专利名称：游标式电压-数字转换器的制作方法
技术领域：
本发明与一种用数字来表示电压输入信号的电压-数字转换器有关。具体地说，本发明与一种改变电压-数字转换器分辨力的游标调整有关。
通常，电压-数字转换器用来将一个敏感到的参数变换成该参数的数字表示形式，以便立即进行分析或传送到远处。在控制系统中，对一个所敏感参数进行测量和计算就可以确定如何适当地调整控制回路。
一般，速度和精度是控制回路有效运行的关键。每当速度和精度能够得到改善，就会产生十分显著的效益。费立克等人的美国专利4，791，352“游标测量式传感器”和1988年3月30日存卷的相关未决申请No.07/175，627“测量电路”(Frick et al U.S.Patent 4，791，352 entitled“Transmiffer with Vernier Measarement”and co-Pending applioafion Sorial No.07/175，627，filed March30，1988 enfitled“Measarement Circait”)提出通过用一组在积分器内进行积累的电荷包(charge Paoket)实现转换显著改善参数-数字转换器速度和分辨力的方法。每一个电荷包中的电荷量表示了所敏感的参数。积累起来的电荷与一个基准电平相比较，所得输出则作为一个反馈信号，用来控制电荷包在积分器内的积累。在一个测量周期内所产生的电荷包的数目就表示了这个所敏感的参数。所敏感参数的数字表示由所计得的数目来确定。
在费立克等人的专利中，通过在每个测量周期中加了游标调整(vernier adjustment)使精度得到改善。游标调整是一种改变电压-数字转换器分辨力的调整方法。在测量周期的第一段时间内，由第一激励电位产生一组第一电荷包，对积累在积分器中的电荷进行“粗”调，在测量周期的第二段时间内，由比第一激励电位低的第二激励电位产生一组第二电荷包。每个电荷包中的电荷量随激励电位的不同而不同，因此第二电荷包组对积分器上的电荷进行了“精”调。精调提供了比粗调精度高得多的数字结果。
费立克等人专利的游标式结构同时提高了速度和分辨力，然而，用电阻或电容分压器、可编程增益运算放大器或其它分压器产生粗、细激励电位使电路相当复杂，而且还需要对电路进行调整。为了对电荷包计数方便，电阻分压必需调成一个整数N，并且在两个分压器中进一步相互与这整数N匹配。因此有必要提供一种游标式结构，这种结构具有所需的速度和分辨力，但又不需要产生粗、精激励电位的复杂电路。
传感器敏感一个诸如压力之类的参数，给出一个表示这所敏感参数的输出。这种传感器包括一个有游标调整来增加转换速度和分辨力的电压-数字转换器。转换包括一个或多个产生表示电压输入信号的数字输出的测量周期。电压输入信号表示了所敏感参数。
电压-数字转换器有一个输当各个电压输入信号的存储电路，该存储电路提供了一个具有一组可选值的存储电容。各电压输入信号有选择地加到存储电容，使存储电容周期性充电和放电，从而提供一个表示所加的电压输入信号和所选电容值的电荷输出。
将电荷输出加到电荷积累电路，对来自存储电路的电荷进行积累。所积累的总电荷正比于存储电路放电电荷量的积分。电荷积累电路给出一个表示所积累电荷与基准电荷比较结果的平衡输出。
定时电路接到平衡输出端，根据平衡输出信号提供控制存储电容充放电、在电荷输出端上产生各种电荷包序列的反馈信号。当在存储电路中选择第一电容值时，第一电荷包序列使电荷积累趋向基准电荷，处于第一组分差之内。当选择第二电容值时，第二电荷包序列使电荷积累趋向基准电荷，处于第二组公差之内。
计算电路接到定时电路，用来对在一个测量周期内所产生的各电荷包进行计数。计算电路向输出电路提供数字输出，根据所计个数输出电路产生表示电压输入信号的输出信号。
在一个实例中，应变片传感器电路具有二个(第一和第二)上述本发明的电压-数字转换器。这个传感器电路还包括一个电阻电桥和至少一个与这个电桥串联的精密电阻。电阻电桥对压力和温度敏感感，而精密电阻的阻抗对温度的敏感性要比电阻电桥低。第一电压-数字转换器给出一个表示精密电阻两端压降从而指示电阻电桥温度的输出。第二电压-数字转换器给出一个表示加压电阻电桥上的电压和电阻电桥的温度的输出。计算电路综合第一电压-数字转换器的输出和第二电压-数字转换器的输出，产生一个经温度校正的所加压力的数字表示。
图1为由本发明的电压-数字转换器组成的传感器方框图。
图2为应变片压力敏感器和由本发明的第一、第二电压-数字转换器组成的敏感器处理器的方框图。
图1示出了具有一个本发明的电压-数字转换器的传感器10。电压-数字转换器执行一连串测量周期，把一个参数感器的输出转换成一个表示所敏感的参数的传感器输出。
在图1所示的实例中，传感器10含有对所加压力P敏感的应变片电路12。应变片电路12包括电阻电桥14和前置放大器16。电阻电桥14包括阻抗对所受压力P敏感的电阻18、20、22和28。电阻18和24间的连接点连到输出电路28中的电源电压Vsupply。电阻电桥14由Vsupply供电，在电阻20和22间的连接点处接到系统“地”30。表示所受压力P的敏感器输出电压电位耦合到前置放大器16的倒相(-)输入端和非倒相(+)输入端。倒相(-)输入端接到电阻22和24的连接点上。非倒相(+)输入端接到电阻18和20的连接点上。前置放大器16提供表示压力P的应变片输出信号VIN，作为传感器一个输入。传感器输入信号VR接到Vsupply，它为传感器10提供了一个基准电压信号。传感器输入信号V0接到电阻20和22的连接点上，与系统地30相连。如上连接的电压输入信号VR、VIN和VO产生表示加到电阻电桥14上的压力P的电压V1和V2。电压V1为VR与VIN之差，而电压V2为VIN与VO之差。
传感器10包括开关网络32、存储电路34、电荷积累电路36、控制电路38以及输出电路28。控制电路38包括存储开关控制器40、开关网络控制器42、计算电路44以及定时电路46。定时电路46通过控制存储开关控制器40、开关网络控制器42以及计算电路44的工作控制测量周期。定时电路46还闭合电荷积累电路36和开关控制器40和42之间的反馈回路。计算电路44确定出表示加压电阻电桥14上的压力P的数字值D。
传感器输入电压VR、VIN和VO分别加到开关网络32中的开关48、50和52。开关网络则制器42控制开关48、50和52，有选择地将电压VR、VIN或VO加到存储电路34。开关网络控制器42还控制开关54、54A和56、56A，将选出的电压输入加到存储电路34，同时将存储电路34接地30。
存储电路34具有一个由电容器C1和C2所产生的存储电容。开关54、54A和56、56A使存储电容具有可选择的值。闭合开关54A和56A选择具有较小电容值的电容器C1。否则，再闭合开关54和56使电容器C1和C2并联，选择较大的电容值。在一个实例中，电容器C1的电容值为C，而电容器C2的电容值为(2N-1)C，其中C为电容量，N为一个定义为C1与C2之比的预定系数。因此，C1和C2并联后的电容值为2NC。
在一个测量周期内，开关网络控制器42控制开关网络32内的开关48、50、52、54、54A和56、56A，使存储电路34内的存储电容反复充放电。开关网络控制器42首先闭合开关网络32中选出的一些开关，使存储电容接在系统地30与传感器的一个输入电压VO、VIN或VR之间。当选择开关断开时，存储电容上就充有所选的电荷。然后，开关网络控制器42闭合开关网络32中选出的另外一些开关，使存储电容放电，通过开关56在电荷输出端62上产生一个电荷包。术语“包”是指当电容从第一电压充到与第一电压不同的第二电压时流入或流出电容的电荷的一个离散量。这个在一个电荷包中的电荷量是存储电容、存储电容充电时所加的电压，以及存储电容放电时所加的电压的函数。
在一个实例中，有选择地将电压V1或V2加到存储电路34上，将存储电容充到具有第一极性的第一存储电荷或充到具有与第一极性相反的第二极性的第二存储电荷。通过释放第一和第二存储电荷分别产生加性电荷包和减性电荷包。
在测量周期的第一部分时间内，控制电路38使存储开关控制器40工作，控制开关网络控制器42通过闭合开关54、54A和56、56A选择存储电路34中较大的电容值2NC。开关网络控制器42控制开关网络32中的开关，使存储电容反复充放电，在电荷输出端62上产生一个第一加性、减性电荷包序列。加性电荷包的数目和减性电荷包的数目都可以改变，但第一序列中电荷包的总数(N1+N2)不变，为一个预光选定的数，其中N1为向积分器64提供电荷量为(2NCV1)的电荷包的个数;
N2为向积分器64提供电荷量为(2NCV2)的电荷包的个数。第一序列中电荷包的各电荷包的个数N1和N2可以相应于由加到存储电路的V1和V2的极性决定的加性电荷包或减性电荷包的个数。
电荷积累电路36接到电荷输出端62，该电路含有积累来自电荷输出端62的加性和减性电荷包的积分器64。积分器64由放大器66和积分电容68组成。放大器66的非倒相(+)输入端接到系统地30。放大器66的倒相(-)输入端接到电荷输出端62。电容器68接在放大器66的倒相输入端和输出端之间。积分器64通过将由电荷包所产生的电流对时间进行积分，积累在电荷输出端62上所产生的这些电荷包。加性电荷包加到积累后的电荷上，而减性电荷则从积累后的电荷中减去。放大器66的输出电位VA表示了积累在积分器64上的电荷量。输出VA接到比较器70的倒相(-)输入端。比较器70的非倒相(+)输入端接到系统地30，表示了一个基准。比较器70提供了一个指示积累电荷和基准电荷之间比较结果的平衡输出72。
定时电路46监视平衡输出72，确定所积累的电荷是高于还是低于基准电荷，然后控制开关网络控制器42，以便有选择地产生加性或减性电荷包，使所积累的电荷趋向基准电荷，处在第一组公差之内。第一组公差在测量周期的第一段时间内由所选较大存储电容2NC和所加电压V1和V2的值确定。
第一组公差规定了将在积分器64上所积累的电荷调整到基准电荷的粗调。在测量周期的第一段时间结束后，积分器64上的电荷平衡达到如下方程(1)所示的平衡N12NCV1＝N22NCV2(1)在测量周期的第二段时间内，存储开关控制器40控制开关网络控制器42，通过断开开关54和56在存储电路34中选择较小的电容值C。然后，开关网络控制器42使开关网络32中选出的一些开关动作，产生第二加性和减性电荷包序列。在第二序列中电荷包的总数(N3+N4)也固定为一个预先选定的数。其中N3为向积分器64提供电荷量为(CV1)的电荷包的个数;
N4为向积分器64提供电荷量为(CV2)的电荷包的个数。
计数电路44保存了在测量周期第一段和第二段时间内各种电荷包的个数N1、N2、N3和N4。
测量周期第二段时间内的每个电荷包的电荷量小于测量周期第一段时间内的每个电荷包的电荷量，因为在第二序列中每个电荷包是通过电容值C比2NC小得多的电容放电产生的。第二序列中的各电荷包由积分器64积累。开关网络控制器42有选择地产生加性和减性电荷包，使得积累在积分器64上的电荷趋向基准电荷处于第二组公差之内。第二组公差比第一组公式小(因此分辨就高)，因为在测量周期的第二段时间内的每个电荷包的电荷量小于在测量周期的第一段时间内的每个电荷包的电荷量。这些较小的电荷包对积累在积分器64上的电荷进行细调，对于整个测量周期的第一段和第二段时间，可积累的电荷平衡，因此有方程(2)。
(N12NCV1)+(N3CV1)＝(N22NCV2)+(N4CV2) (2)方程(2)中各项经整理后可以得出比值V1/V2的表达式(V1)/(V2) ＝ (N22N＋N4)/(N12N＋N3) (3)传感器输入电压VIN基本上与所敏感的参数和基准电压VR成正比。因此，量(V1-V2)/(V1+V2)表示了所敏感的参数，而与基准电压VR无关。将方程(3)代入下面的方程(4)，就可给出用电容比2N及电荷包个数N1、N2、N3和N4表示(V1-V2)/(V1+V2)的方程(5)。
(V1－V2)/(V1＋V2) ＝ ((V1／V2)－1)/((V1／V2)＋1) (4)(V1－V2)/(V1＋V2) ＝ (2N(N2－N1)＋(N4－N3))/(2N(N2＋N1)＋(N4＋N3)) (5)在(N2+N1)和(N4+N3)固定为二个预先选定的数的控制约束情况下，方程(5)右边的分母是一个由控制电路38及大大、小存储电容比2N所确定的常量。这就使得在每次更新测量数据时不需要进行除法运算。方程(5)的左边可用传感器输入电压VIN和基准电压VR表示，如方程(6)所示(V1－V2)/(V1＋V2) ＝1－ (2(VIN－VO))/((VR－VO)) (6)当Vo＝0时，方程(5)和(6)可以合并，给出方程(7)(VIN)/(VR) ＝ 1/2 － (2N(N2－N1)＋(N4－N3))/(2(2N(N2＋N1)＋(N4＋N3))) (7)
方程(7)左边与输入电压VIN成正比，而方程(7)的右边则为在一个测量周期内所计的各电荷包的个数的函数。因此，这种结构就完成了从一个输入电压变换成表示这个输入电压的数字数值的转换。由于VR是向电阻电桥14供电的电位，因此输入电压VIN与VR成正比。这样，比值VIN/VR就与VR无关。
在上面的方程(7)中，方程右边各量都是整数，这就简化了数字运算。在一种更为值得推荐的实例中，由于在每次更新输出时不需要进行减法运算，方程(7)右边的计算可以进一步得到简化。方程(7)分母中的数N、(N1+N2)＝K1、(N3+N4)＝K2都可以由设计预先确定，因此分母本身就成为一个由设计确定的常数。将常数K1、K2代入方程(7)，简化后得(VIN)/(VR) = (2NN1＋N3)/(2NK1+K2) (8)在方程(8)中，分母固定不变，方程的变量只是N1和N3。因此分母就成为一个比例因子，而输出只要用二个变量N1和N3进行运算就可得出。此外，方程(7)可以经过变换得出一个仅取决于变量N2和N4的方程。这样在计算电路44中的运算就得到了简化。
通过方程(7)和(8)，计算电路44可以从对各电荷包所计的个数确定出数字值D。数字值D表示了加在电阻电桥14上的压力P。每个后来的测量周期都对数字值D进行更新，计算电路44将这些数字值D送到输出端74。输出电路28接到输出端74上，将每个数字值D转换成诸如电流这样的模拟量，通过传输回路76传送到远处。传输回路76可以是双线4-20毫安的传输回路。由于在测量周期各段时间内所产生的电荷包的总数限制为不变，控制电路38以一个不变的速率产生各个更新数据D。以固定的重复频率给出电荷包。这简化了输出电路28进行的数模转换，因为更新数据D是在可预测的时间到达的。
计数电路44控制在测量周期各段时间内各加性和减性电荷包计数结果N1、N2、N3和N4的存储，还控制在每个测量周期结束时数字值D的计算。
在进行了粗、精调整后积分器64上还会留有一些电荷不平衡剩到下一个测量周期。在数字值D序列中的该差平均趋于零，也就是说误差经时间平均后抵消了。因此，加在回路76上的传感器输出经过对时间积分就基本上避免了由于在每个测量周期结果时积分器64上残余的电荷所引起的误差。采用大、小电容提供了速度和分辨力都有提高的游标调整。
在另一个实例中(未示出)，存储电路34具有多于二个的电容器，以提供具有更多个可选择的电容值的存储电容。对测量周期作相应划分，以提供高于上述“粗”、“精”调整的附加分辨级别。在每个附加分辨级别产生附加电荷包，使积累的电荷与基准电荷平衡。对产生的各附加电荷包进行计数，这些数值作为新的项加入方程(2)。计算电路44调整得适宜处理这些附加计数结果，从而提高了数字值D的精度。
在制造时，偏压电路90可以使电桥14的输出为零。偏压电路90可以是一个接到一些三掷开关92的R-2R梯形网络，也可以是诸如采用各种数模转换器的其它偏压电路。在制造时，一面观察电桥14的电输出，一面调整这些开关92，直到电桥14的输出被调整到所需电平为止。
图2示出了具有二个上述本发明的电压-数字转换器的敏感器处理器。这二个转换器同时将二个电压转换成表示加在应变片上的压力和温度的数字值。这二个转换器组合起来产生经温度校正的压力的数字表示和经压力校正的温度的数字表示。
应变片电路110包括电阻电桥112和前置放大器114。电阻电桥112包括电阻116、118、120和122。前置放大器114包括一个倒相(-)输入端和一个非倒相(+)输入端，这二个输入端分别接到电阻电桥112的电阻116和116之间的接点和电阻120和122之间的接点上。前置放大器114还接在电源电压Vsupply和系统地124之间。电阻电桥112在电阻118和120之间的接点处接到系统地124。精密电阻126接在电源电压Vsupply和电阻电桥112的电阻116和122的接点之之。
敏感器处理器100由第一和第二电压-数字转换器130和132组成，这二个转换器组合起来，共同使取公共电路。第一和第二电压-数字转换器130和132都是按照如上所述的本发明所提出的这种转换器。第一电压-数字转换器130由开关网络134、存储电路136、存储开关控制器138、电荷积累电路140、开关网络控制器142、定时电路144以及计算电路146组成。开关网络134具有电压输入端VR、VIN和VO。电压输入端VR接到电源电压Vsupply，用来提供一个指示加到电桥112上电压的基准电压。电压输入端V0接到系统地124。前置放大器114的一个输出端接到电压输入端VIN，提供表示加在电阻电桥112上的压力P和温度T的电压输入信号。在第一电压-数字转换器执行测量周期操作以便得到表示加在电阻电桥112上的压力P和温度T的数字值时，开关网络控制器142控制开关网络134将输入电压VR、VIN和V0有选择地加到存储电路136。
电阻电桥112的电阻值对温度是敏感的，因此其电压输出随温度变化，这是所不希望的。为了克服这个问题，电桥112通过与电桥112相比对温度较不敏感的精密电阻126接到电源电压Vsupply上。因而电阻126两端的电压V4就取决于电阻电桥112的温度T。电压V4加到第二电压-数字转换器132的开关网络150，跨在电压输入端VR和VIN上。开关网络150的电压输入端V0接到系统地124。第二电压-数字转换器132由开关网络150、存储电路152、存储开关控制器154、电荷积累电路156、开关网络控制器142、定时电路144以及计算电路146组成。电压V4由第二电压-数字转换器132转换成指示加压应变片电路110的电阻电桥112上的温度T的数字表示。
第一和第二电压-数字转换器130和132共同使用开关网络控制器142、定时电路144和计算电路146。这就减少了组成敏感器处理器100的电路量。由于定时电路144是第一和第二电压-数字转换器130和132公用的，因此这二个转换器最好同步工作，二个转换器同时启动和完成各个测量循环操作。压力P和温度T的数字表示在时间上是相互相关的，计算电路146可以用最新得到的压力P和温度T的值通过简单的运算求出经对温度T校正后的加在应变片电路112上的压力P的数字表示。
敏感器处理器100、应变片电路112和精密电阻126可以都包括在一个传感器中，在这个传感器中，一个单片互补金属氧化物半导体(CMOC)的专用集成电路(ASTC)上包括了几乎所有电容和数字转换电路。这提供了一种紧凑、低耗的优选传感器。
虽然已参照优选实例对本发明已经作了说明，但熟悉该项技术的将公不背离本发明的精神和范围在形式和细节上可以作出许多改变。
权利要求
1.一种用来根据一个被敏感的参数提供一个测量输出的测量电路，这种测量电路包括提供一个具有根据控制信号改变电容值的存储电容的装置；形成一多个具有第一极性的电荷包和多个具有与第一极性相反的第二极性的电荷包的装置。每个所述这些电荷包都由一些电荷组成，至少在一些电荷包中的电荷量取决于所敏感的参数和电容值；接收电荷包，提供表示所积累的电荷量的积分器输出的装置；控制根据积分器输出而形成的各电荷包的个数使得所积累的电荷趋向平衡的装置；提供改变电容值从而改变该测量电路对所敏感的参数的灵敏度的控制信号的装置；以及根据所形成的各电荷包的个数提供一个表示所敏感的参数的输出的装置。
2.权利要求1的测量电路，该电路还包括一个接到输出端的双线4-20毫安传输回路。
3.权利要求1的测量电路，其中所述提供一个存储电容的装置包括一组根据控制信号有选择地通过存储开关连接的电容器。
4.权利要求1的测量电路，其中所述形成多个电荷包的装置包括一个接到提供一个存储电容的装置的开关网络，该开关网络使这个存储电容反复充放电，形成这多个电荷包。
5.权利要求1的测量电路，其中所述控制所形成的电荷包的个数的装置包括根据积分器输出在第一和第二极性间作出选择使所积累的电荷量趋向一基准电荷的选择装置。
6.权利要求5的测量电路，其中所述控制所形成的电荷包的个数的装置还包括按照一个基准测量所积累的电荷量以便控制选择装置的电荷测量装置。
7.权利要求6的测量电路，其中所述电荷测量装置包括一个接到用来形成提供积分器输出的积分器的负反馈回路中的一个电容器的运算放大器。
8.权利要求7的测量电路，其中所述电荷测量装置还包括一个将积分器输出与基准相比较的电压比较器。
9.一种根据一个所敏感的参数提供一个输出信号的方法，该方法包括在一组测量周期的每个周期内a)形成一些电荷由所敏感的参数和第一电容值决定、极性为第一极性的第一电荷包;b)形成一些电荷由所敏感的参数和第一电容值决定，极性为与第一极性相反的第二极性的第二电荷包;c)有选择地将第一和第二电荷包传送到电荷积累器，使得积累电荷趋向基准电荷;d)形成一些电荷由所敏感的参数和与第一电容值不同的第二电容值决定、极性为第一极性的第三电荷包;e)形成一些电荷由所敏感的参数和第二电容值决定、极性为第二极性的第四电荷包;f)有选择地将第三和第四电荷包传送到电荷积累器，使得积累电荷趋向基准电荷;至少对在一组测量周期内传送到电荷积累器的第一和第三电荷包进行计数，以及根据所计各个数提供输出信号。
10.权利要求9的方法，该方法还包括产生一个表示输出信号的模拟信号，通过一个双线4-20毫安传输回路传输的步骤。
11.权利要求9的方法，该方法还包括在所计第一电荷包个数加上所计第二电荷包个数等于一个第一予定个数后从第一电容值转换到第二电容值的步骤。
12.权利要求11的方法，在该方法中所述的第一电容值转换成第二电容值的步骤还包括有选择地将一组电容器并联从而使存储电容变为第一或第二电容值的步骤。
13.权利要求9的方法，该方法还包括在所计第三电荷包的个数加上所计第四电荷包个数等于一个第二预定个数后开始一个新的测量周期。
14.一种用来提供电压输入信号的数字表示的电压-数字转换器，这种转换器包括一个接到电压输入信号的存储电路，该电路有一个具有一组可选值的存储电容，该电路给出一个表示所加电压输入信号和所选电容值的电荷输出;接到电荷输出的电荷积累装置，该装置积累来自存储电路的电荷，所积累的总电荷正比于存储电路放电电荷量的积分，该装置还提供一个表示所积累的电荷与基准电荷比较结果的平衡输出;接到平衡输出的反馈装置，该装置根据平衡输出给出反馈信号，使存储电容周期性地充放电，当存储电路中选择第一电容值时在电荷输出上有一个第一电荷包序列，使电荷积累趋向基准电荷，处在第一组公差之内，而当存储电路中选择第二电容值时在电荷输出上有一个第二电荷包序列，使电荷积累趋向基准电荷，处在第二组公差之内，接到反馈装置的计数装置，该装置对在一个测量周期内所产生的各电荷包进行计数，以及输出装置，该装置根据所计个数给出一个表示电压输入信号的输出。
15.权利要求14的电压-数字转换器，其中所述存储电路由一组通过开关装置有选择地连接的电容器所组成。
16.权利要求15的电压-数字转换器，其中所述反馈装置包括控制开关装置的开关控制装置。
17.权利要求14的电压-数字转换器，该转换器还包括有选择地使存储电容充放电的开关装置。
18.权利要求17的电压-数字转换器，其中所述反馈装置包括控制开关装置的开关控制装置。
19.权利要求18的电压-数字转换器，其中所述反馈装置还包括根据平衡输出使开关控制装置动作的定时装置。
20.权利要求14的电压-数字转换器，其中所述电荷积累装置包括一个积分器和一个比较器，积分器积累来自电荷输出的电荷，比较器将所积累的电荷与基准电荷进行比较。
21.权利要求14的电压-数字转换器，该转换器还包括一个接到所述输出的双线4-20毫安传输回路。
22.一种应变片传感电路，这种电路包括一个对压力和温度敏感的电阻电桥;至少一个与电阻电桥串连的精密电阻，这个精密电阻的阻抗对温度的敏感性比电阻电桥低第一和第二电压-数字转换器，这二个转换器各都包括a)提供一个根据控制信号改变电容值的存储电容的装置;b)形成多个具有第一极性的电荷包和多个具有与第一极性相反的第二极性的电荷包的装置，所形成的这些电荷包每个都由一些电荷组成，至少在某些电荷包中的电荷量取决于所加的输入电压和所选的电容值;c)接收电荷包，提供一个表示所积累的电荷量的积分器输出的装置;d)根据积分器输出控制所形成的电荷包的个数使得所积累的电荷趋向平衡的装置;e)提供一个改变电容值从而改变电路对输入电压的灵敏度的控制信号的装置，以及f)根据所形成的各电荷包的个数提供一个表示输入电压的输出的装置，所述第一电压-数字转换器上加有表示精密电阻两端的电压降从而揭示电阻电桥温度的输入电压，而所述第二电压-数字转换器上加有表示加压电阻电桥上的压力和电阻电桥的温度的输入电压;将第一电压-数字转换器的输出与第二电压-数字转换器的输出组合，产生经温度校正的所加压力的数字表示的计算装置。
23.权利要求22的反变片传感电路，该电路还包括控制第一和第二电压-数字转换器的定时装置。
24.权利要求23的应变片传感电路，其中所述定时装置使第一和第二电压-数字转换器同步工作，同时开始同时结束各个转换周期。
25.权利要求22的应变片传感电路，其中所述控制各电荷包个数的装置基本上由第一和第二电压-数字转换器共同使用。
26.一种应变片传感电路，这种电路包括一个对压力和温度敏感的电阻电桥;至少一个与电阻电桥串联的精密电阻，该精密电阻的阻抗对温度的敏感性比电阻电桥差;第一和第二电压-数字转换器，这二个转换器各都包括a)提供一个存储电容的装置;b)形成多个具有第一极性的电荷包和多个具有与第一极性相反的第二极性的电荷包的装置，这些电荷包每一个都由一些电荷组成，至少在某些电荷包中的电荷量取决于所加输入电压和存储电容;c)接收电荷包，提供一个表示所积累的电荷量的积分器输出的装置;d)根据积分器输出控制所形成的各电荷包的个数使得所积累的电荷量趋向平衡的装置;e)根据所形成的各电荷包的个数提供一个表示输入电压的输出的装置;所述第一电压-数字转换器上加有表示精密电阻两端的电压降从而揭示电阻电桥温度的输入电压，而所述第二电压-数字转换器上加有表示加压电阻电桥上的压力和电阻电桥的温度的输入电压;将第一电压-数字转换器的输出与第二电压-数字转换器的输出组合，产生经温度校正的所加压力的数字表示的计算装置;以及控制和同步第一和第二电压-数字转换器，使得同时开始和同时完成各个转换周期的定时装置。
全文摘要
本发明提供一种将电压输入信号转换成数字形式的电压—数字转换器。这种转换器包括一个接到电压输入信号、提供一个具有多个可选值的存储电容的存储电路。存储电路提供一个表示所加电压输入信号和所选电容值的电荷输出。电荷积累电路36接到电荷输出，对来自存储电路34的电荷进行积累，所积累的总电荷量与存储电路34放电电荷量的积分成正比。电荷积累电路36提供一个表示所积累的电荷和基准电荷比较结果的平衡输出。
文档编号G01L9/12GK1050615SQ9010799
公开日1991年4月10日 申请日期1990年9月26日 优先权日1989年9月29日
发明者罗杰·L·弗里克, 约翰·P·舒尔特 申请人:罗斯蒙德公司