[发明专利]精密的电流到数字转换器

说明书

提供了精密的电流到数字转换器。公开了一种电流感测系统和三角积分调制器架构，以用于以改进的功率效率对来自高阻抗信号源的电流输入信号进行感测和数字化。三角积分调制器通过利用电容式求和级将信号条件级集成在三角积分调制器反馈环路内。对于给定的增益、分辨率和带宽要求，该三角积分调制器架构通过有利地减小系统中需要高动态范围的节点的数量而实现减小的功率消耗。附加地，三角积分调制器具有非常高的输入阻抗，使得该三角积分调制器的输入可以直接连接到高阻抗信号源，而不需要前端前置放大器级等。

技术领域

在该文献中公开的设备和方法涉及电流感测，并且更具体地涉及电流到数字转换器。

背景技术

除非在本文中另有指示，否则本章节中所描述的材料不是针对本申请中的权利要求的现有技术，并且并不通过在本章节中包括而被承认是现有技术。

电流感测电路被广泛用于许多传感器应用中，以处理模拟电流信号并且将其转换到数字域。对于需要高分辨率和低带宽的电流感测应用而言，三角积分（delta-sigma）调制器（DSM）由于其比其他模数转换器（ADC）架构优越的功率效率而经常被用于执行数字化。然而，在诸如感测高阻抗传感器的电流之类的许多应用中，电流感测电路必须具有高输入阻抗，以便避免汲取电流并且对传感器的性能造成负面影响。因此，当测量来自高阻抗传感器的电流时，常规的基于DSM的电流感测电路必须利用某种前端信号调节电路（诸如，前置放大器级）以将高阻抗传感器电流信号转换为低阻抗输出信号，使得其可以被数字化。

图1示出了用于测量和数字化来自高输出阻抗信号源20的电流信号I_IN的常规的基于DSM的电流感测系统10。电流信号I_IN在由三角积分调制器40数字化以提供数字输出信号D_OUT之前被提供给前端信号调节级30。然而，随着所需分辨率变得更高，在前端信号调节级30和三角积分调制器40两者的输入节点处强制的高动态范围仍然导致了相对高功率的实现方式。因此，所需要的是提供高输入阻抗、低功率消耗和高动态范围的电流感测电路。

发明内容

公开了一种用于感测电流源的电流输入信号的三角积分调制器。所述三角积分调制器包括：第一节点，其被配置成连接到所述电流源并且接收所述电流输入信号，所述第一节点是所述三角积分调制器的输入；电容式求和电路，其具有连接到所述第一节点的输入和连接到第二节点的输出，所述电容式求和电路被配置成将所述第一节点处的信号放大并且将经放大的信号提供给所述第二节点，所述电容式求和电路包括：（i）第一放大器，其具有连接到所述第一节点的输入和连接到所述第二节点的输出，和（ii）第一电容，其连接在所述第一放大器的输出与所述第一放大器的输入之间；环路滤波器电路，其具有连接到所述第二节点的输入和连接到第三节点的输出，所述环路滤波器被配置成对所述第二节点处的经放大的信号进行滤波，并且将经滤波的信号提供给所述第三节点；量化器电路，其具有连接到所述第三节点的输入和连接到第四节点的输出，所述第四节点是所述三角积分调制器的输出，所述量化器电路被配置成对所述第三节点处的经滤波的信号进行量化，并且将经量化的信号提供给所述第四节点；以及第一反馈路径，其连接在所述第四节点与所述第一节点之间，至少一个第二电容被布置在所述第一反馈路径中，并且被配置成将经量化的信号电容式地耦合到所述第一节点。