CN112014648A - 一种可以检测单侧电容的电容检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可以检测单侧电容的电容检测方法，包括步骤：(1)进行第一次检测，将传感元件以及屏蔽层在传感器芯片内短接，并采样此时的电容，为C1＝Cuser+Cback；其中，Cuse为传感元件侧的电容，Cback为屏蔽层侧的电容；(2)进行第二次检测，将传感元件以及屏蔽层分别接入电容电压转换器的正负输入端，并采样此时的电容，为C2＝Cuse‑Cback；其中，传感元件接入正端，屏蔽层接入负端；(3)对两次检测结果求平均，得到传感元件单侧电容Cuser＝(C1+C2)/2。本发明通过不同的连接方式对电容做两次检测，并通过对两次检测结果求平均，得到传感元件单侧电容，屏蔽层一侧的干扰电容被完全消除。

Description

一种可以检测单侧电容的电容检测方法
技术领域
本发明涉及接近检测领域，尤其涉及一种可以检测单侧电容的电容检测方法。
背景技术
传统的电容性接触传感器利用在传感元件下面的屏蔽层以提供传感的定向性并减少来自噪声的干扰。通过检测传感元件的自电容的集成电路(IC)驱动用于电容性触摸传感的屏蔽层。当检测接近时，传感IC将屏蔽层驱动到与所关联的传感元件近似相同的电压电势。但该方法很难实现屏蔽层与感应元件的电压完全相同，当两者电势有误差后，会产生误差电荷，导致电容数据出现偏差。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种可以检测单侧电容的电容检测方法，通过对电容做两次检测，来提取单侧电容。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种可以检测单侧电容的电容检测方法，包括步骤：
(1)进行第一次检测，将传感元件以及屏蔽层在传感器芯片内短接，并采样此时的电容，为C1＝Cuser+Cback；其中，Cuse为传感元件侧的电容，Cback为屏蔽层侧的电容；
(2)进行第二次检测，将传感元件以及屏蔽层分别接入电容电压转换器的正负输入端，并采样此时的电容，为C2＝Cuse-Cback；其中，传感元件接入正端，屏蔽层接入负端；
(3)对两次检测结果求平均，得到传感元件单侧电容Cuser＝(C1+C2)/2。
进一步地，所述步骤(1)具体包括：
(1.1)将传感单元与屏蔽层短接；
(1.2)在相位PH1时，将传感单元与屏蔽层充电至Vcharge；
(1.3)在相位PH2时，将传感单元与屏蔽层上存储的电荷转移至电容电压转换器，转移电荷量为(Cuser+Cback)*Vcharge；
(1.4)通过模数转换电路进行量化，得到电容C1＝Cuser+Cback。
进一步地，传感单元与屏蔽层短接时，处于等电位，Cshield不会存储或转移电荷；其中，Cshield为传感单元与屏蔽层之间的电容值。
进一步地，所述步骤(2)具体包括：
(2.1)在相位PH1时，将屏蔽层接地，并将传感单元充电至Vcharge；
(2.2)在相位PH2时，将传感单元接入电容电压转换器，电容电压转换器得到的电荷为(Cuser+Cshiled)*Vcharge；其中，Cshield为传感单元与屏蔽层之间的电容值；
(2.3)在相位PH3时，将传感单元接地，并将屏蔽层充电至-Vcharge；
(2.4)在相位PH4时，将屏蔽层接入电容电压转换器，电容电压转换器得到的电荷为(Cback+Cshiled)*(-Vcharge)；
(2.5)通过两次转换，电容电压转换器上得到的总电荷为(Cuser-Cback)*Vcharge，通过模数转换电路进行量化，得到电容C2＝Cuser-Cback。
进一步地，相位PH1/PH2/PH3/PH4各差90度，为非交叠时钟。
有益效果：本发明通过不同的连接方式对电容做两次检测，并通过对两次检测结果求平均，得到传感元件单侧电容，屏蔽层一侧的干扰电容被完全消除。
附图说明
图1为本发明提供的检测单方向电容值的方法；
图2为本发明提供的带屏蔽层的电容传感器等效电路图；
图3为本发明提供的检测两侧电容和的等效电路图；
图4为本发明提供的检测两侧电容差值的等效电路图；
图5为本发明提供的传感器芯片工作时序图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
基于电容信号的接近检测传感器，包括电容电压转换器、模数转换电路、数字滤波器以及接近检测算法电路。
其中，电容电压转换器，用于将电容信号转化为电压信号；高精度模数转换电路ADC，用于量化电压信号；数字滤波器以及接近检测算法电路，用于将模数转换器的输出数据进行滤波降采样，并提取出有效的接近信号，判断物体与传感器的距离。
还包括固定电容补偿电容，用于补偿电容传感器上的固定电容。
其中，电容电压转换器中包括电荷放大器A。
如图1所示，本发明所述的可以检测单侧电容的电容检测方法，利用上述的接近检测传感器进行检测，该方法会对电容做两次检测，具体包括步骤：
(1)第一次检测时，将传感元件以及屏蔽层在芯片内短接，并采样此时的电容，该电容可以表示为C1＝Cuser+Cback。
其中，Cuse为感应元件侧的电容大小，为目标检测信号，Cback为屏蔽层侧的电容，为检测过程中的干扰信号。
(2)第二次检测时，将传感元件以及屏蔽层分别接入电容转换器的正负输入端，其中，传感元件接入正端，屏蔽层接入负端，所得的电容值可以表示为C2＝Cuse-Cback。
(3)最后，通过对两次检测结果求平均，得到传感元件单侧电容Cuser＝(C1+C2)/2。
如图2所示，为带屏蔽层结构的电容传感器的等效电容图，其中，Cuser为传感单元侧CS0的电容值，为有效电容值，Cback为屏蔽层侧CS1的电容值，为干扰源，Cshield为传感单元与屏蔽层之间的电容值。
如图3所示，为进行第一次检测采样电容C1的原理图。当采样电容C1时，将传感单元CS0与屏蔽层CS1短接。在相位PH1时，将CS0/CS1充电至Vcharge。在相位为PH2时，将CS0/CS1上存储的电荷转移至电容电压转换器，转移电荷量为(Cuser+Cback)*Vcharge，最后通过ADC量化为数字数据。ADC量化后的电容C1为传感单元CS0与屏蔽层CS1两侧的电容和Cuser+Cback。
由于CS1/CS0一直处于等电位，Cshield不会存储或转移电荷，所以对最终数据无影响。
如图4所示，为进行第二次检测采样电容C2的原理图。在相位PH1时，将屏蔽层CS1接地，并将传感单元CS0充电至Vcharge，在相位PH2时，将传感单元CS0接入电容电压转换器，电容电压转换器得到的电荷为(Cuser+Cshiled)*Vcharge。在相位PH3时，将传感单元CS0接地，并将屏蔽层CS1充电至-Vcharge，在相位PH4时，将屏蔽层CS1接入电容电压转换器，电容电压转换器得到的电荷为(Cback+Cshiled)*(-Vcharge)。
因此通过两次转换，电容电压转换器上得到的电荷为(Cuser-Cback)*Vcharge，经过ADC量化后，得到的电容值为C2＝Cuser-Cback。
在数字处理中，对两次采样得到的值C1/C2求平均，得到最后的输出值为(C1+C2)/2＝(Cuser+Cback+Cuser-Cback)/2＝Cuser。从而得到传感单元CS0单侧的电容，屏蔽层一侧的干扰电容被完全消除。
如图5所示，为采样过程中PH1/PH2/PH3/PH4的波形图。四个波形相位各差90度，为非交叠时钟。

Claims (5)

1.一种可以检测单侧电容的电容检测方法，其特征在于，包括步骤：
(1)进行第一次检测，将传感元件以及屏蔽层在传感器芯片内短接，并采样此时的电容，为C1＝Cuser+Cback；其中，Cuse为传感元件侧的电容，Cback为屏蔽层侧的电容；
(2)进行第二次检测，将传感元件以及屏蔽层分别接入电容电压转换器的正负输入端，并采样此时的电容，为C2＝Cuse-Cback；其中，传感元件接入正端，屏蔽层接入负端；
(3)对两次检测结果求平均，得到传感元件单侧电容Cuser＝(C1+C2)/2。
2.根据权利要求1所述的可以检测单侧电容的电容检测方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：
(1.1)将传感单元与屏蔽层短接；
(1.2)在相位PH1时，将传感单元与屏蔽层充电至Vcharge；
(1.3)在相位PH2时，将传感单元与屏蔽层上存储的电荷转移至电容电压转换器，转移电荷量为(Cuser+Cback)*Vcharge；
(1.4)通过模数转换电路进行量化，得到电容C1＝Cuser+Cback。
3.根据权利要求2所述的可以检测单侧电容的电容检测方法，其特征在于，传感单元与屏蔽层短接时，处于等电位，Cshield不会存储或转移电荷；其中，Cshield为传感单元与屏蔽层之间的电容值。
4.根据权利要求1所述的可以检测单侧电容的电容检测方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：
(2.1)在相位PH1时，将屏蔽层接地，并将传感单元充电至Vcharge；
(2.2)在相位PH2时，将传感单元接入电容电压转换器，电容电压转换器得到的电荷为(Cuser+Cshiled)*Vcharge；其中，Cshield为传感单元与屏蔽层之间的电容值；
(2.3)在相位PH3时，将传感单元接地，并将屏蔽层充电至-Vcharge；
(2.4)在相位PH4时，将屏蔽层接入电容电压转换器，电容电压转换器得到的电荷为(Cback+Cshiled)*(-Vcharge)；
(2.5)通过两次转换，电容电压转换器上得到的总电荷为(Cuser-Cback)*Vcharge，通过模数转换电路进行量化，得到电容C2＝Cuser-Cback。
5.根据权利要求4所述的可以检测单侧电容的电容检测方法，其特征在于，相位PH1/PH2/PH3/PH4各差90度，为非交叠时钟。
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Denomination of invention: A capacitance detection method that can detect unilateral capacitance

Granted publication date: 20230428

Pledgee: Nanjing Zidong sub branch of Bank of Nanjing Co.,Ltd.

Pledgor: NANJING TIANYI HEXIN ELECTRONIC CO.,LTD.

Registration number: Y2024980015513

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