[实用新型]一种基于频率转换的电容传感器接口电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，具体涉及一种基于频率转换的电容传感器接口电路。

背景技术

传感器作为测量系统中的一种前端部件，能够感知外界物理量、化学量和生物信息的变化，并按照一定的规律将这些非电量信息转换成电子系统可检测、可处理的电信号。传感器已经被广泛的应用于工业生产、交通运输、国防军事以及生物医疗等领域，随着科技的不断进步，传感器逐渐向着小型化、集成化、智能化的方向发展。

相比于电阻性传感器，电容性传感器本身并不消耗任何静态电流，所以在低功耗的便携式移动终端、可穿戴设备等领域获得了广泛的应用。当电容性传感器确定后，传感系统的主要性能处决于连接到电容性传感器的接口电路。因此，对接口电路的检测范围、功耗与精度等性能指标提出了较高的要求。传统的电容性传感器接口电路，直接将电容值的变化量放大，转换为电压值的变化，并且多数采用电荷泵积分方法，需要经过多个周期对电荷泵充电，才能产生稳定的输出电压，导致整个接口电路工作速度较慢，功耗较大，准确度与灵敏度不高，占用过多的芯片面积，易受温度、噪声和外界因素的干扰，使得其应用受到较大限制。

实用新型内容

本实用新型所要解决的是传统电容性传感器接口电路所存在的问题，提供一种基于频率转换的电容传感器接口电路。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于频率转换的电容传感器接口电路，由基于电容变化的频率调制电路和频率电压转换电路组成；基于电容变化的频率调制电路的输入端形成整个接口电路的输入端，与被测电容C_sen连接；基于电容变化的频率调制电路的输出端连接频率电压转换电路的输入端；频率电压转换电路的输出端形成整个接口电路的输出端V_out；通过基于电容变化的频率调制电路先将被测电容值C_sen转换为频率值，再通过频率电压转换电路将频率值转换为电压值。

上述基于电容变化的频率调制电路由PMOS管PM₁～PM₂，NMOS管NM₁～NM₅和反相器INV₁组成；PMOS管PM₁和PM₂的源极和与电源VDD连接；PMOS管PM₁的栅极与漏极、NMOS管NM₁的漏极、NMOS管NM₃的栅极、以及NMOS管NM₃的栅极相连；PMOS管PM₂的栅极与漏极、NMOS管NM₃₁的漏极、NMOS管NM₁的栅极、NMOS管NM₄的栅极、以及反相器INV₁的输入端相连；反相器INV₁的另一端形成基于电容变化的频率调制电路的输出端，与频率电压转换电路的输入端连接；NMOS管NM₁的源极和NMOS管NM₂的漏极相连后，形成基于电容变化的频率调制电路的一个输入端，与被测电容C_sen的一端连接；NMOS管N3的源极和NMOS管NM₂₄的漏极相连后，形成基于电容变化的频率调制电路的另一个输入端，与被测电容C_sen的另一端连接；NMOS管NM₂的源极、NMOS管NM₄的源极、以及NMOS管NM₅的漏极相连；NMOS管NM₅的栅极与外部偏置电压V_b1连接；NMOS管NM₅的源极与地GND相连。