具有噪声抑制的电容传感器制造技术

技术编号:14416630 阅读:136 留言:0更新日期:2017-01-12 09:38
本公开涉及具有噪声抑制的电容传感器。在触摸界面中,传感器提供输出信号,其为感测电容的函数。传感器包括用于分别以第一相位和第二相位重复地施加第一电压和第二电压以将感测电容充电到第一电荷值和第二电荷值的充电器。采样器包括第一电流镜,其用于提供分别是第一电荷值和第二电荷值的函数的第一采样电流信号和第二采样电流信号。累计器使用累计器信号以提供输出信号。累计器重复地、区别地使用第一采样电流信号和第二采样电流信号来改变累计器电容器上的电荷,并提供累计器信号。累计器信号是感测电容的累进函数,但是消除在比累计器的操作的重复率低的频率处的第一采样信号和第二采样信号中的噪声。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路,并且更具体地涉及具有噪声抑制的电容传感器
技术介绍
电容传感器可以被用于检测或测量诸如在电容触摸面板界面中的电容变化。电容界面的常见示例是触摸板和触摸屏。在电容触摸界面中,诸如人体手指或传导笔的导电物体的接近,改变触摸界面中的电场。电容传感器可以感测或测量物体相对于界面的物理位置或移动并且提供相应的模拟或数字编码输出信号。电容界面具有电容元件矩阵。感测界面中电容的变化经受干扰(称作噪声)的影响,其可能是由电源或邻近电路元件的传导,或由外部辐射的感测产生的。噪声可以处在比电容传感器的操作频率高或低的频率处。具有高水平噪声抑制的电容传感器将是有利的,特别适合用于在噪声环境中使用。附图说明通过参考随后在附图中示出的实施例的描述可以更好地理解本专利技术连同其目标和优点。图中的元件被出于简明和清晰的目的示出并且不必成比例绘制。图1是可以实现本专利技术的常规触摸面板的示意性截面图;图2是根据本专利技术的一个实施例的电容传感设备的示意性框图;图3是图2的电容传感设备的一个实施例的示意性电路图;图4是在图3的电路的操作中出现的信号对于时间的图;图5是图2的电容传感设备的另一个实施例的示意性电路图;图6是根据本专利技术的另一个实施例的电容传感设备的示意性电路图;图7是本专利技术的电容传感设备的电压发生器的示意性电路图;图8是本专利技术的电容传感设备的预充电器的示意性电路图。具体实施方式图1示出了可以对其实施本专利技术的电容触摸面板界面100。触摸面板100可以是控制分离显示器的触摸板或触摸屏,其中显示器屏集成于触摸面板下并通过触摸面板100可视。电容触摸面板典型地具有电容元件(诸如102)的阵列,其被嵌入在用户可以触摸的材料104的表面106下面的绝缘材料104中。电容元件102可以以若干行和若干列的阵列并排形成在单层中。检测的电容可以为电容元件和地之间的自电容Cx,由手指或笔108形成,手指或笔108呈现出对地电容CF以及对地寄生电容Cp,如图1所示。替代地,检测的电容可以为行电容元件和列电容元件之间的互电容。手指或笔108的接近改变静电场,由双箭头示出,引入附加电容并改变检测的电容Cx=CF+CP。电容元件102通过连接节点110(这里由通孔和导体示出)连同开关(图1未示出)连接到传感器,所述开关选择阵列中要被检测的特定的电容元件102,并通过连接节点110向阵列的选择的电容元件102传导充电节点电流I1、I2以及从阵列的选择的电容元件102传导放电节点电流ICX。图2示出电容传感设备,其包括用于提供输出信号NOUT的传感器200,输出信号NOUT为连接到传感器200的感测电容CX的函数。图3、5和6示出传感器200的更详细实现方式300、500和600。传感器200被示出感测触摸界面100中的自电容CX,但应当理解,传感器200可以适合于其它触摸界面技术,包括互电容触摸界面,以及更广泛感测其它类型设备中的电容。传感器200、300、500、600中的每个包括充电器202,其用于分别以第一和第二相位重复地向连接节点110施加第一和第二电压V1、V2以将感测电容CX充电至第一和第二电荷值。,在分别以第一和第二相位通过连接节点110将感测电容充电至第一和第二电荷值的过程中,充电器202重复地提供充电和放电节点电流I1、I2、ICX。采样器204包括至少第一电流镜,其用于提供第一和第二采样电流信号IS1、IS2,第一和第二采样电流信号IS1、IS2分别是第一和第二电荷值的函数。在提供第一和第二采样电流信号IS1、IS2中,第一电流镜可以使用节点电流ICX。累计器206执行采样电流信号IS1、IS2中的噪声的消除,并提供累计器信号VINT,其用于提供输出信号NOUT。累计器206包括累计器电容器CINT。在修改累计器电容器CINT上的电荷并提供累计器信号VINT中,累计器206重复地区别地使用第一和第二采样电流信号IS1、IS2。累计器信号VINT是感测电容CX的累进函数,但倾向于消除比累计器的操作的重复率低的频率处的第一和第二采样电流信号IS1、IS2中的噪声。采样器204可以作为电荷传输电路,通过第一电流镜与累计器206匹配。累计器206可以抑制由于干扰、电荷注入和偏移产生的噪声INOISE中的低频分量,且可以具有将其它分量平均的窄带通响应。累计器信号VINT是累计器电容器CINT上的电荷值的函数,且可以是累计器电容器CINT上的电压的函数。第一电流镜204可以将对感测电容CX进行充电的电流ICX转化为电流信号IS1、IS2。替代地,第一电流镜204可以将对感测电容CX进行放电的电流ICX转化为电流信号IS1、IS2。累计器206可以包括至少第二电流镜302、502、602,用于控制累计器信号VINT的变化的速率。第二电流镜302、502、602可以控制累计器信号VINT根据第一采样电流信号IS1递增地变化的速率,并且可以控制对第三电流镜304、504、604的电流供应,第三电流镜304、504、604控制累计器信号VINT根据第二采样信号IS2递减地变化的速率。感测电容可以是阵列的电容元件和地之间的自电容CX,感测电容CX作为物体对选定的电容元件的接近程度的函数。传感器200可以包括开关其用于交替地将充电器202和采样器204通过连接节点110连接到选定的电容元件CX。在充电器202从连接节点110断开时,采样器204可以连接到连接节点110以提供第一和第二采样电流信号IS1、IS2。累计器206可以以重复的步阶修改累计器电容器CINT上的电压VINT。累计器206可以包括比较器216和计数器220,比较器216用于比较累计器电容器CINT上的电压和参考电压VREF,计数器220用于对达到参考电压VREF所使用的步阶的数量NOUT进行计数。传感器204可以包括电压发生器700,其用于根据公共电压源VDD提供第一和第二电压V1、V2以及参考电压VREF。如图2所示,更详细地,累计器206具有噪声消除模块208和积分器模块210。噪声消除模块208区别地(递增地和递减地)施加采样电流信号IS1、IS2到积分器模块210以逐步改变累计器信号VINT的值。累计器信号VINT输入到比较器216,比较器216将其与参考压VREF进行比较。当累计器信号VINT与初始电压和参考电压分别相等时,比较器216将信号输出到D触发器218。可以通过与门222触发D触发器218,与门222在第二相位信号和闭合开关的信号的协同下输出信号通过可设定的延迟224。计数器220以时钟速率(测量的重复率)在初始电压和参考电压VREF之间对累计器信号VINT中的步阶的数量NOUT进行计数。时钟速率(传感器200的操作的重复率)下的步阶的数量NOUT是对所用的时间的测量,是感测电容CX的累进函数,且在触摸事件正在发生时与没有触摸事件发生时是不同的。通过在提供累计器信号VINT中,由噪声消除模块208区别地使用第一和第二采样电流信号IS1、IS2,消除了第一和第二采样电流信号IS1、IS2中的在低于测量的重复率的频率处的噪声。在积分器模块210中,对第一和第二采样电流信号IS1、IS2中在高于测量的重复率的频率处本文档来自技高网...
具有噪声抑制的电容传感器

【技术保护点】
一种用于提供输出信号的传感器,所述输出信号是通过连接节点连接到所述传感器的感测电容的函数,所述传感器包括:充电器,用于分别以第一相位和第二相位重复地施加第一电压和第二电压至所述连接节点以将所述感测电容充电到第一电荷值和第二电荷值;采样器,包含至少第一电流镜,用于提供分别是所述第一电荷值和所述第二电荷值的函数的第一采样电流信号和第二采样电流信号;以及累计器,包括累计器电容器,用于在改变所述累计器电容器上的电荷以及提供累计器信号中,重复地、区别地使用所述第一采样电流信号和所述第二采样电流信号;其中所述累计器信号是所述感测电容的累进函数,但是消除在比所述累计器的操作的重复率低的频率处的、所述第一采样信号和所述第二采样电流信号中的噪声,以及其中所述累计器使用所述累加信号以提供所述输出信号。

【技术特征摘要】
1.一种用于提供输出信号的传感器,所述输出信号是通过连接节点连接到所述传感器的感测电容的函数,所述传感器包括:充电器,用于分别以第一相位和第二相位重复地施加第一电压和第二电压至所述连接节点以将所述感测电容充电到第一电荷值和第二电荷值;采样器,包含至少第一电流镜,用于提供分别是所述第一电荷值和所述第二电荷值的函数的第一采样电流信号和第二采样电流信号;以及累计器,包括累计器电容器,用于在改变所述累计器电容器上的电荷以及提供累计器信号中,重复地、区别地使用所述第一采样电流信号和所述第二采样电流信号;其中所述累计器信号是所述感测电容的累进函数,但是消除在比所述累计器的操作的重复率低的频率处的、所述第一采样信号和所述第二采样电流信号中的噪声,以及其中所述累计器使用所述累加信号以提供所述输出信号。2.如权利要求1所述的传感器,其中所述累计器信号是所述累计器电容器上电压的函数。3.如权利要求1所述的传感器,其中所述第一电流镜将对所述感测电容进行充电的电流转换为采样电流信号。4.如权利要求1所述的传感器,其中所述第一电流镜将对所述感测电容进行放电的电流转换为所述采样电流信号。5.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:邱亮吴晓雷丰斌
申请(专利权)人:飞思卡尔半导体公司
类型:发明
国别省市:美国;US

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1