[发明专利]传感器装置

说明书

传感器装置包括：传感器(1)，具有第一端子(3)和第二端子(5)；和放大器(9)，具有用于施加输入信号的放大器输入(11)和用于提供放大的输入信号的放大器输出(13)，放大器输入(11)耦合到第二端子(5)。传感器装置还包括：量化器(25)，具有量化器输入和量化器输出，以适于基于所放大的输入信号来提供多电平输出信号；和反馈电路，具有耦合到量化器输出的反馈电路输入和耦合到第一端子(3)的反馈电路输出(HVBIAS)。反馈电路包括数字‑模拟转换器(27、29)，适于基于多电平输出信号产生模拟信号，模拟信号是在反馈电路输出(HVBIAS)处提供的反馈信号的基础。反馈电路还包括：反馈电容器(31)，耦合在反馈电路输出(HVBIAS)与数字‑模拟转换器(27、29)的输出之间；和电压源(35)，耦合到反馈电路输出(HVBIAS)。

本发明涉及一种包括传感器的传感器装置以及这种传感器装置的用途。

电容式传感器可以用作MEMS(微机电系统)麦克风传感器。这种传感器能够合并到模拟-数字转换器(ADC)系统中，该模拟-数字转换器系统将感测信息作为数字信息提供。模拟-数字转换器系统可以使用Σ-Δ(sigma-delta)调制，该Σ-Δ调制是一种用于将模拟信号编码为数字信息的方法。在此，仅对信号变化进行编码，而不对绝对值进行编码。为了这个目的，Σ-Δ调制器包括反馈回路。

在传统传感器接口拓扑中，传感器未布置在反馈回路内，传统传感器接口拓扑可以包括电容式MEMS传感器、下游前置放大器和模拟-数字转换器电路。

E.Bach,“A 1.8V True-Differential 140dB SPL Full-Scale Standard CMOSMEMS Digital Microphone Exhibiting 67dB SNR”,ISSCC 2017,session 9.5示出一种MEMS麦克风前端，该MEMS麦克风前端使用输入缓冲放大器，其后接用于Σ-Δ反馈的电阻器式数字-模拟转换器。传感器未耦合在反馈回路内。

Dingkun Du,Kofi Odame,“A microphone readout interface with 74-dBSNDR”,Analog Inter Circ Process(2014)81:241-252描述一种接口拓扑，其中MEMS传感器布置在反馈回路外部。

US 9438261 B2涉及一种电容-数字转换器以及一种用于提供数字输出信号的方法，该方法示出如何能够通过在切换电容器配置中对电容式传感器重复地进行充电和放电来测量电容。

EP 2675188 B1涉及一种传感器装置以及一种用于产生放大的传感器信号的方法，其中电容式传感器被设置在模拟(即连续的电平)放大器回路的反馈路径中以提供放大的传感器信号。

考虑到MEMS麦克风传感器信号的数字化过程，期望满足低噪声、低功耗和高动态范围的要求，以便处理具有低失真的大音频信号。

本发明涉及一种传感器装置，其包括：

-传感器，其具有第一端子和第二端子，

-放大器，其具有用于施加输入信号的放大器输入和用于提供放大的输入信号的放大器输出，放大器输入耦合到第二端子，

-量化器，其具有量化器输入和量化器输出，以适于基于所放大的输入信号来提供多电平输出信号，

-反馈电路，其具有耦合到量化器输出的反馈电路输入和耦合到第一端子的反馈电路输出。

该反馈电路包括：

-数字-模拟转换器，其适于基于多电平输出信号来产生模拟信号，该模拟信号是在反馈电路输出处提供的反馈信号的基础，

-反馈电容器，其耦合在反馈电路输出与数字-模拟转换器的输出之间，以及

-电压源，其耦合到反馈电路输出。