[发明专利]基于交错时序检测相消机制的阵列式电容传感器接口电路

权利要求书

1.一种基于交错时序检测相消机制的阵列式电容传感器接口电路，其特征在于，该接口电路包括开关网络(7)、待测电容阵列(6)、运算放大器(8)和电容反馈网络(9)，其中：

开关网络(7)包括第一开关(S1)、第二开关(S2)、第三开关(S3)和第四开关(S4)，第一开关(S1)的一端连接于系统电源(Vdd)，另一端与第二开关(S2)的一端相连接，形成第一节点(A)；第二开关(S2)的另一端接地；第三开关(S3)的一端接地，另一端与第四开关(S4)的一端相连接，形成第二节点(B)；第四开关(S4)的另一端连接于运算放大器(8)的负输入端；

待测电容阵列(6)包括待测电容(Cx)、第一寄生旁路电容(Cp1)和第二寄生旁路电容(Cp2)，其中第一寄生旁路电容(Cp1)为待测电容(Cx)左侧的接地电容，第二寄生旁路电容(Cp2)为待测电容(Cx)右侧的接地电容；待测电容(Cx)的一端连接于第一节点(A)，另一端连接于第二节点(B)；

电容反馈网络(9)包括反馈电容(Cf)和第五开关(S5)，其中反馈电容(Cf)与第五开关(S5)并联后，一端与运算放大器(8)的负输入端相连接，另一端与运算放大器(8)的输出端相连接；

运算放大器(8)的正输入端与Vdd／2等电势点相连接。

2.如权利要求1所述的基于交错时序检测相消机制的阵列式电容传感器接口电路，其特征在于：

在第一个检测周期中，第一开关(S1)、第三开关(S3)与第五开关(S5)的控制信号采用第一时钟相位，开关先闭合后断开；第二开关(S2)与第四开关(S4)的控制信号采用第二时钟相位，开关先断开后闭合；

在第二个检测周期中，第二开关(S2)、第三开关(S3)与第五开关(S5)的控制信号采用第一时钟相位，开关先闭合后断开；第一开关(S1)与第四开关(S4)的控制信号采用第二时钟相位，开关先断开后闭合；

在第一和第二两个检测周期中，通过待测电容(Cx)的电流方向相反，而通过第一寄生旁路电容(Cp1)、第二寄生旁路电容(Cp2)与反馈电容(Cf)的电流方向一致，通过计算，将所述第二寄生旁路电容(Cp2)的影响消除，便可计算出待测电容(Cx)的大小。

3.如权利要求1所述的基于交错时序检测相消机制的阵列式电容传感器接口电路，其特征在于：所述左侧的第一寄生旁路电容(Cp1)的一端随着第一开关(S1)或第二开关(S2)的开启，连接到系统电源或者地上，另一端直接与地相连接；所述第一节点(A)由电源充电，放电时电荷直接被地吸走；在电源稳定的条件下，对第一寄生旁路电容(Cp1)的充放电过程对运算放大器(8)的电荷转移基本没有贡献，不会影响测量结果。

4.如权利要求1所述的基于交错时序检测相消机制的阵列式电容传感器接口电路，其特征在于，该接口电路还包括配置产生第一时钟相位和第二时钟相位的两相不交叠时钟相位发生器，第一时钟相位和第二时钟相位是两相非重叠时钟。

5.如权利要求1所述的基于交错时序检测相消机制的阵列式电容传感器接口电路，其特征在于，该接口电路还包括配置产生第一时钟相位延迟信号和第二时钟相位延迟信号的延迟信号发生器，其延迟时间长短受延迟模块中电容的大小决定。

6.如权利要求1所述的基于交错时序检测相消机制的阵列式电容传感器接口电路，其特征在于：所述待测电容(Cx)与反馈电容(Cf)之间成正比例关系，可通过修改所述反馈电容(Cf)的容值改变该接口电路的量程和精度。

7.如权利要求1所述的基于交错时序检测相消机制的阵列式电容传感器接口电路，其特征在于：所述反馈电容(Cf)大于3倍的目标测量范围，以保证输出电压在整个检测范围内都不趋于饱和。

8.如权利要求1所述的基于交错时序检测相消机制的阵列式电容传感器接口电路，其特征在于：所述待测电容(Cx)的测量值为其中Vo1是第一测量周期的输出电压，Vo2是第二测量周期的输出电压，Cf为反馈电容值，Vdd为系统电压。