[發明專利]采用電荷補償的自電容感測電路及方法

有效

• 申請號: 201310042170.1
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103149450A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 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
• 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，具體涉及一種自電容感測電路及方法。

背景技術

相對于傳統的機械（按鍵）操控方式，電容觸摸具有明顯的優點，如耐久性好、界面友好等，因而在各個領域尤其是人機交互領域有著越來越廣泛的應用。

傳統的自電容感測方法，通常是利用張弛振蕩器原理或將電容值轉換為電壓值繼而利用模數轉換器（ADC）將其轉換成數字量。前者通過對被測電容不停的充放電來測量它的振蕩周期，當被測電容大小變化時，振蕩周期也會相應變化，因而可以此為根據來感測被測電容的變化；而后者通常通過被測電容的電荷轉移效應，通過某種方法將電容大小轉化成相應的電壓，之后用8位（或更高精度）的模數轉換器（ADC）對該電壓值進行采樣將其量化，從而可以通過量化值得變化來感測被測電容。

前者電路的核心通常是一個比較器和充放電電路；后者則通常包括一個開關電容運放和一個模數轉換器（ADC）。相比較而言，前者電路結構簡單，但是感測時間較長、抗干擾性較差；后者速度較快、抗干擾性較好，但是由于模塊復雜，尤其是需要一個專門的模數轉換器（ADC），導致除芯片面積增大外，其動態功耗也較高。

發明內容

本發明目的在于提供一種自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自電容感測電路，其特征在于，包括：

被測電容Cs，其第一端連接固定電位電壓V0，第二端連接采樣控制電路的輸入；

采樣控制電路①，其第一端連接被測電容的第二端，第二端連接固定電位電壓V1，第三端連接電荷補償控制模塊；用于將被測電容Cs第二端初始化到固定電位V1，還用于將被測電容Cs上的電荷注入給電荷補償控制模塊；

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，對由被測電容Cs注入電荷補償控制模塊的電荷進行補償；

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注入的被測電容Cs上的電荷、同時輸出偏離零點，或者接收恒流補償模塊提供的補償電荷、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的輸出，并根據電荷補償控制模塊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，記錄所述反轉信號的時間周期。

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Cs的第二端連接并初始化到固定電位V1，通過閉合采樣開關將使被測電容Cs的第二端連接電荷補償控制模塊③的輸入并注入電荷。

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，其積分電容C_INT和復位開關跨接第一運算放大器OPA的正輸入端-V_REF0；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Cs的第二端連接至電荷補償控制模塊③的輸入時，被測電容Cs上的電荷轉移到積分電容C_INT上，并導致第一運算放大器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。

一種基于上述采用電荷補償的自電容感測電路的感測方法，其特征在于，包括初始化階段、采樣階段和電荷補償階段；