基于电容的检测装置、电子设备和检测方法与流程

本技术涉及电子电路领域，尤其涉及一种电容的检测装置、电子设备和检测方法。

背景技术：

1、在现有的电容检测技术中，通常先对被测电容进行充电，充电后将被测电容上的电荷转移到后级处理电路，将电荷转换为电压。由于电荷的大小正比于电容，并且电荷正比于电压，因此，根据电压的大小就可以检测到电容的容量(即，电容值)。

2、在一些基于电容的检测装置中，电容的大小与待检测的某些物理量对应，所以，能够通过对电容上的电压的检测，获得该物理量的检测结果。基于电容的检测装置可以是非接触型的传感器，例如，基于电容的检测装置可以是距离检测装置，该距离检测装置能够与检出体(即，被测体)之间形成电容，该电容的电容值随着检测装置与被测体的距离而改变，所以，通过检测该电容上的电压，能够得到检测装置与被测体的距离等物理量。

3、图1是距离检测装置100的原理示意图。距离检测装置100的探测电极2与检出体1之间产生电容cs，距离检测装置100的探测电路3检测电容cs上的电压，从而能够得到探测电极2与检出体1的距离等物理量。

4、图2是现有技术中基于电容的检测装置的一个电路示意图。

5、如图2所示，在基于电容的检测装置100中：

6、在接地端gnd与电源电压vdd端之间依次连接有电容cs，单刀双掷开关sw1和电阻rs；放大器a2的一端与单刀双掷开关sw1连接，另一端与a/d(模拟/数字)转换器连接，并且，电荷放大器a2的输入端和输出端并联连接有电容c1和电阻rf；单刀双掷开关sw1受高频发生器控制，该高频发生器生成振荡频率为f1的方波。

7、在图2中，当方波处于高电平时，单刀双掷开关sw1掷向充电端，即，电源电压vdd通过电阻rs,单刀双掷开关sw1向电容cs充电；当方波处于低电平时，单刀双掷开关sw1掷向放电端，即，电容cs上的电荷转换成和电荷正相关的电压v0，v0＝qc/c1，其中，qc是电容cs上的电荷量，电压v0从放大器a2的输出端输出。通过上述方法进行测量时，伴随着电容cs每次充电/放电而获得一次测量数据(例如，该测量数据是v0)。

8、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、发明人发现，对于电容值较大的电容(例如，皮法级别的电容)，上述现有的电容检测技术尚能准确检测电容，但是当被测电容的电容值较小时(例如，0.01pf级别)，由于电路中本身存在0.01pf(皮法)级别的分布电容和杂散电容，所以，被测电容的电压信号容易被噪声所覆盖，无法形成有效测量数据，降低检测的准确性。

2、为了解决上述问题中的至少一个或其他类似问题，本技术实施例提供一种基于电容的检测装置、电子设备和检测方法。在该基于电容的检测装置中，通过设置充放电电路，将较小电容上的电荷累积到较大的电容上，从而将针对较小电容的检测转化成针对较大电容的检测，因而能够提高检测的准确性。

3、根据本技术实施例的第一方面，提供一种基于电容的检测装置，所述检测装置包括：

4、第一频率发生器，其连接第一开关，控制所述第一开关的导通状态以第一频率切换；

5、充电电路，其在所述第一开关处在第一导通状态的期间，为第一电容(cs)充电；

6、第二频率发生器，其连接第二开关，控制所述第二开关的导通状态以第二频率切换，所述第二频率低于所述第一频率；

7、第一电荷累积电容(c1)，在所述第一开关处在第二导通状态，并且所述第二开关处于第三导通状态的期间，所述第一电容(cs)对所述第一电荷累积电容(c1)进行充电；

8、第一电荷泄放电路，其对所述第一电荷累积电容(c1)中的电荷进行泄放；

9、第一放大器(a1)，其连接所述第一电荷累积电容(c1)，并输出第一电压；

10、第二电荷累积电容(c2)，在所述第一开关处在所述第二导通状态，并且所述第二开关处于第四导通状态的期间，所述第一电容(cs)对所述第二电荷累积电容(c2)进行充电；

11、第二电荷泄放电路，其对所述第二电荷累积电容(c2)中的电荷进行泄放；

12、第二放大器(a2)，其连接所述第二电荷累积电容(c2)，输出第二电压；以及

13、检测电路，其基于所述第一电压和所述第二电压，计算与所述第一电容(cs)的电容值对应的检测结果。

14、在至少一个实施例中，第一模数转换电路，其连接所述第一放大器(a1)，将所述第一电压转换为数字量；和/或

15、第二模数转换电路，其连接所述第二放大器(a2)，将所述第二电压转换为数字量。

16、在至少一个实施例中，所述第一放大器(a1)和所述第二放大器(a2)参数相同；

17、所述第一电荷累积电容(c1)和所述第二电荷累积电容(c2)的电容值相等；

18、所述第一电荷泄放电路中的电阻(r1)和所述第二电荷泄放电路中的电阻(r2)的电阻值相等。

19、在至少一个实施例中，所述第一电荷累积电容(c1)和所述第二电荷累积电容(c2)的电容值大于所述第一电容(cs)的电容值。

20、在至少一个实施例中，在所述第二开关处于第四导通状态的期间，所述第一电荷累积电容(c1)上的电荷经由所述第一电荷泄放电路被完全泄放；和/或

21、在所述第二开关处于第三导通状态的期间，所述第二电荷累积电容(c2)上的电荷经由所述第二电荷泄放电路被完全泄放。

22、在至少一个实施例中，所述第一电荷泄放电路的时间常数小于所述第二频率发生器的信号周期的数值的一半；和/或

23、所述第二电荷泄放电路的时间常数小于所述第二频率发生器的信号周期的数值的一半。

24、根据本技术实施例的第二方面，提供一种电子设备，其包括第一方面的任意一项所述的检测装置。

25、根据本技术实施例的第三方面，提供一种电容的检测方法，所述检测方法包括：

26、利用第一频率发生器，控制第一开关的导通状态以第一频率切换；

27、利用充电电路，在所述第一开关处在第一导通状态的期间，为第一电容(cs)充电；

28、利用第二频率发生器，控制第二开关的导通状态以第二频率切换，所述第二频率低于所述第一频率；

29、利用第一电荷累积电容(c1)，在所述第一开关处在第二导通状态，并且所述第二开关处于第三导通状态的期间，所述第一电容(cs)对所述第一电荷累积电容(c1)进行充电；

30、利用第一电荷泄放电路，对所述第一电荷累积电容(c1)中的电荷进行泄放；

31、利用与所述第一电荷累积电容(c1)连接的第一放大器(a1)，输出第一电压；

32、利用第二电荷累积电容(c2)，在所述第一开关处在所述第二导通状态，并且所述第二开关处于第四导通状态的期间，所述第一电容(cs)对所述第二电荷累积电容(c2)进行充电；

33、利用第二电荷泄放电路，对所述第二电荷累积电容(c2)中的电荷进行泄放；

34、利用与所述第二电荷累积电容(c2)连接的第二放大器(a2)，输出第二电压；以及

35、利用检测电路，基于所述第一电压和所述第二电压，计算与所述第一电容(cs)的电容值对应的检测结果。

36、本技术实施例的有益效果之一在于：通过设置充放电电路，将较小电容上的电荷累积到较大的电容上，从而将针对较小电容的检测转化成针对较大电容的检测，因而能够提高检测的准确性。

37、参照后文的说明和附图，详细公开了本技术的特定实施方式，指明了本技术的原理可以被采用的方式。应该理解，本技术的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本技术的实施方式包括许多改变、修改和等同。

38、针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

39、应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。