电容式感应元件的感测电路及其方法技术

本发明专利技术公开了一种电容式感应元件的感测电路及其方法，首先，施加一物理量于一电容式感应元件及一参考电容元件，以产生一输出信号，一感应器感测该输出信号而产生一回授信号，一控制电路将根据回授信号而分别产生交流的一感测信号及一参考信号，并将感测信号及参考信号分别输入至电容式感应元件及参考电容元件，以控制调整输出信号达到设定的一额定值，藉此，本发明专利技术感测电路以回授方式调整其感测状态，并计算感测信号及参考信号的信号变化量，即可得到电容式感应元件的电容变化量，进而得知施加于感测电路的物理量变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种电容式感应元件的感测电路及方法，尤指一种可感 测电容式感应元件的电容变化量的感测电路及其方法。
技术介绍
请参阅图1 ，为现有技术电容型感应元件的感测电路的电路示意图。如图l所示，感测电路10的主要结构包括有一直流偏压源(dcbias)11、 一电容式感 应元件13、 一高阻抗组件15及一初级放大器17。直流偏压源11的正端连接电容式感应元件13的其中一端，其负端连接高 阻抗组件15的其中一端。而电容式感应元件13及高阻抗组件15的另一端与 该放大器17的输入端共连接于一第一节点131。此外，该电容式感应元件13 为 一可变电容的感应元件。另，初级放大器17，例如 一运算放大器，具有-高输入阻抗，因此， 直流偏压源11所产生的电流I，将无法流向高阻抗组件15及初级放大器17， 并且在第一节点131上的电压将接近于零。而经由运算推导将可得到以下公式△Cs=(AVs/Vs)*Cs 因此，由上述公式得知电容式感应元件13的电容变化量ACs将与直流偏 压源11的电压变化量AVs呈现正比的关系，并藉由公式的计算即可检测出电 容式感应元件13的电容变化量ACs。现有感测电路IO使用直流方式检测一施加于电容式感应元件13上的物理 量，例如声波，并且一般声波范围大约落在100Hz至10KHz低频间。若， 使用直流方式感测此低频声波，将容易受到低频噪声的千扰，而最后将影响到 感测的结果。
技术实现思路
本专利技术的主要目的，在于提出一种， 是以回授方式调整其感测状态，并计算输入于电容式感应元件及参考电容元件 的感测信号及参考信号的信号变化量，即可得到电容式感应元件的电容变化 量，进而得知施加于感测电路的物理量变化。本专利技术的次要目的，在于提出一种， 是以交流方式感测施加于电容式感应元件上的物理量，将可避免低频噪声的干 扰，以得到精准的感测结果。为此，本专利技术提供一种电容式感应元件的感测电路，其主要结构包括有 一电容式感应元件，可接收一外在物理量，并藉此产生电容变化； 一参考电容 元件，连接该电容式感应元件于一第一节点，并且在第一节点上产生有一输出 信号； 一感应器，连接该第一节点，用以感测该输出信号，并产生一回授信号； 及一控制电路，分别连接该电容式感应元件、该参考电容元件及该感应器，用 以接收该回授信号，并藉此以产生一感测信号及一参考信号，感测信号将传送 至该电容式感应元件，而参考信号则传送至该参考电容元件。本专利技术另提供一种电容式感应元件的感测电路，其主要结构包括有一 电容式感应元件，可接收一外在物理量，以产生电容变化，并产生一感测电流； 一参考电容元件，用以产生一参考电流； 一感应器，分别连接该电容式感应元 件及该参考电容元件，以感测该感测电流及该参考电流，并产生一回授信号； 及一控制电路，分别连接该电容式感应元件、该参考电容元件及该感应器，用 以接收该回授信号，并藉此以产生一感测信号及一参考信号，感测信号将传送 至该电容式感应元件，而参考信号则传送至该参考电容元件。又，本专利技术提供一种电容式感应元件的感测方法，其主要步骤包括有 施加一物理量于一电容式感应元件及一参考电容元件上，以产生一输出信号； 感测该输出信号，以产生一回授信号；产生一感测信号及一参考信号根据该回 授信号；输入该感测信号至该电容式感应元件，且输入该参考信号至该参考电 容元件，藉此以调控该输出信号至一额定值；及计算该感测信号及该参考信号 的信号变化量，藉此以得到该电容式感应元件的电容变化量。附图说明图1:为现有技术电容型感应元件的感测电路的电路示意图2:为本专利技术电容式感应元件的感测电路一较佳实施例的电路示意图;图3:为本专利技术控制电路一较佳实施例的电路示意图4:为本专利技术电容式感应元件的感测电路另一实施例的电路示意图； 图5:为本专利技术电容式感应元件的感测方法一较佳实施例的步骤流程图。主要组件符号说明10感测电路11直流偏压源13电容式感应元件131第一节点15高阻抗组件17初级放大器20感测电路21控制电路211运算控制器213信号驱动器215信号产生器23电容式感应元件25参考电容元件26第一节点27感应器271回授信号30感测电路31控制电路33电容式感应元件35参考电容元件37感应器371回授信号具体实施例方式首先，请参阅图2，为本专利技术电容式感应元件的感测电路一较佳实施例的电路示意图。如图所示，电容式感应元件的感测电路20的主要结构包括有一控制电路21、 一电容式感应元件23、 一参考电容元件25及一感应器27。 其中电容式感应元件23、参考电容元件25及感应器27连接于一第一节点26， 而控制电路21分别连接至电容式感应元件23、参考电容元件25及感应器27。 本专利技术感测电路20是以回授方式调整其感测状态。当一物理量P施加于 电容式感应元件23时，电容式感应元件23将产生一感测电流Is，同时间参考 电容元件25也将产生-一参考电流Ir，并且参考电流Ir为感测电流Is的反向电 流，而感测电流Is及参考电流Ir间的电流差，将在第一节点26产生负载的输 出信号Vo(t)。此外，电容式感应元件23为一可变电容的电容元件，而参考电容元件25为一固定电容值的电容元件。感应器27可感测第一节点26上的输出信号Vo(t)，而产生一回授信号271 。 控制电路21接收回授信号271，并根据回授信号271产生一感测信号Vs(t)及 一参考信号Vr(t)。该感测信号Vs(t)及该参考信号Vr(t)皆为交流信号，两者为 频率相同且大致反相的同歩波形，并且两者间的相位差及振幅将根据回授信号 271所控制。控制电路21将感测信号Vs(t)及参考信号Vr(t)分别输入于电容式感应元件 23及参考电容元件25，并且电容式感应元件23及参考电容元件25所产生的 感测电流Is及参考电流Ir将根据感测信号Vs(t)及参考信号Vr(t)的控制量而改 变，此外，第一节点26上的输出信号Vo(t)也将因此回授控制而达到感测电路 20所设定的一默认值。如上所述，将可得电路公式(1)及(2):Vs(t)-Vo(t)=Is*l/iCs......(1)Vo(t)-Vr(t)=Ir* 1/i w Cr......(2)在回授控制条件设定输出信号Vo(t)二O的情况下Is=-Ir， i w Vs(t)Cs=i w Vr(t)Cr; Vs(t)Cs,(t)Cr;dVs/dt*Cs+Vs* dCs/dt=dVr/dt* Cr; △Cs=(AVrCr-AVsCs)/Vs......(3)因此，藉由以上推导可得公式(3)，并可由公式(3)得知，感测电路20的 控制电路21计算输入于电容式感应元件23及参考电容元件25的感测信号A Vs及参考信号AVr的信号变化量，即可得到电容式感应元件23的电容变化量， 进而以得知施加于电容式感应元件23的物理量P的变化，例如波形变化、 振幅变化或频率变化。又，本专利技术感测电路20可用以选择感测一声波、 一压力及一电能等各种 物理量，并可设置于一微机电麦克风、 一压力计或一配置有电容式感应元件 23的电子装置中。再者，本专利技术感测电路20以交流控制方式，高频感测施加 于电容式感应元件23上的物理量P，将可避免低频噪声的干扰，而得到更精 准的感测结果。请参阅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式感应元件的感测电路，其特征在于，主要结构包括有：　一电容式感应元件，可接收一外在物理量，并藉此产生电容变化；　一参考电容元件，连接该电容式感应元件于一第一节点，并且在第一节点上产生有一输出信号；　一感应器，连接该 第一节点，用以感测该输出信号，并产生一回授信号；及　一控制电路，分别连接该电容式感应元件、该参考电容元件及该感应器，用以接收该回授信号，并藉此以产生一感测信号及一参考信号，感测信号将传送至该电容式感应元件，而参考信号则传送至该参考电容 元件。

【技术特征摘要】
1.一种电容式感应元件的感测电路，其特征在于，主要结构包括有一电容式感应元件，可接收一外在物理量，并藉此产生电容变化；一参考电容元件，连接该电容式感应元件于一第一节点，并且在第一节点上产生有一输出信号；一感应器，连接该第一节点，用以感测该输出信号，并产生一回授信号；及一控制电路，分别连接该电容式感应元件、该参考电容元件及该感应器，用以接收该回授信号，并藉此以产生一感测信号及一参考信号，感测信号将传送至该电容式感应元件，而参考信号则传送至该参考电容元件。2. 根据权利要求l所述的感测电路，其特征在于，该电容式感应元件将 产生一感测电流，而该参考电容元件则将产生一参考电流，感测电流及参考电 流之间的电流差将在该第一节点上负载，且藉此产生该输出信号。3. 根据权利要求l所述的感测电路，其特征在于，该第一节点上的输出 信号将藉由该感测信号及该参考信号的控制调整以达到一额定值。4. 根据权利要求3所述的感测电路，其特征在于，该额定值为零。5. —种电容式感应元件的感测电路，其特征在于，主要结构包括有一电容式感应元ft^，可接收一外在物理量，以产生电容变化，并产生-一感测电流；一参考电容元件，用以产生一参考电流；一感应器，分别连接该电容式感应元件及该参考电容元件，以感测该感测 电流及该参考电流，并产生一回授信号；及一控制电路，分别连接该电容式感应元件、该参考电容元件及该感应器， 用以接收该回授信号，并藉此以产生一感测信号及一参考信号，感测信号将传 送至该电容式感应元件，而参考信号则传送至该参考电容元件。6. 根据权利要求1或5所述的感测电路，其特征在于，该控制电路包括有一信号产生器，分别连接该电容式感应元件及该参考电容元件，且用以产 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁伟成，林昶伸，
申请(专利权)人：芯巧科技股份有限公司，梁伟成，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]