用于电容触摸感应触摸屏面板的差动电流模式模拟前端电路制造技术

一种模拟前端电路，包括用于第一感应线的第一电流模式差动电荷放大器，它又包括：带有电流复制电路的单位增益缓冲器，其中，第一感应线电流被输入带有电流复制电路的单位增益缓冲器以产生一个上拉和下拉输出电流，一个电流镜像和放大电路，其中上拉和下拉输出电流被输入电流镜像和放大电路以产生一个正比例和一个负比例输出电流；该模拟前端电路还包括一个电流合成电路，用于把为第一感应线产生的正比例输出和为第二个感应线产生的负比例输出电流进行合成以生成差动电流；该模拟前端电路还包括一个差动电流‑电压变换器，用于把所述差动电流转换为可供触摸控制器应用使用的输出电压。

Differential current mode analog front end circuit for capacitive touch induction touch screen panel

An analog front-end circuit includes a first current mode differential charge amplifier is the first line of induction, it includes: a current copy circuit unit gain buffer, wherein, the first line of induction current is input current with unit gain buffer copy circuit to generate a pull-up and pull-down output current, a current mirror and the amplifier, pull-up and pull-down output current is input current mirror and amplifying circuit to generate a positive proportion and a negative ratio of output current; the analog front-end circuit also includes a current synthesis circuit, used to produce the first induction line proportional output and negative proportion for second induction line the output current synthesis to generate a differential current; the analog front-end circuit includes a differential current voltage converter for the differential The current is converted to an output voltage that is used for touch controller applications.

【技术实现步骤摘要】
用于电容触摸感应触摸屏面板的差动电流模式模拟前端电路
本专利技术涉及触摸感应功能的有源矩阵液晶显示(LCD)面板(或触摸屏)。更具体地说，涉及一种电容触摸屏的电容触摸感应电路。
技术介绍
触摸感应功能的有源矩阵LCD显示面板(或触摸屏)，是一个有源矩阵LCD面板，它具有一个额外的功能，即检测可能的手指和/或点指设备在面板上的触碰位置。一个电容触摸屏包括涂有透明导体的绝缘体，例如玻璃。因为人体也能导电，触摸到屏幕的表面会导致屏幕上的静电场失真，并产生可测量的电容变化。各种各样的技术可以用来检测触碰点的位置，例如投射式电容触摸(PCT)技术。与LCD面板的像素网格相比，PCT使用的是一种X-Y(或纵列-横排)网格的电极。相同电压应用于每个纵列或横排电极(驱动线)上，从而创建了一个统一的静电场。当一个导体，例如人类手指或导电笔，接近电极网格上的一个点时，会导致这个点的静电场失真，这个失真是可测量的，具体体现为电容变化。每个电容网格点上电容变化能够被准确的测量，从而通过测量其他电极轴(感应线)的感应信号电压电荷来确定触摸位置。在传统PCT型电容触摸屏面板中，在用于触摸控制器应用之前，感应信号电压电荷通过一个模拟前端电路的电压电荷放大器被放大。图1展示了一个传统的电压电荷放大器。电压放大率通过下列的方程表征:其中，iΔcm是当检测到触摸时的感应信号电流，icm是共模电流，inoise是噪声电流。通过方程(1)可以得知，传统的电压电荷放大器至少存在两个问题：1.输出电压Vout的电压空间受限于运算放大器的电源电压和积分电容C的大小。在许多情况下，与运算放大器的动态范围相比，共模电流和噪声电流占据了电源电压90％以上的空间。这使得其信噪比(SNR)低，需要较大的电压范围来调节噪音，且只有一小部分电压范围供感应信号电流iΔcm使用。2.为了适应共模电流、噪声电流和感应信号电流iΔcm，积分电容C必须足够大以减弱运算放大器输出电压。这导致了模拟前端电路需要大型的芯片尺寸。
技术实现思路
本专利技术提供一种模拟前端电路，该电路使得电容触摸屏的电容触摸感应功能具有以下优势：较小的模拟前端电路芯片尺寸，提升SNR，在所有的感应线路中提供有效的并行差分感应，更好的共模噪音抑制，以及更稳定的可编程信号电流增益。本专利技术的一个目的是，提供一种模拟前端电路，它以电流模式处理感应信号，只允许感应信号电流通过其积分电容。通过这种方式，不再需要大型积分电容来储存过多的共模电荷，因此，模拟前端电路的芯片尺寸可以显著减少。通过噪音抑制，输出电压的整个电压范围可以用于代表感应信号，从而显著提升信噪比。本专利技术的另一目的是提供一种适用于电容触摸屏面板中的互电容、自电容和混合电容式触摸感应器的模拟前端电路。本专利技术的优选方案中，所述模拟前端电路包括电流模式差动电荷放大器和差动电流-电压转换器。电流模式差动电荷放大器从逻辑上可以分为两个阶段。第一阶段包括带有电流复制电路的单位增益缓冲器。第二阶段包括电流镜像和放大电路。应用于带有互电容触摸感应器的PCT型电容触摸屏面板时，每个感应线连接至单位增益缓冲器的负输入，并由单位增益缓冲器内的单位增益反馈运算放大器驱动，单位增益反馈运算放大器的正输入端连接至一个恒定参考电压。共模电流(从驱动线到感应互电容之间的电流)、噪声电流、以及从感应线接收的感应信号电流(有触碰发生时)，被复制并输入到电流镜像和放大电路。根据比例因子，电流镜像和放大电路产生一个正比例和负比例输出电流。然后，将正比例输出电流与相邻感应线的负比例输出电流进行合成。最后，将所生成的差动电流输入差动电流-电压转换器，生成用于触摸控制器应用的输出电压。应用于带有自电容触摸感应器的PCT型电容触摸屏面板时，每个感应线连接至单位增益缓冲器的负输入，并由单位增益缓冲器内的单位增益反馈运算放大器驱动，单位增益反馈运算放大器的正输入端连接至一个输入到单位增益缓冲器正输入端的切换驱动源电压。共模电流(电容充电与放电之间的电流)、噪声电流、以及从感应线接收的感应信号电流(有触碰发生时)，被复制并输入到电流镜像和放大电路。根据比例因子，电流镜像和放大电路产生一个正比例和负比例输出电流。然后，将正比例输出电流与相邻感应线的负比例输出电流进行合成。最后，将所生成的差动电流输入差动电流-电压转换器，生成用于触摸控制器应用的输出电压。与带有互电容触摸感应器和自电容触摸感应器的PCT型电容触摸屏面板相似，本专利技术可用于混合式触摸感应器的PCT型电容触摸屏面板，每个感应线连接至单位增益缓冲器负输入端，并由单位增益缓冲器中的单位增益反馈运算放大器驱动，其中，单位增益反馈运算放大器的正输入端按时间复用方式连接着一个恒定参考电压和切换驱动源电压。附图说明下面将结合附图对本专利技术的实施例作详细描述，其中：图1是一种用于PCT型电容触摸屏面板的传统模拟前端电路中的传统的电压电荷放大器；图2是本专利技术一个实施例中用于带有互电容触摸感应器的PCT型电容触摸屏面板的模拟前端电路；图3是本专利技术一个实施例中用于带有自电容触摸感应器的PCT型电容触摸屏面板的模拟前端电路；图4是本专利技术中实现带有电流复制电路的单位增益缓冲器的一个MOSFET电路示例；图5是本专利技术中实现带有电流复制电路的单位增益缓冲器的另一个MOSFET电路示例；图6是本专利技术中实现带有电流复制电路的单位增益缓冲器的又一个MOSFET电路示例；图7是本专利技术中实现电流镜像和放大电路的一个MOSFET电路示例；图8A是本专利技术中实现差动电流-电压转换器的一个RC低通放大器示例；图8b是本专利技术中实现差动电流-电压转换器的一个跨电阻放大器示例；图8c是本专利技术中实现差动电流-电压转换器的一个电荷积分器示例。具体实施方式以用于实现电容触摸屏之电容触摸感应功能的模拟前端电路为例进行说明。对本领域的技术人员来说，在此基础上的修改，包括增添或替代，均未脱离本专利技术的范围。如图2所示，本专利技术的一个实施例中，模拟前端电路包括电流模式差动电荷放大器101和差动电流-电压转换器102。电流模式差动电荷放大器101在逻辑上可以分为两个阶段。第一阶段包括带有电流复制电路103的单位增益缓冲器。第二阶段包括电流镜像和放大电路104。参照图2，当应用于带互电容触控感应器的PCT型电容触屏面板时，每根感应线105连接到单位增益缓冲器103的负输入端，且由单位增益缓冲器103中的单位增益反馈运算放大器106驱动。单位增益反馈运算放大器106的正输入终端被连接到一个恒定参考电压107。从驱动线到感应互电容的共模电流icm是，噪声电流inoise和感应信号电流iΔcm(当有触碰发生时)被合成为一个输入电流iin，其方程式为：iin＝icm+inoise+iΔcm(2)该输入电流iin由感应线105接收，并被复制以产生一个上拉输出电流108以及一个下拉输出电流109，再输入到电流镜像和放大电路104。基于一个比例因子，电流镜像和放大电路104根据上拉输出电流108和下拉输出电流109，分别产生了一个正比例和一个负比例输出电流，分别表示为+β×iin和-β×iin，其中β是比例因子。然后，正比例输出电流+β×iin与相邻感应线的负比例输出电流-β×iin(n-1)进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种为投射式电容触摸(PCT)感应提供感应信号的装置，其特征在于，包括：针对第一感应线的第一电流模式差动电荷放大器，其中包括；一个带有电流复制电路的单位增益缓冲器，其中第一感应线电流被输入到带有电流复制电路的单位增益缓冲器，以产生一个上拉输出电流和一个下拉输出电流；一个电流镜像和放大电路，其中所述上拉输出电流和下拉输出电流被输入到电流镜像和放大电路，再基于电流增益因子被放大并产生一个正比例输出电流和一个负比例输出电流；一个电流合成电路，它将第一电流模式差动电荷放大器为第一感应线产生的正比例输出电流与第二电流模式差动电荷放大器为第二感应线产生的负比例输出电流进行合成，以产生一个差动电流；一个差动电流‑电压变换器，用来把所述差动电流转换为可供触摸控制器应用使用的输出电压；其中，感应线电流中的共模和噪声电流分量被所述电流合成电路消除。

【技术特征摘要】
2015.10.30 US 14/927,4871.一种为投射式电容触摸(PCT)感应提供感应信号的装置，其特征在于，包括：针对第一感应线的第一电流模式差动电荷放大器，其中包括；一个带有电流复制电路的单位增益缓冲器，其中第一感应线电流被输入到带有电流复制电路的单位增益缓冲器，以产生一个上拉输出电流和一个下拉输出电流；一个电流镜像和放大电路，其中所述上拉输出电流和下拉输出电流被输入到电流镜像和放大电路，再基于电流增益因子被放大并产生一个正比例输出电流和一个负比例输出电流；一个电流合成电路，它将第一电流模式差动电荷放大器为第一感应线产生的正比例输出电流与第二电流模式差动电荷放大器为第二感应线产生的负比例输出电流进行合成，以产生一个差动电流；一个差动电流-电压变换器，用来把所述差动电流转换为可供触摸控制器应用使用的输出电压；其中，感应线电流中的共模和噪声电流分量被所述电流合成电路消除。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流增益因子是可配置的。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述差动电流-电压变换器是一个RC低通放大器。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述差动电流-电压变换器为一个跨电阻放大器。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述差动电流-电压变换器是一个电荷积分器。6.一种带互...

【专利技术属性】
技术研发人员：李然，何健培，林吉庆，
申请(专利权)人：晶门科技有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81