CN101655524A - 电容值测量电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电容值测量电路及电容值测量方法，包括：首先响应于第一组频率信号切换待测电容及电容值可调变电路的一端的电压来将积分电压调整为积分电压与第一差值电压的和。接着判断是否接收到第一控制事件，若否，执行前一个步骤。若是，执行积分操作来切换已知电容的至少一端的电压，来将积分电压调整为积分电压与第二差值电压之和。接着判断积分期间是否终止，若否，重复执行第一个步骤；若是，根据在积分期间中执行积分操作的次数及已知电容的电容值运算得到待测电容的电容值。

Description

电容值测量电路及其方法

技术领域

本发明涉及一种电容值检测电路，并且尤其涉及一种通过观察对待测电容与电容值可调整电路的电容值的差进行充电与放电操作时充电与放电的反应时间，来得到待测电容的电容值的电容值感测电路。本发明还涉及电容值测量方法。

背景技术

传统上，多半以机械式开关来实现使用者控制接口装置。由于传统机械开关需直接与使用者进行接触，才能响应于使用者的控制指令进行操作，传统机械式装置容易在使用者操作过程中发生结构损坏。

在科技发展日新月异的现今时代中，触控式开关已经存在。传统上，触控式开关例如是电容式开关，其是通过感应待测电容的电容值随使用者的接近与否的变化来进行控制。然而，如何设计出可有效地检测待测电容的电容值变化的电容值检测电路，来提升电容式开关是业界不断致力的方向之一。

发明内容

本发明涉及一种电容值检测电路，与传统电容值检测电路相比，本实施例的电容值检测电路可更准确地对待测电容进行电容值检测。

根据本发明提出一种电容值测量电路，包括积分器电路、第一、第二控制电路及处理器电路。积分器电路具有第一输入端和第一输出端，第一输出端上具有积分电压，积分器电路用来响应于第一控制信号的致能位准将积分电压设定为起始位准。第一控制电路包括第二输出端、待测电容及电容值可调变电路，第二输出端电性连接至第一输入端。电容值可调变电路响应于设定信号的信号数值决定接近待测电容的电容值的等效电容值。第一控制电路用来响应于第一组频率信号切换待测电容及电容值可调变电路的至少一端上的电压位准，来执行第一调整操作，将积分电压调整为积分电压的目前位准与第一差值电压之和，第一差值电压与待测电容的电容值和等效电容值的差值有关。第二控制电路包括第三输出端及已知电容，第三输出端电性连接至第一输入端。第二控制电路用来响应于第二组频率信号切换已知电容的至少一端上的电压位准，来执行第二调整操作，将积分器电压调整为积分电压的目前位准与第二差值电压之和。处理器电路用来提供第一组及第二组频率信号来分别驱动第一及第二控制电路分别执行第一及第二调整操作、计算在第一积分期间中第二控制电路执行第二调整操作的操作次数，并且根据操作次数及已知电容的电容值运算得到待测电容的电容值。

本发明所述的电容值测量电路，其中，该第一控制电路还包括：第一开关电路，用以响应于所述第一组频率信号中的第一正向频率信号的致能位准，提供第一电压至所述待测电容的第一端，并响应于所述第一组频率信号中第一反相频率信号的致能位准，使该待测电容的第一端耦接至所述积分器电路；其中，该第一正向及该第一反相频率信号互为反相信号。

本发明所述的电容值测量电路，在一种实施方式中，该第一控制电路还包括：第二开关电路，用以响应于该第一正向频率信号的致能位准，提供第二电压至所述电容值可调变电路的第一端，并响应于该第一反相频率信号的致能位准，使该电容值可调变电路的第一端耦接至所述积分器电路；其中，该待测电容的第二端及该电容值可调变电路的第二端是接收第三电压。

本发明所述的电容值测量电路，在一种实施方式中，该第一控制电路还包括：第二开关电路，用以响应于所述第一正向频率信号的致能位准，使该电容值可调变电路的第一端及第二端分别接收第二电压及该第一电压，并响应于该第一反相频率信号的致能位准，使该电容值可调变电路的第一端及第二端分别耦接至该积分器电路及接收该第二电压。

本发明所述的电容值测量电路，其中，该积分器电路包括：运算放大器(Operational Amplifier)，正输入端与负输入端分别接收第四电压及耦接至该第一及该第二控制电路，所述输出端耦接至该处理器电路；第一积分电容，该积分电容的两端分别耦接至该运算放大器的负输入端及该输出端；及第四开关电路，第一端及第二端分别耦接至该运算放大器的负输入端及该输出端，所述第四开关电路用来响应于第一控制信号的致能位准导通，来短路连接该运算放大器的负输入端与该输出端，并设定该运算放大器的负输入端与该输出端的电压为该第四电压。

本发明所述的电容值测量电路，在一种实施方式中，该积分器电路还包括第二积分电容及第五开关电路，该第二积分电容及该第五开关电路串联地连接于该运算放大器的负输入端及该输出端，该第五开关电路用来响应于第二控制信号的致能位准而导通，使得该第一及该第二积分电容为并联连接。

本发明的电容值测量电路，该处理器电路包括：比较器电路，用来比较所述积分电压及第四电压的位准高低，来输出第三控制信号；第一逻辑电路，用来在所述第一积分期间中判断所述第三控制信号是否满足触发条件，并在该第三控制信号满足触发条件时，触发控制事件；第二逻辑电路，用来在所述第一积分期间中产生该第一组频率信号驱动该第一控制电路，并用来响应于该控制事件产生该第二组频率信号，来驱动该第二控制电路；计数器电路，用来在该第一积分期间中，响应于该控制事件将计数数值递增1，在该第一积分期间之后，该计数器电路是以该计数数值做为该操作次数输出；及闩锁(Latch)电路，用以响应于闩锁控制信号的致能位准，记录该操作次数。

本发明所述的电容值测量电路，在一种实施方式中，该第一逻辑电路还用于在电压设定期间中，致能该第一控制信号，来驱动该积分器电路设定该积分电压为该起始位准；其中，该计数器电路还用于响应于该第一控制信号的致能位准重置该计数数值。

本发明所述的电容值测量电路，在一种实施方式中，第一逻辑电路还用于电容值设定期间中决定该设定信号的该信号数值，来使该电容值可调变电路具有该等效电容值；其中，该第一逻辑电路还用于该电容值设定期间中非致能第二控制信号，来关闭该积分器电路中的第五开关电路。

本发明所述的电容值测量电路，在一种实施方式中，该处理器电路还包括：振荡器电路，用来振荡产生第三频率信号及第四频率信号，该第三及该第四频率信号为基本上反相，该第二逻辑电路还响应于该第三及该第四频率信号来产生该第一组及该第二组频率信号。

本发明所述的电容值测量电路，在一种实施方式中，该处理器电路包括：比较器电路，用来比较该积分电压及第四电压的位准高低，来输出第三控制信号；第一逻辑电路，用来决定该第一积分期间的起始时点，并用来判断该第三控制信号是否满足触发条件，当该第三控制信号满足触发条件时，该第一逻辑电路来决定所述第一积分期间的终止时点，并触发控制事件；第二逻辑电路，用来在第二积分期间中产生该第一组频率信号驱动该第一控制电路，并用于由该起始及所述终止时点定义的该第一积分期间中产生该第二组频率信号，来驱动该第二控制电路；计数器电路，用来在该第一积分期间中，每隔该第二组控制信号时序周期将计数值递增1，来计算该操作次数；及闩锁(Latch)电路，用来响应于闩锁控制信号的致能位准，记录该操作次数。

本发明提出一种电容值测量方法，包括下列步骤：(a)响应于第一组频率信号切换待测电容及电容值可调变电路的至少一端的电压来执行第一调整操作，将积分电容的一端上的积分电压调整为积分电压的目前位准与第一差值电压之和。第一差值电压与待测电容的电容值和电容值可调变电容的等效电容值的差值有关。(b)重复执行N次前一个步骤，来将积分电压从第一位准调整为第二位准，N为自然数。(c)响应于第二组频率信号，切换已知电容的至少一端的电压来执行第二调整操作，将积分电压调整为积分电压的目前位准与第二差值电压之和。(d)判断是否接收到第一控制事件，若否，重复执行步骤(c)；若是，执行步骤(e)，(e)决定积分期间，并计算在积分期间中包括的第二组频率信号的频率周期数M，并根据数值M、N及已知电容的电容值计算得到该待测电容的电容值。

本发明所述的电容值测量方法，在一种实施方式中，在步骤(a)之前，还包括：设定该积分电压的位准等于起始位准。

本发明所述的电容值测量方法，在一种实施方式中，在步骤(a)之前，还包括：(g)提供设定信号来设定该电容值可调变电路的该等效电容值；(h)响应于第三组频率信号，切换该待测电容的至少一端及该电容值可调变电路的至少一端的电压，来执行第三调整操作，将储存于该积分电容的一端上的该积分电压调整为该积分电压的目前位准与该第一差值电压之和，该第一差值电压与该待测电容的电容值和该电容值可调变电容的等效电容值的差值有关；(i)重复执行L次步骤前一步骤(h)，以将该积分电压从第一位准调整为第二位准，L为自然数；判断该积分电压是否满足临界条件，若否，执行步骤(k)，若是，执行步骤(l)；(k)调整该设定信号的数值，并重复执行步骤(h)；及(l)以目前的该设定信号的数值决定该电容值可调变电路的该等效电容值。

本发明所述的电容值测量方法，其中，在步骤(g)与(h)之间，还包括：(m)响应于控制信号，来降低所述积分电容的等效电容值。

本发明提出一种电容值测量方法，包括下列步骤。(a)响应于第一组频率信号切换已知电容的至少一端的电压来执行第一调整操作，将积分电容的一端上的积分电压调整为积分电压的目前位准与第一差值电压之和。(b)重复执行N次前一个步骤，来将积分电压从第一位准调整为第二位准，N为自然数。(c)响应于第二组频率信号切换待测电容及电容值可调变电路的至少一端的电压来执行第二调整操作，将积分电压调整为积分电压的目前位准与第二差值电压之和，第二差值电压与待测电容的电容值和电容值可调变电容的等效电容值的差值有关，(d)判断是否接收到第一控制事件，若否，重复执行步骤(c)；若是，执行步骤(e)，(e)决定积分期间，并且计算积分期间中包括的第二组频率信号的频率周期数M，并根据数值M、N及已知电容的电容值计算得到待测电容的电容值。

本发明所述的电容值测量方法，在步骤(a)之前，还包括：(f)设定该积分电压的位准等于起始位准。

本发明所述的电容值测量方法，在步骤(a)之前，还包括：(g)提供设定信号来设定该电容值可调变电路的该等效电容值；(h)响应于第三组频率信号，切换该待测电容的至少一端及该电容值可调变电路的至少一端的电压，来执行第三调整操作，将储存于该积分电容的一端上的该积分电压调整为该积分电压的目前位准与该第一差值电压之和，该第一差值电压与该待测电容的电容值和该电容值可调变电容的等效电容值的差值有关；(i)重复执行L次步骤(h)，以将该积分电压从第一位准调整为第二位准，L为自然数；(j)判断该积分电压是否满足临界条件，若否，执行步骤(k)，若是，执行步骤(l)；(k)调整该设定信号的数值，并重复执行步骤(h)；及(l)以目前的该设定信号的数值决定该电容值可调变电路的该等效电容值。

本发明所述的电容值测量方法，其中，在步骤(g)与(h)之间，还包括：(m)响应于控制信号，来降低该积分电容的等效电容值。

根据本发明提出一种电容值测量方法，用来在积分期间对待测电容的电容值进行测量，其包括下列步骤。(a)响应于第一组频率信号切换待测电容及电容值可调变电路的至少一端的电压来执行第一调整操作，将储存于积分电容的一端上的积分电压调整为积分电压的目前位准与第一差值电压之和，第一差值电压与待测电容和电容值可调变电容的等效电容值的差值有关。(b)判断是否接收到第一控制事件；若否，重复执行前一个步骤；(c)若是，执行下一个步骤，将计数数值递增1，(d)并在一个操作期间中切换已知电容的至少一端的电压，来执行第二调整操作，将积分电压调整为积分电压的目前位准与第二差值电压的和，第二差值电压与已知电容的电容值有关。(e)判断积分期间是否终止，若否，重复执行第一个步骤；(f)若是，执行下一个步骤，根据计数数值得到在积分期间中第二控制电路执行第二调整操作的操作次数，并且根据操作次数及已知电容的电容值运算得到待测电容的电容值。

本发明所述的电容值测量方法，在一种实施方式中，在步骤(b)中若判断没有接收到该第一控制事件，则执行步骤(e)，来判断所述积分期间是否终止，若否，执行步骤(a)，若是，执行步骤(f)。

本发明所述的电容值测量方法，在一种实施方式中，在步骤(b)中若判断接收到该第一控制事件，则执行步骤(e)，来判断所述积分期间是否终止，若否，执行步骤(c)，若是，执行步骤(f)。

本发明所述的电容值测量方法，在一种实施方式中，在步骤(c)之后执行步骤(e)，来判断该积分期间是否终止，若否，执行步骤(d)，若是，执行步骤(f)。

本发明所述的电容值测量方法，在一种实施方式中，在步骤(d)之后执行步骤(e)，来判断该积分期间是否终止，若否，执行步骤(a)，若是，执行步骤(f)。

本发明所述的电容值测量方法，在一种实施方式中，在步骤(a)之前还包括：(g)设定该积分电压的位准等于起始位准。

本发明所述的电容值测量方法，在一种实施方式中，在步骤(a)之前，还包括：(h)提供设定信号来设定该电容值可调变电路的该等效电容值；(i)响应于第三组频率信号，切换该待测电容的至少一端及该电容值可调变电路的至少一端的电压，来执行第三调整操作，将储存于该积分电容的一端上的该积分电压调整为该积分电压的目前位准与该第一差值电压之和，该第一差值电压与该待测电容的电容值和该电容值可调变电容的等效电容值的差值有关；(j)重复执行L次步骤(i)，以将该积分电压从第一位准调整为第二位准，L为自然数；(k)判断该积分电压是否满足临界条件，若否，执行步骤(l)，若是，执行步骤(m)；(l)调整该设定信号的数值，并重复执行步骤(h)；及(m)以目前的该设定信号额数值决定该电容值可调变电路的该等效电容值。

本发明所述的电容值测量方法，在一种实施方式中，在步骤(h)与(i)之间，还包括：(n)响应于控制信号，来降低该积分电容的等效电容值。

本发明所述的电容值测量方法，在一种实施方式中，在步骤(c)中还包括：(c1)在所述操作期间中，响应于该第一组频率信号切换该待测电容的至少一端及该电容值可调变电路的至少一端的电压，来执行该调整操作，将该积分电压调整为该积分电压的目前位准与该第一差值电压之和；及(c2)在该操作期间中，响应于第二组频率信号切换该已知电容的至少一端的电压，来执行第三调整操作，将该积分电压调整为所述积分电压的目前位准与第三差值电压之和；其中，该第二差值电压基本上等于该第一及该第三差值电压之和。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1示出了根据本发明第一实施例的电容值测量电路的方框图。

图2示出了图1的电容值测量电路10的相关信号时序图。

图3示出了图1的处理器电路18的详细方框图。

图4示出了图3的逻辑单元18a2的详细方框图。

图5示出了根据本发明第一实施例的电容值测量方法的流程图。

图6示出了根据本发明第一实施例的电容值测量电路的另一方框图。

图7示出了图6的电容值测量电路20的相关信号时序图。

图8A和8B示出了根据本发明第二实施例的电容值测量电路的部分详细方框图。

图9示出了图8B中逻辑单元38a2的详细方框图。

图10示出了图8A和8B的电容值测量电路30的相关信号时序图。

图11A-11C示出了根据本发明第二实施例的电容值测量方法的流程图。

图12示出了根据本发明第二实施例的电容值测量电路的另一方框图。

图13示出了根据本发明实施例的电容值测量电路进行电容值设定操作时的相关信号时序图。

图14示出了根据本发明实施例的电容值设定方法的相关流程图。

具体实施方式

本实施例的电容值检测电路是通过待测电容、电容值可调变电路及已知电容来对一段上的电压进行积分操作，并且用充电操作及放电操作对应到的操作时间的比值与已知电容的电容值，来计算得到待测电容的电容值。

第一实施例

本实施例的电容值测量电路是执行双斜率(Dual-slope)算法计算得到待测电容的电容值变化量。请参照图1，其示出了根据本发明第一实施例的电容值测量电路的方框图。电容值测量电路10包括控制电路12、14、积分器电路16及处理器电路18。控制电路12及14分别用来控制积分器电路16将积分电压Vx自起始位准设定为终止位准，及将其自终止位准设定为起始位准。举例而言，起始位准等于参考电压VR，终止位准的位准高于起始位准。处理器电路18用来产生对应的信号驱动控制电路12、14及积分器电路16执行前述操作，并且用来响应于积分电压Vx的位准变化进行待测电容Cx的电容值的运算。接下来，对电容值测量电路10中各个元件的操作作进一步说明。

积分器电路16包括输入端ndi、输出端ndo、开关Sc1、积分电容Ci及运算放大器(Operational Amplifier)OP1，输出端ndo上的电压为积分电压Vx。积分电容Ci中包括电容Ci1、Ci2及开关SC2，开关SC2响应于致能的控制信号CS5导通，使得积分电容Ci的电容值基本上等于电容Ci1及Ci2之和。开关Sc1的两端及积分电容Ci的两端是跨接于运算放大器OP1的负输入端及输出端ndo，开关Sc1被致能的控制信号CS1导通。运算放大器OP1的正输入端是接收参考电压VR。其中，参考电压VR为本实施例的电容值测量电路10的最高电压VDD与接地电压间的任何特定参考电压，举例而言，参考电压VR基本上等于电压VDD/2。

控制电路12包括输出端OE1、开关电路SW1、SW2、待测电容Cx及电容值可调变电路Cadj。开关电路SW1包括开关Sa1及Sa2，开关Sa1及Sa2的一端是耦接至段nd1，另一端分别接收电压Vf1及耦接至运算放大器OP1的负输入端。开关Sa1及Sa2分别被致能的频率信号CK_a1及CK_a2导通。待测电容Cx的两端分别耦接至段nd1及接收电压Vf1。电压Vf1例如为接地电压。

开关电路SW2包括开关Sa3及Sa4，开关Sa3及Sa4的一端是耦接至段nd2，另一端分别接收电压Vf2及耦接至运算放大器OP1的负输入端。电压Vf2例如为最高电压VDD。开关Sa3及Sa4分别被致能的频率信号CK_a1及CK_a2导通。电容值可调变电路Cadj的两端分别耦接至段nd2及接收电压Vf1。电容值可调变电路Cadj响应于处理器电路18提供的设定信号Sadj的信号数值，决定等效电容值。在本实施例中，处理器电路18是提供对应的设定信号Sadj，来设定电容值可调变电路Cadj的等效电容值基本上等于待测电容Cx的电容值。

控制电路14包括输出端OE2、开关电路SW3及已知电容Cc，其是耦接至段nd3。开关电路SW3包括开关Sb1及Sb2，其一端耦接至段nd3，另一端分别接收电压Vf2及耦接至运算放大器OP1的负输入端。开关Sb1及Sb2分别被致能的频率信号CK_b1及CK_b2导通。已知电容Cc的两端分别耦接至段nd3及接收电压Vf1。

请参照图2，其示出图1的电容值测量电路10的相关信号时序图。本实施例的电容值测量电路10例如包括电压设定期间TP_PS、积分期间TP_IT1及TP_IT2。在一个例子中，控制信号CS5在设定期间TP_PS、积分期间TP_IT1及TP_IT2中为致能，使得积分电容Ci的电容值基本上等于电容Ci1及Ci2的和。

在电压设定期间TP_PS中，处理器电路18是致能控制信号CS1，以导通开关Sc1。这样，运算放大器OP1基本上被偏压为一个单位增益缓冲器(Unit Gain Buffer)，运算放大器OP1的正、负输入端及输出端ndo上的电压(即是积分电压Vx)被设定为参考电压VR。

在积分期间TP_IT1中，处理器电路18是提供频率信号CK_a1及CK_a2，以对应地导通开关Sa1～Sa4。其中，频率信号CK_a1及CK_a2例如分别在第一及第二子操作期间中为高位准，并分别在第二及第一子操作期间中为低位准，第一及第二子操作期间分别等于频率信号CK_a1的正半周与负半周期间。每经过一个频率信号CK_a1的周期，积分器电路16完成一次对积分电压Vx的积分操作。

更详细地说，在第一子操作期间TP1中，开关Sa1及Sa3为导通且开关Sa2及Sa4为关闭，待测电容Cx及积分电路Ci两端的跨压为0伏特(Volt，V)，电容值可调变电路Cadj两端的跨压为Vf2-Vf1伏特(Volt，V)，例如为最高电压VDD。在第二子操作期间TP2中，开关Sa1及Sa3为关闭且开关Sa2及Sa4为导通。由于待测电容Cx及电容值可调变电路Cadj与积分电容Ci相互耦接的段ndi(即运算放大器OP1的负输入端)在第二子操作期间TP2中为浮接(Floating)，待测电容Cx、电容值可调变电路Cadj及积分电容Ci在第一子操作期间TP1中储存的总电荷基本上等于其在第二子操作期间TP2中储存的总电荷，即是满足方程式：

(1)Cx×(Vf1-Vf1)+Cadj×(Vf2-Vf1)+Ci×[VR-Vx(t0)]＝

   Cx×(VR-Vf)+Cadj×(VR-Vf)+Ci×[VR-Vx(t1)]

其中方程式(1)的左式为在第一子操作期间TP1中待测电容Cx、电容值可调变电路Cadj及积分电容Ci储存的总电荷，右式为在第二子操作期间TP2中待测电容Cx、电容值可调变电路Cadj及积分电容Ci储存的总电荷。电压位准Vx(t0)为积分电压Vx的起始位准(基本上等于参考电压VR)。若参考电压VR等于电压Vf1和电压Vf2的平均电压，则根据上述方程式可推得：

$\left(2\right)---\mathrm{Vx}\left(t1\right)=\frac{1}{\mathrm{Ci}}\×[\frac{(\mathrm{Vf}2-\mathrm{Vf}1)}{2}\×(\mathrm{Cx}-\mathrm{Cadj})+\frac{\mathrm{Vf}2+\mathrm{Vf}1}{2}\×\mathrm{Ci}]$

$\left(3\right)---\mathrm{\ΔV}1=\mathrm{Vx}\left(t1\right)-\mathrm{Vx}\left(t0\right)=\frac{1}{\mathrm{Ci}}\×[\frac{(\mathrm{Vf}2-\mathrm{Vf}1)}{2}\×(\mathrm{Cx}-\mathrm{Cadj})+\frac{\mathrm{Vf}2+\mathrm{Vf}1}{2}\×\mathrm{Ci}]-\mathrm{VR}=$

$\frac{(\mathrm{Cx}-\mathrm{Cadj})\×(\mathrm{Vf}2-\mathrm{Vf}1)}{2\×\mathrm{Ci}}$

根据上述推导可知，在经过一次积分操作后，积分电压Vx基本上提升一个差值电压ΔV1。积分期间TP_IT1中例如包括N个频率信号CK_a1的周期，控制电路12与积分器电路16重复执行N次与上述相似的积分操作，以将积分电压Vx自其起始位准(＝参考电压VR)提升为终止位准Vx(tN)。其中，N为自然数，终止位准Vx(tN)满足：

$\left(4\right)---\mathrm{Vx}\left(\mathrm{tN}\right)=N\×\left[\frac{(\mathrm{Cx}-\mathrm{Cadj})\×(\mathrm{Vf}2-\mathrm{Vf}1)}{2\×\mathrm{Ci}}\right]+\mathrm{VR}$

在积分期间TP_IT2中，处理器电路18提供频率信号CK_b1和CK_b2，来驱动控制电路14执行与控制电路12相近的操作，以对积分电压Vx进行积分。其中，差值电压ΔV2满足：

$\left(5\right)---\mathrm{\ΔV}2=\frac{\mathrm{Cc}\×(\mathrm{Vf}1-\mathrm{Vf}2)}{2\×\mathrm{Ci}}$

根据上述推导可知，在一次积分操作中，积分电压Vx下降一个差值电压ΔV2。本实施例的积分期间TP_IT2例如包括M个频率信号CK_b1的周期，在各个频率信号CK_b1的周期中，控制电路14与积分器电路16是执行相似的积分操作，M为自然数。这样，通过反复执行M次上述的积分操作，将积分电压Vx自其的终止位准Vx(tN)拉低为起始位准VR，即是满足方程式：

$\left(6\right)---\mathrm{VR}=\mathrm{Vx}\left(\mathrm{tN}\right)+M\×\mathrm{\ΔV}2=N\×\left[\frac{(\mathrm{Cx}-\mathrm{Cadj})\×(\mathrm{Vf}2-\mathrm{Vf}1)}{2\×\mathrm{Ci}}\right]+\mathrm{VR}+M\×\left[\frac{\mathrm{Cc}\×(\mathrm{Vf}1-\mathrm{Vf}2)}{2\×\mathrm{Ci}}\right]$

整理后可得到待测电容Cx、电容值测量电路Cadj的等效电容、数值M、N及已知电容Cc的关系式：

$\left(7\right)---\mathrm{Cx}-\mathrm{Cadj}=\frac{M}{N}\×\mathrm{Cc}$

这样，处理器电路18还根据上述方程式来根据数值M、N、已知电容Cc及电容值可调变电路Cadj的电容值求得待测电容Cx的电容值。

请参照图3，其示出图1的处理器电路18的详细方框图。更详细的说，处理器电路18包括逻辑电路18a、比较器电路18b、振荡器电路18c、计数器电路18d、闩锁器电路18e及运算电路18f。逻辑电路18a包括逻辑单元18a1和18a2。逻辑单元18a2用来响应于致能的控制信号CS2来产生频率信号CK_a1和CK_a2，并且用来响应于致能的控制信号CS3来产生频率信号CK_b1和CK_b2。

举例来说，逻辑单元18a2的详细方框图示如图4所示。其中，逻辑闸and_1和and_3是根据振荡器电路18c产生的频率信号CK_1分别产生频率信号CK_a1和CK_b1，逻辑闸and_2和and_4是根据振荡器电路18c产生的频率信号CK_2分别产生频率信号CK_a2和CK_b2。

逻辑单元18a1用来在电压设定期间TP_PS产生控制信号CS1，来控制积分器电路16将充电电压Vx的电压设定为参考电压VR。逻辑单元18a1用来在积分期间TP_IT1和TP_IT2中，分别产生致能的控制信号CS2和CS3，来控制逻辑单元18a2产生频率信号CK_a1与CK_a2、CK_b1和CK_b2。逻辑单元18a1还用来记录积分期间TP_IT2对应至多少个频率信号CK_1的周期时间。

在本实施例中，逻辑单元18a1用来决定并且自积分期间TP_IT2的起始时点Tx1起产生致能的控制信号CS3。逻辑单元18a1还用来检测控制事件是否触发，并且响应于该控制事件来决定积分期间TP_IT2的终止时点Tx2。

举例来说，该控制事件为比较器电路18b产生的控制信号CS4为致能的事件。比较器电路18b用来接收并比较积分电压Vx及参考电压VR的位准，并且对应地产生控制信号CS4。当积分电压Vx大于参考电压VR时，控制信号CS4是为非致能。当积分电压Vx的位准基本上小于参考电压VR时，比较器电路18b致能控制信号CS4。这样，通过响应比较器电路18b触发的控制事件，逻辑单元18a1可有效地决定积分期间TP_IT2的终止时点Tx2。

逻辑单元18a1例如用来在时点Tx1与Tx2之间致能驱动信号En，来驱动计数器电路18d进行每隔一个频率信号CK_1的周期时间(等于频率信号CK_b1的周期)递增1的计数操作。这样，本实施例的处理器电路18可通过计数器电路18d的计数操作得到数值M。

计数器电路18d例如为i位计数器电路，其计数产生并输出数值M的i个位元数据Bit_1～Bit_i至闩锁器电路18e。闩锁器电路18e用来接收并记录闩锁数据，闩锁数据包括位数据Bit_1～Bit_i。运算单元18f根据闩锁器电路18e储存的位数据Bit_1～Biti来得到数值M，并根据前述待测电容Cx与数值M、N及已知电容Cc的关系式得到待测电容Cx的电容值。

逻辑单元18a1还用于在积分期间TP_IT2之后，依次地产生闩锁信号Srdy及重置信号Srst。这样，闩锁器电路18e响应于闩锁信号Srdy闩锁住计数器电路18d的输出值。在闩锁器电路18e完成闩锁住此输出值的操作后，计数器电路18d响应于重置信号Srst来重置其计数值。在闩锁器电路18e及计数器电路18d完成闩锁操作及重置操作后，处理器电路18可进行下一次待测电容的测量操作。

本实施例的逻辑单元18a1还用来记录数值N，并根据数值N来决定积分期间TP_IT1包括多少个频率信号CK_1的周期。在本实施例中，数值N(即积分期间TP_IT1中包括的频率信号CK_a1的周期的数目)为可调，通过调整数值N，使用者可使本实施例的电容值测量电路10适用于测量不同电容值范围的待测电容Cx。

请参照图5，其示出根据本发明第一实施例的电容值测量方法的流程图。首先如步骤(a)，控制电路12响应于频率信号CK_a1及CK_a2切换待测电容Cx及电容值可调变电路Cadj的至少一端的电压，来将积分电压Vx调整为积分电压Vx的目前位准与差值电压ΔV1的和。接着如步骤(b)，控制电路12响应于频率信号CK_a1及CK_a2重复执行N次步骤(a)，来将积分电压Vx从起始位准VR调整为终止位准Vx(tN)。

然后如步骤(c)，控制电路14响应于频率信号CK_b1及CK_b2切换已知电容Cc的至少一端的电压，来将积分电压Vx调整该积分电压Vx的目前位准与差值电压ΔV2之和。接着如步骤(d)，处理器电路18中的逻辑单元18a1判断是否接收到控制事件，若否，重复执行步骤(c)；若是，执行步骤(e)。举例来说，控制事件为控制信号CS4为致能的事件。

然后如步骤(e)，处理器电路18决定积分期间TP_IT2，并计算积分期间TP_IT2中包括的频率信号CK_b1的频率周期数M。处理器电路18并根据数值M、N及已知电容Cc的电容值计算得到待测电容Cx的电容值变化量。

在一个例子中，在步骤(a)之前还包括步骤(f)，处理器电路18产生控制信号CS1导通开关Sc1，来将积分电压Vx的位准设定为起始位准(即是参考电压VR的位准)。

在本实施例中，虽仅以电容值测量电路10具有如图1所示的电路结构的例子作说明，但是，本实施例的电容值测量电路10并不局限于具有如图1所示的电路结构。在另一个例子中，本实施例的电容值测量电路也可如图6所示。

电容值测量电路20与10的不同之处在于控制电路22中的开关电路SW2’包括开关Sa31、Sa32、Sa41和Sa42，控制电路24中的开关电路SW3’包括开关Sb11、Sb12、Sb21及Sb22。根据前述与电容值测量电路10相关的叙述，若参考电压VR’等于电压Vf2’，可整理得到相似的方程式：

(8)Cx×(Vf1-Vf1)+Cadj×(Vf2′-Vf1)+Ci×(Vf2′-Vf2′)＝

   Cx×(Vf2′-Vf1)+Cadj×(Vf2′-Vf2′)+Ci×(Vf2′-Vx(t1))

$\left(9\right)---\mathrm{\ΔV}1=\mathrm{Vx}\left(t1\right)-\mathrm{Vf}{2}^{\′}=\frac{1}{\mathrm{Ci}}\×[\mathrm{Cx}\×({\mathrm{Vf}2}^{\′}-\mathrm{Vf}1)+\mathrm{Cadj}\×(\mathrm{Vf}1-{\mathrm{Vf}2}^{\′})]=\frac{(\mathrm{Cx}-\mathrm{Cadj})\×({\mathrm{Vf}2}^{\′}-\mathrm{Vf}1)}{\mathrm{Ci}}$

$\left(10\right)---\mathrm{\ΔV}2=\frac{\mathrm{Cc}\×(\mathrm{Vf}1-{\mathrm{Vf}2}^{\′})}{\mathrm{Ci}}$

$\left(11\right)---{\mathrm{Vf}2}^{\′}={\mathrm{Vf}2}^{\′}+N\×\mathrm{\ΔV}1+M\×\mathrm{\ΔV}2\⇒\mathrm{Cx}-\mathrm{Cadj}=\frac{M}{N}\×\mathrm{Cc}$

这样，与电容值测量电路10相似地，电容值测量电路20也可通过相似的积分操作，达到测量待测电容Cx的电容值。其中，电压Vf2′是满足条件：

(12)  Vf2′+N×ΔV1≤VDD

以避免在对积分电压Vx在完成N次积分操作之前，将积分电压Vx积分至最高电压VDD。

在图6中虽仅以待测电容Cx的一端接收电压Vf1的例子作说明，但是，待测电容Cx的一端并不局限于接收电压Vf1，而且还可接收其他任何介于最高电压VDD与接地电压之间的电压。

在本实施例中，虽仅以终止位准Vx(tN)的位准高于起始位准Vx(t0)的例子作说明，但是，终止位准Vx(tN)并不局限于为高于起始位准Vx(t0)的位准。在另一个例子中，终止位准低于起始位准。这样，在积分期间TP_IT1中，电容值测量电路10是通过累积基本上小于0的差值电压ΔV1来将积分电压Vx自其起始位准降低至终止位准。在积分期间TP_IT2中，电容值测量电路10是通过累积基本上大于0的差值电压ΔV2来将积分电压Vx自其终止位准提升为其起始位准。

在本实施例中，虽仅以在电压设定期间TP_PS之后依次地由控制电路12及14来控制积分器电路16进行积分操作的情形为例作说明，但是，本实施例的电容测量电路10并不局限于依次地由控制电路12及14来控制积分器电路16进行操作。在另一个例子中，本实施例的电容值测量电路10也可先由控制电路14控制积分器电路16进行积分操作，之后再由控制电路12控制积分器电路16进行积分操作。换而言之，即是在电压设定期间TP_PS之后依次地进入积分期间TP_IT2和TP_IT1。举例来说，此时的图1的电容值测量电路10的相关信号时序图是如图7所示。

本实施例的电容值测量电路以待测电容与电容值可调变电路的电容值差值来对积分电压进行积分操作。与传统上直接以待测电容来进行积分操作的技术相比，本实施例的电容值测量电路的等效积分电容的电容值较小。这样，根据方程式(3)可知，在积分电容、待测电容及最高电压为相同的条件下，本实施例的电容值测量电路具有差值电压ΔV1较小及积分电压不容易在第一积分期间中被积分至最高电压而发生测量错误的优点。

另外，传统上，是通过使用电容值较大的积分电容来降低差值电压ΔV1的大小，一般而言，传统电容值测量电路的积分电容是无法整合在集成电路(IC)中。由于本实施例的电容值测量电路的等效积分电容的电容值较小，在差值电压ΔV1及最高电压电压为相同的条件下，本实施例的电容值测量电路可使用电容值较低的积分电容。这样一来，使得本实施例的电容值测量电路还具有可将积分电容整合于集成电路中及可节省电路成本的优点。

此外，由于电容值可调变电路的等效电容基本上等于待测电容的电容值，当待测电容的电容值未发生变化时，待测电容与电容值可调变电路的差值接近0。这样，根据方程式(3)可知，在待测电容的电容值未发生变化的条件下，即便最高电压因电路噪声而有所变化，差值电压ΔV1仍保持为0。这样，本实施例的电容值测量电路还具有噪声边际(Noise Margin)较高及可准确地对待测电容的变化量进行测量的优点。

接着，由于本实施例的电容值测量电路具有较小的差值电压ΔV1，在积分电容及最高电压为相同的条件下，本实施例的电容值测量电路的数值N可设计为较高的数值，而仍可保证积分电压不在第一积分期间中被积分至最高电压。根据方程式(7)可知，电容值测量电路的电容值测量分辨率是随着数值N的提升而对应地提升。这样，本实施例的电容值测量电路还具有电容值测量分辨率较高的优点。

第二实施例

本实施例的电容值测量电路是执行三角积分(Sigma-delta)算法计算得到待测电容的电容值变化量。请参照图8A、8B及图9，图8A和8B示出根据本发明第二实施例的电容值测量电路的部分详细方框图，图9示出图8B中逻辑单元38a2的详细方框图。本实施例的电容值测量电路30与第一实施例的电容值测量电路10具有相近的结构，其不同之处在于逻辑闸and 3’根据驱动信号En、频率信号CK_1及控制信号CS5进行逻辑及和(And)运算来产生频率信号CK_b1’，逻辑闸and 4’根据驱动信号En、频率信号CK_2及控制信号CS5进行逻辑和运算来产生频率信号CK_b2’。另外，逻辑单元38a1提供控制信号CS1做为计数器电路38d的重置信号。

请参照图10，其示出图8A和8B的电容值测量电路30的相关信号时序图。本实施例的电容值测量电路30例如包括电压设定期间TP_PS’及积分期间TP_IT3，其中电压设定期间TP_PS′及积分期间TP_IT3的时间长度是由处理器电路38所决定。举例来说，积分期间TP_IT3中包括X个频率信号CK_a1′的周期，X为大于1的自然数。在一个例子中，控制信号CS5在电压设定期间TP_PS′及积分期间TP_IT3中均为致能，使得积分电容Ci的电容值基本上等于电容Ci1及Ci2之和。

在电压设定期间TP_PS′中，电容值测量电路30执行的操作是相似于第一实施例的电容值测量电路10在电压设定期间TP_PS中的操作，处理器电路38提供致能的控制信号CS1来将运算放大器OP3的正、负输入端及积分电压Vx被设定为参考电压VR。其中，与第一实施例的电容值测量电路10不同的，计数器电路38d响应于致能的控制信号CS1重置计数数据D_cnt为数值0。另外，当积分电压Vx大于或等于参考电压VR时，本实施例的比较器电路38b产生致能的控制信号CS4；当积分电压Vx小于参考电压VR时，比较器电路38b产生非致能的控制信号CS4。

在积分期间TP_IT3中，逻辑单元38a1是持续地提供致能的控制信号CS2′，来驱动逻辑单元38a2持续地产生频率信号CK_a1′和CK_a2′。另外，逻辑单元38a1还用来响应于致能的控制信号CS4提供致能的驱动信号En。举例来说，驱动信号En在操作子期间TP1′中为致能，这样，逻辑单元38a2响应于致能的驱动信号产生频率信号CK_b1′和CK_b2′，控制电路32和34是同时对积分电压Vx进行积分操作，若参考电压VR等于电压Vf1和电压Vf2的平均电压，此时的操作满足方程式：

(13)Cx×(Vf1-Vf1)+Cadj×(Vf2-Vf1)+Cc×(Vf2-Vf1)+Ci×(VR-VR)＝

    Cx×(VR-Vf1)+Cadj×(VR-Vf1)+Cc×(VR-Vf1)+Ci×(VR-Vx(t1))

$\left(14\right)---\mathrm{Vx}\left(t1\right)=\mathrm{Vx}\left(t0\right)+\mathrm{\ΔV}(-)=\mathrm{VR}+\frac{(\mathrm{Vf}2-\mathrm{Vf}1)\×(\mathrm{Cx}-\mathrm{Cadj}-\mathrm{Cc})}{2\mathrm{Ci}}$

另外，计数器电路38d响应于致能的驱动信号En使计数数据D_cnt递增1(由数值0递增为数值1)。

在操作子期间TP1′之后，积分电压Vx被拉低至位准Vx(t1)，而基本上低于参考电压VR。这样，控制信号CS4与驱动信号En为非致能，频率信号CK_b1′和CK_b2′被非致能。这样，在操作子期间TP1′后的操作子期间TP2′中，通过控制电路32对积分电压Vx进行积分操作，此时的操作满足方程式：

(15)Cx×(Vf1-Vf1)+Cadj×(Vf2-Vf1)+Ci×(VR-Vx(t1))＝

    Cx×(VR-Vf1)+Cadj×(VR-Vf1)+Ci×(VR-Vx(t2))

$\left(16\right)---\mathrm{Vx}\left(t2\right)=\mathrm{Vx}\left(t1\right)+\mathrm{\ΔV}(+)=[\mathrm{VR}+\mathrm{\ΔV}(-)]+\frac{(\mathrm{Vf}2-\mathrm{Vf}1)\×(\mathrm{Cx}-\mathrm{Cadj})}{2\mathrm{Ci}}$

由于积分电压Vx的位准Vx(t2)仍低于参考电压VR，在操作子期间TP2′之后的操作子期间TP3′中，持续地通过控制电路32对积分电压Vx进行积分操作。此时的操作叙述可根据方程式(15)和(16)推得。

综上所述，逻辑单元38a1通过判断驱动信号En的致能与否，来对应地驱动电容值测量电路30将积分电压Vx拉低一个负向电压差值ΔV(-)，或是提升一个正向电压差值ΔV(+)。计数数据D_cnt的数值例如等于电容值测量电路30对积分电压Vx执行拉低一个负向电压差值ΔV(-)的操作的操作次数。

在积分期间TP_IT3结束时，计数资料D_cnt例如等于数值Y，Y为自然数。换言之，在积分期间TP_IT3中，电容值测量电路30执行Y次将积分电压Vx拉低一个负向电压差值ΔV(-)的操作，并执行X-Y次将积分电压Vx提升一个正向电压差值ΔV(+)的操作。这样，积分电压Vx在积分期间TP_IT3结束时的位准Vx(tX)满足方程式：

(17)  Vx(tX)＝Vx(t0)+Y×ΔV(-)+(X-Y)×ΔV(+)

假定条件：

(18)  Vx(tX)＝Vx(t0)+ΔV_ERR

方程式(17)可改写为：

$\left(19\right)---\mathrm{Vx}\left(t0\right)+{\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{ERR}}=\mathrm{Vx}\left(t0\right)+Y\×\frac{(\mathrm{Vf}2-\mathrm{Vf}1)\×(-\mathrm{Cc})}{\mathrm{Ci}}+X\×\frac{(\mathrm{Vf}2-\mathrm{Vf}1)\×(\mathrm{Cx}-\mathrm{Cadj})}{\mathrm{Ci}}$

$\⇒\mathrm{Cx}-\mathrm{Cadj}=\mathrm{Cc}\×\frac{Y}{X}+\frac{\mathrm{Ci}\×\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{ERR}}}{X\×(\mathrm{Vf}2-\mathrm{Vf}1)}$

若满足条件：

(20)  X×(Vf2-Vf1)＞＞Ci×ΔV_ERR

方程式(19)可以改写为：

$\left(21\right)---\mathrm{Cx}-\mathrm{Cadj}=\mathrm{Cc}\×\frac{Y}{X}$

这样，本实施例的处理器电路38可根据数值Y、X及已知电容Cc运算得到待测电容Cx的变化量。在本实施例中，数值Y例如等于8。

请参照图11A，其示出了根据本发明第二实施例的电容值测量方法的流程图。首先如步骤(a’)，控制电路32响应于频率信号CK_a1’及CK_a2’切换待测电容Cx及电容值可调变电路Cadj的至少一端的电压，来将积分电压Vx调整为积分电压Vx的目前位准与差值电压ΔV(+)之和，差值电压ΔV(+)与待测电容Cx与电容值可调变电容Cadj的等效电容值的差值有关。

接着如步骤(b’)，处理器电路38判断是否接收到控制信号CS4致能的控制事件，若否，重复执行步骤(a’)，若是，执行步骤(c’)。当接收到控制信号CS4致能的事件时执行步骤(c’)，计数器电路38d将计数数据D_cnt的数值递增1。接着如步骤(d’)，处理器电路38提供频率信号来在操作子期间中切换已知电容Cc、待测电容Cx及电容值可调变电路Cadj的至少一端的电压，来将积分电压Vx调整为积分电压Vx的目前位准与差值电压ΔV(-)之和。差值电压ΔV(-)与已知电容Cc、待测电容Cx及电容值可调变电路Cadj的电容值有关。

接着如步骤(e’)，处理器电路38判断积分期间TP_IT3是否终止，若否，重复执行步骤(a’)，若是，执行步骤(f’)。当积分期间TP_IT3终止时执行步骤(f’)，处理器电路38根据计数数据D_cnt的数值Y得到控制电路34在积分期间TP_IT3中执行步骤(c’)的操作次数，并根据操作次数Y、数值X及已知电容Cc的电容值运算得到待测电容Cx的电容值变化量。

在一个例子中，如图11B所示，当在步骤(b′)中处理器电路38判断接收到控制信号Cs4致能的控制事件时执行步骤(e1′)，处理器电路38判断积分期间TP_IT3是否终止，若否，执行步骤(c′)，若是，执行步骤(f′)。当在步骤(b’)中处理器电路38判断没有接收到控制信号CS4致能的控制事件时执行步骤(e2’)，处理器电路38判断积分期间TP_IT3是否终止，若否，执行步骤(a’)，若是，执行步骤(f’)。

在一个例子中，如图11C所示，在步骤(c’)与(d’)之间还包括步骤(e3′)，处理器电路38判断积分期间TP_IT3是否终止，若否，执行步骤(d′)，若是，执行步骤(f’)。

与第一实施例相似，本实施例的电容值测量方法在步骤(a’)之前还包括步骤(g’)，来将积分电压Vx的位准设定为起始电压VR。

在本实施例中，虽仅以电容值测量电路30具有如图8A和8B所示的电路结构的例子作说明，但是，本实施例的电容值测量电路30并不局限于具有如图8A和8B所示的电路结构。在另一个例子中，本实施例的电容值测量电路30可如图12所示。在图12中虽仅以待测电容Cx的一端接收电压Vf1的例子作说明，但是，待测电容Cx的一端并不局限于接收电压Vf1，而还可接收其它任何介于最高电压VDD与接地电压之间的电压。

与第一实施例相似的，本实施例的电容值测量电路也以待测电容及电容值可调变电路的差值来对积分电压进行积分操作。这样，本实施例的电容值测量电路也具有差值电压ΔV(+)较小、可将积分电容整合于集成电路中、电路成本较低、噪声边际较高及可准确地对待测电容的变化量进行测量的优点。

另外，本实施例的电容值测量电路是通过三角积分算法来对积分电压进行积分。这样，与第一实施例的电容值测量电路相比，本实施例的电容值测量电路还具有数值N可设计的数值范围较大及电容值测量分辨率较高的优点。

在本发明上述第一和第二实施例中，电容值测量电路10～40还例如通过执行电容值设定操作来使电容值可调变电路Cadj的电容值接近待测电容Cx的电容值。举例来说，请参照图13，其示出根据本发明实施例的电容值测量电路进行电容值设定操作时的相关信号时序图。

处理器电路是将电容值可调变电路Cadj的电容值设定为最小值，接着在电容值设定期间TP_ADJ(j)中根据待测电容Cx与电容值可调变电路Cadj对积分电压Vx进行积分，j为自然数。处理器电路还在电容值设定期间TP_ADJ(j)结束后判断积分电压Vx与起始电压Vi的大小。

举例来说，在电容值设定期间TP_ADJ(Z)结束时，处理器电路判断积分电压Vx大于起始电压Vi，z为自然数。此时，表示电容值可调变电路Cadj的电容值小于待测电容Cx的电容值。这样，处理器电路调整设定信号Sadj来提升电容值可调变电路Cadj的电容值。重复上述操作，直到处理器检测到积分电压Vx小于起始电压Vi的临界条件时(例如在电压值设定期间TP_ADJ(Z+1)结束时)，终止上述操作。此时，电容值可调变电路Cadj的电容值接近待测电容Cx的电容值。

在电容值设定期间TP_ADJ(j)及电压设定期间TP_PS’中，处理器电路还用以输出非致能的控制信号CS5以非致能积分电容Ci中的开关Sc2，使得积分电容Ci的电容值等于电容Ci1而非等于电容Ci1与Ci2之和。根据方程式(3)及(5)可知，积分电容Ci负相关于差值电压ΔV1及ΔV2的大小。这样，通过非致能开关Sc2来降低积分电容Ci的等效电容值可提高执行在电容值设定期间TP_ADJ(j)中的积分操作的差值电压，使得电容值测量电路更容易分辨积分电压Vx与起始电压Vi间的大小关系。

请参照图14，其示出了根据本发明实施例的电容值设定方法的相关流程图。电容值设定方法例如执行于上述第一和第二实施例的电容值测量方法的步骤(a)与(a′)之前，本实施例的电容值设定方法例如包括下列步骤。首先如步骤(h)，处理器电路提供设定讯号Sadj来设定电容值可调变电路Cadj的等效电容值，在一个实例中，该等效电容值例如为电容值可调变电路Cadj的最小电容值。接着如步骤(i)，控制电路响应于频率信号CK_a1”及CK_a2”切换待测电容Cx及电容值可调变电路Cadj的至少一端的电压，来将积分电压Cx调整为目前积分电压Vx与差值电压ΔV(+)之和。

然后如步骤(j)，在电压设定期间TP_ADJ(j)中重复执行L次步骤(i)，来将积分电压Vx调整为终止电压Vf(j)。接着如步骤(k)，处理器电路判断终止电压Vf(j)是否满足小于起始电压Vi的临界条件，若否，执行步骤(m)，若是，执行步骤(l)。

如步骤(m)，处理器电路调整设定信号Sadj的数值，使可调变电路Cadj的电容值增加最小可调的电容值，并重复执行步骤(i)。如步骤(l)，处理器电路以目前的设定信号Sadj的数值决定电容值可调变电路Cadj的等效电容值。在步骤(l)之后，执行图11A中的步骤(g’)或图5中的步骤(f)。

其中在步骤(h)与(i)之间还包括步骤(n)，处理器电路在电容值设定期间TP_ADJ(j)及电压设定期间TP_PS’中提供非致能的控制信号CS5来关闭积分电容Ci中的开关Sc2，来降低积分电容Ci的等效电容值。

综上所述，虽然本发明已经以优选实施例披露如上，但是其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可作各种的改动与修改。因此，本发明的保护范围根据所附权利要求所限定的内容为准。

主要组件符号说明

10、20、30、40：电容值测量电路

12、14、22、24、32、34、42、44：控制电路

SW1、SW2、SW3、SW1′、SW2′、SW3′、SW1″、SW2″、SW3″：开关电路

Sa1～Sa4、Sb1、Sb2、Sc1、Sc2、Sa31、Sa32、Sa41、Sa42、Sb11、Sb12、Sb21、Sb22：开关

Cx：待测电容        Cadj：电容值可调变电路

Cc：已知电容        16、26、36、46：积分器电路

Ci：积分电容           Ci1、Ci2：电容

OP1、OP2、OP3、OP4：运算放大器

18、28、38、48：处理器电路

18a、38a：逻辑电路

18a1、18a2、38a1、38a2：逻辑单元

and_1～and_4、and_1′～and_4′：逻辑闸

18b、38b：比较器电路

18c、38c：振荡器电路

18d、38d：计数器电路

18e、38e：闩锁器电路

18f、38f：运算电路

(a)～(f)、(a′)～(f′)、(g)～(l)：操作步骤。

Claims (10)

1.一种电容值测量电路，包括：

积分器电路，具有第一输入端及第一输出端，所述第一输出端上具有积分电压，所述积分器电路用以响应于第一控制信号的致能位准，将所述积分电压设定为起始位准；

第一控制电路，包括第二输出端、待测电容及电容值可调变电路，所述第二输出端电性连接至所述第一输入端，所述电容值可调变电路响应于设定信号的信号数值来决定等效电容值，所述等效电容值接近所述待测电容的电容值，所述第一控制电路用以响应于第一组频率信号切换所述待测电容的至少一端及所述电容值可调变电路的至少一端上的电压位准，以执行第一调整操作，将所述积分电压调整为所述积分电压的目前位准与第一差值电压之和，所述第一差值电压与所述待测电容的电容值与所述等效电容值的差值有关；

第二控制电路，包括第三输出端及已知电容，所述第三输出端电性连接至所述第一输入端，所述第二控制电路用以响应于第二组频率信号切换所述已知电容的至少一端上的电压位准，以执行第二调整操作，将所述积分器电压调整为所述积分电压的目前位准与第二差值电压之和；以及

处理器电路，用以提供所述第一组及所述第二组频率信号来分别驱动所述第一及所述第二控制电路分别执行所述第一及所述第二调整操作、计算在第一积分期间中，所述第二控制电路执行所述第二调整操作的操作次数，并根据所述操作次数及所述已知电容的电容值运算得到所述待测电容的电容值。

2.根据权利要求1所述的电容值测量电路，其中，所述第一控制电路还包括：

第一开关电路，用以响应于所述第一组频率信号中的第一正向频率信号的致能位准，提供第一电压至所述待测电容的第一端，并响应于所述第一组频率信号中第一反相频率信号的致能位准，使所述待测电容的第一端耦接至所述积分器电路；

其中，所述第一正向及所述第一反相频率信号互为反相信号。

3.根据权利要求2所述的电容值测量电路，其中，所述第一控制电路还包括：

第二开关电路，用以响应于所述第一正向频率信号的致能位准，提供第二电压至所述电容值可调变电路的第一端，并响应于所述第一反相频率信号的致能位准，使所述电容值可调变电路的第一端耦接至所述积分器电路；

其中，所述待测电容的第二端及所述电容值可调变电路的第二端接收第三电压。

4.根据权利要求2所述的电容值测量电路，其中，所述第一控制电路还包括：

第二开关电路，用以响应于所述第一正向频率信号的致能位准，使所述电容值可调变电路的第一端及第二端分别接收第二电压及所述第一电压，并响应于所述第一反相频率信号的致能位准，使所述电容值可调变电路的第一端及第二端分别耦接至所述积分器电路及接收所述第二电压。

5.根据权利要求1所述的电容值测量电路，其中，所述积分器电路包括：

运算放大器，正输入端与负输入端分别接收第四电压及耦接至所述第一及所述第二控制电路，所述输出端耦接至所述处理器电路；

第一积分电容，所述积分电容的两端分别耦接至所述运算放大器的负输入端及所述输出端；及

第四开关电路，第一端及第二端分别耦接至所述运算放大器的负输入端及所述输出端，所述第四开关电路用以响应于第一控制信号的致能位准导通，以短路连接所述运算放大器的负输入端与所述输出端，并设定所述运算放大器的负输入端与所述输出端的电压为所述第四电压。

6.根据权利要求5所述的电容值测量电路，其中，所述积分器电路还包括第二积分电容及第五开关电路，所述第二积分电容及所述第五开关电路串联地连接于所述运算放大器的负输入端及所述输出端，所述第五开关电路用以响应于第二控制信号的致能位准而导通，使得所述第一及所述第二积分电容为并联连接。

7.根据权利要求1所述的电容值测量电路，所述处理器电路包括：

比较器电路，用以比较所述积分电压及第四电压的位准高低，以输出第三控制信号；

第一逻辑电路，用以在所述第一积分期间中判断所述第三控制信号是否满足触发条件，并在所述第三控制信号满足触发条件时，触发控制事件；

第二逻辑电路，用以在所述第一积分期间中产生所述第一组频率信号驱动所述第一控制电路，并用以响应于所述控制事件产生所述第二组频率信号，以驱动所述第二控制电路；

计数器电路，用以在所述第一积分期间中，响应于所述控制事件将计数数值递增1，在所述第一积分期间之后，所述计数器电路以所述计数数值做为所述操作次数输出；及

闩锁电路，用以响应于闩锁控制信号的致能位准，记录所述操作次数。

8.一种电容值测量方法，包括：

(a)响应于第一组频率信号，切换待测电容的至少一端及电容值可调变电路的至少一端的电压，以执行第一调整操作，将积分电容的一端上的积分电压调整为所述积分电压的目前位准与第一差值电压之和，所述第一差值电压与所述待测电容的电容值与所述电容值可调变电容的等效电容值的差值有关；

(b)重复执行N次步骤(a)，以将所述积分电压从第一位准调整为第二位准，N为自然数；

(c)响应于第二组频率信号，切换已知电容的至少一端的电压，以执行第二调整操作，将所述积分电压调整为所述积分电压的目前位准与第二差值电压之和；

(d)判断是否接收到第一控制事件，若否，重复执行步骤(c)，若是，执行步骤(e)；

(e)决定积分期间，并计算在在所述积分期间中包括的所述第二组频率信号的频率周期数M，并根据数值M、N及所述已知电容的电容值来计算得到所述待测电容的电容值。

9.一种电容值测量方法，包括：

(a)响应于第一组频率信号，切换已知电容的至少一端的电压，以执行第一调整操作，将积分电容的一端上的积分电压调整为所述积分电压的目前位准与第一差值电压的和；

(b)重复执行N次步骤(a)，以将所述积分电压从第一位准调整为第二位准，N为自然数；

(c)响应于第二组频率信号，切换待测电容的至少一端及电容值可调变电路的至少一端的电压，以执行第二调整操作，将所述积分电压调整为所述积分电压的目前位准与第二差值电压之和，所述第二差值电压与所述待测电容的电容值与所述电容值可调变电容的等效电容值的差值有关；

(d)判断是否接收到第一控制事件，若否，重复执行步骤

(c)，若是，执行步骤(e)；

(e)决定积分期间，并计算在所述积分期间中包括的所述第二组频率信号的频率周期数M，并根据数值M、N及所述已知电容的电容值来计算得到所述待测电容的电容值。

10.一种电容值测量方法，用以在积分期间对待测电容的电容值进行测量，所述电容值测量方法包括：

(a)响应于第一组频率信号，切换待测电容的至少一端及电容值可调变电路的至少一端的电压，以执行第一调整操作，将储存于积分电容的一端上的积分电压调整为所述积分电压的目前位准与第一差值电压之和，所述第一差值电压与所述待测电容的电容值和所述电容值可调变电容的等效电容值的差值有关；

(b)判断是否接收到第一控制事件；

(c)当接收到所述第一控制事件时，将计数数值递增1；

(d)并在一个操作期间中切换已知电容的至少一端的电压，以执行第二调整操作，将所述积分电压调整为所述积分电压的目前位准与第二差值电压之和，所述第二差值电压与所述已知电容的电容值有关；

(e)判断所述积分期间是否终止；以及

(f)当所述积分期间终止时，根据所述计数数值得到在所述积分期间中，所述第二控制电路执行所述第二调整操作的操作次数，并根据所述操作次数及所述已知电容的电容值运算得到所述待测电容的电容值。

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