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CN110300897B - 电容检测电路、触控装置和终端设备 - Google Patents

电容检测电路、触控装置和终端设备 Download PDF

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CN110300897B
CN110300897B CN201880003881.9A CN201880003881A CN110300897B CN 110300897 B CN110300897 B CN 110300897B CN 201880003881 A CN201880003881 A CN 201880003881A CN 110300897 B CN110300897 B CN 110300897B
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China
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switch
capacitor
capacitance
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charging
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范硕
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Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种电容检测电路、触控装置和终端设备，有利于降低电容检测电路的面积，从而能够降低芯片的成本，该电容检测电路，连接至检测电容器，其特征在于，包括：校准电容器；充放电模块，包括第一电流源和第二电流源，所述第一电流源用于对所述检测电容器进行充电或放电，所述第二电流源用于对所述校准电容器进行充电或放电；积分器，用于将检测电容器的电容信号转化为电压信号；和控制模块，用于控制所述充放电模块和所述积分器的工作状态。

Description

电容检测电路、触控装置和终端设备
技术领域
本申请实施例涉及电容检测领域，并且更具体地，涉及一种电容检测电路、触控装置和终端设备。
背景技术
电容型传感器(或称电容传感器)被广泛应用于电子设备中，例如，该电容传感器可以用作输入设备提供输入信息，例如，位置、运动、作用力和持续时间等信息。电容传感器的核心部分是电容检测电路，电容检测电路包括传感器电容，积分器和模数转换器(Analogto Digital Converter，ADC)，在用户操作电容传感器时传感器电容的电容值会发生变化，积分器用于将用户操作电容传感器时产生的电容效应转换为电压信号，该电压信号经ADC采样后转换为数字信号，然后根据数字信号可以进行电容检测。
为了更有效地检测由于用户操作导致的传感器电容的变化量，可以在电容检测电路中增加校准电容器，通常设置校准电容器的电容值与未操作电容传感器时传感器电容的电容值近似相等。因此，若未操作电容传感器时传感器电容的电容值较大，那么需要校准电容器的电容值也较大，增加了电容检测电路的面积，同时增加了芯片的成本。
发明内容
本申请实施例提供了一种电容检测电路、触控装置和终端设备，有利于降低电容检测电路的面积，从而能够降低芯片的成本。
第一方面，提供了一种电容检测电路，连接至检测电容器，所述电容检测电路包括：
校准电容器；
充放电模块，包括第一电流源和第二电流源，所述第一电流源用于对所述检测电容器进行充电或放电，所述第二电流源用于对所述校准电容器进行充电或放电；
积分器，用于将检测电容器的电容信号转化为电压信号；和
控制模块，用于控制所述充放电模块和所述积分器的工作状态。
因此，本申请实施例的电容检测电路，可以通过所述第一电流源和所述第二电流源分别对所述检测电容器和所述校准电容器进行充电或放电，这样，可以通过调整第一电流源和第二电流源的电流值的比例关系达到调整校准电容器的电容值的目的，例如，通过设置第一电流源的电流值大于第二电流源的电流值，即可实现校准电容器的电容值小于参考电容值，从而能够减小电容检测电路的面积，降低芯片的成本。
可选地，所述校准电容器用于在所述检测电容器的电容值为参考电容值时使得所述积分器的输出电压为参考电压，其中，所述参考电容值和所述校准电容器的电容值的比值等于所述第一电流源的电流值和所述第二电流源的电流值的比值。
在一些可能的实现方式中，所述电容检测电路还包括充放电开关组、清零开关组和积分开关组，所述积分器包括积分电容器和放大器；
所述控制模块具体用于：
在电荷清零阶段，通过所述清零开关组清零所述积分电容器上存储的电荷；
在充放电阶段，通过所述充放电开关组控制所述第一电流源和所述第二电流源分别对所述检测电容器和所述校准电容器进行充电或放电，其中，在所述充放电阶段，所述检测电容器上的电压被充电至所述参考电压或被放电至所述参考电压，所述校准电容器的充电时长与所述检测电容器的充电时长相等，或所述校准电容器的放电时长与所述检测电容器的放电时长相等；
在电荷转移阶段，通过所述积分开关组控制所述校准电容器上存储的部分电荷转移到所述积分电容器上。
在一些可能的实现方式中，所述充放电开关组包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述积分开关组包括第五开关，所述清零开关组包括第六开关；
所述第一开关的一端连接所述第一电流源的一端，所述第一电流源的另一端连接电源电压，所述第一开关的另一端连接所述检测电容器的一端以及所述第三开关的一端，所述检测电容器的另一端和所述第三开关的另一端都接地；
所述第二开关的一端连接所述第二电流源的一端，所述第二电流源的另一端连接电源电压，所述第二开关的另一端连接所述校准电容器的一端以及所述第四开关的一端，所述校准电容器的另一端和所述第四开关的另一端都接地；
所述第五开关的一端连接所述校准电容器的一端，所述第五开关的另一端连接所述放大器的第一输入端，所述放大器的第二输入端用于输入所述参考电压；
所述第六开关与所述积分电容器并联连接，所述积分电容器与所述放大器并联连接。
在一些可能的实现方式中，在所述电荷清零阶段，所述第六开关闭合，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第五开关都断开，清零所述积分电容器上存储的电荷；
所述充放电阶段包括放电阶段和充电阶段，所述放电阶段在所述充电阶段之前，其中：
在所述放电阶段，所述第三开关和第四开关闭合，所述第一开关、所述第二开关、所述第五开关和所述第六开关都断开，清零所述检测电容器和所述校准电容器上存储的电荷；
在所述充电阶段，所述第一开关和所述第二开关闭合，所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关和第六开关断开，所述检测电容器上的电压被充电至所述参考电压，在所述检测电容器上的电压被充电至所述参考电压之后，所述第一开关和所述第二开关断开；
在所述电荷转移阶段，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第六开关都断开，所述第五开关闭合，所述校准电容器上的部分电荷转移到所述积分电容器。
在一些可能的实现方式中，在所述充放电阶段和所述电荷转移阶段之间还包括第一缓冲阶段，在所述电荷转移阶段之后还包括第二缓冲阶段，所述第一缓冲阶段和所述第二缓冲阶段用于保持所述检测电容器、所述校准电容器和所述积分电容上的电荷不变；
其中，在所述第一缓冲阶段和所述第二缓冲阶段，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关和所述第六开关都断开。
因此，本申请实施例的电容检测电路，通过先对检测电容器和校准电容器进行放电，然后通过第一电流源和第二电流源分别对检测电容器和校准电容器进行充电，从而能够达到通过第一电流源和第二电流源的电流值的比例关系控制所述参考电容值与所述校准电容器的电容值的比例关系的目的，因此，只要设置第一电流源的电流值大于所述第二电流源的电流值，就能够达到减小校准电容器的电容值的目的，进而能够减小电容检测电路的面积，降低芯片的成本。
在一些可能的实现方式中，所述控制模块还用于：
控制所述充放电开关组、所述积分开关组和所述清零开关组多次重复执行从所述充放电阶段至所述第二缓冲阶段中的操作。
在一些可能的实现方式中，所述积分器的输出电压Vout为：
Figure GWB0000003207010000061
其中，所述VR为所述参考电压，所述ΔCx为所述检测电容器相对于所述参考电容值的变化量，所述CS为所述积分电容器的电容值，所述I1为所述第一电流源的电流值，所述I2为所述第二电流源的电流值，所述N为所述充放电阶段至所述第二缓冲阶段的执行次数。
因此，本申请实施例的电容检测电路，通过多次执行从充放电阶段至第二缓冲阶段的操作，有利于提升电容检测的灵敏度。
在一些可能的实现方式中，所述充放电开关组包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述积分开关组包括第五开关，所述清零开关组包括第六开关；
所述第一开关的一端连接所述第一电流源的一端，所述第一电流源的另一端接地，所述第一开关的另一端连接所述检测电容器的一端以及所述第三开关的一端，所述检测电容器的另一端接地，所述第三开关的另一端连接电源电压；
所述第二开关的一端连接所述第二电流源的一端，所述第二电流源的另一端接地，所述第二开关的另一端连接所述校准电容器的一端以及所述第四开关的一端，所述校准电容器的另一端接地，所述第四开关的另一端连接电源电压；
所述第五开关的一端连接所述校准电容器的一端，所述第五开关的另一端连接所述放大器的第一输入端，所述放大器的第二输入端用于输入所述参考电压；
所述第六开关与所述积分电容器并联连接，所述积分电容器与所述放大器并联连接。
在一些可能的实现方式中，在所述电荷清零阶段，所述第六开关闭合，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第五开关都断开，清零所述积分电容器上存储的电荷；
所述充放电阶段包括充电阶段和放电阶段，所述充电阶段在所述放电阶段之前，其中：
在所述充电阶段，所述第三开关和第四开关闭合，所述第一开关、所述第二开关、所述第五开关和所述第六开关都断开，所述检测电容器和所述校准电容器上的电压都被充电至所述电源电压；
在所述放电阶段，所述第一开关和所述第二开关闭合，所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关和第六开关都断开，所述检测电容器上的电压从所述电源电压被放电至所述参考电压，在所述检测电容器上的电压被放电至所述参考电压之后，所述第一开关和所述第二开关断开；
在所述电荷转移阶段，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第六开关都断开，所述第五开关闭合，所述校准电容器上的部分电荷转移到所述积分电容器。
在一些可能的实现方式中，在所述充放电阶段和所述电荷转移阶段之间还包括第一缓冲阶段，在所述电荷转移阶段之后还包括第二缓冲阶段，所述第一缓冲阶段和所述第二缓冲阶段用于保持所述检测电容器、所述校准电容器和所述积分电容上的电荷不变；
其中，在所述第一缓冲阶段和所述第二缓冲阶段，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关和所述第六开关都断开。
因此，本申请实施例的电容检测电路，通过先对检测电容器和校准电容器进行充电，然后通过第一电流源和第二电流源分别对检测电容器和校准电容器进行放电，从而能够达到通过第一电流源和第二电流源的电流值的比例关系控制所述参考电容值与所述校准电容器的电容值的比例关系的目的，因此，只要设置第一电流源的电流值大于所述第二电流源的电流值，就能够达到减小校准电容器的电容值的目的，进而能够减小电容检测电路的面积，降低芯片的成本。
在一些可能的实现方式中，所述控制模块还用于：
控制所述充放电开关组、所述积分开关组和所述清零开关组多次重复执行从所述充放电阶段至所述第二缓冲阶段中的操作。
在一些可能的实现方式中，所述积分器的输出电压Vout为：
Figure GWB0000003207010000081
其中，VR为所述参考电压，所述ΔCx为所述检测电容器相对于所述参考电容值的电容值的变化量，所述CS为所述积分电容器的电容值，所述I1为所述第一电流源的电流值，所述I2为所述第二电流源的电流值，所述VDD为所述电源电压，所述N为所述充放电阶段至所述第二缓冲阶段的执行次数。
因此，本申请实施例的电容检测电路，通过多次执行充放电阶段至第二缓冲阶段的操作，有利于提升电容检测的灵敏度。
在一些可能的实现方式中，所述电容检测电路还包括比较器，所述比较器的第一输入端连接所述检测电容器，所述比较器的第二输入端用于输入所述参考电压，所述比较器的输出端连接所述控制模块；
在所述检测电容器的电压达到所述参考电压时，所述比较器的输出信号发生翻转，所述控制模块控制所述充放电模块停止对所述检测电容器和所述校准电容器进行充电或放电。
在一些可能的实现方式中，所述电容检测电路还包括处理模块，用于根据所述积分器的输出电压确定所述检测电容器的电容值相对于所述参考电容值的变化量。
在一些可能的实现方式中，所述第一电流源的电流值大于所述第二电流源的电流值。
在一些可能的实现方式中，所述电容检测电路应用于电容传感器中，所述检测电容器为所述电容传感器的传感器电容，所述参考电容值为未操作所述电容传感器时所述传感器电容的电容值。
第二方面，提供了一种触控装置，包括第一方面和第一方面的任一种可能的实现方式中的电容检测电路。
第三方面，提供了一种终端设备，包括第一方面和第一方面的任一种可能的实现方式中的电容检测电路。
附图说明
图1是根据本申请实施例的电容检测电路的示意性结构图。
图2是根据本申请一实施例的电容检测电路的示意图。
图3是根据本申请一实施例的电容检测电路的逻辑时序图。
图4是根据本申请另一实施例的电容检测电路的示意图。
图5是根据本申请另一实施例的电容检测电路的逻辑时序图。
图6是根据本申请实施例的触控装置的结构示意图。
图7是根据本申请实施例的终端设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例进行描述。
图1是根据本申请实施例的电容检测电路100的示意性结构图，如图1所示，所述电容检测电路100连接至检测电容器110，所述电容检测电路100包括：
校准电容器120；
充放电模块130，包括第一电流源141和第二电流源142，所述第一电流源141用于对所述检测电容器110进行充电或放电，所述第二电流源142用于对所述校准电容器120进行充电或放电；
积分器150，用于将检测电容器130的电容信号转化为电压信号；
控制模块130，用于控制所述充放电模块140和所述积分器150的工作状态。
可选地，在本申请实施例中，所述校准电容器120用于在所述检测电容器110的电容值为参考电容值时使得所述积分器150的输出电压为参考电压，其中，所述参考电容值和所述校准电容器的电容值的比值等于所述第一电流源141的电流值和所述第二电流源142的电流值的比值。
应理解，本申请实施例的电容检测电路可以应用于各种需要进行电容检测的电路或系统中，特别地，该电容检测电路可以应用于电容传感器中，此情况下，该检测电容器可以为电容传感器的传感器电容，检测电容器的参考电容值可以为用户未操作该电容传感器时传感器电容的电容值，该参考电容值也可以称为基础电容，或自电容等，当用户操作该电容传感器时，该检测电容器的电容值会发生变化，该积分器可以将检测电容器的电容信号(或者说，电压效应)转换为电压信号，进一步地，可以根据电压信号确定检测电容器的电容值。
本申请实施例的电容检测电路可以包括第一电流源和第二电流源，所述第一电流源和所述第二电流源分别用于对所述检测电容器和所述校准电容器进行充电或放电。其中，所述校准电容器用于在所述检测电容器的电容值为参考电容值时使得所述积分器的输出电压为参考电压，或者说，所述校准电容器用于抵消所述检测电容器为参考电容值时对所述积分器的输出电压的贡献量。因此，在本申请实施例中，可以通过调整所述第一电流源的电流值和所述第二电流源的电流值的比例关系达到调整所述校准电容器的电容值的目的，例如，可以通过设置所述第一电流源的电流值大于所述第二电流源的电流值，从而能够使得所述校准电容器的电容值小于所述检测电容器的参考电容值，相对于现有技术中采用与检测电容器的参考电容值相等或近似相等的校准电容器，有利于减小电容检测电路的面积，降低芯片的成本。
可选地，在本申请实施例中，所述校准电容器可以为电容值可变的电容器或电容阵列，或者也可以为电容值固定的电容器或电容阵列，本申请实施例对此不作限定。所述第一电流源和所述第二电流源可以为具有比例关系的电流源，例如，可以通过镜像电流源的方式得到所述第一电流源和所述第二电流源，所述第一电流源的电流值和所述第二电流源的电流值的比例关系可以为固定的，也可以是可调的，本申请实施例对此不作限定。
可选地，在本申请实施例中，所述电容检测电路100还可以包括充放电开关组、清零开关组和积分开关组，所述积分器可以包括积分电容器和放大器；
所述控制模块130可以通过所述充放电开关组、所述清零开关组和所述积分开关组控制所述充放电模块和积分器的工作状态，例如，控制所述充放电模块何时对检测电容器和校准电容器进行充电，以及何时对所述检测电容器和所述校准电容器进行放电，以及控制所述积分器何时进行积分等。
具体地，在电荷清零阶段，通过所述清零开关组清零所述积分电容器上存储的电荷；
在充放电阶段，通过所述充放电开关组控制所述第一电流源和所述第二电流源分别对所述检测电容器和所述校准电容器进行充电或放电，其中，在所述充放电阶段，所述检测电容器上的电压被充电至所述参考电压或被放电至所述参考电压，所述校准电容器的充电时长与所述检测电容器的充电时长相等，或所述校准电容器的放电时长与所述检测电容器的放电时长相等；
在电荷转移阶段，通过所述积分开关组控制所述校准电容器上存储的部分电荷转移到所述积分电容器上。
可选地，在本申请实施例中，在所述充放电阶段和所述电荷转移阶段之间还可以包括第一缓冲阶段，在所述电荷转移阶段之后还可以包括第二缓冲阶段，所述第一缓冲阶段和所述第二缓冲阶段用于避免开关的频繁切换带来的电荷泄露问题，其中，在所述第一缓冲阶段和所述第二缓冲阶段，所述检测电容器、所述校准电容器和所述积分电容器上的电荷不变。
可选地，在一些实施例中，所述电容检测电路100还可以包括比较器，所述比较器的第一输入端连接所述检测电容器，所述比较器的第二输入端用于输入所述参考电压，所述比较器的输出端连接所述控制模块；
具体地，在所述检测电容器的电压达到所述参考电压时，所述比较器的输出信号发生翻转(例如，从低电平翻转为高电平，或从高电平翻转为低电平)，所述控制模块在比较器的输出信号发生翻转时，控制所述充放电模块停止对所述检测电容器和所述校准电容器进行充电或放电。
也就是说，在所述检测电容器上的电压达到所述参考电压(例如，所述检测电容器的电压被充电至所述参考电压，或者所述检测电容器的电压被放电至所述参考电压)时，所述比较器的输出信号发生翻转，该输出信号可以用作所述控制模块的输入信号，所述控制模块可以在所述比较器的输出信号发生翻转时控制所述充放电模块停止对所述检测电容器和所述校准电容器进行充电或放电，即控制所述第一电流源停止对所述检测电容器进行充电或放电，以及控制所述第二电流源停止对所述校准电容器进行充电或放电。具体地，所述控制模块可以通过所述充放电开关集控制所述充放电模块停止对所述检测电容器和所述校准电容器进行充电或放电。
应理解，本申请实施例中，也可以采用比较器的等效电路实现上述功能，只要在所述检测电容器的电压达到所述参考电压时，控制所述充放电模块停止所述检测电容器和所述校准电容器进行充电或放电即可，本申请实施例对此不作具体限定。
可选地，在一些实施例中，所述电容检测电路100还包括处理模块，用于根据所述积分器的输出电压确定所述检测电容器的电容值相对于所述参考电容值的变化量。
例如，所述处理模块可以为ADC，或者也可以为其他具有处理功能的电路或模块，本申请实施例对此不作限定。所述处理模块可以根据积分器的输出电压确定检测电容器的电容值。具体地，所述处理模块可以将积分器的输出的电压信号转换为数字信号，根据该数字信号确定检测电容器的电容值，例如，若该电容检测电路应用在电容传感器中，所述处理模块可以在用户未操作电容传感器时，确定一个数字信号，在用户操作电容传感器时，确定另一个数字信号，然后可以根据两个数字信号的差值确定传感器电容的电容值的变化量。
以下，结合图2至图5的具体示例，详细介绍本申请实施例的电容检测电路的实现方式。
应理解，图2至图5所示的例子是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非要限制本申请实施例的范围。本领域技术人员根据所给出的图2至图5，显然可以进行各种等价的修改或变化，这样的修改或变化也落入本申请实施例的范围内。
图2是根据本申请一实施例的电容检测电路200的电路结构图。如图2所示，该电容检测电路200包括检测电容器210、校准电容器220、控制模块230、充放电模块240、积分器250、处理模块260和比较器270。
其中，所述充放电模块240包括第一电流源241和第二电流源242，所述积分器250包括积分电容器251和放大器252。
所述电容检测电路还包括充放电开关组、清零开关组和积分开关组，其中，所述充放电开关组包括第一开关231、第二开关232、第三开关233和第四开关234，所述积分开关组包括第五开关235，所述清零开关组包括第六开关236。
具体地，所述第一开关231的一端连接所述第一电流源241的一端，所述第一电流源241的另一端连接电源电压(即VDD)，所述第一开关231的另一端连接所述检测电容器210的一端以及所述第三开关233的一端，所述检测电容器210的另一端和所述第三开关233的另一端都接地，其中所述检测电容器210即触控面板(touch panel)上驱动电极和感应电极所构成的检测电容(measurement capacitor)；
所述第二开关232的一端连接所述第二电流源242的一端，所述第二电流源的另一端连接电源电压(即VDD)，所述第二开关232的另一端连接所述校准电容器220的一端以及所述第四开关234的一端，所述校准电容器220的另一端和所述第四开关234的另一端都接地，即所述校准电容器220的一端(比如，上极板)通过所述第二开关232和第二电流源242连接到电源电压VDD，且所述校准电容器220的所述同一端(比如上极板)通过第四开关234接地，而校准电容器220的另一端(比如，下极板)接地，从这里可以明确看出，校准电容器220与检测电容器210是相互独立的电容器，他们之间没有共用电极板；
所述第五开关235的一端连接所述校准电容器220的一端，所述第五开关235的另一端连接所述放大器252的第一输入端(即负输入端)，所述放大器252的第二输入端(即正输入端)用于输入所述参考电压(记为VR)；
所述第六开关236与所述积分电容器251并联连接，所述积分电容器251与所述放大器252并联连接，即积分电容器251跨接在放大器252的负输入端和输出端之间；
所述比较器270的第一输入端(例如，正输入端)连接所述检测电容器210的一端，所述比较器270的第二输入端(例如，负输入端)用于输入所述参考电压VR。当然比较器270的正、负输入端的连接方式也可以调换过来，本文在此不做限制。
进一步地，所述积分器250的输出端还可以连接处理模块260，所述处理模块260可以用于对积分器250的输出信号Vout进行处理，确定检测电容器210的电容值。
以下，结合图3所示的逻辑时序图，详细说明图2所示的电容检测电路的工作过程。
需要说明的是，在图3中，S1～S6分别为第一开关231～第六开关236的控制信号，当控制信号为高电平时，对应的开关闭合，当控制信号为低电平时，对应的开关断开，Vx和Vc分别为检测电容器210和校准电容器220上的电压曲线，Vout为积分器250的输出电压。
在电荷清零阶段(对应图3中的时间段t0～t1)，第六开关236闭合，第一开关231、第二开关232、第三开关233、第四开关234和第五开关235都断开，清零所述积分电容器251上存储的电荷，即在t1时刻，积分电容器251上的电荷量为零，根据放大器的虚短特性，所述积分器250的输出电压Vout＝VR。
充放电阶段包括放电阶段(对应图3中的时间段t1～t2)和充电阶段(对应图3中的时间段t2～t3)，在该实施例中，放电阶段在充电阶段之前，即先对所述检测电容器210和所述校准电容器220进行放电，然后再对所述检测电容器210和所述校准电容器220进行充电。
具体地，在时间段t1～t2内，所述第三开关233和第四开关234闭合，所述第一开关231、所述第二开关232、所述第五开关235和所述第六开关236都断开，清零所述检测电容器210和所述校准电容器220上存储的电荷，即在时间段t1～t2中，对检测电容器210和校准电容器220进行完全放电，在t2时刻，检测电容器210和校准电容器220上的电荷量为零，所述积分器250的输出电压Vout为VR。
在时间段t2～t3内，所述第一开关231和所述第二开关232闭合，所述第三开关233、所述第四开关234、所述第五开关235和第六开关236都断开，第一电流源241和第二电流源242分别对检测电容器210和校准电容器220进行充电。当所述检测电容器210上的电压Vx达到所述参考电压VR时，比较器270的输出状态发生翻转，此时，所述控制模块控制所述第一开关231和所述第二开关232断开，即控制所述第一电流源241和第二电流源242停止对检测电容器210和校准电容器220进行充电。
那么，检测电容器210上的电压充电至所述参考电压VR所需的时长T1为：
Figure GWB0000003207010000141
其中，所述Cx为所述检测电容器210的参考电容值，所述I1为所述第一电流源的电流值。
由于校准电容器220和检测电容器210的充电时长相等，那么充电结束时，所述校准电容器220上存储的电荷量QCc为：
Figure GWB0000003207010000142
其中，所述I2为所述第二电流源的电流值。
由于检测电容器220充电至参考电压VR需要时长T1，因此，时间段t2～t3的时长需要大于或等于时长T1，即t3-t2≥T1。
可选地，为了避免开关频繁切换导致的电荷泄露，在所述充放电阶段之后还可以包括第一缓冲阶段(对应图3中的时间段t3～t4)，在所述第一缓冲阶段，检测电容器210、校准电容器220和积分电容器251上的电荷保持不变，具体地，在所述第一缓冲阶段，第一开关231至第六开关236都断开。
之后，在电荷转移阶段(对应图3中的时间段t4～t5)，第五开关235闭合，第一开关231、第二开关232、第三开关233、第四开关234和第六开关236都断开，由于放大器的虚短特性，放大器252的负输入端和放大器252的正输入端的电压相等，即都为所述参考电压VR，因此，校准电容器220的上极板和积分电容器251的左极板的电压被钳位至所述参考电压VR，由于放大器的虚断特性，在时间段t4～t5内，校准电容器220上存储的电荷会在校准电容器220和积分电容器251上进行重新分配，电荷平衡方程如公式(3)所示：
Figure GWB0000003207010000151
其中，所述Cc为所述校准电容器220的电容值，所述CS为所述积分电容器251的电容值，所述VRCc为电荷转移之后所述校准电容器220上存储的电荷量，所述(VR-VOUT)·CS为电荷转移之后所述积分电容器251上存储的电荷量。
根据公式(3)可得积分器250的输出电压Vout如下式所示：
Figure GWB0000003207010000152
由公式(4)可知，通过控制校准电容220的电容值Cc、第一电流源的电流值I1，所述第二电流源的电流值I2满足CC-CXI2/I1＝0，即CC＝CXI2/I1，从而能够使得在检测电容器210的电容值为参考电容值时，积分器250的输出电压Vout为所述参考电压VR，也就是说，在用户未操作电容传感器时，积分器的输出电压为所述参考电压。
由公式CC＝CXI2/I1可以看出，只要设置I2/I1＜1，就能够使得CC＜CX，从而能够达到减小校准电容器的电容值的目的。
可选地，为了避免开关频繁切换导致的电荷泄露，在所述电荷转移阶段之后还可以包括第二缓冲阶段(对应图3中的时间段t5～t6)，在所述第二缓冲阶段，检测电容器210、校准电容器220和积分电容器251上的电荷保持不变，具体地，在所述第二缓冲阶段，第一开关231至第六开关236都断开。
可选地，在本申请实施例中，可以多次重复执行充放电阶段至第二缓冲阶段中的动作，例如，在时刻t6之后的时间段t6～t7中，可以执行时间段t1～t2中的相关操作，在时间段t7～t8中，可以执行时间段t2～t3中的相关操作，在时间段t8～t9中，可以执行时间段t3～t4中的相关操作，在时间段t9～t10中，可以执行时间段t4～t5中的相关操作，在时间段t10～t11中，可以执行时间段t5～t6中的相关操作，下一次重复的执行过程类似，这里不再赘述。
那么，当重复执行上述t1～t6过程N次时，积分器的输出电压Vout为：
Figure GWB0000003207010000161
在满足CC＝CXI2/I1的情况下，当检测电容器的电容值发生变化时(比如受到手指触摸时)，例如，当检测电容器的电容值由参考电容值Cx变为Cx+ΔCx时，积分器的输出电压Vout为：
Figure GWB0000003207010000162
在一个实施例中，根据Vout和N即可计算得到检测电容器的容值变化量，从而判断是否有被触摸。由公式(6)可以看出，多次重复执行上述过程，有利于提升电容检测的灵敏度。
因此，本申请实施例的电容检测电路，通过先对检测电容器和校准电容器进行放电，然后通过第一电流源和第二电流源分别对检测电容器和校准电容器进行充电，从而能够达到通过第一电流源和第二电流源的电流值的比例关系控制所述参考电容值与所述校准电容器的电容值的比例关系的目的，因此，只要设置第一电流源的电流值大于所述第二电流源的电流值，就能够达到减小校准电容器的电容值的目的，进而能够减小电容检测电路的面积，降低芯片的成本。
图4是根据本申请另一实施例的电容检测电路400的示意性结构图，如图4所示，该电容检测电路400包括检测电容器410、校准电容器420、控制模块430、充放电模块440、积分器450、处理模块460和比较器470，其中，所述充放电模块440包括第一电流源441和第二电流源442，所述积分器450包括积分电容器451和放大器452。
所述电容检测电路还包括充放电开关组、清零开关组和积分开关组，其中，所述充放电开关组包括第一开关431、第二开关432、第三开关433和第四开关434，所述积分开关组包括第五开关435，所述清零开关组包括第六开关436。
需要说明的是，图4和图2所示的实施例的电路结构类似，区别在于：在图2所示的实施例中，第一电流源和第二电流源的一端连接电源电压，第三开关和第四开关的一端接地，在图4所示的实施例中，第一电流源和第二电流源的一端接地，第三开关和第四开关的一端连接电源电压，比如所述校准电容器420的一端(比如，上极板)通过所述第二开关432和第二电流源432接地，且所述校准电容器420的所述同一端(比如上极板)通过第四开关434连接到电源电压VDD，而校准电容器420的另一端(比如，下极板)接地。图4中其他元件的连接关系这里不再赘述。
以下，结合图5所示的逻辑时序图，详细说明图4所示的电容检测电路的工作过程。
需要说明的是，在图5中，S1～S6分别为第一开关431～第六开关436的控制信号的波形图，当控制信号为高电平时，对应的开关闭合，当控制信号为低电平时，对应的开关断开，当然开关闭合或断开也可以分别对应低电平和高电平。Vx和Vc分别为检测电容器410和校准电容器420上的电压曲线，Vout为积分器450的输出电压。
跟前述实施例类似，在电荷清零阶段(对应图5中的时间段t0～t1)，第六开关436闭合，第一开关431、第二开关432、第三开关433、第四开关434和第五开关435都断开，清零所述积分电容器451上存储的电荷，即在t1时刻，积分电容器451上的电荷量为零，根据放大器的虚短特性，所述积分器250的输出电压Vout＝VR。
该实施例中的充放电阶段跟前述实施例不同，在该实施例中，充电阶段在放电阶段之前，即先对所述检测电容器和所述校准电容器进行充电，然后再对所述检测电容器和所述校准电容器进行放电，其中，充电阶段对应图5中的时间段t1～t2，放电阶段对应图5中的时间段t2～t3。
具体地，在时间段t1～t2内，所述第三开关433和第四开关434闭合，所述第一开关431、所述第二开关432、所述第五开关435和所述第六开关436都断开，所述检测电容器410和所述校准电容器420被充电至电源电压VDD，即在该充电阶段中，电源电压VDD对检测电容器410和校准电容器420进行完全充电，在t2时刻，检测电容器410上存储的电荷量QCx＝CxVDD，校准电容值420上存储的电荷量QCc＝CcVDD，所述积分器450的输出电压Vout为VR。
在时间段t2～t3内，所述第一开关431和所述第二开关432闭合，所述第三开关433、所述第四开关434、所述第五开关235和第六开关436都断开，通过第一电流源441和第二电流源442分别对检测电容器410和校准电容器420进行放电。当所述检测电容器410上的电压Vx放电到所述参考电压VR时，比较器470的输出状态发生翻转，此时，所述控制模块控制所述第一开关431和所述第二开关432断开，即控制所述第一电流源441和第二电流源442停止对检测电容器410和校准电容器420进行放电。
那么，检测电容器410上的电压从电源电压VDD放电至参考电压VR所需的时长T2为：
Figure GWB0000003207010000181
其中，所述Cx为所述检测电容器410的参考电容值，所述I1为所述第一电流源441的电流值。
由于校准电容器420和检测电容器410的放电时长相等，那么在时刻t3，校准电容器420上存储的电荷Q′Cc为：
Figure GWB0000003207010000182
其中，所述Cc为所述校准电容器420的电容值，所述I2为所述第二电流源442的电流值。
由于检测电容器420从电源电压放电至参考电压VR需要时长T2，因此，时间段t2～t3的时长需要大于或等于时长T2，即t3-t2≥T2。
跟前述实施例类似，为了避免开关频繁切换导致的电荷泄露，在所述充放电阶段之后还可以包括第一缓冲阶段(对应图5中的时间段t3～t4)，在所述第一缓冲阶段，检测电容器410、校准电容器420和积分电容器451上的电荷保持不变，具体地，在所述第一缓冲阶段，第一开关431至第六开关436都断开。
之后，在电荷转移阶段(对应图5中的时间段t4～t5)，第五开关435闭合，第一开关431、第二开关432、第三开关433、第四开关434和第六开关436都断开，由于放大器的虚短特性，放大器452的负输入端和放大器的正输入端的电压相等，即都为所述参考电压VR，因此，校准电容器420的上极板和积分电容器451的左极板的电压被钳位至所述参考电压VR，由于放大器的虚断特性，在时间段t4～t5内，校准电容器420上存储的电荷会在校准电容器420和积分电容器451上进行重新分配，电荷平衡方程如公式(9)所示：
Figure GWB0000003207010000191
其中，所述CS为所述积分电容器451的电容值，所述VRCc为电荷转移之后所述校准电容器420上存储的电荷量，所述(VR-VOUT)·CS为电荷转移之后所述积分电容器451上存储的电荷量。
根据公式(9)可得积分器450的输出电压Vout如下式所示：
Figure GWB0000003207010000192
由公式(10)可知，通过控制校准电容420的电容值Cc、第一电流源的电流值I1，所述第二电流源的电流值I2满足CC-CXI2/I1＝0，从而能够使得在检测电容器410的电容值为参考电容值时，积分器450的输出电压为参考电压VR，也就是说，用户未操作电容传感器时，积分器的输出电压为参考电压。
由公式CC＝CXI2/I1可以看出，只要设置I2/I1＜1，就能够使得CC＜CX，从而能够达到减小校准电容器的电容值的目的。
跟前述实施例类似，在所述电荷转移阶段之后还可以包括第二缓冲阶段(对应图5中的时间段t5～t6)，在所述第二缓冲阶段，检测电容器410、校准电容器420和积分电容器451上的电荷保持不变，具体地，在所述第二缓冲阶段，第一开关431至第六开关436都断开。
可选地，在该实施例中，也可以多次重复执行从充放电阶段至第二缓冲阶段中的动作，这里不再赘述。那么，当重复执行上述操作过程N次时，积分器450的输出电压为：
Figure GWB0000003207010000193
在满足CC＝CXI2/I1的情况下，当检测电容器的电容值发生变化时，例如，当检测电容器的电容值由参考电容值Cx变为Cx+ΔCx时，积分器450的输出电压为：
Figure GWB0000003207010000194
由公式(12)可以看出，多次重复执行上述操作过程，有利于提升电容检测的灵敏度。
因此，本申请实施例的电容检测电路，通过先对检测电容器和校准电容器进行充电，然后通过第一电流源和第二电流源分别对检测电容器和校准电容器进行放电，从而能够达到通过第一电流源和第二电流源的电流值的比例关系控制所述参考电容值与所述校准电容器的电容值的比例关系的目的，因此，只要设置第一电流源的电流值大于所述第二电流源的电流值，就能够达到减小校准电容器的电容值的目的，进而能够减小电容检测电路的面积，降低芯片的成本。
本申请实施例还提供了一种触控装置，图6示出了本申请实施例的触控600的示意性结构图，如图6所示，该触控装置600可以包括电容检测电路601，所述电容检测电路601可以为上述实施例中描述的电容检测电路。可选地，所述触控装置可以为电容传感器，用户可以操作所述电容传感器的传感区域，这样，用户和传感区域之间可以产生电容效应，进一步地，电容检测电路可以将该电容效应转换为电压信号，然后可以将电压信号转换为数字信号，进一步地，可以根据该数字信号确定用户操作电容传感器的信息，例如，触摸位置等信息。
本申请实施例还提供了一种终端设备，图7示出了本申请实施例的终端设备700的示意性结构图，如图7所示，该终端设备可以包括电容检测电路701，所述电容检测电路701可以为上述实施例中描述的电容检测电路，该电容检测电路可以用于检测用户操作该电容检测电路的信息，例如触摸位置等信息。
作为示例而非限定，所述终端设备700可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、台式机电脑、车载电子设备或穿戴式智能设备等。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种电容检测电路，连接至检测电容器，其特征在于，包括：
校准电容器；
充放电模块，包括第一电流源和第二电流源，所述第一电流源用于对所述检测电容器进行充电或放电，所述第二电流源用于对所述校准电容器进行充电或放电；
积分器，用于将检测电容器的电容信号转化为电压信号；和
控制模块，用于控制所述充放电模块和所述积分器的工作状态；
其中，所述校准电容器用于在所述检测电容器的电容值为参考电容值时使得所述积分器的输出电压为参考电压，所述参考电容值和所述校准电容器的电容值的比值等于所述第一电流源的电流值和所述第二电流源的电流值的比值。
2.根据权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于，所述电容检测电路还包括充放电开关组、清零开关组和积分开关组，所述积分器包括积分电容器和放大器；
所述控制模块具体用于：
在电荷清零阶段，通过所述清零开关组清零所述积分电容器上存储的电荷；
在充放电阶段，通过所述充放电开关组控制所述第一电流源和所述第二电流源分别对所述检测电容器和所述校准电容器进行充电或放电，其中，在所述充放电阶段，所述检测电容器上的电压被充电至所述参考电压或被放电至所述参考电压，所述校准电容器的充电时长与所述检测电容器的充电时长相等，或所述校准电容器的放电时长与所述检测电容器的放电时长相等；
在电荷转移阶段，通过所述积分开关组控制所述校准电容器上存储的部分电荷转移到所述积分电容器上。
3.根据权利要求2所述的电容检测电路，所述充放电开关组包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述积分开关组包括第五开关，所述清零开关组包括第六开关；
所述第一开关的一端连接所述第一电流源的一端，所述第一电流源的另一端连接电源电压，所述第一开关的另一端连接所述检测电容器的一端以及所述第三开关的一端，所述检测电容器的另一端和所述第三开关的另一端都接地；
所述第二开关的一端连接所述第二电流源的一端，所述第二电流源的另一端连接电源电压，所述第二开关的另一端连接所述校准电容器的一端以及所述第四开关的一端，所述校准电容器的另一端和所述第四开关的另一端都接地；
所述第五开关的一端连接所述校准电容器的一端，所述第五开关的另一端连接所述放大器的第一输入端，所述放大器的第二输入端用于输入所述参考电压；
所述第六开关与所述积分电容器并联连接，所述积分电容器与所述放大器并联连接。
4.根据权利要求3所述的电容检测电路，其特征在于，在所述电荷清零阶段，所述第六开关闭合，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第五开关都断开，清零所述积分电容器上存储的电荷；
所述充放电阶段包括放电阶段和充电阶段，所述放电阶段在所述充电阶段之前，其中：
在所述放电阶段，所述第三开关和第四开关闭合，所述第一开关、所述第二开关、所述第五开关和所述第六开关都断开，清零所述检测电容器和所述校准电容器上存储的电荷；
在所述充电阶段，所述第一开关和所述第二开关闭合，所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关和第六开关都断开，所述检测电容器上的电压被充电至所述参考电压，在所述检测电容器上的电压被充电至所述参考电压之后，所述第一开关和所述第二开关断开；
在所述电荷转移阶段，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第六开关都断开，所述第五开关闭合，所述校准电容器上的部分电荷转移到所述积分电容器。
5.根据权利要求3所述的电容检测电路，其特征在于，在所述充放电阶段和所述电荷转移阶段之间还包括第一缓冲阶段，在所述电荷转移阶段之后还包括第二缓冲阶段，所述第一缓冲阶段和所述第二缓冲阶段用于保持所述检测电容器、所述校准电容器和所述积分电容上的电荷不变；
其中，在所述第一缓冲阶段和所述第二缓冲阶段，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关和所述第六开关都断开。
6.根据权利要求5所述的电容检测电路，其特征在于，所述控制模块还用于：
控制所述充放电开关组、所述积分开关组和所述清零开关组多次重复执行从所述充放电阶段至所述第二缓冲阶段中的操作。
7.根据权利要求6所述的电容检测电路，其特征在于，所述积分器的输出电压Vout为：
Figure FDA0002681456010000031
其中，所述VR为所述参考电压，所述ΔCx为所述检测电容器相对于参考电容值的变化量，所述CS为所述积分电容器的电容值，所述I1为所述第一电流源的电流值，所述I2为所述第二电流源的电流值，所述N为所述充放电阶段至所述第二缓冲阶段的执行次数。
8.根据权利要求2所述的电容检测电路，所述充放电开关组包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述积分开关组包括第五开关，所述清零开关组包括第六开关；
所述第一开关的一端连接所述第一电流源的一端，所述第一电流源的另一端接地，所述第一开关的另一端连接所述检测电容器的一端以及所述第三开关的一端，所述检测电容器的另一端接地，所述第三开关的另一端连接电源电压；
所述第二开关的一端连接所述第二电流源的一端，所述第二电流源的另一端接地，所述第二开关的另一端连接所述校准电容器的一端以及所述第四开关的一端，所述校准电容器的另一端接地，所述第四开关的另一端连接电源电压；
所述第五开关的一端连接所述校准电容器的一端，所述第五开关的另一端连接所述放大器的第一输入端，所述放大器的第二输入端用于输入所述参考电压；
所述第六开关与所述积分电容器并联连接，所述积分电容器与所述放大器并联连接。
9.根据权利要求8所述的电容检测电路，其特征在于，在所述电荷清零阶段，所述第六开关闭合，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第五开关都断开，清零所述积分电容器上存储的电荷；
所述充放电阶段包括充电阶段和放电阶段，所述充电阶段在所述放电阶段之前，其中：
在所述充电阶段，所述第三开关和第四开关闭合，所述第一开关、所述第二开关、所述第五开关和所述第六开关都断开，所述检测电容器和所述校准电容器上的电压都被充电至所述电源电压；
在所述放电阶段，所述第一开关和所述第二开关闭合，所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关和第六开关都断开，所述检测电容器上的电压从所述电源电压被放电至所述参考电压，在所述检测电容器上的电压被放电至所述参考电压之后，所述第一开关和所述第二开关断开；
在所述电荷转移阶段，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第六开关都断开，所述第五开关闭合，所述校准电容器上的部分电荷转移到所述积分电容器。
10.根据权利要求9所述的电容检测电路，其特征在于，在所述充放电阶段和所述电荷转移阶段之间还包括第一缓冲阶段，在所述电荷转移阶段之后还包括第二缓冲阶段，所述第一缓冲阶段和所述第二缓冲阶段用于保持所述检测电容器、所述校准电容器和所述积分电容上的电荷不变；
其中，在所述第一缓冲阶段和所述第二缓冲阶段，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关和所述第六开关都断开。
11.根据权利要求10所述的电容检测电路，其特征在于，所述控制模块还用于：
控制所述充放电开关组、所述积分开关组和所述清零开关组多次重复执行从所述充放电阶段至所述第二缓冲阶段中的操作。
12.根据权利要求11所述的电容检测电路，其特征在于，所述积分器的输出电压Vout为：
Figure FDA0002681456010000041
其中，VR为所述参考电压，所述ΔCx为所述检测电容器相对于参考电容值的变化量，所述CS为所述积分电容器的电容值，所述I1为所述第一电流源的电流值，所述I2为所述第二电流源的电流值，所述VDD为所述电源电压，所述N为所述充放电阶段至所述第二缓冲阶段的执行次数。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的电容检测电路，其特征在于，所述电容检测电路还包括比较器，所述比较器的第一输入端连接所述检测电容器，所述比较器的第二输入端用于输入所述参考电压，所述比较器的输出端连接所述控制模块；
在所述检测电容器的电压达到所述参考电压时，所述比较器的输出信号发生翻转，所述控制模块控制所述充放电模块停止对所述检测电容器和所述校准电容器进行充电或放电。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的电容检测电路，其特征在于，所述电容检测电路还包括处理模块，用于根据所述积分器的输出电压确定所述检测电容器的电容值相对于参考电容值的变化量。
15.根据权利要求1至12中任一项所述的电容检测电路，其特征在于，所述第一电流源的电流值大于所述第二电流源的电流值。
16.根据权利要求1至12中任一项所述的电容检测电路，其特征在于，所述电容检测电路应用于电容传感器中，所述检测电容器为所述电容传感器的传感器电容，未操作所述电容传感器时所述传感器电容的电容值为参考电容值。
17.一种触控装置，其特征在于，包括：
如权利要求1至16中任一项所述的电容检测电路。
18.一种终端设备，其特征在于，包括：
如权利要求1至16中任一项所述的电容检测电路。
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