一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路及方法与流程

技术特征：
1.一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路，其特征在于，包括传感器电容、p端寄生电容、n端寄生电容、p端四相工作开关电路、n端四相工作开关电路、积分器x1、积分器x2、比较器x3和反馈数模转换器x4；所述传感器电容的上极板连接p端或n端；p端寄生电容连接p端四相工作开关电路的四个开关，所述n端寄生电容上极板分别连接n端四相工作开关电路的四个开关；所述p端四相工作开关电路和n端四相工作开关电路的四个开关分别对应工作在一个时钟周期的四个相位，每个相位占空比为四分之一周期，且其中均有两个开关分别连接电源和地线，剩余的p端四相工作开关电路开关和n端四相工作开关电路的开关两两连接形成第一支路和第二支路，用于对传感器电容和p端寄生电容进行充电和积分，对n端寄生电容进行充电和积分，平衡p端和n端寄生电容的共模部分；所述第一支路接入积分器x1正输入端，第二支路接入积分器x1负输入端；所述积分器x1、积分器x2级联和比较器x3级联；所述比较器x3输出端接入反馈数模转换器x4的输入端，所述反馈数模转换器x4的输出端分别接入第一支路和第二支路。2.根据权利要求1所述一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路，其特征在于，所述p端四相工作开关电路包括开关scp1、开关scp2、开关scp3和开关scp4；所述传感器电容下极板接地，上极板分别连接p端寄生电容正极、开关scp1、开关scp2、开关scp3和开关scp4的一端，所述p端寄生电容负极接地，开关scp1另一端接地并工作在φ1相，开关scp2另一端连接积分器x1正输入端并工作在φ2相，开关sp3另一端连接有第一电源vdd并工作在φ3相，开关sp4另一端连接积分器x1负输入端并工作在φ4相，用于对传感器电容和p端寄生电容进行充电和积分；所述n端四相工作开关电路包括开关sn1、开关sn2、开关sn3和开关sn4；所述n端寄生电容下极板接地，上极板分别连接开关sn1、开关sn2、开关sn3和开关sn4，开关sn1另一端连接接地并工作在φ1相，开关sn2另一端连接积分器x1负输入端并工作在φ2相，开关sn3另一端连接有第二电源并工作在φ3相，开关sn4另一端连接积分器x1正输入端并工作在φ4相；用于对n端寄生电容进行充电和积分，平衡p端端寄生电容和n端寄生电容的共模部分。3.根据权利要求2所述一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路，其特征在于，所述第一支路为开关scp2另一端与开关sn2另一端连接互联；所述第二支路为开关sp4另一端与开关sn4另一端互联。4.根据权利要求2所述一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路，其特征在于，所述φ1相、φ2相、φ3相和φ4相为不交叠工作时钟，每个相位时钟和采样时钟周期相同，且每个相位时钟依次延迟四分之一周期。5.根据权利要求1所述一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路，其特征在于，所述积分器x1正输入端和负输出端之间连接有并联的积分电容cf1和复位清零开关rst1；所述积分器x1负输入端和正输出端之间连接有并联的积分电容cf2和复位清零开关rst2。6.根据权利要求1所述一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路，其特征在于，
所述p端端寄生电容包括p端电容阵列，所述电容包括电容阵列一侧并联设置有开关scp1和开关scp2，另一侧并联设置有开关scp3和开关scp4；所述开关scp1连接电源，所述开关scp2接地；所述开关scp3连接积分器x1正输入端，所述开关scp4连接积分器x1负输入端。7.根据权利要求6所述一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路，其特征在于，所述p端电容阵列包括均互相并联的电容c0、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4和电容c5；所述电容c0、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4和电容c5均分别串联有开关；且所述电容c0、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4和电容c5的容值按二进制大小依次排列。8.根据权利要求1所述一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路，其特征在于，所述n端寄生电容包括n端电容阵列，所述电容包括电容阵列一侧并联设置有开关scn1和开关scn2，另一侧并联设置有开关scn3和开关scn4；所述开关scn1连接电源，所述开关scn2接地；所述开关scn3连接积分器x1正输入端，所述开关scn4连接积分器x1负输入端。9.根据权利要求8所述一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路，其特征在于，所述n端电容阵列包括均互相并联的电容c6、电容c7、电容c8、电容c3、电容c10和电容c11；所述电容c6、电容c7、电容c8、电容c3、电容c10和电容c11均分别串联有开关；且所述电容c6、电容c7、电容c8、电容c3、电容c10和电容c11的容值按二进制大小依次排列。10.一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路的方法，其特征在于，基于权利要求1-8所述任意项一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路，包括以下步骤：s1：在一个时钟周期内，p端四相工作开关电路和n端四相工作开关电路的接地开关的正负端电容同时用一个参考源充电采样；s2：第一支路和第二支路的两个分别位于p端四相工作开关电路和n端四相工作开关电路的开关，其正负端电容在步骤s1充电的电荷同时分别在积分器x1的正负端积分；s3：p端四相工作开关电路和n端四相工作开关电路连接电源的开关的正负端电容同时用另一个参考源充电采样；s4：第一支路和第二支路的另外两个分别位于p端四相工作开关电路和n端四相工作开关电路的开关，其正负端电容在步骤s3充电的电荷同时分别在积分器x1的正负端积分。

技术总结
本发明提供一种单极板电容直接转换传感器寄生电容平衡电路及方法，传感器电容上极板分别连接p端寄生电容和p端四相工作开关电路的四个开关，n端寄生电容上极板分别连接n端四相工作开关电路的四个开关；p端四相工作开关电路和n端四相工作开关电路的四个开关分别对应工作在四个相位时钟周期，且其中均有两个开关分别连接电源和地线，剩余的p端四相工作开关电路开关和n端四相工作开关电路的开关两两连接形成第一支路和第二支路，所述第一支路接入积分器X1正输入端，第二支路接入积分器X1负输入端，能够实现积分器X1正负端同时积分，从而消除正负端的共模寄生电容，提高电容传感器的精度。的精度。的精度。


技术研发人员：孙权 张龙 袁婷 陈阳 刘海涛
受保护的技术使用者：西安航天民芯科技有限公司
技术研发日：2022.04.25
技术公布日：2022/8/16