[发明专利]电容－电压转换方法及装置

说明书

技术领域

【001】本发明涉及一种利用外部传感电容器(sensor capacitor)和在集成读出电路上实现的电容-电压转换器的电容-电压转换的方法，该集成读出电路包括参考电容器、采样电容器和采样放大器，且该集成读出电路具有与传感电容器相连接的输入端。本发明进一步涉及一种在集成读出电路上实现的电容-电压转换器，所述集成读出电路用于读出外部传感电容器并包括参考电容器、采样电容器和采样放大器，传感电容器连接到电容-电压转换器的输入端。本发明进一步涉及一种轮胎压力监控汽车系统，包括用于要被监控的每个轮胎的含有传感电容器和电容-电压转换器的压力传感器。

背景技术

【002】在使用电容传感器元件的应用中需要电容-电压转换器。这些应用包括轮胎压力测量系统，加速度测量系统及其他。这些系统一般包括外部电容传感器，该外部电容传感器位于包括读出电路的集成电路之外。例如，电容传感器的电容随压力变化。对于进一步的处理，如通过模-数转换器进行数字化，这一电容转变为通过电容-电压转换器随电压变化的电容。

【003】一般地，电容传感器元件和读出电路被共同组装到印刷电路板上。一个要求是读出电路的输入引脚必须能经受住静电放电，例如，依据人体模型高达2kV的电压。这种保护通过ESD(静电放电)保护电路来实现。但是，这些ESD保护电路导致随温度升高的衬底泄漏电流。在汽车环境中，该温度范围高达125摄氏度。在这一高温下，传统ESD保护电路导致典型值为50nA的泄漏电流。这一泄漏电流伪造(falsify)电容读出信号；并由此，伪造要被数字化的电压。特别是，泄漏对温度的依赖性引发问题。

【004】提高电容测量精度的一种方法是最小化泄漏电流。因此，使用特别的ESD保护电路是必要的，但是这会导致集成读出电路的成本升高同时降低ESD保护性能。另外，由于印刷电路板上的灰尘或潮气或由于组装问题，以及由于芯片内部的电阻元件，不依赖于ESD保护电路，泄漏电流也会产生。

【005】因此，需要有即使在使用标准ESD保护电路时也能抵偿任何泄漏电流效应的电容-电压转换方法。

发明内容

【006】本发明提供了一种利用外部传感电容器和在集成读出电路上实现的电容-电压转换器的电容-电压转换的方法，该集成读出电路包括参考电容器、采样电容器和抵偿任何泄漏电流的采样放大器。该集成读出电路具有与传感电容器相连接的输入端。该方法包含如下步骤：a)向串联的传感电容器和参考电容器施加参考电压，并将采样电容器充电到传感电容器和参考电容器之间的互联节点处的电位；b)将采样电容器连接到采样放大器的输入端；以及c)向串联的传感电容器和参考电容器施加极性与步骤a)中相反极性的参考电压；据此采样电容被充电到传感电容器和参考电容器之间的互联节点处的电位，以及在步骤d)中，采样电容器以与步骤b)中相反的极性被连接到采样放大器的这些输入端。

【007】因此，参考电压被两次施加到串联的传感电容器和参考电容器上但极性相反。采样电容器也被两次充电，并两次连接到采样放大器，两次的极性也相反。结果，泄漏电流对所测量电压的任何贡献都被抵偿。在优选实施例中这些交替步骤被重复多次。多次应用步骤a)到d)可以通过使采样时间的抖动最终得到平衡而改善泄漏抵偿效应。

【008】当对仅有两个端子的廉价电容式传感器进行读出时遇到的问题是要传送差分输出电压，其对于电源和接地噪声的不敏感性是必要的。在优选实施例中，采样电容器被连接到采样放大器的差分输入而由采样放大器生成差分输出电压。采样电容器优选被连接成浮动的，以便于不需要精确的共模调节。因此精确的测量可以以成本有效的方式，即传送差分输出电压来实现。处理电路的差分方法对于50dB或更好的信噪比是必要的。

【009】本发明进一步提供了在集成读出电路上实现的、用于读出外部传感电容器的电容-电压转换器，其包括参考电容器、采样电容器和采样放大器，同时具有与传感电容器相连接的输入端，该电容-电压转换器进一步包括配电装置(switching arrangement)，其用来选择性地a)连接串联的传感电容器和参考电容器到参考电压源，并连接采样电容器到传感电容器和参考电容器之间的互联节点。该配电装置允许b)连接采样电容器到采样放大器的输入端，然后c)连接串联的传感电容器和参考电容器到极性与特征a)中极性相反的参考电压源，并连接采样电容器到传感电容器和参考电容器之间的互联节点，同时进一步允许d)以与特征b)中的极性相反的极性连接采样电容器到采样放大器的输入。