JP7215253B2 - 静電容量検出装置 - Google Patents
静電容量検出装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7215253B2 JP7215253B2 JP2019046086A JP2019046086A JP7215253B2 JP 7215253 B2 JP7215253 B2 JP 7215253B2 JP 2019046086 A JP2019046086 A JP 2019046086A JP 2019046086 A JP2019046086 A JP 2019046086A JP 7215253 B2 JP7215253 B2 JP 7215253B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- capacitance
- detection
- capacitor
- intermediate potential
- combined
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2605—Measuring capacitance
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
この構成によれば、前記検出部は、前記中間電位と前記参照電位との差分電圧を検出すればよいため、例えば前記中間電位の全範囲に比べて検出に要する範囲をより縮小できる。
この構成によれば、前記増幅部により、前記中間電位と前記参照電位との前記差分電圧が増幅されることで、該差分電圧をより際立たせることができる。
この構成によれば、前記中間電位と前記参照電位との前記差分電圧をデジタル値で扱うことができ、より円滑な演算処理を実現できる。
図1に示すように、静電容量検出装置は、コンデンサアレイ11と、検出コンデンサ12と、第1スイッチ13と、第2スイッチ14と、第3スイッチ15と、増幅部としての差動増幅回路16と、AD変換部としてのAD変換回路17と、制御回路18とを備える。
また、容量Cnのコンデンサ22に接続されるスイッチ23は、制御回路18により設定されるコンデンサアレイ11の制御値bn(n=0~7)に応じてオン状態及びオフ状態が切り替えられる。すなわち、スイッチ23は、制御値bnが「1」であるときにオン状態となり、制御値bnが「0」であるときにオフ状態となる。
Cs=b0・C0+b1・C1+…+b7・C7…(2)
つまり、合成容量Csは、容量C0を最小単位(LSB)に、制御値bn(「1」又は「0」)に応じて変化する。
図1に示すように、検出コンデンサ12は、図示しない検出対象物が存在しなければ、それ自体の容量や周囲環境で決定される寄生容量などを含む概ね安定した容量(以下、「検出容量Cx」ともいう)を有する。ただし、検出容量Cxは、周囲環境が変化することで、これに含まれる寄生容量と共に変化する。また、検出容量Cxは、検出対象物が存在することで変動する。「検出対象物の存在」とは、例えば検出コンデンサ12への検出対象物の近接又は接触を意味する。
Vout=V1/(1+Cx/Cs)…(3)
つまり、中間電位Voutは、合成容量Csに対する検出容量Cxの比(=Cx/Cs)に反比例する。
ΔV=Vout-Vref=V1/(1+Cx/Cs)-V1/2…(4)
従って、合成容量Csが検出容量Cxに一致するとき(Cx/Cs=1)、中間電位Voutが参照電位Vrefに一致して差分電圧ΔVがゼロとなる。
つまり、検出部18aとしての制御回路18は、中間電位Voutに相関する差分電圧ΔVを検出する。
3.差分電圧ΔVの極性に応じて制御値b7を「1」又は「0」に決定する。そして、制御値b7の決定値aをその内蔵するメモリに記憶する。すなわち、差分電圧ΔVの極性が負である場合、検出容量Cxよりも合成容量Cs(=C7)の方が小さいことから、制御値b7の決定値aを「1」にする。一方、差分電圧ΔVの極性が正である場合、検出容量Cxよりも合成容量Cs(=C7)の方が大きいことから、制御値b7の決定値aを「0」にする。
5.前述の処理Aに従って差分電圧ΔV(=Vout-V1/2)を入力等する。
7.4~6の処理を同様に繰り返して、次のビットである制御値b5~b0を「1」又は「0」に決定するとともに、それらの決定値c~hをその内蔵するメモリに記憶する。
Csb1=a・C7+b・C6+…+h・C0…(5)
つまり、設定値「abcd_efgh」に合わせて制御値bn(n=0~7)が設定されることで、合成容量Csが第1基準合成容量Csb1に一致する。
=V1/(1+Cx/(Csb1-ΔCx_th))-V1/2
より、
ΔCx_th=ΔC・Csb1/(Cx+ΔC)…(6)
つまり、合成容量Csを第1基準合成容量Csb1から式(6)で表される容量変化量ΔCx_thだけ減少させれば、中間電位Voutに判定電圧変化量DVjが生じる。容量変更部18eとしての制御回路18は、検出対象物の存在に伴って生じる検出容量Cxの容量変化ΔCに基づく判定電圧変化量DVjが生じるように、第1基準合成容量Csb1を予め設定された所定の容量変化量ΔCx_thだけ変更するべくスイッチング制御部18bを制御する。
つまり、容量Cdnは、基本的に容量Cnよりも小さな容量が対応するものの、その上位の容量Cd7,Cd8は容量Cnと重複している。
次に、ステップS5において制御回路18は、このときの差分電圧ΔVに基づいて、判定閾値ΔVthを設定する。
(1)本実施形態では、取得部18cにより、中間電位Voutが参照電位Vrefに一致するときのコンデンサアレイ11の容量に直近の基準合成容量Csbが取得される。そして、判定部18dにより、合成容量Csが基準合成容量Csbであるときの中間電位Voutの電圧変化量DVと判定閾値ΔVthとの大小関係に基づいて、検出対象物の存否が判定される。
(9)本実施形態では、複数のコンデンサ22の容量Cn(n=0~7)が2のべき乗の関係になっていることで、二分探索により最短で基準合成容量Csbを取得でき、ひいては判定閾値ΔVthの設定等に必要な時間をより短縮できる。
・図8に示すように、例えば容量変化量ΔCx_thが極めて小さく、容量Cnの分解能で表せない場合は、専用の調整容量部51を複数の容量部21に更に並列接続してもよい。調整容量部51は、直列接続の調整コンデンサ52及び調整スイッチ53を有する。調整コンデンサ52は、容量Cnの分解能で表せない容量Cmを有する。容量Cmは、調整コンデンサ52をオン状態にするとともに、容量Cn(n=0~7)のいずれかのオン・オフ状態を切り替えることで、合成容量Csを容量変化量ΔCx_thだけ減じることができるように設定されている。
・前記実施形態において、第2基準合成容量Csb2を基準合成容量Csbとしてもよい。つまり、取得部18cとしての制御回路18は、ADCの入力範囲内で閾値判定ができることを前提として中間電位と参照電位との大小関係が反転する付近の合成容量のうちのいずれかを基準合成容量Csbとして取得すればよい。この場合、制御回路18は、隣り合う二つの合成容量のうちの中間電位及び参照電位の偏差が小さい方の合成容量を基準合成容量Csbとして取得することが好ましい。これにより、第1及び第2基準合成容量Csb1,Csb2の間で合成容量Csと中間電位Voutとが比例関係にあると見なせば、差分電圧ΔVは容量C0の1/2以下相当の値となる。
・前記実施形態において、差動増幅回路16を省略して差分電圧ΔVをそのままAD変換回路17でAD変換してもよい。
(イ)上記静電容量検出装置において、
前記複数のコンデンサの容量は、2のべき乗の関係になっている、静電容量検出装置。
Claims (5)
- 互いに容量の異なる複数の並列接続のコンデンサを有し、それら複数のコンデンサのオン・オフ状態が選択的に切り替えられることで合成容量が変化するコンデンサアレイと、
前記コンデンサアレイに直列接続された検出コンデンサと、
前記複数のコンデンサを選択的にオン・オフ状態に切り替えるスイッチング制御部と、
前記合成容量及び前記検出コンデンサの容量による電源の容量分圧の電位である中間電位を検出する検出部と、
前記中間電位と予め設定された参照電位との大小関係が反転する付近の前記合成容量のうちのいずれかを基準合成容量として取得する取得部と、
前記合成容量が前記基準合成容量であるときの前記中間電位の変化量と判定閾値との大小関係に基づいて、検出対象物の存否を判定する判定部と、
前記検出対象物の存在に伴って生じる前記検出コンデンサの容量変化に基づく前記中間電位の変化量が生じるように、前記基準合成容量を予め設定された所定の容量変化量だけ変更するべく前記スイッチング制御部を制御する容量変更部と、
前記基準合成容量における前記中間電位と前記変更された基準合成容量における前記中間電位との差分に基づき前記判定閾値を設定する設定部とを備えた、静電容量検出装置。 - 請求項1に記載の静電容量検出装置において、
前記検出部は、前記中間電位と前記参照電位との差分電圧を検出する、静電容量検出装置。 - 請求項2に記載の静電容量検出装置において、
前記中間電位と前記参照電位との前記差分電圧を増幅する増幅部を備えた、静電容量検出装置。 - 請求項2又は3に記載の静電容量検出装置において、
前記中間電位と前記参照電位との前記差分電圧をAD変換するAD変換部を備えた、静電容量検出装置。 - 請求項1に記載の静電容量検出装置において、
前記設定部で設定する前記判定閾値が所定の正常判定数値範囲に収まるか否かに基づいて正常か否かを判定する自己診断部を備えた、静電容量検出装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019046086A JP7215253B2 (ja) | 2019-03-13 | 2019-03-13 | 静電容量検出装置 |
US16/815,321 US11346873B2 (en) | 2019-03-13 | 2020-03-11 | Capacitance detection device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019046086A JP7215253B2 (ja) | 2019-03-13 | 2019-03-13 | 静電容量検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020148605A JP2020148605A (ja) | 2020-09-17 |
JP7215253B2 true JP7215253B2 (ja) | 2023-01-31 |
Family
ID=72424527
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019046086A Active JP7215253B2 (ja) | 2019-03-13 | 2019-03-13 | 静電容量検出装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11346873B2 (ja) |
JP (1) | JP7215253B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6962889B2 (ja) * | 2018-09-20 | 2021-11-05 | 矢崎総業株式会社 | 自己診断機能付き電圧測定装置、及び、電圧測定装置の自己診断方法 |
WO2020213955A1 (ko) * | 2019-04-16 | 2020-10-22 | 주식회사 유진로봇 | 모바일 로봇의 초기화 진단 방법 및 시스템 |
JP7248559B2 (ja) * | 2019-10-30 | 2023-03-29 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 半導体装置及び容量センサ装置 |
JP2022115310A (ja) * | 2021-01-28 | 2022-08-09 | セイコーエプソン株式会社 | 集積回路 |
CN112965605A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-06-15 | 安徽大学 | 一种近程电容式静态手势识别***及方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003028741A (ja) | 2001-07-11 | 2003-01-29 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 静電容量型センサ装置 |
JP4310695B2 (ja) | 2004-03-30 | 2009-08-12 | アイシン精機株式会社 | 静電容量変化検出装置 |
US20100244859A1 (en) | 2009-03-27 | 2010-09-30 | Texas Instruments Incorporated | Deconvolution-based capacitive touch detection circuit and method |
JP2013088383A (ja) | 2011-10-21 | 2013-05-13 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 静電容量検出回路、およびタッチセンサの信号処理回路 |
JP2015169516A (ja) | 2014-03-06 | 2015-09-28 | アルプス電気株式会社 | センサ装置の検査方法及びそのセンサ装置 |
JP2017083402A (ja) | 2015-10-30 | 2017-05-18 | アイシン精機株式会社 | 静電容量検出装置 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4356003B2 (ja) | 2003-09-30 | 2009-11-04 | アイシン精機株式会社 | 静電容量検出装置 |
-
2019
- 2019-03-13 JP JP2019046086A patent/JP7215253B2/ja active Active
-
2020
- 2020-03-11 US US16/815,321 patent/US11346873B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003028741A (ja) | 2001-07-11 | 2003-01-29 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 静電容量型センサ装置 |
JP4310695B2 (ja) | 2004-03-30 | 2009-08-12 | アイシン精機株式会社 | 静電容量変化検出装置 |
US20100244859A1 (en) | 2009-03-27 | 2010-09-30 | Texas Instruments Incorporated | Deconvolution-based capacitive touch detection circuit and method |
JP2013088383A (ja) | 2011-10-21 | 2013-05-13 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 静電容量検出回路、およびタッチセンサの信号処理回路 |
JP2015169516A (ja) | 2014-03-06 | 2015-09-28 | アルプス電気株式会社 | センサ装置の検査方法及びそのセンサ装置 |
JP2017083402A (ja) | 2015-10-30 | 2017-05-18 | アイシン精機株式会社 | 静電容量検出装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US11346873B2 (en) | 2022-05-31 |
JP2020148605A (ja) | 2020-09-17 |
US20200292601A1 (en) | 2020-09-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7215253B2 (ja) | 静電容量検出装置 | |
US9658270B2 (en) | Inspection method of sensor device and sensor device | |
JP5429207B2 (ja) | 容量式物理量検出装置 | |
US9702914B2 (en) | Capacitance measurement device and electronic device thereof | |
US10074004B2 (en) | Capacitive fingerprint sensor with integrator | |
KR101239844B1 (ko) | 터치 감지 장치 | |
US10338022B2 (en) | Sensor circuit and method for measuring a physical or chemical quantity | |
TWI392877B (zh) | 電容感測電路以及電容差異感測方法 | |
EP3709514B1 (en) | Capacitance detection device | |
US20100141275A1 (en) | Electrostatic capacitance detection device, electrostatic capacitance detection circuit, electrostatic capacitance detection method, and initialization method | |
US10572058B2 (en) | Integrator circuit device and operating method thereof | |
TW201821958A (zh) | 電容値量測電路及電容値量測方法 | |
KR20180093871A (ko) | 전압 측정 회로 | |
CN111771109B (zh) | 静电电容检测装置 | |
US10088497B2 (en) | Acceleration sensor | |
US10473329B2 (en) | Flame sense circuit with variable bias | |
JP2017188733A (ja) | 信号処理回路、クーロンカウンタ回路、電子機器 | |
JP7298366B2 (ja) | 静電容量検出装置 | |
JP4161873B2 (ja) | 静電容量型距離センサ | |
JP2017200057A (ja) | 半導体装置、電池監視システム、及びテスト方法 | |
CN113075459B (zh) | 静电容量检测装置 | |
JP6399447B2 (ja) | 赤外線検出装置 | |
US20230266371A1 (en) | Impedance measurement | |
CN111707297A (zh) | 传感器补偿电路 | |
KR20220144574A (ko) | 지능형 센서 인식을 위한 센서 인터페이스 장치 및 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220215 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221214 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221220 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230102 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7215253 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |