CONVERTIDOR CAPACIDAD-FRECUENCIA CON LA CAPACIDAD VARIABLE COMO FUENTE DE ALIMENTACION DEL OSCILADOR.

Convertidor capacidad-frecuencia con la capacidad variable como fuente de alimentación del oscilador,

comprendiendo un dispositivo de capacidad variable (300), el cual alimenta a un oscilador (400) que proporciona un tren de pulsos (Vpulse) a un contador (500) del que se obtiene una salida binaria (tsalida) que es función del tiempo de descarga del condensador del dispositivo de capacidad variable (300) y de la tensión (Vcap) entre los, terminales de la capacidad

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200801085.

Solicitante: FARSENS, S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: GUIPÚZCOA.

Inventor/es: AYERDI OLAIZOLA,ISABEL, BERENGUER PEREZ,ROC, SEVILLANO BERASATEGUI,JUAN FRANCISCO, GARCIA-ALONSO MONTOYA,ANDRES, UBARRETXENA BELANDIA,ARITZ, VAZ SERRANO,ALEXANDER.

Fecha de Solicitud: 16 de Abril de 2008.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 19 de Mayo de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H03K3/012 SECCION H — ELECTRICIDAD.H03 CIRCUITOS ELECTRONICOS BASICOS.H03K TECNICA DE IMPULSO (medida de las características de los impulsos G01R; modulación de oscilaciones sinusoidales por impulsos H03C; transmisión de información digital, H04L; circuitos discriminadores de detección de diferencia de fase entre dos señales de conteo o integración de ciclos de oscilación H03D 3/04; control automático, arranque, sincronización o estabilización de generadores de oscilaciones o de impulsos electrónicos donde el tipo de generador es irrelevante o esta sin especificar H03L; arranque, sincronización o estabilización de generadores cuando el tipo de generadores es indiferente o no especificado H03L; codificación, decodificación o conversión de código, en general H03M). › H03K 3/00 Circuitos para la generación de impulsos eléctricos; Circuitos monoestables, biestables o multiestables (H03K 4/00 tiene prioridad; para generadores de funciones digitales en ordenadores G06F 1/02). › Modificaciones del generador para mejorar el tiempo de respuesta o para reducir el consumo de energía.
  • H03K3/64 H03K 3/00 […] › Generadores que producen trenes de impulsos, es decir, secuencias de impulsos limitados.
  • H03K3/72 H03K 3/00 […] › con medios para hacer variar la frecuencia de repetición de los trenes.

Clasificación PCT:

  • H03K3/012 H03K 3/00 […] › Modificaciones del generador para mejorar el tiempo de respuesta o para reducir el consumo de energía.
  • H03K3/64 H03K 3/00 […] › Generadores que producen trenes de impulsos, es decir, secuencias de impulsos limitados.
  • H03K3/72 H03K 3/00 […] › con medios para hacer variar la frecuencia de repetición de los trenes.
CONVERTIDOR CAPACIDAD-FRECUENCIA CON LA CAPACIDAD VARIABLE COMO FUENTE DE ALIMENTACION DEL OSCILADOR.

Fragmento de la descripción:

Convertidor capacidad-frecuencia con la capacidad variable como fuente de alimentación del oscilador.

Sector de la técnica

La presente invención está relacionada con los circuitos para transductores capacitivos, proponiendo un circuito conversor capacidad-frecuencia de bajo consumo que proporciona una salida digital.

Estado de la técnica

Actualmente existe una tendencia clara a minimizar el consumo en potencia de los circuitos integrados, encontrándose el origen de esta tendencia en el amplio crecimiento de aquellas aplicaciones en las que el consumo energético es crucial, como por ejemplo en los sensores inalámbricos, transpondedores RFID (Identificación por Radiofrecuencia) dotados de un sensor, etc.

En tales aplicaciones se puede distinguir entre los circuitos que constan de una batería con una disponibilidad de energía muy limitada (circuitos activos), los que recogen y almacenan temporalmente la energía de una fuente radiante para su correcto funcionamiento (circuitos pasivos) y los que disponen de una fuente de potencia alternativa muy limitada como sucede en el campo de la termoeléctrica o fotoeléctrica, siendo deseable en todos ellos, alcanzar cotas mínimas de consumo en potencia, de manera que para aquellos que dispongan de batería su vida se vea alargada y para aquellos que no disponen de baterías su distancia de comunicación aumente.

Por otra parte, en la mayoría de las aplicaciones actuales, y especialmente en las relacionadas con transductores capacitivos, es preferible disponer de la información de salida del circuito en forma digital (en lugar de analógica), aunque ello implique un cierto aumento en el consumo total del circuito.

En este sentido, la mayoría de los transductores capacitivos disponen de un circuito convertidor analógico-digital. Sin embargo, éstos convertidores aumentan considerablemente el consumo del circuito, por lo que la tendencia actual es la implementación de transductores capacitivos de salida digital que no incorporen convertidores analógico-digitales.

Objeto de la invención

De acuerdo con la invención se propone un circuito conversor de capacidad-frecuencia, para transductores capacitivos, con el cual se obtiene un bajo consumo, que permite la aplicación en transpondedores RFID o con carácter más general en sensores inalámbricos.

El circuito objeto de la invención consta de un regulador de tensión, que proporciona una tensión estable al circuito frente a la tensión de alimentación; un conmutador, que conmuta el origen de la alimentación entre el regulador de tensión y un dispositivo de capacidad variable; un dispositivo de capacidad variable, que almacena la energía proveniente del regulador de tensión y alimenta con ella a un oscilador; un oscilador en anillo, el cual genera un tren de pulsos cuyo número depende de la magnitud a medir; un contador, que cuenta el número de pulsos 5 entregado por el oscilador; un comparador, que compara la tensión almacenada en el dispositivo de capacidad variable con una tensión de referencia para determinar cuando conmuta el conmutador; y una lógica de control, para coordinar las operaciones de los módulos anteriores.

El conmutador (switch) dependiendo de una señal de control (tactive) que proporciona la lógica de control, cortocircuita los puntos de la tensión proveniente del regulador de tensión (Vreg) y de la tensión proveniente del dispositivo de capacidad variable (Vcap), de manera que cuando dicha señal esté activa, el conmutador desconectará el regulador de tensión del dispositivo de capacidad variable, activando a su vez el oscilador en anillo que tomará la energía de dicho dispositivo de capacidad variable.

Por su parte, el comparador comparará la tensión proveniente del dispositivo de capacidad variable (Vcap) con un valor de referencia (K*Vref), activando, cuando alcance este valor, una señal (tcomp) y desactivándose en consecuencia la señal de control (tactive), el oscilador y el contador. Esto provoca que el conmutador cortocircuite los puntos (Vreg) y (Vcap) y que el dispositivo de capacidad variable comience a cargarse con la tensión (Vreg) proporcionada por el regulador de tensión.

El dispositivo de capacidad variable, por ejemplo un transductor capacitivo, cuya capacidad varía con la variable a medir, almacena la energía proveniente del regulador de tensión cuando el oscilador esté desconectado, mientras que cuando éste comience a oscilar, el dispositivo proporcionará la energía almacenada al oscilador como alimentación, de manera que cuanta mayor capacidad disponga el dispositivo mayor será el tiempo (tmeas) que el oscilador estará conectado y mayor será el número de pulsos que se obtendrán a su salida (Vpulse). De esta forma, el número de pulsos a la salida (tsalida) del contador dependerá unívocamente y con mucha sensibilidad de la magnitud a medir.

El oscilador en anillo, invariable a las variaciones de temperatura, consta de un número impar de puertas lógicas negadas, un circuito protector frente a variaciones de la tensión de alimentación, un circuito de activación/desactivación, una fuente de corriente con alto índice PSRR (rechazo a variaciones en la tensión de alimentación) y un circuito de arranque para establecer un punto de operación estable de la fuente de corriente.

Finalmente, el bloque de lógica de control toma dos señales entrantes, las cuales son la señal de inicio de medición con el transductor (tstart) y la señal proveniente del comparador (tcomp), generando la señal de control (tactive), siendo estas señales necesarias para la correcta coordinación de los diferentes módulos del circuito.

Descripción de las figuras

La figura 1 muestra un diagrama de bloques general del circuito conversor capacidad-frecuencia objeto de la invención.

La figura 2 muestra un esquema circuital de la arquitectura del oscilador en anillo.

La figura 3 muestra una fuente de corriente con alto índice PSRR.

La figura 4 muestra unas gráficas del funcionamiento del oscilador en función de la tensión de alimentación del oscilador (Vcap).

Descripción detallada de la invención

El objeto de la invención se refiere a un circuito conversor de capacidad-frecuencia, de bajo consumo y salida digital, para transductores capacitivos, el cual, según muestra el esquema de la figura 1, comprende un regulador de tensión (100), un conmutador (200), uno o más dispositivos de capacidad variable (300), un oscilador en anillo (400), un contador (500), un comparador (600) y un bloque de lógica de control (700).

El circuito se conecta a una fuente de alimentación que le proporciona una tensión de alimentación (VDD) a través del regulador de tensión (100), que entrega al conmutador (200), al comparador (600) y al bloque de lógica de control (700) una tensión estable (Vreg) de alimentación.

El conmutador (200), recibe una señal de control (tactive), generada por el bloque de lógica de control (700) en función de sus señales de entrada (tstart), señal de inicio de medición con el transductor (300), y (tcomp), señal proveniente del comparador (600). Esta señal comandará el estado del conmutador (200), de manera que cuando la señal (tactive) esté activa el conmutador (200) desconectará el regulador de tensión (100) del resto del circuito, el cual se alimentará de la energía almacenada (Vcap) en el dispositivo de capacidad variable (transductor capacitivo) (300), y cuando esté inactiva, el circuito, estará conectado al regulador de tensión (100) cargándose con la tensión (Vreg) el dispositivo de capacidad variable (300).

Por su parte, el oscilador en anillo (400) y el contador (500) se encontrarán inactivos cuando esta señal de control (tactive) esté desactivada, de forma que el circuito ahorra en consumo de energía.

El dispositivo de capacidad variable o transductor capacitivo (300), como se ha indicado anteriormente, almacena la tensión (Vreg) proveniente del regulador de tensión (100), proporcionando mediante esta capacidad una tensión de alimentación (Vcap) al oscilador en anillo cuando el conmutador se desconecte del regulador de tensión y el oscilador comience a funcionar.

Dado que los transductores...

 


Reivindicaciones:

1. Convertidor capacidad-frecuencia con la capacidad variable como fuente de alimentación del oscilador, que presenta un bajo consumo de energía y que proporciona una salida digital, caracterizado porque consta de un regulador de tensión (100), un conmutador (200), uno o mas dispositivos (300) de capacidad variable con la magnitud a medir, un oscilador en anillo (400), un contador (500), un comparador (600) y una lógica de control (700), de manera que el dispositivo de capacidad variable (300) alimenta al oscilador (400) cuando el conmutador (200) se desconecta, el cual en su salida proporciona al contador (500) un tren de pulsos (Vpulse), proporcionando el contador (500) una salida binaria (tsalida) en función tanto del tiempo de descarga (tmeas) del condensador del dispositivo de capacidad variable (300), como de la tensión (Vcap) entre los terminales de la capacidad y, por tanto, de la magnitud a medir.

2. Convertidor capacidad-frecuencia con la capacidad variable como fuente de alimentación del oscilador, según la primera reivindicación, caracterizado porque el dispositivo de capacidad variable (300) es un transductor capacitivo.

3. Convertidor capacidad-frecuencia con la capacidad variable como fuente de alimentación del oscilador, según la primera reivindicación, caracterizado porque el oscilador en anillo (400) está compuesto por:

- Un circuito de activación y desactivación de la tensión de alimentación para el resto de los componentes que integran el oscilador (400) según una señal de control (tactive).
- Un generador de pulsos compuesto por un número impar de puertas lógicas negadoras.
- Una fuente de corriente (412) con un alto índice PSRR empleada para alimentar al oscilador en anillo (400).
- Un circuito de arranque (411) para la fuente de corriente (412) que alimenta al oscilador en anillo (400).
- Uno o varios condensadores MEMS, que alimentan al oscilador (400), cuyos valores de capacidad varían con la magnitud a medir.

4. Convertidor capacidad-frecuencia con la capacidad variable como fuente de alimentación del oscilador, según la primera reivindicación, caracterizado porque en una realización preferente de la invención, se prevé la incorporación de un buffer de memoria (800) conectado a la salida del oscilador (400) que aporta la ganancia necesaria para que la señal sea de amplitud invariable y más fácilmente detectable por el contador (500).


 

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