TWI421505B - 電容性感測器及用於降低在具有一增益級之感測器中的雜訊之方法 - Google Patents

電容性感測器及用於降低在具有一增益級之感測器中的雜訊之方法 Download PDF

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TWI421505B
TWI421505B TW096151412A TW96151412A TWI421505B TW I421505 B TWI421505 B TW I421505B TW 096151412 A TW096151412 A TW 096151412A TW 96151412 A TW96151412 A TW 96151412A TW I421505 B TWI421505 B TW I421505B
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Dejan Mijuskovic
Liviu Chiaburu
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Freescale Semiconductor Inc
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Description

電容性感測器及用於降低在具有一增益級之感測器中的雜訊之方法 發明領域
本發明係大致有關於感測器，且特別是有關於降低在電容性感測器中之雜訊。
 發明背景
本申請案曾在2007年1月26日向美國政府申請成為專利申請案第11/627,633號。
被電容性感測器輸出之信號經常包括來自電容性感測器的各種成份之雜訊(如來自操作性放大器的雜訊與來自一個或多個切換器的雜訊等)。包括於輸出信號之雜訊經常是大的並在檢測電容中之改變要達成較大的敏感度呈現主要之限制。因之，要提供用於產生具有降低量的雜訊之電容性感測器的輸出信號之系統與方法是為所欲的。進一步言之，本發明的其他所欲的特點將由本發明之後續的詳細描述與所附之申請專利範圍在配合附圖與本發明之此背景被取得下變得明白的。
 發明概要
一種電容性感測器，包含包括有一輸出之一增益級，該增益級係被組配來產生具有一雜訊分量的一第一信號及產生具有一輸出分量與該雜訊分量的一第二信號。該電容性感測器亦包括一濾波抽樣級，具有一輸入被耦合至該增 益級輸出，該濾波抽樣級係被組配來將該第一信號抽樣、儲存該第一信號、及由該第二信號減除該第一信號。
圖式簡單說明
此後本發明將配合下列附圖被描述。其中類似之元件編號代表類似之元件，且第1圖為具有一增益級被耦合至一抽樣級的習知之電容性感測器100的示意圖；第2圖為具有一增益級與一被動濾波抽樣級之一電容性感測器的釋例性實施例之示意圖；第3圖為具有一增益級與一被動濾波抽樣級之另一電容性感測器的釋例性實施例之示意圖；第4圖為具有一增益級與一被動濾波抽樣級之還另一電容性感測器的釋例性實施例之示意圖；第5圖為具有一增益級與一主動濾波抽樣級之一電容性感測器的釋例性實施例之示意圖；第6圖為具有一增益級與一主動濾波抽樣級之另一電容性感測器的釋例性實施例之示意圖；以及第7圖為代表用於降低在電容性感測器中之雜訊的方法之釋例性實施例的流程圖。
 較佳實施例之詳細說明
本發明之下列詳細的描述僅為釋例性之性質，且不欲為要限制本發明或本發明的應用與使用。進一步言之，其不欲受限於本發明的前述所呈現之任何原理或本發明之下 列詳細的描述。
第1圖為包括有一增益級110被耦合至一級150之習知技藝的電容性感測器100之圖。增益級110典型上包括一電容性元件112具有一可測量的電容(Cs )與一電容性元件114具有一基準電容(Vref )。電容性元件112與114之每一個分別經由切換器116與118選擇性地被耦合至一基準電壓(Vref )與接地，使得電容性元件112與114只有一個在任何特定時間被耦合至Vref 與接地。此即，當切換器116耦合電容性元件112至Vref 時，切換器118耦合電容性元件114至接地。類似地，當切換器118耦合電容性元件114至Vref 時，切換器116耦合電容性元件112至接地。
電容性元件112與114之每一個被耦合至由具有一正輸入、一負輸入與一輸出的一操作性放大器120與具有一電容(C125 )被耦合至負輸出及操作性放大器120之輸出的一電容性元件125所組成之一集積器電路。此外，增益級110包括一切換器130，使得信號可在切換器130被關閉時使電容性元件125放電。
級150包括一切換器155以選擇性地耦合級150至一輸出節點165與一電容性元件160。電容性元件160被耦合至節點165與接地間。
電容性感測器100之目的係要產生與電容性元件112及114的電容差(即Cs -Cref )成比例之電壓輸出。以下為電容性感測器100如何操作的描述：切換器130與155被關閉，切換器116被連接至Vref 及切 換器118被連接至接地。此形成輸出信號等於Vref 之結果。
切換器130被打開，而切換器155維持被關閉。此造成電容性感測器100之瞬間雜訊被抽樣且被保存於電容性元件125。短暫地在切換器130被打開後，切換器116與118被切換，使得Vref 與-Vref 之電壓步階分別被施用至電容性元件114與112。電荷之改變(即Vref ＊(Cs -Cref ))被儲存於電容性元件125，其導致輸出信號以所欲的量Vref ＊(Cs -Cref )/C125 變化。然後切換器155被打開，使得輸出信號之目前值被儲存於電容性元件160上。
輸出信號中之變化亦包括被操作性放大器120產生的雜訊(此雜訊係以被一虛擬雜訊源122呈現)與被切換器130之切換動作產生的雜訊。進一步言之，被儲存於電容性元件160中之輸出信號亦包括被切換器155之切換動作產生的雜訊。此即，雖然理想之輸出信號只為Vref ＊(Cs -Cref )/C125 ，電容性元件160儲存被下列等式所呈現之數個其他分量所組成的信號：Vref ＊(Cs -Cref )/C125 加操作性放大器120雜訊、加切換器130雜訊、加切換器155雜訊。
第2圖為具有一增益級210與一被動濾波抽樣級250之一電容性感測器200的釋例性實施例之示意圖。增益級210可為能放大信號的任何裝置、電路、硬體、及/或軟體。在第2圖中被顯示之實施例中，增益級210係類似於在上面針對第1圖被討論的增益級110地被組配。此即，在增益級210為處於「保存」模式(在下面被討論)時，增益級210產生具有實質上為固定雜訊成份之一輸出信號。
被動濾波抽樣級250包括一切換器255(如一單極單拋切換器(SPST))以選擇性地耦合被動濾波抽樣級250至增益級210。此外，被動濾波抽樣級250包括一電阻性元件270(如一電阻器)，具有約10 kΩ至約10 kΩ範圍中之電阻以串聯被耦合至切換器255與一節點265，其中節點265亦被連接至電容性感測器200之輸出。
被動濾波抽樣級250亦包括一電容性元件260(如一電容器)具有約2F至約20pF範圍中之電容且係被組配來在切換器255被關閉時將一信號抽樣及在切換器255被打開時保存/儲存該信號。
在一釋例性操作模式中，電容性感測器200係被組配來以降低之雜訊量輸出具有Vref ＊(Cs -Cref )/C125 成份的信號。 以下為電容性感測器200如何操作之描述： 起初，切換器130與155被關閉，切換器116被連接至Vref ，及切換器118被連接至接地。此形成輸出信號等於Vref 之結果。
切換器130被打開，而切換器255維持被關閉。短暫地在切換器130被打開後，切換器116與118被切換，使得Vref 與-Vref 之電壓步階分別被施用至電容性元件114與112。
電荷之改變(即Vref ＊(Cs -Cref ))被儲存於電容性元件125，其導致輸出信號以所欲的量Vref ＊(Cs -Cref )/C125 變化。然後切換器255被打開，使得輸出信號之目前值被儲存於電容性元件160上。
在切換器255與電容性元件260間添加相當大之電阻性 元件270的添加形成一低通濾波器，其衰減被操作性放大器120、切換器130、及/或切換器255創立的雜訊。此即，其已被發現電容性感測器200比起電容性感測器100約有8dB之改善。
第3圖為具有一增益級310與一被動濾波抽樣級350之另一電容性感測器300的釋例性實施例之示意圖，其中增益級310係類似於在上面針對第2圖被討論的增益級210地被組配。如第3圖中被顯示地，被動濾波抽樣級350包括一分歧器360以並聯被耦合至分歧器380。
分歧器360包括一切換器365(如一SPST切換器)選擇性地耦合分歧器360至增益級310。切換器365亦經由一節點375被耦合至具有約2pF至約20pF範圍之電容的一電容性元件370(如一電容器)。電容性元件370係被組配來在切換器365被關閉時將一信號抽樣，及在切換器365被打開時保存/儲存該信號。
分歧器380包括一切換器385(如一SPST切換器)選擇性地耦合分歧器380至增益級310。切換器385亦經由一節點395被耦合至具有約2pF至約20pF範圍之電容的一電容性元件390(如一電容器)。電容性元件390係被組配來在切換器385被關閉時將一信號抽樣，及在切換器385被打開時保存/儲存該信號。
被動濾波抽樣級350亦包括一減法器398被耦合至節點375與395、及被耦合至電容性感測器300之輸出(Vout )。如在第3圖中被顯示地，減法器398係被組配來由被保存於電 容性元件370之一信號減除被保存於電容性元件390之一信號。然而，各種實施例企劃減法器398係被組配來由被保存於電容性元件390之一信號減除被保存於電容性元件370之一信號。
在一釋例性操作模式中，電容性感測器300係被組配來以降低之雜訊量輸出具有Vref ＊(Cs -Cref )/C125 成份的信號。 以下為電容性感測器300如何操作之描述： 起初，切換器130、365與385之每一個被打開、切換器116被連接至Vref 、及切換器118被連接至接地。然後切換器130被關閉以將電路重置。
切換器130被打開及切換器385被關閉，而切換器365維持打開的。此由增益級310產生一信號(V1 )，其中V1 包括來自操作性放大器120之雜訊與來自切換器130之切換動作的雜訊。然後V1 信號被電容性元件390抽樣。
切換器385被打開使得V1 信號被保存於電容性元件390，且被保存之信號V1 現在包括來自切換器385之切換動作的雜訊。於此短暫之後，切換器116與118被切換，使得Vref 與-Vref 之電壓步階分別被施用至電容性元件114與112。
然後切換器365被關閉使得增益級310產生一信號(V-2 )，具有Vref ＊(Cs -Cref )/C125 成份、來自操作性放大器120之雜訊與來自切換器130之切換動作的雜訊。然後V1 信號被電容性元件390抽樣，且切換器385被打開使得V2 信號被保存於電容性元件370(此被保存之V2 信號亦包括來自切換器365之切換動作的雜訊)。
然後減法器398由被保存之V2 信號減除被保存之V1 信號。因之，來自電容性感測器300的輸出信號以降低之雜訊量具有Vref ＊(Cs -Cref )/C125 成份。此即，V2 -V1 →[Vref ＊(Cs -Cref )/C125 加操作性放大器120雜訊、加切換器130雜訊、加切換器365雜訊]減[操作性放大器120雜訊加切換器130雜記、加切換器385雜訊]等於Vref ＊(Cs -Cref )/C125 (加切換器365減切換器385雜訊)。因之，該輸出信號實質上等於Vref ＊(Cs -Cref )/C125 ，其已被證明比電容性感測器100之輸出有4 dB的改善。
可注意的是如上面所建議的，分歧器360與380之作業可被逆轉。此即，被動濾波抽樣級350係被阻配來使得電容性元件370保存V1 及電容性元件390保存V2 ，而減法器398由被保存於電容性元件390之信號(V2 )減除被保存於電容性元件370之信號(V1 )以獲得Vref ＊(Cs -Cref )/C125 之輸出信號。
第4圖為具有一增益級410與一被動濾波抽樣級450之還另一電容性感測器400的釋例性實施例之示意圖，其中增益級410係類似於在上面針對第2圖被討論的增益級210地被組配。如第4圖中被顯示地，增益級410包括一分歧器460以並聯被耦合至分歧器480。
分歧器460包括一切換器465(如一SPST切換器)選擇性地耦合分歧器460至增益級410。切換器465以串聯被耦合至具有約10 kΩ至約100 kΩ範圍中的電阻的一電阻性元件467(如一電阻器)。電阻性元件467經由一節點475被耦合至具有約2pF至約20pF範圍之電容的一電容性元件470(如一 電容器)，其中電容性元件470係被組配來在切換器465被關閉時由增益級410將一信號抽樣，及在切換器485被打開時保存/儲存該信號。
分歧器480包括一切換器485(如一SPST切換器)選擇性地耦合分歧器480至增益級410。切換器485以串聯被耦合至具有約10 kΩ至約100 kΩ範圍中的電阻的一電阻性元件487(如一電阻器)。電阻性元件467經由一節點495被耦合至具有約2pF至約20pF範圍之電容的一電容性元件490(如一電容器)，其中電容性元件490係被組配來在切換器485被關閉時由增益級410將一信號抽樣，及在切換器485被打開時保存/儲存該信號。
被動濾波抽樣級450亦包括一減法器498被耦合至節點475與495、及被耦合至電容性感測器400之輸出(Vout )。如在第4圖中被顯示地，減法器498係被組配來由被保存於電容性元件470之一信號減除被保存於電容性元件490之一信號。然而，各種實施例企劃減法器498係被組配來由被保存於電容性元件490之一信號減除被保存於電容性元件470之一信號。
在一釋例性操作模式中，電容性感測器400係被組配來以降低之雜訊量輸出具有Vref ＊(Cs -Cref )/C125 成份的信號。 以下為電容性感測器400如何操作之描述： 起初，切換器130、465與485之每一個被打開、切換器116被連接至Vref 、及切換器118被連接至接地。然後切換器130被關閉以將電路重置。
切換器130被打開且切換器465被關閉(切換器485維持打開的)，使得增益級410產生包括來自操作性放大器120之雜訊與與來自切換器130之切換動作的雜訊之一信號(V1 )。V1 信號被電容性元件470抽樣且切換器465被打開，使得V1 信號被保存於電容性元件470，其中該被保存之V1 信號亦包括來自切換器465之切換動作的雜訊。
於此短暫之後，切換器116與118被切換，使得Vref 與-Vref 之電壓步階分別被施用至電容性元件114與112。然後切換器485被關閉，使得增益級410產生一信號(V2 )，具有Vref ＊(Cs -Cref )/C125 成份、來自操作性放大器120之雜訊、與來自切換器130之切換動作的雜訊。
V2 信號被電容性元件490抽樣且切換器485被打開，使得V2 信號被保存於電容性元件490(此被保存之V2 信號亦包括來自切換器485之切換動作的雜記)。減法器498由該被保存之V2 信號減除該被保存之V1 信號，使得由電容性感測器400之輸出信號具有Vref ＊(Cs -Cref )/C125 成份。此即，V2 -V1 →[Vref ＊(Cs -Cref )/C125 加操作性放大器120雜訊、加切換器130雜訊、加切換器485雜訊]減[操作性放大器120雜訊加切換器130雜訊、加切換器465雜訊]等於Vref ＊(Cs -Cref )/C125 加切換器485雜訊減切換器465雜訊。
電阻性元件467與468之添加衰減被操作性放大器120、切換器130、切換器465、及/或切換器485所產生的雜訊。因之，電容性感測器400的輸出信號實質上等於Vref ＊(Cs -Cref )/C125 ，其已被證明比電容性感測器100之輸出有12 dB的改善。
可注意的是如上面所建議的，分歧器460與480之作業可被逆轉。此即，被動濾波抽樣級450係被阻配來使得電容性元件470保存V1 及電容性元件490保存V2 ，而減法器398由被保存於電容性元件490之信號(V2 )減除被保存於電容性元件470之信號(V1 )以獲得Vref ＊(Cs -Cref )/C125 之輸出信號。
第5圖為具有一增益級510與一被動濾波抽樣級550之還另一電容性感測器500的釋例性實施例之示意圖，其中增益級510係類似於在上面針對第2圖被討論的增益級210地被組配。主動濾波抽樣級550包括一電阻性元件555(如一電阻器)，具有被耦合至增益級510與節點560之在約10 kΩ至約100 kΩ範圍中的電阻。
節點560亦被耦合至一電阻性元件565(如一電阻器)，具有在約10 kΩ至約100 kΩ範圍中的電阻，其中電阻性元件565與555可具有實質上相同之電阻量。進一步言之，電阻性元件565被耦合至一節點570，其中節點570被耦合至電容性感測器500的一輸出(Vout )。
此外，節點560經由一切換器575(如一SPST切換器)選擇性地被耦合至一集積器電路580。集積器電路580包括一操作性放大器585(類似於操作性放大器120)，具有一負輸入、一正輸入、與輸出，及一電容性元件590(如一電容器)被耦合至該負輸入與操作性放大器585之輸出。此外，操作性放大器585之輸出與電容性元件590的每一個被耦合至節點570。
在一釋例性操作模式中，電容性感測器500係被組配來以降低之雜訊量輸出具有Vref ＊(Cs -Cref )/C125 成份的信號。 以下為電容性感測器500如何操作之描述： 起初，切換器130與575之每一個被打開、切換器116被連接至Vref 、及切換器118被連接至接地。然後切換器130與575被關閉，且在此短暫之後，切換器116與118被切換，使得Vref 與-Vref 之電壓步階分別被施用至電容性元件114與112。此形成增益級510產生一信號(V1 )，具有Vref ＊(Cs -Cref )/C125 、來自操作性放大器120之雜訊、來自切換器130之雜訊、與來自切換器575之雜訊(即，V1 =[Vref ＊(Cs -Cref )/C125 ]加操作性放大器120雜訊、加切換器130雜訊、加切換器575雜訊)。
V1 信號被電容性元件590抽樣，且切換器130與575之每一個被打開，使得具有操作性放大器585之一信號(V2 )由V1 信號被減除。因之，電容性感測器500之輸出信號(Vout )為V1 -V2 (即[Vref ＊(Cs -Cref )/C125 ]加操作性放大器120雜訊、加切換器130雜訊、加切換器575雜訊、減操作性放大器585雜訊→Vout 等於Vref ＊(Cs -Cref )/C125 加切換器130雜訊、加切換器575雜訊)。
電阻性元件555與電阻性元件590形成一低通濾波器，其衰減被操作性放大器120、切換器130、及/或切換器575所創立之雜訊。此即，其已被證明電容性感測器500比電容性感測器100有約12 dB的改善。
第6圖為具有一增益級610與一被動濾波抽樣級650之 還另一電容性感測器600的釋例性實施例之示意圖，其中增益級610係類似於在上面針對第2圖被討論的增益級210地被組配。主動濾波抽樣級650包括一電阻性元件620(如一電阻器)經由一節點605被耦合至增益級610與被耦合至一節點625。節點625亦被耦合至具有在約10 kΩ至約100 kΩ範圍中之電阻的一電阻性元件630(如一電阻器)，其中電阻性元件630亦被耦合至接地。
進一步言之，主動濾波抽樣級650包括一切換器(如一SPST切換器)選擇性地耦合節點625至一節點635。節點635亦被耦合至一集積器電路680與具有在約2pF至約20pF範圍中之電容的一電容性元件(如一電容器)，其中電容性元件640亦被耦合至接地。
集積器電路680包括一操作性放大器685，具有一負輸入、一正輸入、與輸出，及一電容性元件690(如一電容器)被耦合至該負輸入與操作性放大器685之輸出，其中電容性元件640與690可具有實質上相同之電容量。此外，操作性放大器685之正輸入被耦合至節點635。
主動濾波抽樣級650亦包括一電阻性元件655(如一電阻器)，具有在約10kΩ至約100kΩ範圍中之電阻經由節點605被耦合至增益級610及被耦合至一節點660。節點660亦被耦合至具有在約10kΩ至約100kΩ範圍中之電阻的一電阻性元件665，其中電阻性元件665與655可具有實質上相同之電阻量。進一步言之，電阻性元件665被耦合至一節點670，其中節點670被耦合至電容性感測器600之一輸出。
此外，節點660經由一切換器675(如一SPST切換器)選擇性地被耦合至一集積器電路680。此外，節點670被耦合至操作性放大器685之輸出與電容性元件690。
在一釋例性操作模式中，電容性感測器600係被組配來以降低之雜訊量輸出具有Vref ＊(Cs -Cref )/C125 成份的信號。 以下為電容性感測器600如何操作之描述： 起初，切換器130、627與675之每一個被打開、切換器116被連接至Vref 、及切換器118被連接至接地。然後切換器130被關閉以重置該電路。
切換器130被打開且切換器627被關閉(切換器675維持打開的)，使得增益級610產生包括來自操作性放大器120之雜訊與來自切換器130之切換動作的雜訊之一信號(V1 )。
V1 信號被電容性元件640抽樣且切換器627被打開，使得信號V1 被保存於電容性元件640，此被保存之V1 信號亦包括來自切換器627之切換動作的雜訊。於此短暫之後，切換器116與118被切換，使得Vref 與-Vref 的電壓步階分別被施用至電容性元件114與112。
然後切換器675被關閉，使得增益級610產生一信號(V2 )，具有Vref ＊(Cs -Cref )/C125 成份、來自操作性放大器120之雜訊、與來自切換器130之切換動作的雜訊。V2 信號被電容性元件690抽樣且切換器675被打開，使得信號V2 被保存於電容性元件690(此被保存之V2 信號亦包括來自切換器675之切換動作的雜訊)。
操作性放大器685由V2 減除V1 ，使得來自電容性感測器 600之輸出信號(Vout )具有Vref ＊(Cs -Cref )/C125 成份。此即，V2 -V1 →[Vref ＊(Cs -Cref )/C125 加操作性放大器120雜訊、加切換器130雜訊、加切換器675雜訊]減[操作性放大器120雜訊加切換器130雜訊、加切換器627雜訊]等於Vref ＊(Cs -Cref )/C125 加切換器675雜訊減切換器627雜訊。
由於切換器627與675為類似的，被這些各別之切換器的切換動作所產生之雜訊被視為實質地相同的，使得切換器675雜訊減輸出信號之切換器627雜訊成份被視為等於0。因之，電容性感測器600的輸出信號實質地等於Vref ＊(Cs -Cref )/C125 ，其已被證明比電容性感測器100之輸出有12 dB改善。
第7圖為用於降低在一電容性感測器(如電容性感測器200、300、400、500與600)中之雜訊的一方法700之釋例性實施例的流程圖。方法700係藉由清除/重置電容性感測器(方塊705)及在增益級(如增益級210、310、410、510與610)中產生具有一雜訊分量(如操作性放大器120雜訊與切換器130雜訊等)之一信號(如S1 )(方塊710)而開始。
S1 信號被一濾波抽樣級(如濾波抽樣級250、350、450、550與650)之一元件(如電容器260、370、390、470、490、590與640)抽樣(方塊715)。該濾波抽樣級之元件係與增益級被隔離(方塊720)，且S1 信號至少暫時被儲存於該濾波抽樣級之元件中(方塊725)。
具有所欲的輸出(如Vref ＊(Cs -Cref )/C125 )成份與被包括於S1 信號中之雜訊的一信號(如S2 )在增益級中被產生(方塊 730)且被該濾波抽樣級之一不同的元件(如電容器370、390、470、490、590與640)抽樣(方塊735)。該元件與增益級被隔離(方塊740)，且S2 信號至少暫時被儲存於部分之濾波抽樣級中(方塊745)。
S1 信號由S2 信號被減除(如經由減法器398與498，或經由操作性放大器585與685)，使得電容性感測器之輸出信號包括具有降低雜訊量的Vref ＊(Cs -Cref )/C125 成份(方塊750)。由於被增益級的各種元件產生之雜訊量會隨著時間改變，被方塊710-750定義的方法可就電容性感測器之每一個輸出信號被重複(方塊755)。
總之，各種釋例性實施例提供一種電容性感測器，包含包括有一輸出之一增益級，該增益級係被組配來產生具有一雜訊分量的一第一信號及產生具有該增益級之一輸出分量與該雜訊分量的一第二信號。該電容性感測器亦包括一濾波抽樣級，具有一輸入被耦合至該增益級輸出，該濾波抽樣級係被組配來將該第一信號抽樣、儲存該第一信號、及由該第二信號減除該第一信號。進一步言之，該電阻性元件-電容性元件的一電阻性元件在一實施例中包括約100kΩ之電阻。
在一實施例中，該濾波抽樣級包含一被動低通濾波器。在另一實施例中，該濾波抽樣級包括一切換器選擇性地耦合該濾波抽樣級輸入至該增益級輸出與一電阻性元件-電容性元件電路被耦合至該切換器。
在另一釋例性實施例中，該濾波抽樣級包括一減法 器；一第一分歧器具有一輸入與一輸出被耦合至該減法器；以及一第二分歧器具有一輸入與一輸出被耦合至該減法器，該第二分歧器以並聯與一第一分歧器被耦合。在此實施例中，該第一分歧器包括一第一切換器選擇性地耦合該第一分歧器至該增益級輸出；以及一第一電容性元件被耦合至該第一切換器、該減法器、與接地；及該第二分歧器包括一第二切換器選擇性地耦合該第二分歧器至該增益級輸出；以及一第二電容性元件被耦合至該第二切換器、該減法器、與接地。在此實施例中，該第一電容性元件係可被組配來在該第一切換器被關閉時將該第一信號抽樣及在該第一切換器被打開後亦儲存該第一信號。類似地，該第二電容性元件係可被組配來在該第二切換器被關閉時將該第二信號抽樣及在該第二切換器被打開後儲存該第二信號。進一步言之，該減法器可係被組配來由該第二信號減除該第一信號。
在另一釋例性實施例中，該濾波抽樣級包括一減法器、具有一輸入與一輸出被耦合至該減法器之一第一分歧器；以及具有一輸入與一輸出被耦合至該減法器之一第二分歧器，該第二分歧器與一第一分歧器以並聯被耦合。在此實施例中，該第一分歧器包括一第一切換器選擇性地耦合該第一分歧器至該增益級輸出；以及一第一電阻性元件-電容性元件電路被耦合至該第一切換器、該減法器、與接地。類似地，該第二分歧器包括一第二切換器選擇性地耦合該第二分歧器至該增益級輸出；以及一第二電阻性元件- 電容性元件電路被耦合至該第二切換器、該減法器、與接地。依照此實施例之一層面，在該第一電阻性元件-電容性元件電路與該第二電阻性元件-電容性元件電路之一中的一電阻性元件包括約100kΩ之電阻。
另一個釋例性實施例提供一種電容性感測器，包含一輸出以及具有包括有一增益級輸出之一增益級，該電容性感測器包含一主動濾波抽樣級，具有一輸入被耦合至該增益級輸出。在此實施例之一層面中，該主動濾波抽樣級包括一第一電阻性元件，具有一輸入被耦合至該增益級之輸出及具有一輸出被耦合至一第一節點；一第二電阻性元件具有一輸入被耦合至該第一節點及一輸出被耦合至該電容性感測器輸出；以及一第一切換器選擇性地耦合該第一節點至一集積器電路，其中該集積器電路被耦合至該電容性感測器輸出。
在該電容性感測器之一實施例中，該增益級包括一第一操作性放大器，該集積器電路包括一第二操作性放大器，具有一正輸入、一負輸入、與一操作性放大器輸出，及該集積器電路包括一第一電容性元件被耦合至該負輸入與該操作性放大器輸出。依照此實施例之一層面，該主動濾波抽樣級進一步包括一第三電阻性元件，具有一輸入被耦合至該增益電路之輸出及具有一輸出被耦合至一第二節點；一第四電阻性元件，具有一輸入被耦合至該第二節點及一輸出被耦合至接地，一第二切換器選擇性地耦合該第二節點至一第三節點，及一第二電容性元件，具有一輸入 被耦合至該第三節點及一輸出被耦合至接地，其中該地三節點被耦合至該操作性放大器之正輸入。在另一層面中，該第一電阻性元件、該第二電阻性元件、該第三電阻性元件、與該第四電阻性元件之每一個包括實質上相同的電阻量，及該第一電容性元件與該第二電容性元件具有實質上相同之電容量。在還另一層面中，該第一操作性放大器與該第二操作性放大器之每一個產生實質上相同之雜訊量。
一種用於降低在具有一增益級之感測器中的雜訊之方法亦在各種其他釋例性實施例中被提供。該方法包含：產生具有該增益級之一第一雜訊分量的一第一信號；儲存該第一信號；產生包含該增益級之一輸出分量與該第一雜訊分量的一第二信號；以及由該第二信號減除該第一信號。依照此實施例之一實施例，儲存該第一信號包括暫時儲存該第一信號至該感測器下一次被重置為止。
依照另一釋例性實施例，該方法進一步包括：重置該感測器；產生具有與該第一雜訊分量不同之一第二雜訊分量的一第三信號；儲存該第三信號；產生包含該輸出分量與該第二雜訊分量之一第四信號；以及由該第四信號減除該第三信號。
在一實施例中，該第一信號被儲存於一第一電容性元件中，該方法進一步包括：在產生該第二信號前隔離該第一電容性元件與該增益級。在另一實施例中，該方法進一步包括：在一第二電容性元件中儲存該第二信號；以及隔離該第二電容性元件，其中該第二信號在由該第二信號減 除該第一信號前被儲存及該第二電容性元件被隔離。
依照另一釋例性實施例，產生該第二信號包含運用一集積器電路來產生該第二信號。在此實施例中之一層面中，該第一雜訊分量係為該集積器電路之雜訊。在另一層面中，重置包括隔離該集積器電路及添加該單位增益雜訊至該第一信號。
雖然至少一釋例性實施例已在本發明之前面的詳細描述中被提出，其應被了解大量的變形是存在的。其應被了解釋例性實施例只為例子而已，且不欲以任何方法來限制本發明之領域、可應用性或組配。而是，前面的詳細描述將對熟習本技藝者提供用於施作本發明之釋例性實施例的方便之道路圖，其被了解到各種變化可不致偏離在本發明如所附之申請專利範圍與其法律上的等值事項所設立的領域地在一釋例性實施例被描述之元件的功能與配置中被做成。
100‧‧‧電容性感測器
110‧‧‧增益級
112‧‧‧電容性元件
114‧‧‧電容性元件
116‧‧‧切換器
118‧‧‧切換器
120‧‧‧操作性放大器
122‧‧‧雜訊源
125‧‧‧電容性元件
130‧‧‧切換器
150‧‧‧級
155‧‧‧切換器
160‧‧‧電容性元件
165‧‧‧節點
200‧‧‧電容性感測器
210‧‧‧增益級
250‧‧‧被動濾波抽樣級
255‧‧‧切換器
260‧‧‧電容性元件
265‧‧‧節點
270‧‧‧電阻性元件
300‧‧‧電容性感測器
310‧‧‧增益級
350‧‧‧被動濾波抽樣級
360‧‧‧分歧器
365‧‧‧切換器
370‧‧‧電容性元件
375‧‧‧節點
380‧‧‧分歧器
385‧‧‧切換器
390‧‧‧電容性元件
395‧‧‧節點
398‧‧‧減法器
400‧‧‧電容性感測器
410‧‧‧增益級
450‧‧‧被動濾波抽樣級
460‧‧‧分歧器
465‧‧‧切換器
467‧‧‧電阻性元件
470‧‧‧電容性元件
480‧‧‧分歧器
485‧‧‧切換器
487‧‧‧電阻性元件
490‧‧‧電容性元件
495‧‧‧節點
498‧‧‧減法器
500‧‧‧電容性感測器
510‧‧‧增益級
550‧‧‧主動濾波抽樣級
555‧‧‧電阻性元件
560‧‧‧節點
565‧‧‧電阻性元件
570‧‧‧節點
575‧‧‧切換器
580‧‧‧集積器電路
585‧‧‧操作性放大器
590‧‧‧電容性元件
600‧‧‧電容性感測器
605‧‧‧節點
610‧‧‧增益級
620‧‧‧電阻性元件
625‧‧‧節點
627‧‧‧切換器
630‧‧‧電阻性元件
635‧‧‧節點
640‧‧‧電容性元件
650‧‧‧主動濾波抽樣級
655‧‧‧電阻性元件
660‧‧‧節點
670‧‧‧節點
675‧‧‧切換器
680‧‧‧集積器電路
685‧‧‧操作性放大器
690‧‧‧電容性元件
700‧‧‧方法
705-755‧‧‧方塊
第1圖為具有一增益級被耦合至一抽樣級的習知之電容性感測器100的示意圖；第2圖為具有一增益級與一被動濾波抽樣級之一電容性感測器的釋例性實施例之示意圖；第3圖為具有一增益級與一被動濾波抽樣級之另一電容性感測器的釋例性實施例之示意圖；第4圖為具有一增益級與一被動濾波抽樣級之還另一電容性感測器的釋例性實施例之示意圖； 第5圖為具有一增益級與一主動濾波抽樣級之一電容性感測器的釋例性實施例之示意圖；第6圖為具有一增益級與一主動濾波抽樣級之另一電容性感測器的釋例性實施例之示意圖；以及第7圖為代表用於降低在電容性感測器中之雜訊的方法之釋例性實施例的流程圖。
200‧‧‧電容性感測器
210‧‧‧增益級
250‧‧‧被動濾波抽樣級
255‧‧‧切換器
260‧‧‧電容性元件
265‧‧‧節點
270‧‧‧電阻性元件

Claims (20)

  1. 一種電容性感測器，包含：包括有一輸出之一增益級，該增益級係被組配來產生具有一雜訊分量的一第一信號及產生具有該增益級之一輸出分量與該雜訊分量的一第二信號；以及一濾波抽樣級，具有耦合至該增益級輸出的一輸入，該濾波抽樣級係被組配來：將該第一信號抽樣；儲存該第一信號；及將該第二信號減除該第一信號。
  2. 如申請專利範圍第1項之電容性感測器，其中該濾波抽樣級包含一被動低通濾波器。
  3. 如申請專利範圍第1項之電容性感測器，其中該濾波抽樣級包含：一切換器選擇性地耦合該濾波抽樣級之輸入至該增益級輸出；以及一電阻性元件-電容性元件電路，其被耦合至該切換器。
  4. 如申請專利範圍第3項之電容性感測器，其中該電阻性元件-電容性元件的一電阻性元件包括約100kΩ之電阻。
  5. 如申請專利範圍第1項之電容性感測器，其中該濾波抽樣級包含：一減法器；一第一分歧器具有一輸入與一輸出，其耦合至該減 法器；以及一第二分歧器具有一輸入與一輸出，其耦合至該減法器，該第二分歧器與一第一分歧器以並聯耦合，其中該第一分歧器包括：一第一切換器選擇性地耦合該第一分歧器至該增益級輸出；以及一第一電容性元件被耦合至該第一切換器、該減法器、與接地；以及其中該第二分歧器包括：一第二切換器選擇性地耦合該第二分歧器至該增益級輸出；以及一第二電容性元件被耦合至該第二切換器、該減法器、與接地。
  6. 如申請專利範圍第5項之電容性感測器，其中：該第一電容性元件係被組配來在該第一切換器被關閉時將該第一信號抽樣：以及該第一電容性元件係被組配來在該第一切換器被打開後儲存該第一信號。
  7. 如申請專利範圍第6項之電容性感測器，其中：該第二電容性元件係被組配來在該第二切換器被關閉時將該第二信號抽樣；該第二電容性元件係被組配來在該第二切換器被打開後儲存該第二信號；以及該減法器係被組配來將該第二信號減除該第一信 號。
  8. 如申請專利範圍第1項之電容性感測器，其中該濾波抽樣級包含：一減法器；具有一輸入與一輸出被耦合至該減法器之一第一分歧器；以及具有一輸入與一輸出被耦合至該減法器之一第二分歧器，該第二分歧器與一第一分歧器以並聯被耦合，其中該第一分歧器包括：一第一切換器選擇性地耦合該第一分歧器至該增益級輸出；以及一第一電阻性元件-電容性元件電路被耦合至該第一切換器、該減法器、與接地；以及其中該第二分歧器包括：一第二切換器選擇性地耦合該第二分歧器至該增益級輸出；以及一第二電阻性元件-電容性元件電路被耦合至該第二切換器、該減法器、與接地。
  9. 如申請專利範圍第8項之電容性感測器，其中該第一電阻性元件-電容性元件電路與該第二電阻性元件-電容性元件電路之一中的一電阻性元件包括約100kΩ之電阻。
  10. 一種電容性感測器，其包括一輸出及具有包括有一增益級輸出之一增益級，該電容性感測器包含：一主動濾波抽樣級，具有一輸入被耦合至該增益級 輸出，該主動濾波抽樣級包括：一第一電阻性元件，具有一輸入被耦合至增益電路之輸出及具有一輸出被耦合至一第一節點；一第二電阻性元件，具有一輸入被耦合至該第一節點及一輸出被耦合至該電容性感測器輸出；以及一第一切換器選擇性地耦合該第一節點至一集積器(integrator)電路，其中該集積器電路被耦合至該電容性感測器輸出。
  11. 如申請專利範圍第10項之電容性感測器，其中該增益級包括一第一操作性放大器，該集積器電路包括一第二操作性放大器，具有一正輸入、一負輸入、與一操作性放大器輸出，及該集積器電路包括一第一電容性元件被耦合至該負輸入與該操作性放大器輸出，該主動濾波抽樣級進一步包含：一第三電阻性元件，具有一輸入被耦合至該增益電路之輸出及具有一輸出被耦合至一第二節點；一第四電阻性元件，具有一輸入被耦合至該第二節點及一輸出被耦合至接地；一第二切換器選擇性地耦合該第二節點至一第三節點；以及一第二電容性元件，具有一輸入被耦合至該第三節點及一輸出被耦合至接地，其中該第三節點被耦合至該操作性放大器之正輸入。
  12. 如申請專利範圍第11項之電容性感測器，其中該第一電阻性元件、該第二電阻性元件、該第三電阻性元件、與該第四電阻性元件之每一個包括實質上相同的電阻量，及該第一電容性元件與該第二電容性元件具有實質上相同之電容量。
  13. 如申請專利範圍第11項之電容性感測器，其中該第一操作性放大器與該第二操作性放大器之每一個產生實質上相同之雜訊量。
  14. 一種用於降低在具有一增益級之感測器中的雜訊之方法，該方法包含下列步驟：產生具有該增益級之一第一雜訊分量的一第一信號；儲存該第一信號；產生包含該增益級之一輸出分量與該第一雜訊分量的一第二信號；以及將該第二信號減除該第一信號。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中儲存該第一信號包括暫時儲存該第一信號至該感測器下一次被重置為止。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，進一步包含：重置該感測器；產生具有與該第一雜訊分量不同之一第二雜訊分量的一第三信號；儲存該第三信號；產生包含該輸出分量與該第二雜訊分量之一第四 信號；以及將該第四信號減除該第三信號。
  17. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該第一信號被儲存於一第一電容性元件中，該方法進一步包含在產生該第二信號前隔離該第一電容性元件與該增益級。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，進一步包含：在一第二電容性元件中儲存該第二信號；以及隔離該第二電容性元件，其中在將該第二信號減除該第一信號前，該第二信號被儲存及該第二電容性元件被隔離。
  19. 如申請專利範圍第14項之方法，其中產生該第二信號包含運用一集積器電路來產生該第二信號。
  20. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該第一雜訊分量係為該集積器電路之雜訊，及其中重置包括隔離該集積器電路及添加該單位增益雜訊至該第一信號。
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