CN110431383B - 用于校准电容传感器接口的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

用于校准电容传感器接口的装置和方法。用于校准电容传感器接口(1)的装置(2)包括具有电容(cmem、cmemsp、cmemsm)的电容传感器(10)和具有可变电容(cdum、cdump、cdumm)的电荷储存电路(20)。测试电路(30)将测试信号(vtst)施加到电容传感器(10)和电荷储存电路(20)。放大器电路(40)具有耦合到电容传感器(10)的第一输入连接端(E40a)和耦合到电荷储存电路(20)的第二输入连接端(E40b)。放大器电路(40)根据施加到第一输入连接端(E40a)的第一输入信号(ΔVerr1)和施加到第二输入连接端(E40b)的第二输入信号(ΔVerr2)提供输出信号(Vout)。控制电路(60)被配置为调整电荷储存电路(20)的电容(cdum、cdump、cdumm)，使得输出信号(Vout)的电平趋于零电平。

Description

用于校准电容传感器接口的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于校准电容传感器接口的装置，该电容传感器接口放大电容传感器的信号，尤其是MEMS麦克风/MEMS换能器的信号。本发明还涉及一种用于校准电容传感器接口的方法。
背景技术
高阻抗电容传感器，尤其是MEMS麦克风/MEMS换能器，会受到来自电源的耦合的电干扰，如EMC(电磁兼容性)干扰，并且，更需关注的是，自生干扰，如打开或重新配置。这会导致产生不可接受的声音，如砰砰声、咔嗒声或嗡嗡声。
电容传感器可以连接到用于放大电容传感器的输出信号的电容传感器接口。电容传感器接口可配置为单输入设备，其对干扰的抑制为0dB。为了在打开或重新配置电容传感器(例如MEMS麦克风)时最小化产生的声音，如砰砰声、咔嗒声或嗡嗡声，可以使用伪差分系统或真差分系统。
在差分系统中，除了第一(实际)电容传感器(例如第一MEMS麦克风/MEMS传感器)外，还使用了第二(模拟)电容传感器，例如第二MEMS麦克风/MEMS传感器。第二电容传感器生成模拟信号。电容传感器接口的放大器电路比较从第一电容传感器接收的信号和从第二电容传感器接收的模拟信号，以根据从第一电容传感器接收的信号和从第二电容传感器接收的模拟信号之间的比较生成输出信号。
在伪差分系统中，除了电容传感器(例如MEMS麦克风/MEMS换能器)之外，还提供了片上电容器来代替使用第二电容传感器。与差分系统类似，使用放大器电路来比较电容传感器接收到的信号和片上电容器提供的模拟信号。放大器电路根据电容传感器的信号与片上电容器的模拟信号的比较生成输出信号。
当使用被配置为差分或伪差分系统的电容传感器接口时，在第一(实际)电容传感器的电容和第二(模拟)电容传感器/片上电容器的电容匹配的条件下，可以减少或几乎完全阻止了产生如砰砰声、咔嗒声或嗡嗡声的声音。
需要提供一种用于校准电容传感器接口的装置，使得在操作电容传感器的期间，特别是在打开或重新配置电容传感器时，尽可能地防止产生如砰砰声、咔嗒声或嗡嗡声的声音。另一需要是提供一种用于校准电容传感器接口的方法，使得在操作电容传感器的期间，特别是在打开或重新配置电容传感器时，尽可能地防止产生如砰砰声、咔嗒声或嗡嗡声的声音。
发明内容
通过用于校准电容传感器接口的装置实现在下文中更加明显的该目的以及其他目的。
用于校准电容传感器接口的装置包括具有电容的电容传感器和具有可变电容的电荷储存电路。该装置还包括测试电路，以将测试信号施加到电容传感器和电荷储存电路。该装置包括放大器电路，该放大器电路具有耦合到电容传感器的第一输入连接端和耦合到电荷储存电路的第二输入连接端以及输出连接端。放大器电路被配置为根据施加到放大器电路的第一输入连接端的第一输入信号和施加到放大器电路的第二输入连接端的第二输入信号，在放大器电路的输出连接端处提供输出信号。该装置包括检测电路和控制电路，检测电路用于检测放大器电路的输出信号的电平。控制电路被布置成接收检测到的放大器电路的输出信号的电平，并被配置为调整电荷储存电路的电容，使得放大器电路的输出信号的电平趋于零电平。
详细说明了一种用于校准电容传感器接口的方法的实施例，该方法使得在操作电容传感器的期间尽可能地避免如砰砰声、咔嗒声或嗡嗡声的声音。
用于校准电容传感器接口的方法包括提供如上所述的用于校准电容传感器接口的装置的第一步骤。生成测试信号并将其施加到电容传感器和电荷储存电路。在放大器电路的输出连接端处检测放大器电路的输出信号的电平。调整电荷储存电路的电容，使得放大器电路的输出连接端处的输出信号的电平趋于零电平。
电容传感器可被配置为MEMS麦克风/MEMS换能器。该装置可配置为(真)差分系统，其中放大器电路以其第一输入端连接到电容传感器，并且以其第二输入端连接到另外的第二电容传感器，例如另一MEMS麦克风/MEMS换能器。根据另一实施例，该装置可被配置为伪差分系统，其中放大器电路以其第一输入端连接到电容传感器并且以其第二输入端连接到具有可变电容的电容器。
为了测量电容传感器的电容和电荷储存电路的电容是否匹配，测试电路可以包括电压源和电容器，电容器布置在电压源以及电容传感器和电荷储存电路之间。电压源可以产生注入测试电路的电容器的脉冲测试信号。测试信号将在包含电容传感器和电荷储存电路的差分/伪差分系统的输入端处引起干扰。当对电容传感器的电容与电荷储存电路的电容进行调整以使其匹配时，在放大器电路的输出连接端处的输出信号趋于零，例如0V。
用于校准电容传感器接口的装置提供了片上自动校准技术，该片上自动校准技术用于在真差分系统的情况下，匹配实际电容传感器(例如第一MEMS麦克风/MEMS换能器)的差分输入阻抗和另外的(模拟)电容传感器(例如第二MEMS麦克风/MEMS换能器)的电容；并且在伪差分系统的情况下，用于匹配电容传感器的输入阻抗和电容器的电容。在真差分系统的情况下，该装置可以改善两个电容传感器(例如两个MEMS换能器)的相应电容之间的匹配，或者在伪差分系统的情况下，对片上电容器的电容与实际电容传感器(例如MEMS麦克风/MEMS换能器)的电容进行匹配。
由此得到的校准差分/伪差分系统将改善经典的关键参数，如PSRR(电源抑制比)，也将MEMS麦克风特定参数，如对电荷泵噪声和启动瞬态的敏感性降低至少一个数量级(共模抑制，CMRR)。将以稳健且受控的方式(差分系统的共模抑制)抑制对外部干扰(例如电荷泵启动、电荷泵噪声和电源)的敏感性。
附图说明
图1示出了具有单输入配置的电容传感器接口的实施例。
图2示出了具有差分输入配置的电容传感器接口的实施例。
图3示出了用于校准电容传感器接口的、被配置为伪差分系统的装置的实施例。
图4示出了用于校准电容传感器接口的、被配置为差分系统的装置的实施例。
图5示出了以阵列布置的可调整电容器的实施例。
图6示出了用于实现相关双采样方案的测试信号采样方法。
具体实施方式
在下文中将参考示出了装置的不同实施例的附图来更详细地描述所提出的用于校准电容传感器接口的装置。然而，用于校准电容传感器接口的装置可以以多种不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本公开充分表达装置的范围。附图不一定是按比例绘制的，而是配置成清楚地示出装置的设计。
图1示出了以单输入配置设计的电容传感器接口1的实施例。电容传感器接口1包括具有电容cmem的电容传感器10。电容传感器10包括具有上极板111和下极板112的电容器。电容传感器10可被配置为MEMS麦克风/MEMS换能器。电容传感器/电容器10的上极板111连接到偏置电压源90以提供偏置电压，例如正偏置电压vbias+。偏置电压源90可被配置为电荷泵。
偏置电压源90经由二极管70连接到电容传感器10，特别是连接到电容传感器/电容器10的上极板111。电容器Cbias可以可选地连接在二极管70的阴极和接地电位之间。电容传感器/电容器10的下极板112连接到放大器电路40的第一输入连接端E40a。放大器电路40的第一输入连接端E40a经由第一对反并联耦合二极管80a连接到地。放大器电路40的第二输入连接端E40b经由第二对反并联耦合二极管80b耦合到地。作为替代方案，输入连接端E40b能够连接到基准电压，例如连接到接地电位，而不需要与二极管80a、80b互连。二极管80a和80b可以可选地由任何具有非常高阻抗的电阻器代替，例如>>10GΩ的电阻器。因此，可以使用表示高阻抗电阻器的任何电路或电阻器来代替反并联二极管80a、80b。
诸如MEMS麦克风/MEMS换能器之类的电容传感器遭受耦合到放大器电路40的输出端A40的电干扰。电干扰可由外部源产生，例如EMC干扰，或来自自生干扰，例如打开MEMS麦克风/MEMS换能器或重新配置MEMS麦克风/MEMS换能器。耦合到放大器电路40的输出连接端A40的电干扰引起无法接受的声音，如砰砰声、咔嗒声或嗡嗡声。
如图1所示，电容传感器接口1被配置为单输入设备，其对此类干扰的抑制为0dB。电荷泵电压的任何干扰ΔV都会导致误差电压ΔVerr，其发生在电容传感器/电容器10的下极板112处，并经由放大器电路40传输到放大器电路40的输出连接端A40。图1所示的配置不提供对共模电压的任何抑制。
图2示出了被配置为差分电容传感器/MEMS麦克风接口的电容传感器/MEMS麦克风接口1的实施例。电容传感器接口1包括电容传感器10，该电容传感器10包括具有电容cmem的电容器。电容传感器10可被配置为MEMS麦克风/MEMS换能器。电容传感器10耦合到放大器电路40。特别地，电容传感器10的下极板112耦合到放大器电路40的输入连接端E40a。
图2所示的电容传感器接口1包括电荷储存电路20，该电荷储存电路20包括具有可变电容cdum的电容器。在(完全/真)差分系统的情况下，电荷储存电路20可被配置为另一/另外的电容传感器，例如另一MEMS麦克风/MEMS换能器，或在伪差分系统的情况下，可被配置为电容器。电荷储存电路20连接到放大器电路40的第二输入连接端E40b。特别地，电荷储存电路/电容器20的下极板222耦合到放大器电路40的第二输入连接端E40b。
电容传感器10和电荷储存电路20由偏置电压源90偏置，该偏置电压源90经由二极管70向电容传感器10和电荷储存电路20的相应的上极板111、221提供偏置电压vbias+。电容器Cbias可以可选地连接在二极管70的阴极和接地电位之间。放大器电路40的第一输入连接端E40a经由第一对反并联耦合二极管80a耦合到基准电位Vref，例如接地电位。放大器电路40的第二输入连接端E40b经由第二对反并联耦合二极管80b耦合到基准电位Vref，例如接地电位。二极管80a和80b可以可选地由任何非常高阻抗的电阻器代替，例如>>10GΩ的电阻器。因此，可以使用表示高阻抗电阻器的任何电路或电阻器来代替反并联二极管80a、80b。
如果电容传感器/电容器10的电容cmem和电荷储存电路/电容器20的电容cdum匹配，即相等，则图2中所示的电容传感器接口1提供了近乎完美的对共模信号的抑制。将图1的单输入电容传感器接口重新配置为如图2所示的真差分系统或伪差分系统，从而使得图1系统中由于电干扰而产生的声音，即砰砰声、咔嗒声或嗡嗡声对偏置电压的影响最小化。
然而，要解决的问题是在电容传感器/电容器10和电荷储存电路/可变电容器20的相应的电容之间实现精确的差分匹配。例如在伪差分系统中，当其中一个元件是电容量容差通常至少为+/-40％的外部MEMS换能器，而另一元件是片上电容器时，这尤为重要。
图3示出了用于校准电容传感器接口1的装置2的实施例。装置2包括电容传感器10，该电容传感器10包括具有电容cmem的电容器11。装置2包括电荷储存电路20，该电荷储存电路20包括至少一个具有可变电容cdum的电容器21。装置还包括测试电路30，以将测试信号vtst施加到电容传感器10和电荷储存电路20。
此外，该布置2包括放大器电路40，该放大器电路40具有耦合到电容传感器10的第一输入连接端E40a和耦合到电荷储存电路20的第二输入连接端E40b。放大器电路40被配置为根据施加到第一输入连接端E40a的第一输入信号ΔVerr1和根据施加到第二输入连接端E40b的第二输入信号ΔVerr2，例如当测试信号vtst被施加到电容传感器10和电荷储存电路20时，在放大器电路的输出连接端A40处提供输出信号Vout。
根据用于校准电容传感器接口1的装置2的实施例，该装置包括第一对反并联耦合二极管80a和第二对反并联耦合二极管80b。第一对反并联耦合二极管80a布置在放大器电路40的第一输入连接端E40a和基准电位Vref(例如接地电位)之间。第二对反并联耦合二极管80b布置在放大器电路40的第二输入连接端E40b和基准电位Vref(例如接地电位)之间。二极管80a和80b可以可选地由任何非常高阻抗的电阻器代替，例如>>10GΩ的电阻器。因此，可以使用表示高阻抗电阻器的任何电路或电阻器来代替反并联二极管80a、80b。
装置2包括偏置电压源90以偏置电容传感器10。偏置电压源90可生成正偏置电压vbias+。偏置电压源90连接到接地电位并耦合到电容传感器10和电荷储存电路20以偏置电容传感器10和电荷储存电路20。装置2还包括二极管70。二极管70的第一侧(例如阳极)耦合到偏置电压源90，并且二极管70的第二侧(例如二极管70的阴极)耦合到电容传感器10和电荷储存电路20。电容器Cbias可以可选地连接在二极管70的阴极和接地电位之间。
装置2还包括检测电路50以检测输出信号Vout的电平。在装置2中提供控制电路60以接收检测到的输出信号Vout的电平。控制电路60被配置为当测试电路30生成测试信号vtst并将其施加到电容传感器10和电荷储存电路20时，调整电荷储存电路/电容器20的电容cdum，使得放大器电路40的输出连接端A40处的输出电压Vout的电平趋于零电平。这意味着控制电路60改变电荷储存电路/电容器20的电容cdum，从而使输出信号的电平在零电平左右的小范围内。
测试电路30可包括测试信号生成器31以生成测试信号vtst。测试信号生成器31可被配置为生成测试电压信号的电压源。测试电路30还可包括电容器32，该电容器32具有连接到测试信号生成器31的第一极板33和耦合到电容传感器10和电荷储存电路20的第二极板34。测试电路30耦合到电容传感器10和电荷储存电路20的与偏置电压源90连接的同一侧。测试电路30和偏置电压源90都连接到电容传感器10的电容器11的上极板111和电荷储存电路20的电容器21的上极板211。放大器电路40的第一输入连接端E40a耦合到电容传感器10的电容器11的下极板112。放大器电路40的第二输入连接端E40b连接到电荷储存电路20的可变电容器21的下极板212。
如果由测试电路30生成的测试信号是测试电压，则控制电路改变电荷储存电路/电容器20的电容cdum，使得输出信号Vout的电平趋于0V。控制电路60可改变电荷储存电路/电容器20的电容cdum，使得放大器电路40的输出电压Vout的电平处于小范围内，例如在0V左右+/-5mV的范围。
根据图3所示的装置2的实施例，电容传感器10可被配置为MEMS麦克风/MEMS换能器。图3中所示的电容传感器接口1是伪差分系统。电荷储存电路20可包括具有可变电容cdum的片上电容器21。片上电容器与测试电路30、放大器电路40、检测电路50和控制电路60一起布置在芯片的同一衬底上。图3所示的用于校准电容传感器接口1的装置2实现了伪差分校准，其中调整电容器21的电容cdum以匹配电容传感器10(例如MEMS麦克风/MEMS换能器)的电容cmem。
图4示出了用于校准电容传感器接口1的装置2的另一实施例。装置2包括可被配置为MEMS麦克风/MEMS换能器的电容传感器10。该装置还包括具有可变电容cdump、cdumm的电荷储存电路20。
装置2包括放大器电路40，该放大器电路40具有第一输入连接端E40a和第二输入连接端E40b以及输出连接端A40。放大器电路40布置成使得第一输入连接端E40a耦合到电容传感器10并且第二输入连接端E40b耦合到电荷储存电路20。放大器电路40被配置为在输出连接端A40处提供输出信号Vout。输出信号Vout由放大器电路40根据施加到第一输入连接端E40a的第一输入信号ΔVerr1和施加到第二输入连接端E40b的第二输入信号ΔVerr2生成。
装置2还包括第一对反并联耦合二极管80a，该二极管80a布置在放大器电路40的第一输入连接端E40a和基准电位Vref(例如接地电位)之间。此外，该装置2包括第二对反并联耦合二极管80b，该二极管80b布置在放大器电路40的第二输入连接端E40b和基准电位Vref(例如接地电位)之间。二极管80a和80b可以可选地由任何非常高阻抗的电阻器代替，例如>>10GΩ的电阻器。因此，可以使用表示高阻抗电阻器的任何电路或电阻器来代替反并联二极管80a、80b。
提供偏置电压源90以偏置电容传感器10。偏置电压源90耦合到电容传感器10。偏置电压源90还被布置成偏置电荷储存电路20并因此也耦合到电荷储存电路20。装置2还包括二极管电路70，该二极管电路70以其第一侧(例如阳极)耦合到偏置电压源90。二极管电路70的第二侧(例如阴极)可以耦合到电容传感器10和电荷储存电路20。电容器Cbias可以可选地连接在二极管70的阴极和接地电位之间。
根据图4所示的装置2的实施例，电容传感器10被配置为(真)差分传感器，例如差分MEMS麦克风/MEMS换能器，其包括第一电容器11和第二电容器12。电荷储存电路20可被配置为另一电容传感器，例如另一MEMS麦克风/MEMS换能器。如图4的差分系统所示，电荷储存电路20可包括第一可变电容器21和第二可变电容器22。第一和第二可变电容器可以是第二MEMS麦克风/MEMS换能器的一部分。
放大器电路40的第一输入连接端E40a连接到电容传感器10(例如MEMS麦克风/MEMS换能器)的第一和第二电容器11、12之间的第一节点IN1。放大器电路40的第二输入端E40b连接到电荷储存电路20(例如第二MEMS麦克风/MEMS换能器)的第一可变电容器21和第二可变电容器22之间的第二节点IN2。
偏置电压源90可包括分别连接到接地电位的第一偏置电压源91和第二偏置电压源92。偏置电压源91和92可配置为电荷泵。第一偏置电压源91被配置为提供正偏置电压vbias+。第一偏置电压源91耦合到电容传感器10的第一电容器11并且耦合到电荷储存电路20的第一可变电容器21。如图4所示，第一偏置电压91经由二极管电路70的第一二极管71耦合到电容传感器10的第一电容器11和电荷储存电路20的第一可变电容器21。
第二偏置电压源92被配置为提供负偏置电压vbias-。第二偏置电压源92耦合到电容传感器10的第二电容器12和电荷储存电路20的第二可变电容器22。第二偏置电压源92经由二极管电路70的第二二极管72耦合到电容传感器10的第一电容器11和电荷储存电路20的第一可变电容器21。
装置2包括测试电路30以将测试信号vtst施加到电容传感器10和电荷储存电路20。测试电路30包括测试信号生成器31以生成测试信号vtst。测试信号生成器可以配置为生成测试电压信号的电压源。如图4所示，测试电路30还包括具有第一极板33和第二极板34的电容器32。电容器32的第一极板33连接到测试信号生成器31。电容器32的第二极板34耦合到电容传感器10和电荷储存电路20。
根据图4所示的装置2的实施例，测试电路30以及偏置电压源91都耦合到电容传感器10的电容器11的上极板111和电荷储存电路20的可变电容器21的上极板211。第二偏置电压源92耦合到电容传感器10的第二电容器12的下极板122和电荷储存电路20的第二可变电容器22的下极板222。第一节点IN1连接到电容传感器10的第一电容器11的下极板112和第二电容器12的上极板121。第二节点IN2连接到电荷储存电路20的第一电容器21的下极板212和第二可变电容器22的上极板221。
图3中所示的电容传感器10的电容cmem以及图4中所示的差分电容传感器10的电容cmemsp、cmemsm可以变化约+/-40％。对图3的电荷储存电路20的电容cdum或图4的电荷储存电路20的电容cdump、cdumm进行调整，将实现平衡的系统。
为了将电容cdum或者电容cdump、cdumm调节到电容传感器10的电容cmem或者电容cdmemsp、cmemsm，由测试电路30生成测试信号vtst并施加到电容传感器10和电荷储存电路20。测试信号vtst可以是包括具有正负缘的脉冲序列的方波信号。在测试信号是测试电压信号的情况下，如果电荷储存电路20的电容cdum或cdump、cdumm与电容传感器10的电容cmem或cmemsp、cmemsm不匹配，则放大器电路40生成输出电压信号Vout，该输出电压信号Vout的电平高于约0V的正阈值或低于约0V的负阈值。在这种情况下，当电容传感器10(例如MEMS麦克风/MEMS换能器)打开时，或在EMC条件下偏置电压vbias-、vbias+受到干扰时等等，电容传感器接口1产生可听见的噪声，通常是如砰砰声、咔嗒声或嗡嗡声的声音。
如果电荷储存电路20的电容cdum或者电容cdump、cdumm和电容传感器10的电容cmem或者电容cmemsp、cmemsm匹配，并且如果测试电压信号vtst被施加到电容传感器10和电荷储存电路20，则放大器电路40产生趋于0V的输出电压。在适当调整电荷储存电路20(例如图3中所示的可变电容器21或图4中所示的可变电容器21、22)的情况下，当电容传感器10打开时，放大器电路40的输出电压Vout趋于0V。在这种情况下，当电容传感器，特别是MEMS麦克风/MEMS换能器打开时，任何可听见的噪声，例如砰砰声、咔嗒声或嗡嗡声，都是听不见的。
为了调节电容cdum或者cdump，cdumm，当测试信号vtst施加到电容传感器10和电荷储存电路20时，检测电路50检测输出信号Vout的电平。控制电路60接收检测到的输出信号Vout的电平。控制电路60可以被配置为生成控制信号S以调整电荷储存电路20的可变电容器的电容cdum或者电容cdump、cdumm，使得在放大器电路40的输出连接端A40处的输出信号Vout的电平(例如电压电平)趋于零，例如0V。控制电路60可以被配置为对电荷存储电路20的电容cdum或者cdump、cdumm进行调整，使得输出电压Vout的电平保持在小范围内，例如在0V左右的+/-5mV的范围。
如图4所示，图3的伪差分装置已扩展到具有不平衡电荷泵91和92的真差分电容传感器，例如真差分MEMS麦克风/MEMS换能器。电荷泵91和92的非相关启动将由差分系统抑制。
建议在启动时进行校准。因此，测试信号vtst应与音频信号正交。对于模拟系统，随机测试信号可以由时钟为1MHz包括大约12位的PRSG(伪随机序列生成器)生成。这将导致大约244Hz的声音。由于频谱功率(spectral power)较低，因此无法听到声音。在数字系统中，可以使用更好的随机序列生成器。测试电路30可以包括例如sigma-delta调制器31。sigma-delta调制器31可以被配置为高阶sigma-delta调制器。在这种情况下，可以通过使用由sigma-delta调制器31生成的最低有效位来生成测试信号vtst。
用于校准电容传感器接口1的方法实现了伪差分校准，其中，调整图3所示的电荷储存电路20的(片上)电容器21以匹配电容传感器10的电容cmem，例如MEMS麦克风/MEMS换能器的电容cmem。图4所示的装置2实现了差分校准，其中调整第二电容传感器(例如第二MEMS麦克风/MEMS换能器)的电容cdump和cdumm以匹配电容传感器10(例如第一MEMS麦克风/MEMS换能器)的电容cmemsp和cmemsm。
图5示出了电荷储存电路20的实施例，其被配置为包括可开关电容器24a、...、24n的调整阵列23。可开关电容器可接通/断开以平衡匹配。为了提高分辨率精度，控制电路60可被配置为通过利用数字抖动(digital dither)来控制可开关电容器24a、...、24n的阵列23，以随机打开和关闭可开关电容器24a、...、24n。数字抖动的使用能够实现对由电荷存储电路20在单个电容器24a、...24n的量化级之间提供的电容cdum或者cdump、cdumm进行线性化。根据优选实施例，在测试信号生成器31使用的频率fs下进行抖动以生成测试信号vtst，使得抖动的是不可听见的。
图6示出了检测输出信号Vout的电平的方法的实施例。该方法被配置为使用相关双采样(CDS)方案的采样方法，以使校准精度不受放大器偏移等影响。在将测试信号vtst施加到电容传感器10和电荷储存电路20之前，在由sample0标记的时间处测量输出信号Vout。然后，在测试信号vtst施加到电容传感器10和电荷储存电路20期间，在第二时间步sample1处对输出信号Vout进行采样。由于测试信号vtst的传输时间是已知的，所以随机测试信号的采样可以是相关的。因此，可以实现允许高阻抗匹配的高灵敏度相关/锁相采样。图6中所示的相关采样系统允许测量几毫伏范围内的干扰。
附图标记列表
1 电容传感器接口
2 用于校准电容传感器接口的装置
10 电容传感器
11、12 电容器
20 电荷储存电路
21、22 可变电容器
30 测试电路
31 测试信号生成器
32 电容器
40 放大器电路
50 检测电路
60 控制电路
70 二极管/二极管电路
80a、80b 反并联耦合二极管
90 偏置电压源
vtst 测试信号
Vout 输出信号

Claims (14)

1.一种用于校准电容传感器接口的装置，所述装置包括：
电容传感器(10)，其具有电容(cmem、cmemsp、cmemsm)，
电荷储存电路(20)，其具有可变电容(cdum、cdump、cdumm)，
测试电路(30)，其用于将测试信号(vtst)施加到所述电容传感器(10)和所述电荷储存电路(20)，
放大器电路(40)，其具有耦合到所述电容传感器(10)的第一输入连接端(E40a)和耦合到所述电荷储存电路(20)的第二输入连接端(E40b)以及输出连接端(A40)，其中，所述放大器电路(40)被配置为根据施加到所述第一输入连接端(E40a)的第一输入信号(ΔVerr1)和施加到所述第二输入连接端(E40b)的第二输入信号(ΔVerr2)在所述放大器电路(40)的所述输出连接端(A40)处提供输出信号(Vout)，
检测电路(50)，其用于检测所述输出信号(Vout)的电平，
控制电路(60)，其用于接收检测到的输出信号(Vout)的电平并调整所述电荷储存电路(20)的电容(cdum、cdump、cdumm)，使得所述输出信号(Vout)的电平趋于零电平，以及
偏置电压源(90)，其用于偏置所述电容传感器(10)，其中，所述偏置电压源(90)耦合到所述电容传感器(10)和所述电荷储存电路(20)。
2.如权利要求1所述的装置，
其中，所述测试电路(30)包括测试信号生成器(31)以生成测试信号(vtst)。
3.如权利要求2所述的装置，
其中，所述测试信号生成器(31)被配置为生成作为脉冲序列的测试信号(vtst)。
4.如权利要求2所述的装置，
其中，所述测试电路(30)包括电容器(32)，所述电容器(32)具有连接到所述测试电路(30)的测试信号生成器(31)的第一极板(33)和耦合到所述电容传感器(10)和所述电荷储存电路(20)的第二极板(34)。
5.如权利要求4所述的装置，
其中，所述电容传感器(10)被配置为MEMS麦克风，
其中，所述电荷储存电路(20)包括至少一个可变电容器(21)。
6.如权利要求2所述的装置，
其中，所述电容传感器(10)被配置为包括第一电容器(11)和第二电容器(12)的差分MEMS麦克风，
其中，所述电荷储存电路(20)被配置为包括第一可变电容器(21)和第二可变电容器(22)的另一MEMS麦克风。
7.如权利要求6所述的装置，
其中，所述放大器电路(40)的所述第一输入连接端(E40a)连接到所述电容传感器接口(1)的在所述电容传感器(10)的所述第一电容器(11)与所述第二电容器(12)之间的第一节点(IN1)，
其中，所述放大器电路(40)的所述第二输入连接端(E40b)连接到所述电容传感器接口(1)的在所述电荷储存电路(20)的所述第一可变电容器(21)与所述第二可变电容器(22)之间的第二节点(IN2)。
8.如权利要求6或7所述的装置，所述装置包括：
第一偏置电压源(91)，其耦合到所述电容传感器(10)的所述第一电容器(11)和所述电荷储存电路(20)的所述第一可变电容器(21)，
第二偏置电压源(92)，其耦合到所述电容传感器(10)的所述第二电容器(12)和所述电荷储存电路(20)的所述第二可变电容器(22)。
9.如权利要求4至7中任一项所述的装置，
其中，所述测试信号生成器(31)被配置为生成与由MEMS麦克风(10)接收到的音频信号正交的所述测试信号(vtst)。
10.如权利要求2所述的装置，
其中，所述测试电路(30)的所述测试信号生成器(31)包括sigma-delta调制器(35)，
其中，所述测试电路(30)的所述测试信号生成器(31)被配置为通过使用由所述sigma-delta调制器(35)生成的最低有效位来生成所述测试信号(vtst)。
11.如权利要求1所述的装置，
其中，所述电荷储存电路(20)包括可开关电容器(24a、...24n)的阵列(23)，
其中，所述控制电路(60)被配置为通过利用数字抖动来控制所述可开关电容器(24a、...、24n)的阵列(23)以打开和关闭所述可开关电容器(24a、...、24n)。
12.一种用于校准电容传感器接口的方法，所述方法包括：
提供如权利要求1至11中任一项所述的用于校准电容传感器接口(1)的装置(2)，
生成所述测试信号(vtst)并将其施加到所述电容传感器(10)和所述电荷储存电路(20)，
检测在所述放大器电路(40)的所述输出连接端(A40)处的所述输出信号(Vout)的电平，
调整所述电荷储存电路(20)的电容(cdum、cdump、cdumm)，使得在所述放大器电路(40)的所述输出连接端(A40)处的所述输出信号(Vout)的电平趋于零电平。
13.如权利要求12所述的方法，所述方法包括：
生成与由所述电容传感器(10)接收到的音频信号正交的所述测试信号(vtst)。
14.如权利要求12或13所述的方法，所述方法包括：
在将所述测试信号(vtst)施加到所述电容传感器(10)和所述电荷储存电路(20)之前，通过对所述输出信号(Vout)进行采样来检测所述输出信号(Vout)的第一电平(sample0)，以及
在将所述测试信号(vtst)施加到所述电容传感器(10)和所述电荷储存电路(20)期间，通过对所述输出信号(Vout)进行采样来检测所述输出信号(Vout)的第二电平(sample1)。
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