采样电路制造技术

本发明专利技术公开了采样电路。一种集成电路包括：采样端子，用于将集成电路连接到外部电容；采样装置，可操作地被连接到该端子以获取样本，每个样本具有样本值；以及控制装置，在外部电容被连接到采样端子时，控制装置被配置为：在内部将采样端子或者集成电路中也与外部电容相连的另一端子连接到给定电压电位源以实现存储在外部电容上的电荷的改变，给定电压电位源在集成电路被使用时在集成电路中可用；使得采样装置在外部电容跟随电荷的改变和/或在电荷的改变期间充电或放电的时段中获取多个样本；以及依据多个样本来判断事件是否发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于采样的集成电路，以及对应的装置、方法和计算机程序。具体地， 本专利技术涉及用于检测电容变化的采样技术。
技术介绍
这样的集成电路可被称为采样电路，可被实现为微控制器，并且可被采用来形成在电容式触摸感测应用中使用的装置。微控制器可被认为是一类集成电路，并被描述为在单个集成电路(或一组互连集成电路一这样的一组集成电路可被称为集成电路器件)上实现的小型计算机。这样的小型计算机可以包含处理器核心、存储器和可编程1/0(输入/输出)外围设备。程序存储器以及一定量的RAM(随机存取存储器)可被包括在“芯片上”。与用在个人计算机或其它通用应用中的微处理器(也称为集成电路器件)相比而言，微控制器可被用于嵌入式应用。例如包含模数转换器(ADC)和/或数模转换器(DAC)的混合信号微控制器可被提供，该数模转换器(DAC)被集成到需要与非数字电子系统接口连接的微控制器模拟组件中。电容式触摸感测
在此仅作为示例被考虑。将明白，本专利技术可以在具有类似效果的情况下被应用于其它
(例如，其中通过电容式感测直接测量诸如距离、 压力或湿度之类的性质的
，并且尤其是其中电容的变化由将被测量的性质来表示的
)。作为一般性背景，触摸传感器可包含被涂覆有诸如铟锡氧化物之类的透明导体的绝缘体(如玻璃)。由于人体也是导体，因此“触摸”传感器表面会使传感器的静电场变形， 其可被测量为电容的改变。将明白，传感器表面无需直接被触摸；身体的接近也可被检测到。通常，在诸如手指之类的人体与电极或触摸传感器的其它传导表面之间不存在电流接触。不同技术可被用来检测触摸的发生，并且在一些实例中还确定触摸位置。检测到的信息随后通常被发送给控制器用于处理。用于电容式触摸感测的各种实现方式已经被考虑到。它们通常在原始数据获取、 电容测量和数据处理的方法方面以及在硬件需求方面彼此不同。感测方法和数据评估方法可以以不同方式被组合。一般地，电容式触摸感测与纯电容测量的不同之处在于通常真正感兴趣的不是绝对电容。而是，对因诸如手指之类的传导对象的靠近引起的电容的改变感兴趣。由感测电路在其空闲状态(无触摸)中测得的基线电容可被称为偏移电容(offset capacitance) 0 通常，偏移电容的大小比由于触摸而预期的电容改变高得多，触摸可以要求触摸感测具有高的SNR(信噪比)和高分辨率。现在简要考虑不同感测技术。自电容(self-capacitance)技术独立地测量一个或多个输入通道的电容。就此而言，参考图1。 下面的基本电容等式是本领域中很好理解的。Jl_2] Ο = ξΓξ0-α其中，C是电容；ξ r是两个电容板之间的材料的相对静态介电常数；ξ。是自由空间的介电常数；A是两个板的重叠面积；以及d是两个板之间的距离。这类触摸传感器的一个重要特性是寄生电容Cp的存在，如图1所示。所进行的测量自然是传感器的总电容Ctot，其中Ctot = CP+CF,，因此Cp的大小相对于因触摸手指(或其它触摸体)引起的电容Cf越强，就越难看到由于触摸引起的电容Cf的改变。因此，诸如手指之类的靠近的传导对象增加了可被测量的电极的电容CTOT。当然， 寄生电容Cp可能会被考虑为电极的电容(不存在触摸手指时)，包括由对电容进行测量的仪器引入的任何电容(例如，输入电容)(除非该仪器已被校准为将这样的引入电容计入在内)。自电容技术可以带来按钮、滑块和/或滚轮应用的简单布局，其中通常单层可被用于触摸电极布局。然而，这样的技术由于对于单次以上的触摸具有模糊的触摸识别(称为“重影”)，因此在矩阵布局触摸板/触摸屏应用中具有有限的多触摸能力。与自电容技术相比，互电容(mutual-capacitance)技术测量两个或更多个电极之间的电容耦合。通常，电极被布置为形成驱动和感测电极矩阵。在一些实例中，例如在触摸板或触摸屏的情况中，感测和驱动电极正交地被布置为形成行和列。在这样的技术中，信号可被施加于驱动或信号传输电极之一，并且该信号可在感测电极之一处被感测到(或被寻找到)。这样的技术一般通过顺序扫描驱动和感测电极而提供识别多次触摸的良好能力。 然而，为了许多应用而付出的额外布局精力以及对封盖重叠和PCB材料电特性的更强依赖有时证明是麻烦的。现在简要考虑不同测量技术。电容式触摸传感器的许多实现方式依赖于对RC (电阻器-电容器)电路充电或放电到某一电压电平所需的时间的测量。对于该时间测量，未知电容首先被放电(或预充电)，并且然后在时间t0时经由上拉(或下拉)电阻器被连接到已知电压或电流源/阱。上拉情形在图2中示出，下拉情形在图3中示出。直到达到某一电压电平(Vth)所需的时间由评估电路测量并且然后被进一步处理。由于电容与RC元件的RC时间常数(t R*C)之间的比例关系，电容与所测得的上升或下降时间成比例。如前面提到的，对于触摸应用而言，真正感兴趣的通常不是电容的绝对量而是电容的改变，从而使得电阻器R通常不必具有高精度。在未被触摸的状态中，在时间tl之后达到阈值电压，而在被触摸状态中，通常需要(更长)时间t2。在未被触摸状态和被触摸状态中取得的读数之间的时间差(△)对应于例如因手指触摸引入的电容改变量。该测量方法的缺点是由于如下原因引起的短测量时间(为了高速)和测量分辨率之间的平衡有限的测量定时器速度和准确度、以及对可被连接到要测量的每个传感器输入(例如，微控制器的引脚/端子)的电流源或外部电阻器的需要。依赖电压测量的方法一般以与以上时间测量方法类似的方式操作，不过不是测量直到某一电压被达到为止的时间，它们测量固定时间之后达到的电压。通常，未知电容首先被放电(或预充电到已知电压)，并且然后在时间t0时经由上拉(或下拉)电阻器被连接到已知电压或电流源/阱。上拉情形在图4中示出，下拉情形在图5中示出。在所定义时间tl之后，电容上的电压被测量。越大的电容将在某个时间之后产生越小的电压改变，因为它在相同电压时可存储更多电荷(C = Q/V)。未被触摸状态与被触摸状态之间的电压差(△)对应于例如因手指触摸引入的电容改变量。其它技术也已被考虑。在一种这样的技术中，微控制器根据图5的方法被使用，并且利用与ADC功能共享的GPIO(通用输入/输出)引脚或端子来执行测量，在放电时段期间获取单个样本。已发现这样的技术具有有限的动态范围和低SNR，从而导致相当低的灵敏度。另一所考虑技术利用设置在微控制器中的ADC的采样电容器与要被测量的电容之间的电荷重分布。在该实现方式中，采样电容器在内部被充电到所定义电压，并且然后被连接到要测量的(先前被放电的)电容。得到的连接点上的电压(其取决于两个电容的值)随后被测量。另一所考虑技术使用“过采样”方法来降低噪声在测量中的影响。然而，这些方法将数个完整测量周期(包括要测量的电容的充放电等)的结果相组合来生成一个读数，从而使得一个读数所需的时间大幅增加。电荷转移技术也已经被考虑，例如如在US6466036中所公开的。一些实现方式通过重复将电极的电容预充电至某一电压并且然后将其连接到(通常大得多的)采样或积分电容器，使得电荷重分布发生，来测量该电极的电容。直到积分电容器上某一电压电平被达到为止的电荷转移周期数目被计数。该技术的缺点是需要额外组件(采样电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯坦·哈德斯，沃尔夫·弗洛纳尔，少云·程，马卡斯·沃格特，德里克·费希尔，
申请(专利权)人：富士通半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：