具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

传感器的最小有效信号为pA级电流，而pA级电流是加载在uA级的电流基准之上，因此要有效地提取pA级的电流才能使传感器正常工作。现如今采用减法器的电路结构，将uA级的信号抵消，从而识别pA级的有效信号。虽然理论上能够识别有效信号使传感器正常工作。但有效信号与基准信号相差10⁶倍，受到电源噪声，环境噪声，器件漂移等影响，因此如何在传感器工作前准确的调零，避免误侦测等情况，仍然是传感器应用上的一个难题。同样有如上传感器调零性质的其他元器件也存在同样的问题。

实施例一

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明实施例提供了一种逐级自调零检测电路。

图1示出了本发明实施例一逐级自调零检测电路的结构示意图；图2示出了本发明实施例一逐级自调零检测电路的一种电路示意图。参考图1和图2所示，本发明实施例逐级自调零检测电路包括放大器模块、逐级反馈模块以及检测及调零模块。其中，检测及调零模块与放大器模块的输出端连接，逐级反馈模块与放大器模块的反馈支路并联连接。

具体地，放大器模块主要用于基于并联负反馈对输入的有效信号进行放大。即为了实现待检测器件的调零，通常放大器模块的放大器上需设置反馈支路。且放大器模块在检测电路中通常会与待检测器件输出端连接，但由于检测及调零模块输出的凋零信号会作用于待检测器件的输出信号，因此输入放大器模块的信号即为待检测器件输出信号经调零信号作用后的信号，也就是有效信号。

进一步地，放大器模块包括运算放大器以及连接于运算放大器的反向输入端和运算放大器输出端之间的反馈支路。优选地，反馈支路包括串联连接的内部反馈元件和内部控制开关。更进一步地，由于本实施例中的逐级反馈模块主要是由反馈元件构成的，且放大器模块中的反馈元件与逐级反馈模块中的反馈元件需设置为同种类型，因此为了便于区分，我们将反馈支路中的反馈元件定义为内部反馈元件，并将逐级反馈模块中的反馈元件定义为外部反馈元件。更进一步地，当反馈元件为电阻时，放大器模块中的运算放大器即为跨阻运算放大器，且跨阻放大器一般需要用电容做频率补偿，因不是关键器件，没有画出。

逐级反馈模块主要用于在自调零过程中为放大器模块提供不同量值的外部反馈元件或外部反馈元件组，以为放大器模块提供不同的反馈量值，进而使得检测及调零信号在调理过程中具有不同的调整范围。

优选地，逐级反馈模块可设置为包括多个外部控制开关和多个外部反馈元件，其中将所有的外部反馈元件串联连接，并将多个外部控制开关分别并联于多个外部反馈元件两端，且使得外部反馈元件和外部控制开关为一一对应的关系。而后将连接完成的逐级反馈模块并联于大器模块中反馈支路的两端。该种结构的逐级反馈模块通过控制内部控制开关和外部控制开关的闭合，来控制接入逐级自调零检测电路中外部反馈元件或反馈元件组的总量值，进而实现为放大器模块提供不同量值的目的。例如上述结构中，若仅打开了一个外部控制开关，其它开关全部闭合，即实现了仅将一个外部反馈元件接入逐级自调零检测电路中；若打开了两个或两个以上的外部控制开关，则实现了将两个或两个以上的外部反馈元件接入逐级自调零检测电路中，此时即认为接入逐级自调零检测电路中的为反馈元件组。需要说明的是，上述逐级反馈模块中的多个外部反馈元件可设置为量值相同的反馈元件，也可设置为量值不同的反馈元件，具体可根据待检测器件的调零需求设置。

优选地，逐级反馈模块还可设置为包括多个外部控制开关和多个外部反馈元件，其中分别将每个外部反馈元件和一个外部控制开关连接，且每个外部反馈元件和一个外部控制开关形成外部元件组，而后将所有外部元件组并联起来，并与放大器模块中的反馈支路并联连接。该种结构的逐级反馈模块通过控制内部控制开关及单个外部控制开关的闭合，来控制接入逐级自调零检测电路中外部反馈元件的量值，进而实现为放大器模块提供不同量值的目的。需要说明的是，上述逐级反馈模块中的多个外部反馈元件必须设置为量值不同的反馈元件，具体可根据待检测器件的调零需求设置。

进一步地，为了避免逐级反馈模块中外部反馈元件的过盛设置，需设置逐级反馈模块所提供的外部反馈元件或外反馈元件组的量值均小于内部反馈元件的量值。且需要说明的是，逐级反馈模块可提供的最小可接入电路的反馈量值，需满足逐级自调零检测电路正常使用要求，即最小可接入电路的反馈量值若太小，可能会超过检测及调零模块可采集信号范围，进而损坏检测器件。因此在对逐级反馈模块可提供的最小可接入电路的反馈量值进行设置时，需保证设置值满足检测电路的正常使用要求。

更进一步优选地，反馈元件的类型可选取电阻、电容或二极管。且逐级反馈模块中设置的外部反馈元件和放大器模块中设置的内部反馈元件的类型应为相同类型。例如当放大器模块中内部反馈元件为电阻时，逐级反馈模块中的外部反馈元件类型也应为电阻。且为了更近一步对逐级反馈模块中反馈元件所取量值的设置进行详细的说明，以下以待检测器件为传感器，且反馈元件为电阻时的量值取值为例进行说明：为简单表述，下面以检测微弱电流信号为例，假设待测量的电流范围为1pA～1nA，基准电流为uA级别甚至更大，运算放大器输出的最大电压为5V。基于以上信息，为了使基准电流的uA级电流经过运算放大器放大后不产生饱和，反馈电阻应设置为M ohm级别(甚至更小些)，这样可确保当基准电流为最大的情况下，放大后的电压也可被检测及调零模块中的模数转换单元读取且闭环控制。进一步由于待测电流的量程为1pA～1nA，约为60dB，内部反馈电阻的电阻值设置为G ohm，可以将1pA转换为1mV，1nA转换为1V，同样满足模数转换单元的输入范围。至此，逐级反馈模块中外部反馈电阻的最大和最小值确定完成，而中间电阻值则可根据实际情况进行均匀的分配。例如，设置为5档电阻，最小设置为1M ohm，将内部反馈电阻设置为1G ohm，中间3档可以设置为10M ohm，100M ohm，500M ohm等。

检测及调零模块主要用于对放大器模块输出的待调零信号进行采集，并基于所述放大器模块输出的待调零信号输出调零信号。优选地，检测及调零单元可设置为包括依次连接的模数转换单元、控制单元和数模转换单元。其中模数转换单元用于对放大器模块输出的待调零信号进行采集，并将采集到的放大器模块输出的待调零信号传输给所述控制单元。控制单元则用于对接收到的放大器模块输出的待调零信号进行分析，并根据分析结果向数模转换单元发送控制指令。而模数转换单元则用于根据控制指令输出调零信号。更进一步地，检测及调零模块还可应用于待检测模块的正常工作状态，即检测及调零模块还用于采集放大器模块输出的检测信号，并对放大器模块输出的检测信号进行分析。且同时在调零过程和检测过程中检测及调零模块还可用于为待检测器件提供工作电压。

需要说明的是，在正常调零过程中，凋零信号的输出方向与待检测器件输出信号的输出方向是相反的，通过调整凋零信号的大小实现每种逐级反馈模块在接通状况下待检测器件输出信号的调零过程。更进一步地，在调零过程中，检测及调零模块输出的调零信号实际上是起到减法器的作用，而待检测器件的调零过程即为检测及调零模块寻找调零信号约等于待检测器件输出信号的过程，因此即可将待检测器件的调零过程看作寻找待检测器件工作点的过程。

本发明实施例逐级自调零检测电路还可作为待检测器件的检测电路。即在获取待检测器件的工作点后，将本发明实施例逐级自调零检测电路作为检测模式，此时检测及调零模块的作用即采集放大器模块输出的检测信号，并对放大器模块输出的检测信号进行分析。

最后需要说明的是，本发明电路可适用于传感器的调零及检测过程，还可适用于使用于其它与上述传感器器件具有相同性质器件的调零及检测过程，在此不再对其进行赘述。

本发明实施例提供的逐级自调零检测电路，通过设置逐级反馈模块，实现检测电路中反馈元件逐级替换，且在逐级自调零检测过程中每替换一次反馈元件，电路就进行一次调零过程，如此反复以达到逐步缩小待检测器件工作点查找调整范围的目的。本发明实施例克服了目前传感器等需调零元器件直接调零困难的难题，避免了调零无法达成或死区的问题，实现了待检测器件快速进入检测状态的目的，确保了传感器等待检测器件的正常工作效率。

实施例二

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明实施例还提供了一种逐级自调零检测方法。该方法是基于实施例一提供的逐级自调零检测电路实施的。

图3示出了本发明实施例二逐级自调零检测方法的流程示意图，参考图3所述，本发明实施例逐级自调零检测方法包括如下步骤。

步骤S201，将逐级自调零检测电路进行初始化。

具体地，在将逐级自调零检测电路与待检测器件正确连接，并对电路进行初始化设置。此时逐级反馈模块的外部反馈元件还未接入到电路中，且在实际操作过程中，待检测器件的工作电压也可由检测及调零模块提供。

进一步地，当待检测电路为传感器，且内部反馈元件和外部反馈元件均为电阻时，参考图2所示，此时的电压V1-V3会有一定的初始值，且V2即为调零信号的体现。通常情况调零信号初试值即为待检测器件的工作点的情况非常少见，且即使调零信号的初试值即是待检测器件的工作点，也需要对逐级自调零检测电路进行验证性调试，因此初始化完成后即进入下一步骤。

步骤S202，将逐级反馈模块可提供的所有反馈量值以及放大器模块的内部反馈元件的量值从小到大进行排序，获取反馈量值序列。

具体地，由于待检测器件的逐级自调零过程是一个逐级自调整的过程，因此会将逐级反馈模块的可反馈量值从小到大依次接入到电路中，实现进行逐级调零。因此为了便于后续说明，本步骤将逐级反馈模块的可提供的所有反馈量值以及放大器模块的内部反馈元件的量值，按照从小到大的顺序依次排序，进而获取反馈量值序列。且由于逐级自调零检测电路中设置的逐级反馈模块中可接入电路中的反馈量值均小于内部反馈元件的反馈量值，因此内部反馈元件的反馈量值即为反馈量值排序中的最后一位。该种设置可保证待检测器件调零过程调整得到的调零信号即为该待调整器件的工作点。

需要说明的是，逐级反馈模块的可提供的所有反馈量值，均有且仅有唯一一个外部反馈元件或外部反馈元件组所对应，该种设置可避免逐级反馈模块中外部反馈元件的过度设置。

步骤S203，选取反馈量值序列中第N个量值作为执行量值，并将执行量值对应的外部反馈元件或外部反馈元件组或内部反馈元件作为放大器模块唯一的反馈工作元件接通。

具体地，选取反馈量值序列中当前的第N个量值作为执行量值，并将执行量值所对应的外部反馈元件或反馈元件量值组或内部反馈元件作为放大器模块的唯一反馈工作元件，接入逐级自调零检测电路中。

步骤S204，通过当前连接的逐级自调零检测电路对待检测器件进行调零。

图4示出了本发明实施例二逐级自调零检测方法中对待检测器件单次调零的过程示意图。参考图4所示，具体地，当接入第N个量值所对应的外部反馈元件或外部反馈元件组后，等待逐级自调零检测电路稳定，检测及调零模块的数模转换单元输出调零信号，检测及调零模块中的模数转换单元采集当前放大器模块输出的待检测信号，并将当前放大器模块输出的待检测信号传输给检测及调零模块中的控制单元，控制单元判断当前放大器模块输出的待检测信号是否小于第一预设阈值，若小于则表示当前数模转换单元输出的调零信号可接近待检测器件的工作点，并将当前的调零信号作为待检测器件的临时工作点，完成调零；否则则向数模转换单元发出控制信号，以使得数模转换单元输出新的调零信号，同时模数转换单元重新采集放大器模块输出的待检测信号。检测及调零模块的数模转换单元、控制单元以及数模转换单元重复上述过程，直到确定待检测器件的临时工作点，即完成当前第N个量值所对应的外部反馈元件或外部反馈元件组作为放大器模块唯一的反馈工作元件时，待检测器件的调零。

需要说明的是，数模转换单元每次输出的新的调零信号均为当前待检测器件临时工作点附件的信号。

步骤S205，判断第N个量值是否为放大器模块的内部反馈元件所提供，若是则转步骤S206，否则N加1，并转步骤S203。

具体地，即判断当前第N个量值所对应的外部反馈元件或外部反馈元件组是否为内部反馈元件，若是则表示已经找到待检测器件的工作点，并转步骤S206，否则则表示还需替换逐级反馈模块中接入逐级自调零检测电路的外部反馈元件或外部反馈元件组，并进行重新调零；进一步当当前第N个量值不为放大器模块的内部反馈元件所提供，即将N加1，并转步骤S203，重新实现待检测器件的调零。

步骤S206，将当前检测及调零模块输出的调零信号作为待检测器件的工作点。

具体地，将当前检测及调零模块输出的调零信号，即当前待检测器件的临时工作点作为待检测器件的工作点。

需要说明的是，在整个待检测器件的调零过程中，逐级反馈模块每替换一个接入电路的量值，待检测器件的临时工作点即被替换一次。即随着逐级自调零检测电路中接入逐级反馈模块反馈量值的增大，待检测器件的临时工作点也处于不断被覆盖的状态，直到放大器模块的内部反馈元件被接入到逐级自调零检测电路中，此时得到的待检测器件的临时工作点即为待检测器件的工作点。

在确定待检测器件的工作点，实现待检测器件的调零工作后，检测及调零模块采集放大器模块输出的检测信号，并对放大器模块输出的检测信号进行分析。具体分析过程为：判断放大器模块输出的检测信号是否大于第二预设阈值，若大于则表示待检测器件已响应，待检测器件开始正常检测工作。

最后需要说明的是，本发明方法可适用于传感器的调零及检测过程，还可适用于使用于其它与上述传感器器件具有相同性质器件的调零及检测过程，在此不再对其进行赘述。

本发明实施例提供的逐级自调零检测方法，基于逐级自调零检测电路中的逐级反馈模块，实现检测电路中反馈元件逐级替换，且在逐级自调零检测过程中每替换一次反馈元件，电路就进行一次调零过程，如此反复以达到逐步缩小待检测器件工作点查找调整范围的目的。本发明实施例克服了目前传感器等需调零元器件直接调零困难的难题，避免了调零无法达成或死区的问题，实现了待检测器件快速进入检测状态的目的，确保了传感器等待检测器件的正常工作效率。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。