[发明专利]一种用于传感器的读出电路

权利要求书

1.一种高可靠的传感器读出电路，其包括：两级运算放大器(100)、输入斩波器(110)、输出斩波器(111)、缓冲器(120、121)和2阶多位量化Sigma-Delta模数转换器(130)；其中，所述两级运算放大器用于在闭环工作状态下，通过电阻比将传感器输出的微弱电压信号放大；输入、输出斩波器分别接在所述两级运算放大器的输入端和输出端，用于降低所述两级运算放大器的直流失调电压和低频1/f噪声；缓冲器对所述两级运算放大器的输出信号进行隔离保护；2阶多位量化Sigma-Delta模数转换器将放大后的传感器电压信号转换为数字码，并输出至DSP进行处理。

2.如权利要求1所述的传感器读出电路，其特征在于，所述两级运算放大器(100)采用两级密勒补偿结构，其包括第一增益级电路、第二增益级电路和共模负反馈电路，所述第一增益级电路提供第一级增益，其将所述传感器输出的电压信号放大后输出至第二增益级电路，所述第二增益级电路再提供第二级增益，并增加所述电压信号的摆幅；所述共模负反馈电路采用与所述第一增益级电路和第二增益级电路共用电流镜及输出负载的结构，其用于提取所述两级运算放大器的差分输出电压信号的误差，并负反馈作用于第一增益级电路的尾电流源，稳定所述差分输出电压信号。

3.如权利要求2所述的传感器读出电路，其特征在于，所述第一增益级电路和第二增益级电路之间采用第一、第二电阻和第一、第二电容组成密勒补偿电路，使所述两级运算放大器具有60度以上的相位裕度。

4.如权利要求1所述的传感器读出电路，其特征在于，所述输入斩波器和输出斩波器结构相同，由两个反向非交叠时钟信号控制的四个NMOS管M1、M1b、M2、M2b构成，其中两横向NMOS管M1、M2和两个纵向NMOS管M1b、M2b交替导通，用于将时钟信号即斩波信号与输入信号相乘，完成将输入信号调制到斩波信号的功能；其中，输入斩波器(110)，在满足斩波频率大于两倍输入信号带宽条件下，将输入信号调制至斩波频率上；输出斩波器(111)，用于将信号解调回基带，而两级运算放大器的失调电压和1/f噪声仅经过输出斩波器(111)的一次调制，并出现在斩波频率的奇次谐波上，从而降低整体电路的失调电压和1/f噪声。

5.如权利要求1所述的传感器读出电路，其特征在于，所述两级运算放大器(100)、输入斩波器(110)、输出斩波器(111)与输入电阻和反馈电阻构成闭环增益级结构，用于增加所述两级运算放大器对所述传感器微弱信号放大增益的稳定性和可靠性。

6.如权利要求5所述的传感器读出电路，其特征在于，所述传感器输出的电压信号通过所述输入电阻输出至输入斩波器，所述两级运算放大器位于所述输入斩波器和输出斩波器之间，所述反馈电阻分别跨接在输入斩波器的输入端与输出斩波器的输出端。

7.如权利要求1所述的传感器读出电路，其特征在于，所述两级运算放大器处于闭环增益结构中，其通过输入电阻和反馈电阻之比将所述传感器的微弱电压信号放大。

8.如权利要求1所述的传感器读出电路，其特征在于：所述2阶多位量化Sigma-Delta模数转换器(130)包括一个2阶调制器和多位量化器；其中，所述2阶调制器用于将输入信号转换为脉冲宽度调制信号，所述多位量化器用于将所述2阶调制器输出的脉冲宽度调制信号转换为互补温度计码。

9.如权利要求8所述的传感器读出电路，其特征在于，所述2阶调制器包括两个串联的一阶积分器，所述一阶积分器由两相不相交叠的时钟信号控制，其中所述第一一阶积分器用于接收所述缓冲器的输出信号，并对所述缓冲器的输出信号进行采样并完成积分操作，所述第二一阶积分器用于接收第一一阶积分器的输出，并对其进行采样并完成积分操作。

10.如权利要求8所述的传感器读出电路，其特征在于，所述多位量化器包括电阻串和多个比较器，所述电阻串的两端分别接高位参考电压和低位参考电压，所述电阻串的两个电阻之间产生多个参考电压，所述比较器将所述2阶调制器输出的两个差分信号与多个参考电压中两个分别进行比较，并根据比较结果输出互补温度计码。