圍內提供多個可選擇的固定增益。例如，根據本發明的感測器介面可提供範圍從2V/V至760V/V的8種可選擇的固定增益。當感測器介面被供電時，增益為預設值，例如2V/V。實際的所需增益可經由增益選擇暫存器以透過I2C選擇。下方的範例說明如何選擇150V/V的增益，假設位址為0x06的暫存器用作為增益選擇暫存器。
為了開始與感測器介面通信，重複上方關於輸入及輸出選擇所探討的步驟1至步驟3。步驟4，微控制器發送暫存器的位址以存取增益選擇暫存器0x06。步驟5，感測器介面發送確認。由於存取了增益選擇暫存器，感測器介面期待來自主機的另一個資料位元組以完成指令。資料位元組的0至2位元可用於選擇八個預定增益之一。作為範例，表1說明增益暫存器如何能針對一組預定增益進行配置。在此範例中，二進位值為100的0至2位元對應於150V/V的增益。因此在步驟6中，微控制器發送0x04的資料位元組，此舉選擇150V/V的增益。在步驟7中，感測器介面向微控制器發送確認。在步驟8中，微控制器向感測器介面發送停止狀態，以完成增益選擇。
Figure TW201800883AD00001
 表1 增益暫存器偏位校正
在根據本發明的一些實施例中，感測器介面具有偏位校正DAC，該偏位校正DAC可用於在多個輸入通道的每個通道上提供數位校準。只有有效通道的偏位電壓被施加到PGA。使用圖2所描繪的感測器介面作為範例，偏位校正DAC是10位元DAC，該DAC僅向16個輸入的有效通道提供偏位電壓。
每個通道的DAC偏位由I2C兼容的介面所控制(例如，圖2的203)。一個DAC偏位暫存器用於儲存每個通道的DAC偏位。在任何時候，主機I2C可讀取或寫入任何DAC偏位暫存器。
作為範例，每個通道的DAC偏位可透過I2C使用暫存器位址0x20至0x2F設定，隨後由另外兩個位元組的資料來設定偏位電壓的極性及數值。在此同一範例中，可用±560mV的偏位校正範圍。DAC偏位的完整範圍只能在2的增益使用。在更高增益時，若使用10位元DAC偏位的完整範圍，則將超過感測器介面的輸出電壓範圍。內部10位元DAC允許在0mV至560mV之間的1,024種不同的偏位電壓設定。偏位校正的極性是用額外位元來設定。單元偏位(unit offset)由以下公式決定：單元偏位 =
Figure TW201800883AD00002
=
Figure TW201800883AD00003
下方的表2列出了10位元DAC偏位暫存器的幾個範例偏位值內容。
Figure TW201800883AD00004
 表2。
具體而言，若10位元DAC暫存器的內容包含0x00(十六進位)，則0mV偏位被施加至對相應的有效資料輸入通道。若10位元DAC暫存器的內容包含0x3FF(十六進位)，則+560mV偏位被施加至相應的有效資料輸入通道。若10位元DAC暫存器的內容包含0x7FF(十六進位)，則-560mV偏位被施加至相應的有效資料輸入通道。
每個DAC輸出位準提供額外的547μV偏位。對於相同的範例而言，可使用以下等式來判定哪個DAC輸出位準對應於特定的所期望之偏位：
Figure TW201800883AD00005
作為範例，以下過程說明如何將輸入通道7的DAC偏位設定為75mV的值。
為了開始與感測器介面通信，重複上方關於輸入及輸入選擇所探討的步驟1至步驟3。步驟4中，微控制器(主機I2C介面)發送將存取的DAC偏位暫存器的位址。遵循上方的相同範例，輸入通道7的DAC偏位暫存器具有0x26的暫存器位址。因此，所發送的資料位元組為0x26。步驟5中，感測器介面對微控制器/主機I2C發送確認。
由於存取了DAC偏位暫存器，感測器介面期待來自微控制器或主機I2C介面的另外兩個位元組的資料以完成指令。如上方表2所示，D0至D9用於設定偏位電壓，且D10用於設定偏位電壓的符號，0=正，1=負。
要判定哪個DAC輸出位準對應於75mV，使用以下公式：
Figure TW201800883AD00006
因此，十進位值137對應於75mV。因此，DAC偏位暫存器中的十六進位值0x89或二進位值00010001001將施加+75mV偏位，DAC偏位暫存器中的十六進位值0x489或二進位值10010001001將施加-75mV偏位。
在步驟6中，微控制器/主機I2C發送DAC偏位暫存器資料的第1個位元組以選擇+75mV的偏位，亦即對應於137(0x89)的10位元DAC輸出位準的2個MSB。在步驟7中，感測器介面向微控制器/主機I2C發送確認。
在步驟8中，微控制器/主機I2C發送DAC偏位暫存器資料的第二個位元組，以選擇+75mV的偏位。在步驟9中，感測器介面向微控制器/主機I2C發送確認。在步驟10中，微控制器/主機I2C發送停止狀態，以完成對於特定輸入通道的DAC校正之期望偏位的選擇，亦即通道7的+75mV。
應當注意到，如圖2所示的DAC如何連接到PGA以實現偏位的方式是本發明相對於習知方法的優點之一。傳統IA中將需要使用參考接腳來調整偏位。本發明的此態樣允許感測器介面設計更加整合，並具有更低的雜訊以及更小的佔用面積。
圖4描繪了根據本發明的另一個態樣的感測器介面的實施例的方塊圖。與圖2所描繪的感測器介面相比，在此的感測器介面(400)具有比較器(401)，該比較器將PGA(403)的輸出信號與「內部參考電壓」(405)進行比較，並將比較結果提供給邏輯電路(未顯示)。雖然圖4沒有描繪這種邏輯電路在哪裡被實現，本領域技術人員應該輕易得知邏輯電路可在各種位置實現，例如實現在I2C介面及數位邏輯(407)內、作為I2C介面及數位邏輯(407)外部的分離部件、在偏位DAC(409)及PGA 403之間，或該等位置的任意組合中。
如上方所述，感測器介面200中的偏位校正仍然需要使用者/外部微處理器的參與，從而偏位從感測器介面200量測，接著在感測器介面200上計算DAC設定，且接著將偏位值寫入感測器介面200的DAC偏位暫存器。不同於感測器介面200，感測器介面400允許透過僅來自使用者/外部微處理器的指令以自動地且內部地執行偏位的量測及偏位值的計算。
具體而言，藉由在輸出端及邏輯電路(未顯示)上增加比較器401，外部微處理器簡單地向感測器介面400發送指令以起始偏位校準。接著當PGA輸出低於期望的參考電壓405時，邏輯電路將基於比較器401的比較結果開始向上計數DAC偏位。反之，當PGA輸出高於期望的參考電壓405時，邏輯電路將基於比較器401的比較結果開始向下計數DAC偏位。應當注意到，雖然圖4顯示被標記為「內部參考」的參考電壓405是在內部提供(例如，2V)，但所期望的參考電壓405可由外部施加。
當PGA輸出達到所期望的值時，關閉向上計數(或向下計數)，且接著儲存對應期望的參考電壓的暫存器值。用於向上計數及向下計數的邏輯電路有許多不同的實現方式，該等實現方式在本領域中是熟知的，且為了簡明起見在此將不再贅述。LDO 啟用 / 選擇 ( 外部電橋感 測器供電 )
在根據本發明的一些實施例中，感測器介面包括晶載低壓差調節器(low dropout regulator，LDO)，該低壓差調節器提供一或更多個調節電壓，該調節電壓可用於對外部輸入電橋感測器供電。例如，感測器介面可提供兩個電壓選項，例如3V及2.65V。
在一個實作中，可透過I2C兼容的雙線串列介面選擇LDO電壓。當感測器介面被供電時，預設的LDO電壓為3V。當感測器介面為有效時(不處於睡眠模式)，LDO始終是開啟的。若不使用LDO電壓，則LDO輸出可維持浮動。當感測器介面處於睡眠模式時，LDO可保持打開或關閉。例如，當感測器介面處於睡眠模式時，可將LDO設定為關閉以節省電量。替代地，可在感測器介面處於睡眠模式的同時設定LDO保持開啟，以改進喚醒時間。
類似於上述各種感測器介面控制暫存器的配置，LDO電壓及禁止(disable)設定可透過I2C以藉由配置指定給LDO電壓控制的控制暫存器來選擇。例如，假設LDO電壓控制的控制暫存器具有位址0x07，且有兩個可選擇的電壓選項(例如3V及2.65V)，在睡眠模式期間選擇2.65V電壓並保持LDO啟用的過程如下所述。
為了開始與感測器介面的通信，重複上述輸入及輸入選擇中的步驟1至步驟3。在步驟4中，微控制器/主機I2C發送位址0x07來存取控制暫存器。在步驟5中，感測器介面發送確認。
在存取LDO控制暫存器之後，感測器介面將期待來自微控制器/主機I2C的另一個位元組資料來完成指令。作為範例，並遵循上述相同的約定，資料位元組的第0位元及第1位元用於選擇LDO電壓，並在睡眠模式期間啟用/禁止LDO。第0位元(D0)控制LDO電壓(0：3V；1：2.65V)。第1位元(D1)僅適用於睡眠模式。第1位元控制睡眠模式期間的LDO是關閉還是保持開啟(0：啟用；1：禁止)。當感測器介面處於有效狀態時，LDO始終是開啟的。
因此在步驟6中，微控制器/主機I2C發送編碼資料0x00以在睡眠模式期間選擇2.65的LDO電壓並啟用LDO。在步驟7中，感測器介面向微控制器發送確認。微控制器接著發送停止狀態來完成LDO配置。電流感測模式 ( 監控 LDO 電流 )
如上方所探討地，在本發明的一些實施例中，感測器介面提供電流感測模式，該電流感測模式可透過I2C使用相應的控制暫存器(例如，位址0x08)來激活。當激活時，LDO電流被感測到，且感測器介面的輸出端存在著比例電壓(ILDO=VOUT/RL)。電流感測模式保持有效，直到感測器介面從微控制器接收到輸入選擇指令為止。
進一步而言，在一些實施例中，電流感測模式可用於監控電橋阻抗隨著時間的變化。睡眠模式 ( 類比電源關閉 )
在根據本發明的感測器介面的一些實施例中，可透過I2C使用相應的控制暫存器(例如，具有位址0x05)來激活睡眠模式。當激活時，感測器介面將進入睡眠模式。在睡眠模式期間，感測器介面的類比部分被禁止。應注意到，在睡眠模式期間保留了所有暫存器設定。
在一些實施例中，為了節省功率，在睡眠模式期間，額定的供應電流將下降到預定電流以下，例如，當LDO開啟時低於70μA且當LDO關閉時低於45μA。
在一些實施例中，微控制器/主機I2C可在睡眠模式期間讀取任何控制暫存器中的值，該控制暫存器儲存配置值。在睡眠模式期間，唯一可從微控制器接收或處理的I2C指令是喚醒指令或LDO開/關指令。所有其他暫存器位址將被忽略。喚醒指令用於返回正常運作(離開睡眠模式)，並且可被寫入指定的控制暫存器(例如，0x04)。
從上面的討論應該明顯得知，根據本發明的感測器介面將多個感測器通道的分離但必要的功能一起整合在一個晶片上。如此，本發明藉由提供更多的調節及校準功能來改善感測器的靈敏度及精準度，同時減少由於不同調節功能區塊之間的互連而產生的雜訊以及寶貴的板面積上的佔用面積。
雖然上文描述參考來自電橋感測器的輸入信號，但是根據本發明的感測器介面可與許多不同類型的感測器一起用於不同應用，例如壓力及溫度感測器、應變計放大器、工業流程控制及稱重秤。
儘管已經參考本發明的優選實施例來具體描述本發明，但本領域具有通常知識者應該輕易了解到，在不背離本發明的精神及範疇的情況下，可對形式及細節進行改變及修改。附隨的請求項意圖涵蓋這種改變及修改。
100‧‧‧感測器介面
101_1至101_16‧‧‧電橋感測器
103‧‧‧微處理器
104‧‧‧類比輸出
105‧‧‧ADC
200‧‧‧感測器介面2
201‧‧‧多工器區塊
203‧‧‧偏位區塊
205‧‧‧可編程增益儀表放大器區塊
209‧‧‧I2C介面
211‧‧‧LDO
213‧‧‧2：1多工器
215‧‧‧內部參考電壓
400‧‧‧感測器介面
401‧‧‧比較器
403‧‧‧PGA
405‧‧‧內部參考電壓
407‧‧‧I2C介面及數位邏輯
409‧‧‧偏位DAC
本領域具有通常知識者可在連同附圖檢閱本發明的具體實施例的以下描述後，輕易理解到本發明的以上及其他態樣及特徵，其中：
圖1是示範本發明的實施例之應用的方塊圖。
圖2是繪示根據本發明的實施例的部件的方塊圖。
圖3是根據本發明的感測器介面上的I2C介面的START狀態及STOP狀態的時序圖。
圖4是根據本發明的另一個態樣的感測器介面的實施例的方塊圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100‧‧‧感測器介面
101_1至101_16‧‧‧電橋感測器
103‧‧‧微處理器
104‧‧‧類比輸出
105‧‧‧ADC

Claims (14)

  1. 一種可編程感測器介面，該可編程感測器介面用於在一外部微處理器的控制下調節多個感測器信號，該可編程感測器介面包括： 一輸入選擇單元，其中該輸入選擇單元根據一輸入選擇控制信號以從複數個感測器信號選擇一或更多個感測器信號；一偏位數位至類比轉換器(DAC)，其中該偏位DAC經配置以基於一偏位控制信號產生一偏位信號；一可編程增益放大器(PGA)，其中該所選擇的感測器信號的其中一者是以該所產生的偏位信號來校準，且該經校準的感測器信號接著根據一PGA控制信號來放大；及一數位控制介面單元，該數位控制介面單元耦合到該輸入選擇單元、該偏位DAC、該PGA及該外部微處理器之每一者，以用於與該外部微處理器介面連接，並產生該輸入選擇控制信號、該偏位控制信號及該PGA控制信號。
  2. 如請求項1所述之感測器介面，其中該輸入選擇單元包括一多工器，該多工器在輸入側耦合到複數個感測器信號，並根據該選擇控制信號來選擇一個感測器信號。
  3. 如請求項2所述之感測器介面，其中該多工器是16對1差分多工器，且該輸入選擇控制信號是16位元資料。
  4. 如請求項1所述之感測器介面，進一步包括複數個偏位暫存器以用於儲存偏位值，每個偏位暫存器用於一對應的感測器信號。
  5. 如請求項1所述之感測器介面，其中該偏位DAC的資料輸入端耦合至該輸入選擇單元的輸出端，該偏位DAC的輸出端耦合至該PGA的輸入端。
  6. 如請求項4所述之感測器介面，其中該偏位DAC是一10位元DAC，該10位元DAC經配置以產生具有二極性的偏位值。
  7. 如請求項1所述之感測器介面，其中該PGA經配置以提供數個可選擇的增益，以將該校準感測器信號放大。
  8. 如請求項1所述之感測器介面，進一步包括一低壓差調節器(LDO)以用於將調節的電源偏壓提供至該多個感測器。
  9. 如請求項8所述之感測器介面，其中該LDO進一步包括一參考電壓且能夠被關閉。
  10. 如請求項9所述之感測器介面，進一步包括一2對1多工器，該2對1多工器耦合至該輸入選擇單元、該參考電壓、該PGA及該數位控制介面單元，其中對該多工器的其中一個該輸入信號是該輸入選擇單元的輸出，且對該多工器的另一個該輸入信號是來自該LDO的一信號，且其中由該數位控制介面單元產生的一有效電流感測模式信號造成與該LDO電流成比例的一電壓存在於該多工器的該輸出及該PGA的該輸入兩者處。
  11. 如請求項1所述之感測器介面，進一步包括一類比至數位轉換器(ADC)，以用於將該PGA的該類比輸出信號轉換至數位輸出。
  12. 如請求項1所述之感測器介面，其中該數位控制介面單元是一從屬I2C串列數位介面。
  13. 如請求項4所述之感測器介面，進一步包括： 一比較器單元，該比較器單元耦合至該PGA以及該數位控制介面單元的輸出，其中該比較器邏輯將該PGA的輸出對一期望的參考信號進行比較，並自動地對該選擇的感測器信號執行偏位校正。
  14. 如請求項13所述之感測器介面，其中該比較器單元造成對應於該選擇的感測器信號的一計數器基於該PGA輸出及該所期望之參考信號的比較結果以向上計數或向下計數，並在當該PGA輸出與該所期望之參考信號匹配時，停止計數並為該選擇的感測器信號將該計數器的數值儲存到該偏位暫存器中。
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