[发明专利]快速电容感应装置及电容信号检测方法

说明书

本发明公开了一种快速电容感应装置及电容信号检测方法，包括信号共模补偿和积分电路、信号转移电路、信号测量电路。信号共模补偿和积分电路包括积分电容Ci及其开关阵列，运算放大电路，采样电容Cx及其开关阵列；信号转移电路包括采样电容Cx及其开关阵列；信号测量电路包括积分电容Cmea及其开关阵列，运算放大电路及ADC。在本发明公开的感应装置下，设计成本基本不变，但实现了电容感应扫描频率的大幅提升。

技术领域

本发明属于集成电路设计及电容信号处理技术领域，涉及一种快速电容感应装置及电容信号检测方法。

背景技术

传统的电容感应装置如图1所示。电容检测一般包含外部传感器复位，外部传感器电容共模量补偿、积分、转换等过程。其中外部传感器复位取决于外部传感器装置的RC时间参数，一般要花费几个到数十个微秒。

外部传感器电容共模量补偿通常有电流源电荷补偿和电容电荷补偿两种方法。前者由于外部传感器分布式电阻R的存在，导致补偿电流不能太大，太大的电流会压缩补偿电流源的电压裕度，从而导致瞬间补偿电流降低、补偿电流不线性等现象，单位时间内补偿的电荷不确定。而电容式电荷补偿需要额外的电容，增加了硅片的面积成本。此外传统的电容补偿还需要一个驱动特性非常强的模拟缓冲器来给补偿电容充电，补偿的最大电荷为Vref*Ci，其中Vref为电源电压，接于放大器A0的正输入端，由于电容Ci的面积限制和模拟缓冲器动态范围的限制，补偿范围一般在几十pQ左右，补偿电荷量仅适合于小型和中型的外部电容传感器。

由于传统电容感应装置所具有的上述较长的复位时间和共模补偿时间、以及较高的共模补偿复杂度、较小的共模补偿范围，导致传统电容感应装置不能实现很快的刷新率。而且对后续ADC模块的动态范围、转换速率要求较高。从而使得整个触摸感应装置不仅具有较高的复杂度和功耗，而且没有获得相应的高性能，亟需改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速电容感应装置及电容信号检测方法，至少解决电容传感器扫描频率较低的问题。

根据本发明的第一方面，提供一种快速电容感应装置，包括：

信号共模补偿和积分电路，信号转移电路，信号测量电路；

所述信号共模补偿和积分电路包括积分电容Ci及其开关阵列，运算放大电路，采样电容Cx及其开关阵列，所述运算放大电路的负输入端同时连接所述积分电容Ci及其开关阵列的第一端、所述采样电容Cx及其开关阵列的第一端，所述运算放大电路的输出端同时连接所述积分电容Ci及其开关阵列的第二端、所述采样电容Cx及其开关阵列的第二端，所述运算放大电路的正输入端连接参考电压源RefRx，所述运算放大电路的负输入端还连接外部电容传感器；

所述信号转移电路复用所述采样电容Cx及其开关阵列；所述采样电容Cx及其开关阵列的第三端和第四端连接所述参考电压源RefRx，第五端连接所述信号测量电路的第一端；

所述信号测量电路的第二端连接所述参考电压源RefRx。

可选的，对于所述的快速电容感应装置，所述运算放大电路包括第一运算放大器opa1，所述第一运算放大器的正输入端即运算放大电路的正输入端，所述第一运算放大器的负输入端连接开关Sinn的第一端，开关Sinn的第二端即运算放大电路的负输入端，所述第一运算放大器的输出端即运算放大电路的输出端，开关Swresi跨接在所述运算放大器的负输入端和输出端之间，开关Sresi跨接在所述开关Sinn的第二端和所述运算放大器的输出端之间。