مبدل خازن به دیجیتال دقیق با بهبود اثرات غیرخطی

این مقاله یک مبدل خازن به دیجیتال با دقت بالا (cdc) بر اساس مدولاسیون پریود (pm) برای سنسورهای خازنی زمین شده ارائه می‌کند. در این تحقیق عملکرد cdc با طراحی متقارن و با استفاده از تکنیک بزرگنمایی و سه تکنیک کالیبراسیون خودکار سیگنال به طور قابل توجهی بهبود یافته است. اثرات غالب غیر ایده‌آل‌های مدار cdc در سه فاز نامتقارن مسیرهای کالیبراسیون خودکار قرار دارند. این اثرات که عمدتاً ناشی از تزریق بار سوئیچ‌ها و خازن‌های پارازیتی مرتبط هستند، در اینجا بررسی می‌شوند. این اثرات غیر ایده‌آل با استفاده از سوئیچ‌های تصنعی (dummy) در مسیرهای نامتقارن کالیبراسیون خودکار اعمال شده کاهش می‌یابد. مدار واسط پیشنهادی به عنوان یک مدار مجتمع با استفاده از فناوری استاندارد 0.18 میکرومتر cmos طراحی شده است. خطای خازنی در بدترین حالت برای یک خازن سنسور 10 پیکوفاراد با حداکثر تغییرات 200 فمتوفاراد و خازن پارازیتی تا 20 پیکوفاراد کمتر از 0.2 فمتوفاراد حاصل شده است. cdc به درجه تفکیک خازنی مطلق 0.479 فمتوفاراد در ظرفیت حسگر 10 پیکوفاراد با تغییرات 200 فمتوفاراد دست می‌یابد که مربوط به بازده انرژی pj/step6.94 است. تاخیر به دست آمده 128 میکروثانیه است و مبدل 170 میکروآمپر از منبع تغذیه 2 ولت مصرف می‌کند.

a high accuracy capacitance-to-digital converter with improving nonidealities effects

this paper presents a high-precision capacitance-to-digital converter (cdc) based on period-modulation (pm) for grounded capacitive sensors. in this work, with a symmetrical design, the performance of the proposed capacitance to digital converter is significantly improved by applying zoom-in and three signal auto-calibration techniques. the dominant nonidealities of the cdc circuit are located at the three asymmetrical phases of the auto-calibration pathes. these effects are investigated here which are mainly caused by charge injection of switches and associated parasitic effects. these nonidealities are reduced by utilizing dummy switches at asymmetrical paths of the applied auto-calibration. the proposed interface is designed as an integrated circuit using a standard 0.18μm cmos technology. a worst-case capacitance error less than 0.2ff for a 10pf sensor capacitor with maximum variation of 200ff, and parasitic capacitance of up to 20pf is obtained. the cdc achieves an absolute capacitance resolution of 0.479ff across a 10pf sensor capacitance with a 200ff variation, corresponding to an energy efficiency of 6.94pj/step. the achieved latency is 128µs and the cdc consumes 170µa from a 2v power supply.