Личный кабинет
Национальный университет Сингапура и Туринский политехнический университет объединились на ISSCC 2021, чтобы описать интерфейс емкостного датчика, предназначенный для работы от собранной энергии, требующий только напряжения питания от 300 мВ до 1,8 В для получения выходного сигнала с точностью до семи бит и потребляющего 1,4 нДж. за конверсию.
Не только это, но он не нуждается в подрезках, опорное напряжение, ни питание регулирования, и он работает над -25 до 75 ° C.
Согласно презентации на ISSCC, работа в помещении от солнечного элемента толщиной 1 мм 2 была продемонстрирована «при любых практических условиях освещения».
Емкость к цифровому преобразователю построена на паре номинально идентичных релаксационных генераторов, каждый из которых питает свой счетчик.
Один генератор использует проверяемую емкость как компонент, определяющий частоту, а другой использует опорный конденсатор.
В конце цикла преобразования соотношение двух отсчетов пропорционально соотношению известных и неизвестных конденсаторов.
Поскольку разрешение будет лучше, если в знаменателе этого деления будет большее значение, предусмотрена возможность поменять местами подключения конденсаторов, чтобы наименьшее (наивысшая частота) всегда было связано со счетчиком, который действует как знаменатель. Перестановка происходит, если начальный цикл преобразования показывает, что конденсатор большей емкости находится на неправильном канале.
Фактически каждый канал состоит из: конденсатора, перекрестного переключателя, генератора и счетчика.
Калибровка выполняется с помощью дополнительного переключателя, который временно меняет местами счетчики между осцилляторами, поэтому более точный способ описания устройства:
конденсатор-переключатель-генератор-переключатель-счетчик.
Выясняется, что, исследуя счетчики после того, как оба входных конденсатора поменяны местами и счетчики поменяны местами, можно обнаружить все смещения в сигнальных цепях и использовать эту информацию для их компенсации — путем электрического подключения некоторых небольших конденсаторов постоянной емкости (вниз). до 10fF) через входные узлы генератора.
«CDC по своей природе нечувствителен к глобальным изменениям процессов, напряжения и температуры, поскольку они одинаково влияют на коэффициент преобразования емкости в период» в каждом канале, согласно представлению ISSCC.
Созданная TSMC по 180-нм техпроцессу, схема занимает 0,2 мм 2, а измеряемая емкость может находиться в диапазоне от 0 до 30 пФ. Номинальное разрешение 125fF. Предел шума составляет 45,7fFrms (0,36 бит). Maxmum INL после самокалибровки составляет 125fF — один бит.
Документ 5.2 ISSCC 2021: преобразователь емкости в цифровой для работы при неопределенном собранном напряжении до 0,3 В без подстройки, задания и регулирования напряжения
Иллюстрация скопирована из Дайджеста ISSCC, документ 5.2, с разрешения
Загрузка