[發明專利]電容傳感裝置和寄生電容補償方法、電子設備

在審

• 申請號: 202011150001.6
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112332829A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 程濤;張忠;謝偉軍;吳文杰
• 申請（專利權）人: 上海艾為電子技術股份有限公司
• 主分類號: H03K17/96
• 分類號: H03K17/96
• 代理公司: 深圳市嘉勤知識產權代理有限公司 44651
• 代理人: 王敏生

本申請公開一種電容傳感裝置和寄生電容補償方法、電子設備，所述電容傳感裝置包括：電容檢測電路，用于連接至傳感電容，產生與傳感電容的電容變化值相對應的傳感信號；所述電容檢測電路包括補償模塊，用于提供寄生補償電容，以消除傳感電容的寄生電容對傳感信號的影響；所述補償模塊包括具有不同電容補償精度的至少兩個補償單元，所述寄生補償電容值為各個補償單元提供的補償電容值之和。上述電容傳感裝置的寄生電容補償精度要求較高。

技術領域

本申請涉及傳感技術領域，具體涉及一種電容傳感裝置和寄生電容補償方法、電子設備。

背景技術

電容式傳感器是將被測物理量或機械量轉換成為電容量變化的一種轉換裝置，電容式傳感器由于結構簡單、性能穩定、靈敏度高等優點被廣泛應用到工業及消費類電子產品領域，如：壓力、位移、加速度、厚度、液位等測量。

通過電容檢測電路，可把傳感器電容的變化量轉換為電信號輸出。測知電信號的大小，可判斷被測量的大小。這就是電容式傳感器的基本工作原理。電容傳感器的電容(Cx)包括兩個部分，寄生電容(Cp)和可變電容(ΔC)，其中寄生電容Cp為一固定電容值，當手指接近傳感器時，會導致電容傳感器的可變電容ΔC發生變化。

對于自電容結構的電容傳感器，自電容只有一個極板，極板與地之間形成固有的寄生電容Cp，當手指接近傳感器時，手指與傳感器極板之間形成一個可變電容ΔC。由于人體電容相對較大，其電位相當于地，因此ΔC與手指和極板間距離相關。通過檢測ΔC的大小，就可以判斷手指是否接近或者計算手指的距離。對于互電容結構的電容傳感器，互電容包括兩個極板，兩個極板之間形成一個固有的寄生電容CP。由于人體電容相對較大，其電位相當于地，當手指接近傳感器時，兩個極板間的電場線被手阻斷，所以傳感電容的兩個極板間的電容減小，其電容值變成：C_X＝C_P-ΔC。通過測量Cx的變化，就可判斷手指是否觸摸及觸摸的位置。

在實際應用中，寄生電容Cp的值可能遠大于可變電容ΔC，而真正對于傳感有效的電容是可變電容ΔC的值。如果寄生電容Cp過大，容易導致電容檢測電路飽和，而無法檢測出ΔC的變化。因此，需要對傳感器固有的寄生電容進行補償，補償后的寄生電容Cp’為：CP’＝Cp-Cb，Cb為補償電容值。

無論是采用哪種電容結構進行檢測，寄生電容補償的目的就是找到合適的補償電容值Cb，使得Cp’等于或盡可能接近0，使得在可變電容ΔC＝0時，傳感裝置的輸出信號在零附近，從而當有物體接近時，可變電容ΔC發生的變化能夠有效反映在輸出信號的變化上。

現有技術中進行寄生電容補償，通常在電容檢測電路所在芯片內部的寄生電容補償模塊進行寄生電容補償，所述寄生電容補償模塊通常包括電容型DAC，電容型DAC包括電容陣列，通過調整所述DAC電容陣列的電容值，調整補償電容值。

現有技術的寄生電容補償方法的電容補償精度還有待進一步的提高。

發明內容

鑒于此，本申請提供一種電容傳感裝置和寄生電容補償方法、電子設備，以解決現有的電容補償精度較低的問題。

本申請提供的一種電容傳感裝置，包括：電容檢測電路，用于連接至傳感電容，產生與傳感電容的電容變化值相對應的傳感信號；所述電容檢測電路包括補償模塊，用于提供寄生補償電容，以消除所述傳感電容的寄生電容對傳感信號的影響；所述補償模塊包括具有不同電容補償精度的至少兩個補償單元，所述寄生補償電容值為各個補償單元提供的補償電容值之和。

可選的，所述補償模塊還包括：控制單元，用于根據所述電容檢測電路在所述傳感電容未產生電容變化時產生的傳感信號，控制各補償單元提供的補償電容值。

可選的，所述補償單元包括電容型DAC，所述電容型DAC包括由多個電容組成的電容陣列，每個電容的下極板均接地，上極板分別通過各自對應的開關連接至公共端。