[發明專利]采用電荷補償的互電容感測電路及方法

有效

• 申請號: 201310039785.9
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103134996A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 朱定飛;朱家訓
• 申請（專利權）人: 珠海中慧微電子有限公司
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26;G06F3/044
• 代理公司: 廣東秉德律師事務所 44291
• 代理人: 楊煥軍;閆有幸

技術領域

本發明屬于電子電路及感測技術領域，具體涉及一種互電容感測電路及方法。

背景技術

電容觸摸技術，特別是互電容觸摸技術由于其定位直接、準確，操控流暢、時尚等特點，在人機交互中得到越來越多的應用，以此為基礎的ITO電容觸摸屏更是成為智能手機、平板電腦等手持設備的標準輸入配置。

傳統的互電容感測方法，通過被測電容上的電荷轉移并利用運算放大器得到一個與被測電容大小相關的電壓值，之后用8位（或更高精度）的快速模數轉換器（ADC）將其轉換成數字量，再通過數字處理來達到互電容測量和觸摸偵測的目的。其中的高精度快速模數轉換器（ADC）往往被多個通道共享，以用來對多路電壓值進行采樣轉換。

傳統的互電容感測方法，其電路的核心包括一個開關電容運算放大器和一個高精度的快速模數轉換器（ADC）。在該電路結構中，由于高精度快速模數轉換器（ADC）的存在，除導致設計復雜、芯片面積較大、動態功耗較高外，模數轉換器（ADC）的共享也往往成為快速互電容轉換的瓶頸。

發明內容

本發明目的在于提供一種互電容感測的低功耗方案，用于對外部被測電容的大小（或變化）進行測量，并且具有成本低、結構簡單的特點。結合圖1所示，實現上述目的的技術方案如下：

一種采用電荷補償的互電容感測電路，其特征在于，包括：

被測電容Cm，其第一端連接驅動電路⑥，第二端連接采樣控制電路①的輸入；

驅動電路⑥，在采樣控制電路進行采樣時，施加脈沖驅動信號Vin給被測電容Cm的第一端；

采樣控制電路①，其第一端連接被測電容Cm的第二端，第二端連接基準電位電壓V_REF0，第三端連接電荷補償控制模塊③；用于將被測電容Cm第二端初始化到基準電位V_REF0，還用于采樣時將被測電容Cm上的電荷注入給電荷補償控制模塊③；

恒流補償模塊②，受控下以恒定速率提供補償電荷給電荷補償控制模塊③，對由被測電容Cm注入電荷補償控制模塊③的電荷進行補償；

電荷補償控制模塊③，初始化到工作零點后接收通過采樣控制電路①注入的被測電容Cm上的電荷同時輸出偏離零點，或者接收恒流補償模塊②提供的補償電荷同時輸出回歸零點；

過零檢測模塊④，連接電荷補償控制模塊③的輸出，并根據電荷補償控制模塊③的輸出產生反轉信號；及

時間記錄模塊⑤，連接過零檢測模塊④的輸出，記錄由恒流源開始補償至所述反轉信號的時間周期。

作為具體的技術方案，所述的驅動電路⑥為一個方波產生電路。

作為具體的技術方案，所述采樣控制電路①由初始化開關和采樣開關構成，通過閉合初始化開關將被測電容Cm的第二端連接并初始化到基準電位電壓V_REF0，通過閉合采樣開關將使被測電容Cm的第二端連接電荷補償控制模塊③的輸入并注入耦合電荷。

作為具體的技術方案，所述恒流補償模塊②由一恒流源和其控制開關組成，控制開關的開合用于控制利用該恒流源進行電荷補償的時間。

作為具體的技術方案，所述恒流源是一個恒定電流源、或者是一個固定頻率的開關電容電路、或者是一個串接的電阻。

作為具體的技術方案，所述的電荷補償控制模塊③由第一運算放大器OPA、積分電容C_INT和復位開關構成；第一運算放大器OPA的輸入端連接采樣控制電路的輸出，積分電容C_INT和復位開關跨接第一運算放大器OPA的正輸入端-V_ERF0；復位開關用于在采樣補償前將第一運算放大器OPA的輸入端-輸出端電壓初始化至V_REF0，當被測電容Cm的第二端連接至電荷補償控制模塊③的輸入時，由驅動信號耦合的電荷將轉移到積分電容C_INT上，且第一運算放大器OPA的輸出偏離初始值V_REF0。

作為具體的技術方案，所述過零檢測模塊④由一個第二運算放大器CMP構成，其第一端連接至基準電壓V_REF1，第二端連接至電荷補償控制模塊③的輸出，用于在電荷補償階段對電荷補償控制模塊③的輸出進行過V_REF1點監測，當電荷補償控制模塊③的輸出跨過V_REF1時，過零檢測模塊④的輸出反轉。

作為具體的技術方案，所述時間記錄模塊⑤由數字計數器構成，并以過零檢測模塊④的輸出作為輸入，用于記錄從恒流源開始補償到過零檢測模塊④輸出反轉整個過程的時間。