CN115343515B - 模拟前端电路、电容测量电路、芯片及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及微电子技术领域，公开了一种模拟前端电路、电容测量电路、芯片及电子设备。模拟前端电路包括：开关电路，被配置为根据有效的第一控制信号连通第一节点和第二节点；根据有效的第二控制信号连通第一节点和第三节点；第一控制信号与第二控制信号交替有效；第一电荷转移电路，被配置为根据有效的第一控制信号，基于第二控制信号有效时积累的电荷为待测电容充电至第一电压，并根据转移的电荷量在第一输出节点提供第一输出电压；第二电荷转移电路，被配置为根据有效的第二控制信号，将待测电容放电至第二电压，并根据转移的电荷量在第二输出节点提供第二输出电压。有利于提高电容测量效率。

Description

模拟前端电路、电容测量电路、芯片及电子设备

技术领域

本申请实施例涉及微电子技术领域，特别涉及一种模拟前端电路、电容测量电路、芯片及电子设备。

背景技术

随着显示屏越来越薄，自电容触控屏的寄生电容也越来越大，同时公共地受显示屏影响，存在比电容变化信号大的多的干扰，进而导致自电容触控屏对电容的测量也越来越不灵敏。为了提高电容测量的灵敏度，目前通常在自电容触控屏中设置如图1所示的电容测量电路：将电容视为一个接地的电容，电容另一端依次连接模拟前端电路、模数转换电路、数字混频电路和数字滤波电路，从而通过数字混频电路将输出信号混频到直流（DirectCurrent，DC）中后，后续能够通过中频放大，提高灵敏度。并且模拟前端电路的一种常见的实现方式如图2所示，其中，开关SW1和SW2交替导通，SW2导通时，待测电容Cs将会被充电至Vcc，SW1导通时，待测电容Cs将会向反馈电容Cf 放电至Vcm，放电过程中待测电容的电荷被转移到反馈电容Cf上，从而通过反馈电容Cf连接的输出端输出的电压值Vout反映转移的电荷，并进一步基于转移的电荷量计算出待测电容值。

然而，上述模拟前端电路工作在反馈电容Cf向待测电容充电的阶段时，无法用于测量待测电容的电容值，存在测量效率低的问题。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种模拟前端电路、电容测量电路、芯片及电子设备，有利于提高测量效率。

为达到上述目的，本申请的实施例提供了一种模拟前端电路，包括：第一电荷转移电路、第二电荷转移电路以及开关电路；所述开关电路，与待测电容的第一端耦接于第一节点、与所述第一电荷转移电路耦接于第二节点、与所述第二电荷转移电路耦接于第三节点；所述待测电容的第二端接地；所述开关电路，被配置为根据有效的第一控制信号，连通所述第一节点和所述第二节点；根据有效的第二控制信号，连通所述第一节点和所述第三节点；所述第一控制信号与所述第二控制信号交替有效；所述第一电荷转移电路，被配置为根据有效的所述第二控制信号，进行电荷积累；根据有效的所述第一控制信号，基于所述第二控制信号有效时积累的电荷为所述待测电容充电，直至所述第一节点的电压达到第一电压，并根据向所述待测电容转移的电荷量在第一输出节点提供第一输出电压；所述第二电荷转移电路，被配置为根据有效的所述第二控制信号，将所述待测电容放电至所述第一节点的电压达到第二电压，并根据所述待测电容转移的电荷量在第二输出节点提供第二输出电压；根据有效的所述第一控制信号，基于所述第二控制信号有效时所述待测电容转移过来的电荷进行释放。

为达到上述目的，本申请的实施例还提供了一种电容测量电路，包括：如上所述的模拟前端电路、数字滤波电路以及耦接于所述模拟前端电路和所述数字滤波电路之间的模数转换电路。

为达到上述目的，本申请的实施例还提供了一种芯片，包括：如上所述的模拟前端电路，或者，如上所述的电容测量电路。

为达到上述目的，本申请的实施例还提供了一种电子设备，包括如上所述的芯片。

本申请实施例提供的模拟前端电路，第一控制信号和第二控制信号交替有效，因此，第二节点和第三节点轮流与第一节点连通，从而第一电荷转移电路为待测电容充电至第一节点的电压达到第一电压并根据转移的电荷量在第一输出节点提供第一输出电压，以及，第二电荷转移电路将待测电容放电至第一节点的电压达到第二电压并根据转移的电荷量在第二输出节点提供第二输出电压，轮流进行，也就是说，待测电容上不断进行电荷转移且转移的电荷能够通过第一输出节点或第二输出节点输出的电压值被持续地测量，从而基于待测电容转移的电荷计算电测电容的电容值，即实现对待测电容的持续测量，提高了测量效率。

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，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是一种现有电容测量电路的结构示意图；

图2是一种现有模拟前端电路的结构示意图；

图3是本申请一实施例中提供的模拟前端电路的结构示意图；

图4是本申请另一实施例提供的模拟前端电路的结构示意图；

图5是本申请另一实施例提供的模拟前端电路的结构示意图；

图6是本申请另一实施例提供的模拟前端电路的结构示意图；

图7是本申请另一实施例提供的第一控制信号、第二控制信号以及部分节点的信号的波形图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，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例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

本申请实施例一方面提供了一种模拟前端电路，应用于电容触控屏等需要进行电容测量的电子设备。如图3所示，模拟前端电路1000包括第一电荷转移电路100、第二电荷转移电路200以及开关电路300。开关电路300分别与待测电容400的第一端耦接于第一节点a、与第一电荷转移电路100耦接于第二节点b、与第二电荷转移电路200耦接于第三节点c，待测电容400的第二端接地。

其中，开关电路300，被配置为根据有效的第一控制信号，连通第一节点a和第二节点b；根据有效的第二控制信号，连通第一节点a和第三节点c；第一控制信号与第二控制信号交替有效。

第一电荷转移电路100，被配置为根据有效的第二控制信号，进行电荷积累；根据有效的第一控制信号，基于第二控制信号有效时积累的电荷为待测电容400充电至第一节点a的电压达到第一电压，并根据向待测电容400转移的电荷量在第一输出节点d提供第一输出电压。

第二电荷转移电路200，被配置为根据有效的第二控制信号，将待测电容400放电至第一节点a的电压达到第二电压，并根据待测电容400转移的电荷量在第二输出节点e提供第二输出电压；根据有效的第一控制信号，基于第二控制信号有效时待测电容400转移过来的电荷进行释放。

如此，通过第一控制信号和第二控制信号交替有效，使得第一电荷转移电路100和第二电荷转移电路200交替与待测电容400耦接，并在耦接时与待测电容400进行电荷转移，从而一方面，根据电荷守恒定律可知，从第一电荷转移电路100转移出去的电荷或第二电荷转移电路200接收到的电荷即待测电容400上发生转移的电荷，其中，第一电荷转移电路100转移的电荷可根据第一控制信号有效时的第一输出电压计算得到，第二电荷转移电路200转移的电荷可根据第二控制信号有效时的第二输出电压计算得到；另一方面，第一电荷转移电路100在第一控制信号有效时通过电荷转移将第一节点a（即待测电容400的第一端）的电压提升至第一电压、第二电荷转移电路200在第二控制信号有效时通过电荷转移将第一节点a（即待测电容400的第一端）的电压拉低至第二电压，也就是说，第一控制信号和第二控制信号交替有效意味着：待测电容400的电压从第二电压变化至第一电压、从第一电压变化至第二电压这两种电压变化过程交替发生，即待测电容400上的电压变化是第一电压与第二电压之差。进而在确定待测电容400转移的电荷量以及电压变化量的情况下，根据电容电荷的计算公式Q=CV计算出待测电容400的电容值为：转移的电荷量/（第一电压-第二电压）。由此可见，本实施例提供的模拟前端电路1000，实现了对待测电容400的电容值测量。

同时，由上可知，在第一控制信号有效的情况下，可以基于第一电荷转移电路100计算出待测电容400的电容值，在第二控制信号有效的情况下，可以基于第二电荷转移电路200计算出待测电容400的电容值，这样，在模拟前端电路1000处于工作状态时，由于第一控制信号和第二控制信号交替有效，因此，本实施例提供的模拟前端电路1000总是能够测量待测电容400的电容值，大大提高了模拟前端电路1000的电容测量效率。

以下将依次对第一电荷转移电路100、第二电荷转移电路200和开关电路300分别进行说明。

在一些实施例中，如图4所示，第一电荷转移电路100包括第一隔离模块101、第一储能模块102、第一输入端103和第二输入端104；第一隔离模块101耦接于第一输入端103和第二节点b之间，第一储能模块102分别与第二节点b、第二输入端104和第一输出节点d耦接。

其中，第一输入端103，被配置为耦接第一电压；第二输入端104，被配置为耦接第二电压；第一隔离模块101，被配置为隔离第一输入端103和第二节点b并根据第一输入端103提供的第一电压，将第二节点b的电压钳制在第一电压；第一储能模块102，被配置为根据有效的第二控制信号，基于第二节点b提供的第一电压和第二输入端104提供的第二电压进行电荷积累；根据有效的第一控制信号，基于第二控制信号有效时积累的电荷，为待测电容400充电至第一节点a的电压达到第一电压，并根据向待测电容400转移的电荷量在第一输出节点d提供第一输出电压。

如此，通过设置的第一隔离模块101，使得第一储能模块102和第一输入端103处提供的第一电压进行隔离，避免在第一控制信号有效时，第一输入端103处提供的第一电压也参与到与待测电容400之间的电荷转移过程，使得第一储能模块102转移的电荷量就等于待测电容400的电荷量，也就是说，测量待测电容400的电容值的过程中只关注第一储能模块102转移的电荷量即可，有利于简化第一控制信号有效时，测量待测电容400转移电荷量的处理过程。

在一些情况下，如图5所示，第一储能模块102还可以进一步包括第一子模块112和第二子模块122，其中，第一子模块112，分别与第二节点b、第一输出节点d和第二输入端104耦接，被配置为根据有效的第二控制信号，基于第二节点b提供的第一电压和第二输入端104提供的第二电压，接收通过第二子模块122转移过来的电荷并进行电荷积累；根据有效的第一控制信号，基于第二控制信号有效时积累的电荷，为待测电容400充电至第一节点的电压达到第一电压，并根据向待测电容400转移的电荷量在第一输出节点d提供第一输出电压；第二子模块122，耦接于第二节点b和第一输出节点d之间，被配置为根据有效的第二控制信号，向第一子模块112转移电荷。从而通过第二子模块122提供第一子模块112在基于第二节点b提供的第一电压和第二输入端104提供的第二电压积累电荷所所需要的电荷。

关于第一子模块112和第二子模块122的功能和结构，在一些实施例中，可以参考图6。

如图6所示，第一子模块112包括第一电容1121、第一开关单元1122和第二开关单元1123，第一电容1121、第一开关单元1122和第二开关单元1123耦接于第四节点f，第一电容1121耦接于第二节点b与第四节点f之间，第一开关单元1122耦接于第四节点f和第一输出节点d之间，第二开关单元1123耦接于第四节点f和第二输入端104之间。

其中，第一开关单元1122，被配置为根据第一控制信号保持导通状态；第二开关单元1123，被配置为根据有效的第二控制信号保持导通状态。

在一些例子中，第一电容1121的电容值可以为待测电容400的基础电容值的一半，其中待测电容400的基础电容值为在待测电容400在无干扰、电容不发生变化情况下所具有的电容值。

从而，在第一控制信号无效、第二控制信号有效时，第一开关单元1122导通，第二开关单元1123断开，第一电容1121两端分别耦接第二节点a（被第一隔离模块101调整至第一电压）和第二输入端104（提供第二电压），即第一电容1121两端耦接第一电压和第二电压，进行充电，产生了电荷积累，直到第一电容1121一端耦接的第二节点b稳定在第一电压、另一端耦接的第四节点f稳定在第二电压；在第一控制信号有效、第二控制信号无效时，第一开关单元1122保持断开状态，第二开关单元1123保持导通状态，第一电容1121两端分别耦接第二节点a（被第一隔离模块101钳制到第一电压）和第一输出节点d，第一电容1121在第一控制信号无效、第二控制信号有效时积累的电荷被转移到待测电容400上，以将第一节点a（即待测电容400的第一端）的电压提升至第一电压，此时，由于第一电容1121一端耦接的第二节点b的电压被钳制在第一电压，且电容两端的电压不会突变，因此，电荷转移的过程中，第一电容1121另一端耦接的第一输出节点d的电压会在第二电压的基础上发生变化，且第一输出节点的电压变化量ΔV=ΔQ/C1，其中，C1为第一电容1121的电容值，ΔQ为第一电容1121的电荷变化量。也就是说，第一输出节点d提供的第一输出电压Vout1=V2+ΔV= V2+ΔQ/C1，其中，V2为第二电压的电压值。由此可见，第一输出电压Vout1为第二电压与向待测电容400转移的电荷量带来的电压变化量之和。

进一步地，通过Vout1=V2+ΔV=V2+ΔQ/C1可知：ΔQ=C1*(Vout1-V2)。也就是说，通过从第一输出节点d处读取出的第一输出电压Vout1、第一电容1121的电容值C1以及第二电压的电压值，即可计算出待测电容400转移的电荷量。

如图6所示，第二子模块122包括第三开关单元1221，其中，第三开关单元1221，耦接于第一输出节点d和第二节点b之间，被配置为根据有效的第二控制信号，保持导通状态。

关于第一隔离模块101，在一些实施例中，可以通过放大器实现。如图6所示，第一隔离模块101包括第一放大器111，第一放大器111的正相输入端与第一输入端103耦接、反相输入端与第二节点b耦接、输出端与第一输出节点d耦接。从而根据放大器的虚短原理，第一输入端103耦接的第一电压将会使得第二节点b处的电压也保持在第一电压，一方面，在第二控制信号有效时，通过第二节点b提供的第一电压和第二输入端104提供的第二电压对第一储能模块102（如前述实施例所述的第一电容1121）进行充电，另一方面，在第一控制信号有效时，将第一输入端103耦接的第一电压与第一储能模块102和待测电容400隔断，避免第一输入端103耦接的电源参与电荷转移进而导致的待测电容400转移的电荷难以确定的问题，而只由第一储能模块102为待测电容400充电，从而将第二节点b的电压保持在第一电压并能够通过第一输出节点d输出根据转移的电荷量确定的第一输出电压。

在一些实施例中，如图4所示，第二电荷转移电路200包括第二隔离模块201、第二储能模块202、第三输入端203和第四输入端204；第二隔离模块201耦接于第三输入端203和第三节点c之间，第二储能模块202分别与第三节点c、第四输入端204和第二输出节点e耦接。

其中，第三输入端203，被配置为耦接第二电压；第四输入端204，被配置为耦接第一电压；第二隔离模块201，被配置为隔离第三输入端203和第三节点c并根据第三输入端203提供的第二电压，将第三节点c的电压钳制在第二电压；第二储能模块202，被配置为根据有效的第二控制信号，将待测电容400放电至第一节点a的电压达到第二电压，并根据向待测电容400转移的电荷量在第二输出节点e提供第二输出电压；根据有效的第一控制信号，基于第三节点c提供的第二电压和第三输入端203提供的第一电压，对基于第二控制信号有效时待测电容400转移过来的电荷进行释放。

如此，通过设置的第二储能模块202，使得第二储能模块202和第三输入端203处提供的第二电压进行隔离，避免在第二控制信号有效时，第三输入端203处提供的第二电压也参与到与待测电容400之间的电荷转移过程，使得第二储能模块202转移的电荷量就等于待测电容400的电荷量，也就是说，测量待测电容400的电容值的过程中只关注第二储能模块202转移的电荷量即可，有利于简化第二控制信号有效时，测量待测电容400转移电荷量的处理过程。

在一些情况下，如图5所示，第二储能模块202包括第三子模块212和第四子模块222。其中，第三子模块212，分别与第三节点c、第二输出节点e和第四输入端204耦接，被配置为根据有效的第二控制信号，为待测电容400放电至第一节点a的电压达到第二电压，并根据待测电容400转移的电荷量在第二输出节点e提供第二输出电压；根据有效的第一控制信号，基于第三节点c提供的第二电压和第四输入端204提供的第一电压，通过第四子模块222对基于第二控制信号有效时待测电容400转移的电荷进行释放；第四子模块222，耦接于第三节点c和第二输出节点e之间，被配置为根据有效的第一控制信号，转移第三子模块212释放的电荷。

关于第三子模块212和第四子模块222的功能和结构，在一些实施例中，可以参考图6。

如图6所示，第三子模块212包括第二电容2121、第四开关单元2122和第五开关单元2123，第二电容2121、第四开关单元2122和第五开关单元2123耦接于第五节点g，第二电容2121耦接于第三节点c与第五节点g之间，第四开关单元2122耦接于第五节点g和第二输出节点e之间，第五开关单元2123耦接于第五节点g和第四输入端204之间。

其中，第四开关单元2122，被配置为根据第二控制信号保持导通状态；第五开关单元2123，被配置为根据有效的第一控制信号保持导通状态。在一些情况下，第二电容2121的电容值可以为待测电容400的基础电容值的一半。

从而，在第一控制信号有效、第二控制信号无效时，第四开关单元2122保持断开状态，第五开关单元2123保持导通状态，第二电容2121两端分别耦接第三节点c（被第二隔离模块201钳制到第二电压）和第四输入端204（提供第一电压），即第二电容2121两端耦接第二电压和第一电压，进行放电，直到第二电容2121一端耦接的第三节点c稳定在第二电压、另一端耦接的第五节点g稳定在第一电压；在第一控制信号无效、第二控制信号有效时，第四开关单元2122保持导通状态，第五开关单元2123保持断开状态，第二电容2121两端分别耦接第三节点c（被第二隔离模块201钳制到第二电压）和第二输出节点e，待测电容400在第一控制信号有效、第二控制信号无效时由第一电荷转移电路100充电而积累的电荷被转移到第二电容2121上，以将第一节点a（即待测电容400的第一端）的电压拉低至第二电压，此时，由于第二电容2121一端耦接的第三节点c的电压被钳制在第二电压，且电容两端的电压不会突变，因此，电荷转移的过程中，第二电容2121另一端耦接的第二输出节点e的电压会在第一电压的基础上发生变化，且第二输出节点的电压变化量ΔV=ΔQ/C2，其中，C2为第二电容2121的电容值，ΔQ为第二电容2121的电荷变化量。也就是说，第二输出节点e提供的第二输出电压Vout2=V1+ΔV= V1+ΔQ/C2，其中，V1为第一电压的电压值。由此可见，第二输出电压Vout2为第一电压与待测电容400转移的电荷量带来的电压变化量之和。

进一步地，通过Vout2=V1+ΔV= V1+ΔQ/C2可知：ΔQ=C2*(Vout2-V1)。也就是说，从第二输出节点e处读取出的第二输出电压Vout2并在确定了第二电容2121的电容值C2以及第一电压的电压值后，即可计算出待测电容400转移的电荷量。

如图6所示，第四子模块222包括第六开关单元2221。其中，第六开关单元2221，耦接于第二输出节点e和第三节点c之间，被配置为根据有效的第二控制信号，保持导通状态。

关于第二隔离模块201的功能和结构，在一些实施例中，可以通过放大器实现。如图6所示，第二隔离模块201包括第二放大器211，第二放大器211的正相输入端与第三输入端203耦接、反相输入端与第三节点c耦接、输出端与第二输出节点e耦接。从而根据放大器的虚短原理，第三输入端203耦接的第二电压将会使得第三节点c处的电压也保持在第二电压，一方面，在第一控制信号有效时，通过第三节点c提供的第二电压和第四输入端204提供的第一电压对第二储能模块202（如前述实施例所述的第二电容2121）进行充电，另一方面，在第二控制信号有效时，将第三输入端203耦接的第二电压与第二储能模块202和待测电容400隔断，避免第三输入端203耦接的电源参与电荷转移进而导致的待测电容400转移的电荷难以确定的问题，而只由第二储能模块202为待测电容400充电，从而将第三节点c的电压保持在第二电压并能够通过第二输出节点e输出根据转移的电荷量确定的第二输出电压。

此外，在一些实施例中，如图6所示，开关电路300包括第七开关单元301和第八开关单元302。其中，第七开关单元301，耦接于第一节点a和第二节点b之间，被配置为根据有效的第一控制信号保持导通状态；第八开关单元302，耦接于第一节点a和第三节点c之间，被配置为根据有效的第二控制信号保持导通状态。从而，在第一控制信号有效、第二控制信号无效时，第七开关单元301保持导通状态、第八开关单元302保持断开状态，第一节点a和第二节点b之间将会被连通，即第一电荷转移电路100与待测电容400将会被连通，从而进行电荷转移；在第一控制信号无效、第二控制信号有效时，第七开关单元301保持断开状态、第八开关单元302保持导通状态，第一节点a和第三节点c之间将会被连通，即第二电荷转移电路200与待测电容400将会被连通，从而进行电荷转移。

需要说明的是，上述实施例中涉及的开关单元（包括第一开关单元1122-第八开关单元302）可以是通过金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor, MOSFET）实现，此处就不再一一赘述了。

还需要说明的是，第三开关单元1221和第六开关单元2221保持导通状态时，还能够辅助测量待测电容400的电容值，具体如下：如前述分析，在第一控制信号有效、第二控制信号无效时，对于待测电容400，满足ΔQ=C1*(Vout1-V2)且ΔV=V1-V2，因此，待测电容400的电容值Cs=ΔQ/ΔV= C1*[(Vout1-V2)/(V1-V2)]，而此时，由于第六开关单元2221保持导通状态，即第三节点c和第二输出节点e之间连通，进而第二输出节点e提供的第二输出电压Vout2为第二电压，因而，待测电容400的电容值Cs=ΔQ/ΔV= C1*[(Vout1-Vout2)/(V1-V2)]；类似地，在第一控制信号无效、第二控制信号有效时，待测电容400的电容值Cs=ΔQ/ΔV= C1*[(Vout1-Vout2)/(V1-V2)]。这样，通过设置带电容值相等的第一电容1121和第二电容2121，使得在确定待测电容400的电容值时，始终都是对第一输出节点d提供的第一输出电压Vout1和第二输出节点e提供的第二输出电压Vout2做差，简化了数据处理过程，提高了数据处理效率，进而提高了测量的效率。

为了便于本领域技术人员更好地理解前述实施所述的效果，以下将结合图6所示的模拟前端电路1000以及图7所示的信号图进行说明。其中，假设第一电压和第二电压之差为Vref。

第一控制信号S1和第二控制信号S2交替有效，第一控制信号S1有效、第二控制信号S2无效为第一阶段，此时，第一开关单元1122、第三开关单元1221、第五开关单元2123和第七开关单元301导通，其他开关单元断开；第一控制信号S1无效、第二控制信号S2有效为第二阶段，此时，第一开关单元1122、第三开关单元1221、第五开关单元2123和第七开关单元301断开，其他开关单元导通。

关于模拟前端电路1000的输入，则有：

在第一阶段时，

根据电荷守恒定律可知，Cs*ΔVx=C1*ΔV1，Cs为待测电容400当前的电容值，ΔVx为待测电容400在第一阶段的电压变化值，ΔV1为第一电容1121在第一阶段的电压变化值；

根据当前第一阶段是在上一第二阶段中待测电容400第一端被拉低至第二电压状态的基础上进行改变且在当前第一阶段中会被充电至第一电压可知，ΔVx=V1-V2=Vref，其中，V1为第一电压，V2为第二电压；

根据当前第一阶段是从上一第二阶段中第一电容1121的第四节点f处耦接的电压为第二电压且电容的电压不可突变可知，ΔV1=Vout1-V2，Vout1为第一输出电压；

根据第一阶段，第二输出电压为第二电压可知，Vout2=V2；

综上可知，Vout1-Vout2=Vref*(Cs/C1)；

在第二阶段时，

根据电荷守恒定律可知，Cs*ΔVx＇=C1*ΔV2，ΔVx＇为待测电容400在第一阶段的电压变化值，ΔV2为第二电容2121在第二阶段的电压变化值；

根据当前第二阶段是在上一第一阶段中待测电容400第一端被提升至第一电压状态的基础上进行改变且在当前第二阶段中会被放电至第二电压可知，ΔVx=V2-V1=-Vref；

根据当前第二阶段是从上一第一阶段中第二电容2121的第五节点g处耦接的电压为第一电压且电容的电压不可突变可知，ΔV1=Vout2-V1；

根据第二阶段，第一输出电压为第一电压可知，Vout1=V1；

综上可知，Vout1-Vout2=Vref*(Cs/C2)；

在第一电容1121和第二电容2121的电容值相等，均为C0的情况下，第一阶段和第二阶段模拟前端电路1000整体上的输出相等，为Vout=Vref*(Cs/C0)。

此外，对于第一节点a，第一控制信号S1有效、第二控制信号S2无效时，被第一电荷转移电路100充电至第一电压，即第一阶段中第一节点a处的电压为第一电压；第一控制信号S1无效、第二控制信号S2有效时，被第二电荷转移电路200放电至第二电压，即第二阶段中第一节点a处的电压为第二电压。类似的，第一阶段中第四节点f处的电压为第一输出电压、第五节点g处的电压为第一电压，第二阶段中第四节点f处的电压为第二电压、第五节点g处的电压为第二输出电压。

因此，在如图7所示给定的第一控制信号S1和第二控制信号S2交替的情况下，第一节点a、第一输出节点d、第二输出节点e、第四节点f、第二节点g以及模拟前端电路1000整体的输出如图7所示。显然，如图7所示，在模拟前端电路1000处于工作状态时，不论第一控制信号有效还是无效，始终能够根据Vout实现对待测电容400的电容值测量。

特别地，在第一电容1121和第二电容2121的电容值均为待测电容400的基础电容值C0的一半的情况下，在第一电容1121和第二电容2121的复位状态下，其上的电压将会被预先放到-Vref，在其与待测电容400连通后，其上的电压会被冲到Vref，也就是说，第一电容1121和第二电容2121可以获得2*Vref的电压变化。相对于图2所示的现有的模拟前端电路，在同等情况下反馈电容Cf上最大的电压变化只有Vref，显然，第一电容1121和第二电容2121具有和反馈电容Cf相同的电容值时，测量的数据变化范围更大，灵敏度更高、抗干扰能力更强。进而在电容测量电路中应用本申请实施例所述的模拟前端电路1000时，甚至不需要使用如图1所示的数字混频电路以去噪。

基于此，本申请实施例另一方面还提供了一种电容测量电路，包括如前述任一实施例所述的模拟前端电路、数字滤波电路以及耦接于所述模拟前端电路和所述数字滤波电路之间的模数转换电路。

本申请实施例另一方面还提供了一种芯片，包括：如前述任一实施例所述的模拟前端电路或电容测量电路。

本申请实施例另一方面还提供了一种电子设备，包括：如前述实施例所述的芯片。

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公开的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本公开实施例的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本公开实施例的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本公开实施例的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种模拟前端电路，其特征在于，包括：第一电荷转移电路、第二电荷转移电路以及开关电路；

所述开关电路，与待测电容的第一端耦接于第一节点、与所述第一电荷转移电路耦接于第二节点、与所述第二电荷转移电路耦接于第三节点；所述待测电容的第二端接地；

所述开关电路，被配置为根据有效的第一控制信号，连通所述第一节点和所述第二节点；根据有效的第二控制信号，连通所述第一节点和所述第三节点；所述第一控制信号与所述第二控制信号交替有效；

所述第一电荷转移电路，被配置为根据有效的所述第二控制信号，进行电荷积累；根据有效的所述第一控制信号，基于所述第二控制信号有效时积累的电荷为所述待测电容充电，直至所述第一节点的电压达到第一电压，并根据向所述待测电容转移的电荷量在第一输出节点提供第一输出电压；

所述第二电荷转移电路，被配置为根据有效的所述第二控制信号，将所述待测电容放电至所述第一节点的电压达到第二电压，并根据所述待测电容转移的电荷量在第二输出节点提供第二输出电压；根据有效的所述第一控制信号，基于所述第二控制信号有效时所述待测电容转移过来的电荷进行电荷释放；

其中，所述第一电荷转移电路包括第一输入端、第二输入端、第一隔离模块和第一储能模块；

所述第一隔离模块耦接于所述第一输入端和所述第二节点之间，所述第一储能模块分别与所述第二节点、所述第二输入端和所述第一输出节点耦接；

所述第一输入端，被配置为耦接所述第一电压；

所述第二输入端，被配置为耦接所述第二电压；

所述第一隔离模块，被配置为隔离所述第一输入端和所述第二节点并根据所述第一输入端提供的所述第一电压，将所述第二节点的电压钳制在所述第一电压；

所述第一储能模块，被配置为根据有效的所述第二控制信号，基于所述第二节点提供的所述第一电压和所述第二输入端提供的所述第二电压进行电荷积累；根据有效的所述第一控制信号，基于所述第二控制信号有效时积累的电荷，为所述待测电容充电至所述第一节点的电压达到所述第一电压，并根据向所述待测电容转移的电荷量在所述第一输出节点提供所述第一输出电压；

所述第二电荷转移电路包括第三输入端、第四输入端、第二隔离模块和第二储能模块；

所述第二隔离模块耦接于所述第三输入端和所述第三节点之间，所述第二储能模块分别与所述第三节点、所述第四输入端和所述第二输出节点耦接；

所述第三输入端，被配置为耦接所述第二电压；

所述第四输入端，被配置为耦接所述第一电压；

所述第二隔离模块，被配置为隔离所述第三输入端和所述第三节点并根据所述第三输入端提供的所述第二电压，将所述第三节点的电压钳制在所述第二电压；

所述第二储能模块，被配置为根据有效的所述第二控制信号，将所述待测电容放电至所述第一节点的电压达到所述第二电压，并根据所述待测电容转移的电荷量在所述第二输出节点提供所述第二输出电压；根据有效的所述第一控制信号，基于所述第三节点提供的所述第二电压和所述第四输入端提供的所述第一电压，对基于所述第二控制信号有效时所述待测电容转移过来的电荷进行电荷释放。

2.根据权利要求1所述的模拟前端电路，其特征在于，所述第一储能模块包括第一子模块和第二子模块，

所述第一子模块，分别与所述第二节点、所述第一输出节点和所述第二输入端耦接，被配置为根据有效的所述第二控制信号，基于所述第二节点提供的所述第一电压和所述第二输入端提供的所述第二电压，接收通过所述第二子模块转移过来的电荷并进行电荷积累；根据有效的所述第一控制信号，基于所述第二控制信号有效时积累的电荷，为所述待测电容充电至所述第一节点的电压达到所述第一电压，并根据向所述待测电容转移的电荷量在所述第一输出节点提供所述第一输出电压；

所述第二子模块，耦接于所述第二节点和所述第一输出节点之间，被配置为根据有效的所述第二控制信号，向所述第一子模块转移电荷。

3.根据权利要求2所述的模拟前端电路，其特征在于，所述第一子模块包括第一电容、第一开关单元和第二开关单元；所述第一电容、所述第一开关单元和所述第二开关单元耦接于第四节点，所述第一电容耦接于所述第二节点与所述第四节点之间，所述第一开关单元耦接于所述第四节点和所述第一输出节点之间，所述第二开关单元耦接于所述第四节点和所述第二输入端之间；

所述第一开关单元，被配置为根据有效的所述第一控制信号保持导通状态；

所述第二开关单元，被配置为根据有效的所述第二控制信号保持导通状态。

4.根据权利要求2所述的模拟前端电路，其特征在于，所述第二子模块包括第三开关单元，所述第三开关单元，耦接于所述第一输出节点和所述第二节点之间，被配置为根据有效的所述第二控制信号，保持导通状态。

5.根据权利要求1所述的模拟前端电路，其特征在于，所述第一隔离模块包括第一放大器，所述第一放大器的正相输入端与所述第一输入端耦接、反相输入端与所述第二节点耦接、输出端与所述第一输出节点耦接。

6.根据权利要求1所述的模拟前端电路，其特征在于，所述第二储能模块包括第三子模块和第四子模块；

所述第三子模块，分别与所述第三节点、所述第二输出节点和所述第四输入端耦接，被配置为根据有效的所述第二控制信号，将所述待测电容放电至所述第一节点的电压达到所述第二电压，并根据所述待测电容转移的电荷量在所述第二输出节点提供所述第二输出电压；根据有效的所述第一控制信号，基于所述第三节点提供的所述第二电压和所述第四输入端提供的所述第一电压，通过所述第四子模块对基于所述第二控制信号有效时所述待测电容转移的电荷进行释放；

所述第四子模块，耦接于所述第三节点和所述第二输出节点之间，被配置为根据有效的所述第一控制信号，转移所述第三子模块释放的电荷。

7.根据权利要求6所述的模拟前端电路，其特征在于，所述第三子模块包括第二电容、第四开关单元和第五开关单元；所述第二电容、所述第四开关单元和所述第五开关单元耦接于第五节点，所述第二电容耦接于所述第三节点与所述第五节点之间，所述第四开关单元耦接于所述第五节点和所述第二输出节点之间，所述第四开关单元耦接于所述第五节点和所述第四输入端之间；

所述第四开关单元，被配置为根据有效的所述第二控制信号保持导通状态；

所述第五开关单元，被配置为根据有效的所述第一控制信号保持导通状态。

8.根据权利要求6所述的模拟前端电路，其特征在于，所述第四子模块包括第六开关单元，所述第六开关单元，耦接于所述第二输出节点和所述第三节点之间，被配置为根据有效的所述第一控制信号，保持导通状态。

9.根据权利要求1所述的模拟前端电路，其特征在于，所述第二隔离模块包括第二放大器，所述第二放大器的正相输入端与所述第三输入端耦接、反相输入端与所述第三节点耦接、输出端与所述第二输出节点耦接。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的模拟前端电路，其特征在于，所述开关电路包括第七开关单元和第八开关单元，

所述第七开关单元，耦接于所述第一节点和所述第二节点之间，被配置为根据有效的所述第一控制信号保持导通状态；

所述第八开关单元，耦接于所述第一节点和所述第三节点之间，被配置为根据有效的所述第二控制信号保持导通状态。

11.一种电容测量电路，其特征在于，包括：如权利要求1至10中任一项所述的模拟前端电路、数字滤波电路以及耦接于所述模拟前端电路和所述数字滤波电路之间的模数转换电路。

12.一种芯片，其特征在于，包括：如权利要求1至10中任一项所述的模拟前端电路，或者，如权利要求11所述的电容测量电路。

13.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求12所述的芯片。

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