一種互電容檢測電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種互電容檢測電路，該檢測電路包括限流發(fā)射模塊、第一電容和接收模塊；限流發(fā)射模塊在時鐘信號控制下使第一電容輸出正負交替的電流；接收模塊包括電流傳輸模塊和ADC模塊，ADC模塊包括第二電容、比較器和計數(shù)器，電流傳輸模塊將第一電容輸出的電流整流后傳輸給第二電容的第一電極板，第二電容第一電極板的電壓使比較器的輸出電平翻轉(zhuǎn)，計數(shù)器對翻轉(zhuǎn)電平的寬度進行計數(shù)并輸出相應(yīng)寬度的數(shù)字電平脈沖信號。本發(fā)明的互電容檢測電路采用限流發(fā)射模塊，降低了電流信號的幅度和帶寬；采用電流傳輸降低了對放大器的要求；本發(fā)明能夠抑制共模噪聲的影響，在低輸入信噪比情況下輸出高信噪比，提高了檢測靈敏度。
【專利說明】—種互電容檢測電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電路設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種在電容式觸控裝置上使用的互電容檢測電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有電容式觸控檢測裝置中，基于互電容檢測的裝置可以實現(xiàn)真實多點觸控，但相對自電容檢測，互電容檢測需要面對低輸入信噪比、高系統(tǒng)成本等問題。
[0003]圖1是現(xiàn)有的互電容檢測電路，該檢測電路通過檢測手指觸摸時觸摸屏的二維電容的電量變化數(shù)據(jù)，從而計算出每個觸摸點的坐標。其工作原理如下:當沒有觸摸時，外部激勵VIN由一個電壓Vl跳變到另一電壓V2，通過控制第一開關(guān)SI的導(dǎo)通和關(guān)斷，利用第一電容Cl的負反饋驅(qū)動第一運算放大器11的輸入差動電壓，將被檢測電容Cx的電荷變化轉(zhuǎn)移到第一電容Cl上，可得到第一運算放大器11的輸出電壓是:V0UT1 =VCOM-CxX (V2-V1)/Cl ;當有觸摸時，被檢測電容設(shè)定為Cx’，外部激勵VIN由一個電壓Vl跳變到另一電壓V2，可得到第一運算放大器11的輸出電壓是:V0UT2=VC0M-Cx’ X (V2_V1)/C1。通過將未觸摸和觸摸時第一運算放大器11的輸出電壓數(shù)值進行比較，得到兩次輸出電壓的差值，設(shè)定一個參考值，若差值大于參考值，即認為有觸摸。這種方法采用電壓傳輸方式檢測互電容大小，對電壓放大器的精度要求非常高。
[0004]同時，在進行人手觸摸時，由于人體與檢測系統(tǒng)未良好共地，導(dǎo)致存在共模噪聲泄放電通路，因此電容式檢測因其本身屬于電氣開放式檢測(所有參考不是基于同一個地參考)而共模抑制能力較差。當進行人手觸控時，由于人手靠近檢測傳感器而引起的自電容變化一般是互電容變化的10-100倍，共模噪聲通過這個自電容耦合泄放，在一些共模噪聲較差的放大器中，輸入信噪比很容易降到1/1-1/10。同時，工藝演進和觸控筆的使用，更是加劇了輸入信噪比的惡化和提高了對檢測信噪比的要求，為解決這些問題，如果采用降低放大器共模噪聲和檢測芯片自身進行ASP (Analog Signal Process,模擬信號處理)或DSP(Digital Signal Process,數(shù)字信號處理)濾波等方法會帶來高的系統(tǒng)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，特別創(chuàng)新地提出了一種互電容檢測電路。
[0006]為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，本發(fā)明提供了一種互電容檢測電路，包括:限流發(fā)射模塊、與所述限流發(fā)射模塊相連的第一電容以及與所述第一電容相連的接收模塊；所述限流發(fā)射模塊在時鐘信號控制下使所述第一電容輸出正負交替的電流信號，所述第一電容將所述電流信號傳輸給所述接收模塊；所述接收模塊根據(jù)所述第一電容輸出電流信號的幅值大小輸出數(shù)字電平脈沖信號，所述數(shù)字電平脈沖信號的寬度與所述第一電容輸出電流信號的幅值大小正相關(guān)。本發(fā)明的互電容檢測電路采用限流發(fā)射模塊，降低了電流信號的幅度和帶寬；米用電流對第一電容的電容值進行傳輸，與電壓傳輸方式相比，降低了對放大器的帶寬要求，更容易實現(xiàn)。
[0007]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述接收模塊包括電流傳輸模塊和ADC模塊,所述ADC模塊包括第二電容、比較器和計數(shù)器，所述電流傳輸模塊將所述第一電容輸出的電流整流后傳輸給所述第二電容的第一電極板，所述第二電容第一電極板的電壓使比較器的輸出電平翻轉(zhuǎn)，所述計數(shù)器對所述翻轉(zhuǎn)電平的寬度進行計數(shù)并輸出相應(yīng)寬度的數(shù)字電平脈沖信號。
[0008]本發(fā)明的ADC (Analog to Digital Converter,模數(shù)變換器)模塊采用delta-sigma調(diào)制器結(jié)構(gòu)，將ASP與ADC整合成一個整體，能夠抑制共模噪聲的影響，在低的輸入信噪比情況下輸出高的信噪比，提高了檢測靈敏度，同時也帶來了面積和功耗的節(jié)省，降低了系統(tǒng)成本。
[0009]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述限流發(fā)射模塊包括電壓放大器，所述電壓放大器的輸入端通過串聯(lián)的第一開關(guān)和第一上拉電流源與工作電源相連，所述電壓放大器的輸入端還通過串聯(lián)的第二開關(guān)和第一下拉電流源與地相連，第一時鐘信號控制所述第一開關(guān)的開啟與閉合，第二時鐘信號控制所述第二開關(guān)的開啟與閉合，所述第一時鐘信號有效電平與第二時鐘信號的有效電平不相重疊，所述電壓放大器的輸出端通過第三電容與其輸入端相連。
[0010]本發(fā)明采用限流發(fā)射模塊，降低了電流信號的幅度和帶寬，降低了對后級電流放大器的擺幅和帶寬要求。通過連接上拉電流源和下拉電流源，以及在不相重疊的第一時鐘信號和第二時鐘信號控制下，電壓放大器輸出高低電平周期變化的電壓，使第一電容輸出正負交替的電流。
[0011 ] 在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施例中，所述電流傳輸模塊包括同相電流放大器和反相電流放大器，所述同相電流放大器的輸入端通過第三開關(guān)與所述第一電容的輸出端相連，所述第三開關(guān)由所述第一時鐘信號控制開啟或閉合，所述反相電流放大器的輸入端通過第四開關(guān)與所述第一電容的輸出端相連，所述第四開關(guān)由所述第二時鐘信號控制開啟或閉合，所述同相電流放大器的輸出端和反相電流放大器的輸出端分別與所述第二電容的第一電極板相連。
[0012]本發(fā)明的電流傳輸模塊米用同相電流放大器和反相電流放大器，在第一時鐘信號和第二時鐘信號控制下，對第一電容輸出的正負交替的電流進行整流和濾波。
[0013]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述電流傳輸模塊還包括第一電流放大器，所述第一電流放大器的輸入端與所述第一電容的輸出端相連，所述第一電流放大器的輸出端分別與所述第三開關(guān)和第四開關(guān)相連。
[0014]本發(fā)明的電流傳輸模塊米用第一電流放大器對第一電容輸出的電流信號進行放大，提聞了電流的幅值。
[0015]在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施例中，所述第二電容的第一電極板與所述比較器的正端相連，所述第二電容的第二電極板接地，所述比較器的負端與參考電壓相連，所述比較器的輸出端與所述計數(shù)器的輸入端相連，所述第二電容的第一電極板還通過串聯(lián)的第五開關(guān)和第四下拉電流源接地，所述比較器的輸出端輸出的信號控制所述第五開關(guān)的導(dǎo)通與切斷。
[0016]本發(fā)明采用delta-sigma調(diào)制器實現(xiàn)ADC模塊，只采用第二電容實現(xiàn)積分器，一個比較器實現(xiàn)Ibit量化器，通過一個計數(shù)器將Ibit數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成多bit數(shù)據(jù)流，供后級電路使用。本發(fā)明將ASP與ADC整合成一個整體，能夠抑制共模噪聲的影響，在低的輸入信噪比情況下輸出高的信噪比，提高了檢測靈敏度，同時也帶了面積和功耗的節(jié)省。
[0017]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，所述ADC模塊還包括觸發(fā)器，所述觸發(fā)器的輸入端與比較器的輸出端相連，所述觸發(fā)器的輸出端與計數(shù)器的輸入端相連，所述觸發(fā)器的輸出端輸出的信號控制所述第五開關(guān)的導(dǎo)通與切斷。
[0018]本發(fā)明在ADC模塊中采用觸發(fā)器，對比較器的輸出信號進行同步濾噪。
[0019]在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施例中，所述電流傳輸模塊還包括一端與第一電容輸出節(jié)點，電流放大器輸入節(jié)點和第二電容輸入節(jié)點三者之一相連的第二下拉電流源，所述第二下拉電流源的另一端接地。
[0020]本發(fā)明通過設(shè)置第二下拉電流源泄放一定數(shù)量的電荷，防止第二電容形成的積分電路飽和。
[0021]在本發(fā)明的再一種優(yōu)選實施例中，所述電流傳輸模塊還包括與第一電容輸出節(jié)點，電流放大器輸入節(jié)點和第二電容輸入節(jié)點三者之一分別相連的第三上拉電流源和第三下拉電流源，所述第三上拉電流源和第三下拉電流源分別通過第一時鐘信號和第二時鐘信號之一控制導(dǎo)通和截止。
[0022]本發(fā)明通過設(shè)置第三上拉電流源和第三下拉電流源，并通過第一時鐘信號和第二時鐘信號之一控制導(dǎo)通和截止，從電路中灌入或抽出一定的電流，實現(xiàn)對失調(diào)電流的抵消作用，同時也可防止積分電路飽和。
[0023]在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施例中，所述互電容檢測電路還包括DAC模塊，所述DAC模塊分別與所述限流發(fā)射模塊和接收模塊相連，用于控制所述第一上拉電流源、第一下拉電流源、第二下拉電流源、第三上拉電流源、第三下拉電流源和第三電容的大小。
[0024]本發(fā)明設(shè)置DAC模塊，通過對第一上拉電流源、第一下拉電流源和第三電容的大小進行調(diào)整，進而調(diào)整第一電容輸出電流的大小；通過對第二下拉電流源的大小進行調(diào)整，進而調(diào)整第二下拉電流源對電荷的泄放能力；通過對第三上拉電流源和第三下拉電流源的大小進行調(diào)整，進而調(diào)整第三上拉電流源和第三下拉電流源對失調(diào)電流的抵消能力。
[0025]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0027]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中互電容檢測電路圖；
[0028]圖2是本發(fā)明互電容檢測電路的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖3是在本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式中節(jié)點的波形圖。
[0030]附圖標記:
[0031]200限流發(fā)射模塊；201接收模塊；101工作電源；102第一上拉電流源；
[0032]103第一開關(guān)；104第二開關(guān)；105第一下拉電流源；106地；107第三電容；
[0033]108電壓放大器；109第一電容；110第一電流放大器；111第三開關(guān)；[0034]112第四開關(guān)；113同相電流放大器；114反相電流放大器；115第二電容；
[0035]116比較器；117觸發(fā)器；118第五開關(guān)；119第四下拉電流源；
[0036]120計數(shù)器；121電壓放大器輸入節(jié)點；122第一電容輸入節(jié)點；
[0037]123第一電容輸出節(jié)點；124電流放大器輸入節(jié)點；125第二電容輸入節(jié)點；
[0038]126計數(shù)器輸入節(jié)點；131第三上拉電流源；132第三下拉電流源。
【具體實施方式】
[0039]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0040]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0041]在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。
[0042]本發(fā)明提供了 一種互電容檢測電路，如圖2所示，該互電容檢測電路包括限流發(fā)射模塊200、與該限流發(fā)射模塊200相連的第一電容109以及與該第一電容109相連的接收模塊201。該第一電容109為互電容。限流發(fā)射模塊200在時鐘信號控制下使第一電容109輸出正負交替的電流信號，該第一電容109將電流信號傳輸給接收模塊201。接收模塊201根據(jù)第一電容109輸出電流信號的幅值大小輸出數(shù)字電平脈沖信號，該數(shù)字電平脈沖信號的寬度與第一電容109輸出電流信號的幅值大小正相關(guān)，即數(shù)字電平脈沖信號的寬度隨第一電容109的輸出電流信號的幅值呈正比例關(guān)系變化，數(shù)字電平脈沖信號的寬度隨第一電容109的輸出電流信號的幅值增大而增大，數(shù)字電平脈沖信號的寬度隨第一電容109的輸出電流信號的幅值減小而變小。
[0043]在本實施方式中，限流發(fā)射模塊200在時鐘信號控制下使第一電容109輸出正負交替的電流，如圖2和圖3所示，時鐘信號包括第一時鐘信號Φ1和第二時鐘信號Φ2，該第一時鐘信號Φ1的有效電平和第二時鐘信號Φ2的有效電平不相重疊，這里所說的有效電平是指第一時鐘信號Φ I和第二時鐘信號Φ2中的高電平。該接收模塊201包括電流傳輸模塊和ADC模塊，ADC模塊包括第二電容115、比較器116和計數(shù)器120，電流傳輸模塊將第一電容109輸出的電流整流后傳輸給第二電容115,使第二電容115的電壓發(fā)生變化,通過檢測第二電容115的電壓值即可測得第一電容109的電容大小，在本實施方式中，第二電容115的電壓使比較器116的輸出電平翻轉(zhuǎn)，計數(shù)器120對翻轉(zhuǎn)電平的寬度進行計數(shù)并輸出相應(yīng)寬度的數(shù)字電平脈沖信號。
[0044]在本實施方式中，如圖2所示，該限流發(fā)射模塊200包括電壓放大器108，該電壓放大器108的輸入端通過串聯(lián)的第一開關(guān)103和第一上拉電流源102與工作電源101相連，電壓放大器108的輸入端還通過串聯(lián)的第二開關(guān)104和第一下拉電流源105與地106相連，第一時鐘信號Φ1控制第一開關(guān)103的開啟與閉合，第二時鐘信號Φ2控制第二開關(guān)104的開啟與閉合，具體是，當?shù)谝粫r鐘信號Φ I高電平時，第一開關(guān)103閉合，第一上拉電流源102接入電路；當?shù)谝粫r鐘信號Φ I低電平時，第一開關(guān)103開啟，第一上拉電流源102被斷開；當?shù)诙r鐘信號Φ2高電平時，第二開關(guān)104閉合，第一下拉電流源105接入電路；當?shù)诙r鐘信號Φ2低電平時，第二開關(guān)104開啟，第一下拉電流源105被斷開。結(jié)合圖3所示，第一時鐘信號Φ1有效電平與第二時鐘信號Φ2的有效電平不相重疊，第一上拉電流源102和第一下拉電流源105被交替的接入電路。電壓放大器108的輸出端通過第三電容107與其輸入端相連。需要說明的是，由于電壓放大器108工作在線性區(qū)，其兩個輸入端虛短，因此圖中只示意性畫出了一個輸入端。
[0045]從圖2中可見，由于該電壓放大器108為帶電壓-電流負反饋的電壓型放大器，根據(jù)電容的微分特性，流過電容C的電流I=d(V)/d(t)*C，只要限定d(V)/d(t)的大小，即可限定在一個固定大小的電容C上流過的電流，因此,在本實施方式中，為使第一電容109輸出正負交替大小穩(wěn)定的電流，如圖3中I (123)所示，需要使第一電容109的輸入電壓即電壓放大器108的輸出電壓斜率穩(wěn)定,也就要求輸入第三電容107的電流穩(wěn)定。在本實施方式中，通過第一上拉電流源102和第一下拉電流源105向第三電容107提供穩(wěn)定的電流，通過電壓-電流負反饋，調(diào)節(jié)輸出電壓斜率等于輸入電壓斜率，如圖3所示，V (121)電壓放大器輸入節(jié)點121的電壓波形，V (122)為第一電容輸入節(jié)點122的電壓波形，即電壓放大器108輸出的電壓波形，從而實現(xiàn)對電壓放大器108輸出電壓的限制。電壓放大器108輸入電壓的斜率等于第一上拉電流源102的電流或第一下拉電流源105的電流除以第三電容107的大小。在本實施方式中，該互電容檢測電路還可以包括DAC模塊，該DAC模塊分別與限流發(fā)射模塊200和接收模塊201相連，用于控制第一上拉電流源102、第一下拉電流源105和第三電容107的大小。通過該DAC模塊對第一上拉電流源102、第一下拉電流源105和第三電容107的大小進行調(diào)整，進而調(diào)整電壓放大器108輸出電壓的斜率，從而調(diào)整第一電容109輸出電流的大小。本發(fā)明通過周期性地將第一上拉電流源102和第一下拉電流源105接入電路，實現(xiàn)對第一電容109輸出電流方向的調(diào)整。
[0046]本發(fā)明采用限流發(fā)射模塊200，降低了電流信號的幅度和帶寬，降低了對后級電流放大器的擺幅和帶寬要求。通過連接第一上拉電流源102和第一下拉電流源105，以及在不相重疊的第一時鐘信號Φ I和第二時鐘信號Φ2控制下，電壓放大器108輸出高低電平周期變化的電壓，使第一電容109輸出正負交替的電流。
[0047]如圖2所示，在本實施方式中，電流傳輸模塊包括同相電流放大器113和反相電流放大器114,該同相電流放大器113的輸入端通過第三開關(guān)111與第一電容109的輸出端相連,該第三開關(guān)111由第一開時鐘信號Φ I控制開啟與閉合，反相電流放大器114的輸入端通過第四開關(guān)112與第一電容109的輸出端相連，該第四開關(guān)112由第二開時鐘信號Φ2控制開啟與閉合，同相電流放大器113的輸出端和反相電流放大器114的輸出端分別與第二電容115的第一電極板相連。
[0048]在本實施方式中，該電流傳輸模塊還包括第一電流放大器110,該第一電流放大器110的輸入端與第一電容109的輸出端相連,第一電流放大器110的輸出端分別與第三開關(guān)111和第四開關(guān)112相連。本發(fā)明的電流傳輸模塊米用第一電流放大器110對第一電容109輸出的電流信號進行放大，提高了電流的幅值。
[0049]在本實施方式中，電流傳輸模塊通過設(shè)置第一電流放大器110、同相電流放大器113和反相電流放大器114,來實現(xiàn)電流信號的傳輸,在本發(fā)明的一種優(yōu)選的設(shè)施方式中，第一電流放大器110、同相電流放大器113和反相電流放大器114可以設(shè)計為可控增益電流放大器以實現(xiàn)對大輸入電容范圍的兼容。在本發(fā)明的另一種優(yōu)選的設(shè)施方式中，還可以設(shè)置修調(diào)電路，實現(xiàn)對失調(diào)電流的抵消作用，具體是設(shè)置與第一電容輸出節(jié)點123，電流放大器輸入節(jié)點124和第二電容輸入節(jié)點125三者之一分別相連的第三上拉電流源131和第三下拉電流源132，該第三上拉電流源131和第三下拉電流源132分別通過第一時鐘信號Φ I和第二時鐘信號Φ2之一，控制該第三上拉電流源131和第三下拉電流源132的導(dǎo)通和截止。通過引入第三上拉電流源131和第三下拉電流源132，可以向電路灌入或抽出一定的電流，以實現(xiàn)對失調(diào)電流的抵消作用。第三上拉電流源131和第三下拉電流源132為大小和方向可調(diào)整的電流源，其大小可由DAC模塊控制，通過DAC模塊對第三上拉電流源131和第三下拉電流源132的大小進行調(diào)整，進而調(diào)整第三上拉電流源131和第三下拉電流源132對失調(diào)電流的抵消能力，第三上拉電流源131和第三下拉電流源132的電流的方向可通過第一時鐘信號ΦI和第二時鐘信號Φ2進行控制，具體可以在第一時鐘信號ΦI有效期或第二時鐘信號Φ2有效期選擇第三上拉電流源131和第三下拉電流源132中的一個接入電路。本發(fā)明的電流傳輸模塊采用同相電流放大器113和反相電流放大器114，在第一時鐘信號Φ I和第二時鐘信號Φ 2控制下，對第一電容109輸出的正負交替的電流進行整流和濾波，電流傳輸模塊處理后的電流如圖3中I (125)所示。本發(fā)明通過設(shè)置第三上拉電流源131和第三下拉電流源132，并通過第一時鐘信號Φ1和第二時鐘信號Φ2之一控制導(dǎo)通和截止，從電路中灌入或抽出一定的電流，實現(xiàn)對失調(diào)電流的抵消作用，同時也可防止積分電路飽和。
[0050]如圖2所示，在本實施方式中，ADC模塊包括第二電容115、比較器116和計數(shù)器120,該第二電容115的第一電極板與比較器116的正端相連,第二電容115的第二電極板接地106，比較器116的負端與參考電壓相連，比較器116的輸出端與計數(shù)器120的輸入端相連，第二電容115的第一電極板還通過串聯(lián)的第五開關(guān)118和第四下拉電流源119接地106，比較器116的輸出端輸出的信號控制開關(guān)的導(dǎo)通與切斷。
[0051]在本發(fā)明另外的優(yōu)選實施方式中，該ADC模塊還包括觸發(fā)器117，該觸發(fā)器117的輸入端與比較器116的輸出端相連,觸發(fā)器117的輸出端與計數(shù)器120的輸入端相連,本發(fā)明的觸發(fā)器117可以是任何具有過濾噪聲功能的觸發(fā)器，可以為但不限于D觸發(fā)器或施密特觸發(fā)器，在本實施方式中，優(yōu)選米用D觸發(fā)器,在該實施方式中,觸發(fā)器117的輸出端輸出的信號控制第五開關(guān)118的導(dǎo)通與切斷。
[0052]本發(fā)明采用delta-sigma調(diào)制器實現(xiàn)ADC模塊，只采用第二電容115實現(xiàn)積分器，一個比較器116實現(xiàn)Ibit量化器，通過一個計數(shù)器120將Ibit數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成多bit數(shù)據(jù)流，供后級電路使用。本發(fā)明將ASP與ADC整合成一個整體，能夠抑制共模噪聲的影響，在低的輸入信噪比情況下輸出高的信噪比，提高了檢測靈敏度，同時也帶了面積和功耗的節(jié)省。
[0053]在本發(fā)明的一種更加優(yōu)選的實施方式中，為防止積分電路飽和，還可以設(shè)置補償電路，具體是設(shè)置第二下拉電流源(圖中沒有示出)，該第二下拉電流源的一端與第一電容輸出節(jié)點123，電流放大器輸入節(jié)點124和第二電容輸入節(jié)點125三者之一相連，該第二下拉電流源的另一端接地106。通過該第二下拉電流源泄放一定數(shù)量的電荷，防止第二電容115形成的積分電路飽和。
[0054]在本實施方式中，該互電容檢測電路的DAC模塊還能夠控制第二下拉電流源、第三上拉電流源131、第三下拉電流源132和的大小。通過該DAC模塊對第二下拉電流源的大小進行調(diào)整，進而調(diào)整第二下拉電流源對電荷的泄放能力。通過該DAC模塊對第三上拉電流源131和第三下拉電流源132的大小進行調(diào)整，進而調(diào)整第三上拉電流源131和第三下拉電流源132對失調(diào)電流的抵消能力。
[0055]在本發(fā)明另外的優(yōu)選實施方式中，也可以將修調(diào)電路與補償電路整合到一起，即通過第三上拉電流源131和第三下拉電流源132，既可以實現(xiàn)修調(diào)功能，又可以實現(xiàn)補償功能。具體的設(shè)計可以采用修調(diào)電路的結(jié)構(gòu)，在此不作贅述。
[0056]本發(fā)明的互電容檢測電路采用限流發(fā)射模塊200，降低了電流信號的幅度和帶寬；米用電流對第一電容109的電容值進行傳輸,與電壓傳輸方式相比，降低了對放大器的要求；本發(fā)明的ADC模塊采用delta-sigma調(diào)制器結(jié)構(gòu)，將ASP與ADC整合成一個整體，能夠抑制共模噪聲的影響，在低的輸入信噪比情況下輸出高的信噪比，提高了檢測靈敏度，同時也帶來了面積和功耗的節(jié)省。
[0057]本發(fā)明的互電容檢測電路工作過程如下，首先，該互電容檢測電路獲得檢測啟動信號，電路在初始化完成后，在不交疊的第一時鐘信號Φ1和第二時鐘信號Φ2的控制下，第一開關(guān)103和第二開關(guān)104交替導(dǎo)通，使第一上拉電流源102、第一下拉電流源105交替接通到電壓放大器108的輸入端，該第一上拉電流源102的電流為I (102)，該第一下拉電流源105的電流為I (105)。由于第一開關(guān)103和第二開關(guān)104交替導(dǎo)通，因此電壓放大器108輸出高低變化的電平，電壓放大器108通過第三電容107的電壓-電流負反饋，使電壓放大器108輸出斜率為一固定值，在第一開關(guān)103導(dǎo)通時，電壓放大器108輸出斜率為I (102)/C (107)，在第二開關(guān)104導(dǎo)通時，電壓放大器108輸出斜率為I (105) /C (107)，通過第一電容109的微分特性，在第一電容109的輸出端將出現(xiàn)一個正負交替的電流，如圖3中I (123)所示。
[0058]在第一時鐘信號Φ1有效期間，通過閉合第三開關(guān)111，電流放大器110輸出端的電流經(jīng)過同相電流放大器113輸出到第二電容115的第一電極板,在第二時鐘信號Φ2有效期間，通過閉合第四開關(guān)112，電流放大器110輸出端的電流經(jīng)過反相電流放大器114輸出到第二電容115的第一電極板，完成一個正負發(fā)射周期，實現(xiàn)電流的整流和濾波。在本發(fā)明的一個更加優(yōu)選的實施方式中，本發(fā)明可重復(fù)一個正負發(fā)射周期多次，進行平均濾波，提高濾波效果。
[0059]同時，在該互電容檢測電路獲得檢測啟動信號后，計數(shù)器120使能，一旦第二電容115的第一電極板即正極板上有電流流入，第二電容115的電壓上升，使比較器116的輸出電平翻轉(zhuǎn)，經(jīng)D觸發(fā)器117同步濾噪后輸出給第五開關(guān)118和計數(shù)器120，第五開關(guān)118在D觸發(fā)器117輸出的電平控制下導(dǎo)通，使第四下拉電流源119對第二電容115的上極板放電，使比較器116的輸出電平回到翻轉(zhuǎn)前的狀態(tài)，而計數(shù)器120則對這個翻轉(zhuǎn)電平脈寬計數(shù)，圖3中V (126)為計數(shù)器輸入節(jié)點126的波形圖。
[0060]在其他參數(shù)不變的情況下，第一電容109的電容值越大，第一電容109輸出的電流也越大，第二電容115的第一電極板上積聚的電荷也越多，第二電容115的第一電極板上的電荷通過第四下拉電流源119放電的時間也就越長，比較器116輸出的翻轉(zhuǎn)電平也越寬，該翻轉(zhuǎn)電平脈寬與第一電容109的電容值大小存在固定的函數(shù)關(guān)系，且該函數(shù)關(guān)系為單調(diào)正相關(guān)的，通過處理計數(shù)器120的輸出數(shù)值，就可獲得第一電容109的電容值大小的變化信
肩、O
[0061 ] 本發(fā)明的互電容檢測電路采用電流傳輸模式，避開了電壓傳輸模式對運放的高要求，采用限流發(fā)射，限制了電流信號的幅度和帶寬，有效降低了對電流放大器的幅度和帶寬要求，采用delta-sigma調(diào)制器結(jié)構(gòu)，將ASP與ADC整合成一個整體，無需更多的DSP設(shè)計即可實現(xiàn)高噪聲抑制，同時也帶了面積和功耗的節(jié)省。
[0062]根據(jù)本發(fā)明的互電容檢測電路，本發(fā)明還提供了一種觸摸屏互電容檢測陣列，其包括至少一個限流發(fā)射模塊200，該限流發(fā)射模塊200為本發(fā)明中的限流發(fā)射模塊200 ;與所有的限流發(fā)射模塊200中的任一個限流發(fā)射模塊200相連的至少一個接收模塊201，該接收模塊201為本發(fā)明中的接收模塊201，在相連的限流發(fā)射模塊200與接收模塊201之間具有第一電容109。在本實施方式中，互電容檢測陣列可以包括I個發(fā)射模塊200和與該發(fā)射模塊相連的N個接收模塊201，N個接收模塊201并行運行實現(xiàn)多通道同時檢測；還可以采用N個發(fā)射模塊200和N個接收模塊201的結(jié)構(gòu)，每個發(fā)射模塊獨立連接一個接收模塊201，N個發(fā)射模塊200分時工作，N個接收模塊201并行或流水式分時工作，實現(xiàn)矩陣式檢測，提聞檢測效率。
[0063]本發(fā)明的觸摸屏互電容檢測陣列能夠抑制共模噪聲的影響，在低的輸入信噪比情況下具有高的輸出信噪比，具有較高的檢測靈敏度以及較低的成本，防止在觸摸的時候發(fā)生“跳點”，能夠提高觸摸屏的觸摸效果，同時，限流發(fā)射模塊200采用分時工作，接收模塊201并行或分時工作，能夠提高檢測效率。
[0064]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0065]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種互電容檢測電路，其特征在于，包括: 限流發(fā)射模塊、與所述限流發(fā)射模塊相連的第一電容以及與所述第一電容相連的接收模塊； 所述限流發(fā)射模塊在時鐘信號控制下使所述第一電容輸出正負交替的電流信號，所述第一電容將所述電流信號傳輸給所述接收模塊； 所述接收模塊根據(jù)所述第一電容輸出電流信號的幅值大小輸出數(shù)字電平脈沖信號，所述數(shù)字電平脈沖信號的寬度與所述第一電容輸出電流信號的幅值大小正相關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述的互電容檢測電路，其特征在于，所述限流發(fā)射模塊包括電壓放大器，所述電壓放大器的輸入端通過串聯(lián)的第一開關(guān)和第一上拉電流源與工作電源相連，所述電壓放大器的輸入端還通過串聯(lián)的第二開關(guān)和第一下拉電流源與地相連，第一時鐘信號控制所述第一開關(guān)的開啟與閉合，第二時鐘信號控制所述第二開關(guān)的開啟與閉合，所述第一時鐘信號有效電平與第二時鐘信號的有效電平不相重疊，所述電壓放大器的輸出端通過第三電容與其輸入端相連。
3.如權(quán)利要求1所述的互電容檢測電路，其特征在于，所述接收模塊包括電流傳輸模塊和ADC模塊，所述ADC模塊包括第二電容、比較器和計數(shù)器，所述電流傳輸模塊將所述第一電容輸出的電流整流后傳輸給所述第二電容的第一電極板，所述第二電容第一電極板的電壓使比較器的輸出電平翻轉(zhuǎn)，所述計數(shù)器對所述翻轉(zhuǎn)電平的寬度進行計數(shù)并輸出相應(yīng)寬度的數(shù)字電平脈沖信號。
4.如權(quán)利要求3所述的互電容檢測電路，其特征在于，所述電流傳輸模塊包括同相電流放大器和反相電流放大器，所述同相電流放大器的輸入端通過第三開關(guān)與所述第一電容的輸出端相連，所述第三開關(guān)由所述第一時鐘信號控制開啟或閉合，所述反相電流放大器的輸入端通過第四開關(guān)與所述第一電容的輸出端相連，所述第四開關(guān)由所述第二時鐘信號控制開啟或閉合，所述同相電流放大器的輸出端和反相電流放大器的輸出端分別與所述第二電容的一端相連。
5.如權(quán)利要求4所述的互電容檢測電路，其特征在于，所述電流傳輸模塊還包括第一電流放大器，所述第一電流放大器的輸入端與所述第一電容的輸出端相連，所述第一電流放大器的輸出端分別與所述第三開關(guān)和第四開關(guān)相連。
6.如權(quán)利要求3所述的互電容檢測電路，其特征在于，所述第二電容的第一電極板與所述比較器的正端相連，所述第二電容的第二電極板接地，所述比較器的負端與參考電壓相連，所述比較器的輸出端與所述計數(shù)器的輸入端相連，所述第二電容的第一電極板還通過串聯(lián)的第五開關(guān)和第四下拉電流源接地，所述比較器的輸出端輸出的信號控制所述第五開關(guān)的導(dǎo)通與切斷。
7.如權(quán)利要求6所述的互電容檢測電路，其特征在于，所述ADC模塊還包括觸發(fā)器，所述觸發(fā)器的輸入端與比較器的輸出端相連，所述觸發(fā)器的輸出端與計數(shù)器的輸入端相連，所述觸發(fā)器的輸出端輸出的信號控制所述第五開關(guān)的導(dǎo)通與切斷。
8.如權(quán)利要求4所述的互電容檢測電路，其特征在于，所述電流傳輸模塊還包括一端與第一電容輸出節(jié)點，電流放大器輸入節(jié)點和第二電容輸入節(jié)點三者之一相連的第二下拉電流源，所述第二下拉電流源的 另一端接地。
9.如權(quán)利要求4所述的互電容檢測電路，其特征在于，所述電流傳輸模塊還包括與第一電容輸出節(jié)點，電流放大器輸入節(jié)點和第二電容輸入節(jié)點三者之一分別相連的第三上拉電流源和第三下拉電流源，所述第三上拉電流源和第三下拉電流源分別通過第一時鐘信號和第二時鐘信號之一控制導(dǎo)通和截止。
10.如權(quán)利要求1所述的互電容檢測電路，其特征在于，所述互電容檢測電路還包括DAC模塊，所述DAC模塊分別與所述限流發(fā)射模塊和接收模塊相連，用于控制所述第一上拉電流源、第一下拉電流源、 第二下拉電流源、第三上拉電流源、第三下拉電流源和第三電容的大小。
【文檔編號】G06F3/044GK103914189SQ201210591341
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月30日
【發(fā)明者】丁龍, 張 杰, 楊云 申請人:比亞迪股份有限公司