CN113655290A - 模拟信号路由器 - Google Patents

Abstract

提供了模拟信号路由器。所提供的模拟信号路由器用于电容数字转换器(CDC)，包括连接线组、模拟开关矩阵与一个或多个电容端口；所述连接线组包括至少第一连接线和/或第二连接线；所述模拟开关矩阵将所述连接线组可配置或可编程地耦合到电容端口，其中在任意时刻，所述模拟开关矩阵将一个电容端口至多仅耦合到所述连接线组的一条连接线，以及所述模拟开关矩阵将所述连接线组的一条连接线耦合到零个、一个或多个电容端口；所述模拟开关矩阵还将所述连接线组可配置或可编程地耦合到所述电容数字转换器。

Description

模拟信号路由器

技术领域

本申请涉及模拟信号路由器，特别地涉及用于为CDC(CapacitorDigitalConverter，电容数字转换器)测量电容而提供电信号的模拟信号路由器。

背景技术

基于电容的传感器被广泛应用。类似于ADC(模拟数字转换器，AnalogDigitalConverter)，CDC(电容数字转换器)测量电容值并转换为数字量输出。图1展示了利用CDC测量电容的电容测量单元的示意图。

CDC包括激励信号线端口(AEC)与互电容输入信号线端口(ACC)。可选地，CDC还包括自电容信号线端口(SCA)、主动屏蔽信号线端口(SHD)和/或同步时钟端口(CLK)。EXC代表激励源，例如方波信号源。

在一种工作模式中，被测量的电容(Cm)的两个极板分别与激励信号线端口(AEC)与互电容输入信号线端口(ACC)相连，构成互电容测量回路。激励源EXC连接到激励信号线端口(AEC)，CDC通过其激励信号线端口(AEC)向电容(Cm)的极板施加激励信号，并通过其互电容输入信号线端口(ACC)采集从电容(Cm)的极板获取的对激励信号的响应，并根据响应测量电容(Cm)的电容值。由于电容(Cm)的两个极板都同CDC相连，将电容(Cm)称为互电容。

在又一种工作模式，被测量电容(Cs)的一个极板同自电容信号线端口(SCA)相连，大地作为被测量电容(Cs)的另一个极板，通过CDC的接地端(AGND)构成自电容测量回路。将电容(Cs)称为自电容。激励源EXC连接到自电容信号线端口(SCA)，CDC通过自电容信号线端口(SCA)向电容(Cs)施加激励并获得响应以测量其电容值。

CDC可应用多种电容测量原理。作为举例，对于互电容(Cm)，CDC通过其激励信号线端口(AEC)向电容(Cm)充电，通过互电容输入信号线端口(ACC)获取电容(Cm)充电后的电压值，并接入Σ-Δ调制器，经低通滤波后输出代表待测量电容(Cm)的电压值的数字量。作为又一个例子，CDC内部的激励信号源(记为EXC)被动态地连接到自电容信号线端口(SCA)，同时切断自电容信号线端口(SCA)到CDC内的例如Σ-Δ调制器的连接，以向自电容(Cs)充电，以及在接下来的时刻，断开激励信号源(EXC)到自电容信号线端口(SCA)的连接，并将自电容信号线端口(SCA)同Σ-Δ调制器导通，以将电容(Cs)的电压值转换为代表其电容值的数字量。

在一些情况下，CDC的自电容信号线端口(SCA)被激励信号线端口(AEC)或互电容输入信号线端口(ACC)替代，从而CDC不提供独立的自电容信号线端口(SCA)。为了用激励信号线端口(AEC)或互电容输入信号线端口(ACC)替代自电容信号线端口(SCA)，CDC内部被设置开关。在激励信号线端口(AEC)与互电容输入信号线端口(ACC)测量互电容时，将激励信号线端口(AEC)与互电容输入信号线端口(ACC)同测量自电容的电路断开；而在用激励信号线端口(AEC)或互电容输入信号线端口(ACC)替代自电容信号线端口(SCA)测量自电容时，将测量自电容的电路(包括激励源EXC)连接到激励信号线端口(AEC)或互电容输入信号线端口(ACC)，以及将激励信号线端口(AEC)与互电容输入信号线端口(ACC)同测量互电容的电路断开。

在又一些情况下，CDC包括主动屏蔽信号线端口(SHD)。例如在CDC内部，提供给激励信号线端口(AEC)的激励信号通过跟随器提供给主动屏蔽信号线端口(SHD)。从而主动屏蔽信号线端口(SHD)的输出信号跟随激励信号线端口(AEC)的输出。主动屏蔽信号线端口(SHD)用于耦合屏蔽电极，屏蔽电极邻近、覆盖或包裹连接激励信号线端口(AEC)与电容极板的导线，从而连接激励信号线端口(AEC)与电容极板的导线上传递的信号同主动屏蔽信号线端口(SHD)传输的信号幅度相同且具有更大的驱动能力和更低的内部阻抗。屏蔽电极可以降低连接电容极板的引线产生的寄生电容干扰，避免参考电容值过大，降低电容测量的分辨率。

依然作为举例，在CDC内部，主动屏蔽信号线端口(SHD)通过跟随器同自电容信号线端口(SCA)相连，从而主动屏蔽信号线端口(SHD)的输出信号跟随自电容信号线端口(SCA)输出的信号。主动屏蔽信号线端口(SHD)提供的主动屏蔽信号，用于耦合屏蔽电极。屏蔽电极邻近、覆盖或包裹连接自电容信号线端口(SCA)与电容极板的导线，电极和地，或电极与周围导电体之间，从而连接自电容信号线端口(SCA)与电容极板的导线上传递的信号同主动屏蔽信号线端口(SHD)传输的信号幅度相同且具有更大的驱动能力和更低的内部阻抗。屏蔽电极降低连接电容极板的引线及极板周围产生的寄生电容干扰，避免或降低参考电容值过大导致的对电容测量的分辨率的影响。

可选地，CDC还包括同步时钟端口(CLK)。一个例子中，同步时钟端口(CLK)作为输入端口向CDC提供时钟信号。从CDC端口提供的时钟信号用于指示CDC内的开关切换的时序，以通过多个阶段实现对互电容和/或自电容的测量。在又一个例子中，同步时钟端口(CLK)作为CDC的输出端口向外部提供时钟信号。CDC通过向外部输出时钟信号，来同步自身与其他电路的工作时许，例如，使得自身与另一个或多个CDC同时实施测量过程。

发明内容

在诸如电容式机器人电子皮肤、地理电子皮肤、电容层析成像及如电梯按键等多种电器的接触和/或非接触式触感应用中，由CDC为核心的电容测量单元常需要对位于不同位置的多个电容进行测量，有时还需要在测量过程中动态改变电容极板的面积以根据需要适配电容式传感器的感应距离和测量灵敏度，或者用作电容式传感器的屏蔽电极以消除外界的耦合信号干扰等用途。

为满足上述应用的需求，根据本申请的实施例提供了模拟信号路由器，用于耦合位于不同位置的多个候选的电容极板，以及还耦合CDC，并在运行时将CDC测量由候选电容极板构成的电容所需的模拟信号路由或传递到指定的目标。在进一步的包括多个CDC与多个模拟信号路由器的分布式应用中，多个模拟信号路由器形成分发或传递模拟信号的网络，模拟信号在网络中的传输路径可被动态调整。通过调整模拟信号路由器提供的模拟信号的传输路径，不仅支持单一CDC对测量一个或多个自电容或互电容的多种工作模式，还可对电容极板的面积进行灵活的扩大或减小，从而在应用现场不改变所部署的硬件的情况下，通过组合或选取既有的电容极板来适配变化的应用场景对电容传感器的不同需求。此外，根据本申请的模拟信号路由器，还能实现多个CDC相对独立的并行或串行测量，从而实现多电容测量单元的协作测量，这种协作体现在分布于多个电容测量单元的电容极板的组合或协同，也包括多个电容测量单元对一个应用所需的多个电容传感器的协作测量，从而增加自电容或和/互电容测量的灵活性、灵敏度、感应距离和测量速度。

为了解决上面一种或多种问题，根据本申请的实施例，提供了用于电容数字转换器(CDC)的模拟信号路由器，包括连接线组、模拟开关矩阵与一个或多个电容端口；所述连接线组包括至少第一连接线和/或第二连接线；所述模拟开关矩阵将所述连接线组可配置或可编程地耦合到电容端口，其中在任意时刻，所述模拟开关矩阵将一个电容端口至多仅耦合到所述连接线组的一条连接线，以及所述模拟开关矩阵将所述连接线组的一条连接线耦合到零个、一个或多个电容端口；所述模拟开关矩阵还用于将所述连接线组可配置或可编程地耦合到所述电容数字转换器；所述模拟信号路由器还包括接地端口。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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，对于本领域普通技术人员来讲，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展示了利用CDC测量电容的电容测量单元的示意图；

图2A展示了根据本申请实施例的模拟信号路由器的框图；

图2B展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图；

图2C展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图；

图2D展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图；

图3A展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图；

图3B展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图；

图3C展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图；

图4A展示了根据本申请实施例的电容通道的示意图；

图4B展示了根据本申请又一实施例的电容通道的示意图；

图4C展示了根据本申请又一实施例的电容通道的示意图；

图5A展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框；

图5B展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图；

图5C展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图；以及

图5D展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通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。

图2A展示了根据本申请实施例的模拟信号路由器的框图。

参看图2A，根据本申请的实施例的模拟信号路由器包括自电容信号线ASC(211)、多个开关(KAS1-KAS4，KBS1-KBS4……，KDS1-KDS4，也称为电容端口耦合开关)，以及用于连接电容极板的多个电容端口(210、212、214、216……)。作为举例，CDC包括自电容信号线端口(SCA)。

图2A的例子中，电容端口耦合开关同电容端口一一对应，每个电容端口通过对应的电容端口耦合开关连接到自电容信号线ASC(211)。从而通过闭合电容端口耦合开关(例如，KAS1)，同其对应的电容端口(210)被耦合到自电容信号线ASC(211)，进而耦合到CDC的自电容信号线端口(SCA)。可以理解的，电容端口到自电容信号线ASC(211)可以直接连接或经由一种或多种元件和/或引线间接连接，使用术语“耦合”以表达包括直接连接与间接连接在内的多种连接方式，本申请并非意在限制其实施方式。从而CDC向其自电容信号线端口(SCA)施加的信号被传递到同电容端口耦合开关(例如，KAS1)对应的电容端口(例如210)，继而作用于同电容端口(210)耦合的电容极板。以及可选地，从电容端口(例如210)接收的信号也通过电容端口耦合开关(例如，KAS1)、继而自电容信号线ASC(211)而传输到CDC的自电容信号线端口(SCA)。可以理解的，电容极板与CDC可以不属于根据本申请实施例的模拟信号路由器的组成部分，而是电容极板被外部地连接到模拟信号路由器电容端口，CDC的一个或多个端口(例如，自电容信号线端口(SCA))被外部地连接到模拟信号路由器(例如，通过CDC耦合开关KSC)。从而模拟信号路由器适用于多种形状、尺寸和/或材质的电容极板，与多种规格的CDC。

在图2A的例子中，电容端口被分为多组，每组包括4个电容端口。每组电容端口分别连接对应的电容极板组(由A、B、C与D所指示)。示例性的电容单元包括4个直角扇形的电容极板，4个电容极板共同构成圆形，并对应圆形的触摸按键。从而每组4个电容端口用于连接1个触摸按键的4个电容极板。可以理解地，多个电容端口之间可以是彼此等同的，而对电容端口的分组仅为示出性的。

继续参看图2A，多个开关(例如，KAS1-KAS4)同时闭合时，自电容信号线ASC(211)被连接到多个电容端口(210、212、214与216)，从而CDC的自电容信号线端口(SCA)提供的激励信号被同时提供给同上述多个电容端口(210、212、214与216)耦合的电容极板。以此方式，使得电容端口各自耦合的电容极板具有相等的电势，从而将同多个电容端口各自耦合的电容极板拼接形成具有更大面积(或不同形状)的电容极板，作为测量电容的激励电极。更大的电容极板有助于测量距离电容极板更远的物体对电容极板所形成电容的影响。以类似的方式，通过闭合不同数量的多个开关(KAS1-KAS4，KBS1-KBS4……，KDS1-KDS4)，将不同数量的电容端口各自耦合的电容极板拼接，形成不同面积(或不同形状)的电容极板。

根据本申请实施例，模拟信号路由器还用于CDC分时测量相同或不同电容端口所连接电容极板所形成的电容。从而单一的CDC同多个电容端口所耦合的电容极板在不同时刻形成了多个相同或不同的电容测量单元。例如，在T1时刻，开关KAS1闭合，而其他开关(KAS2-KAS4，KBS1-KBS4……，KDS1-KDS4)均断开，CDC同电容端口210所耦合的电容极板形成电容测量单元；而在T2时刻，开关KAS2闭合，而其他开关(KAS1，KAS3，KAS4，KBS1-KBS4……，KDS1-KDS4)均断开，CDC同电容端口212所耦合的电容极板形成电容测量单元。可选地，在连续或不连续的多个时刻，CDC依次同相同或不同的电容极板形成电容测量单元。

在一些情况下，CDC通过其自电容信号线端口(SCA)测量自电容。通过将CDC的自电容信号线端口(SCA)耦合到例如电容端口KAS3与KAS4，CDC测量由电容端口KAS3与KAS4各自所连接的电容极板拼接形成的电容极板，相对于大地的自电容。

为了简单的目的，也将模拟信号路由器中的所有开关(KAE1，KAE3，KAE4，KBE1-KBE4……，KDE1-KDE4，以及可选的KAEC)称为模拟开关矩阵。

在图2A的例子中，CDC包括单一的端口(自电容信号线端口(SCA))，从而模拟信号路由器仅通过单一的自电容信号线ASC(211)来为CDC路由模拟信号。可选地，若CDC包括激励信号线端口(AEC)，相应地，模拟信号路由器通过激励信号线来为CDC路由模拟信号。依然可选地或进一步地，CDC包括互电容输入信号线端口(ACC)，相应地，模拟信号路由器通过互电容输入信号线来为CDC路由模拟信号。

可选地，模拟信号路由器还包括接地端口，用于连接到地。模拟信号路由器还包括例如接地信号线以及接地开关。接地信号线连接到接地端口，还通过接地开关连接到各电容端口。接地开关同电容端口例如一对一设置。从而一个或多个电容端口可被连接到接地信号线。从而通过对模拟信号路由器的配置或编程，电容端口被连接到接地端口或断开。依然可选地，模拟信号路由器还包括接地端口耦合开关，用于将接地端口同接地信号线连接或断开，进而使得模拟信号路由器可配置或可编程地连接到地。模拟信号路由器可选地也将接地端口/接地信号线可配置或可编程地连接到例如CDC。

图2B展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图。

图2B的实施例的模拟信号路由器包括激励信号线(AE)、互电容输入信号线(AC)、可选的自电容信号线(ASC)、多个开关(KAE1-KAE5，KAC1-KAC5，KAS1-KAS5，也称为电容端口耦合开关)，以及用于连接电容极板的多个电容端口(210、212、214、216与218)。在图2B的实施例中，还包括多个CDC耦合开关(KAEC、KACC与可选的KSC)。CDC包括激励信号线端口(AEC)、互电容输入信号线端口(ACC)与可选的自电容信号线端口(SCA)。

激励信号线(AE)、互电容输入信号线(AC)与可选的自电容信号线(ASC)的组合被称为连接线组。连接线组中的各连接线(激励信号线(AE)、互电容输入信号线(AC)与可选的自电容信号线(ASC))同电容端口与CDC有相同的连接方式。连接线组的每根连接线都通过各自的电容端口耦合开关连接到电容端口，以及通过CDC耦合开关连接到CDC。

连接线组的连接线同CDC的端口一对一连接。CDC耦合开关的数量同连接线组的连接线数量相同，也同CDC的端口数量相同，从而每个CDC耦合开关将其对应的连接线组的连接线耦合到CDC的对应端口。例如，激励信号线(AE)通过CDC耦合开关(KAEC)连接到激励信号线端口(AEC)，互电容输入信号线(AC)通过CDC耦合开关KACC连接到互电容输入信号线端口(ACC)，自电容信号线(ASC)通过CDC耦合开关KSC连接到自电容信号线端口(SCA)。从而连接线组的连接线仅连接到CDC的同其对应的端口，而不被连接到CDC的其他端口。可选地，为了适配具有不同端口配置的CDC，模拟信号路由器的连接线组的连接线数量不少于CDC的端口数量，使得CDC的每个端口得以被连接到连接线组的连接线之一，并且避免CDC的两个或更多端口被连接到相同的连接线。

连接线组的每条连接线(激励信号线(AE)、互电容输入信号线(AC)与可选的自电容信号线(ASC))各自通过一组电容端口耦合开关(称为子开关组)同电容端口之一耦合。这些子开关组也构成模拟开关矩阵的一部分。子开关组中的开关的数量同连接线组的连接线数量相同。

图2B中，连接线组包括3根连接线，因而每个子开关组包括3个开关。例如，电容端口210通过子开关组(KAE1，KAC1、KAS1)耦合到连接线组(的每根连接线)，电容端口212通过子开关组(KAE2，KAC2、KAS2)耦合到连接线组。通过这样的设置，使得每个电容端口能被连接到连接线组的任意连接线，进而使得电容端口可被耦合到CDC的任何一个端口(AEC、ACC或SCA)。

根据本申请的实施例，子开关组的多个开关，任意时刻至多仅一个开关闭合，而子开关组的其他开关均断开，从而使得电容端口在任意时刻至多仅耦合到连接线组的一条连接线。从而各子开关组也避免将连接线组的两条或多条连接线耦合。子开关组的所有开关在某时刻均断开是被允许的。

在某一时刻，多个子开关组将其各自对应的电容端口都耦合到连接线组的连接线之一是允许的，以将连接线组的某条连接线同时耦合到多个电容端口。例如，子开关组(KAE1，KAC1、KAS1)将电容端口210耦合到互电容输入信号线AC，子开关组(KAE2，KAC2、KAS2)将电容端口212耦合到互电容输入信号线AC，从而将互电容输入信号线AC在该时刻耦合到多个电容端口(210与212)，进而同时耦合多个电容端口(210与212)各自对应的电容极板。进而扩大耦合到互电容输入信号线AC的电容极板的面积或改变电容极板的形状。

根据图2B的实施例的模拟信号路由器，还适配于CDC的不同工作模式。在CDC工作于测量互电容的模式时，CDC通过其激励信号线端口(AEC)向被测电容施加激励信号，以及通过其互电容输入信号端口(ACC)获取被测电容对激励信号产生的响应。作为举例，被测量互电容的一个极板连接电容端口210，而另一个极板连接电容212。在CDC工作并通过激励信号线端口(AEC)输出激励信号时，通过闭合CDC耦合开关KAEC，将CDC的激励信号线端口(AEC)连接到连接线组的激励信号线AE，通过闭合开关KAE1(以及断开开关KAC1与KAS1)将激励信号线AE连接到电容端口210，从而将CDC的激励信号线端口(AEC)输出的激励信号施加到同电容端口210耦合的电容极板；以及同时闭合开关KACC与开关KAC2，以将电容端口212耦合到CDC的互电容输入信号线端口(ACC)，以及断开开关KAE2、KAS2与KSC，从而CDC通过其互电容输入信号线端口(ACC)接收同电容端口212耦合的电容极板对前述激励信号的响应。

在CDC工作于测量自电容模式时，CDC通过其自电容信号线端口(SCA)向被测电容施加激励并获取响应。作为举例，被测量自电容的电容极板连接电容端口216。电容端口216所连接的电容极板同大地形成自电容Cs。在CDC工作时，电容端口耦合开关KAS4闭合(开关KAE4与开关KAC4断开)，开关KSC闭合，以将CDC的自电容信号线端口(ASC)连接到自电容信号线ASC，进而连接到耦合电容端口216的电容极板。

在进一步可选的工作模式中，CDC通过其自电容信号线端口(SCA)测量自电容的同时，也通过其激励信号线端口(AEC)与互电容输入信号线端口(ACC)测量互电容。例如，在闭合CDC耦合开关KAEC与KACC，以及开关KAE1与KAC2(断开开关KAC1、KAS1、KAE2与KAS2)的同时，闭合CDC耦合开关KSC与开关KAS4(断开开关KAE4与KAC4)，从而同时测量连接到电容端口210与212的电容极板形成的互电容，以及连接到电容端口216的电容极板的自电容。

根据本申请的又一种实施方式，CDC仅包括激励信号线端口(AEC)与互电容输入信号线端口(ACC)，而不包括自电容信号线端口(SCA)，而是由激励信号线端口(AEC)或互电容输入信号线端口(ACC)替代自电容信号线端口(SCA)的功能。在此情况下，根据本申请实施例的模拟信号路由器的连接线组包括激励信号线(AE)与互电容输入信号线(AC)，而可以不包括自电容信号线(ASC)。相应地模拟开关矩阵中也不包括用于连接自电容信号线(ASC)的开关(KAS1-KAS5，以及KSC)。

作为又一个例子，通过对应连接线组的同一条连接线的多个电容端口耦合开关的断开或闭合，调整由CDC和电容极板所形成的电容测量单元的电容极板的面积、位置和/或形状。例如，激励信号线(AE)对应的多个电容端口耦合开关(KAE1-KAE54)被有选择的开闭(形成具有给定面积、位置和/或形状的电容极板)，使得CDC的激励信号线端口(AEC)同多个电容端口耦合开关各自耦合的电容极板形成激励通路；互电容输入信号线(AC)对应的多个电容端口耦合开关(KAC1-KAC5)被有选择的开闭(形成具有给定面积、位置和/或形状的电容极板)，使得CDC的互电容输入信号线端口(ACC)同多个电容端口耦合开关各自耦合的电容极板形成响应通路。从而两个给定面积的电容极板以如此方式与CDC连接，可构成一个完整的互电容测量单元，进行互电容的测量。并且有多种电容极板组合方式，对应多种互电容测量单元。可通过对模拟开关矩阵的分时控制，在不同时刻构建不同的互电容测量单元，并进行分时的互电容测量。进行自电容测量时，通过自电容信号线(ASC)及通过开关KAS1-KAS5等的不同组合构成不同面积的自电容极板，这些自电容极板则通过自电容信号线(ASC)与CDC耦合开关KSC的开闭接入CDC，从而形成不同的自电容测量单元，进行自电容测量。可通过对模拟开关矩阵的分时控制，在不同时刻构建不同的自电容测量单元，并进行分时的自电容测量。

作为又一个例子，用于圆形触摸按键的电容单元包括组成圆形的4个扇形极板，分别连接电容端口210、212、214与216，而电容单元还包括同极板A，同4个扇形极板相对设置，极板A连接电容端口218。极板A与4个扇形极板的每个形成互电容(记为A1、A2、A3与A4)。根据本申请实施例的模拟信号路由器，在不同时刻，将CDC连接到4个互电容(A1、A2、A3与A4)的每个，以测量每个互电容。在又一时刻，开关KAE1-KAE4都闭合，以将电容端口210、212、214与216都连接到激励信号线AE，并通过激励信号线形成等势面将4个扇形电极组合为一个整体，该组合的4个扇形电极同极板A形成互电容，以及通过CDC测量该互电容。从而，通过模拟信号路由器，实现了由单一的CDC以及固定的多个电容端口，分时测量多种电容。

图2C展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图。

图2C的实施例的模拟信号路由器，在组成上同图2B展示的模拟信号路由器相似。图2C的实施例中，给出了通过模拟信号路由器将不同的电容极板组合提供给CDC的例子。图2C的实施例的模拟信号路由器包括激励信号线(AE)、互电容输入信号线(AC)、可选的自电容信号线(ASC)、多个开关(KAE1-KAE4，KAC1-KAC4，KAS1-KAS4，KBE1-KBE4，KBC1-KBC4，KBS1-KBS4，也称为电容端口耦合开关)，以及用于连接电容极板的多个电容端口(210、212、214、216、240、242、244与246)。

在一个例子中，不相邻的电容端口(例如210与214)各自相连的电容极板(A1和A3)可组成一个电容极板A，其组合方式既可以用同时闭合开关KAE1和KAE3实现(通过激励信号线AE连接两个电容端口)，也可通过闭合开关KAC1和KAC3实现(通过互电容输入信号线AC连接两个电容端口)，还可通过闭合开关KAS1和KAS3实现(通过自电容信号线ASC连接两个电容端口)。实现该种组合时，对应电容端口的子开关组的其余开关保持断开(例如通过激励信号线AE连接两个电容端口210与214时，开关KAC1、KAS1、KAC3与KAS3保持断开)。

作为又一个例子，也可实现相邻的两个电容极板组合，如同电容端口216与240连接的电容极板A4和B1的组合，组成一个电容极板B。实现该种组合时，开关的状态类似上一个示例。

作为再一个例子，还可实现3个电容极板的组合，如同电容端口242、244与246连接的电容极板中B2、B3、B4的组合构成电容极板C。依次类推，利用连接线组和电容端口通路的对应开关组，可实现任意数量、任意组合的电容极板构成方式。这些不同组合方式可根据测量需要进行灵活的配置和分时的配置和电容测量。

图2D展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图。

作为又一个例子，CDC还包括同步时钟信号线端口(CLK)与主动屏蔽信号线端口(SHD)，图2D的实施例的模拟信号路由器，同图2C展示的模拟信号路由器相比，其还包括主动屏蔽信号线(ASH)以及同步时钟信号线(ACLK)。

可选地，主动屏蔽信号线(ASH)同电容端口耦合的方式同连接线组的其他连接线相同，即通过子开关组的开关耦合，一个电容端口在同一时刻仅耦合到连接线组的一条连接线，而主动屏蔽信号线(ASH)可同时耦合多个电容端口。此时，主动屏蔽信号线(ASH)成为连接线组的连接线之一。在连接线组包括4条连接线(激励信号线(AE)、互电容输入信号线(AC)、自电容信号线(ASC)与主动屏蔽信号线(ASH))的例子中，每个子开关组包括对应的4个开关。在图2D的例子中，还包括电容端口耦合开关(KASH1-KASH4、KBSH1-BSH4)，用于耦合电容端口与主动屏蔽信号线(ASH)。

在运行时，若主动屏蔽信号线(ASH)通过电容端口(例如214)连接屏蔽电极(230)，而激励信号线(AE)通过电容端口(216)连接电容极板，相应地开关(KASH3)与开关KAE4同时闭合，以在向同电容端口(216)连接的电容极板提供激励信号的同时向屏蔽电极(230)提供主动屏蔽信号。

可选地或进一步地，模拟信号路由器还包括主动屏蔽信号端口(260)，主动屏蔽信号线(ASH)同主动屏蔽信号端口(260)相连。主动屏蔽信号端口(260)专用于连接主动屏蔽信号线(ASH)而不连接到连接线组的其他连接线。此时，模拟信号路由器的模拟开关矩阵可不包括开关(KASH1-KASH4、KBSH1-KBSH4)。一些情况下，CDC提供的主动屏蔽信号，同激励信号相比，具有更大的幅度(电压和/或电流)，相应地主动屏蔽信号线ASH和/或主动屏蔽信号端口(260)被适配来传输主动屏蔽信号。由于主动屏蔽信号端口(260)无需连接到连接线组的其他连接线，因而主动屏蔽信号端口仅通过开关(未示出)连接到主动屏蔽信号线(ASH)或不通过开关而直接连接主动屏蔽信号线(ASH)。在运行时，若主动屏蔽信号线通过主动屏蔽信号端口(260)连接屏蔽电极(232)，而激励信号线AE通过电容端口(210)连接电容极板，相应地开关(KAE1)闭合，以在向同电容端口(210)连接的电容极板提供激励信号的同时向屏蔽电极(232)提供主动屏蔽信号。

可选地，CDC不提供主动屏蔽信号端口，而由根据本申请实施例的模拟信号路由器生成主动屏蔽信号。为此目的，模拟信号路由器包括连接激励信号线(AE)与主动屏蔽信号线(ASH)的跟随器(图2D中未示出)，以将激励信号线从CDC获取的激励信号施加到主动屏蔽信号线(ASH)。依然可选地，在激励信号线(AE)与主动屏蔽信号线(ASH)之间还设置开关，以断开或闭合二者的连接。

可选地，模拟信号路由器还包括同步时钟信号线(ACLK)以及同步时钟端口(262)。同步时钟端口262可选地相同或不同于电容端口。同步时钟信号线(ACLK)不属于连接线组。同步时钟信号线(ACLK)与同步时钟端口(262)之间包括可选的开关，以断开或闭合二者的连接。同步时钟信号线(ACLK)耦合CDC的同步时钟信号线端口(CLK)。

模拟信号路由器的CDC耦合开关还包括开关KSH与开关KCL，分别用于连接主动屏蔽信号线(ASH)与CDC的主动屏蔽信号端口(SHD)，以及同步时钟信号线(ACLK)与CDC的同步时钟信号线端口(CLK)。

在一种实施方式中，同步时钟端口(262)接收来自模拟信号路由器外部的同步时钟信号，同步时钟信号线(ACLK)将从同步时钟端口(262)获取的同步时钟信号通过CDC耦合开关KCL提供给CDC的同步时钟信号线端口(CLK)。同步时钟信号指示了CDC启动电容测量的时机。可选地，同步时钟信号还指示了CDC测量电容的多个工作阶段。

图3A展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图。

在图3A的例子中，电容测量单元包括多个CDC(示出了CDC1与CDC2)。多个CDC可同时工作，以同时测量多个电容。

参看图3A，模拟信号路由器的连接线组包括激励信号线(AE)、互电容输入信号线(AC)以及自电容信号线(ASC)。CDC1与CDC2通过各自的CDC耦合开关同连接线组相连。作为举例，CDC1对应的CDC耦合开关(KAEC1与KACC1)闭合(以及闭合开关KAE1与KAC2)，从而CDC1通过电容端口(310与312)测量由同电容端口(310与312)连接的电容极板所形成的互电容。而在CDC1测量互电容的相同时刻或不同时刻，CDC2对应的CDC耦合开关(KSC2)闭合(以及闭合开关KAS4)，从而CDC2通过电容端口(314)测量自电容。

在图3A展示的实施例中，连接线组的每根连接线为CDC1与CDC2所共享。从容CDC1与CDC2不能同时使用相同的连接线以避免冲突。从而，若CDC耦合开关KAEC1闭合时，开关KAEC2应断开，以避免将连接线AE同时连接到CDC1与CDC2的激励信号线端口(AEC)。CDC1与CDC2分时地共享连接线组的连接线。例如，CDC1在T1时刻被连接到互电容输入信号线AC，而CDC2在T1时刻则不能连接到互电容输入信号线AC，而是在不同于T1的时刻才能连接到互电容输入信号线AC。

根据图3A的实施例，模拟信号路由器通过多组CDC耦合开关(KAEC1、KACC1与KSC1，以及KAEC2、KACC2与KSC2)连接多个CDC，每组CDC耦合开关用于将连接线组连接到CDC之一。以及多个CDC分时地使用连接线组的相同连接线。而任意时刻，连接线组的一条连接线最多被连接到一个CDC。

图3B展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图。

同图3A的实施例相比，图3B的实施例中，模拟信号路由器为多个CDC提供共享的激励信号线AE，而为每个CDC提供其独占的互电容输入信号线(AC1、AC2与AC3)。

在图3B的例子中，电容测量单元包括多个CDC(示出了CDC1、CDC2、CDC3与CDC4)。多个CDC可同时工作，以同时测量多个电容。CDC1与CDC2各自包括激励信号线端口(AEC)与互电容输入信号线端口(ACC)，CDC3与CDC4各自仅包括互电容输入信号线端口(ACC)。作为举例，CDC1与CDC2的激励信号线端口彼此独立，从而CDC1与CDC2可同时输出不同的激励信号。而CDC3与CDC4没有激励信号线端口，而是借用CDC1的激励信号线端口(AEC)。以CDC3为例，其测量互电容时，通过CDC1的激励信号线端口(AEC)向被测电容提供激励信号，而从CDC3的互电容输入信号线端口(ACC)接收被测电容对激励信号的响应。可选地，各个CDC还测量自电容。CDC1或CDC2测量自电容时，其互电容输入信号线端口(ACC)向被测量电容的极板分时地施加激励并获取响应，所施加的激励由CDC1或CDC2自身的激励信号源产生。CDC3或CDC4测量自电容时，其互电容输入信号线端口(ACC)向被测量电容的极板分时地施加激励并获取响应，所施加的激励由例如CDC1的激励信号源产生。在各个CDC内部，CDC1的激励信号源被耦合到CDC3和/或CDC4。

根据图3B的实施例中，模拟信号路由器包括多个CDC耦合开关组(KAEC1与KACC1，KAEC2与KACC2，KACC3，以及KACC4)，每个CDC耦合开关组对应于CDC之一，CDC耦合开关组用于将其对应的CDC耦合到连接线组。可选地，CDC耦合开关组的开关数量同对应的CDC的端口数量相同。多个CDC分时地使用连接线组的相同连接线。而任意时刻，连接线组的一条连接线最多被连接到一个CDC。

为了适配CDC数量的变化，在图3B展示的实施例中，将激励信号线(AE)所在的组称为连接线组，而将互电容输入信号线之一(AC1、AC2或AC3)所在的组称为电容通道连接线组。图3B中，连接线组仅包括激励信号线(AE)，每个电容通道连接线组包括互电容输入信号线之一。电容通道连接线组的连接线也通过电容端口耦合开关连接电容端口。相应地，电容端口通过子开关组耦合连接线组与所有电容通道连接线组的每根连接线，从而子开关组的开关数量同连接线组与所有电容通道连接线组的所有连接线数量之和相同，且一一对应。对于一个子开关组，其多个开关，任意时刻至多仅一个开关闭合，而其他开关均断开，从而使得电容端口在任意时刻至多仅耦合到连接线组与所有电容通道连接线组的所有连接线之一。

在某一时刻，多个子开关组将其各自对应的电容端口都耦合到连接线组或电容通道连接线组的连接线之一是允许的，以将连接线组或电容通道连接线组的某条连接线同时耦合到多个电容端口。

电容通道连接线组同CDC一一对应。从而若需要耦合的CDC数量增加，则只需按CDC的数量增加电容通道连接线组。而连接线组在模拟信号路由器中仅提供一个。在一个例子中，单一的连接线组通过CDC耦合开关连接到所有的CDC。在另一个例子中，连接线组耦合到CDC之一，而多个CDC内部，共享激励信号源。

图3C展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图。

同图3B的实施例相比，图3C的实施例中，连接线组还包括主动屏蔽信号线(ASH)和/或同步时钟信号线(ACLK)。主动屏蔽信号线(ASH)同激励信号线(AE)对应。主动屏蔽信号线(ASH)通过CDC耦合开关耦合到CDC。可选地，各CDC共享主动屏蔽信号线(ASH)，从而主动屏蔽信号线(ASH)通过一个CDC耦合开关耦合到CDC之一。

可选地，同步时钟信号线(ACLK)不属于连接线组的连接线。依然可选地，各CDC共享同步时钟信号线(ACLK)

在图3C的例子中，连接线组由所有CDC共享，而电容通道连接线组同CDC一一对应。为适配CDC的增加，以同CDC相同数量增加电容通道连接线组，增加CDC耦合开关组，用于连接新增的电容通道连接线组与新增的CDC，以及为每个子开关组增加电容端口耦合开关，用于将其所在子开关组对应的电容端口耦合到该新增的电容通道连接线组。

图4A展示了根据本申请实施例的电容通道的示意图。

图4A给出了CDC利用根据本申请实施例的模拟信号路由器互电容测量的实施方式。CDC的激励信号线端口(AEC)通过开关KAEC与激励信号线(AE)相连，CDC的互电容输入信号线端口(ACC)通过开关KACC与互电容输入信号线(AC)相连，电容端口(410)通过开关KAE1与激励信号线(AE)相连，电容端口(412)通过开关KAC2与互电容输入信号线(AC)相连。同电容端口(410)与电容端口(412)各自连接的电容极板形成互电容A1。进行互电容测量时，开关KAE1、KAC2、KAEC与KACC闭合，模拟信号路由器的模拟开关矩阵的其余开关保持断开状态，从而CDC的激励信号线端口(AEC)、互电容A1和互电容输入信号线端口(ACC)及相应的连接线构成了用于测量互电容A1的通路，CDC测量该通路上的互电容A1。

根据本申请的实施例的模拟信号路由器，通过模拟开关矩阵的开关的断开或闭合，形成了不同的通路，CDC通过这些通路得以测量耦合到不同通路的不同电容。将模拟信号路由器形成的用于为CDC测量电容用的通路称为电容通道。电容通道用于耦合CDC与电容极板，使得CDC测量由电容极板所形成的电容。电容通道是动态，随着开关断开或闭合状态的改变，电容通道可被改变。电容通道是同时间关联的，随时间的改变，电容通道被创建、改变或释放。

根据本申请的实施例，一般地，电容通道是在指定时刻、由模拟开关矩阵将连接线组耦合到至少一个电容端口与电容数字转换器所形成的通路。电容通道包括由连接线组的一个或多个连接线、一个或多个电容端口与模拟开关矩阵的具有指定状态的一个或多个开关所形成的电信号的通路。通常情况下，对于单一CDC，在同一时刻，模拟信号路由器仅向该CDC提供单一的电容通道，使得该CDC通过该单一的电容通道测量电容。以及随着电容测量完成或时间改变，改变模拟信号路由器的开关状态，以向该CDC提供另一电容通道，使得该CDC通过该另一电容通道测量电容。

电容通道具有模拟信号路由器提供的指定资源，包括连接线组/电容通道连接线组的一个或多个连接线、一个或多个电容端口与模拟开关矩阵的具有指定状态的一个或多个开关。在相同时刻，资源为电容通道所独占。在不同时刻，各电容通道可共享资源。

对于多个CDC，在同一时刻，模拟信号路由器可向各CDC提供各自的电容通道。为每个CDC提供的电容通道所具有的资源彼此不同，以避免电容通道中间的干扰。

电容通道包括自电容通道与互电容通道。CDC通过自电容通道测量自电容，而通过互电容通道测量互电容。

图4A的例子展示了互电容通道(由加粗线条指示)。图4A中，互电容通道包括的资源包括激励信号线(AE)、互电容输入信号线(AC)、电容端口(410与412)、开关KAE1、KAC2、KAEC与KACC。

图4B展示了根据本申请又一实施例的电容通道的示意图。

图4B的例子展示了自电容通道(由加粗线条指示)。图4B中，自电容通道的资源包括自电容信号线(ASC)、电容端口(420与422，分别耦合电容极板A3与A4)、开关KAS3、KAS4与KSC。在图4B的例子中，CDC的自电容信号线端口(ASC)通过开关KSC与自电容信号线(ASC)，电容极板A3通过开关KAS3与自电容信号线(ASC)相连，电容极板A4通过开关KAS4与自电容信号线(ASC)相连。电容极板A3和A4构成自电容Cs的极板。进行自电容测量时，开关KAS3、KAS4与KSC闭合，模拟开关矩阵的其他开关断开，电容极板A3和A4电势相等，从而电容极板A3与A4组合形成了被测量的自电容Cs的一个极板。大地作为自电容Cs的另一个极板。自电容Cs、自电容信号线(ASC)、大地及其间的连接线构成了用于测量自电容Cs的通路，CDC测量该通路上的自电容Cs。

进一步地，通过闭合连接自电容信号线(ASC)与其他电容端口的开关(例如，KAS1、KAS2、KBS1……)，形成了进一步的电容通道，其将用于测量自电容的电容极板连接到更多的电容端口，从而该自电容的电容极板可具有更大的面积以及不同的形状。从而，根据本申请的实施例，通过配置模拟信号路由器的开关的断开或闭合形成了不同的电容通道，使得在不改变部署的硬件的情况下，CDC得以通过不同的电容通道测量不同的电容。

图4C展示了根据本申请又一实施例的电容通道的示意图。

图4C的例子展示了同时存在的两个电容通道，其一为互电容通道，其二为自电容通道。CDC1通过互电容通道测量互电容Cm，CDC2通过自电容通道测量自电容Cs。可选地，CDC1与CDC2同时实施各自的电容测量。

互电容通道中，开关KAE1、KAC2和对应CDC1的开关KAEC、KACC闭合，使得激励信号线(AE)、互电容输入信号线(AC)、电容端口(430、432)以及开关(KAE1、KAC2、KAEC与KACC)形成了互电容通道。

自电容通道中，开关KBS3、KBS4和对应CDC2的开关KSC2闭合，使得自电容信号线(ASC)、电容端口(440与442)以及开关(KBS3、KBS4与KSC2)形成了自电容通道。其中开关KBS3、KBS4同时闭合是为了扩大自电容的电容极板的面积。

模拟开关矩阵中，除了开关KAE1、KAC2、KAEC、KACC、KBS3、KBS4与KSC2，其他开关均保持断开。

从而，通过模拟信号路由器形成同时存在的多个电容通道，使得多个CDC通过各自的电容通道同时并行进行多个电容的测量。

在可选的实施例中，CDC1与CDC2内部共享激励信号源，以及CDC2利用CDC1的激励信号线端口(AEC)。在此情况下，CDC1与CDC2不能同时工作。相应地，图4C中。模拟信号路由器提供的互电容通道与自电容通道也不能同时工作，而是分时的工作。例如，T1时刻，CDC1通过互电容通道测量互电容Cm，而在之后或不同的T2时刻，CDC2通过自电容通道测量自电容Cs。

图5A展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图。

同图2A所展示的模拟信号路由器相比，图5A的模拟信号路由器还包括模拟路由控制器。模拟路由控制器耦合模拟信号路由器的模拟开关矩阵的一个或多个开关，并控制该一个或多个开关的断开或闭合。通过设置模拟路由控制器，有助于在工作现场，改变模拟信号路由器所提供的电容通道。可以理解地，模拟路由控制器不是必须的。模拟开关矩阵的开关的断开或闭合，可由现有技术的方式在模拟路由器的生产线上和/或工作现场被设置。而模拟路由控制器接管了对模拟开关矩阵的开关的控制，并可建立更高的描述层级，例如将控制对象抽象为电容通道而非开关。从而外部例如指示模拟路由控制器创建、释放指定的电容通道，而外部不必关系构建电容通道所需的各个开关的状态。

作为举例，图5A的模拟路由控制器中记录模拟信号路由器的模拟开关矩阵的所有开关的状态，模拟路由控制器与模拟开关矩阵的每个开关的控制端连接，开关的控制端根据收到的来自模拟路由控制器的控制信号，确定其开关的动作和/或状态。模拟路由控制器还接收外部的配置信息，以改变其所记录的模拟开关矩阵的一个或多个开关的状态。以及配置信息还指示模拟路由控制器将所记录的一个或多个开关的状态应用于一个或多个开关的控制端的时机。

依然作为举例。模拟路由控制器被诸如CPU的内部组件或外部组件操作，作为模拟信号路由器的控制接口。CPU或CPU所访问的程序存储器可被编程，从而设置CPU操作模拟信号路由器的方式。通过操作或配置模拟路由控制器，内部或外部组件控制模拟信号路由器形成电容通道。

作为又一个例子，模拟路由控制器包括存储器。通过对存储器编程来设置存储器所记录的模拟开关矩阵的一个或多个开关的状态，或者在不同时间模拟开关矩阵的一个或多个开关的状态。

图5B展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图。

图5B展示的例子中，模拟路由控制器包括矩阵控制寄存器组、顺序状态控制器以及选择器。

矩阵控制寄存器组包括多个寄存器，矩阵控制寄存器组的寄存器包括多个比特，每个比特对应模拟开关矩阵的开关之一的状态信息。在一个例子中，矩阵控制寄存器组的寄存器的比特数同模拟开关矩阵的开关数相同，从而寄存器的各比特同模拟开关矩阵的开关一一对应。在又一个例子中，矩阵控制寄存器组的寄存器的比特数小于模拟开关矩阵的开关数，例如寄存器为32比特寄存器。从而矩阵控制寄存器组的多个寄存器共同存储模拟开关矩阵的所有开关的状态信息。

矩阵控制寄存器组中记录了用于例如多种电容通道的模拟开关矩阵的开关的状态信息。例如，矩阵控制寄存器组的每个寄存器对应于构建电容通道之一所需的模拟开关矩阵的开关的状态信息。在又一个例子中，矩阵控制寄存器组的多个(而非全部)寄存器对应于构建电容通道之一所需的模拟开关矩阵的开关的状态信息。顺序状态控制器先后选择构建某电容通道所需的多个寄存器，用这些寄存器各比特的值设置模拟开关矩阵中的多个开关的状态。

顺序状态控制器是序列生成器、状态机或微处理器，其输出同输入对应的指定值或指定的值序列。顺序状态控制器输出的值用于指示选择矩阵控制寄存器组中的寄存器之一。可选地，矩阵控制寄存器组同选择器耦合，选择器根据顺序状态控制器的输出选择矩阵控制寄存器组的寄存器之一作为输出，并提供给模拟开关矩阵的多个开关。

在一个例子中，矩阵控制寄存器组的寄存器的比特数同模拟开关矩阵的开关数相同，相应地，为创建一个电容通道，顺序状态控制器选择矩阵控制寄存器组的单一寄存器来设置模拟开关矩阵的每个开关的状态。在又一个例子中，矩阵控制寄存器组的寄存器的比特数小于模拟开关矩阵的开关数，相应地，为创建一个电容通道，顺序状态控制器通过多个值组成的序列选择矩阵控制寄存器组的多个寄存器来设置模拟开关矩阵的多个开关的状态。

选择器将当前被选择的矩阵控制寄存器组的寄存器的各比特输出给模拟开关矩阵对应开关的控制端口，以控制对应开关的断开或闭合。

矩阵控制寄存器组可被配置，以向其写入用于控制模拟开关矩阵的开关的控制信息。例如，由外部的配置端口或处理器更新矩阵控制寄存器组的寄存器的值。

图5C展示了根据本申请又一实施例的模拟信号路由器的框图。

图5C展示的例子中，模拟路由控制器包括寄存器，寄存器的比特数同模拟开关矩阵的开关数相同，寄存器的比特同模拟路由控制器的模拟开关矩阵的开关一一对应，以及模拟路由控制器的寄存器的每个比特耦合到模拟路由控制器的模拟开关矩阵的开关之一，寄存器的比特用于控制对应开关的断开或闭合。例如，模拟开关矩阵有128个开关，相应地模拟路由控制器的寄存器的宽度为128位。

根据图5C的实施例，模拟路由控制器的寄存器的值，对应了模拟信号路由器在某时刻提供的一个或多个电容通道，这些电容通道同时存在。响应于模拟路由控制器的寄存器的值的更新，模拟信号路由器的模拟开关矩阵的一个或多个开关(对应发生改变的寄存器的比特)被重新设置工作状态，相应地，模拟信号路由器所提供的电容通道也发生变化。

依然作为举例，图5C的模拟路由控制器的单一寄存器对应多个总线地址。例如该寄存器宽度为128比特，对应32位总线的4个地址(例如，A0～A3)，通过每个总线地址访问该寄存器的32比特。同样耦合到总线的诸如CPU的外部组件通过访问总线地址(A0～A3)设置该寄存器，以在运行时更新模拟信号路由器所提供的电容通道。

图5D展示了根据申请又一实施例的模拟信号路由器的框图。

图5D展示的例子中，模拟路由控制器包括矩阵控制寄存器组与选择器。同图5B的例子相比，图5D展示的模拟路由控制器不包括顺序状态控制器。

选择器根据诸如CPU的外部组件的指示，选择矩阵控制寄存器组之一作为输出。选择器选择输出的寄存器的各比特分别耦合到模拟信号路由器的模拟开关矩阵的开关之一，用来控制对应开关的断开或闭合状态。

在一些情况下，总线的宽度(诸如32位)远小于模拟开关矩阵的开关数量。通过设置矩阵控制寄存器组，使得诸如CPU的外部组件能通过单一次的总线访问来输出用于设置模拟开关矩阵所需的所有状态信息，从而同时设置模拟开关矩阵的所有开关。

可选地，为模拟开关矩阵的各开关的控制端口提供总线地址，使得外部组件得以用访问总线的方式直接设置模拟开关矩阵的开关。虽然每次设置的开关数量小等于总线宽度，但通过多个总线周期完成对模拟开关矩阵的所有开关的状态更新。以及一些情况下，相邻两次电容测量中，仅模拟开关矩阵的部分开关的状态发生变化，从而仅需更新这些开关的状态。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (64)

1.用于电容数字转换器(CDC)的模拟信号路由器，包括连接线组、模拟开关矩阵与一个或多个电容端口；

所述连接线组包括至少第一连接线和/或第二连接线；

所述模拟开关矩阵将所述连接线组可配置或可编程地耦合到电容端口，其中在任意时刻，所述模拟开关矩阵将一个电容端口至多仅耦合到所述连接线组的一条连接线，以及所述模拟开关矩阵将所述连接线组的一条连接线耦合到零个、一个或多个电容端口；

所述模拟开关矩阵还用于将所述连接线组可配置或可编程地耦合到所述电容数字转换器；

所述模拟信号路由器还包括接地端口。

2.根据权利要求1所述的模拟信号路由器，其中

电容端口用于耦合要被所述电容数字转换器测量的电容的电容极板。

3.根据权利要求1或2所述的模拟信号路由器，其中

所述第一连接线是激励信号线；

所述第二连接线是互电容输入信号线。

4.根据权利要求1-3之一所述的模拟信号路由器，其中

所述连接线组还包括第三连接线，所述第三连接线是自电容信号线。

5.根据权利要求4所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟开关矩阵将所述第三连接线耦合到电容端口，以及将所述第三连接线耦合到所述电容数字转换器，以使得所述电容数字转换器测量耦合到所述第三连接线所耦合的电容端口的电容极板的自电容。

6.根据权利要求1-5之一所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟开关矩阵将所述第一连接线耦合到第一电容端口，将所述第二连接线耦合到第二电容端口，将所述第一连接线与所述第二连接线耦合到所述电容数字转换器，以使得所述电容数字转换器测量耦合到所述第一电容端口的电容极板与耦合到所述第二电容端口的电容极板所形成的互电容。

7.根据权利要求1-3之一所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟开关矩阵将所述第二连接线耦合到第二电容端口与所述电容数字转换器，以使得所述电容数字转换器测量耦合到所述第二电容端口的电容极板的自电容。

8.根据权利要求1-7之一所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟信号路由器用于耦合多个电容数字转换器；

所述模拟开关矩阵将所述第一连接线与所述第二连接线耦合到所述多个电容数字转换器的第一电容数字转换器；以及

所述模拟开关矩阵将所述第一连接线耦合到所述多个电容数字转换器的第二电容数字转换器。

9.根据权利要求1-8之一所述的模拟信号路由器，其中

所述电容数字转换器包括激励信号线端口与互电容输入信号线端口，所述电容数字转换器根据激励信号线端口与互电容输入信号线端口获取的信号测量互电容；和/或

所述电容数字转换器根据激励信号线端口或互电容输入信号线端口获取的信号测量自电容。

10.根据权利要求9所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟开关矩阵包括CDC耦合开关组，CDC耦合开关组包括多个开关；

CDC耦合开关组控制所述连接线组的第一连接线到电容数字转换器的激励信号线端口的耦合的闭合或断开；和/或

CDC耦合开关组控制所述连接线组的第二连接线到电容数字转换器的互电容输入信号线端口的耦合的闭合或断开。

11.根据权利要求1-10之一所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟信号路由器用于耦合多个电容数字转换器；

所述连接线组的第一连接线与第二连接线分别耦合到所述多个电容数字转换器的第一电容数字转换器的激励信号线端口与互电容输入信号线端口；以及

所述连接线组的第二连接线耦合到第二电容数字转换器的互电容输入信号线端口。

12.根据权利要求11所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟开关矩阵包括多个CDC耦合开关组；

所述多个CDC耦合开关组的第一CDC耦合开关组，将所述连接线组的第一连接线与第二连接线分别耦合到所述多个电容数字转换器的第一电容数字转换器的激励信号线端口与互电容输入信号线端口；以及

所述多个CDC耦合开关组的第二CDC耦合开关组，将所述连接线组的第二连接线耦合到第二电容数字转换器的互电容输入信号线端口。

13.根据权利要求1-12之一所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟信号路由器提供了至少一个电容通道，电容数字转换器通过电容通道测量耦合到电容通道的电容；

电容通道是在指定时刻、由所述模拟开关矩阵将所述连接线组耦合到至少一个电容端口与所述电容数字转换器所形成的通路。

14.根据权利要求13所述的模拟信号路由器，其中

电容通道包括由所述连接线组的一个或多个连接线、一个或多个电容端口与所述模拟开关矩阵的具有指定状态的一个或多个开关所形成的电信号的通路。

15.根据权利要求13或14所述的模拟信号路由器，其中

不同的电容通道各自将相同或不同的电容端口耦合到所述电容数字转换器。

16.根据权利要求13-15之一所述的模拟信号路由器，其中

第一电容通道包括由耦合的第一电容端口与所述连接线组的第一连接线以及耦合的第二电容端口与所述连接线组的第二连接线所形成的通路；

第一电容通道用于使电容数字转换器通过第一电容通道测量第一电容端口所耦合的电容极板与第二电容端口所耦合的电容极板所形成的互电容。

17.根据权利要求16所述的模拟信号路由器，其中

第二电容通道包括由耦合的第一电容端口、第二电容端口和/或第三电容端口与所述连接线组的第二连接线所形成的通路；

第二电容通道用于使电容数字转换器通过第二电容通道测量第一电容端口、第二电容端口和/或第三电容端口所耦合的电容极板的自电容。

18.根据权利要求16所述的模拟信号路由器，其中

第二电容通道包括由耦合的第一电容端口、第二电容端口和/或第三电容端口与所述连接线组的第三连接线所形成的通路；

第二电容通道用于使电容数字转换器通过第二电容通道测量第一电容端口、第二电容端口和/或第三电容端口所耦合的电容极板的自电容。

19.根据权利要求16-18之一所述的模拟信号路由器，其中

第一电容通道在第一时刻耦合到所述电容数字转换器；

第二电容通道在不同于第一时刻的第二时刻耦合到所述电容数字转换器。

20.根据权利要求13-19之一所述的模拟信号路由器，其中

所述电容数字转换器在同一时刻仅通过单一的电容通道测量电容；

所述电容数字转换器在不同时刻通过相同或不同的电容通道测量电容。

21.根据权利要求13-20之一所述的模拟信号路由器，其中

所述电容数字转换器通过其激励信号线端口与互电容输入信号线端口耦合电容通道之一以测量互电容。

22.根据权利要求21所述的模拟信号路由器，其中

所述电容数字转换器仅通过其自电容信号线端口或互电容输入信号线端口耦合电容通道之一以测量自电容。

23.根据权利要求13-22之一所述的模拟信号路由器，其中

在相同时刻，不同的电容通道各自独占所包括的所述连接线组的一个或多个连接线、一个或多个电容端口与所述模拟开关矩阵的具有指定状态的一个或多个开关。

24.根据权利要求13-23之一所述的模拟信号路由器，其中

在不同时刻，不同的电容通道可共用各自所包括的所述连接线组的一个或多个连接线、一个或多个电容端口与所述模拟开关矩阵的具有指定状态的一个或多个开关。

25.根据权利要求13-24之一所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟信号路由器用于耦合多个电容数字转换器；

在相同时刻，所述多个电容数字转换器的一个或多个分别耦合不同的电容通道以通过各自耦合的电容通道同时测量电容。

26.根据权利要求13-25之一所述的模拟信号路由器，其中；

电容通道包括由耦合的第一多个电容端口与所述连接线组的第一连接线所形成的通路，其中所述连接线组的第一连接线耦合到所述第一多个电容端口。

27.根据权利要求13-26之一所述的模拟信号路由器，其中；

电容通道包括由耦合的第二多个电容端口与所述连接线组的第二连接线所形成的通路，其中所述连接线组的第二连接线耦合到所述第二多个电容端口。

28.根据权利要求13-27之一所述的模拟信号路由器，其中；

所述连接线组还包括第三连接线；

电容通道包括由耦合的第三多个电容端口与所述连接线组的第三连接线所形成的通路，其中所述连接线组的第三连接线耦合到所述第三多个电容端口。

29.根据权利要求13-28之一所述的模拟信号路由器，其中；

电容通道包括自电容通道和/或互电容通道；

互电容通道同时耦合所述连接线组的第一连接线与第二连接线，所述电容数字转换器用于通过互电容通道测量互电容；

自电容通道耦合所述连接线组的第二连接线，所述电容数字转换器用于通过自电容通道测量自电容。

30.根据权利要求29所述的模拟信号路由器，其中；

互电容通道耦合所述电容数字转换器的激励信号线端口与互电容输入信号线端口；

自电容通道耦合所述电容数字转换器的互电容输入信号线端口。

31.根据权利要求30所述的模拟信号路由器，其中；

在第一时刻，所述电容数字转换器通过自电容通道测量自电容；

在第二时刻，所述电容数字转换器通过自电容通道测量自电容。

32.根据权利要求30或31所述的模拟信号路由器，其中；

在第一时刻，所述电容数字转换器通过互电容通道测量互电容；

在第二时刻，所述电容数字转换器通过互电容通道测量互电容。

33.根据权利要求30-32之一所述的模拟信号路由器，其中；

在第一时刻，所述电容数字转换器通过互电容通道测量互电容；

在第二时刻，所述电容数字转换器通过自电容通道测量自电容。

34.根据权利要求1-33之一所述的模拟信号路由器，其中；

电容数字转换器向所述连接线组的第一连接线施加第一激励信号；

电容数字转换器从所述连接线组的第二连接线(AC)获取对所述第一激励信号的第一响应，以测量根据所述第一激励信号产生第一响应的互电容。

35.根据权利要求34所述的模拟信号路由器，其中；

电容数字转换器向所述连接线组的第三连接线施加第二激励信号，并从所述连接线组的第三连接线获取对所述第二激励信号的第二响应，以测量根据所述第二激励信号产生第二响应的自电容；或者

电容数字转换器向所述连接线组的第二连接线施加第二激励信号，并从所述连接线组的第二连接线获取对所述第二激励信号的第二响应，以测量根据所述第二激励信号产生第二响应的自电容。

36.根据权利要求35所述的模拟信号路由器，其中；

电容数字转换器从第一电容通道获取第一响应，以及从第二电容通道获取第二响应。

37.根据权利要求1-36之一所述的模拟信号路由器，其中

模拟信号路由器还包括至少一个电容通道连接线组；

电容通道连接线组包括一条连接线；

所述模拟开关矩阵将所述电容通道连接线组可配置或可编程地耦合到电容端口，其中在任意时刻，所述模拟开关矩阵将一个电容端口至多仅耦合到电容通道连接线组的一条连接线，以及所述模拟开关矩阵将所述电容通道连接线组的一条连接线耦合到零个、一个或多个电容端口。

38.根据权利要求37所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟信号路由器用于耦合多个电容数字转换器；

所述模拟开关矩阵将所述连接线组耦合到所述多个电容数字转换器的第一电容数字转换器；以及

所述模拟开关矩阵将电容通道连接线组耦合到所述多个电容数字转换器的第二电容数字转换器。

39.根据权利要求38所述的模拟信号路由器，其中

电容通道是在指定时刻、由所述模拟开关矩阵将所述连接线组与所述电容通道连接线组耦合到至少一个电容端口与电容数字转换器所形成的通路。

40.根据权利要求39所述的模拟信号路由器，其中

电容通道包括由所述连接线组的一个或多个连接线、电容通道连接线组、一个或多个电容端口与所述模拟开关矩阵的具有指定状态的一个或多个开关所形成的电信号的通路。

41.根据权利要求1-40之一所述的模拟信号路由器，还包括模拟路由控制器；

所述模拟路由控制器耦合所述模拟开关矩阵，并控制所述模拟开关矩阵的各个开关的断开或闭合。

42.根据权利要求41所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟路由控制器包括寄存器组、顺序状态控制器和/或选择器；

所述寄存器组包括多个寄存器，其中所述多个寄存器的每个寄存器的每个比特的值指示所述模拟开关矩阵的开关之一的断开或闭合；

所述顺序状态控制器的输出控制所述选择器选择所述多个寄存器之一作为所述模拟路由控制器的输出。

43.根据权利要求42所述的模拟信号路由器，其中；

所述顺序状态控制器按指定顺序输出一个或多个指定状态之一。

44.根据权利要求41所述的模拟信号路由器，其中，

所述模拟路由控制器包括寄存器；

所述模拟路由控制器的寄存器的每个比特的值指示所述模拟开关矩阵的开关之一的断开或闭合。

45.根据权利要求41所述的模拟信号路由器，其中，

所述模拟路由控制器包括寄存器组与选择器；

所述寄存器组包括多个寄存器，其中所述多个寄存器的每个寄存器的每个比特的值指示所述模拟开关矩阵的开关之一的断开或闭合；

所述选择器选择所述多个寄存器之一作为所述模拟路由控制器的输出。

46.根据权利要求1-45之一所述的模拟信号路由器，其中；

所述连接线组还包括主动屏蔽信号线；

所述模拟开关矩阵将所述连接线组的主动屏蔽信号线耦合到电容端口或主动屏蔽信号端口。

47.根据权利要求46所述的模拟信号路由器，其中；

所述电容数字转换器包括主动屏蔽信号线端口；

所述模拟开关矩阵将所述连接线组的主动屏蔽信号线耦合到所述电容数字转换器的主动屏蔽信号线端口。

48.根据权利要求47所述的模拟信号路由器，其中；

所述电容数字转换器的主动屏蔽信号线端口耦合所述电容数字转换器的激励信号线端口。

49.根据权利要求1-48之一所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟开关矩阵包括电容端口耦合开关组，电容端口耦合开关组包括一个或多个子开关组；

电容端口耦合开关组的子开关组包括多个开关；

电容端口耦合开关组的每个子开关组所包括的多个开关同所述模拟信号路由器的连接线组的所有连接线一一对应；

电容端口耦合开关组的一个或多个子开关组同所述模拟信号路由器的一个或多个电容端口的一一对应；

在任一时刻，电容端口耦合开关组的每个子开关组的多个开关至多仅一个闭合，以将同一个子开关组对应的电容端口至多仅耦合到所述连接线组的一条连接线；

所述连接线组的一条连接线通过电容端口耦合开关组的零个、一个或多个子开关组耦合到同这些子开关组对应的零个、一个或多个电容端口。

50.根据权利要求49所述的模拟信号路由器，其中

电容端口耦合开关组的第一多个子开关组的每个子开关组的开关之一同时闭合，以将所述连接线组的连接线耦合到同第一多个子开关组对应的第一多个电容端口。

51.用于电容数字转换器的模拟信号路由器，包括仅一个连接线组、至少一个电容通道连接线组、模拟开关矩阵与一个或多个电容端口；

所述连接线组包括至少一条连接线；

所述模拟开关矩阵将所述连接线组可配置或可编程地耦合到电容端口，其中在任意时刻，所述模拟开关矩阵将一个电容端口至多仅耦合到所述连接线组的一条连接线，以及所述模拟开关矩阵将所述连接线组的一条连接线耦合到零个、一个或多个电容端口；

所述电容通道连接线组包括仅一条连接线；

所述模拟开关矩阵将所述电容通道连接线组可配置或可编程地耦合到电容端口，其中在任意时刻，所述模拟开关矩阵将一个电容端口至多仅耦合到所述电容通道连接线组的一条连接线，以及所述模拟开关矩阵将所述电容通道连接线组的一条连接线耦合到零个、一个或多个电容端口；

所述模拟开关矩阵还将所述连接线组与电容通道连接线组耦合到所述电容数字转换器；

所述模拟信号路由器还包括接地端口。

52.根据权利要求51所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟信号路由器用于耦合多个电容数字转换器；

所述连接线组包括激励信号线，所述电容通道连接线组包括互电容输入信号线；

所述模拟开关矩阵将所述连接线组耦合到所述多个电容数字转换器之一或每个；

所述至少一个电容通道连接线组的数量同所述多个电容数字转换器的数量相同，所述模拟开关矩阵还将所述至少1个电容通道连接线组的每个电容通道连接线组同对应的所述多个电容数字转换器之一耦合。

53.根据权利要求52所述的模拟信号路由器，其中

所述连接线组还包括主动屏蔽信号线；

所述模拟开关矩阵将所述连接线组的激励信号线与主动屏蔽信号线耦合到所述多个电容数字转换器之一或每个。

54.根据权利要求52或53所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟开关矩阵将所述连接线组的激励信号线耦合到第一电容端口，将所述至少一个电容通道连接线组的第一电容通道连接线组耦合到第二电容端口，将所述连接线组的激励信号线与所述第一电容通道连接线组耦合到所述多个电容数字转换器的第一电容数字转换器，以使得所述第一电容数字转换器测量耦合到所述第一电容端口的电容极板与耦合到所述第二电容端口的电容极板所形成的互电容。

55.根据权利要求52-54之一所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟开关矩阵将所述电容通道连接线组的互电容输入信号线耦合到第二电容端口，将所述电容通道连接线组的互电容输入信号线耦合到所述多个电容数字转换器的第一电容数字转换器，以使得所述第一电容数字转换器测量耦合到所述第二电容端口的电容极板所形成的自电容。

56.根据权利要求52-55之一所述的模拟信号路由器，其中

所述多个电容数字转换器的第一电容数字转换器包括激励信号线端口与互电容输入信号线端口，所述多个电容数字转换器的其他电容数字转换器仅包括互电容输入信号线端口；

所述电容数字转换器的每个根据第一电容数字转换器的激励信号线端口与自身的互电容输入信号线端口获取的信号测量互电容，以及所述电容数字转换器的每个通过自身的互电容输入信号线端口测量自电容。

57.根据权利要求51-55之一所述的模拟信号路由器，其中

所述多个电容数字转换器的每个包括激励信号线端口与互电容输入信号线端口，所述多个电容数字转换器的每个根据自身的激励信号线端口与互电容输入信号线端口获取的信号测量互电容，以及根据自身的互电容输入信号线端口获取的信号测量自电容。

58.根据权利要求51-57之一所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟信号路由器提供了至少一个电容通道，电容数字转换器通过电容通道测量耦合到电容通道的电容；

电容通道是在指定时刻、由所述模拟开关矩阵将所述连接线组与所述至少一个电容通道连接线组、耦合到至少一个电容端口与电容数字转换器所形成的通路。

59.根据权利要求58所述的模拟信号路由器，其中

电容通道包括由所述连接线组的一个或多个连接线、所述至少一个电容通道连接线组的一个或多个、一个或多个电容端口与所述模拟开关矩阵的具有指定状态的一个或多个开关所形成的电信号的通路。

60.根据权利要求58或59所述的模拟信号路由器，其中

不同的电容通道各自将相同或不同的电容端口耦合到所述电容数字转换器。

61.根据权利要求51-60之一所述的模拟信号路由器，其中

所述电容数字转换器包括激励信号线端口与互电容输入信号线端口，所述电容数字转换器根据激励信号线端口与互电容输入信号线端口获取的信号测量互电容；和/或

所述电容数字转换器根据互电容输入信号线端口获取的信号测量自电容。

62.根据权利要求61所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟开关矩阵包括CDC耦合开关组，CDC耦合开关组包括多个开关；

CDC耦合开关组控制所述连接线组与所述电容通道连接线组的每个连接线到电容数字转换器的端口之一的耦合的闭合或断开。

63.根据权利要求51-62之一所述的模拟信号路由器，其中

所述模拟开关矩阵包括电容端口耦合开关组，电容端口耦合开关组包括一个或多个子开关组；

电容端口耦合开关组的子开关组包括多个开关；

电容端口耦合开关组的每个子开关组所包括的多个开关同所述模拟信号路由器的连接线组与所有电容通道连接线组的所有连接线一一对应；

电容端口耦合开关组的子开关组同所述模拟信号路由器的电容端口的一一对应；

在任一时刻，电容端口耦合开关组的每个子开关组的多个开关至多仅一个闭合，以将同一个子开关组对应的电容端口至多仅耦合到所述连接线组或所述至少一个电容通道连接线组的一条连接线；

所述模拟开关矩阵将所述连接线组或所述至少一个电容通道连接线组的一条连接线通过电容端口耦合开关组的零个、一个或多个子开关组耦合到同这些子开关组对应的零个、一个或多个电容端口。

64.根据权利要求63所述的模拟信号路由器，其中

电容端口耦合开关组的第一多个子开关组或所述至少一个电容通道连接线组的每个子开关组的开关之一同时闭合，以将所述连接线组或所述至少一个电容通道连接线组的连接线耦合到同第一多个子开关组对应的第一多个电容端口。

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