[发明专利]电容传感器的读出电路与其操作方法

说明书

电容传感器的读出电路与其操作方法。该读出电路包括输入驱动电路、第一积分电路、二个电容器、开关电路、第二积分电路、比较器、锁存电路与三个校正支路。第一积分电路储存/累积电容传感器、第一校正支路与第二校正支路产生的电荷。第一电容器、第二电容器与开关电路将第一积分电路储存的电荷传送至第二积分电路。第二积分电路的输出端耦接至比较器与锁存电路。锁存电路的输出端产生数字信号，其部分脉冲密度可以表示传感器的差动电容变化量。第一校正支路用以校正所述读出电路的输出信号的偏移电压。第二校正支路与第三校正支路用以校正所述读出电路的电容灵敏度。

技术领域

本发明涉及一种电容式传感器的读出电路与其操作方法。

背景技术

电容传感器的读出电路负责将电容感测元件的差动电容变化量转换成电性信号，在性能上被要求具备低噪声与高有效位数，使电路可以提供高读取解析度。此外，电容传感器容易受到工艺变异的影响，电容值与电容变化灵敏度都会发生误差。此类的电容值误差与电容变化灵敏度的误差通过读出电路放大后，将分别反映在电路的输出参数上，例如偏移电压(Offset)与电容灵敏度(Sensitivity)。因此，电容传感器的读出电路通常需要可以校正偏移电压与电容灵敏度，以确保读出电路的输出参数可以被调整至目标规格内。

关于电容式传感器的读出电路，例如，利用输入两组相依数字码(V₁code，V₂code)，经由镜相电路(Code mirror)及数类转换器(DAC)产生模拟电压(V₁，V₂)，这两个电压的平均值与差值可以被用来校正电路的输出参数(偏移电压、电容灵敏度)；也有利用积分器、比较器与锁存电路，将差动电容变化量转换成数字信号。利用输入的两个电压(V_cal1，V_cal2)、两个校正电容(Cp、Cn)修正偏移电压与电容灵敏度，以达到校正的目的；另外，利用两组数字校正码(Sensitivity calibration parameter，Zero-offset calibration parameter)及数类转换器产生三个模拟电压(V_CA，V_CB，V_CJ)，这三个电压分别用来调整差动式电容上下两个极板的端电压以及校正电容元件(Calibration capacitive device)的端电压，以达到偏移电压与电容灵敏度的校正目的。

前述电容传感器的读出电路存在几个技术问题：(1)电路的输出频谱，随着频率降低，其噪声基准(Noise Floor)只能以-20dB/decade减少，当频率等于1kHz，噪声基准只能达到-80dB level，致使电路的低频噪声过高、有效位数不足；(2)偏移电压在校正时只具有单调性，使其校正范围受到限制；(3)校正参数彼此相依，增加校正复杂度。

发明内容

本发明公开的实施例，可提供一种电容传感器的读出电路及其操作方法。