[发明专利]一种传感器微弱信号通用检测芯片系统

权利要求书

1.一种传感器微弱信号通用检测芯片系统，其特征在于，该芯片系统包括检测子系统和辅助子系统，二者均与传感器连接，其中:

检测子系统包括两条电流检测通路和一条电压检测通路，电流检测通路利用电流电压转换、电压放大和模数转换实现对由传感器输入的微弱电流信号的检测，电压检测通路先将传感器输入的微弱电压信号转换成电流信号，然后再将该电流信号输出给电流检测通路，间接实现对微弱电压信号的检测;

辅助子系统用于为传感器和检测子系统提供需要的偏置电流、电压、时钟和控制信号。

2.根据权利要求1所述的传感器微弱信号通用检测芯片系统，其特征在于，所述检测子系统包括电压电流转换器(101)、跨阻放大器(102)、积分器(103)、可编程增益放大器(104)和模数转换器(105)，且电压电流转换器(101)、跨阻放大器(102)、积分器(103)、可编程增益放大器(104)和模数转换器(105)构成两条电流检测通路和一条电压检测通路。

3.根据权利要求2所述的传感器微弱信号通用检测芯片系统，其特征在于，所述跨阻放大器(102)、可编程增益放大器(104)和模数转换器(105)依次连接构成第一电流检测通路(1)，用于检测1μA至1mA范围内的大直流或交流电流;所述积分器(103)、可编程增益放大器(104)和模数转换器(105)依次连接构成第二电流检测通路(2)，用于检测1nA到1μA范围内的小直流或交流电流。

4.根据权利要求3所述的传感器微弱信号通用检测芯片系统，其特征在于，所述第一电流检测通路(1)和所述第二电流检测通路(2)独立工作，共用辅助子系统。

5.根据权利要求4所述的传感器微弱信号通用检测芯片系统，其特征在于，在所述第一电流检测通路(1)和所述第二电流检测通路(2)中，传感器的输出电流连接到跨阻放大器(102)或积分器(103)的输入，电流信号在跨阻放大器(102)或积分器(103)被转换为电压信号，跨阻放大器(102)和积分器(103)的输出接到可编程增益放大器(104)的输入，对此电压信号进一步放大并转换为差分信号，该差分信号被接到模数转换器(105)的输入，进行模数转换，最终得到易于传输和处理的数字信号，通过I2C总线输出。

6.根据权利要求4所述的传感器微弱信号通用检测芯片系统，其特征在于，所述电压检测通路由电压电流转换器(101)和所述第一电流检测通路(1)和所述第二电流检测通路(2)构成，电压电流转换器(101)将来自传感器输出的微弱电压信号转换为电流信号，根据此电流信号的大小选择接入所述第一电流检测通路(1)或所述第二电流检测通路(2)，间接实现对微弱电压信号的检测。

7.根据权利要求2所述的传感器微弱信号通用检测芯片系统，其特征在于，所述辅助子系统包括数模转换器(106)、带隙基准(107)、时钟产生电路(108)和数字控制逻辑(109)，其中:

带隙基准(107)为数模转换器(106)、电压电流转换器(101)、跨阻放大器(102)、积分器(103)、可编程增益放大器(104)和模数转换器(105)提供精准的偏置电压和电流;

时钟产生电路(108)将晶振产生的基准时钟分频得到积分器(103)、可编程增益放大器(104)、模数转换器(105)和数模转换器(106)需要的各相时钟，分频比由数字控制逻辑(109)设定;

数模转换器(106)用于向传感器提供所需的偏置电压，通过控制数模转换器(106)的数字输入信号，向传感器提供静态电压进行计时安培法测量或是动态变化的扫描偏置电压进行循环伏安法测量。

8.根据权利要求7所述的传感器微弱信号通用检测芯片系统，其特征在于，当传感器不需要偏置电压时，关闭数模转换器(106)以降低功耗。

9.根据权利要求7所述的传感器微弱信号通用检测芯片系统，其特征在于，当检测交流电流时，根据输入电流信号的频率，通过数字控制逻辑(109)调整分频比相应的改变积分器(103)、可编程增益放大器(104)和模数转换器(105)的时钟，以保持同样的过采样率。