【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器，尤其涉及一种电容传感器的信号检测电路、检测方法和检测设备。
技术介绍
1、电容传感器由于高灵敏度，良好的噪声性能，较低的温度系数以及基于传感器的集成系统的cmos技术的良好兼容性而被广泛使用。电容型触摸屏、mems麦克风、mems电容型加速度计以及指纹传感器都属于电容型传感器系统。电容读出电路所采用的读出技术是制约整个系统的精度、信噪比以及线性度的关键。这也是应用于各个类型的电容型传感器最具共性的研究课题。
2、随着传感器信号检测的精度要求越来越高，从pf到ff，电容传感器信号检测正面临增益精度恶化、噪声与失配的增加、寄生电容干扰等一系列新的挑战。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种电容传感器的信号检测电路、检测方法和检测设备，以解决现有技术中存在的问题，实现增加电容信号的检测范围，减小有限增益误差和电路的功耗。
2、根据本专利技术的一方面，提供了一种电容传感器的信号检测电路，所述电容传感器包括待测电容；所述待测电容包括第一固定极板、第二固定极板、以及位于所述第一固定极板和所述第二固定极板之间的中间极板，所述电容传感器的信号检测电路包括：
3、基准电容阵列，包括第一基准电容阵列和第二基准电容阵列；所述第一基准电容阵列与所述第一固定极板电连接于第一节点，所述第二基准电容阵列与所述第二固定极板电连接于第二节点；
4、第一切换开关，分别与所述第一基准电容阵列、所述第二基准电容阵列、正性电源和负性电源电连接；所述第一
5、第二切换开关，分别与所述中间极板、正性电源和负性电源电连接；所述第二切换开关用于在所述第一阶段，控制所述负性电源的负性电源信号提供至所述中间极板，以及在所述第二阶段和所述第三阶段控制所述正性电源的正性电源信号提供至所述中间极板；
6、电压转换器，分别与参考电源、所述第一固定极板和第二固定极板电连接；所述电压转换器用于在所述第二阶段，采集所述待测电容的所述第一固定极板与所述中间极板之间的第一电容信号、以及所述第二固定极板与所述中间极板之间的第二电容信号；在所述第二阶段之后的第三阶段，对所述第一电容信号和所述第二电容信号进行放大后，分别输出第一放大信号和第二放大信号；
7、初始化模块，分别与所述参考电源、所述第一节点、所述第二节点和所述电压转换器电连接；所述初始化模块用于在所述第一阶段，分别向电压转换器、所述第一节点和所述第二节点提供所述参考电源的参考信号；
8、采样保持电路，分别与所述电压转换器和所述参考电源电连接；所述采样保持电路用于在所述第三阶段，控制所述第一放大信号和所述第二放大信号输出。
9、可选的，所述第一切换开关包括第一开关单元和第二开关单元；所述第一开关单元的第一端与所述正性电源电连接，所述第二开关单元的第一端与所述负性电源电连接，所述第一开关单元的第二端和所述第二开关单元的第二端均与所述第一基准电容阵列和所述第二基准电容阵列电连接，所述第一开关单元的控制端接收第一控制信号，所述第二开关单元的控制端接收第二控制信号；
10、所述第二切换开关包括第三开关单元和第四开关单元；所述第三开关单元的第一端与正性电源电连接，所述第四开关单元的第一端与负性电源电连接，所述第三开关单元的第二端和所述第四开关单元的第二端均与所述中间极板电连接，所述第三开关单元的控制端接收所述第二控制信号，所述第四开关单元的第二端接收所述第一控制信号；
11、其中，所述第一控制信号控制所述第一开关单元和所述第四开关单元在所述第一阶段导通，以及在所述第二阶段和所述第三阶段断开；所述第二控制信号控制所述第二开关单元和所述第三开关单元在所述第一阶段断开，以及在所述第二阶段和所述第三阶段导通。
12、可选的，所述电压转换器包括全差分放大器、第一增益电容、第二增益电容、第一电平转换电容、第二电平转换电容、第一控制开关、第二控制开关、第三切换开关、第四切换开关、第一输出开关、第二输出开关、第一反馈开关和第二反馈开关
13、所述全差分放大器的第一输入端耦接于所述第一节点，所述全差分放大器的第二输入端耦接于所述第二节点，所述全差分放大器的第一输出端与所述第一输出开关的第一端电连接，所述全差分放大器的第二输出端与所述第二输出开关的第一端电连接；
14、所述第一增益电容的第一端电连接于所述第一节点，所述第一增益电容的第二端与所述第一控制开关的第一端电连接，所述第一控制开关的第二端与所述第一电平转换电容的第一端电连接；所述第二增益电容的第一端电连接于所述第二节点，所述第二增益电容的第二端与所述第二控制开关的第一端电连接，所述第二控制开关的第二端与所述第二电平转换电容的第一端电连接；所述第一增益电容的第一端和第二端、以及第二增益电容的第一端和第二端还分别与所述初始化模块电连接；
15、所述第一电平转换电容的第一端还与所述第一输出开关的第二端电连接，所述第一电平转换电容的第二端通过所述第三切换开关分别与所述全差分放大器的第一输出端和所述参考电源电连接；所述第二电平转换电容的第一端还与所述第二输出开关的第二端电连接，所述第二电平转换电容的第二端通过所述第四切换开关分别与所述全差分放大器的第二输出端和所述参考电源电连接；
16、所述第三切换开关用于在所述第一阶段和所述第二阶段，控制所述参考信号提供至所述第一电平转换电容的第二端，以及在所述第三阶段控制所述全差分放大器的第一输出端输出的第一输出信号传输至所述第一电平转换电容的第二端；
17、所述第四切换开关用于在所述第一阶段和所述第二阶段，控制所述参考信号提供至所述第二电平转换电容的第二端，以及在所述第三阶段控制所述全差分放大器的第二输出端输出的第二输出信号传输至所述第二电平转换电容的第二端；
18、所述第一反馈开关电连接于与所述全差分放大器的第一输入端和所述全差分放大器的第一输出端之间；所述第二反馈开关电连接于所述全差分放大器的第二输入端和所述全差分放大器的第二输出端之间；
19、其中，在所述第一阶段，所述第一反馈开关、所述第二反馈开关、所述第一输出开关和所述第二输出开关导通，以及所述第一控制开关和所述第二控制开关断开；在所述第二阶段，所述第一控制开关、所述第二控制开关、所述第一输出开关、所述第二输出开关导通，以及所述第一反馈开关和所述第二反馈开关断开；在所述第三阶段，所述第一控制开关、所述第二控制开关导通，以及所述第一反馈开关、所述第二反馈开关、所述第一输出开关和所述第二输出开关断开。
20、可选的，所述初始化模块包括第一初始化开关、第二初始化开关、第三初始化开关和第四初始化开关；
21、所述第一初始化开关电连接于所述参考电源与所述第一节本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电容传感器的信号检测电路，其特征在于，所述电容传感器包括待测电容；所述待测电容包括第一固定极板、第二固定极板、以及位于所述第一固定极板和所述第二固定极板之间的中间极板，所述电容传感器的信号检测电路包括：
2.根据权利要求1所述的电容传感器的信号检测电路，其特征在于，所述第一切换开关包括第一开关单元和第二开关单元；所述第一开关单元的第一端与所述正性电源电连接，所述第二开关单元的第一端与所述负性电源电连接，所述第一开关单元的第二端和所述第二开关单元的第二端均与所述第一基准电容阵列和所述第二基准电容阵列电连接，所述第一开关单元的控制端接收第一控制信号，所述第二开关单元的控制端接收第二控制信号；
3.根据权利要求1所述的电容传感器的信号检测电路，其特征在于，所述电压转换器包括全差分放大器、第一增益电容、第二增益电容、第一电平转换电容、第二电平转换电容、第一控制开关、第二控制开关、第三切换开关、第四切换开关、第一输出开关、第二输出开关、第一反馈开关和第二反馈开关；
4.根据权利要求3所述的电容传感器的信号检测电路，其特征在于，所述初始化模块包括第
5.根据权利要求3所述的电容传感器的信号检测电路，其特征在于，所述电压转换器还包括第一采样电容和第二采样电容；
6.根据权利要求3所述的电容传感器的信号检测电路，其特征在于，所述第三切换开关包括第五开关单元和第六开关单元；所述第五开关单元的第一端与所述参考电源电连接，所述第六开关单元的第一端与所述全差分放大器的第一输出端电连接，所述第五开关单元的第二端和所述第六开关单元的第二端均与所述第一电平转换电容的第二端电连接，所述第五开关单元的控制端接收第三控制信号，所述第六开关单元的控制端接收第四控制信号；
7.根据权利要求1所述的电容传感器的信号检测电路，其特征在于，采样保持电路包括第三控制开关、第四控制开关、第一保持电容和第二保持电容；
8.根据权利要求1所述的电容传感器的信号检测电路，其特征在于，还包括：
9.一种电容传感器的信号检测方法，采用权利要求1-8任一项所述电容传感器的信号检测电路执行，其特征在于，包括：
10.一种检测设备，其特征在于，包括：控制器、电容传感器和权利要求1-8任一项所述的电容传感器的信号检测电路；
...【技术特征摘要】
1.一种电容传感器的信号检测电路，其特征在于，所述电容传感器包括待测电容；所述待测电容包括第一固定极板、第二固定极板、以及位于所述第一固定极板和所述第二固定极板之间的中间极板，所述电容传感器的信号检测电路包括：
2.根据权利要求1所述的电容传感器的信号检测电路，其特征在于，所述第一切换开关包括第一开关单元和第二开关单元；所述第一开关单元的第一端与所述正性电源电连接，所述第二开关单元的第一端与所述负性电源电连接，所述第一开关单元的第二端和所述第二开关单元的第二端均与所述第一基准电容阵列和所述第二基准电容阵列电连接，所述第一开关单元的控制端接收第一控制信号，所述第二开关单元的控制端接收第二控制信号；
3.根据权利要求1所述的电容传感器的信号检测电路，其特征在于，所述电压转换器包括全差分放大器、第一增益电容、第二增益电容、第一电平转换电容、第二电平转换电容、第一控制开关、第二控制开关、第三切换开关、第四切换开关、第一输出开关、第二输出开关、第一反馈开关和第二反馈开关；
4.根据权利要求3所述的电容传感器的信号检测电路，其特征在于，所述初始化模块包括第一初始化开关、第二初始化开关、第三初始化...
【专利技术属性】
技术研发人员：林子明，武方达，巩京爽，靳旭，马盼，
申请(专利权)人：北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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