混合信号相关器利用电容测量应用中的相干检测。在一些应用中，混合信号相关器用于测量触摸屏显示器的电容。其电容被测量的外部电容器保持为小值用于改进灵敏度并可用于具有用于测量的可变积分时段的多种应用。通过在小于电源电压的范围内调节输出电压并维持调节计数以稍后重建积分时段的实际输出电压，外部电容器被保持为小值并可用于多种应用。输出是模拟积分器输出和数字计数器输出的加权和。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于将所测量电容转换为电压的模拟前端电路。更具体而言，本专利技术涉及具有用于从激励信号中解调所测量的电容的混合信号相关器或混合信号积分器的模拟前端电路。
技术介绍
许多电设备结合了触摸屏类型的显示器。触摸屏是检测一般由手指、手、触笔或其他指点设备在显示区域中的触摸的存在、位置和压カ的显示器。触摸屏能使用户直接与显示器面板交互而不需要任何中间设备，而不是使用鼠标或触摸板间接交互。触摸屏可以实施于计算机中或作为访问网络的終端而实施。触摸屏一般出现在销售点(point-of-sale)系统、自动取款机(ATM)、移动电话、个人数字助理(PDA)、便携式游戏控制台、卫星导航设备以及信息电器中。有多种类型的触摸屏技木。电阻式触摸屏面板由包括由薄空间间隔的两个薄金属导电和阻电层的数个层组成。当某些物体触摸触摸屏面板时，在某点连接这些层。响应于物体接触，面板电行为类似于具有连接的输出的两个分压器。这引起电流变化，该电流变化被寄存为触摸事件并被发送到控制器用于处理。用跨过传感器传导连续电流的材料涂覆、部分涂覆或布图电容性触摸屏面板。传感器展示横轴和纵轴二者上精确控制的存储电子场以获得电容。人体是导电的；因此，影响电容中存储的电场。当传感器的參考电容由诸如手指之类的另一电容场改变时，位于面板每个角落的电子电路测量參考电容中产生的失真。所测量的关于触摸事件的信息被发送到控制器用于数学处理。电容传感器可以使用裸露的手指或正由裸露的手持有的导电设备接触。电容传感器还基于邻近性工作，并非必须直接触摸以触发。在大多数情况下，直接接触导电金属表面并不发生，导电传感器被绝缘玻璃或塑料层与用户身体相间隔。接近表面快速挥动手掌而不触摸经常可触发具有g在由手指触摸的电容性按钮的设备。图I示出在电容性触摸屏面板中使用的示例性常规电容性触摸传感器。这样的传感器典型地使用形成在层中的例如ITO(氧化铟锡)导体的透明导体来形成。在图I的示例性配置中，底部导体形成驱动电极X0、XI、X2、X3,也称为驱动线，而顶部导体形成感测电极Y0、Y1、Y2、Y3，也称为感测线。驱动线和感测线的每个交叉点形成具有測量电容Cm的电容器。目标在于确定电容性触摸传感器上触摸位置的估计。当手指或接地的其他物体位于或临近传感器的交叉点吋，该交叉点处的测量电容Cm有变化。測量电容Cm是交叉点处感测线和驱动线之间的电容。当触摸事件发生在交叉点吋，感测线和驱动线之间的部分场线被转移到感测线和手指之间。这样测量电容Cm在触摸事件期间降低。模拟前端(AFE)电路对模拟信号执行信号处理并典型地执行模数转换。模拟前端电路可用于各种应用，包括测量电容和将电容转换到对应电压。图2A和2B示出用于测量外部电容器的电容并将所测量电容转换到对应电压的常规模拟前端电路的简化示意框图。在示例性应用中，外部电容是图I电容器Cm中存储的电荷。图2A示出电路处于第一相位，而图2B示出电路处于第二相位。相位I期间，将被测量的电荷收集到电容器Cm上。相位2期间，电容器Cm上存储的电荷被传输到电容器Cf，并输出对应电压Vout。參见图2A，该电路包括电容器Cm、运算放大器2、开关4、反馈电容器Cf和开关6。在放大器2负输入端处的电压，并因此在电容器Cm的第一端子处的电压，是虚拟地Vvg。相位I期间，开关4连接到參考电压Vref，且开关6闭合。闭合开关6使得电容器Cf完全地放电到已知零状态。跨过电容器Cm的电荷是Vvg-Vref乘电容Cm。相位2期间，开关4连接到地，且开关6断开，正如图2B所示。开关4接地时，跨过 电容器Cm的电压是零，且电容器Cm上的所有电荷被传输到电容器Cf。输出电压Vout是具有依赖于电容器Cm上存储和传输到电容器Cf的电荷的幅度的信号。例如在图4中，输出电压Vout可输入到模数转换器(ADC)中，以被转换到对应数字输出值。因为电容器Cf在相位I期间完全放电，电容器Cf上存储的电荷完全由从电容器Cm传输的电荷量决定。如果电容器Cf在相位I期间没有完全放电到零状态，则电容器Cf将保持其之前状态的存储。输出电压Vout = Vref*Cm/Cf+vn,其中Vref是已知内部參考值，vn是由系统测量的不期望的噪声，而Cf是已知值。这样电容Cm可由已知值Vref和Cf以及测量值Vout确定。电容Cm是变化的电容并表示将被测量的电容，诸如触屏显示器上测量的电容。随着手指接触触屏显示器，电容改变，其是正被测量的外部电容的改变。图2A和2B的电路的问题涉及宽带噪声采样。该电路并不包括任何噪声滤波，因此从相位I到相位2过渡处引入到系统的任何噪声被包括在将传输到电容器Cf的电荷内。该噪声被表不为输出电压Vout中的分量“Vn”。所以不仅输出电压Vout是电容Cm的测量，而且噪声的瞬时采样也是电容Cm的測量。另外，ADC的动态范围需要足够大以计入输出电压Vout由于噪声而增加的大小。较大动态范围导致ADC具有较大区域并使用更多功率。图3示出对于图2A和图2B的电路的示例性响应曲线。顶部曲线显示了对应于相位I和相位2的采样时钟。当采样时钟为高时,例如IV，电路处于相位1(图I)，而当采样时钟为低时，例如0V，电路处于相位2(图2)。在示例性应用中，在采样时钟的上升沿采样输入。开关4和6从相位2改变到相位I的时刻采样电压Vout。如图3的中间曲线所示，输入信号上存在ー些噪声，但其平均值基本上是恒定的。期望采样值是恒定的，例如IV，但由于噪声，实际采样输出根据采样时间处出现的瞬时噪声围绕期望的恒定值变化。实际采样输出上的该变化的示例示于图3的底部曲线中。如果瞬时噪声为高吋，则实际采样输出高于期望的恒定值，例如采样输出曲线的大于IV的部分。如果瞬时噪声为低时，则实际采样输出低于期望的恒定值，例如采样输出曲线的低于IV的部分。在应用中，増加用于确定电容改变(例如触屏显示器上的触摸事件)的阈值电压，以适应采样输出的变化。增加阈值电压降低了系统的灵敏度。使用对于计入噪声变化来说过低的阈值电压将导致错误触发。測量电容的各种替代系统包括考虑噪声。图4示出使用数字滤波的常规模拟前端电路的简化示意框图。图4的电路包括连接到低噪声放大器(LNA)输出端的模数转换器(ADC)。到ADC的电压输入被转化为数字值，其由包括噪声滤波的数字处理电路处理。ADC还是在单个时刻采样的采样系统。正如上面关于图3所述，这导致类似的变化的采样输出值。图5示出另ー常规模拟前端电路的简化示意框图。图5的电路与图4的电路相同，増加了带通滤波器(BPF)以在输入到ADC之前滤波信号。BPF试图在电压信号输入到ADC之前滤波电压信号(图3的中间曲线)中出现的噪声。对BPF输出的滤波信号执行采样。图5的电路存在的问题在干不同应用遭受不同的噪声谱。这样，BPF不可能固定，相反BPF必须随特定应用而可调。并且此外，BPF应该能精确调节以适应具有相对窄频率响应的应用。例如，触屏显示器可具有大约50-400千赫兹之间的频率响应。如果BP F具有太大的带宽，例如50kHz，滤波器带宽可能太宽而不能针对特定应用有效滤波噪声。
技术实现思路
混合信号相关器利用电容测量应用中的相干检测。在一些应用中，混合信号相关器用于测量外部电容，例如触屏显示器的电容。相关器本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种集成电路，包括：a.输入控制开关，被配置为切换至耦合到输入电压信号的第一位置和耦合到地的第二位置；b.耦合到所述输入控制开关的输出端的积分器，其中所述积分器被配置为输出积分输出电压；c.耦合到所述积分器的电压调节电路，其中所述电压调节电路被配置为通过电压调节来调节所述积分输出电压；以及d.耦合到所述电压调节电路和所述输入控制开关的逻辑电路，其中所述逻辑电路被配置为控制所述电压调节电路和所述输入控制开关，此外其中：当所述输入控制开关被设置于所述第一位置时，所述积分器积分所述输入电压信号，且如果所述积分输出电压达到一个或多个定义的限制，所述电压调节电路通过所述电压调节来调节所述积分输出电压，且当所述输入控制开关被设置于所述第二位置时，所述积分器、所述电压调节电路和所述逻辑电路被配置为执行测量所述调节值的值的校准处理。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：O·E·厄尔多甘，沈国忠，R·阿南撒拉曼，A·塔帕里阿，B·贾维德，S·T·穆哈默德，
申请(专利权)人：马克西姆综合产品公司，
类型：发明
国别省市：
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