电容感测电路和方法技术

一种电容感测系统，可包括：电容感测输入端，电容感测输入端被构造用于接收根据感测的电容而变化的输入信号；积分器/放电电路，积分器/放电电路被构造用于在转换操作中积分输入信号和放电积分的输入信号至参考电平；以及残余保持部，残余保持部被构造用于量化积分的输入信号的放电，并保留量化点之后的积分的输入信号的任何残余，用于积分器/放电电路执行的下一个转换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】[00011 本申请要求在2013年3月12日提交的美国临时专利申请系列US61/777314的优先 权，在此通过引用其内容并入本文。
本公开大体上涉及电容感测系统，且更特别地，涉及电容触摸感测系统和方法。
技术介绍
电容感测系统能利用发射电极和接收电极之间的互电容来检测物体(例如，手指） 的接近。通过激励信号的应用，能在接收电极上产生电荷（电流），电荷根据电极之间的互电 容变化。这样的互电容能根据物体的接近而变化。这样的系统能被定义为"电荷转移"系统。 -些传统触摸屏感测系统能利用电荷转移方法。在这些传统系统中，在若干激励 周期通过有源积分器电路收集通过周期性激励信号产生的电荷。这样的电荷收集能与解调 相结合，以获得输入信号的同步校正。这样的传统方法可能包括基线补偿，以防止积分器电 路充满非信息电容。（非信息电容不根据物体即触摸而变化）。通常地，非信息电容能达到感 测电容的90% (即触摸造成的变化通常为传感器电容的10% )。 在电荷转移系统中获得预期的灵敏度可能要求通过有源积分器电路收集多个感 测周期（即激励信号的跃迀）。遗憾地，这样的系统的噪音免疫性典型地按感测周期的数目 成比例下降。因此，这样的传统系统的动态范围可能被限制。并且，在这样的传统系统中，噪 音脉冲能导致积分器电路被驱动进入饱和，失去所有测量信息。 解决上述传统电荷转移系统的限制的一个传统方法可能是在每个激励边沿（即激 励信号的跃迀)之后传递转换结果。数字转换的解调、积分和模拟能确保代表电容的数字数 值的产生。在这样的传统系统中的满意的解决方案可能依赖于具有接近一个最低有效位 (LSB)的噪音的数字数值的积累。传统方法能在积分阶段利用先进的滤波技术以将外部噪 音对转换终端的冲击最小化。上述传统系统的缺点可能是感测通道的分辨率的增加与累积转换数的平方根成 比例。因而，这样的传统系统可能需要相对高分辨率的模拟-数字转换器(ADC)，模拟-数字 转换器以相对低的频率运行并具有有限的积分时间。例如，当激励信号频率是100kHz时，在 1 OOus期间的转换样本的积分可能对应ADC分辨率增加sqrt (20) = 4.5倍(2比特）。并且，转 换结果的数字积累可能需要具有非常小的微分非线性(DNL)的ADC，因为对于所有的转换结 果DNL是系统性的，且不被平均值降低。解决基础电荷转移系统的限制的第二个传统方法可能是采用"电荷平衡"方法。在 电荷平衡方法中，积分输入信号初始地给积分电容器充电。然后电容根据参考电流放电。一 旦电容器恢复到其初始状态（即，其是平衡的），则参考电流终止。因而电荷平衡系统被理解 为类似张弛电路。在一些电荷平衡系统中，积分和电荷平衡能同时发生。达到这样的电荷平 衡所需的时间能被转换成数字数值。例如，在电荷平衡操作期间发生的参考时钟脉冲的数 目可能是计数值。该计数值根据感测电容而变化。与基础电荷转移系统相比，电荷平衡系统 能有非常好的线性。 传统电荷平衡系统的缺点可能是感测电路(通道)对积分电容器不完全再充电的 敏感性，通道被外部噪音同步化的可能性，以及通道容易受这样的噪音的影响。 图13在功能原理图中示出传统电荷转移系统1300。传统系统1300可能包括激励源 Vex 1301，激励源Vex 1301利用缓冲器1305驱动传感器网络1303。响应于来自源1301的激 励信号，传感器网络1303的传感器能形成输出电流Im。电流Im对应于在激励信号的半周期 期间通过传感器转移的电荷，且能代表感测电容(Cm)。电流Im能由输入级1305以增益K进行 放大，并应用到解调器单元(DM)1307 AM 1307被功能地描述为放大器。通常地，DM 1307通 过激励信号放大输入信号，以获得矫正输出并获得较好的噪音免疫性，特别是在存在低频 率噪音的情况下。在将解调信号应用到DM 1307中，有时包括移相器1309以通过传感器网络 1303使延迟冲击最小化。从DM 1307中输出的矫正信号被收集在低通滤波器(LPF) 1311，以产生输出信号 (Ux)，输出信号(Ux)与转移电荷(Im)(转移电荷转而与感测电容成比例)成比例。通常，积分 器被用在LPF 1311的任务中。通过ADC 1313将LPF 1311的输出数字化，并收集在数字低通 滤波器(DLPF)1315中。 由于电荷累积在LPF 1311，其与感测电容(Cm)成比例，所以图13的构架被当成"电 荷累积"构架。在传统电荷累积系统1300中，传感器激励是周期性的。收集在LPF 1311中（以 及此后在DLPF中）的激励电荷的量限定在噪音影响下系统的性能。激励周期累积的数目和 激励频率能限定积分时间。 ADC转换器(ADC 1312)能采用各种形式。一个ADC方法可能涉及直接转换。将输入 模拟信号与量化的参考值进行比较。另一方法能将积分值转变成一些其他形式。例如，能使 用电荷平衡型程序。在电荷平衡程序中，通过参考电流的应用能平衡对应于积分值的初始 电荷。然后平衡所述值所需的时间量能被数字化(即，通过计数器等）。 图14A在功能原理图中示出传统电荷平衡系统1400。电荷平衡系统1400可能包括 和图13中的那些项相同的项，且这些相同项采用相同的参考字母，但使用前导数位"14"而 不是"13"。与图13不同，图14的传统系统1400示出积分器1417、比较器1419和电流源1421， 电流源1421能在积分器1423的输入口处将电流（由加法器1423表示)应用到输入信号。电荷 平衡系统1400被理解成在各电荷平衡操作之后在相反的状态之间切换。该系统能被理解成 利用参考源同时执行输入电荷积累(积分)和电荷平衡。注意，尽管特别的DM单元不包括在系统1400中，但是通过反转电流源的操作，能 "无形地"发生解调，反转电流源的操作能使参考电流源(例如，电荷平衡电流Iref)的方向 与激励信号中的改变同步交替。现在将描述传统系统1400的噪音响应。通常可能有两种噪音源：内部和外部。内部 噪音可能从有源部件的自噪音中产生，从经由寄生电容从开关电路转移的电荷中产生，以 及从产生自电源供应的噪音中产生。在图14A中，这样的内部噪音源被缩减成等价噪音源 Enc 1425,等价噪音源Enc 1425经由求和操作应用在比较器1419的输入口。外部噪音能经 由传感器单元的寄生电容渗透进入测量电路中。并且，液晶显示器(LCD)噪音（如果系统利 用触摸屏)和充电器噪音是外部噪音的代表。在图14A中，外部噪音被缩减成等价源Ene，该 等价源Ene经由在传感器网络1403内的电容器Cf连接到传感器节点。在比较器的输入口处的通道的频率响应能按如下给出： Gconv(f) =Gf(f) · Gint(f) 其中，Gf(f)是噪音源链的转移函数;Gint(f)是积分器转移函数。在第一接近中，Gf(f)和Gint(f)可能分别被称作高通滤波器和低通滤波器。在这 样的情况中，系统（即，通道H400的频率响应在比较器1419的输入口处可能被表示为固定 值： 换而言之，噪音频谱的形式在感测源处和在比较器输入口处是相同的。这样，通过 将所有噪音源移动到比较器1419的输入口能够分析噪音影响。 图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容感测系统，包括：电容感测输入端，所述电容感测输入端被构造用于接收输入信号，该输入信号根据感测的电容而变化；积分器/放电电路，所述积分器/放电电路被构造用于在转换操作中积分所述输入信号并且放电所积分的输入信号至参考电平；以及残余保持部，所述残余保持部被构造用于量化所述积分的输入信号的放电，并保留量化点之后的所述积分的输入信号的任何残余，用于所述积分器/放电电路执行的下一个转换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗曼·奥吉尔科，安德里·马哈里塔，维克托·克雷米，
申请(专利权)人：谱瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US