專利名稱：發(fā)生器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可測(cè)量輸入信號(hào)的發(fā)生器電路。
先有技術(shù)的發(fā)生器電路，例如，提供一個(gè)代表敏感的壓力的輸出信號(hào)的發(fā)生器電路，因許多原因使其不夠精確，不精確的原因之一是由于發(fā)生器電路的溫度變化引起的在輸出信號(hào)中的變化。此外，用于發(fā)生器電路中的基準(zhǔn)電位可能使輸出信號(hào)不精確。
本發(fā)明的發(fā)生器電路使其輸出的精度得到改進(jìn)，而且其精度與用在發(fā)生器電路中的基準(zhǔn)電位基本無關(guān)，及與在工作范圍內(nèi)的環(huán)境溫度基本無關(guān)。
本發(fā)明涉及一種發(fā)生器電路，該電路可提供一個(gè)作為一輸入信號(hào)的函數(shù)的輸出信號(hào)。該輸入信號(hào)被耦合到一發(fā)生裝置上，該裝置包括有電抗裝置以形成一定量或數(shù)目的電荷包。該發(fā)生裝置提供一個(gè)發(fā)生器信號(hào)，該信號(hào)包括有上述的電荷包，并且對(duì)該輸入信號(hào)敏感。通過對(duì)由輸入信號(hào)提供的電荷包進(jìn)行積累，將發(fā)生器信號(hào)被耦合到一個(gè)測(cè)量該發(fā)生器信號(hào)的測(cè)量裝置上，該測(cè)量裝置提供一個(gè)隨該發(fā)生器信號(hào)而改變的測(cè)量信號(hào)。該測(cè)量信號(hào)被加到反饋裝置提供一個(gè)隨該發(fā)生器信號(hào)而改變的測(cè)量信號(hào)。該測(cè)量裝置提供一個(gè)隨該發(fā)生器信號(hào)而改變的測(cè)量信號(hào)。該測(cè)量信號(hào)被加到反饋裝置，該反饋裝置則提供一個(gè)作為該測(cè)量信號(hào)函數(shù)的反饋信號(hào)。該反饋信號(hào)再耦合到發(fā)生裝置并控制該發(fā)生裝置所產(chǎn)生的電荷包。該發(fā)生裝置接著提供一個(gè)代表該電荷包數(shù)量的輸出信號(hào)。該測(cè)量電路最好包括有輸出裝置，它對(duì)電荷包的量或數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而提供作為該輸入信號(hào)函數(shù)的模擬輸出、數(shù)字輸出、或者數(shù)字和模擬混合輸出信號(hào)。


圖1是本發(fā)明發(fā)生器電路的第一實(shí)施方案的示意圖;
圖2是采用容性傳感器的發(fā)生器電路的第二實(shí)施方案的示意圖;
圖3是相應(yīng)于圖2的定時(shí)圖;
圖4是本發(fā)明輸出裝置的第一實(shí)施方案的示意圖;
圖5是本發(fā)明輸出裝置的第二實(shí)施方案的示意圖;
圖6是電阻電橋式傳感器發(fā)生器電路的第三實(shí)施方案的示意圖;
圖;
圖7是本發(fā)明的發(fā)生器電路的第四實(shí)施方案的示意圖;
圖8是相應(yīng)于圖7的定時(shí)圖;
圖9是本發(fā)明的輸出裝置的第三實(shí)施方案的示意圖;
圖10是本發(fā)明的電壓測(cè)量電路的示意圖;
圖11是相應(yīng)于圖10的定時(shí)圖。
圖1中的發(fā)生器電路的第一實(shí)施方案大致在10里表示出來。輸入裝置14在線16上提供一個(gè)諸如代表電位、電流、電壓、溫度、流量、pH值或者其它被檢測(cè)的變量的信號(hào)。包括有許多信號(hào)路徑的線16將輸入裝置14加到發(fā)生裝置18，以提供給發(fā)生裝置18一個(gè)或多個(gè)表征被測(cè)變量的信號(hào)。圖1中的線16可包括有多個(gè)電導(dǎo)體、一條光纜壓力通路或者其它耦合裝置。
發(fā)生裝置18包括一個(gè)耦合到輸入裝置14的電抗裝置11和一個(gè)開關(guān)裝置13，該開關(guān)裝置由一個(gè)來自反饋裝置9并加到線19的反饋信號(hào)所控制。電抗裝置11耦合到開關(guān)裝置13，以便在線35上將代表被測(cè)參數(shù)的一定數(shù)量的電荷包加到測(cè)量裝置34?！鞍边@一詞是指當(dāng)電容從第一電位被充至不同于第一電位的第二電位時(shí)流進(jìn)或流出該電容的電荷量。包的電荷量與電容以及與該第一與第二電位之間的差值成正比。該發(fā)生裝置18將線35上的具有第一極性的第1電荷包以及具有與第一極性相反的第二極性的第2電荷包耦合到測(cè)量裝置34。該測(cè)量裝置34通過從第一電荷包中減去第2電荷包來累積電荷，當(dāng)測(cè)量裝置中的電荷累積到達(dá)一選定的電平時(shí)，即產(chǎn)生一測(cè)量信號(hào)28，該信號(hào)在線28A上從測(cè)量裝置34耦合回反饋裝置9，以便控制在線19上的反饋信號(hào)的量。第1和第2電荷包在線35上前饋耦合到測(cè)量裝置34，以及線28A上測(cè)量信號(hào)和線19上反饋信號(hào)反饋耦合發(fā)生裝置18，引起了測(cè)量信號(hào)28的循環(huán)工作。響應(yīng)28A上測(cè)量信號(hào)的產(chǎn)生，反饋裝置9在線19上產(chǎn)生反饋信號(hào)，該信號(hào)接著啟動(dòng)開關(guān)裝置13以在線35上為測(cè)量裝置34提供代表所測(cè)參數(shù)的一個(gè)或數(shù)個(gè)電荷包。接到線35上的第1電荷包使測(cè)量裝置34中的電荷累積增加。接至線35上的第2電荷包使測(cè)量裝置34中的電荷累積減少。第2電荷包可具有一個(gè)實(shí)質(zhì)上是恒定的幅值，或可交替地代表所測(cè)的參數(shù)。當(dāng)測(cè)量裝置34中累積的電荷在一段時(shí)間內(nèi)與選定電平平衡時(shí)，測(cè)量裝置34即再次產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)28。使電荷累積返回到選定電平所高的一定量或數(shù)目的電荷包，就表征該參數(shù)。在發(fā)生裝置18、測(cè)量裝置34與反饋裝置9之間存在著電荷平衡的相互作用。一定量的或一定數(shù)目的第一極性的電荷包使測(cè)量裝置34中的電荷累積失去平衡，而一定量的或一定數(shù)目的第2極性的電荷包被加到測(cè)量裝置34，直至該測(cè)量裝置中的電荷返回到選定的電平的平衡狀態(tài)，在這一點(diǎn)上可以產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)28。該第1和第2極性的電荷包的量或數(shù)目代表了被測(cè)的參數(shù)。該測(cè)量裝置34中的這種電荷積累最好是連續(xù)的而不是周期地回零。那些超過用來平衡測(cè)量裝置34中累積的電荷包的累積量被帶到下一個(gè)測(cè)量間隔中。這種把電荷往下傳的方式改善了數(shù)個(gè)測(cè)量周期內(nèi)的測(cè)量精度。在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)電荷包數(shù)目的平均值趨向于代表被測(cè)參數(shù)的精確值，這是因?yàn)闇y(cè)量裝置34中的電荷包的少量累積，在測(cè)量周期的末尾不被清除也不丟掉，而是傳下去并影響下一個(gè)測(cè)量間隔。
一個(gè)表征在一定的時(shí)間內(nèi)提供的第1和第2電荷包的數(shù)目的信號(hào)沿著線8耦合到輸出裝置38，該輸出裝置把表征該參數(shù)的信號(hào)沿著線42耦合到一讀出裝置43。于是，輸出裝置38的內(nèi)容就隨表征參數(shù)的電荷包的量或數(shù)目而改變。輸出裝置38可以簡(jiǎn)單地在線18上把輸出信號(hào)耦合到讀出裝置43，從而在線42下提供一個(gè)代表參數(shù)的信號(hào)。換言之，輸出裝置38可以接收線8上的輸出信號(hào)，并且是一個(gè)能產(chǎn)生模擬輸出、串行數(shù)字輸出或混合的模擬和數(shù)字輸出的裝置。
在圖2中示出了一個(gè)相當(dāng)于采用圖1的電容式壓力傳感器發(fā)生器電路的實(shí)施方案。圖2中的標(biāo)號(hào)與圖1中的標(biāo)號(hào)相同，用以標(biāo)識(shí)相應(yīng)的細(xì)節(jié)。
在圖2的實(shí)施方案中，一個(gè)電容式的壓力傳感器14A感受在輸入裝置14所指示的壓力P并且給出電容量CH和CL均隨該壓力而變的可變電容15和13，發(fā)生裝置18從反饋裝置9接收信號(hào)E1和E2用來控制開關(guān)100和102以便給傳感器14A提供激勵(lì)。
輸入裝置14通過線121被耦合到發(fā)生裝置18，用來給發(fā)生裝置18提供一個(gè)代表被測(cè)壓力P的信號(hào)。激勵(lì)邏輯電路104、偏置邏輯電路108、和傳感器邏輯電路114，每個(gè)都接收測(cè)量信號(hào)28。電路104、108和114，分別給開關(guān)100、102、106、116和118的控制輸入或者控制門提供信號(hào)E1、E2、B、S1和S2，而且這些開關(guān)最好是MOS傳輸門。這些MOS傳輸門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)能使開關(guān)斷開時(shí)的漏電流很小，而在閉合時(shí)從門傳輸?shù)募纳姾闪孔钌佟＠硐氲腗OS傳輸門的特性是在斷開時(shí)，漏電流小于1個(gè)微微安，而當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，傳送的電荷小于0.05微微庫倫。每個(gè)開關(guān)在閉合以傳送信號(hào)時(shí)，可在開關(guān)的控制輸入或控制門加上一個(gè)高的或“1”的電平;而在想斷開以阻止信號(hào)通過時(shí)只需對(duì)控制輸入或控制門加上一個(gè)低的或“0”電平。開關(guān)100和102以不重疊的方式被順次閉合以便把參數(shù)電位+V和-V送到傳感器14A，從而給傳感器14A提供所需的激勵(lì)。開關(guān)106被周期地閉合以便通過電阻112把線17接到直流公共參考電位110上，從而把放大器120的直流偏壓調(diào)到一個(gè)希望的電平。放大器120在耦合到線17的一個(gè)高阻抗輸入上感受傳感器信號(hào)，并且把一個(gè)來自低阻抗輸出121的表征被測(cè)參數(shù)的信號(hào)耦合到具有電容量C1的電容器117。反饋裝置9的傳感器邏輯電路114控制著開關(guān)116和118，以便把代表被測(cè)參數(shù)的電荷包從電容器117耦合到線32A。在響應(yīng)該測(cè)量信號(hào)28的每一激勵(lì)時(shí)，就在線2A上產(chǎn)生一個(gè)這樣的電荷包。這樣，在線32A上的電荷流，就與感受的壓力P、測(cè)量輸出28所施加的激勵(lì)次數(shù)、耦合到傳感器14A的參考電位以及電容量C1成正比。
在反饋裝置9中，參考邏輯電路150為控制圖2中的開關(guān)152、154、156和158提供信號(hào)R1和R2。首先，開關(guān)154和開關(guān)158被關(guān)閉而152和156斷開時(shí)，電容器153被接到參考電位+V和直流公共線之間，并在具有電容C2的電容器153上存儲(chǔ)電荷。然后，開關(guān)152產(chǎn)156被關(guān)閉而開關(guān)154和158斷開時(shí)，電容器153被接到參考電位-V和線36A之間，一包電荷就放電到36A。不斷重復(fù)這樣的開關(guān)序列，來給線36A提供一平均電荷流或電流，它與參考電位，電容器153電容量C2和開關(guān)154、158啟動(dòng)的頻率成正比。
圖2中的第1信號(hào)線32A和第2信號(hào)線36A極性相反，因此第1信號(hào)對(duì)積分器160以第1方向充電，而第2信號(hào)對(duì)積分器到以與第1方向相反的第2方向充電。在線32A和36A上的這兩個(gè)信號(hào)實(shí)際上是在積分器160中相減，因?yàn)樗鼈兙哂邢喾吹臉O性。積分器160包括一個(gè)放大器162，該放大器具有高阻抗輸入163、165和一個(gè)積分電容器164，該電容器接在放大器162的輸出168和放大器162的反相輸入163。一個(gè)噪聲旁路電容器166從放大器162的反相輸入163接到放大器162的非反相輸入165，該非反相輸入同時(shí)還被耦合到直流公共線110。積分器160上提供一個(gè)積分信號(hào)，該信號(hào)表征累積的電荷。積分信號(hào)168接到比較器170的反相輸入169;比較器170的非反相輸入接到一參考電位，該電位最好是直流公共點(diǎn)110。比較器170把積分信號(hào)168的電平與參考電位110進(jìn)行比較并提供一測(cè)量信號(hào)28給線28A，它表示積分信號(hào)168相對(duì)于參考電位的極性。
在線32A上的第1信號(hào)32中的電荷測(cè)量Q1基本上為Q1= ((N1)(C1)(VR))/2 (1- (CH - CL)/(CH+LL) ) (1)(1)式中Q1是在時(shí)間間隔T內(nèi)，在線32A上的總電荷流量;
N1是在時(shí)間間隔T內(nèi)，在線32上的電荷包的量或數(shù)目;
C1是電荷器117的電容量;
VP是加在開關(guān)100和102上的參考電位+V和-V的電位差;
CH是壓敏電容器15的電容量;
CL是壓敏電容器13的電容量。
在線36A上的電荷流量Q2實(shí)質(zhì)上是Q2＝(N2)(C2)(VR) (2)(2)式中，Q2是在時(shí)間間隔T中，在線36A的總電荷流量;
N2是在時(shí)間間隔T內(nèi)，在線36A上的電荷包的量或數(shù)目;
C2是電容器153的電容量;和
VR是加到開關(guān)152和154上的參考電位+V和-V的電位差。
積分器160重復(fù)地再平衡，所以在時(shí)間間隔T中，在測(cè)量信號(hào)28的一系列的周期上，積分器上沒有凈電荷累積。因此，電荷Q1被控制在實(shí)質(zhì)上等于電荷Q2。聯(lián)立上述Q1和Q2的公式1和2，當(dāng)Q1＝Q2時(shí)，得出N2= ((N1)(C1))/(2(C2)) - (1- (CH- CL)/(CH+LL) ) (3)上列的公式3表明N2實(shí)質(zhì)上僅取決于電容量和電荷包的數(shù)目N1?？梢园袾1保持不變，在脈沖N1不變的基礎(chǔ)上，通過對(duì)脈沖數(shù)N2進(jìn)行計(jì)數(shù)，則可使N2成為CH和CL的函數(shù)。信號(hào)32和36都和同一個(gè)參考電位VR成正比，但這個(gè)參考電位項(xiàng)VR在上述的定義電荷包數(shù)的公式3中被消掉了，該電荷包數(shù)在工作范圍內(nèi)實(shí)質(zhì)上與參考電位無關(guān)。電容量C1和C2可以選擇成具有實(shí)質(zhì)上匹配的溫度特性，從而使在上述公式的分子上的C1的溫度變化被分母上的C2相同的溫度變化所消，使脈沖數(shù)N2對(duì)發(fā)送器電路的溫度不敏感。在工作范圍內(nèi)，脈沖數(shù)N2實(shí)質(zhì)上也與加至該比較器所選定的電平無關(guān)。因而，當(dāng)放大器120、162以及比較器170設(shè)計(jì)成在參考器電位附近工作時(shí)，所選定的電平可以是參考電位-V，而不是直流公共電平。上式中(CH-CL)/(CH+CL))項(xiàng)與加至傳感器14A的壓力P成比例。這樣可以看出在工作范圍內(nèi)，N2數(shù)依賴于壓力P并且實(shí)質(zhì)上與參考電位以及發(fā)送器的環(huán)境溫度無關(guān)。
在圖3中，給出了圖2中的積分信號(hào)168、測(cè)量信號(hào)28和信號(hào)E1、E2、B、S1、S2等之間的定時(shí)關(guān)系的定時(shí)圖178。第1個(gè)軸180表示時(shí)間，它以時(shí)間TO為起點(diǎn)。第2個(gè)軸184表示積分信號(hào)168的電平186以及加到比較器170的非倒相輸入171上的選取電平188。由線36A加到積分器160上的電荷包使積分信號(hào)電平186在負(fù)的方向上步進(jìn)下降，直到積分信號(hào)電平186在182的TO時(shí)刻達(dá)到選取的閾值電平188。比較器170感受積分信號(hào)電平186已達(dá)到選取的閾值電平188并啟動(dòng)產(chǎn)生如圖3中192所示的在線28A上的測(cè)量信號(hào)。線28A的測(cè)量信號(hào)啟動(dòng)電路104、108和114，來提供如圖3所示的信號(hào)E1、E2、B、S1和S2。首先，啟動(dòng)生成如在194所示的信號(hào)E2，它使開關(guān)102閉合，并使串連組合的壓敏電容器13和15放電。當(dāng)開關(guān)102閉合時(shí)，就啟動(dòng)生成如193所示的信號(hào)B使開關(guān)106閉合，調(diào)節(jié)電容器13和15的連接點(diǎn)上的偏壓使之實(shí)質(zhì)上為直流公共電平110。198所示的信號(hào)S2保持開關(guān)118在這段時(shí)間內(nèi)閉合，以便把電容器117充電到線121上的信號(hào)第1電平。在開關(guān)102、106和108被斷開之后，啟動(dòng)產(chǎn)生196所示的信號(hào)E1來把串聯(lián)組合的壓敏電容器13和15充電到參考電位。串連組合電容器13和15用作電容分壓器，并且在導(dǎo)線
17上的傳感器140所提供的電位由壓敏電容CH和CL來決定，因此導(dǎo)線17上的電位代表壓力。放大器120提供電容器117的緩沖輸出，該輸出實(shí)質(zhì)上等于電容117上的電位。最后，202所示的信號(hào)S1使開關(guān)116閉合，代表參數(shù)的一個(gè)電荷包經(jīng)線32A上從電容器117流到積分器160。在線32A上流動(dòng)的電荷可以看作是從積分器160到電容器117的正電荷流，或者換個(gè)說法，可以看作是從電容器117到積分器160的負(fù)電荷流。從線32A上施加的電荷包使積分器的輸出電平的增高，如204所示。線32A上所加的電荷于是被從線36A所加的電荷平衡掉，直到206所示的T1時(shí)刻，這時(shí)再啟動(dòng)生成測(cè)量信號(hào)208，且周期重復(fù)。
圖4所示是一個(gè)相當(dāng)于圖2的輸出裝置38的實(shí)施方案。輸出裝置38接收在線8上代表N1和N2數(shù)目的信號(hào)并且給一個(gè)輸出母線42提供發(fā)送器輸出信號(hào)，該輸出母線與標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)母線相兼容。在圖4所示的實(shí)施方案中，反饋裝置9提供一個(gè)代表電荷包的量或數(shù)(N1+N2)的兩種極性的脈沖信號(hào)給線8B;并且提供一個(gè)代表電荷包數(shù)N1的第1極性的脈沖信號(hào)給線8B。
在圖4中，在線8A上的信號(hào)被耦合到一除N計(jì)數(shù)器250，該計(jì)數(shù)器提供一個(gè)周期比在線8B上的信號(hào)長(zhǎng)些的門控信號(hào)252。門控信號(hào)252被加到計(jì)數(shù)計(jì)254的門控輸入256上，用來門控加到計(jì)數(shù)器254的時(shí)鐘輸入258的、在線8B上的信號(hào)并對(duì)其計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器254給并行數(shù)據(jù)母線260上提供多位數(shù)字字，該字代表被測(cè)的壓力。數(shù)據(jù)母線260上的數(shù)字字被移位寄存器264的第1并行輸入口262接收。控制邏輯電路266從輸出母線42經(jīng)線268接收數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)并經(jīng)線270接收片選信號(hào)“CS”。存儲(chǔ)器272是一種激光編程存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器包括有傳感器14A和發(fā)送器10的特征數(shù)據(jù)。這些特征數(shù)據(jù)可以包括傳感器14A的線性常數(shù)、識(shí)別號(hào)以及全程(span)和零溫度系數(shù)。存儲(chǔ)器272中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過并行母線274傳輸?shù)揭莆患拇嫫?64的第二并行輸入口276。在片選線270上的信號(hào)的啟動(dòng)下，控制邏輯電路通過線280來控制存儲(chǔ)器272并且通過線282來控制計(jì)數(shù)器254，從而向移位寄存器264提供代表被測(cè)參數(shù)的并行數(shù)據(jù)及特征數(shù)據(jù)。然后控制邏輯電路266通過線284來控制移位寄存器264，使移位寄存器中的數(shù)據(jù)與線268上的數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)同步地被串行移出到線286上。一個(gè)串行數(shù)據(jù)字被送到線286上，該數(shù)據(jù)字包括在存儲(chǔ)器272中的代表被測(cè)參數(shù)的數(shù)據(jù)和代表特征常數(shù)的數(shù)據(jù)。
線288和290把5伏電源和參考電位從數(shù)據(jù)母線送到發(fā)送器器。帶隙參考(bandgap reference)292由線288和線290取得能量，以給發(fā)送器10的電路提供直流公共參考電位110。實(shí)質(zhì)上發(fā)送器10所有的電路被做成一片MOS集成電路以達(dá)到低功耗。發(fā)送器10最好由兩線、4-20毫安的工業(yè)控制電流環(huán)路供電。線268、270、286、288和290構(gòu)成一個(gè)與微處機(jī)為基礎(chǔ)的、環(huán)路供電的儀器相兼容的5線輸出母線42。
圖5示出一個(gè)電路300，該電路通過線270、268、286、288和290接到圖4所示的5線輸出母線42。電路300和圖4中的電路一起構(gòu)成一個(gè)能提供模擬輸出或模擬、數(shù)字混合輸出的輸出裝置。一個(gè)計(jì)算裝置302，它最好包括一個(gè)國(guó)家半導(dǎo)公司(NS)生產(chǎn)的COP444C型的微控制器，能通過串行輸入口304從數(shù)據(jù)母線42的線286上，接收串行數(shù)據(jù)字，該數(shù)據(jù)字是由計(jì)算裝置302在片選線270上發(fā)出的信號(hào)啟動(dòng)的并且與線268上的數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)相同步。時(shí)鐘裝置306、存儲(chǔ)裝置308和定時(shí)裝置310接到計(jì)算裝置302以支持該計(jì)算裝置的工作。存貯器308由一非易失存儲(chǔ)器組成。以存儲(chǔ)用來控制發(fā)送器的特性的可改常數(shù)。例如全程和零點(diǎn)、或者從控制圖4中的存儲(chǔ)器272收到的傳感器特性。定時(shí)器310是一個(gè)所謂“看門狗”定時(shí)器在一個(gè)選定的時(shí)間間隔內(nèi)檢測(cè)到計(jì)算裝置302停止提供指示計(jì)算機(jī)正常工作的信號(hào)，并在出現(xiàn)這種故障時(shí)給計(jì)算裝置302發(fā)出一復(fù)位信號(hào)。可以手動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)312以給計(jì)算裝置302提供一個(gè)信號(hào)使發(fā)送器輸出特性置于“零”電平?？梢允謩?dòng)啟動(dòng)開關(guān)314使之產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)使計(jì)算裝置302把發(fā)送器輸出特性置于“滿度”電平或“全程”電平。顯示器316可以連接到計(jì)算裝置302以接收并顯示來自計(jì)算裝置302的數(shù)據(jù)，特別是被測(cè)參數(shù)12的電流值。時(shí)鐘306最好由晶體振蕩器組成，以同步計(jì)算裝置306和輸出電路的其它部分的工作。
從線286接收到的代表測(cè)到的參數(shù)的數(shù)據(jù)字和存貯在存儲(chǔ)器308中的常數(shù)作為輸入數(shù)據(jù)向輸入到計(jì)算裝置302，以便由它們計(jì)算出表征被測(cè)參數(shù)的輸出字。代表被測(cè)參數(shù)的輸出字由計(jì)算裝置從它的串行輸出316沿線320耦合到數(shù)/模轉(zhuǎn)換器318。計(jì)算裝置302通過在線322上發(fā)出的片選輸出來選擇轉(zhuǎn)換器318去接收該輸出數(shù)據(jù)字。時(shí)鐘306通過線324接到轉(zhuǎn)換器318，并且來自計(jì)算裝置302的數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)通過線268也送到轉(zhuǎn)換器3318以支援轉(zhuǎn)換器318的工作。轉(zhuǎn)換器318最好由“仙童”半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的9706型的轉(zhuǎn)換器組成。轉(zhuǎn)換器318在線326上把一個(gè)代表被測(cè)參數(shù)的模擬輸出耦合到調(diào)整電路330上。調(diào)整電路330接收在線326上的代表被測(cè)參數(shù)的模擬輸出并在端點(diǎn)33332和334上控制代表被測(cè)參數(shù)的4-20毫安的輸出電流。該調(diào)整電路330被該4～20毫安輸出電流激勵(lì)并且在導(dǎo)線288和290上提供一個(gè)調(diào)整過的5伏電源和參考電位，用以給圖2和圖4所示的電路以及電路300所示的電路供電。
在端點(diǎn)332和334的4-20毫安的輸出電流是由能源336供電的，如圖5所示，能源336與電流讀出裝置338相串連。
該計(jì)算裝置302還通過線342接到一個(gè)ACIA或異步通信接口適配器，以便在計(jì)算裝置302和數(shù)字通信裝置334之間實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)字通信，該數(shù)字通信裝置可以接到如圖5所示的4-20毫安的電流環(huán)路。該ACIA最好由“日立”生產(chǎn)的HD6350組成。該ACIA340沿著線346把串行數(shù)據(jù)字傳到調(diào)制器，該調(diào)制器提供一個(gè)FSK即頻移鍵控的串行輸出經(jīng)線350送到調(diào)整器電路330。調(diào)整器電路在端點(diǎn)332和334把FSK信號(hào)疊加在4-20毫安的輸出上。然后該FSK信號(hào)沿著線352和354被耦合到裝置344，該裝置344把串行信號(hào)解調(diào)和譯碼，從而從計(jì)算裝置302取得一數(shù)據(jù)讀出。該疊加在輸出電流環(huán)上的FSK信號(hào)的選擇，與4-20毫安的信號(hào)相比，應(yīng)具有足夠高的調(diào)制頻率和足夠低的幅度，這樣它實(shí)質(zhì)上不會(huì)干擾電流環(huán)路中的電流測(cè)量。
裝置344還能把代表來自串行通信裝置344的命令的FSK串行數(shù)據(jù)信號(hào)沿著線352和354耦合到調(diào)整器330。然后這個(gè)代表命令的信號(hào)從調(diào)整器330沿著線362傳到解調(diào)器360。解調(diào)器360解調(diào)該命令信號(hào)并且沿著線364給ACIA和340提供一串行命令信號(hào)。該ACIA340接收來自線364的串行命令信號(hào)并且通過母線342把該命令送給計(jì)算裝置302。從裝置344接收到的該命令信號(hào)可由計(jì)算裝置302用來改變發(fā)送器10的工作。
圖6示出圖2所示電路的另一種實(shí)施方案。圖6中的參照號(hào)和圖2中的相同，以標(biāo)識(shí)相應(yīng)的部件。圖6中，傳感受器14由常規(guī)設(shè)計(jì)的響應(yīng)過程參數(shù)12的電阻電橋傳感器電路380組成。電阻電橋電路380可以由檢測(cè)過程壓力的應(yīng)變計(jì)式壓力傳感器構(gòu)成，這個(gè)過程壓力也可以是計(jì)示壓力、絕對(duì)壓力或者是差分壓力。另一種方法，電橋電路380可以包括一個(gè)含有對(duì)溫度敏感的電阻的電阻電橋，用來測(cè)量過程溫度。電橋電路380是由開關(guān)382、384、386、和388激勵(lì)的，它們通過導(dǎo)線390和392把電橋電路連接到電源電位+V和-V。電橋380通過線394和396把代表被測(cè)參數(shù)的信號(hào)送到放大器120?？刂品糯笃?20的增益的反饋電阻398通過線396和400接到放大器120。反饋電阻398通常安裝在電橋380的旁邊，這樣，可使反饋電阻398和至少電橋380的一部分可在電阻溫度和溫度系數(shù)上匹配，從而可減少環(huán)境溫度對(duì)電橋的不應(yīng)有的影響。
圖6中的電路的其它部分以與上面圖2和圖3所述的相類似的方式工作。在響應(yīng)每一測(cè)量信號(hào)時(shí)，線23A上就產(chǎn)生一個(gè)第1信號(hào)，并產(chǎn)生一個(gè)代表被測(cè)參數(shù)的電荷包。在反饋裝置9的控制下，線36A上產(chǎn)生第2信號(hào)并且產(chǎn)生一些電荷包。圖6中的測(cè)量裝置34從線32A和36A上累積電荷并在線28A上提供一個(gè)代表被測(cè)參數(shù)12的測(cè)量信號(hào)。測(cè)量信號(hào)28經(jīng)線28A反向耦合到圖6中的反饋裝置9來控制線32A上電荷包的產(chǎn)生。
圖7的50指示的是一種發(fā)送器的實(shí)施方案。一個(gè)參數(shù)52如壓力，沿著通道52送到傳感器54。傳感器54可以裝在發(fā)送器50里面或者也可以放在送離發(fā)送器的地方進(jìn)行遙感。
發(fā)生裝置58在線72A上產(chǎn)生代表參數(shù)52的第1信號(hào)72。線72A上的該第1信號(hào)72提供一些電荷包，在由反饋裝置59控制的第1時(shí)間間隔內(nèi)這些電荷包包括代表參數(shù)52的一定量的電荷。發(fā)生裝置58在線76A上還產(chǎn)生一個(gè)代表參數(shù)52的第2信號(hào)。在由反饋裝置59控制的，與第1時(shí)間間隔不同的第2時(shí)間間隔內(nèi)，線76A上的該第2信號(hào)提供一些包括代表參數(shù)52的一定量的電荷。由第1信號(hào)72提供的第1電荷包具有第1極性并且該第1包中的電荷量隨著在被測(cè)參量52的增加而增加。由第2信號(hào)76提供的第2電荷包具有與第1極性相反的第2極性，并且該第2包中的電荷量隨著被測(cè)參數(shù)52的增加而減少。
測(cè)量裝置74從線72A和76A上來的信號(hào)中累積電荷。當(dāng)從測(cè)量裝置74中的線72A上的第1信號(hào)中累積的電荷，在第1時(shí)間間隔內(nèi)達(dá)到第一選定電平時(shí)，在線68A上就以第1方向啟動(dòng)測(cè)量信號(hào)68。該測(cè)量信號(hào)被送回到反饋裝置59，而反饋裝置59響應(yīng)這樣的啟動(dòng)就結(jié)束第1時(shí)間間隔并開始第2時(shí)間間隔。在第2時(shí)間間隔內(nèi)，測(cè)量裝置74從第2信號(hào)76累積電荷直到電荷的累積減少到不同于第1選定電平的第2選定電平。在達(dá)到第2選定電平時(shí)，測(cè)量信號(hào)68以與第1方向相反的第2方向再次啟動(dòng)。在第2方向上的啟動(dòng)被反饋裝置59感受，反饋裝置59響應(yīng)這種啟動(dòng)而結(jié)束第2時(shí)間間隔并開始另一第1時(shí)間間隔。
從發(fā)生裝置58來的線72A和76A上的信號(hào)，被前饋耦合到測(cè)量裝置74，而測(cè)量信號(hào)68被反饋耦合到反饋裝置59，并且，發(fā)生裝置58使測(cè)量信號(hào)68周期地工作。發(fā)生裝置58與反饋裝置59和測(cè)量裝置74一起以閉環(huán)結(jié)構(gòu)工作，從而提供代表被測(cè)參數(shù)的一定量或一定數(shù)目的電荷包。
圖7中的反饋裝置59包括一個(gè)數(shù)字電路，該電路接收測(cè)量信號(hào)68并且在線60和61上提供代表發(fā)生裝置58所產(chǎn)生的電荷包的量或數(shù)目的脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)60在第1時(shí)間間隔內(nèi)提供脈沖。脈沖信號(hào)61在第2時(shí)間間隔內(nèi)提供脈沖。
輸出裝置78接收脈沖信號(hào)60和61，并在測(cè)量時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)從信號(hào)60接收來的脈沖數(shù)目計(jì)數(shù)，該測(cè)量時(shí)間間隔由信號(hào)60和61接收來的脈沖總數(shù)來控制。這樣計(jì)出的脈沖數(shù)目代表被測(cè)參數(shù)，輸出裝置78在線82A上提供一個(gè)輸出信號(hào)82，這個(gè)信號(hào)82包含表示這一脈沖計(jì)數(shù)值因而也是參數(shù)值的信號(hào)。輸出82被送到讀出裝置83，該讀出裝置83指示被測(cè)參數(shù)的電流值。
圖7中的容性傳感器54包括電容器53和57，其容量取決于在52處所加的壓力P。反饋裝置59由MOS數(shù)字邏輯電路組成，該電路接收測(cè)量信號(hào)68并且控制開關(guān)421和423使之沿著線410把激勵(lì)信號(hào)CKO送到傳感器54。來自線410的激勵(lì)信號(hào)CKO，如在圖8中的定時(shí)圖所示，是由把410接到參考電位+V和-V而產(chǎn)生的，并且其幅度實(shí)質(zhì)上等于412所示的參考電位。倒相器414接收線410上的信號(hào)CKO，并且產(chǎn)生倒相信號(hào)CKO該信號(hào)CKO沿線416被耦合到線性校正電容415和417?，F(xiàn)在參閱圖7和圖8，反饋裝置59也產(chǎn)生信號(hào)CK1、CK2、CK3和CK4，如圖所示，以分別啟動(dòng)開關(guān)422、424、418和420，這些開關(guān)最好是如上所述的MOS開關(guān)。
當(dāng)這激勵(lì)信號(hào)CKO處于如圖8中426所示的低電位，而激勵(lì)信號(hào)CKO處于如在427所示的高電位時(shí)，則信號(hào)CK3，如428處所示，被啟動(dòng)一段時(shí)間，使開關(guān)418導(dǎo)通，從而在傳感電容57和線性校正電容417上存貯所需要的電荷。
當(dāng)激勵(lì)信號(hào)CKO處于如在430所示的高電平，而激勵(lì)信號(hào)CKO處于如在431所示的低電平時(shí)，則信號(hào)CK4，如在432所示，被啟動(dòng)一段時(shí)間，使開關(guān)420閉合，從而在傳感電容器53和線性校正電容415上存貯所要的電荷。信號(hào)CKO、CKO、CK3和CK4的定時(shí)實(shí)質(zhì)上與測(cè)量信號(hào)68無關(guān)。
壓敏電容器53和57由信號(hào)CKO來激勵(lì)，該信號(hào)CKO與信號(hào)CKO有180度的相位差，該CKO激勵(lì)線性校正電容器415和417。這個(gè)相位關(guān)系可以補(bǔ)償與壓敏電容器53和57有關(guān)的不希望有的分布電容。電容器415具有選定的電容量CL1，并且當(dāng)它被激勵(lì)時(shí)就從電容53中減去一個(gè)選定的電荷量。電容器417具有選定的電容量CL2，并且當(dāng)它被激勵(lì)時(shí)就從電容器57中減去選定的電荷量。調(diào)整(CL2-CL1)的量可減小被測(cè)壓力與(CH-CL)/(CH+CL)量之間的二次非線性關(guān)系。調(diào)整(CL2+CL1)的量可減小被測(cè)壓力與(CH-CL)/(CH+CL)量之間的三次非線性關(guān)系。這樣，就改善了發(fā)送器輸出的線性度。
時(shí)間圖8中的一組定時(shí)波形448是一范例的代表，其中，外加壓力P實(shí)質(zhì)上是零并且電容CH實(shí)質(zhì)上等于電容CL。在第1時(shí)間間隔內(nèi)，當(dāng)加到反饋裝置59的測(cè)量信號(hào)68處于第1電平434時(shí)，電路59重復(fù)地啟動(dòng)信號(hào)CK1436開關(guān)422閉合，并把被線性校正電容器415校正過的電荷包從使感電容器53耦合到線72A當(dāng)被耦合到反饋裝置59的測(cè)量信號(hào)在第二時(shí)間間隔處于第2電平438時(shí)，電路59重復(fù)地啟動(dòng)信號(hào)CK2440，使開關(guān)424閉合并且把線性校正電容器417校正過的電荷包從感受電容器57耦合到線76A。
測(cè)量裝置74包括一個(gè)積分器442，該積分器在第1和第2時(shí)間間隔內(nèi)分別從第1和第2信號(hào)中累積電荷并且提供一個(gè)代表累積電荷的積分器信號(hào)444。積分信號(hào)444被耦合到一個(gè)司密特觸發(fā)器或比較器446的輸入端。司密特觸發(fā)器446的選定的上、下觸發(fā)電平間有一個(gè)滯后閾。司密特觸發(fā)器446向線68A提供測(cè)量信號(hào)68，該信號(hào)68反回來控制反饋裝置59，并且給發(fā)生裝置58充電。
在圖8中示出的第1時(shí)間間隔內(nèi)，積分器輸出444的電平441隨著從第1信號(hào)72來的加到積分器上的第1極性的電荷包而升高，直到它通過選電平443才結(jié)束第1時(shí)間間隔并開始第2時(shí)間間隔。在第2時(shí)間間隔內(nèi)，電平441隨著加到積分器442的與第1極性相反的第2極性的電荷包27而下降。
然后當(dāng)電容CL大約等于電容CH的三倍時(shí)，如另一舉例定時(shí)波形組450中所示，則線61上發(fā)生的脈沖352將是線60上發(fā)生的脈沖的三倍。在線60和61上的信號(hào)是在反饋裝置59的操作下從測(cè)量信號(hào)68中導(dǎo)出來的。
每一測(cè)量輸出周期從第1信號(hào)72來的電荷流是Q1＝(N1)(CH-CL1)(V) 公式4其中Q1是在測(cè)量輸出68的一周期內(nèi)，第1電荷輸出提供的電荷量;
N1 是在該測(cè)量輸出的一周期內(nèi)第1信號(hào)提供的電荷包的計(jì)數(shù)或數(shù)目;
CH 是傳感電容值CH;和V 是參考電位每一測(cè)量信號(hào)周期中，來自第2電荷輸出16的電荷流是Q2＝(N2)(CL-CL2)(V) 公式5其中Q2 是在測(cè)量輸出68的一周期內(nèi)，第2信號(hào)提供的電荷量;
N2 是在測(cè)量信號(hào)的一周內(nèi)，第2信號(hào)所提供的電荷包的計(jì)數(shù)值或數(shù)目;
CL是傳感電容量CL;和V 是參考電位電荷量Q1和Q2的公式4和5是近似式，該公式?jīng)]有考慮對(duì)脈沖計(jì)數(shù)時(shí)的“最小計(jì)數(shù)”誤差。但在大量的測(cè)量周期內(nèi)，這種最小計(jì)數(shù)誤差趨向于互相抵消。積分器永遠(yuǎn)不復(fù)零;因此，驅(qū)動(dòng)積分器超過司密特觸發(fā)選取電平的那一部分電荷包被傳遞到下一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)。通過這個(gè)電荷的傳遞，在跨過一個(gè)包括很多測(cè)量周期的長(zhǎng)時(shí)間間隔T，電荷Q1的總和實(shí)質(zhì)上等于電荷Q2的總和;因此，(N1)(CH′)＝(M2)(CL′) 公式6其中CH′是校正過的電容(CH-CL1);
CL′是校正過的電容(CL-CL2);
M1是線60上的脈沖數(shù)，它也是在時(shí)間間隔T內(nèi)由第1信號(hào)產(chǎn)生的電荷包數(shù);和M2是在線61上的脈沖數(shù)，它也是在時(shí)間間隔T內(nèi)第2信號(hào)產(chǎn)生的電荷包數(shù)。
公式6中的各項(xiàng)，可以被重新安排來定義一第1輸出公式，公式7M2＝(1/2)(M1+M2)(1+ (CH′-CL′)/(CH′+CL′) )公式7公式6中的各項(xiàng)還可以重新安排來定義一第2輸出公式，公式8M2-M1＝(M1+M2) ((CH′-CL′))/((CH′+CL′)) 公式8如下所述，公式7或公式8可以用于輸出電路78。
在圖9中示出了一個(gè)相當(dāng)于圖7的輸出電路78。輸出電路78包括一個(gè)計(jì)數(shù)控制邏輯電路460，該電路460在線60A和61A接收前述脈沖，并把它送到計(jì)數(shù)器466來控制計(jì)數(shù)器466的脈沖計(jì)數(shù)。門控該計(jì)數(shù)器466使在一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，在這個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)從線60和61上接收選定的(M1+M2)個(gè)脈沖，它相當(dāng)于所選時(shí)間間隔T。
在一個(gè)較佳的實(shí)施方案中，計(jì)數(shù)器466在該時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)從線61A收到的脈沖M2進(jìn)行計(jì)數(shù)。通過計(jì)數(shù)器控制邏輯460，將脈沖數(shù)(M1+M2)設(shè)在一個(gè)選定的值，例如，200000個(gè)脈沖;則計(jì)數(shù)值M2通過公式7與被測(cè)壓力相關(guān)聯(lián)。這種計(jì)數(shù)最好能對(duì)無符號(hào)壓力或變量，比如，從零到滿度值變化的壓力值進(jìn)行計(jì)數(shù)。
在另一個(gè)較佳實(shí)施方案中，計(jì)數(shù)器466是一個(gè)升/降計(jì)數(shù)器，它的時(shí)間間隔T內(nèi)對(duì)計(jì)數(shù)的差值(M2-M1)進(jìn)行計(jì)數(shù)。通過計(jì)數(shù)控制邏輯460將(M2+M1)的計(jì)數(shù)值設(shè)在一個(gè)選定值，例如，50，000，則(M2-M1)計(jì)數(shù)使通過公式8與被測(cè)壓力相關(guān)聯(lián)。這種計(jì)數(shù)通常是為了對(duì)有符號(hào)壓力或變量該壓力或變量可以從負(fù)滿刻度值變到正滿刻度值進(jìn)行計(jì)數(shù)。
計(jì)數(shù)器466中的計(jì)數(shù)值表征被測(cè)參數(shù)，并且在并行母線466上被傳送到移位寄存器470。移位寄存器470也從并行母線472接收表征傳感器54特征的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)事先已存在存儲(chǔ)器474。五線輸出數(shù)據(jù)母線82把線476上的片選或CS信號(hào)和線478上的數(shù)據(jù)對(duì)鐘信號(hào)都送到控制邏輯裝置480，該裝置480控制從存儲(chǔ)器474和計(jì)數(shù)器466向移位寄存器470提供并行數(shù)據(jù)?？刂七壿嬔b置480還控制移位寄存器470與線478上的數(shù)據(jù)時(shí)鐘同步地面輸出母線的線482提供串行輸出數(shù)據(jù)。
輸出母線82沿著線484和486給發(fā)送器提供一個(gè)5V參考電壓，而MOS分壓器488給發(fā)送器提供一直流公共參考電平490。圖9的五線輸出母線可耦合到一個(gè)比如圖5所示的電路，來對(duì)兩線環(huán)路提供一個(gè)4-20毫安的數(shù)字輸出和模擬輸出。
發(fā)送器電路最好由一個(gè)傳統(tǒng)的MOS集成電路構(gòu)成以提供一個(gè)理想的廉價(jià)而小巧的發(fā)送器。
圖10示出一個(gè)測(cè)量電路500的一個(gè)實(shí)施方案。測(cè)量電路500從電勢(shì)源510感受一個(gè)輸入信號(hào)，并且在線512上給讀出裝置514提供一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)與線514上感受的電勢(shì)有關(guān)。電勢(shì)源510被耦合到發(fā)生裝置520。發(fā)生裝置520包括一個(gè)具有電容量C的電抗元件-電容器522。電容器522通過開關(guān)524把輸入信號(hào)送到線514上。開關(guān)526把電容器522耦合到參考電位528;開關(guān)530和532把電容器522耦合到一可以是直流公共電平的參考電位110。開關(guān)534把電容器522耦合到線536來提供一個(gè)響應(yīng)被測(cè)輸入信號(hào)的發(fā)生器信號(hào)。開關(guān)524、526、530、532和534分別受數(shù)字信號(hào)CK2、CK3、CK5、CK4和CK1的控制，這些信號(hào)都是從反饋裝置538耦合過來的反饋信號(hào)。測(cè)量裝置540接收并測(cè)量耦合到線536上的發(fā)生器信號(hào)。積分器裝置542累積從線536接收來的電荷并在線544上提供一個(gè)積分信號(hào)，該信號(hào)被耦合到比較器546。比較器546把積分信號(hào)和參考電位110進(jìn)行比較并把一個(gè)測(cè)量信號(hào)耦合到線548上，該測(cè)量信號(hào)是耦合到測(cè)量裝置的線536上的電荷的函數(shù)。線548被耦合到反饋裝置538來控該反饋裝置538。反饋裝置538產(chǎn)生數(shù)字反饋信號(hào)CK1、CK2、CK3、CK4和CK5送把它們送到發(fā)生裝置520。反饋裝置538還把在線550和552上的數(shù)字輸出信號(hào)CK6和CK7分別送到輸出裝置554，該裝置對(duì)在線550和552上的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，以在線512上提一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)與線514上的被測(cè)電壓相關(guān)。
圖11中的定時(shí)圖解580示出控制反饋裝538的測(cè)量信號(hào)和反饋裝置產(chǎn)生的反饋信號(hào)CK1、CK2、CK3、CK4和CK5之間的定時(shí)關(guān)系。圖11還給出了反饋信號(hào)、積分信號(hào)VI和測(cè)量信號(hào)VS之間的定時(shí)關(guān)系。在圖11所示的定時(shí)序列開始之前，開關(guān)530和532已被閉合以使電容器522實(shí)質(zhì)上放電到零電位。在圖11中的528處，信號(hào)CK1和CK2被啟動(dòng)，以把電容器522耦合到在線514上的輸入電位，和在線536上的發(fā)生器輸出，于是就把代表被測(cè)電壓的電荷包的傳到測(cè)量裝置54。積分器542接收該電荷包，在584處，積分器輸出VI增加到參考電位VI以上。然后，在586處，信號(hào)CK3和CK5被啟動(dòng)，以使開關(guān)526和530閉合，從而把電容器522充電到圖10中528處的參考電位+V。而后，在588處啟動(dòng)信號(hào)CK1和CK4，以便把與參考電壓528有關(guān)的電荷包經(jīng)線536耦合到測(cè)量裝置540。在590處，信號(hào)CK3和CK5再次啟動(dòng)以把電容器522再次充電到參考電位，在592處，信號(hào)CK1和CK4再次被啟動(dòng)以把與電位528有關(guān)的另一電荷包經(jīng)線536放電到測(cè)量裝置里。這種把電容器522充電到參考電位，然后把電荷包放電到線536里的過程不斷重復(fù)，直到積分器的輸出降到594所示的參考電壓VT以下。在596處當(dāng)積分信號(hào)降到低于參考電位VT時(shí)，測(cè)量的輸出改變，從而觸發(fā)反饋裝置，使電容器522在598處放電，并且，把代表被測(cè)參數(shù)的另一電荷包耦合到測(cè)量裝置540中去，如圖11中600所示。
線536提供的代表被測(cè)參數(shù)的電荷包的數(shù)目，由線550上的信號(hào)CK6產(chǎn)生的脈沖數(shù)N1來表示。在線536上提供的與參考電位有關(guān)的電荷包的數(shù)目，用由線552上的信號(hào)CK7產(chǎn)生脈沖數(shù)N2來表示。數(shù)目N1和N2是互相關(guān)聯(lián)的，因?yàn)?N1)(C)(V)＝(N2)(C)(VR)，則有，V＝(N2/N1)(VR)
其中，V是在線514上的輸入電位，VR是基準(zhǔn)電位528，N1是在時(shí)間間隔期間在線550上的脈沖數(shù)，而N2是在時(shí)間間隔期間在線552上的脈沖數(shù)。
因此，我們可以看到，由諸如在圖9中描述的一個(gè)輸出裝置計(jì)數(shù)的在線550和552上的脈沖數(shù)可以提供代表在線514上敏感的電位的一個(gè)輸出512。電路500可以被用作為一個(gè)模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，用來將一個(gè)模擬信號(hào)與一個(gè)數(shù)字讀出裝置相接口。
權(quán)利要求
1.一種用來提供作為電傳感裝置敏感的參數(shù)的函數(shù)的輸出信號(hào)的發(fā)生器電路，包括發(fā)生裝置，該發(fā)生裝置用來該敏感參數(shù)，并具有用來形成一字?jǐn)?shù)目的電荷包的電抗裝置，以根據(jù)輸入信號(hào)提供一個(gè)發(fā)生器信號(hào)；測(cè)量裝置，它與發(fā)生裝置相連，用來測(cè)量作為該電抗裝置的函數(shù)的發(fā)生器信號(hào)，并提供作為其函數(shù)的測(cè)量信號(hào)，反饋裝置，它與測(cè)量裝置相連，用來向發(fā)生裝置提供一個(gè)作為測(cè)量信號(hào)函數(shù)的反饋信號(hào)，并提供代表該一定數(shù)目電荷包的輸出信號(hào)；及輸出裝置，它與反饋裝置相連，用來提供一個(gè)作為該一定數(shù)目電荷包函數(shù)的發(fā)生器電路的輸出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)生器電路，其中的發(fā)生裝置包括作為反饋信號(hào)控制的開關(guān)裝置，用來控制通過電抗裝置的電荷包的耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)生器電路，其中的發(fā)生裝置還包括提供包括發(fā)生器信號(hào)的電荷包。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)生器電路，其中的電荷包是這樣提供的電荷包基本上平衡于預(yù)定的測(cè)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)生器電路，其中的電荷包包括具有第一極性的第一部分電荷包和具有與第一極性相反的第二極性的第二部分電荷包。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)生器電路，其中的測(cè)量裝置積累用來提供作為被積累的電荷的函數(shù)的測(cè)量信號(hào)的電荷包。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)生器電路，其中的測(cè)量信號(hào)控制用來改變電荷包極性的反饋裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)生器電路，其中的第一部分包括電荷包的第一數(shù)目N1，而第二部分包括電荷包的第二數(shù)目。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)生器電路，其中的電抗裝置至少是一個(gè)電容器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)生器電路，其中的反饋裝置控制電荷包的數(shù)目。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)生器電路，其中的輸出信號(hào)是第一數(shù)目N1的函數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)生器電路，其中的輸出信號(hào)是第一數(shù)目N1和第二數(shù)目N2的函數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)生器電路，其中的產(chǎn)生裝置至少包括一個(gè)與開關(guān)裝置相連的基準(zhǔn)電位。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)生器電路，其中的輸出信號(hào)基本上是下式的函數(shù)(N1)(C1)(V)＝(N2)(C2)(V)，其中C1和C2是電容量，它們是輸入信號(hào)的函數(shù)，而V為基準(zhǔn)電位。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)生器電路，其中的輸出信號(hào)基本上是下式的函數(shù)(N1)(C1)(V1)＝(N2)(C2)(V2)，其中C1和C2是電容，V1是一個(gè)基準(zhǔn)電位，而V2是一個(gè)作為輸入信號(hào)的函數(shù)的電位。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的發(fā)生器電路，其中的輸出信號(hào)基本上是下式的函數(shù)(N1)(C1)(V1)＝(N2)(C2)(V2)，其中C是電容，而至少V1和V2中的一個(gè)電位是輸入信號(hào)的函數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)生器電路，其中的輸出信號(hào)基本上是下式的函數(shù)(N1)(C1)(V)＝(N2)(C2)(V)，其中C1是電容，它是輸入信號(hào)的函數(shù)，而C2是是一個(gè)基本固定值的電容，V2是基準(zhǔn)電位。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)生器電路，其中的發(fā)生器電路還包括一個(gè)傳感器裝置，用來敏感參數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)生器電路，其中電傳感器裝置敏感的參數(shù)是一個(gè)壓力。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的發(fā)生器電路，其中的傳感器是一個(gè)電容壓力傳感器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)生器電路，其中的傳感器是一個(gè)雙板電容壓力傳感器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的發(fā)生器電路，其中的傳感器包括一個(gè)電阻電橋傳感器。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的發(fā)生器電路，還包括與雙板電容傳感器耦合的裝置，用來修正雜散電容，以改進(jìn)發(fā)生器電路的性能。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)生器電路，其中的輸出裝置提供代表所敏感的參數(shù)的串行數(shù)字輸出信號(hào)。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)生器電路，其中輸出裝置提供代表所敏感的電流輸出信號(hào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)生器電路，通過接收輸出電流的雙線電流環(huán)路供電。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的發(fā)生器電路，其中的發(fā)生器電路還將一個(gè)代表所敏感的參數(shù)的串行數(shù)字信號(hào)耦合到環(huán)路中。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的發(fā)生器電路，由從該環(huán)路接收的串行數(shù)字命令控制該電路。
29.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)生器電路，其中的發(fā)生器電路由雙線電路供電，并向雙線電路提供一個(gè)代表所敏感的數(shù)字信號(hào)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的發(fā)生器電路，其中的數(shù)字信號(hào)是一個(gè)串行信號(hào)。其中，V是在線514上的輸入電位，VR是基準(zhǔn)電位528，N1是在時(shí)間間隔期間在線550上的脈沖數(shù)，而N2是在時(shí)間間隔期間在線552上的脈沖數(shù)。因此，我們可以看到，由諸如在圖9中描述的一個(gè)輸出裝置計(jì)數(shù)的在線550和552上的脈沖數(shù)可以提供代表在線514上敏感的電位的一個(gè)輸出512。電路500可以被用作為一個(gè)模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，用來將一個(gè)模擬信號(hào)與一個(gè)數(shù)字讀出裝置相接口。
全文摘要
一種測(cè)量電路可提供作為輸入信號(hào)函數(shù)的輸出信號(hào)。該測(cè)量電路包括一個(gè)電荷發(fā)生器，該電荷發(fā)生器給測(cè)量單元提供作為輸入信號(hào)函數(shù)的電荷包。該測(cè)量單元測(cè)量所提供的電荷并且提供一與接收到的電荷相關(guān)的測(cè)量信號(hào)。該測(cè)量信號(hào)被送到反饋電路。該反饋電路接到電荷產(chǎn)生器中的一些開關(guān)，以控制電荷包的產(chǎn)生。該反饋電路提供至少一個(gè)指示所提供的電荷包的量或數(shù)目的輸出信號(hào)。
文檔編號(hào)G01RGK1064947SQ9210106
公開日1992年9月30日 申請(qǐng)日期1987年7月16日 優(yōu)先權(quán)日1986年4月23日
發(fā)明者羅格L·弗里克, 約翰P·舒爾特 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司