[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: 202011150005.4
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112332830A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 程濤;張忠;謝偉軍
• 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及其寄生電容補償方法，一種電子設備，所述電容傳感裝置包括：傳感電容；片外補償模塊，用于提供片外補償電容；電容檢測電路，用于檢測傳感電容，并根據所述片外補償電容和所述傳感電容的電容值，輸出與所述傳感電容的電容變化相對應的傳感信號；其中，所述片外補償模塊，位于所述電容檢測電路所在芯片外部，在所述傳感電容未產生電容變化時，所述片外補償電容使得所述電容檢測電路輸出的傳感信號小于第一閾值。所述電容傳感裝置具有較大的寄生電容補償范圍。

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)，Cx＝Cp+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△C發生變化。

請參考圖1，為一種自電容結構的電容傳感器的示意圖。所述電容只有一個極板11，極板11與地10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11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和電容傳感器的距離。

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。所以，現有技術中，電容傳感裝置中，通常帶有寄生電容補償功能，實現對傳感器固有的寄生電容的補償，通過選擇合適的補償電容Cb1，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。

現有技術進行寄生電容的補償時，通常在電容傳感芯片內部設置電容補償模塊，由于芯片尺寸及芯片成本限制，在芯片內部能夠實現的補償電容的大小有限，通常在200pF以內，當寄生電容超過芯片內部的補償范圍時，電容傳感裝置無法正常的工作。

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、一種電子設備，以解決現有的寄生電容補償范圍較小的問題。

本申請提供的一種電容傳感裝置，包括：傳感電容；片外補償模塊，用于提供片外補償電容；電容檢測電路，用于檢測傳感電容，并根據所述片外補償電容和所述傳感電容的電容值，輸出與所述傳感電容的電容變化相對應的傳感信號；其中，所述片外補償模塊，位于所述電容檢測電路所在芯片外部，在所述傳感電容未產生電容變化時，所述片外補償電容使得所述電容檢測電路輸出的傳感信號小于第一閾值，所述第一閾值為大于零的一個預設值。

可選的，所述電容檢測電路還包括片內補償模塊，用于在所述片外補償電容的基礎上，提供片內補償電容，使得在所述傳感電容未產生電容變化時，所述電容檢測電路輸出的傳感信號在小于第一閾值的基礎上，進一步接近于零。

可選的，所述片內補償模塊包括若干并聯的片內電容，且每個片內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。

可選的，所述片外補償電容的電容值固定；所述片內補償電容的電容值可調。

可選的，所述片外補償電容的電容值小于所述傳感電容的寄生電容的電容值，所述片內補償電容的電容值小于所述片外補償電容的電容值。