CN116840570A - 伪差分电容检测电路及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种伪差分电容检测电路及检测方法，所述电路包括：第一采样单元，包括与参考电容Cf分别相连的第一充电单元及第一电荷转移单元；第二采样单元，包括与待测电容Cs分别相连的第二充电单元及第二电荷转移单元；第一转换单元；第二转换单元；存储单元，包括第一存储电容Cm1及第二存储电容Cm2；调制单元，包括第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2；控制单元，包括若干开关；比较器，第一输入端和第二输入端分别与第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2相连，输出端与控制单元相连。本发明中的电容检测电路及检测方法采用伪差分结构，对于共模干扰具备很强的抑制能力，保证了芯片性能，提高了检测精度。

Description

伪差分电容检测电路及检测方法

技术领域

本发明属于电容检测技术领域，具体涉及一种伪差分电容检测电路及检测方法。

背景技术

现有技术中电容检测系统通常采用基准电压对待检测电容进行充电，然后使用积分器将电容信息转化为积分器输出的电压信号，最后使用一个ADC将电压信号转换成数字信号输出。这样的结构工作原理清晰，利于分析各个部分的影响，但是测试流程复杂，需要等待前一个阶段完成之后才能进行下一个阶段的处理，这样就降低了整个系统的工作速度，增加了系统的平均功耗，并且积分器的输出电压与积分电容相关，积分电容会存在工艺上的偏差，导致电压和电容的对应关系存在增益误差。

另一种检测速度较快的电容检测系统需要用到片外的Cmod电容作为积分电容来量化被检测的电容，并且比较器检测点位于Cmod的上极板，容易受到外部干扰信号的影响。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种伪差分电容检测电路及检测方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种伪差分电容检测电路及检测方法，以对待测电容进行量化检测。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种伪差分电容检测电路，所述电路包括：

第一采样单元，包括与参考电容Cf分别相连的第一充电单元及第一电荷转移单元，第一充电单元包括用于对参考电容Cf进行充电，第一电荷转移单元用于向参考电容Cf注入和/或抽取电荷；

第二采样单元，包括与待测电容Cs分别相连的第二充电单元及第二电荷转移单元，第二充电单元包括用于对待测电容Cs进行充电，第二电荷转移单元用于向待测电容Cs注入和/或抽取电荷；

第一转换单元，用于将参考电容Cf上的电荷信号转换为第一电压信号；

第二转换单元，用于将待测电容Cs上的电荷信号转换为第二电压信号；

存储单元，包括与第一转换单元相连的第一存储电容Cm1及与第二转换单元相连的第二存储电容Cm2，分别用于存储第一电压信号和第二电压信号；

调制单元，包括第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2；

控制单元，连接于存储单元和调制单元之间，包括若干开关；

比较器，第一输入端和第二输入端分别与第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2相连，输出端与控制单元相连，所述比较器根据第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2的调制后的电压获取控制信号，以控制所述控制单元。

一实施例中，所述第一充电单元包括第一开关S1，第一开关S1的第一端与参考电压Vref相连，第二端与参考电容Cf的第一端相连，参考电容Cf的第二端与地电位相连；

所述第二充电单元包括第二开关S2，第二开关S2的第一端与参考电压Vref相连，第二端与待测电容Cs的第一端相连，待测电容Cs的第二端与地电位相连。

一实施例中，所述第一电荷转移单元包括第一电荷注入单元及第一电荷抽取单元；所述第一电荷注入单元包括第一电流源Idac1及第三开关S3，第一电流源Idac1的输入端与电源电压相连，输出端与第三开关S3的第一端相连，第三开关S3的第二端与参考电容Cf的第一端相连；第一电荷抽取单元包括第二电流源Idac2及第四开关S4，第四开关S4的第一端与参考电容Cf的第一端相连，第二端与第二电流源Idac2的输入端相连，第二电流源Idac2的输出端与地电位相连；

所述第二电荷转移单元包括第二电荷注入单元及第二电荷抽取单元；所述第二电荷注入单元包括第三电流源Idac3及第五开关S5，第三电流源Idac3的输入端与电源电压相连，输出端与第五开关S5的第一端相连，第五开关S5的第二端与待测电容Cs的第一端相连；第二电荷抽取单元包括第四电流源Idac4及第六开关S6，第六开关S6的第一端与待测电容Cs的第一端相连，第二端与第四电流源Idac4的输入端相连，第四电流源Idac4的输出端与地电位相连。

一实施例中，所述第三电流源Idac3提供的第三电流为第一电流源Idac1提供的第一电流的n倍，所述第四电流源Idac4提供的第四电流为第二电流源Idac2提供的第二电流的n倍，n为电容补偿倍数。

一实施例中，所述第一转换单元包括第一缓冲器、第七开关S7及第八开关S8，所述第七开关S7的第一端与参考电容Cf的第一端相连，第二端与第一缓冲器的第一输入端相连，第一缓冲器的第二输入端及输出端分别与第八开关S8的第一端相连；

所述第二转换单元包括第二缓冲器、第九开关S9及第十开关S10，所述第九开关S9的第一端与待测电容Cs的第一端相连，第二端与第二缓冲器的第一输入端相连，第二缓冲器的第二输入端及输出端分别与第十开关S10的第一端相连；

所述第一存储电容Cm1的第一端与第八开关S8的第二端相连，第二端与地电位相连；

所述第二存储电容Cm2的第一端与第十开关S10的第二端相连，第二端与地电位相连。

一实施例中，所述控制单元包括第十一开关S11、第十二开关S12、第十三开关S14及第十四开关S14；

所述第十一开关S11的第一端与第一存储电容Cm1的第一端相连，第二端与第一调制电容Cmod1的第一端相连；

所述第十二开关S12的第一端与第一存储电容Cm1的第一端相连，第二端与第二调制电容Cmod2的第一端相连；

所述第十三开关S13的第一端与第二存储电容Cm2的第一端相连，第二端与第一调制电容Cmod1的第一端相连；

所述第十四开关S14的第一端与第二存储电容Cm2的第一端相连，第二端与第二调制电容Cmod2的第一端相连；

所述第一调制电容Cmod1的第二端和第二调制电容Cmod2的第二端均与地电位相连。

一实施例中，所述电路还包括与比较器相连的D触发器，所述比较器的第一输入端与第一调制电容Cmod1的第一端相连，第二输入端与第二调制电容Cmod2的第一端相连，所述比较器的输出端与D触发器的输入端D相连，所述D触发器的输出端Q用于输出控制信号以控制第十三开关S13和/或第十四开关S14。

一实施例中，所述第一存储电容Cm1、第二存储电容Cm2、第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2均为片内电容，参考电容Cf为片内电容或片外电容。

一实施例中，所述第一存储电容Cm1、第二存储电容Cm2、第一调制电容Cmod1、第二调制电容Cmod2、参考电容Cf及待测电容Cs满足：

Cmod1＜Cs，Cmod2＜Cs；

Cmod1/Cm1≥100；

Cmod2/Cm2≥100；

Cmod1/(Cm1+Cf)＝0.1～10；

Cmod2/(Cm2+Cs)＝0.05～10；

Cmod1/(Cm2+Cs)＝0.05～10；

Cmod2/(Cm1+Cf)＝0.1～10。

一实施例中，所述第一存储电容Cm1、第二存储电容Cm2、第一调制电容Cmod1、第二调制电容Cmod2、参考电容Cf及待测电容Cs的大小分别为：

Cs＝0～200pF；

Cf＝5～50pF；

Cm1＝Cm2＝10～1000fF；

Cmod1＝Cmod2＝1～100pF。

一实施例中，所述待测电容Cs的大小为：Cs＝Dutycycle(Q)*Cf*(n+1)，其中，Dutycycle(Q)为比较器输出的控制信号的占空比，电容补偿倍数n＝Idac3/Idac1＝Idac4/Idac2。

本发明另一实施例提供的技术方案如下：

一种伪差分电容检测方法，所述方法包括：

分别对参考电容Cf和待测电容Cs进行充电；

分别向参考电容Cf和待测电容Cs注入或抽取电荷；

将参考电容Cf上的电荷信号及待测电容Cs上的电荷信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并分别存储于第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中；

将第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中的电荷转移至第一调制电容Cmod1或第二调制电容Cmod2中，通过第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2分别对第一电压信号及第二电压信号进行调制；

对第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2中的电压信号进行比较，获取控制信号Q；

根据控制信号Q的占空比、参考电容Cf、及注入或抽取电荷的电流比获取待测电容Cs的大小。

一实施例中，所述方法包括若干量化周期，每个量化周期包括以下步骤：

分别对参考电容Cf和待测电容Cs进行充电；

通过第一电流和第三电流分别向参考电容Cf和待测电容Cs注入电荷；

将参考电容Cf上的电荷信号及待测电容Cs上的电荷信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并分别存储于第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中；

将第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中的电荷分别转移至第一调制电容Cmod1和第二调制电容Cmod2中，通过第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2对第一电压信号及第二电压信号进行调制；

对第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2中的电压信号进行比较，获取控制信号Q1；

分别对参考电容Cf和待测电容Cs进行充电；

通过第二电流和第四电流分别向参考电容Cf和待测电容Cs抽取电荷；

将参考电容Cf上的电荷信号及待测电容Cs上的电荷信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并分别存储于第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中；

将第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中的电荷分别转移至第二调制电容Cmod2和第一调制电容Cmod1中，通过第二调制电容Cmod2及第一调制电容Cmod1分别对第一电压信号及第二电压信号进行调制；

对第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2中的电压信号进行比较，获取控制信号Q2。

一实施例中，所述方法还包括：

若控制信号Q1为高电平，则通过第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2分别对第一电压信号及第二电压信号进行调制；若控制信号Q1为低电平，则通过第一调制电容Cmod1对第一电压信号进行调制；及，

若控制信号Q2为高电平，则通过第二调制电容Cmod2及第一调制电容Cmod1分别对第一电压信号及第二电压信号进行调制；若控制信号Q2为低电平，则通过第二调制电容Cmod2对第一电压信号进行调制。

一实施例中，所述待测电容Cs的大小为：Cs＝Dutycycle(Q)*Cf*(n+1)，其中，Dutycycle(Q)为比较器输出的控制信号Q的占空比，电容补偿倍数n＝Idac3/Idac1＝Idac4/Idac2，Idac1、Idac2、Idac3、Idac4分别为第一电流、第二电流、第三电流及第四电流的大小，这四个电流均可以从IDAC阵列中按照不同的比值选取出来。

本发明具有以下有益效果：

本发明中的电容检测电路及检测方法采用伪差分结构，对于共模干扰具备很强的抑制能力，保证了芯片性能，提高了检测精度；

另外，参考电容、存储电容及调制电容均为片内电容，避免了片外电容易受外部干扰的问题，减少了该模块所需要的PAD数量。

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，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，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为本发明中伪差分电容检测电路的模块示意图；

图2为本发明一具体实施例中伪差分电容检测电路的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

参图1所示，本发明公开了一种伪差分电容检测电路，包括：

第一采样单元，包括与参考电容Cf分别相连的第一充电单元及第一电荷转移单元，第一充电单元包括用于对参考电容Cf进行充电，第一电荷转移单元用于向参考电容Cf注入和/或抽取电荷；

第二采样单元，包括与待测电容Cs分别相连的第二充电单元及第二电荷转移单元，第二充电单元包括用于对待测电容Cs进行充电，第二电荷转移单元用于向待测电容Cs注入和/或抽取电荷；

第一转换单元，用于将参考电容Cf上的电荷信号转换为第一电压信号；

第二转换单元，用于将待测电容Cs上的电荷信号转换为第二电压信号；

存储单元，包括与第一转换单元相连的第一存储电容Cm1及与第二转换单元相连的第二存储电容Cm2，分别用于存储第一电压信号和第二电压信号；

调制单元，包括第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2，用于对第一电压信号或第二电压信号进行调制以量化参考电容Cf与待测电容Cs的比例；

控制单元，连接于存储单元和调制单元之间，包括若干开关；

比较器，第一输入端和第二输入端分别与第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2相连，输出端与控制单元相连，比较器根据第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2的调制后的电压获取控制信号，以控制控制单元。

本发明还公开了一种伪差分电容检测方法，包括：

分别对参考电容Cf和待测电容Cs进行充电；

分别向参考电容Cf和待测电容Cs注入或抽取电荷；

将参考电容Cf上的电荷信号及待测电容Cs上的电荷信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并分别存储于第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中；

将第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中的电荷转移至第一调制电容Cmod1或第二调制电容Cmod2中，通过第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2分别对第一电压信号及第二电压信号进行调制；

对第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2中的电压信号进行比较，获取控制信号Q；

根据控制信号Q的占空比、参考电容Cf、及注入或抽取电荷的电流比获取待测电容Cs的大小。

本发明采用伪差分结构，通过参考电容Cf对待测电容Cs进行量化，从而得到待测电容Cs的容值；将电荷信号转化为电压信号后，通过比较器的输出结果来控制开关的切换进行量化。

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

参图2所示为本发明一具体实施例中伪差分电容检测电路的示意图，其包括第一采样单元11、第二采样单元21、第一转换单元12、第二转换单元22、存储单元30、调制单元40、控制单元50及比较器60，以下对各单元的电路及原理进行详细说明。

第一采样单元11，包括与参考电容Cf分别相连的第一充电单元111及第一电荷转移单元112，第一充电单元包括用于对参考电容Cf进行充电，第一电荷转移单元用于向参考电容Cf注入和/或抽取电荷。

示例性地，本实施例中的第一充电单元111包括第一开关S1，第一开关S1的第一端与参考电压Vref相连，第二端与参考电容Cf的第一端相连，参考电容Cf的第二端与地电位相连。

本实施例中的第一电荷转移单元112包括第一电荷注入单元及第一电荷抽取单元。其中：

第一电荷注入单元包括第一电流源Idac1及第三开关S3，第一电流源Idac1的输入端与电源电压AVDD相连，输出端与第三开关S3的第一端相连，第三开关S3的第二端与参考电容Cf的第一端相连；

第一电荷抽取单元包括第二电流源Idac2及第四开关S4，第四开关S4的第一端与参考电容Cf的第一端相连，第二端与第二电流源Idac2的输入端相连，第二电流源Idac2的输出端与地电位相连。

第二采样单元21，包括与待测电容Cs分别相连的第二充电单元211及第二电荷转移单元212，第二充电单元包括用于对待测电容Cs进行充电，第二电荷转移单元用于向待测电容Cs注入和/或抽取电荷。

示例性地，本实施例中的第二充电单元211包括第二开关S2，第二开关S2的第一端与参考电压Vref相连，第二端与待测电容Cs的第一端相连，待测电容Cs的第二端与地电位相连。

本实施例中的第二电荷转移单元212包括第二电荷注入单元及第二电荷抽取单元，其中：

第二电荷注入单元包括第三电流源Idac3及第五开关S5，第三电流源Idac3的输入端与电源电压AVDD相连，输出端与第五开关S5的第一端相连，第五开关S5的第二端与待测电容Cs的第一端相连；第二电荷抽取单元包括第四电流源Idac4及第六开关S6，第六开关S6的第一端与待测电容Cs的第一端相连，第二端与第四电流源Idac4的输入端相连，第四电流源Idac4的输出端与地电位相连。

于一优选实施例中，第三电流源Idac3提供的第三电流为第一电流源Idac1提供的第一电流的n倍，第四电流源Idac4提供的第四电流为第二电流源Idac2提供的第二电流的n倍，n为电容补偿倍数，可根据参考电容Cf和待测电容Cs的比例进行调整以适配精度要求。

第一转换单元12，用于将参考电容Cf上的电荷信号转换为第一电压信号。

示例性地，本实施例中的第一转换单元12包括第一缓冲器Buffer1、第七开关S7及第八开关S8，第七开关S7的第一端与参考电容Cf的第一端相连，第二端与第一缓冲器Buffer1的第一输入端相连，第一缓冲器Buffer1的第二输入端及输出端分别与第八开关S8的第一端相连。

第二转换单元22，用于将待测电容Cs上的电荷信号转换为第二电压信号。

示例性地，本实施例中的第二转换单元22包括第二缓冲器Buffer2、第九开关S9及第十开关S10，第九开关S9的第一端与待测电容Cs的第一端相连，第二端与第二缓冲器Buffer2的第一输入端相连，第二缓冲器Buffer2的第二输入端及输出端分别与第十开关S10的第一端相连。

存储单元30，包括与第一转换单元相连的第一存储电容Cm1及与第二转换单元相连的第二存储电容Cm2，分别用于存储第一电压信号和第二电压信号。

示例性地，本实施例中的第一存储电容Cm1的第一端与第八开关S8的第二端相连，第二端与地电位相连；第二存储电容Cm2的第一端与第十开关S10的第二端相连，第二端与地电位相连。

调制单元40，包括第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2，用于对第一电压信号或第二电压信号进行调制以量化参考电容Cf与待测电容Cs的比例。

控制单元50，连接于存储单元和调制单元之间，包括若干开关。

示例性地，本实施例中的控制单元包括第十一开关S11、第十二开关S12、第十三开关S14及第十四开关S14，其中：

第十一开关S11的第一端与第一存储电容Cm1的第一端相连，第二端与第一调制电容Cmod1的第一端相连；

第十二开关S12的第一端与第一存储电容Cm1的第一端相连，第二端与第二调制电容Cmod2的第一端相连；

第十三开关S13的第一端与第二存储电容Cm2的第一端相连，第二端与第一调制电容Cmod1的第一端相连；

第十四开关S14的第一端与第二存储电容Cm2的第一端相连，第二端与第二调制电容Cmod2的第一端相连；

第一调制电容Cmod1的第二端和第二调制电容Cmod2的第二端均与地电位相连。

比较器COMP 60，第一输入端和第二输入端分别与第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2相连，输出端与控制单元相连，比较器根据第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2的调制后的电压获取控制信号，以控制控制单元50。

优选地，本实施例中的检测电路还包括与比较器相连的D触发器，比较器COMP的第一输入端与第一调制电容Cmod1的第一端相连，第二输入端与第二调制电容Cmod2的第一端相连，比较器COMP的输出端与D触发器的输入端D相连，D触发器的输出端Q用于输出控制信号Q以控制第十三开关S13和/或第十四开关S14。

于本实施例中，第一存储电容Cm1、第二存储电容Cm2、第一调制电容Cmod1、第二调制电容Cmod2、参考电容Cf均为片内电容，在其他实施例中，参考电容Cf也可以采用片外电容。

本发明中为了避免片外外部干扰，通过设置各电容的容值，可以将第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2的容值控制在一定范围内(如100pF)，从而可以将第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2设置于片内。

具体地，本发明中各电容的大小满足下式：

Cmod1＜Cs，Cmod2＜Cs；

Cmod1/Cm1≥100；

Cmod2/Cm2≥100；

Cmod1/(Cm1+Cf)＝0.1～10；

Cmod2/(Cm2+Cs)＝0.05～10；

Cmod1/(Cm2+Cs)＝0.05～10；

Cmod2/(Cm1+Cf)＝0.1～10。

优选地，各电容的大小分别为：

Cs＝0～200pF；

Cf＝5～50pF；

Cm1＝Cm2＝10～1000fF；

Cmod1＝Cmod2＝1～100pF。

示例性地，本实施例中的各电容的大小分别为：

Cs＝0～200pF；

Cf＝10pF；

Cm1＝Cm2＝100fF；

Cmod1＝Cmod2＝10pF。

本发明中伪差分电容检测方法包括：

分别对参考电容Cf和待测电容Cs进行充电；

分别向参考电容Cf和待测电容Cs注入或抽取电荷；

将参考电容Cf上的电荷信号及待测电容Cs上的电荷信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并分别存储于第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中；

将第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中的电荷转移至第一调制电容Cmod1或第二调制电容Cmod2中，通过第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2分别对第一电压信号及第二电压信号进行调制；

对第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2中的电压信号进行比较，获取控制信号Q；

根据控制信号Q的占空比、参考电容Cf、及注入或抽取电荷的电流比获取待测电容Cs的大小。

以下对本实施例中伪差分电容检测电路对待测电容Cs的检测方法进行详细说明。

本实施例中的电容检测方法包括若干量化周期，每个量化周期包括以下步骤：

S1、分别对参考电容Cf和待测电容Cs进行充电。

闭合第一开关S1和第二开关S2，通过参考电压Vref分别对参考电容Cf和待测电容Cs进行充电，充电结束后关断第一开关S1和第二开关S2。

S2、通过第一电流和第三电流分别向参考电容Cf和待测电容Cs注入电荷。

闭合第三开关S3和第五开关S5，通过第一电流源Idac1和第三电流源Idac3分别向参考电容Cf和待测电容Cs注入电荷，第一电流和第三电流分别为Source电流阵列中的两个电流，且第三电流为第一电流的n倍。

S3、将参考电容Cf上的电荷信号及待测电容Cs上的电荷信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并分别存储于第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中。

在向参考电容Cf和待测电容Cs注入电荷的同时，第七开关S7～第十开关S10同时闭合，注入一定时间后，关断第三开关S3和第五开关S5，待第一存储电容Cm1及第二存储电容Cm2上的电压稳定后，关断第七开关S7～第十开关S10。

如此，即可通过第一缓冲器Buffer1和第二缓冲器Buffer2将参考电容Cf和待测电容Cs上的电荷信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并分别存储于第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中。

S4、将第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中的电荷分别转移至第一调制电容Cmod1和第二调制电容Cmod2中，通过第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2对第一电压信号及第二电压信号进行调制。

闭合第十一开关S11，将第一存储电容Cm1中的电荷转移至第一调制电容Cmod1，通过第一调制电容Cmod1对第一电压信号进行调制；第十四开关S14通过控制信号Q1进行控制，若控制信号Q1为高电平，则闭合第十四开关14，将第二存储电容Cm2中的电荷转移至第二调制电容Cmod2，通过第二调制电容Cmod2对第二电压信号进行调制，若控制信号Q1为低电平，则关断第十四开关14。

S5、对第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2中的电压信号进行比较，获取控制信号Q1。

通过比较器对第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2中的电压信号进行比较，并将比较后的信号输入D触发器中，最终可得到控制信号Q1。

S6、分别对参考电容Cf和待测电容Cs进行充电。

该步骤与步骤S1完全相同，此处不再进行赘述。

S7、通过第二电流和第四电流分别向参考电容Cf和待测电容Cs抽取电荷。

闭合第四开关S4和第六开关S6，通过第二电流源Idac2和第四电流源Idac4分别向参考电容Cf和待测电容Cs抽取电荷，第二电流和第四电流分别为Source电流阵列中的两个电流，且第四电流为第二电流的n倍。

S8、将参考电容Cf上的电荷信号及待测电容Cs上的电荷信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并分别存储于第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中。

在向参考电容Cf和待测电容Cs抽取电荷的同时，第七开关S7～第十开关S10同时闭合，抽取一定时间后，关断第四开关S4和第六开关S6，待第一存储电容Cm1及第二存储电容Cm2上的电压稳定后，关断第七开关S7～第十开关S10。

如此，即可通过第一缓冲器Buffer1和第二缓冲器Buffer2将参考电容Cf和待测电容Cs上的电荷信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并分别存储于第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中。

S9、将第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中的电荷分别转移至第二调制电容Cmod2和第一调制电容Cmod1中，通过第二调制电容Cmod2及第一调制电容Cmod1分别对第一电压信号及第二电压信号进行调制。

闭合第十二开关S12，将第一存储电容Cm1中的电荷转移至第二调制电容Cmod2，通过第二调制电容Cmod1对第一电压信号进行调制；第十三开关S13通过控制信号Q2进行控制，若控制信号Q2为高电平，则闭合第十三开关S13，将第二存储电容Cm2中的电荷转移至第一调制电容Cmod1，通过第一调制电容Cmod1对第二电压信号进行调制，若控制信号Q2为低电平，则关断第十三开关S13。

S10、对第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2中的电压信号进行比较，获取控制信号Q2。

通过比较器对第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2中的电压信号进行比较，并将比较后的信号输入D触发器中，最终可得到控制信号Q2。

上述步骤S1～S10为一个量化周期，经过多个周期的量化，即可得到控制信号Q的占空比，进而可根据控制信号Q的占空比、参考电容Cf、及注入或抽取电荷的电流比获取待测电容Cs的大小，具体为：

Cs＝Dutycycle(Q)*Cf*(n+1)；

其中，Dutycycle(Q)为比较器输出的控制信号Q的占空比，电容补偿倍数n＝Idac3/Idac1＝Idac4/Idac2，Idac1、Idac2、Idac3、Idac4分别为第一电流、第二电流、第三电流及第四电流的大小。

由以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明中的电容检测电路及检测方法采用伪差分结构，对于共模干扰具备很强的抑制能力，保证了芯片性能，提高了检测精度；

另外，参考电容、存储电容及调制电容均为片内电容，避免了片外电容易受外部干扰的问题，减少了该模块所需要的PAD数量。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (15)

1.一种伪差分电容检测电路，其特征在于，所述电路包括：

第一采样单元，包括与参考电容Cf分别相连的第一充电单元及第一电荷转移单元，第一充电单元包括用于对参考电容Cf进行充电，第一电荷转移单元用于向参考电容Cf注入和/或抽取电荷；

第二采样单元，包括与待测电容Cs分别相连的第二充电单元及第二电荷转移单元，第二充电单元包括用于对待测电容Cs进行充电，第二电荷转移单元用于向待测电容Cs注入和/或抽取电荷；

第一转换单元，用于将参考电容Cf上的电荷信号转换为第一电压信号；

第二转换单元，用于将待测电容Cs上的电荷信号转换为第二电压信号；

存储单元，包括与第一转换单元相连的第一存储电容Cm1及与第二转换单元相连的第二存储电容Cm2，分别用于存储第一电压信号和第二电压信号；

调制单元，包括第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2；

控制单元，连接于存储单元和调制单元之间，包括若干开关；

比较器，第一输入端和第二输入端分别与第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2相连，输出端与控制单元相连，所述比较器根据第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2的调制后的电压获取控制信号，以控制所述控制单元。

2.根据权利要求1所述的伪差分电容检测电路，其特征在于，所述第一充电单元包括第一开关S1，第一开关S1的第一端与参考电压Vref相连，第二端与参考电容Cf的第一端相连，参考电容Cf的第二端与地电位相连；

所述第二充电单元包括第二开关S2，第二开关S2的第一端与参考电压Vref相连，第二端与待测电容Cs的第一端相连，待测电容Cs的第二端与地电位相连。

3.根据权利要求1所述的伪差分电容检测电路，其特征在于，所述第一电荷转移单元包括第一电荷注入单元及第一电荷抽取单元；所述第一电荷注入单元包括第一电流源Idac1及第三开关S3，第一电流源Idac1的输入端与电源电压相连，输出端与第三开关S3的第一端相连，第三开关S3的第二端与参考电容Cf的第一端相连；第一电荷抽取单元包括第二电流源Idac2及第四开关S4，第四开关S4的第一端与参考电容Cf的第一端相连，第二端与第二电流源Idac2的输入端相连，第二电流源Idac2的输出端与地电位相连；

所述第二电荷转移单元包括第二电荷注入单元及第二电荷抽取单元；所述第二电荷注入单元包括第三电流源Idac3及第五开关S5，第三电流源Idac3的输入端与电源电压相连，输出端与第五开关S5的第一端相连，第五开关S5的第二端与待测电容Cs的第一端相连；第二电荷抽取单元包括第四电流源Idac4及第六开关S6，第六开关S6的第一端与待测电容Cs的第一端相连，第二端与第四电流源Idac4的输入端相连，第四电流源Idac4的输出端与地电位相连。

4.根据权利要求3所述的伪差分电容检测电路，其特征在于，所述第三电流源Idac3提供的第三电流为第一电流源Idac1提供的第一电流的n倍，所述第四电流源Idac4提供的第四电流为第二电流源Idac2提供的第二电流的n倍，n为电容补偿倍数。

5.根据权利要求1所述的伪差分电容检测电路，其特征在于，所述第一转换单元包括第一缓冲器、第七开关S7及第八开关S8，所述第七开关S7的第一端与参考电容Cf的第一端相连，第二端与第一缓冲器的第一输入端相连，第一缓冲器的第二输入端及输出端分别与第八开关S8的第一端相连；

所述第二转换单元包括第二缓冲器、第九开关S9及第十开关S10，所述第九开关S9的第一端与待测电容Cs的第一端相连，第二端与第二缓冲器的第一输入端相连，第二缓冲器的第二输入端及输出端分别与第十开关S10的第一端相连；

所述第一存储电容Cm1的第一端与第八开关S8的第二端相连，第二端与地电位相连；

所述第二存储电容Cm2的第一端与第十开关S10的第二端相连，第二端与地电位相连。

6.根据权利要求1所述的伪差分电容检测电路，其特征在于，所述控制单元包括第十一开关S11、第十二开关S12、第十三开关S14及第十四开关S14；

所述第十一开关S11的第一端与第一存储电容Cm1的第一端相连，第二端与第一调制电容Cmod1的第一端相连；

所述第十二开关S12的第一端与第一存储电容Cm1的第一端相连，第二端与第二调制电容Cmod2的第一端相连；

所述第十三开关S13的第一端与第二存储电容Cm2的第一端相连，第二端与第一调制电容Cmod1的第一端相连；

所述第十四开关S14的第一端与第二存储电容Cm2的第一端相连，第二端与第二调制电容Cmod2的第一端相连；

所述第一调制电容Cmod1的第二端和第二调制电容Cmod2的第二端均与地电位相连。

7.根据权利要求6所述的伪差分电容检测电路，其特征在于，所述电路还包括与比较器相连的D触发器，所述比较器的第一输入端与第一调制电容Cmod1的第一端相连，第二输入端与第二调制电容Cmod2的第一端相连，所述比较器的输出端与D触发器的输入端D相连，所述D触发器的输出端Q用于输出控制信号以控制第十三开关S13和/或第十四开关S14。

8.根据权利要求1所述的伪差分电容检测电路，其特征在于，所述第一存储电容Cm1、第二存储电容Cm2、第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2均为片内电容，参考电容Cf为片内电容或片外电容。

9.根据权利要求8所述的伪差分电容检测电路，其特征在于，所述第一存储电容Cm1、第二存储电容Cm2、第一调制电容Cmod1、第二调制电容Cmod2、参考电容Cf及待测电容Cs满足：

Cmod1＜Cs，Cmod2＜Cs；

Cmod1/Cm1≥100；

Cmod2/Cm2≥100；

Cmod1/(Cm1+Cf)＝0.1～10；

Cmod2/(Cm2+Cs)＝0.05～10；

Cmod1/(Cm2+Cs)＝0.05～10；

Cmod2/(Cm1+Cf)＝0.1～10。

10.根据权利要求8所述的伪差分电容检测电路，其特征在于，所述第一存储电容Cm1、第二存储电容Cm2、第一调制电容Cmod1、第二调制电容Cmod2、参考电容Cf及待测电容Cs的大小分别为：

Cs＝0～200pF；

Cf＝5～50pF；

Cm1＝Cm2＝10～1000fF；

Cmod1＝Cmod2＝1～100pF。

11.根据权利要求1所述的伪差分电容检测电路，其特征在于，所述待测电容Cs的大小为：Cs＝Dutycycle(Q)*Cf*(n+1)，其中，Dutycycle(Q)为比较器输出的控制信号的占空比，电容补偿倍数n＝Idac3/Idac1＝Idac4/Idac2。

12.一种伪差分电容检测方法，其特征在于，所述方法包括：

分别对参考电容Cf和待测电容Cs进行充电；

分别向参考电容Cf和待测电容Cs注入或抽取电荷；

将参考电容Cf上的电荷信号及待测电容Cs上的电荷信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并分别存储于第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中；

将第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中的电荷转移至第一调制电容Cmod1或第二调制电容Cmod2中，通过第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2分别对第一电压信号及第二电压信号进行调制；

对第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2中的电压信号进行比较，获取控制信号Q；

根据控制信号Q的占空比、参考电容Cf、及注入或抽取电荷的电流比获取待测电容Cs的大小。

13.根据权利要求12所述的伪差分电容检测方法，其特征在于，所述方法包括若干量化周期，每个量化周期包括以下步骤：

分别对参考电容Cf和待测电容Cs进行充电；

通过第一电流和第三电流分别向参考电容Cf和待测电容Cs注入电荷；

将参考电容Cf上的电荷信号及待测电容Cs上的电荷信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并分别存储于第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中；

将第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中的电荷分别转移至第一调制电容Cmod1和第二调制电容Cmod2中，通过第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2对第一电压信号及第二电压信号进行调制；

对第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2中的电压信号进行比较，获取控制信号Q1；

分别对参考电容Cf和待测电容Cs进行充电；

通过第二电流和第四电流分别向参考电容Cf和待测电容Cs抽取电荷；

将参考电容Cf上的电荷信号及待测电容Cs上的电荷信号分别转换为第一电压信号和第二电压信号，并分别存储于第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中；

将第一存储电容Cm1和第二存储电容Cm2中的电荷分别转移至第二调制电容Cmod2和第一调制电容Cmod1中，通过第二调制电容Cmod2及第一调制电容Cmod1分别对第一电压信号及第二电压信号进行调制；

对第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2中的电压信号进行比较，获取控制信号Q2。

14.根据权利要求13所述的伪差分电容检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

若控制信号Q1为高电平，则通过第一调制电容Cmod1及第二调制电容Cmod2分别对第一电压信号及第二电压信号进行调制；若控制信号Q1为低电平，则通过第一调制电容Cmod1对第一电压信号进行调制；及，

若控制信号Q2为高电平，则通过第二调制电容Cmod2及第一调制电容Cmod1分别对第一电压信号及第二电压信号进行调制；若控制信号Q2为低电平，则通过第二调制电容Cmod2对第一电压信号进行调制。

15.根据权利要求13所述的伪差分电容检测方法，其特征在于，所述待测电容Cs的大小为：Cs＝Dutycycle(Q)*Cf*(n+1)，其中，Dutycycle(Q)为比较器输出的控制信号Q的占空比，电容补偿倍数n＝Idac3/Idac1＝Idac4/Idac2，Idac1、Idac2、Idac3、Idac4分别为第一电流、第二电流、第三电流及第四电流的大小。