[发明专利]电容传感器

说明书

感测电子设备可以用于测量诸如移动设备中的扬声器之类的部件的电容。感测电路(200)可以包括具有正弦波激励的电荷感测前端(204)、模数转换块(206)和数字解调器(208)。可以通过高频正弦波激励(212)来激励由感测电子设备测量所述部件(202)。可以通过使带通滤波器以激励信号的频率附近(例如，在激励信号的频率的5％以内)为中心，使用与激励信号同步的带通滤波器来执行对来自部件的输出的数字化。

技术领域

本公开内容涉及电子传感器。更具体地，本公开内容的部分涉及基于电容的传感器。

背景技术

用于测量部件的电容的感测电路可以用于确定例如扬声器或物理传感器的电容。图1示出了电容传感器的一个示例。图1是例示了根据现有技术的使用跨阻抗放大器(TIA)的电容感测电路的框图。电路100可以包括耦合到部件102的TIA级104。TIA级104的输出提供给解调器106。解调后的信号提供给音频Δ-Σ模数转换器(ADC)108。ADC 108在模拟电路和数字电路之间定义边界120。其他数字电路可以在节点110处耦合以接收代表部件102的电容值。

基于TIA的电路100的一个缺点是低频1/f闪烁噪声会影响电路100的性能。此外，性能受到TIA级104的电阻器所引入的噪声电流的限制，TIA级104的电阻器的最大值由后续级的摆动限制来确定，在级106处的模拟解调和信号恢复给电路100增加额外的功率和失真，并且来自音频ADC 108的闪烁噪声会影响低频性能。

这里提到的缺点仅是代表性的，并且被包括在内只是为了强调存在对改进的电部件的需求，特别是对于诸如移动电话之类的消费级设备中采用的感测电路的需求。本文描述的实施例解决了某些缺点，但是未必一定是本文描述的或本领域已知的每一个缺点。此外，本文描述的实施例可以提供除解决上述缺点之外的优点，并且可以在除上述缺点的应用之外的其他应用中使用。

发明内容

操作用于以改善的操作来测量和数字化电容值的感测电子设备可以执行解调，并且可以在数字域中利用解调器和信号发生器来生成激励信号。这与上述在模拟域中执行解调和其他任务的基于TIA的常规电容传感器不同。这种感测电子设备的实施例可以包括具有正弦波激励的电荷感测前端、电压到数字转换块和数字解调器。可以通过高频正弦波激励来激励由感测电子设备测量的部件。可以通过使带通滤波器以激励信号的频率附近(例如，在激励信号的频率的5％以内)为中心，使用与激励信号同步的带通滤波器来执行对来自部件的输出的数字化。使用高频信号(诸如大约20千赫兹与1000千赫兹之间)减少了从部件测量的信号中的1/f闪烁噪声。高频信号可能在人类所识别的常用音频频带之外，该频带在20赫兹与20千赫兹之间。

使用本文描述的高频激励信号的这种感测电子设备和感测方法提供了多个优点。电荷输入级具有改善的信噪比(SNR)，并且更不受干扰。基于减少的闪烁噪声贡献，改善了低频性能。此外，在数字域中执行信号处理减少了最终信号中的噪声、处理信号时消耗的功率、处理信号的电路的面积、以及改善的线性度。即，数字电路提供了基于在施加激励信号时来自部件的输出来确定电容的若干优点。可以在专用电路或通用处理器(诸如数字信号处理器(DSP))中执行数字处理。

结合诸如上述用于感测电容的感测电路的电子设备可以受益于电子设备中的集成电路部件的改进的电容测量。例如，移动电话可以包括扬声器或具有未知电容或变化的电容的其他换能器。扬声器部件的电容可以由感测电路测量，并且可以用于控制来自扬声器的输出以改善声音质量。由电路提供的感测能力或由处理器执行的代码可以包括在音频控制器中。音频控制器还可以包括模数转换器(ADC)。ADC可以用于将诸如音频信号之类的模拟信号转换为模拟信号的数字表示。此类ADC或类似的数模转换器(DAC)可以用于具有音频输出的电子设备中，所述电子设备诸如音乐播放器、CD播放器、DVD播放器、蓝光播放器、头戴式耳机、便携式扬声器、耳机、移动电话、平板计算机、个人计算机、机顶盒、数字录像机(DVR)盒、家庭影院接收器、信息娱乐系统、汽车音频系统等。