[发明专利]用于多种感测的电流模式模数转换器系统、设备和方法

说明书

本公开涉及用于多种感测的电流模式模数转换器系统、设备和方法。一种设备可以包括利用衬底所形成的模拟电路，包括比较器、模拟开关和平衡电流电路。传感器电流和平衡电流可以施加在比较器的输入处。传感器电流、平衡电流或两者都可以用开关控制信号调制。数字电路可以包括开关控制逻辑单元，其响应于比较器的输出和调制时钟信号来生成开关控制信号。数字信号处理电路可以利用由比较器电路输出的位流生成多位数字值。多位数字值可以是传感器电流的模数转换结果。还公开了相应的方法和系统。

技术领域

本公开内容大体上涉及模/数转换器(ADC)，并且更具体而言，涉及可被配置以与多种不同传感器类型一起操作的ADC。

背景技术

常规的模数转换器(ADC)被用于大量应用(包括传感器系统)中。图30A和图30B是常规传感器系统3001A和3001B的示意图。传感器系统3001A/3001B可以包括与固定电阻Rd串联的传感器电阻Rsa/Rsb，其可以根据传感器响应而变化。参考电压源Vref可以通过在电阻Rsa/Rd两端上的分压而导致生成测量电压Vxa/Vxb。电压模式ADC电路可以将测量电压Vxa/Vxb转换为数字值(RAW DATA)。通常，ADC在转换操作中可以使用相同的参考电压Vref。在图30A的情况下，传感器电阻值Rsa可以由下式给出：

在图30B的情况下，传感器电阻Rsb可以由下式给出：

因此，感测电阻Rsa/Rsb相对于Vx值是非线性的。结果，系统的灵敏度取决于传感器电阻Rsa/Rsb。

电阻分压器方案(例如图30A和图30B的电阻分压器方案)的缺点可能是感测的电阻和转换的电压值之间的非线性；参考电压的必要性；由于电阻分压器而导致的动态范围的限制；以及通过电阻分压器的静态电流的浪费。

图31A至图31C示出了常规的光电感测系统和热电感测系统的各种示例。图31A示出了光电感测系统3101A。诸如基于光电二极管的传感器之类的传感器可以用作电流源3103，其生成可以根据传感器操作而变化的电流(I)。放大器级3105可以利用电流(I)生成感测电压(V)。感测电压(V)可以用带通滤波器(BPF)滤波以生成经滤波电压V_F。经滤波电压V_F可以被施加到整流器以生成经整流电压V_R。经整流电压V_R可以被施加到ADC电路以生成转换(即，数字)输出(原始数据(RAW DATA))。经整流电压V_R可以被施加到低通滤波器(LPF)并且用作到放大器级3105的反馈电压。

图31B示出了常规的无源红外(PIR)传感器系统3101B。PIR检测器3107可以响应于IR辐射生成电流(I)。传感器系统3101B可以包括传感器电阻Rs，其可以响应于传感器电流(I)生成感测电压Vs。可以用BPF对感测电压Vs进行滤波，并且用增益级(Gain)放大所得到的电压。电压ADC电路可以将放大的电压转换为数字值(Dout)。系统3101B可以被概念化为将光生电荷(Q)转换为电流(I)、将电流(I)转换为电压(V)、再将电压(V)转换为数字值(D)。

图31C示出了常规的光电检测器系统3101C。由光电二极管检测的光(Rλ)可以生成电流(I)。电流(I)可以输入到能够生成电压(V)的放大器级。电压(V)在被ADC转换为数字输出值Dout之前可以被采样/调制(SW)。系统3101C可以被概念化为将电流(I)转换为电压(V)、再将电压(V)转换为数字值(D)。

常规传感器系统(例如本文所述的那些常规传感器系统)可以包括将传感器电流转换为感测电压的中间级，例如跨阻抗放大器(TIA)、积分器或无源元件结构。然后，所感测的电压被电压ADC(V-ADC)转换为数字值。

常规方案(例如图31A至图31C的常规方案)的缺点可能是复杂和昂贵。

希望得到一种没有常规方案的缺点的ADC系统。