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原文传递应用于电容式湿度传感器的读出电路及其控制方法

专利名称：	应用于电容式湿度传感器的读出电路及其控制方法
摘要：	本发明涉及一种应用于电容式湿度传感器的读出电路及其控制方法。所述读出电路包括多路选择器、电容数字转换器，所述电容数字转换器包括Sigma‑Delta调制器和数字抽取滤波器；所述多路选择器的输入端与电容式湿度传感器的输出端连接，多路选择器的输出端经Sigma‑Delta调制器与数字抽取滤波器的输入端连接，数字抽取滤波器的输出端作为整个读出电路的数字信号输出端。本发明可以应用在多种电容式湿度传感器的测量，将电容式湿度传感器的感应电容信号直接转换为数字信号输出，以便于与现代数字信号处理器直接连接。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	福建;35
申请人：	福州大学
发明人：	魏榕山;林宏凯;肖小霞
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-18T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-20T00:00:00+0800
申请号：	CN201910525011.4
公开号：	CN110146558A
代理机构：	福州元创专利商标代理有限公司
代理人：	陈明鑫;蔡学俊
分类号：	G01N27/22(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	350108 福建省福州市闽侯县上街镇福州大学城学院路2号福州大学新区
主权项：	1.一种应用于电容式湿度传感器的读出电路，其特征在于，包括多路选择器、电容数字转换器，所述电容数字转换器包括Sigma-Delta调制器和数字抽取滤波器；所述多路选择器的输入端与电容式湿度传感器的输出端连接，多路选择器的输出端经Sigma-Delta调制器与数字抽取滤波器的输入端连接，数字抽取滤波器的输出端作为整个读出电路的数字信号输出端。 2.根据权利要求1所述的应用于电容式湿度传感器的读出电路，其特征在于，所述多路选择器包括第一至第十与门、第一至第五或门，第一至第五与门的第一输入端作为整个多路选择器的第一输入端，第六至第十与门的第一输入端作为整个多路选择器的第二输入端，第一与门的第二输入端作为时钟信号输入端，与时钟信号产生器的第一时钟信号输出端连接，第二与门的第二输入端、第三与门的第二输入端、第六与门的第二输入端、第八与门的第二输入端、第九与门的第二输入端作为数字电源输入端，第四与门的第二输入端、第五与门的第二输入端、第七与门的第二输入端、第十与门的第二输入端作为数字地端，第一与门的输出端、第六与门的输出端分别与第一或门的两输入端连接，第二与门的输出端、第七与门的输出端分别与第二或门的两输入端连接，第三与门的输出端、第八与门的输出端分别与第三或门的两输入端连接，第四与门的输出端、第九与门的输出端分别与第四或门的两输入端连接，第五与门的输出端、第十与门的输出端分别与第五或门的两输入端连接，第一至第五或门的输出端分别作为整个多路选择器的第一至第五输出端。 3.根据权利要求2所述的应用于电容式湿度传感器的读出电路，其特征在于，所述Sigma-Delta调制器包括反馈通路、由多路选择器控制的开关电路、第一级积分器、第二级积分器、第三级积分器、前馈通路、量化器；所述Sigma-Delta调制器还包括与第一级积分器连接的第一补偿电容、第二补偿电容；所述开关电路包括第一至第五多路选择开关，第一至第五多路选择开关的控制端分别与多路选择器的第一至第五输出端连接。 4.根据权利要求3所述的应用于电容式湿度传感器的读出电路，其特征在于，所述第一级积分器包括包括第一至第九开关、第一复位开关、第二复位开关、第一电容、第二电容、第一采样电容、第二采样电容、第一积分电容、第二积分电容、第一运算放大器；第一开关的一端连接至VDD，第一开关的另一端与第一采样电容的一端、第二开关的一端、第二补偿电容的一端连接，第二开关的另一端连接至GND，第一采样电容的另一端与第一补偿电容的一端、第五多路选择开关的一端、第三多路选择开关的一端连接，第五多路选择开关的另一端与第四多路选择开关的一端连接至GND，第三多路选择开关的另一端与第一电容的一端、第三开关的一端、第四开关的一端连接，第三开关的另一端与第一多路选择开关的一端相连接至共模电平，第四开关的另一端与第一复位开关的一端、第一积分电容的一端连接，第一电容的另一端与第一运算放大器的反相输入端、第五开关的一端连接，第一复位开关的另一端与第一积分电容的另一端、第五开关的另一端、第一运算放大器的第一输出端连接，并作为第一级积分器的第一输出端，第六开关的一端连接至GND，第六开关的另一端与与第二采样电容的一端、第七开关的一端、第一补偿电容的另一端连接，第七开关的另一端连接至VDD，第二采样电容的另一端与第二补偿电容的另一端、第四多路选择开关的另一端、第二多路选择开关的一端连接，第二多路选择开关的另一端与第一多路选择开关电路另一端、第二电容的一端、第八开关的一端连接，第八开关的另一端与第二复位开关的一端、第二积分电容的一端连接，第二电容的另一端与第九开关的一端、第一运算放大器的同相输入端连接，第九开关的另一端与第二复位开关的另一端、第二积分电容的另一端、第一运算放大器的第二输出端连接，并作为第一级积分器的第二输出端。 5.根据权利要求4所述的应用于电容式湿度传感器的读出电路，其特征在于，所述反馈通路包括第一参考电容、第二参考电容、第十一至第二十开关，第十一开关的一端与VDD连接，第十一开关的另一端与第十二开关的一端、第一参考电容的一端连接，第十二开关的另一端连接至GND，第一参考电容的另一端经第十三开关连接至共模电平，第一参考电容的另一端还与第十四开关的一端、第十五开关的一端连接，第十四开关的另一端与第十九开关的一端、第二采样电容的另一端连接，第十五开关的另一端与第三多路选择开关的一端、第二十开关的一端连接，第十六开关的一端连接至GND，第十六开关的另一端与第十七开关的一端、第二参考电容的一端连接，第十七开关的另一端连接至VDD，第二参考电容的另一端经第十八开关连接至共模电平，第二参考电容的另一端还与第十九开关的另一端、第二十开关的另一端连接。 6.根据权利要求5所述的应用于电容式湿度传感器的读出电路，其特征在于，所述第二级积分器包括第二十一至第三十开关、第三复位开关、第四复位开关、第三电容、第四电容、第三采样电容、第四采样电容、第三积分电容、第四积分电容、第二运算放大器；第二十一开关的一端连接至第一积分器的第一输出端，第二十一开关的另一端与第三采样电容的一端、第二十二开关的一端连接，第二十二开关的另一端与第二十七开关的一端相连接至共模电平，第三采样电容的另一端与第二十三开关的一端、第二十四开关的一端、第三电容的一端连接，第二十三开关的另一端与第二十八开关的一端连接至共模电平，第二十四开关的另一端与第三复位开关的一端、第三积分电容的一端连接，第三电容的另一端与第二运算放大器的反相输入端、第二十五开关的一端连接，第三复位开关的另一端、第三积分电容的另一端、第二十五开关的另一端、第二运算放大器的第一输出端连接，并作为第二级积分器的第一输出端，第二十六开关的一端与第一级积分器的第二输出端连接，第二十六开关的另一端与第二十七开关的另一端、第四采样电容的一端连接，第四采样电容的另一端与第二十八开关的另一端、第二十九开关的一端、第四电容的一端连接，第二十九开关的另一端与第四复位开关的一端、第四积分电容的一端连接，第四电容的另一端与第二运算放大器的同相输入端、第三十开关的一端连接，第四复位开关的另一端与第四积分电容的另一端、第三十开关的另一端、第二运算放大器的第二输出端连接，并作为第二级积分器的第二输出端。 7.根据权利要求6所述的应用于电容式湿度传感器的读出电路，其特征在于，所述第三级积分器包括第三十一至第四十开关、第五复位开关、第六复位开关、第五电容、第六电容、第五采样电容、第六采样电容、第五积分电容、第六积分电容、第三运算放大器；第三十一开关的一端连接至第二积分器的第一输出端，第三十一开关的另一端与第五采样电容的一端、第三十二开关的一端连接，第三十二开关的另一端与第三十七开关的一端相连接至共模电平，第五采样电容的另一端与第三十三开关的一端、第三十四开关的一端、第五电容的一端连接，第三十三开关的另一端与第三十八开关的一端连接至共模电平，第三十四开关的另一端与第五复位开关的一端、第五积分电容的一端连接，第五电容的另一端与第三运算放大器的反相输入端、第三十五开关的一端连接，第五复位开关的另一端、第五积分电容的另一端、第三十五开关的另一端、第三运算放大器的第一输出端连接，并作为第三级积分器的第一输出端，第三十六开关的一端与第二级积分器的第二输出端连接，第三十六开关的另一端与第三十七开关的另一端、第六采样电容的一端连接，第六采样电容的另一端与第三十八开关的另一端、第三十九开关的一端、第六电容的一端连接，第三十九开关的另一端与第六复位开关的一端、第六积分电容的一端连接，第六电容的另一端与第三运算放大器的同相输入端、第四十开关的一端连接，第六复位开关的另一端与第六积分电容的另一端、第四十开关的另一端、第三运算放大器的第二输出端连接，并作为第三级积分器的第二输出端。 8.根据权利要求7所述的应用于电容式湿度传感器的读出电路，其特征在于，所述前馈通路包括第七至第十二电容、第四十一至第四十六开关，第七电容的一端与第二十一开关的另一端连接，第七电容的另一端与第九电容的一端、第十二电容的一端、第四十一开关的一端连接，第八电容的一端与第三十一开关的另一端连接，第八电容的另一端与第十电容的一端、第十一电容的一端、第四十二开关的一端连接，第九电容的另一端与第四十三开关的一端、第四十四开关的一端连接，第十电容的另一端与第四十五开关的一端、第四十六开关的一端连接，第十一电容的另一端与第三十六开关的另一端连接，第十二电容的另一端与第二十六开关的另一端连接，第四十一开关的另一端与第四十二开关的另一端相连接至共模电平，第四十三开关的另一端与第三级积分器的第一输出端连接，第四十四开关的另一端与第四十六开关的另一端相连接至共模电平，第四十五开关的另一端与第三级积分器的第二输出端连接，第四十一开关的一端、第四十二开关的一端分别作为所述前馈通路的第一输出端、第二输出端。 9.根据权利要求8所述的应用于电容式湿度传感器的读出电路，其特征在于，所述第三开关、第十三开关、第十八开关、第二十四开关、第二十九开关、第三十三开关、第三十八开关的控制端与时钟信号产生器的第一时钟信号输出端连接，第四开关、第八开关、第二十三开关、第二十八开关、第三十四开关、第三十九开关的控制端与时钟信号产生器的第二时钟信号输出端连接，第一开关、第五开关、第六开关、第九开关、第十一开关、第十六开关、第二十二开关、第二十七开关、第三十一开关、第三十五开关、第三十六开关、第四十开关的控制端与时钟信号产生器的第三时钟信号输出端连接，第二开关、第七开关、第十二开关、第十七开关、第二十一开关、第二十五开关、第二十六开关、第三十开关、第三十二开关、第三十七开关的控制端与时钟信号产生器的第四时钟信号输出端连接，第十四开关的控制端、第二十开关的控制端与时钟信号产生器的第五时钟信号输出端连接，第十五开关的控制端、第十九开关的控制端与时钟信号产生器的第六时钟信号输出端连接；所述时钟信号产生器产生的时钟信号之间的关系为：第一时钟信号与第二时钟信号互为反相的非交叠时钟；第三时钟信号为第一时钟信号的上升沿同步，下降沿延时时钟；第四时钟信号为第二时钟信号的上升沿同步，下降沿延时时钟；第五时钟信号为第四时钟信号与所述Sigma-Delta调制器输出信号的与运算结果，第六时钟信号为第四时钟信号与所述Sigma-Delta调制器输出信号的反相信号的与运算结果。 10.一种基于权利要求1-9任一所述的应用于电容式湿度传感器的读出电路的控制方法，其特征在于，首先根据测量需求利用多路选择器对测量模式进行选择，然后通过Sigma-Delta调制器将电容式湿度传感器的感应电容转换为电荷信号，再对电荷信号进行调制得到数字码流，最后经过数字抽取滤波器对数字码流进行处理得到一个与感应电容相对应的数字量。
所属类别：	发明专利