[发明专利]一种基于电荷补偿模拟前端的电容测量电路及测量方法

说明书

本申请提供了一种基于电荷补偿模拟前端的电容测量电路及测量方法，其根据实际的寄生电容值来自动设置补偿电容值，能够保证电容补偿的有效性，保证电容测量电路正常工作，提高电容测量的精度，其包括电荷补偿模拟前端模块、模拟/数字转换器、数字控制模块、抽取滤波器模块和基准电压模块；所述电荷补偿模拟前端模块的输入端与被测电容相连，所述电荷补偿模拟前端模块输出端与所述模拟/数字转换器输入端相连，其特征在于：所述电荷补偿模拟前端模块的输入端设置了补偿电荷阵列模块，所述补偿电荷阵列模块根据寄生电容值设置补偿电容值，所述电荷补偿模拟前端模块得到补偿电容阵列码和剩余电压，并将剩余电压输出到所述模拟/数字转换器。

技术领域

本发明涉及电容测量技术领域，特别是指一种基于电荷补偿模拟前端的电容测量电路及测量方法。

背景技术

现在许多智能设备的触摸屏电容为自电容类型，即被测电容的一端固定接地。这些电容的电容值需要被测量。现有技术中一般采用电容数字转换器对这些自电容进行测量。电容数字转换器的电容测量电路中有一个重要的组成部分是电荷补偿模拟前端。

现有技术中电容测量电路的电荷补偿模拟前端多采用电荷放大电路，基本的电荷放大电路存在的问题是：无法在寄生电容为100pF以上时正常工作。因为大寄生电容会产生大量的充电电荷,这些电荷进入电荷放大结构,会导致一个很大的电压阶跃。这个电压阶跃将浪费电压余度,并且如果通过增大反馈电容来减小这个电压值,则电容测量的精度会有所损失，达不到测量的要求。

现有技术中会采用电荷补偿结构来解决上述问题，但是由于电荷补偿结构中的补偿电容为固定值，会导致下述的两个问题：1.需要预先知道寄生电容的大小才能确定补偿电容的大小；2.若寄生电容是一个随温度和湿度而改变的电容,那么补偿就可能失效，并可能最终导致电容测量电路不能正常工作。

发明内容

针对现有的电容测量电路中电荷补偿结构的补偿电容值为固定值且需要预先确定寄生电容值才能确定，造成补偿电容值取值困难，寄生电容一旦发生改变可能导致补偿失效、电容测量电路可能无法正常工作的问题，本申请提供了一种基于电荷补偿模拟前端的电容测量电路，其能解决上述问题，能够保证电容补偿的有效性、电容测量电路正常工作，提高电容测量的精度。

其技术方案如下：一种基于电荷补偿模拟前端的电容测量电路，其包括电荷补偿模拟前端模块AFE、模拟/数字转换器ADC、数字控制模块、抽取滤波器模块和基准电压模块；所述电荷补偿模拟前端模块AFE的输入端与被测电容Cx相连，所述电荷补偿模拟前端模块AFE输出端与模拟/数字转换器ADC输入端相连，所述模拟/数字转换器ADC的输出端与抽取滤波器模块输入端相连；

其特征在于：所述电荷补偿模拟前端模块AFE的输入端设置了补偿电荷阵列模块，所述补偿电荷阵列模块根据寄生电容值设置补偿电容值并生成补偿电容阵列码，所述电荷补偿模拟前端模块AFE测得剩余电压并将其输出到模拟/数字转换器ADC；所述模拟/数字转换器对剩余电压进行过采样并进行模数转换产生过采样数字码流，然后将产生的过采样数字码流输出给抽取滤波器模块；所述抽取滤波器模块将数字码降频并低通滤波后得到最终的模拟/数字转换器输出数字码；最终电容测量的输出值为所述补偿电容阵列码和所述模拟/数字转换器输出数字码的相加。

进一步的，所述电荷补偿模拟前端模块AFE包括第一运算放大器CA、比较器COMP、补偿电荷阵列模块、单端转双端输出模块；

所述第一运算放大器CA的反相输入端连接被测电容Cx、寄生电容和补偿电荷阵列模块，同相输入端连接激励信号VEX；第一运算放大器CA的输出端连接比较器COMP的同相输入端和单端转双端输出模块的输入端，在第一运算放大器CA的输出端和反相输入端之间连接反馈电容Cfb和复位开关RST_CA，反馈电容Cfb和复位开关RST_CA并联；

比较器COMP的反相输入端连接共模电压VCM，比较器的VOUTN端和VOUTP端连接补偿电荷阵列模块。