CN117572090A - 电容传感器的信号检测电路、检测方法和检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容传感器的信号检测电路、检测方法和检测设备，该信号检测电路包括：基准电容阵列；第一切换开关；第二切换开关；电压转换器，用于在第二阶段，采集待测电容的第一固定极板与中间极板之间的第一电容信号、以及第二固定极板与中间极板之间的第二电容信号；在第二阶段之后的第三阶段，对第一电容信号和第二电容信号进行放大后，分别输出第一放大信号和第二放大信号；初始化模块，用于在第一阶段，分别向电压转换器、第一节点和第二节点提供所述参考信号；采样保持电路，用于在第三阶段，控制第一放大信号和第二放大信号输出。本发明的技术方案增加了电容信号的检测范围，减小了有限增益误差和电路的功耗。

Description

电容传感器的信号检测电路、检测方法和检测设备

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种电容传感器的信号检测电路、检测方法和检测设备。

背景技术

电容传感器由于高灵敏度，良好的噪声性能，较低的温度系数以及基于传感器的集成系统的CMOS技术的良好兼容性而被广泛使用。电容型触摸屏、MEMS麦克风、MEMS电容型加速度计以及指纹传感器都属于电容型传感器系统。电容读出电路所采用的读出技术是制约整个系统的精度、信噪比以及线性度的关键。这也是应用于各个类型的电容型传感器最具共性的研究课题。

随着传感器信号检测的精度要求越来越高，从pF到fF，电容传感器信号检测正面临增益精度恶化、噪声与失配的增加、寄生电容干扰等一系列新的挑战。

发明内容

本发明提供了一种电容传感器的信号检测电路、检测方法和检测设备，以解决现有技术中存在的问题，实现增加电容信号的检测范围，减小有限增益误差和电路的功耗。

根据本发明的一方面，提供了一种电容传感器的信号检测电路，所述电容传感器包括待测电容；所述待测电容包括第一固定极板、第二固定极板、以及位于所述第一固定极板和所述第二固定极板之间的中间极板，所述电容传感器的信号检测电路包括：

基准电容阵列，包括第一基准电容阵列和第二基准电容阵列；所述第一基准电容阵列与所述第一固定极板电连接于第一节点，所述第二基准电容阵列与所述第二固定极板电连接于第二节点；

第一切换开关，分别与所述第一基准电容阵列、所述第二基准电容阵列、正性电源和负性电源电连接；所述第一切换开关用于在第一阶段，控制所述正性电源的正性电源信号提供至所述第一基准电容阵列和所述第二基准电容阵列，以及在第二阶段和第三阶段控制所述负性电源的性电源信号提供至所述第一基准电容阵列和所述第二基准电容阵列；

第二切换开关，分别与所述中间极板、正性电源和负性电源电连接；所述第二切换开关用于在所述第一阶段，控制所述负性电源的负性电源信号提供至所述中间极板，以及在所述第二阶段和所述第三阶段控制所述正性电源的正性电源信号提供至所述中间极板；

电压转换器，分别与参考电源、所述第一固定极板和第二固定极板电连接；所述电压转换器用于在所述第二阶段，采集所述待测电容的所述第一固定极板与所述中间极板之间的第一电容信号、以及所述第二固定极板与所述中间极板之间的第二电容信号；在所述第二阶段之后的第三阶段，对所述第一电容信号和所述第二电容信号进行放大后，分别输出第一放大信号和第二放大信号；

初始化模块，分别与所述参考电源、所述第一节点、所述第二节点和所述电压转换器电连接；所述初始化模块用于在所述第一阶段，分别向电压转换器、所述第一节点和所述第二节点提供所述参考电源的参考信号；

采样保持电路，分别与所述电压转换器和所述参考电源电连接；所述采样保持电路用于在所述第三阶段，控制所述第一放大信号和所述第二放大信号输出。

可选的，所述第一切换开关包括第一开关单元和第二开关单元；所述第一开关单元的第一端与所述正性电源电连接，所述第二开关单元的第一端与所述负性电源电连接，所述第一开关单元的第二端和所述第二开关单元的第二端均与所述第一基准电容阵列和所述第二基准电容阵列电连接，所述第一开关单元的控制端接收第一控制信号，所述第二开关单元的控制端接收第二控制信号；

所述第二切换开关包括第三开关单元和第四开关单元；所述第三开关单元的第一端与正性电源电连接，所述第四开关单元的第一端与负性电源电连接，所述第三开关单元的第二端和所述第四开关单元的第二端均与所述中间极板电连接，所述第三开关单元的控制端接收所述第二控制信号，所述第四开关单元的第二端接收所述第一控制信号；

其中，所述第一控制信号控制所述第一开关单元和所述第四开关单元在所述第一阶段导通，以及在所述第二阶段和所述第三阶段断开；所述第二控制信号控制所述第二开关单元和所述第三开关单元在所述第一阶段断开，以及在所述第二阶段和所述第三阶段导通。

可选的，所述电压转换器包括全差分放大器、第一增益电容、第二增益电容、第一电平转换电容、第二电平转换电容、第一控制开关、第二控制开关、第三切换开关、第四切换开关、第一输出开关、第二输出开关、第一反馈开关和第二反馈开关

所述全差分放大器的第一输入端耦接于所述第一节点，所述全差分放大器的第二输入端耦接于所述第二节点，所述全差分放大器的第一输出端与所述第一输出开关的第一端电连接，所述全差分放大器的第二输出端与所述第二输出开关的第一端电连接；

所述第一增益电容的第一端电连接于所述第一节点，所述第一增益电容的第二端与所述第一控制开关的第一端电连接，所述第一控制开关的第二端与所述第一电平转换电容的第一端电连接；所述第二增益电容的第一端电连接于所述第二节点，所述第二增益电容的第二端与所述第二控制开关的第一端电连接，所述第二控制开关的第二端与所述第二电平转换电容的第一端电连接；所述第一增益电容的第一端和第二端、以及第二增益电容的第一端和第二端还分别与所述初始化模块电连接；

所述第一电平转换电容的第一端还与所述第一输出开关的第二端电连接，所述第一电平转换电容的第二端通过所述第三切换开关分别与所述全差分放大器的第一输出端和所述参考电源电连接；所述第二电平转换电容的第一端还与所述第二输出开关的第二端电连接，所述第二电平转换电容的第二端通过所述第四切换开关分别与所述全差分放大器的第二输出端和所述参考电源电连接；

所述第三切换开关用于在所述第一阶段和所述第二阶段，控制所述参考信号提供至所述第一电平转换电容的第二端，以及在所述第三阶段控制所述全差分放大器的第一输出端输出的第一输出信号传输至所述第一电平转换电容的第二端；

所述第四切换开关用于在所述第一阶段和所述第二阶段，控制所述参考信号提供至所述第二电平转换电容的第二端，以及在所述第三阶段控制所述全差分放大器的第二输出端输出的第二输出信号传输至所述第二电平转换电容的第二端；

所述第一反馈开关电连接于与所述全差分放大器的第一输入端和所述全差分放大器的第一输出端之间；所述第二反馈开关电连接于所述全差分放大器的第二输入端和所述全差分放大器的第二输出端之间；

其中，在所述第一阶段，所述第一反馈开关、所述第二反馈开关、所述第一输出开关和所述第二输出开关导通，以及所述第一控制开关和所述第二控制开关断开；在所述第二阶段，所述第一控制开关、所述第二控制开关、所述第一输出开关、所述第二输出开关导通，以及所述第一反馈开关和所述第二反馈开关断开；在所述第三阶段，所述第一控制开关、所述第二控制开关导通，以及所述第一反馈开关、所述第二反馈开关、所述第一输出开关和所述第二输出开关断开。

可选的，所述初始化模块包括第一初始化开关、第二初始化开关、第三初始化开关和第四初始化开关；

所述第一初始化开关电连接于所述参考电源与所述第一节点之间，所述第二初始化开关电连接于所述参考电源与所述第一增益电容的第二端，所述第三初始化开关电连接于所述参考电源与所述第二节点之间，所述第四初始化开关电连接于所述参考电源与所述第二增益电容的第二端；

其中，在所述第一阶段，所述第一初始化开关、所述第二初始化开关、所述第三初始化开关和所述第四初始化开关均处于导通状态。

可选的，所述电压转换器还包括第一采样电容和第二采样电容；

第一采样电容的电连接于所述第一节点与所述全差分放大器的第一输入端之间；所述第二采样电容电连接于所述第二节点与所述全差分放大器的第二输入端之间。

可选的，所述第三切换开关包括第五开关单元和第六开关单元；所述第五开关单元的第一端与所述参考电源电连接，所述第六开关单元的第一端与所述全差分放大器的第一输出端电连接，所述第五开关单元的第二端和所述第六开关单元的第二端均与所述第一电平转换电容的第二端电连接，所述第五开关单元的控制端接收第三控制信号，所述第六开关单元的控制端接收第四控制信号；

所述第四切换开关包括第七开关单元和第八开关单元；所述第七开关单元的第一端与所述参考电源电连接，所述第八开关单元的第一端与所述全差分放大器的第二输出端电连接，所述第七开关单元的第二端和所述第八开关单元的第二端均与所述第二电平转换电容的第二端电连接，所述第七开关单元的控制端接收所述第三控制信号，所述第八开关单元的控制端接收所述第四控制信号；

其中，所述第三控制信号控制所述第五开关单元和所述第七开关单元在所述第一阶段和所述第二阶段导通，以及在所述第三阶段断开；所述第四控制信号控制所述第六开关单元和所述第八开关单元在所述第一阶段和所述第二阶段断开，以及在所述第三阶段导通。

可选的，采样保持电路包括第三控制开关、第四控制开关、第一保持电容和第二保持电容；

所述第三控制开关电连接于所述电压转换器与所述第一保持电容的第一端，所述第四控制开关电连接于所述电压转换器与所述第二保持电容的第一端；

所述第一保持电容的第二端和所述第二保持电容的第二端均与所述参考电源电连接；

其中，在所述第一阶段和所述第二阶段，所述第三控制开关和所述第四控制开关断开；在所述第三阶段，所述第三控制开关和所述第四控制开关导通。

可选的，所述的电容传感器的信号检测电路，还包括：

缓冲器，与所述采样保持电路电连接。

第二方面，本发明提供一种电容传感器的信号检测方法，采用上述任一项所述电容传感器的信号检测电路执行，包括：

在第一阶段，控制所述第一切换开关将所述正性电源的正性电源信号提供至所述第一基准电容阵列和所述第二基准电容阵列，控制所述第二切换开关将所述负性电源的负性电源信号提供至所述中间极板，以及控制所述初始化模块将所述参考电源的参考信号分别提供值所述电压转换器、所述第一节点和所述第二节点；

在第二阶段，控制所述第一切换开关将所述负性电源的负性电源信号提供至所述第一基准电容阵列和所述第二基准电容阵列，控制所述第二切换开关将所述正性电源的正性电源信号提供至所述中间极板，以及控制所述电压转换器采集所述待测电容的所述第一固定极板与所述中间极板之间的第一电容信号、以及所述第二固定极板与所述中间极板之间的第二电容信号；

在第三阶段，控制所述第一切换开关将所述负性电源的负性电源信号提供至所述第一基准电容阵列和所述第二基准电容阵列，控制所述第二切换开关将所述正性电源的正性电源信号提供至所述中间极板，控制所述电压转换器对所述第一电容信号和所述第二电容信号进行放大后，分别输出第一放大信号和第二放大信号，以及控制采样保持电路输出所述第一放大信号和所述第二放大信号。

第三方面，本发明提供一种检测设备，包括：控制器、电容传感器和上述任一项所述的电容传感器的信号检测电路；

所述控制器用于执行本发明提供的所述的电容传感器的信号检测方法。

本发明的技术方案，通过在第一阶段时，第一切换开关将正性电源的正性电源信号提供至第一基准电容阵列和第二基准电容阵列，第二切换开关将负性电源的负性电源信号提供至待测电容的中间极板，以及初始化模块分别向电压转换器、第一节点和第二节点提供参考信号，使得电压转换器进行复位，以消除上一时刻采集的电容信号的影响，且在第二阶段，第一切换开关将负性电源的负性电源信号提供至第一基准电容阵列和第二基准电容阵列，第二切换开关将正性电源的正性电源信号提供至待测电容的中间极板，初始化模块停止向电压转换器、第一节点和第二节点提供参考信号，以使电压转化器能够采集待测电容的第一固定极板与中间极板之间的第一电容信号、以及第二固定极板与中间极板之间的第二电容信号，使得在第三阶段，电压转换器对第一电容信号和第二电容信号进行放大后，分别输出第一放大信号和第二放大信号，保持电路能够在第三阶段将第一放大信号和第二放大信号输出，从而提高电容信号检测的精确度，同时能够满足不同传感器的检测需求，增加电容信号的检测范围，减小了有限增益误差和电路的功耗。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种电容传感器的信号检测电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种电容传感器的物理模型；

图3为本发明实施例提供的一种基准电容阵列的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种电容传感器的信号检测电路的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种电容传感器的信号检测方法的流程图；

图6为本发明实施例提供的一种检测设备的结构示意图。

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的实施例，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。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本发明实施例提供的一种电容传感器的信号检测电路的结构示意图，参考图1所示，电容传感器包括待测电容1，待测电容1包括第一固定极板A、第二固定极板C、以及位于第一固定极板A和第二固定极板C之间的中间极板B；电容传感器的信号检测电路100包括基准电容阵列2、第一切换开关3、第二切换开关4、电压转换器5、初始化模块6和采样保持电路7；基准电容阵列2包括第一基准电容阵列C01和第二基准电容阵列C02；第一基准电容阵列C01与第一固定极板A电连接于第一节点a，第二基准电容阵列C02与第二固定极板C电连接于第二节点b；第一切换开关3分别与第一基准电容阵列C01、第二基准电容阵列C02、正性电源VDD和负性电源VSS电连接；第二切换开关4分别与中间极板B、正性电源VDD和负性电源VSS电连接；电压转换器5分别与参考电源VREF、第一固定极板A和第二固定极板C电连接；初始化模块6分别与参考电源、第一节点a、第二节点b和电压转换器5电连接；采样保持电路7分别与电压转换器5和参考电源电连接。

第一切换开关3用于在第一阶段，控制正性电源VDD的正性电源信号提供至第一基准电容阵列C01和第二基准电容阵列C02，以及在第二阶段和第三阶段控制负性电源VSS的性电源信号提供至第一基准电容阵列C01和第二基准电容阵列C02。第二切换开关4用于在第一阶段，控制负性电源VSS的负性电源信号提供至中间极板B，以及在第二阶段和所述第三阶段控制正性电源VDD的正性电源信号提供至中间极板B。电压转换器5用于在第二阶段，采集待测电容1的第一固定极板A与中间极板B之间的第一电容信号、以及第二固定极板C与中间极板B之间的第二电容信号；在第二阶段之后的第三阶段，对第一电容信号和第二电容信号进行放大后，分别输出第一放大信号和第二放大信号。初始化模块6用于在第一阶段，分别向电压转换器5、第一节点a和第二节点b提供参考信号。采样保持电路7用于在第三阶段，控制第一放大信号和第二放大信号输出。

其中，电容传感器可以但不限于为变距型电容传感器或变面积型电容传感器等。在一示例性实施例中，图2为本发明实施例提供的一种电容传感器的物理模型，参考图2所示，电容传感器的第一固定极板A和第二固定极板C固定不动，位于第一固定极板A和第二固定极板C之间的中间极板B可以向第一固定极板A或者第二固定极板B移动，当中间极板B向第一固定极板A或者第二固定极板C移动时，第一固定极板A与中间极板B之间第一电容信号，以及第二固定极板C与中间极板B之间第二电容信号会发生改变。若第一电容信号为CS+，第二电容信号为CS-，则电容传感器处于平衡状态时，由于第一固定极板A与中间极板B之间的距离d与第二固定极板C与中间极板B之间的距离d，从而CS+ = CS- = C0，当中间极板B向第一固定极板A或者第二固定极板C移动时，由于第一固定极板A与中间极板B之间减小的距离X等于第二固定极板C与中间极板B之间增加的距离X，从而第一固定极板A与中间极板B之间的距离为d-X，第二固定极板C与中间极板B之间的距离为d+X，第一电容信号和第二电容信号会改变相同的电容值ΔC，此时，CS+ = C0 + ΔC，CS- = C0 – ΔC。

第一基准电容阵列C01和第二基准电容阵列C02的电容值需要和电容传感器处于平衡状态时的电容值相等，才能保证电容传感器信号检测的准确度，因此，通过使基准电容阵列的电容值可以改变，使得电容传感器的信号检测电路100可以应用于对于具有不同初始电容值的电容传感器进行检测，以满足不同电容传感器的检测需求，提高电容传感器的检测电路的灵活性。在一可选实施例中，图3为本发明实施例提供的一种基准电容阵列的结构示意图，参考图3所示，基准电容阵列包括多个并联的电容C0、c1、c2、c3……，且各电容通过对应的开关sw1、sw2、sw3……控制是否接入信号检测电路，从而在接入不同初始电容值的电容传感器时，能够通过控制开关sw1、sw2、sw3……导通或者关闭，使基准电容阵列的电容值与电容传感器处于平衡状态时的电容值相等，以保证电容传感器信号检测的精确度。

可以理解的是，图1中仅示例性的以C01和C02分别代表第一基准电容阵列C01和第二基准电容阵列C02，实际上，本实施例中的第一基准电容阵列C01和第二基准电容阵列C02的电容值的大小可以改变，以在接入不同电容传感器时，均能保证检测的精确度。

正性电源VDD可以但不限于为能够提供正电压的电源，正性电源VDD为交变电源；负性电源VSS可以但不限于为能够提供负电压的电源，在一示例性实施例中，负性电源VSS可以为接地端。在一可选实施例中，参考电源VREF=1/2VDD。

本实施例中，当电容传感器接入信号检测电路时，通过在第一阶段，第一切换开关将正性电源的正性电源信号提供至第一基准电容阵列和第二基准电容阵列，第二切换开关将负性电源的负性电源信号提供至待测电容的中间极板B，以及初始化模块分别向电压转换器、第一节点和第二节点提供参考信号，使得第一基准电容阵列、第二基准电容阵列和电压转换器进行复位，以消除上一时刻采集的待测电容的电容信号对当前时刻检测的待测电容的电容信号的影响；在第二阶段，第一切换开关将负性电源的负性电源信号提供至第一基准电容阵列和第二基准电容阵列，第二切换开关将正性电源的正性电源信号提供至待测电容的中间极板B，初始化模块停止向电压转换器、第一节点和第二节点提供参考信号，以使电压转化器能够采集待测电容的第一固定极板与中间极板B之间的第一电容信号、以及第二固定极板与中间极板B之间的第二电容信号，使得在第三阶段，电压转换器对第一电容信号和第二电容信号进行放大后，分别输出第一放大信号和第二放大信号，采样保持电路能够在第三阶段将第一放大信号和第二放大信号输出，从而提高电容信号检测的精确度，同时能够满足不同传感器的检测需求，增加电容信号的检测范围，减小了有限增益误差和电路的功耗。

可选的，图4为本发明实施例提供的另一种电容传感器的信号检测电路的结构示意图，参考图4所示，第一切换开关3包括第一开关单元S1和第二开关单元S2；第一开关单元S1的第一端与正性电源VDD电连接，第二开关单元S2的第一端与负性电源VSS电连接，第一开关单元S1的第二端和第二开关单元S2的第二端均与第一基准电容阵列C01和第二基准电容阵列C02电连接，第一开关单元S1的控制端接收第一控制信号，第二开关单元S2的控制端接收第二控制信号。第二切换开关4包括第三开关单元S3和第四开关单元S4；第三开关单元S3的第一端与正性电源VDD电连接，第四开关单元S4的第一端与负性电源VSS电连接，第三开关单元S3的第二端和第四开关单元S4的第二端均与中间极板电连接，第三开关单元S3的控制端接收第二控制信号，第四开关单元S4的第二端接收第一控制信号。

其中，第一控制信号控制第一开关单元S1和第四开关单元S4在第一阶段导通，以及在第二阶段和第三阶段断开；第二控制信号控制第二开关单元S2和第三开关单元S3在第一阶段断开，以及在第二阶段和第三阶段导通。

其中，第一开关单元S1、第二开关单元S2、第三开关单元S3和/或第四开关单元S4可以为但不限于为P型晶体管或N型晶体管，本实施例对此不作具体限定。

在一可选实施例中，第一开关单元S1、第二开关单元S2、第三开关单元S3和/或第四开关单元S4还可以为互补性型晶体管。以第一开关单元S1为例，当第一开关单元S1为N型晶体管时，第一控制信号为高电平时，第一开关单元S1导通，第一控制信号为低电平时，第一开关单元S1关断开，此时，高电平为第一控制信号的使能电平，低电平为第一控制信号的非使能电平；当第一开关单元S1为P型晶体管时，第一控制信号为低电平时，第一开关单元S1导通，第一控制信号为高电平时，第一开关单元S1关断开，此时，高电平为第一控制信号的非使能电平，低电平为第一控制信号的使能电平；当第一开关单元S1为互补型晶体管时，第一控制信号为向P型晶体管提供低电平，且向N型晶体管提供高电平时，第一开关单元S1导通，第一控制信号为向P型晶体管提供高电平，且向N型晶体管提供低电平时，第一开关单元S1断开，此时，向P型晶体管提供低电平，且向N型晶体管提供高电平为第一控制信号的使能电平，向P型晶体管提供高电平，且向N型晶体管提供低电平为第一控制信号的非使能电平。如此，在第一阶段向第一开关单元S1提供第一控制信号的使能电平，控制第一开关单元S1导通，使得正性电源VDD提供的正性电源信号能够通过第一开关单元S1提供至第一基准电容阵列C01。对于第二开关单元S2、第三开关单元S3和/或第四开关单元S4单元的导通情况与第一开关单元S1的导通情况类似，相同之处可参考上文描述，在此不再赘述。

具体的，第一开关单元S1和第四开关单元S4接收到第一控制信号，第二开关单元S2和第三开关单元S3接收第二控制信号。因此，在第一阶段，第一控制信号控制第一开关单元S1和第四开关单元S4导通，第二控制信号控制第二开关单元S2和第三开关单元S3断开，使得正性电源VDD的正性电源信号通过第一开关单元S1提供至第一基准电容阵列C01和第二基准电容阵列C02，负性电源VSS的负性电源信号通过第四开关单元S4提供至待测电容1的中间极板B，初始化模块6分别向第一节点a和第二节点b提供参考信号，从而使得第一基准电容阵列C01和第二基准电容阵列C02进行复位；在第二阶段和第三阶段，第一控制信号控制第一开关单元S1和第四开关单元S4断开，第二控制信号控制第二开关单元S2和第三开关单元S3导通，负性电源VSS的负性电源信号通过第二开关单元S2提供至第一基准电容阵列C01和第二基准电容阵列C02，正性电源VDD的正性电源信号通过第三开关单元S3提供至待测电容1的中间极板B，初始化模块6停止向电压转换器5、第一节点a和第二节点b提供参考信号，使得电压转化器能够在第二阶段采集待测电容1的第一固定极板A与中间极板B之间的第一电容信号、以及第二固定极板C与中间极板B之间的第二电容信号，且在第三阶段对第一电容信号和第二电容信号进行放大后，分别输出第一放大信号和第二放大信号，以及使得保持电路能够在第三阶段将第一放大信号和第二放大信号输出。

可选的，继续参考图4所示，电压转换器5包括全差分放大器opamp、第一增益电容CA1、第二增益电容CA2、第一电平转换电容Ccls1、第二电平转换电容Ccls2、第一控制开关S5、第二控制开关S6、第三切换开关51、第四切换开关52、第一输出开关S7、第二输出开关S8、第一反馈开关S9和第二反馈开关S10；全差分放大器opamp的第一输入端耦接于第一节点a，全差分放大器opamp的第二输入端耦接于第二节点b，全差分放大器opamp的第一输出端与第一输出开关S7的第一端电连接，全差分放大器opamp的第二输出端与第二输出开关S8的第一端电连接；第一增益电容CA1的第一端电连接于第一节点a，第一增益电容CA1的第二端与第一控制开关S5的第一端电连接，第一控制开关S5的第二端与第一电平转换电容Ccls1的第一端电连接；第二增益电容CA2的第一端电连接于第二节点b，第二增益电容CA2的第二端与第二控制开关S6的第一端电连接，第二控制开关S6的第二端与第二电平转换电容Ccls2的第一端电连接；第一增益电容CA1的第一端和第二端、以及第二增益电容CA2的第一端和第二端还分别与初始化模块6电连接；第一电平转换电容Ccls1的第一端还与第一输出开关S7的第二端电连接，第一电平转换电容Ccls1的第二端通过第三切换开关51分别与全差分放大器opamp的第一输出端和参考电源VREF电连接；第二电平转换电容Ccls2的第一端还与第二输出开关S8的第二端电连接，第二电平转换电容Ccls2的第二端通过第四切换开关52分别与全差分放大器opamp的第二输出端和参考电源VREF电连接；第三切换开关51用于在第一阶段和第二阶段，控制参考信号提供至第一电平转换电容Ccls1的第二端，以及在第三阶段控制全差分放大器opamp的第一输出端输出的第一输出信号传输至第一电平转换电容Ccls1的第二端；第四切换开关52用于在第一阶段和所述第二阶段，控制参考信号提供至第二电平转换电容Ccls2的第二端，以及在第三阶段控制全差分放大器opamp的第二输出端输出的第二输出信号传输至第二电平转换电容Ccls2的第二端；第一反馈开关S9电连接于与全差分放大器opamp的第一输入端和全差分放大器opamp的第一输出端之间；第二反馈开关S10电连接于全差分放大器opamp的第二输入端和全差分放大器opamp的第二输出端之间。

其中，在第一阶段，第一反馈开关S9、第二反馈开关S10、第一输出开关S7和第二输出开关S8导通，以及第一控制开关S5和第二控制开关S6断开；在第二阶段，第一控制开关S5、第二控制开关S6、第一输出开关S7、第二输出开关S8导通，以及第一反馈开关S9和第二反馈开关S10断开；在第三阶段，第一控制开关S5、第二控制开关S6导通，以及第一反馈开关S9、第二反馈开关S10、第一输出开关S7和第二输出开关S8断开。

在一可选实施例中，第一控制信号复用为第一反馈开关S9和第二反馈开关S10的控制信号；第二控制信号复用为第一控制开关S5和第二控制开关S6的控制信号。

在一可选实施例中，全差分放大器opamp可以为基于开关电容共模反馈的全差分放大器opamp，开关电容共模反馈为开关电容共模负反馈，从而能够大大减小信号检测电路的功耗。

第一增益电容CA1和第二增益电容CA2可以为可变电容，分别用于放大待测电容1的第一电容信号和第二电容信号。

具体的，在第一阶段，由于初始化模块6向电压转换器5、第一节点a和第二节点b提供参考信号，第一反馈开关S9、第二反馈开关S10、第一输出开关S7和第二输出开关S8导通，以及第一控制开关S5和第二控制开关S6断开，第三切换开关51控制参考信号提供至第一电平转换电容Ccls1的第二端，第四切换开关52控制参考信号提供至第二电平转换电容Ccls2的第二端，使得全差分放大器opamp、第一增益电容CA1、第二增益电容CA2、第一电平转换电容Ccls1和第四电平转换电容均连接与参考单元之间，使全差分放大器opamp、第一增益电容CA1、第二增益电容CA2、第一电平转换电容Ccls1和第四电平转换电容被复位，从而能够消除上一时刻采集的待测电容1的电容信号对当前时刻检测的待测电容1的电容信号的影响；在第二阶段和三阶段，第一切换开关3将负性电源VSS的负性电源信号提供至第一基准电容阵列C01和第二基准电容阵列C02，第二切换开关4将正性电源VDD的正性电源信号提供至待测电容1的中间极板B，初始化模块6停止向电压转换器5、第一节点a和第二节点b提供参考信号，使得第一电容信号和第二电容信号能够分别传输至全差分放大器opamp的第一输入端和第二输入端；在第二阶段，由于第一控制开关S5、第二控制开关S6、第一输出开关S7、第一输出开关S7和第二输出开关S8导通，以及第一反馈开关S9和第二反馈开关S10断开，第三切换开关51能够控制参考信号提供至第一电平转换电容Ccls1的第二端，第四切换开关52能够控制参考信号提供至第二电平转换电容Ccls2的第二端，使得第一增益电容CA1和第二增益电容CA2分别对全差分放大器opamp的第一输入端和第二输入端之间的电压，以及全差分放大器opamp的第二输入端和第二输出端之间的电压进行存储，且第一电平转换电容Ccls1的第一端为参考信号，第二端为预放大的第一电容信号，第二电平转换电容Ccls2的第一端为参考信号，第二端为预放大的第二电容信号；在第三阶段，由于第一控制开关S5、第二控制开关S6导通，以及第一反馈开关S9、第二反馈开关S10、第一输出开关S7和第二输出开关S8断开，第三切换开关51能够控制全差分放大器opamp的第一输出端输出的第一输出信号传输至第一电平转换电容Ccls1的第二端，第四切换开关52能够控制全差分放大器opamp的第二输出端输出的第二输出信号传输至第二电平转换电容Ccls2的第二端，使得第一电平转换电容Ccls1的第一端为预放大的第一电容信号，第二端与第一增益电容CA1电连接，第二电平转换电容Ccls2的第一端为预放大的第二电容信号，第二端与第二增益电容CA2电连接，由于第一增益电容CA1和第二增益电容CA2的耦合作用，使得第一电平转换电容Ccls1的第二端的电平和第二电平转换电容Ccls2的第二端的电平发生跳变，从而使第一电容信号和第二电容信号进一步放大，并输出第一放大信号和第二放大信号。

可选的，继续参考图4所示，初始化模块6包括第一初始化开关S11、第二初始化开关S12、第三初始化开关S13和第四初始化开关S14；第一初始化开关S11电连接于参考电源VREF与第一节点a之间，第二初始化开关S12电连接于参考电源VREF与第一增益电容CA1的第二端，第三初始化开关S13电连接于参考电源VREF与第二节点b之间，第四初始化开关S14电连接于参考电源VREF与第二增益电容CA2的第二端。

其中，在第一阶段，第一初始化开关S11、第二初始化开关S12、第三初始化开关S13和第四初始化开关S14均处于导通状态，且第一反馈开关S9、第二反馈开关S10、第一输出开关S7和第二输出开关S8处于导通状态，以及第三切换开关51控制参考信号提供至所述第一电平转换电容Ccls1的第二端，第四切换开关52控制参考信号提供至第二电平转换电容Ccls2的第二端，使得第一增益电容CA1的第一端和第二端分别通过第一初始化开关S11和第二初始化开关S12电连接于参考电源VREF，第二增益电容CA2的第一端和第二端分别通过第三初始化开关S13和第四初始化开关S14电连接于参考电源VREF，第一电平转换电容Ccls1的第一端通过第三切换开关51电连接于参考电源VREF，第二端通过第一输出开关S7、第一反馈开关S9和第一初始化开关S11电连接于参考电源VREF，第二电平转换电容Ccls2的第一端通过第四切换开关52电连接于参考电源VREF，第二端通过第二输出开关S8、第二反馈开关S10和第三初始化开关S13电连接于参考电源VREF，从而使得第一基准电容阵列C01、第二基准电容阵列C02和电压转换器5进行复位。在一可选实施例中，第一控制信号复用为第一初始化开关S11、第二初始化开关S12、第三初始化开关S13和第四初始化开关S14的控制信号。

可选的，继续参考图4所示，电压转换器5还包括第一采样电容C11和第二采样电容C12；第一采样电容C11的电连接于第一节点a与全差分放大器opamp的第一输入端之间；第二采样电容C12电连接于第二节点b与全差分放大器opamp的第二输入端之间，使得第一采样电容C11和第二采样电容C12在第一阶段对低频噪声和失调进行采样，以实现直流失调和低频噪声的有效消除，以及适当抵消电容传感器和信号检测电路中基准电容阵列不匹配带来的误差。

本实施例中，电容传感器的信号检测电路100输出效果推导如下：

根据在第一阶段和第二阶段，第一节点a和第二节点b的电荷守恒关系，得到公式(1)-(4)：

C0[V11 +1/2VDD]+CS+[V11-VDD-1/2VDD ]

+CA[V11-Vo1]+C1[V11-V1] = 0 (1)

C0[V22+1/2VDD]+ CS- [V22-VDD-1/2VDD]

+CA[V22-Vo2]+C1[V22-V2] = 0 (2)

C1[V11-V1] = C1[VREF-VOCM ] (3)

C1[V22-V2] = C1[VREF-VOCM] (4)

其中，Vo1为全差分放大器opamp的第一输出端的电压；Vo2为全差分放大器opamp的第二输出端的电压；V1为全差分放大器opamp的第一输入端的电压；V2为全差分放大器opamp的第二输入端的电压；VREF=1/2VDD；VOCM为全差分放大器opamp的开关电容共模反馈控制的输出共模电平，VOCM=1/2VDD。

若全差分放大器opamp的输入共模能被基准电容阵列有效控制，则

V1+V2=VDD (5)

由公式(1)-(5)，得到：

(6)

其中，T=A*CA/(2C0+CA), T为第二阶段全差分放大器opamp的环路增益。

根据第二阶段和第三阶段，第一节点a、第二节点b、以及vo1^和vo2^点的电荷守恒，得到公式(7):

Vout**=vo1^-vo2^=-VDD*2∆C/CA*(1/(1+1/T2)) (7)

其中，, T2为第三阶段全差分放大器opamp的等效环路增益。其中，λ∝ 1/Ccls。

由于有限的增益，全差分放大器opamp不能在第一输入端和第二输入端提供一个完美的虚拟地，所以待测电容1变化的信号不能完全转移到第一增益电容CA1、第二增益电容CA2上。用电压来表示第二阶段（也即传统电容电压转换器5输出相）时，第一输入端和第二输入端虚地误差为：

Vd =-(Vout*)/A (8)

传统上增大放大器的DC增益A来减小该误差，但是不论使用两级放大或者增益自举方式都会增加不小的功耗。但是本实施例中，通过第一电平转换电容Ccls1和第二电平转换电容Ccls2，使得全差分放大器opamp的输出更小，从而减小虚地误差。

第三阶段结束时，第一输入端和第二输入端虚地误差为：

Vd2 = -(Vout**-Vout*)/A (9)

式（8）与式（9）相比，式（9）的分母上的电压要小得多，所以待测电容1变化带来的电荷会更精确地转移到第一增益电容CA1和第二增益电容CA2上，使得运放的有限增益误差带来的输出信号的误差大大减小。

这也在第一阶段和第二阶段全差分放大器opamp的输出端的电压表达式上显出区别：比较（6）和（7）式，（6）式类似于传统电容信号检测的输出，环路增益因子为T。而（7）式的环路增益因子T2是T的平方倍，（7）式的输出误差乘积项(1/(1+1/T2))更接近于1，从而相关电平转换在电容信号检测中减少了对放大器性能的依赖，能够以更少的功耗实现更精确的信号检测。本实施例中，除了T2代表的误差以外，第一放大信号和第二放大信号由第一增益电容CA1和第二增益电容CA2决定。第一增益电容CA1和第二增益电容CA2的电容值与增益成反比，第一增益电容CA1和第二增益电容CA2的电容值越大，灵敏度越低。然而从T2的表达式来看，增加第一增益电容CA1和第二增益电容CA2的电容值会减小增益误差，所以第一增益电容CA1和第二增益电容CA2的电容值越大，精度越高，因此，第一增益电容CA1和第二增益电容CA2的电容值在取值上存在精度和灵敏度的折衷.

此外，第一电平转换电容Ccls1和第二电平转换电容Ccls2增加了无失真输出摆幅。对于传统电容信号检测，在输出信号高于一定电压后，由于放大器本身摆幅有限以及非线性问题，检测信号输出将失真。本实施例中，由于增加了第一电平转换电容Ccls1和第二电平转换电容Ccls2，能够实现线性的轨到轨输出，从而大大增加了可检测的电容变化范围，本实施例提供的信号检测电路，在电源电压1.8v条件下，改变待测电容1的差分电容值，分别为2pF和4pF，差分输出信号分别为899mv和1797mv，即输入信号和输出信号线性变化。并且最大输出差分信号能实现轨到轨，即1.8v。

可选的，继续参考图4所示，第三切换开关51包括第五开关单元S15和第六开关单元S16；第五开关单元S15的第一端与参考电源VREF电连接，第六开关单元S16的第一端与全差分放大器opamp的第一输出端电连接，第五开关单元S15的第二端和第六开关单元S16的第二端均与第一电平转换电容Ccls1的第二端电连接，第五开关单元S15的控制端接收第三控制信号，第六开关单元S16的控制端接收第四控制信号；第四切换开关52包括第七开关单元S17和第八开关单元S18；第七开关单元S17的第一端与参考电源VREF电连接，第八开关单元S18的第一端与全差分放大器opamp的第二输出端电连接，第七开关单元S17的第二端和第八开关单元S18的第二端均与第二电平转换电容Ccls2的第二端电连接，第七开关单元S17的控制端接收第三控制信号，第八开关单元S18的控制端接收所述第四控制信号；

其中，第三控制信号控制第五开关单元S15和第七开关单元S17在第一阶段和第二阶段导通，以及在第三阶段断开；第四控制信号控制第六开关单元S16和第八开关单元S18在第一阶段和第二阶段断开，以及在第三阶段导通。

具体的，在第一阶段和第二阶段，第三控制信号控制第五开关单元S15和第七开关单元S17导通，第四控制信号控制第六开关单元S16和第八开关单元S18断开，使得第一电平转换电容Ccls1的第二端通过第五开关单元S15与参考电源VREF电连接，以及第二电平转换电容Ccls2的第二端通过第七开关单元S17与参考电源VREF电连接，从而参考电源VREF的参考信号能够提供至第一电平转换电容Ccls1的第二端和第二电平转换电容Ccls2的第二端，此时，由于第一输出开关S7和第二输出开关S8处于导通状态，使得第一电平转换电容Ccls1的第一端与全差分放大器opamp的第一输出端电连接，以及使得第二电平转换电容Ccls2的第一端与全差分放大器opamp的第二输出端电连接，从而在第一阶段，第一电平转换电容Ccls1和第二电平转换电容Ccls2的两端接收参考信号，以使第一电平转换电容Ccls1和第二电平转换电容Ccls2进行复位，在第二阶段，第一电平转换电容Ccls1的第一端接收全差分放大器opamp的第一输出端输出的第一电容信号，第二电平转换电容Ccls2的第一端接收全差分放大器opamp的第二输出端输出的第二电容信号，第一电平转换电容Ccls1和第二电平转换电容Ccls2的第二端均接收参考电源VREF的电源信号；在第三阶段，第三控制信号控制第五开关单元S15和第七开关单元S17断开，第四控制信号控制第六开关单元S16和第八开关单元S18导通，此时，由于第一控制开关S5和第二控制开关S6处于导通状态， 使得第一电平转换电容Ccls1的第一端通过第一控制开关S5电连接于第一增益电容CA1的第二端，第一电平转换电容Ccls1的第二端通过第六开关单元S16与全差分放大器opamp的第一输出端电连接，以及使得第二电平转换电容Ccls2的第一端通过第二控制开关S6电连接于第二增益电容CA2的第二端，第二电平转换电容Ccls2的第二端通过第八开关单元S18与全差分放大器opamp的第二输出端电连接，使得第一电平转换电容Ccls1的第二端的电平和第二电平转换电容Ccls2的第二端的电平发生跳变，从而使第一电容信号和第二电容信号进一步放大，并输出第一放大信号和第二放大信号。

可选的，继续参考图4所示，采样保持电路7包括第三控制开关S19、第四控制开关S20、第一保持电容CH1和第二保持电容CH2；第三控制开关S19电连接于电压转换器5与第一保持电容CH1的第一端，第四控制开关S20电连接于电压转换器5与第二保持电容CH2的第一端；第一保持电容CH1的第二端和第二保持电容CH2的第二端均与参考电源VREF电连接。

其中，在第一阶段和第二阶段，第三控制开关S19和第四控制开关S20断开；在第三阶段，第三控制开关S19和第四控制开关S20导通。

在一可选实施例中，第四控制信号复用为第三控制开关S19和第四控制开关S20的控制信号。

具体的，在第一阶段和第二阶段，第三控制开关S19和第四控制开关S20断开，使得第一保持电容CH1和第二保持电容CH2缓慢放电，以输出上一时刻采集的第一放大信号和第二放大信号；在第三阶段，第三控制开关S19和第四控制开关S20导通，第一保持电容CH1和第二保持电容CH2能够采集电压转换器5当前时刻输出的第一放大信号和第二放大信号，以在采集完成后至下一时刻的第三阶段之前输出当前时刻的第一放大信号和第二放大信号，从而保证信号检测电路的检测精确度。

可选的，继续参考图4所示，电容传感器的信号检测电路还包括缓冲器buffer，缓冲器buffer与采样保持电路7电连接，使得采样保持电路7输出的第一放大信号和第二放大信号能够暂时存储于缓冲器buffer中，以满足后续电路的需求。

本实施例还提供一种电容传感器的信号检测方法，采用上述任一实施例提供的电容传感器的信号检测电路执行。图5为本发明实施例提供的一种电容传感器的信号检测方法的流程图，参考图5所示，该电容传感器的信号检测方法包括：

S110、在第一阶段，控制第一切换开关将正性电源的正性电源信号提供至第一基准电容阵列和第二基准电容阵列，控制第二切换开关将负性电源的负性电源信号提供至中间极板，以及控制初始化模块将参考电源的参考信号分别提供值电压转换器、第一节点和第二节点。

S120、在第一阶段之后的第二阶段，控制第一切换开关将负性电源的负性电源信号提供至第一基准电容阵列和第二基准电容阵列，控制第二切换开关将正性电源的正性电源信号提供至中间极板，以及控制电压转换器采集待测电容的第一固定极板与中间极板之间的第一电容信号、以及第二固定极板与中间极板之间的第二电容信号。

S130、在第二阶段之后的第三阶段，控制第一切换开关将负性电源的负性电源信号提供至第一基准电容阵列和第二基准电容阵列，控制第二切换开关将正性电源的正性电源信号提供至中间极板，控制电压转换器对第一电容信号和第二电容信号进行放大后，分别输出第一放大信号和第二放大信号，以及控制采样保持电路输出第一放大信号和第二放大信号。

由于本实施例提供的电容传感器的信号检测方法采用上述任一实施例提供的电容传感器的信号检测电路执行。因此，该电容传感器的信号检测方法具备本发明实施例提供的电容传感器的信号检测电路的技术特征，能够达到本发明实施例提供的电容传感器的信号检测电路的有益效果，相同之处可参照上述对本发明实施例提供的电容传感器的信号检测电路的描述，在此不再赘述。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种检测设备，图6为本发明实施例提供的一种检测设备的结构示意图。参考图6所示，该检测设备包括控制器（图中未示出）、电容传感器200和本发明任一实施例提供的电容传感器的信号检测电路100，控制器用于本发明实施例提供的电容传感器的信号检测方法。因此，该检测设备具备本发明实施例提供的电容传感器的信号检测电路的技术特征，能够达到本发明实施例提供的电容传感器的信号检测电路的有益效果，相同之处可参照上述对本发明实施例提供的电容传感器的信号检测电路的描述，在此不再赘述

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电容传感器的信号检测电路，其特征在于，所述电容传感器包括待测电容；所述待测电容包括第一固定极板、第二固定极板、以及位于所述第一固定极板和所述第二固定极板之间的中间极板，所述电容传感器的信号检测电路包括：

基准电容阵列，包括第一基准电容阵列和第二基准电容阵列；所述第一基准电容阵列与所述第一固定极板电连接于第一节点，所述第二基准电容阵列与所述第二固定极板电连接于第二节点；

第一切换开关，分别与所述第一基准电容阵列、所述第二基准电容阵列、正性电源和负性电源电连接；所述第一切换开关用于在第一阶段，控制所述正性电源的正性电源信号提供至所述第一基准电容阵列和所述第二基准电容阵列，以及在第二阶段和第三阶段控制所述负性电源的性电源信号提供至所述第一基准电容阵列和所述第二基准电容阵列；

第二切换开关，分别与所述中间极板、正性电源和负性电源电连接；所述第二切换开关用于在所述第一阶段，控制所述负性电源的负性电源信号提供至所述中间极板，以及在所述第二阶段和所述第三阶段控制所述正性电源的正性电源信号提供至所述中间极板；

电压转换器，分别与参考电源、所述第一固定极板和所述第二固定极板电连接；所述电压转换器用于在所述第二阶段，采集所述待测电容的所述第一固定极板与所述中间极板之间的第一电容信号、以及所述第二固定极板与所述中间极板之间的第二电容信号；在所述第二阶段之后的第三阶段，对所述第一电容信号和所述第二电容信号进行放大后，分别输出第一放大信号和第二放大信号；

初始化模块，分别与所述参考电源、所述第一节点、所述第二节点和所述电压转换器电连接；所述初始化模块用于在所述第一阶段，分别向所述电压转换器、所述第一节点和所述第二节点提供所述参考电源的参考信号；

采样保持电路，分别与所述电压转换器和所述参考电源电连接；所述采样保持电路用于在所述第三阶段，控制所述第一放大信号和所述第二放大信号输出。

2.根据权利要求1所述的电容传感器的信号检测电路，其特征在于，所述第一切换开关包括第一开关单元和第二开关单元；所述第一开关单元的第一端与所述正性电源电连接，所述第二开关单元的第一端与所述负性电源电连接，所述第一开关单元的第二端和所述第二开关单元的第二端均与所述第一基准电容阵列和所述第二基准电容阵列电连接，所述第一开关单元的控制端接收第一控制信号，所述第二开关单元的控制端接收第二控制信号；

所述第二切换开关包括第三开关单元和第四开关单元；所述第三开关单元的第一端与正性电源电连接，所述第四开关单元的第一端与负性电源电连接，所述第三开关单元的第二端和所述第四开关单元的第二端均与所述中间极板电连接，所述第三开关单元的控制端接收所述第二控制信号，所述第四开关单元的第二端接收所述第一控制信号；

其中，所述第一控制信号控制所述第一开关单元和所述第四开关单元在所述第一阶段导通，以及在所述第二阶段和所述第三阶段断开；所述第二控制信号控制所述第二开关单元和所述第三开关单元在所述第一阶段断开，以及在所述第二阶段和所述第三阶段导通。

3.根据权利要求1所述的电容传感器的信号检测电路，其特征在于，所述电压转换器包括全差分放大器、第一增益电容、第二增益电容、第一电平转换电容、第二电平转换电容、第一控制开关、第二控制开关、第三切换开关、第四切换开关、第一输出开关、第二输出开关、第一反馈开关和第二反馈开关；

所述全差分放大器的第一输入端耦接于所述第一节点，所述全差分放大器的第二输入端耦接于所述第二节点，所述全差分放大器的第一输出端与所述第一输出开关的第一端电连接，所述全差分放大器的第二输出端与所述第二输出开关的第一端电连接；

所述第一增益电容的第一端电连接于所述第一节点，所述第一增益电容的第二端与所述第一控制开关的第一端电连接，所述第一控制开关的第二端与所述第一电平转换电容的第一端电连接；所述第二增益电容的第一端电连接于所述第二节点，所述第二增益电容的第二端与所述第二控制开关的第一端电连接，所述第二控制开关的第二端与所述第二电平转换电容的第一端电连接；所述第一增益电容的第一端和第二端、以及第二增益电容的第一端和第二端还分别与所述初始化模块电连接；

所述第一电平转换电容的第一端还与所述第一输出开关的第二端电连接，所述第一电平转换电容的第二端通过所述第三切换开关分别与所述全差分放大器的第一输出端和所述参考电源电连接；所述第二电平转换电容的第一端还与所述第二输出开关的第二端电连接，所述第二电平转换电容的第二端通过所述第四切换开关分别与所述全差分放大器的第二输出端和所述参考电源电连接；

所述第三切换开关用于在所述第一阶段和所述第二阶段，控制所述参考信号提供至所述第一电平转换电容的第二端，以及在所述第三阶段控制所述全差分放大器的第一输出端输出的第一输出信号传输至所述第一电平转换电容的第二端；

所述第四切换开关用于在所述第一阶段和所述第二阶段，控制所述参考信号提供至所述第二电平转换电容的第二端，以及在所述第三阶段控制所述全差分放大器的第二输出端输出的第二输出信号传输至所述第二电平转换电容的第二端；

所述第一反馈开关电连接于与所述全差分放大器的第一输入端和所述全差分放大器的第一输出端之间；所述第二反馈开关电连接于所述全差分放大器的第二输入端和所述全差分放大器的第二输出端之间；

其中，在所述第一阶段，所述第一反馈开关、所述第二反馈开关、所述第一输出开关和所述第二输出开关导通，以及所述第一控制开关和所述第二控制开关断开；在所述第二阶段，所述第一控制开关、所述第二控制开关、所述第一输出开关、所述第二输出开关导通，以及所述第一反馈开关和所述第二反馈开关断开；在所述第三阶段，所述第一控制开关、所述第二控制开关导通，以及所述第一反馈开关、所述第二反馈开关、所述第一输出开关和所述第二输出开关断开。

4.根据权利要求3所述的电容传感器的信号检测电路，其特征在于，所述初始化模块包括第一初始化开关、第二初始化开关、第三初始化开关和第四初始化开关；

所述第一初始化开关电连接于所述参考电源与所述第一节点之间，所述第二初始化开关电连接于所述参考电源与所述第一增益电容的第二端，所述第三初始化开关电连接于所述参考电源与所述第二节点之间，所述第四初始化开关电连接于所述参考电源与所述第二增益电容的第二端；

其中，在所述第一阶段，所述第一初始化开关、所述第二初始化开关、所述第三初始化开关和所述第四初始化开关均处于导通状态。

5.根据权利要求3所述的电容传感器的信号检测电路，其特征在于，所述电压转换器还包括第一采样电容和第二采样电容；

第一采样电容的电连接于所述第一节点与所述全差分放大器的第一输入端之间；所述第二采样电容电连接于所述第二节点与所述全差分放大器的第二输入端之间。

6.根据权利要求3所述的电容传感器的信号检测电路，其特征在于，所述第三切换开关包括第五开关单元和第六开关单元；所述第五开关单元的第一端与所述参考电源电连接，所述第六开关单元的第一端与所述全差分放大器的第一输出端电连接，所述第五开关单元的第二端和所述第六开关单元的第二端均与所述第一电平转换电容的第二端电连接，所述第五开关单元的控制端接收第三控制信号，所述第六开关单元的控制端接收第四控制信号；

所述第四切换开关包括第七开关单元和第八开关单元；所述第七开关单元的第一端与所述参考电源电连接，所述第八开关单元的第一端与所述全差分放大器的第二输出端电连接，所述第七开关单元的第二端和所述第八开关单元的第二端均与所述第二电平转换电容的第二端电连接，所述第七开关单元的控制端接收所述第三控制信号，所述第八开关单元的控制端接收所述第四控制信号；

其中，所述第三控制信号控制所述第五开关单元和所述第七开关单元在所述第一阶段和所述第二阶段导通，以及在所述第三阶段断开；所述第四控制信号控制所述第六开关单元和所述第八开关单元在所述第一阶段和所述第二阶段断开，以及在所述第三阶段导通。

7.根据权利要求1所述的电容传感器的信号检测电路，其特征在于，采样保持电路包括第三控制开关、第四控制开关、第一保持电容和第二保持电容；

所述第三控制开关电连接于所述电压转换器与所述第一保持电容的第一端，所述第四控制开关电连接于所述电压转换器与所述第二保持电容的第一端；

所述第一保持电容的第二端和所述第二保持电容的第二端均与所述参考电源电连接；

其中，在所述第一阶段和所述第二阶段，所述第三控制开关和所述第四控制开关断开；在所述第三阶段，所述第三控制开关和所述第四控制开关导通。

8.根据权利要求1所述的电容传感器的信号检测电路，其特征在于，还包括：

缓冲器，与所述采样保持电路电连接。

9.一种电容传感器的信号检测方法，采用权利要求1-8任一项所述电容传感器的信号检测电路执行，其特征在于，包括：

在第一阶段，控制所述第一切换开关将所述正性电源的正性电源信号提供至所述第一基准电容阵列和所述第二基准电容阵列，控制所述第二切换开关将所述负性电源的负性电源信号提供至所述中间极板，以及控制所述初始化模块将所述参考电源的参考信号分别提供值所述电压转换器、所述第一节点和所述第二节点；

在第二阶段，控制所述第一切换开关将所述负性电源的负性电源信号提供至所述第一基准电容阵列和所述第二基准电容阵列，控制所述第二切换开关将所述正性电源的正性电源信号提供至所述中间极板，以及控制所述电压转换器采集所述待测电容的所述第一固定极板与所述中间极板之间的第一电容信号、以及所述第二固定极板与所述中间极板之间的第二电容信号；

在第三阶段，控制所述第一切换开关将所述负性电源的负性电源信号提供至所述第一基准电容阵列和所述第二基准电容阵列，控制所述第二切换开关将所述正性电源的正性电源信号提供至所述中间极板，控制所述电压转换器对所述第一电容信号和所述第二电容信号进行放大后，分别输出第一放大信号和第二放大信号，以及控制采样保持电路输出所述第一放大信号和所述第二放大信号。

10.一种检测设备，其特征在于，包括：控制器、电容传感器和权利要求1-8任一项所述的电容传感器的信号检测电路；

所述控制器用于执行权利要求9所述的电容传感器的信号检测方法。