用于电容感应识别系统的装置和方法制造方法及图纸

一种用于电容感应识别系统的装置和方法，所述装置包括：放大器模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端；激励信号源，用于电容感应识别系统的感应电容向放大器模块的第一输入端提供激励信号；前端反馈电容器，连接在放大器模块的第一输入端与输出端之间；以及补偿模块，连接在放大器模块的第二输入端与输出端之间，用于向放大器模块的第二输入端提供输入差电压，从放大器模块的输出端接收输出电压，并且在输出电压不在预定范围内时，根据电容感应识别系统的背景电容的大小来调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压。通过以反馈机制对背景电容的补偿，可以有效调节电容感应识别系统的动态范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于电容感应识别系统的装置和方法，更具体地，涉及用于调节电容感应识别系统的动态范围的装置和方法。
技术介绍
目前，电容感应识别系统广泛应用于投射电容式触摸屏、触摸板以及指纹识别等人机交互应用中，其原理是通过前端检测电路将电容值转化为电信号量(电压、电流等)。对于触摸屏应用来说，手指按压会引起相应位置感应电容的大小发生变化，前端检测电路输出的电信号大小也相应地与无触摸时不同，从而判断是否发生触摸及其位置信息。对于电容式指纹识别传感器来说，指纹谷和脊与传感器形成的电容大小不同，前端检测电路检测到的电信号输出也不相同。电容感应识别系统在无触摸时会存在一个固有电容，本专利技术中称为“背景电容”。发生触摸后，感应电容的电容值会在固有电容的基础上发生相应的变化。从以上原理可以看出，电容感应识别系统的有效动态范围为检测电容的变化量。触摸屏系统为触摸前后电容的差值，而指纹识别系统为指纹谷和脊电容的差值。提高前端检测电路的增益可以增大系统的有效动态范围。在某些应用下，前端检测电路会先后检测不同状态下的电容值，即分别检测背景电容和触摸发生后引入的感应电容，并且通过后续处理电路或者软件进行差值处理。在另一些应用下，前端检测电路会同时检测不同条件下的电容值，即同时检测背景电容和触摸发生后引入的感应电容。假设背景电容为Cb,需要检测的电容变化量为CΔ,前端检测电路将电容转换为电压的转换关系可以简单表示为：VOUT＝A*(Cb+CΔ)(1)由于前端检测电路输出幅值受限，VOUT<＝Vh_limit,因此前端检测电路的转换增益A的最大值为：Amax=Vh_limitCb+CΔ---(2)]]>可以看到，由于存在“背景电容”，前端检测电路并不能直接放大检测电容的变化量，如果仅仅增加前端检测电路的增益，会使前端检测电路饱和。在检测电容的变化量相对于电容的绝对值很小的时候，这通常会使得系统有效动态范围变小，前端检测电路无法有效地通过增大增益来提高系统的输入信号量。因此，需要调节电容感应识别系统的动态范围的新的装置和方法。
技术实现思路
为此，本专利技术的实施例提供了一种用于电容感应识别系统的装置和方法，可以有效地调节电容感应识别系统的动态范围。根据本专利技术的一方面，提供了一种用于电容感应识别系统的装置，包括：放大器模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端；激励信号源，用于经由电容感应识别系统的感应电容向放大器模块的第一输入端提供激励信号；前端反馈电容器，连接在所述放大器模块的第一输入端与输出端之间；以及补偿模块，连接在所述放大器模块的第二输入端与输出端之间，用于向放大器模块的第二输入端提供输入差电压，从放大器模块的输出端接收输出电压，并且在放大器模块的输出端提供的输出电压不在预定范围内时，根据电容感应识别系统中的背景电容的大小来调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压。在一些实施例中，所述补偿模块包括：模拟数字转换器，连接到所述放大器模块的输出端；数字模拟转换器，连接到所述放大器模块的第二输入端；以及数字控制单元，连接在模拟数字转换器与数字模拟转换器之间，用于经由数字模拟转换器向放大器模块的第二输入端提供输入差电压，经由模拟数字转换器从放大器模块的输出端接收输出电压，并且在接收到的输出电压不在预定范围内时，根据背景电容的大小来调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压。在一些实施例中，所述补偿模块还用于在调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压的同时，调整前端反馈电容器的电容。在一些实施例中，所述调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压是在背景电容量化阶段进行的。在一些实施例中，用于电容感应识别系统的装置，还包括：复位开关，与所述前端反馈电容器并联，用于在复位时使所述放大器模块输出所述输入差电压。在一些实施例中，所述电容感应识别系统用于指纹识别装置，在所述背景电容量化阶段将指纹谷与指纹识别装置的触摸表面之间的电容量化为背景电容。在一些实施例中，所述电容感应识别系统用于触摸屏，在所述背景电容量化阶段将触摸屏的触摸表面在未被触摸时的耦合电容量化为背景电容。在一些实施例中，所述输入差电压是输入参考电压与系统失调电压之差。在一些实施例中，所述第一输入端为负输入端，所述第二输入端为正输入端。在一些实施例中，所述第一输入端为正输入端，所述第二输入端为负输入端。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种用于电容感应识别系统的方法，包括：经由电容感应识别系统的感应电容向放大器模块的第一输入端提供激励信号，并且向放大器模块的第二输入端提供输入差电压，其中在所述放大器模块的第一输入端与输出端之间连接有前端反馈电容器；从放大器模块的输出端接收输出电压；以及在放大器模块的输出端提供的输出电压不在预定范围内时，根据电容感应识别系统中的背景电容的大小来调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压。在一些实施例中，该用于电容感应识别系统的方法，还包括：在向放大器模块的第二输入端提供输入差电压之前进行数模转换，并且在从放大器模块的输出端接收输出电压之后进行模数转换。在一些实施例中，在放大器模块的输出端提供的输出电压不在预定范围内时，根据背景电容的大小来调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压的步骤，包括：在放大器模块的输出端提供的输出电压的最小值不在预定范围内时，根据背景电容的大小来调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压。在一些实施例中，该用于电容感应识别系统的方法还包括：在调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压的同时，调整前端反馈电容器的电容。在一些实施例中，在调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压的同时，调整前端反馈电容器的电容的步骤包括：在放大器模块的输出端提供的输出电压的最大值不在预定范围内时，根据背景电容的大小来调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压，并且相应地调整前端反馈电容器的电容。在一些实施例中，所述调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压是在背景电容量化阶段进行的。在一些实施例中，所述输入差电压是输入参考电压与系统失调电压之差。在一些实施例中，所述第一输入端为负输入端，所述第二输入端为正输入端。在一些实施例中，所述第一输入端为正输入端，所述第二输入端为负输入端。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面的描述中的附图仅涉及本专利技术的一些实施例，而非对本专利技术的限制。图1示出了用于电容感应识别系统的装置的结构示意图。图2示出了用于电容感应识别系统的装置的信号时序图。图3示出了根据本专利技术实施例的用于电容感应识别系统的装置的结构图。图4示出了根据本专利技术实施例的用于电容感应识别系统的方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1示出了用于电容感应识别系统的装置100的结构示意图。如图1所示，装置100包括第一信号源101、第二信号源102、前端反馈电容器103本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电容感应识别系统的装置，包括：放大器模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端；激励信号源，用于经由电容感应识别系统的感应电容向放大器模块的第一输入端提供激励信号；前端反馈电容器，连接在所述放大器模块的第一输入端与输出端之间；以及补偿模块，连接在所述放大器模块的第二输入端与输出端之间，用于向放大器模块的第二输入端提供输入差电压，从放大器模块的输出端接收输出电压，并且在放大器模块的输出端提供的输出电压不在预定范围内时，根据电容感应识别系统中的背景电容的大小来调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压。

【技术特征摘要】
1.一种用于电容感应识别系统的装置，包括：放大器模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端；激励信号源，用于经由电容感应识别系统的感应电容向放大器模块的第一输入端提供激励信号；前端反馈电容器，连接在所述放大器模块的第一输入端与输出端之间；以及补偿模块，连接在所述放大器模块的第二输入端与输出端之间，用于向放大器模块的第二输入端提供输入差电压，从放大器模块的输出端接收输出电压，并且在放大器模块的输出端提供的输出电压不在预定范围内时，根据电容感应识别系统中的背景电容的大小来调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述补偿模块包括：模拟数字转换器，连接到所述放大器模块的输出端；数字模拟转换器，连接到所述放大器模块的第二输入端；以及数字控制单元，连接在模拟数字转换器与数字模拟转换器之间，用于经由数字模拟转换器向放大器模块的第二输入端提供输入差电压，经由模拟数字转换器从放大器模块的输出端接收输出电压，并且在接收到的输出电压不在预定范围内时，根据背景电容的大小来调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述补偿模块还用于在调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压的同时，调整前端反馈电容器的电容。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压是在背景电容量化阶段进行的。5.根据权利要求4所述的装置，还包括：复位开关，与所述前端反馈电容器并联，用于在复位时使所述放大器模块输出所述输入差电压。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述电容感应识别系统用于指纹识别装置，在所述背景电容量化阶段将指纹谷与指纹识别装置的触摸表面之间的电容量化为背景电容。7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述电容感应识别系统用于触摸屏，在所述背景电容量化阶段将触摸屏的触摸表面在未被触摸时的耦合电容量化为背景电容。8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述输入差电压是输入参考电压与系统失调电压之差。9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，所述第一输入端为负输入端，所述第二输入端为正...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卓，
申请(专利权)人：北京集创北方科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11