此一般來說涉及電容性感測。

背景技術(shù)：

為進行電容性感測，可通過測量感測電容器的電荷存儲容量而測量感測電容器的電容變化。此類電荷轉(zhuǎn)移方法使用兩相電荷轉(zhuǎn)移循環(huán)(或在差分的情況下，四相)：(a)激發(fā)/充電相位，其中將感測電容器充電到界限清晰的參考電壓，及(b)獲取/轉(zhuǎn)移相位，其中將電荷移除且對其進行準確測量。

電容性感測系統(tǒng)的問題是對例如來自射頻源的電磁干擾(emi)的易感性。增加感測范圍一般來說需要增加傳感器電容大小，此增加對emi的易感性。尤其在基于電荷轉(zhuǎn)移的電容性感測的情形中，對傳感器電容器上的電荷進行取樣也將會對emi進行取樣，從而由于混疊而增加對emi的敏感性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

所描述實例包含用于使用感測(電容)信號調(diào)制進行寬帶電容性感測的裝置及方法，所述寬帶電容性感測可適于單端或差分電容性感測。

根據(jù)若干方面，寬帶電容性感測可包含：(a)產(chǎn)生處于載波頻率(例如固定頻率或擴展頻譜)的載波信號；(b)產(chǎn)生參考信號；(c)在載波/驅(qū)動信號路徑中，產(chǎn)生載波/驅(qū)動信號以將其輸出到至少一個感測電容器，包含：用所述載波信號對所述參考信號進行調(diào)制以產(chǎn)生處于所述載波頻率的所述載波/驅(qū)動信號，及將所述載波/驅(qū)動信號驅(qū)動輸出到所述至少一個感測電容器以產(chǎn)生對應(yīng)于所測量電容且被向上調(diào)制到所述載波頻率的至少一個經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號；及(d)在感測信號路徑中，接收對應(yīng)于來自所述至少一個感測電容器的所測量電容的所述感測電容信號，所述感測電容信號由所述載波/驅(qū)動信號向上調(diào)制到所述載波頻率；及放大所述經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號；以及使用所述載波信號來對所述放大的經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號進行解調(diào)，從而產(chǎn)生經(jīng)解調(diào)感測電容信號?？蓪⑺鼋?jīng)解調(diào)感測電容信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于來自所述至少一個感測電容器的所述感測電容信號的傳感器數(shù)據(jù)(例如通過包含輸入奈奎斯特(nyquist)濾波及載波圖像拒斥的σ-δ轉(zhuǎn)換器，所述σ-δ轉(zhuǎn)換器以所述參考信號作為參考)。差分寬帶電容性感測可包含：(a)在所述載波/驅(qū)動信號路徑中，產(chǎn)生第一載波/驅(qū)動信號及第二載波/驅(qū)動信號，分別將所述第一載波/驅(qū)動信號及所述第二載波/驅(qū)動信號驅(qū)動輸出到所述第一感測電容器及所述第二感測電容器；(b)其中，響應(yīng)于所述第一載波驅(qū)動信號及所述第二載波驅(qū)動信號，所述第一感測電容器及所述第二感測電容器提供對應(yīng)于所測量電容且被向上調(diào)制到所述載波頻率的相應(yīng)第一經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號及第二經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號；及(c)在所述感測信號路徑中，將所述第一經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號及所述第二經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號求和為經(jīng)向上調(diào)制差分感測電容信號。

根據(jù)其它方面，寬帶電容性感測可包含：(a)在所述載波/驅(qū)動信號路徑中，對所述載波/驅(qū)動信號進行預(yù)分頻；(b)在所述感測信號路徑中，在放大之前對所述經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號進行emi濾波，及/或在放大之前對所述經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號進行帶通濾波；(c)在所述感測信號路徑中，通過以下各項中的一者而實現(xiàn)放大：電荷放大器，其包含耦合到放大器反相輸入的反饋電容器，所述放大器反相輸入經(jīng)耦合以接收所述經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號；及跨阻抗放大器，其包含耦合到所述放大器反相輸入的反饋電阻器，所述放大器反相輸入經(jīng)耦合以接收所述經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號，其中所述載波/驅(qū)動信號路徑進一步包含對所述載波/驅(qū)動信號進行積分。

附圖說明

圖1a及1b圖解說明利用感測(電容)信號調(diào)制的寬帶電容性感測架構(gòu)的實例性實施例。

圖2圖解說明wcdc的實例性替代實施例。

圖3圖解說明wcdc的實例性替代實施例。

圖4圖解說明利用固定感測調(diào)制/解調(diào)載波進行的差分寬帶電容性感測。

圖5圖解說明其中將解調(diào)后濾波與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換集成為σ-δ轉(zhuǎn)換器的差分寬帶電容性感測。

圖6圖解說明利用擴展頻譜載波進行的差分寬帶電容性感測。

具體實施方式

總的來說，基于經(jīng)調(diào)制感測(電容)信號的寬帶電容性感測適于單端或差分感測應(yīng)用。寬帶電容性感測架構(gòu)可利用耦合到單個或差分感測電容器的寬帶電容/數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(wcdc)來實施。wcdc可利用載波/驅(qū)動信號路徑來實施以產(chǎn)生并驅(qū)動輸出經(jīng)調(diào)制到載波頻率的載波/驅(qū)動信號，且利用感測信號路徑來實施以接收被向上調(diào)制到載波頻率的對應(yīng)于來自電容性感測的所測量電容的經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號，且產(chǎn)生經(jīng)解調(diào)感測電容信號以捕獲所測量電容。載波/驅(qū)動信號路徑用載波信號(例如固定頻率或擴展頻譜)來對參考信號進行調(diào)制以產(chǎn)生載波/驅(qū)動信號，所述載波/驅(qū)動信號通過輸出節(jié)點(利用任選預(yù)分頻)而被驅(qū)動輸出(到單個或雙重感測電容器)。感測信號路徑在輸入/求和節(jié)點處接收被向上調(diào)制到載波頻率的對應(yīng)于所測量電容的經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號，且在濾波(任選)及放大之后，用載波信號對經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號進行解調(diào)，以產(chǎn)生對應(yīng)于所測量電容的經(jīng)解調(diào)感測電容信號，所述經(jīng)解調(diào)感測電容信號可被轉(zhuǎn)換為傳感器數(shù)據(jù)。感測信號路徑放大可使用電荷放大(電容器反饋)，或跨阻抗放大(電阻器反饋)，針對后一實施方案在載波/驅(qū)動信號路徑中包含積分器。為進行差分電容性感測，將差分載波/驅(qū)動信號驅(qū)動到差分感測電容器，且在輸入/求和節(jié)點處對所得經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號進行求和。

圖1a、1b、2及3圖解說明根據(jù)實例性實施例的實施寬帶電容性感測的寬帶電容性感測架構(gòu)的實例性實施例，所述寬帶電容性感測適于利用單個感測電容器csens進行單端電容性感測。圖4、5及6圖解說明根據(jù)實例性實施例的實施寬帶電容性感測的寬帶電容性感測架構(gòu)的實例性實施例，所述寬帶電容性感測適于利用分別由同相及反相載波/驅(qū)動信號驅(qū)動的雙重感測電容器csens1/csens2進行差分電容感測。

針對這些實例性實施例，除對單端或差分設(shè)計的架構(gòu)選擇之外，且除針對載波信號產(chǎn)生(固定頻率或擴展頻譜)及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(例如模/數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換)的設(shè)計選擇之外，ctcv感測信號路徑中的設(shè)計選擇也正實施電流到電壓放大。針對圖1a、2及3實例性實施例，實施方案選擇是電荷放大(具有電容器反饋)。針對圖4、5及6實例性實施例，實施方案選擇是跨阻抗放大(具有電阻器反饋)。對于選擇ctcv感測信號路徑放大器的設(shè)計考慮包含影響感測電容器的大小的感測范圍考慮，及基于(反饋)電容器所需的顯著較大(與電阻器相比)裸片面積的裸片面積/成本考慮。

圖1a及1b圖解說明利用固定載波信號進行的寬帶單端電容性感測；圖2圖解說明利用擴展頻譜載波信號進行的寬帶單端電容性感測；圖3圖解說明其中將解調(diào)后濾波與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換集成為σ-δ調(diào)制器/轉(zhuǎn)換器的寬帶單端電容性感測。

圖1a及1b圖解說明根據(jù)實例性實施例的利用感測(電容)信號調(diào)制(即，將感測信號向上調(diào)制到載波頻率)的寬帶電容性感測架構(gòu)10的實例性實施例。實例性寬帶電容性感測架構(gòu)10利用介接到單個感測電容器csens12的寬帶電容/數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(wcdc)11來實施，wcdc包含單端連續(xù)時間電容到電壓(ctcv)前端14及adc16，所述ctcv前端包含用于產(chǎn)生經(jīng)調(diào)制23載波/驅(qū)動信號的載波產(chǎn)生器21，所述經(jīng)調(diào)制載波/驅(qū)動信號被驅(qū)動輸出(節(jié)點a)到csens、將感測(電容)信號向上調(diào)制且在帶通濾波44及放大45之后對經(jīng)向上調(diào)制感測信號進行解調(diào)24。

wcdc11包含用以捕獲感測電容測量的單端連續(xù)時間電容到電壓(ctcv)前端14，及實施為用以將感測電容測量轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)16的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。

ctcv前端14通過載波/驅(qū)動輸出節(jié)點a(底板)及感測信號輸入節(jié)點b(頂板)而介接到感測電容器csens(12)。如所圖解說明，在輸出節(jié)點a處，寄生電容及噪聲源由電容cpar及噪聲源vnoise表示，且在輸入節(jié)點b處，寄生電容及噪聲源由電容cpart及噪聲源vnoiset表示。

ctcv前端14包含載波/驅(qū)動信號路徑及感測信號路徑。ctcv前端12在載波/驅(qū)動信號路徑中使用載波信號調(diào)制，且在感測信號路徑中使用載波信號解調(diào)。在此實例性實施例中，利用固定頻率載波信號產(chǎn)生器21來實施載波信號調(diào)制/解調(diào)，所述固定頻率載波信號產(chǎn)生器驅(qū)動載波/驅(qū)動信號路徑中的載波信號調(diào)制器23來將載波/驅(qū)動信號提供到感測電容器csens以將傳感器電容向上調(diào)制到載波頻率，且驅(qū)動感測信號路徑中的感測信號解調(diào)器24以從載波信號對感測電容信號進行解調(diào)。

wcdc11包含將參考(電壓或電流)提供到ctcv前端14(載波/驅(qū)動信號路徑)及adc16的參考產(chǎn)生器refgen18。通過使用用于產(chǎn)生到adc的載波及參考的相同參考產(chǎn)生器，參考的絕對值不影響感測操作。adc的轉(zhuǎn)換結(jié)果對應(yīng)于由adc參考劃分的輸入信號(其對應(yīng)于adc的全標度輸入)。

除調(diào)制器23之外，ctcv載波/驅(qū)動信號路徑還包含任選預(yù)分頻器34及(低阻抗)緩沖放大器(驅(qū)動器)35。refgen18提供參考信號31，所述參考信號被饋送到由載波產(chǎn)生器21驅(qū)動的調(diào)制器23，從而產(chǎn)生載波/驅(qū)動信號32。載波頻率可經(jīng)選擇以使頻域中與任何已知干擾源的分離最大化。

預(yù)分頻器34用于放寬adc的動態(tài)范圍。具體來說，預(yù)分頻器用于設(shè)定ctcv的轉(zhuǎn)換增益。舉例來說，為支持一定范圍的感測電容器，目標可為在不使adc飽和的情況下針對每一感測電容器優(yōu)化饋送到adc中的信號。舉例來說，針對1pf的最大傳感器電容，預(yù)分頻器值可經(jīng)選擇使得1pf的輸入電容導(dǎo)致去往adc的接近于所述adc的全標度輸入的輸入。然而，如果最大感測電容是10pf，那么可將預(yù)分頻器減小10倍，使得10pf對應(yīng)于幾乎全adc標度。

載波信號32(任選地經(jīng)預(yù)分頻)由緩沖放大器/驅(qū)動器35放大，從而通過輸出節(jié)點a而將載波/驅(qū)動信號39提供到感測電容器csens。感測電容器csens由載波信號32驅(qū)動，所述載波信號將csens上的感測電容(所測量電容變化)向上調(diào)制到載波頻率，從而提供通過輸入節(jié)點b而輸入到ctcv感測信號路徑的經(jīng)向上調(diào)制感測信號41。

圖1b是如由ctcv感測信號路徑接收的頻譜(包含被向上調(diào)制到載波頻率121的感測信號148)的實例性表示。在ctcv信號路徑中，帶通濾波144用于拒斥噪聲及emi142。

參考圖1a，ctcv感測信號路徑通過輸入節(jié)點b而接收經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號41。可包含例如emi濾波43及/或帶通濾波44等輸入濾波以拒斥emi及其它帶外噪聲。ctcv感測信號路徑包含電荷放大器45(具有反饋電阻器46)，所述電荷放大器將放大的經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號48提供到解調(diào)器24以恢復(fù)所測量感測電容。

具有反饋控制件46的放大器45將輸入節(jié)點b維持為虛擬接地，所述虛擬接地抑制寄生電容cpart。也可使用emi濾波43及/或帶通濾波44，盡管根據(jù)實例性實施例的wcdc架構(gòu)提供了顯著emi抗擾性(例如由于感測信號的向上調(diào)制及輸入取樣的消除)。

在任選濾波之后，將經(jīng)向上調(diào)制感測信號提供到去往電荷放大器45的反相輸入。電荷放大器45包含利用電容器46進行的電容反饋，從而提供輸入電流積分。因此，電荷放大器25在反相輸入處耦合到由感測電容器csens及反饋電容器46形成的電容器網(wǎng)絡(luò)。

將放大的經(jīng)向上調(diào)制感測信號48輸入到由載波產(chǎn)生器21驅(qū)動的解調(diào)器24。所測量感測電容信號(圖1b，148)從載波信號(圖1b，121)被解調(diào)，且提供模擬(所測量)感測電容信號49。

將經(jīng)解調(diào)感測電容信號49輸入到adc16以用于轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)作為傳感器電容測量。

針對此實施例，利用adc來執(zhí)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。解調(diào)后感測電容信號49經(jīng)濾波51以將噪聲保持低于奈奎斯特頻率，且消除載波解調(diào)圖像。通過adc16將經(jīng)解調(diào)感測信號數(shù)字化以產(chǎn)生由wcdc11提供的傳感器電容數(shù)據(jù)。

由于使用相同載波信號21來進行調(diào)制及解調(diào)、驅(qū)動ctcv載波/驅(qū)動信號路徑中的調(diào)制器23及ctcv感測信號路徑中的解調(diào)器224兩者，且由于放大是由具有電容器反饋的電荷放大器提供的，因此輸入到adc16的經(jīng)解調(diào)感測信號49與以下各項成比例：(a)感測電容器csens與反饋電容器46(即，電荷放大器25的電容器輸入網(wǎng)絡(luò))的比率，及(b)由refgen18產(chǎn)生且供應(yīng)到調(diào)制器23(以產(chǎn)生用于產(chǎn)生經(jīng)向上調(diào)制感測信號的載波/驅(qū)動信號)及adc(以將經(jīng)解調(diào)感測(電容)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字傳感器數(shù)據(jù))兩者的參考。

輸入節(jié)點b是虛擬接地節(jié)點(其中輸入節(jié)點上的電壓由放大器反饋控制件保持為大體上恒定的)，從而大體上消除輸入節(jié)點b處的寄生電容cpart的影響。輸出節(jié)點a被驅(qū)動(利用低阻抗緩沖驅(qū)動器44)，從而大體上消除寄生電容cpar的影響。因此，跨越csens的經(jīng)向上調(diào)制感測電容大體上不受cpar或cpart影響。

奈奎斯特及圖像拒斥濾波51用于抑制圖像頻帶對感測電容信號進行解調(diào)，從而增加adc16的輸出處的snr。

adc拓撲是設(shè)計選擇，例如快閃、σ-δ或sar。

額外設(shè)計折衷是對可調(diào)整/可編程組件(包含ctcv載波/驅(qū)動信號路徑中的預(yù)分頻器34及ctcv感測信號路徑中的反饋電容器46)的使用。

圖2圖解說明包含cvct214的wcdc211的實例性替代實施例，其中擴展頻譜信號產(chǎn)生器221用于驅(qū)動ctcv載波/驅(qū)動路徑調(diào)制器223及ctcv感測信號路徑解調(diào)器224。除使用擴展頻譜載波的設(shè)計改變以外，圖2的實施例的實例性配置與圖1a的實施例相同，包含在ctcv感測信號路徑中對電荷放大器(具有電容器反饋)245的使用及對用于轉(zhuǎn)換為數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)的adc16(具有輸入濾波器251)的使用。

類似于圖1a中的實施例，將來自refgen18的參考信號231(電壓或電流)輸入到由擴展頻譜載波信號221驅(qū)動的調(diào)制器223，從而產(chǎn)生載波/驅(qū)動信號232，利用任選預(yù)分頻234而將所述載波/驅(qū)動信號從輸出節(jié)點a驅(qū)動輸出235。載波/驅(qū)動信號239驅(qū)動感測電容器csens，從而將csens上的電容向上調(diào)制到載波頻率。經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號241通過輸入節(jié)點b而耦合到ctcv感測信號路徑中?？蓪?jīng)向上調(diào)制感測信號241進行emi濾波243及/或帶通濾波244，并接著由電荷放大器245對其進行放大，且由被擴展頻譜載波221驅(qū)動的解調(diào)器224對放大的感測信號248進行解調(diào)。對經(jīng)解調(diào)感測信號248進行濾波251，且將其輸入到adc16(以refgen18作為參考)以用于轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于所測量感測電容信號的數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)。

此實施例對于其中載波產(chǎn)生器可導(dǎo)致對附近電子器件的干擾(例如在電容性傳感器具有大的物理尺寸的情況下)的應(yīng)用是有利的?？墒褂脭U展頻譜載波221來減小任何頻帶中的發(fā)射，從而在較寬頻帶內(nèi)擴展載波發(fā)射，使得所述頻帶中的任何特定頻率下的信號功率減小。由于使用相同擴展頻譜載波信號來對放大的感測信號248進行解調(diào)，因此對測量準確性不具有影響。然而，如果使用帶通濾波，那么帶通濾波器應(yīng)經(jīng)配置以適應(yīng)由擴展頻譜載波221使用的較寬頻帶。

圖3圖解說明wcdc311的實例性替代實施例，其中將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換adc實施為集成有解調(diào)后濾波(奈奎斯特與圖像拒斥)351以用于抑制奈奎斯特噪聲及載波解調(diào)圖像的σ-δ轉(zhuǎn)換器316。除使用σ-δ轉(zhuǎn)換器的設(shè)計改變以外，圖3的實施例的實例性配置與圖1a的實施例相同，包含對固定頻率載波321的使用，及在ctcv信號路徑中對電荷放大器354(具有電容器反饋346)的使用。

類似于圖1a，將來自refgen18的參考信號331(電壓或電流)輸入到由載波(固定頻率)信號321驅(qū)動的調(diào)制器323，從而產(chǎn)生載波/驅(qū)動信號332，利用任選預(yù)分頻334而通過ctcv輸出節(jié)點a將所述載波/驅(qū)動信號驅(qū)動輸出335。載波/驅(qū)動信號339驅(qū)動感測電容器csens，從而將csens上的電容向上調(diào)制到載波頻率。經(jīng)向上調(diào)制的感測電容信號341通過輸入節(jié)點b而耦合到ctcv感測信號路徑中?？蓪?jīng)向上調(diào)制的感測信號341進行emi濾波343及/或帶通濾波344，并接著由電荷放大器345對其進行放大，且將放大的感測信號348輸入到由載波(固定頻率)321驅(qū)動的解調(diào)器324。將經(jīng)解調(diào)感測信號348輸入到σ-δ轉(zhuǎn)換器316(以refgen18作為參考)以用于轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于所測量感測電容信號的數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)。

較低噪聲是σ-δ轉(zhuǎn)換的優(yōu)點，所述σ-δ轉(zhuǎn)換將奈奎斯特與圖像拒斥濾波351集成為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的一部分，這是因為σ-δ轉(zhuǎn)換器316的第一增益級中的噪聲由濾波器減小。

圖4、5及6圖解說明根據(jù)實例性實施例的實施寬帶電容感測的寬帶電容性感測架構(gòu)的實例性實施例，所述寬帶電容感測適于利用雙重感測電容器csens1/csens2進行差分電容感測。

圖4圖解說明經(jīng)配置以用于利用雙重感測電容器csens1及csens2進行寬帶差分電容感測的wcdc411的實例性實施例，所述wcdc包含ctcv前端414，所述ctcv前端包含用以產(chǎn)生經(jīng)調(diào)制423差分載波/驅(qū)動信號435_1及435_2的載波(固定頻率)產(chǎn)生器421，所述經(jīng)調(diào)制差分載波/驅(qū)動信號被驅(qū)動輸出(節(jié)點a1及a2)到csens1/csens2、將通過求和節(jié)點b而輸入到ctcv前端的感測(電容)信號向上調(diào)制且在帶通濾波444及放大445之后從所述載波信號對所述感測信號進行解調(diào)424。

圖5圖解說明wcdc511(具有差分csens1/csens2感測信號輸入)的實例性替代實施例，其中將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換adc實施為集成有解調(diào)后濾波551以用于抑制奈奎斯特噪聲及載波解調(diào)圖像的σ-δ轉(zhuǎn)換器516。

圖6圖解說明wcdc611(具有差分csens1/csens2電容感測信號輸入)的實例性替代實施例，其中擴展頻譜載波信號621驅(qū)動ctcv載波/驅(qū)動信號路徑調(diào)制器623及ctcv感測信號路徑解調(diào)器624。

針對這些實例性實施例，除使用差分電容性感測架構(gòu)(包含產(chǎn)生差分載波/驅(qū)動信號及將其驅(qū)動輸出到差分感測電容器csens1/csens2)之外，ctcv感測信號路徑還利用跨阻抗放大器(而非圖1a、2及3的實施例中所使用的電荷放大器)來實施。如在圖1、2及3中的實例性實施例中，額外設(shè)計選擇包含載波信號產(chǎn)生(固定頻率或擴展頻譜)及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(例如adc)。

為進行差分電容性感測，wcdc輸出對應(yīng)于差異csens1到csens2的傳感器電容數(shù)據(jù)(在轉(zhuǎn)換為數(shù)字之后)。ctcv載波/驅(qū)動信號路徑產(chǎn)生從相應(yīng)節(jié)點a1/a2輸出的同相及反相載波/驅(qū)動信號。將差分載波/驅(qū)動信號施加到相應(yīng)感測電容器csens1/csens2，從而在每一情形中將所感測電容向上調(diào)制到載波頻率。

將經(jīng)向上調(diào)制感測信號輸入到求和節(jié)點b，且在(任選)濾波及放大(具有反饋電阻器的跨阻抗放大器)之后，在ctcv感測信號路徑中對所述經(jīng)向上調(diào)制感測信號進行解調(diào)。由于所測量電容的任何差分改變會導(dǎo)致將以差分方式感測的電容向上調(diào)制到載波頻率，因此差分感測電容信號(在求和節(jié)點b處被求和)集中于載波附近的窄帶中。

圖4圖解說明根據(jù)實例性實施例的利用感測(電容)信號調(diào)制的差分寬帶電容性感測架構(gòu)410的實例性實施例。實例性寬帶電容性感測架構(gòu)410利用差分wcdc411來實施，所述差分wcdc介接到雙重感測電容器csens1及csens2(12_1及12_2)以用于進行差分電容感測(csens1到csens2)。

wcdc11包含ctcv前端414，所述ctcv前端用于以差分方式驅(qū)動雙重感測電容器csens1/csens2(將傳感器電容向上調(diào)制到載波頻率)，并通過輸入求和節(jié)點b而捕獲差分傳感器電容測量且執(zhí)行濾波(任選)放大及解調(diào)以恢復(fù)感測電容測量。由adc16提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以將經(jīng)解調(diào)感測電容測量轉(zhuǎn)換為數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)。

在ctcv載波/驅(qū)動信號路徑中，將來自refgen18的參考信號431(電壓或電流)輸入到由載波(固定頻率)信號421驅(qū)動的調(diào)制器423，從而產(chǎn)生載波/驅(qū)動信號432。針對此實施例，在ctcv感測信號路徑中具有跨阻抗放大器的情況下，將積分器433包含于ctcv載波/驅(qū)動信號路徑中。利用低阻抗緩沖放大器435_1及435_2通過輸出節(jié)點a1/a2而將經(jīng)積分載波/驅(qū)動信號432(利用任選預(yù)分頻434)以差分方式驅(qū)動為同相載波/驅(qū)動信號439_1及反相載波/驅(qū)動信號439_2。

將差分載波/驅(qū)動信號439_1及439_2供應(yīng)到差分感測電容器csens1/csens2，從而將感測電容向上調(diào)制到載波頻率。

在ctcv感測信號路徑中，在輸入求和節(jié)點b處對差分感測電容信號進行求和，所述輸入求和節(jié)點由放大器(跨阻抗)反饋控制件維持為虛擬接地。可對所輸入差分感測電容測量441(被向上調(diào)制到載波頻率)進行emi濾波443及/或帶通濾波444，并接著由跨阻抗放大器445/446對其進行放大，且由被載波421驅(qū)動的解調(diào)器424對所述所輸入差分感測電容測量進行解調(diào)。對經(jīng)解調(diào)感測信號448進行濾波451且將其輸入到adc16(以refgen18作為參考)，以用于轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于所測量感測電容信號441的數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)。

圖5圖解說明差分wcdc511的實例性替代實施例，其中將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換實施為集成有解調(diào)后濾波(奈奎斯特與圖像拒斥)551的σ-δ轉(zhuǎn)換器516。除使用σ-δ轉(zhuǎn)換器的設(shè)計改變以外，圖5的實施例的實例性配置與圖4的實施例相同，包含對固定頻率載波521的使用，及在ctcv感測信號路徑中對跨阻抗放大器545(具有電阻器反饋546，且在ctcv載波/驅(qū)動信號路徑中具有積分器533)的使用。

在ctcv載波/驅(qū)動信號路徑中，將來自refgen18的參考信號531(電壓或電流)輸入到由載波(固定頻率)信號521驅(qū)動的調(diào)制器523，從而產(chǎn)生載波/驅(qū)動信號532，所述載波/驅(qū)動信號被進行積分533，且接著利用535_1/535_2(利用任選預(yù)分頻534)通過輸出節(jié)點a1/a2而將所述載波/驅(qū)動信號以差分方式驅(qū)動為同相載波/驅(qū)動信號539_1及反相載波/驅(qū)動信號539_2。

將差分載波/驅(qū)動信號539_1/539_2供應(yīng)到差分感測電容器csens1/csens2，從而將感測電容向上調(diào)制到載波頻率。

通過輸入求和節(jié)點b而將差分經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號耦合到ctcv感測信號路徑514中作為經(jīng)向上調(diào)制(差分)感測電容信號541?？蓪斎?差分)感測電容測量541(被向上調(diào)制到載波頻率)進行emi濾波543及/或帶通濾波544，并接著由跨阻抗放大器545/546對其進行放大，且由被載波521驅(qū)動的解調(diào)器524對所述輸入(差分)感測電容測量進行解調(diào)。

將經(jīng)解調(diào)感測信號548輸入到σ-δ轉(zhuǎn)換器516(其集成有奈奎斯特及圖像拒斥濾波551，且以refgen18作為參考)，以用于轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于所測量差分感測電容信號的數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)。

圖6圖解說明wcdc611的實例性替代實施例，其中擴展頻譜信號產(chǎn)生器621用于驅(qū)動ctcv載波/驅(qū)動路徑調(diào)制器623及ctcv感測信號路徑解調(diào)器624，從而減小特定頻率下的發(fā)射。除使用擴展頻譜載波的設(shè)計改變以外，圖6的實施例的實例性配置與圖4的實施例相同，包含在ctcv信號路徑中對跨阻抗放大器645(具有電阻器反饋646)的使用，及對用于轉(zhuǎn)換為數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)的adc16的使用。

在ctcv載波/驅(qū)動信號路徑中，將來自refgen18的參考信號631(電壓或電流)輸入到由擴展頻譜信號621驅(qū)動的調(diào)制器623，從而產(chǎn)生載波/驅(qū)動信號632，所述載波/驅(qū)動信號被進行積分633，且接著利用635_1/635_2(利用任選預(yù)分頻634)通過輸出節(jié)點a1/a2而將所述載波/驅(qū)動信號以差分方式驅(qū)動為同相載波/驅(qū)動信號639_1及反相載波/驅(qū)動信號639_2。

供應(yīng)到差分感測電容器csens1/csens2的差分載波/驅(qū)動信號639_1/639_2將感測電容向上調(diào)制到載波頻率。

通過輸入求和節(jié)點b而將差分經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號耦合到ctcv感測信號路徑614中作為經(jīng)向上調(diào)制(差分)感測電容信號641?？蓪斎氩罘指袦y電容測量641(被向上調(diào)制到載波頻率)進行emi濾波643及/或帶通濾波644，并接著由跨阻抗放大器645/646對其進行放大，且由被擴展頻譜載波621驅(qū)動的解調(diào)器624對所述輸入差分感測電容測量進行解調(diào)。如果使用帶通濾波，那么帶通濾波器644應(yīng)經(jīng)配置以適應(yīng)由擴展頻譜載波621使用的較寬頻帶。

對經(jīng)解調(diào)感測信號648進行濾波651，且將其輸入到adc16(以refgen18作為參考)，以用于轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于所測量感測電容信號的數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)。

配置根據(jù)實例性實施例的寬帶電容性感測架構(gòu)以用于單端或差分電容性感測是設(shè)計選擇。針對各種實例性實施例的涉及各種眾所周知的設(shè)計折衷的其它設(shè)計選擇包含：(a)用于驅(qū)動感測電容器的向上調(diào)制載波信號的類型(例如固定頻率或擴展頻譜)；及(b)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法(例如前面有輸入奈奎斯特/圖像拒斥濾波器的adc，或具有經(jīng)集成奈奎斯特/圖像拒斥濾波的σ-δ轉(zhuǎn)換器)。

寬帶電容性感測架構(gòu)的優(yōu)點包含噪聲抗擾性及較低功率。噪聲抗擾性是由于不將任何取樣應(yīng)用于感測電容器而產(chǎn)生，因此可不發(fā)生任何混疊，且由于使用載波，因此可使信息信號移動到具有最小干擾的頻帶，同時可抑制所有其它頻率。在存在大的寄生電容器的情況下，減小功率。為了精確性，過取樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器對于感測應(yīng)用可為有利的，這是因為由于寄生電容在感測電容器的任一側(cè)上接地，因此可選擇具有剛好高于所關(guān)注最大頻率的頻率的載波，從而使諧波的數(shù)目最小化，同時仍使得能夠使用準確過取樣σ-δ轉(zhuǎn)換器。

總之，根據(jù)實例性實施例的使用感測(電容)信號調(diào)制進行的寬帶電容性感測可利用以下各項來實施：(a)載波產(chǎn)生電路，其用以產(chǎn)生處于載波頻率(例如固定頻率或擴展頻譜)的載波信號；(b)參考電路，其用以產(chǎn)生參考信號；(c)載波/驅(qū)動信號路徑電路，其用以通過輸出節(jié)點而將載波/驅(qū)動信號驅(qū)動輸出，所述載波/驅(qū)動信號可用于電容性感測，且所述載波/驅(qū)動信號路徑電路包含：調(diào)制電路，其用以用所述載波信號對所述參考信號進行調(diào)制以產(chǎn)生處于所述載波頻率的所述載波/驅(qū)動信號；及驅(qū)動電路，其用以通過所述輸出節(jié)點而將所述載波/驅(qū)動信號驅(qū)動輸出；及(d)感測信號路徑電路，其用以在輸入節(jié)點處接收對應(yīng)于來自電容性感測的所測量電容的經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號，其中所述感測電容信號基于所述載波/驅(qū)動信號而被向上調(diào)制到所述載波頻率，所述感測信號路徑電路包含：放大器電路，其用以產(chǎn)生放大的經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號；及解調(diào)電路，其用以基于所述載波信號而對所述放大的經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號進行解調(diào)，從而產(chǎn)生經(jīng)解調(diào)感測電容信號。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器電路用于將所述經(jīng)解調(diào)感測電容信號轉(zhuǎn)換為傳感器數(shù)字數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器電路為例如以下各項中的一者：(a)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)，其耦合到輸入濾波器，所述輸入濾波器提供用于所述經(jīng)解調(diào)感測電容信號的奈奎斯特濾波及載波圖像拒斥；或(b)σ-δ轉(zhuǎn)換器，其包含輸入奈奎斯特濾波及載波圖像拒斥。為進行寬帶差分電容性感測：(a)載波/驅(qū)動信號路徑電路產(chǎn)生第一載波/驅(qū)動信號及第二載波/驅(qū)動信號，所述第一載波/驅(qū)動信號及所述第二載波/驅(qū)動信號被進行積分且分別通過第一輸出節(jié)點及第二輸出節(jié)點被驅(qū)動輸出到第一感測電容器及第二感測電容器；(b)響應(yīng)于所述第一載波驅(qū)動信號及所述第二載波驅(qū)動信號，所述第一感測電容器及所述第二感測電容器提供對應(yīng)于所測量電容且被向上調(diào)制到所述載波頻率的相應(yīng)第一經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號及第二經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號；及(c)所述感測信號路徑電路在所述輸入節(jié)點處接收被求和成經(jīng)向上調(diào)制差分感測電容信號的所述第一經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號及所述第二經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號。

設(shè)計選擇/修改包含：(a)將電路預(yù)分頻電路包含于載波/驅(qū)動信號路徑中，所述預(yù)分頻電路用以對所述載波/驅(qū)動信號進行預(yù)分頻；(b)將emi濾波器電路包含于感測信號路徑中，所述emi濾波器電路用以對所述經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號進行emi濾波，及/或?qū)⑤斎霂V波器電路包含于感測信號路徑中，所述輸入帶通濾波器電路用以對所述經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號進行帶通濾波，且將經(jīng)帶通濾波感測電容信號提供到所述放大器電路；及(c)利用以下各項中的一者來在感測信號路徑中實施放大：電荷放大器，其包含耦合到放大器反相輸入的反饋電容器，所述放大器反相輸入經(jīng)耦合以接收所述經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號；及跨阻抗放大器，其包含耦合到所述放大器反相輸入的反饋電阻器，所述放大器反相輸入經(jīng)耦合以接收所述經(jīng)向上調(diào)制感測電容信號，其中所述載波/驅(qū)動信號路徑電路進一步包含用以對所述載波/驅(qū)動信號進行積分的積分器。

在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，修改在所闡述實施例中是可能的且其它實施例是可能的。