CN107218956A - 电容传感器的读出电路与其操作方法 - Google Patents

电容传感器的读出电路与其操作方法 Download PDF

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Abstract

电容传感器的读出电路与其操作方法。该读出电路包括输入驱动电路、第一积分电路、二个电容器、开关电路、第二积分电路、比较器、锁存电路与三个校正支路。第一积分电路储存/累积电容传感器、第一校正支路与第二校正支路产生的电荷。第一电容器、第二电容器与开关电路将第一积分电路储存的电荷传送至第二积分电路。第二积分电路的输出端耦接至比较器与锁存电路。锁存电路的输出端产生数字信号，其部分脉冲密度可以表示传感器的差动电容变化量。第一校正支路用以校正所述读出电路的输出信号的偏移电压。第二校正支路与第三校正支路用以校正所述读出电路的电容灵敏度。

Description

电容传感器的读出电路与其操作方法
技术领域
本发明涉及一种电容式传感器的读出电路与其操作方法。
背景技术
电容传感器的读出电路负责将电容感测元件的差动电容变化量转换成电性信号，在性能上被要求具备低噪声与高有效位数，使电路可以提供高读取解析度。此外，电容传感器容易受到工艺变异的影响，电容值与电容变化灵敏度都会发生误差。此类的电容值误差与电容变化灵敏度的误差通过读出电路放大后，将分别反映在电路的输出参数上，例如偏移电压(Offset)与电容灵敏度(Sensitivity)。因此，电容传感器的读出电路通常需要可以校正偏移电压与电容灵敏度，以确保读出电路的输出参数可以被调整至目标规格内。
关于电容式传感器的读出电路，例如，利用输入两组相依数字码(V1code，V2code)，经由镜相电路(Code mirror)及数类转换器(DAC)产生模拟电压(V1，V2)，这两个电压的平均值与差值可以被用来校正电路的输出参数(偏移电压、电容灵敏度)；也有利用积分器、比较器与锁存电路，将差动电容变化量转换成数字信号。利用输入的两个电压(Vcal1，Vcal2)、两个校正电容(Cp、Cn)修正偏移电压与电容灵敏度，以达到校正的目的；另外，利用两组数字校正码(Sensitivity calibration parameter，Zero-offset calibration parameter)及数类转换器产生三个模拟电压(VCA，VCB，VCJ)，这三个电压分别用来调整差动式电容上下两个极板的端电压以及校正电容元件(Calibration capacitive device)的端电压，以达到偏移电压与电容灵敏度的校正目的。
前述电容传感器的读出电路存在几个技术问题：(1)电路的输出频谱，随着频率降低，其噪声基准(Noise Floor)只能以-20dB/decade减少，当频率等于1kHz，噪声基准只能达到-80dB level，致使电路的低频噪声过高、有效位数不足；(2)偏移电压在校正时只具有单调性，使其校正范围受到限制；(3)校正参数彼此相依，增加校正复杂度。
发明内容
本发明公开的实施例，可提供一种电容传感器的读出电路及其操作方法。
本发明的实施例提供一种电容传感器的读出电路。所述读出电路包括输入驱动电路、电荷感测校正电路、比较器与锁存电路。输入驱动电路耦接至电容传感器的驱动端点。电荷感测校正电路的差动输入端对耦接至电容传感器的第一端与第二端。比较器的第一输入端与第二输入端耦接至电荷感测校正电路的差动输出端对。锁存电路的输入端耦接至比较器的输出端。锁存电路的输出端提供读出电路的输出信号。电荷感测校正电路包括第一积分电路、第一电荷转移电路与第二积分电路。第一积分电路的差动输入端对耦接至电容传感器的第一端与第二端。第一电荷转移电路包括第一电容器、第二电容器与开关电路。第一电容器的第一端耦接至第一积分电路的差动输出端对的第一输出端。第二电容器的第一端耦接至第一积分电路的差动输出端对的第二输出端。开关电路的第一端与一第二端分别耦接至第一电容器的第二端与第二电容器的第二端。在第一积分电路的重置期间，开关电路为截止。在第一积分电路的积分期间，开关电路为导通，以传输第一参考电压至第一电容器的第二端与第二电容器的第二端。第二积分电路的差动输入端对耦接至第一电容器的第二端与第二电容器的第二端。第二积分电路的差动输入端对耦接至第一电容器的第二端与第二电容器的第二端。
本发明的实施例提供一种电容传感器的读出电路的操作方法。所述读出电路包括输入驱动电路、电荷感测校正电路、比较器与锁存电路。所述电荷感测校正电路包括第一积分电路、第一校正支路、第二校正支路、第一电荷转移电路、第二积分电路与第三校正支路。所述操作方法包括：由输入驱动电路提供参考电压至电容传感器的驱动端点，使得电容传感器提供感测电荷；由第一校正支路提供第一校正电荷；由第二校正支路提供第二校正电荷；在第一积分电路的积分期间，由第一积分电路储存该感测电荷、该第一校正电荷与该第二校正电荷；由第一电荷转移电路将第一积分电路所储存的电荷转移到第二积分电路；由第三校正支路提供第三校正电荷；在第一积分电路的重置期间与第二积分电路的积分期间，由第二积分电路储存该第三校正电荷与该第一电荷转移电路所转移的电荷；由比较器比较第二积分电路的差动输出电压，而获得并输出数字信号；以及由锁存电路接收并锁存比较器所输出的数字信号，以提供经锁存内容作为该读出电路的输出信号。
本发明的实施例提供一种电容传感器的读出电路的操作方法。所述读出电路包括输入驱动电路、电荷感测校正电路、比较器与锁存电路。电荷感测校正电路包括第一积分电路、第一校正支路、第二校正支路、第一电荷转移电路、第二积分电路、第三校正支路、第二电荷转移电路、第四校正支路与第三积分电路。所述操作方法包括：由输入驱动电路提供参考电压至电容传感器的驱动端点，使得电容传感器提供感测电荷；由第一校正支路提供第一校正电荷；由第二校正支路提供第二校正电荷；在第一积分电路的积分期间，由第一积分电路储存感测电荷、第一校正电荷与第二校正电荷；由第一电荷转移电路将第一积分电路所储存的电荷转移到第二积分电路；由第三校正支路提供第三校正电荷；在第一积分电路的重置期间与第二积分电路的积分期间，由第二积分电路储存第三校正电荷与第一电荷转移电路所转移的电荷；由第二电荷转移电路将第二积分电路所储存的电荷转移到第三积分电路；由第四校正支路提供第四校正电荷；在第二积分电路的重置期间与第三积分电路的积分期间，由第三积分电路储存第四校正电荷与第二电荷转移电路所转移的电荷；由比较器比较第三积分电路的差动输出电压，而获得并输出数字信号；以及由锁存电路接收并锁存比较器所输出的数字信号，以提供锁存内容作为读出电路的输出信号。
本发明的实施例提供一种电容传感器的读出电路的操作方法。所述读出电路包括输入驱动电路、电荷感测校正电路、比较器与锁存电路。电荷感测校正电路包括第一积分电路、第一校正支路、第二校正支路、第一电荷转移电路、第二积分电路、第三校正支路、第二电荷转移电路、第四校正支路、第三积分电路、第三电荷转移电路、第五校正支路与第四积分电路。所述操作方法包括：由输入驱动电路提供参考电压至电容传感器的驱动端点，使得电容传感器提供感测电荷；由第一校正支路提供第一校正电荷；由第二校正支路提供第二校正电荷；在第一积分电路的积分期间，由第一积分电路储存感测电荷、第一校正电荷与第二校正电荷；由第一电荷转移电路将第一积分电路所储存的电荷转移到第二积分电路；由第三校正支路提供第三校正电荷；在第一积分电路的重置期间与第二积分电路的积分期间，由第二积分电路储存第三校正电荷与第一电荷转移电路所转移的电荷；由第二电荷转移电路将第二积分电路所储存的电荷转移到第三积分电路；由第四校正支路提供第四校正电荷；在第二积分电路的重置期间与第三积分电路的积分期间，由第三积分电路储存第四校正电荷与第二电荷转移电路所转移的电荷；由第三电荷转移电路将第三积分电路所储存的电荷转移到第四积分电路；由第五校正支路提供第五校正电荷；在第三积分电路的重置期间与第四积分电路的积分期间，由第四积分电路储存第五校正电荷与第三电荷转移电路所转移的电荷；由比较器比较第四积分电路的差动输出电压，而获得并输出数字信号；以及由锁存电路接收并锁存比较器所输出的数字信号，以提供经锁存内容作为读出电路的输出信号。
本发明一些实施例所述读出电路及其操作方法所采用的第一电容器、第二电容器与开关电路可作为“电荷转移电路”，解决感测电容与校正电容的电荷无法往后级积分电路传递的问题，可以改善电路的低频噪声与增加有效位数。本发明另一些实施例所述读出电路及其操作方法所使用的第一校正支路可以使偏移电压的校正不再局限于单调性。在第一校正支路搭配第二校正支路和/或第三校正支路的实施例中，利用第一校正支路调整电路的输出信号的偏移电压，利用第二校正支路和/或第三校正支路调整电容灵敏度，使偏移电压与电容灵敏度可以各别独立调整，降低校正调整复杂度。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种电容传感器的读出电路的电路方块示意图。
图2是依照本发明的一实施例绘示图1所示读出电路的电路示意图。
图3是说明图2所示电路的输出频谱示意图。
图4是依照本发明的另一实施例绘示一种读出电路的电路方块示意图。
图5是说明图4所示电路的输出频谱示意图。
图6是依照本发明的另一实施例绘示一种读出电路的电路方块示意图。
图7是说明图6所示电路的输出频谱示意图。
图8是依照本发明的另一实施例绘示图1所示读出电路的电路示意图。
【符号说明】
10：电容传感器
100、300、400：读出电路
101：输入驱动电路
102：电荷感测校正电路
110：第一积分电路
111：运算放大器
112：第一积分电容器
113：第二积分电容器
114：第一积分开关
115：第二积分开关
116：第一重置开关
117：第二重置开关
120：第一电荷转移电路
121：第一电荷转移电路的第一电容器
122：第一电荷转移电路的第二电容器
123：第一电荷转移电路的开关电路
124：第一电荷转移电路的第一开关
125：第一电荷转移电路的第二开关
130：第二积分电路
131：运算放大器
132、133：积分电容器
134、135：积分开关
136、137：重置开关
140：第一校正支路
141：第一校正电容器
142：第一校正开关
143：第二校正开关
144、148：切换电路
145：第二校正电容器
146：第三校正开关
147：第四校正开关
150：第二校正支路
151：第一校正电容器
152：第一校正开关
153：第二校正开关
154：第二校正电容器
155：第三校正开关
156：第四校正开关
157a：第五校正开关
157b：第六校正开关
158a：第七校正开关
158b：第八校正开关
160：第三校正支路
161：第一校正电容器
162：第一校正开关
163：第二校正开关
164：第二校正电容器
165：第三校正开关
166：第四校正开关
167a：第五校正开关
167b：第六校正开关
168a：第七校正开关
168b：第八校正开关
270：比较器
280：锁存电路
290、291：反相器
310：第二电荷转移电路
311：第二电荷转移电路的第一电容器
312：第二电荷转移电路的第二电容器
313：第二电荷转移电路的开关电路
314：第二电荷转移电路的第一开关
315：第二电荷转移电路的第二开关
320：第三积分电路
330：第四校正支路
410：第三电荷转移电路
420：第四积分电路
430：第五校正支路
Φ1、Φ2：时钟信号
CA、CB：感测电容器
GND：接地电压
OUT、OUTB：输出信号
SW1：第一驱动开关
SW2：第二驱动开关
SW3：第一驱动开关
SW4：第二驱动开关
SW5：第三驱动开关
SW6：第四驱动开关
V1、V2、VJ：校正参考电压
VREF1、VREF2：参考电压
具体实施方式
在本申请说明书全文(包括权利要求书)中所使用的“耦接(或连接)”一词可指任何直接或间接的连接手段。举例而言，若文中描述第一装置耦接(或连接)于第二装置，则应该被解释成该第一装置可以直接连接于该第二装置，或者该第一装置可以通过其他装置或某种连接手段而间接地连接至该第二装置。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤代表相同或类似部分。不同实施例中使用相同标号或使用相同用语的元件/构件/步骤可以相互参照相关说明。
图1是依照本发明的一实施例的一种电容传感器10的读出电路100的电路方块示意图。电容传感器10可以是加速度计、压力计或是其他电容性的感测元件。读出电路100耦接至电容传感器10，以便读取电容传感器10的感测结果(例如读取电容传感器10的差动电容变化量)。
读出电路100包括输入驱动电路101、电荷感测校正电路102、比较器270与锁存电路280。输入驱动电路101耦接至电容传感器10的驱动端点。电荷感测校正电路102的差动输入端对耦接至电容传感器10的第一端与第二端。比较器270的第一输入端与第二输入端耦接至电荷感测校正电路102的差动输出端对。比较器270可以比较电荷感测校正电路102的差动输出电压，而获得并输出“1”或“0”的数字信号。锁存电路280的输入端耦接至比较器270的输出端，以接收并锁存比较器270所输出的数字信号。锁存电路280的输出端提供经锁存内容，作为读出电路100的输出信号OUT。
在图1所示实施例中，电荷感测校正电路102包括第一积分电路110、第一电荷转移电路120、第二积分电路130、第一校正支路140、第二校正支路150以及第三校正支路160。第一积分电路110的重置期间为第二积分电路130的积分期间，以及第一积分电路110的积分期间为第二积分电路130的重置期间。第一积分电路110的差动输入端对耦接至电容传感器10的第一端与第二端。第一电荷转移电路120的差动输入端对耦接至第一积分电路110的差动输出端对。第二积分电路130的差动输入端对耦接至第一电荷转移电路120的差动输出端对。第一电荷转移电路120可以将电容传感器10、第一校正支路140与第二校正支路150的电荷传递至第二积分电路130。图1所示电荷感测校正电路102可以配置二个积分电路相互串联，也可以配置更多个积分电路相互串联。电荷感测校正电路102的积分电路的数量可以依照设计需求来决定。举例来说，在一些实施例中，电荷感测校正电路102具有二个积分电路110与130，其中第二积分电路130的差动输出耦接比较器270与锁存电路280，锁存电路280输出产生一个数字信号，其部分脉冲密度(Fractional Pulse Density，FPD)可表示电容传感器10的差动电容变化量(详参图2的相关说明)。在另一些实施例中，电荷感测校正电路102可以具有三个积分电路(详参图4的相关说明)。在又一些实施例中，电荷感测校正电路102可以具有四个积分电路(详参图6的相关说明)。
在一些实施例中，传感器的差动电容变化值(CA-CB)，可影响每个时钟周期中送给电荷感测校正电路的电荷量的大小，并最终影响传送“1”的OUT信号时钟周期的一小部分。在一些实施例中，此部分脉冲密度(FPD)是读出电路的输出信号值，其定义为每秒内输出值为高电位的时钟周期除以时钟频率。
第一校正支路140的第一端与第二端耦接至第一积分电路110的差动输入端对。第一校正支路140可以校正读出电路100的输出信号的偏移电压。通过使用第一校正支路140与“适应性地施加正相或反相的时钟控制信号于第一校正支路140”(容后详述)，使偏移电压的校正不再局限于单调性。
第二校正支路150的第一端与第二端耦接至第一积分电路110的差动输入端对。第二校正支路150可以校正读出电路100的电容灵敏度。第三校正支路160的第一端与第二端耦接至第二积分电路130的差动输入端对。第三校正支路160可以校正读出电路100的电容灵敏度。第一校正支路140搭配第二校正支路150和/或第三校正支路160，读出电路100的偏移电压参数与电容灵敏度参数可以被独立调整，因此降低了参数调整复杂度。
图2是依照本发明的一实施例绘示图1所示读出电路100的电路示意图。在图2所示实施例中，输入驱动电路101包括第一驱动开关SW1与第二驱动开关SW2，而电容传感器10包括感测电容器CA与感测电容器CB。第一驱动开关SW1的第一端耦接至参考电压VREF1，第二驱动开关SW2的第一端耦接至另一参考电压(例如接地电压GND)。参考电压VREF1的电平可以依照设计需求来决定。第一驱动开关SW1的第二端与第二驱动开关SW2的第二端均耦接至电容传感器10的驱动端点。在图2所示实施例中，电容传感器10的所述驱动端点可以是共模端点，亦即第一驱动开关SW1的第二端与第二驱动开关SW2的第二端均耦接至感测电容器CA的第一端与感测电容器CB的第一端。第一驱动开关SW1的控制端受控于时钟信号Φ1，第二驱动开关SW2的控制端受控于时钟信号Φ2。时钟信号Φ1与时钟信号Φ2的频率与脉冲宽度可以依照设计需求来决定。举例来说，时钟信号Φ1的相位不同于时钟信号Φ2的相位，且时钟信号Φ1的脉冲不重叠于时钟信号Φ2的脉冲。因此，当第一驱动开关SW1为导通时，第二驱动开关SW2为截止。反之，当第二驱动开关SW2为导通时，第一驱动开关SW1为截止。
感测电容器CA的第一端与感测电容器CB的第一端共同耦接至第一驱动开关SW1的第二端与第二驱动开关SW2的第二端。感测电容器CA的第二端与感测电容器CB的第二端分别作为电容传感器10的第一端与第二端。也就是说，感测电容器CA的第二端与感测电容器CB的第二端耦接至第一积分电路110的差动输入端对。欲检测的物理能量(例如轮胎气压或是其他物理能量)可以适应性地改变感测电容器CA的电容值与感测电容器CB的电容值。第一积分电路110可以读取感测电容器CA与感测电容器CB的差动电容变化所产生的电荷变动量。
在图2所示实施例中，第一积分电路110包括运算放大器111、第一积分电容器112、第二积分电容器113、第一积分开关114、第二积分开关115、第一重置开关116与第二重置开关117。运算放大器111的反相输入端与非反相输入端分别耦接至电容传感器10的第一端与第二端。也就是说，运算放大器111的反相输入端耦接至感测电容器CB的第二端，而运算放大器111的非反相输入端耦接至感测电容器CA的第二端。第一积分电容器112的第一端与第一重置开关116的第一端均耦接至运算放大器111的反相输入端。第一积分开关114的第一端耦接至第一积分电容器112的第二端。第一积分开关114的第二端与第一重置开关116的第二端均耦接至运算放大器111的非反相输出端。第二积分电容器113的第一端与第二重置开关117的第一端均耦接至运算放大器111的非反相输入端。第二积分开关115的第一端耦接至第二积分电容器113器的第二端。第二积分开关115的第二端与第二重置开关117的第二端均耦接至运算放大器111的反相输出端。
第一积分开关114与第二积分开关115的控制端受控于时钟信号Φ1。第一重置开关116与第二重置开关117的控制端受控于时钟信号Φ2。在第一积分电路110的重置期间，第一积分开关114与第二积分开关115为截止，而第一重置开关116与第二重置开关117为导通。在第一积分电路110的积分期间，第一积分开关114与第二积分开关115为导通，而第一重置开关116与第二重置开关117为截止。
在图2所示实施例中，第一电荷转移电路120包括第一电容器121、第二电容器122与开关电路123。第一电容器121的第一端耦接至第一积分电路110的差动输出端对的第一输出端，而第二电容器122的第一端耦接至第一积分电路110的差动输出端对的第二输出端。也就是说，第一电容器121的第一端耦接至运算放大器111的非反相输出端，而第二电容器122的第一端耦接至运算放大器111的反相输出端。开关电路123的第一端与第二端分别耦接至第一电容器121的第二端与第二电容器122的第二端。在第一积分电路110的重置期间，开关电路123为截止。在第一积分电路110的积分期间，开关电路123为导通，以传输参考电压VREF2至第一电容器121的第二端与第二电容器122的第二端。参考电压VREF2的电平可以依照设计需求来决定。
在图2所示实施例中，开关电路123包括第一开关124以及第二开关125。第一开关124的第一端耦接至第一电容器121的第二端。第一开关124的第二端耦接至参考电压VREF2。第二开关125的第一端耦接至第二电容器122的第二端。第二开关125的第二端耦接至参考电压VREF2。在第一积分电路110的重置期间，第一开关124与第二开关125为截止。在第一积分电路110的积分期间。第一开关124与第二开关125为导通，以传输参考电压VREF2至第一电容器121的第二端与第二电容器122的第二端。第一电荷转移电路120可以将第一积分电路110储存的电荷转移到第二积分电路130。因为第一电荷转移电路120可以将感测电容与校正电容的电荷往后级积分器130传递。
第二积分电路130的差动输入端对耦接至第一电容器121的第二端与第二电容器122的第二端。在图2所示实施例中，第二积分电路130包括运算放大器131、积分电容器132、积分电容器133、积分开关134、积分开关135、重置开关136与重置开关137。运算放大器131的反相输入端与非反相输入端分别耦接至第一电荷转移电路120的差动输出端。也就是说，运算放大器131的反相输入端耦接至电容器121的第二端，而运算放大器131的非反相输入端耦接至电容器122的第二端。积分电容器132的第一端与重置开关136的第一端均耦接至运算放大器131的反相输入端。积分开关134的第一端耦接至积分电容器132的第二端。积分开关134的第二端与重置开关136的第二端均耦接至运算放大器131的非反相输出端。积分电容器133的第一端与重置开关137的第一端均耦接至运算放大器131的非反相输入端。积分开关135的第一端耦接至积分电容133器的第二端。积分开关135的第二端与重置开关137的第二端均耦接至运算放大器131的反相输出端。
积分开关134与积分开关135的控制端受控于时钟信号Φ2。重置开关136与重置开关137的控制端受控于时钟信号Φ1。在第二积分电路130的重置期间，积分开关134与积分开关135为截止，而重置开关136与重置开关137为导通。在第二积分电路130的积分期间，积分开关134与积分开关135为导通，而重置开关136与重置开关137为截止。
比较器270的第一输入端与第二输入端耦接至第二积分电路130的差动输出端对。也就是说，比较器270的第一输入端耦接至运算放大器131的非反相输出端，而比较器270的第二输入端耦接至运算放大器131的反相输出端。比较器270可以比较运算放大器131的非反相输出端的电压与运算放大器131的反相输出端的电压，而获得“1”或“0”的数字信号。锁存电路280的输入端耦接至比较器270的输出端，以接收并锁存比较器270的输出数字信号。锁存电路280的输出端提供经锁存内容，作为读出电路100的输出信号OUT。反相器290的输入端耦接至锁存电路280的输出端，以接收输出信号OUT。反相器290的输出端提供输出信号OUTB，其中输出信号OUTB是输出信号OUT的反相信号。锁存电路的输出信号OUT与OUTB可以反馈到校正支路150与160以便切换开关。
在图2所示实施例中，第一校正支路140包括第一校正电容器141、第一校正开关142、第二校正开关143、切换电路144、第二校正电容器145、第三校正开关146、第四校正开关147与切换电路148。第一校正电容器141的第一端耦接至第一积分电路110的差动输入端对的反相输入端。在正常工作期间，第一校正电容器141的电容值可以被调整。第一校正开关142的第一端耦接至第一校正电容器141的第二端。第一校正开关142的第二端耦接至校正参考电压VJ。校正参考电压VJ的电平可以依照设计需求来决定。第二校正开关143的第一端耦接至第一校正电容器141的第二端。第二校正开关143的第二端耦接至校正参考电压(例如为接地电压GND)。第二校正电容器145的第一端耦接至第一积分电路110的差动输入端对的非反相输入端。在正常工作期间，第二校正电容器145的电容值可以被调整。第三校正开关146的第一端耦接至第二校正电容器145的第二端。第三校正开关146的第二端耦接至校正参考电压VJ。第四校正开关147的第一端耦接至第二校正电容器145的第二端。第四校正开关147的第二端耦接至校正参考电压(例如为接地电压GND)。
切换电路144的第一输入端与第二输入端分别接收时钟信号Φ1与时钟信号Φ2。切换电路144的第一输出端与第二输出端分别耦接至第一校正开关142的控制端与第二校正开关143的控制端。切换电路148的第一输入端与第二输入端分别接收时钟信号Φ1与时钟信号Φ2。切换电路148的第一输出端与第二输出端分别耦接至第四校正开关147的控制端与第三校正开关146的控制端。在正常工作期间，切换电路144与切换电路148可以选择性地将时钟信号Φ1传输给第一校正开关142的控制端与第四校正开关147的控制端，以及将时钟信号Φ2传输给第二校正开关143的控制端与第三校正开关146的控制端。因此，在第一积分电路110的积分期间，第一校正开关142与第四校正开关147为导通而第二校正开关143与第三校正开关146为截止；在第一积分电路110的重置期间，第一校正开关142与第四校正开关147为截止而第二校正开关143与第三校正开关146为导通。或者，切换电路144与切换电路148可以选择性地将时钟信号Φ1传输给第二校正开关143的控制端与第三校正开关146的控制端，以及将时钟信号Φ2传输给第一校正开关142的控制端与第四校正开关147的控制端。因此，在第一积分电路110的重置期间，第一校正开关142与第四校正开关147为导通而第二校正开关143与第三校正开关146为截止；以及在第一积分电路110的积分期间，第一校正开关142与第四校正开关147为截止而第二校正开关143与第三校正开关146为导通。
藉由调整第一校正电容器141与第二校正电容器145的电容值和/或调整校正参考电压VJ的电平，第一校正支路140可以适应性地校正读出电路100的输出信号OUT的偏移电压。藉由切换电路144与切换电路148的切换操作，第一校正支路140可以选择性地施加正相时钟信号(Φ1，Φ2)或反相时钟信号(Φ2，Φ1)来切换四个开关142、143、146与147”。通过适应性地施加正相时钟信号(Φ1，Φ2)或反相时钟信号(Φ2，Φ1)于开关142、143、146与147，第一校正支路140可双向调整/校正输出信号OUT的偏移电压，使偏移电压的校正不再局限于单调性。
在图2所示实施例中，第二校正支路150包括第一校正电容器151、第一校正开关152、第二校正开关153、第二校正电容器154、第三校正开关155、第四校正开关156、第五校正开关157a、第六校正开关157b、第七校正开关158a与第八校正开关158b。第一校正电容器151的第一端耦接至第一积分电路110的差动输入端对的反相输入端。在正常工作期间，第一校正电容器151的电容值可以被调整。第一校正开关152的第一端耦接至第一校正电容器151的第二端。第一校正开关152的第二端耦接至校正参考电压(例如为接地电压GND)。第二校正开关153的第一端耦接至第一校正电容器151的第二端。第二校正电容器154的第一端耦接至第一积分电路110的差动输入端对的非反相输入端。在正常工作期间，第二校正电容器154的电容值可以被调整。第三校正开关155的第一端耦接至第二校正电容器154的第二端。第三校正开关155的第二端耦接至校正参考电压(例如为接地电压GND)。第四校正开关156的第一端耦接至第二校正电容器154的第二端。
第五校正开关157a的第一端耦接至第二校正开关153的第二端。第五校正开关157a的第二端耦接至校正参考电压V2。第六校正开关157b的第一端耦接至第二校正开关153的第二端。第六校正开关157b的第二端耦接至校正参考电压V1。第七校正开关158a的第一端耦接至第四校正开关156的第二端。第七校正开关158a的第二端耦接至校正参考电压V2。第八校正开关158b的第一端耦接至第四校正开关156的第二端。第八校正开关158b的第二端耦接至校正参考电压V1。校正参考电压V1与校正参考电压V2的电平可以依照设计需求来决定。
第一校正开关152的控制端与第三校正开关155的控制端受控于时钟信号Φ2。第二校正开关153的控制端与第四校正开关156的控制端受控于时钟信号Φ1。因此，在第一积分电路110的重置期间，第一校正开关152与第三校正开关155为导通而第二校正开关153与第四校正开关156为截止；在第一积分电路110的积分期间，第一校正开关152与第三校正开关155为截止而第二校正开关153与第四校正开关156为导通。第五校正开关157a的控制端与第八校正开关158b的控制端受控于输出信号OUTB。第六校正开关157b的控制端与第七校正开关158a的控制端受控于输出信号OUT。因此，在读出电路100的输出信号OUT为第一逻辑态(例如逻辑“1”)的期间，第六校正开关157b与第七校正开关158a为导通而第五校正开关157a与第八校正开关158b为截止；在读出电路100的输出信号OUT为第二逻辑态(例如逻辑“0”)的期间，第五校正开关157a与第八校正开关158b为导通而第六校正开关157b与第七校正开关158a为截止。藉由调整第一校正电容器151与第二校正电容器154的电容值、调整校正参考电压V1的电平和/或调整校正参考电压V2的电平，第二校正支路150可以适应性地校正读出电路100的电容灵敏度。
在图2所示实施例中，第三校正支路160包括第一校正电容器161、第一校正开关162、第二校正开关163、第二校正电容器164、第三校正开关165、第四校正开关166、第五校正开关167a、第六校正开关167b、第七校正开关168a与第八校正开关168b。第一校正电容器161的第一端耦接至第二积分电路130的差动输入端对的反相输入端。在正常工作期间，第一校正电容器161的电容值可以被调整。第一校正开关162的第一端耦接至第一校正电容器161的第二端。第一校正开关162的第二端耦接至校正参考电压(例如为接地电压GND)。第二校正开关163的第一端耦接至第一校正电容器161的第二端。第二校正电容器164的第一端耦接至第二积分电路130的差动输入端对的非反相输入端。在正常工作期间，第二校正电容器164的电容值可以被调整。第三校正开关165的第一端耦接至第二校正电容器164的第二端。第三校正开关165的第二端耦接至校正参考电压(例如为接地电压GND)。第四校正开关166的第一端耦接至第二校正电容器164的第二端。
第五校正开关167a的第一端耦接至第二校正开关163的第二端。第五校正开关167a的第二端耦接至校正参考电压V2。第六校正开关167b的第一端耦接至第二校正开关163的第二端。第六校正开关167b的第二端耦接至校正参考电压V1。第七校正开关168a的第一端耦接至第四校正开关166的第二端。第七校正开关168a的第二端耦接至校正参考电压V2。第八校正开关168b的第一端耦接至第四校正开关166的第二端。第八校正开关168b的第二端耦接至校正参考电压V1。校正参考电压V1与校正参考电压V2的电平可以依照设计需求来决定。
第一校正开关162的控制端与第三校正开关165的控制端受控于时钟信号Φ1。第二校正开关163的控制端与第四校正开关166的控制端受控于时钟信号Φ2。因此，在第二积分电路130的重置期间，第一校正开关162与第三校正开关165为导通而第二校正开关163与第四校正开关166为截止；在第二积分电路130的积分期间，第一校正开关162与第三校正开关165为截止而第二校正开关163与第四校正开关166为导通。第五校正开关167a的控制端与第八校正开关168b的控制端受控于输出信号OUTB。第六校正开关167b的控制端与第七校正开关168a的控制端受控于输出信号OUT。因此，在读出电路100的输出信号OUT为第一逻辑态(例如逻辑“1”)的期间，第六校正开关167b与第七校正开关168a为导通而第五校正开关167a与第八校正开关168b为截止；在读出电路100的输出信号OUT为第二逻辑态(例如逻辑“0”)的期间，第五校正开关167a与第八校正开关168b为导通而第六校正开关167b与第七校正开关168a为截止。藉由调整第一校正电容器161与第二校正电容器164的电容值、调整校正参考电压V1的电平和/或调整校正参考电压V2的电平，第三校正支路160可以适应性地校正读出电路100的电容灵敏度。
在此说明图2所示实施例的操作方法。所述操作方法包括：由输入驱动电路101提供参考电压VREF1或参考电压GND至电容传感器10的驱动端点，使得电容传感器10提供感测电荷；由第一校正支路140提供第一校正电荷；由第二校正支路150提供第二校正电荷；在第一积分电路110的积分期间，由第一积分电路110储存该感测电荷、该第一校正电荷与该第二校正电荷；由第一电荷转移电路120将第一积分电路110所储存的电荷转移到第二积分电路130；由第三校正支路160提供第三校正电荷；在第一积分电路110的重置期间与第二积分电路130的积分期间，由第二积分电路130储存该第三校正电荷与该第一电荷转移电路120所转移的电荷；由比较器270比较第二积分电路130的差动输出电压，而获得并输出数字信号；以及由锁存电路280接收并锁存比较器270所输出的数字信号，以提供经锁存内容作为该读出电路100的输出信号OUT。
详而言之，首先针对感测电容器CB的电荷传送流程做说明。考虑输出信号OUT＝1而输出信号OUTB＝0的情况。当时钟信号Φ1＝1而时钟信号Φ2＝0时，参考电压VREF1传送到感测电容器CB的第一端点，致使感测电容器CB两端会存在电位差VREF1-VREF2，同时电容器会产生感测电荷QB＝CB*(VREF1-VREF2)，其中CB表示感测电容器CB的电容值。校正参考电压VJ被传送到第一校正支路140的第一校正电容器141的第二端点，致使第一校正电容器141两端会存在电位差VREF2-VJ，同时第一校正电容器141会产生第一校正电荷Q141＝C141*(VREF2-VJ)，其中C141表示第一校正电容器141的电容值。校正参考电压V1被传送到第二校正支路150的第一校正电容器151的第二端点，致使第一校正电容器151两端会存在电位差VREF2-V1，同时第一校正电容器151会产生第二校正电荷Q151＝C151*(VREF2-V1)，其中C151表示第一校正电容器151的电容值。这些电荷CB、Q141、Q151对第一积分电路110的第一积分电容器112作充电并储存。另外，第一电荷转移电路120的第一开关124导通，VREF2被传送到电容器121的第二端点。因第一积分电容器112的第一端与电容器121的第二端的电位皆等于VREF2，第一积分电容器112储存的电荷可以传送到电容器121。
当时钟相位进入下一个时程(即时钟信号Φ1＝0而时钟信号Φ2＝1)时，第一积分电路110被重置，第一积分电容器112的电荷被清空。第一电荷转移电路120的第一开关124截止，电容器121的第一端与第二端点被施加相同电位VREF2，致使原本电容器121储存的电荷被转移到第二积分电路130的积分电容132。另外，校正参考电压V1被传送到第三校正支路160的第一校正电容器161的第二端点，致使第一校正电容器161两端会存在电位差VREF2-V1，同时第一校正电容器161会产生第三校正电荷Q161＝C161*(VREF2-V1)，且对第二积分电路的积分电容132充电，其中C161表示第一校正电容器161的电容值。因为第二积分电路130的积分电容132被充电的缘故，第二积分电路130的非反相输出端会产生一个电压信号。感测电容器CA的电荷传送流程可参照上述关于感测电容器CB的相关说明而类推。最后，第二积分电路130的反相输出端也会产生一个电压信号。
比较器270比较第二积分电路130的差动输出电压，而获得并输出“1”或“0”的数字信号。锁存电路280的输入端耦接至比较器270的输出端，以接收并锁存比较器270所输出的数字信号。锁存电路280的输出端提供经锁存内容，作为读出电路100的输出信号OUT。
电容传感器10可通过读出电路100产生一数字信号，其部分脉冲密度(FPD)可以表示电容传感器10的差动电容变化量。
其中CX0为第一校正电容器151与第二校正电容器154的电容值，CX1为电容器121与122的电容值，CX2为第一校正电容器161与第二校正电容器164的电容值，CJ为第一校正电容器141与第二校正电容器145的电容值，CF为第一积分电容器112、第二积分电容器113、积分电容器132与积分电容器133的电容值。式1中的为偏移电压分量，而为电容灵敏度分量。
上述式1为图2所示电路的部分脉冲密度(FPD)方程式。通过调整第一校正支路140的参数(例如校正参考电压VJ和/或校正电容器141、145的电容值CJ)，第一校正支路140可以用来校正输出信号OUT的偏移电压。只要切换电路144、148将控制开关142、143、146、147的时钟信号(Φ2，Φ1)互相对调，可以使校正参考电压VJ的极性相反，进而实现双向调整偏移电压。另外，通过调整第二校正支路150与第三校正支路160的参数(例如校正参考电压V1、V2和/或校正电容器151、154、161、164的电容值)，可用来校正电容灵敏度。第一校正支路140搭配第二校正支路150与第三校正支路160，读出电路100的偏移电压参数与电容灵敏度参数可以被独立调整，因此降低了参数调整复杂度。
图3所示电路的输出频谱，随着频率降低，其噪声基准(Noise Floor)可以提供-40dB/decade的效果，噪声基准在频率等于1kHz可以获得-90dB level，证明本实施例可有效降低低频噪声，提升电路有效位数。
图4是依照本发明的另一实施例绘示一种读出电路300的电路方块示意图。读出电路300包括第一积分电路110、第一电荷转移电路120、第二积分电路130、第二电荷转移电路310、第三积分电路320、比较器270、锁存电路280、第一校正支路140、第二校正支路150、第三校正支路160以及第四校正支路330。图4所示电容传感器10可以参照图1与图2所示电容传感器10的相关说明，图4所示读出电路300可以参照图1所示读出电路100的相关说明，图4所示第一积分电路110与第三积分电路320可以参照图1与图2所示第一积分电路110的相关说明，图4所示第一电荷转移电路120可以参照图1与图2所示第一电荷转移电路120的相关说明，图4所示第二积分电路130可以参照图1与图2所示第二积分电路130的相关说明，图4所示比较器270与锁存电路280可以参照图1与图2所示比较器270与锁存电路280的相关说明，图4所示第一校正支路140可以参照图1与图2所示第一校正支路140的相关说明，图4所示第二校正支路150与第四校正支路330可以参照图1与图2所示第二校正支路150的相关说明，图4所示第三校正支路160可以参照图1与图2所示第三校正支路160的相关说明，故不再赘述。
在图4所示实施例中，第二电荷转移电路310包括第一电容器311、第二电容器312与开关电路313。第一电容器311的第一端耦接至第二积分电路130的差动输出端对的第一输出端，而第二电容器312的第一端耦接至第二积分电路130的差动输出端对的第二输出端。也就是说，第一电容器311的第一端耦接至第二积分电路130的运算放大器131的非反相输出端，而第二电容器312的第一端耦接至第二积分电路130的运算放大器131的反相输出端。第二积分电路130的运算放大器131未绘示于图4，请参照图2所示第二积分电路130而类推。开关电路313的第一端与第二端分别耦接至第一电容器311的第二端与第二电容器312的第二端。在第二积分电路130的重置期间，开关电路313为截止。在第二积分电路130的积分期间，开关电路313为导通，以传输参考电压VREF2至第一电容器311的第二端与第二电容器312的第二端。参考电压VREF2的电平可以依照设计需求来决定。
在图4所示实施例中，第二电荷转移电路310的开关电路313包括第一开关314以及第二开关315。第一开关314的第一端耦接至第一电容器311的第二端。第一开关314的第二端耦接至参考电压VREF2。第二开关315的第一端耦接至第二电容器312的第二端。第二开关315的第二端耦接至参考电压VREF2。在第二积分电路130的重置期间，第一开关314与第二开关315为截止。在第二积分电路130的积分期间。第一开关314与第二开关315为导通，以传输参考电压VREF2至第一电容器311的第二端与第二电容器312的第二端。第二电荷转移电路310可以将第二积分电路130储存的电荷转移到第三积分电路320。因为第二电荷转移电路310可以将感测电容与校正电容的电荷往后级积分器320传递。
在此说明图4所示实施例的操作方法。所述操作方法包括：由输入驱动电路101提供参考电压VREF1或参考电压GND至电容传感器10的驱动端点，使得电容传感器10提供感测电荷；由第一校正支路140提供第一校正电荷；由第二校正支路150提供第二校正电荷；在第一积分电路110的积分期间，由第一积分电路110储存感测电荷、第一校正电荷与第二校正电荷；由第一电荷转移电路120将第一积分电路110所储存的电荷转移到第二积分电路130；由第三校正支路160提供第三校正电荷；在第一积分电路110的重置期间与第二积分电路130的积分期间，由第二积分电路130储存第三校正电荷与第一电荷转移电路120所转移的电荷；由第二电荷转移电路310将第二积分电路130所储存的电荷转移到第三积分电路320；由第四校正支路330提供第四校正电荷；在第二积分电路130的重置期间与第三积分电路320的积分期间，由第三积分电路320储存第四校正电荷与第二电荷转移电路310所转移的电荷；由比较器270比较第三积分电路320的差动输出电压，而获得并输出数字信号；以及由锁存电路280接收并锁存比较器270所输出的数字信号，以提供锁存内容作为读出电路300的输出信号OUT。
电容传感器10可通过读出电路300产生一数字信号，其部分脉冲密度(FPD)可以表示电容传感器10的差动电容变化量。
其中 CX0为第二校正支路150的校正电容器的电容值，CX1为第一电荷转移电路120的电容器的电容值，CX2为第三校正支路160的校正电容器的电容值，CX3为电容器311与312的电容值，CX4为第四校正支路330的校正电容器的电容值，CJ为第一校正支路140的校正电容器的电容值，CF为积分电路110、130与320的积分电容器的电容值。式2中的为偏移电压分量，而为电容灵敏度分量。
上述式2为图4所示电路的部分脉冲密度(FPD)方程式。通过调整第一校正支路140的参数(例如校正参考电压VJ和/或校正电容器141、145的电容值CJ)，第一校正支路140可以用来校正输出信号OUT的偏移电压。只要切换电路144、148将控制开关142、143、146、147的时钟信号(Φ2，Φ1)互相对调，可以使校正参考电压VJ的极性相反，进而实现双向调整偏移电压。另外，通过调整第二校正支路150、第三校正支路160、与第四校正支路330的校正参考电压和/或校正电容器，可用来校正电容灵敏度。第一校正支路140搭配第二校正支路150、第三校正支路160、与第四校正支路330，读出电路100的偏移电压参数与电容灵敏度参数可以被独立调整，因此降低了参数调整复杂度。
图5所示电路的输出频谱，随着频率降低，其噪声基准(Noise Floor)可以提供-60dB/decade的效果，噪声基准在频率等于1kHz可以获得-100dB level，证明本实施例可有效降低低频噪声，提升电路有效位数。
图6是依照本发明的另一实施例绘示一种读出电路400的电路方块示意图。读出电路400包括第一积分电路110、第一电荷转移电路120、第二积分电路130、第二电荷转移电路310、第三积分电路320、第三电荷转移电路410、第四积分电路420、比较器270、锁存电路280、第一校正支路140、第二校正支路150、第三校正支路160、第四校正支路330以及第五校正支路430。图6所示电容传感器10可以参照图1与图2所示电容传感器10的相关说明，图6所示读出电路400可以参照图1所示读出电路100的相关说明，图6所示第一积分电路110与第三积分电路320可以参照图1与图2所示第一积分电路110的相关说明，图6所示第一电荷转移电路120与第三电荷转移电路410可以参照图1与图2所示第一电荷转移电路120的相关说明，图6所示第二积分电路130与第四积分电路420可以参照图1与图2所示第二积分电路130的相关说明，图6所示第二电荷转移电路310可以参照图4所示第二电荷转移电路310的相关说明，图6所示比较器270与锁存电路280可以参照图1与图2所示比较器270与锁存电路280的相关说明，图6所示第一校正支路140可以参照图1与图2所示第一校正支路140的相关说明，图6所示第二校正支路150与第四校正支路330可以参照图1与图2所示第二校正支路150的相关说明，图6所示第三校正支路160与第五校正支路430可以参照图1与图2所示第三校正支路160的相关说明，故不再赘述。
在此说明图6所示实施例的操作方法。所述操作方法包括：由输入驱动电路101提供参考电压VREF1或参考电压GND至电容传感器10的驱动端点，使得电容传感器10提供感测电荷；由第一校正支路140提供第一校正电荷；由第二校正支路150提供第二校正电荷；在第一积分电路110的积分期间，由第一积分电路110储存感测电荷、第一校正电荷与第二校正电荷；由第一电荷转移电路120将第一积分电路110所储存的电荷转移到第二积分电路130；由第三校正支路160提供第三校正电荷；在第一积分电路110的重置期间与第二积分电路130的积分期间，由第二积分电路130储存第三校正电荷与第一电荷转移电路120所转移的电荷；由第二电荷转移电路310将第二积分电路130所储存的电荷转移到第三积分电路320；由第四校正支路330提供第四校正电荷；在第二积分电路130的重置期间与第三积分电路320的积分期间，由第三积分电路320储存第四校正电荷与第二电荷转移电路310所转移的电荷；由第三电荷转移电路410将第三积分电路320所储存的电荷转移到第四积分电路420；由第五校正支路430提供第五校正电荷；在第三积分电路320的重置期间与第四积分电路420的积分期间，由第四积分电路420储存第五校正电荷与第三电荷转移电路410所转移的电荷；由比较器270比较第四积分电路420的差动输出电压，而获得并输出数字信号；以及由锁存电路280接收并锁存比较器270所输出的数字信号，以提供经锁存内容作为读出电路400的输出信号OUT。
电容传感器10可通过读出电路400产生一数字信号，其部分脉冲密度(FPD)可以表示电容传感器10的差动电容变化量。
其中VDG＝V1-V2，CX0为第二校正支路150的校正电容器的电容值，CX1为第一电荷转移电路120的电容器的电容值，CX2为第三校正支路160的校正电容器的电容值，CX3为第二电荷转移电路310的电容器的电容值，CX4为第四校正支路330的校正电容器的电容值，CX5为第三电荷转移电路410的电容器的电容值，CX6为第五校正支路430的校正电容器的电容值，CJ为第一校正支路140的校正电容器的电容值，CF为积分电路110、130、320与420的积分电容器的电容值。式3中的为偏移电压分量，而为电容灵敏度分量。
上述式3为图6所示电路的部分脉冲密度(FPD)方程式。通过调整第一校正支路140的参数(例如校正参考电压VJ和/或校正电容器141、145的电容值CJ)，第一校正支路140可以用来校正输出信号OUT的偏移电压。只要切换电路144、148将控制开关142、143、146、147的时钟信号(Φ2，Φ1)互相对调，可以使校正参考电压VJ的极性相反，进而实现双向调整偏移电压。另外，通过调整第二校正支路150、第三校正支路160、第四校正支路330、与第五校正支路430的校正参考电压和/或校正电容器，可用来校正电容灵敏度。第一校正支路140搭配第二校正支路150、第三校正支路160、或第四校正支路330、与第五校正支路430，读出电路100的偏移电压参数与电容灵敏度参数可以被独立调整，因此降低了参数调整复杂度。
图7所示电路的输出频谱，随着频率降低，其噪声基准(Noise Floor)可以提供-80dB/decade的效果，噪声基准在频率等于1kHz可以获得-115dB level，证明本实施例可有效降低低频噪声，提升电路有效位数。
图8是依照本发明的另一实施例绘示图1所示读出电路100的电路示意图。图8所示第一积分电路110、第一电荷转移电路120、第二积分电路130、第一校正支路140、第二校正支路150、第三校正支路160、比较器270与锁存电路280可以参照图1与图2的相关说明，故不再赘述。在图8所示实施例中，输入驱动电路101包括第一驱动开关SW3、第二驱动开关SW4、第三驱动开关SW5与第四驱动开关SW6，而电容传感器10包括感测电容器CA与感测电容器CB。图8所示感测电容器CA与感测电容器CB可以为传感器的初始电容。
第一驱动开关SW3的第一端耦接至参考电压VREF2，第二驱动开关SW4的第一端耦接至另一参考电压VREF1。反相器291的输入端接收参考电压VREF1。反相器291产生参考电压VREF1的反相参考电压VREF1B。反相器291的输出端耦接至第三驱动开关SW5的第一端。因此，第三驱动开关SW5的第一端耦接至反相参考电压VREF1B。第四驱动开关SW6的第一端耦接至参考电压VREF2。参考电压VREF1的电平与参考电压VREF2的电平可以依照设计需求来决定。第一驱动开关SW3的第二端与第二驱动开关SW4的第二端均耦接至电容传感器10的第一驱动端点(亦即耦接至感测电容器CA的第一端)，而第三驱动开关SW5的第二端与第四驱动开关SW6的第二端均耦接至电容传感器10的第二驱动端点(亦即耦接至感测电容器CB的第一端)。第一驱动开关SW3的控制端与第四驱动开关SW6的控制端受控于时钟信号Φ2，而第二驱动开关SW4的控制端与第三驱动开关SW5的控制端受控于时钟信号Φ1。藉由时钟信号Φ1与时钟信号Φ2的控制，反相参考电压VREF1B与参考电压VREF2可以被施加于感测电容器CA的第一端，参考电压VREF1与参考电压VREF2可以被施加于感测电容器CB的第一端，进而可使感测电容器CA与感测电容器CB产生电荷变动量。电荷感测校正电路102、比较感270与锁存电路280可以读取电容传感器10的电荷变动量作为电容传感器10的感测结果。
综上所述，本发明诸实施例所述读出电路及其操作方法所采用的“电荷转移电路”可以解决感测电容与校正电容的电荷无法往后级积分电路传递的问题，因而可以改善电路的低频噪声与增加有效位数。本发明另一些实施例所述读出电路及其操作方法所使用的第一校正支路140可以使偏移电压的校正不再局限于单调性。在第一校正支路140搭配第二校正支路150和/或第三校正支路160的实施例中，第一校正支路140可独立调整偏移电压参数，第二校正支路150和/或第三校正支路160可独立调整电容灵敏度，降低参数调整复杂度。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (20)

1.一种电容传感器的读出电路，其特征在于，所述读出电路包括：
输入驱动电路，耦接至该电容传感器的驱动端点；
电荷感测校正电路，其差动输入端对耦接至该电容传感器的第一端与第二端；
比较器，其第一输入端与第二输入端耦接至该电荷感测校正电路的差动输出端对；以及
锁存电路，其输入端耦接至该比较器的输出端，该锁存电路的输出端提供该读出电路的输出信号；
其中该电荷感测校正电路包括：
第一积分电路，其差动输入端对耦接至该电容传感器的该第一端与该第二端；
第一电荷转移电路，其中该第一电荷转移电路包括第一电容器、第二电容器与开关电路，该第一电容器的第一端耦接至该第一积分电路的差动输出端对的第一输出端，该第二电容器的第一端耦接至该第一积分电路的该差动输出端对的第二输出端，该开关电路的第一端与第二端分别耦接至该第一电容器的第二端与该第二电容器的第二端，其中在该第一积分电路的重置期间该开关电路为截止，以及在该第一积分电路的积分期间该开关电路为导通以传输第一参考电压至该第一电容器的该第二端与该第二电容器的该第二端；以及
第二积分电路，其差动输入端对耦接至该第一电容器的该第二端与该第二电容器的该第二端。
2.如权利要求1所述的读出电路，其特征在于，该第一积分电路的该重置期间为该第二积分电路的积分期间，以及该第一积分电路的该积分期间为该第二积分电路的重置期间。
3.如权利要求1所述的读出电路，其特征在于，该输入驱动电路包括：
第一驱动开关，其第一端耦接至第二参考电压，该第一驱动开关的第二端耦接至该电容传感器的该驱动端点，其中该驱动端点为该电容传感器的共模端点；以及
第二驱动开关，其第一端耦接至第三参考电压，该第二驱动开关的第二端耦接至该电容传感器的该共模端点。
4.如权利要求1所述的读出电路，其特征在于，该输入驱动电路包括：
第一驱动开关，其第一端耦接至该第一参考电压，该第一驱动开关的第二端耦接至该电容传感器的第一驱动端点；
第二驱动开关，其第一端耦接至第二参考电压，该第二驱动开关的第二端耦接至该电容传感器的该第一驱动端点；
反相器，其输入端接收该第二参考电压；
第三驱动开关，其第一端耦接至该反相器的输出端，该第三驱动开关的第二端耦接至该电容传感器的第二驱动端点，其中该第一驱动端点与该第二驱动端点为该电容传感器的该驱动端点；以及
第四驱动开关，其第一端耦接至该第一参考电压，该第四驱动开关的第二端耦接至该电容传感器的该第二驱动端点。
5.如权利要求1所述的读出电路，其特征在于，该第一积分电路包括：
运算放大器，其反相输入端与非反相输入端分别耦接至该电容传感器的该第一端与该第二端；
第一积分电容器，其第一端耦接至该运算放大器的该反相输入端；
第二积分电容器，其第一端耦接至该运算放大器的该非反相输入端；
第一积分开关，其第一端耦接至该第一积分电容器的第二端，该第一积分开关的第二端耦接至该运算放大器的非反相输出端；
第二积分开关，其第一端耦接至该第二积分电容器的第二端，该第二积分开关的第二端耦接至该运算放大器的反相输出端；
第一重置开关，其第一端耦接至该运算放大器的该反相输入端，该第一重置开关的第二端耦接至该运算放大器的该非反相输出端；以及
第二重置开关，其第一端耦接至该运算放大器的该非反相输入端，该第二重置开关的第二端耦接至该运算放大器的该反相输出端。
6.如权利要求1所述的读出电路，其特征在于，该开关电路包括：
第一开关，其第一端耦接至该第一电容器的该第二端，该第一开关的第二端耦接至该第一参考电压；以及
第二开关，其第一端耦接至该第二电容器的该第二端，该第二开关的第二端耦接至该第一参考电压，
其中在该第一积分电路的该重置期间该第一开关与该第二开关为截止，以及在该第一积分电路的该积分期间该第一开关与该第二开关为导通以传输该第一参考电压至该第一电容器的该第二端与该第二电容器的该第二端。
7.如权利要求1所述的读出电路，其特征在于，所述读出电路还包括：
第一校正支路，其第一端与第二端耦接至该第一积分电路的该差动输入端对，用以校正所述读出电路的该输出信号的偏移电压；以及
第二校正支路，其第一端与第二端耦接至该第一积分电路的该差动输入端对，用以校正所述读出电路的电容灵敏度。
8.如权利要求7所述的读出电路，其特征在于，该第一校正支路包括：
第一校正电容器，其第一端耦接至该第一积分电路的该差动输入端对的反相输入端；
第一校正开关，其第一端耦接至该第一校正电容器的第二端，该第一校正开关的第二端耦接至第一校正参考电压；
第二校正开关，其第一端耦接至该第一校正电容器的该第二端，该第二校正开关的第二端耦接至第二校正参考电压；
第二校正电容器，其第一端耦接至该第一积分电路的该差动输入端对的非反相输入端；
第三校正开关，其第一端耦接至该第二校正电容器的第二端，该第三校正开关的第二端耦接至该第一校正参考电压；以及
第四校正开关，其第一端耦接至该第二校正电容器的该第二端，该第四校正开关的第二端耦接至该第二校正参考电压。
9.如权利要求8所述的读出电路，其特征在于，在该第一积分电路的该重置期间该第一校正开关与该第四校正开关为截止而该第二校正开关与该第三校正开关为导通，以及在该第一积分电路的该积分期间该第一校正开关与该第四校正开关为导通而该第二校正开关与该第三校正开关为截止。
10.如权利要求8所述的读出电路，其特征在于，藉由切换电路切换该第一校正开关、该第二校正开关、该第三校正开关与该第四校正开关的时钟控制信号的相位，使其在该第一积分电路的该重置期间该第一校正开关与该第四校正开关为导通而该第二校正开关与该第三校正开关为截止，以及在该第一积分电路的该积分期间该第一校正开关与该第四校正开关为截止而该第二校正开关与该第三校正开关为导通。
11.如权利要求7所述的读出电路，其特征在于，该第二校正支路包括：
第一校正电容器，其第一端耦接至该第一积分电路的该差动输入端对的反相输入端；
第一校正开关，其第一端耦接至该第一校正电容器的第二端，该第一校正开关的第二端耦接至第一校正参考电压；
第二校正开关，其第一端耦接至该第一校正电容器的该第二端；
第二校正电容器，其第一端耦接至该第一积分电路的该差动输入端对的非反相输入端；
第三校正开关，其第一端耦接至该第二校正电容器的第二端，该第三校正开关的第二端耦接至该第一校正参考电压；
第四校正开关，其第一端耦接至该第二校正电容器的该第二端；
第五校正开关，其第一端耦接至该第二校正开关的第二端，该第五校正开关的第二端耦接至第二校正参考电压；
第六校正开关，其第一端耦接至该第二校正开关的该第二端，该第六校正开关的第二端耦接至第三校正参考电压；
第七校正开关，其第一端耦接至该第四校正开关的第二端，该第七校正开关的第二端耦接至该第二校正参考电压；以及
第八校正开关，其第一端耦接至该第四校正开关的该第二端，该第八校正开关的第二端耦接至该第三校正参考电压，
其中在该第一积分电路的该重置期间该第一校正开关与该第三校正开关为导通而该第二校正开关与该第四校正开关为截止，在该第一积分电路的该积分期间该第一校正开关与该第三校正开关为截止而该第二校正开关与该第四校正开关为导通，在该读出电路的该输出信号为第一逻辑态的期间该第六校正开关与该第七校正开关为导通而该第五校正开关与该第八校正开关为截止，以及在该读出电路的该输出信号为第二逻辑态的期间该第五校正开关与该第八校正开关为导通而该第六校正开关与该第七校正开关为截止。
12.如权利要求7所述的读出电路，其特征在于，所述读出电路还包括：
第三校正支路，其第一端与第二端耦接至该第二积分电路的该差动输入端对，用以校正所述读出电路的电容灵敏度。
13.如权利要求12所述的读出电路，其特征在于，该第三校正支路包括：
第一校正电容器，其第一端耦接至该第二积分电路的该差动输入端对的反相输入端；
第一校正开关，其第一端耦接至该第一校正电容器的第二端，该第一校正开关的第二端耦接至第一校正参考电压；
第二校正开关，其第一端耦接至该第一校正电容器的该第二端；
第二校正电容器，其第一端耦接至该第二积分电路的该差动输入端对的非反相输入端；
第三校正开关，其第一端耦接至该第二校正电容器的第二端，该第三校正开关的第二端耦接至该第一校正参考电压；
第四校正开关，其第一端耦接至该第二校正电容器的该第二端；
第五校正开关，其第一端耦接至该第二校正开关的第二端，该第五校正开关的第二端耦接至第二校正参考电压；
第六校正开关，其第一端耦接至该第二校正开关的该第二端，该第六校正开关的第二端耦接至第三校正参考电压；
第七校正开关，其第一端耦接至该第四校正开关的第二端，该第七校正开关的第二端耦接至该第二校正参考电压；以及
第八校正开关，其第一端耦接至该第四校正开关的该第二端，该第八校正开关的第二端耦接至该第三校正参考电压，
其中在该第二积分电路的重置期间该第一校正开关与该第三校正开关为导通而该第二校正开关与该第四校正开关为截止，在该第二积分电路的积分期间该第一校正开关与该第三校正开关为截止而该第二校正开关与该第四校正开关为导通，在该读出电路的该输出信号为第一逻辑态的期间该第六校正开关与该第七校正开关为导通而该第五校正开关与该第八校正开关为截止，以及在该读出电路的该输出信号为第二逻辑态的期间该第五校正开关与该第八校正开关为导通而该第六校正开关与该第七校正开关为截止。
14.如权利要求1所述的读出电路，其特征在于，所述读出电路还包括：
第二电荷转移电路，其一差动输入端对耦接至该第二积分电路的差动输出端对；以及
第三积分电路，其差动输入端对耦接至该第二电荷转移电路的差动输出端对。
15.如权利要求14所述的读出电路，其特征在于，所述读出电路还包括：
第四校正支路，其第一端与第二端耦接至该第三积分电路的该差动输入端对，用以校正所述读出电路的电容灵敏度。
16.如权利要求14所述的读出电路，其特征在于，所述读出电路还包括：
第三电荷转移电路，其差动输入端对耦接至该第三积分电路的差动输出端对；以及
第四积分电路，其差动输入端对耦接至该第三电荷转移电路的差动输出端对。
17.如权利要求16所述的读出电路，其特征在于，所述读出电路还包括：
第五校正支路，其第一端与第二端耦接至该第四积分电路的该差动输入端对，用以校正所述读出电路的电容灵敏度。
18.一种电容传感器的读出电路的操作方法，其特征在于，所述读出电路包括输入驱动电路、电荷感测校正电路、比较器与锁存电路，该电荷感测校正电路包括第一积分电路、第一校正支路、第二校正支路、第一电荷转移电路、第二积分电路与第三校正支路，所述操作方法包括：
由该输入驱动电路提供参考电压至该电容传感器的驱动端点，使得该电容传感器提供感测电荷；
由该第一校正支路提供第一校正电荷；
由该第二校正支路提供第二校正电荷；
在该第一积分电路的积分期间，由该第一积分电路储存该感测电荷、该第一校正电荷与该第二校正电荷；
由该第一电荷转移电路将该第一积分电路所储存的电荷转移到该第二积分电路；
由该第三校正支路提供第三校正电荷；
在该第一积分电路的重置期间与该第二积分电路的积分期间，由该第二积分电路储存该第三校正电荷与该第一电荷转移电路所转移的电荷；
由该比较器比较该第二积分电路的差动输出电压，而获得并输出数字信号；以及
由该锁存电路接收并锁存该比较器所输出的该数字信号，以提供经锁存内容作为该读出电路的输出信号。
19.一种电容传感器的读出电路的操作方法，其特征在于，所述读出电路包括输入驱动电路、电荷感测校正电路、比较器与锁存电路，该电荷感测校正电路包括第一积分电路、第一校正支路、第二校正支路、第一电荷转移电路、第二积分电路、第三校正支路、第二电荷转移电路、第四校正支路与第三积分电路，所述操作方法包括：
由该输入驱动电路提供参考电压至该电容传感器的驱动端点，使得该电容传感器提供感测电荷；
由该第一校正支路提供第一校正电荷；
由该第二校正支路提供第二校正电荷；
在该第一积分电路的积分期间，由该第一积分电路储存该感测电荷、该第一校正电荷与该第二校正电荷；
由该第一电荷转移电路将该第一积分电路所储存的电荷转移到该第二积分电路；
由该第三校正支路提供第三校正电荷；
在该第一积分电路的重置期间与该第二积分电路的积分期间，由该第二积分电路储存该第三校正电荷与该第一电荷转移电路所转移的电荷；
由该第二电荷转移电路将该第二积分电路所储存的电荷转移到该第三积分电路；
由该第四校正支路提供第四校正电荷；
在该第二积分电路的重置期间与该第三积分电路的积分期间，由该第三积分电路储存该第四校正电荷与该第二电荷转移电路所转移的电荷；
由该比较器比较该第三积分电路的差动输出电压，而获得并输出数字信号；以及
由该锁存电路接收并锁存该比较器所输出的该数字信号，以提供经锁存内容作为该读出电路的输出信号。
20.一种电容传感器的读出电路的操作方法，其特征在于，所述读出电路包括输入驱动电路、电荷感测校正电路、比较器与锁存电路，该电荷感测校正电路包括第一积分电路、第一校正支路、第二校正支路、第一电荷转移电路、第二积分电路、第三校正支路、第二电荷转移电路、第四校正支路、第三积分电路、第三电荷转移电路、第五校正支路与第四积分电路，所述操作方法包括：
由该输入驱动电路提供参考电压至该电容传感器的驱动端点，使得该电容传感器提供感测电荷；
由该第一校正支路提供第一校正电荷；
由该第二校正支路提供第二校正电荷；
在该第一积分电路的积分期间，由该第一积分电路储存该感测电荷、该第一校正电荷与该第二校正电荷；
由该第一电荷转移电路将该第一积分电路所储存的电荷转移到该第二积分电路；
由该第三校正支路提供第三校正电荷；
在该第一积分电路的重置期间与该第二积分电路的积分期间，由该第二积分电路储存该第三校正电荷与该第一电荷转移电路所转移的电荷；
由该第二电荷转移电路将该第二积分电路所储存的电荷转移到该第三积分电路；
由该第四校正支路提供第四校正电荷；
在该第二积分电路的重置期间与该第三积分电路的积分期间，由该第三积分电路储存该第四校正电荷与该第二电荷转移电路所转移的电荷；
由该第三电荷转移电路将该第三积分电路所储存的电荷转移到该第四积分电路；
由该第五校正支路提供第五校正电荷；
在该第三积分电路的重置期间与该第四积分电路的积分期间，由该第四积分电路储存该第五校正电荷与该第三电荷转移电路所转移的电荷；
由该比较器比较该第四积分电路的差动输出电压，而获得并输出数字信号；以及
由该锁存电路接收并锁存该比较器所输出的该数字信号，以提供经锁存内容作为该读出电路的输出信号。
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