TWI428612B - A circuit for sensing a capacitance to be measured and a method thereof - Google Patents

A circuit for sensing a capacitance to be measured and a method thereof Download PDF

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Description

用以感測待測電容的電路及其方法
本發明係有關一種電容感測電路，特別是關於一種用以感測待測電容的電路及其方法。
習知的電容感測電路通常是將待測電容充至一定電壓，再與一已知的參考電容做電荷平衡，再由參考電容得到的電荷量反推待測電容的電容值。但為了達到電荷平衡，需要等待較長的時間，因此習知技術只能應用在反應速度較低的電路上。
因此，一種具有較快反應速度的電容感測電路乃為所冀。
本發明的目的在於提出一種用以感測待測電容的電路及其方法。
根據本發明，一種用以感測待測電容的電路，該待測電容具有第一及第二電極，該電路包含切換電路連接該第一電極，用以改變該第一電極的電壓準位，互導放大鏡射電路包含第一輸出端及第二輸出端，該第一輸出端耦接該第二電極，使該第一輸出端的電壓準位維持在參考電壓，並且因應該第一輸出端的電壓變化於該第二輸出端造成電荷變化量，以及電荷計算電路耦接該第二輸出端，因應該電荷變化量產生感測信號。
根據本發明，一種用以感測待測電容的電路，該待測電容具有電極，該電路包含切換電路連接該電極，用以改變該電極 的電壓準位，感測開關耦接該電極，互導放大鏡射電路包含第一輸出端及第二輸出端，該第一輸出端耦接該感測開關，使該第一輸出端的電壓準位維持在參考電壓，並且因應該第一輸出端的電壓變化於該第二輸出端造成電荷變化量，以及電荷計算電路耦接該第二輸出端，因應該電荷變化量產生感測信號。
根據本發明，一種用以感測待測電容的方法，該待測電容具有第一及第二電極，該方法包含改變該第一電極的電壓準位，使該第二電極的電壓準位維持在參考電壓，並且因應該第二電極的電壓變化另外造成電荷變化量，以及因應該電荷量產生感測信號。
根據本發明，一種用以感測待測電容的方法，該待測電容具有電極，該方法包含改變該電極的電壓準位，使該電極的電壓準位維持在參考電壓，並且因應該電極的電壓變化另外造成電荷變化量；以及因應該電荷變化量產生感測信號。
圖1係本發明第一實施例的電路圖。本實施例的待測電容是電極10、12之間存在的電容Cm，感測待測電容Cm的電路包含有切換電路14、互導放大鏡射電路16、電荷計算電路22以及量測單元(Measure Unit)24。切換電路14具有開關S1、S2連接電極10，使電極10的電壓在高電壓準位與低電壓準位之間切換，在此實施例中，高電壓準位為電源電壓VDD，低電壓準位為接地電壓GND。開關S3連接在電極12與互導放大鏡射電路16之間，互導放大鏡射電路16包含互導放大器 (Transconductance Amplifier)18、20，兩者的輸入端彼此相連接，輸入相同的輸入信號，其中，一輸入端連接互導放大器18的輸出端，另一輸入端輸入參考電壓VREF，而互導放大器18的輸出端連接至開關S3，互導放大器20的輸出端則連接電荷計算電路22。電荷計算電路22中包含電容Cint及開關S4，電容Cint連接於互導放大器20的輸出端及接地端GND之間，而開關S4在互導放大器18、20的輸出端之間，在感測電容Cm前，會先導通開關S4將電容Cint的電壓Vo初始化至參考電壓VREF。開關S5連接在電荷計算電路22與量測單元24之間，量測單元24將電容Cint的電壓Vo轉換為數位信號。當感測開始時，電極10的電壓V1隨著切換電路14中的開關S1及S2的切換而改變。當電壓V1降低時，互導放大鏡射電路16為了維持電壓V2在參考電壓VREF，互導放大器18會根據電壓V2與參考電壓VREF的差異補充電荷給電極12，而因應電壓V2的變化，互導放大器20也會補充等比例的電荷至電荷計算電路22，電荷計算電路22會將電荷儲存在電容Cint中。感測結束後，電容Cint的電壓Vo會與待測電容Cm相關，導通開關S5，經由量測單元24將電壓Vo轉換為數位信號。關於電極10、12可能會因為線路或PCB繞線的連接產生非電極10、12本身形成的寄生電容Cp1與Cp2，由於互導放大鏡射電路16的回授機制，使寄生電容Cp2的電壓準位於量測前後皆為參考電壓VREF，不會影響到電荷計算電路22。在此實施例中，參考電壓VREF介於電源電壓VDD及接地電壓GND之間。
圖2係本發明第二實施例的電路圖。此實施例與圖1的第一實施例的操作模式與操作原理近似。此實施例是將電荷計算電路26中的開關S4與電容Cint並聯於接地端GND及互導放大器20的輸出端之間，因此在感測待測電容Cm前，導通開關S4會將電容Cint的電壓Vo初始化至接地電壓GND。
圖3係圖1或圖2的信號時序圖。開關S1及S2受控於兩個互不重疊(non-overlap)的時脈。一開始於時相P0時，先導通開關S2、S4，使電極10的電壓V1等於電源電壓VDD，電極12的電壓V2等於參考電壓VREF，而電容Cint的電壓Vo係如圖1被初始化至參考電壓VREF或如圖2被初始化至接地電壓GND，此時開關S3為導通，於時相P1時導通開關S1，電壓V1下降為接地電壓GND，電壓V2跟著電壓V1下降，造成待測電容Cm的電荷改變為Q=(VDD-GND)*Cm。 公式1而互導放大鏡射電路16偵測到電壓V2的下降，為了使電壓V2維持於參考電壓VREF互導放大器18馬上對待測電容Cm補充電荷，於此同時，互導放大器20也補充等比例的電荷儲存於電容Cint中。若互導放大器18的互導(Gm,transconductance)Gms等於互導放大器20的互導Gmi，則互導放大器20對電容Cint補充的電荷量Q同樣等於(VDD-GND)*Cm。時相P1可操作一次，或可再進行時相P2導通開關S2電壓V1變回至電源電壓VDD，並維持電壓V2 於參考電壓VREF，重新進行時相P1導通開關S1改變電壓V2對電容Cint充電重覆多次操作，電壓Vo會呈階梯式的變動。最後，於時相P3關閉開關S3導通開關S5，量測單元24量測電壓Vo的變化量，由公式Q=CV得知互導放大器20對電容Cint所補充的電荷量Q為(Vo-VREF)*Cint(圖1之實施例)或(Vo-GND)*Cint(圖2實施例)，再利用公式1即可計算出待測電容Cm的電容值。於另一實施例中，互導放大鏡射電路16之互導放大器18、20中的互導Gms與Gmi具有m：n的比例關係，因此每次補充電容Cint的電荷量Q為(m/n)*(VDD-GND)*Cm。
圖4係本發明第三實施例的電路圖。此實施例與圖1的第一實施例相同具有切換電路14，互導放大鏡射電路16及量測單元24，但是此實施例的電荷計算電路28則是將電容Cint連接於互導放大器20的輸出端及電源VDD之間，開關S4連接在互導放大器18、20的輸出端之間。在感測電容Cm前，會先導通開關S4將電容Cint的電壓Vo初始化至參考電壓VREF。當感測開始時，電極10的電壓V1隨著切換電路14中的開關S1及S2的切換而改變。當電壓V1上升時，為了維持電壓V2在參考電壓VREF，互導放大器18會根據電壓V2與參考電壓VREF的差異洩放電極12上的電荷，而因應電壓V2的變化，互導放大器20也由電荷計算電路28洩放等比例的電荷，改變電容Cint的電荷量。感測結束後導通開關S5，此時電容Cint的電壓Vo即為與待測電容Cm相關的感測信號，再經由後方的量測單元24將電壓Vo轉換為數位信號。
圖5係本發明第四實施例的電路圖。此實施例與圖4的第三實施例的操作模式與操作原理近似。此實施例是將電荷計算電路30中的開關S4與電容Cint並聯於電源端VDD及互導放大器20的輸出端之間，因此在感測電容Cm前，導通開關S4會將電容Cint的電壓Vo初始化至電源電壓VDD。
圖6係圖4或圖5的信號時序圖。開關S1及S2受控於兩個互不重疊的時脈。於時相P0時初始化，導通開關S1、S4，使電極10的電壓V1等於接地電壓GND，電極12的電壓V2等於參考電壓VREF，電容Cint的電壓Vo係如圖4被初始化至參考電壓VREF或如圖5被初始化至電源電壓VDD，此時開關S3導通，於時相P1時導通開關S2，電壓V1上升為電源電壓VDD，電極12的電壓V2跟著電壓V1上升。而互導放大鏡射電路16一偵測到電壓V2的上升，為了將電壓V2拉回至參考電壓VREF，互導放大器18會洩放電極12的電荷，於此同時，互導放大器20也對電容Cint洩放成比例的電荷量，其比列由互導放大器18、20的互導決定。時相P1可操作一次，或可再進行時相P2導通開關S1電壓V1變回至接地電壓GND，並維持電壓V2於參考電壓VREF，重新進行時相P1導通開關S2改變電壓V2，使電容Cint再次放電，重覆多次操作，電壓Vo會呈階梯式的變動。最後，於時相P3關閉開關S3導通開關S5，量測單元24量測電壓Vo的變化量，得知電容Cint所洩放的電荷量，進而計算出電容Cm的電容值。
圖7係本發明之第五實施例，圖8係圖7的信號時序圖。此實施例結合圖2及圖5之實施例，利用切換電路14中的開 關S1及S2受控於兩個互不重疊的時脈，於不同時相進行圖2的充電步驟或圖5的放電步驟，最後再將電荷的變化量加總，計算出待測電容Cm的電容值。一開始於時相P0先導通開關S4初始化電荷計算電路32中的電容Cint1、Cint2，使電容Cint1正端電壓為接地電壓GND，電容Cint2正端電壓為電源電壓VDD，同時電極12的電壓V2也充到參考電壓VREF，且此時開關S3為導通，於時相P1時導通開關S2、S6，電極10的電壓V1變為電源電壓VDD，互導放大鏡射電路16控制電容Cint2放電，於時相P2時導通開關S1、S5，電極10的電壓V1變為接地電壓GND，互導放大鏡射電路16對電容Cint1充電。之後，經由類比加法器34將電容Cint1與Cint2的電容端點電壓相加產生與待測電容Cm相關的加總電壓Vsum。最後，於時相P3關閉開關S3導通開關S7，由後方量測單元24將加總電壓Vsum轉換為數位信號，計算出電容Cm的電容值。
圖9係本發明之第六實施例。本實施例的待測電容為電極38對地GND之間存在的電容Cs，而地GND可視為另一個接地的大電極40。感測待測電容Cs的電路包含有切換電路36、互導放大鏡射電路16、電荷計算電路42以及量測單元24。切換電路36具有開關S1連接電極38，電極38的電壓V1會隨著開關S1的導通而改變為低電壓準位，在一實施例中，低電壓準位為接地電壓GND。開關S3連接在電極38與互導放大鏡射電路16之間，當開關S3導通時，互導放大鏡射電路16會如同圖1之實施例對電極38補充電荷使電壓V1維持在參考電壓VREF，同時補充等比例的電荷至電荷計算電路42。電 荷計算電路42中包含電容Cint及開關S4，電容Cint連接互導放大器20的輸出端及接地端GND之間，而開關S4與電容Cint並聯，在感測待測電容Cs前，會先導通開關S4將電容Cint的電壓Vo初始化至接地電壓GND。開關S5連接在電荷計算電路42與量測單元24之間，量測單元24用以將電容Cint的電壓Vo轉換為數位信號。但是電極38可能會因為線路與PCB繞線的連接因素產生非電極38本身形成的寄生電容Cp1，進而產生偏移(offset)電荷影響待測電容Cs的感測，因此，在偵測待測電容Cs變化時，由於寄生電容Cp1造成偏移值在此電路為固定的，只要藉由量測單元24將偏移值扣除就可以將寄生下地電容Cp1產生感度下降之影響降到最低。
圖10係圖9的信號時序圖。一開始於時相P0時先導通開關S4，將電容Cint的電壓Vo初始化至接地電壓GND。接著於時相P1將開關S1導通，清除待測電容Cs的電荷，使電壓V1為接地電壓GND，隨後於時相P2將開關S1斷路，導通開關S3，讓互導放大鏡射電路16偵測到電壓V1並不是在參考電壓VREF，因此互導放大器18對待測電容Cs補充電荷，於此同時，互導放大器20也對電容Cint補充等比例的電荷。而將待測電容Cs由接地電壓GND充至參考電壓VREF的電荷變化量為Q=(VREF-GND)*Cs 公式2若互導放大器18、20的互導相等，則電容Cint所補充的電荷 將與公式2的電荷Q相等。時相P1及時相P2可操作一次或重覆多次操作。最後，於時相P3關閉開關S3，導通開關S5，量測單元24量測電壓Vo的變化量，得知互導放大鏡射電路16對電容Cint所補充的電荷量，再扣除寄生電容Cp1產生的偏移電荷Qoff=(VREF-GND)*Cp1，計算出待測電容Cs的電容值。
圖11係本發明之第七實施例。本實施例與圖9實施例近似，以電極38對地之間存在著的電容Cs為本實施例的待測電容，包含有切換電路44、互導放大鏡射電路16、電荷計算電路46以及量測單元24。切換電路44具有開關S2連接電極38，使電極38的電壓V1會隨著開關S2的導通而改變為高電壓準位，在一實施例中，高電壓準位為電源電壓VDD。開關S3連接在電極38與互導放大鏡射電路16之間，當開關S3導通時，互導放大鏡射電路16會如同圖4之實施例對電極38洩放電荷使電壓V1維持在參考電壓VREF，同時對電荷計算電路46洩放等比例的電荷。電荷計算電路46中包含電容Cint及開關S4，電容Cint連接於互導放大器20的輸出端及電源端VDD之間，而開關S4與電容Cint並聯，在感測電容Cs前，會先導通開關S4將電容Cint的電壓Vo初始化至電源電壓VDD。開關S5連接在電荷計算電路46與量測單元24之間，量測單元24用以將電容Cint的電壓Vo轉換為數位信號，並扣除寄生電容Cp1所造成的偏移值。
圖12係圖11的信號時序圖。一開始於時相P0時先導通開關S4，將電容Cint的電壓Vo初始化至電源電壓VDD。接 著於時相P1將開關S2導通，使待測電容Cs電壓V1為電源電壓VDD，隨後於時相P2將開關S2斷路，導通開關S3，讓互導放大鏡射電路16偵測到電壓V1並不是在參考電壓VREF，因此互導放大器18對待測電容Cs洩放電荷，於此同時互導放大器20也對電容Cint洩放等比例的電荷。而將待測電容Cs由電源電壓VDD放至參考電壓VREF的電荷變化量為Q=(VREF-VDD)*Cs 公式3若互導放大器18、20的互導相等，則流出電容Cint的電荷將與公式3的電荷Q相等。時相P1及時相P2可操作一次或重覆多次操作。最後，於時相P3關閉開關S3導通開關S5，由後方量測單元24量測電壓Vo的變化量，得知互導放大鏡射電路16對電容Cint所放的電荷量，再扣除寄生電容Cp1產生的偏移電荷Qoff=(VREF-VDD)*Cp1，計算出待測電容Cs的電容值。
圖13係本發明之第八實施例，圖14係圖13的信號時序圖。此實施例結合圖9及圖11之實施例，利用切換電路48中的開關S1、S2以及開關S3、S5、S6，於不同時相進行圖9的充電步驟或圖11的放電步驟，最後再將電荷變化量加總，計算出待測電容Cs的電容值。一開始於時相P0先導通開關S4初始化電荷計算電路50中的電容Cint1、Cint2，使電容Cint1正端電壓為接地電壓GND，電容Cint2正端電壓為電源電壓 VDD。接著於時相P1時導通開關S1，使待測電容Cs電壓V1為接地電壓GND，隨後於時相P2將開關S1斷路，導通開關S3、S5，讓互導放大鏡射電路16同時對待測電容Cs及電容Cint1充電。再於時相P3時導通開關S2，使待測電容Cs電壓V1為電源電壓VDD，隨後於時相P4將開關S2斷路，導通開關S3、S6，讓互導放大鏡射電路16同時對待測電容Cs及電容Cint2放電。之後，經由類比加法器52將電容Cint1與Cint2的電容端點電壓相加產生加總電壓Vsum。最後，於時相P5關閉開關S3，導通開關S7，由後方量測單元24量測加總電壓Vsum，計算出待測電容Cs的電容值。
如上述之實施例，其中的互導放大鏡射電路16皆是由兩組獨立互導放大器18、20來實現。但是在此發明的實際應用上，為了避免兩組獨立的互導放大器在製程上產生偏移(offset)電壓效應，可共用相同的輸入級來實現互導放大鏡射電路16。如圖15的實施例中，互導放大鏡射電路16以比較元件54為輸入級，比較電極12上的電壓V2(或電極38上的電壓V1)與參考電壓VREF的差異產生誤差信號，用以控制兩組比例為m：n的PMOS電晶體，其中比較元件54與m倍PMOS電晶體形成Gms，而比較元件54與n倍PMOS電晶體形成Gmi，可應用在如圖1、圖2或圖9等只對電容Cint補充電荷的實施例中。而圖16之另一實施例中，互導放大鏡射電路16同樣利用比較元件54產生誤差信號，用以控制兩組比例為m：n的NMOS電晶體，其中比較元件54與m倍NMOS電晶體形成Gms，而比較元件54與n倍NMOS電晶體形成Gmi，可應用 在如圖4、圖5或圖11等只對電容Cint洩放電荷的實施例中。圖17是將圖15與圖16的PMOS電晶體與NMOS電晶體兩種型態結合成平衡式的互導放大鏡射電路，其中開關SP控制PMOS電晶體的操作，開關SN則控制NMOS電晶體的操作，圖18則是利用兩個比較元件56、58，分別控制PMOS電晶體補充電荷的程序及NMOS電晶體洩放電荷的程序，在圖18中，互導放大鏡射電路16的第一輸出端連接開關S3，互導放大鏡射電路16的第二輸出端經開關S5及S6，開關SP及SN連接該第一輸出端，比較元件56的非反相輸入端經開關SP連接該第一輸出端，比較元件56的反相輸入端接收參考電壓VREF，當開關SP導通時，比較元件56比較電極12的電壓準位V2及參考電壓VREF的差異以產生第一誤差信號控制比例為m：n的第一及第二PMOS電晶體，此時，m倍的第一PMOS電晶體根據該第一誤差信號對該第一輸出端補充第一電荷，n倍的第二PMOS電晶體根據該第一誤差信號對該第二輸出端補充第二電荷，比較元件58的非反相輸入端經開關SN連接該第一輸出端，比較元件58的反相輸入端接收參考電壓VREF，當開關SN導通時，比較元件58比較電極12的電壓準位V2及參考電壓VREF的差異以產生第二誤差信號控制比例為m：n的第一及第二NMOS電晶體，此時，m倍的NMOS電晶體根據該第二誤差信號對該第一輸出端洩放第三電荷，而n倍的NMOS電晶體根據該第二誤差信號對該第二輸出端洩放第四電荷，控制單元60用以在切換電路14改變電極10的電壓準位V1前，維持電極12的電壓準位V2等於參考電壓 VREF。在一實施例中，圖18中的比較元件56、58使用不同的參考電壓VREF，在充電或放電的過程中增加電壓的差異，使計算的電荷量增加，進而使感度上升。圖17、18皆可應用在如圖7或圖13等需要對電容Cint進行充電及放電的實施例中，當圖17或圖18的互導放大鏡射電路16與圖7的電荷計算電路32或圖13的電荷計算電路50結合時，圖7及13的開關S5與圖17及18中的開關SP同步切換，而圖7及13的開關S6與圖17及18中的開關SN同步切換。上述之比較元件54、56、58可由運算放大器(Operational Amplifier,OPA)、跨導運算放大器(Operational Transconductance Amplifier,OTA)或誤差放大器(error amplifier)來實現。而圖15~18中的初始化控制單元(Initial Control Unit)60只有在圖1、2、4、5、7中量測待測電容Cm時需要使用，其目的是為了讓電極12的電壓V2在切換電路14在切換開關前維持在參考電壓VREF，避免對電極12補充或洩放電荷的情況下，造成電壓V2的偏移影響感測值的準確度，並且能在雜訊的環境中操作時增加電路的穩定性。在圖9、11、13量測待測電容Cs的實施例中並無此問題，所以不需要初始化控制單元60。
電容式觸控板由多個電極及保護該些電極的保護層所組成，每個電極對地存在著自身電容(Self capacitance)，而電極彼此之間存在的電力線則構成交互電容(Mutual Capacitance)。當導體(例如手指)觸碰電容式觸控板時，電極的自體電容會因為導體接近而增加，但是電極彼此之間的交互電容則會因導體接近而降低。於上述之實施例中，圖1、2、4、 5、7所示的感測方式適用於感測電容式觸控板電極彼此之間的交互電容，而圖9、11、13所示的感測方式則適用於感測電容式觸控板各電極的自身電容。圖19係將本發明應用於電容式觸控板之實施例，更利用互導放大鏡射電路16對電容式觸控板上的電極進行交互電容與自身電容的混合偵測，圖中的電容陣列(Capacitor array)CM1、CM2、CM3…CMX皆為兩個電極形成待測的交互電容，所有CM1、CM2、CM3…CMX的其中之一的電極會共同接到同一端點A，而另一電極則分別接到有X條輸入之多工器(MUX)62。由於本發明之感測電路因為感測方式的不同，可分成交互模式感測電路(mutual mode sensor)64及自身模式感測電路(self mode sensor)66，將多工器62與交互模式感測電路64相連接，端點A與自身模式感測電路66相連接，CP1、CP2、CP3…CPX為CM1、CM2、CM3…CMX在端點A產生之對地寄生電容，而在PCB繞線中，端點A的下地電容即由CP1、CP2、CP3…CPX電容所組成，形成如同大面積的電極，利用自身模式感測電路66對其做自身電容的感測可達到近距偵測(proximity sensing)的效果，再利用多工器62的切換，利用交互模式感測電路64各別感測電容陣列的交互電容CM1、CM2、CM3…CMX，達到定位偵測(location sensing)的效果。
以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例 利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。
10‧‧‧電極
12‧‧‧電極
14‧‧‧切換電路
16‧‧‧互導放大鏡射電路
18‧‧‧互導放大器
20‧‧‧互導放大器
22‧‧‧電荷計算電路
24‧‧‧量測單元
26‧‧‧電荷計算電路
28‧‧‧電荷計算電路
30‧‧‧電荷計算電路
32‧‧‧電荷計算電路
34‧‧‧類比加法器
36‧‧‧切換電路
38‧‧‧電極
40‧‧‧電極
42‧‧‧電荷計算電路
44‧‧‧切換電路
46‧‧‧電荷計算電路
48‧‧‧切換電路
50‧‧‧電荷計算電路
52‧‧‧類比加法器
54‧‧‧比較元件
56‧‧‧比較元件
58‧‧‧比較元件
60‧‧‧控制單元
62‧‧‧多工器
64‧‧‧交互模式感測電路
66‧‧‧自身模式感測電路
圖1係本發明第一實施例的電路圖；圖2係本發明第二實施例的電路圖；圖3係圖1或圖2的信號時序圖；圖4係本發明第三實施例的電路圖；圖5係本發明第四實施例的電路圖；圖6係圖4或圖5的信號時序圖；圖7係本發明第五實施例的電路圖；圖8係圖7的信號時序圖；圖9係本發明第六實施例的電路圖；圖10係圖9的信號時序圖；圖11係本發明第七實施例的電路圖；圖12係圖11的信號時序圖；圖13係本發明第八實施例的電路圖；圖14係圖13的信號時序圖；圖15係互導放大鏡射電路之一實施例；圖16係互導放大鏡射電路之另一實施例；圖17係將圖15與圖16結合成的互導放大鏡射電路之實施例；圖18則是利用兩組運算放大器的互導放大鏡射電路之實施例；以及 圖19係將本發明應用於電容式觸控板之實施例。
10‧‧‧電極
12‧‧‧電極
14‧‧‧切換電路
16‧‧‧互導放大鏡射電路
18‧‧‧互導放大器
20‧‧‧互導放大器
22‧‧‧電荷計算電路
24‧‧‧量測單元

Claims (40)

  1. 一種用以感測待測電容的電路，該待測電容具有第一及第二電極，該電路包含：切換電路，連接該第一電極，用以改變該第一電極的電壓準位；互導放大鏡射電路，包含第一輸出端及第二輸出端，該第一輸出耦接該第二電極，該互導放大鏡射電路用以使該第一輸出端的電壓準位維持在參考電壓，並且因應該第一輸出端的電壓變化於該第二輸出端造成電荷變化量；以及電荷計算電路，耦接該第二輸出端，因應該電荷變化量產生感測信號。
  2. 如請求項1之電路，其中該切換電路包含切換開關使該第一電極的電壓準位為高電壓準位或低電壓準位，其中，該參考電壓介於該高電壓準位及該低電壓準位之間。
  3. 如請求項2之電路，其中該互導放大鏡射電路包含：第一互導放大器，根據該第二電極的電壓準位與該參考電壓的差異，於第一輸出端補充第一電荷或洩放第三電荷；以及第二互導放大器，於第二輸出端補充等比例於該第一電荷的第二電荷或洩放等比例於該第三電荷的第四電荷。
  4. 如請求項2之電路，其中該互導放大鏡射電路包含：比較元件，比較該第二電極的電壓準位與該參考電壓的差異產生誤差信號；第一PMOS電晶體，受該誤差信號控制，於該第一輸出端補充第一電荷；第二PMOS電晶體，受該誤差信號控制，於該第二輸出端補充 等比例於該第一電荷的第二電荷；以及控制單元，於該切換電路改變該第一電極的電壓準位前，維持該第二電極的電壓準位等於該參考電壓。
  5. 如請求項4之電路，其中該比較元件為運算放大器、跨導運算放大器或誤差放大器。
  6. 如請求項3或4之電路，其中該電荷計算電路包含：第一電容，連接該第二輸出端，用以儲存該第二電荷，產生該感測信號；以及初始化開關，用以初始化該第一電容的電壓準位為該低電壓準位或該參考電壓。
  7. 如請求項2之電路，其中該互導放大鏡射電路包含：比較元件，比較該第二電極的電壓準位與該參考電壓的差異產生誤差信號；第一NMOS電晶體，受該誤差信號控制，於該第一輸出端洩放第三電荷；第二NMOS電晶體，受該誤差信號控制，於該第二輸出端洩放補充等比例於該第三電荷的第四電荷；以及控制單元，於該切換電路改變該第一電極的電壓準位前，維持該第二電極的電壓準位等於該參考電壓。
  8. 如請求項7之電路，其中該比較元件為運算放大器、跨導運算放大器或誤差放大器。
  9. 如請求項3或7之電路，其中該電荷計算電路包含：第一電容，連接該第二輸出端，用以輸出該第四電荷，產生該感測信號；以及 初始化開關，用以初始化該第一電容的電壓準位為該高電壓準位或該參考電壓。
  10. 如請求項2之電路，其中該互導放大鏡射電路包含：比較元件，比較該第二電極的電壓準位與該參考電壓的差異產生誤差信號；第一開關，連接該比較元件；第一PMOS電晶體，連接該第一開關，當該第一開關導通時，受該誤差信號控制，於該第一輸出端補充第一電荷；第二PMOS電晶體，連接該第一開關，當該第一開關導通時，受該誤差信號控制，於該第二輸出端補充第二電荷；第二開關，連接該比較元件；第一NMOS電晶體，連接該第二開關，當該第二開關導通時，受該誤差信號控制，於該第一輸出端洩放第三電荷；第二NMOS電晶體，連接該第二開關，當該第二開關導通時，受該誤差信號控制，於該第二輸出端洩放第四電荷；以及控制單元，於該切換電路改變該第一電極的電壓準位前，維持該第二電極的電壓準位等於該參考電壓。
  11. 如請求項10之電路，其中該比較元件為運算放大器、跨導運算放大器或誤差放大器。
  12. 如請求項2之電路，其中該互導放大鏡射電路包含：第一開關及第二開關，連接該第一輸出端；第一比較元件，連接該第一開關，當該第一開關導通時，比較該第二電極的電壓準位與該參考電壓的差異產生第一誤差信號；第二比較元件，連接該第二開關，當該第二開關導通時，比較該 第二電極的電壓準位與該參考電壓的差異產生第二誤差信號；第一PMOS電晶體，受該第一誤差信號控制，當該第一開關導通時，於該第一輸出端補充第一電荷；第二PMOS電晶體，受該第一誤差信號控制，當該第一開關導通時，於該第二輸出端補充第二電荷；第一NMOS電晶體，受該第二誤差信號控制，當該第二開關導通時，於該第一輸出端洩放第三電荷；第二NMOS電晶體，，受該第二誤差信號控制，當該第二開關導通時，於該第二輸出端洩放第四電荷；以及控制單元，於該切換電路改變該第一電極的電壓準位前，維持該第二電極的電壓準位等於該參考電壓。
  13. 如請求項12之電路，其中該第一及第二比較元件為運算放大器、跨導運算放大器或誤差放大器。
  14. 如請求項10或12之電路，其中該電荷計算電路包含：第三開關，連接該第二輸出端，與該第一開關同步切換；第四開關，連接該第二輸出端，與該第二開關同步切換；第一電容，連接該第三開關，用以計算該第二電荷的多寡；第一初始化開關，用以初始化該第一電容的電壓準位為該低電壓準位；第二電容，連接該第四開關，用以計算該第四電荷的多寡；第二初始化開關，用以初始化該第二電容的電壓準位為該高電壓準位；以及加法器，將該第一及第二電容所計算的電荷量相加，產生該感測信號。
  15. 如請求項1之電路，更包含量測單元將該感測信號轉換為數位信號。
  16. 一種用以感測待測電容的電路，該待測電容具有電極，該電路包含：切換電路，連接該電極，用以改變該電極的電壓準位；感測開關，耦接該電極；互導放大鏡射電路，包含第一輸出端及第二輸出端，該第一輸出耦接該感測開關，該互導放大鏡射電路用以使該第一輸出端的電壓準位維持在參考電壓，並且因應該第一輸出端的電壓變化於該第二輸出端造成電荷變化量；以及電荷計算電路，耦接該第二輸出端，因應該電荷變化量產生感測信號。
  17. 如請求項16之電路，其中該切換電路包括切換開關使該電極的電壓準位為低電壓準位端，其中該參考電壓大於該低電壓準位。
  18. 如請求項17之電路，其中該互導放大鏡射電路包含：第一互導放大器，根據該電極的電壓準位與該參考電壓的差異，於第一輸出端補充第一電荷；以及第二互導放大器，於第二輸出端補充等比例於該第一電荷的第二電荷。
  19. 如請求項17之電路，其中該互導放大鏡射電路包含：比較元件，比較該電極的電壓準位與參考電壓的差異產生誤差信號；第一PMOS電晶體，受該誤差信號控制，於第一輸出端補充第 一電荷；以及第二PMOS電晶體，受該誤差信號控制，於第二輸出端補充等比例於該第一電荷的第二電荷。
  20. 如請求項19之電路，其中該比較元件為運算放大器、跨導運算放大器或誤差放大器。
  21. 如請求項18或19之電路，其中該電荷計算電路包含：第一電容，連接該第二輸出端，用以儲存該第二電荷產生該感測信號；以及初始化開關，用以初始化該第一電容的電壓準位為該低電壓準位。
  22. 如請求項16之電路，其中該切換電路包括切換開關使該電極的電壓準位為高電壓準位端，其中該參考電壓小於該高電壓準位。
  23. 如請求項22之電路，其中該互導放大鏡射電路包含：第一互導放大器，根據該電極的電壓準位與該參考電壓的差異，於第一輸出端洩放第一電荷；以及第二互導放大器，於第二輸出端洩放等比例於該第一電荷的第二電荷。
  24. 如請求項22之電路，其中該互導放大鏡射電路包含：比較元件，比較該電極的電壓準位與該參考電壓的差異產生誤差信號；第一NMOS電晶體，受該誤差信號控制，於第一輸出端洩放第一電荷；以及第二NMOS電晶體，受該誤差信號控制，於第二輸出端洩放等 比例於該第一電荷的第二電荷。
  25. 如請求項24之電路，其中該比較元件為運算放大器、跨導運算放大器或誤差放大器。
  26. 如請求項23或24之電路，其中該電荷計算電路包含：第一電容，連接該第二輸出端，用以儲存該第二電荷產生該感測信號；以及初始化開關，用以初始化該第一電容的電壓準位為該高電壓準位。
  27. 如請求項16之電路，其中該切換電路包含切換開關使該電極的電壓準位為高電壓準位或低電壓準位，其中，該參考電壓介於該高電壓準位及該低電壓準位之間。
  28. 如請求項27之電路，其中該互導放大鏡射電路包含：第一互導放大器，根據該電極的電壓準位與該參考電壓的差異，於第一輸出端補充第一電荷或洩放第三電荷；以及第二互導放大器，於第二輸出端補充等比例於該第一電荷的第二電荷或洩放等比例於該第三電荷的第四電荷。
  29. 如請求項27之電路，其中該互導放大鏡射電路包含：比較元件，比較該電極的電壓準位與該參考電壓的差異產生誤差信號；第一開關，連接該比較元件；第一PMOS電晶體，連接該第一開關，當該第一開關導通時，受該誤差信號控制，於第一輸出端補充第一電荷；第二PMOS電晶體，連接該第一開關，當該第一開關導通時，受該誤差信號控制，於第二輸出端補充等比例於該第一電荷的 第二電荷；第二開關，連接該比較元件；第一NMOS電晶體，連接該第二開關，當該第二開關導通時，受該誤差信號控制，於第一輸出端洩放第三電荷；以及第二NMOS電晶體，連接該第二開關，當該第二開關導通時，受該誤差信號控制產生，於第二輸出端洩放等比例於該第三電荷的第四電荷。
  30. 如請求項29之電路，其中該比較元件為運算放大器、跨導運算放大器或誤差放大器。
  31. 如請求項27之電路，其中該互導放大鏡射電路包含：第一開關及第二開關，連接該第一輸出端；第一比較元件，連接該第一開關，當該第一開關導通時，比較該電極的電壓準位與該參考電壓的差異產生第一誤差信號；第二比較元件，連接該第二開關，當該第二開關導通時，比較該電極的電壓準位與該參考電壓的差異產生第二誤差信號；第一PMOS電晶體，受該第一誤差信號控制，於第一輸出端補充第一電荷；第二PMOS電晶體，受該第一誤差信號控制，於第二輸出端補充等比例於該第一電荷的第二電荷；第一NMOS電晶體，受該第二誤差信號控制，於第一輸出端洩放第三電荷；以及第二NMOS電晶體，受該第二誤差信號控制，於第二輸出端洩放等比例於該第三電荷的第四電荷。
  32. 如請求項31之電路，其中該第一及第二比較元件為運算放大 器、跨導運算放大器或誤差放大器。
  33. 如請求項29或31之電路，其中該電荷計算電路包含：第三開關，連接該第二輸出端，與該第一開關同步切換；第四開關，連接該第二輸出端，與該第二開關同步切換；第一電容，連接該第三開關，用以計算該第二電荷的多寡；第一初始化開關，用以初始化該第一電容的電壓準位為該低電壓準位；第二電容，連接該第四開關，用以計算該第四電荷的多寡；第二初始化開關，用以初始化該第二電容的電壓準位為該高電壓準位；以及加法器，將該第一及第二電容所計算的電荷量相加，產生該感測信號。
  34. 如請求項16之電路，更包含量測單元將該感測信號轉換為數位信號。
  35. 一種用以感測待測電容的方法，該待測電容具有第一及第二電極，該方法包含：a)改變該第一電極的電壓準位；b)使該第二電極的電壓準位維持在參考電壓，並且因應該第二電極的電壓變化造成電荷變化量；以及c)因應該電荷變化量，產生感測信號。
  36. 如請求項35之方法，其中該根據該步驟b包含：根據該第二電極的電壓準位與該參考電壓的差異，對該第二電極補充第一電荷或洩放第三電荷；以及產生等比例於該第一電荷的第二電荷或等比例於該第三電荷的 第四電荷。
  37. 如請求項36之方法，其中該步驟c包含根據該第二電荷或該第四電荷以產生該感測信號。
  38. 一種用以感測待測電容的方法，該待測電容具有電極，該方法包含：a)改變該電極的電壓準位；b)使該電極的電壓準位維持在參考電壓，並且因應該電極的電壓變化造成電荷變化量；以及c)因應該電荷變化量產生感測信號。
  39. 如請求項38之方法，其中該根據該步驟b包含：。根據該電極的電壓準位與該參考電壓的差異，對該電極補充第一電荷或洩放第三電荷；以及產生等比例於該第一電荷的第二電荷或等比例於該第三電荷的第四電荷。
  40. 如請求項39之方法，其中該根據該步驟c包含根據該第二電荷或該第四電荷，產生該感測信號。
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