电容式感测系统被配置用以感测电容值并将感测的电容值转换为数字格式。所述电容式感测系统提供了良好的选择性以及对噪声和干扰的抵抗力，其能够通过启用扩频激励而得到进一步的增强。在某些实施方式中，所述电容式感测系统利用产生限于窄频带的低电磁辐射的正弦激励信号。在某些实施方式中，所述电容式感测系统被配置用以工作在扩频模式中，在其中大部分激励信号功率被携带于分配的带宽中。所述扩频激励信号的激励频率和带宽可以在宽范围内编程，这使得可以避免工作环境中的频率冲突。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电容式感测领域。更具体地，本专利技术涉及感测电容值并将感测到的值 转换为数字格式的领域。
技术介绍
电容式感测是用于基于电容耦合效应而检测接近度、位置等的技术。电容耦合是 能量借助于电路节点间的电容在电气网络内的转移。电容耦合通常通过将电容器与待耦合 的信号串行安置而实现。电容式感测作为人机界面技术而日益流行，例如用于许多消费电 子产品中的笔记本电脑触控板和触摸屏显示器，以及接近度感测，例如用于汽车的遥控车 门开关系统，但其当然不仅限于这些应用。例如，电容式触摸屏面板是通常由涂有比如铟锡氧化物的材料的玻璃制成的传感 器。这种类型的传感器基本上是电容器，其中的极板是水平和垂直轴之间网格图案的重叠 区。由于人体也导电，在传感器表面的触摸将会影响到电场并且在设备的电容中造成可测 量的变化。这些传感器基于接近度工作，并且不需要被直接触摸来触发。大体而言，存在多种用于电容式感测的常规方法。这些方法基于电荷再分布原理、 对通过所感测的电容的电流的直接测量、RC时间常数的测量，或者对包含有所感测的电容 的振荡器中的频率的测量。Sigma-delta电容式传感器是电荷再分布传感器的子类。在许 多应用中，电容式传感器免受在传感器工作频率以外的频率上的干扰和噪声的影响是重要 的。换言之，电容式传感器输入应当表现出高度的选择性并且排斥除工作频率以外的所有 频率。同时重要的是，传感器电磁辐射较低并且其被限制在工作频率周围的频带内。现有 电容式传感器缺乏上述特点。
技术实现思路
电容式感测系统的实施方式被配置用以感测电容值并将感测到的电容值转换为 数字格式。电容式感测系统提供了良好的选择性和对噪声与干扰的抵抗力，其能够通过启 用扩频激励而得到进一步的增强。在某些实施方式中，电容式感测系统利用造成限于狭窄 频带的低电磁辐射的正弦激励信号。在某些实施方式中，电容式感测系统被配置用以在扩 频模式中工作，在其中大部分激励信号功率被携带于分配的带宽中。除非另有规定，在此对 “激励信号”的提及指的是扩频激励信号或者正弦激励信号。扩频激励信号的激励频率和 带宽可以在宽范围内编程，这使得可以避免工作环境中的频率冲突。电容式系统还提供了 电容到数字转换的优异的差分线性、对注入电容式传感器输入的DC电流的抵抗力、低复杂 度，以及低功耗。电容式感测系统可以被实施为任何利用接近度或位置的设备的一部分，这 样的设备包括但不限于比如由汽车所使用的比如遥控车门开关系统的接近度和触摸传感 器，并且可以被实施为利用触摸屏显示器的设备的一部分，这样的设备例如手机、个人数字 助理(PDA)、比如MP3播放器的音乐播放器，和计算设备。在一方面，公开了一种电容式感测设备。该电容式感测设备包括感测的电容器；4信号发生器，被配置用以生成数字本机振荡器信号和激励信号；电容至振幅转换器，连接到 感测的电容器和信号发生器，其中电容至振幅转换器被配置用以根据激励信号将接收自感 测的电容器的测量的电容转换为AC信号，该AC信号具有与测量的电容成正比的振幅；解调 器，连接到电容至振幅转换器以接收AC信号并且连接到信号发生器以接收数字本机振荡 器信号，其中解调器被配置用以输出与AC信号成正比的DC分量并且输出AC分量；以及模 数转换器，连接到解调器的输出，其中模数转换器被配置用以输出与正比于测量的电容的 DC分量成正比的数字转换值。在某些实施方式中，信号发生器是直接数字合成正弦波发生 器。模数转换器可以被配置用以完全抑制输出自解调器的AC分量。在某些实施方式中，模 数转换器是积分模数转换器，其具有等于激励信号周期的整数倍的积分周期，从而完全抑 制输出自解调器的AC分量。电容式感测设备还可以包括时钟发生器，其被连接用以向模数 转换器和信号发生器提供相同的时钟信号。在这种情况下，信号发生器根据时钟信号生成 数字本机振荡器信号和激励信号。信号发生器可以被配置用以调节数字本机振荡器信号与 激励信号间的相位，以补偿电容至振幅转换器中的相移。在某些实施方式中，输入到解调器 的AC信号和数字本机振荡器信号的相位是同相的。电容式感测设备还可以包括数模转换 器，其连接在信号发生器和电容至振幅转换器之间。模数转换器可以被配置用以对偏移误 差并且对电容式感测设备的传感器增益误差做出补偿。在某些实施方式中，激励信号是扩 频激励信号。在其他实施方式中，激励信号是正弦激励信号。在某些实施方式中，信号发生 器被配置为，使扩频激励信号的激励频率和带宽能够被编程。在另一方面，公开了转换测量的电容的方法。该方法包括测量电容、生成数字本 机振荡器信号和激励信号、根据激励信号转换测量的电容以形成具有正比于测量的电容的 振幅的AC信号、将AC信号和数字本机振荡器信号相乘以形成具有正比于AC信号的DC分 量以及AC分量的解调信号、以及将解调信号转换为与正比于测量的电容的DC分量成正比 的数字转换值。在某些实施方式中，将解调信号转换为数字转换完全抑制了解调信号的AC 分量。在某些实施方式中，将解调信号转换为数字转换包括等于激励信号周期的整数倍的 积分周期，从而完全抑制解调信号的AC分量。该方法还可以包括使用相同的时钟信号来生 成数字本机振荡器信号和激励信号，并且将解调信号转换为数字转换值。在某些实施方式 中，生成数字本机振荡器信号和激励信号包括调节数字本机振荡器信号与激励信号间的相 位，以在转换测量的电容的同时补偿相移。在某些实施方式中，AC信号和数字本机振荡器 信号的相位是同相的。该方法还可以包括在对电容值的每次测量前校准偏移误差和传感器 增益误差。传感器增益误差和偏移误差可以通过在测量的电容的每次转换之前测量全量程 电容和偏移误差而得到补偿。该方法还可以包括在将电容值转换为数字转换值的同时对偏 移误差和对传感器增益误差做出补偿。在某些实施方式中，激励信号是扩频激励信号。在 某些实施方式中，扩频激励信号的激励频率和带宽是可编程的。在某些实施方式中，扩频激 励信号的频率通过改变用来生成扩频激励信号的频率控制字而被连续地上扫和下扫。在其 他实施方式中，激励信号是正弦激励信号。附图说明图1示例说明了根据一实施方式的电容式感测系统的范例框图。图2示例说明了根据一实施方式的，连接到图1的感测的电容器Cx和参考电容器5Cref的电容至振幅转换器的范例示意图。图3示例说明了根据一实施方式的，图1的混合解调器和放大器的范例示意图。图4A示例说明了根据一实施方式的，图1的ADC 50的范例框图。图4B示例说明了在图4A中的积分器120的输出的电压值Vl和在图4A中的积分 器130的输出的电压值V2的四个阶段上的范例电压随时间变化图。图5示例说明了在扩频模式中作为时间的函数的范例DDS频率控制字的值。图6示例说明了由图5的DDS频率控制字的应用所导致的扩频激励信号的范例频 谱图。图7示例说明了根据一实施方式的频率控制字生成器的范例框图。图8示例说明了根据一实施方式的DDS正弦波发生器的范例框图。本电容式感测系统的实施方式关于这几个视图而被描述。在合适时并且仅在相同 元件被公开并示出于一幅以上的附图中时，将会使用相同的附图标记来表示这些相同的元 件。具体实施例方式本申请的实施方式针对电容式感测系统。本领域内的普通技术人员将会明白，电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电容式感测设备，包括：ａ）感测的电容器；ｂ）信号发生器，其被配置用以生成数字本机振荡器信号和激励信号；ｃ）电容至振幅转换器，其被连接到所述感测的电容器和所述信号发生器，其中所述电容至振幅转换器被配置用以根据激励信号将接收自感测的电容器的测量的电容转换为ＡＣ信号，所述ＡＣ信号具有正比于所述测量的电容的振幅；ｄ）解调器，其被连接到所述电容至振幅转换器以接收所述ＡＣ信号并且被连接到所述信号发生器以接收所述数字本机振荡器信号，其中所述解调器被配置用以输出正比于所述ＡＣ信号的ＤＣ分量，并且用以输出ＡＣ分量；以及ｅ）模数转换器，其被连接到所述解调器的输出，其中模数转换器被配置用以输出与正比于测量的电容的ＤＣ分量成正比的数字转换值。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：JA特特尔瓦克，PW卡尔索夫，
申请(专利权)人：马克西姆综合产品公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。