[發明專利]一種自適應電容觸摸傳感控制電路

有效

• 申請號: 200710047637.6
• 申請日: 2007-10-31
• 公開（公告）號: CN101150309A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 吳超群;張忠;吳珂;程劍濤
• 申請（專利權）人: 啟攀微電子（上海）有限公司
• 主分類號: H03K17/96
• 分類號: H03K17/96
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 繆利明

技術領域

本發明涉及一種自適應電容觸摸傳感控制電路。

背景技術

電容式觸摸傳感器適用于目前采用傳統機械開關的任何產品之中，特別是小巧的便攜式產品，如新款手機或媒體播放器的菜單控制按鈕。利用可靠性高并具有成本效益的電容觸摸傳感器，可以輕松地改變這些高級菜單控制開關的式樣，給人一種全新的操作感覺。而應用于白色家電中的電容觸摸傳感器可以避免水和油污對按鍵以及家電本身的損壞，提升家電的人性化和安全性。電容式觸摸傳感器取代傳統的機械開關的另一個好處是，制造與裝配工藝更加簡單。傳統的機械開關需要手工把每個開關插入到塑料殼體上面的專門孔洞之中，而一個包含所有這些開關的單一的電容觸摸傳感器板可以一步到位，放置在這個塑料殼體下面。含有一個定位槽口的傳感器板安裝孔和一些膠水就足以完成傳感器板的安裝與位置校準。隨著混合信號技術的發展，電容式觸摸傳感器正成為各種電子產品中機械式開關的一種實用、增值型替代方案。

簡單的平行板電容器具有兩個極板如圖12a所示，其間隔著一層電介質，于是上下極板間就有一個固有的感應電容C_SENSOR，這里的感應電容表示觸摸極板在觸摸前固有的對地電容。當人的手指接觸極板，如圖12b所示，人體相當于地，等效于增大了極板對地面積，于是產生了一個圖中用虛線表示的電容增量ΔC。

電容式觸摸傳感器的工作原理就是感應這個電容增量ΔC，把它轉換成數據供處理器處理。目前的電容傳感器有電荷轉移法，張弛振蕩計數法以及sigma-delta?ADC法。這些方法有其各自優點，但是普遍存在結構復雜，功耗大，處理時間長，外圍元件多，干擾識別能力有限等缺點。目前普遍采用的是恒流源和恒壓源兩種充電方式的觸摸傳感器。

基于恒流源充電原理的電容觸摸傳感控制電路如圖1所示，包括電流設置電阻101，引腳電容102，起始比較器103，結束比較器104，時間數字轉換器TDC105，電壓緩沖器106和電流鏡107。其中C_S是該引腳處的總電容，包括芯片引腳寄生電容和感應電容。參考電壓V_REF經過電壓緩沖器106與電流設置電阻101產生一路參考電流I₁，其中電壓緩沖器106由一個誤差放大器和一個源跟隨連接的NMOS管構成。I₁由電流鏡107轉換成充電電流I₂對電容充電，電容引腳達到某額定電平V_STA時，起始比較器103翻轉，時間數字轉換器TDC?106開始計時；當電容引腳達到一個更高的額定電平V_END時，結束比較器104翻轉，TDC結束計時。該時間間隔被轉換成數據交給處理器處理。

由Q＝I*t＝U*C，可以推導出如下式子：

T1＝(V_END-V_STA)C_S/I₂

I₂＝mI₁＝mV_REF/R_S

T1＝R_SC_S*(V_END-V_STA)/mV_REF

其中m是電流鏡的鏡像系數，電壓V_END，V_STA和V_REF由同一個基準電壓分壓產生，所以(V_END-V_STA)/mV_REF為常數，設該常數為β。

T1＝βR_SC_S

T2＝βR_S(ΔC+C_S)

ΔT＝T2-T1＝βR_SΔC

圖2說明了該充電過程，其中表明了感應電容改變前的充電曲線L1和感應電容改變后的充電曲線L2。