本發(fā)明涉及電容檢測(cè)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種利用電容分壓進(jìn)行互電容變化的檢測(cè)電路，該電路適用于電容式觸控技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，電容式觸控技術(shù)廣泛用于手機(jī)、平板電腦、電磁爐、冰箱、洗衣機(jī)等產(chǎn)品。電容檢測(cè)技術(shù)的好壞，在一定程度上決定了電容式觸控產(chǎn)品的體驗(yàn)。

傳統(tǒng)的互電容檢測(cè)方法，使用連續(xù)多次脈沖對(duì)互電容進(jìn)行充放電，并通過(guò)電流轉(zhuǎn)換電路將充放電電流復(fù)制到濾波電容上，當(dāng)濾波電容上的電壓大于參考電壓時(shí)，給互電容充放電的脈沖次數(shù)的函數(shù)就用來(lái)表征互電容的值。為保證足夠的檢測(cè)精度，需要足夠多的數(shù)據(jù)位數(shù)，即足夠多的充放電脈沖次數(shù)，這使得濾波電容需要比待測(cè)電容大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。若濾波電容集成在芯片內(nèi)部，則會(huì)占用較大面積，若濾波電容外置，則需要額外引腳，這些都會(huì)增加芯片的成本。單個(gè)充放電脈沖能夠使濾波電容上的電壓產(chǎn)生的變化量，隨著濾波電容上電壓的增加而減??；因此，對(duì)于不同大小的互電容變化量而言，傳統(tǒng)檢測(cè)方法得到的初始電容值變化量并不能線(xiàn)性的表征互電容的變化量。此外，對(duì)于不同大小的互電容，其充放電次數(shù)不同，即完成檢測(cè)所需的時(shí)間不同，表現(xiàn)在體驗(yàn)上，就是響應(yīng)時(shí)間不同，這會(huì)影響用戶(hù)的實(shí)際體驗(yàn)。而本發(fā)明提出的檢測(cè)電路，避免了使用較大濾波電容，有利于降低芯片成本，同時(shí)，特別解決了在不同大小互電容檢測(cè)時(shí)，互電容變化量檢測(cè)的非線(xiàn)性和響應(yīng)時(shí)間不同的問(wèn)題。本發(fā)明提供的互電容檢測(cè)電路可廣泛用于使用電容式觸控技術(shù)的領(lǐng)域中，提升觸控產(chǎn)品的體驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)目的：提供一種高精度、高線(xiàn)性度、檢測(cè)速度快的互電容檢測(cè)電路。采用電容分壓法，得到表征待測(cè)互電容的電壓vx。接著，通過(guò)電壓跟隨器對(duì)采樣電容進(jìn)行充電，充電完成后，斷開(kāi)采樣電容和電壓跟隨器之間的連接，電壓vx以電荷的形式存儲(chǔ)在采樣電容上。調(diào)整adc電容陣列，以逐次逼近的方式，使adc電容陣列與內(nèi)部電容調(diào)整陣列的電容分壓，逐次逼近采樣電容上的電壓vx。逐次逼近完成，adc電容陣列的電容值的函數(shù)即是待測(cè)互電容的電容值。

技術(shù)方案：本發(fā)明包括比較器，電壓跟隨器，內(nèi)部電容調(diào)整陣列，adc電容陣列，參考電容cb，采樣電容cs，控制邏輯，開(kāi)關(guān)和待測(cè)的互電容。假設(shè)待測(cè)互電容為cx，與待測(cè)互電容相連的參考電容為cb，內(nèi)部電容調(diào)整陣列中，校準(zhǔn)電容陣列的最小電容為cadj，參考電容為ca，adc電容陣列中的最小電容為ci，內(nèi)部電容調(diào)整陣列接固定電平的一端所接的電平為vcom。因此，參考電容cb上的電壓為cx/(cb+cx)*vldo，該電壓可以表征待測(cè)互電容cx的容值。

adc電容陣列逐次逼近完成后，用m和n分別表示adc電容陣列的開(kāi)關(guān)值和內(nèi)部電容調(diào)整陣列中校準(zhǔn)電容陣列的開(kāi)關(guān)值，因此，內(nèi)部電容調(diào)整陣列的上極板電壓為ci*m/(ca+ci*m+cadj*n)*(vldo-vcom)。

逐次逼近完成后，內(nèi)部電容陣列和參考電容cb上的電壓近似相等，因此有：

cx/(cb+cx)*vldo=ci*m/(ca+ci*m+cadj*n)*(vldo-vcom)，

在vcom=0時(shí)，cx=cb/(ca+cadj*n)*ci*m

在觸控領(lǐng)域，觸摸檢測(cè)關(guān)注的是電容的變化量，對(duì)于在一個(gè)特定大小的電容附近的變化，在觸摸前后，校準(zhǔn)電容陣列的值不變，參考電容ca和參考電容cb也固定。因此，觸摸引起的電容變化即可以表征為adc電容陣列的變化的線(xiàn)性函數(shù)，即待測(cè)互電容變化δc，內(nèi)部電容必定變化k*ci。

由于待測(cè)互電容與adc電容陣列的電容值是線(xiàn)性關(guān)系，因此，在不同外部寄生電容的條件下，待測(cè)互電容的相同變化量，所對(duì)應(yīng)的adc電容陣列的電容變化量是一致的。

當(dāng)vcom不為0時(shí)，待測(cè)互電容的變化和adc電容陣列的電容變化是非線(xiàn)性關(guān)系，vcom、以及參考電容ca和參考電容cb都能夠影響電容檢測(cè)的靈敏度和量程。因此，通過(guò)調(diào)整這些參數(shù)，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)電容檢測(cè)的靈敏度和和能夠適應(yīng)的最大寄生電容。

有益效果：使用本發(fā)明進(jìn)行互電容的檢測(cè)，對(duì)于不同大小的待測(cè)電容，檢測(cè)周期相同；對(duì)于一定范圍內(nèi)的互電容變化，檢測(cè)結(jié)果具有良好的線(xiàn)性度；在合理設(shè)置下，對(duì)于具有相同或不同到地寄生電容的互電容而言，檢測(cè)的靈敏度能夠達(dá)到一致；可以通過(guò)設(shè)置vcom、內(nèi)部電容陣列和參考電容cb的比例關(guān)系來(lái)調(diào)整本發(fā)明的電容檢測(cè)靈敏度和能夠適應(yīng)的最大到地寄生電容。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明的電路示意圖；

圖2為本發(fā)明的具體實(shí)施例；

圖3為互電容檢測(cè)過(guò)程中，比較器兩端的波形圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的電路示意圖如圖1所示，該電路包括：比較器，電壓跟隨器，內(nèi)部電容調(diào)整陣列，adc電容陣列，參考電容cb，采樣電容cs，控制邏輯，開(kāi)關(guān)s1、s2、s3和待測(cè)的互電容cx。

互電容cx的上下兩個(gè)極板分別與tx和rx端相連。

采樣階段，閉合開(kāi)關(guān)s1，將固定電壓vldo施加到互電容的tx端，互電容和參考電容cb進(jìn)行電容分壓，得到表征互電容的待測(cè)電壓vx。電壓跟隨器跟隨待測(cè)電壓vx，閉合開(kāi)關(guān)s2，電壓跟隨器將采樣電容cs充電待測(cè)電壓vx。

待采樣電容cs上的電壓穩(wěn)定，采樣完成，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)s2。

待測(cè)電壓vx以電荷的形式存儲(chǔ)到采樣電容cs上，轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)換階段。

在轉(zhuǎn)換階段，閉合開(kāi)關(guān)s3，將固定電壓vldo施加到adc電容陣列上，調(diào)整內(nèi)部電容陣列，使adc電容陣列和內(nèi)部電容調(diào)整陣列的電容分壓，以逐次逼近的方式接近采樣電容cs上的電壓；逐次逼近完成之后，就可以用adc電容陣列的值的函數(shù)表征待測(cè)互電容的容值。

比較器和控制邏輯，用于控制adc電容陣列和內(nèi)部電容調(diào)整陣列，實(shí)現(xiàn)逐次逼近操作。

本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例如圖2所示。

整個(gè)互電容檢測(cè)電路，除了待測(cè)的互電容cx（203）外，其余模塊都在芯片內(nèi)部。芯片的tx和rx端分別與互電容（203）的上下極板相連。內(nèi)部電容調(diào)整陣列（212）包括校準(zhǔn)電容陣列（213）和參考電容ca（214）兩部分，其中，校準(zhǔn)電容陣列（213）用于適應(yīng)rx端的到地寄生電容。

互電容檢測(cè)電路，具體實(shí)施例操作流程如下：

閉合開(kāi)關(guān)s2（202），s3（205），s5（211），s6（216），s8（218），使所有電容的上極板電壓分別與各自的下極板電壓相同。

斷開(kāi)開(kāi)關(guān)s3（205）、s5（211）、s8（218）。

斷開(kāi)開(kāi)關(guān)s2（202）、s6（216），采樣前初始化完成。

閉合開(kāi)關(guān)s1（201）、s4（207），固定電壓vldo對(duì)待測(cè)互電容（203）充電，待測(cè)互電容（203）和參考電容cb（204）構(gòu)成電容分壓電路，將待測(cè)互電容（203）的容值轉(zhuǎn)換成待測(cè)電壓；經(jīng)過(guò)電壓跟隨器（206），采樣電容cs（208）被充電到待測(cè)電壓。

斷開(kāi)開(kāi)關(guān)s4（207），待測(cè)電壓以電荷的形式，存儲(chǔ)在采樣電容cs（208）上。

斷開(kāi)開(kāi)關(guān)s1（201），閉合開(kāi)關(guān)s2（202）和s3（205），采樣階段完成。

采樣階段完成之后，進(jìn)入待測(cè)電壓轉(zhuǎn)換階段。

根據(jù)互電容（203）的rx端的到地寄生電容，設(shè)置校準(zhǔn)電容陣列（213）。

控制邏輯（210）調(diào)整adc電容陣列（215），使adc電容陣列（215）和內(nèi)部電容調(diào)整陣列（212）構(gòu)成的電容分壓電路所產(chǎn)生的電壓，以逐次逼近的方式接近采樣電容cs（208）上的待測(cè)電壓；在每次調(diào)整adc電容陣列之前，先進(jìn)行預(yù)處理，具體操作為：首先，閉合開(kāi)關(guān)s5（211）和s6（216），然后，依次斷開(kāi)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)s5（211）、s6（216），最后，閉合開(kāi)關(guān)s7（217）。

逐次逼近完成后，adc電容陣列（215）的電容值的函數(shù)，就可以用來(lái)表征待測(cè)的互電容（203）的電容值；此時(shí)adc電容陣列（215）的電容值和基準(zhǔn)互電容對(duì)應(yīng)的adc電容陣列值之間的差值，就可以表征互電容的變化值。

待測(cè)電壓轉(zhuǎn)換完成，一次互電容的檢測(cè)完成。

圖3為圖2的具體實(shí)施例中，待測(cè)電壓轉(zhuǎn)換階段，比較器（209）輸入端的波形圖。其中，vx為比較器（209）與采樣電容（208）相連的輸入端的波形，vd為比較器（209）與內(nèi)部電容調(diào)整陣列（212）相連的輸入端的波形。