[发明专利]电容感测电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容感测电路，尤其涉及包含多个电容元件的电容感测电路。

背景技术

由于根据电容公式，电容值与电容板之间的距离相关，电容感测成了将实体距离与电容值等电子性质直观串联的主要手段。现今的许多电子电路，如：重力传感器、加速度器、电容式触控面板等皆应用了电容感测技术，以所感测到的电容值或电容值变化，来计算出重力、加速度、或者是判断按压动作。

一般来说，这些应用了电容感测技术的电子电路大多以多个电容元件进行多维感测，以辨识各个维度上的实体距离变化，像是Ｘ方向与Ｙ方向皆有一到多个不等的电容元件感测其加速度值的变化。因此，需要先后针对不同方向的电容元件进行电容感测，得到感测值之后，再进行信号处理，然而这种感测程序不仅浪费时间，也常受共模噪声影响，而影响感测值的精确性。因此，如何提升时间利用效率并且提高感测精确性实乃亟需研究的课题。

发明内容

本发明的一个实施例提供一种电容感测电路，通过交换单元处理驱动电容感测元件的互为反相时序，以达到完整驱动周期均能感测输入，在差分积分电路获得差分输出信号，而不受共模信号的噪声影响，而提高感测精确性，亦增加感测的敏感度。

本发明的另一实施例提供一种电容感测电路，通过同一周期内分时的多个时钟信号，分别对不同的、或不同组别的电容元件进行电容感测，以缩减感测所需时间，以提升感测的效率。

依据本发明，提供一种电容感测电路，包括：驱动单元、交换单元、电容感测元件、差分积分电路及后处理电路。驱动单元用以提供电容感测元件所需的驱动控制信号，包含互为反相控制时序的第一时钟信号及第二时钟信号，用以产生交换位准的驱动电压。电容感测元件用以接收驱动单元提供的驱动电压位准，并对应第一时钟信号产生第一感测信号，及对应第二时钟信号产生第二感测信号。交换单元置于电容感测元件与差分积分电路之间，对应第一感测信号输入至差分积分电路的其中一个输入端，并对应第二感测信号输入至差分积分电路的另一输入端。差分积分电路包括两个输入端，其中至少一个输入端对应第一感测信号，以输出第一积分输出信号，其中至少一个输入端对应第二感测信号，以输出第二积分输出信号。后处理电路接收差分积分电路的差分输出信号，以进行信号处理或信号利用。第一时钟信号及第二时钟信号为在同一周期内分时的时钟信号。

依据本发明的一个实施例，驱动单元用以提供电容感测元件所需的驱动控制信号，电容感测元件，以最基本架构为例，包括两个差分对电容（differential pair capacitors）元件，在此以第一电容元件及第二电容元件代称，两差分电容需藉由给予不同的电压位准变化驱动产生信号，故定义第一时钟信号及第二时钟信号互为反相控制时序用以产生驱动所需的交换电压位准，并对应第一时钟信号输出与第一电容元件的电容值及/或第二电容元件的电容值的共轭值相关的至少一个第一感测信号，且对应第二时钟信号输出与第二电容元件的电容值及/或第一电容元件的电容值的共轭值相关的至少一个第二感测信号。交换单元搭配第一感测信号及第二感测信号的互为反相的控制时序，对应切换至差分积分电路的正/负两个输入端，例如说第一时钟对应切换至正输入端，则第二时钟对应切换至负输入端，两个反相控制产生的共轭信号依对应的时序切换给反相的正/负两个输入端，达到两个反相时序产生的信号均累加积分在差分积分电路上且为差分输出（differential output）的型式。后处理电路接收差分积分电路的差分输出信号，以进行信号处理及／或信号利用，其中前述第一时钟信号及第二时钟信号为在同一周期内分时的时钟信号。

在此的电容感测电路并不限其型式，可为单路传送、双路传送、单路接收、双路接收、或其它多路传送／接收型式的任一个；其应用面亦无限制，举例来说，可为重力传感器、加速度器、电容式触控面板、或其它种类需要应用电容感测的电容感测电路。依据本发明的一个实施例，第一电容元件及第二电容元件可经由共同输入路径，如单路传送型式，或者可分别经由输入路径，如双路传送型式，接收第一时钟信号及第二时钟信号。

需注意的是，驱动单元驱动的电容感测元件亦可额外包括更多的电容元件，如在双路传送双路接收型式中，可包括四个电容元件，假设第三电容元件与第一电容元件反向串联、第四电容元件与第二电容元件反向串联，驱动单元可对应第一时钟信号输出与第一/三电容元件及第二/四电容元件的电容值的共轭值差值相关的第一感测信号，且对应第二时钟信号输出与第一/三电容元件及第二/四电容元件的电容值的共轭值差值相关的第二感测信号。