欢迎光临小豌豆知识网!
当前位置:首页 > 电学技术 > 电子电路> 电容检测电路和触控芯片独创技术40213字

电容检测电路和触控芯片

2020-09-01 22:08:49

  电容检测电路和触控芯片

  第一、技术领域

  本申请实施例涉及电容检测领域,并且更具体地,涉及电容检测电路和触控芯片。

  第二、背景技术

  电容式传感器广泛应用于电子产品中,用来实现触摸检测。当有导体例如手指,靠近或触摸检测电极时,检测电极对应的电容会发生变化,通过检测该电容的变化量,就可以获取手指靠近或触摸检测电极的信息,从而判断用户的操作。但是,电子设备的屏幕产生的噪声,会对上述检测结果造成影响。因此,如何降低屏幕的噪声对电容检测的影响,成为亟待解决的问题。

  第三、发明内容

  本申请实施例提供一种电容检测电路和触控芯片,能够降低屏幕的噪声对电容检测的影响。

  第一方面,提供了一种电容检测电路,用于检测所述屏幕中的第一通道的自电容,所述电容检测电路包括:

  驱动电路,与所述第一通道和所述屏幕中的第二通道相连,用于使所述第一通道和所述第二通道进行充放电;

  抵消电路,包括抵消电容,所述抵消电容与所述第一通道相连,所述抵消电容用于抵消所述第一通道的基础电容;

  释放电路,与所述第二通道相连,所述释放电路用于释放所述第二通道上的电荷以抵消所述第二通道的自电容,使得所述第二通道的电容信号中仅包括来自所述屏幕的噪声信号;

  放大电路,分别与所述第一通道和所述第二通道相连,所述放大电路用于接收所述第一通道的电容信号和所述第二通道的电容信号,并根据所述第一通道的电容信号和所述第二通道的电容信号输出电压信号,其中,所述电压信号用于确定抵消所述噪声信号后的所述第一通道的自电容相对于所述基础电容的电容变化量。

  在一种可能的实现方式中,所述电容检测电路还包括补偿电路,所述步长电路包括与所述抵消电容相等的补偿电容,所述补偿电容与所述第二通道相连;其中,所述释放电路还与所述补偿电容相连,并用于使所述补偿电容进行充放电。

  在一种可能的实现方式中,所述电容检测电路的一个检测周期包括第一阶段、第二阶段和第三阶段,其中:

  在所述第一阶段,所述驱动电路使所述第一通道和所述第二通道充电或者放电,所述抵消电路使所述抵消电容充电或者放电,所述释放电路将所述补偿电容充电至预设电压;

  在所述第二阶段,所述第一通道和所述抵消电容之间进行电荷转移以通过所述抵消电容抵消所述第一通道的基础电容,所述释放电路将所述第二通道的电压拉至所述预设电压;

  在所述第三阶段,所述第一通道和所述第二通道向所述放大电路输入电容信号,所述放大电路根据所述第一通道的电容信号和所述第二通道的电容信号输出电压信号。

  在一种可能的实现方式中,所述预设电压为所述放大电路的输入端的共模电压,和/或,所述预设电压等于所述电源电压的二分之一。

  在一种可能的实现方式中,所述驱动电路包括第一开关和第二开关,所述第一通道的一端通过所述第一开关连接至电源电压,且通过第三开关连接至所述放大电路的一个输入端,所述第一通道的另一端连接至地,所述第二通道的一端通过所述第二开关连接至电源电压,且通过第四开关连接至所述放大电路的另一输入端,所述第二通道的另一端连接至地。

  在一种可能的实现方式中,所述释放电路包括第五开关和第六开关,所述补偿电容的一端通过所述第五开关连接至预设电压,且通过所述第六开关与所述第二通道相连,所述补偿电容的另一端接地。

  在一种可能的实现方式中,所述抵消电路包括第七开关和第八开关,所述抵消电容的一端通过所述第七开关连接至地,以及通过所述第八开关与所述第一通道相连,所述抵消电容的另一端接地。

  在一种可能的实现方式中,在所述第一阶段,所述第一开关、所述第二开关、所述第五开关、和所述第七开关闭合,其中,所述第一通道和所述第二通道充电至电源电压,所述抵消电容放电至0,所述补偿电容充电至预设电压;在所述第二阶段,所述第五开关、所述第六开关和所述第八开关闭合,其中,所述第一通道向所述抵消电容放电,所述第二通道的电压被拉至所述预设电压;在所述第三阶段,所述第三开关、所述第四开关、所述第六开关和所述第八开关闭合,其中,所述第一通道和所述第二通道向所述放大电路放电。

  在一种可能的实现方式中,所述驱动电路还包括第九开关和第十开关,所述第一通道的一端通过所述第九开关连接至地,所述第二通道的一端通过所述第十开关连接至地,所述抵消电路还包括第十一开关,所述抵消电容的一端通过所述第十一开关连接至电源电压。

  在一种可能的实现方式中,所述检测周期还包括第四阶段、第五阶段和第六阶段,其中:

  在所述第四阶段,所述第五开关、所述第九开关、所述第十开关和所述第十一开关闭合,其中,所述第一通道和所述第二通道放电至0,所述抵消电容充电至电源电压,所述补偿电容充电至预设电压;

  在所述第五阶段,所述第五开关、所述第六开关和所述第八开关闭合,其中,所述抵消电容向所述第一通道放电,所述第二通道的电压被拉至所述预设电压;

  在所述第六阶段,所述第三开关、所述第四开关、所述第六开关和所述第八开关闭合,其中,所述放大电路向所述第一通道和所述第二通道放电;

  其中,所述第一通道的自电容相对于所述基础电容的电容变化量是根据所述放大电路在所述第三阶段和所述第六阶段输出的电压信号确定的。

  在一种可能的实现方式中,所述抵消电容等于所述第一通道的基础电容。

  在一种可能的实现方式中,所述抵消电路包括第七开关、第八开关、第十二开关和第十三开关,所述抵消电容的一端通过所述第七开关连接至地,以及通过所述第八开关与所述第一通道相连,所述抵消电容的另一端通过所述第十二开关和所述第十三开关分别连接至电源电压和地。

  在一种可能的实现方式中,在所述第一阶段,所述第一开关、所述第二开关、所述第五开关、所述第七开关和所述第十二开关闭合,其中,所述第一通道和所述第二通道充电至电源电压,所述抵消电容的上极板的电压为0且下极板的电压为电源电压,所述补偿电容充电至预设电压;在所述第二阶段,所述第五开关、所述第六开关、所述第八开关和所述第十三开关闭合,其中,所述抵消电容的上极板的电压为负的电源电压且下极板的电压为0,所述第一通道向所述抵消电容放电,所述第二通道的电压被拉至所述预设电压;在所述第三阶段,所述第三开关、所述第四开关、所述第六开关、所述第八开关和所述第十三开关闭合,其中,所述第一通道和所述第二通道向所述放大电路放电。

  在一种可能的实现方式中,所述驱动电路还包括第九开关和第十开关,所述第一通道的一端通过所述第九开关连接至地,所述第二通道的一端通过所述第十开关连接至地,所述抵消电路还包括第十一开关,所述抵消电容的一端通过所述第十一开关连接至电源电压。

  在一种可能的实现方式中,所述检测周期还包括第四阶段、第五阶段和第六阶段,其中:

  在所述第四阶段,所述第五开关、所述第九开关、所述第十开关、所述第十一开关和所述第十三开关闭合,其中,所述第一通道和所述第二通道放电至0,所述抵消电容充电至电源电压,所述补偿电容充电至预设电压;

  在第五阶段,所述第五开关、所述第六开关、所述第八开关和所述第十二开关闭合,其中,所述抵消电容向所述第一通道放电,所述第二通道充电至所述预设电压;

  在所述第六阶段,所述第三开关、所述第四开关、所述第六开关、所述第八开关和所述第十二开关闭合,其中,所述放大电路向所述第一通道和所述第二通道放电。

  在一种可能的实现方式中,所述抵消电容等于所述第一通道的基础电容的三分之一。

  在一种可能的实现方式中,所述屏幕包括多个横向通道和多个纵向通道,其中,每个检测周期中并行检测所述多个横向通道中的所述第一通道的自电容,以及所述多个纵向通道中的所述第一通道的自电容。

  在一种可能的实现方式中,在对奇数个横向通道或者纵向通道进行检测时,先对除第一个通道之外的剩余偶数个通道进行检测,再对除最后一个通道之外的剩余偶数个通道进行检测。

  在一种可能的实现方式中,在对偶数个横向通道或者纵向通道进行检测时,先将编号为奇数的通道作为所述第一通道并将编号为偶数的通道作为所述第二通道,再将编号为偶数的通道作为所述第一通道并将编号为奇数的通道作为所述第二通道。

  第二方面,提供了一种触控芯片,包括:前述第一方面以及第一方面的任一种可能的实现方式中的电容检测电路。

  基于上述技术方案,放大电路的两个输入端分别连接第一通道和第二通道,其中第一通道为待检测的通道,第二通道为噪声参考通道。通过抵消电路可以抵消第一通道的基础电容,从而使放大电路输出的电压信号仅与第一通道的自电容相对于该基础电容的变化量相关联。在检测第一通道的自电容时,驱动电路向第一通道和第二通道输入驱动信号,但是第二通道上的电荷之后会通过释放电路被释放掉,因此第二通道输入放大电路的电容信号中仅包括来自屏幕的噪声信号。这样,第一通道和第二通道输入放大电路的电容信号在放大电路中进行差分后,就可以抵消第一通道中携带的相同的噪声信号,从而使放大电路输出的电压信号可以表示抵消噪声后的第一通道的自电容的变化量,从而降低屏幕噪声对电容检测的影响。

  第四、附图说明

  图1是触摸检测的原理的示意图。

  图2是本申请实施例的电容检测电路的示意图。

  图3是本申请另一实施例的电容检测电路的示意图。

  图4是基于图3所示的电路的检测时序图。

  图5是基于图2和图3所示的电路的一种可能的实现方式的示意图。

  图6是基于图5所示的电路的检测时序图。

  图7是基于图2和图3所示的电路的一种可能的实现方式的示意图。

  图8是基于图7所示的电路的检测时序图。

  第五、具体实施方式

  下面将结合附图,对本申请中的技术方案进行描述。

  对于电子设备的屏幕,尤其是Y-OCTA屏幕,屏幕的显示层在进行扫描时会产生较大的噪声,该噪声会影响触控层的电容检测电路,从而使电容检测电路获得的信噪比(Signal Noise Ratio,SNR)较低。

  图1是触摸检测的原理的示意图。图1中示出了触控层中的横向和纵向的两层通道,采用这种图案的电容触控系统通常可以同时采用自电容和互电容这两种电容检测方式。在进行自电容检测时,触控芯片会扫描每一个横向通道和纵向通道对地的自电容的变化情况。当手指靠近或接触时,手指附近的通道的自电容会变大。例如图1所示,手指和其附近的横向通道CRXN-1会产生电容Cs,手指和其附近的纵向通道CTX1会产生电容Cd。由于人体是导体并且和地相连,手指触摸或接近的通道的自电容会发生变化,触控芯片根据检测到的自电容的变化,就可以获得手指的触摸信息。

  为此,本申请提供一种电容检测电路,能够降低屏幕噪声对电容检测的影响。

  图2是本申请实施例的电容检测电路的示意图。该电容检测电路200用于检测屏幕中的第一通道的自电容,以下也简称电容。如图2所示,电容检测电路200包括驱动电路210,抵消电路220,释放电路230和放大电路240。其中,信号源300在这里用来表示屏幕引起的噪声。

  驱动电路210与第一通道和屏幕中的第二通道相连,用于使第一通道和第二通道进行充放电。

  抵消电路220包括抵消电容CC,抵消电容CC与第一通道相连,抵消电容CC用于抵消第一通道的基础电容CX1。

  释放电路230与第二通道相连,释放电路230用于释放第二通道上的电荷以抵消第二通道的自电容,使得第二通道的电容信号中仅包括来自该屏幕的噪声信号;

  放大电路240分别与第一通道和第二通道相连,放大电路240用于接收第一通道的电容信号和第二通道的电容信号,并根据第一通道的电容信号和第二通道的电容信号输出电压信号。

  其中,该电压信号用于确定抵消该噪声信号后的所述第一通道的自电容相对于基础电容CX1的电容变化量△CX1。

  应理解,第一通道当前的自电容包括基础电容CX1和电容变化量△CX1两部分。基础电容CX1一直存在,当第一通道对应的位置没有手指触摸时,第一通道的自电容就等于基础电容CX1,而当第一通道对应的位置有手指触摸,第一通道的自电容会在基础电容CX1的基础上产生电容变化量△CX1。因此可以根据第一通道是否产生了电容变化量△CX1,来确定是否有手指触摸。

  该实施例中,放大电路240的两个输入端分别连接第一通道和第二通道,其中第一通道为待检测的通道,第二通道为噪声参考通道。通过抵消电路220可以抵消第一通道的基础电容CX1,从而使放大电路240输出的电压信号仅与第一通道的电容变化量△CX1相关联。在检测第一通道的自电容时,驱动电路210向第一通道和第二通道输入驱动信号,但是第二通道上的电荷之后会通过释放电路230被释放掉,因此第二通道输入放大电路240的电容信号中仅包括来自屏幕的噪声信号。这样,第一通道和第二通道输入放大电路240的电容信号在放大电路240中进行差分后,就可以抵消第一通道中携带的相同的噪声信号,从而使放大电路240输出的电压信号可以表示抵消噪声后的第一通道的自电容的变化量△CX1,从而降低屏幕噪声对电容检测的影响。

  应理解,第一通道和第二通道可以是屏幕中的任意两个通道。第一通道和第二通道可以是相邻的两个通道,例如图1中所示的TX1和TX2,或者RXN-1和RXN;第一通道和第二通道也可以是不相邻的两个通道。

  该实施例的电容检测电路200可以实现全通道检测(All Driving)。当屏幕包括多个横向通道和多个纵向通道时,每个检测周期中可以并行检测多个横向通道中的该第一通道的电容,以及多个纵向通道中的该第一通道的电容。

  例如,对图1中的TX1至TXM和RX1至RXN进行检测,假设M和N为偶数。在第一轮自容检测时,可以将TX1、TX3、TX5、……、TXM-1作为第一通道,将TX2、TX4、TX6、……、TXM分别作为与TX1、TX3、TX5、……、TXM-1对应的第二通道,从而检测TX1、TX3、TX5、……、TXM-1的电容变化量。其中,在检测TX1、TX3、TX5、……、TXM-1的同时,将RX1、RX3、RX5、……、RXN-1作为第一通道,将RX2、RX4、RX6、……、TXN分别作为与RX1、RX3、RX5、……、RXN-1对应的第二通道,从而检测RX1、RX3、RX5、……、RXN-1的电容变化量。在第二轮自容检测时,可以将TX2、TX4、TX6、……、TXM作为第一通道,将TX1、TX3、TX5、……、TXM-1分别作为与TX2、TX4、TX6、……、TXM对应的第二通道,从而检测TX2、TX4、TX6、……、TXM的电容变化量。其中,在检测TX2、TX4、TX6、……、TXM的同时,将RX2、RX4、RX6、……、RXN作为第一通道,将RX1、RX3、RX5、……、RXN-1分别作为与RX2、RX4、RX6、……、RXN对应的第二通道,从而检测RX2、RX4、RX6、……、RXN的电容变化量。这样,经过这两轮检测,就可以检测完屏幕中的所有通道的电容变化量。

  当M或者N为偶数时,在对偶数个横向通道或者纵向通道进行检测时,可以通过上述方式进行自容检测,即:先将编号为奇数的通道作为该第一通道并将编号为偶数的通道作为该第二通道,再将编号为偶数的通道作为该第一通道并将编号为奇数的通道作为该第二通道;或者,先将编号为偶数的通道作为该第一通道并将编号为奇数的通道作为该第二通道,再将编号为奇数的通道作为该第一通道并将编号为偶数的通道作为该第二通道。

  而当M或者N为奇数时,在对奇数个横向通道或者纵向通道进行检测时,可以先对除第一个通道之外的剩余偶数个通道进行检测,再对除最后一个通道之外的剩余偶数个通道进行检测。其中,剩余偶数个通道可以采用前述方式进行检测。例如,以图1中的TX1至TXM为例,M为奇数,那么,可以先对TX1至TXM-1进行检测,再对TX2至TXM进行检测,这时,TX1和TXM的检测频率为TX2至TXM-1的检测频率的1/2。

  上述的检测方式仅仅为示例,也可以采用其他检测方式对多个通道进行自容检测。例如,仍以图1中的TX1至TXM为例,M为奇数,那么,可以先检测TX2至TXM,即不检测TX1;接着检测TX1、TX2、TX4至TXM,即不检测TX3;接着检测TX1至TX4以及TX6至TXM,即不检测TX5;……;最后检测TX1至TXM-1,即不检测TXM。这样,TX1、TX3、……、TXM-2、TXM中的每个通道的检测频率为(K-1)/K,K为TX1、TX3、……、TXM-2、TXM的数量。可见,当通道数量较多时,每个通道的检测频率相差不大,不会对电容检测的结果造成较大影响。

  可选地,在一种实现方式中,如图3所示,电容检测电路200还包括补偿电路250。补偿电路250包括与抵消电容CC相等的补偿电容Cp,补偿电容CC与第二通道相连。其中,释放电路230还与补偿电容250相连,并用于对补偿电容Cp进行充放电。

  应理解,该补偿电容Cp与抵消电容CC相等,即Cp=CC,能够使电容检测过程中的第一通道和第二通道对称,即待检测通道和噪声参考通道对称,因此待检测通道和噪声参考通道对电容检测过程具有等量的影响,从而有助于噪声的抵消。

  下面结合图3和图4描述电容检测电路200的检测原理。

  可选地,在一种实现方式中,电容检测电路200的一个检测周期包括第一阶段、第二阶段和第三阶段,其中:

  在第一阶段,驱动电路210使第一通道和第二通道充电或者放电,抵消电路220使抵消电容CC充电或者放电,释放电路230将补偿电容Cp充电至预设电压;

  在第二阶段,第一通道和抵消电容CC之间进行电荷转移以通过抵消电容CC抵消第一通道的基础电容CX1,释放电路230将第二通道充电或者使第二通道放电至预设电压;

  在第三阶段,第一通道和第二通道向放大电路240输入电容信号,放大电路240根据第一通道的电容信号和第二通道的电容信号输出电压信号。

  举例来说,在一种实现方式中,如图3和图4所示,在第一阶段T1,将开关K1、K2和K6闭合,其余开关断开。驱动电路210向第一通道和第二通道充电,例如充电至电源电压。其中,第一通道的电容包括基础电容CX1和相对于基础电容CX1的电容变化量△CX1,第二通道的电容包括基础电容CX2和相对于基础电容CX2的电容变化量△CX2。

  在第二阶段T2,将开关K8、K6和K5闭合,其余开关断开。当开关K8闭合时,抵消电路220与第一通道相连,第一通道上的电荷向抵消电路220中的抵消电容CC转移,从而通过抵消电容CC抵消第一通道的基础电容CX1。在理想情况下,抵消之后,第一通道的电容仅剩下相对于基础电容CX1的电容变化量△CX1。当开关K6和K5闭合时,释放电路230与第二通道和补偿电路250相连,释放电路230将第二通道直接拉至预设电压,并将补偿电路250中的补偿电容Cp充电至预设电压,例如VCMI,从而释放第二通道和补偿电容Cp上的所有电荷。

  在第三阶段T3,将开关K3和K4闭合,其余开关断开。从而第一通道和第二通道向放大电路240输入电容信号,即第一通道和第二通道上剩余的电荷向放大电路240转移。

  其中,第一通道向放大电路240输入的电容信号为第一通道的电容变化量△CX1对应的电容信号,并且由于屏幕噪声的影响,第一通道上还存在噪声信号,而第二通道上的电荷由于已经被释放,因此只剩该噪声信号。通过放大电路240对第一通道和第二通道的电容信号进行差分,就可以消除第一通道中的噪声信号,并输出电压信号VOUT,该电压信号VOUT可以反映抵消噪声信号后的该第一通道的电容变化量△CX1,根据放大电路240输出的电压信号VOUT就可以知道第一通道的电容变化量△CX1。

  又例如,在另一种实现方式中,在第一阶段T1,将开关K1和K2闭合,其余开关断开。第一通道和第二通道向驱动电路210放电,例如放电至0。其中,第一通道的电容包括基础电容CX1和相对于基础电容CX1的电容变化量△CX1,第二通道的电容包括基础电容CX2和相对于基础电容CX2的电容变化量△CX2。

  在第二阶段T2,将开关K8、K6和K5闭合,其余开关断开。当开关K8闭合时,抵消电路220与第一通道相连,抵消电路220中的抵消电容CC向第一通道进行电荷转移,从而通过抵消电容CC抵消第一通道的基础电容CX1。在理想情况下,抵消之后,第一通道的电容仅剩下相对于基础电容CX1的电容变化量△CX1。当开关K6和K5闭合时,释放电路230与第二通道和补偿电路250相连,释放电路230将第二通道直接拉至预设电压,并将补偿电路250中的补偿电容Cp充电至预设电压,例如VCMI,从而释放第二通道和补偿电容Cp上的所有电荷。

  在第三阶段T3,将开关K3和K4闭合,其余开关断开。从而第一通道和第二通道向放大电路240输入电容信号。

  其中,第一通道向放大电路240输入的电容信号为第一通道的电容变化量△CX1对应的电容信号,并且由于屏幕噪声的影响,第一通道上还存在噪声信号,而第二通道上的电荷由于已经被释放,因此只剩该噪声信号。通过放大电路240对第一通道和第二通道的电容信号进行差分,就可以消除第一通道中的噪声信号,并输出电压信号VOUT,该电压信号VOUT可以反映抵消噪声信号后的该第一通道的电容变化量△CX1,根据放大电路240输出的电压信号VOUT就可以知道第一通道的电容变化量△CX1。

  可见,通过抵消电路220可以实现对第一通道的基础电容CX1的抵消,通过释放电路230可以实现对第二通道的基础电容CX2和电容变化量△CX2的抵消,从而使放大电路240对第一通道和第二通道输入的电容信号进行差分后,可以得到抵消噪声信号后的第一通道的电容相对于基础电容CX1的电容变化量△CX1,提高了电容检测的灵敏度和准确性。

  应理解,本申请实施例对上述的预设电压不做限定,优选地,该预设电压为放大电路的输入端的共模电压,或者说该预设电压为中性点电压,记为VCMI。VCMI例如等于电源电压VCC的二分之一,即VCMI=VCC/2。

  本申请实施例对电容检测电路200的具体电路结构不做限定。以下,结合图5至图8提供电路结构的两种可能的实现方式,即方式1和方式2,以实现对第一通道的自电容检测。

  可选地,在一种实现方式中,驱动电路210包括第一开关K1和第二开关K2,第一通道的一端通过第一开关K1连接至电源电压VCC,且通过第三开关K3连接至放大电路240的一个输入端,第一通道的另一端连接至地。第二通道的一端通过第二开关K2连接至电源电压,且通过第四开关K4连接至放大电路240的另一输入端,第二通道的另一端连接至地。

  可选地,在一种实现方式中,释放电路230包括第五开关K5和第六开关K6,补偿电容Cp的一端通过第五开关K5连接至预设电压,且通过第六开关K6与第二通道相连,补偿电容Cp的另一端接地。

  在方式1中,抵消电容CC等于第一通道的基础电容CX1。

  这时,可选地,在一种实现方式中,抵消电路220包括第七开关K7和第八开关K8,抵消电容220的一端通过第七开关K7连接至地,以及通过第八开关K8与第一通道相连,抵消电容CC的另一端接地。

  参见图5和图6,在检测周期的第一阶段T1,第一开关K1、第二开关K2、第七开关K7和第五开关K5闭合,其中,第一通道和第二通道充电至电源电压VCC,抵消电容CC放电至0,补偿电容Cp充电至预设电压,例如VCMI;在第二阶段T2,第八开关K8、第五开关K5和第六开关K6闭合,其中,第一通道向抵消电容CC放电,第二通道放电至预设电压,例如VCMI;在第三阶段T3,第八开关K8、第六开关K6、第三开关K3和第四开关K4闭合,其中,第一通道和第二通道向放大电路240放电。

  可以看出,在第二阶段T2,抵消电容CC需要抵消第一通道的基础电容CX1,那么抵消电容CC应当与第一通道的基础电容CX1相等,即CC=CX1。在抵消之后,第一通道的电容信号中包括电容变化量△CX1以及屏幕噪声引起的电容变化。由于第二通道连接至电压VCMI,第二通道上的电荷都被释放掉了,因此第二通道上仅剩来自屏幕的噪声信号。在第三阶段T3,放大电路240对第一通道和第二通道输入的电容信号进行差分后,可以得到抵消噪声信号后的第一通道的电容相对于基础电容CX1的电容变化量△CX1,从而提高了电容检测的灵敏度和准确性。

  本申请实施例的电容检测电路可以应用在各种场景中,例如,当该电容检测电路应用在触控领域时,手指在屏幕上的触摸会引起相应通道相对于基础电容产生电容变化量,采用上述电路即可以获得该通道的电容变化量,从而获得手指的触摸信息。

  当没有手指触摸到第一通道对应的位置时,由于第二阶段T2的抵消电容CC、基础电容CX1、补偿电容Cp、以及CX2和△CX2对应的电压均为VCMI,无电荷向放大电路240转移,放大电路240输出的电压信号VOUT为一恒定值例如0;当有手指触摸时,并联的抵消电容CC、基础电容CX1和电容变化量△CX1在电荷转移后对应的电压大于VCMI,放大电路240输出的电压信号VOUT就有变化。

  该抵消电容CC可以为可调电容,当没有手指触摸到第一通道对应的位置时,通过调节CC的值,使得放大电路240输出的电压信号VOUT为一恒定值例如0,此时认为已经调节到CC=CX1。在之后进行电容检测时,如果有手指触摸,则该抵消电容CC可以抵消基础电容CX1。在可接受的误差范围内,也可以调节至CC≈CX1,使抵消电容CC抵消足够的基础电容CX1即可。

  为了抑制低频干扰信号对电容检测电路的影响,进一步地,可以采用相关双采样的方式检测第一通道的自电容。

  可选地,在一种实现方式中,驱动电路210还包括第九开关K9和第十开关K10,第一通道的一端通过第九开关K9连接至地,第二通道的一端通过第十开关K10连接至地,抵消电路220还包括第十一开关K11,抵消电容CC的一端通过第十一开关K11连接至电源电压VCC。

  这时,可选地,在一种实现方式中,该检测周期还包括第四阶段T4、第五阶段T5和第六阶段T6。其中,例如图5和图6所示,在第四阶段T4,第九开关K9、第十开关K10、第十一开关K11和第五开关K5闭合,其中,第一通道和第二通道放电至0,抵消电容CC充电至电源电压VCC,补偿电容Cp充电至预设电压,例如VCMI;在第五阶段T5,第八开关K8、第五开关K5和第六开关K6闭合,其中,抵消电容CC向第一通道放电,第二通道的电压被拉至预设电压,例如VCMI;在第六阶段T6,第八开关K8、第六开关K6、第三开关K3和第四开关K4闭合,其中,放大电路240向第一通道和第二通道放电。

  这时,第一通道的自电容相对于基础电容CX1的电容变化量△CX1是根据放大电路240在第三阶段T3和第六阶段T6输出的电压信号确定的。如图6所示,在第三阶段T3和第六阶段T6,放大电路240输出的电压信号是相等但相反的,因此,可以通过第三阶段T3和第六阶段T6输出的电压信号,确定抵消屏幕噪声后的第一通道的电容变化量△CX1。例如,假设放大电路240在第三阶段T3输出的电压信号为VOUT+V’,在第六阶段T6输出的电压信号为-VOUT+V’,其中V’为低频干扰电压,那么根据[(VOUT+V’)-(-VOUT+V’)]/2就可以抵消低频干扰噪声V’,并得到电压信号VOUT,从而确定第一通道的电容变化量△CX1。

  方式2

  在方式2中,抵消电容CC小于第一通道的基础电容CX1,从而减小了抵消电容的面积,也降低了电容检测电路的成本。

  这时,可选地,在一种实现方式中,抵消电路220包括第七开关K7、第八开关K8、第十二开关K12和第十三开关K13,抵消电容CC的一端通过第七开关K7连接至地,以及通过第八开关K8连接至电源电压VCC,抵消电容CC的另一端通过第十二开关K12和第十三开关K13分别连接至电源电压VCC和地。

  参见图7和图8,在检测周期的第一阶段T1,第一开关K1、第二开关K2、第七开关K7、第五开关K5和第十二开关K12闭合,其中,第一通道和第二通道充电至电源电压VCC,抵消电容CC的上极板的电压为0且下极板的电压为电源电压VCC,补偿电容充电至预设电压,例如VCMI;在第二阶段T2,第八开关K8、第五开关K5、第六开关K6和第十三开关13闭合,其中,第二通道放电至预设电压,例如VCMI,抵消电容CC的上极板的电压为负的电源电压-VCC且下极板的电压为0,从而第一通道向抵消电容CC放电;在第三阶段T3,第八开关K8、第六开关K6、第三开关K3、第四开关K4和第十三开关K13闭合,其中,第一通道和第二通道向放大电路240放电。

  可以看出,在第二阶段T2,抵消电容CC需要抵消第一通道的基础电容CX1,以预设电压为VCC/2为例,那么抵消电容CC应当等于第一通道的基础电容CX1的1/3,即CC=CX1/3。具体地,在第二阶段T2,抵消电容CC的上极板和下极板的电压分别为-VCC和0,接着抵消电容CC和第一通道之间进行电荷转移,当抵消电容CC对第一通道的基础电容CX1进行抵消后,抵消电容CC和基础电容CX1的电压均变成VCMI即VCC/2。因此,抵消电容CC的电压从-VCC变化至VCC/2,变化了1.5VCC;而基础电容CX1对应的电压从VCC变化至VCC/2,变化了0.5VCC。根据公式Q=U*C可以得到,0.5*CX1=1.5*CC,因此CC=CX1/3。在抵消之后,第一通道的电容信号中包括电容变化量△CX1以及屏幕噪声引起的电容变化。由于第二通道连接至电压VCMI,第二通道上的电荷都被释放掉了,因此第二通道上仅剩来自屏幕的噪声信号。在第三阶段T3,放大电路240对第一通道和第二通道输入的电容信号进行差分后,可以得到抵消噪声信号后的第一通道的电容相对于基础电容CX1的电容变化量△CX1,从而提高了电容检测的灵敏度和准确性。

  当该电容检测电路应用在触控领域时,手指在屏幕上的触摸会引起相应通道相对于基础电容产生电容变化量,采用上述电路即可以获得该通道的电容变化量,从而获得手指的触摸信息。

  当没有手指触摸到第一通道对应的位置时,由于第二阶段T2的抵消电容CC、基础电容CX1、补偿电容Cp、以及CX2和△CX2对应的电压均为VCMI,无电荷向放大电路240转移,放大电路240输出的电压信号VOUT为一恒定值例如0;当有手指触摸时,并联的抵消电容CC、基础电容CX1和电容变化量△CX1在电荷转移后对应的电压大于VCMI,放大电路240输出的电压信号VOUT就有变化。

  该抵消电容CC可以为可调电容,当没有手指触摸到第一通道对应的位置时,通过调节CC的值,使得放大电路240输出的电压信号VOUT为一恒定值例如0,此时认为已经调节到CC=CX1/3。在之后进行电容检测时,如果有手指触摸,则该抵消电容CC可以抵消基础电容CX1。在可接受的误差范围内,也可以调节至CC≈CX1/3,使抵消电容CC抵消足够的基础电容CX1即可。

  为了抑制低频干扰信号对电容检测电路的影响,进一步地,可以采用相关双采样的方式检测第一通道的自电容。

  可选地,在一种实现方式中,驱动电路210还包括第九开关K9和第十开关K10,第一通道的一端通过第九开关K9连接至地,第二通道的一端通过第十开关K10连接至地,抵消电路220还包括第十一开关K11,抵消电容CC的一端通过第十一开关K11连接至电源电压VCC。

  这时,可选地,在一种实现方式中,该检测周期还包括第四阶段T4、第五阶段T5和第六阶段T6。其中,例如图7和图8所示,在第四阶段T4,第九开关K9、第十开关K10、第十一开关K11、第五开关K5和第十三开关K13闭合,其中,第一通道和第二通道放电至0,抵消电容CC充电至电源电压VCC,补偿电容充Cp充电至预设电压,例如VCMI;在第五阶段T5,第八开关K8、第五开关K5、第六开关K6和第十二开关K12闭合,其中,抵消电容CC向第一通道放电,第二通道的电压被拉至预设电压,例如VCMI;在第六阶段T6,第八开关K8、第六开关K6、第三开关K3、第四开关K4和十二开关K12闭合,其中,放大电路240向第一通道和第二通道放电。

  这时,第一通道的自电容相对于基础电容CX1的电容变化量△CX1是根据放大电路240在第三阶段T3和第六阶段T6输出的电压信号确定的。如图8所示,在第三阶段T3和第六阶段T6,放大电路240输出的电压信号是相等但相反的,因此,可以通过第三阶段T3和第六阶段T6输出的电压信号,确定抵消屏幕噪声后的第一通道的电容变化量△CX1。例如,假设放大电路240在第三阶段T3输出的电压信号为VOUT+V’,在第六阶段T6输出的电压信号为-VOUT+V’,其中V’为低频干扰电压,那么根据[(VOUT+V’)-(-VOUT+V’)]/2就可以抵消低频干扰噪声V’,并得到电压信号VOUT,从而确定第一通道的电容变化量△CX1。

  应理解,在方式1和方式2中,在对第一通道的一次检测中,也可以先执行第四阶段T4至第六阶段T6,再执行第一阶段T1至第三阶段T3;或者,仅执行第一阶段T1至第三阶段T3;或者,仅执行第四阶段T4至第六阶段T6。本申请对此不做限定。

  本申请实施例中,放大电路240例如是可编程增益放大器(Programmable GainAmplifier,PGA)电路,其包括差分运算放大器,以利用差分运算放大器对电容信号进行采集以实现电容检测。差分运算放大器的输入端和输出端之间例如可以跨接反馈电阻,从而通过反馈电阻采集信号。

  此外,电容检测电路200还可以包括滤波电路,所述滤波电路与所述放大电路520相连,用于对放大电路520输出的所述电压信号进行滤波处理。例如图3中所示的抗混叠滤波器(Anti-Alias Filter,AAF)260。

  进一步地,电容检测电路500还可以包括模数转换电路,所述模数转换电路与所述滤波电路相连,用于将滤波后的所述电压信号转换为数字信号。例如图3中所示的模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC)270。

  本申请实施例还提供一种触控芯片,包括上述本申请各种实施例中的电容检测电路200。

  本申请实施例还提供了一种电子设备,该电子设备包括:屏幕;以及,上述本申请各种实施例中的触控芯片。

  作为示例而非限定,本申请实施例中的电子设备可以为终端设备、手机、平板电脑、笔记本电脑、台式机电脑、游戏设备、车载电子设备或穿戴式智能设备等便携式或移动计算设备,以及电子数据库、汽车、银行自动柜员机(Automated Teller Machine,ATM)等其他电子设备。该穿戴式智能设备包括功能全、尺寸大、可不依赖智能手机实现完整或部分功能的设备,例如智能手表或智能眼镜等;以及,只专注于某一类应用功能,且需要和其它设备如智能手机配合使用的设备,例如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等。

  需要说明的是,在不冲突的前提下,本申请描述的各个实施例和/或各个实施例中的技术特征可以任意的相互组合,组合之后得到的技术方案也应落入本申请的保护范围。

  应理解,本申请实施例中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例,而非限制本申请实施例的范围,本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形,而这些改进或者变形均落在本申请的保护范围内。

  以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

【电容检测电路和触控芯片】相关文章:

1.一种水表检测报警电路

2.一种检测血清异常脱羧凝血酶原的蛋白芯片

3.电子钟表、电子钟表的控制电路以及针位置检测方法

4.一种液晶拼接屏电路检测装置

5.一种基于语音处理芯片的电力线载波通讯电路

6.充电负载检测电路

7.检测脑脊液病原菌的基因芯片

8.检测猪传染性胃肠炎病毒和/或猪轮状病毒的基因芯片以及试剂盒

9.集成电路焊盘故障检测

10.一种通信电压自适应的芯片仿真器电路及控制方法

《电容检测电路和触控芯片.doc》
将本文的Word文档下载到电脑,方便收藏和打印
推荐度:
点击下载文档

文档为doc格式(或pdf格式)