CN104838278B - 电容检测单元及获得可变电容的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种电容检测单元及获得可变电容的方法。本发明的电容检测单元是感应因物件的接近而产生传感器电容的检测单元，其特征在于包括：传感器，其与上述物件之间形成传感器电容器；辅助电容器，其一侧连接于上述传感器，另一侧连接于系统接地端开关元件，其管理上述传感器电容器及上述辅助电容器的充电；及讯号检测部，其于连接于外部接地端的上述物件与上述传感器之间形成上述传感器电容器时，与施加至检测系统的系统电源的大小变化同步地于上述传感器形成电压，并检测该电压。根据本发明，于检测系统检测到的讯号的感度提高，因此具有稳定地获得传感器电容的大小或变化量的效果。

Description

电容检测单元及获得可变电容的方法
技术领域
本发明是有关于一种检测电容器(capacitor)的大小、即检测电容(capacitance)的单元及方法，更详细而言是有关于一种于施加至检测电容的大小或变化量的检测系统的交流(Alternating Current，AC)电源的大小发生变化时，施加至被测定电容器的电压发生变化而发生电荷的充放电，基于与连接于与被测定电容器相同点的辅助电容器相互产生的电荷共用(charge sharing)效应，检测电容的大小或变化量的单元及检测方法。
背景技术
于在两个导电体之间存在具有介电常数的某种物质时，若对两个导电体的两端施加电压或电流，则形成电容器而产生蓄积电荷的能力即电容，电容的大小与两个导电体之间的介电体的介电常数、与两个导电体的对向面积及对向距离具有相关关系。
利用此种原理而制造的商业性电容器有陶瓷(ceramic)电容器、电解电容器、麦拉(Mylar)电容器等各种种类。
此种商用电容器的电容通常具有1pF(Pico Farad，微微法拉)、1nF(Nano Farad，奈法拉)、或1uF(Micro Farad，微法拉)或其以上的大小，可使用如万用表(Multi Meter)的计测器而容易地测定电容。
然而，于电容为1pF(Pico Farad，pF)以下的情形时，在使用如万用表的简单的计测器进行测定时，因计测器的误差而无法实现精密的测定，如无法利用计测器进行测定的条件、即如欲测定形成于人的手与电梯(elevator)按钮(button)之间的电容的大小的情形般亦存在无法利用计测器测定电容的情形。
于此种情形时，可间接地测定电容，图1是表示关于此种方法的一例。
参照图1，如形成于人的手与电梯按钮之间的电容器的情形般不知电容的大小，未充电的电容器c1连接于电容检测系统的P1点，欲利用图1的检测系统得知电容器c1的电容即C1的大小。图1的讯号检测部是用以检测P1点的电压的检测部，若于图1的讯号检测部检测出P1点的电压，则可通过运算而得知电容器c1的电容即C1的大小。
已知以V1的大小的电压充电的电容器c2的电容即C2，若接通图1的开关(switch)SW而电容器c2连接于P1点，则P1点的电位Vp1由以下<公式1>决定。
<公式1>
欲得知的电容器c1的电容C1如以下<公式2>。
<公式2>
若假设于图1的讯号检测部检测到的<公式1>的Vp1的电位为5V，C2为1pF，且V1为10V，则可通过<公式2>的运算而得知C1的大小为1pF。因此，若构成如图1的电容检测系统，则即便不使用计测器，亦可得知电容的大小。
若于连接两个物体间的距离变化即位移的检测系统中，应用如图1的实施例的检测电容的系统，则可检测电容的大小，亦可利用所检测到的电容检测位移。
图2是关于检测位移的传感器的一实施例，于塑胶(plastic)、玻璃、或虚拟的汽缸(cylinder)内部，两个活塞(piston)以固定距离对向。参照图2，于汽缸内部，具有称为“S”的相同的面积的两个活塞最初以“d1”的距离对向。于对上端活塞施力，从而上端活塞接近下端活塞而上下端活塞的距离变为“d2”时，可利用图1所示的检测系统得知上端活塞所移动的距离即“d1-d2”。
参照图2，图2的活塞之间是由介电常数为“ε1”的物质填充，于对向面积为“S”及对向距离为“d”的情形时，如下般定义形成于活塞两端的电容器c4的电容CVR。
<公式3>
若将已知的最初距离“d1”、已知的对向面积“S”、及已知的介电常数“ε1”代入至<公式3>，则于最初距离为“d1”时，可得知形成于图2的两个活塞之间的电容的大小即“CVR1”。又，可通过图1的电容检测系统及<公式1>、<公式2>的运算，抽选由任意的“d2”得出的“CVR2”，若将该“CVR2”代入至<公式3>，则可得知“d2”，因此可通过“d1-d2”的运算，得知图2的上端活塞的移动距离。
图3是关于将图1所示的电容检测系统更具体化的电容检测系统的实施例。参照图3，由图2的构成产生的电容器c4的一侧连接于图3的P2点，c4的另一侧连接于构成图3的系统的接地端(Ground)。c2与c3是形成于图3的检测系统中的寄生电容器(ParasiticCapacitor)。例如，c2亦可为以如下之布局形成者：图3的讯号检测部内置于积体电路(Integrated Circuit，IC)，到达开关元件(SW1)与讯号检测部的输入端的P2点的配线与IC内部的某个讯号线以微小的间距配线或交叉等；c3亦可为如下者：将形成于构成图3的讯号检测部的电路元件的输入部即闸极(gate)、与系统接地端之间的寄生电容器模型化(Modeling)。此种寄生电容器并无限定，根据检测系统的构成而以各种方式分布。
若于图3的开关SW2处于断开(off)的状态下，接通(turn on)开关SW1而对P2点供给称为“Vchg”的充电电压，则连接于P2的电容器即c2/c3/c4以“Vchg”充电，电容器c1因开关“SW2”的断开(off)而处于与P2点断路的状态，从而不会受到“Vchg”的影响(小写c2/c3/c4为电容器，大写C1/C2/C3/C4为各个电容器的电容)。此后，若接通图3的开关“SW2”而以“V2”充电的电容器c1连接于“P2”点，则于图3的讯号检测部检测到的电位“Vp2”如以下<公式4>。
<公式4>
于<公式4>中，Vp2已于图3的讯号检测部检测而得知大小，且若全部已知V2、Vchg、及C1/C2/C3的大小，则可通过运算抽选CVR的大小。又，若将CVR代入至上述<公式3>，则可得知“d2”的大小。因此，若已知“d1”，则可得知图2的上侧活塞的位移量即“d1-d2”。
然而，于具有如上所述的模型化的系统中，在根据图2的上侧活塞的位移而检测CVR的变化量的情形时，存在若干问题。
例如，于<公式4>中，在假设C1＝C2＝C3＝10pF、CVR＝1pF、Vchg＝1V、V2＝10V时，Vp2＝4.2258V。若因图2的上侧活塞的位移而CVR自1pF朝0.9pF改变0.1pF左右，则于图3的讯号检测部检测到的Vp2为4.2362V，因此于CVR改变0.1pF时，Vp2的变化量仅为4.2362-4.2258＝0.0104V即10.4mV。虽未于图3的讯号检测部中图示，但使用有将于讯号检测部检测到的电压即类比(analog)值转换为数位(digital)的类比数位转换器(Analog toDigital Converter，ADC)。由于所检测倒的Vp2为4.2V附近，因此用以检测Vp2的大小的讯号检测部的ADC将3.5V～4.5V左右设定为检测范围。于假设于检测部使用10位元(Bit)的ADC时，应利用10Bit的ADC检测4.5V-3.5V即1V，因此ADC的解析度为“1V/1024bit”而每bit的解析度大致成为1mV左右。藉此，于图2的位移传感器的讯号变化量为10.4mV的情形时，仅使用了具有1024bit的解析度的10bit的ADC所具有的性能的1％左右。
通常，系统的信噪比(Ratio)即SNR(Signal to Noise Ratio)为1％者相当于较佳的系统，而通常噪音(Noise)不超过讯号的数％。因此，若检测到的讯号的大小仅为1％左右，则于噪音为数％的情形时，难以区分讯号与噪音，因此检测到的讯号的可靠性降低。
因此，产生如下问题：于在此种系统检测到的电容CVR的大小变化微小时，检测到的讯号不可靠。
发明内容
[技术课题]
本发明是为了解决如上所述的先前的检测电容的大小的系统的问题而提出的，其目的在于提供一种利用使用于检测电容的检测系统的系统电源施加AC电源，于AC电源的大小发生变化时，因施加于被检测电容器的电压的变化而与被检测电容器、及与被检测电容器连接的电容器产生电荷共用，从而检测基于电荷共用的电压的差异而抽选被检测电容器的电容的大小或电容变化量的检测单元及检测方法。
[课题解决手段]
一种检测单元，其检测因接近物件(object)18而产生传感器电容CS的情形，且包括：传感器14，其与上述物件18之间形成传感器电容器cs；辅助电容器caux，其一侧连接于上述传感器14，另一侧连接于系统接地端GND1，开关元件10，其管理上述传感器电容器cs及上述辅助电容器caux的充电；及讯号检测部22，其于在连接于外部接地端VG的上述物件18与上述传感器14之间形成上述传感器电容器cs时，与施加至检测系统20的系统电源的大小变化同步地于上述传感器14形成电压，并检测该电压。
根据一实施例，上述系统电源由正(Positive)系统电源Vsupply与上述系统接地端GND1构成，上述正系统电源Vsupply是以上述系统接地端GND1为基准的直流(directcurrent)电压。
根据另一实施例，上述正系统电源Vsupply与上述系统接地端GND1为同相(SamePhase)，且为以大地接地端为基准而交替的AC电压。
根据又一实施例，于上述AC电压的大小发生变化的反曲点，包含DC区域。
根据又一实施例，于上述DC区域内对传感器14及与传感器14连接的电容器进行充电，或者将于检测系统20中运算的结果输出至外部。
根据又一实施例，于将检测系统20的运算结果输出至外部时，系统接地端(GDN1)与外部接地端相互连接。
根据又一实施例，基于施加至上述检测系统的系统电源的大小变化而于上述传感器14检测到的电压的大小是基于辅助电容器caux与传感器电容器cs的电荷共用现象而改变。
根据又一实施例，于产生上述电荷共用现象时，上述辅助电容器caux供给上述传感器电容器cs所需的电荷、或充入传感器电容器释放的电荷。
根据又一实施例，上述辅助电容器caux为存储电容器(storage capacitor)cst。
根据又一实施例，上述存储电容器cst形成于检测系统20的内部。
根据又一实施例，上述辅助电容器caux为杂散电容器cp。
根据又一实施例，上述杂散电容器为自上述讯号检测部22的输入端观察到的所有杂散电容器的等效电容器。
根据又一实施例，上述外部接地端VG不受系统电源的大小变化的影响。
根据又一实施例，上述外部接地端VG为大地接地端。
根据又一实施例，上述外部接地端VG为DC电压。
根据又一实施例，上述外部接地端VG为不受施加至系统的AC电压的影响的AC电压。
根据又一实施例，上述讯号检测部22的输入端的电压的大小与施加至上述检测系统20的系统电源的大小变化同步地改变。
根据又一实施例，上述讯号检测部22基于在未形成传感器电容器cs时施加至检测系统20的系统电源，于传感器14检测电压，于物件与传感器14对向而附加传感器电容器cs时，检测传感器14中的电压，利用检测到的两个电压的差(Difference)，抽选物件18与传感器14的对向距离或对向面积。
根据又一实施例，以充电电压Vchg对上述传感器14进行充电，于未形成上述传感器电容器cs时，在讯号检测部22检测到的电压由以下<公式1>决定，于上述物件18接近传感器14而附加传感器电容器cs时，以充电电压Vchg对上述传感器14进行充电，于讯号检测部22检测到的电压由以下<公式2>决定，上述电压的差(Difference)是因<公式1>与<公式2>的差而产生。
<公式1>VP＝Vsupply+Vchg
<公式2>
(其中，Vp为于传感器14检测到的电压的大小，Vsupply为系统电源交替的电压的大小，Vchg为以大地接地端为基准的充电电压，CAUX为辅助电容器caux的电容，CS为产生于传感器14与物件18之间的传感器电容器cs的电容)
根据又一实施例，于上述物件18为多个时，在形成于多个物件与多个传感器14之间的多个传感器电容CSn附加于讯号检测部22的输入端时，于以充电电压Vchg对上述传感器进行充电后，在讯号检测部22检测到的电压由以下<公式3>决定。
<公式3>
(其中，Vp为于传感器14检测到的电压的大小，Vsupply为系统电源进行交替的电压的大小，Vchg为以大地接地端为基准的充电电压，CAUX为辅助电容器caux的电容，CS为产生于传感器14与物件18之间的传感器电容器cs的电容，n为传感器电容器的个数)
根据又一实施例，基于通过一个或多个静态物件及一个动态物件18而于讯号检测部22检测到的电压Vp的按照时差(Time difference)产生的差异，抽选形成于动态物件与对向的传感器14之间的传感器电容值CS的按照时差(Time difference)产生的电容变化量。
根据又一实施例，于检测传感器14的电压时，上述讯号检测部22的输入端处于至少1MΩ以上的高阻抗(high impedance)状态。
根据又一实施例，上述讯号检测部22包含ADC。
根据又一实施例，连接于上述讯号检测部22的输入端的所有电容器的电容位于“摆动未达要素”的分母。
根据又一实施例，连接于上述讯号检测部22的输入端的所有电容器中的另一侧连接于上述系统接地端GND1的固定电容器的电容位于“摆动未达要素”的分母。
根据又一实施例，连接于上述讯号检测部22的输入端的所有电容器中的另一侧连接于上述外部接地端VG的可变电容器的电容位于“摆动未达要素”的分子。
根据又一实施例，上述固定电容器是即便施加至上述检测系统20的系统电源的大小发生变化，亦保持初始电荷量。
根据又一实施例，上述可变电容器是若施加至上述检测系统20的系统电源以外部接地端电位为基准而变大，则蓄积更多的电荷，若施加至上述检测系统20的系统电源以外部接地端电位为基准而变小，则释放已蓄积的电荷。
根据又一实施例，上述固定电容器是于上述可变电容器可蓄积更多的电荷时，供给上述电荷，于上述可变电容器释放蓄积电荷时，储存该电荷。
根据又一实施例，施加至上述检测系统20的系统电源的大小变化是与检测系统20的上升(Up)或下降(Down)讯号同步地实现。
根据又一实施例，于构成连接于一个传感器讯号线16的一个传感器14的两个面，与彼此不同的物件18对向而形成有传感器电容CS。
一种检测方法，其感应因物件18的接近而产生的传感器电容CS的情形，且包含如下步骤：(a)连接于外部接地端VG的上述物件18与传感器14对向，附加形成于其之间的传感器电容器cs的步骤；(b)对一侧与传感器14共通连接，另一侧连接于系统接地端GND1的辅助电容器caux施加充电电压Vchg的步骤；及(c)对连接有上述传感器14的检测系统20施加交替的系统电源，讯号检测部22于上述传感器14检测电压而检测传感器电容器的大小或大小变化量的步骤。
根据一实施例，上述系统电源由正(Positive)系统电源Vsupply与上述系统接地端GND1构成，上述正系统电源Vsupply为以上述系统接地端GND1为基准的DC电压。
根据另一实施例，上述正系统电源Vsupply与上述系统接地端GND1为同相(SamePhase)，且为以大地接地端为基准而进行交替的AC电压。
根据又一实施例，于上述AC电压的大小发生变化的反曲点，包含DC区域。
根据又一实施例，于上述DC区域内对传感器14及与传感器14连接的电容器进行充电，或者将于检测系统20中运算的结果输出至外部。
根据又一实施例，于将检测系统20的运算结果输出至外部时，系统接地端(GDN1)与外部接地端相互连接。
根据又一实施例，基于施加至上述检测系统的系统电源的大小变化而于上述传感器14检测到的电压的大小基于辅助电容器caux与传感器电容器cs的电荷共用现象发生变化。
根据又一实施例，于发生上述电荷共用现象时，上述辅助电容器caux供给上述传感器电容器cs所需的电荷、或充入上述传感器电容器释放的电荷。
根据又一实施例，上述辅助电容器caux为存储电容器cst。
根据又一实施例，上述存储电容器cst形成于检测系统20的内部。
根据又一实施例，上述辅助电容器caux为杂散电容器cp。
根据又一实施例，上述杂散电容器为自上述讯号检测部22的输入端观察到的所有杂散电容器的等效电容器。
根据又一实施例，上述外部接地端VG不受系统电源的大小变化的影响。
根据又一实施例，上述外部接地端VG为大地接地端。
根据又一实施例，上述外部接地端VG为DC电压。
根据又一实施例，上述外部接地端VG为不受施加至系统的AC电压的影响的AC电压。
根据又一实施例，上述讯号检测部22的输入端的电压的大小与施加至上述检测系统20的系统电源的大小变化同步地发生变化。
根据又一实施例，上述讯号检测部22于未形成传感器电容器cs时，基于施加至检测系统20的系统电源而于传感器14检测电压，于物件与传感器14对向而附加传感器电容器cs时，检测传感器14中的电压，利用检测到的两个电压的差(Difference)，抽选物件18与传感器14的对向距离或对向面积。
根据又一实施例，以充电电压Vchg对上述传感器14进行充电，于未形成上述传感器电容器cs时，在讯号检测部22检测到的电压由以下<公式4>决定，于上述物件18接近传感器14而附加传感器电容器cs时，以充电电压Vchg对上述传感器14进行充电，于讯号检测部22检测到的电压由以下<公式5>决定，上述电压的差(Difference)是因<公式4>与<公式5>的差而产生。
<公式4>VP＝Vsupply+Vchg
<公式5>
(其中，Vp为于由传感器14检测到的电压的大小，Vsupply为系统电源交替的电压的大小，Vchg为以大地接地端为基准的充电电压，CAUX为辅助电容器caux的电容，CS为产生于传感器14与物件18之间的传感器电容器cs的电容)
根据又一实施例，于上述物件18为多个时，在形成于多个物件与多个传感器14之间的多个传感器电容CSn附加于讯号检测部22的输入端时，于以充电电压Vchg对上述传感器进行充电后，在讯号检测部22检测到的电压由以下<公式6>决定。
<公式6>
(其中，Vp为于传感器14检测到的电压的大小，Vsupply为系统电源交替的电压的大小，Vchg为以大地接地端为基准的充电电压，CAUX为辅助电容器caux的电容，CS为产生于传感器14与物件18之间的传感器电容器cs的电容，n为传感器电容器的个数)
根据又一实施例，基于通过一个或多个静态物件及一个动态物件18而于讯号检测部22检测到的电压Vp的按照时差(Time difference)产生的差异，抽选形成于动态物件与对向的传感器14之间的传感器电容值CS的按照时差(Time difference)产生的电容变化量。
根据又一实施例，于检测传感器14的电压时，上述讯号检测部22的输入端处于至少1MΩ以上的高阻抗状态。
根据又一实施例，上述讯号检测部22包含ADC。
根据又一实施例，连接于上述讯号检测部22的输入端的所有电容器的电容位于“摆动未达要素”的分母。
根据又一实施例，连接于上述讯号检测部22的输入端的所有电容器中的另一侧连接于上述系统接地端GND1的固定电容器的电容位于“摆动未达要素”的分母。
根据又一实施例，连接于上述讯号检测部22的输入端的所有电容器中的另一侧连接于上述外部接地端VG的可变电容器的电容位于“摆动未达要素”的分子。
根据又一实施例，上述固定电容器是即便施加至上述检测系统20的系统电源的大小发生变化，亦保持初始电荷量。
根据又一实施例，上述可变电容器是若施加至上述检测系统20的系统电源以外部接地端电位为基准而变大，则蓄积更多的电荷，若施加至上述检测系统20的系统电源以外部接地端电位为基准而变小，则释放已蓄积的电荷。
根据又一实施例，上述固定电容器是于上述可变电容器可蓄积更多的电荷时，供给上述电荷，于上述可变电容器释放蓄积电荷时，储存该电荷。
根据又一实施例，施加于上述检测系统20的系统电源的大小变化与检测系统20的上升(Up)或下降(Down)讯号同步地实现。
根据又一实施例，于构成连接于一个传感器讯号线16的一个传感器14的两个面，与不同的物件18对向而形成有传感器电容CS。
根据一方面，本发明的联动于AC电源的电容检测单元包含：
固定电容器，其具有固定的电容(fixed capacitance)；
可变电容器，其产生根据与外部物件(object)的对向距离或对向面积而变化的可变电容(variation capacitance)；及
讯号检测部，其与施加至上述固定电容器的交流电压同步化(synchronize)而检测因于上述固定电容器与上述可变电容器之间流动的电荷引起的电压变化。
较佳为，本发明的联动于AC电源的电容检测单元还包含开关元件，其用于以DC电压对上述固定电容器进行充电、或为了于充电后保存所充电的电荷而保持浮动状态，
上述讯号检测部是基于检测到的上述电压变化，获得上述可变电容器的可变电容。
较佳为，本发明的联动于AC电源的电容检测单元的特征在于还包含传感器，其感应上述电压变化，
上述可变电容器形成于与上述物件接触的导电体与上述传感器之间。
较佳为，本发明的联动于AC电源的电容检测单元的特征在于，基于在上述讯号检测部获得的上述可变电容器的可变电容，获得上述物件与上述导电体之间的间隔、或上述物件与上述导电体接触的面积。
较佳为，本发明的联动于AC电源的电容检测单元中，上述固定电容器具有对于通过与上述讯号检测部的连接而产生的杂散电容器(parasitic capacitor)的电容(capacitance)、与储存上述电荷的存储(storage)电容器的电容的等效电容(equivalentcapacitance)。
较佳为，本发明的联动于AC电源的电容检测单元的特征在于还包含：
第1接地端(ground)；及
第2接地端(ground)；且
上述固定电容器与上述第1接地端接地，上述可变电容器与上述第2接地端接地。
较佳为，本发明的联动于AC电源的电容检测单元中，上述第1接地端与上述交流电压为相同的频率、同相(in-phase)，且保持固定大小的振幅差(amplitude difference)，藉此若以上述第1接地端为基准，则对上述固定电容器施加DC电压。
较佳为，本发明的联动于AC电源的电容检测单元中，上述第2接地端为DC电压为零(zero)的大地接地端或固定大小的DC电压。
较佳为，本发明的联动于AC电源的电容检测单元的特征在于，于输出上述讯号检测部的结果时，上述第1接地端与上述第2接地端相互连接，上述交流电压保持固定大小的DC电压。
较佳为，本发明的联动于AC电源的电容检测单元的特征在于，上述第1接地端及上述交流电压于第1持续期间(duration)内具有第1频率，于与上述第1持续期间不同的第2持续期间内具有与上述第1频率不同的第2频率，上述第1频率与上述第2频率交替。
较佳为，本发明的联动于AC电源的电容检测单元的特征在于还包含传感器，其包含对向的两个感测面，连接于一个传感器讯号线而感应上述电压变化，
通过与上述各感测面接触的两个不同的物件，产生两个可变电容器。
较佳为，本发明的联动于AC电源的电容检测单元的特征在于还包含多个传感器，其感应上述电压变化，
通过施加至上述多个传感器的多个物件，产生多个可变电容器。
较佳为，本发明的联动于AC电源的电容检测单元中，上述讯号检测部感应未产生上述可变电容时的上述传感器或上述多个传感器中的各个传感器的第1电压、与产生通过所施加的上述物件而产生的上述可变电容时的上述传感器或上述多个传感器中的各个传感器的第2电压，基于上述第1电压与上述第2电压的差异(voltage difference)，获得上述可变电容或上述多个可变电容。
较佳为，本发明的联动于AC电源的电容检测单元的特征在于，上述第1电压为固定大小的DC电压即第1充电电压(第1Vchg)与上述交流电压的和，上述第2电压为上述第1电压与上述电荷于上述固定电容器与上述可变电容器之间完成流动后的通过上述传感器检测到的电压的差。
较佳为，本发明的联动于AC电源的电容检测单元的特征在于还包含大地接地端，其为固定大小的DC电压，
若上述交流电压以上述大地接地端为基准而变大，则上述可变电容器蓄积自上述固定电容器接收的电荷，若上述交流电压以上述大地接地端为基准而变小，则上述固定电容器蓄积自上述可变电容器接收的电荷。
较佳为，本发明的联动于AC电源的电容检测单元的特征在于，上述讯号检测部的输入端具有至少1MΩ以上的高阻抗。
根据一方面，联动于AC电压的电容检测方法是于系统中获得上述可变电容者，该系统包含感应电压变化的传感器、具有固定的电容的固定电容器、及产生根据与外部物件的对向距离或对向面积而变化的可变电容的可变电容器，且上述联动于AC电压的电容检测方法包含如下步骤：
DC电压充电步骤，其是以DC电压即充电电压对上述传感器及上述固定电容器进行充电；
交流电压施加步骤，其是对上述固定电容器施加交流电压；
讯号检测步骤，其是与上述交流电压同步化而通过讯号检测部检测因于上述固定电容器与上述可变电容器之间流动的电荷引起的电压变化；及
可变电容获得步骤，其是基于上述电压变化，获得上述可变电容。
较佳为，联动于AC电压的电容检测方法的特征在于，于与上述物件接触的导电体与上述传感器之间形成上述可变电容。
较佳为，联动于AC电压的电容检测方法于上述DC电压充电步骤与上述交流电压施加步骤之间还包含：
为了保持保存充电于上述传感器及上述固定电容器的电荷的浮动状态，断开开关元件的步骤；及
基于上述可变电容，获得上述物件与上述导电体之间的间隔或上述物件与上述导电体接触的面积的步骤。
较佳为，联动于AC电压的电容检测方法中，上述固定电容器具有对于通过与上述讯号检测部的连接而产生的杂散电容器(parasitic capacitor)的电容(capacitance)、与储存上述电荷的存储(storage)电容器的电容的等效电容(equivalent capacitance)。
较佳为，联动于AC电压的电容检测方法的特征在于还包含如下步骤：
第1接地端接地步骤，其是使上述固定电容器与第1接地端接地；及
第2接地端接地步骤，其是使上述可变电容器与第2接地端接地。
较佳为，联动于AC电压的电容检测方法中，上述第1接地端与上述交流电压为相同的频率、同相(in-phase)，且保持固定大小的振幅差(amplitude difference)，藉此若以上述第1接地端为基准，则对上述固定电容器施加DC(direct current)电压。
较佳为，联动于AC电压的电容检测方法的特征在于，上述第2接地端为DC电压为零(zero)的大地接地端或固定大小的DC电压。
较佳为，联动于AC电压的电容检测方法的特征在于，于输出上述讯号检测部的结果时，上述第1接地端与上述第2接地端相互连接，上述交流电压保持固定大小的DC电压。
较佳为，联动于AC电压的电容检测方法的特征在于，上述第1接地端及上述交流电压于第1持续期间(duration)内具有第1频率，于与上述第1持续期间不同的第2持续期间内具有与上述第1频率不同的第2频率，上述第1频率与上述第2频率交替。
较佳为，联动于AC电压的电容检测方法还包含使不同的两个物件与上述传感器的对向的两个感测面的各者接触而产生两个可变电容器的步骤。
较佳为，联动于AC电压的电容检测方法中，上述传感器为多个，且还包含通过与上述多个传感器接触的多个物件，产生多个可变电容器的步骤。
较佳为，联动于AC电压的电容检测方法中，上述讯号检测部藉感应于未产生上述可变电容时的上述传感器或上述多个传感器中的各个传感器的第1电压、与产生通过所施加的上述物件产生的上述可变电容时的上述传感器或上述多个传感器中的各个传感器的第2电压，基于上述第1电压与上述第2电压的差异(voltage difference)，获得上述可变电容或上述多个可变电容。
较佳为，联动于AC电压的电容检测方法的特征在于，上述第1电压为上述充电电压与上述交流电压的和，上述第2电压为上述第1电压与上述电荷于上述固定电容器与上述可变电容器之间完成流动后的通过上述传感器检测到的电压的差。
较佳为，联动于AC电压的电容检测方法的特征在于还包含与固定大小的DC电压即大地接地端接地的步骤，
若上述交流电压以上述大地接地端为基准而变大，则上述可变电容器蓄积自上述固定电容器接收的电荷，若上述交流电压以上述大地接地端为基准而变小，上述固定电容器蓄积自上述可变电容器接收的电荷。
较佳为，联动于AC电压的电容检测方法的特征在于，上述讯号检测部的输入端具有至少1MΩ以上的高阻抗。
[发明的效果]
根据本发明的联动于AC电源的电容检测单元及检测方法，具有如下效果：于施加至电容检测系统的系统电源的大小发生变化时，施加至欲检测电容的大小或变化量的被检测电容器的电压的大小发生变化而蓄积于被检测电容器的电荷量发生变化，从而可利用随着电荷量的变化而于在检测部检测到的电压中产生差异的现象，检测电容的大小或电容变化量。
附图说明
图1是关于间接地测定电容的现有实施例的图。
图2是关于检测位移的传感器的实施例。
图3是将图1所示的电容检测系统更具体化的实施例。
图4是由两个活塞构成的位移传感器的实施例。
图5是表示本发明的电容检测系统的基本结构的电路图。
图6是检测本发明的传感器电容的电路的一实施例。
图7是关于大小与相位规则性地交替的交流电压的图。
图8是关于大小与相位不规则性地交替的交流电压的图。
图9a、图9b是多个物件使用于本发明的电容检测系统的实施例。
图10是可检测多个传感器电容的检测系统的电路图。
具体实施方式
以下，参照随附图式及实施例，详细地对本发明的较佳的实施例进行说明。
首先，本发明是有关于一种联动于AC电源的电容的检测单元及检测方法，更具体而言是有关于一种于构成电容器的两个导电体间的距离发生变化、或因两个导电体间的对向面积发生变化而电容器的电容发生变化时，容易地检测该情形的单元及方法。
本发明检测形成于手指或类似于此的具有电特性的导电体(以下称为物件)与传感器之间的电容。此处，“非接触输入”是指于物件(Object)与传感器间隔固定距离的状态下形成电容。物件可接触至覆盖传感器的基板的外表面。然而，于该情形时，物件与传感器亦保持非接触状态。因此，物件对传感器的接触能够以“接近”的用于表达。另一方面，对于覆盖传感器的基板的外表面，可为接触有物件的状态，因此于本说明书中，通用“接近”与“接触”。
又，于以下说明的如“～部”的构成是执行某种作用的构成要素，如由缓冲器(Buffer)构成的讯号输入部般执行单位作用、或指如软体(software)、或如场可程式化闸阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或特殊应用积体电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)的硬体构成要素。又，“～部”可包含于更大的构成要素或“～部”、或包含更小的构成要素及“～部”。又，“～部”亦可本身具有单独的中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)。
于以下的图式中，为了明确表现多个层及区域，扩大表示厚度或区域。于说明书全文中，对类似的部分使用相同的图式符号。于说明为层、区域等部分位于其他部分“上”或“上面”时，该情形不仅包含位于其他部分的“正上方”的情形，而且亦包含于其中间存在另一部分的情形。与此相反，于说明为某个部分位于其他部分的“正上方”时，意味着于其中间不存在其他部分。
又，本说明书中记载的“讯号”于无特别说明，统称电压或电流。
又，于本说明书中，“电容(Capacitance)”具有可蓄积电荷的能力，“电容器(Capacitor)”是指具有电容的元件(Element)。于本说明书中，电容器以英文小写表示，电容以英文大写表示。例如，c1/C1是指称为c1的电容器的电容为C1。
本发明的开关元件例如可为继电器(Relay)、金属氧化物半导体(Metal OxideSemiconductor，MOS)开关、双极接面电晶体(Bipolar Junction Transistor，BJT)、场效电晶体(Field Effect Transistor，FET)、金氧半场效应电晶体(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)、绝缘闸极双极型电晶体(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)、薄膜电晶体(Thin Film Transistor，TFT)、运算放大器(Operational AMPlifier，OPAMP)，亦可通过该等之间的同种间或异种间的结合而形成。开关元件可无关输入输出端子的个数，使用输入输出通过可接通/断开输入输出的单元而接通/断开的所有元件。
另一方面，作为开关元件的一例，互补金氧半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)开关通过P型金氧半导体(P-channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS)与N型金氧半导体(N-channel Metal Oxide Semiconductor NMOS)的相互组合而形成，且输入输出端子相互连接，但单独存在接通/断开控制端子，从而一同连接于相同的控制讯号、或单独地连接于单独的控制讯号而决定接通/断开状态。继电器(Relay)是若对控制端子施加电流，则无损耗地输出施加于输入端子的电压或电流的元件，BJT是如下元件：若于将高于基极(Base)的临限电压(Threshold voltage)的电压施加至基极的状态下，向基极端子流入电流，则按照固定量增大的电流自集极(Collector)流向射极(Emitter)。又，TFT作为使用于构成液晶显示装置(Liquid Crystal Display，LCD)或主动阵列有机发光二极体(Active Matrix Organic Light Emitting Diode，AMOLED)等的显示装置的画素部的开关元件，由控制端子即闸极(Gate)端子、输入端子即源极(Source)端子、及输出端子即汲极(Drain)端子构成，且为如下元件：若对闸极端子施加较施加于汲极端子的电压高出临限电压以上的电压，则实现导通，并且包含于施加于闸极端子的电压的大小内的电流自输入端子流向输出端子。
又，于本说明书中，所谓“施加(forcing)讯号(signal)”是指，已保持某种状态的讯号的位准(Level)改变、或于目前的浮动(Floating)状态下连接于某个讯号。例如，所谓向开关元件的接通/断开控制端子施加讯号亦指现有的低(Low)位准电压变成高(Hi)位准电压，且亦指为了接通/断开开关元件，对无任何讯号而成为浮动的状态的开关元件的接通/断开控制端子施加某种电压。
又，本发明检测形成于传感器与导电体之间的电容的大小或电容的变化量，电容的大小或电容以相同的含义使用。又，将用以检测电容的大小或电容的变化量的电容器统称为“被检测电容器”。
本说明书中所使用的检测系统可为积体电路即IC或各种电路零件于印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)上相互连接的“电路物”、或可为IC的一部分或“电路物”的一部分。例如，所谓对检测系统施加AC电源是指，对IC整体或电路物整体施加电源、或仅对IC的一部分或电路物的一部分施加AC电源。
又，于本说明书中，大地接地端(Ground)或绝对接地端(Ground)为大地电位即零(zero)V，大地接地端、绝对接地端、及大地电位以相同的含义使用。
对检测系统供给以检测系统本身具有的接地端电位为基准的电源，将检测系统的接地端与电源统称为系统电源。又，系统电源分为正(Positive)系统电源及系统接地端而使用，正系统电源为以系统接地端为基准而供给至检测系统的电压。
又，若未于本说明书中特别提及，则所有电压或电位均以大地电位为基准而决定大小。例如，于将正系统电源设为20V时，意味着以大地电位为基准而大小为20V，于正系统电源以系统接地端为基准而设为5V时，意味着正系统电源与系统接地端的电位差为5V。
又，于本说明书中，电压(Voltage)与电位(Potential)以等同的含义使用，将具有特定大小的电压表示为电位。
又，供给至检测系统的系统电源为内部电源。因此，非内部电源的所有电源称为外部电源或外部电位。大地接地端亦为外部电位。
施加至本发明的检测系统的AC电压可利用电池而制作。电池的接地端为浮动(floating)接地端，因此若电池的接地端不与大地接地端相互连接，则由电池制作的本发明的AC电压无法以大地电位为基准而定义绝对大小。因此，于为了提及利用如电池的浮动接地端产生的AC电压的绝对大小而以大地电位为基准时，假设大地电位与如电池的接地端的浮动接地端接地。
又，于本说明书中，P点的电位、与于传感器14检测到的电位、于讯号检测部22检测到的电位、或于缓冲器15的输入端检测到的电位均为相同含义。
又，于本说明书中，作为表示电压的大小的符号(symbol)的Vsupply或VG亦用作表示电压的大小或特定电压的符号。例如，Vsupply为表示正系统电源的符号，用作表示20V的交替电压的电压的大小。
于对本发明的具体实施例进行说明前，参照由两个活塞构成的位移传感器的实施例即图4，简单地对在本发明中检测电容的原理进行说明。图4是由玻璃或塑胶制作、或于虚拟的主体(Body)内部由两个对向的活塞构成的汽缸。于实际使用例中，活塞的形状并无限制，呈各种几何形状。例如，活塞由圆形、矩形、或各种多边形构成。对向的活塞亦可呈彼此相同的几何形状，亦可呈彼此不同的几何形状。就该方面而言，支撑两个活塞的主体为虚拟的主体，汽缸上侧的活塞或下侧的活塞可通过自外部施加的力、或通过本身的能量而改变位置或改变对向面积。
于两个活塞之间，填充有具有特定的介电常数的物质。例如，空气的介电常数为1，玻璃具有5或6左右的介电常数。又，可分别对两个活塞施加特定的电压。于图4的实施例中，对上端的活塞施加Vf的电压，对下端的活塞施加0(zero)V。
如图4的实施例，试图利用由两个活塞构成且形成于两个活塞之间的电容的变化而检测两个活塞的位移是本发明的优异的实施例。或是，使人的手指接近电梯的按钮，检测形成于按钮与人的手指之间的电容器的电容而测定手指与按钮之间的距离，从而基于此驱动电梯的电梯系统亦为本发明的又一实施例。
参照本发明的实施例即图4，两个导电体以对向面积“S”与对向距离“d”相面对，于两个导电体之间填充有介电常数为“ε”的介电体。如图4的右侧等效电路及公式所示，于两个导电体之间形成有电容器，所形成的电容器具有于图4的右侧公式定义的电容C。
若对具有电容“C”的两个导电体供给电压或电流，则于电容器蓄积通过V＝Q/C的关系式得出的电荷。此处，V为施加至电容器的电压的大小，C为所产生的电容，Q为蓄积于电容器的电荷量。
参照“V＝Q/C”的公式，因施加至电容器的电压的变化而蓄积于具有相同的电容的电容器的电荷量发生变化，或即便施加至电容器的电压相同，若电容的大小发生变化，则亦于储存于电容器的电荷量中产生差异。
若将此种原理应用至图4，则如下。于图4的相互对向的活塞的距离保持为固定时，若施加至活塞的一侧的电压Vf的大小变大，则蓄积于形成于对向的活塞之间的电容器的电荷量变多，若上端的活塞移动而两个活塞的距离变窄，则于图4中检测到的电容变大，因此因相同的施加电压Vf而蓄积于活塞之间的电荷量变多。
此时，于与被施加Vf的电压的活塞对向的活塞，连接用以移动电流的接地端。接地端为0(zero)V的电位、如1V或100V的DC电压、或大小及相位发生变化的AC电压。
图5是表示本发明的电容检测系统的基本结构的电路图。参照图5，具有由开关元件10、传感器14、传感器讯号线16、存储电容器cst、杂散电容器cp、及高(Hi)阻抗输入元件12构成的基本结构。
开关元件10于对开关接通/断开控制端子10-3施加高(Hi)电压即Von时接通(Turnon)，向开关输出端子10-2输出连接于开关输入端子10-1的充电电压Vchg，以固定时间向传感器14及与其连接的所有电容器施加充电电压而以“Vchg”的大小对该等电容器进行充电。若完成充电，则向开关接通/断开控制端子10-3施加低(Low)Voff电压而使开关元件10接通(Turn off)，藉此去除向连接于P点的电容器充电的充电电压Vchg而P点保持充电电压。于自开关元件10到达连接于P点的电容器的路径、及至高阻抗输入元件12的路径，存在固定大小的电阻成分，藉此发生充电时间的延迟，但于本说明书中，假设不存在无电阻成分。
于本发明中，为了检测P点的电位，应使用高阻抗输入元件12。高阻抗(HiImpedance，以下称为Hi-z)输入元件12使用缓冲器(Buffer)、运算放大器(OPAMP)、或MOS/FET等的Gate端子。于以下的说明书中，Hi-z输入元件12混用作缓冲器15。缓冲器15或Hi-z输入元件12作为构成讯号检测部22的要素，应表示于图6的讯号检测部22的内部，但于图6中，为了强调为Hi-z输入，分开表示讯号检测部22与缓冲器15。
若于以充电电压Vchg对P点进行充电后，开关元件10断开，则开始连接于图5的P点的电容器的放电，为了将放电最小化，较理想的是连接于P点的开关元件10及缓冲器15为Hi-z状态。Hi-z状态的输入元件的阻抗至少为1MΩ以上。又，于P点检测到的开关元件10的断开状态阻抗亦至少为1MΩ以上。
通过下文将述的电荷共用现象，讯号检测部22检测P点的电压而运算形成于传感器14与物件18之间的电容，于运算中或运算完成后，再次以Vchg对P点进行充电，重复基于电荷共用现象的检测P点的电压的流程。
cst作为存储(Storage)电容器，发挥向图5的传感器电容器cs供给电荷或充入传感器电容器cs释放的电荷的作用。存储电容器cst可设置于下文将述的检测系统20的内部、或附着于检测系统的外部。
cp作为杂散电容器(Parasitic Capacitor)，是自图5的P点观察到的所有杂散电容器的总和即等效电容器。例如，虽未图示，但亦于开关元件10的输出端子10-2与开关接通/断开(on/off)控制端子10-3之间存在杂散电容器，且亦于Hi-z输入元件12的输入端存在杂散电容器。又，于使用多个传感器14的情形时，若多个传感器讯号线16以相互邻接的方式配线，则亦与该等传感器14之间存在寄生电容器。
于检测系统20中必需cst，因此可于检测系统20的内部形成cst，或亦可利用自然形成的cp而执行存储电容器的作用。参照图5的cst或cp，相同地连接于P点，且连接于相同的接地端。因此，根据简单的电路知识，cst与cp可由一个等效电路构成，以后将该cst与cp表示为辅助电容器caux及辅助电容CAUX。辅助电容器caux发挥如下作用：于下文将述的电荷共用现象中，向下文将述的可变电容器供给电荷、或蓄积可变电容器释放的电荷。
cs作为以传感器14与物件18及其之间的介电体为媒介而形成的传感器电容器，具有“CS”大小的电容。物件18能够以触碰电梯的按键的手指为例，每个人的手指的大小不同，且随着时间的推移而于对向面积与对向距离中发生变化，因此传感器电容的大小具有随时变化的特征。
于本发明中，于物件18中，并非系统电源的外部电源用作接地端，外部电源如图4的连接于下侧汽缸的接地端般直接连接于物件18，可如站立于地面的人与大地电位虚拟地连接般虚拟地与物件18连接。于本发明中，以接地端连接于物件18的外部电源亦称为外部接地端，表示为虚拟接地端(Virtual Ground，以下称为VG)。
虚拟接地端VG为大地接地端、或以大地接地端为基准的DC电压或AC电压。例如，于人以一只手握持三波长萤光灯并以另一只手按压电梯的按钮时，VG成为自三波长萤光灯输出的交流电压。虚拟接地端VG亦可使用如电池的接地端的浮动接地端。于使用浮动接地端时，检测系统的所有电压的大小均以浮动接地端为基准而定义。于本说明书中，大地接地端包含浮动接地端，亦以相同的含义使用。
图6是检测本发明的传感器电容的电路的一实施例，若利用图6对检测传感器电容器cs的电容CS的方法进行说明，则如下。图6的以椭圆包围的部分为检测系统20。检测系统20包含讯号检测部22，可产生系统电源即AC电压、包含CPU。系统电源可于检测系统20产生，亦可自外部供给。
于检测系统20中，将为了检测传感器电容器cs的传感器电容CS而使用的AC电源称为系统电源或系统电压，系统电源由正系统电源即Vsupply与系统接地端GND1构成。
正系统电源即Vsupply以系统接地端即GND1为基准为DC电压。例如，Vsupply以GND1为基准为3.3V的DC电压。
虽然Vsupply以GND1为基准为3.3V的DC电压，但Vsupply以大地接地端为基准为大小与相位发生变化的AC电压。例如，Vsupply能够以大地接地端为基准，按照特定周期上升10V或下降10V。或者，可于某个时点按照15V上升或下降、或于某个时点按照20V上升或下降。于本说明书中，将系统电源按照特定的电压上升或下降的情形称为交替(Swing)。
又，用作系统电压的交流电压作为一实施例，亦可如自10uS上升或下降10V、或自20uS上升或下降10V般改变相位。
Vsuppy与GND1为相互保持固定大小的电压差的DC电压，并且为Vsupply以大地接地端为基准而大小与相位发生变化的AC电压，因此GND1如Vsupply般亦为以大地接地端为基准而大小与相位发生变化的AC电压。
使用于检测系统20的系统电源是以大地接地端为基准而为AC电源，但以GND1为基准而为DC电压，因此作为用以运算检测系统20的讯号检测部22的电压，可使用系统电源。
为了将于讯号检测部22运算的某个值输出至外部，较佳为系统接地端GND1与接收讯号的外部结构体的接地端相互连接。此时，施加于讯号检测部22的AC电压较佳为保持不会交替的DC直流电压的波形。该情形出现于图8的t1时点或t2时点，AC电压于交替的反曲点包含于特定期间内保持固定大小的DC区域。包含于AC电压的DC区域为于确保下文将述的充电时间、或将讯号检测部的讯号传输至外部中所需的区域。例如，为了于图8的区域1的t2时点，在讯号检测部22完成某种运算而将其输出至未图示的外部，25V的GND1可与大地接地端或包含检测系统20的上级系统的接地端连接，上级系统亦可具有使用DC电池(battery)的浮动(Floating)接地端。
以讯号检测部22为基准而所谓外部是指，包含讯号检测部22的IC或包含讯号检测部22的PCB的外部，另一方面，可为于IC的内部或PCB的内部去除讯号检测部22的其他区域。例如，于在IC的内部，讯号检测部22与驱动图4的活塞的驱动部存在于其他区域，驱动部的接地端与使用于讯号检测部22的系统接地端GND1不同时，存在于相同的IC内的驱动部亦可表示为外部。
图6的辅助电容器caux为存储电容器cst与杂散电容器cp的等效电容器。又，传感器电容器cs为形成于图5的传感器14与物件18之间的电容器，且电容的大小为CS。
传感器14可连接于传感器讯号线16而远离检测系统20。又，于使用多个检测系统20时，多个传感器14能够以间隔特定距离的方式配置，此时若与传感器14连接的传感器讯号线16相互邻接，则于传感器讯号线16之间产生杂散电容器cp，杂散电容包含于图6的辅助电容CAUX。
于本发明中，对除物件18外的开关元件10、缓冲器15、或讯号检测部22部检测系统20施加系统电源。系统电源由正系统电压即“Vsupply”与系统接地端即“GND1”构成，Vsupply对于GND1为DC，但对于大地接地端为交流。例如，Vsupply与GND1为相互保持5V的电位差的DC电压。然而，如下文将述的图7或图8的实施例，系统电压对于大地接地端为AC。
检测系统20可由积体电路(Integrated Circuit，以下称为IC)实现、或由安装于PCB的电路实现，实现的方法由不受限定的各种零件的组合构成。若检测系统20仅使用IC或PCB的一部分区域，则交流电压仅可供给至IC或PCB的一部分区域即检测系统20。或者，亦可根据电路构成而供给至IC的整个区域或PCB的整体电路。
系统电源即AC电压为大小(Amplitude)与相位(Phase)规则性地(Regular)交替的电压、或大小与相位不规则性地(Non Regular)变动的电压。若利用图7与图8对交流电压进行说明，则如下。
图7是关于大小与相位规则性地交替的交流电压的图，图8是关于大小与相位不规则的交流电压的图。首先，若利用图7对具有规则的大小与相位的交流电压的情形进行说明，则如下。
图7是以大地电位为基准，最大(Max)电压为30V且最小(Min)电压为10V而交替电压的大小(Amplitude)为20V的AC电压。因此，Vsupply以大地电位为基准而交替20V。系统接地端即GND1与Vsupply保持5V。因此，系统接地端即GND1亦为以大地电位为基准，Max电压为25V且Min电压为5V而按照20V的大小交替的AC电源。藉此，系统电源Vsuppy以大地电位为基准而为AC电压，但以GND1为基准(即，于将GND1作为接地端时)而DC电压为5V。又，AC电压的周期为60Hz而相位(Phase)亦规则。
如图7，以大地电位为基准而其大小与相位规则的AC电压可作为系统电压而施加，但大小与相位不规则的AC电压可作为系统电源而施加，图8是关于该情形的一实施例。
参照图8，以系统接地端GND1为基准而正系统电源Vsupply的大小为5V，因此以GND1为基准而Vsupply为DC电压。图8的区域1的AC电压的变动幅为20V，区域2的AC电压的变动幅为15V，区域3的AC电压的变动幅或大小为25V。区域1的AC电压的上升周期与下降周期相同，区域2的AC电压的上升周期与下降周期不同，该情形为于上升时无时间的延迟而上升，于下降时按照特定的周期下降的情形。区域3的AC电压为于上升及下降时，进行垂直上升及垂直下降的情形的实施例。如上所述，大小与相位不规则的AC电压可用作系统电源。
于实际使用例中，较佳为如区域1至区域3所示的各种AC电压不会混用作系统电源，且使用一个图案(pattern)。然而，可按照事先程式化(program)的顺序(Sequence)依次使用几种图案。
如图8的实施例的系统电源的构成并不规则，但为于以大地电位为基准时，其大小发生变化的电压，因此于本发明中，此种电压亦定义为AC电压(或交流电压)，此种不规则的AC波形具有可任意地决定周期、或上升图案或下降图案的倾斜度的优点。
图8的交替电压可于所期望的时点实现电压的上升或电压的下降。对于事先程式化的系统电源的上升及下降的图案是与自检测系统20提供的上升(UP)或下降(Down)讯号同步地产生。
于物件18为人的手指，且以手指按压电梯的按钮时，可将成人的身体与大地电位接地的情形模型化，因此于此种情形时，图6的VG为0(zero)V而大小不变。然而，系统电源为以大地电位为基准而其大小交替的交流电压，因此于系统电源的大小发生变化时，图6的P点的电位与系统电源同步地交替。由于P点的电位交替，因此通过传感器讯号线16而施加至传感器14的电源亦为与P点相同地交替的电压。
于物件18的接地端为大小不变的0V的大地电位的情形时，在施加至传感器14的系统电源的大小发生变化时，施加至形成于物件18与传感器14之间的传感器电容器cs的电压的大小亦与系统电源同步地发生变化。
若施加至具有相同的电容的电容器的电压发生变化，则于通过Q＝CV的公式而充电的电荷量中产生差异。若如上所述般于施加至传感器电容器cs的电压中产生差异，则可利用产生充电于传感器电容器的电荷量的差异的现象，检测传感器电容器的电容，于以下叙述详细方法。
施加于物件18的外部电位VG大部分为大地接地端的情形较多，该情形为绝对大小为0(zero)V且为DC的情形。又，可连接包含检测系统的上级系统的接地端，上级系统的接地端可为DC battery的浮动接地端。外部接地端于某种情形时，可为DC且具有高于或低于系统电源的电压。于图7中，在VG＝50V的情形时，高于系统电源，于VG＝0的情形时，低于系统电源。AC电源可对物件18用作接地端VG，AC电压直接连接于物件18，或者如物件18与三波长萤光灯邻接而受到电磁影响的情形般AC电压可间接地施加至物件18。于AC电源用作物件的接地端的情形时，不与施加至检测系统20的AC电源具有关联性。以后提及的AC电源为施加至检测系统20的AC电源。
于系统电源为AC电压时，对图6的缓冲器15施加系统电源即AC电压，应对开关元件10的on/off控制端子或输入端子10-1施加考虑到系统电源的适当的电压，为了施加此种电压，于系统电源即AC电压中需要DC区间。
作为一实施例，AC电源于区分图8的区域1至区域3的上升与下降、或下降与上升的反曲点具有DC区间。
于AC电源的DC区间，对与传感器14共通连接的所有电容器进行充电。又，于AC电源的DC区间，实现讯号检测部22或检测系统20的运算、或向外部输出某种讯号或接收外部的讯号。与讯号检测部22或检测系统20收发讯号的外部结构体为CPU或与讯号的输入输出相关的电路元件。外部结构体的接地端可与检测系统的接地端相同或不同。
于外部结构体的接地端与检测系统20的接地端不同的情形时，较佳为于将外部结构体的接地端与检测系统20的接地端相互连接的状态下，进行检测系统20与外部结构体的讯号的输入输出。
用以检测本发明的传感器电容CS的AC电压可于上升或下降的所有区域内检测传感器电容CS，为了使用下降区域，AC电压应预先完成上升，为了使用上升区域，AC电压应预先完成下降。
利用Vchg对图6的P点进行的充电较佳为于AC电压的DC区间实现，但亦可于为了实现AC电压的下降而预先上升的区间、或为了实现AC电压的上升而预先下降的区间实现充电。
于对于本发明的一实施例的图6的电路中，P点的电位由以下<公式5>决定。
<公式5>
于上述<公式5>中，Vp为输入至缓冲器15的P点的电位，Vsupply作为正系统电压交替的电压的大小而于图7的情形时为20V，图8的区域1为20V，图8的区域2为15V。Vchg为以大地接地端为基准的充电电压，CAUX为存储电容器cst或杂散电容器cp的等效电容器的电容。CS为产生于传感器14与物件18之间的传感器电容器cs的电容。
于<公式5>中，在正系统电源Vsupply上升的情形时，Vsupply为正值，于正系统电源Vsupply下降的情形时，Vsupply为负值。例如，图6的Vchg为6V，若以6V对图6的P点进行充电后，开关元件10断开而P点成为Hi-z，则因Vsupply上升10V而于通常的情形时，仅<公式5>的VP＝(Vsupply+Vchg)项发挥作用而P点的电压变成16V。然而，于本发明中，若假设追加的为0.1，则<公式5>的Vp为15V，该情形意味着应上升为16V的P点仅上升至15V。如下所述，未上升的1V由称为“摆动未达要素”的项(Term)决定，若已知CAUX，则可检测CS，或可检测随着时间的推移产生的CS的变化量。
另一方面，于<公式5>中，在系统电源下降的情形时，Vsupply的大小应使用-10V。作为一实施例，Vchg为16V，若于P点保持充电及Hi-z状态的状态下，系统电源下降10V，则通常图6的P点变成6V。然而，若假设为0.1，则<公式5>的Vp如下。
VP＝(16V-10V)-(-10V)×0.1＝7V。其意味着P点应为6V，但仅下降1V，1V由传感器电容的大小决定，因此可藉此得知传感器电容的大小。
参照图7或图8的关于系统电压的波形，由于正系统电压Vsuuply与系统接地端GND1相互保持固定的DC电压，因此以大地接地端为基准的系统接地端GND1亦与正系统电压Vsupply交替的交替电压的大小相同。因此，<公式5>可如以下<公式6>般表示。
<公式6>
于以下说明书中，由于包含于公式的Vsupply具有与GND1相同的交替大小，因此<公式>的Vsupply与GND1可按照相同的含义使用，但将Vsupply作为代表来使用。因此，虽于公式中使用了Vsupply，但可由GND1取代而使用。
若于图5中不存在物件18，则不会于传感器14与物件18之间形成传感器电容器cs，且由于CS为0(zero)，因此<公式6>可如以下<公式7>般表示。
<公式7>VP＝Vsupply+Vchg
<公式5>为于存在物件18时，在讯号检测部22检测到的P点的电位，<公式7>为于不存在物件18时，在讯号检测部22检测到的P点的电位，因此可基于自<公式7>减去<公式5>的值，判断物件18是否接近传感器。
本发明亦可如上所述般判别是否存在接近传感器14的物件18，但亦可检测物件18与传感器14的对向距离的变化或对向面积的变化。
作为检测物件18与传感器14的对向距离的变化或对向面积的变化的一实施例，若引用图4的公式，则当发生物件18与传感器14的对向距离或对向面积的变化时，形成于传感器14与物件18之间的电容的大小发生变化。因此，若将于传感器14与物件18具有特定的对向距离或对向面积时检测到的P点的电位称为Vp1，且将因传感器14与物件18的对向距离或对向面积的变化产生的P点的电位称为Vp2，则可根据自<公式5>检测到的Vp1与Vp2的差(difference)，检测物件18与传感器14的对向距离的变化或对向面积的变化。
参照<公式5>的项，可如下般进行整理。
(整理1)连接于P点的所有电容器的电容位于分母。
(整理2)未连接于系统接地端GND1的电容器的电容位于分子。
(整理3)连接于系统接地端GND1的电容器的电容位于分母。
如上所述，CAUX为一侧连接于图6的P点，另一侧连接于系统接地端GND1的多个电容的等效电路，因此CAUX虽看似一个电容，但实际上由多个电容器的电容构成。又，于基于图6的<公式5>中，接地端连接于外部电源的电容器为一个，但于其他实施例中，可存在多个。
传感器电容器cs的传感器电容CS可于系统电源即AC电源上升或下降的所有情形时实现检测，关于基于AC电源的上升或下降的传感器电容CS的检测的详细实施例如下。
*系统电源上升的情形时的实施例
作为于系统电源上升的情形时，检测传感器电容的一实施例，若对在应用图6的检测系统20中，将图8的AC电源用作系统电源的情形进行说明，则如下。于图8的区域1前的t1，对检测系统20的P点进行充电，若假设充电电压即Vchg为6V、CAUX＝20pF、CS＝1pF，则于Vsupply自Min向Max交替(Swing)20V时，Vsupply的值变大，因此<公式5>的Vsupply＝+20V。于交替完成后，在P点检测到的电压的大小如下。
<计算式1>
若假设于<计算式1>中不存在传感器电容CS，则Vp的大小成为26V。该情形意味着若检测系统使以6V进行充电的P点上升20V，则成为26V。然而，若假设存在CS且其大小为1pF，则成为较26V小0.9524V的含义。于本说明书中，可检测此种未达电压而得知是否存在传感器电容器，即可得知如于手指与电梯按钮的实施例中所示般手指是否已按压按钮。又，可检测此种未达电压的大小变化而检测传感器14与物件18按照多大的对向距离对向、或对向面积为多少，若跟踪此种值的变化量，则可检测对向距离的变化或对向面积的变化。参照图4的公式，若物件18与传感器14的对向距离或对向面积发生变化，则电容发生变化，因此若对向距离与对向面积同时发生变化，则无法确认电容因何而发生变化。因此，实际上较佳为于对向距离为固定的情形时，检测对向面积的变化，或检测对向面积固定地构成系统且对向距离发生变化的情形时的对向距离的大小或变化量。
*系统电源下降的情形时的实施例
利用图6的检测系统及图8的AC电源，于系统电源下降的情形时检测电容的方法如下。首先，对图6的P点进行充电。于图8的区域1的DC区域即t2时点，以大地电位为基准而GND1的电压的大小为25V。因此，于图8的区域1的t2时点，以GND1为基准而对图6的P点将充入1V的Vchg、与以大地接地端为基准而充入26V的Vchg为相同的含义。图6的P点由26V的Vehg充电，若假设CAUX为20pF、CS＝1pF，则如图8的区域1的后半部的实施例，于Vsupply自Max向Min下降20V时，Vsupply为-20V。因此，根据<公式5>，于系统电源下降20V后，在P点检测到的电压的大小如下。
<计算式2>
参照<计算式2>，意味着以26V充电的P点应因系统电源下降20V而成为6V，但因传感器电容器cs而小0.9524V。参照该值，表示如下情形：对于<公式5>的相同的参数(Parameter)，于系统电源上升或下降的情形时，小于目标值的值相同。
于图6或<公式5>中，将连接于外部接地端的物件18为一个的情形列举为例，但某些系统存在多个物件18，且各物件18连接于大小相同或不同的外部接地端。于本说明书中，将多个外部接地端表示为VG1与VG2，且VG1与VG2均包含大小相同或不同的情形。
图9是于本发明的电容检测系统20中，使用有多个物件的情形的实施例，图9a是固定有两个物件18-1、18-2，且传感器14移动的情形，且是通过传感器14的移动而使d1与d2均发生变化的情形。d1为传感器14与物件1(18-1)的对向距离，d2为传感器14与物件2(18-2)的对向距离。假设传感器14与各物件18-1、18-2的对向面积相同。于传感器14，与传感器讯号线16一同构成有可使传感器14运动的物体，因传感器讯号线16的移动而于传感器14与物件18-1、18-2之间产生位移。外部接地端1(VG1)通过弹簧线(Spring wire)而连接于物件1(18-1)，外部接地端2(VG2)通过弹簧线而连接于物件2(18-2)。传感器电容器1(cs1)按照电容CS1的大小形成于传感器14与物件1(18-1)之间，且亦于传感器14与物件2(18-2)之间形成有cs2/CS2。随着传感器14运动而CS1及CS2的大小发生变化。
图9b是传感器14及物件2(18-2)固定，但因物件18-1的移动而物件1(18-1)与传感器14之间的距离发生变化的情形时的实施例。参照图9b，于可使物件1(18-1)运动的物体，一同连接有与物件1(18-1)连接的外部接地端1(VG1)。于物件2(18-2)，连接有外部接地端2(VG2)。于如图9b的实施例中，传感器14及物件2(18-2)固定，因此该等之间的距离d2固定，且形成于该等之间的电容即CS2的大小亦固定。然而，于传感器14的另一侧，具有与物件1一同形成的电容CS1，因物件1(18-1)的移动而形成于该灯之间的电容即CS1的大小发生变化。
图9a与图9b虽对两个物件的情形进行了说明，但可实现包含更多的传感器14及与该传感器对向而形成电容器的更多的物件的系统。于本说明书中，虽仅以具有两个物件的情形为例，但亦可对于其以上的物件应用本发明的原理。
图10是可检测多个传感器电容的检测系统的电路图。参照图10，具有与两个传感器14对向的两个物件18-1、18-2，两个传感器14为一个传感器的两面或不同的传感器。于对检测两个传感器电容CS1、CS2的检测系统20供给以Vsupply的大小交替的AC电源时，在P点检测到的讯号如下。
<公式8>
于上述<公式8>中，Vp为输入至缓冲器15的P点的电位，Vsupply为系统电压交替的电压的大小，Vchg为以大地接地端为基准的充电电压。CAUX为存储电容器cst或杂散电容器cp的等效电容器的电容、或cs及cp的等效电容器的电容。CS为产生于传感器14与物件18之间的传感器电容器cs的电容，CS1为形成于传感器14与物件1(18-1)之间的电容，CS2为形成于传感器14与物件2(18-2)之间的电容。
于上述<公式8>中，如图9a，于d1及d2一同变更的情形时，难以单独地运算d1与d2。然而，如图9b，于d2固定的情形时，仅产生CS1的变化量，因此可基于CS1而检测d1的大小、物件1(18-1)与传感器14的对向面积的大小、或对向面积的大小变化。
于检测多个传感器电容的情形时，亦相同地应用(整理1)至(整理3)。
<公式8>为相对于两个物件18-1、18-2而于P点检测到的讯号的公式，但于连接于外部接地端的物件为两个以上的情形时，若将于图10的P点检测到的讯号的公式一般化，则如以下<公式9>。
<公式9>
于上述<公式9>中，Vp为输入至缓冲器15的P点的电位，Vsupply为系统电压交替的电压的大小，Vchg为以大地接地端为基准的充电电压。CAUX为存储电容器cst或杂散电容器cp的等效电容器的电容。CS为于产生于传感器14与物件18之间的传感器电容器cs的电容，CS1为形成于传感器14与物件1(18-1)之间的电容，CS2为形成于传感器14与物件2(18-2)之间的电容。又，n为连接于外部接地端而与传感器14对向的多个物件的个数，如于为一个时为1、为两个时为2、为三个时为3般与物件的个数成正比。n为1时的<公式9>为<公式5>，于n为2时，<公式9>为<公式8>。
对于多个物件18，亦相同地应用(整理1)至(整理3)。
于在检测系统20使用多个传感器电容器cs的情形时，可为一个传感器14与多个物件对向，亦可为一个传感器与一个物件对向。
参照<公式9>与(整理1)至(整理3)，因多个物件18产生的多个传感器电容CSn共通连接于检测系统20的讯号检测部22。于多个传感器电容器csn，连接有外部接地端VG，因此多个传感器电容器csn作为可变电容器而进行动作，且与固定电容器诱发电荷共用的情形如上所述。然而，若于构成多个传感器电容器csn的多个物件与多个传感器14发生位移或发生对向面积的变化，则无法得知于哪个物件18与传感器14之间发生对向面积或对向距离的变化。因此，只有于仅与构成多个传感器电容器csn的多个物件18中的一个物件对向的传感器14之间发生位移或对向面积的变化，才可得知诱发传感器电容CS的变化的物件。
若将多个物件中的诱发传感器电容CS的变化的物件定义为动态物件(DynamicObject)，将不会诱发变化的物件定义为静态物件(Static Object)，则通过动态物件而发生传感器电容的变化，因此可于<公式9>检测到Vp发生变化，但静态物件不会诱发<公式9>的传感器电容CS的变化，因此不会发生于<公式9>定义的Vp的变化。
本发明可利用此种原理，于由多个可变电容构成的检测系统中，抽选因一个动态物件发生的可变电容的变化量。
参照<公式9>，将于任意时点，通过动态物件及可变物件检测到的Vp储存于未图示的检测系统的记忆体(memory)，若于在经过固定时间后再次检测Vp后，对已检测而储存于记忆体的Vp与之后的Vp的差异进行分析，则可得知因动态物件诱发大小变化的传感器电容CS的大小变化。
若假设物件与传感器的距离固定，则当将传感器电容的大小变化量代入至图4的公式时，可抽选动态物件与传感器的面积变化量，因此可执行因动态物件与传感器的面积变化量引起的二次动作、例如如改变电梯的移动速度的关联动作。
无法通过利用<公式9>的一次讯号检测而检测到形成于<公式9>的多个物件18与传感器14之间的多个电容CSn，更佳的方法为于除一个传感器电容外的剩余传感器电容为固定的状态下，检测电容不固定的一个传感器电容。
另一方面，若将<公式9>的项(term)定义为“摆动未达要素”，则可得知摆动未达要素与系统电源交替的大小成正比，且亦与传感器电容CS的大小成正比。参照<计算式1>或<计算式2>，“摆动未达要素”为决定于系统电源交替时，在传感器14交替的电压无法以与系统电源的变化量相同的大小交替的值的因素。
“摆动未达要素”是基于共通连接于图6或图10的P点即讯号检测部22的电容器相互间的电荷共用现象而产生，本发明的电荷共用现象可如下般进行整理。
(整理4)共通连接于相同的检测系统20的讯号检测部22的缓冲器15的电容器蓄积有特定的电荷量。为此，缓冲器15以Vchg充电，将因Vchg而各电容器蓄积的电荷量定义为初始电荷量。
(整理5)于整理4的电容器的一部分，连接有外部接地端。将连接于外部接地端的电容器称为“可变电容器”。传感器电容器cs为可变电容器。
(整理6)于整理4的电容器的一部分，连接有系统接地端GND1。将连接于系统接地端的电容器称为“固定电容器”。辅助电容器caux为固定电容器。
(整理7)由于系统电源为AC电源，因此于系统电源发挥上升或下降的交替作用时，施加至(整理5)的可变电容器的电压与系统电源同步而改变大小。根据Q＝CV的原理，因施加至具有相同的电容的电容器的电压的变化，而于电容器所蓄积的电荷量中产生差异，因此若施加至可变电容器的电压变大，则蓄积较初始电荷量更多的电荷，若施加至可变电容器的电压变低，则释放所蓄积的电荷，因此蓄积少于初始电荷量的电荷。
(整理8)固定电容器连接于系统接地端，因此即便因系统电源的交替，P点同步而按照相同的大小交替，因交替的系统接地端的影响而施加至固定电容器的电压的大小亦不会发生变化。因此，固定电容器的初始电荷量是即便发生系统电压的交替，亦继续保持。
(整理9)自可变电容器释放的电荷分配蓄积至固定电容器，根据Q＝CV的原理，固定电容器的电压上升。
(整理10)于可变电容器可蓄积更多的电荷时，固定电容器向变动电容器释放电荷，根据Q＝CV的原理，固定电容器的电压下降。
(整理11)以系统接地端GND1为基准的P点的电压由施加于固定电容器的电压的大小决定，因此根据(整理9)及(整理10)，以系统接地端为基准的P点的电压的大小发生变化。
(整理12)若以系统接地端GND1为基准而检测到(整理11)的电压的大小变化，则可得知变动电容的大小或大小变化。
若基于如上所述的整理，引用图8及图10对因系统电源的交替而发生电荷共用现象的实施例进行说明，则如下。于以下说明中，引用了图9b的实施例，藉此一个传感器14与两个物件对向。由于物件2(18-2)与传感器14固定，因此CS2的大小亦不会发生变化。又，形成于传感器14与物件1(18-1)之间的传感器电容1(CS1)于保持相同的对向面积且对向距离发生变化、或保持相同的对向距离且对向面积发生变化的情形时，传感器电容1(CS1)的大小发生变化，但于本实施例中，例示了保持相同的对向距离(图9的d1)，对向面积发生变化而CS1的大小发生变化的情形。然而，此种方法仅为一实施例，业者应了解于传感器14与物件1(18-1)的对向面积固定，但对向距离(d1)发生变化的情形时，CS1亦发生变化。
本发明可检测是否存在物件1(18-1)，且亦可检测物件1(18-1)与传感器14的对向面积的变化量。例如，于图9b中，若于任意时点检测因传感器14与物件1(18-1)的对向面积产生的P点的电位Vp，且随着时间的经过检测Vp的变化量，则可检测物件1(18-1)与传感器的对向面积的变化量。例如，于<公式9>中，若假设于任意时点，Vp的大小为25V，在经过固定时间后，Vp的大小为24V，则该情形意味着CS1的大小增加，因此意味着于经过固定时间后，物件1(18-1)与传感器14的对向面积增加。
以下内容为基于系统电源的上升或下降而检测传感器电容CS的更详细的实施例，且为应用于上述整理的实施例。
*关于基于系统电源的上升而检测传感器电容的实施例
1.(整理4)的实施例
于图10中，物件1(18-1)与传感器14按照特定的固定距离及可变面积而对向，从而形成CS1的大小的可变电容，CS2亦为连接外部接地端的可变电容，但电容的大小为固定。
物件1(18-1)的接地端即VG1假设为大地电位，物件2(18-2)的接地端即VG2以大地电位为基准而假设为4V的DC。若以大地电位为基准的Vchg设为6V，则于在图8的“t1”时点，开关元件10接通时，图10的P点以6V充电。因此，图10的P点以大地电位为基准而为6V，但于图8的t1时点，以大小为5V的GND1为基准的图10的P点的大小为1V。
随着图10的P点以Vchg的电压充电，于连接于图10的P点的电容器，以施加于本身另一侧的电位为基准而形成电压。例如，于辅助电容器即caux，连接系统接地端GND1，于图8的t1时点，系统接地端GND1的大小为5V，因此形成于caux的初始电压的大小以系统接地端GND1为基准而为1V。使辅助电容器caux的初始电压以系统接地端GND1为基准的原因在于，于辅助电容器caux连接有系统接地端GND1，且连接于外部接地端的传感器电容器的基准电压以外部接地端VG为基准而设定。
与传感器电容器1(cs1)连接的VG1为0(zero)V，且P点为6V，因此于以VG1为基准的传感器电容器1(cs1)形成6V，以VG1为基准而cs1的初始电压为6V。又，VG2为4V，且P点为6V，因此以VG2为基准的传感器电容器2(cs2)的初始电压为2V。
另一方面，根据Q＝CV的物理量，于各电容器，根据电容器的电容及所形成的电压而蓄积特定的电荷量。例如，于cs1，充电有与电容CS1及初始电压6V对应的特定的电荷量，于辅助电容器caux，充电有与电容CAUX及初始电压1V对应的电荷量。
如上所述，于连接于P点的所有电容器，充电有与电容器的电容及电压对应的电荷，将于发生系统电源的交替前所充电的电荷量称为初始电荷量。
2.(整理5)及(整理7)的实施例
于图10的物件1(18-1)，连接有外部接地端VG1而并非系统接地端GND1，于图10的物件2(18-2)，亦连接有外部接地端VG2。于施加至图10的检测系统20的系统电源如图8的区域1的前半部般上升20V时，图10的P点亦与系统电源同步而上升20V。即便系统电源上升20V，并非系统电源的外部接地端VG1与VG2的大小亦不会发生变化，因此因P点上升20V而施加至cs1与cs2的电压的大小亦改变20V。即，若随着P点逐渐上升而cs1的初始电压即6V成为26V，则cs2的初始电压即2V成为22V(实际上，于电荷共用现象中产生未达电压，但限定于可变电容器与固定电容器不进行电荷共用的情形)。
随着系统电压的上升，形成于cs1及cs2的电压亦变大，根据Q＝CV的公式，蓄积于cs1及cs2的电荷量亦变大。若cs1的初始电压自6V变更为26V，且于CS1的大小中不存在变化，即若物件1(18-1)与传感器14的对向面积及对向距离无变化，则于与cs1的初始电压即6V相比增加20V的26V时，可蓄积与20V的差异成正比的更多的电荷。
又，cs2的初始电压为2V，因系统电源的上升而施加至cs2的电压上升至22V，因此cs2亦可蓄积与系统电压的上升部分即20V成正比的更多的电荷。
3.(整理6)及(整理8)的实施例
于图10的辅助电容器caux，连接有系统接地端GND1。因此，于施加至图10的检测系统20的系统电源通过图8的区域1的前半部的图案而上升20V时，系统接地端GND1亦一同上升，因此施加至辅助电容器caux的电压的大小不会发生变化(然而为假设不受可变电容器的影响的情形)。
施加至辅助电容器caux的初始电压以系统接地端GND1为基准而为1V，即便系统电压上升20V，系统接地端GND1亦上升20V，因此施加至caux的电压保持初始电压即1V的状态。因此，与系统接地端连接的辅助电容器的电压是即便系统电源上升亦不会发生变化，且所充电的电荷量亦不会发生变化。
4.(整理9)、(整理10)、(整理11)的实施例
参照图10，于系统电源的交替完成，且电荷共用现象完成而检测系统20检测P点的电压时，开关元件10为断开状态，缓冲器15的输入端为Hi-z状态，因此P点为Hi-z状态或浮动(floating)状态。于Hi-z状态或浮动状态下，无法自检测系统20的外部向P点供给电荷，通过电荷守恒定律，于P点保存电荷的总量。
可变电容器cs1、cs2可蓄积更多的电荷，因此可变电容器所需的电荷是自连接于系统接地端GND1的辅助电容器caux供给。即便系统电源上升，于辅助电容器caux蓄积电荷量中亦不会发生变化，因此若将辅助电容器的电荷供给至可变电容器，则辅助电容器的电荷量减少，根据Q＝CV的原理，形成于辅助电容器的电压的大小变小。即，辅助电容CAUX的大小为无变化的状态，因此若电荷量Q减少，则电压V变低。
辅助电容器连接于P点与系统接地端GND1之间，因此所谓辅助电容器的电压变低是指以系统接地端GND1为基准而P点的电压变低。因此，以6V的Vchg充电的P点应如图8的前半部般通过上升20V的系统电源而成为26V，但未能达到26V，小于26V的电压的大小是基于<公式9>的“摆动未达要素”而决定。
5.(整理12)的实施例
参照<公式8>，若不存在物件1(18-1)，则亦不存在CS1，故若此时已知所检测到的电压Vp1，因物件1(18-1)的出现而形成特定的CS1，且此时已知通过<公式8>检测到的电压Vp2，则可运算Vp1与Vp2的差异而确认出是否出现物件1(18-1)。利用此种原理，若感应到手指触碰电梯按钮，则可使电梯动作。
又，若物件1(18-1)与传感器14的对向面积发生变化，则根据图4的公式而CS1的大小发生变化，且变化的CS1的大小可通过<公式5>而得知，因此可检测物件与传感器的对向面积的变化(若对向面积固定，则可检测对向距离的变化)。例如，于<公式8>中，在基于对固定的CS2及可变的任意CS1检测到的Vp1而CS1的大小发生变化时，可通过检测到的Vp2的大小变化即“Vp1-Vp2”，检测CS1的大小变化。藉此，可进行如下控制：若检测到因人的手指随着时间的经过而更多地按压电梯按钮的倾向，而按钮与手指的接触面积逐渐增加，则使电梯的速度变快；若按钮与手指的接触面积逐渐减少，则使电梯的速度变慢。
以上的一实施例是参照物件为2个的图10而进行了说明，但于物件为2个以上的情形时，亦可引用<公式9>来一般化而进行说明。
*关于基于系统电源的下降检测传感器电容的实施例
于系统电源如图8的区域1的后半部的图案般下降的情形时，可基于电荷共用现象，检测传感器电容CS的绝对大小或大小变化。
于系统电源于图8的区域1的t2时点完成充电后下降的情形时，施加至可变电容器的电压减少，藉此蓄积至可变电容器cs的电荷量减少。因可变电容器的蓄积电荷量的减少而释放的电荷蓄积至固定电容器，该电荷使固定电容器caux的电压的上升，因此P点的电压上升。因此，若系统电源下降，则P点产生无法按照系统电源下降的程度下降的未达电压，未达电压的大小基于<公式9>的“未达电压要素”而决定的情形与之前说明的系统电源上升的情形的实施例相同。
于系统电源下降的情形时，作为检测传感器电容CS1的一实施例，若于图10中，以大地电位为基准的Vsupply设为30V、GND1设为25V、Vchg设为26V、VG1设为0V、VG2设为4V，则意味着Vchg相对于GND1大1V。若于以Vchg对P点进行充电，断开开关元件10的状态下，通过图8的区域1的Down讯号而系统电源下降20V，则P点的电位应成为6V，但因共通连接于P点的电容器的电荷共用现象，无法达到6V而成为高于6V的电压，未达6V的电压的未达电压的大小是基于<公式9>的“未达电压要素”而决定。
联动于AC即系统电源的电容的检测法具有提高于图10的P点检测到的检测讯号而使SNR变良好的效果。
若于<公式5>中，在物件18与传感器14之间形成CS为1pF的电容，则于<计算式2>中，Vp＝6.95238V。若物件18与传感器14之间的对向距离或对向面积发生变化成为CS＝0.9pF，则<计算式2>的值成为Vp＝6.86124V。因CS的0.1pF产生的Vp的差异成为91mV。其于施加至以1V为检测范围的10bit的ADC时，具有约9％左右的解析度，因此即便于ADC中存在数％的噪音，亦成为可实现检测的等级。于现有的实施例中，解析度仅为1％左右，因此因存在信噪比较低而讯号不可靠的问题，但根据联动于AC电源的电容的检测单元，具有于检测系统20检测到的讯号的讯号位准提高9倍左右的效果，因此具有SNR提高而检测讯号可靠的优点。
于检测系统的内部，内置有讯号检测部22。于讯号检测部22的内部，包含ADC部、数位类比转换(Digital to Analog Conversion，DAC)、放大部、电源部、及检测讯号所需的电路要素。DAC使用于检测P点的电位，检测到的电位于放大部放大而输入至ADC。于ADC部转换成数位的讯号传输至运算部而运算cs的电容或运算CS的变化量。此种流程为一个一实施例，业者当然可实现其他实施例。又，可于讯号检测部22添附未图示的其他电路。
如上所述，本发明的联动于AC电源的电容检测装置是欲检测的电容的变化位于检测公式的分子，藉此检测感度提高，因此具有可稳定地检测讯号的优点。
如上所述，本发明并不限定于上述实施例及随附图式，于本发明的技术领域内具有常识者应明白，可于不脱离本发明的技术思想的范围内实现各种置换、变形及变更。

Claims (14)

1.一种电容检测单元，其包括：
固定电容器，其具有固定的电容；
可变电容器，其产生根据与外部物件的对向距离或对向面积而变化的可变电容；
讯号检测部，其与施加至所述固定电容器的交流电压同步化而检测因于所述固定电容器与所述可变电容器之间流动的电荷所引起的电压变化；及
开关元件，其用以利用充电电压对所述固定电容器及所述可变电容器进行充电、或为了于充电后保存所充电的电荷而保持浮动状态，
其中所述固定电容器、所述讯号检测部及所述开关元件被施加通过耦合所述交流电压与第1接地端而产生的系统功率，所述第1接地端与所述交流电压同相的频率保持固定大小的振幅差，且
其中所述可变电容器连接于是大地接地端的第2接地端。
2.根据权利要求1所述的电容检测单元，其中所述讯号检测部是基于检测到的所述电压变化而获得所述可变电容器的可变电容。
3.根据权利要求1所述的电容检测单元，其中所述可变电容器包括传感器，其感应所述电压变化，且所述可变电容器形成于所述外部物件与所述传感器之间。
4.根据权利要求1所述的电容检测单元，其中所述固定电容器包括对于通过与所述讯号检测部的连接而产生的杂散电容器的电容、与储存所述电荷的存储电容器的电容的等效电容。
5.根据权利要求1所述的电容检测单元，其特征在于，所述第2接地端为直流电压为零的所述大地接地端、或固定大小的直流电压。
6.根据权利要求1所述的电容检测单元，其特征在于，所述第1接地端及所述交流电压于第1持续期间内包括第1频率，于与所述第1持续期间不同的第2持续期间内包括与所述第1频率不同的第2频率，所述第1频率与所述第2频率交替。
7.根据权利要求1所述的电容检测单元，其中所述可变电容器包括传感器，其包括对向的两个感测面，连接于一个传感器讯号线而检测所述电压变化。
8.根据权利要求1所述的电容检测单元，其中所述大地接地端，其为固定大小的直流电压，
若所述交流电压以所述大地接地端为基准而变大，则所述可变电容器蓄积自所述固定电容器供给的电荷，若所述交流电压以所述大地接地端为基准而变小，则所述固定电容器蓄积自所述可变电容器供给的电荷。
9.一种获得可变电容的方法，其是于包含包括固定电容的固定电容器、产生根据与外部物件的对向距离或对向面积而变化的所述可变电容的可变电容器、与施加至所述固定电容器的交流电压同步化而检测因于所述固定电容器与所述可变电容器之间流动的电荷所引起的电压变化的讯号检测部、及用以对所述固定电容器进行充电或为了于充电后保存所充电的电荷而保持浮动状态的开关元件的系统中，获得所述可变电容的方法，其包括如下步骤：
充电步骤，其是通过所述开关元件以充电电压对所述可变电容器及所述固定电容器进行充电；
交流电压施加步骤，其是对所述固定电容器施加交流电压；
讯号检测步骤，其是与所述交流电压同步化而所述通过讯号检测部检测因于所述固定电容器与所述可变电容器之间流动的电荷引起的电压变化；及
可变电容获得步骤，其是基于所述电压变化而获得所述可变电容，
其中所述固定电容器、所述讯号检测部及所述开关元件被施加通过耦合所述交流电压与第1接地端而产生的系统功率，所述第1接地端与所述交流电压同相的频率保持固定大小的振幅差，且
其中所述可变电容器连接于是大地接地端的第2接地端。
10.根据权利要求9所述的获得可变电容的方法，其特征在于，所述可变电容包括感应所述电压变化的传感器，且所述可变电容形成于所述外部物件与所述传感器之间。
11.根据权利要求9所述的获得可变电容的方法，其中所述固定电容器包括对于通过与所述讯号检测部的连接而产生的杂散电容器的电容、与储存所述电荷的存储电容器的电容的等效电容。
12.根据权利要求9所述的获得可变电容的方法，其特征在于，所述第2接地端为直流电压为零的所述大地接地端或固定大小的直流电压。
13.根据权利要求9所述的获得可变电容的方法，其特征在于，所述第1接地端及所述交流电压于第1持续期间内包括第1频率，于与所述第1持续期间不同的第2持续期间内包括与所述第1频率不同的第2频率，所述第1频率与所述第2频率交替。
14.根据权利要求9所述的获得可变电容的方法，
其中所述大地接地端是固定大小的直流电压，且
其中若所述交流电压以所述大地接地端为基准而变大，则所述可变电容器蓄积自所述固定电容器供给的电荷，若所述交流电压以所述大地接地端为基准而变小，则所述固定电容器蓄积自所述可变电容器供给的电荷。
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