电容传感器制造技术

感测电子设备可以用于测量诸如移动设备中的扬声器之类的部件的电容。感测电路(200)可以包括具有正弦波激励的电荷感测前端(204)、模数转换块(206)和数字解调器(208)。可以通过高频正弦波激励(212)来激励由感测电子设备测量所述部件(202)。可以通过使带通滤波器以激励信号的频率附近(例如，在激励信号的频率的5％以内)为中心，使用与激励信号同步的带通滤波器来执行对来自部件的输出的数字化。

Capacitance sensor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电容传感器
本公开内容涉及电子传感器。更具体地，本公开内容的部分涉及基于电容的传感器。
技术介绍
用于测量部件的电容的感测电路可以用于确定例如扬声器或物理传感器的电容。图1示出了电容传感器的一个示例。图1是例示了根据现有技术的使用跨阻抗放大器(TIA)的电容感测电路的框图。电路100可以包括耦合到部件102的TIA级104。TIA级104的输出提供给解调器106。解调后的信号提供给音频Δ-Σ模数转换器(ADC)108。ADC108在模拟电路和数字电路之间定义边界120。其他数字电路可以在节点110处耦合以接收代表部件102的电容值。基于TIA的电路100的一个缺点是低频1/f闪烁噪声会影响电路100的性能。此外，性能受到TIA级104的电阻器所引入的噪声电流的限制，TIA级104的电阻器的最大值由后续级的摆动限制来确定，在级106处的模拟解调和信号恢复给电路100增加额外的功率和失真，并且来自音频ADC108的闪烁噪声会影响低频性能。这里提到的缺点仅是代表性的，并且被包括在内只是为了强调存在对改进的电部件的需求，特别是对于诸如移动电话之类的消费级设备中采用的感测电路的需求。本文描述的实施例解决了某些缺点，但是未必一定是本文描述的或本领域已知的每一个缺点。此外，本文描述的实施例可以提供除解决上述缺点之外的优点，并且可以在除上述缺点的应用之外的其他应用中使用。
技术实现思路
操作用于以改善的操作来测量和数字化电容值的感测电子设备可以执行解调，并且可以在数字域中利用解调器和信号发生器来生成激励信号。这与上述在模拟域中执行解调和其他任务的基于TIA的常规电容传感器不同。这种感测电子设备的实施例可以包括具有正弦波激励的电荷感测前端、电压到数字转换块和数字解调器。可以通过高频正弦波激励来激励由感测电子设备测量的部件。可以通过使带通滤波器以激励信号的频率附近(例如，在激励信号的频率的5％以内)为中心，使用与激励信号同步的带通滤波器来执行对来自部件的输出的数字化。使用高频信号(诸如大约20千赫兹与1000千赫兹之间)减少了从部件测量的信号中的1/f闪烁噪声。高频信号可能在人类所识别的常用音频频带之外，该频带在20赫兹与20千赫兹之间。使用本文描述的高频激励信号的这种感测电子设备和感测方法提供了多个优点。电荷输入级具有改善的信噪比(SNR)，并且更不受干扰。基于减少的闪烁噪声贡献，改善了低频性能。此外，在数字域中执行信号处理减少了最终信号中的噪声、处理信号时消耗的功率、处理信号的电路的面积、以及改善的线性度。即，数字电路提供了基于在施加激励信号时来自部件的输出来确定电容的若干优点。可以在专用电路或通用处理器(诸如数字信号处理器(DSP))中执行数字处理。结合诸如上述用于感测电容的感测电路的电子设备可以受益于电子设备中的集成电路部件的改进的电容测量。例如，移动电话可以包括扬声器或具有未知电容或变化的电容的其他换能器。扬声器部件的电容可以由感测电路测量，并且可以用于控制来自扬声器的输出以改善声音质量。由电路提供的感测能力或由处理器执行的代码可以包括在音频控制器中。音频控制器还可以包括模数转换器(ADC)。ADC可以用于将诸如音频信号之类的模拟信号转换为模拟信号的数字表示。此类ADC或类似的数模转换器(DAC)可以用于具有音频输出的电子设备中，所述电子设备诸如音乐播放器、CD播放器、DVD播放器、蓝光播放器、头戴式耳机、便携式扬声器、耳机、移动电话、平板计算机、个人计算机、机顶盒、数字录像机(DVR)盒、家庭影院接收器、信息娱乐系统、汽车音频系统等。根据本专利技术的一个实施例，一种用于测量和数字化部件的电容值的电子电路可以包括具有正弦波激励的电荷感测模拟前端(AFE)，以创建与输入电容成比例的电压信号。所创建的电压信号可以被提供给用于将电压信号转换为数字代码的电压数字转换块，诸如电压模式ADC。可以将数字代码提供给数字解调器和滤波块，以处理数字代码并提供输入电容的数字表示。在该示例电路中，在由电压到数字转换模块转换为数字代码之后，在数字域中执行所创建的电压的处理。在一些实施例中，可以从电荷感测模拟前端(AFE)创建电流信号，而不是电压信号。所创建的电流信号可以用于使用电流模式ADC生成数字代码，并且该数字代码的处理类似于电压模式实施例。在一些实施例中，可以从部件创建电流信号并将该电流信号提供给电流模式ADC，并且该数字代码的处理类似于电压模式实施例。前面已经相当广泛地概述了本专利技术实施例的某些特征和技术优点，以便可以更好地理解以下详细描述。在下文中将描述形成本专利技术权利要求的主题的附加特征和优点。本领域普通技术人员应该理解，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实现相同或相似目的的其他结构的基础。本领域普通技术人员还应该认识到，这种等效构造不脱离所附权利要求书中所阐述的本专利技术的精神和范围。当结合附图考虑时，将从以下描述中更好地理解附加特征。但是，应该清楚地理解，提供每个附图仅是出于说明和描述的目的，而并不旨在限制本专利技术。附图说明为了更完整地理解所公开的系统和方法，现在结合附图参考以下描述。图1是例示根据现有技术的使用跨阻抗放大器(TIA)的电容感测电路的框图。图2是例示根据本公开内容的一些实施例的具有数字信号处理的感测电路的框图。图3是例示根据本公开内容的一些实施例的用于感测部件的电容的方法的流程图。图4是例示根据本公开内容的一些实施例的在模拟域中具有电流模式操作的感测电路的框图。图5A-5C是例示根据本公开内容的一些实施例的当测量部件的电容时在诸如图2的感测电路内的输出的曲线图。图6是例示了根据本公开内容的一些实施例的在激励频率附近的带通模数转换器(ADC)响应的曲线图。图7是例示根据本公开内容的一些实施例的解调器同相输出的曲线图。具体实施方式图2是例示根据本公开内容的一些实施例的具有数字信号处理的感测电路的框图。电路200可以包括具有未知电容的部件202。电容可以是由于部件202的制造过程中的变化而未知的固定未知量。电容也可以是在电路200的操作期间变化的变化的未知量。部件202的电容值可以用包括部件204、206、208、210和/或212的感测电路来测量。感测电路的输出是部件202的电容值的数字表示。可以连续监测电容值，以使得电容变化可以被检测到。在一些电路中，可以实时或接近实时地监测电容值，以检测电容的变化并允许其他电路响应该变化。感测电路可以包括电荷敏感的模拟前端(AFE)204。AFE204可以包括具有反馈回路的放大器204A，该反馈回路具有并联耦合的电阻器204B和电容器204C。当被来自激励源的激励信号激励时，AFE204可以创建与部件202的电容成比例的电压感测VSENSE信号。激励信号可以是具有高频率的正弦波激励信号，诸如在大约20千赫兹与1000千赫兹之间或在音频频带之外的另一频率。所创建的电压感测VSENSE信号从AFE204输出到模拟域中的附加电路，以转换为数字本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：/n带通模数转换器(ADC)，其被配置为接收与部件的电容成比例的输入信号，并被配置为输出数字信号；/n解调器，其耦合到所述带通ADC，并被配置为从所述带通ADC接收所述数字信号，并被配置为输出所述部件的所述电容的数字表示；以及/n激励源，其被配置为耦合到所述部件以将激励信号输出到所述部件，所述激励信号导致生成所述输入信号，其中，所述激励源耦合到所述解调器，以使所述解调器与所述激励信号同步。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170518 US 15/598,5821.一种装置，包括：
带通模数转换器(ADC)，其被配置为接收与部件的电容成比例的输入信号，并被配置为输出数字信号；
解调器，其耦合到所述带通ADC，并被配置为从所述带通ADC接收所述数字信号，并被配置为输出所述部件的所述电容的数字表示；以及
激励源，其被配置为耦合到所述部件以将激励信号输出到所述部件，所述激励信号导致生成所述输入信号，其中，所述激励源耦合到所述解调器，以使所述解调器与所述激励信号同步。


2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述带通ADC被配置为接收输入电流信号作为所述输入信号。


3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述带通ADC被配置为接收输入电压信号作为所述输入信号。


4.根据权利要求3所述的装置，还包括电荷感测前端，所述电荷感测前端耦合到所述带通ADC，并被配置为耦合到所述部件以基于所述部件的所述电容来生成所述输入电压信号。


5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述激励源包括正弦波激励源，所述正弦波激励源被配置为耦合到所述部件并且向所述部件施加正弦波以用于测量所述部件的所述电容，其中，所述解调器耦合到所述正弦波激励源，并被配置为与所述正弦波同步。


6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述正弦波激励源被配置为生成频率在大约20千赫兹与1000千赫兹之间的正弦波。


7.根据权利要求1所述的装置，还包括耦合到所述解调器的低通滤波器(LPF)。


8.根据权利要求1所述的装置，还包括换能器，其中，所述换能器耦合到所述带通ADC，并且其中，所述部件的所述电容为所述换能器的电容。


9.一种方法，包括：
向部件施加激励信号，所述激励信号导致生成与所述部件的电容成比例的输入信号；
利用带通模数转换器(ADC)将所述输入信号数字化以生成数字信号；以及
利用解调器对所述数字信号进行解调，以生成所述部件的所述电容的数字表示，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·L·梅兰桑，A·巴塔查里亚，A·汤姆森，E·史密斯，V·帕鲁帕利，M·梅，J·G·加博里欧，李君颂，
申请(专利权)人：思睿逻辑国际半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB