专利名称：直接式电容至数字转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直接式电容至数字转换器，尤其是可直接感测出电容，不须外加
放大器，直接转换成精确的数字信号。
背景技术：
随着数字科技的快速进步以及半导体制程的开发，电子业界已发展出高度整合性且运算能超强的处理器或绘图芯片，但是这些功能强的数字芯片需要数字输入信号才能运作，而实际的电气信号大多是模拟信号，因此业界开发出许多种类的模拟至数字转换器(Analog-to-digital converter, ADC)，以符合不同场合的需求，比如高速或高分辨率的模拟至数字转换器。而模拟电气信号通常是由传感器所产生，比如压电传感器、光度传感器、温度传感器、超音波传感器、速度传感器或湿度传感器，尤其是近年发展快速应用于微机电(Micro ElectroMechanical Systems,MEMS)的传感器，已广泛的应用于不同的消费电子领域，其中最受人瞩目的有任天堂新近推出的Wii游戏机，其特色便是以MEMS技术为基础的三轴加速度传感器，并配合无线控制器，以达到高度创新性的娱乐效果，另外触控式屏幕也是引用此技术的火红应用。 这些应用都是透过传感器再经过放大器再接至ADC，而E - A (Sigma-Delta)ADC是其中较常使用的ADC。 参阅图l，现有技术中感应电容转换装置的功能方块图。如图1所示，感应电容转换装置1包括传感器10、感测放大器20、偏压电路30以及ADC 40，其中感测放大器20将传感器10的输出信号进行放大处理，再通过ADC 40转换成数字信号，而偏压电路30提供适当的偏压电压给感测放大器20与ADC40。 参阅图2，图1的较详细示意图，其中传感器10的电气模型是以电容CS以及等效输入阻抗R表示，电容CS因外在环境变化所导致的电容变化为ACS，而在偏压电压Vbias下，电容CS的变化产生电压变化A VCS，经感测放大器20放大后输入给ADC 40。以第一级E -AADC的架构为例，ADC 40具有第一级转换电路41以及比较器45，其中第一级转换电路41包括减法器42、加法器43、延迟器44以及数字至模拟转换器(Digital-to-analogconverter, DAC) 46， DAC 46将比较器45的数字输出电压Vout转换成模拟信号，经减法器42取出感测放大器20的输出信号与DAC 46的输出信号的差额，再经加法器43加上延迟器44的输出信号，并输出给延迟器44，以完整个ADC操作。因E _ AADC为众所周知的技术，在此仅作摘要性说明。 在图2中，杂散电容C2连接到电容CS以及接地，表示因制程误差或电路配置而产
生的额外等效电容，且随着制程与电路的不同，杂散电容C2的电容大小也会不同。 此外，在一般的E -AADC架构中，为提高ADC的分辨率，常常使用多级串接的架
构，即第一级转换电路41的输出信号可传送给下一级的转换电路，而最后一级的转换器才
连接到比较器。 但是，现有技术的缺点为需要能产生电压的偏压电压的偏压电路，以及一级放大电路，以提高感测灵敏度，但对于一般的集成电路制程而言，具有相当严苛的挑战来克服偏压电路的噪声，且不容易整合到其它现有低压操作的功能方块中。 现有技术的另一缺点为需要高质量的放大器，以便将非常低的感应电容电压转换到ADC可处理的电压范围内，而建置该放大器需占用相当大的芯片面积，使得芯片成本升高，同时放大器的偏置(Offset)及增益(Gain)，噪声(Noise)，均会增加讯号的误差。
现有技术的另一缺点为，因制程误差或电路配置而产生的杂散电容会降低整体ADC的精确度，且随着制程与电路而变动，造成ADC的不稳定性。 因此，需要一种直接式电容至数字转换器，通过ADC将待测组件的电容变化信号转换成数字信号的转换装置，省去感测放大器以及偏压电路，进而縮小芯片面积，并解决杂散电容对整体ADC的不稳定性影响，提高ADC的精确度。
发明内容
本发明的主要目的在提供一种直接式电容至数字转换器，利用激发单元控制多个开关，配合参考电压电路所输出的参考电压，直接感测出待测电容变化，并直接转换成数字信号，以提高数字信号的精确度，并且将多个开关、转换器、参考电压电路、控制器整合到单一芯片内，以构成整合性单芯片，而不需额外建置高压的偏压电路以及高质量的感测放大器。 本发明的另一目的在提供一种直接式电容至数字转换器，利用具差额积分器的差额型模拟至数字转换器，将待测组件的感应电容电压以差额方式转换成数字信号，以提高抗噪声干扰的能力。 因此，本发明所提供的直接式电容至数字转换器，可解决上述现有技术中因待测组件的杂散电容所引起的缺点。
图1为显示现有技术中微机电感应电容电压的转换装置的功能方块2为图1的较详细示意图；图3为本发明的模拟至数字转换装置的功能方块图；图4为图3的较详细示意图；图5为本发明第一实施例的第一操作的示意图；图6为图5的波形图；图7为本发明第一实施例的第二操作的示意图；图8为图7的波形图；图9为本发明第一操做的第二实施例的示意图；图10为图9的波形图；图11为本发明第二实施例的示意图；图12为本发明第二实施例的第二级积分器与比较器的示意图。主要组件符号说明l感应电容转换装置2电容至数字转换装置
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10传感器 20感测放大器 30偏压电路 40模拟至数字转换器 41第一级转换电路 42减法器 43加法器 44延迟器 45比较器 46数字至模拟转换器 50模拟至数字转换器 51第一级积分器 53第二级积分器 55比较器 60激发单元 Cla、 Clb、 C2a、 C2b、 C3a、 C3b电容 C4a、 C4b、 C6a、 C6b、 C7a、 C7b电容 Cl待测电容 C2杂散电容 C3DAC电容 C4外部补偿电容 CS待测电容 CT积分电容 CT1反相积分电容 CT2非反相积分电容 0P1放大器 0P1D差额放大器 R输入阻抗 SW1第一开关 SW2第二开关 SW3第三开关 SW4第四开关 SW5第五开关 S怖第六开关 SW7第七开关 SW8第八开关 SW9第九开关 Tl第一操作周期 T2第二操作周期
Vl第一参考电压V2第二参考电压V3第三参考电压Vbias偏压电压Vout数字输出电压Voutl第一积分器输出电压VP1第一端电压VR+高位准参考电压VR-低位准参考电压小1第一开关信号小2第二开关信号小3第三开关信号小3B第三反相开关信号小4第四开关信号小5第五开关信号
具体实施例方式
以下配合图式及组件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，使熟习该项技艺者在研读本说明书后能据以实施。 参阅图3，本发明的直接式电容至数字转换器的功能方块图。如图3所示，本发明的直接式电容至数字转换器2包括模拟至数字转换器50以及激发单元60，用以感测待测电容Cl的电容电压，而杂散电容C2为制程或电路所引起而与待测电容Cl相关的杂散电容，其中模拟至数字转换器50包括第一级积分器51、第二级积分器53以及比较器55。激发单元60控制待测电容Cl的第一端Pl与第二端P2，其中杂散电容C2接到待测电容Cl的第二端P2，同时激发单元60控制模拟至数字转换器50的第一级积分器51。第二级积分器53以及比较器55可采用一般的积分器与比较器。要注意的是，图3的第二级积分器53可为多个串接的积分器，以提高分辨率。 参阅图4，图3的较详细示意图。图4显示出模拟至数字转换器50中第一级积分器51的电路图，第一级积分器51包括DAC电容C3、外部补偿电容C4、放大器0P1与积分电容CT、第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4、第五开关SW5、第六开关SW6、第七开关SW7、第八开关SW8以及第九开关SW9，其中第一开关SW1至第九开关SW9是由激发单元60所产生的第一开关信号小1、第二开关信号小2、第三开关信号小3、第三反相开关信号小3B、第四开关信号小4以及第五开关信号小5控制，用以对待测电容C1、杂散电容C2、DAC电容C3以及外部补偿电容C4进行充放电操作，同时利用放大器0P1与积分电容CT所组成的积分器进行积分操作，以产生第一积分器输出电压Voutl。 图式中的偏压电压Vbias由偏压电路(图中未显示)产生，而第一参考电压V1、第二参考电压V2、第三参考电压V3、高位准参考电压VR+以及低位准参考电压VR-是由参考电路(图中未显示)产生，其中第三参考电压V3高于第二参考电压V2，第二参考电压V2高于第一参考电压Vl，且高位准参考电压VR+高于低位准参考电压VR-。
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偏压电路与参考电路可使用一般的技术，比如使用威尔森电流镜(WilsonCurrentMirror)或韦勒电流源(Widlar Current Source)当作偏压电路，使用崩溃二极管结合温度补偿电路或用能隙参考(Bandgap Reference)电路当作参考电路。要注意的是，本发明并不限定于偏压电路或参考电路的实现电路，只要能提供所需偏压电压与参考电压的设计都落在本发明的范围内。此外，激发单元60用以产生所需的开关信号，因此可使用微处理器配合韧体程序或只用逻辑电路来实现，都落在本发明的范围内。 DAC电容C3是利用高位准参考电压VR+以及低位准参考电压VR-以实现DAC功能，即当比较器55输出的位值为"1"时，由激发单元60产生第三开关信号小3或第五开关信号小5，用高位准参考电压VR+对DAC电容C3进行充电，而如果比较器55输出的位值为"0"时，由激发单元60产生第三反相开关信号小3B或第四开关信号小4，用低位准参考电压VR-对DAC电容C3进行充电，即将数字的位值"l"转换成模拟的高位准参考电压VR+，而位值"O"转换成模拟的低位准参考电压VR-。 外部补偿电容C4是用以补偿寄生电容，可以电容数组的方式，由内部电路经由自我校正进行多个位而设定，或使用如雷射微调(Laser Trimming)或电流微调(CurrentTrimming)的方式进行多个位的微调。 本发明的直接式电容至数字转换器2的操作包括第一操作与第二操作，其中第一
操作是用以感测该杂散电容C2，而第二操作结合第一操作的结果对待测电容C1进行转换
操作，以产生精确的数字信号。以下配合图示详细说明第一操作与第二操作。 参阅图5，本发明第一实施例的第一操作的示意图。如图5所示，利用激发单元60
所产生的第一开关信号小1、第二开关信号小2、第三开关信号小3以及第三反相开关信号
小3B控制第一开关SW1至第九开关SW9，配合图6的波形图以计进一步详细说明。在图6
中，第一开关信号小1、第二开关信号小2、第三开关信号小3以及第三反相开关信号小3B
的操作波形可分为三步骤，分别为重置操作、充电操作以及积分操作，用以将第一端P1的
第一端电压VP1设定成第一参考电压Vl、第二参考电压V2或第三参考电压V3。 在重置操作时，第一开关信号小l为高位准，而第二开关信号小2与第三开关信号
小3为低位准，第三反相开关信号小3B为高位准，因此第一端Pl与第二端P2连接到第一
参考电压VI ，使待测电容Cl放电而跨越电压为0V，而杂散电容C2被充电至第一参考电压VI。 接着进行充电操作，第二开关信号小2为高位准，而第一开关信号小l与第三开关信号小3为低位准，第三反相开关信号小3B为高位准，使第一端P1与第二端P2连接到第二参考电压V2，所以待测电容Cl的跨越电压仍为0V，而杂散电容C2由第一参考电压VI被充电至第二参考电压V2。 接着进行积分操作，第三开关信号小3为高位准，而第一开关信号小1、第二开关信号小2以及第三反相开关信号小3B为低位准，第一端P1连接到第三参考电压V3，第二端P2连接到放大器0P1的反相输入端，同时DAC电容C3由高位准参考电压VR+切换至低位准参考电压VR-，而外部补偿电容C4由偏压电压Vbias切换至高位准参考电压VR+，并将电压差施加到放大器0P1的反相输入端，而放大器0P1与积分电容CT对反相输入端的信号进行积分，并在放大器的输出端产生与杂散电容C2相关的第一积分器输出电压Voutl。
重置操作与充电操作的合计时间为Tl/2，且积分操作的时间为Tl/2，其中Tl为第一操作周期。 参阅图7，本发明第一实施例的第二操作的示意图。如图7所示，利用激发单元60所产生的第四开关信号小4与第五开关信号小5控制第一开关SW1至第九开关SW9，配合图8的波形图以计进一步详细说明。在图8中，第四开关信号小4与第五开关信号小5的操作波形可分为二步骤，分别为充电操作以及积分操作。 在充电操作中，第四开关信号小4为高位准，而第五开关信号小5为低位准，待测电容Cl的第一端Pl连接到第二参考电压V2，第二端P2连接到第一参考电压VI ，使待测电容Cl的跨越电压为Vl-V2，而杂散电容C2被充电至第一参考电压VI， DAC电容C3的第一端与外部补偿电容C4的第一端连接到待测电容Cl的第二端P2，且DAC电容C3的第二端连接到高位准参考电压VR+，外部补偿电容C4的第二端连接到偏压电压Vbias。充电操作的时间为T2/2，其中T2为第二操作周期。 接着进行积分操作，第五开关信号小5为高位准，而第四开关信号小4为低位准，待测电容C1的第一端P1连接到第一参考电压V1，第二端P2连接到放大器0P1的反相输入端，同时DAC电容C3由高位准参考电压VR+切换至低位准参考电压VR-，而外部补偿电容C4由偏压电压Vbias切换至高位准参考电压VR+，并将电压差施加到放大器0P1的反相输入端，而放大器0P1与积分电容CT对反相输入端的信号进行积分，并在放大器的输出端产生与待测电容C1相关的第一积分器输出电压Voutl。积分操作的时间为T2/2，因此充电操作的时间与积分操作的时间相等。 通过上述第一操作与第二操作所产生的第一积分器输出电压Voutl可获得精确的数字信号。 参阅图9，本发明的第一操做也可改变不同的时序及电压以达到相同的结果。
如图9所示，利用激发单元60所产生的第一开关信号小1、第二开关信号小2、第三开关信号小3以及第三反相开关信号小3B控制第一开关SW1至第九开关SW9，配合图10的波形图以计进一步详细说明。在图10中，第一开关信号小1、第二开关信号小2、第三开关信号小3以及第三反相开关信号小3B的操作波形可分为二步骤，分别为充电操作以及积分操作。 在充电操作时，第一开关信号小l为高位准，而第二开关信号小2与第三开关信号小3为低位准，第三反相开关信号小3B为高位准，因此第一端Pl与第二端P2连接到第一参考电压VI ，使待测电容Cl放电而跨越电压为0V，而杂散电容C2被充电至第一参考电压VI。 接着进行积分操作，第二开关信号小2及第三开关信号小3为高位准，而第一开关信号小1、以及第三反相开关信号小3B为低位准，第一端P1连接到第二参考电压V2，第二端P2连接到放大器0P1的反相输入端，同时DAC电容C3由高位准参考电压VR+切换至低位准参考电压VR-，而外部补偿电容C4由偏压电压Vbias切换至高位准参考电压VR+，并将电压差施加到放大器0P1的反相输入端，而放大器0P1与积分电容CT对反相输入端的信号进行积分，并在放大器的输出端产生与杂散电容C2相关的第一积分器输出电压Voutl。
充电操作的时间为Tl/2，积分操作的时间为Tl/2，其中Tl为第一操作周期。
参阅图ll，本发明第二实施例的示意图。与图4的第一实施例作比较，本发明第二实施例是利用差额放大器(Differential Amplifier)取代第一实施例的单端放大器
11(Single-ended Amplifier)，即以差额放大器OP ID取代图4的0P1放大器，同时以反相积 分电容CTl与非反相积分电容CT2取代图4的积分电容CT。此夕卜，以反相待测电容Cla与 非反相待测电容Clb所组成的差额待测电容取代待测电容Cl，且反相待测电容Cla与非反 相待测电容Clb的二端电压是由激发单元60控制。以反相杂散电容C2a与非反相杂散电 容C2b所组成的差额杂散电容取代杂散电容C2，以反相DAC电容C3a与非反相DAC电容C3b 所组成的差额DAC电容取代DAC电容C3，以反相外部补偿电容C4a与非反相外部补偿电容 C4b所组成的差额外部补偿电容取代外部补偿电容C4。由于开关信号与第一实施例相同， 且整体电路操作也相同，因此不再赘述。 参阅图12，本发明第二实施例的第二级积分器与比较器的示意图。如图12所 示，第二实施例的第二级积分器包括差额放大器0P2D、反相积分电容C7a、非反相积分电容 C7b，比较器Comp为差额型比较器，而反相DAC电容C6a与非反相DAC电容C6b实现DAC功 能，如同第一实施例的DAC电容C3。因此，结合图9的第一级积分器以及图12的第二级积 分器与比较器，形成差额型的ADC，具有较佳的抗噪声能力，适用于不易去除噪声的电气环 境。 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种直接式电容至数字转换器，用以感测出与一待测电容相关的一杂散电容，并直接将所述待测电容的一感应电容转换成一数字信号，且所述杂散电容的一第一端连接至所述待测电容的一第一端，所述杂散电容的一第二端连接至接地，所述直接式电容至数字转换器包括一第一级积分器，接收所述待测电容的第二端的一输入信号，经积分后产生一第一级积分器输出信号；一第二级积分器，接收所述第一级积分器输出信号，经积分后产生一第二级积分器输出信号，所述第二级积分器包括一积分电容以及一积分放大器，所述积分电容的一端以及所述积分放大器的一反相输入端连接到所述第二级积分器的所述输入信号，所述积分放大器的一非反相输入端为接地，所述积分电容的一另一端以及所述积分放大器的一输出端连接到所述第二级积分器输出信号；一比较器，接收所述第二级积分器输出信号，经与一标准电压比较后产生所述数字信号；以及一激发单元，产生多个控制信号，以控制所述待测电容的第一端与一第二端以及所述第一级积分器，所述多个控制信号包括一第一开关信号、一第二开关信号、一第三开关信号、一第三反相开关信号、一第四开关信号以及一第五开关信号，且所述第三反相开关信号为所述第三开关信号的反相，所述第一开关信号至第五开关信号的高准位不重迭；其中所述激发单元依序产生高准位的所述第一开关信号、第二开关信号以及第三开关信号，用以感测所述杂散电容的电压，且所述激发单元依序产生高准位的所述第四开关信号以及第五开关信号，用以感测所述待测电容的电压。
2. 如权利要求1所述的直接式电容至数字转换器，其中所述第一级积分器包括 多个开关，由所述激发单元的所述多个控制信号控制，所述多个开关包括一第一开关、一第二开关、一第三开关、一第四开关、一第五开关、一第六开关、一第七开关、一第八开关 以及一第九开关，所述待测电容的第一端连接至第三开关、第四开关以及第五开关，所述待 测电容的第二端连接至第一开关、第二开关以及第六开关； 一 DAC电容，具有一第一端与一第二端；一外部补偿电容，所述外部补偿电容的一第一端连接至所述第九开关，所述外部补偿 电容一第二端连接至所述第六开关、所述第七开关以及所述DAC电容的所述第二端； 一积分放大器，具有一反相输入端、一非反相输入端以及一输出端，所述非反相输入端接地，所述输出端具有所述第一级积分器输出信号； 一积分电容，所述积分电容的一第一端连接至所述积分放大器的反相输入端，所述积 分电容的一第二端连接至所述积分放大器的输出端； 一偏压电路，产生一偏压电压；以及一参考电压电路，产生一第一参考电压、一第二参考电压、一第三参考电压、一高参考 电压以及一低参考电压，所述第三参考电压高于所述第二参考电压，所述第二参考电压高 于所述第一参考电压，且所述高位准参考电压高于所述低位准参考电压；其中所述第一开关由所述第一开关信号与第四开关信号控制是否连接所述待测电容 的第二端与所述第一参考电压，所述第二开关由所述第二开关信号控制是否连接所述待测 电容的第二端与所述第二参考电压，所述第三开关由所述第一开关信号与第五开关信号控制是否连接所述待测电容的第一端与所述第一参考电压，所述第四开关由所述第二开关信 号与第四开关信号控制是否连接所述待测电容的第一端与所述第二参考电压，所述第五开 关由所述第三开关信号控制是否连接所述待测电容的第一端与所述第三参考电压，所述第 六开关由所述第三开关信号控制是否连接所述待测电容的的二端与所述DAC电容的第二 端，所述第七开关由所述第三开关信号与第五开关信号控制是否连接所述DAC电容的第二 端与所述积分放大器的反相输入端，所述第八开关由所述第三开关信号与第五开关信号控 制是否将所述DAC电容的第二端连接所述低参考电压且由所述第三反相开关信号与第四 开关信号控制是否将所述DAC电容的第二端连接所述高参考电压，所述第九开关由所述第 三开关信号与第五开关信号控制是否将所述外部补偿电容的第一端连接所述高参考电压 且由所述第三反相开关信号与第四开关信号控制是否将所述外部补偿电容的第一端连接 所述偏压电压。
3. —种直接式电容至数字转换器，用以感测出与一待测电容相关的一反相杂散电容以 及一非反相杂散电容，并直接将所述待测电容的一感应电容电压转换成一数字信号，且所 述反相杂散电容的一第一端与所述非反相杂散电容的一第一端连接至接地，所述反相杂散 电容的一第二端连接至所述反相待测电容的一第二端，所述非反相杂散电容的一第二端连 接至所述非反相待测电容的一第二端，所述直接式电容至数字转换器包括一第一级积分器，接收所述反相待测电容的一反相输入信号以及所述非反相待测电容 的一非反相输入信号，经积分后产生一反相第一级积分器输出信号以及一非反相第一级积 分器输出信号；一第二级积分器，接收所述反相第一级积分器输出信号以及非反相第一级积分器输出 信号，经积分后产生一反相第二级积分器输出信号以及一非反相第二级积分器输出信号， 所述第二级积分器包括一反相积分电容、一非反相积分电容以及一积分放大器，所述反相 积分电容的一端以及所述积分放大器的一反相输入端连接到所述第二级积分器的反相第 一级积分器输出信号，所述反相积分电容的一另一端以及所述积分放大器的一反相输出端 连接到所述反相第二级积分器输出信号，所述非反相积分电容的一端以及所述积分放大器 的一非反相输入端连接到所述第二级积分器的非反相第一级积分器输出信号，所述非反相 积分电容的一另一端以及所述积分放大器的一非反相输出端连接到所述非反相第二级积 分器输出信号；一比较器，接收所述反相第二级积分器输出信号以及非反相第二级积分器输出信号， 经与一标准电压比较后产生所述数字信号；以及一激发单元，产生多个控制信号，以控制所述反相待测电容的第一端与一第二端、所述 非反相微机电电容的第一端与一第二端以及所述第一级积分器，所述多个控制信号包括一 第一开关信号、一第二开关信号、一第三开关信号、一第三反相开关信号、一第四开关信号 以及一第五开关信号，且所述第三反相开关信号为所述第三开关信号的反相，所述第一开 关信号至第五开关信号的高准位不重迭；其中所述激发单元依序产生高准位的所述第一开关信号、第二开关信号以及第三开关 信号，用以感测所述所述反相杂散电容与非反相杂散电容的电压，且所述激发单元依序产 生高准位的所述第四开关信号以及第五开关信号，用以感测所述反相待测电容与非反相待 测电容的电压。
4. 如权利要求3所述的直接式电容至数字转换器，其中所述第一级积分器包括多个开关，由所述激发单元的所述多个控制信号控制，所述多个开关包括一反相第一 开关、一反相第二开关、一反相第三开关、一反相第四开关、一反相第五开关、一反相第六开 关、一反相第七开关、一反相第八开关、一反相第九开关、一非反相第一开关、一非反相第二 开关、一非反相第三开关、一非反相第四开关、一非反相第五开关、一非反相第六开关、一非 反相第七开关、一非反相第八开关以及一非反相第九开关，所述反相待测电容的第一端连 接至所述反相第三开关、反相第四开关以及反相第五开关，所述反相微机电电容的第二端 连接至所述反相第一开关、反相第二开关以及反相第六开关，所述非反相待测电容的第一 端连接至所述非反相第三开关、非反相第四开关以及非反相第五开关，所述非反相待测电 容的第二端连接至所述非反相第一开关、非反相第二开关以及非反相第六开关；一反相DAC电容，具有一第一端与一第二端；一非反相DAC电容，具有一第一端与一第二端；一反相外部补偿电容，所述反相外部补偿电容的一第一端连接至所述反相第九开关， 所述反相外部补偿电容一第二端连接至所述反相第六开关、反相第七开关以及反相DAC电 容的第二端；一非反相外部补偿电容，所述非反相外部补偿电容的一第一端连接至所述非反相第九 开关，所述非反相外部补偿电容一第二端连接至所述非反相第六开关、非反相第七开关以 及非反相DAC电容的第二端；一积分放大器，具有一反相输入端、一非反相输入端、一反相输出端以及一非反相输出 端，所述反相输出端具有所述反相第一级积分器输出信号，所述非反相输出端具有所述非 反相第一级积分器输出信号；一反相积分电容，所述反相积分电容的一第一端连接至所述积分放大器的反相输入 端，所述反相积分电容的一第二端连接至所述积分放大器的反相输出端；一非反相积分电容，所述非反相积分电容的一第一端连接至所述积分放大器的非反相 输入端，所述非反相积分电容的一第二端连接至所述积分放大器的非反相输出端；一偏压电路，产生一偏压电压；以及一参考电压电路，产生一第一参考电压、一第二参考电压、一第三参考电压、一高参考 电压以及一低参考电压，所述第三参考电压高于所述第二参考电压，所述第二参考电压高 于所述第一参考电压，且所述高位准参考电压高于所述低位准参考电压；其中所述反相第一开关由所述第一开关信号与第四开关信号控制是否连接所述反相 待测电容的第二端与所述第一参考电压，所述反相第二开关由所述第二开关信号控制是否 连接所述反相待测电容的第二端与所述第二参考电压，所述反相第三开关由所述第一开关 信号与第五开关信号控制是否连接所述反相待测电容的第一端与所述第一参考电压，所述 反相第四开关由所述第二开关信号与第四开关信号控制是否连接所述反相待测电容的第 一端与所述第二参考电压，所述反相第五开关由所述第三开关信号控制是否连接所述反相 待测电容的第一端与所述第三参考电压，所述反相第六开关由所述第三开关信号控制是否 连接所述反相待测电容的的二端与所述反相DAC电容的第二端，所述反相第七开关由所述 第三开关信号与第五开关信号控制是否连接所述反相DAC电容的第二端与所述积分放大 器的反相输入端，所述反相第八开关由所述第三开关信号与第五开关信号控制是否将所述反相DAC电容的第二端连接所述低参考电压且由所述第三反相开关信号与第四开关信号控制是否将所述反相DAC电容的第二端连接所述高参考电压，所述反相第九开关由所述第三开关信号与第五开关信号控制是否将所述反相外部补偿电容的第一端连接所述高参考电压且由所述第三反相开关信号与第四开关信号控制是否将所述反相外部补偿电容的第一端连接所述偏压电压；以及所述非反相第一开关由所述第一开关信号与第四开关信号控制是否连接所述非反相待测电容的的第二端与所述第一参考电压，所述非反相第二开关由所述第二开关信号控制是否连接所述非反相待测电容的第二端与所述第二参考电压，所述非反相第三开关由所述第一开关信号与第五开关信号控制是否连接所述非反相微机电电容的第一端与所述第一参考电压，所述非反相第四开关由所述第二开关信号与第四开关信号控制是否连接所述非反相待测电容的第一端与所述第二参考电压，所述非反相第五开关由所述第三开关信号控制是否连接所述非反相待测电容的第一端与所述第三参考电压，所述非反相第六开关由所述第三开关信号控制是否连接所述非反相待测电容的的二端与所述非反相DAC电容的第二端，所述非反相第七开关由所述第三开关信号与第五开关信号控制是否连接所述非反相DAC电容的第二端与所述积分放大器的非反相输入端，所述非反相第八开关由所述第三开关信号与第五开关信号控制是否将所述非反相DAC电容的第二端连接所述低参考电压且由所述第三反相开关信号与第四开关信号控制是否将所述非反相DAC电容的第二端连接所述高参考电压，所述非反相第九开关由所述第三开关信号与第五开关信号控制是否将所述非反相外部补偿电容的第一端连接所述高参考电压且由所述第三反相开关信号与第四开关信号控制是否将所述非反相外部补偿电容的第一端连接所述偏压电压。
全文摘要
本发明提供一种直接式电容至数字转换器，包括多个开关、模拟至数字转换器、参考电压电路以及激发单元，利用激发单元控制多个开关，配合参考电压电路所输出的参考电压，直接感测外部待测电容以及与待测电容相关的杂散电容，并由模拟至数字转换器将待测电容直接转换成精确的数字信号，同时可与其它感测组件整合到单一芯片内以构成整合性的直接式电容至数字转换器。
文档编号G01R19/25GK101776713SQ200910003119
公开日2010年7月14日 申请日期2009年1月13日 优先权日2009年1月13日
发明者吕志勋 申请人:纬拓科技股份有限公司