[发明专利]Σ-Δ模数转换器

说明书

一种恒电势器包括电压调节器、电流镜、电容器、比较器、电流源和计数器。电压调节器保持电化学传感器的工作电极上的电压。电流镜产生与来自工作电极的输入电流成镜像的镜像电流。电容器交替地被镜像电流充电从而使得电容器电压以与电流的大小相关的速率增加以及被控制电流放电从而使得电容器电压减小。比较器基于电容器电压的变化输出包括向上转变和向下转变的波形。电流源基于波形产生控制电流。计数器对在预定采样时段期间在波形中的向上转变或向下转变的数量进行计数以产生数字输出。所述数字输出代表输入电流的大小。

本申请是申请日(国际申请日)为2014年12月15日，申请号为201480071729.6(国际申请号为PCT/US2014/070367)，发明名称为“Σ-Δ模数转换器”的发明专利申请的分案申请。

背景技术

除非本文另外指出，否则本部分中描述的材料并不是本申请中的权利要求的现有技术，并且并不因为被包括在本部分中就被承认为是现有技术。

电化学安培传感器可以通过经由工作电极测量由与分析物相关的电化学氧化或还原反应生成的电流来测量分析物的浓度。还原反应发生在电子被从电极转移时，而氧化反应发生在电子被转移到电极时。电子转移的方向取决于施加到工作电极的电压。至少一个另外的电极(例如，对电极、参比电极)可以使电路完整。当工作电极被适当地偏置时，输出电流可与反应速率成比例，这可提供对工作电极周围的分析物的浓度的度量。

恒电势器可被配置为相对于参比电极将电压施加到工作电极，并测量通过工作电极的电流，以使得电流与分析物的浓度相关。在一些示例中，恒电势器可包括提供代表通过工作电极的电流的数字输出的模数转换器(analog-to-digital，ADC)。在传统方案中，有源积分器对输入电流进行积分以提供斜坡电压。然而，电极在电化学传感器中的布置可在有源积分器的输入处产生相对高的电容。操作具有这样的高输入电容的有源积分器可导致有源组件的高电力消耗。

发明内容

在一个方面中，本公开提供了一种系统。该系统包括电化学传感器的工作工作电极，电流镜，电压调节器，电流源，电容器，比较器以及计数器。工作工作电极被配置为产生输入电流。电流镜耦合到工作工作电极并被配置为产生与输入电流成镜像的镜像电流。电压调节器耦合到工作工作电极和电流镜，并被配置为基于参比电压保持工作工作电极上的电压。电流源被配置为产生控制电流。电容器耦合到电流镜和电流源，并被配置为响应于至少镜像电流和控制电流产生电容器电压。比较器耦合到电容器并被配置为基于电容器电压相对于比较电压的变化来输出波形。计数器耦合到比较器。计数器被配置为检测从比较器输出的波形中的特定特征并被配置为基于在预定采样时段期间在波形中的特定特征出现的次数提供数字输出。

在另一方面中，本公开提供了一种方法。由电流镜接收来自电化学传感器的工作电极的输入电流。由电流镜产生与输入电流成镜像的镜像电流。由电流源基于波形提供控制电流。由电容器响应于至少镜像电流和控制电流产生电容器电压。由比较器基于电容器电压相对于比较电压的变化来生成波形。由计数器基于在预定采样时段期间在波形中的特定特征出现的次数提供数字输出。

在另一方面中，本公开提供了一种系统，该系统包括：(1)用于产生与来自电化学传感器的工作电极的输入电流成镜像的镜像电流的装置；(2)用于基于波形提供控制电流的装置；(3)用于响应于至少镜像电流和控制电流产生电容器电压的装置；(4)用于基于电容器电压相对于比较电压的变化来生成波形的装置；以及(5)用于基于在预定采样时段期间在波形中的特定特征出现的次数提供数字输出的装置。