CN115932692A - 一种用于电容测量系统的非线性校准电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电容测量系统的非线性校准电路和方法，包括：初始电容、待测量电容、量化单元、电容补偿单元、比较器、计数单元、校准电容，其中，所述初始电容的第一端与量化单元连接，初始电容的第二端连接地，量化单元与比较器的第一输入端连接，比较器的输出端与计数单元的输入端连接；所述待测量电容的第一端分别与量化单元、电容补偿单元连接，待测量电容的第二端连接地；所述校准电容的第一端与待测量电容的第一端连接，校准电容的第二端连接地。本发明补偿PCB板上的寄生电容，并对补偿后的待测量电容进行非线性校准，在实际应用中只对补偿后待测量电容中的可变化电容进行测量，从而提高测量量化的速度和精度。

Description

一种用于电容测量系统的非线性校准电路和方法

技术领域

本发明涉及电容测量校准技术领域，特别涉及一种用于电容测量系统的非线性校准电路和方法。

背景技术

电容触控技术凭借其结构简单，功耗低，响应速度快以及抗干扰能力强等优势，被广泛应用于家电，工业类产品以及手机等消费类产品中。而电容测量系统的基本原理是对被测量电容上的电荷进行测量和处理，而PCB板上的寄生电容一般都是很大的，远高于需要测量电容的变化范围，因此需要补偿技术将大的寄生电容补偿掉，只测量少量和变化范围内的电容值。

现有的方案给出三种补偿的方式：

（1）电流补偿，每次引入一定量的电流噪声，对于大的寄生电容累计起来的电流噪声占比也是很大的，并且对于系统上有速度的要求，补偿电流需要一个很大的电流才能快速补偿完成，这对于功耗的消耗也很大；

（2）电阻补偿，采取的是放电的方式，RC放电过程本身就是非线性的，并且没有完全稳定的时间，而且放电时间也会随着时钟抖动产生影响等，不利于应用；

（3）电容补偿，在无源积分器应用下，电容补偿在电荷共享的过程中与电压相关，因此会存在非线性，尤其是在待测量电容并没有远小于无源积分电容的情况下。

综合考虑以上三种补偿方式，电容补偿的方案功耗最小，速度也是最快的，非线性相比与电阻补偿要小很多，但是这种方式目前只能应用在有片外无源积分器的条件下。

发明内容

本发明的目的在于本方案的电容补偿的方式都可以引入到片外有源积分器和片内有源积分器的方案中，来获取其优势，并给出相应的校准方案，解决在本方案中电容补偿的非线性问题，提供一种用于电容测量系统的非线性校准电路和方法。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种用于电容测量系统的非线性校准电路，包括：初始电容、待测量电容、量化单元、电容补偿单元、比较器、计数单元、校准电容，其中，

所述初始电容的第一端与量化单元连接，初始电容的第二端连接地，量化单元与比较器的第一输入端连接，比较器的输出端与计数单元的输入端连接；

所述待测量电容的第一端分别与量化单元、电容补偿单元连接，待测量电容的第二端连接地；

所述校准电容的第一端与待测量电容的第一端连接，校准电容的第二端连接地。

更进一步地，还包括放大器，所述放大器的第一输入端与量化单元连接，放大器的输出端分别与量化单元和比较器的第一输入端连接。

更进一步地，所述初始电容、待测量电容、校准电容的第一端均通过开关CK_CG连接基准电压Vref。

更进一步地，所述量化单元包括开关CK_S1、电流检测器；所述开关CK_S1的第一端与比较器的第一输入端连接，开关CK_S1的第二端与电流检测器的第一端连接，电流检测器的第二端连接地。

更进一步地，所述电容补偿单元包括开关CK_COMP_N、开关CK_COMP_P、补偿电容Cd；

所述开关CK_COMP_N的第一端与待测量电容的第一端连接，开关CK_COMP_N的第二端分别与开关CK_COMP_P的第一端、补偿电容Cd的第一端连接，开关CK_COMP_P的第二端、补偿电容Cd的第二端均连接地。

更进一步地，所述放大器还连接有反馈电容Cint，所述反馈电容Cint的第一端与放大器的第一输入端连接，反馈电容Cint的第二端与放大器的输出端连接；所述反馈电容Cint并联有开关K6，当开关K6断开时，放大器接入校准电路。

一种用于电容测量系统的非线性校准方法，应用于上述任一项的校准电路，包括以下步骤：

步骤1，将初始电容接入校准电路，对初始电容进行量化，得到初始次数，所述初始次数为对初始电容的电荷进行量化的次数；

步骤2，将初始电容换为待测量电容接入校准电路，对待测量电容尝试不同的补偿次数，使得对补偿后的待测量电容进行量化时，得到的量化次数小于初始次数，所述量化次数为对补偿后的待测量电容的电荷进行抽取的次数；同时获得量化次数小于初始次数时对待测量电容的补偿次数N；

步骤3，将放大器接入校准电路的第一输入端，对待测量电容进行N次补偿后，对补偿后的待测量电容进行量化，当放大器积分电容上的电荷量为0时，完成本次量化，得到第一计数；

步骤4，分别在待测量电容处并入第一校准电容、第二校准电容，重复步骤3，分别得到第二计数、第三计数；

步骤5，将第一计数、第二计数、第三计数分别带入校准曲线y=ax²+bx+c，得到校准曲线的系数a、b、c，完成对电容测量系统的非线性校准。

更进一步地，所述步骤1得到初始次数的步骤，具体包括：

基准电压Vref对初始电容C进行充电，充电完成后初始电容C上存储的电荷为Q，通过量化单元对初始电容C上的电荷Q进行量化，直到初始电容C上的电压为共模电压Vcm，所述共模电压Vcm为比较器第二输入端的接入电位；

量化单元对初始电容C上的电荷Q进行量化的过程包括：重复将开关CK_S1持续闭合∆t时长后断开，直到初始电容C上的电压为共模电压Vcm，将计数单元的计数值记为初始次数n1。

更进一步地，所述步骤2得到量化次数的步骤，包括：

基准电压Vref对待测量电容Cs进行充电；

电容补偿电路对待测量电容Cs进行补偿；

量化单元对进行N次补偿后待测量电容Cs上剩余的电荷Q_N进行量化，直到待测量电容Cs上的电压为共模电压Vcm，完成量化过程；

量化单元对进行N次补偿后待测量电容Cs上剩余的电荷Q_N进行量化的过程包括：重复将开关CK_S1持续闭合∆t时长后断开，直到待测量电容Cs上的电压为共模电压Vcm，将计数单元的计数值记为量化次数n2；

若n2大于n1，则重新调整补偿次数N的大小，使得待测量电容Cs进行N次补偿后剩余的电荷Q_N，经过量化单元完成量化后，得到的量化次数n2小于初始次数n1；同时获得量化次数n2小于初始次数n1时对待测量电容Cs的补偿次数N。

更进一步地，所述步骤3中得到第一计数的步骤，包括：

对待测量电容Cs进行N次补偿后，待测量电容Cs中剩余电荷为Q_N1；将放大器接入校准电路，量化单元对放大器积分电容上的电荷量Q_T1进行量化，其中Q_T1=Q_N1-Vcm，Vcm为放大器第二输入端电压，且Vcm=Vref/2，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T1为0；

量化单元对放大器积分电容上的电荷量Q_T1进行量化的过程包括：重复将开关CK_S1持续闭合∆t时长后断开，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T1为0，将计数单元的计数值记为第一计数m1。

更进一步地，所述步骤4中得到第二计数的步骤，包括：

将第一校准电容C1与待测量电容Cs并联，构成电容组Cs1，基准电压Vref对电容组Cs1进行充电，充电完成后电容组Cs1上存储的电荷为Q₀₂；电容补偿电路对电容组Cs1进行N次补偿后，电容组Cs1上剩余的电荷为Q_N2；

量化单元对放大器积分电容上的电荷量Q_T2进行量化，其中Q_T2=Q_N2-Vcm*Cs1，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T2=0；

量化单元对放大器积分电容上的电荷量Q_T2进行量化的过程包括：重复将开关CK_S1持续闭合∆t时长后断开，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T2为0，将计数单元的计数值记为第二计数m2。

更进一步地，所述步骤4中得到第三计数的步骤，包括：

将与待测量电容Cs并联的第一校准电容C1换为第二校准电容C2，构成电容组Cs2，基准电压Vref对电容组Cs2进行充电，充电完成后电容组Cs2上存储的电荷为Q₀₃；电容补偿电路对电容组Cs2进行N次补偿后，电容组Cs2上剩余的电荷为Q_N3；

量化单元对放大器积分电容上的电荷量Q_T3进行量化，其中Q_T3=Q_N3-Vcm*Cs2，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T3=0；

对放大器积分电容上的电荷量Q_T3进行量化的过程包括：重复将开关CK_S1持续闭合∆t时长后断开，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T3为0，将计数单元的计数值记为第三计数m3。

更进一步地，所述步骤5中完成对电容测量系统的非线性校准的步骤，包括：

将第一计数m1作为校准曲线的y=ax²+bx+c的y值，此时x=0，计算得到系数c；

将第二计数m2作为校准曲线y=ax²+bx+c的y值，此时x为第一校准电容C1的容值；再将第三计数m3作为校准曲线y=ax²+bx+c的y值，此时x为第二校准电容C2的容值，计算得到系数a、b。

更进一步地，还包括步骤6，去除待测量电容处并联的第一校准电容或第二校准电容，在检测待测量电容Cs上的电荷量时，重复步骤3，得到待测计数mf；将待测计数mf作为校准曲线y=ax²+bx+c的y值，计算得到的x即为待测量电容Cs上的电荷量。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明可应用在有源积分器的方案中，补偿CPB板上的寄生电容，并对补偿后的待测量电容进行非线性校准，在实际应用中只对补偿后待测量电容中的可变化电容进行测量，从而提高测量量化的速度和精度，并减小功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例校准电路的电路原理图；

图2为实施例校准方法步骤1的电路原理图；

图3为实施例校准方法步骤2的电路原理图；

图4为本实施例校准方法步骤3的电路原理图；

图5为实施例校准方法步骤4中并入第一校准电容的电路原理图；

图6为本实施例校准方法步骤4中并入第二校准电容的电路原理图；

图7为本实施例校准方法步骤6的电路原理图；

图8为实施例电容补偿电路对待测量电容进行补偿的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。另外，术语“相连”、“连接”等可以是元件之间直接相连，也可以是经由其他元件的间接相连。

本发明通过下述技术方案实现，请参见图1，一种用于电容测量系统的非线性校准电路，包括：校准电容、初始电容C、待测量电容Cs、量化单元、电容补偿单元、放大器、比较器、计数单元，所述校准电容包括第一校准电容C1、第二校准电容C2。

所述初始电容C的第一端与量化单元连接，初始电容C的第二端连接地，量化单元与比较器的第一输入端连接，比较器的输出端与计数单元的输入端连接。所述待测量电容Cs的第一端分别与量化单元、电容补偿单元连接，待测量电容Cs的第二端连接地。所述第一校准电容C1的第一端与待测量电容Cs的第一端连接，第一校准电容C1的第二端连接地。所述第二校准电容C2的第一端与待测量电容Cs的第一端连接，第二校准电容C2的第二端连接地。

需要说明的是，请继续参见图1，通过开关K1控制所述待测量电容Cs接入校准电路；通过开关K2控制所述初始电容C接入校准电路；通过开关K3控制所述第一校准电容C1接入校准电路；通过开关K4控制所述第二校准电容C2接入校准电路。

所述待测量电容、初始电容、第一校准电容、第二校准电容的第一端均通过开关CK_CG连接基准电压Vref。

所述量化单元包括开关CK_S1、电流检测器；所述开关CK_S1的第一端与比较器的第一输入端连接，开关CK_S1的第二端与电流检测器的第一端连接，电流检测器的第二端连接地。通过重复控制开关CK_S1持续闭合∆t时长后断开，对初始电容C或待测量电容Cs进行量化。

所述电容补偿单元包括开关CK_COMP_N、开关CK_COMP_P、补偿电容Cd；所述开关CK_COMP_N的第一端与待测量电容的第一端连接，开关CK_COMP_N的第二端分别与开关CK_COMP_P的第一端、补偿电容Cd的第一端连接，开关CK_COMP_P的第二端、补偿电容Cd的第二端均连接地。

所述放大器还连接有反馈电容Cint，所述反馈电容Cint的第一端与放大器的第一输入端连接，反馈电容Cint的第二端与放大器的输出端连接。放大器的输入端连接有开关K5，反馈电容Cint并联有开关K6，在校准电路正常工作时，开关K5始终闭合（因此也可以省去开关K5），当开关K6闭合时，放大器未接入校准电路；当开关K6断开时，放大器接入校准电路。

通常由于待测量电容Cs处具有较大的寄生电容Cp，直接检测待测量电容Cs的电荷量的话，会受到寄生电容Cp的影响，假设寄生电容Cp=50pF，当待测量电容Cs中的电荷为0时，电容检测系统输入的电容量并不为0，而是等于50pF，同理当待测量电容Cs中的电荷为10pF时，电容检测系统输入的电容量为60pF，所以当需要测量待测量电容Cs中的变化电容量0～10pF时，会受到寄生电容Cp的影响，使得测量到的待测量电容Cs中的电荷不准确。因此本方案将对寄生电容Cp进行补偿，对补偿后的待测量电容Cs的测量值进行校准，以获得待测量电容Cs上准确的电荷值。

基于上述校准电路，本发明还提出一种用于电容测量系统的非线性校准方法，包括以下步骤：

步骤1，将初始电容接入校准电路，对初始电容进行量化，得到初始次数，所述初始次数为对初始电容的电荷进行量化的次数。

如图2所示，基准电压Vref对初始电容C进行充电，充电完成后初始电容C上存储的电荷为Q，通过量化单元对初始电容C上的电荷Q进行量化，直到初始电容C上的电压为共模电压Vcm，所述共模电压Vcm为比较器第二输入端的接入电位，完成量化过程。

量化单元中电流检测器的电流为I，开关CK_S1每闭合一次，量化单元量化一次初始电容C上的电荷∆Q，且∆Q=I·∆t，其中∆t为开关CK_S1持续闭合的时间。量化单元对初始电容C上的电荷Q进行量化的过程包括：重复将开关CK_S1持续闭合∆t时长后断开，直到初始电容C上的电压为共模电压Vcm，将计数单元的计数值记为初始次数n1，初始次数n1即为开关CK_S1闭合的次数。

在一个实施例中，所述初始电容C的容值可选为5pF，5pF与积分器的增益摆幅相关，对于实例中的量化单元能够量化的电容为0~15pF，对于检测电容补偿的效果是使其补偿后的等效电容小于5pF，这样即使带测量电容在此基础上变化了10pF，相同的补偿次数下，仍会使量化单元量化的等效电容值小于15pF，保证系统不会超过量化范围。

步骤2，将初始电容换为待测量电容接入校准电路，对待测量电容尝试不同的补偿次数，使得对补偿后的待测量电容进行量化时，得到的量化次数小于初始次数，所述量化次数为对补偿后的待测量电容的电荷进行抽取的次数；同时获得量化次数小于初始次数时对待测量电容的补偿次数N。

如图3所示，基准电压Vref对待测量电容Cs进行充电，充电完成后待测量电容Cs上存储的电荷为Q₀，电容补偿电路对待测量电容Cs进行补偿，电容补偿电路的原理如图8所示，且有：

电容补偿电路对待测量电容Cs进行补偿：

其中，Cd为补偿电容；V₁为对待测量电容Cs进行1次补偿后，待测量电容Cs与补偿电容Cd的交点处的电压；Q₁为对待测量电容Cs进行1次补偿后，待测量电容Cs上剩余的电荷；

电容补偿电路对待测量电容Cs进行N次补偿后：

其中，V_N为对待测量电容Cs进行N次补偿后，待测量电容Cs与补偿电容Cd的交点处的电压；Q_N为对待测量电容进行N次补偿后，待测量电容Cs上剩余的电荷；

量化单元对进行N次补偿后待测量电容Cs上剩余的电荷Q_N进行量化，直到待测量电容Cs上的电压为Vcm，完成量化过程；

量化单元对进行N次补偿后待测量电容Cs上剩余的电荷Q_N进行量化的过程包括：重复将开关CK_S1持续闭合∆t时长后断开，直到待测量电容Cs上的电压为共模电压Vcm，将计数单元的计数值记为量化次数n2。

若n2大于n1，则重新调整补偿次数N的大小，使得待测量电容Cs进行N次补偿后剩余的电荷Q_N，经过量化单元完成量化后，得到的量化次数n2小于初始次数n1；同时获得量化次数n2小于初始次数n1时对待测量电容Cs的补偿次数N。

步骤3，将校准电路接入放大器的第一输入端，对待测量电容进行N次补偿后，对补偿后的待测量电容进行量化，当放大器积分电容上的电荷量为0时，完成本次量化，得到第一计数。

如图4所示，利用步骤2获得的补偿次数N对待测量电容Cs进行N次补偿后，待测量电容Cs中剩余电荷为Q_N1；断开开关K6，将放大器接入校准电路，量化单元对放大器积分电容上的电荷量Q_T1进行量化，其中Q_T1=Q_N1-Vcm，Vcm为放大器第二输入端电压，且Vcm=Vref/2，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T1为0；

量化单元对放大器积分电容上的电荷量Q_T1进行量化的过程包括：重复将开关CK_S1持续闭合∆t时长后断开，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T1为0，将计数单元的计数值记为第一计数m1。

步骤4，分别在待测量电容处并入第一校准电容、第二校准电容，重复步骤3，分别得到第二计数、第三计数。

步骤3相当于将容值为0的校准电容与待测量电容Cs并联，如图5所示，本步骤将第一校准电容C1与待测量电容Cs并联，构成电容组Cs1，基准电压Vref对电容组Cs1进行充电，充电完成后电容组Cs1上存储的电荷为Q₀₂；电容补偿电路对电容组Cs1进行N次补偿后，电容组Cs1上剩余的电荷为Q_N2；

量化单元对放大器积分电容上的电荷量Q_T2进行量化，其中Q_T2=Q_N2-Vcm*Cs1，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T2=0。量化单元对放大器积分电容上的电荷量Q_T2进行量化的过程包括：重复将开关CK_S1持续闭合∆t时长后断开，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T2为0，将计数单元的计数值记为第二计数m2。

接着，如图6所示，将与待测量电容Cs并联的第一校准电容C1换为第二校准电容C2，构成电容组Cs2，基准电压Vref对电容组Cs2进行充电，充电完成后电容组Cs2上存储的电荷为Q₀₃；电容补偿电路对电容组Cs2进行N次补偿后，电容组Cs2上剩余的电荷为Q_N3；

量化单元对放大器积分电容上的电荷量Q_T3进行量化，其中Q_T3=Q_N3-Vcm*Cs2，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T3=0。对放大器积分电容上的电荷量Q_T3进行量化的过程包括：重复将开关CK_S1持续闭合∆t时长后断开，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T3为0，将计数单元的计数值记为第三计数m3。

假设第一校准电容C1为5pF，第二校准电容C2为10pF，则步骤2、步骤3相当于分别将0pF、5pF、10pF的校准电容与待测量电容Cs并联，从而分别获得第一计数m1、第二计数m2、第三计数m3。但在其他实施方案中，第一校准电容C1、第二校准电容C2可以为其他的数据，目的也是为了获得第一计数m1、第二计数m2、第三计数m3。

在一种实施方案中，若第一校准电容C1=5pF，且初始电容C=5pF时，可以直接使用初始电容C代替第一校准电容C1，使整个校准电路的结构尽量简化。

步骤5，将第一计数、第二计数、第三计数分别带入校准曲线y=ax²+bx+c，得到校准曲线的系数a、b、c，完成对电容测量系统的非线性校准。

将第一计数m1作为校准曲线的y=ax²+bx+c的y值，此时x=0，计算得到系数c；将第二计数m2作为校准曲线y=ax²+bx+c的y值，此时x为第一校准电容C1的容值；再将第三计数m3作为校准曲线y=ax²+bx+c的y值，此时x为第二校准电容C2的容值，计算得到系数a、b。

校准曲线可采用高阶多项式的形式，对于触摸检测系统，二次函数即可满足非线性校准的要求。

步骤6，如图7所示，断开待测量电容处并联的第一校准电容或第二校准电容，在检测待测量电容Cs上的电荷量时，重复步骤3，得到待测计数mf；将待测计数mf作为校准曲线y=ax²+bx+c的y值，计算得到的x即为待测量电容Cs上的电荷量。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种用于电容测量系统的非线性校准电路，其特征在于：包括：初始电容、待测量电容、量化单元、电容补偿单元、比较器、计数单元、校准电容，其中，

所述初始电容的第一端与量化单元连接，初始电容的第二端连接地，量化单元与比较器的第一输入端连接，比较器的输出端与计数单元的输入端连接；

所述待测量电容的第一端分别与量化单元、电容补偿单元连接，待测量电容的第二端连接地；

所述校准电容的第一端与待测量电容的第一端连接，校准电容的第二端连接地。

2.根据权利要求1所述的一种用于电容测量系统的非线性校准电路，其特征在于：还包括放大器，所述放大器的第一输入端与量化单元连接，放大器的输出端分别与量化单元和比较器的第一输入端连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于电容测量系统的非线性校准电路，其特征在于：所述初始电容、待测量电容、校准电容的第一端均通过开关CK_CG连接基准电压Vref。

4.根据权利要求1所述的一种用于电容测量系统的非线性校准电路，其特征在于：所述量化单元包括开关CK_S1、电流检测器；所述开关CK_S1的第一端与比较器的第一输入端连接，开关CK_S1的第二端与电流检测器的第一端连接，电流检测器的第二端连接地。

5.根据权利要求1所述的一种用于电容测量系统的非线性校准电路，其特征在于：所述电容补偿单元包括开关CK_COMP_N、开关CK_COMP_P、补偿电容Cd；

所述开关CK_COMP_N的第一端与待测量电容的第一端连接，开关CK_COMP_N的第二端分别与开关CK_COMP_P的第一端、补偿电容Cd的第一端连接，开关CK_COMP_P的第二端、补偿电容Cd的第二端均连接地。

6.根据权利要求2所述的一种用于电容测量系统的非线性校准电路，其特征在于：所述放大器还连接有反馈电容Cint，所述反馈电容Cint的第一端与放大器的第一输入端连接，反馈电容Cint的第二端与放大器的输出端连接；所述反馈电容Cint并联有开关K6，当开关K6断开时，放大器接入校准电路。

7.一种用于电容测量系统的非线性校准方法，应用于权利要求1-6任一项的校准电路，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，将初始电容接入校准电路，对初始电容进行量化，得到初始次数，所述初始次数为对初始电容的电荷进行量化的次数；

步骤2，将初始电容换为待测量电容接入校准电路，对待测量电容尝试不同的补偿次数，使得对补偿后的待测量电容进行量化时，得到的量化次数小于初始次数，所述量化次数为对补偿后的待测量电容的电荷进行抽取的次数；同时获得量化次数小于初始次数时对待测量电容的补偿次数N；

步骤3，将放大器接入校准电路的第一输入端，对待测量电容进行N次补偿后，对补偿后的待测量电容进行量化，当放大器积分电容上的电荷量为0时，完成本次量化，得到第一计数；

步骤4，分别在待测量电容处并入第一校准电容、第二校准电容，重复步骤3，分别得到第二计数、第三计数；

步骤5，将第一计数、第二计数、第三计数分别带入校准曲线y=ax²+bx+c，得到校准曲线的系数a、b、c，完成对电容测量系统的非线性校准。

8.根据权利要求7所述的一种用于电容测量系统的非线性校准方法，其特征在于：所述步骤1得到初始次数的步骤，具体包括：

基准电压Vref对初始电容C进行充电，充电完成后初始电容C上存储的电荷为Q，通过量化单元对初始电容C上的电荷Q进行量化，直到初始电容C上的电压为共模电压Vcm，所述共模电压Vcm为比较器第二输入端的接入电位；

量化单元对初始电容C上的电荷Q进行量化的过程包括：重复将开关CK_S1持续闭合∆t时长后断开，直到初始电容C上的电压为共模电压Vcm，将计数单元的计数值记为初始次数n1。

9.根据权利要求8所述的一种用于电容测量系统的非线性校准方法，其特征在于：所述步骤2得到量化次数的步骤，包括：

基准电压Vref对待测量电容Cs进行充电；

电容补偿电路对待测量电容Cs进行补偿；

量化单元对进行N次补偿后待测量电容Cs上剩余的电荷Q_N进行量化，直到待测量电容Cs上的电压为共模电压Vcm，完成量化过程；

量化单元对进行N次补偿后待测量电容Cs上剩余的电荷Q_N进行量化的过程包括：重复将开关CK_S1持续闭合∆t时长后断开，直到待测量电容Cs上的电压为共模电压Vcm，将计数单元的计数值记为量化次数n2；

若n2大于n1，则重新调整补偿次数N的大小，使得待测量电容Cs进行N次补偿后剩余的电荷Q_N，经过量化单元完成量化后，得到的量化次数n2小于初始次数n1；同时获得量化次数n2小于初始次数n1时对待测量电容Cs的补偿次数N。

10.根据权利要求7所述的一种用于电容测量系统的非线性校准方法，其特征在于：所述步骤3中得到第一计数的步骤，包括：

对待测量电容Cs进行N次补偿后，待测量电容Cs中剩余电荷为Q_N1；将放大器接入校准电路，量化单元对放大器积分电容上的电荷量Q_T1进行量化，其中Q_T1=Q_N1-Vcm，Vcm为放大器第二输入端电压，且Vcm=Vref/2，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T1为0；

量化单元对放大器积分电容上的电荷量Q_T1进行量化的过程包括：重复将开关CK_S1持续闭合∆t时长后断开，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T1为0，将计数单元的计数值记为第一计数m1。

11.根据权利要求10所述的一种用于电容测量系统的非线性校准方法，其特征在于：所述步骤4中得到第二计数的步骤，包括：

将第一校准电容C1与待测量电容Cs并联，构成电容组Cs1，基准电压Vref对电容组Cs1进行充电，充电完成后电容组Cs1上存储的电荷为Q₀₂；电容补偿电路对电容组Cs1进行N次补偿后，电容组Cs1上剩余的电荷为Q_N2；

量化单元对放大器积分电容上的电荷量Q_T2进行量化，其中Q_T2=Q_N2-Vcm*Cs1，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T2=0；

量化单元对放大器积分电容上的电荷量Q_T2进行量化的过程包括：重复将开关CK_S1持续闭合∆t时长后断开，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T2为0，将计数单元的计数值记为第二计数m2。

12.根据权利要求11所述的一种用于电容测量系统的非线性校准方法，其特征在于：所述步骤4中得到第三计数的步骤，包括：

将与待测量电容Cs并联的第一校准电容C1换为第二校准电容C2，构成电容组Cs2，基准电压Vref对电容组Cs2进行充电，充电完成后电容组Cs2上存储的电荷为Q₀₃；电容补偿电路对电容组Cs2进行N次补偿后，电容组Cs2上剩余的电荷为Q_N3；

量化单元对放大器积分电容上的电荷量Q_T3进行量化，其中Q_T3=Q_N3-Vcm*Cs2，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T3=0；

对放大器积分电容上的电荷量Q_T3进行量化的过程包括：重复将开关CK_S1持续闭合∆t时长后断开，直到放大器积分电容上的电荷量Q_T3为0，将计数单元的计数值记为第三计数m3。

13.根据权利要求12所述的一种用于电容测量系统的非线性校准方法，其特征在于：所述步骤5中完成对电容测量系统的非线性校准的步骤，包括：

将第一计数m1作为校准曲线的y=ax²+bx+c的y值，此时x=0，计算得到系数c；

将第二计数m2作为校准曲线y=ax²+bx+c的y值，此时x为第一校准电容C1的容值；再将第三计数m3作为校准曲线y=ax²+bx+c的y值，此时x为第二校准电容C2的容值，计算得到系数a、b。

14.根据权利要求7-13任一项所述的一种用于电容测量系统的非线性校准方法，其特征在于：还包括步骤6，去除待测量电容处并联的第一校准电容或第二校准电容，在检测待测量电容Cs上的电荷量时，重复步骤3，得到待测计数mf；将待测计数mf作为校准曲线y=ax²+bx+c的y值，计算得到的x即为待测量电容Cs上的电荷量。

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