[发明专利]采用电荷补偿的自电容感测电路及方法

权利要求书

1.一种采用电荷补偿的自电容感测电路，其特征在于，包括：

被测电容Cs，其第一端连接固定电位电压V0，第二端连接采样控制电路的输入；

采样控制电路，其第一端连接被测电容的第二端，第二端连接固定电位电压V1，第三端连接电荷补偿控制模块；用于将被测电容Cs第二端初始化到固定电位V1，还用于将被测电容Cs上的电荷注入给电荷补偿控制模块；

恒流补偿模块，受控下以恒定速率提供补偿电荷给电荷补偿控制模块，对由被测电容Cs注入电荷补偿控制模块的电荷进行补偿；

电荷补偿控制模块，初始化到工作零点后接收通过采样控制电路注入的被测电容Cs上的电荷、同时输出偏离零点，或者接收恒流补偿模块提供的补偿电荷、同时输出回归零点；

过零检测模块，连接电荷补偿控制模块的输出，并根据电荷补偿控制模块的输出产生反转信号；及

时间记录模块，连接过零检测模块的输出，记录由恒流源开始补偿至所述反转信号的时间周期。

2.根据权利要求1所述的采用电荷补偿的自电容感测电路，其特征在于，所述采样控制电路由初始化开关和采样开关构成，通过闭合初始化开关将被测电容Cs的第二端连接并初始化到固定电位V1，通过闭合采样开关将使被测电容Cs的第二端连接电荷补偿控制模块的输入并注入电荷。

3.根据权利要求2所述的采用电荷补偿的自电容感测电路，其特征在于：所述恒流补偿模块由一恒流源和恒流源控制开关组成，控制开关控制利用该恒流源进行电荷补偿的时间。

4.根据权利要求3所述的采用电荷补偿的自电容感测电路，其特征在于：所述恒流源是一个恒定电流源、或者是一个固定频率的开关电容电路、或者是一个串接的电阻。

5.根据权利要求2或3所述的采用电荷补偿的自电容感测电路，其特征在于：所述的电荷补偿控制模块由第一运算放大器OPA、积分电容C_INT和复位开关构成；第一运算放大器OPA的输入端连接采样控制电路的输出，积分电容C_INT和第一运算放大器OPA共同构成一个能将注入电荷转化为电压输出的电路；复位开关用于在采样补偿前将第一运算放大器OPA的输入端-输出端电压初始化至V_REF0，当被测电容Cs的第二端连接至电荷补偿控制模块的输入时，被测电容Cs上的电荷转移到积分电容C_INT上，并导致第一运算放大器OPA的输出偏离初始值V_REF0。

6.根据权利要求5所述的采用电荷补偿的自电容感测电路，其特征在于：所述过零检测模块由一个第二运算放大器CMP构成，其第一端连接至基准电压V_REF1，第二端连接至电荷补偿控制模块的输出，用于在电荷补偿阶段对电荷补偿控制模块的输出进行过V_REF1点监测，当电荷补偿控制模块的输出跨过V_REF1时，过零检测模块的输出反转。

7.根据权利要求6所述的采用电荷补偿的自电容感测电路，其特征在于：所述时间记录模块由数字计数器构成，并以过零检测模块的输出作为输入，用于记录从恒流源开始补偿到过零检测模块输出反转整个过程的时间。

8.一种基于权利要求1所述自电容感测电路的感测方法，其特征在于，包括初始化阶段、采样阶段和电荷补偿阶段；

初始化阶段：通过采样控制电路将被测电容Cs第二端初始化到固定电位V1，同时电荷补偿控制模块被初始化到工作零点；

采样阶段：控制被测电容Cs上的电荷通过采样控制电路注入到电荷补偿控制模块，使得电荷补偿控制模块的输出偏离零点；

电荷补偿阶段：控制恒流补偿模块以恒定速率对注入到电荷补偿控制模块的电荷进行补偿，使得电荷补偿控制模块的输出回归零点，并触发过零检测模块的输出反转，通过分析时间记录模块所记录的反转信号的时间周期，得到被测电容Cs的大小及其变化。