DE102016117862A1 - Kondensatorabfühlsystem - Google Patents
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- G01R27/2605—Measuring capacitance
Abstract
Ein Kondensatorabfühlsystem enthält eine Kontaktinsel zum Koppeln mit einem externen Kondensator. Ein Strom-Digital-Analog-Wandler (DAW) führt Strom zum Laden des externen Kondensators zu. Ein Referenzkondensator wird durch eine Stromquelle geladen. Ein erster Komparator vergleicht eine Spannung an dem externen Kondensator, die an der Kontaktinsel abgefühlt wurde, mit einer Bezugsspannung und generiert einen ersten Vergleich. Ein zweiter Komparator vergleicht eine Spannung an einem Referenzkondensator mit der Bezugsspannung und generiert einen zweiten Vergleich. Die gespeicherten ersten und zweiten Vergleiche werden verwendet, um den Strom-DAW zu steuern. Erste und zweite Wechselstrom-Kopplungskondensatoren sind zwischen der Kontaktinsel und dem ersten Komparator bzw. zwischen dem Referenzkondensator und dem zweiten Komparator gekoppelt. Das Abfühlen an der Kontaktinsel erlaubt eine höhere Genauigkeit, und die Wechselstrom-Kopplungskondensatoren ermöglichen eine bessere Anpassung und erlauben das Einstellen unterschiedlicher Gleichstromvorspannungen für den externen Kondensator und den ersten Komparator.
Description
- HINTERGRUND
- Gebiet der Erfindung
- Diese Anmeldung betrifft Sensoren, und betrifft insbesondere ein Kondensatorabfühlsystem (Kondensatorfühl- oder Kondensatormesssystem).
- Beschreibung des Standes der Technik
- Kapazitive Sensoren werden zum Abfühlen (oder Messen) einer Vielzahl verschiedener physikalischer Quantitäten (Größen) verwendet, zum Beispiel einer Berührung. Die Veränderung der Kapazität, die durch eine Berührung auf einem Berührungsbildschirm herbeigeführt wird, kann dafür verwendet werden, Informationen bezüglich der Berührung zu bestimmen. Da solche kapazitiven Sensoren immer weitere Verbreitung finden, sind Verbesserungen bei der Genauigkeit dieser Sensoren wünschenswert.
- KURZDARSTELLUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
- Dementsprechend enthält in einer Ausführungsform eine Vorrichtung eine Kontaktinsel (pad) zum Koppeln mit einem externen Kondensator. Eine erste Stromquelle ist mit der Kontaktinsel durch einen ersten Pfad gekoppelt und führt Strom zum Laden des externen Kondensators zu. Ein zweiter Pfad koppelt einen Komparator mit der Kontaktinsel. Der Komparator vergleicht eine erste Spannung an der Kontaktinsel, die einer Spannung an dem externen Kondensator entspricht, und eine zuvor festgelegte Spannung und gibt eine erste Vergleichsanzeige aus, die den Vergleich anzeigt.
- In einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Abfühlen eines externen Kondensators bereitgestellt, das das Zuführen eines Ladestroms von einer ersten Stromquelle zu einer Kontaktinsel eines integrierten Schaltkreises durch einen ersten Pfad zum Laden des mit der Kontaktinsel gekoppelten externen Kondensators enthält. Eine erste Spannung an dem externen Kondensator wird an der Kontaktinsel abgefühlt und durch einen zweiten Pfad, der von dem ersten Pfad getrennt ist, in einen Komparator eingespeist. Der Komparator vergleicht die erste Spannung und eine Bezugsspannung und gibt ein Vergleichsergebnis aus, das eine Differenz zwischen der ersten Spannung und der Bezugsspannung anzeigt.
- In einer anderen Ausführungsform enthält eine Vorrichtung mehrere Kontaktinseln zum Koppeln mit jeweiligen externen Kondensatoren. Ein Strom-Digital-Analog-Wandler (DAW) ist selektiv mit einer oder mehreren der Kontaktinseln durch eine erste Mehrzahl von Schaltern gekoppelt. Ein erster Komparator hat einen ersten Eingang, der selektiv mit den Kontaktinseln durch eine zweite Mehrzahl von Schaltern gekoppelt ist, und hat einen zweiten Eingang, der mit einer Bezugsspannung gekoppelt ist. Der erste Komparator vergleicht eine erste Spannung an dem ersten Eingang mit der Bezugsspannung und gibt eine erste Vergleichsanzeige aus. Ein zweiter Komparator ist gekoppelt, um eine zweite Spannung an einem Referenzkondensator und die Bezugsspannung zu vergleichen und eine zweite Vergleichsanzeige auszugeben. Ein erster Kondensator ist zwischen den Kontaktinseln und dem erste Eingang des ersten Komparators in Reihe geschaltet. Ein zweiter Kondensator ist zwischen dem Referenzkondensator und dem zweiten Komparator in Reihe geschaltet. Ein Speicherkreis speichert die erste Vergleichsanzeige in Reaktion darauf, dass die zweite Vergleichsanzeige anzeigt, dass die zweite Spannung die Bezugsspannung erreicht hat. Ein Ausgang des Speicherkreises ist mit einem Steuerkreis für den Strom-DAW gekoppelt.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Die vorliegende Erfindung kann besser verstanden werden, und ihre zahlreichen Aufgaben, Merkmale und Vorteile können dem Fachmann verständlich gemacht werden, wenn die beiliegenden Zeichnungen zu Hilfe genommen werden.
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1 veranschaulicht ein Blockschaubild eines kapazitiven Abfühlsystems gemäß einer Ausführungsform. -
2 veranschaulicht ein Zeitdiagramm, das den Betrieb des Abfühlsystems von1 veranschaulicht. -
3 veranschaulicht Vorteile, die durch die Ausführungsform von1 realisiert werden, einschließlich der Verwendung von Wechselstrom-Kopplungskondensatoren. -
4 veranschaulicht einen Eingangstransistor des Komparators. -
5 veranschaulicht, dass eine Gleichstromvorspannung auf der Seite des externen Kondensators eine andere sein kann als die Gleichstromvorspannung an dem Eingang des Komparatorkreises. - Die Verwendung der gleichen Bezugssymbole in verschiedenen Zeichnungen bezeichnet ähnliche oder identische Elemente.
- DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- Die im vorliegenden Text beschriebenen Ausführungsformen verbessern auf effiziente Weise die Vermeidung verschiedener Fehlerquellen im Ladepfad eines externen Kondensators in einem Kondensatorabfühlsystem. Der Ladepfad eines externen Kondensators hat aufgrund seiner großen Schwankungsbandbreite von Kondensatorwerten und aufgrund des Gesamtwiderstandes von Schaltern und langer Stromlaufwege verschiedene Fehlerquellen. Ausführungsformen enthalten Kelvinabfühlung und/oder Wechselstromkopplung im vorderen Ende, um Genauigkeit und Flexibilität eines Kondensatorabfühlsystems zu verbessern.
- Wir wenden uns
1 zu, wo ein Blockschaubild ein kapazitives Abfühlsystem gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht, das sowohl Kelvinabfühlung als auch Wechselstromkopplung enthält. Das Abfühlsystem ist auf dem integrierten Schaltkreis101 ausgebildet. Ein Strom-Digital-Analog-Wandler (DAW)103 führt Strom IDAC zu der Kontaktinsel105 1, die ihrerseits mit einem externen Kondensator107 1 gekoppelt ist. Die Kontaktinseln105 (105 1–105 N) stellen eine elektrische Verbindung zwischen internen Signalen und externen Signalen bereit. Der Pfad vom Strom-DAW103 zu der Kontaktinsel105 1 enthält einen Widerstand im Zusammenhang mit den Stromlaufwegen und dem Schalter109 1. Der Gesamtersatzwiderstand von dem Strom-DAW103 zur Kontaktinsel105 1 ist als der Ersatzwiderstand (Req1)117 gezeigt. - Der Komparatorkreis
115 enthält Komparatoren114 und116 und ein Speicherelement (wie zum Beispiel einen Flipflop)120 . Ein zweiter Schalter111 1 koppelt die Kontaktinsel durch einen separaten Pfad mit einem ersten Eingang des Komparators114 . Der Komparator114 vergleicht die Spannung an einem Eingang, der der externen Kapazität107 1 entspricht, mit einer zuvor festgelegten Bezugsspannung (Vrampend), wie weiter unten noch beschrieben wird. Das Abfühlen des externen Kondensators107 1 erfolgt durch einen Kelvin-Schalter111 1 und nicht direkt am Ausgang des Strom-DAW103 . Dadurch wird der Spannungsterminus IDAC × Req1 aus der abgefühlten Spannung (Vramp) entfernt, wie unten noch ausführlicher erläutert wird. Anderenfalls bewirkt das IDAC × Req1 einen nicht-linearen Terminus und führt zu einem Kleinsignalkondensator, der einen Verstärkungsfehler abfühlt, der von dem externen Kapazitäts(Cext)-Wert abhängig ist. - Die Stromquelle
121 lädt einen Referenzkondensator Cref123 , und der Komparator116 empfängt die Spannung an dem Referenzkondensator. Der Komparator116 vergleicht die Spannung an der Referenzkapazität, während sie zu Vrampend ansteigt, und löst die ansteigende Flanke des Signals152 aus, wenn der Eingang, der mit der Referenzkapazität gekoppelt ist, Vrampend erreicht. An diesem Punkt wird das Ausgangssignal des Komparators114 in dem Speicherelement120 durch die ansteigende Flanke des Signals152 verriegelt. Das aktualisierte Ein-Bit-Ausgangssignal dout wird in die Steuerungslogik125 eingespeist, um den IDAC_Code zu aktualisieren, so dass die Stromquelle103 für die nächste Vergleichsoperation gültig ist. Die Steuerungslogik125 kann zum Beispiel unter Verwendung eines programmierten Mikrocontrollers implementiert werden und kann Speicher und Software enthalten, die erforderlich sind, um zusammen mit dem Mikrocontroller die im vorliegenden Text beschriebene Steuerfunktionalität bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen kann die Steuerungslogik als Teil einer anderen programmierbaren Logikvorrichtung implementiert werden, wie zum Beispiel eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) oder einer anderen Logik. Die Steuerungslogik erhöht oder verringert den Strom durch Zuführen eines IDAC-Codes127 auf der Basis der Vergleichsanzeige. Der Strom IDAC von dem Strom-DAW103 kann justiert werden, bis eine zweckmäßige Beziehung zwischen der abgefühlten Spannung der externen Kapazität und der Bezugsspannung existiert. Die externe Kapazität kann alsbestimmt werden. Die Berechnung der externen Kapazität kann in dem Mikrocontroller, der die Steuerungslogik125 bereitstellt, oder in einer anderen programmierbaren Logik ausgeführt werden. Des Weiteren übermitteln Veränderungen des Kapazitätswertes Informationen über die Berührung oder eine sonstige physikalische Ursache der Veränderung der Kapazität. -
2 veranschaulicht den Betrieb des in1 gezeigten Systems. Das Ausgangssignal152 des Komparators116 steuert die ansteigende Flanke des in2 gezeigten CLK-Signals154 . Eine verzögerte Version des Taktsignals154 steuert die Schalter131 ,133 ,135 und155 und somit das Laden und Entladen der verschiedene in1 gezeigten Kondensatoren. Zur besseren Übersichtlichkeit wird in2 auf die Darstellung der verzögerten Version verzichtet. Andere Schaltkreise (nicht gezeigt) steuern die abfallende Flanke des CLK-Signals154 und steuern darum die Breite der hohen Phase des CLK-Signals154 , die die Zeitdauer bestimmt, die die Kondensatoren Cref und Cext entladen müssen. Auf der abfallenden Flanke201 des Taktsignals CLK154 ist der durch die Steuerungslogik125 ausgegebene IDAC_Code gültig, und der Strom IDAC wird zum Laden der externen Kondensatoren (Cext) zugeführt. Außerdem beginnt die Stromquelle121 das Laden der Referenzkapazität (Cref)123 nach der abfallenden Flanke von CLK. Die Spannung an der Referenzkapazität steigt an, bis sie die voreingestellte Vrampend erreicht, die die ansteigende Flanke des Signals152 auslöst. In Reaktion auf die ansteigende Flanke vergleicht der Komparator114 auch die Spannung an der externen Kapazität mit Vrampend, und das Vergleichsausgangssignal wird in dem Speicherelement120 durch die ansteigende Flanke des Signals152 verriegelt und als dout ausgegeben. Das aktualisierte dout wird in die Steuerungslogik125 eingespeist, um den IDAC_Code zu aktualisieren, so dass der Strom IDAC von dem Strom-DAW103 für die nächste Vergleichsoperation gültig ist. Eine verzögerte Version der ansteigenden Flanke des Taktsignals CLK154 bei201 veranlasst auch, dass die Schalter131 ,133 ,135 und155 sich schließen. Das veranlasst, dass sich der externe Kondensator durch den Schalter131 zu Erde entlädt. Das Entladen durch die Erdungsebene ist effizienter und einfacher, da die Erdungsebene den Entladestrom von der großen externen Kapazität besser handhaben kann. Außerdem werden die Eingangssignale in den Komparator115 mit einer Rücksetzungsspannung (vrst2)137 gekoppelt, die sich von der Erdungsspannung unterschieden kann, auf die die externen Kondensatoren zurückgesetzt werden, wie weiter unten noch ausführlicher erläutert wird. Der Referenzkondensator123 wird zu dieser Zeit ebenfalls durch den Schalter155 zu Erde entladen. Der Zyklus wiederholt sich dann an der nächsten abfallenden Flanke des CLK-Signals203 . Es ist zu beachten, dass2 die Bezugsspannung an dem Referenzkondensator zeigt, wie sie bei jedem Zyklus zu Vrampend ansteigt, da der Ladestrom von der Stromquelle121 statisch ist. Im Gegensatz dazu nimmt die Spannung der externen Kapazität in jedem Zyklus in Reaktion auf eine Veränderung des IDAC_Codes allmählich zu, um den Strom IDAC von dem Strom-DAW103 zu erhöhen, bis die Spannung an der externen Kapazität ebenfalls Vrampend erreicht, nachdem der Zyklus durch die abfallende Flanke205 gestartet ist. - Das Anstiegssignal an dem externen Kondensator
107 , wird durch einen Kopplungskondensator141 (Ca1) mit dem Komparatorkreis114 Wechselstrom-gekoppelt. Außerdem ist der Referenzkondensator durch einen Anpassungskopplungskondensator143 (Ca1) mit dem Komparatorkreis116 gekoppelt. Darum werden die zwei Pfade nach den Kopplungskondensatoren besser angepasst, als es eine direkte Gleichstromkopplung könnte. Eine bessere Anpassung in dem internen Cext- und Cref-Vergleichspfad zwischen den Kopplungskondensatoren141 ,143 und den Komparatorkreisen114 und116 erlaubt eine bessere Vermeidung von Gleichtaktfehlern und Zufuhrunregelmäßigkeiten. Betrachten wir die Äquivalentkapazitäten, die durch die Wechselstrom-Kopplungskondensatoren bereitgestellt werden. Wenn wir vom co_cext-Knoten151 und vom co_cref-Knoten bei153 nach links schauen, so sind die Äquivalentkapazitätenund Ca1 < Cref << Cext. Die Äquivalentkapazitäten Cequ1 und Cequ2 passen deutlich besser zusammen als Cext und Cref. Nehmen wir zum Beispiel an, das Ca1 = 1 (Einheit der Kapazität), Cref = 2 und Cext = 32. Unter Annahme dieser Werte ist Cequ1 = 0,97 und Cequ2 = 0,67. Die Fehlanpassung wird von einer Differenz von 16× (zwischen 2 und 32 Einheiten) zu einer Differenz von nur etwa 31% (zwischen 0,97 und 0,67 Einheiten) verbesserte. Somit erlaubt die bessere Anpassung in den internen Cext- und Cref-Vergleichspfaden, die die Knoten151 und153 enthalten, eine bessere Vermeidung von Gleichtaktfehlern und Zufuhrunregelmäßigkeiten. In3 veranschaulicht das Schaubild die Beseitigung einiger Fehlerquellen. Zum Beispiel wird durch Kelvinabfühlung (Abfühlen so nahe am externen Kondensator wie möglich; hier an der Kontaktinsel) anstatt nahe dem Ausgang des Strom-DAW103 die bei301 gezeigte Spannung entfernt, weil der Strom IDAC durch den Ersatzwiderstand Req1 fließt, indem nach dem Ersatzwiderstand abgefühlt wird. Somit fühlt die Ausführungsform von1 die Spannung des externen Kondensators nach dem durch IDAC × Req verursachten IR-Abfall durch Abfühlen an der Kontaktinsel105 ab. Es ist zu beachten, dass der Pfad112 von der Kontaktinsel105 zu dem Komparator114 außerdem einen Ersatzwiderstand Req2118 enthält. Weil jedoch kein Strom in dem Abfühlpfad112 fließt, verursacht der Ersatzwiderstand Req2 keinen zusätzlichen Spannungsabfall in dem Abfühlpfad.3 zeigt bei303 den Einschwingfehler auf der Seite des externen Kondensators, der durch den Wechselstrom-Kopplungskondensator Ca1 beseitigt wird, der die Gleichstromvorspannung auf jeder Seite des Kondensators trennt.3 zeigt des Weiteren, dass der Vramp-Wert305 durch die co_cext-Seite und nicht durch die Cext-Seite eingestellt wird. Es gilt Vramp = Vrampend (307 ) – Vrst2 (309 ) auf der Komparatorseite, wobei Vrampend und Vrst2 durch separate Vorspannkreise eingestellt werden. es ist des Weiteren zu beachten, dass der Vramp-Wert für Rücksetzungseinschwingfehlern auf der Seite der externen Kapazität unempfindlich ist, was Rücksetzungszeit spart, da Cext >> Ca1 und Cext mehr Zeit braucht, um sich richtig einzuschwingen. -
4 und5 helfen zu veranschaulichen, dass die Gleichstromvorspannung auf der Seite des externen Kondensators Cext und am Komparatoreingang nicht die gleiche zu sein braucht. Aufgrund des Wechselstrom-Kopplungskondensators141 kann die Vorspannung auf der Komparatorseite unabhängig eingestellt werden, um die Komparatoreingangskreise zu optimieren und eine Übersteuerungsreserve zu schaffen.4 zeigt einen Eingangstransistor im Komparator114 , der mit dem externen Kondensator durch den Wechselstrom-Kopplungskondensator141 gekoppelt ist.5 zeigt die Anstiegswellenformen für den externen Kondensator und die Anstiegswellenformen, auf der Komparatorseite des Kopplungskondensators141 gesehen. Für den externen Kondensator107 1 ist die durch den Schalter131 zugeführte Rücksetzungsspannung eine Erdungsspannung. Die große Kapazität des externen Kondensators macht es effizienter, die externe Kapazität in jedem Zyklus auf Erde (vrst1) zurückzusetzen. Jedoch kann für vrst2 am Knoten137 , die in den Eingangsknoten der Komparatoren114 und116 eingespeist wird, die Spannung null Volt (Erde) sein, oder kann auf eine andere Spannung eingestellt werden. - Wir wenden uns
5 zu, wo die Anstiegsspitze als Vrampend = VGS + V2 gezeigt ist, wobei VGS die Gate-zu-Source-Spannung des Eingangstransistors401 des in4 gezeigten Komparator115 ist. V2 ist eine Spannung, die durch die gewünschte Übersteuerungsreserve für den Strom I im Source-Knoten des Transistors401 eingestellt wird. Zum Beispiel kann V2 auf 0,5 V, 0,25 V oder eine andere Spannung eingestellt werden. Der Vramp-Pegel und die resultierende Gleichstromvorspannung Vrst2 = VGS + V2-Vramp werden so gewählt, dass die gewünschte Gesamtkreis-Übersteuerungsreserve in einem Niedrigversorgungssystem bereitgestellt wird. Vrampend und Vrst2 werden durch separate Vorspannkreise (in1 nicht gezeigt) eingestellt. - Obgleich Ausführungsformen einen einzelnen externen Kondensator unterstützen können, unterstützen andere Ausführungsformen, wie zum Beispiel in
1 veranschaulicht, mehrere externe Kondensatoren. So sind Kontaktinseln105 , die105 1,105 2,105 N Kontaktinseln enthalten, durch Schalter109 1,109 2,109 N mit dem Strom-DAW103 gekoppelt. - Außerdem ist der Wechselstrom-Kopplungskondensator
141 mit den Kontaktinseln105 1,105 2,105 N durch Schalter111 (111 1,111 2,111 N) gekoppelt. So können der Komparator114 , die Steuerungslogik125 und der Strom-DAW103 für alle externen Kondensatoren107 (107 1,107 2,107 N) verwendet werden. Die Schalter können so eingestellt werden, dass nur ein einziger Satz Schalter auf einmal geschlossen wird, so dass immer nur einer der Kondensatoren auf einmal abgefühlt wird. Eine Steuerlogik kann veranlassen, dass die Schalter so schließen, dass jeder Kondensator mit einer zuvor festgelegten Rate abgefühlt wird. In anderen Ausführungsformen sind alle Schalter die ganze Zeit geschlossen, wodurch ein ODER-Betrieb ausgeführt wird, und der Ladestrom lädt alle Kondensatoren, und der Komparator vergleicht die kombinierten Spannungen an den Kondensatoren. In weiteren Ausführungsformen werden ein oder mehr Sätze von Schaltern geschlossen, aber weniger als alle Sätze von Schaltern, und die Schaltereinstellungen sind statisch. - Es sind nun verschiedene Aspekte eines kapazitiven Abfühlsystems beschrieben worden. Die Beschreibung der im vorliegenden Text dargelegten Erfindung ist veranschaulichend und soll nicht den Schutzumfang der Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist, beschränken. Andere Variationen und Modifizierungen der im vorliegenden Text offenbarten Ausführungsformen können auf der Basis der im vorliegenden Text gegebenen Beschreibung vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüche dargelegt ist, zu verlassen.
Claims (20)
- Vorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Kontaktinsel zum Koppeln mit einem externen Kondensator; eine erste Stromquelle, die über einen ersten Pfad mit der Kontaktinsel gekoppelt ist, wobei die erste Stromquelle dazu dient, Strom zum Laden des externen Kondensators zuzuführen; und einen ersten Komparator, der über einen zweiten Pfad mit der Kontaktinsel gekoppelt ist, um eine erste Spannung an der Kontaktinsel, die der Spannung an dem externen Kondensator entspricht, mit einer zuvor festgelegten Spannung zu vergleichen und eine erste Vergleichsanzeige bereitzustellen, die diesen Vergleich anzeigt.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, die des Weiteren Folgendes umfasst: einen Referenzkondensator; einen zweiten Komparator zum Vergleichen einer zweiten Spannung, die der Spannung an dem Referenzkondensator entspricht, und der zuvor festgelegten Spannung und zum Ausgeben einer zweiten Vergleichsanzeige; und einen Speicherkreis zum Speichern der ersten Vergleichsanzeige in Reaktion darauf, dass die zweite Vergleichsanzeige anzeigt, dass die zweite Spannung die zuvor festgelegte Spannung erreicht hat.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, die des Weiteren Folgendes umfasst: einen Referenzkondensator; einen zweiten Komparator zum Vergleichen einer zweiten Spannung, die der Spannung an dem Referenzkondensator entspricht, und der zuvor festgelegten Spannung und zum Ausgeben einer zweiten Vergleichsanzeige; einen ersten Wechselstrom-Kopplungskondensator, der zwischen der Kontaktinsel und dem ersten Komparator in Reihe geschaltet ist; und einen zweiten Wechselstrom-Kopplungskondensator, der zwischen dem Referenzkondensator und dem zweiten Komparator in Reihe geschaltet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 3, die des Weiteren Folgendes umfasst: einen Rücksetzungsspannungsknoten, der selektiv mit einem ersten Knoten zwischen dem ersten Wechselstrom-Kopplungskondensator und einem ersten Eingang des ersten Komparators gekoppelt ist, wobei der erste Eingang des ersten Komparators mit der Kontaktinsel gekoppelt ist; wobei der Rücksetzungsspannungsknoten selektiv mit einem zweiten Knoten zwischen dem zweiten Wechselstrom-Kopplungskondensator und einem ersten Eingang des zweiten Komparators gekoppelt ist, wobei der erste Eingang des zweiten Komparators mit dem Referenzkondensator gekoppelt ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine erste Rücksetzungsspannung, die selektiv mit dem externen Kondensator gekoppelt ist, um den externen Kondensator zu entladen, eine andere ist als eine zweite Rücksetzungsspannung, die selektiv mit der Rücksetzungsspannungsknoten gekoppelt ist, um dadurch eine andere Gleichstromvorspannung an dem externen Kondensator und dem ersten Eingang des ersten Komparators bereitstellen.
- Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, die des Weiteren Folgendes umfasst: einen ersten Schalter zum selektiven Koppeln des ersten Knotens mit dem Rücksetzungsspannungsknoten und einen zweiten Schalter zum Koppeln des zweiten Knotens mit dem Rücksetzungsspannungsknoten; einen dritten Schalter zum selektiven Koppeln des externen Kondensators mit Erde; und einen vierten Schalter zum selektiven Koppeln des Referenzkondensators mit Erde.
- Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei des Weiteren: der erste, zweite, dritte und vierte Schalter gekoppelt sind, um gemäß einem Taktsignal zu schalten, dessen ansteigende Flanke durch den zweiten Komparator gesteuert wird.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, die des Weiteren Folgendes umfasst: eine zweite Kontaktinsel, die selektiv mit dem ersten Komparator durch einen dritten Pfad gekoppelt ist, wobei der dritte Pfad einen Abschnitt des zweiten Pfades enthält; einen vierten Pfad, der selektiv die zweite Kontaktinsel mit der ersten Stromquelle koppelt, wobei der vierte Pfad von dem dritten Pfad getrennt ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 8, die des Weiteren Folgendes umfasst: einen ersten Schalter, der einen Teil des vierten Pfades bildet, der die zweite Kontaktinsel mit der ersten Stromquelle koppelt, und einen zweiten Schalter, der einen Teil des dritten Pfades bildet, der die zweite Kontaktinsel mit dem ersten Komparator koppelt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–9, die des Weiteren Folgendes umfasst: den externen Kondensator.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–10, wobei die erste Stromquelle ein digital programmierbarer Strom-Digital-Analog-Wandler (DAW) ist und eine Steuerungslogik für die erste Stromquelle auf die gespeicherte erste Vergleichsanzeige reagiert, um den Strom zum Laden des externen Kondensators, der durch den Strom-DAW zugeführt wird, zu justieren.
- Verfahren zum Abfühlen eines externen Kondensators, das Folgendes umfasst: Zuführen eines ersten Ladestroms von einer ersten Stromquelle zu einer Kontaktinsel eines integrierten Schaltkreises durch einen ersten Pfad zum Laden des mit der Kontaktinsel gekoppelten externen Kondensators; Abfühlen einer ersten Spannung an dem externen Kondensator an der Kontaktinsel; Einspeisen der ersten Spannung über einen zweiten Pfad, der von dem ersten Pfad getrennt ist, in einen ersten Komparator; und Vergleichen der ersten Spannung und einer Bezugsspannung in dem ersten Komparator und Bereitstellen eines Vergleichsergebnisses, das eine Differenz zwischen der ersten Spannung und der Bezugsspannung anzeigt.
- Verfahren nach Anspruch 12, das des Weiteren Folgendes umfasst: Laden eines Referenzkondensators, um eine zweite Spannung zu generieren; Vergleichen der zweiten Spannung mit der Bezugsspannung und Ausgeben einer zweiten Vergleichsanzeige; und Speichern der ersten Vergleichsanzeige in Reaktion darauf, dass die zweite Vergleichsanzeige anzeigt, dass die zweite Spannung die Bezugsspannung erreicht hat.
- Verfahren nach Anspruch 12, das des Weiteren Folgendes umfasst: Laden eines Referenzkondensators, um eine zweite Spannung zu generieren; Vergleichen der zweiten Spannung mit der Bezugsspannung und Ausgeben einer zweiten Vergleichsanzeige; Einspeisen der ersten Spannung in einen ersten Eingang des ersten Komparators durch einen ersten Kopplungskondensator, der zwischen der Kontaktinsel und dem ersten Komparator in Reihe geschaltet ist; und Einspeisen der zweiten Spannung in einen ersten Eingang des zweiten Komparators durch einen zweiten Kondensator, der zwischen dem Referenzkondensator und dem zweiten Komparator in Reihe geschaltet ist.
- Verfahren nach Anspruch 14, das des Weiteren Folgendes umfasst: selektives Koppeln einer Rücksetzungsspannung mit einem ersten Knoten zwischen dem ersten Kopplungskondensator und dem ersten Eingang des ersten Komparators; und selektives Koppeln der Rücksetzungsspannung mit einem zweiten Knoten zwischen dem zweiten Kopplungskondensator und dem ersten Eingang des zweiten Komparators.
- Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei eine erste Gleichstromvorspannung an dem externen Kondensator eine andere ist als eine zweite Gleichstromvorspannung an dem ersten Eingang des ersten Komparators.
- Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, das des Weiteren Folgendes umfasst: selektives Koppeln des ersten Knotens mit der Rücksetzungsspannung durch einen ersten Schalter; selektives Koppeln des zweiten Knotens mit der Rücksetzungsspannung durch einen zweiten Schalter; selektives Koppeln des externen Kondensators mit Erde durch einen dritten Schalter; und selektives Koppeln des Referenzkondensators mit Erde durch einen vierten Schalter; und Steuern des ersten, zweiten, dritten und vierten Schalters mit einem Taktsignal, das eine ansteigende Flanke hat, die durch den zweiten Komparator gesteuert wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 12–17, das des Weiteren Folgendes umfasst: Zuführen eines zweiten Ladestroms von der ersten Stromquelle zu einer zweiten Kontaktinsel des integrierten Schaltkreises durch einen dritten Pfad zum Laden eines zweiten externen Kondensators, der mit der zweiten Kontaktinsel gekoppelt ist, wobei der dritte Pfad einen Abschnitt des zweiten Pfades enthält; Einspeisen einer zweiten Spannung, die den zweiten externen Kondensator anzeigt, in einen Komparator über einen vierten Pfad, die von dem dritten Pfad getrennt ist; und Vergleichen der Bezugsspannung mit der zweiten Spannung.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 12–18, des Weiteren das Justieren des ersten Ladestroms gemäß dem Vergleichsergebnis umfasst.
- Vorrichtung, die Folgendes umfasst: mehrere Kontaktinseln zum Koppeln mit jeweiligen externen Kondensatoren; einen Strom-Digital-Analog-Wandler (DAW), der selektiv mit einer oder mehreren der Kontaktinseln durch eine erste Mehrzahl von Schaltern gekoppelt ist; einen ersten Komparator mit einem ersten Eingang, der selektiv mit den Kontaktinseln durch eine zweite Mehrzahl von Schaltern gekoppelt ist, und mit einem zweiten Eingang, der mit einer Bezugsspannung gekoppelt ist, wobei der erste Komparator dazu dient, eine erste Spannung an dem ersten Eingang mit der Bezugsspannung zu vergleichen und eine erste Vergleichsanzeige auszugeben; einen zweiten Komparator, der gekoppelt ist, um eine zweite Spannung an einem Referenzkondensator und die Bezugsspannung zu vergleichen und eine zweite Vergleichsanzeige auszugeben; einen ersten Kondensator, der zwischen den Kontaktinseln und dem erste Eingang des ersten Komparators in Reihe geschaltet ist; einen zweiten Kondensator, der zwischen dem Referenzkondensator und dem zweiten Komparator in Reihe geschaltet ist; und einen Speicherkreis zum Speichern der ersten Vergleichsanzeige in Reaktion darauf, dass die zweite Vergleichsanzeige anzeigt, dass die zweite Spannung die Bezugsspannung erreicht hat, wobei ein Ausgang des Speicherkreises mit einem Steuerkreis für den Strom-DAW gekoppelt.
Applications Claiming Priority (2)
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US14/927,959 US10041981B2 (en) | 2015-10-30 | 2015-10-30 | Capacitor sensing system |
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Publications (2)
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