[发明专利]一种开关电容方式的可编程的传感器信号处理装置

说明书

本发明公开一种开关电容方式的可编程的传感器信号处理装置。本发明包括第一可编程开关电容组、第二可编程开关电容组、可编程主全差分运算放大器、第一可编程从全差分运算放大器和第二可编程从全差分运算放大器、输出多路选择器、输出控制模块；本发明采用了全差分的开关电容的工作方式，全差分电路具有高共模抑制比、信号摆幅大、线性度高的优点，能有效地抑制共噪声、提高信噪比和降低谐波失真，特别适合于传感器信号的读出。

技术领域

本发明属于可编程模拟器件结构技术领域，具体涉及一种开关电容方式的可编程的传感器信号处理单元结构，该结构适用于多种传感接口电路，一般信号放大、加减、微积分和滤波等应用电路，以及可编程模拟信号处理阵列结构设计。

背景技术

随着现代社会科技日益飞速发展，人们对智能化电子的需求越来越高，而智能化电子产品离不开传感器对外界微弱的模拟信号的实时采集，使得传感技术成为本世纪最具发展潜力的新技术之一。传感器采集到的模拟量很微弱，需要通过传感器接口电路进一步进行放大、滤波等处理才能传送到数字芯片中进行逻辑处理反馈给用户。当今的传感器件多种多样，且上市速度非常迅速，而传统的可对多种传感信号进行处理的硬件接口电路，一般都采用不同的通道分别对不同的传感信号进行处理，这样会造成硬件接口电路面积大、成本高、功耗且参数不可变等缺点。如果传感器的参数有变化，接口电路随之需要重新设计进行流片，造成设计成本和制造成本的提高。因此如何快速实现传感信号硬件读出电路并降低其设计和制造成本成为传感技术中的关键和挑战。

现场可编程模拟信号处理阵列FPGA是相对于现场可编程门阵列FPGA在模拟域提出来的一种灵活可编程器件，这种器件既传承了模拟电路固有的低功耗、面积小、高速等优势，又能达到与FPGA在数字域上相同的灵活可编程效果，即在不改变电路硬件环境下，通过灵活的编程配置来实现不同模拟电路单元的互联和参数的调整，从而完成不同的模拟电路功能，这种方式的模拟电路设计大大改善了传统的专用集成电路设计ASIC设计周期长、成本高，反复验证等缺陷，能达到实现电路原型验证从而避免反复流片，进而降低了电子系统的开发成本，缩短了上市周期，大大地减少了模拟电路设计工程师的压力，使得可编程模拟信号处理阵列成为近年来崭露头角的一类新型集成电路。未来必将在数据采集、信号处理、仅器仪表、控制与监测、人工神经网络、电路实验等重要领域得到应用。

在现场可编程模拟信号处理阵列FPGA领域上已经出现了一些商业产品，如Anadigm公司的AN122E04等系列芯片，可以实现30多种功能，具有多个IO输入输出端口，很大地满足了市场需求。但是，在满足功能多样灵活性高的情况下，该种芯片采用开关矩阵来完成所有运算放大模块输入与输出之间的互连关系，使得互连间的寄生电阻电容值大，信号处理的速度受限，一般在4MHz左右。

为了解决传感接口电路中及模拟信号处理阵列普适性差的问题，本发明提出了一种针对多种传感器输出信号的可编程的模拟单元，通过编程配置在本单元内就能实现多种的电路功能和性能参数需要，不仅适用性强、灵活性高，成本低、设计周期短且寄生参数比传统的使用开关矩阵来编程方式小，提高了信号处理的速度。

发明内容

本发明目的在于针对不同传感信号接口电路的多样性、设计成本高等问题，提出了一种适用于多种传感器信号读出和模拟信号处理的开关电容方式的通用的可编程模拟处理装置，可以达到在不需要改变硬件电路的前提下，通过编程配置，对电路的功能和性能进行修改，实现可对多种传感器输出信号进行处理的功能，实现快速开发和验证、降低成本的目的。

为达成所述目的，本发明提出的一种开关电容方式的可编程的传感器信号处理装置，包括第一可编程开关电容组、第二可编程开关电容组、可编程主全差分运算放大器、第一可编程从全差分运算放大器和第二可编程从全差分运算放大器、输出多路选择器、输出控制模块。

所述第一可编程开关电容组，包括第一至第四输入端，第一至第五输出端；第一可编程开关电容组内部具有多个可编程开关和电容，第一输出端IN11R接收来自外部的正传感器差分信号IN+；