CN111726113A - 电容检测电路、集成电路以及电容检测方法 - Google Patents

电容检测电路、集成电路以及电容检测方法 Download PDF

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CN111726113A CN202010486010.6A CN202010486010A CN111726113A CN 111726113 A CN111726113 A CN 111726113A CN 202010486010 A CN202010486010 A CN 202010486010A CN 111726113 A CN111726113 A CN 111726113A
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Abstract

本申请实施例提供了一种电容检测电路、集成电路以及电容检测方法。电容检测电路包括积分电路、激励源、第一开关电容电路、第二开关电容电路以及切换控制电路；激励源用于将两个彼此不同的激励信号分别输入至第一开关电容电路和第二开关电容电路；第一开关电容电路与第二开关电容电路结构对称、积分方向相反；切换控制电路用于切换第一开关电容电路与第二开关电容电路的积分方向，并控制激励源将输出至第一开关电容电路的激励信号与输出至第二开关电容电路的激励信号调换。本申请实施例提供的电容检测电路能够消除由于支路的不对称性而在积分过程中带来的动态的非线性误差，提高检测精度。

Description

电容检测电路、集成电路以及电容检测方法
技术领域
本申请涉触摸检测技术领域，具体涉及一种电容检测电路、集成电路以及电容检测方法。
背景技术
经过多年的技术演进和量产检验，触摸式按键技术如今日趋成熟。由于具有方便易用、时尚和低成本等优势，越来越多的电子产品开始从传统的机械按键转向触摸式按键。触摸式按键是通过电容检测芯片检测按键上的电容变化来判断触摸事件的发生，按键电容的变化会引起电容检测芯片的检测引脚上的电容变化，继而检测到触摸事件。
目前，电容检测技术的实现普遍采用基于开关电容的电荷分享原理，在传统的电容检测技术中，通过两条支路互相适配，以消除积分过程中的静态误差。但是，由于两条支路在积分过程中的不对称性，在检测引脚上的电容发生变化时，会重新引入动态的非线性误差，导致检测精度的下降。
发明内容
鉴于以上问题，本申请实施例提供一种电容检测电路、集成电路以及电容检测方法，以解决上述技术问题。
本申请实施例是采用以下技术方案实现的：
一种电容检测电路，包括积分电路、激励源、第一开关电容电路、第二开关电容电路以及切换控制电路；激励源用于输出两个彼此不同的激励信号；第一开关电容电路一端连接于激励源以接收其中一个激励信号、另一端连接于积分电路；第二开关电容电路一端连接于激励源以接收另一个激励信号、另一端连接于积分电路，第二开关电容电路的结构与第一开关电容电路的结构对称、积分方向与第一开关电容电路的积分方向相反；切换控制电路，连接于激励源、第一开关电容电路以及第二开关电容电路，切换控制电路用于切换第一开关电容电路与第二开关电容电路的积分方向，并控制激励源将输出至第一开关电容电路的激励信号与输出至第二开关电容电路的激励信号调换。
在一些实施方式中，第一开关电容电路包括第一电容，第二开关电容电路包括第二电容；第一电容和第二电容分别包括第一数量的单位电容；其中，第一电容和第二电容中的单位电容均从预设的多个单位电容中随机选择得到。
在一些实施方式中，电容检测电路还包括动态元件匹配电路，动态元件匹配电路脸连接于每一单位电容，用于从预设的多个单位电容中随机选择第一电容以及第二电容中的单位电容。
在一些实施方式中，积分电路包括积分电容，积分电容包括第二数量的单位电容；其中第二数量的单位电容从预设的多个单位电容中随机选择得到。
在一些实施方式中，电容检测电路还包括动态元件匹配电路，动态元件匹配电路脸连接于每一单位电容，用于从预设的多个单位电容中随机选择第一电容、第二电容以及积分电容中的单位电容。
在一些实施方式中，第一开关电容电路包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关以及第一电容；第一开关一端连接于激励源、另一端通过依次连接的第四开关、第一电容以及第七开关与积分电路连接；第二开关一端连接于第一开关与第四开关之间、另一端接地；第三开关一端连接于第一开关与第四开关之间、另一端连接于第二开关电容电路；第五开关一端连接于第四开关与第一电容之间、另一端接地；第六开关一端连接于第一电容与第七开关之间、另一端接地；第二开关电容电路包括第八开关、第九开关、第十开关、第十一开关、第十二开关、第十三开关、第十四开关以及第二电容；第八开关一端连接于激励源、另一端通过依次连接第十一开关、第二电容以及第十四开关与积分电路连接；第九开关一端连接于第八开关与第十一开关之间、另一端接地；第十开关一端连接于第八开关与第十一开关之间、另一端连接于第三开关；第十二开关一端连接于第十一开关与第一电容之间、另一端接地；第十三开关一端连接于第一电容与第十四开关之间、另一端接地；第三开关与第十开关的连接节点用于连接检测引脚。
在一些实施方式中，切换控制电路包括脉PWM发生器和时钟控制器，PWM发生器用于生成占空比可调的PWM信号；时钟控制器用于根据PWM信号的占空比控制第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第九开关、第十开关、第十一开关以及第十二开关通断，以切换第一开关电容电路与第二开关电容电路的积分方向。
在一些实施方式中，PWM发生器还连接于激励源，PWM发生器用于输出PWM信号至激励源，以控制激励源将输出至第一开关电容电路的激励信号与输出至第二开关电容电路的激励信号调换。
一种集成电路，包括上述任一项的电容检测电路。
一种电容检测方法，应用于上述的电容检测电路，该方法包括将两个彼此不同的激励信号分别输入至第一开关电容电路与第二开关电容电路；以及切换所述第一开关电容与所述第二开关电容的积分方向，并控制所述激励源将输出至所述第一开关电容电路的激励信号与输出至所述第二开关电容电路的激励信号调换。
本申请实施例提供的电容检测电路、集成电路以及电容检测方法，通过设置积分电路、用于输出两个彼此不同的激励信号的激励源、结构相互对称且积分方向相反的第一开关电容电路和第二开关电容电路，再通过切换控制电路切换第一开关电容电路与第二开关电容电路的积分方向，并控制激励源将输出至第一开关电容电路的激励信号与输出至第二开关电容电路的激励信号调换，进而消除由于支路的不对称性而在积分过程中带来的动态的非线性误差，提高检测精度。
本申请的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本申请实施例提供的一种电容感测系统的结构示意图。
图2示出了本申请实施例提供的一种电容检测电路的模块框图。
图3示出了本申请实施例提供的一种电容检测电路的电路结构示意图。
图4示出了本申请实施例提供的电容检测电路的一种工作示意图。
图5示出了本申请实施例提供的电容检测电路的另一种工作示意图。
图6示出了本申请实施例提供的另一种电容检测电路的电路结构示意图。
图7示出了本申请实施例提供的动态元件匹配电路的一种工作示意图。
图8示出了本申请实施例提供的另一种电容检测电路的电路结构示意图。
图9示出了本申请实施例提供的动态元件匹配电路的另一种工作示意图。
图10示出了本申请实施例提供的一种集成电路的结构示意图。
图11示出了本申请实施例提供的一种电容检测方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性地，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请的方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，图1如图1所示，图1示意性地示出了本申请实施例提供的电容感测系统10。该系统10包括依次连接的电容电压转换(Capacitor-to-Voltage Converter，CVC)单元11、以及模拟信号处理(Analog Signal Process，ASP)单元12。其中，CVC单元11包括检测引脚TK，检测引脚TK连接外部的传感器20，该传感器20可以是电容传感器。当发生触摸事件时，传感器20输出的信号会引起检测引脚TK上的电容变化。CVC单元11将检测引脚TK上的电容变化转换成电压信号并输出信号Vout，ASP单元12对输出信号Vout进行量化处理，ASP单元12连接于外部的判断电路30，以使外部的判断电路30基于此判断触摸事件的发生。具体而言，在未发生触摸事件时，ASP单元12输出基准信号，判断电路30记录该基准信号；判断电路30同时检测ASP单元12输出的当前信号，根据当前信号与基准信号的电压差值来判断此时是否发生触摸事件，例如，在当前信号与基准信号的电压差值高于预设阈值时，可以确定此时发生触摸事件。本申请实施例中，因触摸事件而在检测引脚TK上引起的电容变化量以下统称为触摸电容Ctk。
ASP单元12可以是但不限于是模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)、比较器以及压控振荡器((Voltage Controlled Oscillator，VCO)。ASP单元12可以基于模拟后端电路的需要进行选择，在此不作限定。
如图2所示，图2示出了本申请实施例提供的一种电容检测电路100，该电容检测电路100应用于上述的CVC单元11，且用于将电容信号转换为电压信号输出。
电容检测电路100包括积分电路110、激励源120、第一开关电容电路130、第二开关电容电路140以及切换控制电路150。激励源120用于输出两个彼此不同的激励信号；第一开关电容电路130一端连接于激励源120以接收其中一个激励信号、另一端连接于积分电路110；第二开关电容电路140一端连接于激励源120以接收另一个激励信号、另一端连接于积分电路110，第二开关电容电路140的结构与第一开关电容电路130的结构对称、积分方向与第一开关电容电路130的积分方向相反；切换控制电路150连接于激励源120、第一开关电容电路130以及第二开关电容电路140，切换控制电路150用于切换第一开关电容电路130与第二开关电容电路140的积分方向，并控制激励源120将输出至第一开关电容电路130的激励信号与输出至第二开关电容电路140的激励信号调换。
本申请实施例提供的电容检测电路100通过两条相互对称且积分方向相反的开关电容电路进行适配，消除检测引脚TK上的静态误差。本实施例中的第一开关电容电路130可以为正向积分的正相开关电容电路或负向积分的负相开关电容电路；同样的，第二开关电容电路140可以为负向积分的负相开关电容电路或正向积分的正相开关电容电路。当第一开关电容电路130为正相开关电容电路时，第二开关电容电路140即为负相开关电容电路；当第一开关电容电路140为负相开关电容电路时，第二开关电容电路140即为正相开关电容电路。
本实施例在第一开关电容电路130和第二开关电容电路140相互对称的基础上，通过切换控制电路150切换第一开关电容电路130与第二开关电容电路140的积分方向，并控制激励源120将输出至第一开关电容电路130的激励信号与输出至第二开关电容电路140的激励信号调换，也即在积分过程中同时调换第一开关电容电路130和第二开关电容电路140的积分方向以及输入的激励信号，能够使得积分方向调换前后的正相开关电容电路和负相开关电容电路的电路结构保持完全不变，也就是说调换前的第一开关电容电路130的结构与调换后的第二开关电容电路140的结构相同，调换前的第二开关电容电路140的结构与调换后的第一开关电容电路130的结构相同，进而使得在相反的两次积分中完全消除因第一开关电容电路130与第二开关电容电路140不对称而引起的动态的非线性误差，提高检测精度。
如图3所示，图3示出了本申请实施例提供的电容检测电路100的一种结构示意图。需要说明的是，电容检测电路100可以包括单端结构以及差分结构，单端检测指的是积分电路110的一个输入端连接上述第一开关电容电路130和第二开关电容电路140，积分电路110的另一个输入端用于接地，或连接预设的基准电压源。相对地，差分检测指的是积分电路110的两个输入端均连接上述的第一开关电容电路130和第二开关电容电路140。本实施例中，仅以单端结构进行示例，差分结构的检测原理与单端检测的原理一致，当然，检测方式并不仅限于单端检测和差分检测，在本申请实施例的基础上未作出任何实质性改进均属于本申请所保护的范围。
如图3所示，积分电路110包括比较器A1和积分电容Cint，比较器A1包括两个输入端，其中第一输入端连接于第一开关电容电路130与第二开关电容电路140，第二输入端连接预设的基准电压源；积分电容Cint连接在比较器A1的第一输入端与输出端之间。
激励源120连接于第一开关电容电路130与第二开关电容电路140，并将两个彼此不同的激励信号分别输入至第一开关电容电路130与第二开关电容电路140。
第一开关电容电路130包括第一开关SA1、第二开关SA2、第三开关SA3、第四开关SA4、第五开关SA5、第六开关SA6、第七开关SA7以及第一电容C1；第一开关SA1一端连接于激励源120、另一端通过依次连接的第四开关SA4、第一电容C1以及第七开关SA7与积分电路110连接；第二开关SA2一端连接于第一开关SA1与第四开关SA4之间、另一端接地；第三开关SA3一端连接于第一开关SA1与第四开关SA4之间、另一端连接于第二开关电容电路140；第五开关SA5一端连接于第四开关SA4与第一电容C1之间、另一端接地；第六开关SA6一端连接于第一电容C1与第七开关SA7之间、另一端接地。
第二开关电容电路140包括第八开关SA8、第九开关SA9、第十开关SA10、第十一开关SA11、第十二开关SA12、第十三开关SA13、第十四开关SA14以及第二电容C2；第八开关SA8一端连接于激励源120、另一端通过依次连接第十一开关SA11、第二电容C2以及第十四开关SA14与积分电路110连接；第九开关SA9一端连接于第八开关SA8与第十一开关SA11之间、另一端接地；第十开关SA10一端连接于第八开关SA8与第十一开关SA11之间、另一端连接于第三开关SA3；第十二开关SA12一端连接于第十一开关SA11与第一电容C1之间、另一端接地；第十三开关SA13一端连接于第一电容C1与第十四开关SA14之间、另一端接地；第三开关SA3与第十开关SA10的连接节点用于连接检测引脚TK。
切换控制电路150包括PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)发生器151以及时钟控制器152。PWM发生器151用于生成占空比可调的PWM信号，时钟控制器152用于根据PWM信号的占空比控制第二开关SA2、第三开关SA3、第四开关SA4、第五开关SA5、第九开关SA9、第十开关SA10、第十一开关SA11以及第十二开关SA12的通断，以切换第一开关电容电路130与第二开关电容电路140的积分方向。
PWM发生器151还连接于激励源，PWM发生器151用于输出PWM信号至激励源120，以控制激励源120将输出至第一开关电容电路130的激励信号与输出至第二开关电容电路140的激励信号调换。具体地，通过PWM信号的控制，可以交换激励源120与第一开关电容电路130和第二开关电容电路140之间的连接关系，进而切换输入至第一开关电容电路130与第二开关电容电路140的激励信号。例如，激励源120通过第一输出端输出第一激励信号、通过第二输出端输出第二激励信号，第一输出端和第二输出端分别通过选择开关(如二选一开关)同时连接第一开关电容电路130和第二开关电容电路140，PWM信号通过切换选择开关的连接通路，进而使得激励源120输出至第一开关电容电路130和第二开关电容电路140的激励信号互相交换。在一些实施方式中，也可以通过PWM信号的控制切换激励源120的两个输出端的输出信号，进而切换输入至第一开关电容电路130与第二开关电容电路140的激励信号。例如，激励源120先通过第一输出端输出第一激励信号至第一开关电容电路130、通过第二输出端输出第二激励信号至第二开关电容电路140，PWM信号通过控制激励源120内部开关的通断，进而使得激励源120切换为通过第一输出端输出第二激励信号至第一开关电容电路130、通过第二输出端输出第一激励信号至第二开关电容电路140。
上述电容检测电路100的原理如下：
上述各开关(SA1、SA2、SA3、SA4、SA5、SA6、SA7、SA8、SA9、SA10、SA11、SA12、SA13、SA14)均为电子开关，其可以为但不限于为三极管、MOS管以及可控硅。其中，PWM发生器151通过输出PWM信号至时钟控制器152，使时钟控制器152输出时钟信号至第二开关SA2、第三开关SA3、第四开关SA4、第五开关SA5、第九开关SA9、第十开关SA10、第十一开关SA11以及第十二开关SA12，进而切换第一开关电容电路130与第二开关电容电路140的积分方向。
如图4所示，当PWM发生器151输出的PWM信号的占空比为1时，时钟控制器152输出时钟信号控制第二开关SA2保持断开、第三开关SA3保持闭合、第十开关SA10保持断开、第十一开关SA11保持闭合、第十二开关SA12保持断开；其余开关(SA1、SA4、SA5、SA6、SA7、SA8、SA9、SA13、SA14)则受控于一组非交叠时钟信号(Ph1、Ph2)，非交叠也即时钟信号Ph1和时钟信号Ph2在同一时间不能同时为高电平。此时第一开关电容电路130为正相开关电容电路，第二开关电容电路140为负相开关电容电路。与此同时，激励源120输出第一激励信号Vs至第一开关电容电路130、输出第二激励信号Vb至第二开关电容电路140。
如图5所示，当PWM发生器151输出的PWM信号的占空比为0时，时钟控制器152输出时钟信号控制第三开关SA3保持断开、第四开关SA4保持闭合、第五开关SA5保持断开、第九开关SA9保持断开、第十开关SA10保持闭合；其余开关((SA1、SA2、SA6、SA7、SA8、SA11、SA12、SA13、SA14)则受控于非交叠时钟信号(Ph1、Ph2)。此时第一开关电容电路130为负相开关电容电路，第二开关电容电路140为正相开关电容电路。与此同时，激励源120输出第二激励信号Vb至第一开关电容电路130、输出第一激励信号Vs至第二开关电容电路140。
需要说明的是，控制第一开关电容电路130与第二开关电容电路140切换积分方向的时钟信号与非交叠时钟信号(Ph1、Ph2)为不同的时钟信号，非交叠时钟信号(Ph1、Ph2)可以由时钟控制器152产生，也可以通过外部输入。
进一步地，如图3与图4所示，当PWM信号的占空比D＝100％时，也即PWM发生器151的输出为1。第一开关电容电路130为正相开关电容电路、第二开关电容电路140为负相开关电容电路。此时激励源120输出第一激励信号Vs至正向积分的第一开关电容电路130、激励源120输出第二激励信号Vb至负向积分的第二开关电容电路140。第一开关SA1、第五开关SA5、第七开关SA7、第八开关SA8以及第十四开关SA14受控于时钟信号Ph1；第四开关SA4、第六开关SA6、第九开关SA9以及第十三开关SA13受控于时钟信号Ph2。
由于电路中的电容耦合效应，检测引脚TK上会存在耦合的固有电容Cpin，固有电容Cpin是积分过程中引起静态误差的主要因素。当有触摸事件发生时，检测引脚TK上产生触摸电容Ctk，此时检测引脚TK上的电容实际为固有电容Cpin与触摸电容Ctk之和。
在单个积分周期的过程中，当时钟信号Ph1为高电平时，第一激励信号Vs对固有电容Cpin充电，第二激励信号Vb对第二电容C2充电，并且第一电容C1将上个周期积累电荷全部转换至积分电容Cint，第二电容C2同时也将电荷转移至积分电容Cint；当时钟信号Ph2为高电平时，固有电容Cin上的电荷与第一电容C1进行分享，此时固有电容Cpin上的部分电荷转移至第一电容C1，同时第二电容C2上的残余电荷被泄放。在下个积分周期，第一电容C1将上个周期积累电荷全部转换至积分电容Cint，第二电容C2同时也将电荷转移至积分电容Cint。
因此，单个积分周期内，第一开关电容电路130正向积分在积分电容Cint两端累积的电压为：
Figure BDA0002519086940000121
其中，Cpin为固有电容Cpin的电容值、Ctk为触摸电容Ctk的电容值、Cint为积分电容Cint的电容值、Ci为第一电容C1的电容值、Vs为第一激励信号Vs的电压值。
第二开关电容电路140负向积分在积分电容Cint两端累积的电压为：
Figure BDA0002519086940000122
其中，Vb为第二激励信号Vb的电压值、Ci为第二电容C2的电容值，第二电容C2与第一电容C1的电容值相等。
因此，单个积分周期内积分电容Cint两端累积的总电压为：
Figure BDA0002519086940000123
假设因第一开关电容电路130与第二开关电容电路140在积分过程中的不对称性而产生的不对称误差为err％。那么此时实际上在单个积分周期内，积分电容Cint两端累积的总电压为：
Figure BDA0002519086940000124
整理得：
Figure BDA0002519086940000125
如图3与图5所示，当PWM信号的占空比D＝0时，也即PWM发生器151的输出为0。第一开关电容电路130为负相开关电容电路、第二开关电容电路140为正相开关电容电路。此时激励源120输出第一激励信号Vs至正向积分的第二开关电容电路140、激励源120输出第二激励信号Vb至负向积分的第一开关电容电路130。也即第一开关电容电路130与第二开关电容电路140的积分方向和激励信号同时调换，进而使得第一激励信号Vs仍然输入至正相开关电容电路，第二激励信号Vb仍然输入至负相开关电容电路。并且此时第一开关SA1、第七开关SA7、第八开关SA8、第十二开关SA8以及第十四开关SA14受控于时钟信号Ph1；第二开关SA2、第六开关SA6、第十开关SA10以及第十三开关SA13受控于时钟信号Ph2。
由于第一开关电容电路130与第二开关电容电路140的电路结构对称，因此在第一开关电容电路130与第二开关电容电路140的积分方向调换之后，正向积分的正相开关电容电路与负向积分的负相开关电容电路的电路结构保持不变。因此，此时单个积分周期内，第二开关电容电路140正向积分在积分电容Cint两端累积的电压为：
Figure BDA0002519086940000131
第一开关电容电路130负向积分在积分电容Cint两端累积的电压为：
Figure BDA0002519086940000132
因此，单个周期内积分电容Cint两端累积的总电压为：
Figure BDA0002519086940000133
由于第一开关电容电路130与第二开关电容电路140在积分过程中的不对称性而存在不对称误差err％。因此，此时实际上在单个积分周期内，积分电容Cint两端累积的总电压为：
Figure BDA0002519086940000141
整理得：
Figure BDA0002519086940000142
因此，当第一开关电容电路130和第二开关电容电路140以正相开关电容电路和反相开关电容电路交替式工作时，单个积分周期内积分电容Cint两端累积的总电压为：
Figure BDA0002519086940000143
根据式(11)可以看出，由于第一开关电容电路130与第二开关电容电路140在积分过程中的不对称性而产生的不对称误差err％已被完全消除。本实施例中，可以将PWM信号的占空比设置为50％，进而使得第一开关电容电路130和第二开关电容电路140以正相开关电容电路和反相开关电容电路交替式工作。在一些实施方式中，也可以根据实际情况设置PWM信号的占空比，使第一开关电容电路130和第二开关电容电路140以正相开关电容电路和反相开关电容电路交替式工作。
因此，通过设置对称结构的第一开关电容电路130与第二开关电容电路140，使得第一开关电容电路130与第二开关电容电路140在调换积分方向后，正相开关电容电路和负相开关电容电路的电路结构能够保持完全不变，再通过在积分过程中反复切换正向积分与负向积分所积分的支路，使第一开关电容电路130和第二开关电容电路140以正相开关电容电路和反相开关电容电路交替式工作，从而消除由于第一开关电容电路130与第二开关电容电路140在积分过程中不对称而引起的动态的非线性误差，提高检测精度。
进一步地，由于电容制造过程中会引入工艺偏差，因此两个电容值相同的电容之间也不完全相同，而对于微小的触摸按键电容检测而言，电容之间的工艺偏差同样会影响到检测精度。
在一些实施方式中，第一电容C1和第二电容C2分别包括第一数量的单位电容C0；其中第一电容C1和第二电容C2中的单位电容C0均从预设的多个单位电容C0中随机选择得到。也就是说，第一电容C1和第二电容C2可以由相同数量的单位电容C0构成，相同数量的单位电容C0构成相同电容值的第一电容C1和第二电容C2。进一步地，在每次积分的过程中，从预设的多个单位电容C0中随机选择相同数量的单位电容C0构成相同电容值的第一电容C1和第二电容C2。通过将第一电容C1与第二电容C2展开为多个单位电容C0，并随机选择第一数量的单位电容C0作为第一电容C1和第二电容C2，从而能够在积分过程中消除电容在制造过程中引入的随机性误差。进一步地，如图6所示，电容检测电路100还包括动态元件匹配电路160，动态元件匹配电路160连接于每一单位电容C0，用于从预设的多个单位电容C0中随机选择第一电容C1以及第二电容C2中的单位电容C0。通过动态元件匹配电路160的作用，进而能够从多个单位电容C0中随机选择相同数量的单位电容C0作为第一电容C1和第二电容C2。
如7所示，图7示出了动态元件匹配电路160的工作示意图。将第一电容C1与第二电容C2打散成由多个单位电容C0组成的电容阵列。例如，假设第一电容C1和第二电容C2的电容值为50pF，那么该电容阵列可以由100个电容值为1pF的单位电容C0并联构成。动态元件匹配电路160通过切换电容阵列中的开关SA，进而随机选择相同数量的单位电容C0组成第一电容C1和第二电容C2。在每次积分的过程中，通过随机选择相同数量的不同单位电容C0组成第一电容C1和第二电容C2，进而使得第一电容C1和第二电容C2能够相互匹配，消除电容在制造过程中引入的随机性误差，从而进一步地提高检测精度。
在一些实施方式中，积分电容Cint包括第二数量的单位电容C0；其中第二数量的单位电容C0从预设的多个单位电容C0中随机得到。进一步地，如图8所示，动态元件匹配电路160还用于从预设的多个单位电容C0中的随机选择第一电容C1、第一电容C1以及积分电容Cint中的单位电容C0。
如图9所示，图9示出了动态元件匹配电路160的另一种工作示意图。将第一电容C1、第二电容C2以及积分电容Cint打散成由多个单位电容C0组成的电容阵列。例如，假设第一电容C1和第二电容C2的电容值为50pF，积分电容Cint的电容值为100pF，那么该电容阵列可以由150个电容值为1pF的单位电容C0并联构成。动态匹配电路通过切换电容阵列中的开关SA，进而随机选择第一数量的单位电容C0组成第一电容C1和第二电容C2，随机选择第二数量的单位电容C0组成积分电容Cint。在每次积分的过程中，通过随机选择第一数量的不同单位电容C0组成第一电容C1和第二电容C2，并随机选择第二数量的不同单位电容C0组成积分电容Cint，进而消除电容在制造过程中引入的随机性误差，从而进一步地提高检测精度。
本申请实施例提供的电容检测电路，设置有积分电路、激励源、第一开关电容电路、第二开关电容电路以及切换控制电路。激励源用于输出两个彼此不同的激励信号；第一开关电容电路一端连接于激励源以接收其中一个激励信号、另一端连接于积分电路；第二开关电容电路与第一开关电容电路的结构对称，其一端连接于激励源以接收另一个激励信号、另一端连接于积分电路，第一开关电容电路与第二开关电容电路的积分方向相反；切换控制电路连接于激励源、第一开关电容电路以及第二开关电容电路，切换控制电路用于切换第一开关电容电路与第二开关电容电路的积分方向，并控制激励源将输出至第一开关电容电路的激励信号与输出至第二开关电容电路的激励信号调换。本实施例中的电容检测电路在调换结构对称的第一开关电容电路与第二开关电容电路积分方向之后，能够保持正相开关电容电路与负相开关电容电路在调换前后保持不变，再通过在积分过程中反复切换正向积分与负向积分所积分的支路，使第一开关电容电路和第二开关电容电路以正相开关电容电路和反相开关电容电路交替式工作，从而消除由于第一开关电容电路与第二开关电容电路在积分过程中不对称而引起的动态的非线性误差，提高检测精度。
如图10所示，本申请实施例还提供一种集成电路200，该集成电路200包括上述的电容检测电路。
本实施例中，该集成电路200可以是但不限于是电容检测芯片。
本申请实施例提供的集成电路，设置有积分电路、激励源、第一开关电容电路、第二开关电容电路以及切换控制电路。激励源用于输出两个彼此不同的激励信号；第一开关电容电路一端连接于激励源以接收其中一个激励信号、另一端连接于积分电路；第二开关电容电路一端连接于激励源以接收另一个激励信号、另一端连接于积分电路，第二开关电容电路的结构与第一开关电容电路的结构对称、积分方向与第一开关电容电路的积分方向相反；切换控制电路连接于激励源、第一开关电容电路以及第二开关电容电路，切换控制电路用于切换第一开关电容电路与第二开关电容电路的积分方向，并控制激励源将输出至第一开关电容电路的激励信号与输出至第二开关电容电路的激励信号调换。本实施例中的电容检测电路在调换结构对称的第一开关电容电路与第二开关电容电路积分方向之后，能够保持正相开关电容电路与负相开关电容电路在调换前后保持不变，再通过在积分过程中反复切换正向积分与负向积分所积分的支路，使第一开关电容电路和第二开关电容电路以正相开关电容电路和反相开关电容电路交替式工作，从而消除由于第一开关电容电路与第二开关电容电路在积分过程中不对称而引起的动态的非线性误差，提高检测精度。
如图11所示，本申请实施例还提供一种电容检测方法300，该电容检测方法300应用于上述的电容检测电路。电容检测方法可以包括以下步骤S310～步骤S320。
步骤S310：将两个彼此不同的激励信号分别输入至第一开关电容电路与第二开关电容电路。
两个彼此不同的激励信号包括不同的第一激励信号以及第二激励信号。本实施例中，可以将第一激励信号输入至第一开关电容电路，将第二激励信号输入至第二开关电容电路；也可以将第二激励信号输入至第一开关电容电路，将第一激励信号输入至第二开关电容电路。
步骤S320：切换第一开关电容电路与第二开关电容电路的积分方向，并控制激励源将输出至第一开关电容电路的激励信号与输出至第二开关电容电路的激励信号调换。
本实施例中，通过两条相互对称且积分方向相反的开关电容电路进行适配，消除检测引脚上的静态误差。本实施例中的第一开关电容电路可以为正向积分的正相开关电容电路或负向积分的负相开关电容电路；同样的，第二开关电容电路可以为负向积分的负相开关电容电路或正向积分的正相开关电容电路。当第一开关电容电路为正相开关电容电路时，第二开关电容电路即为负相开关电容电路；当第二开关电容电路为负相开关电容电路时，第二开关电容电路即为正相开关电容电路。
本实施例中，切换控制电路还控制激励源将输出至第一开关电容电路的激励信号与输出至第二开关电容电路的激励信号调换。具体地，可以交换激励源与第一开关电容电路和第二开关电容电路之间的连接关系，进而切换输入至第一开关电容电路与第二开关电容电路的激励信号。例如，激励源通过第一输出端输出第一激励信号至第一开关电容电路、通过第二输出端输出第二激励信号至第二开关电容电路，切换控制电路通过控制激励源输出端的开关的通断，进而使得激励源通过第一输出端输出第一激励信号至第二开关电容电路、通过第二输出端输出第二激励信号至第一开关电容电路。在一些实施方式中，也可以通过切换控制电路切换激励源的输出信号，切换输入至第一开关电容电路与第二开关电容电路的激励信号。例如，激励源通过第一输出端输出第一激励信号至第一开关电容电路、通过第二输出端输出第二激励信号至第二开关电容电路，切换控制电路通过控制激励源内部开关的通断，进而使得激励源通过第一输出端输出第二激励信号至第一开关电容电路、通过第二输出端输出第一激励信号至第二开关电容电路。
本实施例在第一开关电容电路和第二开关电容电路相互对称的基础上，通过切换控制电路切换第一开关电容电路与第二开关电容电路的积分方向，并控制激励源将输出至第一开关电容电路的激励信号与输出至第二开关电容电路的激励信号调换，也即在积分过程中同时调换第一开关电容电路与第二开关电容电路的积分方向与输入的激励信号。在上述过程中，积分方向调换前后的正相开关电容电路和负相开关电容电路的电路结构保持完全不变，也就是说调换前的第一开关电容电路的结构与调换后的第二开关电容电路的结构相同，调换前的第二开关电容电路的结构与调换后的第一开关电容电路的结构相同；同时，调换后的正相开关电容电路与调换后的负相开关电容电路的激励信号也相同。通过调换第一开关电容电路与第二开关电容电路的积分方向与激励信号，使得第一开关电容电路进行正向和负向两次积分，第二开关电容也进行正向和负向两次积分，从而使得在相反的两次积分中完全消除由于第一开关电容电路与第二开关电容电路不对称而引起的动态的非线性误差。
本申请实施例提供的电容检测方法，应用于上述的电容检测电路或集成电路，通过将两个彼此不同的激励信号分别输入至第一开关电容电路与第二开关电容电路，再切换所述第一开关电容电路与所述第二开关电容电路的积分方向，并控制所述激励源将输出至所述第一开关电容电路的激励信号与输出至所述第二开关电容电路的激励信号调换，使得在调换结构对称的第一开关电容电路与第二开关电容电路积分方向之后，能够保持正相开关电容电路与负相开关电容电路在调换前后保持不变，再通过在积分过程中反复切换正向积分与负向积分所积分的支路，使第一开关电容电路和第二开关电容电路以正相开关电容电路和反相开关电容电路交替式工作，从而消除由于第一开关电容电路与第二开关电容电路在积分过程中不对称而引起的动态的非线性误差，提高检测精度。
以上，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制，虽然本申请已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本申请，任何本领域技术人员，在不脱离本申请技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本申请技术方案内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种电容检测电路，其特征在于，包括：
积分电路；
激励源，用于输出两个彼此不同的激励信号；
第一开关电容电路，一端连接于所述激励源以接收其中一个激励信号、另一端连接于所述积分电路；
第二开关电容电路，一端连接于所述激励源以接收另一个激励信号、另一端连接于所述积分电路，所述第二开关电容电路的结构与所述第一开关电容电路的结构对称、积分方向与所述第一开关电容电路的积分方向相反；以及
切换控制电路，连接于所述激励源、所述第一开关电容电路以及所述第二开关电容电路，所述切换控制电路用于切换所述第一开关电容电路与所述第二开关电容电路的积分方向，并控制所述激励源将输出至所述第一开关电容电路的激励信号与输出至所述第二开关电容电路的激励信号调换。
2.如权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于，所述第一开关电容电路包括第一电容，所述第二开关电容电路包括第二电容；所述第一电容和所述第二电容分别包括第一数量的单位电容；
其中，所述第一电容和所述第二电容中的单位电容均从预设的多个单位电容中随机选择得到。
3.如权利要求2所述的电容检测电路，其特征在于，所述电容检测电路还包括动态元件匹配电路，所述动态元件匹配电路脸连接于每一所述单位电容，用于从所述预设的多个单位电容中随机选择所述第一电容以及所述第二电容中的单位电容。
4.如权利要求2所述的电容检测电路，其特征在于，所述积分电路包括积分电容，所述积分电容包括第二数量的单位电容；其中所述第二数量的单位电容从所述预设的多个单位电容中随机选择得到。
5.如权利要求4所述的电容检测电路，其特征在于，所述电容检测电路还包括动态元件匹配电路，所述动态元件匹配电路脸连接于每一所述单位电容，用于从所述预设的多个单位电容中随机选择所述第一电容、所述第二电容以及所述积分电容中的单位电容。
6.如权利要求1～5任一项所述的电容检测电路，其特征在于，所述第一开关电容电路包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关以及第一电容；所述第一开关一端连接于所述激励源、另一端通过依次连接的所述第四开关、所述第一电容以及所述第七开关与所述积分电路连接；所述第二开关一端连接于所述第一开关与所述第四开关之间、另一端接地；所述第三开关一端连接于所述第一开关与所述第四开关之间、另一端连接于所述第二开关电容电路；所述第五开关一端连接于所述第四开关与所述第一电容之间、另一端接地；所述第六开关一端连接于所述第一电容与所述第七开关之间、另一端接地；
所述第二开关电容电路包括第八开关、第九开关、第十开关、第十一开关、第十二开关、第十三开关、第十四开关以及第二电容；所述第八开关一端连接于所述激励源、另一端通过依次连接所述第十一开关、所述第二电容以及所述第十四开关与所述积分电路连接；所述第九开关一端连接于所述第八开关与所述第十一开关之间、另一端接地；所述第十开关一端连接于所述第八开关与所述第十一开关之间、另一端连接于所述第三开关；所述第十二开关一端连接于所述第十一开关与所述第一电容之间、另一端接地；所述第十三开关一端连接于所述第一电容与所述第十四开关之间、另一端接地；所述第三开关与所述第十开关的连接节点用于连接检测引脚。
7.如权利要求6所述的电容检测电路，其特征在于，所述切换控制电路包括PWM发生器和时钟控制器，所述PWM发生器用于生成占空比可调的PWM信号；
所述时钟控制器用于根据所述PWM信号的占空比控制所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关、所述第九开关、所述第十开关、所述第十一开关以及所述第十二开关通断，以切换所述第一开关电容电路与所述第二开关电容电路的积分方向。
8.如权利要求7所述的电容检测电路，其特征在于，所述PWM发生器还连接于所述激励源，所述PWM发生器用于输出所述PWM信号至所述激励源，以控制所述激励源将输出至所述第一开关电容电路的激励信号与输出至所述第二开关电容电路的激励信号调换。
9.一种集成电路，其特征在于，包括上述权利要求1～8任一项所述的电容检测电路。
10.一种电容检测方法，应用于上述1～8任一项所述的电容检测电路，其特征在于，包括：
将两个彼此不同的激励信号分别输入至所述第一开关电容电路与所述第二开关电容电路；以及
切换所述第一开关电容电路与所述第二开关电容电路的积分方向，并控制所述激励源将输出至所述第一开关电容电路的激励信号与输出至所述第二开关电容电路的激励信号调换。
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