电容测量系统和方法技术方案

一种可在充电模式和转移模式之间操作以测量电容传感器(10)的电容的系统(100)包括切换单元(102)，该切换单元(102)被配置为在充电模式的第一阶段中将电容传感器(10)布置为由第一电源电压(14a)从电容传感器(10)的第一端(10a)充电，直到电容传感器(10)的第一端(10a)和相对的第二端(10b)之间的电压差达到第一预定电压，并且在充电模式的第二阶段中将电容传感器(10)的第一端(10a)与第一电源电压(14a)断开，并将电容传感器(10)的第二端(10b)耦合到第二电源电压(14b)，以使电容传感器(10)的第一端(10a)处的电压升高到第二预定电压。第一端(10a)处的电压升高到第二预定电压。第一端(10a)处的电压升高到第二预定电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电容测量系统和方法


[0001]本公开涉及电容传感器系统，并且更具体地涉及电容测量系统。

技术介绍

[0002]电容传感器系统广泛用于各种应用中，例如，在人机界面应用中感测身体的触摸或接近度，以及在电机应用中通过检测电容传感器的两个相对电极之间的电容变化来确定电机的可旋转轴的位置。

技术实现思路

[0003]本公开涉及通过检测电容传感器的两个相对电极之间的电容变化来确定对电容传感器的触摸或接近的电容传感器系统。在电容传感器系统中，电容传感板的两个电极之间的电容是通过对电容传感板反复充电并通过电流镜将充电到电容传感板的电荷转移到采样电容器来测量的。
[0004]在一个示例中，本公开提供一种可在充电模式和转移模式之间操作以用于测量电容传感器的电容的系统。该系统包括被配置为耦合到电容传感器的第一端的第一输入端子和被配置为耦合到电容传感器的第二端的第二输入端子，以及耦合到电容传感器的第一端和第二端的切换单元。充电模式至少包括第一阶段和第二阶段。在第一阶段中，切换单元将电容传感器布置为由第一电源电压从电容传感器的第一端充电，直到电容传感器的第一端和第二端之间的电压差达到第一预定电压。在第二阶段中，切换单元将电容传感器的第一端与第一电源电压断开，并将电容传感器的第二端耦合到第二电源电压，以使电容传感器的第一端处的电压升高到第二预定电压。
[0005]在另一示例中，本公开提供一种可在充电模式和转移模式之间操作以用于测量电容传感器的电容的系统。该系统包括被配置为耦合到电容传感器的第一端的第一输入端子，以及具有输入节点的转移单元，该输入节点被配置为在转移模式中电耦合到电容传感器的第一端。转移单元包括电流镜，该电流镜用放电电流对电容传感器进行放电，直到电容传感器的第一端处的电压降低到第一预定电压，并通过对放电电流成镜像将多个电荷转移到采样电容器，其中，电流镜接收参考电压，并基于参考电压在转移单元的输入节点处设置偏置电压，其中第一预定电压基于偏置电压。
[0006]在又一示例中，本公开提供一种测量电容传感器的电容的方法。该方法包括将电容传感器的第一端耦合到第一电源电压以从第一端对电容传感器进行充电，直到电容传感器的第一端和相对的第二端之间的电压差达到第一预定电压，并且将电容传感器的第一端与第一电源电压断开，并将电容传感器的第二端耦合到第二电源电压以将电容传感器的第一端处的电压从第一预定电压升高到第二预定电压。
附图说明
[0007]图1是根据本公开的一个实施例的电容测量系统的示意框图；
[0008]图2是根据本公开的一个实施例的图1的电容测量系统的转移单元的示意图；
[0009]图3是根据本公开的一个实施例说明在图1的电容测量系统的切换单元的开关控制下的充电模式和转移模式期间的电容传感器的第一端处的电压变化的波形图；和
[0010]图4是根据本公开的另一实施例的用于测量电容传感器的电容的方法的流程图。
具体实施方式
[0011]本公开涉及用于测量电容传感器的电容的电容测量系统。
[0012]现在参考图1，其示出根据本公开的一个实施例的电容测量系统100的示意框图。系统100可在充电模式和转移模式之间进行操作以测量电容传感器10(例如，用于感测对导电体的触摸或接近的电容传感器)的电容C
x
。具有电容C
p
的寄生电容元件12耦合在电容传感器10的第一端10a和地V
GND
之间。系统100包括用于耦合到电容传感器10的第一端10a的第一输入端子101a和用于耦合到电容传感器10的第二端10b的第二输入端子101b。
[0013]系统100包括切换单元102和转移单元104，切换单元102通过第一输入端子101a和第二输入端子101b分别耦合到第一端10a和第二端10b，转移单元104耦合到切换单元104并且被配置为在转移模式中对电容传感器10进行放电。
[0014]切换单元102被配置为通过将电容传感器10的第一端10a与转移单元104连接和断开，以及在充电模式中的第一阶段和第二阶段之间切换系统100，而在充电模式和转移模式之间切换系统100。在一个示例中，切换单元102包括耦合在第一电源电压14a和第一输入端子101a之间的第一开关106，耦合在第二输入端子101b和地V
GND
之间的第二开关108，以及耦合在第二输入端子101b和第二电源电压14b之间的第三开关110。切换单元102还包括耦合在第一输入端子101a和转移单元104的输入节点114之间的第四开关112。第一开关106至第四开关112可以是分别由对应的控制信号S1至S4控制的在导通状态和断开状态之间进行操作的晶体管。
[0015]在充电模式中，第四开关112断开以将转移单元104与电容传感器10和寄生电容元件12断开。在第一阶段中，切换单元102将电容传感器10布置为由第一电源电压14a从电容传感器10的第一端10a进行充电，直到电容传感器10的第一端10a和第二端10b之间的电压差达到第一预定电压。在一个示例中，在第一阶段中，第一开关106和第二开关108闭合并且第三开关110断开，并且电容传感器10被第一电源电压14a充电直到在电容传感器10的第一端10a处的电压V
x
达到第一预定电压。在优选实施例中，第一预定电压与第一电源电压14a成比例。在另一优选实施例中，第一预定电压与第一电源电压14a相同。
[0016]在电容传感器10的第一端10a和第二端10b之间的电压差达到第一预定电压后，切换单元102通过以下操作将系统100从充电模式的第一阶段切换到第二阶段：断开第一开关106以将电容传感器10的第一端10a与第一电源电压14a断开，断开第二开关108并闭合第三开关110以将电容传感器10的第二端10b耦合到第二电源电压14b，从而使电容传感器10的第一端10a处的电压V
x
升高到第二预定电压。在优选实施例中，从第一预定电压到第二预定电压的增加基于第二电源电压14b和电容传感器10的电容C
x
以及寄生电容元件12的电容C
p
。在优选实施例中，第一电源电压14a和第二电源电压14b是由带隙电压基准V
bg
产生并与其成比例的相同电源电压V
reg
，该带隙电压基准V
bg
是与温度无关的电压基准。例如，电源电压V
reg
为1.25V
bg
。当在50ppm/C条件下的带隙电压基准V
bg
为1.2V时，电源电压V
reg
为1.5V。
[0017]在一个示例中，第二预定电压根据以下方程式来定义：
[0018][0019]在优选实施例中，寄生电容元件12的电容C
p
远小于电容传感器10的电容C
x
，例如为电容传感器10的电容C
x
的1/100至1/10，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种可在充电模式和转移模式之间操作的系统，其包括：被配置为耦合到电容传感器的第一端的第一输入端子和被配置为耦合到所述电容传感器的第二端的第二输入端子；耦合到所述第一输入端子和所述第二输入端子的切换单元，所述切换单元被配置为：在所述充电模式的第一阶段中，将所述电容传感器布置为由第一电源电压从所述电容传感器的第一端充电，直到所述电容传感器的所述第一端和所述第二端之间的电压差达到第一预定电压，以及在所述充电模式的第二阶段中，将所述电容传感器的所述第一端与所述第一电源电压断开，并将所述电容传感器的所述第二端耦合到第二电源电压以使所述电容传感器的所述第一端处的电压升高到第二预定电压。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述切换单元包括：第一开关，其耦合在所述第一输入端子与所述第一电源电压之间；第二开关，其耦合在所述第二输入端子与地之间；以及第三开关，其耦合在所述第二输入端子与所述第二电源电压之间，其中在所述第一阶段中，所述第一开关和所述第二开关闭合并且所述第三开关断开，以从其第一端对所述电容传感器充电，并且在所述第二阶段中，所述第一开关和所述第二开关断开并且所述第三开关闭合，以使所述电容传感器的所述第一端处的电压升高到所述第二预定电压。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一预定电压基于所述第一电源电压，并且所述第二预定电压基于所述第一电源电压和所述第二电源电压。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一电源电压和所述第二电源电压是相同的电源电压。5.根据权利要求1所述的系统，还包括：具有输入节点的转移单元，所述输入节点被配置为在所述转移模式中电耦合到所述电容传感器的所述第一端，所述转移单元包括：电流镜，其被配置为用放电电流对所述电容传感器进行放电，直到所述电容传感器的所述第一端处的所述电压降低到第三预定电压，并通过对所述放电电流成镜像来将多个电荷转移到采样电容器，其中所述电流镜被配置为基于参考电压设置所述转移单元的所述输入节点处的偏置电压，其中所述第三预定电压基于所述偏置电压。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述参考电压基于带隙电压基准。7.根据权利要求5所述的系统，其中所述电流镜包括串联耦合的至少一个PMOS电流镜和至少一个NMOS电流镜，以及耦合到所述至少一个PMOS电流镜和至少一个NMOS电流镜的跨线性环路，所述跨线性环路接收所述参考电压并在所述转移单元的所述输入节点处设置所述偏置电压。8.一种在充电模式和转移模式之间可操作的系统，其包括：被配置为耦合到电容传感器的第一端的第一输入端子；以及具有输入节点的转移单元，所述输入节点被配置为在所述转移模式中电耦合到所述电容传感器的所述第一端，所述转移单元包括：
电流镜，其被配置为用放电电流对所述电容传感器进行放电，直到所述电容传感器的所述第一端处的电压降低到第一预定电压，并通过对所述放电电流成镜像来将多个电荷转移到采样电容器，其中所述电流镜被配置为基于参考电压设置所述转移单元的所述输入节点处的偏置电压，其中所述第一预定电压基于所述偏置电压。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述参考电压基于带隙电压基准。10.根据权利要求8所述的系统，其中所述电流镜包括串联...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊，潘姚华，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：