[发明专利]电容检测电路及其电容式传感器接口电路芯片

说明书

技术领域

本发明涉及传感器装置领域，特别涉及能够简化结构，更好地抑制低频噪声的一种电容检测电路及其电容式传感器接口电路。

背景技术

电容式微传感器，一般体积小、结构简单，具有功耗低、灵敏度高且温度敏感性低等优点，广泛应用于民用工业控制和军事等领域。在电容式微传感器系统设计中，电容式微传感器接口电路在一定程度上决定了微传感器系统对检测量的分辨率。现有的易于集成并广泛采用的电容读出电路结构主要是基于调制解调的连续时间电压检测技术，结构较为复杂，不易与传统的CMOS工艺兼容。并且现有的电容式微传感器接口电路由分立元件制作，不但体积大，分辨率低，而且制作重复性高、可靠性低、成本高，使微传感器的优势大打折扣。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电容检测电路，能够简化结构，更好地抑制低频噪声。

为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种电容检测电路，包括：

电容读出前端电路，

输入端与电容读出前端电路连接的解调放大电路，

以及输入端与解调放大电路连接的缓冲放大电路。

所述电容读出前端电路包括前置放大器、输入电容、反馈电容、内部开关以及参考电压；输入电容C_i的一个电极与前置放大器的反相输入端连接，其另一个电极与前置放大器的输出端之间接有反馈电容C_f，内部开关并联在运算放大器的反相输入端与输出端之间，前置放大器的同相输入端接参考电压V_ref。

所述解调放大电路包括前向电容、反馈电容、积分电容、解调放大器以及参考电压；前向电容C₂₁与解调放大器的反相输入端相连，积分电容C₂₃并联在解调放大器的反相输入端与输出端之间，反馈电容C₂₂在第一时钟相φ₁时，两极分别与参考电压相连，在第二时钟相φ₂时，并联在积分电容C₂₃两端。

所述缓冲放大电路包括输入电阻、反馈电容、反馈电阻、缓冲放大器以及参考电压；输入电阻R₃₁与缓冲放大器的反响输入端相连，反馈电容C₃₁、反馈电阻R₃₂分别并联在缓冲放大器的输入端与输出端之间，缓冲放大器的同相输入端接参考电压V_ref。

所述的电容检测电路通过在线编程调整各级电路的放大倍数、电路带宽和增益。

在本发明电容检测电路中，由于采用上述电路结构，从而使电路结构较现有技术简单，易与传统的CMOS工艺兼容，消除了直流失调，更适合寄生较大的非单片系统。缓冲放大电路采用电阻闭环放大的电路结构形式，实现了直流预载可调。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种电容式传感器接口电路芯片，能够降低成本和功耗，提高精度，并能批量化生产。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种电容式传感器接口电路芯片由自测电路、偏置电流产生电路、传感器零偏补偿电路、参考电压产生电路和时钟产生电路，分别与电容检测电路相连构成；

所述自测电路和传感器零偏补偿电路还分别与片外电容式传感器相连；

所述电容式传感器接口电路芯片采用集成电路工艺制作。

其中，所述自测电路包括一个使能端，使该自测电路可以有两个工作模式：

使能端电平为高时，自测电路工作在自测模式，用来测试片载电容，完成芯片本身功能的自我标定；

使能端电平为低时，自测电路工作在正常模式，与片外电容式传感器相连，测试片外电容式传感器的电容。

所述的两个工作模式之间通过编程切换。

所述传感器零偏补偿电路采用电容阵列。进一步讲，所述电容阵列是二进制权重的，通过编程调整各个补偿电容的通断，实现电容阵列电容的可调功能。

本发明电容式传感器接口电路芯片由于包含本发明的电容检测电路，从而可以用一片集成电路芯片实现接口电路，大大减小了芯片体积和功耗，提高了电路精度。

附图说明

图1为电容检测电路示意图；

图2为电容读出前端电路原理图；

图3为解调放大电路原理图；

图4为解调放大电路，(a)工作在第一时钟相φ₁(b)工作在第二时钟相φ₂；

图5为缓冲放大电路原理图；

图6为两相不交迭时钟示意图；

图7为芯片工作的时序图。