分放大器401反相輸入上存在的新電壓。例如，在一個(gè)積分周 期，C b將從V Mf- Δ VMf的舊電壓被驅(qū)動(dòng)至V Mf+ Δ VMf的新電壓，而在下一個(gè)半感測(cè)周期中的 隨后積分周期中，Cb將從V Mf+ Δ VMf的舊電壓被驅(qū)動(dòng)至V Mf+ Δ Vref的新電壓。因此，2 Δ V MfCB 的電荷從一流入C B，并導(dǎo)致V-從V ref ± Δ Vref改變2 Δ V refCB/CFB。
[0051] 圖5示出依照各種實(shí)施例的、跨電容性和新(如本文所述）絕對(duì)電容感測(cè)信號(hào)及模 式的示意圖(分別為310和520)的對(duì)照。部分310與圖3中的部分310相同。部分520例 示依照本文在圖4A、4B、6A-6D及圖7所述的實(shí)施例的、完整絕對(duì)電容性感測(cè)周期。在圖5 中，部分520例示絕對(duì)電容性感測(cè)模式的發(fā)射器和積分的結(jié)果信號(hào)(分別為V AbsInput和V wt)， 其中521是感測(cè)周期的第一半，并且522是電容性感測(cè)周期的第二半。每一個(gè)半感測(cè)周期 521或522包括預(yù)充電/復(fù)位階段T AbsP_ha_srt、以及積分階段TAbsIntegrate兩者。積分階段 是其中測(cè)量發(fā)生的時(shí)間段，并且也可被稱為測(cè)量階段。預(yù)充電/復(fù)位階段可包括僅復(fù)位(如 圖4A和4B所例示)，復(fù)位和預(yù)充電的某種組合(如圖6A-6D例示)，或如圖7例示的僅預(yù)充 電。可見，絕對(duì)電容性測(cè)量以減少的半感測(cè)周期(與圖3中例示的絕對(duì)電容性感測(cè)的傳統(tǒng)技 術(shù)相比）完成。盡管預(yù)充電/復(fù)位階段示出為與測(cè)量在其中發(fā)生的積分階段大體上相同的 時(shí)間長(zhǎng)度，應(yīng)領(lǐng)會(huì)，在本文描述的一些實(shí)施例中，預(yù)充電/復(fù)位階段比半感測(cè)周期中的積分 階段(諸如521或522)更短。在一些實(shí)施例中，例如，預(yù)充電/復(fù)位階段可能比半感測(cè)周期 中的積分階段(諸如521或522)短一個(gè)數(shù)量級(jí)或更多。另外，從圖5中可見，復(fù)位階段比圖 3中的預(yù)充電階段更短，這提供更高的感測(cè)頻率。應(yīng)注意，在一些實(shí)施例中，圖5中例示的預(yù) 充電/復(fù)位階段大體上等于使用相同傳感器電極的跨電容性感測(cè)的復(fù)位階段或比其更短。 當(dāng)跨電容性感測(cè)期間的復(fù)位階段可能是跨電容性積分階段的1/5U/10或更少時(shí)，這意味 著，圖5例示的預(yù)充電/復(fù)位階段大體上比圖3的320中例示的傳統(tǒng)絕對(duì)感測(cè)預(yù)充電階段 更短。另外，在一些實(shí)施例中，半感測(cè)周期(例如半感測(cè)周期521或522)中的預(yù)充電/復(fù)位 階段及積分階段的組合大體上等于使用相同傳感器電極完成的跨電容性感測(cè)的半感測(cè)周 期(例如311或312)或比其更短。另外，當(dāng)2AV Mf>Vdd/2,驅(qū)動(dòng)傳感器電極的絕對(duì)電容性感 測(cè)發(fā)射器信號(hào)與相關(guān)圖3描述的用于絕對(duì)電容性感測(cè)的傳統(tǒng)技術(shù)中相比，能夠具有更高的 調(diào)制幅度。
[0052] 在一個(gè)實(shí)施例中，如圖4B所例示，輸出由公式1給出。
[0053]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種使用具有輸出和差分第一和第二輸入的差分放大器的電容測(cè)量方法，所述方法 包括： 打開布置于傳感器電極和所述差分放大器的所述第二輸入之間的開關(guān)來發(fā)起復(fù)位階 段，其中所述傳感器電極和所述差分放大器被解耦； 復(fù)位反饋電容至第一電平電荷，所述反饋電容布置于所述第二輸入和所述輸出之間； 閉合所述開關(guān)來發(fā)起測(cè)量階段，其中所述第二輸入和所述傳感器電極被耦合，所述測(cè) 量階段包括： 平衡所述傳感器電極和所述反饋電容之間的電荷，使得傳感器電極電壓等于所述第一 輸入的電壓，等于所述第二輸入的電壓，并且所述傳感器電極充電至與其電容及所述第二 輸入的所述電壓成比例的值；以及 使用所述差分放大器對(duì)所述傳感器電極上的電荷進(jìn)行積分，使得絕對(duì)電容被測(cè)量。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 在所述測(cè)量階段后打開所述開關(guān)來發(fā)起第二次出現(xiàn)的所述復(fù)位階段；以及 在所述第二次出現(xiàn)的所述復(fù)位階段期間，復(fù)位所述反饋電容至第二電平電荷，其中電 荷的所述第一和第二電平不同。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 在跨電容性感測(cè)周期期間，使用所述差分放大器來測(cè)量所述傳感器電極上的結(jié)果電 荷，所述結(jié)果電荷對(duì)應(yīng)于所述傳感器電極和第二傳感器電極之間的電容性耦合，其中所述 第二傳感器電極已經(jīng)以發(fā)射器信號(hào)驅(qū)動(dòng)。
4. 一種電容測(cè)量電路，包括： 差分放大器，其包括： 差分第一和第二輸入；以及 輸出； 開關(guān)，其與所述第二輸入耦合，所述開關(guān)具有閉合狀態(tài)和打開狀態(tài)，其中所述第二輸入 在所述開關(guān)處于所述閉合狀態(tài)的測(cè)量階段與傳感器電極耦合，并且其中所述第二輸入在所 述開關(guān)處于所述打開狀態(tài)的復(fù)位階段與所述傳感器電極解耦； 反饋電容，其耦合在所述輸出和所述第二輸入之間； 復(fù)位機(jī)構(gòu)，其并聯(lián)地與所述反饋電容的至少一部分耦合，并配置成在第一次出現(xiàn)的所 述復(fù)位階段期間使所述反饋電容復(fù)位至第一電平電荷；以及 其中在所述測(cè)量階段期間，所述差分放大器進(jìn)行操作以在平衡所述第一和第二輸入上 的電壓的同時(shí)將所述傳感器電極充電至與所調(diào)制基準(zhǔn)電壓關(guān)聯(lián)的電壓電平，其中所述所調(diào) 制基準(zhǔn)電壓與所述第一輸入耦合，并且所述差分放大器進(jìn)行操作以對(duì)所述傳感器電極上的 電荷進(jìn)行積分來測(cè)量對(duì)應(yīng)于所述傳感器電極和輸入對(duì)象之間的耦合的電容。
5. 如權(quán)利要求4所述的電路，其中所述復(fù)位機(jī)構(gòu)還配置成在第二次出現(xiàn)的所述復(fù)位階 段期間，使所述反饋電容復(fù)位至第二電平電荷，其中電荷的所述第一和第二電平不同。
6. 如權(quán)利要求4所述的電路，其中所述反饋電容配置成在所述復(fù)位階段期間預(yù)充電。
7. 如權(quán)利要求4所述的電路，其中所述反饋電容的至少一部分充當(dāng)增加所述差分放大 器的動(dòng)態(tài)范圍的電荷減法器。
8. 如權(quán)利要求4所述的電路，其中所述復(fù)位階段比所述測(cè)量階段更短。
9. 如權(quán)利要求8所述的電路，其中所述復(fù)位階段比所述測(cè)量階段短至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。
10. 如權(quán)利要求4所述的電路，其中所述所調(diào)制基準(zhǔn)電壓的所述電壓電平按所述電路 的不同操作模式變化。
11. 如權(quán)利要求4所述的電路，其中所述測(cè)量階段是絕對(duì)電容測(cè)量階段。
12. 如權(quán)利要求4所述的電路，其中所述反饋電容由多個(gè)可選電容器形成。
13. -種輸入裝置，包括： 第一傳感器電極； 差分放大器，其包括： 差分第一和第二輸入；以及 輸出； 開關(guān)，其與所述第二輸入耦合，所述開關(guān)具有閉合狀態(tài)和打開狀態(tài)，其中所述第二輸入 在所述開關(guān)處于所述閉合狀態(tài)的測(cè)量階段與所述第一傳感器電極耦合，并且其中所述第二 輸入在所述開關(guān)處于所述打開狀態(tài)的復(fù)位階段與所述第一傳感器電極解耦； 反饋電容，其耦合在所述輸出和所述第二輸入之間； 復(fù)位機(jī)構(gòu)，其并聯(lián)地與所述反饋電容的至少一部分耦合，并配置成在第一次出現(xiàn)的所 述復(fù)位階段期間使所述反饋電容復(fù)位至第一電平電荷；以及 其中在所述測(cè)量階段期間，所述差分放大器進(jìn)行操作以在平衡所述第一和第二輸入上 的電壓的同時(shí)將所述第一傳感器電極充電至與所調(diào)制基準(zhǔn)電壓關(guān)聯(lián)的電壓電平，其中所述 所調(diào)制基準(zhǔn)電壓與所述第一輸入耦合，并且所述差分放大器進(jìn)行操作以對(duì)所述第一傳感器 電極上的電荷進(jìn)行積分來測(cè)量對(duì)應(yīng)于所述傳感器電極和輸入對(duì)象之間的耦合的電容。
14. 如權(quán)利要求13所述的輸入裝置，還包括： 第二傳感器電極； 發(fā)射器，其與所述第二傳感器電極耦合并配置成驅(qū)動(dòng)發(fā)射器信號(hào)到所述第二傳感器電 極上；以及 其中，在所述輸入裝置的跨電容性感測(cè)周期期間，所述差分放大器還配置成測(cè)量對(duì)應(yīng) 于所述第一和第二傳感器電極之間的電容性耦合的所述第一傳感器電極上的結(jié)果電荷。
15. 如權(quán)利要求14所述的輸入裝置，其中所述跨電容性感測(cè)周期的所述復(fù)位階段和跨 電容性復(fù)位階段的時(shí)間長(zhǎng)度大體上相等。
16. 如權(quán)利要求13所述的輸入裝置，其中所述復(fù)位階段比所述測(cè)量階段更短。
17. 如權(quán)利要求13所述的輸入裝置，其中所述所調(diào)制基準(zhǔn)電壓包括關(guān)于基準(zhǔn)電壓對(duì)稱 的波形。
18. 如權(quán)利要求13所述的輸入裝置，其中所述復(fù)位機(jī)構(gòu)還配置成在第二次出現(xiàn)的所 述復(fù)位階段期間使所述反饋電容復(fù)位至第二電平電荷，其中電荷的所述第一和第二電平不 同。
19. 如權(quán)利要求13所述的輸入裝置，其中所述反饋電容配置成在所述復(fù)位階段期間預(yù) 充電。
20. 如權(quán)利要求13所述的輸入裝置，其中所述反饋電容的至少一部分充當(dāng)增加所述差 分放大器的動(dòng)態(tài)范圍的電荷減法器。
21. 如權(quán)利要求13所述的輸入裝置，其中所述所調(diào)制基準(zhǔn)電壓的所述電壓電平按所述 輸入裝置的不同操作模式變化。
22. 如權(quán)利要求13所述的輸入裝置，其中所述測(cè)量階段是絕對(duì)電容測(cè)量階段。
23. 如權(quán)利要求13所述的輸入裝置，其中所述反饋電容由多個(gè)可選電容器形成。
24. 如權(quán)利要求13所述的輸入裝置，其中所述第一傳感器電極在所述復(fù)位階段期間電 性浮動(dòng)。
25. 如權(quán)利要求13所述的輸入裝置，其中所述所調(diào)制基準(zhǔn)電壓在所述復(fù)位階段的開始 進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
【專利摘要】差分放大器具有輸出和差分第一和第二輸入。布置于傳感器電極和第二輸入之間的開關(guān)被打開以發(fā)起復(fù)位階段，其中傳感器電極和差分放大器被解耦。使布置于第二輸入和輸出之間的反饋電容復(fù)位至第一電平電荷。開關(guān)被閉合來發(fā)起測(cè)量階段，其中第二輸入與傳感器電極被耦合。在測(cè)量階段：電荷在傳感器電極和反饋電容之間平衡，使得傳感器電極電壓等于第一輸入的電壓，等于第二輸入的電壓，并且傳感器電極充電；以及差分放大器用于對(duì)傳感器電極上的電荷進(jìn)行積分，使得絕對(duì)電容被測(cè)量。
【IPC分類】G01R27-26, G06F3-041, G06F3-044
【公開號(hào)】CN104603728
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380047249
【發(fā)明人】F.沙羅希, A.施瓦茨, S.莎帕尼亞, J.K.雷諾, T.S.達(dá)塔羅
【申請(qǐng)人】辛納普蒂克斯公司
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2013年7月12日
【公告號(hào)】US20140021966, WO2014014785A1