一种高速低功耗电容触摸检测电路、方法及芯片技术

本发明专利技术公开了一种高速低功耗电容触摸检测电路、方法及芯片，电路包括触摸模块和逐次逼近模块，所述触摸模块包括充电电源模块和比较触发模块，所述充电电源模块分别与比较触发模块的输入侧和外部触摸PAD连接，所述比较触发模块的输出侧与逐次逼近模块连接。本发明专利技术采用逐次逼近的方式进行电容触摸检测，提高了检测速度和检测精度，降低了检测功耗，同时实现了快速多通道及多次检测，可通过配置不同的触摸阈值进行触摸强度检测，还具有触摸滑动检测功能。功能。功能。

【技术实现步骤摘要】
一种高速低功耗电容触摸检测电路、方法及芯片


[0001]本专利技术涉及集成电路
，具体涉及一种高速低功耗电容触摸检测电路、方法及芯片。

技术介绍

[0002]按键是人机互动最简单、直接、快速的方法。目前常规都使用机械按键，但机械按键存在使用寿命短和速度慢的问题，随着电子技术的发展，技术人员一直在寻找机械按键的替代品。
[0003]由于触摸按键具有简洁、精美的优点，使得产品看起来更加时尚，更容易获取当今客户的青睐，因而越来越多的产品采用触摸按键来代替机械按键。而电容式触摸具有反应灵敏、成本低、抗干扰强等优点，且技术越来越成熟，其应用变得非常普遍，广泛应用于手机、电脑周边、家电以及工业控制等设备。
[0004]如图1所示的电容触摸PCB图，根据电容的需要在PCB布板时画出适当的触摸PAD面积及周边的包围的地线，湿度触摸PAD与地之间存在一个寄生电容C
p0
，当人手指靠近或接触触摸PAD时，会额外增加一个到地的寄生电容C
f0
，由于C
f0
的电容值较小，C
p0
约为C
f0
的100倍。为了准确的检测到C
f0
，我们需要增加检测电路。常用的检测方法有如下两种方法：
[0005]1.时钟振荡式检测：如图2所示，通过电流源I0
′
给外部电容Cp
′
充电，当电压充到反相器(INV0)翻转电压Vt时，反相器翻转，经过延时单元后信号给到NMOS管将PAD上的电荷放掉，然后电压低于反相器(INV0)翻转电压Vt时反相器再次翻转，经延时单元后信号关闭NMOS管，继续给外部电容Cp
′
充电。周而复始，产生方波信号CLK，通过时钟计数器对CLK进行计数，在定时器记满时锁定CLK的时钟个数，经过多次计数锁定得到在没有外部触摸时的时钟值V1。当有手指靠近或接触触摸PAD时，此时外部电容变为(Cp
′
+Cf
′
)，由于外部电容变大，使得CLK频率变慢，这样在相同的定时器时间内得到时钟值V2。考虑周边环境变化因素和噪声，我们设定一个阈值Vth1；当(V1
‑
V2>Vth1)时，认定为有触摸按键。
[0006]2.电荷搬运式检测：如图3所示，通过PMOS(P0
″
)给外部电容Cp
″
充电，给定合适的充电时间使PAD0
″
充到Vref1电压，此时关闭P0
″
，随后打开传输门S0
″
，将Cp
″
上的电荷往Cv
″
上搬，给定合适的时间，使得PAD0
″
与PAD1
″
两端电压相等，此时关闭传输门S0
″
，打开P0
″
给PAD0再次充电到Vref1电压，周而复始，直到比较器(CMP)翻转，此时PAD1
″
的电压大于Vref2(Vref1>Vref2)，同时锁定搬运计数器结果，经过多次锁定，得到搬运次数值V3；当有手指靠近或接触触摸PAD时，此时外部电容变为(Cp
″
+Cf
″
)，由于外部电容变大，使得搬运次数变少，得到搬运次数值V4；同样设定一个阈值Vth2；当(V3
‑
V4>Vth2)时，认定为有触摸按键。
[0007]从上述两种电容触摸检测中，由于C
p0
约为C
f0
的100倍，考虑周边环境变化因素和噪声，此时Vth1和Vth2的值至少要大于5，为了得到稳定触摸值，所以时钟振荡式检测至少要振荡1000个时钟才能得到可靠的触摸结果，同样电荷搬运式检测也需要到达1000次以上搬运次数。这样使得单次检测周期时间较长，会导致以下几个缺点：(1)触摸模块处于工作状态时间较长，在相同的间歇时间里，芯片功耗较高；(2)不利于多通道检测，如果在较多触
摸检测按键中，需要多个触摸检测模块，从而增加芯片的成本和功耗；(3)由于触摸产生的差值较小，很难实现多级强度触摸，在现有的触摸条或滑动触摸无法做到细腻效果。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种高速低功耗电容触摸检测电路、方法及芯片。
[0009]第一方面，一种高速低功耗电容触摸检测电路，包括触摸模块和逐次逼近模块，所述触摸模块包括充电电源模块和比较触发模块，所述充电电源模块分别与比较触发模块的输入侧和外部触摸PAD连接，所述比较触发模块的输出侧与逐次逼近模块连接。
[0010]进一步地，所述充电电源模块包括第一电流源、第二电流源、第三电流源以及第四电流源，所述第一电流源输出端并联有第一电容和第一电阻，所述第一电阻串联于第一电流源和第二电流源之间，所述第二电流源输出端并联有第二电容和第二电阻，所述第二电阻串联于第二电流源和第三电流源之间，所述第三电流源输出端连接有第三电容，所述第四电流源输出端连接有第四电容，所述第一电容负极、第二电容负极、第三电容负极以及第四电容负极均接地。
[0011]进一步地，所述充电电源模块还包括第一NOMS管、第二NOMS管以及第三NOMS管，所述第一NOMS管的漏极与第一电流源输出端连接，第一NOMS管栅极与第二NOMS管栅极和第三NOMS管栅极连接，所述第二NOMS管漏极与第三电流源的输出端连接，所述第三NOMS管漏极与第四电流源的输出端连接，所述第一NOMS管源极、第二NOMS管源极以及第三NOMS管源极均接地。
[0012]进一步地，所述第一NOMS管、第二NOMS管以及第三NOMS管共用同一个RST复位信号。
[0013]进一步地，所述比较触发模块包括第一比较器、第二比较器以及DFF触发器，所述第一比较器的同相输入端与第三电流源输出端连接，第一比较器的输出端与DFF触发器的D端连接，所述第二比较器的同相输入端与第四电流源输出端连接，第二比较器的输出端与DFF触发器的CK端连接，所述第一比较器和第二比较器的反相输入端均连接基准电压。
[0014]第二方面，一种高速低功耗电容触摸检测方法，所述检测方法基于第一方面所述的高速低功耗电容触摸检测电路，步骤包括：
[0015]根据所述第一电流源电流控制位依次进行逐次逼近计算，以获取第一电流源输出电流值；
[0016]根据所述第一电流源输出电流值获取外部电容参考值；
[0017]获取外部触摸PAD在检测过程中的外部电容检测值，并计算所述外部电容检测值与外部电容参考值之间的外部电容差值，若所述外部电容差值大于触摸阈值，则判定有手指触摸。
[0018]进一步地，
[0019]所述检测为间歇式检测，检测周期包括睡眠时间和工作时间；
[0020]所述逐次逼近计算次数由第一电流源的电流控制位宽决定，所述逐次逼近计算从第一电流源电流控制位的最高位开始，直至第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速低功耗电容触摸检测电路，其特征在于，包括触摸模块和逐次逼近模块，所述触摸模块包括充电电源模块和比较触发模块，所述充电电源模块分别与比较触发模块的输入侧和外部触摸PAD连接，所述比较触发模块的输出侧与逐次逼近模块连接。2.根据权利要求1所述的一种高速低功耗电容触摸检测电路，其特征在于，所述充电电源模块包括第一电流源、第二电流源、第三电流源以及第四电流源，所述第一电流源输出端并联有第一电容和第一电阻，所述第一电阻串联于第一电流源和第二电流源之间，所述第二电流源输出端并联有第二电容和第二电阻，所述第二电阻串联于第二电流源和第三电流源之间，所述第三电流源输出端连接有第三电容，所述第四电流源输出端连接有第四电容，所述第一电容负极、第二电容负极、第三电容负极以及第四电容负极均接地。3.根据权利要求2所述的一种高速低功耗电容触摸检测电路，其特征在于，所述充电电源模块还包括第一NOMS管、第二NOMS管以及第三NOMS管，所述第一NOMS管的漏极与第一电流源输出端连接，第一NOMS管栅极与第二NOMS管栅极和第三NOMS管栅极连接，所述第二NOMS管漏极与第三电流源的输出端连接，所述第三NOMS管漏极与第四电流源的输出端连接，所述第一NOMS管源极、第二NOMS管源极以及第三NOMS管源极均接地。4.根据权利要求3所述的一种高速低功耗电容触摸检测电路，其特征在于，所述第一NOMS管、第二NOMS管以及第三NOMS管共用同一个RST复位信号。5.根据权利要求2所述的一种高速低功耗电容触摸检测电路，其特征在于，所述比较触发模块包括第一比较器、第二比较器以及DFF触发器，所述第一比较器的同相输入端与第三电流源输出端连接，第一比较器的输出端与DFF触发器的D端连接，所述第二比较器的同相输入端与第四电流源输出端连接，第二比较器的输出端与DFF触发器的CK端连接，所述第一比较器和第二比较器的反相输入端均连接基准电压。6.一种高速低功耗电容触摸检测方法，其特征在于，所述检测方法基于权利要求1～5中任一权利要求所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖永贵，王述前，曾德智，
申请(专利权)人：深圳市敏锐微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：