專(zhuān)利名稱：用于確定電容值的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及確定與觸敏電容開(kāi)關(guān)相關(guān)聯(lián)的電容器的電容值，所述觸敏電容開(kāi)關(guān)可 以是孤立開(kāi)關(guān)，也可以包含于電容傳感器陣列中，本發(fā)明尤其涉及用于使用逐次逼近技術(shù) 確定電容值的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電子電路設(shè)計(jì)經(jīng)常需要使用各種使用戶能夠與電子電路相互作用或從電子電路 接收信息的接口電路，諸如電容傳感器陣列。通常，專(zhuān)用感測(cè)電路可被用來(lái)檢測(cè)使用戶能向 電路中輸入特定信息的電容傳感器陣列內(nèi)的各種電容開(kāi)關(guān)的觸發(fā)。在電容傳感器陣列內(nèi)，需要這樣的能力響應(yīng)于用戶手指放在電容開(kāi)關(guān)上檢測(cè)該 電容開(kāi)關(guān)的電容值差。除了檢測(cè)用戶手指放在電容開(kāi)關(guān)上以及由該手指引起的電容的相關(guān) 改變，還需要使感測(cè)電路在電容傳感器陣列內(nèi)對(duì)外部干擾有抵抗力。外部干擾的例子包括 手機(jī)，其發(fā)射可能引起開(kāi)關(guān)電容增加的誤檢測(cè)。另外，電氣干線，例如與空調(diào)或其它高耗能 的單元相關(guān)聯(lián)的那些電氣干線，可能在電容傳感器陣列內(nèi)引起干擾。電容感測(cè)電路內(nèi)的其 它類(lèi)型的干擾和差錯(cuò)還可能導(dǎo)致它們本身在檢測(cè)電容傳感器陣列電路內(nèi)的特定電容值時(shí) 產(chǎn)生誤差。因此，需要提供一種觸摸傳感器電路，它使得能夠檢測(cè)放在電容傳感器陣列上的 手指，同時(shí)限制基于外部干擾和差錯(cuò)以及檢測(cè)電路內(nèi)的固有干擾的檢測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
如這里公開(kāi)并描述的，在本發(fā)明的一個(gè)方面中，本發(fā)明包括一種用于確定可變電容器的值的電路。第一電路在可變電容器上的可變電壓超過(guò)閾值電壓時(shí)產(chǎn)生第一指示。第 二電路在參考電容器上的參考電壓超過(guò)閾值電壓時(shí)產(chǎn)生第二指示?？刂七壿嬳憫?yīng)于第一和 第二指示，產(chǎn)生表明先發(fā)生第一指示還是第二指示的控制信號(hào)。逐次逼近引擎響應(yīng)于控制 信號(hào)產(chǎn)生N位控制值?？勺冸娏髟错憫?yīng)于N位控制值產(chǎn)生送至第一電路的可變電流。參考 電流源產(chǎn)生送至第二電路的參考電流。


為了更完整的理解，現(xiàn)在結(jié)合附圖參考下面的說(shuō)明，在附圖中圖1是具有電容感測(cè)能力的集成電路的上層框圖2a是電容觸摸感測(cè)電路的功能框圖；圖2b示出模擬前端電路的框圖；圖3是示出圖2b的電路的操作的時(shí)序圖；以及圖4示出用于檢測(cè)外管腳上的電容值的SAR算法的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖，圖示并描述了電容觸摸傳感器的各種視圖和實(shí)施例，并描述其它 可能的實(shí)施例，這里，相同的附圖標(biāo)記用于表示各附圖中相同的元件。附圖不一定按比例繪 制，在一些例子中，只出于圖示的目的，適當(dāng)?shù)貙⒏綀D放大和/或簡(jiǎn)化。本領(lǐng)域技術(shù)人員將 會(huì)了解基于下面可能實(shí)施例的例子可以有很多可能的應(yīng)用和變化?，F(xiàn)在參考圖1，圖1示出了與多個(gè)電容觸摸墊106連接的集成電路(IC) 102的總 體框圖，每一個(gè)電容觸摸墊106經(jīng)由各自的外部管腳108與IC 102連接。每一個(gè)電容觸摸 墊106包括任意類(lèi)型的外部電容器，其中可以通過(guò)用手指觸摸該外部電容器或者使手指靠 近該電容器來(lái)影響該電容器的電容值，從而改變?cè)撾娙萜鞯碾娙?。還應(yīng)該理解可以采用任 意類(lèi)型的電容元件，而不只是電容觸摸墊。電容觸摸墊106可以是孤立元件或可以是電容 傳感器陣列的一部分。IC 102包括多路復(fù)用器544，其用于選擇外部管腳108之一以及一片相關(guān)聯(lián)的電 容觸摸墊106，以輸入到電容感測(cè)塊252。電容感測(cè)塊252用于確定與所選管腳108相關(guān)聯(lián) 的電容的值。從而，這將允許對(duì)與管腳108相關(guān)聯(lián)的電容的值進(jìn)行確定，該電容將被稱為與 “外部電容開(kāi)關(guān)”相關(guān)聯(lián)的電容，該值是相關(guān)聯(lián)的電容觸摸墊106的值和任何寄生電容的和， 該寄生電容是由手指觸摸、外部干擾等引起的。為了利用專(zhuān)有算法確定電容值等的改變， 將關(guān)于外部電容開(kāi)關(guān)的電容值的信息傳遞到處理器110。這種算法的應(yīng)用的一個(gè)例子是在 2008年6月25日提交的、題為“LCD CONTROLLER CHIP”的12/146，349號(hào)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中 描述的，通過(guò)引用將其全文包含于此。應(yīng)該理解多路復(fù)用器544能夠用開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。通常，一個(gè)應(yīng)用是在任意給定時(shí)間對(duì)每一個(gè)管腳108的每一個(gè)外部電容開(kāi)關(guān)的 靜態(tài)值逐個(gè)進(jìn)行感測(cè)，并且連續(xù)地掃描這些外部電容開(kāi)關(guān)，以判斷是否發(fā)生了電容改變， 艮口，電容值的值變化是否超過(guò)特定的△。如果是，利用專(zhuān)有算法，可以判斷這是否構(gòu)成手指 觸摸或外部干擾。然而，電容感測(cè)塊252主要用于確定外部電容開(kāi)關(guān)的值，從而可以提供一 些用于積累特定值并且將它們與在先值進(jìn)行比較以產(chǎn)生送至處理器110的中斷的硬件控 制。然而，電容感測(cè)塊252的首要目的是確定與在任意特定時(shí)間正被掃描的特定管腳108 相連的外部電容開(kāi)關(guān)的值?，F(xiàn)在參考圖2a和圖2b，其中示出了電容觸摸感測(cè)塊252的功能框圖。圖2a中所 示的模擬前端電路502為了確定電容的值，負(fù)責(zé)連接的外部電容開(kāi)關(guān)。模擬前端電路502 接收經(jīng)由輸入504送至輸入端IDAC_DATA、用于控制可變電流源的16位電流控制值。該電 流由電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器(IDAC，未示出)產(chǎn)生。該模擬前端還在輸入端ENLOG 506從控制電路 508接收使能信號(hào)。模擬前端電路502還提供時(shí)鐘信號(hào)。16位逐次逼近寄存器引擎510控 制模擬前端電路502內(nèi)驅(qū)動(dòng)外部電容開(kāi)關(guān)的第一可變電流源。16位SAR引擎510改變限 定可變電流Ia的當(dāng)前值的控制值，該可變電流Ia驅(qū)動(dòng)所選的一個(gè)輸出墊541上的外部電容 器Cext (如圖2b所示)。該選擇由多路復(fù)用器544作出，且電容器Cext對(duì)應(yīng)于與外部電容開(kāi)關(guān)的任何寄生電容相結(jié)合的電容觸摸墊106。從電流源546產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)所選外部電容器Cext 的電流Ia的電流源將使得在該外部電容開(kāi)關(guān)Cext上產(chǎn)生電壓，該電壓被與內(nèi)部參考電容器 Ckef(如圖2b所示)兩端的電壓相比較。該電容器Ckef是內(nèi)部電容器，且從內(nèi)部電流源提供 給電容器Ckef的電流是恒定電流。在預(yù)定點(diǎn)將所選電容器Cext和參考電容器Ckef這兩個(gè)電 容器初始化，且被驅(qū)動(dòng)到這兩個(gè)電容器的電流允許電容器Cext和Ckef上的電壓斜坡上升，斜 坡上升的斜率由各自的電容值和向它們提供驅(qū)動(dòng)電流的相應(yīng)電流源所提供的電流來(lái)確定。 通過(guò)對(duì)斜坡電壓和斜率進(jìn)行比較，可以確定兩個(gè)電流的相對(duì)值。通過(guò)對(duì)IDAC設(shè)定數(shù)字值并 判斷斜率是否基本相等有助于確定該電流的相對(duì)值。如果電容器Cext和Ckef相同，則在驅(qū)動(dòng) 電容器Cext和Ckef的電流基本相同時(shí)，兩個(gè)斜率基本相同。如果電容器Cext較大，則將需要 更大的電流來(lái)獲得與電容器Ckef基本相同的斜率。下面將更詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。一旦SAR算 法完成，16位值“代表”外部節(jié)點(diǎn)上的外部電容開(kāi)關(guān)的電容值?？勺冸娏髟?46的電流源控制值還被提供給加法器塊512。將建立必要受控電流 的控制值存儲(chǔ)在代表外部電容開(kāi)關(guān)的電容值的數(shù)據(jù)專(zhuān)用功能寄存器(SFR)514內(nèi)。該SFR 514是與處理器110間有數(shù)據(jù)接口的寄存器。其次，可以將輸入提供到累加寄存器516，以 確定在電容傳感器陣列當(dāng)前被監(jiān)視的外部電容開(kāi)關(guān)上感測(cè)到了觸摸。依據(jù)采用的特定算 法，多次累加被用來(lái)確認(rèn)對(duì)開(kāi)關(guān)的觸摸。累加寄存器516的輸出被施加于比較器518的正 輸入，比較器518將提供的值與來(lái)自閾值SRF寄存器520的值進(jìn)行比較。當(dāng)已經(jīng)檢測(cè)到電 容傳感器陣列內(nèi)的相關(guān)外部電容開(kāi)關(guān)的觸發(fā)(即改變)的所選數(shù)量的重復(fù)檢測(cè)時(shí)，比較器 518產(chǎn)生送至處理器110的中斷。累加寄存器516的輸出也被送到加法器512?，F(xiàn)在具體參考圖2b，圖2b示出了模擬前端電路502的更詳細(xì)的圖。模擬前端電路 502包括提供輸出d。ut和輸出時(shí)鐘“clk_out”的控制邏輯530，其中，輸出d。ut被提供到逐次 逼近寄存器引擎510。d。ut指示表明Cext上的斜坡電壓比Ckef兩端的斜坡電壓快的情形，這 表明正在被測(cè)試的SAR位需要復(fù)位到“0”。邏輯530接收輸入時(shí)鐘信號(hào)“clkin”，并將輸出 時(shí)鐘信號(hào)“elk”和輸出時(shí)鐘信號(hào)“clkb”(帶上橫杠的時(shí)鐘)提供給一系列晶體管。輸出“elk”被提供給第一 η通道晶體管532。晶體管532的漏極/源極路徑被連 接在節(jié)點(diǎn)534和地之間。晶體管532的柵極被連接以接收“elk”信號(hào)。晶體管536和538 的柵極被連接到帶上橫杠的時(shí)鐘信號(hào)“clkb”。晶體管536的漏極/源極路徑被連接到節(jié)點(diǎn) 540和地之間，節(jié)點(diǎn)540經(jīng)由多路復(fù)用器544連接到輸出墊541。晶體管538的漏極/源極 路徑被連接在節(jié)點(diǎn)542和地之間。晶體管536、538和532分別作為電容器CEXT、Ceef和Cp2的放電開(kāi)關(guān)。電容器Cext 被連接在多路復(fù)用器544的關(guān)聯(lián)輸出和地之間。電容器Ckef被連接在內(nèi)部節(jié)點(diǎn)542和地之 間。電容器Cp2被連接在內(nèi)部節(jié)點(diǎn)534和地之間。電容器Cext代表電容傳感器陣列的所選 電容觸摸墊106的外部電容開(kāi)關(guān)，且電容器Cext的值可變。電容器Cext的電容值可以基于關(guān) 聯(lián)的電容觸摸墊106是否由用戶的手指觸發(fā)而改變。多路復(fù)用器544或其它開(kāi)關(guān)電路用來(lái) 將電容傳感器陣列內(nèi)的其它外部電容開(kāi)關(guān)連接到節(jié)點(diǎn)540，以確定它們的電容值。可變電流源546將電流輸入提供到節(jié)點(diǎn)540?？勺冸娏髟?46 (IDAC)受從逐次逼 近寄存器引擎510提供的16位數(shù)據(jù)控制值的控制。電流源546用于在晶體管536關(guān)斷時(shí) 對(duì)電容器Cext進(jìn)行充電，因?yàn)殡娏髟?46提供恒定電流IA，所以這提供“斜坡”電壓。當(dāng)晶 體管536導(dǎo)通時(shí)，電容器Cext上的電壓和充電電流被短路到地，從而對(duì)Cext進(jìn)行放電。
電流源548將恒定充電電流Ib提供到節(jié)點(diǎn)542中。在晶體管538關(guān)斷時(shí)，該充電電流用作電容器Ckef的充電源，以產(chǎn)生“斜坡”電壓，且在晶體管538導(dǎo)通時(shí)，電流Ib被引入 地，從而對(duì)電容器Ckef進(jìn)行放電。同樣，電流源550向節(jié)點(diǎn)534提供恒定充電電流Ic。該電 流源550被用于在晶體管532關(guān)斷時(shí)對(duì)電容器Cp2進(jìn)行充電，以產(chǎn)生“斜坡”電壓，且在晶體 管532導(dǎo)通時(shí)，Ic被引入地，從而對(duì)電容器Cp2進(jìn)行放電。連接到節(jié)點(diǎn)540的是低通濾波器552。低通濾波器552用于濾除在電容傳感器陣 列中的外部電容開(kāi)關(guān)處生成的高頻干擾。低通濾波器552的輸出被連接到比較器554的 輸入。比較器554將節(jié)點(diǎn)540處代表電容器Cext上的充電電壓的斜坡電壓與閾值參考電壓 Veef(未示出)相比較，并在節(jié)點(diǎn)540處的斜坡電壓跨過(guò)參考電壓Vkef時(shí)產(chǎn)生負(fù)脈沖。這被 作為信號(hào)“doutb”提供到控制邏輯530。相似地，比較器556將節(jié)點(diǎn)542處的固定電容Ckef 的斜坡電壓與閾值參考電壓Vkef相比較，并在節(jié)點(diǎn)542處的電壓跨過(guò)閾值參考電壓Vkef時(shí)產(chǎn) 生輸出負(fù)脈沖“refb”。最后，比較器558將構(gòu)成電容器Cp2上的充電電壓的節(jié)點(diǎn)534處的 斜坡電壓與閾值參考電壓Vkef相比較，并在節(jié)點(diǎn)534處的斜坡電壓超過(guò)閾值參考電壓時(shí)產(chǎn) 生響應(yīng)于其的輸出，作為傳號(hào)“P2b”。圖2b中的電路通過(guò)使晶體管536和538導(dǎo)通將電容器Cext和Ckef上的電壓初始復(fù) 位為0來(lái)進(jìn)行操作。這使得電容器Cext和Ckef上的電壓對(duì)地放電。然后關(guān)斷晶體管536和 538，且響應(yīng)于各自的電流源546和548的電流輸出，電容器Cext和Ckef上的電壓開(kāi)始朝參考 電壓Vkef斜坡上升。如果電容器Cext上的電壓在電容器Ckef上的電壓達(dá)到閾值電壓Vkef之 前達(dá)到該閾值電壓，則這觸發(fā)比較器554的輸出提供負(fù)脈沖，且從控制邏輯530將該信息作 為輸出dout提供到逐次逼近寄存器引擎510，以使正被測(cè)試的SAR位保持為“1”，且當(dāng)Ckef 跨過(guò)閾值參考電壓水平Vkef時(shí)，將選擇電流源546的16位控制值的下一個(gè)值進(jìn)行測(cè)試。因 為比較器554在比較器556之前“被觸發(fā)(tripped) ”，所以這表明測(cè)試的下一位需要更小 的電流?？刂七壿?30響應(yīng)于來(lái)自比較器554的輸出產(chǎn)生d。ut信號(hào)，d。ut信號(hào)控制由逐次逼 近寄存器引擎510進(jìn)行的設(shè)置16位SAR控制值的比特位的操作。逐次逼近寄存器引擎510 初始地將16位控制值的最高有效位設(shè)置為“1”并將其余位設(shè)置為“0”，以控制可變電流源 546以一半的值進(jìn)行操作。如果比較器554的輸出在比較器556的輸出變低之前變低，則 d。ut信號(hào)向逐次逼近寄存器引擎510提供指示，以將該位復(fù)位到“0”并為16位SAR控制值 的下一個(gè)測(cè)試將次高有效位設(shè)置為“1”。然而，當(dāng)比較器556的輸出在比較器554的輸出 變低之前變低時(shí)，正被測(cè)試的位保持設(shè)置為“ 1 ”，然后測(cè)試次高有效位。響應(yīng)于來(lái)自控制邏 輯530的信號(hào)dout，由逐次逼近寄存器引擎510對(duì)16位控制值的16位中的每一位繼續(xù)該處 理，直到確定出送至可變電流源546的16位控制值的最終值?！癱lkb”輸出通過(guò)將晶體管536和538導(dǎo)通將Cext和Ckef上的電壓復(fù)位，以對(duì)這些 電容器上的電壓進(jìn)行放電，并且關(guān)斷晶體管536和538，以使得能夠分別使用提供的各自的 可變電流和各自的參考電流對(duì)電容器Cext和Ckef重新充電。再一次使用比較器554和556 將電容器Cext和Ckef上的電壓與閾值參考電壓Vkef進(jìn)行比較。當(dāng)比較器556的輸出在比較 器554的輸出之前提供負(fù)輸出脈沖時(shí)，如上所述，這提供將16位控制值中的相關(guān)位設(shè)置為 “1”的指示。在SAR算法完成時(shí)(此時(shí)，兩個(gè)電壓以基本相同的斜率斜坡上升)，將存儲(chǔ)正 被提供給可變電流源546的16位控制值。可以使用陣列控制器的相關(guān)處理電路，使用由可變電流源546提供的與建立的16位值相關(guān)聯(lián)的電流IA、電流源548的固定電流Ib以及固 定電容值Ckef，根據(jù)公式IA/IBX Ceef來(lái)確定電容Cext的值。即使可以使用該公式確定Cext的 實(shí)際值，這對(duì)于確定外部電容開(kāi)關(guān)的值已經(jīng)改變是不必要的。對(duì)于電容觸摸感測(cè)，只需要確 定外部電容開(kāi)關(guān)的先前已知值和其當(dāng)前值之間的“ △ ”。因此，通過(guò)重復(fù)地掃描電容傳感器 陣列中的所有外部電容開(kāi)關(guān)，并且比較其當(dāng)前值和先前值，可以判斷是否存在改變。因此， 只需要存儲(chǔ)“歸一化”值，然后將該預(yù)先存儲(chǔ)的歸一化值與新的歸一化值進(jìn)行比較。實(shí)際值 是不重要的，只有Δ值是重要的。通過(guò)使用相似的電路來(lái)產(chǎn)生斜坡電壓并比較節(jié)點(diǎn)540和542處的電壓，基本排除 了電路內(nèi)的所有共模誤差。只有濾波器552擾亂電路之間的共模平衡，但是需要其來(lái)防止 來(lái)自諸如手機(jī)的外部源的高頻干擾。用于測(cè)量節(jié)點(diǎn)處電壓的電路提供內(nèi)部參考電壓和外部 電容電壓之間的比例平衡。因而，參考電壓Vkef或比較器內(nèi)的誤差并不重要，因?yàn)樗鼈冊(cè)诿?個(gè)電路中都相同。
現(xiàn)在參考圖3，圖3示出了描述圖2b的模擬前端電路502的操作的時(shí)序圖。直到 在時(shí)間Tl使能信號(hào)變?yōu)檫壿嫛案摺敝?，模擬前端電路502內(nèi)不發(fā)生任何操作。響應(yīng)于使能 信號(hào)在時(shí)間T1變高，“elk”信號(hào)變低。時(shí)間T1之后不久，電容器Cp2上的電壓CP2在點(diǎn)670 開(kāi)始斜坡上升。(注意，由于啟動(dòng)延遲，直到點(diǎn)671之前初始斜坡的斜率都較慢。)當(dāng)該電 壓在時(shí)間T2達(dá)到設(shè)定的參考電壓水平時(shí)，在兩相時(shí)鐘的第一相的末端，比較器558產(chǎn)生作 為兩相時(shí)鐘的第二相的低時(shí)鐘脈沖，作為信號(hào)P2B，且CLK信號(hào)(以及CLKOUT信號(hào))變高。 這提供模擬前端電路502的時(shí)鐘。CLKB (帶上橫杠的時(shí)鐘)信號(hào)也同時(shí)變低。CLKB信號(hào)變 低將晶體管536和538關(guān)斷，使得Cext和Ckef上的各電壓開(kāi)始斜坡上升。一旦電壓CREF或 CEXT中的一個(gè)達(dá)到參考電壓Vkef時(shí)(此處，電壓CREF在時(shí)間T3首先達(dá)到閾值電壓Vkef)，比 較器556的輸出產(chǎn)生低脈沖，作為信號(hào)REFB。這使得CLKOUT和CLK信號(hào)變低而CLKB信號(hào) 變高。當(dāng)CLKB信號(hào)變高時(shí)，晶體管536和538被導(dǎo)通，使得電壓CREF和CEXT被放電。在 T3因CLK變低而關(guān)斷晶體管532，這使得在電容Cp2上電壓CP2開(kāi)始斜坡上升。該電壓連續(xù) 斜坡上升，直到其在時(shí)間T4達(dá)到參考電壓，使得比較器558的輸出P2B產(chǎn)生低脈沖。這使 得時(shí)鐘信號(hào)CLK和CLKOUT變高，而時(shí)鐘信號(hào)CLKB變低。這使電容Cp2上的電壓放電，并開(kāi) 始使電容器Cext和Ckef上的電壓斜坡上升。在時(shí)間T5,電容器Cext上的電壓CEXT在電壓CREF達(dá)到參考電壓之前達(dá)到參考電 壓。這使得比較器554輸出變低，從而生成d。ut。當(dāng)電壓CREF在時(shí)間T6達(dá)到參考電壓時(shí)， 在REFB上產(chǎn)生低脈沖，CLKOUT信號(hào)和CLK信號(hào)變低，同時(shí)CLKB信號(hào)變高。這使得電壓CREF 和CEXT放電，并開(kāi)始以電壓CP2對(duì)電容器Cp2充電。按照需要對(duì)SAR算法的16位中的每一
位重復(fù)該處理。進(jìn)一步參考圖3的時(shí)序圖以及圖2a和圖2b的圖，對(duì)操作進(jìn)行更詳細(xì)的描述。如 上所述，由CP2和CREF提供基本時(shí)鐘。CP2提供時(shí)鐘的一個(gè)相位，即，時(shí)鐘為低時(shí)的部分， 且CREF提供時(shí)鐘的第二相位，即時(shí)鐘為高時(shí)的部分。因此，CREF控制第二相位，而CEXT不 控制第二相位。參考CREF和CEXT的兩個(gè)斜坡電壓，這基本代表到閾值電壓的競(jìng)賽。注意 電容器554和556 二者都用相同芯片上相同的電路來(lái)制造，因此，溫漂、延遲等基本相同，使 得其任何變化都將基于共模被抑制。唯一重要的是兩個(gè)比較器554和556的Vkef基本相 同，且比較器延遲基本相同。此外，為了對(duì)與濾波器552相關(guān)的高頻噪聲以上的高頻噪聲提供額外的免疫性，這些比較器554和556被設(shè)計(jì)得有點(diǎn)兒“遲緩”，從而可以適于SAR算法。 這提供了額外的噪聲免疫。低頻噪聲免疫的關(guān)鍵是低頻噪聲運(yùn)載在斜坡電壓上，但是斜坡 電壓在測(cè)試了 16位SAR周期的每一位之后被復(fù)位，使得低頻噪聲只在IkHz SAR周期的一 個(gè)周期上存在。這意味著低頻噪聲只是一微秒時(shí)段的因素。這提供低頻噪聲抑制。參考圖4，示出了描述SAR引擎510的操作的流程圖，將結(jié)合圖3的時(shí)序圖的操作進(jìn)行描述。在框902啟動(dòng)程序，然后前進(jìn)到功能框904。在功能框904，多路復(fù)用器544可 操作來(lái)選擇管腳之一。如圖2b所示，每個(gè)外部電容開(kāi)關(guān)被連接到多路復(fù)用器544的一個(gè)單 獨(dú)的輸入。注意到每個(gè)外部電容開(kāi)關(guān)都具有與其相關(guān)聯(lián)的16位寄存器，用于在確定外部電 容開(kāi)關(guān)的值后存儲(chǔ)該值。一旦開(kāi)始，程序前進(jìn)到框906以啟動(dòng)SAR引擎。第一個(gè)步驟是要選擇MSB，如框908 所示。這本質(zhì)上將電流源546置于1/2值進(jìn)行測(cè)試。參考時(shí)序圖，這發(fā)生在信號(hào)EN的上升 沿。此刻，電容器Cext和Ckef上的電壓已經(jīng)被放電到地，且將斜坡上升到依據(jù)從各電流源546 和548提供到電容器Cext和Ckef的電流的電壓。如上所述，電流源546被設(shè)成電流DAC，使 得電流DAC的值是16位值的函數(shù)，對(duì)于第一周期，16位值是“1000000000000000”。然后程 序進(jìn)行到功能框910，進(jìn)行特定位的測(cè)試。該測(cè)試是兩個(gè)電壓的斜坡上升，以確定哪一個(gè)首 先達(dá)到參考電壓。本質(zhì)上，這是這兩個(gè)電壓達(dá)到參考電壓的競(jìng)賽。基本上，對(duì)于測(cè)試的每一位，判斷應(yīng)該將更多的電流還是更少的電流提供給電容 :CEXT。在CREF的末端，當(dāng)確定為CEXT在CREF跨過(guò)閾值電壓之前已經(jīng)跨過(guò)閾值電壓時(shí)，這 表明提供了太多的電流，即，正進(jìn)行測(cè)試的位需要被復(fù)位到“0”。這表明電流源546正在提 供的電流對(duì)電容器Cext充電的速率太快。通過(guò)將該位復(fù)位到“0”，然后，在測(cè)試的下一位，將 該位設(shè)置為“ 1 ”，將減少提供給Cext的電流。然而，如果在CREF的末端確定為CEXT沒(méi)有跨 過(guò)閾值電壓，則表明提供給電容器Cext的電流不足，這樣，正在測(cè)試的位將保留為“1”。重要 的是，要注意每個(gè)SAR周期在CREF的末端終止，在該時(shí)刻CLKB變高。因此，不需要使CEXT 自始至終向閾值電壓斜坡上升。這特別可以在時(shí)間T3看出來(lái)，在時(shí)間T3,時(shí)鐘信號(hào)CLKB在 CREF的末端變高，即，存在復(fù)位且晶體管536和538被導(dǎo)通以使Cext和Ckef放電，從而終止 Cext上的斜坡上升。從而，在CREF的末端，特定的SAR位將被認(rèn)為已被測(cè)試。就在此時(shí)判斷 是將該位保持設(shè)定為“ 1，，還是將該位復(fù)位為“0”。這通過(guò)在判決CEXT是否在CREF末端之 前跨過(guò)了閾值的判決框912處設(shè)置“命中”來(lái)指示，“ CREF末端，，指示Ckef上的電壓超過(guò)閾 值的時(shí)間。如果CEXT在CREF超過(guò)閾值之前超過(guò)閾值，則這將被指示為命中，且這將表明對(duì) Cext提供了太多的電流，即，電流源546贏得了到閾值電壓的競(jìng)賽。程序?qū)⒀亍笆恰甭窂竭M(jìn)行 到框914，以將正在測(cè)試的SAR位設(shè)置為“0”，表明16位值應(yīng)該為更低值。然而，如果信號(hào) CEXT未在CREF超過(guò)閾值之前超過(guò)閾值，則這表明不存在命中，即，電流源546沒(méi)有贏得競(jìng) 賽，且正在測(cè)試的SAR位將被設(shè)置為“ 1 ”，如功能框916所示。在測(cè)試了 SAR位之后，程序?qū)?從功能框914或916進(jìn)行到判決框918。在判決框918，判斷是否測(cè)試了所有的16位，如果沒(méi)有，程序沿“否”路徑從判決框 918進(jìn)行到功能框920，以選擇下一個(gè)MSB，然后回到910的輸入，以再一次測(cè)試該位。這將 繼續(xù)一直到所有16位被測(cè)試，在那時(shí)程序?qū)呐袥Q框918沿“是”路徑進(jìn)行到功能框924， 以將該值存儲(chǔ)到相關(guān)的寄存器。如上所述，該特定值代表外部電容開(kāi)關(guān)的歸一化值。知道 了電流源546和548中的兩個(gè)電流的絕對(duì)值以及電容器Ckef的絕對(duì)值，可以實(shí)際計(jì)算外部電容開(kāi)關(guān)的絕對(duì)值。然而，計(jì)算該值并不重要，更重要的是讓16位值隨后用于判斷該外部電容開(kāi)關(guān)的值是否已經(jīng)改變。如果該值已經(jīng)改變，將與寄存器中預(yù)存儲(chǔ)的16位值進(jìn)行比較， 以判斷內(nèi)容是否需要更新，且在發(fā)生這樣的改變時(shí)進(jìn)行更新。該改變將被標(biāo)注到運(yùn)行算法 以確定是否聲明了“觸摸”的程序。出于該目的可以使用任何類(lèi)型的算法。SAR引擎510的 主要目的是確定供該算法使用的外部電容開(kāi)關(guān)的16位值。然后，可以利用該值與先前存儲(chǔ) 的值等作比較，以確定電容值的改變是否具有聲明發(fā)生了觸摸的性質(zhì)。
得益于本公開(kāi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)了解該電容感測(cè)電路提供了為單個(gè)集成芯 片上的電容傳感器陣列提供電容感測(cè)能力的靈活的方案，以允許測(cè)量電容器以便監(jiān)視電容 器的值來(lái)判斷是否發(fā)生了改變。應(yīng)該理解這里的附圖和詳細(xì)說(shuō)明被認(rèn)為是示例性的而非 限制性的，不希望局限于所公開(kāi)的具體形式和例子。相反，在不離開(kāi)所述權(quán)利要求書(shū)限定的 精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行任何進(jìn)一步的變形、改變、重新排列、替換、 變更、設(shè)計(jì)選擇和實(shí)施例。從而，旨在將所附權(quán)利要求書(shū)解釋為包括所有這種進(jìn)一步的變 形、改變、重新排列、替換、變更、設(shè)計(jì)選擇和實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種用于確定電容器的值的電路，包括第一電路，用于在可變電容器上的可變電壓跨過(guò)閾值電壓時(shí)產(chǎn)生第一指示；第二電路，用于在參考電容器上的參考電壓跨過(guò)所述閾值電壓時(shí)產(chǎn)生第二指示；控制邏輯，響應(yīng)于所述第一和第二指示產(chǎn)生控制信號(hào)，該控制信號(hào)表明所述第一或第二指示中的至少一個(gè)是否在所述第一或第二指示中的另一個(gè)之前發(fā)生；逐次逼近引擎，用于響應(yīng)于所述控制信號(hào)產(chǎn)生N位控制值；可變電流源，響應(yīng)于所述N位控制值產(chǎn)生送至所述第一電路的可變電流；參考電流源，用于產(chǎn)生送至所述第二電路的參考電流；以及其中，當(dāng)所述可變電壓基本等于所述參考電壓時(shí)，由相關(guān)處理電路響應(yīng)于所述參考電容器的值、所述參考電流和由所述可變電流源提供的可變電流來(lái)確定所述電容器的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述第一電路還包括用于產(chǎn)生所述第一指示的 第一比較器，該第一比較器具有連接來(lái)監(jiān)視所述電容器上的可變電壓的第一輸入以及連接 來(lái)監(jiān)視所述閾值電壓的第二輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中，所述第二電路還包括用于產(chǎn)生所述第二指示的 第二比較器，所述第二比較器具有連接來(lái)監(jiān)視所述參考電容器上的參考電壓的第一輸入以 及連接來(lái)監(jiān)視所述閾值電壓的第二輸入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，還包括用于從所述電容器上的可變電壓過(guò)濾干擾的低 通濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，還包括開(kāi)關(guān)電路，響應(yīng)于所述參考電壓已超過(guò)所述閾 值電壓的第二指示，對(duì)所述電容器進(jìn)行放電且對(duì)所述參考電容器進(jìn)行放電。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，還包括第三電路，用于在第二參考電容器上的第二參考電壓超過(guò)所述閾值電壓時(shí)產(chǎn)生第三指 示；以及控制邏輯，用于產(chǎn)生具有響應(yīng)于所述第三指示的第一時(shí)鐘沿和響應(yīng)于所述第二指示的 第二時(shí)鐘沿的時(shí)鐘信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其中，所述第三電路還包括用于產(chǎn)生所述第三指示的 第三比較器，所述第三比較器具有連接來(lái)監(jiān)視所述第二參考電容器上的第二參考電壓的第 一輸入以及連接來(lái)監(jiān)視所述閾值電壓的第二輸入。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，還包括開(kāi)關(guān)電路，用于響應(yīng)于所述第二參考電壓已超 過(guò)所述閾值電壓的第三指示，使所述第二參考電容器上的第二參考電壓放電。
9.一種用于確定電容器的值的電路，包括 連至電容器開(kāi)關(guān)陣列的第一連接； 參考電容器；處理核；第一比較器，具有連接來(lái)監(jiān)視與所述電容器開(kāi)關(guān)陣列相關(guān)聯(lián)的電容器上的充電斜坡電 壓的第一輸入以及連接來(lái)監(jiān)視閾值電壓的第二輸入，以便在所述電容器上的充電斜坡電壓 超過(guò)所述閾值電壓時(shí)產(chǎn)生第一指示；第二比較器，具有連接來(lái)監(jiān)視所述參考電容器上的充電斜坡電壓的第一輸入以及連接 來(lái)監(jiān)視所述閾值電壓的第二輸入，以便在所述參考電容器上的充電斜坡電壓跨過(guò)所述閾值電壓時(shí)產(chǎn)生第二指示；控制邏輯，響應(yīng)于所述第一和第二指示產(chǎn)生表明所述第一指示或所述第二指示中的至 少一個(gè)何時(shí)首先發(fā)生的控制信號(hào)；逐次逼近引擎，用于響應(yīng)于所述控制信號(hào)產(chǎn)生N位控制值；可變電流源，響應(yīng)于所述N位控制值產(chǎn)生可變電流，該可變電流對(duì)所述電容器充電以 產(chǎn)生所述電容器上的充電斜坡電壓；參考電流源，用于產(chǎn)生對(duì)所述參考電容器充電以產(chǎn)生所述參考電容器上的充電斜坡電 壓的參考電流；以及其中，當(dāng)所述電容器上的充電斜坡電壓基本等于所述參考電容器上的充電斜坡電壓 時(shí)，由所述處理核響應(yīng)于所述參考電容器的值、所述參考電流和由所述可變電流源提供的 可變電流來(lái)確定所述電容器的值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，還包括用于從所述電容器上的充電斜坡電壓過(guò)濾干 擾的低通濾波器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，還包括開(kāi)關(guān)電路，響應(yīng)于所述參考電容器上的充電 斜坡電壓已超過(guò)所述閾值電壓的第二指示，對(duì)所述電容器進(jìn)行放電且對(duì)所述參考電容器進(jìn) 行放電。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，還包括第三電路，用于在第二參考電容器上的充電斜坡電壓超過(guò)所述閾值電壓時(shí)產(chǎn)生第三指示；其中所述控制邏輯還產(chǎn)生具有響應(yīng)于所述第三指示的第一時(shí)鐘沿和響應(yīng)于所述第二 指示的第二時(shí)鐘沿的時(shí)鐘信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其中，所述第三電路還包括用于產(chǎn)生所述第三指示的 第三比較器，所述第三比較器具有連接來(lái)監(jiān)視所述第二參考電容器上的充電斜坡電壓的第 一輸入以及連接來(lái)監(jiān)視所述閾值電壓的第二輸入。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，還包括開(kāi)關(guān)電路，用于響應(yīng)于所述第二參考電壓已 超過(guò)所述閾值電壓的第三指示對(duì)所述第二參考電容器進(jìn)行放電。
15.一種用于確定電容器的值的電路，包括第一比較器，具有連接來(lái)監(jiān)視電容器上的充電斜坡電壓的第一輸入以及連接來(lái)監(jiān)視閾 值電壓的第二輸入，以便在所述電容器上的充電斜坡電壓跨過(guò)所述閾值電壓時(shí)產(chǎn)生第一指 示；第二比較器，具有連接來(lái)監(jiān)視參考電容器上的充電斜坡電壓的第一輸入以及連接來(lái)監(jiān) 視所述閾值電壓的第二輸入，以便在所述參考電容器上的充電斜坡電壓跨過(guò)所述閾值電壓 時(shí)產(chǎn)生第二指示；第三比較器，具有連接來(lái)監(jiān)視第二參考電容器上的充電斜坡電壓的第一輸入以及連接 來(lái)監(jiān)視所述閾值電壓的第二輸入，以便在所述第二參考電容器上的充電斜坡電壓跨過(guò)所述 閾值電壓時(shí)產(chǎn)生第三指示；控制邏輯，響應(yīng)于所述第一和第二指示產(chǎn)生表明所述第一指示或所述第二指示中的至 少一個(gè)何時(shí)首先發(fā)生的控制信號(hào)，其中所述控制邏輯還產(chǎn)生具有響應(yīng)于所述第三指示的第 一時(shí)鐘沿和響應(yīng)于所述第二指示的第二時(shí)鐘沿的時(shí)鐘信號(hào)；逐次逼近引擎，用于響應(yīng)于所述控制信號(hào)產(chǎn)生N位控制值；可變電流源，響應(yīng)于所述N位控制值產(chǎn)生送至相關(guān)電容器以產(chǎn)生所述充電斜坡電壓的 可變電流；參考電流源，用于產(chǎn)生送至所述參考電容器以產(chǎn)生相關(guān)的充電斜坡電壓的參考電流；以及其中，當(dāng)所述電容器上的充電斜坡電壓基本等于所述參考電容器上的充電斜坡電壓 時(shí)，由相關(guān)處理電路響應(yīng)于所述參考電容器的值、所述參考電流和由所述可變電流源提供 的所述可變電流來(lái)確定所述電容器的值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電路，還包括用于從所述電容器上的充電電壓過(guò)濾干擾 的低通濾波器。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電路，還包括開(kāi)關(guān)電路，響應(yīng)于所述參考電容器上的充電 斜坡電壓已跨過(guò)所述閾值電壓的第二指示，對(duì)電容器進(jìn)行放電且對(duì)所述參考電容器進(jìn)行放
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電路，還包括第二開(kāi)關(guān)電路，用于響應(yīng)于相關(guān)的充電斜坡 電壓已跨過(guò)所述閾值電壓的第三指示對(duì)所述第二參考電容器進(jìn)行放電。
19.一種用于確定電容器的值的電容器值確定電路，包括充電電路，連接以從初始電壓起、以定義的充電模式對(duì)所述電容器進(jìn)行充電，其中所述 定義的充電模式是可變的；具有參考充電模式的參考電路；控制器，用于控制所述充電電路在離散的多個(gè)定義的充電模式的范圍上改變所述定義 的充電模式以應(yīng)用于所述電容器，每個(gè)定義的充電模式具有相關(guān)的控制值；比較電路，用于將所述定義的充電模式與所述參考模式進(jìn)行比較，以判斷在給定的控 制值下它們是否滿足相互之間的定義關(guān)系；所述控制器以離散的步幅改變所述控制值，以將每個(gè)離散的充電控制值應(yīng)用于所述電 容器，以從所述初始電壓起對(duì)所述電容器進(jìn)行充電，直到確定所述定義關(guān)系基本存在為止， 并且所述控制器將電容器值與當(dāng)前控制值相關(guān)聯(lián)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電路，其中，所述充電電路產(chǎn)生具有相關(guān)的定義斜率的斜 坡，作為從所述初始電壓起對(duì)所述電容器進(jìn)行充電的所述定義的充電模式，且所述參考電 路產(chǎn)生具有參考斜率的參考斜坡，且所述定義關(guān)系是所述參考斜率與所述定義斜率的比 值。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電路，其中，用可變電流源改變所述斜坡，以定義多個(gè)離散 的斜率。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電路，其中，所述比值基本為單位值。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電路，其中，所述控制器植入逐次逼近算法來(lái)改變所述控 制值。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電路，其中，所述電容器是包含電容器值確定電路的集成 電路的外部電容器。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電路，其中，所述電容器是包括多個(gè)電容器的電容器陣列 的一部分。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電路，還包括多路復(fù)用器電路，用于掃描所述電容器陣列 中的電容器，以確定其中所選的電容器的值。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電路，還包括用于存儲(chǔ)所確定的當(dāng)前值作為參考控制值的 存儲(chǔ)元件；并且所述控制器在未來(lái)時(shí)間啟動(dòng)另一個(gè)電容器值確定，并將所確定的當(dāng)前控制 值與存儲(chǔ)的控制值相比較，以判斷是否已經(jīng)發(fā)生電容值的改變。
28.一種用于確定外部電容器的值的逐次逼近(SAR)電路，包括主驅(qū)動(dòng)源，用于使用能夠以離散步幅改變的離散電流來(lái)驅(qū)動(dòng)所述外部電容器；參考電容器；參考驅(qū)動(dòng)源，用于以固定的電流驅(qū)動(dòng)所述參考電容器；控制器，用于控制所述主驅(qū)動(dòng)源和所述參考驅(qū)動(dòng)源，以從初始電壓起分別驅(qū)動(dòng)外部電 容器和參考電容器；比較器，比較主電容器和參考電容器的充電曲線，以判斷它們是否具有預(yù)定關(guān)系；SAR控制電路，用于根據(jù)SAR算法改變所述離散電流的值，直到所述主電容器和參考電 容器的充電曲線基本具有所述預(yù)定關(guān)系為止，此時(shí)所述SAR控制電路的控制值的值對(duì)應(yīng)于 所述外部電容器的值。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于確定電容值的系統(tǒng)和方法。用于確定可變電容器的值的電路包括第一電路，用于在可變電容器上的可變電壓超過(guò)閾值電壓時(shí)產(chǎn)生第一指示。第二電路在參考電容器上的參考電壓超過(guò)所述閾值電壓時(shí)產(chǎn)生第二指示?？刂七壿嬳憫?yīng)于第一和第二指示產(chǎn)生表明第一指示還是第二指示首先發(fā)生的控制信號(hào)。逐次逼近引擎響應(yīng)于控制信號(hào)產(chǎn)生N位控制值。可變電流源響應(yīng)于N位控制值產(chǎn)生送至第一電路的可變電流。參考電流源產(chǎn)生送至第二電路的參考電流。
文檔編號(hào)G01R27/26GK101833044SQ20101014181
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
發(fā)明者D·維蘭德 申請(qǐng)人:硅谷實(shí)驗(yàn)室公司