传感器电路的制作方法

本专利申请涉及传感器电路，具体涉及与惠斯通电桥传感器一起使用的读出电路。

背景技术：

许多可用的工业传感器(例如压力传感器、温度传感器)以惠斯通型电桥形式提供。惠斯通型传感器具有四个阻抗元件：随着测量的参数增大以增大阻抗来响应的两个阻抗元件，以及随着所测量的参数增大以减小阻抗来响应的两个阻抗元件。在相关领域，向惠斯通型传感器提供通过整个电桥的驱动电压或电流，并且在电桥中央测量的电压或电流表示所测量的参数。

一些测量系统需要符合功能安全要求，诸如由国际标准组织(ISO)标准26262列出的汽车中的制动流体压力测量。功能性安全要求可决定惠斯通型传感器(其他传感器和系统等)中的测量电路检测故障、错误和/或失效。任何能够降低检测惠斯通型传感器的故障、错误和/或失效的复杂度和成本的系统和相关方法可能在市场中提供竞争优势。

技术实现要素：

一种示例性实施方案可为传感器电路，该传感器电路包括：第一传感器连接、第二传感器连接、第三传感器连接和第四传感器连接，这些连接被构造成耦接到惠斯通电桥传感器的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；耦接到第三传感器连接和第四传感器连接的开关网络，在第一模式下开关网络将电流源耦接到第三传感器连接并电浮置第四传感器连接，并且在第二模式下将电流源耦接到第四传感器连接并电浮置第三传感器连接；限定第一差分输入、第二差分输入以及差分输出的差分放大器，第一传感器连接和第二传感器连接分别电耦接到第一差分输入和第二差分输入；限定模拟输入和数字输出的模数(A/D)转换器，模拟输入电耦接到差分放大器的差分输出；限定数字输入和模拟输出的数模(D/A)转换器，数字输入电耦接到A/D转换器的数字输出，模拟输出耦接到第一传感器连接和第二传感器连接；耦接到A/D转换器的数字输出的抽取器，该抽取器被构造成基于从A/D转换器的数字输出读取的值来产生测量值；并且其中，在第一模式下传感器电路被构造成进行惠斯通电桥电路中第一组传感器的第一测量，并且在第二模式下传感器电路被构造成进行惠斯通电桥传感器中第二组传感器的第二测量。

示例性传感器电路的开关网络还可包括限定公共端子、第一端子和第二端子的电气开关，公共端子耦接到电流源，第一端子耦接到第三传感器连接，第二端子耦接到第四传感器连接，在第一模式下电气开关将第三传感器连接耦接到电流源并电浮置第四传感器连接，并且在第二模式下电气开关电浮置第三传感器连接并将第一电流源耦接到第四传感器连接。

示例性传感器电路中的差分放大器还可包括运算跨导放大器(OTA)。示例性传感器电路中D/A转换器的模拟输出可直接耦接到OTA的差分输出。

示例性传感器电路中的差分放大器还可包括运算跨导放大器(OTA)。示例性传感器电路中D/A转换器的模拟输出可直接耦接到OTA的差分输入。

示例性传感器电路中的差分放大器还可包括：耦接在第一差分输出和第一差分输入之间的第一电容器；耦接在第二差分输出和第二差分输入之间的第二电容器；其中D/A转换器的模拟输出直接耦接到第一差分输入和第二差分输入。A/D转换器可为∑-ΔA/D转换器。∑-ΔA/D转换器可为一位∑-ΔA/D转换器。

示例性传感器电路中的开关网络还可包括：限定公共端子、第一端子和第二端子的第一开关，第一开关的公共端子电耦接到第一电流源，第一开关的第一端子电耦接到第三传感器连接，第一开关的第二端子电耦接到第一传感器连接；限定公共端子、第一端子和第二端子的第二开关，第二开关的公共端子电耦接到第二电流源，第二开关的第一端子电耦接到第三传感器连接，第二开关的第二端子电耦接到第二传感器连接；限定公共端子、第一端子和第二端子的第三开关，第三开关的公共端子电耦接到第三电流源，第三开关的第一端子电耦接到第四传感器连接，并且第三开关的第二端子电耦接到第一传感器连接；限定公共端子、第一端子和第二端子的第四开关，第四开关的公共端子电耦接到第四电流源，第二开关的第一端子电耦接到第四传感器连接，第四开关的第二端子电耦接到第二传感器连接；在第一模式下第一电流源和第二电流源电耦接到第三传感器连接，第三电流源电耦接到第一传感器连接，第四电流源电耦接到第二传感器连接，并且第四传感器连接被电浮置；并且在第二模式下第三电流源和第四电流源电耦接到第四传感器连接，第一电流源电耦接到第一传感器连接，第二电流源电耦接到第二传感器连接，并且第三传感器连接被电浮置。在示例性传感器电路中，D/A转换器的模拟输出直接耦接到差分放大器的差分输入。示例性传感器电路还可包括惠斯通电桥传感器，惠斯通电桥传感器的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口分别耦接到第一传感器连接、第二传感器连接、第三传感器连接和第四传感器连接。

附图说明

为了详细描述示例性实施方案，现在将参考附图，其中：

图1示出了根据至少一些实施方案的包括惠斯通电桥传感器的读出系统的框图；

图2示出了简化电路图以描述根据至少一些实施方案的第一组传感器元件的隔离；

图3示出了简化电路图以描述根据至少一些实施方案的第二组传感器元件的隔离；

图4示出了根据至少一些实施方案的电路图，该电路包括用来处理惠斯通电桥传感器的第一端口和第二端口上的励磁电流的系统；

图5示出了根据至少一些实施方案包括开关网络以实现示例性模式的读出系统100的局部示意性部分框图；

图6示出了根据至少一些实施方案的测量电路的电路图，该测量电路用于形成一组传感器元件的测量的数字表示；

图7示出了根据至少一些实施方案的测量电路120的电路图，该测量电路用于形成一组传感器元件的测量的数字表示；

图8示出了根据至少一些实施方案的开关网络的简化电路图；

图9示出了根据至少一些实施方案的方法。

具体实施方式

使用各种术语来指代特定的系统部件。不同公司可能以不同名称指代部件，本文献并非意于在名称不同而功能相同的部件之间作出区分。在下面的讨论中以及在权利要求书中，术语“包括”和“包含”以开放形式使用，因此这些术语应被解释成意指“包括但不限于...”。另外，术语“耦合”或“耦接”意指间接或直接连接。因此，如果第一设备耦接到第二设备，则该连接可通过直接连接进行或经由其它设备和连接件通过间接连接进行。

“惠斯通电桥传感器”是指被构造成响应物理参数(例如，压力、温度)的电路，其中惠斯通电桥传感器具有四个传感器元件，这些传感器元件的阻抗响应于物理参数而变化。

“阻抗”是指可能具有非频率相关分量和频率相关分量的电特性。因此，非频率相关的电特性(例如电阻)的变化应被视为阻抗的变化。

“传感器元件组”应指惠斯通电桥传感器的两个传感器元件；这两个传感器元件电并联。

针对惠斯通电桥传感器两个端口上的电压“基本为零”应指两个端口上的电压为0.1伏或更小。系统尝试再次将两个端口上的电压降至零时的瞬间非零电压应不能消除两个端口上的电压基本为零的状态。

就电气装置而言，术语“输入”和“输出”是指到电气装置的电连接，并且不应被视为需要操作的动词。例如，差分放大器(诸如运算放大器)可具有第一差分输入和第二差分输入，并且这些“输入”限定到运算放大器的电连接，并且不应被理解为需要运算放大器的信号输入。

有关设备的“在第一模式下...，并且在第二模式下...”的权利要求限制不应被理解为要求模式同时存在。

以下讨论涉及本实用新型的各种实施方案。尽管这些实施方案中的一个或多个可为优选的，但所公开的实施方案不应被理解为或以其它方式用来限制本公开的范围，包括权利要求。此外，本领域技术人员将理解以下具体实施方式具有广泛的应用，并且任何实施方案的讨论仅意味着该实施方案是示例性的，而并非旨在暗示本公开的范围包括权利要求限于该实施方案。各种实施方案涉及与惠斯通电桥传感器(例如压力传感器、温度传感器)一起使用的读出电路的方法和相关系统。根据至少一些实施方案，测量惠斯通电桥传感器的第一组传感器元件，同时通过电浮置第二组传感器元件之间的惠斯通电桥传感器的端口基本上去除或衰减第二组传感器元件的效应。然后，测量第二组传感器元件，同时通过电浮置第一组传感器元件之间的惠斯通电桥传感器的端口基本上去除或衰减第一组传感器元件的效应。基于第一组传感器元件和第二组传感器元件之间所测得参数的差异，不仅可确定测得的参数，还可检测和报告惠斯通电桥传感器中的故障。此外，对于与任何特定传感器元件组相关联的测量，各种实施方案涉及形成所测得参数的数字表示的测量方法和系统，具体方式为通过惠斯通电桥传感器的一个端口驱动激发信号通过传感器元件组，并且在测量端口处施加平衡电流，使得传感器元件组的下游电压基本上为零(“虚短”)。测量随后基于用于施加基本上零电压条件的平衡电流。首先讨论传感器系统的高度概览以取向读取器。

各种实施方案涉及与惠斯通电桥传感器(例如压力传感器、温度传感器)一起使用的读出电路的方法和相关系统。一个示例性方法包括：通过惠斯通电桥传感器的第一组传感器元件并行驱动激发信号并抑制通过惠斯通电桥传感器的第二组传感器元件驱动激发信号；测量第一组传感器元件的响应，第一组传感器元件的该测量响应形成第一测量；然后通过惠斯通电桥的第二组传感器元件并行驱动激发信号并抑制通过第一组传感器元件驱动激发信号；以及测量第二组传感器元件的响应，第二组传感器元件的该测量响应形成第二测量。

示例性方法还可包括基于第一测量和第二测量检测第一组传感器元件的传感器元件的失效。

示例性方法中测量第一组传感器元件的响应还可包括测量惠斯通电桥传感器的第一端口和第二端口上的模拟信号；示例性方法中测量第二组传感器元件的响应还包括测量惠斯通电桥传感器的第一端口和第二端口上的模拟信号。

示例性方法中通过第一组传感器元件并行驱动激发信号并抑制通过第二组传感器元件驱动激发信号还可包括：将电流驱动到惠斯通电桥传感器的第三端口；以及电浮置惠斯通电桥传感器的第四端口。示例性方法中通过第二组传感器元件并行驱动激发信号并抑制通过第一组传感器元件驱动激发信号还可包括：将电流驱动到惠斯通电桥传感器的第四端口；以及电浮置惠斯通电桥传感器的第三端口。

示例性方法中测量第一组传感器元件的响应还可包括：控制第一端口和第二端口上的电压，使得第一端口和第二端口上的电压基本为零，通过施加平衡电流到第一端口和第二端口来进行控制；以及基于平衡电流来确定第一测量。

示例性方法中控制惠斯通电桥传感器的第一端口和第二端口上的电压还可包括通过电耦接到第一端口和第二端口的数模(D/A)转换器施加平衡电流。示例性方法还可包括通过以下方式形成第一测量的数字表示：由模数转换器(A/D)从电耦接到惠斯通电桥传感器的第一端口和第二端口的差分放大器读取输出信号，读数形成数字值；将数字值提供给D/A转换器；以及通过对预定时间量内数字值取平均值来形成数字表示。

在示例性方法中，读取输出信号并将数字值提供给D/A转换器还可包括通过一位∑-ΔA/D调制器来读取和供应。示例性方法中施加平衡电流还可包括直接施加平衡电流到惠斯通电桥传感器的第一端口和第二端口。示例性方法中施加平衡电流还可包括直接施加平衡电流到差分放大器的差分输出，差分放大器的反相和非反相输入被耦接到惠斯通电桥传感器的第一端口和第二端口。

示例性方法中测量第二组传感器元件的响应还可包括：控制第一端口和第二端口上的电压，使得第一端口和第二端口上的电压基本为零，通过施加平衡电流到第一端口和第二端口来进行控制；以及基于平衡电流来确定第二测量。为了引导读者，下面首先讨论对传感器系统的高度概述。

图1示出了根据至少一些实施方案的包括惠斯通电桥传感器的读出系统的框图。具体地讲，图1示出了包括耦接到读出电路104的惠斯通电桥传感器102的读出系统100。惠斯通电桥传感器102限定四个传感器端口，包括第一端口106、第二端口108、第三端口110和第四端口112。惠斯通电桥传感器102包括四个传感器元件114，并且每个传感器元件的电特性响应于测得的物理参数(例如，压力、温度)变化。例如，两个传感器元件随着所测得的参数增大以减小阻抗来响应(例如，用虚线向下指向的箭头示出的传感器元件116)，并且两个传感器元件随着所测得的参数增大以增大阻抗来响应(例如，用实线向上指向的箭头示出的传感器元件118)。在制造公差内，传感器元件116匹配，并且传感器元件118匹配。传感器元件114循环地端到端耦接，使得传感器元件114之间的电连接限定如图所示的第一端口到第四端口。惠斯通电桥传感器102可为任何当前可用的或后开发的惠斯通型传感器。

示例性读出电路104包括耦接到处理器122的测量电路120，并且在一些情况下，包括通信电路124。测量电路120以及因此读出电路104限定四个传感器连接，包括第一传感器连接126、第二传感器连接128、第三传感器连接130和第四传感器连接132。当耦接到惠斯通电桥传感器102时，第一传感器连接126、第二传感器连接128、第三传感器连接130和第四传感器连接132分别电耦接到惠斯通电桥传感器102的第一端口106、第二端口108、第三端口110和第四端口112。测量电路120被构造成用于将激发信号驱动到惠斯通电桥传感器102，并且测量惠斯通电桥传感器102的传感器的响应，如下文所详述。在本说明书的该阶段，足以说明测量电路120可通信地向处理器122提供惠斯通电桥传感器102的传感器元件的两个或更多次测量。

仍然参见图1，处理器122可为任何合适的电路组，诸如执行软件指令的微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或被设计和实施成用于执行特定任务的离散部件。处理器122接收关于惠斯通电桥传感器102的传感器元件的测量。使用从测量电路120接收的测量，处理器122可最终确定所测量的参数，并且以多位词的格式将测得参数的指示传递到下游装置(如数字测量输出134所示)。此外，处理器122可分析测量电路120所提供的测量，并且进行功能安全决定，诸如是否有故障、错误和/或是惠斯通电桥传感器102否一部分或整个发生失效。处理器122可通过布尔输出信号诸如在故障输出136、错误输出138和/或失效输出140上驱动的信号将决定传送到下游设备。

示例性读出电路104还包括通信地耦接到处理器122(因此耦接到测量电路120)的通信电路124。当存在通信电路124时，其被设计和构造成提供与下游设备之间的串行和/或基于数据包的通信。因此，除了或替代处理器122直接提供数字测量和功能安全决定，处理器122可经由与下游装置之间的串行和/或基于数据包的通信来传达数字测量和功能安全决定，如通信信道142所示。在一些示例性系统中，处理器122和通信电路124可为组合装置(例如ASIC)。此外在某些系统中，可通过下游装置做出功能安全决定，因此处理器122和/或通信电路124可将原始测量(例如，第一组传感器元件对激发信号的响应和第二组传感器元件对激发信号的响应)传递到下游设备。

在一些情况下，读出电路104作为独立装置出售，也可作为采用多个形状因数中任一个的封装半导体装置出售，或作为将要由系统级装置制造商与其它部件(例如，惠斯通电桥传感器)组合在一起的未封装半导体管芯出售。在其它情况下，惠斯通电桥传感器102和传感器电路104可作为独立产品组合和销售(例如，带功能性安全决定的压力感测系统)。本说明书现在转向更详细地描述用于获取每组传感器元件的离散测量的惠斯通电桥传感器102的传感器元件组的隔离。

图2示出了简化电路图以描述根据至少一些实施方案的传感器元件组的隔离。具体地讲，图2中可见的是惠斯通电桥传感器102、激发源200和差分放大器202。激发源200(例如，电流源或电压源)电耦接到惠斯通电桥传感器102的第三端口110。差分放大器202限定电耦接到惠斯通电桥传感器102的第一端口106的第一差分输入204，并且差分放大器202限定电耦接到惠斯通电桥传感器102的第二端口108的第二差分输入206。差分放大器202还限定第一差分输出208和第二差分输出210。第一差分输出208通过反馈元件212电耦接到第一差分输入204，并且第二差分输出210通过反馈元件214电耦接到第二差分输入206。对于讨论的该部分，假设差分放大器202是进行惠斯通电桥传感器102的传感器元件组的每次测量的装置；然而，下文将更详细地讨论根据另外的示例性实施方案进行测量和形成测量的数字表示。

图2概念地表示读出电路104(图1)的第一模式，该第一模式用于测量惠斯通电桥传感器102的第一组传感器元件216。具体地讲，在示例性第一模式下，惠斯通电桥传感器102的第一端口106和第二端口108电耦接到差分放大器202，并且第四端口112被电浮置。激发源200将激发信号IO驱动到第三端口110中，因此通过第一组传感器元件216并行驱动激发信号。在示例性第一模式下，通过如图所示电浮置第四端口112并且在第一端口106和第二端口108上形成“虚短”，系统抑制将激发信号驱动至第二组传感器元件。具体地讲，示例性系统通过将平衡电流IB施加到第一端口106和第二端口108而形成虚短，使得第一端口106和第二端口108上的电压基本上为零伏。换句话讲，系统施加平衡电流IB，使得第一端口106上以地或公共端子为参考的电压和第二端口108上以地或公共端子为参考的电压基本上相同。

在图2所示的示例性系统中，通过与差分放大器202相关联的反馈路径来形成和施加平衡电流。具体地讲，第一差分输出208和第二差分输出210上驱动的电压形成流过反馈元件212和214的电流，该电流趋于迫使第一差分输入204和第二差分输入206上的电压基本上为零伏。鉴于第一差分输入204和第二差分输入206分别到第一端口106和第二端口108的电连接，差分放大器202及其反馈路径的组合在惠斯通电桥传感器102的第一端口106和第二端口108上形成虚短。例如，差分放大器202产生输出信号(在两个输出上驱动)，该输出信号与用于形成虚短的平衡电流IB成比例，因此与第一组传感器元件216测得的参数(例如，第一测量)成比例。

图3示出了简化电路图以描述根据至少一些实施方案的传感器元件组的隔离。具体地讲，图3与图2密切相关；然而，在图3中，惠斯通电桥传感器102的第三端口110被电浮置，并且激发源300电耦接到第四端口112。图3表示读出电路104(图1)的第二模式，该第二模式用于测量惠斯通电桥传感器102的第一组传感器元件218。在示例性第二模式下，惠斯通电桥传感器102的第一端口106和第二端口108保持电耦接到差分放大器202。激发源300通过第四端口112驱动激发信号IO，因此通过第二组传感器元件218并行驱动激发信号。在示例性第二模式下，通过如图所示电浮置第三端口110并且施加平衡电流IB到第一端口106和第二端口108，系统抑制将激发信号驱动至第一组传感器元件，使得第一端口106和第二端口108上的电压基本上为零。相对于图2，图3中的平衡电流IB通过与差分放大器202相关联的反馈路径形成和施加，因此在惠斯通电桥传感器102的第一端口106和第二端口108上形成“虚短”。例如，差分放大器202产生输出信号(在两个输出上驱动)，该输出信号与用于形成虚短的平衡电流IB成比例，并因此与第二组传感器元件218测得的参数(例如，第二测量)成比例。

这就是说图2和图3因此示出使用第一组传感器(替代第二组传感器)测量物理参数，然后使用第二组传感器(替代第一组传感器)测量物理参数的方法和相关系统。基于这两次测量，在无错误操作中应当非常类似的是，读出电路104可产生最终测量并将最终测量传递到下游装置，如参照图1所述。如果测量中的差值大于预定阈值，读出电路104可采取适当的纠正措施诸如丢弃来自发生故障的一组传感器元件(例如，传感器元件电短路或电开路)的测量，利用来自第二组传感器元件的测量，以及断言相应的故障、错误和/或失效输出。

图2和图3的示例性电路将在考虑到由激发源200/300产生的共模电压差分放大器202可工作的情况下工作。然而，在另一些其它示例性实施方案中，可通过处理第一端口106和第二端口108上的励磁电流减小共模电压，使得反馈路径只需要关注平衡电流即可。此外，以这种方式处理励磁电流将影响能够顺序地产生图2和图3的测量情况的开关网络的设计。在对示例性系统进行讨论之后，讨论了开关网络以提取励磁电流。

图4示出了根据至少一些实施方案的电路图，该电路包括用来处理惠斯通电桥传感器的第一端口106和第二端口108的上的励磁电流的系统。具体地讲，

图4示出了相对于图2描述的示例性第一模式，并且还包括提取电路401以提取励磁电流IO。在图4的示例性系统中，激发源200通过第一组传感器元件216并行驱动激发信号IO。考虑到由该示例中的差分放大器引起的平衡电流IB，励磁电流将自身分割成流过一个传感器元件的第一部分和流过第一组传感器元件的第二传感器元件的第二部分，使得第一端口106和第二端口108上的电压基本上为零。

提取电路401包括第一电流源400、第二电流源402和误差放大器404。第一电流源400在一侧耦接到第一端口106，在第二侧耦接到公共端子或地408。第二电流源402在一侧耦接到第二端口108，在第二侧耦接到公共端子或地。误差放大器404的输出通过控制线406耦接到第一电流源400和第二电流源402。通过由误差放大器404形成并施加到控制线406的控制信号，放大器404控制流过电流源400/402的总电流。在制造公差的范围内，流过每个电流源400/402的电流对于同等施加的控制信号将是相同的，并且流过电流源400/402的电流之和在稳态下条件等于IO(如图4中通过流动到地面连接408中的IO所示)。

仍然参见图4，由误差放大器404形成的控制信号基于耦接到误差放大器的一个输入410的参考电压(图中指定的“REF2”)与来自示例性电阻器412和414形成的分压器的电压之间的差生成。即，电阻器412和414在第一端口106和第二端口108上串联耦接。误差放大器404的第二输入416耦接在电阻器412与414之间。参考电压REF2可设定为电路操作范围的中点。例如，如果操作范围为3V，则参考电压REF可设定为1.5V。在稳态操作中，电流源400/402使励磁电流能够流过提取电路401(而不是流过差分放大器202的反馈路径)，这可减小或消除差分放大器202所经历的共模电压。此外，差分放大器202仅需要供应/承载平衡电流IB以在第一端口106和第二端口108上强制施加虚短。下面的图5中示出了用来处理示例性第二模式下励磁电流的提取电路，但除电流极性之外，操作在概念上在模式之间相同，下文将进一步阐明。本说明书现在转向示例性开关网络以实现示例性第一模式和第二模式，同时考虑用来处理励磁电流的电路。

图5示出了包括开关网络以实现示例性模式的读出系统100的电路图和部分框图。具体地讲，图5(通过虚线矩形)示出了包括开关网络部分502和开关网络部分504的开关网络500。如将在下文所详述，开关网络500选择性地耦接到惠斯通电桥传感器102的端口。开关部504耦接在参照图4讨论的惠斯通电桥传感器102与提取电路401之间。如图所示，提取电路401还充当开关网络500的一些配置(例如读出电路104的第二模式)中的激发源。开关部分502耦接在惠斯通电桥传感器102与第二提取电路505之间。

提取电路505包括第一电流源506、电流源508和误差放大器510。第一电流源506在一侧耦接到开关部分502，在第二侧耦接到公共端子或地512。第二电流源508在一侧耦接到开关部分502，在第二侧耦接到公共端子或地512。误差放大器510的输出通过控制线514耦接到第一电流源506和第二电流源508。通过由误差放大器510形成并施加到控制线514的控制信号，误差放大器510控制流过电流源506/508的总电流。在制造公差的范围内，流过每个电流源506/508的电流对于同等施加的控制信号将是相同的，并且通过电流源506/508的电流之和在稳态条件下等于IO(如图5中从功率源连接流动的IO所示)。

仍然参见图5，由误差放大器510形成的控制信号基于耦接到误差放大器的一个输入516的第一参考电压(图中指定的“REF1”)与来自示例性电阻器518和520形成的分压器的电压之间的差生成。误差放大器510的第二输入522耦接在电阻器518与520之间。如上所述，参考电压REF1可设定为电路操作范围的中点。提取电路505的操作在概念上与提取电路401相同(除电流源506和508的电流的极性之外)。

如上所述，开关网络500包括开关部分502和504。每个开关部分被设计和构造成能够将其相应的提取电路耦接到惠斯通电桥传感器102以实现上文所述的各种模式。现在参见图开关部分502，在示例性系统中，开关部分502包

括开关530和开关532。示出了开关530和532的功能，但在操作中，开关功能可由任何电动控制装置或诸如一组晶体管或一组硅控整流器等装置来实现。开关530限定公共端子C、第一端子T1和第二端子T2。开关530的公共端子C电耦接到电流源506，开关530的第一端子T1电耦接到第三传感器连接130并因此耦接到第三端口110，开关530的第二端子T2电耦接到第一传感器连接126并因此耦接到第一端口106。开关532限定公共端子C、第一端子T1和第二端子T2。开关532的公共端子C电耦接到电流源508，开关532的第一端子T1电耦接到第三传感器连接130并因此耦接到第三端口110，开关532的第二端子T2电耦接到第二传感器连接128并因此耦接到第二端口108。

现在参见图开关部分504，在示例性系统中，开关部分504包括开关534和开关536。示出了开关534和536的功能，但在操作中，开关功能可由任何电动控制装置来实现。开关534限定公共端子C、第一端子T1和第二端子T2。开关534的公共端子C电耦接到电流源400，开关534的第一端子T1电耦接到第四传感器连接132并因此耦合到第四端口112，开关534的第二端子T2电耦接到第一传感器连接126并因此耦接到第一端口106。开关536限定公共端子C、第一端子T1和第二端子T2。开关536的公共端子C电耦接到电流源402，开关536的第一端子T1电耦接到第四传感器连接132并因此耦合到第四端口112，开关536的第二端子T2电耦接到第二传感器连接128并因此耦接到第二端口108。

在读出电路104的示例性第一模式下，电流源506和508一致地用作激发源200(图2)，并且电耦接到第三传感器连接130并因此电耦接到第三端口110(通过开关530和532，实线示出的连接)。在示例性第一模式下，电阻器518和520在其与误差放大器510的第二输入522相对的末端处短路，并且因此输入522处的电压是电流源506/508的下游侧上的电压。现在转到提取电路401，电流源400电耦接到第一传感器连接126并因此电耦接到第一端口106(通过开关534，实线示出的连接)，电流源402电耦接到第二传感器连接128和第二端口108(通过开关536，实线示出的连接)，并且第四传感器连接132被电浮置。示例性差分放大器202在第一端口106和第二端口108上形成虚短，因此在放大器404的输入416处的电压为端口106/108处的电压。

仍然参见图5，在示例性第二模式下，一致地用作电流源400和402的激发源300(图3)电耦接到第四传感器连接132并因此电耦接到第四端口112(通过开关534和536，密集虚线示出的连接)，电流源506电耦接到第一传感器连接126并因此电耦接到第一端口106(通过开关530，密集虚线示出的连接)，电流源508电耦接到第二传感器连接128并因此电耦接到第二端口108(通过开关530，密集虚线示出的连接)，并且第三传感器连接130被电浮置。本说明书现在转向读取和数字化值的示例性系统，这些值与测量惠斯通电桥传感器102的传感器元件组的响应相关联。

提取电路401和505可以至少两种不同的方式操作。在图5的示例性电路的说明中，描述了提取源401和505作为受控的电流源操作相应的电流源。即，示例性误差放大器510处于活动状态以控制电流源506/508从而将节点522(除开关中的压降之外，还包括节点130)处的电压调节至等于REF1。示例性误差放大器404还将节点106/108的共模调节至电压REF2。在该示例性操作中，参考电压REF1不同于REF2，因此电桥的测量元件上将有压降。操作图5的示例性电路的另一种方法是处于恒定电流模式。即，误差放大器510被禁用并且电流源506/508被设置为各自通过开关530和532提供I0/2到节点130。在该恒定电流模式下的操作可通过将控制线514切换到固定直流电平来执行。I0电流将流过节点130并且提供通过电桥元件的共模信号以激发它们。

图6示出了根据至少一些实施方案的测量电路120的电路图，该测量电路用于形成一组传感器元件的测量的数字表示。具体地讲，图6中可见惠斯通电桥传感器102电耦接到测量电路120。激发源200(图2)(可能是一致操作的电流源506和508(图5))耦接到惠斯通电桥传感器102的第三端口110，并且第四端口112被电浮置，因此电路图示出上文所述的示例性第一模式。也可见提取电路401，但提取电路401的各个部件未具体编号以避免进一步使附图复杂化。第一端口106电耦接到差分放大器202的第一差分输入204，并且第二端口108电耦接到差分放大器202的第二差分输入206。

差分放大器202和在附图中差分放大器202右侧的各种电路形成根据至少一些实施方案的传感器元件组的所测得响应的数字表示。具体地讲，示例性电路包括电压模数(A/D)转换器600(附图中的VADC)、电流数模(D/A)转换器602(附图中的IDAC)和抽取器604。A/D转换器600限定第一模拟输入606、第二模拟输入608和数字输出610。在示例性电路中，第一模拟输入606和第二模拟输入608不是两个独立的模拟输入，但一起形成用于转换的单个电压测量。第一模拟输入606通过阻抗元件612(例如电阻器)耦接到差分放大器202的第一差分输出208。A/D转换器600的第二模拟输入608通过阻抗元件613(例如电阻器)耦接到差分放大器202的第二差分输出210。虽然未具体地示于图6中，但模拟输入606和608可在被提供给VADC 600内部的ADC转换器的核心之前进行缓冲。根据至少一些实施方案中，A/D转换器600可为一位(例如比较器)或多位A/D转换器。例如，A/D转换器600可以是并行工作的多个比较器(例如以闪存结构实现)，这些多个比较器用作A/D转换器。在此类情况下，A/D转换器600和D/A转换器602的组合(下文所述)一起形成第一阶∑-ΔA/D转换器。图6的电路的描述仍然基于A/D转换器600是一位A/D转换器的假设，但是也可使用多位A/D转换器。数字输出610电耦接到抽取器604，该抽取器随时间推移将A/D转换器600生成的值平均，并且产生表示测量的多位输出信号(例如，十二位或十六位)。即，抽取器604被构造成基于从A/D转换器600的数字输出610读取的值来产生测量值。

仍然参见图6，D/A转换器602限定数字输入614、第一模拟输出616和第二模拟输出618。数字输入614电耦接到A/D转换器600的数字输出610。D/A转换器602可为一位或多位D/A转换器或等效物(例如，并行工作的开关电流源)。然而在此类情况下，A/D转换器600和D/A转换器602的组合同样可一起形成第一阶∑-ΔA/D转换器。同样，如果A/D转换器600产生多位输出，则D/A转换器614将被设计和构造成接受数字输入形式的多位输入信号。在示例性电路中，第一模拟输出616和第二模拟输出618不是两个独立的输出，但一起工作以响应于数字输入614上接收的数字输入信号驱动模拟输出电流。第一模拟输出616耦接到第一差分放大器202的第一差分输出208，并且第二模拟输出618耦接到差分放大器202的第二差分输出210。虽然未具体编号，但差分放大器202的反馈回路具有反馈阻抗元件(例如电阻器)。最后，示例性电路包括两个电容器620和622。第一电容器620耦接在第一差分输出208与地之间，第二电容器622耦接在第二差分输出210与地之间。

即，考虑差分放大器202是响应于输入204/206上的电压差而(在差分输出208/210上)形成输出电压的运算放大器。因此，在第一端口106和第二端口108上的电压不平衡自身表现为通过反馈阻抗元件的非零电流IB，从而在差分输出208/210上形成非零电压，该非零电压用来对抗第一端口106和第二端口108上的电压不平衡。因此放大器202连同其反馈元件一起用作跨阻抗放大器。流过阻抗元件612和阻抗元件613(例如电阻器)的电流IBB随后分别由208与616＝＝606之间的电压差以及210与618＝＝608之间的电压差确定。通过经由IDAC逆注入适当的IBB，具有IDAC反馈的ADC回路随后使得616＝＝606与618＝＝608之间的电压差(即差分电压)无效。具有IDAC的ADC回路实际上用作数字否决器/虚拟地。虽然未具体示出，但模拟输入606和608可在被提供给VADC 600内部的ADC转换器的核心之前进行缓冲，从而防止VADC的有限输入阻抗从而影响IBB测量回路的精度。随着时间推移该非零电流在电容器620和622(以及执行平滑或集成功能的电容器)上形成电压差。A/D转换器600感测电压失衡，并且在一位系统的示例性情况下，形成与电容器620和622上的电压差成比例的位流。位流可使用例如脉冲密度调制或脉冲宽度调制，因此A/D转换器600有时被称为调制器。响应于位流的D/A转换器602形成趋于减小电容器620和622上的电压差的电流。

具体地讲，在一位系统中，D/A转换器602有效地具有三个输出电流(即零、正电流值和负值)，因此由D/A转换器602提供的电流将不是精确地为作为稳态输出信号的平衡电流IBB；相反，由D/A转换器602提供的平均电流将等于平衡电流IBB，其中瞬时电流输出高于和低于稳态平衡电流IBB快速变化(包括流过D/A转换器602的电流的瞬时逆转)，同时注意∑-Δ转换器形式的A/D转换器600和D/A转化器602在所测得的信号的多个Nyquist频率上进行时钟控制。所产生的平均电流值为平衡电流IBB。利用A/D转换器600产生的脉冲流形成多位值时，抽取器604形成待测传感器元件组的测得响应的数字表示。在第一次测量之后，开关网络500(图5)相对于开关进行调节，使得可测量第二组传感器元件并形成所测得响应的数字表示。

在图6的示例性实施方案中，将D/A转换器602产生的电流直接施加至到运算跨导放大器形式的差分放大器202的差分输出208/210。然而，在另一些其它实施方案中，将D/A转换器602产生的电流直接施加到惠斯通电桥传感器102的端口，如下文所述。即，参照图6所讨论的实施方案假设使用运算跨导放大器作为差分放大器202，这在特定情况下可能是有利的。然而，使用运算跨导放大器导致一些情况下使用电压输出器来隔离电流，如图6所示。在其它示例性情况下，差分放大器202可为差分放大器，其输出信号是与差分输入上的电压成比例的电压信号(很大程度上独立于相关联的电流)，如下文参照图7所述。

图8示出了测量电路120的电路图，该测量电路用于形成一组传感器元件的测量的数字表示。具体地讲，图8中可见惠斯通电桥传感器102电耦接到测量电路120。激发源200(可能是一致操作的电流源506和508)耦接到惠斯通电桥传感器102的第三端口110，并且第四端口112被电浮置，因此电路图示出上文所述的示例性第一模式。也可见提取电路401，但提取电路401的各个部件未具体编号以避免进一步使附图复杂化。第一端口106电耦接到差分放大器202的第一差分输入204，并且第二端口108电耦接到差分放大器202的第二差分输入206。

示例性电路还包括A/D转换器600和抽取器604。第一模拟输入606直接耦接到差分放大器202的第一差分输出208。A/D转换器600的第二模拟输入608直接耦合至差分放大器202的第二差分输出210。根据至少一些实施方案，在上文所讨论的变体中，A/D转换器600为∑-ΔA/D转换器。数字输出610电耦接到配置成基于从A/D转换器600的数字输出610读取的值产生测量值的抽取器604。

D/A转换器602同样限定数字输入614、第一模拟输出616、第二模拟输出618，其中数字输入614电耦接到A/D转换器600的数字输出610。在图7的示例性电路中，第一模拟输出616直接耦接到第一端口106，并且第二模拟输出618直接耦接到惠斯通电桥传感器102的第二端口108。在示例性系统中，反馈元件212和214分别被实现为电容器700和电容器702。电容器700/702执行至少两种功能。首先，电容器700/702迫使平衡电流流向惠斯通电桥传感器102或从其流动。其次，反馈路径中的电容器700和702使得差分放大器202充当积分器，从而在差分输出208/210上形成与差分输入204/206处呈现的电压的积分成比例的输出电压信号。

在图7的示例性实施方案中，控制第一端口106和第二端口108上的电压(例如，形成虚短)涉及通过D/A转换器602形成平衡电流并将其直接驱动到第一端口106和第二端口108。即，考虑到差分放大器202是在差分输入204/206上产生随时间推移与电压差的积分成比例的输出电压的差分放大器类型，第一端口106和第二端口108上的电压不平衡自身在差分输出208/210处表现为非零电压。A/D转换器600感测电压，并且在一位系统的示例性情况下，形成与差分输出208/210上的电压成比例的位流。D/A转换器602响应于位流形成趋于减小第一端口106和108上的电压差的电流，因此减小在差分输出208/210处产生的电压。

具体地讲，在一位系统中，图7的示例性电路中D/A转换器602提供的电流将不是精确地为作为稳态输出信号的平衡电流IB；相反，由D/A转换器602提供的平均电流将等于瞬时电流输出在高于和低于稳态平衡电流IB时快速变化(包括流过D/A转换器602的电流的瞬时逆转)的平衡电流IB。同样，利用A/D转换器600产生的脉冲流形成多位值时，抽取器604形成待测传感器元件组的测得响应的数字表示。在第一次测量之后，开关网络500(图5)调节其相应开关，使得可测量第二组传感器元件并产生所测得响应的数字表示。

该点的各种实施方案假定读出电路104具有两个模式，即测量第一组传感器元件的第一模式和测量第二组传感器元件的第二模式。在另一些其它示例性实施方案中，可测量惠斯通电桥传感器102的任何两个连续传感器元件，这可能有利于将故障局限在惠斯通电桥传感器102内。

图8示出了根据至少一些实施方案的开关网络的简化电路图；具体地讲，

图8示出了开关网络900。如前所述，电流源506、508、400和402耦接到开关网络900。为了举例说明进行的测量，还示出了耦接到开关网络900的差分放大器202和相关反馈路径；然而，应当理解差分放大器202代表用于对之前所述的传感器元件组进行测量的任意各种电路。

图8还示出了惠斯通电桥传感器102，其四个端口106、108、110和112耦接到开关网络900。为了讨论至惠斯通电桥传感器102的示例性连接，惠斯通电桥传感器102的四个传感器元件被指定为902、904、906和908。示例性开关网络900内具有二十四个单独控制的编号910至956的电气开关。尽管示出为机械开关以避免进一步复杂化附图，但每个开关是根据处理器122(图1)的命令操作的电动控制开关(例如晶体管)。

例如，考虑设置开关网络900以创建第一模式，如参照图2所述。因此，开关922和924闭合以将受控的电流源506和508(充当激发源200)耦接到第三端口110，开关914和940闭合以将第一端口106和第二端口108耦接到差分放大器202，开关918和944闭合以实施提取电路401，所有其它开关则打开。因此，在第一模式下，传感器元件组为传感器元件902和904，并且传感器元件906和908之间的端口112被电浮置。

参照图3所述的第二模式，类似地，开关954和956闭合以将受控的电流源400和402(充当激发源300)耦接到第四端口112，开关914和940闭合以将第一端口106和第二端口108耦接到差分放大器202，开关910和936闭合以实施提取电路505，所有其它开关则打开。因此，在第二模式下，传感器元件组为传感器元件906和908，并且传感器元件902和904之间的端口110被电浮置。

然而，开关网络900允许隔离任何两个连续的传感器元件，以作为测得的传感器元件组。因此，考虑到第三模式，其中开关910和912闭合以将受控的电流源506和508(充当激发源)耦接到第一端口106，开关926和952闭合以将第三端口110和第四端口112耦接到差分放大器202，开关930和956闭合以实施提取电路，所有其它开关则打开。因此，在示例性第三模式下，传感器元件组为传感器元件902和906，并且传感器元件904和908之间的端口108被电浮置。

现在，考虑第四模式，其中开关942和944闭合以将受控的电流源506和508(充当激发源)耦接到第二端口108，开关926和952闭合以将第三端口110和第四端口112耦接到差分放大器202，开关922和948闭合以实施提取电路，所有其它开关则打开。因此，在示例性第四模式下，传感器元件组为传感器元件904和908，并且传感器元件902和906之间的端口106被电浮置。

通过进行四次测量(一组传感器元件的每次测量)，处理器122(或提供测量的下游装置)不仅能够确定所测得的参数(例如，压力、温度)，还能够将故障隔离到特定传感器元件。在继续之前再讨论几个点。现在了解了开关网络900的操作，应当理解包括在开关网络900中的开关网络500(实现示例性第一模式和第二模式)。此外，由于与差分放大器的连接的极性未在对应的测量之间(例如，在示例性第一和第二模式之间)变化，因此与差分放大器202的差分输入相关联的开关网络900中的若干开关没有在一种模式下具体讨论(即，开关916、928、930和950)，因此在一些情况下可省略开关。然而，在一些情况下，出于测量目的反转连接的极性并且设想存在所有开关可能是有利的。类似地，由于励磁电流极性(以及对应的提取电路极性)，与电流源相关联的开关网络900中的若干开关没有在一种模式下讨论(即开关946(与电流源506相关联)和开关920、932和942(与受控的电流源400/402相关联))，因此在一些情况下可省略开关。然而，在一些情况下，反转激发源和/或提取电路的极性并且因此再次设想存在所有开关可能是有利的。

图9示出了根据至少一些实施方案的方法。具体地讲，方法开始(框1000)并且包括：通过惠斯通电桥传感器的第一组传感器元件并行驱动激发信号并且抑制通过惠斯通电桥传感器的第二组传感器元件驱动激发信号(框1002)；测量第一组传感器元件的响应，第一组传感器元件的该测量响应形成第一测量(框1004)；通过惠斯通电桥的第二组传感器元件并行驱动激发信号并抑制通过第一组传感器元件驱动激发信号(框1006)；以及测量第二组传感器元件的响应，第二组传感器元件的该测量响应形成第二测量(框1008)。之后，方法结束(框1010)，可能立即重新开始。

上述讨论旨在说明本实用新型的原理和各种实施方案。一旦完全理解了上述公开的内容，对于本领域技术人员来说许多变型和修改将变得显而易见。例如，在图4中，由电阻器网络提供第二输入416；然而，在其它情况下，可通过轻击未使用(即浮置)的传感器元件组之间的节点来提取特定测量的共模电压。此外，虽然各种实施方案示出指向在VADC 600与抽取器604之间的源的数字输入614的反馈连接，但在其它示例性实施方案中，指向数字输入614的连接可在抽取器604的下游(即在解码之后)耦接，具体取决于预期的信号带宽和反馈回路稳定化选择。以下权利要求书被解释为旨在包含所有此类变型和修改。