[发明专利]一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路及方法

说明书

本发明提供一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路及方法，传感器电容上极板分别连接p端寄生电容和p端四相工作开关电路的四个开关，n端寄生电容上极板分别连接n端四相工作开关电路的四个开关；p端四相工作开关电路和n端四相工作开关电路的四个开关分别对应工作在四个相位时钟周期，且其中均有两个开关分别连接电源和地线，剩余的p端四相工作开关电路开关和n端四相工作开关电路的开关两两连接形成第一支路和第二支路，所述第一支路接入积分器X1正输入端，第二支路接入积分器X1负输入端，能够实现积分器X1正负端同时积分，从而消除正负端的共模寄生电容，提高电容传感器的精度。

技术领域

本发明属于测量电变量技术领域，尤其涉及一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路及方法。

背景技术

响应于物理刺激的变化而表现出电容变化的电容传感器是很常见的。电容式传感器广泛应用于生物医学、触摸开关技术、接近感应、指纹识别、汽车应用、机器人和各种运动传感器。

现有技术中基于Σ-Δ模数转换器的电容直接转换型单极板电容传感器具有较高的精度和稳健性、较简单的结构和较低的功耗。然而，随着电容传感器应用领域的发展变化，电容传感器待测电容值可能较小，一般为pF量级甚至是fF量级，在很多情况下信号电容比测量电路中的寄生电容要小得多，要实现如此小电容的测量它们需要更复杂的前端电路，现有技术中的连接传感器与电子线路的引电缆电容、电子线路的杂散电容，传感器内极板与周围导体构成的电容以及IO接口等所形成的寄生电容相对于传感器电容来说一般较大，这会降低传感器的灵敏度和精度。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路及方法，能够很好的抵消电容传感器的寄生电容，从而提高电容传感器的精度。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路，其特征在于，包括传感器电容、p端寄生电容、n端寄生电容、p端四相工作开关电路、n端四相工作开关电路、积分器X1、积分器X2、比较器X3和反馈数模转换器X4；

所述传感器电容的上极板连接p端或n端；

p端寄生电容连接p端四相工作开关电路的四个开关，所述n端寄生电容上极板分别连接n端四相工作开关电路的四个开关；所述p端四相工作开关电路和n端四相工作开关电路的四个开关分别对应工作在一个时钟周期的四个相位，每个相位占空比为四分之一周期，且其中均有两个开关分别连接电源和地线，剩余的p端四相工作开关电路开关和n端四相工作开关电路的开关两两连接形成第一支路和第二支路，用于对传感器电容和p端寄生电容进行充电和积分，对n端寄生电容进行充电和积分，平衡p端和n端寄生电容的共模部分；

所述第一支路接入积分器X1正输入端，第二支路接入积分器X1负输入端；所述积分器X1、积分器X2级联和比较器X3级联；所述比较器X3输出端接入反馈数模转换器X4的输入端，所述反馈数模转换器X4的输出端分别接入第一支路和第二支路。

进一步，所述p端四相工作开关电路包括开关Scp1、开关Scp2、开关Scp3和开关Scp4；所述传感器电容下极板接地，上极板分别连接p端寄生电容正极、开关Scp1、开关Scp2、开关Scp3和开关Scp4的一端，所述p端寄生电容负极接地，开关Scp1另一端接地并工作在Φ1相，开关Scp2另一端连接积分器X1正输入端并工作在Φ2相，开关Sp3另一端连接有第一电源VDD并工作在Φ3相，开关Sp4另一端连接积分器X1负输入端并工作在Φ4相，用于对传感器电容和p端寄生电容进行充电和积分；