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一种电流注入补偿的电容测量电路

杨柳 段威 李逸凡 任仟 宋敏

杨柳, 段威, 李逸凡, 任仟, 宋敏. 一种电流注入补偿的电容测量电路[J]. 微电子学与计算机, 2021, 38(10): 91-96. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0052
引用本文: 杨柳, 段威, 李逸凡, 任仟, 宋敏. 一种电流注入补偿的电容测量电路[J]. 微电子学与计算机, 2021, 38(10): 91-96. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0052
YANG Liu, DUAN Wei, LI Yifan, REN Qian, SONG Min. A capacitance measurement circuit with current injection compensation[J]. Microelectronics & Computer, 2021, 38(10): 91-96. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0052
Citation: YANG Liu, DUAN Wei, LI Yifan, REN Qian, SONG Min. A capacitance measurement circuit with current injection compensation[J]. Microelectronics & Computer, 2021, 38(10): 91-96. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0052

一种电流注入补偿的电容测量电路

doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0052
基金项目: 

国家自然科学基金项目 61904051

详细信息
    作者简介:

    杨柳  女,(1992-),硕士研究生.研究方向为模拟电路设计

    段威  男,(1996-),硕士研究生.研究方向为数模混合设计

    李逸凡  女,(1995-),硕士研究生.研究方向为模拟电路设计

    任仟  男,(1998-),硕士研究生.研究方向为模拟电路设计

    通讯作者:

    宋敏(通讯作者)  女,(1979-),博士,讲师.研究方向为数字电路设计.E-mail: songmin@hubu.edu.cn

  • 中图分类号: TN432

A capacitance measurement circuit with current injection compensation

  • 摘要: 电容式触摸屏测量系统主要实现电容到数字信号的转换,但芯片IO及PCB板上存在的寄生电容会严重影响电容测量电路中微小感应电容的测量精度.针对该问题,提出了一种基于电流注入的补偿时间可调的电容测量电路. 详细分析了电路中存在的失配误差,进一步改善了电容测量的精度,适当改变电路中相关量的参数值,可有效提高电容测量的动态范围. 基于SMIC 0.18 μm标准CMOS工艺进行电路设计,整体版图面积约为0.21 mm2. 采用Spectre工具对电路进行仿真,结果表明:该电容测量电路在-40 ℃~125 ℃范围内,测量0~1 pF的感应电容,转换时间约为50 μs,分辨率可达到1 fF,转换得到12位数字信号的信噪比为70.1 dB,有效位数为11.56 bit,电源电压为1.8 V,总功耗为0.19 mW.
  • 图  1  本文提出的电容测量电路框图

    图  2  电流注入补偿结构

    图  3  补偿时间控制电路

    图  4  逐次逼近型模数转换器

    图  5  电流注入补偿前后仿真结果

    表  1  本文与其他文献电路性能对比

    文献[3] 文献[4] 文献[5] 本文
    工艺(μm)CMOS 0.18 0.13 0.16 0.18
    结构 Dual Slope SAR C/T+T/D C/V+SAR
    电源电压(V) 1.2 /0.6 1.2 1 1.8
    分辨率(fF) 8.7 1000 1.4 1
    信噪比(dB) 44.2 31.1 NA 70.1
    有效位(bit) NA 4.9 8.5 11.56
    转换时间(μs) 6 400 770 210 50
    功耗(μW) 110 nW 240 14 190
    面积(mm2) 0.105 NA 0.05 0.21
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-10
  • 修回日期:  2021-01-27
  • 刊出日期:  2021-10-05

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