用于确定电容值的系统和方法

专利名称：用于确定电容值的系统和方法
技术领域：
本发明涉及确定与触敏电容开关相关联的电容器的电容值，所述触敏电容开关可 以是孤立开关，也可以包含于电容传感器阵列中，本发明尤其涉及用于使用逐次逼近技术 确定电容值的系统和方法。
背景技术：
电子电路设计经常需要使用各种使用户能够与电子电路相互作用或从电子电路 接收信息的接口电路，诸如电容传感器阵列。通常，专用感测电路可被用来检测使用户能向 电路中输入特定信息的电容传感器阵列内的各种电容开关的触发。在电容传感器阵列内，需要这样的能力响应于用户手指放在电容开关上检测该 电容开关的电容值差。除了检测用户手指放在电容开关上以及由该手指引起的电容的相关 改变，还需要使感测电路在电容传感器阵列内对外部干扰有抵抗力。外部干扰的例子包括 手机，其发射可能引起开关电容增加的误检测。另外，电气干线，例如与空调或其它高耗能 的单元相关联的那些电气干线，可能在电容传感器阵列内引起干扰。电容感测电路内的其 它类型的干扰和差错还可能导致它们本身在检测电容传感器阵列电路内的特定电容值时 产生误差。因此，需要提供一种触摸传感器电路，它使得能够检测放在电容传感器阵列上的 手指，同时限制基于外部干扰和差错以及检测电路内的固有干扰的检测量。

发明内容
如这里公开并描述的，在本发明的一个方面中，本发明包括一种用于确定可变电容器的值的电路。第一电路在可变电容器上的可变电压超过阈值电压时产生第一指示。第 二电路在参考电容器上的参考电压超过阈值电压时产生第二指示。控制逻辑响应于第一和 第二指示，产生表明先发生第一指示还是第二指示的控制信号。逐次逼近引擎响应于控制 信号产生N位控制值。可变电流源响应于N位控制值产生送至第一电路的可变电流。参考 电流源产生送至第二电路的参考电流。


为了更完整的理解，现在结合附图参考下面的说明，在附图中图1是具有电容感测能力的集成电路的上层框图2a是电容触摸感测电路的功能框图；图2b示出模拟前端电路的框图；图3是示出图2b的电路的操作的时序图；以及图4示出用于检测外管脚上的电容值的SAR算法的流程图。
具体实施例方式现在参考附图，图示并描述了电容触摸传感器的各种视图和实施例，并描述其它 可能的实施例，这里，相同的附图标记用于表示各附图中相同的元件。附图不一定按比例绘 制，在一些例子中，只出于图示的目的，适当地将附图放大和/或简化。本领域技术人员将 会了解基于下面可能实施例的例子可以有很多可能的应用和变化。现在参考图1，图1示出了与多个电容触摸垫106连接的集成电路(IC) 102的总 体框图，每一个电容触摸垫106经由各自的外部管脚108与IC 102连接。每一个电容触摸 垫106包括任意类型的外部电容器，其中可以通过用手指触摸该外部电容器或者使手指靠 近该电容器来影响该电容器的电容值，从而改变该电容器的电容。还应该理解可以采用任 意类型的电容元件，而不只是电容触摸垫。电容触摸垫106可以是孤立元件或可以是电容 传感器阵列的一部分。IC 102包括多路复用器544，其用于选择外部管脚108之一以及一片相关联的电 容触摸垫106，以输入到电容感测块252。电容感测块252用于确定与所选管脚108相关联 的电容的值。从而，这将允许对与管脚108相关联的电容的值进行确定，该电容将被称为与 “外部电容开关”相关联的电容，该值是相关联的电容触摸垫106的值和任何寄生电容的和， 该寄生电容是由手指触摸、外部干扰等引起的。为了利用专有算法确定电容值等的改变， 将关于外部电容开关的电容值的信息传递到处理器110。这种算法的应用的一个例子是在 2008年6月25日提交的、题为“LCD CONTROLLER CHIP”的12/146，349号美国专利申请中 描述的，通过引用将其全文包含于此。应该理解多路复用器544能够用开关实现。通常，一个应用是在任意给定时间对每一个管脚108的每一个外部电容开关的 静态值逐个进行感测，并且连续地扫描这些外部电容开关，以判断是否发生了电容改变， 艮口，电容值的值变化是否超过特定的△。如果是，利用专有算法，可以判断这是否构成手指 触摸或外部干扰。然而，电容感测块252主要用于确定外部电容开关的值，从而可以提供一 些用于积累特定值并且将它们与在先值进行比较以产生送至处理器110的中断的硬件控 制。然而，电容感测块252的首要目的是确定与在任意特定时间正被扫描的特定管脚108 相连的外部电容开关的值。现在参考图2a和图2b，其中示出了电容触摸感测块252的功能框图。图2a中所 示的模拟前端电路502为了确定电容的值，负责连接的外部电容开关。模拟前端电路502 接收经由输入504送至输入端IDAC_DATA、用于控制可变电流源的16位电流控制值。该电 流由电流数模转换器(IDAC，未示出)产生。该模拟前端还在输入端ENLOG 506从控制电路 508接收使能信号。模拟前端电路502还提供时钟信号。16位逐次逼近寄存器引擎510控 制模拟前端电路502内驱动外部电容开关的第一可变电流源。16位SAR引擎510改变限 定可变电流Ia的当前值的控制值，该可变电流Ia驱动所选的一个输出垫541上的外部电容 器Cext (如图2b所示)。该选择由多路复用器544作出，且电容器Cext对应于与外部电容开关的任何寄生电容相结合的电容触摸垫106。从电流源546产生驱动所选外部电容器Cext 的电流Ia的电流源将使得在该外部电容开关Cext上产生电压，该电压被与内部参考电容器 Ckef(如图2b所示)两端的电压相比较。该电容器Ckef是内部电容器，且从内部电流源提供 给电容器Ckef的电流是恒定电流。在预定点将所选电容器Cext和参考电容器Ckef这两个电 容器初始化，且被驱动到这两个电容器的电流允许电容器Cext和Ckef上的电压斜坡上升，斜 坡上升的斜率由各自的电容值和向它们提供驱动电流的相应电流源所提供的电流来确定。 通过对斜坡电压和斜率进行比较，可以确定两个电流的相对值。通过对IDAC设定数字值并 判断斜率是否基本相等有助于确定该电流的相对值。如果电容器Cext和Ckef相同，则在驱动 电容器Cext和Ckef的电流基本相同时，两个斜率基本相同。如果电容器Cext较大，则将需要 更大的电流来获得与电容器Ckef基本相同的斜率。下面将更详细地进行说明。一旦SAR算 法完成，16位值“代表”外部节点上的外部电容开关的电容值。可变电流源546的电流源控制值还被提供给加法器块512。将建立必要受控电流 的控制值存储在代表外部电容开关的电容值的数据专用功能寄存器(SFR)514内。该SFR 514是与处理器110间有数据接口的寄存器。其次，可以将输入提供到累加寄存器516，以 确定在电容传感器阵列当前被监视的外部电容开关上感测到了触摸。依据采用的特定算 法，多次累加被用来确认对开关的触摸。累加寄存器516的输出被施加于比较器518的正 输入，比较器518将提供的值与来自阈值SRF寄存器520的值进行比较。当已经检测到电 容传感器阵列内的相关外部电容开关的触发(即改变)的所选数量的重复检测时，比较器 518产生送至处理器110的中断。累加寄存器516的输出也被送到加法器512。现在具体参考图2b，图2b示出了模拟前端电路502的更详细的图。模拟前端电路 502包括提供输出d。ut和输出时钟“clk_out”的控制逻辑530，其中，输出d。ut被提供到逐次 逼近寄存器引擎510。d。ut指示表明Cext上的斜坡电压比Ckef两端的斜坡电压快的情形，这 表明正在被测试的SAR位需要复位到“0”。逻辑530接收输入时钟信号“clkin”，并将输出 时钟信号“elk”和输出时钟信号“clkb”(带上横杠的时钟)提供给一系列晶体管。输出“elk”被提供给第一 η通道晶体管532。晶体管532的漏极/源极路径被连 接在节点534和地之间。晶体管532的栅极被连接以接收“elk”信号。晶体管536和538 的栅极被连接到带上横杠的时钟信号“clkb”。晶体管536的漏极/源极路径被连接到节点 540和地之间，节点540经由多路复用器544连接到输出垫541。晶体管538的漏极/源极 路径被连接在节点542和地之间。晶体管536、538和532分别作为电容器CEXT、Ceef和Cp2的放电开关。电容器Cext 被连接在多路复用器544的关联输出和地之间。电容器Ckef被连接在内部节点542和地之 间。电容器Cp2被连接在内部节点534和地之间。电容器Cext代表电容传感器阵列的所选 电容触摸垫106的外部电容开关，且电容器Cext的值可变。电容器Cext的电容值可以基于关 联的电容触摸垫106是否由用户的手指触发而改变。多路复用器544或其它开关电路用来 将电容传感器阵列内的其它外部电容开关连接到节点540，以确定它们的电容值。可变电流源546将电流输入提供到节点540。可变电流源546 (IDAC)受从逐次逼 近寄存器引擎510提供的16位数据控制值的控制。电流源546用于在晶体管536关断时 对电容器Cext进行充电，因为电流源546提供恒定电流IA，所以这提供“斜坡”电压。当晶 体管536导通时，电容器Cext上的电压和充电电流被短路到地，从而对Cext进行放电。
电流源548将恒定充电电流Ib提供到节点542中。在晶体管538关断时，该充电电流用作电容器Ckef的充电源，以产生“斜坡”电压，且在晶体管538导通时，电流Ib被引入 地，从而对电容器Ckef进行放电。同样，电流源550向节点534提供恒定充电电流Ic。该电 流源550被用于在晶体管532关断时对电容器Cp2进行充电，以产生“斜坡”电压，且在晶体 管532导通时，Ic被引入地，从而对电容器Cp2进行放电。连接到节点540的是低通滤波器552。低通滤波器552用于滤除在电容传感器阵 列中的外部电容开关处生成的高频干扰。低通滤波器552的输出被连接到比较器554的 输入。比较器554将节点540处代表电容器Cext上的充电电压的斜坡电压与阈值参考电压 Veef(未示出)相比较，并在节点540处的斜坡电压跨过参考电压Vkef时产生负脉冲。这被 作为信号“doutb”提供到控制逻辑530。相似地，比较器556将节点542处的固定电容Ckef 的斜坡电压与阈值参考电压Vkef相比较，并在节点542处的电压跨过阈值参考电压Vkef时产 生输出负脉冲“refb”。最后，比较器558将构成电容器Cp2上的充电电压的节点534处的 斜坡电压与阈值参考电压Vkef相比较，并在节点534处的斜坡电压超过阈值参考电压时产 生响应于其的输出，作为传号“P2b”。图2b中的电路通过使晶体管536和538导通将电容器Cext和Ckef上的电压初始复 位为0来进行操作。这使得电容器Cext和Ckef上的电压对地放电。然后关断晶体管536和 538，且响应于各自的电流源546和548的电流输出，电容器Cext和Ckef上的电压开始朝参考 电压Vkef斜坡上升。如果电容器Cext上的电压在电容器Ckef上的电压达到阈值电压Vkef之 前达到该阈值电压，则这触发比较器554的输出提供负脉冲，且从控制逻辑530将该信息作 为输出dout提供到逐次逼近寄存器引擎510，以使正被测试的SAR位保持为“1”，且当Ckef 跨过阈值参考电压水平Vkef时，将选择电流源546的16位控制值的下一个值进行测试。因 为比较器554在比较器556之前“被触发(tripped) ”，所以这表明测试的下一位需要更小 的电流。控制逻辑530响应于来自比较器554的输出产生d。ut信号，d。ut信号控制由逐次逼 近寄存器引擎510进行的设置16位SAR控制值的比特位的操作。逐次逼近寄存器引擎510 初始地将16位控制值的最高有效位设置为“1”并将其余位设置为“0”，以控制可变电流源 546以一半的值进行操作。如果比较器554的输出在比较器556的输出变低之前变低，则 d。ut信号向逐次逼近寄存器引擎510提供指示，以将该位复位到“0”并为16位SAR控制值 的下一个测试将次高有效位设置为“1”。然而，当比较器556的输出在比较器554的输出 变低之前变低时，正被测试的位保持设置为“ 1 ”，然后测试次高有效位。响应于来自控制逻 辑530的信号dout，由逐次逼近寄存器引擎510对16位控制值的16位中的每一位继续该处 理，直到确定出送至可变电流源546的16位控制值的最终值。“clkb”输出通过将晶体管536和538导通将Cext和Ckef上的电压复位，以对这些 电容器上的电压进行放电，并且关断晶体管536和538，以使得能够分别使用提供的各自的 可变电流和各自的参考电流对电容器Cext和Ckef重新充电。再一次使用比较器554和556 将电容器Cext和Ckef上的电压与阈值参考电压Vkef进行比较。当比较器556的输出在比较 器554的输出之前提供负输出脉冲时，如上所述，这提供将16位控制值中的相关位设置为 “1”的指示。在SAR算法完成时(此时，两个电压以基本相同的斜率斜坡上升)，将存储正 被提供给可变电流源546的16位控制值。可以使用阵列控制器的相关处理电路，使用由可变电流源546提供的与建立的16位值相关联的电流IA、电流源548的固定电流Ib以及固 定电容值Ckef，根据公式IA/IBX Ceef来确定电容Cext的值。即使可以使用该公式确定Cext的 实际值，这对于确定外部电容开关的值已经改变是不必要的。对于电容触摸感测，只需要确 定外部电容开关的先前已知值和其当前值之间的“ △ ”。因此，通过重复地扫描电容传感器 阵列中的所有外部电容开关，并且比较其当前值和先前值，可以判断是否存在改变。因此， 只需要存储“归一化”值，然后将该预先存储的归一化值与新的归一化值进行比较。实际值 是不重要的，只有Δ值是重要的。通过使用相似的电路来产生斜坡电压并比较节点540和542处的电压，基本排除 了电路内的所有共模误差。只有滤波器552扰乱电路之间的共模平衡，但是需要其来防止 来自诸如手机的外部源的高频干扰。用于测量节点处电压的电路提供内部参考电压和外部 电容电压之间的比例平衡。因而，参考电压Vkef或比较器内的误差并不重要，因为它们在每 个电路中都相同。
现在参考图3，图3示出了描述图2b的模拟前端电路502的操作的时序图。直到 在时间Tl使能信号变为逻辑“高”之前，模拟前端电路502内不发生任何操作。响应于使能 信号在时间T1变高，“elk”信号变低。时间T1之后不久，电容器Cp2上的电压CP2在点670 开始斜坡上升。(注意，由于启动延迟，直到点671之前初始斜坡的斜率都较慢。)当该电 压在时间T2达到设定的参考电压水平时，在两相时钟的第一相的末端，比较器558产生作 为两相时钟的第二相的低时钟脉冲，作为信号P2B，且CLK信号(以及CLKOUT信号)变高。 这提供模拟前端电路502的时钟。CLKB (带上横杠的时钟)信号也同时变低。CLKB信号变 低将晶体管536和538关断，使得Cext和Ckef上的各电压开始斜坡上升。一旦电压CREF或 CEXT中的一个达到参考电压Vkef时(此处，电压CREF在时间T3首先达到阈值电压Vkef)，比 较器556的输出产生低脉冲，作为信号REFB。这使得CLKOUT和CLK信号变低而CLKB信号 变高。当CLKB信号变高时，晶体管536和538被导通，使得电压CREF和CEXT被放电。在 T3因CLK变低而关断晶体管532，这使得在电容Cp2上电压CP2开始斜坡上升。该电压连续 斜坡上升，直到其在时间T4达到参考电压，使得比较器558的输出P2B产生低脉冲。这使 得时钟信号CLK和CLKOUT变高，而时钟信号CLKB变低。这使电容Cp2上的电压放电，并开 始使电容器Cext和Ckef上的电压斜坡上升。在时间T5,电容器Cext上的电压CEXT在电压CREF达到参考电压之前达到参考电 压。这使得比较器554输出变低，从而生成d。ut。当电压CREF在时间T6达到参考电压时， 在REFB上产生低脉冲，CLKOUT信号和CLK信号变低，同时CLKB信号变高。这使得电压CREF 和CEXT放电，并开始以电压CP2对电容器Cp2充电。按照需要对SAR算法的16位中的每一
位重复该处理。进一步参考图3的时序图以及图2a和图2b的图，对操作进行更详细的描述。如 上所述，由CP2和CREF提供基本时钟。CP2提供时钟的一个相位，即，时钟为低时的部分， 且CREF提供时钟的第二相位，即时钟为高时的部分。因此，CREF控制第二相位，而CEXT不 控制第二相位。参考CREF和CEXT的两个斜坡电压，这基本代表到阈值电压的竞赛。注意 电容器554和556 二者都用相同芯片上相同的电路来制造，因此，温漂、延迟等基本相同，使 得其任何变化都将基于共模被抑制。唯一重要的是两个比较器554和556的Vkef基本相 同，且比较器延迟基本相同。此外，为了对与滤波器552相关的高频噪声以上的高频噪声提供额外的免疫性，这些比较器554和556被设计得有点儿“迟缓”，从而可以适于SAR算法。 这提供了额外的噪声免疫。低频噪声免疫的关键是低频噪声运载在斜坡电压上，但是斜坡 电压在测试了 16位SAR周期的每一位之后被复位，使得低频噪声只在IkHz SAR周期的一 个周期上存在。这意味着低频噪声只是一微秒时段的因素。这提供低频噪声抑制。参考图4，示出了描述SAR引擎510的操作的流程图，将结合图3的时序图的操作进行描述。在框902启动程序，然后前进到功能框904。在功能框904，多路复用器544可 操作来选择管脚之一。如图2b所示，每个外部电容开关被连接到多路复用器544的一个单 独的输入。注意到每个外部电容开关都具有与其相关联的16位寄存器，用于在确定外部电 容开关的值后存储该值。一旦开始，程序前进到框906以启动SAR引擎。第一个步骤是要选择MSB，如框908 所示。这本质上将电流源546置于1/2值进行测试。参考时序图，这发生在信号EN的上升 沿。此刻，电容器Cext和Ckef上的电压已经被放电到地，且将斜坡上升到依据从各电流源546 和548提供到电容器Cext和Ckef的电流的电压。如上所述，电流源546被设成电流DAC，使 得电流DAC的值是16位值的函数，对于第一周期，16位值是“1000000000000000”。然后程 序进行到功能框910，进行特定位的测试。该测试是两个电压的斜坡上升，以确定哪一个首 先达到参考电压。本质上，这是这两个电压达到参考电压的竞赛。基本上，对于测试的每一位，判断应该将更多的电流还是更少的电流提供给电容 :CEXT。在CREF的末端，当确定为CEXT在CREF跨过阈值电压之前已经跨过阈值电压时，这 表明提供了太多的电流，即，正进行测试的位需要被复位到“0”。这表明电流源546正在提 供的电流对电容器Cext充电的速率太快。通过将该位复位到“0”，然后，在测试的下一位，将 该位设置为“ 1 ”，将减少提供给Cext的电流。然而，如果在CREF的末端确定为CEXT没有跨 过阈值电压，则表明提供给电容器Cext的电流不足，这样，正在测试的位将保留为“1”。重要 的是，要注意每个SAR周期在CREF的末端终止，在该时刻CLKB变高。因此，不需要使CEXT 自始至终向阈值电压斜坡上升。这特别可以在时间T3看出来，在时间T3,时钟信号CLKB在 CREF的末端变高，即，存在复位且晶体管536和538被导通以使Cext和Ckef放电，从而终止 Cext上的斜坡上升。从而，在CREF的末端，特定的SAR位将被认为已被测试。就在此时判断 是将该位保持设定为“ 1，，还是将该位复位为“0”。这通过在判决CEXT是否在CREF末端之 前跨过了阈值的判决框912处设置“命中”来指示，“ CREF末端，，指示Ckef上的电压超过阈 值的时间。如果CEXT在CREF超过阈值之前超过阈值，则这将被指示为命中，且这将表明对 Cext提供了太多的电流，即，电流源546赢得了到阈值电压的竞赛。程序将沿“是”路径进行 到框914，以将正在测试的SAR位设置为“0”，表明16位值应该为更低值。然而，如果信号 CEXT未在CREF超过阈值之前超过阈值，则这表明不存在命中，即，电流源546没有赢得竞 赛，且正在测试的SAR位将被设置为“ 1 ”，如功能框916所示。在测试了 SAR位之后，程序将 从功能框914或916进行到判决框918。在判决框918，判断是否测试了所有的16位，如果没有，程序沿“否”路径从判决框 918进行到功能框920，以选择下一个MSB，然后回到910的输入，以再一次测试该位。这将 继续一直到所有16位被测试，在那时程序将从判决框918沿“是”路径进行到功能框924， 以将该值存储到相关的寄存器。如上所述，该特定值代表外部电容开关的归一化值。知道 了电流源546和548中的两个电流的绝对值以及电容器Ckef的绝对值，可以实际计算外部电容开关的绝对值。然而，计算该值并不重要，更重要的是让16位值随后用于判断该外部电容开关的值是否已经改变。如果该值已经改变，将与寄存器中预存储的16位值进行比较， 以判断内容是否需要更新，且在发生这样的改变时进行更新。该改变将被标注到运行算法 以确定是否声明了“触摸”的程序。出于该目的可以使用任何类型的算法。SAR引擎510的 主要目的是确定供该算法使用的外部电容开关的16位值。然后，可以利用该值与先前存储 的值等作比较，以确定电容值的改变是否具有声明发生了触摸的性质。
得益于本公开，本领域技术人员将会了解该电容感测电路提供了为单个集成芯 片上的电容传感器阵列提供电容感测能力的灵活的方案，以允许测量电容器以便监视电容 器的值来判断是否发生了改变。应该理解这里的附图和详细说明被认为是示例性的而非 限制性的，不希望局限于所公开的具体形式和例子。相反，在不离开所述权利要求书限定的 精神和范围的情况下，本领域技术人员可以进行任何进一步的变形、改变、重新排列、替换、 变更、设计选择和实施例。从而，旨在将所附权利要求书解释为包括所有这种进一步的变 形、改变、重新排列、替换、变更、设计选择和实施例。
权利要求
一种用于确定电容器的值的电路，包括第一电路，用于在可变电容器上的可变电压跨过阈值电压时产生第一指示；第二电路，用于在参考电容器上的参考电压跨过所述阈值电压时产生第二指示；控制逻辑，响应于所述第一和第二指示产生控制信号，该控制信号表明所述第一或第二指示中的至少一个是否在所述第一或第二指示中的另一个之前发生；逐次逼近引擎，用于响应于所述控制信号产生N位控制值；可变电流源，响应于所述N位控制值产生送至所述第一电路的可变电流；参考电流源，用于产生送至所述第二电路的参考电流；以及其中，当所述可变电压基本等于所述参考电压时，由相关处理电路响应于所述参考电容器的值、所述参考电流和由所述可变电流源提供的可变电流来确定所述电容器的值。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述第一电路还包括用于产生所述第一指示的 第一比较器，该第一比较器具有连接来监视所述电容器上的可变电压的第一输入以及连接 来监视所述阈值电压的第二输入。
3.根据权利要求2所述的电路，其中，所述第二电路还包括用于产生所述第二指示的 第二比较器，所述第二比较器具有连接来监视所述参考电容器上的参考电压的第一输入以 及连接来监视所述阈值电压的第二输入。
4.根据权利要求1所述的电路，还包括用于从所述电容器上的可变电压过滤干扰的低 通滤波器。
5.根据权利要求1所述的电路，还包括开关电路，响应于所述参考电压已超过所述阈 值电压的第二指示，对所述电容器进行放电且对所述参考电容器进行放电。
6.根据权利要求1所述的电路，还包括第三电路，用于在第二参考电容器上的第二参考电压超过所述阈值电压时产生第三指 示；以及控制逻辑，用于产生具有响应于所述第三指示的第一时钟沿和响应于所述第二指示的 第二时钟沿的时钟信号。
7.根据权利要求6所述的电路，其中，所述第三电路还包括用于产生所述第三指示的 第三比较器，所述第三比较器具有连接来监视所述第二参考电容器上的第二参考电压的第 一输入以及连接来监视所述阈值电压的第二输入。
8.根据权利要求6所述的电路，还包括开关电路，用于响应于所述第二参考电压已超 过所述阈值电压的第三指示，使所述第二参考电容器上的第二参考电压放电。
9.一种用于确定电容器的值的电路，包括 连至电容器开关阵列的第一连接； 参考电容器；处理核；第一比较器，具有连接来监视与所述电容器开关阵列相关联的电容器上的充电斜坡电 压的第一输入以及连接来监视阈值电压的第二输入，以便在所述电容器上的充电斜坡电压 超过所述阈值电压时产生第一指示；第二比较器，具有连接来监视所述参考电容器上的充电斜坡电压的第一输入以及连接 来监视所述阈值电压的第二输入，以便在所述参考电容器上的充电斜坡电压跨过所述阈值电压时产生第二指示；控制逻辑，响应于所述第一和第二指示产生表明所述第一指示或所述第二指示中的至 少一个何时首先发生的控制信号；逐次逼近引擎，用于响应于所述控制信号产生N位控制值；可变电流源，响应于所述N位控制值产生可变电流，该可变电流对所述电容器充电以 产生所述电容器上的充电斜坡电压；参考电流源，用于产生对所述参考电容器充电以产生所述参考电容器上的充电斜坡电 压的参考电流；以及其中，当所述电容器上的充电斜坡电压基本等于所述参考电容器上的充电斜坡电压 时，由所述处理核响应于所述参考电容器的值、所述参考电流和由所述可变电流源提供的 可变电流来确定所述电容器的值。
10.根据权利要求9所述的电路，还包括用于从所述电容器上的充电斜坡电压过滤干 扰的低通滤波器。
11.根据权利要求9所述的电路，还包括开关电路，响应于所述参考电容器上的充电 斜坡电压已超过所述阈值电压的第二指示，对所述电容器进行放电且对所述参考电容器进 行放电。
12.根据权利要求9所述的电路，还包括第三电路，用于在第二参考电容器上的充电斜坡电压超过所述阈值电压时产生第三指示；其中所述控制逻辑还产生具有响应于所述第三指示的第一时钟沿和响应于所述第二 指示的第二时钟沿的时钟信号。
13.根据权利要求9所述的电路，其中，所述第三电路还包括用于产生所述第三指示的 第三比较器，所述第三比较器具有连接来监视所述第二参考电容器上的充电斜坡电压的第 一输入以及连接来监视所述阈值电压的第二输入。
14.根据权利要求9所述的电路，还包括开关电路，用于响应于所述第二参考电压已 超过所述阈值电压的第三指示对所述第二参考电容器进行放电。
15.一种用于确定电容器的值的电路，包括第一比较器，具有连接来监视电容器上的充电斜坡电压的第一输入以及连接来监视阈 值电压的第二输入，以便在所述电容器上的充电斜坡电压跨过所述阈值电压时产生第一指 示；第二比较器，具有连接来监视参考电容器上的充电斜坡电压的第一输入以及连接来监 视所述阈值电压的第二输入，以便在所述参考电容器上的充电斜坡电压跨过所述阈值电压 时产生第二指示；第三比较器，具有连接来监视第二参考电容器上的充电斜坡电压的第一输入以及连接 来监视所述阈值电压的第二输入，以便在所述第二参考电容器上的充电斜坡电压跨过所述 阈值电压时产生第三指示；控制逻辑，响应于所述第一和第二指示产生表明所述第一指示或所述第二指示中的至 少一个何时首先发生的控制信号，其中所述控制逻辑还产生具有响应于所述第三指示的第 一时钟沿和响应于所述第二指示的第二时钟沿的时钟信号；逐次逼近引擎，用于响应于所述控制信号产生N位控制值；可变电流源，响应于所述N位控制值产生送至相关电容器以产生所述充电斜坡电压的 可变电流；参考电流源，用于产生送至所述参考电容器以产生相关的充电斜坡电压的参考电流；以及其中，当所述电容器上的充电斜坡电压基本等于所述参考电容器上的充电斜坡电压 时，由相关处理电路响应于所述参考电容器的值、所述参考电流和由所述可变电流源提供 的所述可变电流来确定所述电容器的值。
16.根据权利要求15所述的电路，还包括用于从所述电容器上的充电电压过滤干扰 的低通滤波器。
17.根据权利要求15所述的电路，还包括开关电路，响应于所述参考电容器上的充电 斜坡电压已跨过所述阈值电压的第二指示，对电容器进行放电且对所述参考电容器进行放
18.根据权利要求17所述的电路，还包括第二开关电路，用于响应于相关的充电斜坡 电压已跨过所述阈值电压的第三指示对所述第二参考电容器进行放电。
19.一种用于确定电容器的值的电容器值确定电路，包括充电电路，连接以从初始电压起、以定义的充电模式对所述电容器进行充电，其中所述 定义的充电模式是可变的；具有参考充电模式的参考电路；控制器，用于控制所述充电电路在离散的多个定义的充电模式的范围上改变所述定义 的充电模式以应用于所述电容器，每个定义的充电模式具有相关的控制值；比较电路，用于将所述定义的充电模式与所述参考模式进行比较，以判断在给定的控 制值下它们是否满足相互之间的定义关系；所述控制器以离散的步幅改变所述控制值，以将每个离散的充电控制值应用于所述电 容器，以从所述初始电压起对所述电容器进行充电，直到确定所述定义关系基本存在为止， 并且所述控制器将电容器值与当前控制值相关联。
20.根据权利要求19所述的电路，其中，所述充电电路产生具有相关的定义斜率的斜 坡，作为从所述初始电压起对所述电容器进行充电的所述定义的充电模式，且所述参考电 路产生具有参考斜率的参考斜坡，且所述定义关系是所述参考斜率与所述定义斜率的比 值。
21.根据权利要求20所述的电路，其中，用可变电流源改变所述斜坡，以定义多个离散 的斜率。
22.根据权利要求20所述的电路，其中，所述比值基本为单位值。
23.根据权利要求19所述的电路，其中，所述控制器植入逐次逼近算法来改变所述控 制值。
24.根据权利要求19所述的电路，其中，所述电容器是包含电容器值确定电路的集成 电路的外部电容器。
25.根据权利要求19所述的电路，其中，所述电容器是包括多个电容器的电容器阵列 的一部分。
26.根据权利要求25所述的电路，还包括多路复用器电路，用于扫描所述电容器阵列 中的电容器，以确定其中所选的电容器的值。
27.根据权利要求20所述的电路，还包括用于存储所确定的当前值作为参考控制值的 存储元件；并且所述控制器在未来时间启动另一个电容器值确定，并将所确定的当前控制 值与存储的控制值相比较，以判断是否已经发生电容值的改变。
28.一种用于确定外部电容器的值的逐次逼近(SAR)电路，包括主驱动源，用于使用能够以离散步幅改变的离散电流来驱动所述外部电容器；参考电容器；参考驱动源，用于以固定的电流驱动所述参考电容器；控制器，用于控制所述主驱动源和所述参考驱动源，以从初始电压起分别驱动外部电 容器和参考电容器；比较器，比较主电容器和参考电容器的充电曲线，以判断它们是否具有预定关系；SAR控制电路，用于根据SAR算法改变所述离散电流的值，直到所述主电容器和参考电 容器的充电曲线基本具有所述预定关系为止，此时所述SAR控制电路的控制值的值对应于 所述外部电容器的值。
全文摘要
本发明涉及用于确定电容值的系统和方法。用于确定可变电容器的值的电路包括第一电路，用于在可变电容器上的可变电压超过阈值电压时产生第一指示。第二电路在参考电容器上的参考电压超过所述阈值电压时产生第二指示。控制逻辑响应于第一和第二指示产生表明第一指示还是第二指示首先发生的控制信号。逐次逼近引擎响应于控制信号产生N位控制值。可变电流源响应于N位控制值产生送至第一电路的可变电流。参考电流源产生送至第二电路的参考电流。
文档编号G01R27/26GK101833044SQ20101014181
公开日2010年9月15日 申请日期2010年2月12日 优先权日2009年2月12日
发明者D·维兰德 申请人:硅谷实验室公司