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一种电流注入补偿的电容测量电路.docx
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一种电流注入补偿的电容测量电路.docx
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1. 引言
随着信息技术的不断发展,触摸屏作为一种新的信息输入设备,广泛地应用于各种电
子产品上.对于电容式触摸屏,当没有外界触摸时,PCB 板和传感器之间存在寄生电容;当
手指接触触摸屏时,会产生微小感应电容,此时系统检测到的是寄生电容和感应电容的和
[1]
. 电容测量电路(Capacitive Digital Converter,CDC)作为电容式触摸屏的核心模块,其测
量精度是整个系统的关键因素之一. 目前已经有多种 CDC 电路方法被提出,主要是基于电
容值转换成数字信号的改进. 传统的电容测量方法是通过连续充电和放电测量不同电容值
[2]
,但是待测电容值与电容式触摸屏系统自身存在的寄生电容值相比,来自触摸输入的感
应电容增加的比例很小,很难精确地测量出感应电容的值. 基于双斜率积分式的 CDC 电路
[4]
,提出了一种低功耗迭代电荷减法器消除寄生电容,然而系统存在的误差和失配使寄生
电容的影响不能完全被消除,另外,采用高精度比较器和粗调比较器使结构更加复杂,也
降低了转换速率;基于电荷再分布和逐次逼近型模数转换器(Successive approximation
register Analog Digital Converter,SAR ADC)的 CDC 电路
[5]
,将待测电容直接集成到 SAR
ADC 电路中,不可避免会导致 SAR ADC 电路中的电容发生偏移,需要额外使用校准电路
消除增益和偏移误差;基于时间周期调制的 CDC 电路
[6]
,将参考时钟的周期按感应电容值
的比例调制到系统中,再由时间数字转换器(Time Digital Converter,TDC)转换成数字信
号,但 TDC 电路的转换精度比 ADC 电路的转换精度低,且功耗随着转换速度的增加而增
大.
本文设计了一种低成本、易于集成的电流注入补偿的 CDC 电路,能够消除寄生电容
的影响,精确测量出微小感应电容值.
2. 本文提出的电容测量电路
2.1 系统构成
本文提出的 CDC 电路具体框图如图 1 所示,主要包括电容电压转换(Capacitive
Voltage Converter,CVC)电路和 ADC 电路,其中,CVC 电路采用电荷转移的方式实现电
容到模拟电压的转化;ADC 电路采用 SAR ADC 电路结构,利用二分查找法将模拟电压转
换成数字信号,根据 SAR ADC 电路的工作原理可知,模拟电压与数字信号的对应关系
为:
Vout_adc =(Data<N−1:0>+1)dec 2N×Vref Vout_adc =(Data<N−1:0>+1)dec 2N×Vref
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