[發明專利]使用開關電容器模擬信號處理的電容式觸摸感測系統

有效

• 申請號: 201710949476.3
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107943354B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 喬蒂德拉·薩迦;肯尼思·C.克蘭德爾;赫特·辛格·蘭德哈瓦
• 申請（專利權）人: UICO公司
• 主分類號: G06F3/044
• 分類號: G06F3/044
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

一種用于電容式觸摸面板的電容式觸摸感測系統，使用模擬電路來執行電容感測和信號處理。所述系統在幾個時間階段上操作，以對觸摸面板的電容傳感器進行充電和放電，并確定其電容。所述系統在幾個階段上主動重新配置并重復使用電路部件，以使電路尺寸、復雜性和功耗最小化。通過在一小段模擬電路中執行主要的信號處理功能，結果大大減少了芯片面積。這通過將信號處理功能組合成小型、時間順序的開關電容器模擬電路來降低成本。

技術領域

本發明涉及電容式觸摸感測系統。更具體地，本發明涉及使用開關電容器信號處理的電容式觸摸感測系統。

背景技術

電容式觸摸傳感器通常與諸如液晶顯示器(LCD)的顯示器組合使用以提供諸如智能電話、平板電腦或其它便攜式設備的電子設備的用戶界面。LCD可以用于向用戶提供文本和圖形信息。電容式觸摸傳感器可以用于感測用戶與設備的觸摸交互，包括在觸摸傳感器的表面上感測諸如手指、觸筆或其它物體的敲擊、滑動和旋轉的運動。在其它應用中，觸摸傳感器單獨使用，無需LCD或其它顯示器即可接收用戶輸入。

電容式觸摸傳感器的設計要求包括低成本以及對噪聲和其它電氣干擾的抗干擾性。電容式觸摸傳感器一般在具有實質性電氣干擾的環境中工作。在諸如智能電話的設備中，相鄰的LCD或其它顯示器由可能有噪聲的信號驅動。設備的其它電路也可能是干擾源。對這種干擾的抗干擾性是一個重要的設計目標。由于智能手機和其它包含電容式觸摸傳感器的設備通常是具有較低利潤率的商品，因此最小化部件成本和組裝成本也很重要。

隨著設備小型化并且變得更加高度集成，在一些情況下，期望將電容式觸摸傳感器電路與顯示驅動器電路集成，所述顯示驅動器電路產生驅動LCD或其它顯示器所需的信號。傳感器和驅動器電路甚至可以集成在相同的集成電路中或相鄰集成。因此，觸摸傳感器將靠近顯示像素，并且將從顯示器拾取更多的噪聲。在高度集成的實施例中，觸摸傳感器和顯示器集成在單個組件中。在這種情況下，觸摸傳感器將在LCD基板上，遠離傳感器顯示組件的蓋玻片，從而遠離手指、觸筆或其它信號源。因此，當噪聲大于常規實施例時，信噪比將相對較小。在這樣的系統中，必須增加增益，從而提高靈敏度，以便能夠檢測傳感器電容的小變化。然而由于背景電容大，不可能在常規的觸摸感測系統中進行限幅。

傳統的電容式觸摸傳感器利用模擬數字技術來感測與觸摸傳感器的觸摸或其它交互。模擬數字輸入電路通常采用廣泛的數字信號處理技術。這些電路用于執行必要的電容感測和噪聲濾波等工藝。然而，這些電路通常需要在一個或多個集成電路上的大的、昂貴的電路塊。組件的成本通常與實現所需的集成電路面積成比例。模擬數字組件加上數字信號處理組件的成本可大大增加成品的部件成本和組件成本。其次，如果在數字域中進行信號處理，則模數轉換器的任何低于最低有效位的信號都將丟失并且無法恢復。所使用的模數轉換器以犧牲硅片面積為代價提高分辨率。

因此，需要一種電容式觸摸傳感器，其提供降低的成本、更高的靈敏度和改進的對噪聲和其它電干擾的抗干擾性。

發明內容

提出了一種從電容式觸摸傳感器提供對觸摸傳感器數據幀的改進掃描的系統和方法。幀表示整個電容式觸摸傳感器面板的掃描，提供指示電容式觸摸傳感器面板的觸摸的數據(如果有的話)。電容式觸摸傳感器面板通常包括電容傳感器Cx的陣列或矩陣。每個電容式觸摸傳感器具有一個相關聯的通道電路，其具有數量有限的可重復使用的部件。可以通過選擇性地重新配置這些部件來重復使用通道電路的部件，以在通道電路的每個操作階段提供必要的功能。示例性實施例采用連接到多組開關、電容器、運算放大器、比較器和數字計數器的多組n個電容傳感器，用于感測相應n個電容傳感器的電容變化。由控制電路提供的可選擇的開關器件和配置數據用于重新配置和重復使用這些電路部件，以在離散的時間階段中改變互連這些器件的電路拓撲。這有助于提高部件的使用效率并降低總體電路尺寸和復雜性。每個階段負責不同的信號處理動作。在各種實施例中，這些階段包括以下，這可以結合相關聯的附圖而被最好地理解。

階段0，復位