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專利名稱：電容檢測裝置和電容檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種即使在噪聲多的環(huán)境下也能夠檢測微小的靜電電容的變化的電容檢測裝置和電容檢測方法。
背景技術(shù)：
以往，提出了幾種用于檢測微小的電容變化的電容檢測裝置。例如，提出了如下的電容檢測裝置充電未知的傳感器電容，將該電荷量傳送給其他固定電容元件的同時，監(jiān)視該電壓，從而檢測傳感器電容的變化(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。此外，提出了如下的電容檢測裝置通過傳感器電容使充電到固定電容元件的電荷量放電的同時，與固定電壓比較傳感器電容的電壓，從而檢測傳感器的電容的變化(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。圖43表示專利文獻(xiàn)1記載的電容檢測裝置的示意結(jié)構(gòu)。該圖所示的Cx是包括手指和其他寄生電容的傳感器電容，Cs是實際測量電壓的固定電容元件。最初將開關(guān)SWl和 SW2都斷開(OFF)，接通(ON)開關(guān)SW3，從而使固定電容元件Cs的電荷量復(fù)位(reset)。接著，將全部開關(guān)SW全都斷開之后，接通開關(guān)SWl且將其他開關(guān)SW斷開，向傳感器電容Cx充電至電源電壓Vdd為止。之后，再次將全部開關(guān)SW全都斷開之后，接通開關(guān)SW2且將其他開關(guān)SW斷開，將傳感器電容Cx的電荷量傳送到固定電容元件Cs。此時傳送到固定電容元件Cs的電荷量是根據(jù)傳送前的固定電容元件Cs的電荷量，以電壓平衡的條件決定的。在不復(fù)位傳感器電容Cs的電荷的情況下，重復(fù)將開關(guān)SW1、SW2交替地接通(其中包括將全部開關(guān)SW斷開的步驟)的充電時序(sequence)。由此，固定電容元件Cs的端子間電位Vs如圖44所示那樣漸漸上升。因此，如圖45所示，對為了判別有無(接觸/非接觸)手指所引起的傳感器電容 Cx的大小的差異而測量出的電壓Vs設(shè)定比較電壓Vref。由于在有手指時的傳感器電容 Cx(IlpF)和沒有手指時的傳感器電容Cx (IOpF)中，Vs的上升時間不同，且與比較電壓Vref 的交點不同，所以能夠判別為超過比較電壓Vref時的充電時序的次數(shù)T的差異。若由計算式表示Vs的電壓，則如下。數(shù)學(xué)式1
權(quán)利要求
1.一種電容檢測裝置，其特征在于，包括 開關(guān)單元，其用于連接到被檢測電容；一個或多個分配電容，被分配充電到所述被檢測電容的電荷； 電壓電平供給單元，其供給用于對所述分配電容進(jìn)行初始化和電荷分配的多個電壓電平；以及電荷放大器，其將分配到所述分配電容的電荷作為電荷量來取出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容檢測裝置，其特征在于，從所述被檢測電容互補(bǔ)地向所述多個分配電容分配電荷，以作為相反極性的電荷量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電容檢測裝置，其特征在于， 所述被檢測電容是連接到脈沖供給源的耦合電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一項所述的電容檢測裝置，其特征在于， 所述電荷放大器是單端或全差動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一項所述的電容檢測裝置，其特征在于，所述電容檢測裝置是將所述多個分配電容分為多個組，在組間使初始化和電荷分配的時刻和電荷量的取出時刻不同，從而使多個組并列動作的流水線結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的任一項所述的電容檢測裝置，其特征在于， 所述分配電容能夠根據(jù)所述被檢測電容的大小而改變大小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任一項所述的電容檢測裝置，其特征在于， 所述電容檢測裝置包括可變電容，其用于從所述分配電容減去無效電荷；以及脈沖驅(qū)動單元，其用于對所述可變電容進(jìn)行脈沖驅(qū)動。
8.一種電容檢測裝置，其特征在于，包括第一開關(guān)，其以規(guī)定周期將用于充電被檢測電容的電壓電平切換為多個電壓電平，并且切斷向所述被檢測電容供給所述電壓電平，來切換充電動作； 多個分配電容，被分配充電到所述被檢測電容的電荷；第二開關(guān)，其與所述被檢測電容的充電動作對應(yīng)地，分別用多個電壓電平初始化所述多個分配電容；第三開關(guān)，其按照從所述被檢測電容互補(bǔ)地向所述多個分配電容分配電荷，以作為相反極性的電荷量的方式，與所述第一和第二開關(guān)一同切換所述被檢測電容與所述各分配電容之間的連接；以及電荷放大器，其將充電到所述分配電容的電荷變換為電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電容檢測裝置，其特征在于，通過將連接在所述電荷放大器的后級的比較器的輸出設(shè)為邏輯輸出，并將該邏輯輸出作為電荷量經(jīng)由反饋電容而反饋到所述電荷放大器的輸入中，從而構(gòu)成δ Σ調(diào)制器，利用連接在比較器的后級的數(shù)字濾波器，將該邏輯輸出變換為數(shù)字值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電容檢測裝置，其特征在于，所述電容檢測裝置包括如下的機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)包含在所述被檢測電容中且對檢測對象的接近檢測無效的固定電荷量的大小，改變所述分配電容的大小。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的電容檢測裝置，其特征在于，所述電容檢測裝置包括如下的機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)檢測對象的接近所引起的檢測電容之差的大小，改變所述電荷放大器的反饋電容和δ Σ調(diào)制器的反饋電容。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11的任一項所述的電容檢測裝置，其特征在于，所述電容檢測裝置包括輸入部，該輸入部能夠切換所述被檢測電容的差動輸入和單端輸入。
13.一種電容檢測方法，其特征在于，包括以規(guī)定周期將用于充電被檢測電容的電壓電平切換為多個電壓電平，并且切斷向所述被檢測電容供給所述電壓電平，來切換充電動作的步驟；與所述被檢測電容的充電動作對應(yīng)地，分別用多個電壓電平初始化被分配充電到所述被檢測電容的電荷的多個分配電容的步驟；從所述被檢測電容互補(bǔ)地向所述多個分配電容分配電荷，以作為相反極性的電荷量的步驟；以及將充電到所述分配電容的電荷變換為電壓的步驟。
14.一種電容檢測方法，其特征在于，包括用第一電壓電平對被檢測電容進(jìn)行充電的步驟；將充電到所述被檢測電容的電荷分配給以規(guī)定的電壓電平被初始化的第一分配電容的步驟；用第二電壓電平對被檢測電容進(jìn)行充電的步驟；向電容與所述第一分配電容相等且以不同于所述第一分配電容的電壓電平被初始化的第二分配電容互補(bǔ)地分配充電到所述被檢測電容的電荷，以作為相反極性的電荷量的步驟·’以及將充電到所述第一分配電容和所述第二分配電容的電荷變換為電壓的步驟。
全文摘要
本發(fā)明的電容檢測裝置和電容檢測方法即使在噪聲多的環(huán)境下，也能夠穩(wěn)定地檢測靜電電容的變化。該電容檢測裝置包括以規(guī)定周期將用于充電被檢測電容(Cf、Cs)的電壓電平切換為多個電壓電平的開關(guān)(SW1、SW2)；被分配充電到被檢測電容(Cf、Cs)的電荷的多個分配電容(Cdp、Cdn)；以規(guī)定周期將用于初始化分配電容(Cdp、Cdn)的電壓電平設(shè)定為多個電壓電平的第二開關(guān)(SW5、SW6)；按照從被檢測電容(Cf、Cs)互補(bǔ)地向分配電容分配電荷來作為相反極性的電荷量的方式，切換連接的其他開關(guān)(SW3、SW4)；以及將充電到分配電容(Cdp、Cdn)的電荷變換為電壓的電荷放大器(12)。
文檔編號G01R27/26GK102221646SQ201110065420
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月15日
發(fā)明者大井基史, 尾屋隼一郎, 澤田石智之, 藤由達(dá)巳 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社