电容至电压调制电路制造技术

本公开描述了电容至电压调制电路的各方面。在一些方面，该电路在触摸感测时使用。在一些方面，一种调制电路包括第一开关对，其具有连接在电压源和电容器之间的一个开关、以及连接在大地和电路的输入之间的另一开关。该电路还包括第二开关对，其具有连接在电压源和电路的输入之间的一个开关、以及连接在大地和电容器之间的另一开关。该电路的第三开关对包括连接在电容器和模数转换器(ADC)的输入之间的一个开关、以及连接在电路的输入和ADC的输入之间的另一开关。第三开关对可以使得由第一和第二开关对调制的信号的电荷共享成为可能，其结果可以用于基于电路的输入处的电容来感测触摸输入。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电容至电压调制电路
本公开一般地涉及电容性传感器。
技术介绍
该相关技术描述被提供用于一般地呈现随后的本公开的上下文的目的。除非本文另有指示，否则该章节中描述的概念不是本公开的现有技术，并且不因包括在此处而被承认为现有技术。许多计算和电子设备实施电容性传感器来检测各种输入，例如用户输入的类型。为此，电容性传感器经常包括感测电容器，其电容响应于用户手指的存在而增大。然而，相对于感测电容器的固有电容或自电容(例如，200pF)，由用户手指引起的电容增大通常非常小(例如，1pF)。因此，为了可靠地检测用户手指的存在，与传感器相关联的电路可以被配置为，能够检测相对于传感器的感测电容器或周围结构的高得多的自电容而言的电容的小变化。检测电容的这些小变化被用户携带的电背景噪声和感测电路中固有的电压偏移进一步复杂化，诸如干扰感测电路及其信号的输入偏移电压、温度漂移(电容性或电阻性)、粉红(1/f)噪声、或其他杂散电噪声。
技术实现思路
在电容至电压调制电路的一些方面，一种调制电路包括第一开关对，其包括连接在电压源和电容器之间的一个开关、以及连接在大地和电路的输入之间的另一开关。该电路还包括第二开关对，其具有连接在电压源和电路的输入之间的一个开关、以及连接在大地和电容器之间的另一开关。电路的第三开关对包括连接在电容器和模数转换器(ADC)的输入之间的一个开关、以及连接在电路的输入和ADC的输入之间的另一开关。在其他方面，一种调制电路包括第一开关对，其包括连接在电压源和电容器之间的一个开关、以及连接在大地和电路的输入之间的另一开关。该电路还包括第二开关对，其具有连接在电压源和电路的输入之间的一个开关、以及连接在大地和电容器之间的另一开关。电路的第三开关对包括连接在电容器和放大器的输入之间的一个开关、以及连接在电路的输入和放大器的输入之间的另一开关。在又其他的方面，一种用于扫描指纹的装置包括指纹扫描器、感测电容器、以及触摸感测电路，触摸感测电路具有连接到感测电容器的电极的输入和连接到指纹扫描器的输出。触摸感测电路包括连接在电压源和电容器之间的第一开关、连接在大地和电路的输入之间的第二开关、连接在电压源和电路的输入之间的第三开关、以及连接在大地和电容器之间的第四开关。该电路还包括连接在电容器和电路的输入之间的第五开关。该电路的ADC具有连接到电容器的输入和与解调器的输入连接的输出。解调器的输出连接到比较器的输入，比较器的输出连接到指纹扫描器。在其他方面，一种用于调制电路输入处的电容指示的电路包括第一开关部件，其用于将电压源连接到电容器并且将电路的输入连接到大地。该电路还包括第二开关部件，其用于将电压源连接到电路的输入并且将电容器连接到大地。电路的第三开关部件被实施用于将电容器连接到模数转换器(ADC)的输入，并且将电路的输入连接到ADC的输入。附图说明在附图和随后的详细描述中阐述了各个方面的细节。在附图中，参考标号的最左边数字标识该参考标号首次出现的附图。在该描述或附图中的不同实例中对相同参考标号的使用指示相似的元件：图1图示了包括支持触摸的计算设备的示例环境。图2图示了图1中示出的指纹传感器的示例配置。图3图示了根据一个或多个方面的示例电容至电压调制电路。图4图示了根据一个或多个方面的另一示例电容至电压调制电路。图5图示了用于调制信号的示例方法，该信号指示电路输入处的电容量。图6图示了已经根据一个或多个方面调制和放大的示例信号。图7图示了用于对触摸输入信号进行斩波以使得触摸输入的检测成为可能的示例方法。图8图示了包括对电容信号的斩波、反斩波和滤波的示例处理操作。图9图示了由图8的操作提供的示例信号波形。图10图示了相对于根据一个或多个方面所调制和滤波的信号的、噪声的示例功率谱密度。图11图示了用于更改电容信号通过其被调制的频率的示例方法。具体实施方式许多计算和电子设备实施电容性传感器以检测各种输入，例如用户输入的类型。为此，电容性传感器经常包括感测电容器，其电容响应于用户手指的接近而增大。然而，相对于感测电容器或周围结构的固有电容或自电容，由用户手指引起的电容增大通常非常小。例如，指纹扫描模块经常包括电容性传感器，以检测用户手指的存在而发起扫描操作。这允许指纹扫描器保持在低功率状态直到检测到用户手指，由此节省功率。然而，指纹扫描模块经常位于基板层之下或包括基板层，该基板层保护指纹扫描器并且提供扫描用户指纹的表面。该基板层(诸如玻璃、环氧树脂、或聚酰亚胺)可以是几百微米厚，并且对电容性传感器的自电容有贡献。这样，为了可靠地检测用户手指的存在，与传感器相关联的电路可以被配置为，检测相对于设备的传感器或周围结构的高得多的自电容而言的电容的小变化。检测电容的这些小变化被用户携带的电背景噪声和电子电路中固有的电压偏移进一步复杂化，诸如干扰检测电路及其信号的输入偏移电压、温度漂移(电容性或电阻性)、粉红(1/f)噪声、或其他杂散电噪声(例如，充电噪声)。用于减小触摸输入信号的噪声和偏移的常规技术包括使用冗余感测电容器、差分感测路径、或正弦激励电压。为此，这些技术可能要求附加的电路、对感测电容器的不同电极的访问、或用于正弦激励的复杂数字至模拟电路，其中的每项都增加了触摸感测电路的复杂性或功耗。因此，常规技术增加了感测电路的复杂性和功耗，但是未解决前面提到的感测精度问题中的许多问题，诸如随温度或频率的串联电阻变化和感测电容器变化。本公开描述了电容至电压(C2V)调制电路的各方面，例如用于感测触摸输入。本文描述的装置和方法可以使得在放大之前并且参考副本电容器对输入电容信号的调制成为可能，其可以提供对漂移偏移(温度或频率)稳健的、对共模噪声有抵抗力的、并且不被参考电压变化所影响或对参考电压变化有抵抗力的输入电容的指示。在电容至电压调制电路的一些方面，一种电路包括第一开关对，其包括连接在电压源和电容器之间的开关、以及连接在大地和电路的输入之间的另一开关。该电路还包括第二开关对，其具有连接在电压源和电路的输入之间的开关、以及连接在大地和电容器之间的另一开关。该电路的第三开关对包括连接在电容器和模数转换器(ADC)的输入之间的开关、以及连接在电路的输入和ADC的输入之间的另一开关。第一和第二开关对可以在时钟的交替时段上操作以生成方波，通过该方波，电路和连接到它的感测电容器的输入被调制为电压信号。电路的内部或“副本”电容器可以利用方波的反转被调制，使得内部电容器与感测电容器相反地被充电(或放电)。第三开关对将电容器和输入的相应电压信号进行电荷共享，该输入由ADC参考电压源来采样。ADC和后续的数字信号操作可以去除与电压源相关联的偏移，将信号解调为接近DC，并且滤除高频噪声，以提供更准确地反映在感测电容器处接收的触摸输入的信号。下面在示例环境、示例调制电路和技术的上下文中描述电容至电压调制电路的这些和其他方面。关于示例环境或电路或其元件作出的任何参考仅通过示例的方式，并且不旨在限制本文描述的任何方面。示例环境图1图示了示例环境100，其包括计算设备102。在该示例中，计算设备102被实施为支持触摸的智能电话。尽管未示出，但是计算设备102可以被实施为任何合适的计算或电子设备，诸如调制解调器、蜂窝基站、宽带路由器、接入点、蜂窝电话、游戏设备、导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于调制信号的电路，所述电路包括：第一开关对，其包括连接在电压源和电容器之间的一个开关、以及连接在大地和所述电路的输入之间的另一开关；第二开关对，其包括连接在所述电压源和所述电路的所述输入之间的一个开关、以及连接在大地和所述电容器之间的另一开关；以及第三开关对，其包括连接在所述电容器和模数转换器(ADC)的输入之间的一个开关、以及连接在所述电路的所述输入和所述ADC的所述输入之间的另一开关。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.19 US 62/377,373;2016.09.20 US 15/271,1311.一种用于调制信号的电路，所述电路包括：第一开关对，其包括连接在电压源和电容器之间的一个开关、以及连接在大地和所述电路的输入之间的另一开关；第二开关对，其包括连接在所述电压源和所述电路的所述输入之间的一个开关、以及连接在大地和所述电容器之间的另一开关；以及第三开关对，其包括连接在所述电容器和模数转换器(ADC)的输入之间的一个开关、以及连接在所述电路的所述输入和所述ADC的所述输入之间的另一开关。2.根据权利要求1所述的电路，其中所述ADC的所述输入是第一输入，所述ADC至少包括所述第一输入和第二输入，并且所述第二输入连接到所述电压源。3.根据权利要求1所述的电路，其中所述ADC的所述输入是第一输入，所述ADC至少包括所述第一输入和第二输入，并且所述第二输入连接到具有电压的另一电压源，所述电压是所述电压源的电压的一部分。4.根据权利要求3所述的电路，其中所述另一电压源的所述电压近似为所述电压源的所述电压的一半。5.根据权利要求1所述的电路，其中所述电路的所述输入连接到另一电容器，并且所述另一电容器具有与所述电容器的电容近似相等的电容。6.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一开关对在时钟的第一时段期间闭合，并且所述第二开关对在所述时钟的第二时段期间闭合，所述第一时段和所述第二时段是所述时钟的不同时段。7.根据权利要求6所述的电路，其中所述第三开关对在所述时钟的至少两个连续时段期间闭合。8.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一开关对的相应栅极连接在一起，所述第二开关对的相应栅极连接在一起，或者所述第三开关对的相应栅极连接在一起。9.根据权利要求1所述的电路，其中所述信号指示在所述电路的所述输入处的电容量。10.根据权利要求1所述的电路，其中所述ADC可操作地连接到解调器，并且所述解调器连接到二阶低通滤波器。11.根据权利要求10所述的电路，其中所述二阶低通滤波器包括巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、贝塞尔滤波器、或萨伦-凯滤波器之一。12.一种用于调制信号的电路，所述电路包括：第一开关对，其包括连接在电压源和电容器之间的一个开关、以及连接在大地和所述电路的输入之间的另一开关；第二开关对，其包括连接在所述电压源和所述电路的所述输入之间的一个开关、以及连接在大地和所述电容器之间的另一开关；以及第...

【专利技术属性】
技术研发人员：BR·王，L·玛特，S·瓦德瓦，N·亚尔特曼，S·德索扎，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US