具有自校准功能的电容式触摸检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种电容式触摸检测装置包含一采样电路与一检测与校准电路。该采样电路执行下列步骤：于一时钟信号为一第一准位时充电一电容，在一触摸事件存在时该电容的电容值为一第一电容值，在该触摸事件不存在时该电容的电容值为一第二电容值，该第一电容值大于该第二电容值，该第一电容值相关于一自电容与一触摸电容，该第二电容值与该触摸电容无关；于该时钟信号的一准位转变期间时采样该电容所决定的一电容电压，以产生一采样值；以及于该时钟信号为一第二准位时，放电该电容。该检测与校准电路依据该采样值判断一触摸条件是否被满足以决定该触摸事件是否存在，并依据该采样值判断一校准条件是否被满足以决定是否校准至少一参数。

【技术实现步骤摘要】
具有自校准功能的电容式触摸检测装置
本专利技术涉及触摸检测装置，尤其涉及电容式触摸检测装置。
技术介绍
电容式触摸按键一般采用PCB直接制作的方式直接绘制于PCB板上。根据不同的PCB介质，在PCB板的触摸焊盘与四周GND信号或者GND平面会形成一个自电容CP，在无触摸事件发生时，该自电容被称为基线电容。当人手触摸按键时，由于人或者触摸物体与触摸按键表面接触时改变了原有的电场，从而改变了原有的电容，人手触摸引起的电容称为CF，此时触摸按键自电容为CS，CS＝CP+CF。电容式触摸按键检测技术，就是通过检测触摸按键自电容的变化来判断触摸事件的发生与否。现有的触摸按键电容变化检测有多种检测方法，包含利用张弛振荡器(RelaxationOscillator)原理的方法、通过向触摸按键发送电压脉冲以获取对应触摸按键电容的充电电流的方法、采用三频连续扫描的方法、以及差分扫描的方法等。上述利用张弛振荡器与发送电压脉冲的方法是基于对电容充电及/或放电的方式，普遍存在抗干扰能力很弱的缺陷，或者同时还存在功耗大、面积大、硬件成本高的缺陷；此外，触摸按键暴露于外部环境中而易受环境因素与噪声干扰，现有技术仅在芯片初始化时采样实际电容值作为电容触摸按键基础值(即基线电容)，但该实际电容值在各种干扰的影响下会时刻发生变化，导致该基础值有误差。而三频连续扫描或者差分扫描虽然致力于减少噪声干扰，提高信噪比，但却使得结构复杂，特别是电路面积大幅度增大，在功耗增加的同时，也额外的增加了电路成本。
技术实现思路
本专利技术的一目的在于提供一种电容式触摸检测装置，以避免现有技术的问题。本专利技术公开了一种具有自校准功能的电容式触摸检测装置，包含一时钟信号提供电路、一采样电路、一检测与校准电路、以及一控制电路。该时钟信号提供电路提供一时钟信号。该采样电路依据该时钟信号执行下列步骤：于该时钟信号为一第一准位时，充电一电容，其中该电容电性连接多个触摸按键的其中之一，在一触摸事件存在时该电容的电容值为一第一电容值，在该触摸事件不存在时该电容的电容值为一第二电容值，该第一电容值大于该第二电容值，该第一电容值相关于一感测电容与一触摸电容，该第二电容值与该触摸电容无关；于该时钟信号的一转变期间时，采样该电容所决定的一电容电压，以产生一采样值，其中该时钟信号于该转变期间由该第一准位变成一第二准位；以及于该时钟信号为该第二准位时，放电该电容。该检测与校准电路依据该采样值判断一触摸条件是否被满足以决定该触摸事件是否存在，并用来依据该采样值判断一校准条件是否被满足以决定是否校准至少一参数，该至少一参数包含以下的至少其中之一：充电该电容的一充电电流的一电流设定值；该感测电容的一电容设定值(例如：基线电容值)；该触摸条件的至少一设定值(例如：触摸阈值、触摸阈值差值)；以及该校准条件的至少一设定值(例如：正向噪声阈值、负向噪声阈值)。该控制电路控制该时钟信号提供电路的运行、该采样电路的运行以及该检测与校准电路的运行。本专利技术还公开一种电容式触摸检测装置，包含一时钟信号提供电路、一采样电路、一检测电路、以及一控制电路。该时钟信号提供电路提供一时钟信号。该采样电路依据该时钟信号执行下列步骤：于该时钟信号为一第一准位时，充电一电容，其中该电容电性连接多个触摸按键的其中之一，在一触摸事件存在时该电容的电容值为一第一电容值，在该触摸事件不存在时该电容的电容值为一第二电容值，该第一电容值大于该第二电容值，该第一电容值相关于一自电容与一触摸电容，该第二电容值与该触摸电容无关；于该时钟信号的一准位转变期间时，采样该电容所决定的一电容电压，以产生一采样值，其中该时钟信号于该准位转变期间由该第一准位变成一第二准位；以及于该时钟信号为该第二准位时，放电该电容。该检测电路依据该采样值判断一触摸条件是否被满足以决定该触摸事件是否存在。该控制电路用来控制该时钟信号提供电路的运行、该采样电路的运行以及该检测电路的运行。有关本专利技术的特征、实作与技术效果，兹配合附图作优选实施例详细说明如下。附图说明图1显示本专利技术的电容式触摸检测装置的一实施例；图2显示图1的采样电路的一实施例；图3显示图1的检测与校准电路的一实施例；图4显示本专利技术的流水线采样方式的一实施例；图5显示N通道检测的一实施例的示意图；图6显示触摸检测和基线电容自校准的一实施例的流程图；以及图7显示联合自校准方法的一实施例的流程图。符号说明12N通道的电容触摸按键14上位机100触摸检测装置110时钟信号提供电路120采样电路130仲裁电路140检测与校准电路150寄存器电路160控制电路210ADC(模拟至数字转换器)220可调电流源230LDO(稳压电路)310数据处理电路320FIFO(先进先出缓冲器)330触摸检测电路340异常检测电路350自校准电路360噪声监测电路S610～S660步骤S710～S790步骤具体实施方式本专利技术包含一种带自校准功能的电容式触摸检测装置，其采用了一种流水线(pipeline)的采样方式，仅需要一个低振荡频率(例如：100KHz～300KHz)的时钟信号即可工作。该触摸检测装置于每一个时钟周期内，执行下列步骤：在时钟为第一准位(例如：高准位)时，通过电流源(例如：可调电流源)对触摸电容进行充电；在时钟的边缘(例如：下降缘)，由模拟至数字转换器(Analog-to-DigitalConverter,ADC)完成对触摸电容的电压的采样，并将采样到的电压信号转换为数字量以供检测电路判断一触摸事件是否存在；以及在时钟为第二准位(例如：低准位)时，对触摸电容进行放电。对应于固定的时钟周期，同一个触摸按键的数字量为相对固定值；当人手触摸时，电容增大，相同充电时间所能达到的充电电压减小，因此数字量减小。通过多次流水线方式采样，对数据进行处理，以实现触摸检测。与张弛振荡器和测量充电电流的方式相比，本专利技术的流水线式触摸检测通过多次快速的半周期充放电，可以有效的将工作频率噪声抵消或者将触摸电容快速泄放到零电位，从而降低工作频率噪声的影响。由于每个时钟周期内，本专利技术的触摸检测装置可对触摸电容放电，因此本专利技术可以有效地避免噪声信号的积累，提高抗噪声性能。本专利技术通过噪声监测电路和自校准电路，可自动监测环境因素(例如：温度、湿度)的变化以及噪声所造成的触摸按键的电容的变化，并可对触摸按键的电容基准值(即基线电容的值)、触摸阈值，噪声阈值，充电电流等设定值的至少其中之一进行自动校准，与当前技术相比，具有极强的抗环境噪声干扰的能力，并且对电路、芯片本身电磁干扰、电源噪声干扰也具有较好的抑制能力。本专利技术通过时分复用(Time-DivisionMultiplexing)技术，采用单个ADC即可实现N(例如：N>2)通道同时检测，单通道仅需μA级别的电流消耗。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有自校准功能的电容式触摸检测装置，包含：/n一时钟信号提供电路，用来提供一时钟信号；/n一采样电路，用来依据该时钟信号执行下列步骤：/n于该时钟信号为一第一准位时，充电一电容，其中该电容电性连接多个触摸按键的其中之一，在一触摸事件存在时该电容的电容值为一第一电容值，在该触摸事件不存在时该电容的电容值为一第二电容值，该第一电容值大于该第二电容值，该第一电容值相关于一自电容与一触摸电容，该第二电容值与该触摸电容无关；/n于该时钟信号的一准位转变期间时，采样该电容所决定的一电容电压，以产生一采样值，其中该时钟信号于该准位转变期间由该第一准位变成一第二准位；以及/n于该时钟信号为该第二准位时，放电该电容；/n一检测与校准电路，用来依据该采样值判断一触摸条件是否被满足以决定该触摸事件是否存在，并用来依据该采样值判断一校准条件是否被满足以决定是否校准至少一参数，该至少一参数包含以下的至少其中之一：充电该电容的一充电电流的一电流设定值；该自电容的一电容设定值；该触摸条件的至少一设定值；以及该校准条件的至少一设定值；以及/n一控制电路，用来控制该时钟信号提供电路的运行、该采样电路的运行以及该检测与校准电路的运行。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有自校准功能的电容式触摸检测装置，包含：
一时钟信号提供电路，用来提供一时钟信号；
一采样电路，用来依据该时钟信号执行下列步骤：
于该时钟信号为一第一准位时，充电一电容，其中该电容电性连接多个触摸按键的其中之一，在一触摸事件存在时该电容的电容值为一第一电容值，在该触摸事件不存在时该电容的电容值为一第二电容值，该第一电容值大于该第二电容值，该第一电容值相关于一自电容与一触摸电容，该第二电容值与该触摸电容无关；
于该时钟信号的一准位转变期间时，采样该电容所决定的一电容电压，以产生一采样值，其中该时钟信号于该准位转变期间由该第一准位变成一第二准位；以及
于该时钟信号为该第二准位时，放电该电容；
一检测与校准电路，用来依据该采样值判断一触摸条件是否被满足以决定该触摸事件是否存在，并用来依据该采样值判断一校准条件是否被满足以决定是否校准至少一参数，该至少一参数包含以下的至少其中之一：充电该电容的一充电电流的一电流设定值；该自电容的一电容设定值；该触摸条件的至少一设定值；以及该校准条件的至少一设定值；以及
一控制电路，用来控制该时钟信号提供电路的运行、该采样电路的运行以及该检测与校准电路的运行。


2.如权利要求1所述的具有自校准功能的电容式触摸检测装置，进一步包含一仲裁电路电性连接于该采样电路与该检测与校准电路之间，该仲裁电路用来输出该采样值至该检测与校准电路和一外部电路的至少其中之一。


3.如权利要求1所述的具有自校准功能的电容式触摸检测装置，进一步包含一寄存器电路，用来提供该至少一参数的初始值给该检测与校准电路。


4.如权利要求1所述的具有自校准功能的电容式触摸检测装置，其中该采样电路包含：
一可调电流源，用来提供该充电电流；
一模拟至数字转换器，用来将该电容电压转换为该采样值；以及
一稳压电路，用来提供一稳定电压给该模拟至数字转换器。


5.如权利要求1所述的具有自校准功能的电容式触摸检测装置，其中该检测与校准电路包含：
一数据处理电路，用来依据一预设处理方式处理该采样值，以产生至少一触摸检测参考值；
一缓冲电路，用来暂存该采样值；
一触摸检测电路，用来依据该至少一触摸检测参考值与该触摸条件的该至少一设定值判断该触摸事件是否存在；以及
一自校准电路，用来依据该至少一触摸检测参考值以及该校准条件的该至少一设定值决定是否校准该至少一参数。


6.如权利要求1所述的具有自校准功能的电容式触摸检测装置，其中该检测与校准电路包含：...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅胡叶，董剑，彭作辉，齐玉祥，叶丰桥，
申请(专利权)人：瑞昱半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71