用于多种感测的电流模式模数转换器系统、设备和方法与流程

1.本公开内容大体上涉及模/数转换器(adc)，并且更具体而言，涉及可被配置以与多种不同传感器类型一起操作的adc。

背景技术：

2.常规的模数转换器(adc)被用于大量应用(包括传感器系统)中。图30a和图30b是常规传感器系统3001a和3001b的示意图。传感器系统3001a/3001b可以包括与固定电阻rd串联的传感器电阻rsa/rsb，其可以根据传感器响应而变化。参考电压源vref可以通过在电阻rsa/rd两端上的分压而导致生成测量电压vxa/vxb。电压模式adc电路可以将测量电压vxa/vxb转换为数字值(raw data)。通常，adc在转换操作中可以使用相同的参考电压vref。在图30a的情况下，传感器电阻值rsa可以由下式给出：
[0003][0004]
在图30b的情况下，传感器电阻rsb可以由下式给出：
[0005][0006]
因此，感测电阻rsa/rsb相对于vx值是非线性的。结果，系统的灵敏度取决于传感器电阻rsa/rsb。
[0007]
电阻分压器方案(例如图30a和图30b的电阻分压器方案)的缺点可能是感测的电阻和转换的电压值之间的非线性；参考电压的必要性；由于电阻分压器而导致的动态范围的限制；以及通过电阻分压器的静态电流的浪费。
[0008]
图31a至图31c示出了常规的光电感测系统和热电感测系统的各种示例。图31a示出了光电感测系统3101a。诸如基于光电二极管的传感器之类的传感器可以用作电流源3103，其生成可以根据传感器操作而变化的电流(i)。放大器级3105可以利用电流(i)生成感测电压(v)。感测电压(v)可以用带通滤波器(bpf)滤波以生成经滤波电压vf。经滤波电压vf可以被施加到整流器以生成经整流电压vr。经整流电压vr可以被施加到adc电路以生成转换(即，数字)输出(原始数据(raw data))。经整流电压vr可以被施加到低通滤波器(lpf)并且用作到放大器级3105的反馈电压。
[0009]
图31b示出了常规的无源红外(pir)传感器系统3101b。pir检测器3107可以响应于ir辐射生成电流(i)。传感器系统3101b可以包括传感器电阻rs，其可以响应于传感器电流(i)生成感测电压vs。可以用bpf对感测电压vs进行滤波，并且用增益级(gain)放大所得到的电压。电压adc电路可以将放大的电压转换为数字值(dout)。系统3101b可以被概念化为将光生电荷(q)转换为电流(i)、将电流(i)转换为电压(v)、再将电压(v)转换为数字值(d)。
[0010]
图31c示出了常规的光电检测器系统3101c。由光电二极管检测的光(rλ)可以生成电流(i)。电流(i)可以输入到能够生成电压(v)的放大器级。电压(v)在被adc转换为数字输出值dout之前可以被采样/调制(sw)。系统3101c可以被概念化为将电流(i)转换为电压
(v)、再将电压(v)转换为数字值(d)。
[0011]
常规传感器系统(例如本文所述的那些常规传感器系统)可以包括将传感器电流转换为感测电压的中间级，例如跨阻抗放大器(tia)、积分器或无源元件结构。然后，所感测的电压被电压adc(v-adc)转换为数字值。
[0012]
常规方案(例如图31a至图31c的常规方案)的缺点可能是复杂和昂贵。
[0013]
希望得到一种没有常规方案的缺点的adc系统。
附图说明
[0014]
图1是根据一个实施例的传感器系统的框图，
[0015]
图2a至图2d是根据其他实施例的传感器系统的框图。
[0016]
图3是根据一个实施例的电流模数转换器(c-adc)电路的示意框图。
[0017]
图4a至图4d是根据实施例的电流感测系统的示意图。
[0018]
图5a和图5b是根据实施例的电阻感测adc系统的示意图。
[0019]
图6a和图6b是根据实施例的具有调制的平衡电流源的电阻感测adc系统的示意图。
[0020]
图7a和图7b是根据实施例的具有调制的传感器电流的电阻感测adc系统的示意图。
[0021]
图8是比较具有电流调制的实施例和不具有电流调制的实施例之间的adc转换结果的曲线图。
[0022]
图9a和图9b是根据实施例的具有传感器电流源和开关电容器平衡电流发生器的传感器adc系统的示意图。
[0023]
图10a和图10b是根据实施例的具有传感器电阻和开关电容器平衡电流发生器的传感器adc系统的示意图。
[0024]
图11是示出根据实施例的adc电流感测操作的时序图。
[0025]
图12a和图12b是根据实施例的具有调制传感器电流源和开关电容器平衡电流发生器的传感器adc系统的示意图。
[0026]
图13是根据一个实施例的光感测adc系统的示意图。
[0027]
图14是光电二极管等效电路的示意图。
[0028]
图15是示出诸如图13的实施例等实施例的操作的时序图。
[0029]
图16a和图16b是示出可以包括在实施例中的接近传感器(proximity sensor)的图。
[0030]
图17a是根据一个实施例的接近检测adc系统的示意图。图17b是具有有源积分器电路的实施例的示意框图。图17c是具有更高阶调制的实施例的示意框图。
[0031]
图18是示出诸如图17a的实施例等实施例的操作的时序图。
[0032]
图19a至图19d是示出诸如图17a的实施例等实施例的差分感测操作的示意图。
[0033]
图20是根据一个实施例的光强度感测adc系统的示意图。
[0034]
图21a和图21b是示出诸如图20的实施例等实施例的差分感测操作的示意图。
[0035]
图22是根据一个实施例的无源红外(pir)接近检测adc系统的示意图。
[0036]
图23是示出根据一个实施例的adc转换结果的曲线图。
[0037]
图24是示出诸如图22的系统等系统的结果的曲线图。
[0038]
图25是根据一个实施例的多种感测(multi-sense)系统的框图。
[0039]
图26是示出根据实施例的各种系统和应用的框图。
[0040]
图27是根据一个实施例的方法的流程图。
[0041]
图28是根据另一实施例的方法的流程图。
[0042]
图29是根据再一实施例的方法的流程图。
[0043]
图30a和图30b是常规adc系统的示意图。
[0044]
图31a至图31c是示出具有电压adc的常规传感器系统的图。
具体实施方式
[0045]
实施例可以包括电流模式模数转换器(c-adc)，其可以用作各种各样的不同感测方法和传感器类型的共同架构。与常规方案不同，根据实施例，c-adc可以利用对电流源、电源和参考电压变化相对不敏感的架构来执行转换，例如电阻-代码转换。可以适应任何各种基于电流的感测类型，包括但不限于：电容感测、电感感测和电阻感测。感测可以是单端的或差分的。
[0046]
根据实施例，c-adc可以包括模拟比较器，其基于可以根据传感器电流而变化的输入来生成输出位流。当模拟比较器输入超过阈值时，模拟比较器输出可以转变，从而改变位流。可以通过平衡电流来平衡比较器的输入处的传感器电流的影响。
[0047]
在一些实施例中，可以响应于模拟比较器位流输出来调制传感器电流。
[0048]
在一些实施例中，可以响应于模拟比较器位流输出来调制平衡电流。在一些实施例中，可以利用开关电容器电路来生成平衡电流。
[0049]
在本文所述的各种实施例中，相同的项目由相同的附图标记来指代，但该附图标记具有对应于图号的一个或多个前导数字。
[0050]
图1是根据一个实施例的系统100的框图。系统100可以包括adc部分102，其可以从传感器设备104接收传感器电流(is)。可以通过物理连接106来接收作为输入的传感器电流(is)。传感器电流(is)的方向可以根据传感器设备104的应用和类型而变化。在一些实施例中，adc部分102包括c-adc电路108，其不包括任何用于电流到电压转换的中间电路，并且因此可以直接接收传感器电流(is)。这样，c-adc系统100可以比常规方案更简单和/或更便宜。
[0051]
图2a至图2d是示出根据实施例的各种感测系统的图。根据实施例，相同的c-adc系统可以用于多个不同的传感器应用中。图2a示出了根据一个实施例的温度感测系统200a。系统200a可以包括传感器电阻rsense 204-1、参考电阻rref 204-0和adc部分202。传感器电阻204-1的电阻可以响应于温度(t)的变化而变化。可以基于传感器电阻204-1的预期范围来选择参考电阻204-0。
[0052]
adc部分202可以包括c-adc电路208和开关sw0至sw3。c-adc电路208可以生成开关控制信号ph0、ph1、ph0fb和ph1fb。开关控制信号ph0可以在处于有效状态时导通开关sw0。开关控制信号ph1可以在处于有效电平(例如，高)时导通开关sw3。当处于有效状态时，开关控制信号ph0fb和ph1fb可以分别导通开关sw2和sw1。控制信号ph0/ph1具有在时间上不重叠的有效电平。此外，开关控制信号ph0/ph1将根据预期的传感器电流(is)而变化(例如，频
率)。可以根据c-adc电路208内的反馈回路而随着is增大和/或减小来调制开关控制信号ph0fb/ph1fb。根据实施例，当开关sw2/sw3操作以生成传感器电流(is)时，开关sw0/sw1可以生成平衡电流(ibal)，该平衡电流抵消在c-adc电路208的输入处的is的影响。可以理解，各种开关控制信号ph0/ph0fb/ph1/ph1fb可以根据is和ibal的电流流动方向而变化。
[0053]
响应于在第一输入处感测的电流(i
rp
)和在第二输入处感测的电流(i
rn
)，c-adc电路208可以生成数字输出值dout。dout可以包括任何合适数量的位，并且在所示实施例中，dout包括10位。在一些实施例中，adc部分202可以形成同一集成电路设备的一部分，其具有与参考电阻204-0和传感器电阻204-1的外部连接(一个示为206)。系统200a可以被概念化为将温度(t)转换为电阻(r)、再将电阻(r)转换为数字值(d)。
[0054]
图2b示出了根据一个实施例的无源红外(pir)感测系统200b。系统200b可以包括pir传感器204b和adc部分202b。响应于入射的ir辐射，pir传感器204b可以生成传感器电流(is)。可以经由外部连接206来接收作为输入电流i
rp
的传感器电流(is)，且将传感器电流(is)提供到c-adc电路208。根据实施例，与常规pir感测系统不同，传感器电流(is)不流过电阻器，从而不会被转换为感测电压。在一些实施例中，传感器电流(is)可以直接由c-adc电路208接收，以便转换为数字输出值dout。dout可以是任何合适的多位值，并且在所示实施例中，dout可以包括10位。系统200b可以被概念化为将光诱发电荷(q)转换为电流(i)、再将电流(i)转换为数字值(d)。
[0055]
图2c示出了根据一个实施例的自电容感测系统200c。系统200c可以包括感测电容204-1c(或204-1c')和adc部分202c。感测电容204-1c可以响应于外部事件(例如，与物体的接近度)而变化。虽然感测电容204-1c可以采取具有电介质的电容器的形式，但是实施例可以包括提供电容变化的任何合适的结构，例如开关电容器电阻器(scr)，这仅是许多可能示例中的一个。
[0056]
adc部分202c可以包括c-adc电路208以及开关sw0和sw1。c-adc电路208可以生成开关控制信号ph0和ph1，用于分别控制sw0和sw1。控制信号ph0/ph1可以具有在时间上不重叠的有效电平，并且可以根据所预期的传感器电流(is)而改变(例如，频率、占空比)。响应于在输入处感测的电流(i
rp
)，c-adc电路208可以生成数字输出值dout。在一些实施例中，adc部分202可以形成同一集成电路设备的一部分，其具有外部连接(一个示为206)。系统200c可以被概念化为将电容(c)转换为电流(i)、再将电流(i)转换为数字值(d)。
[0057]
图2d示出了根据一个实施例的光电感测系统200d。系统200d可以包括光电设备204-1d和adc部分202d。响应于预定波长的入射光，光电设备204-1d可以用作电流源并生成传感器电流(is)。光电设备204-1d可以是响应于光生成电流的任何合适的设备，包括但不限于光电二极管或光电晶体管。可以经由外部连接206来接收作为输入电流i
rp
的传感器电流(is)。根据实施例，与常规的光电感测系统不同，传感器电流(is)不被施加到电压转换级(例如，tia)。在一些实施例中，传感器电流(is)可以直接由c-adc电路208接收，以便转换为数字输出值dout。系统200d可以被概念化为将电流(i)基本上直接地转换为数字值(d)。
[0058]
仍然参考图2a至2d，在一些实施例中，adc部分(202、202b、202c、202d)可以是相同的电流感测架构，其适用于各种不同的系统。这与常规方案(其可以包括针对一个应用而设计的电路)形成对比。在一些实施例中，adc部分(202、202b、202c、202d)可以包括可配置电路，该可配置电路用于启用电路部分之间的不同模拟信号路径和/或启用不同的数字信号
处理和信号时序，以满足期望应用的需要。
[0059]
虽然图2a至2d示出了特定应用，但是实施例可以包括生成电流输出信号或依赖于电阻感测的各种其他传感器类型。虽然具有生成电流输出的传感器的实施例可以包括热电传感器或驻极体(electret)型传感器(例如，驻极体麦克风)，但这仅作为两个示例。这样的电流感测实施例可以在一个转换操作中将放大和量化进行组合。这与在量化之前包括单独的前置放大器的常规方案形成对比。具有电阻感测的实施例还可以包括温度传感器(负相关和正相关二者)、电阻式力传感器(resistive force sensor)、电阻式压力传感器(resistive pressure sensor)、电阻式触摸传感器(例如，触摸板、按钮)。这样的电阻感测实施例可以包括利用相孔开关架构(phased switching architecture)进行直接的电阻到代码转换。这与将电阻转换为感测电压且接着将感测电压施加到电压adc的常规方案形成对比。
[0060]
图3是根据一个实施例的传感器系统300的图。系统300可以包括adc部分302和传感器304。传感器304可以是如本文所述的任何合适的传感器及其等同器件。传感器304可以生成传感器电流(is)，或被充电和/或偏置以生成传感器电流(is)。在感测操作的不同阶段中，传感器电流(is)可以从传感器304流出、流入传感器304，或这两者。
[0061]
adc部分302可以包括模拟部分302-0和数字部分302-1。模拟部分302-0可以包括模拟比较器(cmp)310且可以包括(或被配置为包括)平衡电流发生器312。在一些实施例中，模拟部分302-0可以包括感测开关部分318。在一些实施例中，adc部分302可以形成在集成电路(ic)衬底322中。模拟比较器310可以具有被连接以接收传感器电流(is)的输入(in1)和被连接到开关信号发生器314的输出。平衡电流发生器312可以生成平衡电流ibal。平衡电流ibal可以相对于输入(in1)在与传感器电流(is)的方向相反的方向上流动。在一些实施例中，可以根据一个或多个平衡开关控制信号sw_ibal来调制平衡电流发生器312。
[0062]
在一些实施例中，传感器电流(is)可以直接流入或流出比较器输入in1。然而，在其他实施例中，感测开关部分318可以选择性地将传感器电流(is)连接到模拟比较器310。在一些实施例中，感测开关部分318可以响应于感测开关控制信号sw_is而选择性地将传感器304连接到电源。这种特征可以使得能够调制传感器电流(is)。
[0063]
数字部分302-1可以包括开关信号发生器314和数字处理电路316。开关信号发生器314可以响应于模拟比较器310的输出和调制时钟fmod而生成开关控制信号sw_ibal和/或sw_is。开关信号发生器314的输出可以是根据传感器电流(is)而变化的位流。数字处理电路316可以处理位流以生成多位输出值count。
[0064]
c-adc电路308可以包括模拟比较器310、平衡电流发生器312、开关信号发生器314以及可选的感测开关部分318。在一些实施例中，c-adc电路308可以是图1至图2d所示的那些电路中的一种形式。
[0065]
在一些实施例中，可以根据配置输入(cfg)320来配置adc部分302的各个部分。配置输入320可以从存储在存储器(未示出)中的配置数据提供。在一些实施例中，平衡电流发生器312和传感器电流开关部分(is sw)318内的开关元件可以基于配置输入320而以各种配置连接。平衡电流发生器312所提供的电流的幅值可以由配置输入320确立。可以基于配置输入320来配置开关信号发生器314。开关信号发生器314可以包括基于配置输入320互连的各种数字块(例如，触发器、其他逻辑门)。额外地或可替换地，可编程逻辑可以配置有配
置输入320以形成开关信号发生器314的全部或部分。
[0066]
图4a至图4d是根据实施例的电容感测架构400a/b的示意图，该电容感测架构可以将传感器电流转换为输出位流，该输出位流随后可以被转换为多位数字值。在一些实施例中，系统400a或400b可以是系统300的实施方式。
[0067]
图4a示出了源电流测量系统400a，其包括传感器电流源404a、调制电容cmod和c-adc电路408a。传感器电流源404a可以对应于由传感器设备生成的电流。调制电容cmod可以在输入节点n41与传感器电流源404a串联连接。可以基于预期的传感器电流来选择cmod的值。
[0068]
c-adc电路404a可以包括模拟比较器410、平衡电流发生器412a和开关信号发生器414。模拟比较器410可以具有连接到节点n41的第一(+)输入和连接到参考电压vref的第二输入(-)。平衡电流发生器412a可以包括电流源424a，其与开关sw40在节点n41和低电源节点之间串联。在一些实施例中，电流源424a可以是用配置数据等可编程的。可以根据反馈信号fb来控制开关sw40。开关信号发生器414可以包括d-q型触发器(ff)414，其具有连接到比较器410的输出的输入(d)、提供输出位流并用作反馈信号fb的输出(q)426a。可以根据周期性调制时钟信号fmod来对ff 414进行时钟控制。
[0069]
在操作中，当传感器电流isen对调制电容cmod充电时，节点n41处的电压可以升高。当电压超过vref时，模拟比较器410的输出可以变高。结果，ff的输出426a可以转变为高。这会使得平衡电流ibal通过开关sw40的操作而使节点n41放电。一旦节点n41放电到低于vref，模拟比较器410的输出就可以变低，从而使得ff的输出426a转变为低。这可以停止在节点n41处的平衡电流ibal，从而使得cmod能够响应于isen而充电。当传感器电流isen继续流动时，该过程可以重复。根据传感器电流isen的幅值，位流426a的占空比可以变化。图4b是示出图4a的系统的简化表示的系统400a'的图。
[0070]
图4c示出了吸收电流(sink current)测量系统400b，其包括吸收电流源404b、调制电容cmod和c-adc电路408b。系统400b可以以与图4a类似的方式操作。系统400b与图4a的系统的不同之处可以在于：传感器电流isen可以对cmod放电，而平衡电流发生器412b可以对cmod充电。图4d是示出图4c所示的系统的简化表示的系统400b'的图。
[0071]
在图4a和图4c的实施例中，最大传感器电流isen可以低于平衡电流ibal。电源电压vsc可以高于参考电压vref。
[0072]
系统400a和400b的传递函数可以被给定为：
[0073][0074]
其中dx是转换结果(例如数字值)。
[0075]
图5a和图5b示出了根据实施例的如何能够将图4a和图4c的电流-数字转换架构应用于电阻测量应用。图5a和图5b分别具有与图4a和图4c相同的配置，但是用传感器电阻rs代替传感器电流源404a/404b。电流源524a/524b可以是以下任何一种：恒定电流源、数字可编程电流源(idac)、电阻或可编程电阻集合。
[0076]
图5a和图5b中的转换的传递函数可以由下式给出：
[0077]
[0078]
图5a和图5b的实施例可以在以下条件下最优地操作：
[0079][0080][0081]
其中rs
min
是rs的最小电阻。
[0082]
如果最大传感器电流(is)高于最大平衡电流ibal，则可以调整参考电压vref。因此，在一些实施例中，可以用电压数模转换器(vdac)528a/528b改变参考电压vref。然而，在其他实施例中，可以包括与传感器电阻rs串联的调制开关，以进一步控制is。这些实施例在图6a和图6b中示出。
[0083]
图6a和图6b示出了根据另外的实施例的电阻测量系统600a和600b。图6a和图6b分别包括与图5a和图5b的架构类似的架构，但包括与传感器电阻rs串联的开关sw61/sw64。开关sw61/sw64可以用具有占空比dmod的周期性信号swmod来控制。在这种布置中，操作在以下条件下可以是最优的：
[0084][0085][0086]
虽然诸如图6a和图6b的实施例等实施例可以适应更大的最大传感器电流值，但是所得到的传递函数可以具有与传感器电阻成反比的数字值。
[0087]
图7a和图7b示出了根据另外的实施例的电阻测量系统700a和700b。图7a和图7b的架构可以包括与图6a和图6b的那些项目类似的项目。然而，图7a和图7b不包括与电流源724a/724b串联的开关。相反，可以包括与传感器电阻rs串联的开关(sw71/sw72)，以根据模拟比较器的输出726a来调制传感器电流(is)。此外，图7a和图7b包括开关电阻值(rs_op)。
[0088]
用于诸如图7a和图7b的实施例等实施例的传递函数可以由下式给出：
[0089][0090][0091]
此外，实施例可以在以下条件下最优地操作：
[0092][0093][0094]
在一些实施例中，开关电阻(rsw_op)可以被包括作为rs的一部分。
[0095]
从上述传递函数可以看出，输出值dx可以与传感器电阻rs成正比。
[0096]
图8是比较诸如图6a/图6b和图7a/图7b的系统等系统的响应的曲线图。响应830-0示出了诸如图6a和图6b的实施例等实施例的非线性响应。响应830-1示出了诸如图7a和图7b的实施例等实施例的线性响应。
[0097]
虽然诸如图3至图7b所示的实施例等实施例可以包括参考电压源和idac(例如，用
于平衡电流源)，但是其他实施例可以采用开关电容器(sc)电路来进行这种电路操作。图9a和图9b是示出这种实施例的示意图。
[0098]
图9a和图9b示出了包括sc平衡电流源的电流测量系统900a/900b。图9a和图9b示出了各种电阻值rsw。在一些实施例中，这些电阻值对应于用配置输入启用以提供信号路径的可配置模拟开关。电阻值rsw_on对应于处于开关导通状态的对应开关的电阻值。
[0099]
图9a示出了根据一个实施例的用于感测传感器电流源的系统900a。系统900a可以包括传感器电流源904a、调制电容器cmod和c-adc电路908a。传感器电流源904a可以表示由传感器设备提供的传感器电流isen。传感器电流isen可以根据传感器操作而变化。可以基于预期的传感器电流范围和/或平衡电流范围来选择电容cmod。
[0100]
c-adc电路908a可以包括模拟比较器910、sc平衡电流发生器912a和开关信号发生器914a。模拟比较器910可以具有连接到传感器电流源904a和cmod的第一输入(+)和连接到低电源节点(例如，地)的第二输入(-)。sc平衡电流源912a可以包括开关sw91至sw94和参考电容cref。开关sw91可以将cref的第一节点n91连接到模拟比较器910的第一输入，且可以由信号ph1fb控制。开关sw92可以将第一节点n91连接到低电源节点，并可以由信号ph0fb控制。开关sw93可以将高电源节点(vdda)连接到cref的第二节点n92，并由信号ph0fb控制。开关sw94可以将低电源节点连接到第二节点n92，并由信号ph1fb控制。
[0101]
开关信号发生器914a可以包括dq ff 936和反馈(fb)逻辑单元932。模拟比较器910的输出可以连接到ff 936的输入(d)。ff 936的输出(q)可以提供位流输出信号926a，并且也可以是fb逻辑单元932的输入。ff 936可以基于调制时钟信号fmod操作。fb逻辑单元932可以生成开关控制信号ph0fb和ph1fb，该开关控制信号ph0fb和ph1fb根据模拟比较器910的输出而有效，并且可以具有在时间上不重叠的有效电平。
[0102]
在操作中，可以提供传感器电流isen以对cmod充电。一旦cmod上的电压上升到高于模拟比较器910的(-)输入处的电压(取决于电阻rsw和任何偏移电压，模拟比较器910的(-)输入处的电压可以约为地)，则比较器910的输出可以被驱动为高。这可以激活开关控制信号ph0fb/ph1fb。通过开关电容器的作用，节点n92可以被朝着vdda充电，然后再耦接到地。可以启用开关sw91，从而使得吸收平衡电流(ibal)流动，这将用于偏移模拟比较器910的(+)输入处的传感器电流isen。当模拟比较器的(+)输入处的电压下降到低于(-)输入的电压时，可以停用信号ph0fb和ph1fb，从而停止平衡电流ibal。isen然后可以再次开始对cmod充电。
[0103]
注意，平衡电流发生器912a可以被概念化为开关电容器电阻器。因此，它可以被配置为提供取决于调制频率fmod和参考电容而不取决于开关寄生电阻(例如，rsw、rsw_on)的平衡电流ibal。
[0104]
在一些实施例中，c-adc电路908a可以是ic设备的与传感器电流源904a和cmod分离的部分。传感器电流源904a和cmod可以在外部连接906处连接到这种ic设备。在一些实施例中，c-adc电路908a可以包括模拟总线934，模拟总线934可以是用于模拟信号的低电阻总线，其可以通过可配置开关(由开关电阻rsw表示)连接到电路元件。在一些实施例中，参考电容cref可以是ic设备的可编程电容。然而，在其他实施例中，参考电容cref可以在ic设备的外部(即，经由外部连接来连接)。
[0105]
图9b示出了根据另一实施例的用于感测传感器电流源的系统900b。系统900b可以
包括与图9a的那些项目类似的项目，但是系统900b可以与从cmod吸收电流的传感器电流源904b一起操作。
[0106]
在操作中，传感器电流isen可以从cmod吸收电流。一旦cmod上的电压下降到低于模拟比较器910的(+)输入上的电压(取决于电阻rsw和任何偏移电压，模拟比较器910的(+)输入上的电压可以约为vdda)，比较器910的输出可以被驱动为高，从而激活开关控制信号ph0fb/ph1fb。通过开关电容器的作用，可以生成平衡电流ibal。结果，提供的平衡电流(ibal)可以流到模拟比较器910的(-)输入。当(-)输入处的电压上升到高于(+)输入的电压时，可以停用信号ph0fb和ph1fb，从而停止平衡电流ibal。isen然后可以再次开始使cmod放电。
[0107]
图9a和图9b的实施例可以具有由下式给出的传递函数：
[0108][0109]
当最大传感器电流isen小于平衡电流ibal时，诸如图9a和9b的实施例等实施例可以最优地操作。此外，期望模拟比较器具有“轨到轨”操作(即，能够在输入接近高或低电源电平时切换)。
[0110]
虽然图9a和图9b示出了被配置为转换来自传感器设备的电流的实施例，但是相同的架构可以有利地应用于电阻感测。图10a和图10b是示出了这些实施例的示意图。
[0111]
图10a和图10b示出了包括sc平衡电流源的电阻测量系统1000a/1000b。图10a和图10b包括与图9a和图9b相同的架构，但是用传感器电阻rs代替传感器电流源904a/904b。因此，参考图9a/图9b来理解系统1000a/1000b的操作。
[0112]
图10a和图10b的实施例可以具有由下式给出的传递函数：
[0113][0114]
有利地，这种传递函数表明转换结果不受vdda的影响。因此，这样的实施例可以灵活地适应各种电源电平。
[0115]
图10a和图10b的实施例可以在以下条件下最优地操作：
[0116][0117]
其中rs
max
是rs的最大预期电阻。
[0118]
图11是示出传感器电流吸收实施例(例如，图10b的传感器电流吸收实施例)的操作的时序图。图11包括以下波形：调制时钟(fmod)；输出位流(位流)；开关控制信号(ph0fb、ph1fb)；调制电容上的电压(vmod)；传感器电流isen；以及生成的平衡电流(ibal)。
[0119]
在时间t0之前，isen可以流动，从而对cmod放电，导致vmod从vdda下降。
[0120]
在时间t0处，vmod可以下降到低于vdda，使得模拟比较器的输出变高。结果，反馈逻辑单元可以生成非重叠的开关控制信号ph0fb/ph1fb，其可以与fmod同步。通过开关电容器的操作，平衡电流发生器可以生成ibal，其在cmod处反作用于isen。因此，vmod可以开始随着ibal抵消isen而上升。
[0121]
在时间t1处，vmod可以上升到高于vdda，从而使得模拟比较器的输出变低。结果，可以停用开关控制信号ph0fb/ph1fb，从而结束ibal的生成。isen可以继续流动，因此vmod
可以再次开始下降。
[0122]
时间t2至t3的操作能够以与时间t0至t1相同的方式进行，并且可以表示在位流在三个fmod周期内为高情况下isen的转换结果。
[0123]
在时间t3处，传感器电阻可以减小。结果，isen可以增加(在负方向上)。
[0124]
在时间t4处，vmod可以下降到低于vdda，从而激活平衡电流(ibal)发生器。然而，因为isen已经增加，所以ibal花费四个时钟周期来将vmod驱动回到vdda。
[0125]
时间t4至t5可以表示在位流在四个fmod周期内为高情况下较高isen电平的转换结果。
[0126]
虽然诸如图10a和图10b的实施例等实施例可以提供具有相应优点的电阻感测，但是可以期望提供相对于传感器电阻具有更线性关系的转换。这些实施例在图12a和图12b中示出。
[0127]
图12a和图12b示出了包括sc平衡电流源的电阻测量系统1200a/1200b。图12a和图12b包括与图10a和图10b相同的架构，但是增加了与传感器电阻rs串联的开关(sw125、sw129)。这种开关(sw125、sw129)可以用开关控制信号ph1fb/ph0fb进行调制。可选地，系统1200a/1200b还可以包括第二附加开关(sw126、sw120)，其可以旁路传感器电阻rs的电源。
[0128]
系统1200a和1200b可以分别如针对系统900a和900b所描述的那样操作，但是增加了开关sw125/sw129。在系统1200a中，当cmod电位保持低于模拟比较器1210的(-)输入时，isen可以流动。一旦cmod电位上升到高于(-)输入电位，就可以如图9a所述的那样生成ibal。然而，另外，在ph1fb阶段，通过sw125的操作，rs可以与vdda隔离，并且isen可以停止流动。可选地，在ph0fb阶段，通过sw126的操作，与连接到cmod的端子相反的rs端子可以连接到低电源(例如地)。因此，在感测操作期间，传感器输出电位可以保持在大约相同的操作电压。
[0129]
在系统1200b中，当cmod电位保持高于模拟比较器1210的(+)输入时，isen可以流动，从而使cmod放电。一旦cmod电位下降到低于(+)输入电位，就可以生成ibal。另外，在ph0fb阶段，通过sw129的操作，rs可以与低电源电位隔离，并且isen可以停止流动。可选地，在ph1fb阶段，通过sw120的操作，与连接到cmod的端子相反的rs端子可以连接到vdda。
[0130]
图12a和图12b的实施例可以具有由下式给出的传递函数：
[0131]
dx＝cref
·
fmod
·
rs
[0132]
图12a和图12b的实施例可以在以下条件下最优地操作：
[0133][0134]
有利地，图12a/12b的传递函数示出了对rs的线性相关。如在图10a和图10b的实施例的情况下，转换结果对电源电压(vdda)的变化不敏感。通过fmod和/或fb逻辑单元来调整ibal，可以在宽范围内改变灵敏度和分辨率。
[0135]
虽然实施例可以包括任何合适的电流感测应用，但是一些实施例可以包括光感测系统。根据实施例，电流生成光感测设备(例如光电二极管)可以具有利用如本文所述的c-adc电路测量的电流。这样的系统可以享有广泛的应用，包括但不限于：光学接近检测、运动检测、光强度检测和烟雾警报。图13示出了这样的实施例。
[0136]
图13是根据一个实施例的光感测系统1300的示意图。图13包括与图9b相同的一般
性架构，但是用光电二极管pd代替传感器电流源904b。
[0137]
图14示出了光电二极管等效电路。响应于入射光，光电二极管可以生成光电流iph。因此，参考图9b来理解系统1300的操作，其中光电二极管作为与光相关的电流源(例如，图14所示的与光相关的电流源)进行操作。
[0138]
图13的实施例可以具有由下式给出的传递函数：
[0139][0140]
图13的实施例可以在以下条件下最优地操作：
[0141]
vdda
·
cref
·
fmod》iph
max
[0142]
其中iph
max
是来自pd的预期最大电流。
[0143]
图15是示出诸如图13的实施例等实施例的操作的时序图。图15包括以下波形：相位信号ph0(ph0fb可以是位流与ph0的逻辑与)；相位信号ph1(ph1fb可以是位流与ph1的逻辑与)；输出位流(位流)；调制电容上的电压的变化(δv
cmod
)；生成的平衡电流ibal；以及生成的光电二极管电流(iph)。
[0144]
在时间t0之前，iph可以已经使cmod放电，导致位流变高。结果，ibal可以有效，其可以采取如1538所示的脉冲形式。
[0145]
在时间t0处，ibal可以将cmod充电到高于模拟比较器的(+)输入处的电压，从而停用ibal。结果，iph可以使cmod放电。
[0146]
实施例可以包括各种其他的光感测应用，包括使用传感器(其包括光源和相应的光检测器的)进行的接近检测。图16a和图16b是示出可以包括在实施例中的接近传感器1640的图。接近传感器1640可以包括光源1642和光检测器1644，该光源可以是发光二极管(led)，该光检测器可以是pd。图16a示出了当物体在检测距离(detection proximity)之外时的传感器1640。光源1642可以发射光检测器1644未检测到的光。图16b示出了当物体在检测距离内时的传感器1640。光源1642可以发射由物体的反射表面1646反射的光。反射光由pd 1644感测，pd 1644可以生成光电流。
[0147]
虽然本文的实施例可以包括单端系统(其中感测的电流在模拟比较器的一个输入处生成输入信号)，但是实施例还可以包括差分系统，其中传感器电流在模拟比较器的两个输入处生成输入。
[0148]
图17a是根据一个实施例的接近感测系统1700a的示意图。系统1700a可以包括发射器1758、检测器pd、差分前端1750、参考开关部分1754、检测器开关部分1756和基准(baseline)调整电路1760。
[0149]
发射器1756可以包括串联连接的led、电阻rled和开关sw181。led可以发射在能够由pd检测的一个或多个频率范围内的光。sw181可以响应于开关控制信号ph1/ph2而启用通过led的电流路径(并由此实现发光)。pd可以是反向偏置配置的光电二极管，其可以响应于来自led的入射光而生成电流iph。
[0150]
差分前端1750可以包括模拟比较器1710、开关信号发生器1714、数字处理电路1716和桥式开关部分1752。模拟比较器1710可以具有连接到第一调制电容cmodb的一个输入(+)，以及连接到第二调制电容cmoda的另一个输入(-)。开关信号发生器1714可以包括如在其他实施例中那样布置的由fmod进行时钟控制的dq ff 1736，以响应于来自模拟比较器
1710的输出而生成位流。ff 1736的输出可以被提供作为fb和相位(fb/ph)逻辑单元1732的输入以及数字处理电路1716的输入。相位和反馈逻辑单元1732可以生成多个开关控制信号，这些开关控制信号将在本文更详细地描述。数字处理电路1716可以根据任何合适的方式利用ff 1736输出的位流生成多位数字值。在一些实施例中，数字处理电路1716可以包括数字抽取器电路以及数字滤波器。
[0151]
桥式开关部分1752可以包括开关对sw171/sw172、sw173/sw174、sw175/sw176，其具有共同地彼此连接的第一端子、以及分别连接到第一模拟总线1734-0和第二模拟总线1734-1的第二端子。开关对sw171/sw172可以具有连接到参考电容cref的公共节点。开关对sw173/sw174可以具有连接到pd的第一端子的公共节点。开关对sw175/sw176可以具有连接到pd的第二端子的公共节点。模拟总线1734-0可以连接到调制电容cmodb。模拟总线1734-1可以连接到调制电容cmoda。
[0152]
参考开关部分1754可以包括开关sw177和sw178。sw177可以连接在高电源vdda与cref之间，并可以由信号ph0控制。开关sw178可以连接在低电源(例如，地)和cref之间，并且可以由信号ph1控制。
[0153]
检测器开关部分1756可以包括开关sw179和sw180。sw179可以连接在高电源vdda和pd的第一端子之间，并可以由信号ph0/ph1控制。开关sw180可以连接在低电源和pd的第二端子之间，并且可以由信号ph2/ph3控制。
[0154]
基准调整电路1760可以生成基准值b，其可以与原始计数值dx组合以考虑变化的参数，如将在本文的稍后描述的。在一些实施例中，基准调整电路1760可以是由处理器响应于感测到的条件(例如，温度、vdda电平、背景光)而执行的指令集。
[0155]
虽然实施例可以包括无源积分器架构，但是其他实施例可以包括有源积分器。图17b是具有有源积分器的系统1700b的示意框图。系统1700b可以是差分感测系统(例如图17a的差分感测系统)，包括根据本文公开的实施例的可以生成感测电流和平衡电流(is、ibal)的开关电容器部分1735。与图17a不同，系统1700b可以包括有源积分器1737-0/1737-1，用于对比较器1710的输入节点处的电压进行积分。根据预期应用，有源积分器1737-0/1737-1可以采取任何合适的形式。
[0156]
虽然图17b示出了具有有源积分器的差分架构，但是实施例还可以包括具有有源积分器的单端架构。
[0157]
虽然实施例可以包括单个积分器和差分级，但是其他实施例可以包括更高阶的调制架构。图17c是具有更高阶调制的系统1700c的示意框图。系统1700c可以是诸如图17a的差分感测系统等差分感测系统。然而，与图17a不同，系统1700c可以具有多个开关电容器级1735-0/1735-1，每一级操作以对调制电容进行积分，并响应于量化级而应用差值(例如，比较器1710)。虽然图17c示出了二阶调制，但是其他实施例可以包括更高阶的调制。如同图17b的情况，单端系统也可以包括更高阶调制。
[0158]
图18是示出系统1700a的操作的时序图。图18包括以下波形：开关控制信号ph0、ph1、ph2、ph3、ph0/ph1、ph2/ph3；光电流iph；以及调制电容cmoda/cmodb之间的差分电压(δv
cmod
)。开关控制信号ph0fb和ph1fb(图18中未示出)被理解为是通过模拟比较器1710的输出分别与信号ph0和ph1的逻辑与生成的。
[0159]
返回参考图17a并结合图19a至图19d，将描述根据一个实施例的感测操作。感测操
作可以在四个阶段中发生，如图19a至图19d所示。这四个阶段包括ph0、ph1、ph2和ph3(图18中示出了其示例)。在感测操作中，可以在模拟比较器1710的输入两端生成差分电压。可以在(-)输入处施加cmoda上的电压(via)。可以在(+)输入处施加cmodb上的电压(vib)。在一些实施例中，在感测操作之前，调制电容cmoda和cmodb上的电压可以被初始化为相同的电平(例如，vdda/2)。
[0160]
在ph0中，通过开关sw179和sw175的操作，pd可以与cmoda串联地连接到vdda。此时，不启用发射器1758，因此，除任何环境光的光电流之外不会有任何光电流对cmoda的充电有贡献。在模拟比较器1710的输入处存在足够的差分电压(vib＞via)的情况下，通过sw172的操作，ibal吸收电流可以使cmodb放电(对抗由光电流iph产生的电压差)。
[0161]
在ph1中，通过开关sw176和sw179的操作，pd可以与cmodb串联地连接到vdda。另外，在发射器1758内，sw181可以启用led。如果检测到来自led的光(例如，由于在附近的反射物体，并且由图中的箭头示出)，则pd可以生成光电流(iph+irefl1)。这样的电流可以对cmodb充电，从而增加vib。在模拟比较器1710的输入处存在足够的差分电压(vib＞via)的情况下，通过sw171的操作，ibal源电流可以对cmoda充电(对抗由iph产生的电压差)。
[0162]
在ph2中，通过开关sw180和sw173的操作，pd可以具有连接到低电源的阳极和连接到cmoda的阴极。此时，led可以由sw181启用。如果检测到来自led的光(由图中的箭头示出)，则pd可以生成光电流(iph+irefl2)，其吸收来自cmoda的电流，从而降低via。
[0163]
在ph3中，通过开关sw175的操作，pd可以具有连接到cmodb的阴极。pd的阳极可以通过开关sw180的操作而接地。此时，通过开关sw181的操作来停用led。
[0164]
这样，如果很少或没有额外的光电流(iph)由于led而生成，则可以在阶段ph0和ph1中将cmoda和cmodb充电到相同的基本电位。然而，如果在ph1中生成足够的iph，则将生成差分电压，其中vib＞via。类似地，在阶段ph2和ph3中，如果很少或没有额外的iph生成，则cmoda和cmodb可以放电到相同的基本电位。然而，如果在ph2中生成足够的iph，则将生成差分电压，其中vib＞via。
[0165]
一旦差分电压(vib-via)足以使模拟比较器1710将其输出驱动到相反的电平(即，反馈有效电平)，就可以生成平衡电流ibal。如果在ph0期间反馈是有效的，则平衡电流ibal可以从cmodb吸收电流。如果在ph1期间反馈是有效的，则平衡电流ibal可以将电流提供到cmoda。平衡电流如此工作以减小由iph产生的任何差分电压。
[0166]
再次参考图18，在时间t0之前，光电流iph处于非检测水平(例如，背景光)。结果，差分电压δv
cmod
在平衡状态下操作，从而cmoda和cmodb充电和放电基本上相同量的电流。
[0167]
在时间t0，iph增加，从而指示检测到反射光。结果，差分电压触发模拟比较器，模拟比较器将其输出驱动到有效电平。
[0168]
在时间t1，启用平衡电流电路以生成趋向于减小δv
cmod
的平衡电流。由于平衡电流的生成可以像σδ调制器电路的反馈信号那样操作，因此这种操作可以被概念化为σδ调制时间段。
[0169]
以此方式，差分σ-δ调制器操作可以检测电压差且使用平衡电流来补偿这个电压差。注意，在根据实施例的差分架构中，环境光可以是共模值。如图18所示，在前两个阶段(即ph0/ph1)中，cmoda和cmodb上的电压可以增加相同的量。在后两个阶段(即ph2/ph3)中，cmoda和cmodb上的电压可以降低相同的量。因此，来自环境光的总δv
cmod
为零。平衡电流可
以由开关电容器电路生成，该开关电容器电路包括参考电容器cref和四个模拟开关(sw171、sw172、sw177、sw178)。通过fb/ph逻辑单元1732的操作，开关电容器电路可以由fmod时钟信号来进行时钟控制，fmod时钟信号可以具有比传感器激励信号频率(即ph1/ph2)高得多的频率。σ-δ调制器输出信号(即，模拟比较器1710的输出)的占空比的变化指示led反射光的变化。
[0170]
图17a的实施例可以具有由下式给出的传递函数：
[0171][0172]
rawdata＝dc
·
(2
n-1)
[0173]
其中dc是输出信号(即ff1736的输出)的平均占空比；n是数字处理电路1716的分辨率；irefl是由反射光贡献的pd光电流；fmod是调制器频率；并且b为基准值。rawdata可以是值dx。基准值b可以根据模拟比较器1710的偏移电压、调制器电容(cmoda、cmodb)之间的失配、cref、vdda、fmod和温度的值而变化。注意，基准值b可以取决于缓慢变化的参数和条件。
[0174]
诸如图17a的实施例等实施例可以减小检测器pd中的低频电流和dc。此外，实施例可以生成能够在检测器(ph1/ph2)处同步解调的调制传输信号(例如，ph1/ph2的led)。
[0175]
诸如图17a的差分感测架构等差分感测架构可以用于如本文所述的任何合适的传感器类型。图20示出了根据一个实施例的具有差分前端的光强度感测系统2000。
[0176]
系统2000可以包括诸如图17a的项目等项目，并且根据对图17a的描述可以理解它们的操作。图20与图17a之间的差异包括感测操作，其为两阶段操作而非四阶段操作。因此，fb/ph逻辑单元2032不生成ph2、ph3和相关信号。
[0177]
图21a和图21b示出了诸如图20的实施例等实施例的感测操作。图21a示出了第一阶段ph0。图21b示出了第二阶段ph1。如同在图17a的情况，在感测操作之前，电容cmoda和cmodb可以被初始化为相同的值(例如，vdda/2)。
[0178]
在ph0中，通过开关sw2076和sw2079的操作，pd的阳极可以连接到cmodb，并且pd的阴极连接到vdda。根据检测到的光量，pd可以生成光电流(iph0)。这样的电流可以对cmodb充电，从而增加vib。在模拟比较器2010的输入处存在足够的差分电压的情况下，通过sw2072的操作，可以生成平衡电流ibal，其将电流提供到cmoda(对抗由pd光电流产生的电压差)。
[0179]
在ph1中，通过开关sw2080和sw2073的操作，pd可以具有连接到低电源的阳极和连接到cmoda的阴极。根据检测到的光，pd可以生成光电流(iph1)，其从cmoda吸收电流，从而降低via。在模拟比较器2010的输入处存在足够的差分电压的情况下，通过sw2071的操作，平衡电流ibal可以从cmodb吸收电流(对抗由光电流产生的电压差)。
[0180]
根据对图17至图21b的描述可以理解，实施例可以包括与任何其他合适的传感器设备一起使用的差分前端。
[0181]
图22是根据一个实施例的pir检测器系统2200的示意框图。pir检测器系统2200可以使用pir传感器2204来进行运动感测等。pir传感器2204可以被配置为检测通常由人体发射的红外辐射(例如，6-14μm的波长)。
[0182]
系统2200可以包括诸如图10a的项目等项目，并且可以根据对图10a的描述来理解
它们的操作。图22与图10a的不同之处在于，c-adc电路2208可以从pir传感器2204而不是传感器电阻rs接收传感器电流。响应于感测到目标ir辐射，pir传感器2204可以生成电流isen。当isen将cmod充电到足够高以使模拟比较器2210的输出变高时，能够通过开关电容器的动作来生成平衡电流ibal。
[0183]
图23是示出诸如图10a和图10b的实施例等实施例的感测结果的曲线图。该曲线图示出了输出计数值与传感器电阻(rntc)值之间的关系。如图所示，计数值可以与感测的电阻具有基本线性的关系。
[0184]
图24是示出诸如图17a的实施例等实施例的接近感测结果的曲线图。当物体不在附近时，计数值可以更低(即，大约1050)。当物体在附近时，在该示例中为100mm，反射光可以将计数值增加到大约1360，从而检测到物体。
[0185]
实施例可以采用任何合适的电路形式，然而，一些实施例可以包括ic设备，例如可配置为适应各种不同传感器类型和传感器架构的片上系统(soc)。在一些实施例中，ic设备可以是具有可配置的模拟和数字电路的混合信号soc。图25是这种实施例的框图。
[0186]
图25是根据一个实施例的系统2500的框图。系统2500可以包括能够连接到各种传感器(两个传感器被示为2504-0、2504-1)的ic设备2570。响应于配置数据2520能够对ic设备2570进行配置。
[0187]
ic设备2570可以包括模拟互连2570-0、可配置模拟开关2570-1和可配置模拟电路块2570-2，它们通过模拟总线系统2534彼此通信。ic设备2570还可以包括可配置数字块2570-4，其可通过数字总线系统2570-3连接到可配置可编程模拟开关2570-1和可配置模拟电路块2570-2。
[0188]
模拟互连2570-0可以耦接到外部连接(一个外部连接被示为2506)且可以包括由可编程连接(被示为2572的部分)形成的矩阵。可以在模拟互连2534内利用模拟配置数据2520建立互连。可配置模拟开关2570-1可以包括模拟开关(一个被示为swx)，其可以由数字总线提供的信号(phxfb、phx)控制。可配置模拟电路块2570-2可以包括各种模拟电路块，其包括一个或多个模拟比较器2520和一个或多个可编程电容idac或vdac。来自比较器的一个或多个输出(vout)可以被提供给数字总线系统2570-3。可以经由数字总线系统2570-3利用电容代码对可编程电容编程。
[0189]
可配置数字块2570-4可以包括可通过配置数据2520配置成进行各种算术逻辑功能的数字电路。如本文所述，这样的各种算术逻辑功能可以包括相位和/或反馈逻辑单元2532、ff 2536以及数字处理电路2516。可配置数字块2570-4还可以包括电容器控制器2574，其可以存储电容代码且将电容代码提供到可配置模拟电路块2570-2中的可编程电容。如本文所述，该特征可以启用能够被配置成各种电容值中的任一个的参考电容(cref)。
[0190]
通过根据本文公开的实施例或等同方案中的任一个将各种电路部件耦接在一起，配置数据2520可以将设备2570配置成感测设备。
[0191]
实施例可以在各种各样的应用中提供对传感器需求的解决方案。图26是根据各种实施例的感测系统2600的框图。感测系统2600可以包括混合信号soc 2670，该混合信号soc 2670具有感测硬件块2682、微控制器(mcu)2684，并且感测系统2600可以生成数字感测输出响应2686。感测硬件块2682可以包括形成或可被配置成如本文所描述的感测电路及等同方案的模拟和数字电路。mcu 2684可以执行用于分析和/或处理由硬件块2682生成的感测值
(例如，原始代码值)的指令。输出响应2686可以被组织成适合于输出目的地的格式。
[0192]
感测系统2600可以包括任何数量的传感器输入设备，包括本文所述的那些传感器输入设备中的任一个以及其他设备，该其他设备包括但不限于：电容感测按钮2676、电容感测滑块2677、触摸板2678、接近传感器2679、液体容许用户界面(liquid tolerant user interface)2680或液位检测器2681。此外，系统2600可以适应任何数量的传感器机构，包括但不限于：可变电容2604-0、可变电感2604-1、可变阻抗2604-2、可变电阻2604-3、光电流发生设备2604-4(例如pd或光电晶体管)和/或光敏电阻器1604-5。
[0193]
感测系统2600可以将输出结果提供到任何合适的目的地位置，包括但不限于：根据长距离无线连接2688-0、短距离无线连接2688-1、用户接口2688-2的传输或经由有线连接直接地传输到主机设备2690。
[0194]
虽然各种设备和系统已经公开了多种感测方法，但是现在将参考流程图描述额外的方法。
[0195]
图27是根据一个实施例的方法2790的流程图。方法2790可以包括配置可编程模拟电路以生成平衡电流(ibal)2790-0。这样的动作可以包括将ibal配置为具有用于平衡比较器的输入处的预期传感器电流(isen)的幅值和持续时间2790-0。这样的动作可以包括任何合适的步骤，包括但不限于：提供用于可编程idac的配置值或者配置生成ibal的开关电容器电路。模拟开关可以被配置为将传感器电流连接到比较器的输入2790-1。这样的动作可以包括利用开关控制信号和/或配置值来控制模拟开关，以提供从外部连接到比较器电路的导电路径。
[0196]
方法2790还可以包括利用比较器的输出和调制时钟来生成控制信号2790-2。在一些实施例中，这样的动作可以包括使用数字电路来生成与调制时钟同步的控制信号。模拟开关可以被配置为将ibal施加到比较器输入2790-3。这样的动作可以包括使用配置输入来形成ibal的期望信号路径和/或利用开关控制信号动态地启用电流路径。在一些实施例中，ibal可以与isen被施加到相同的比较器输入，并且相对于比较器输入在与isen相反的方向上流动。在其他实施例中，ibal可以与isen被施加到不同的比较器输入。
[0197]
方法2790还可以包括利用控制信号来调制ibal或isen 2790-4。这样的动作可以包括根据控制信号启用和停用ibal或isen。在一些实施例中，这样的动作可以基本上用作反馈机制，用于迫使比较器输入处的电压处于与其当前状态相反的方向。
[0198]
可以利用比较器输出来生成多位数字值2790-5。这样的动作可以包括任何合适的转换方法，包括那样在σ-δ调制器的后端上采用的转换方法。在一些实施例中，这样的动作可以包括对比较器位流输出进行采样。
[0199]
图28是根据另一实施例的方法2890的流程图。方法2890可以包括利用传感器设备来生成isen2890-0。这样的动作可以包括根据本文所述的任何传感器机制生成传感器电流，包括但不限于利用以下各项生成电流：光电设备、可变电容、可变电阻、可变电感或可变阻抗。模拟开关可以被配置为将isen连接到比较器输入2890-1。这样的动作可以包括配置可编程开关以启用传感器和比较器之间的静态或动态路径。
[0200]
方法2890可以包括利用开关电容器电路来生成ibal 2890-2。这样的动作可以包括任何合适的开关电容器电路，包括但不限于对电容器充电，然后将充电的电容器的端子连接到低电源以生成负的ibal源电压(source voltage)和/或将电容器的接地端子连接到
高电源电压以生成比ibal源电压高的电压。
[0201]
方法2890还可以包括在比较器的输出处生成位流2890-3。这样的动作可以包括当在输入处接收到isen(并且用ibal进行平衡)时在高状态和低状态之间驱动比较器输出。可以响应于比较器的输出来将ibal选择性地施加到比较器输入2890-4。这样的动作可以用作反馈机制，用于抵消isen在比较器输入处的影响。
[0202]
方法2890可以包括对位流进行采样以生成多位数字值2890-5。在一些实施例中，这样的动作可以包括确定比较器输出在给定采样时间段(sampling period)内为高的时间量。
[0203]
图29是根据另一实施例的另一方法2990的流程图。方法2990可以包括控制模拟开关以利用传感器电流对第一调制电容(cmod1)充电2990-0。模拟开关也可以被控制以利用传感器电流对第二调制电容(cmod2)放电2990-1。这样的动作可以在cmod1和cmod2之间生成差分电压。
[0204]
方法2990然后可以确定cmod1和cmod2之间的电压差是否超过阈值2990-2。在一些实施例中，这样的动作可以包括确定cmod1和cmod2之间的电压差是否超过比较器的偏移电压。然而，替代实施例可以包括更大的阈值和/或滞后。如果没有超过阈值(2990-2的确定为“否”)，则方法2990可以返回到2990-0(利用isen在cmod1和cmod2之间生成差分电压)。
[0205]
如果超过阈值(2990-2的确定为“是”)，则方法2990可以利用开关电容器电路生成ibal 2990-3。这样的动作可以包括本文描述的那些动作或等同动作中的任何动作。ibal可以与模拟开关连接以对cmod1放电2990-4。此外，ibal可以与模拟开关连接以对cmod2充电2990-5。这样的动作可以对抗isen，从而减小由isen产生的cmod1和cmod2之间的电压差。
[0206]
可以利用比较器的输出来生成多位数字值2990-6。这样的动作可以采取本文描述的那些动作或等同动作中的任何动作的形式。
[0207]
根据实施例，传感器系统可以包括与各种传感器类型兼容的模拟前端，其相对于常规方案是鲁棒的、高性能、低成本、低功率和小面积的。实施例可以应用于电阻感测应用、电容感测应用、电感感测应用和阻抗感测应用中的任何或全部应用中。
[0208]
电阻感测应用可以包括但不限于温度传感器、电阻式力传感器、压力传感器、光敏电阻器、可变和可调电阻器、电阻式触摸板和按钮传感器。与常规系统不同，实施例可以被配置到c-adc中，并且不需要专用电压adc。
[0209]
实施例可以包括光电感测系统和/或热电感测系统，包括但不限于：光学接近检测器、运动检测器和光强度感测系统。
[0210]
根据实施例，相同的架构可以被配置为与不同的传感器类型一起操作，包括微机电传感器、驻极体设备(例如，麦克风)、压电传感器。
[0211]
有利地，相同的感测架构可以用于许多不同的传感器类型，或者可以被部署为多传感器系统(即，使用不同类型的多个传感器的系统)。这与常规方案形成鲜明对比，其中，常规方案可以具有用于每种传感器类型的专用传感器电路。
[0212]
有利地，实施例可以调制传感器电流和/或平衡电流，以实现线性的电阻-代码响应。
[0213]
实施例可以有利地利用单个集成电路(ic)设备提供多种感测能力，单个集成电路(ic)设备包括利用相同ic衬底形成的混合信号soc。这与可以包括针对每个传感器的专用
ic设备的常规系统形成对比，常规系统可能更昂贵、需要更大的面积以及更大的设计复杂度。
[0214]
在一些实施例中，传感器电流可以由c-adc电路直接接收。这与可以包括中间电压生成步骤(例如，有源积分器tia、无源电路元件)的常规系统形成对比。这样，实施例可以比常规系统更便宜、更简单并且更易于部署。
[0215]
应当理解，整个本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，需要强调并且应当理解，本说明书的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“备选实施例”的两次或更多次引用不一定全部指同一实施例。此外，在本发明的一个或多个实施例中，可以适当地组合特定特征、结构或特性。
[0216]
类似地，应当理解，在对本发明的示例性实施例的前述描述中，本发明的各种特征有时被一起被组合在单个实施例、附图或其描述中，以便使公开内容流畅，从而帮助理解各个发明方面中的一个或多个。然而，本公开内容中的这种方法不应被解释为反映权利要求需要比每个权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，发明方面在于少于单个前述公开的实施例的所有特征。因此，具体实施方式之后的权利要求书特此明确地并入到此具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为本发明的单独实施例。

技术特征：

1.一种方法，包括：配置平衡电流电路以生成至少一个平衡电流；配置开关控制电路以至少响应于模拟比较器电路的输出和调制时钟信号来生成至少一个开关控制信号；配置模拟开关以耦接至少一个传感器输入来在所述模拟比较器电路的第一输入处接收传感器电流、以及将所述平衡电流耦接到所述模拟比较器电路的所述第一输入或第二输入；配置所述至少一个开关控制信号以调制所述传感器电流或所述至少一个平衡电流中的至少一个；以及至少利用由所述模拟比较器电路输出的与所述传感器电流相对应的位流来生成多位数字值。2.根据权利要求1所述的方法，其中：所述平衡电流电路包括与平衡电流开关串联的电流源电路；并且通过响应于所述至少一个开关控制信号操作所述平衡电流开关来调制所述平衡电流。3.根据权利要求1所述的方法，其中：所述模拟开关包括与传感器输入串联的传感器电流开关，并且通过响应于所述至少一个开关控制信号操作所述传感器电流开关来调制所述传感器电流。4.根据权利要求1所述的方法，其中：利用开关电容器(sc)电路生成所述平衡电流；其中所述sc电路包括：第一sc模拟开关，耦接在第一参考电容器端子和第一电源节点之间，第二sc模拟开关，耦接在所述第一参考电容器端子和第二电源节点之间，以及第三sc模拟开关，被配置为将所述平衡电流提供到所述模拟比较器电路的所述第一输入或所述第二输入。5.根据权利要求1所述的方法，还包括：与调制时钟同步地锁存所述模拟比较器电路的所述输出以生成所述位流。6.根据权利要求1所述的方法，还包括：在感测操作的一个阶段中，将所述传感器电流提供到与所述模拟比较器电路的所述第一输入耦接的第一调制电容、以及至少响应于所述模拟比较器电路的所述输出来选择性地将所述平衡电流提供到与所述模拟比较器电路的第二输入耦接的第二调制电容；以及在所述感测操作的另一个阶段中，从所述第二调制电容吸收所述传感器电流、以及至少响应于所述模拟比较器电路的所述输出来选择性地从所述第一调制电容吸收所述平衡电流。7.根据权利要求6所述的方法，还包括：在所述感测操作的所述阶段之前，将所述第一调制电容和所述第二调制电容初始化为相同的电压。8.根据权利要求1所述的方法，还包括：利用传感器设备生成所述传感器电流，所述传感器设备包括响应于预定条件而变化的
电阻。9.一种设备，包括：多个外部连接，包括被配置为从传感器设备提供传感器电流的第一传感器连接；利用衬底形成的模拟电路，包括至少一个模拟比较器电路和多个模拟开关，所述模拟电路能够被配置为：利用至少一个模拟开关将传感器电流从所述第一传感器连接耦接到所述模拟比较器电路的第一输入，利用平衡电流源生成至少一个平衡电流，以及响应于至少一个开关控制信号来调制所述传感器电流或所述至少一个平衡电流中的至少一个；以及利用所述衬底形成的数字电路，所述数字电路至少能够被配置成开关控制逻辑单元和信号处理电路，其中，所述开关控制逻辑单元响应于所述模拟比较器电路的输出和调制时钟信号来生成所述至少一个开关控制信号，并且所述信号处理电路被配置为至少利用由所述模拟比较器电路输出的位流生成多位数字值，所述多位数字值对应于所述传感器电流。10.根据权利要求9所述的设备，其中：所述模拟比较器电路具有耦接到参考电压的第二输入；所述传感器电流被耦接以相对于所述模拟比较器电路的所述第一输入在第一方向上流动；并且所述至少一个平衡电流相对于所述模拟比较器电路的所述第一输入在第二方向上流动。11.根据权利要求9所述的设备，其中：所述外部连接还包括被配置为将所述传感器电流吸收到所述传感器设备的第二传感器连接；所述模拟电路能够被配置为将所述第二传感器连接耦接到所述模拟比较器电路的第二输入。12.根据权利要求9所述的设备，其中：所述模拟电路能够被配置成差分前端，所述差分前端包括：第一平衡模拟开关，被配置为将所述平衡电流耦接到所述模拟比较器电路的第一输入，第二平衡模拟开关，被配置为将所述平衡电流耦接到所述模拟比较器电路的第二输入，第一传感器模拟开关，被配置为将所述传感器电流耦接到所述模拟比较器电路的所述第一输入，以及第二传感器模拟开关，被配置为将所述传感器电流耦接到所述模拟比较器电路的第二输入。13.根据权利要求9所述的设备，其中：所述开关控制逻辑单元包括触发器电路，所述触发器电路由所述调制时钟信号进行时钟控制，并且所述触发器电路具有耦接到所述模拟比较器电路的所述输出的输入、以及提供与所述传感器电流相对应的位流的输出。
14.根据权利要求9所述的设备，其中：所述开关控制逻辑单元被配置为生成在第一电平与第二电平之间转换的第一开关信号和第二开关信号；其中所述第一开关信号的所述第一电平在时间上与所述第二开关信号的所述第一电平不重叠。15.根据权利要求14所述的设备，其中：所述平衡电流源包括开关电容器电路，所述开关电容器电路包括：第一平衡开关，耦接在第一参考电容节点和第一电源节点之间，并且被耦接以接收所述第一开关信号，以及第二平衡开关，耦接在所述第一参考电容节点与第二电源节点之间，并且被耦接以接收所述第二开关信号。16.一种系统，包括：传感器，被配置为生成传感器电流；以及能够被配置的混合信号集成电路(ic)设备，包括：多个设备连接，包括被耦接以接收所述传感器电流的第一连接；模拟电路，包括至少一个模拟比较器电路，平衡电流源，被配置为提供至少一个平衡电流，多个模拟开关，被配置为将所述第一连接耦接到所述至少一个模拟比较器电路的第一输入、以及响应于至少一个开关控制信号来调制所述传感器电流或所述至少一个平衡电流中的至少一个；数字电路，包括：开关信号发生器，所述开关信号发生器响应于所述至少一个模拟比较器电路的输出和调制时钟信号来生成所述至少一个开关控制信号，以及数字处理电路，被配置为响应于所述至少一个模拟比较器电路的所述输出来生成与所述传感器电流相对应的多位转换值。17.根据权利要求16所述的系统，其中：所述传感器包括传感器元件，所述传感器元件具有响应于感测条件来改变传感器电流的至少一个属性；其中所述至少一个属性选自于由电阻、电容、电感和阻抗构成的组。18.根据权利要求16所述的系统，还包括：第一调制电容器；所述设备连接包括耦接到所述第一调制电容器的第二连接；所述多个模拟开关还被配置为将所述第二连接与所述至少一个模拟比较器电路的所述第一输入进行耦接；以及所述平衡电流源被配置为至少生成第一平衡电流，所述第一平衡电流具有与在所述至少一个模拟比较器电路的所述第一输入处的所述传感器电流的流动相反的流动。19.根据权利要求17所述的系统，还包括：第二调制电容器；
所述设备连接包括耦接到所述第二调制电容器的第三连接；所述多个模拟开关还被配置为：在感测操作的第一阶段中，将所述传感器电流提供到所述第一调制电容器、以及响应于所述至少一个模拟比较器电路的所述输出来选择性地将所述平衡电流提供到所述第二调制电容器；以及在所述感测操作的第二阶段中，从所述第二调制电容器吸收所述传感器电流、以及响应于所述至少一个模拟比较器电路的所述输出来选择性地从所述第一调制电容器吸收所述平衡电流。20.根据权利要求16所述的系统，其中：所述开关控制逻辑单元被配置为生成在第一电平与第二电平之间转换的第一开关信号和第二开关信号；其中所述第一开关信号的所述第一电平在时间上与所述第二开关信号的所述第一电平不重叠。21.根据权利要求16所述的系统，其中：所述数字处理电路包括数字抽取器电路。

技术总结

本公开涉及用于多种感测的电流模式模数转换器系统、设备和方法。一种设备可以包括利用衬底所形成的模拟电路，包括比较器、模拟开关和平衡电流电路。传感器电流和平衡电流可以施加在比较器的输入处。传感器电流、平衡电流或两者都可以用开关控制信号调制。数字电路可以包括开关控制逻辑单元，其响应于比较器的输出和调制时钟信号来生成开关控制信号。数字信号处理电路可以利用由比较器电路输出的位流生成多位数字值。多位数字值可以是传感器电流的模数转换结果。还公开了相应的方法和系统。的模数转换结果。还公开了相应的方法和系统。的模数转换结果。还公开了相应的方法和系统。