本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)，特別是涉及一種氣敏傳感器的數(shù)據(jù)讀出電路和檢測裝置。
背景技術(shù)：
目前主要的傳感器參數(shù)都是通過對傳感器的輸出信號進行放大，然后通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出來實現(xiàn)的。由于運算放大器的線性工作區(qū)域極其有限，非線性區(qū)域?qū)饷魝鞲衅鞯臄?shù)據(jù)輸出影響較大。因為氣敏傳感器的電阻隨氣體溶度變化成線性變化關(guān)系，傳統(tǒng)的方式是將該信號通過放大器后，然后通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器來獲取輸出信號，但是在這一過程中，放大器的非線性特性影響了最終輸出信號的線性特征，通常需要在放大器后面添加線性校準(zhǔn)電路，而運算放大器的非線性特性卻是無法準(zhǔn)確計算，即便加入線性校準(zhǔn)電路，也不能完全消除放大器非線性特性的影響。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提供一種氣敏傳感器的數(shù)據(jù)讀出電路，有效的消除了運算放大器非線性區(qū)域?qū)﹄娐吩斐傻挠绊憽?/p>
本發(fā)明提供了一種氣敏傳感器的數(shù)據(jù)讀出電路，包括：
電流輸入模塊，包括輸入端并接于電源且輸出相同電流的第一回路和第二回路；
氣敏電阻，一端接所述第一回路的輸出端，另一端接地；
多個壓控電阻，該多個壓控電阻串聯(lián)后的一端接所述第二回路的輸出端，另一端通過一抵消電阻接地，該多個壓控電阻的阻值等比數(shù)列排列串接；
第一運算放大器，兩個輸入端分別接接所述第一回路和第二回路的輸出電壓，將接收到的兩個輸出電壓進行比較并輸出比較電壓；
逐次逼近邏輯，與各個所述壓控電阻連接，接收所述比較電壓并在時鐘信號的激勵下，將該比較電壓與預(yù)設(shè)判定電壓進行比較，根據(jù)比較結(jié)果對控制各個壓控電阻的數(shù)字信號序列進行逐次逼近校準(zhǔn)后，作為本電路輸出的數(shù)字信號。
優(yōu)選地，所述逐次逼近邏輯在對各個壓控電阻的數(shù)字信號序列進行逐次逼近校準(zhǔn)時滿足以下公式：
當(dāng)Vx＞VDD/2時，Dout'＝Dout+2m/2n+1；
當(dāng)Vx＜VDD/2時，Dout'＝Dout-2m/2n+1；
其中，式中VDD為電源電壓，VDD/2為預(yù)設(shè)判定電壓，Vx為第一運算放大器輸出的比較電壓，Dout為前一次校準(zhǔn)的數(shù)字信號，Dout'當(dāng)前次校準(zhǔn)的數(shù)字信號，m為輸出數(shù)字信號的位數(shù)，n為比較的次數(shù)，當(dāng)n≥N時停止校準(zhǔn)并輸出數(shù)據(jù)，N為壓控電阻的個數(shù)。
具體地，該多個串聯(lián)連接的壓控電阻，其各個阻值從接所述抵消電阻的一端到接所述第二回路的輸出端呈從小到大的等比數(shù)列排列。
具體地，所述電流輸入模塊包括電流鏡像電路、第二運算放大器和帶隙基準(zhǔn)，其中，
所述電流鏡像電路包括布置在所述第一回路上的第一可控半導(dǎo)體元件和布置在所述第二回路上的第二可控半導(dǎo)體元件，所述第二可控半導(dǎo)體元件和第一可控半導(dǎo)體元件的控制極接所述第二運算放大器的輸出端，所述第二運算放大器的負輸入端接所述帶隙基準(zhǔn)，正輸入端接所述第一回路的輸出端。
具體地，所述第一可控半導(dǎo)體元件和所述第二可控半導(dǎo)體元件為P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，所述第一可控半導(dǎo)體元件和所述第二可控半導(dǎo)體元件的源極共接電源，所述第一可控半導(dǎo)體元件和所述第二可控半導(dǎo)體元件的柵極作為所述控制極，所述第一可控半導(dǎo)體元件和所述第二可控半導(dǎo)體元件的漏極分別作為所述第一回路和所述第二回路的輸出端。
進一步地，所述電流輸入模塊還包括第一電容，所述第一電容接在所述第 二運算放大器的輸出端和地之間。
具體地，使用雙極性晶體管作為帶隙基準(zhǔn)。
進一步地，還包括第二電容，所述第二電容接在所述第一運算放大器的輸出端和地之間。
進一步地，還包括補償模塊，該補償模塊控制所述抵消電阻以消除所述氣敏電阻的偏移。
本發(fā)明還提供了一種檢測裝置，包括上述的氣敏傳感器的數(shù)據(jù)讀出電路。
上述的氣敏傳感器的數(shù)據(jù)讀出電路，運算放大器只是起到一個負反饋的作用，運算放大器的非線性特性對系統(tǒng)不造成任何影響，壓控電阻也采用數(shù)字控制的方式，消除了模擬控制帶來的非線性因素。與傳統(tǒng)的+1或者-1來校準(zhǔn)相比的話，逐次逼近邏輯電路可以大大加快校準(zhǔn)的時間。
附圖說明
圖1為本發(fā)明較佳實施例中氣敏傳感器的數(shù)據(jù)讀出電路的電路示意圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
請參閱圖1，本發(fā)明較佳實施例中檢測裝置所設(shè)置有的本發(fā)明提供了一種氣敏傳感器的數(shù)據(jù)讀出電路，該電路基于電阻校準(zhǔn)的解決方案，有效的消除了運算放大器非線性區(qū)域?qū)﹄娐吩斐傻挠?。該電路包括：電流輸入模塊11、氣敏電阻R0、多個壓控電阻R1～Rn、第一運算放大器U1、逐次逼近邏輯12。
電流輸入模塊11包括輸入端并接于電源VDD且輸出相同電流的第一回路11A和第二回路11B。
氣敏電阻，一端接所述第一回路11A的輸出端，另一端接地；該多個壓控電阻R1～Rn串聯(lián)后的一端接所述第二回路11B的輸出端，另一端通過一抵消電 阻Rc接地，該多個壓控電阻R1～Rn的阻值等比數(shù)列排列串接；第一運算放大器U1，兩個輸入端分別接接所述第一回路11A和第二回路11B的輸出電壓，將接收到的兩個輸出電壓進行比較并輸出比較電壓；逐次逼近邏輯12與各個所述壓控電阻R1～Rn連接，且接收所述比較電壓并在時鐘信號13的激勵下，將該比較電壓與預(yù)設(shè)判定電壓進行比較，根據(jù)比較結(jié)果對控制各個壓控電阻R1～Rn的數(shù)字信號序列進行逐次逼近校準(zhǔn)。
當(dāng)校準(zhǔn)完成后，氣敏電阻R0的阻值與串聯(lián)的壓控電阻R1～Rn加上抵消電阻的阻值完全相同，此時控制壓控電阻R1～Rn的數(shù)字信號序列即為電路輸出的數(shù)字信號。例如當(dāng)氣敏電阻R0＝Rc+312R時，輸出的數(shù)字序列將為312的二進制100111000。本例中，定義R1的阻值為R，則R2、R3……Rn-1、Rn的阻值分別為：4R、8R……2n-1R、2nR。與傳統(tǒng)的+1或者-1來校準(zhǔn)相比的話，逐次逼近邏輯電路可以大大加快校準(zhǔn)的時間。第一運算放大器U1只是起比較作用，運算放大器的非線性特性對系統(tǒng)不造成任何影響，壓控電阻R1～Rn也采用數(shù)字控制的方式，消除了模擬控制帶來的非線性因素。
本實施例中，數(shù)據(jù)讀出電路還包括補償模塊14，該補償模塊14控制所述抵消電阻Rc以消除所述氣敏電阻R0的偏移電阻，提高系統(tǒng)的線性度。
另外，第一運算放大器U1的負輸入端和正輸入端分別接第一回路11A和第二回路11B的輸出端。
電流輸入模塊11包括電流鏡像電路112、第二運算放大器U2和帶隙基準(zhǔn)114。所述電流鏡像電路112包括布置在第一回路11A上的第一可控半導(dǎo)體元件M1和布置在所述第二回路11B上的第二可控半導(dǎo)體元件M2，所述第二可控半導(dǎo)體元件M2和第一可控半導(dǎo)體元件M1的控制極接所述第二運算放大器U2的輸出端，所述第二運算放大器U2的負輸入端接所述帶隙基準(zhǔn)114，正輸入端接所述第一回路11A的輸出端。具體地，使用雙極性晶體管作為帶隙基準(zhǔn)114。
具體地，所述第一可控半導(dǎo)體元件M1和所述第二可控半導(dǎo)體元件M2為P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，所述第一可控半導(dǎo)體元件M1和所述第二可控 半導(dǎo)體元件M2的源極共接電源，所述第一可控半導(dǎo)體元件M1和所述第二可控半導(dǎo)體元件M2的柵極作為所述控制極，所述第一可控半導(dǎo)體元件M1和所述第二可控半導(dǎo)體元件M2的漏極分別作為所述第一回路11A和所述第二回路11B的輸出端。
進一步地，所述電流輸入模塊11還包括第一電容C1，所述第一電容C1接在所述第二運算放大器U2的輸出端和地之間。第一電容C1用于穩(wěn)定系統(tǒng)。
在優(yōu)選的實施例中，所述第一運算放大器U1的輸出端和地之間還連接有用于穩(wěn)定系統(tǒng)的第二電容C2。
本實施例中，該多個串聯(lián)連接的壓控電阻，其各個阻值從接所述抵消電阻的一端到接所述第二回路11B的輸出端呈從小到大的等比數(shù)列排列。參照圖1，定義R1的阻值為R，則R2、R3……Rn-1、Rn的阻值分別為：4R、8R……2n-1R、2nR。
另外，逐次逼近邏輯12在對各個壓控電阻R1～Rn的數(shù)字信號序列進行逐次逼近校準(zhǔn)時滿足以下公式：
當(dāng)Vx＞VDD/2時，Dout'＝Dout+2m/2n+1；
當(dāng)Vx＜VDD/2時，Dout'＝Dout-2m/2n+1；
其中，式中VDD為電源電壓，VDD/2為預(yù)設(shè)判定電壓，Vx為第一運算放大器U1輸出的比較電壓，Dout為前一次校準(zhǔn)的數(shù)字信號，Dout'當(dāng)前次校準(zhǔn)的數(shù)字信號，m為輸出數(shù)字信號的位數(shù)，n為比較的次數(shù)，當(dāng)n≥N時停止校準(zhǔn)并輸出數(shù)據(jù)，N為壓控電阻的個數(shù)。
本實施例中，帶隙基準(zhǔn)112為整個電路提供了一個參考電壓，通過第二運算放大器U2的負反饋效應(yīng)，使得氣敏電阻R0和壓控電阻的高電平保持一致，由于與參考電壓相連的第二運算放大器U2輸出同時連接兩個相同的P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管M1和M2，所以該場效應(yīng)管具有相同的柵極電壓，源極同時由電源供電，漏極由于第二運算放大器U2的反饋效應(yīng)，漏極電壓也能基本保持一致，由于場效應(yīng)管工作在飽和區(qū)，即使漏極電壓有些許差異，但是柵極和源極電壓完全一直，所以能夠保證這兩個場效應(yīng)管所在的回路電流相等。
因為氣敏傳感器的啟敏電阻的阻值隨氣體溶度變化成線性變化關(guān)系，傳統(tǒng)的方式是將該信號通過運算放大器后，然后通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器來獲取輸出信號，但是在這一過程中，運算放大器的非線性特性影響了最終輸出信號的線性特征，通常需要在放大器后面添加線性校準(zhǔn)電路，而運算放大器的非線性特性是無法準(zhǔn)確計算了，即便加入線性校準(zhǔn)電路，也不能完全消除放大器非線性特性的影響。而在本方案中，運算放大器U2只是起到一個負反饋的作用，運算放大器的非線性特性對系統(tǒng)不造成任何影響，壓控電阻R1～Rn也采用數(shù)字控制的方式，消除了模擬控制帶來的非線性因素。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。