[发明专利]基于Sigma-Delta调制的电容传感器检测方法

说明书

本发明涉及一种基于Sigma‑Delta调制的电容传感器检测方法，包括：感应电容、电容数字转换器、数字抽取滤波器以及时序控制电路；感应电容与电容数字转换器相连，数字抽取滤波器与电容数字转换器相连，时序控制电路分别与电容数字转换器以及数字抽取滤波器相连；电容数字转换器采用Sigma‑Delta调制器；电容数字转换器将感应电容的变化量转换为电荷信号，对电荷信号进行Sigma‑Delta调制，输出数字码流，数字抽取滤波器对数字码流进行滤波和降采样处理，并输出用于表征感应电容的数字量。本发明采用三阶Sigma‑Delta调制器作为电容读取电路，待测电容直接作为调制器的输入电容，实现电容到数字的直接转换，并采用补偿电容，减少Sigma‑Delta调制器额外动态范围的消耗，降低了功耗，扩展电容测量范围。

技术领域

本发明涉及一种基于Sigma-Delta 调制的电容传感器检测方法。

背景技术

电容传感器是利用电容值随环境参数变化而发生改变的传感器。它是利用电容器原理，将非电量转化为电容量，凡是可以转换为间距、面积和介电常数的量都可以用电容型传感器来测量。电容传感器待测电容值一般为pF量级甚至是更小的量级，在很多情况下信号电容比测量电路中的寄生电容要小得多，因此对电容读取电路要求比较高，常用Sigma-Delta 调制器结构进行转换。在许多情况下，由于待测感应电容变化量相比其基线值小的多，直接转换需要Sigma-Delta 调制器具有更高的过采样率和更长的转换周期，因而待测电容范围也受到了极大地限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Sigma-Delta 调制的电容传感器检测方法，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于Sigma-Delta 调制的电容传感器检测方法，包括：感应电容、电容数字转换器、数字抽取滤波器以及时序控制电路；所述感应电容与所述电容数字转换器相连，所述数字抽取滤波器与所述电容数字转换器相连，所述时序控制电路分别与所述电容数字转换器以及所述数字抽取滤波器相连；所述电容数字转换器采用Sigma-Delta 调制器；所述电容数字转换器将所述感应电容的变化量转换为电荷信号，然后对电荷信号进行Sigma-Delta 调制，输出数字码流，所述数字抽取滤波器对所述数字码流进行滤波和降采样处理，并输出一用于表征所述感应电容的数字量。

在本发明一实施例中，所述电容数字转换器采用比率测量法，且所述感应电容与所述Sigma-Delta 调制器片内参考电容的比值为所述电容数字转换器输出码流的密度。

在本发明一实施例中，所述Sigma-Delta 调制器为三阶Sigma-Delta 调制器。

在本发明一实施例中，所述三阶Sigma-Delta 调制器中第一级积分器系数为0.16，第二级积分器系数为0.5，第三级积分器系数为0.2。

在本发明一实施例中，所述第一级积分器、所述第二级积分器以及所述第三级积分器均包括一跨导运放以及分别与所述跨导运放匹配的正向通路和负向通路；所述正向通路与所述负向通路对称设置，且均包括：第一开关、第二开关、第一开关对应的第一延时开关、第二开关对应的第二延时开关、储能电容以及积分电容。

在本发明一实施例中，所述正向通路中的第一延时开关的两端分别与所述跨导运放的负向输入端以及正向输出端相连；所述正向通路中的积分电容的一端与所述跨导运放的正向输出端相连，另一端与所述第二开关的一端相连；所述第二开关的另一端与所述正向通路中的储能电容的一端连接；所述正向通路中的储能电容的另一端与所述跨导运放的负向输入端相连；所述正向通路中第一开关的一端与所述第二开关的一端相连，另一端接共模电压；