CN111142705B - 一种自电容检测装置、方法及移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及移动终端领域，公开了一种自电容检测装置，包括：采样模块、叠加模块、解调模块；采样模块用于对待测电容产生的电荷进行采样，并将采样的电荷转换为电流信号；调制模块用于接收各电压电流转换模块输出的电流信号，根据调制信号对各电流信号进行正交调制，并将调制后的电流信号输送给叠加模块；叠加模块用于将调制后的电流信号在叠加混合后转化为总数字信号，并滤除倍频信号；解调模块用于根据调制信号对滤波后的总数字信号进行解调，得出各待测电容的电容数据。通过对各电容转换输出的电流信号进行正交调制、叠加，使其共用一个叠加模块，减少了检测电路芯片的数量，从而减少检测电路的芯片面积与成本，节约功耗。

Description

一种自电容检测装置、方法及移动终端

技术领域

本发明实施例涉及移动终端领域，特别涉及一种自电容检测装置、方法及移动终端。

背景技术

随着智能手机的发展，越来越多的电子产品使用触控按键。对于触控按键，一般采用自电容技术，即电容自身的寄生值，当人手触摸时，相当于引入额外电容极板，对电容大小产生影响，通过对出电容值进行准确的检测，判断出具体的触摸信号。在相关技术中，通过为待检测电容连接一个运放，并在运放上设置一个内部电容，对待测电容进行充放电，根据电荷守恒定律，运放上的内部电容会在运放的输出端产生一个电压增量，通过电压增量以及内部电容和待测电容的比例关系，确定待测电容。

然而，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的自电容检测电路需要的内部电容很大，每个电容检测通道需对应一个模数转换器(ADC)，对于触摸屏这种需要对多个自电容实现同步检测时需要占用极大地芯片面积及功耗。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种自电容检测装置、方法以及移动终端，降低了对多个电容进行自电容检测时的芯片面积和成本，并且降低检测过程的功耗。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种自电容检测装置，包括：采样模块、叠加模块、解调模块；采样模块包含多个采样单元，每个采样单元连接一待测电容，每个采样单元包括：电压电流转换模块、调制模块；电压电流转换模块的第一输入端连接待测电容，电压电流转换模块的第二输入端连接驱动电路，电压电流转换模块的输出端连接调制模块；电压电流转换模块用于在激励信号的激励下对待测电容产生的电荷进行采样，并将采样的电荷转换为电流信号；调制模块用于接收各电压电流转换模块输出的电流信号，根据调制信号对各电流信号进行调制，并将调制后的电流信号输送给叠加模块；其中，调制信号之间相互正交；叠加模块用于接收调制后的电流信号，将调制后的电流信号在叠加混合后转化为总数字信号，并滤除总数字信号中的倍频信号；解调模块用于接收滤波后的总数字信号，并根据调制信号对滤波后的总数字信号进行解调，得出各待测电容的电容数据。

本发明的实施方式还提供了一种自电容检测方法，包括：对各待测电容产生的电荷进行采样，并将采样的电荷转换为电流信号；根据调制信号对各电流信号进行调制，其中，各调制信号之间相互正交；将调制后的电流信号在进行叠加混合后转化为总数字信号，并滤除总数字信号中的倍频信号；根据调制信号对滤波后的总数字信号进行解调，得出各待测电容的电容数据。

本发明的实施方式还提供了一种移动终端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述自电容检测方法。

本发明实施方式相对于现有技术而言，通过采样单元同时对多个待测电容进行电荷采样，并将采样的电荷转化为电流信号进行待测电容的检测，避免了需要在采样单元设置大电容存储电荷，降低了对芯片面积的占用；通过互相正交的调制信号对电流信号进行调制，从而使得多个通道的电流信号能够叠加在同一节点，并且多通道电流信号转换为数字信号时，共用一个叠加模块，从而降低了需要的芯片面积及电路面积，进而降低了检测过程的功耗；并且先将电荷转换为电流信号，再将电流信号转换为数字信号，然后根据调制信号对总数字信号进行解调得到各待测电容的电容数据，保证了一个采用周期可以进行多次采样，提高了检测过程中抗噪声的能力。

另外，自电容检测装置还包括，与解调模块相连接的增益校准模块，增益校准模块用于对解调模块的输出值进行增益校准，由于各检测通道的增益可能并不一致，因此通过在解调模块的输出端添加增益校准模块对输出值进行增益校准，避免了各通道增益不同对检测结果的准确性造成影响，保证了检测结果的准确性。

另外，采样单元还包括反相器，反相器的输入端连接电压电流转换模块的输出端，反相器的输出端连接调制模块；反相器用于将电压电流转换模块的电流信号进行反向；调制模块具体用于将各电压电流转换模块输出的电流信号和各反相器输出的反向电流信号进行差分得到差分电流信号；根据调制信号对各差分电流信号进行调制；其中，调制信号之间相互正交。通过对电压电流转换模块输出的电流进行一次反向，然后再对电流信号进行差分，能够消除前端电路的噪声影响及降低输入信号时序上的误差，通过互相正交的调制信号对差分电流信号进行调制，保证了各电流信号叠加在同一节点。

另外，电压电流转换模块包括：一个跨导放大器、两个偏置电路、第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管和第二NMOS管；跨导放大器的同相输入端连接自电容，跨导放大器的反相输入端连接驱动电路；一偏置电路的负极连接跨导放大器的输出端，一偏置电路的正极连接第一PMOS管的栅极；第一PMOS管的源极连接供电电压，第一PMOS管的漏极反馈连接至跨导放大器的同相输入端；第二偏置电路的正极连接跨导放大器的输出端，第二偏置电路的负极连接第一NMOS管的栅极；第一NMOS管的漏极反馈连接至跨导放大器的同相输入端，一NMOS管的源极接地；第二PMOS管的栅极连接第一PMOS管的栅极，第二PMOS管的源极连接供电电压，第二PMOS管的漏极相连并连接至混频模块；第二NMOS管的栅极连接第一NMOS管的栅极，第二NMOS管的漏极连接至混频模块，第二NMOS管的源极接地。通过检测电流信号来得到自电容值的变化数据，而无需在检测单元内部无配置大电容来存储电荷，由于节省了大电容，从而减少检测电路的面积与成本，通过比例调节避免了转换得到的电流信号过大，降低功耗。

另外，叠加模块包括：混频模块以及与混频模块相连的ADC模块，与ADC模块相连的滤波模块；混频模块用于接收调制后的电流信号，并将调制后的电流信号叠加后混频得到包含直流信号和倍频信号的混合信号；ADC模块用于将混频模块输出的混合信号转换为总数字信号；滤波模块用于对总数字信号进行滤波，滤除总数字信号中的倍频信号，并将滤波后的总数字信号传输至解调模块。通过混频模块将多个电流信号进行整合后，ADC模块将混合信号转化为总数字信号，并滤除其中的倍频信号，从而将多个待测电容对应的电流信号通过一个ADC模块转化成一个直流信号，节约了ADC模块的数量，降低了芯片面积和功耗。

另外，ADC模块为连续态sigma delta ADC。由于sigma delta ADC本身是一个反馈系统且具备很好的抗混叠性能，可以避免出现普通积分器的饱和与频率混叠现象。

另外，采样模块还包括驱动电路，驱动电路用于产生方波信号作为各电压电流转换模块的激励信号。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定。

图1是根据本发明第一实施方式中的自电容检测装置的结构示意图；

图2是根据本发明第一实施方式的现有的电容检测装置的结构示意图；

图3是根据本发明第一实施方式中的自电容检测装置中电压电流转换模块的电路原理图；

图4是根据本发明第一实施方式中的电流变化时序图；

图5是根据本发明第一实施方式中的调制模块结构示意图；

图6是根据本发明第二实施方式中的自电容检测装置的结构示意图；

图7是根据本发明第二实施方式中的自电容检测装置系统工作的时序图；

图8是根据本发明第二实施方式的混频模块的结构示意图；

图9是根据本发明第二实施方式的ADC模块、滤波模块总体的结构示意图；

图10是根据本发明第二实施方式中的增益校准模块的结构原理图；

图11是根据本发明第三实施方式中的自电容检测方法流程图；

图12是根据本发明第四实施方式中的移动终端结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种自电容检测装置，本实施方式中的自电容检测装置的结构示意图如图1所示，包括：采样模块、叠加模块、解调模块；采样模块包含多个采样单元，每个采样单元连接一待测电容，每个采样单元包括：电压电流转换模块、调制模块；电压电流转换模块的第一输入端连接待测电容，电压电流转换模块的第二输入端连接驱动电路，电压电流转换模块的输出端连接调制模块；电压电流转换模块用于在激励信号的激励下对待测电容产生的电荷进行采样，并将采样的电荷转换为电流信号；调制模块用于接收各电压电流转换模块输出的电流信号，根据调制信号对各电流信号进行调制，并将调制后的电流信号输送给叠加模块；其中，调制信号之间相互正交；叠加模块用于接收调制后的电流信号，将调制后的电流信号在叠加混合后转化为总数字信号，并滤除总数字信号中的倍频信号；解调模块用于接收滤波后的总数字信号，并根据调制信号对滤波后的总数字信号进行解调，得出各待测电容的电容数据。通过同时对多个电容进行检测，并对各待测电容采样电荷转换的电流信号，避免了为各通道分别设置一个大电容作为内部电容；由于对多通道电流信号采用了正交调制和叠加混合，因此只需要一个叠加模块就能够将多个通道的电流混合，并将混合后的混合信号转换为数字信号，避免了进行多电容检测时需要设置多个维持电路；通过对直流信号的解调确定多个待测电容的值，减少了检测电路芯片的数量以及现有技术中进行通道复用时需要的电路面积，从而减少检测电路的芯片面积与成本，并能够节约功耗。

下面对本实施方式的自电容检测装置的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

现有技术中对单个电容检测的具体结构示意图如图2所示，其中Cs为待测电容，在时钟信号clk1为高电平时，开关sw1闭合；时钟信号clk2为低电平，开关sw2断开。此时，激励信号Vref给待测电容充电，充电完毕后，待测电容Cs上存储的电荷总量为Vref*CS；在时钟信号clk1为高电平时，开关sw1断开；时钟信号clk2为高电平，开关sw2闭合。此时，待测电容Cs上的电荷量全部转移至电容Cf，根据电荷守恒定律，运放Amp的输出端Vout的电压增量为：

ΔVout＝Vref*Cs/Cf

根据上述公式可以得知，可以根据检测电路的电压值的变化来判断待测电容Cs的大小。当有手指触摸时，待测电容Cs的值增大，电压增量增大，ADC采样模块检测出触摸信号。

上述常规的检测单元的结构中，在按键电容过大时，检测电路内部的电容Cf也需要很大，否则电压增量ΔVout过大会超出运放的正常工作电压范围，但过大的电容Cf会加大检测芯片的面积和成本。另外，对多个电容同时检测时，例如手机触摸屏应用中，则需要对应多个积分电容和积分器，以及对应的ADC模块，需要极大的功耗和芯片面积。如果采用ADC复用技术，则每一个检测通道需要一个采样保持电路，以保证检测通道的持续，流水线式工作。这样同样会需要大的功耗和芯片面积。

本实施方式中的自电容检测装置，在采样单元前端首先采用电荷电流转换模块，电压电流转换模块的第一输入端连接待测电容，电压电流转换模块的第二输入端连接驱动电路，电压电流转换模块的输出端连接调制模块；电压电流转换模块在激励信号的激励下对待测电容产生的电荷进行采样，并将采样的电荷转换为电流信号将检测到的采样电荷转换成电流，然后再输入调制模块，调制模块接收各电压电流转换模块输出的电流信号，根据调制信号对各电流信号进行正交调制，并将调制后的电流信号输送给叠加模块，将调制后各通道的电流通过叠加模块在同一个节点进行叠加混合；将混合后的信号转化为总数字信号，并滤除总数字信号中的倍频信号，最后由解调模块根据调制信号对滤波后的总数字信号进行解调而得出各个电容的电容数据。如此，电压电流转换模块将采样电荷转换成电流，通过检测电流信号来得到自电容值的变化数据，避免了在检测单元内部设置大电容来存储电荷；另外，通过对各电容转换输出的电流信号进行正交调制、叠加，使其共用一个叠加模块，减少检测电路芯片的数量，进而减少检测电路的芯片面积与成本，并且能够节约功耗。

进一步地，采样模块还包括驱动电路，驱动电路用于产生方波信号作为各电压电流转换模块的激励信号，供电压电流转换模块进行电荷采样。本实施方式中方波信号已能够可满足检测装置的精度要求，并且使用方波对驱动电路的要求较低。但本领域技术人员可以理解，在实际应用中驱动电路产生的激励信号也可以为三角波、梯形波、正弦波等波形，均在本申请的保护范围之内。

进一步地，电压电流转换模块的一种电路原理图如图3所示，包括：一个跨导放大器A1、两个偏置电路、第一PMOS管Mp1、第二PMOS管Mp2、第一NMOS管Mn3和第二NMOS管Mn3。

跨导放大器A1的同相输入端连接待测电容，跨导放大器A1的反相输入端连接基准电压Vdrive；

一偏置电路的负极连接跨导放大器A1的输出端，一偏置电路的正极连接Mp1的栅极；

Mp1的源极连接供电电压，Mp1的漏极反馈连接至跨导放大器A1的同相输入端；

另一偏置电路的正极连接跨导放大器A1的输出端，另一偏置电路的负极连接Mn3的栅极；

Mn3的漏极反馈连接至跨导放大器A1的同相输入端，Mn3的源极接地；

Mp2的栅极连接Mp1的栅极，Mp2的源极连接供电电压，Mp2的漏极连接至叠加模块；

Mn4的栅极连接Mn3的栅极，Mn4的源极接地，Mn4的漏极连接至叠加模块。

电压电流转换模块的原理如下：A1代表一个跨导放大器，跨导放大器为电路中的基本模块。对待测电容C_S进行充放电，充放电产生的电流全部由M_P1和M_N3提供，由于M_P2是M_P1的镜像，M_N4是M_N3的镜像，所以电流与经过待测电容的电流按照成N:M的比例关系，例如，图中所示的M:N为10：1的话，/>大小则为经过待测电容电流的1/10。

充电阶段，即Vdrive(激励信号)从低变高，或者说从0变成Vdrive，外部电容的充电量为：Q1＝Vdrive*Cs。该电荷量Q1就是电流Isns_p在此充电阶段的积分：

其中，Tdrv表示激励信号的一个周期所占用时长，根据公式中的参数，将其简化成如下表达式：

其中，

同样，放电阶段，即Vdrive从高变低，或者说从Vdrive变成0，放电阶段的平均电流：

代表充放电阶段的平均电流，与待测电容Cs有直接的线性关系。检测出后，即可间接得出Cs的大小。这样电压电流转换模块完成了Vdrive值与待测电容Cs的乘积的转换，转变成对应电流值，方便后续叠加模块的处理。

更进一步的，采样模块还包括反相器，反相器的输入端连接电压电流转换模块的输出端，反相器的输出端连接调制模块；反相器用于将电压电流转换模块的电流信号进行反向；调制模块具体用于将各电压电流转换模块输出的电流信号和各反相器输出的反向电流信号进行差分得到差分电流信号；根据调制信号对各差分电流信号进行调制；其中，各调制信号之间相互正交。

在一个例子中，传输给调制模块的电压电流转换模块输出的电流和反向器输出的电流的时序图如图4所示，电压电流转换装置输出的电流为通过对应的反相器反向的电流为/>调制模块在接收到输入的电流后，根据通道调制信号的当前逻辑值，对输入的电流信号进行差分，然后按照调制信号进行调制。

调制模块的结构示意图如图5所示，包括第一输入端Ip、第二输入端In、第一输出端Iop和第二输出端Ion、第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3和第四开关sw4；

第一开关sw1的一端连接电压电流转换模块的第一输入端Ip，第一开关sw1的另一端连接调制模块的第一输出端Iop；

第二开关sw2的一端连接电压电流转换模块的第一输入端Ip，第二开关sw2的另一端连接调制模块的第二输出端Ion；

第三开关sw3的一端连接电压电流转换模块的第二输入端In，第三开关sw3的另一端连接调制模块的第一输出端Iop；

第四开关sw4的一端连接电压电流转换模块的第二输入端In，第四开关sw4的另一端连接调制模块的第二输出端Ion。

其中，Ip对应In对应/>Iop对应调制信号为1时的输出，Ion对应调制信号为-1时的输出。

当调制信号为1时，开关sw1和sw4接通，sw2,sw3断开；当调制信号为-1时，开关sw2和sw3接通，sw1和sw4断开，信号反转，代表乘了-1。本领域技术人员可以理解，也可以设置当调制信号为-1时，开关sw1和sw4接通，sw2,sw3断开，信号反转，代表乘了-1；当调制信号为1时，开关sw2和sw3接通，sw1和sw4断开。

以通道0为例，当调制信号code0为逻辑0时，即调制信号为1，产生的差分电流信号为当code0为逻辑1时，即调制信号为-1，产生的差分电流信号为：/>按照调制信号的逻辑值对各通道的输入电流进行差分，然后将差分电流信号按照调制信号进行调制，其中，各通道的调制信号具备正交特性，即Code0～Coden相互正交。将电压电流转换模块输出的电流进行一次反向再差分，能够消除前端电路的噪声影响及降低输入信号时序上的误差；对差分信号进行正交调制后，多个通道的电流信号能够直接共用一个叠加模块，节约了芯片面积和电路成本，进而降低功耗。

电压电流转换模块转换输出的电流信号(为第N个电容对应的电流值)根据通道的逻辑值进行差分运算后再进行调制，各通道的调制信号为Code0～Coden，各检测单元的调制信号之间满足正交关系，即调制信号满足如下特性：

根据调制信号对多通道的电流信号进行调制后，用Iall[0]表解调模块在时刻0接收到的信号值，用Iall[1]代表解调模块在时刻1接收到的信号值，以此类推。我们简化认为信号值大小为调制信号与对应电容的积，由于各个通道的电流数据在叠加模块进行叠加，则可以得到则从叠加模块输出的第一个电流数据为：

从叠加模块输出的第二个电流数据为：

按照相同的方法，可得到n+1个电流数据，经过多次输入和检测，将n+1个输出值构成一个向量：

其中，Data[n]代表第n次输出的数据。

因此，在解调模块根据调制信号对根据电流数据生成的总数字信号进行解调时，假设用Code0进行解调，根据各调制信号之间的正交关系，可得出：

即，根据Code0进行解调的时候，可以得出C0的值，同样，用Code1进行解调，可以得出C1的值，用Coden进行解调得出Cn。本实施例已说明调制信号调制的是经过电流电压转换模块反向且差分后的电流，因此，

本领域技术人员可以理解，电流与Cn之间的计算关系可以根据实际电路具体变化，但不影响采用上述自电容检测装置求取各电容数据，本实施例不做限制。

由此，本实施方式提供了一种自电容检测装置，通过对各电容充放电过程的采样电荷转换为电流信号，并对转换输出的电流信号进行正交调制后，进行叠加混合，通过对电流信号得正交调制，使得多个通道的电流信号能够直接共用一个叠加模块，减少了检测电路芯片的数量；再通过解调模块对总数字信号进行解调，能够得到各待测电容的电容数据，从而减少了多个待测电容的电容数据检测过程中，检测电路的芯片面积与成本，并降低了检测过程的功耗。

本发明的第二实施方式涉及一种自电容检测装置。第二实施方式与第一实施方式大致相同，不同之处在于，叠加模块细化为混频模块、ADC模块和滤波模块，通过混频模块对信号进行混合，得到包含直流信号的汉和信号，在转换为数字信号后，滤波模块滤除倍频信号，避免倍频信号对检测结果的干扰；解调模块之后还包括增益校准模块，能够对各检测通道的增益进行校准，进一步提高了检测电路的抗干扰能力。

本实施方式中的自电容检测装置的结构示意图如图6所示，包括：采样模块、混频模块、ADC模块、滤波模块、解调模块和增益校准模块。

采样模块包含多个采样单元，每个待测电容连接一采样单元，每个采样单元包括：电压电流转换模块、调制模块；电压电流转换模块用于对电容产生的电荷进行采样，并将采样的电荷转换为对应的电流信号；调制模块用于接收和调制电压电流转换模块输出的电流信号，并将调制后的电流信号输送给叠加模块；其中，各采样单元的调制信号之间相互正交；叠加模块中地混频模块用于接收调制过的电流信号，并将电流信号叠加后混频得到混合信号；ADC模块用于将混频模块输出的混合信号转换为总数字信号；滤波模块用于对转换后的总数字信号进行滤波，滤除总数字信号中的倍频信号，并将滤波后的总数字信号传输至解调模块；解调模块根据调制信号对数字信号进行解调，得到各通道待测电容的电容数据；增益校准模块用于对解调模块的输出值进行增益校准。

具体地说，本实施方式中的采样模块与第一实施方式相同，在此不进行赘述，主要对电流经过采样模块之后进行描述。将调制后的电流信号在混频器连接至同一节点，然后通过混频器将放电阶段的电流反相，使其与充电阶段的电流极性一致，从而将电荷电流转换器输出的一定周期电流信号，通过同样频率的混频器调制成一个包含直流信号和倍频信号的混合信号，后续ADC模块检测出该混合信号并转换成总数字信号，然后后续滤波模块将总数字信号总的倍频信号滤除，然后再由解调模块根据调制信号对直流信号进行解调，得到各电容的电容数据，并结合增益校准模块的增益校准系数，输出各待测电容的电容数据。其中，图7为本实施例中自电容检测装置工作时序图，其中，vdrive为驱动波形，用以驱动外部电容，Ip和In代表电流转换装置的差分输出端口，Ip-In代表差分输出大小。当vdrive上升阶段，会产生正的电流脉冲，当vdrive处于下降阶段，会产生负的电流脉冲。Mixer_clk与vdrive同频同相，用来将交流的电流信号转换成直流(将高频转换到低频)；在一个ADC转换周期，code0～codeN的值根据自身序列，固定在1或-1。

进一步地，混频模块的结构示意图如图8所示，混频模块包括第一输入端InP、第二输入端InN、第一输出端outP和第二输出端outN；混频模块包括：第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3和第四开关sw4。

第一开关sw1的一端连接混频模块的第一输入端InP，第一开关sw1的另一端连接混频模块的第一输出端outP；

第二开关sw2的一端连接混频模块的第一输入端InP，第二开关sw2的另一端连接混频模块的第二输出端outN；

第三开关sw3的一端连接混频模块的第二输入端InN，第三开关sw3的另一端连接混频模块的第一输出端outP；

第四开关sw4的一端连接混频模块的第二输入端InN，第四开关sw4的另一端连接混频模块的第二输出端outN。

在混频模块输入的时钟信号为第一电平时，第二开关sw2和第三开关sw3断开，第一开关sw1和第四开关sw4闭合。

本领域技术人员可以理解，可设定混频时钟信号mixer clk为高电平时，开关sw1和sw4闭合，开关sw2和sw3断开；当mixer clk为低电平时，开关sw2和sw3闭合，开关sw1和sw4断开；也可设定时钟信号mixer clk为低电平时，开关sw1和sw4闭合，开关sw2和sw3断开；当mixer clk为高电平时，开关sw2和sw3闭合，开关sw1和sw4断开。

本实施方式中的混频模块相比于普通的模拟乘法器来说结构简单、低功耗、面积小。

进一步地，混频模块之后的ADC模块、滤波模块总体的结构示意图如图9所示，包括与混频模块的输出端连接的sigma delta ADC以及与sigma delta ADC的输出端连接的数字滤波器(DigitalFilter)，数字滤波器连接解调模块；ADC模块具体可以为连续态sigmadelta ADC。sigma delta ADC本身是一个反馈系统，会不断反馈信号和输入信号进行做差，这样不像典型应用中的积分器存在饱和现象。连续态sigma delta ADC具备很好的抗混叠性能。IncrementSigma delta ADC每一次reset都会输出一个数字数据Data，对应模拟输入信号大小。对数字输出序列Data0～Datan做解调，可以得出C0～Cn的大小。

sigma delta ADC用于将混频模块输出的混合模拟信号转换为单通道数字信号；数字滤波器用于对转换后的单通道数字信号进行滤波，并将滤波后的单通道数字信号传输至解调模块。

sigma delta ADC具体为二阶连续态sigma delta ADC，具体由两个跨导放大器A1、A2、两个数/模转换器DAC1和DAC2、一个比较器comp组成。

混频模块的一输出端连接A1的同相输入端，混频模块的另一输出端连接A1的反相输入端。

A1的同相输出级通过一电阻连接A2的反相输入端，A1的反相输出级通过一电阻连接A2的同相输入端；A2的同相输出级连接comp的同相输入端，A2的反相输出级连接comp的反相输入端；comp的输出级连接数字滤波器。

其中，A1和A2的同相输入端和同相输出级之间分别连接一电容，A1和A2的反相输入端和反相输出级之间也分别连接一电容。DAC1的输入端分别连接A1的输入端，DAC1的输出端连接至数字滤波器；DAC2的输入端分别连接A2的输入端，DAC2的输出端连接至数字滤波器。

进一步地，增益校准模块的一种结构原理图如图10所示，由于各个电压电流转换模块之间可能存在不匹配(转换器件加工工艺决定)，即各转换器转换的增益不一致。在有些应用当中，对通道间的匹配有很高的要求，则需通过增益校准模块对各通道进行增益校准，为便于描述，假设只有两个检测通道，其中的检测通道包括我们前述的电荷电流转换模块，调制模块，混频模块，ADC模块，解调模块；在每一个通道的前端加入一个同样大小的校准电容Cal，该电容集成电路内部，该电容可以通过开关sw1和sw2与PAD(待测电容引脚)连接，也可以断开。

在断开状态时，通过如上所描述的信号链路，可以得到一组电容值，然后在开关处于接通状态时，得出另一组电容值，二者做差，得出一个diff数组(增益数组)[diff0,..diffn],理想情况，各通道具备很好的一致性，即diff0＝diff1..＝diffn,否则，直接根据跟通道的diff值进行校准。

为了方便描述，假设只存在两个检测通道，当校准开关sw1、sw2断开时，得出检测通道为1和2的值分别为1000，1100，当sw1和sw2接通时，得到检测通道1和2的值分别为：1200，1310；这样diff数组为(200，210)，为保证通道增益一致，对通道一，我们设定Gain(增益校准系数)1＝1；对通道2，我们设定Gain2＝(200/210)。这样，每一个通道对于同样的输入量变化，对应同样的数字量变化，即增益一致。对于Gain1和Gain2的实现，可以通过硬件的方式，也可以在软件层面实现，本实施方式中不作限制。

由此，本实施方式提供了一种自电容检测方法，通过混频模块、ADC模块和滤波模块对调制后的电流信号转换为一个连续的直流数字信号，滤除总数字信号中的倍频信号的干扰；在通过解调模块对直流信号进行解调后，根据增益校准模块中各通道对应的增益校准系数对各检测通道的输出进行增益校准，保证了获得的输出数据的准确性，进一步提高了检测电路的自电容检测结果的准确性，避免了由于工艺等问题带来的各通道增益不一致对检测结果的影响。

本发明第三实施方式涉及一种自电容检测方法，如图11所示，应用于上述任一实施方式的自电容检测装置。自电容检测方法包括：

步骤1101：对各待测电容进行电荷采样，并转换为对应的电流信号；

具体地说，电压电流转换模块在驱动电路提供的激励信号的激励下，对各待测电容产生的电荷进行采样，并将采样的电荷转换为对应的电流信号。

步骤1102：根据调制信号对各电流信号进行调制。

具体地说，在将多个通道的采用电荷转换成电流信号后，根据调制信号对各电流信号进行调制，其中，调制信号之间相互正交。

步骤1103：将调制后的电流信号转化为总数字信号。

具体地说，在对各电流信号进行正交调制后，对调制后的电流信号叠加在同一个节点，然后将调制后的电流信号在进行叠加混合后转化为总数字信号，并滤除总数字信号中的倍频信号。

步骤1104：对滤波后的总数字信号进行解调，得到各待测电容的电容数据。

具体地说，在得到滤波后的总数字信号后，根据调制信号对滤波后的总数字信号进行解调，得出各待测电容的电容数据。

在一个例子中，根据调制信号对滤波后的总数字信号进行解调后，还包括：根据预先获取的各通道增益校准系数，对各通道对应的待测电容的电容数据进行增益校准。

由此，本实施方式中提供了一种自电容检测方法，通过对各电容转换输出的电流信号进行正交调制、叠加，使其共用一个叠加模块，减少检测电路芯片的数量，从而减少检测电路的芯片面积与成本，并能够节约功耗，通过对电容数据进行增益校准保证了得到的检测结果的准确性。

本发明的第四实施方式还提供了一种移动终端，其结构示意图如图12所示：包括至少一个处理器1201；以及，与至少一个处理器1201通信连接的存储器1202；其中，存储器1202存储有可被至少一个处理器1201执行的指令，指令被至少一个处理器1201执行，以使至少一个处理器1201能够执行上述的检测方法。

其中，存储器1202和处理器1201采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器1102的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器1201。

处理器1201负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器1202可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种自电容检测装置，其特征在于，包括：采样模块、叠加模块、解调模块；

所述采样模块包含多个采样单元，每个采样单元连接一待测电容，每个所述采样单元包括：电压电流转换模块、调制模块；

所述电压电流转换模块的第一输入端连接所述待测电容，所述电压电流转换模块的第二输入端连接驱动电路，所述电压电流转换模块的输出端连接所述调制模块；

所述电压电流转换模块用于在激励信号的激励下对所述待测电容产生的电荷进行采样，并将采样的电荷转换为电流信号；

所述调制模块用于接收各所述电压电流转换模块输出的电流信号，根据调制信号对各所述电流信号进行调制，并将调制后的所述电流信号输送给所述叠加模块；其中，所述调制信号之间相互正交；

所述叠加模块用于接收调制后的所述电流信号，将调制后的所述电流信号在叠加混合后转化为总数字信号，并滤除所述总数字信号中的倍频信号；

所述解调模块用于接收滤波后的所述总数字信号，并根据所述调制信号对滤波后的所述总数字信号进行解调，得出各所述待测电容的电容数据；

所述叠加模块包括：混频模块以及与所述混频模块相连的ADC模块，与所述ADC模块相连的滤波模块；

所述混频模块用于接收调制后的各所述电流信号，并将调制后的各所述电流信号叠加后混频得到包含直流信号和倍频信号的混合信号；

所述ADC模块用于将所述混频模块输出的所述混合信号转换为所述总数字信号；

所述滤波模块用于对所述总数字信号进行滤波，滤除所述总数字信号中的倍频信号，并将滤波后的所述总数字信号传输至所述解调模块。

2.根据权利要求1所述的自电容检测装置，其特征在于，还包括与所述解调模块相连接的增益校准模块，所述增益校准模块用于对所述解调模块的输出值进行增益校准。

3.根据权利要求1所述的自电容检测装置，其特征在于，所述采样单元还包括反相器，所述反相器的输入端连接所述电压电流转换模块的输出端，所述反相器的输出端连接所述调制模块；所述反相器用于将所述电压电流转换模块的电流信号进行反向；

所述调制模块具体用于将各所述电压电流转换模块输出的电流信号和各所述反相器输出的反向电流信号进行差分得到差分电流信号；

根据所述调制信号对各所述差分电流信号进行调制；其中，所述调制信号之间相互正交。

4.根据权利要求1所述的自电容检测装置，其特征在于，所述电压电流转换模块包括：一个跨导放大器、两个偏置电路、第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管和第二NMOS管；

所述跨导放大器的同相输入端连接自电容，所述跨导放大器的反相输入端连接驱动电路；

一偏置电路的负极连接所述跨导放大器的输出端，所述一偏置电路的正极连接所述第一PMOS管的栅极；

所述第一PMOS管的源极连接供电电压，所述第一PMOS管的漏极反馈连接至所述跨导放大器的同相输入端；

第二偏置电路的正极连接跨导放大器的输出端，所述第二偏置电路的负极连接所述第一NMOS管的栅极；

所述第一NMOS管的漏极反馈连接至所述跨导放大器的同相输入端，所述一NMOS管的源极接地；

所述第二PMOS管的栅极连接所述第一PMOS管的栅极，所述第二PMOS管的源极连接供电电压，所述第二PMOS管的漏极相连并连接至混频模块；

所述第二NMOS管的栅极连接所述第一NMOS管的栅极，所述第二NMOS管的漏极连接至混频模块，所述第二NMOS管的源极接地。

5.根据权利要求1所述的自电容检测装置，其特征在于，所述ADC模块为连续态sigmadelta ADC。

6.根据权利要求1所述的自电容检测装置，其特征在于，所述采样模块还包括驱动电路，所述驱动电路用于产生方波信号作为各所述电压电流转换模块的激励信号。

7.一种自电容检测方法，其特征在于，包括：

对各待测电容产生的电荷进行采样，并将采样的电荷转换为电流信号；

根据调制信号对各所述电流信号进行调制，其中，所述调制信号之间相互正交；

对调制后的各所述电流信号进行叠加后混频，得到包含直流信号和倍频信号的混合信号；

将所述混合信号转化为总数字信号，并滤除所述总数字信号中的倍频信号；

根据所述调制信号对滤波后的所述总数字信号进行解调，得出各所述待测电容的电容数据。

8.根据权利要求7所述的自电容检测方法，其特征在于，在所述根据所述调制信号对滤波后的所述总数字信号进行解调后，还包括：

根据预先获取的各通道增益校准系数，对各通道对应的所述待测电容的电容数据进行增益校准。

9.一种移动终端，其特征在于，包括：

至少一个处理器；

以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；

其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述权利要求7或8中的自电容检测方法。