CN111801584B - 电容检测电路、触控装置和终端设备 - Google Patents
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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,所述电容检测电路连接至检测电容器,包括:校准电容器;屏蔽电极,所述屏蔽电极和所述检测电容器的检测电极形成第一电容器,所述屏蔽电极和系统地形成屏蔽电容器;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,所述第一电容器和所述屏蔽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;屏蔽电极驱动模块,用于对所述屏蔽电容器和所述第一电容器进行充电或放电;所述积分器,用于将检测电容器的电容转化为电压信号;所述控制模块,用于控制所述充放电模块、所述积分器和所述屏蔽电极驱动模块的工作状态。
Description
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
电容型传感器被广泛应用于电子设备中,例如,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。电容型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(Analog to Digital Converter,ADC),在用户操作电容传感器时传感器电容的电荷量会发生变化,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。
但是在应用中,若有水滴滴在传感器的感应区域,水滴和系统地之间会形成较大的电容而对传感器电容产生电荷变化的影响,其等效电路与用户手指触摸传感器的时候基本相同,从而导致误检测,因此如何进行防水的电容检测是一项亟需解决的问题。
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,能够实现防水的电容检测。
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;
屏蔽电极,所述屏蔽电极和所述检测电容器的检测电极形成第一电容器,所述屏蔽电极和系统地形成屏蔽电容器;
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、所述第一电容器和所述屏蔽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;
屏蔽电极驱动模块,用于对所述屏蔽电容器和所述第一电容器进行充电或放电;
所述积分器,用于将检测电容器的电容转化为电压信号;
所述控制模块,用于控制所述充放电模块、所述积分器和所述屏蔽电极驱动模块的工作状态;
其中,在第一充放电阶段,所述屏蔽电极驱动模块对所述屏蔽电容器和所述第一电容器进行充电或放电以使所述屏蔽电容器上的电压为参考电压;
在所述第一充放电阶段之后的第二充放电阶段,所述第一电流源对所述检测电容器、所述第一电容器和所述屏蔽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,其中,在所述第二充放电阶段,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。
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,所述屏蔽电极驱动模块包括电压缓冲器;
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;
在所述第一充放电阶段,通过所述充放电开关组控制所述电压缓冲器对所述检测电容器、所述第一电容器和所述屏蔽电容器进行充电或放电;
在所述第二充放电阶段,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,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、第四开关、第七开关和第八开关,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、所述第三开关的一端以及所述第一电容器的一端,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;
所述第七开关的一端接地,所述第七开关的另一端连接所述第八开关的一端以及所述屏蔽电容器的一端;
所述第八开关的另一端连接所述电容缓冲器的输出端,所述电容缓冲器的输出电压为所述参考电压。
在一些可能的实现方式中,在所述电荷清零阶段和所述第一充放电阶段之间还包括完全放电阶段,在所述完全放电阶段,所述检测电容器、所述校准电容器、所述第一电容器和所述屏蔽电容器上的电荷清零。
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,所述第五开关,所述第七开关和所述第八开关都断开,清零所述积分电容器上存储的电荷;
在所述完全放电阶段,所述第三开关,第四开关和第七开关闭合,所述第一开关、所述第二开关、所述第五开关、所述第六开关和所述第八开关都断开,清零所述检测电容器、所述校准电容器、所述第一电容器和所述屏蔽电容器上存储的电荷;
在所述第一充放电阶段,所述第八开关闭合,所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关、第六开关和所述第七开关都断开,所述电容缓冲器对所述检测电容器和所述第一电容器进行充电;
在所述第二充放电阶段,所述第一开关、所述第二开关和第八开关闭合,所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关、第六开关和第七开关都断开,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,所述第五开关闭合,所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第六开关、第七开关和第八开关都断开,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,在所述第二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、所述第六开关、所述第七开关和所述第八开关都断开。
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完全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:
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检测电容器的基础电容的变化量,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。
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、第七开关和第八开关,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、所述第三开关的一端以及所述第一电容器的一端,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;
所述第七开关的一端接电源电压,所述第七开关的另一端连接所述屏蔽电容器的一端以及所述第八开关的一端;
所述第八开关的另一端接所述电压缓冲器的输出端,所述电容缓冲器的输出电压为所述参考电压。
在一些可能的实现方式中,在所述电荷清零阶段和所述第一充放电阶段之间还包括完全充电阶段,在所述完全充电阶段,所述检测电容器、所述校准电容器、所述屏蔽电容器和所述第一电容器的一端被充电至电源电压。
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、所述第五开关、第七开关和第八开关都断开,清零所述积分电容器上存储的电荷;
在所述完全充电阶段,所述第三开关、第四开关和第七开关闭合,所述第一开关、所述第二开关、所述第五开关、所述第六开关和第八开关都断开,所述检测电容器、所述校准电容器、所述屏蔽电容器和所述第一电容器上的电压都被充电至所述电源电压;
在所述第一充放电阶段,所述第八开关闭合,所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关、第六开关和所述第七开关都断开,所述电容缓冲器对所述检测电容器、所述屏蔽电容器和所述第一电容器进行放电;
在所述第二充放电阶段,所述第一开关、所述第二开关和所述第八开关闭合,所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关、第六开关和第七开关都断开,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,所述第五开关闭合,所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第六开关、第七开关和第八开关都断开,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,在所述第二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,所述第一电容器和所述第二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,所述第六开关,第七开关和第八开关都断开。
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:
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。
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检测电容器的基础电容的变化量。
在一些可能的实现方式中,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,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,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。
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。
因此,在本申请实施例中,通过对屏蔽电极和检测电极进行分时驱动,可以使得积分器的输出电压与屏蔽电极和检测电极形成的第一电容器无关,这样,即使有水滴存在导致第一电容器的容值发生变化,也不会影响到积分器的输出,即可以实现良好的防水功能,并且不会存在同时驱动带来的延迟问题。并且由于对屏蔽电极充电和检测电极充电是分时进行的,因此可以大大降低对屏蔽电极的驱动能力的要求,降低设计难度和功耗。
附图说明
图1是感应电极和屏蔽电极的波形示意图。
图2是根据本申请实施例的电容检测电路的示意性结构图。
图3是根据本申请一实施例的电容检测电路的示意图。
图4是根据本申请一实施例的电容检测电路的逻辑时序图。
图5是根据本申请另一实施例的电容检测电路的示意图。
图6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7是根据本申请实施例的触控装置的结构示意图。
图8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。
在电容检测的相关技术中,一种防水的实现方式是在电容传感器的感应电极周围设置屏蔽电极,屏蔽水滴到系统地的电容,并且使感应电极和屏蔽电极的电平在电容检测的过程中保持一致,这样,在感应电极和屏蔽电极形成的电容就不吸收或释放电荷,相对于看不见该电容了。
并且为了更有效地检测由于用户操作导致的传感器电容的电荷变化量,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(或称基础电容)近似相等。
但是在电容检测的过程中,会对检测电容器Cx和校准电容器进行充放电以使校准电容器抵消检测电容器Cx的基础电容的贡献,并且充放电的速度比较快,若要保证在电容检测的过程中感应电极和屏蔽电极的电压始终一一致,需要屏蔽电极的驱动电路具有比较快的反应速度和较强的驱动能力,因此需要付出较大的功耗的代价。并且在实际应用中,由于屏蔽电路的驱动电路存在延迟,会导致在充放电结束时,屏蔽电极的电压和感应电极的电压存在电压差,如图1所示,从而削弱屏蔽电极的防水功能。
有鉴于此,本申请实施例提供了一种电容检测电路,能够实现良好的防水性能,并且能够降低对屏蔽电极的驱动电路在反应速度和/或驱动能力方面的要求,从而能够降低设计难度和系统功能。
图2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2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;
屏蔽电极170,所述屏蔽电极170和所述检测电容器110的检测电极形成第一电容器,所述屏蔽电极170和系统地形成屏蔽电容器;
充放电模块140,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、所述第一电容器和所述屏蔽电容器进行充电或放电,所述第二电流源142用于对所述校准电容器进行充电或放电;
屏蔽电极驱动模块180,用于对所述屏蔽电容器和所述第一电容器进行充电或放电;
所述积分器150,用于将检测电容器110的电容效应,比如电容器上的电荷量或电荷变化量转化为电压信号;
所述控制模块130,用于控制所述充放电模块140、所述积分器150和所述屏蔽电极驱动模块180的工作状态;
其中,在第一充放电阶段,所述屏蔽电极驱动模块180对所述屏蔽电容器和所述第一电容器进行充电或放电以使所述屏蔽电容器上的电压为参考电压;
在所述第一充放电阶段之后的第二充放电阶段,所述第一电流源141对所述检测电容器、所述第一电容器和所述屏蔽电容器进行充电或放电,所述第二电流源142用于对所述校准电容器进行充电或放电,其中,在所述第二充放电阶段,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。
应理解,在本申请实施例中,所述第一电容器和所述屏蔽电容器为等效电容器,也就是说,屏蔽电极和检测电极可以作为电容器的两个极板从而形成所述第一电容器,但并不表示在电路中使用屏蔽电极和检测电极是为了形成所述第一电容器,可以理解,屏蔽电极是用于屏蔽水滴等干扰物对电容检测的影响的,检测电极用于接收用户手指的触摸,进一步通过后续的检测电路检测用户手指的触摸导致的电容值变化。对于所述屏蔽电容器亦是如此,这里不作赘述。
可选地,在一些实施例中,所述检测电容器为触控面板(touch panel)上驱动电极和感应电极(即检测电极)所构成的检测电容(measurement capacitor),其中,该驱动电极接地,或者所述检测电容器可以为感应电极和地所构成的检测电容。
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。
需要说明的是,为了便于描述,本申请实施例引入了检测电容器的电容值的概念,通过检测电容器的电容值的变化判断是否有触摸,应注意,无论用户是否触摸该检测电容器,该检测电容器的电容值都可以认为是一个常量,本申请所述的检测电容器的电容值的变化是指接入到后序的积分器的等效电容发生变化,具体地,当用户手指触摸检测电容器的极板时,手指和地构成一个电容,此时接入积分器的电容是该电容和检测电容器的等效电容,也就是说,本申请实施例将检测电容器的基础电容和用户触摸该检测电容器引入的新电容的等效电容看作该检测电容器的电容值,换言之,可以认为本申请的检测电容器是指连接到积分器的检测电容器本身和用户触摸该检测电容器时产生的新电容叠加所产生的一个等效电容器。
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,在用户未操作该电容传感器时,检测电容器的电容值是参考电容值,该参考电容值也可以称为基础电容,或自电容,标称电容值等,当用户操作该电容传感器时,相当于在用户手指和地形成了新的电容,该检测电容器的电容值相对于基础电容会发生变化,该积分器可以将检测电容器的电容信号(或者说,电容效应)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,所述屏蔽电极驱动模块包括电压缓冲器;
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、所述屏蔽电极驱动模块和积分器的工作状态,例如,控制所述屏蔽电极驱动模块何时对检测电容器和屏蔽电容器进行充电或放电,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。
在本申请一个具体实施例中,所述控制模块用于:
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;
在所述第一充放电阶段,通过所述充放电开关组控制所述电压缓冲器对所述检测电容器、所述第一电容器和所述屏蔽电容器进行充电或放电;
在所述第二充放电阶段,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,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。
因此,在本申请实施例中,通过对屏蔽电极和感应电极分时充放电能够实现良好的防水功能,能够可以大大降低屏蔽电极的驱动能力要求,进而降低设计难度和系统功耗。
可选地,在本申请实施例中,在所述第二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、所述屏蔽电容器、所述第一电容器、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,所述屏蔽电极驱动电路可以包括电压缓冲器,能够输出稳定的电压,或者,在其他实施例中,所述电压缓冲器也可以采用其他等效电路实现,只有其能够输出稳定的电压即可。
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3至图6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3至图6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3至图6,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3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3所示,该电容检测电路200连接至检测电容器Cx,包括:
屏蔽电极,所述屏蔽电极和所述检测电容器Cx的检测电极形成第一电容器Cm,所述屏蔽电极和系统地形成屏蔽电容器Cshd,图3中第一电容器的下电极和屏蔽电容器的上电极可以看做屏蔽电极的等效电路结构示意图;
屏蔽电极驱动电路包括电压缓冲器270;
校准电容器Cc、控制模块230、充放电模块240、积分器250、处理模块260和比较器290。
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Cs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S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第七开关S7和第八开关S8,所述积分开关组包括第五开关S5,所述清零开关组包括第六开关S6。
其中,所述充放电开关组用于控制充放电模块240对所述检测电容器Cx、所述校准电容器Cc、第一电容器或屏蔽电容器进行充电或放电,具体地,所述第一开关S1用于控制所述第一电流源241对所述检测电容器Cx进行充电,所述第二开关S2用于控制所述第二电流源242对所述校准电容器Cc进行充电,所述第三开关用于控制对所述检测电容器Cx和第一电容器Cm进行放电,所述第四开关用于控制对所述校准电容器Cc进行放电,所述第七开关S7用于控制对所述屏蔽电容器进行放电,所述第八开关用于控制电压缓冲器270对所述第一电容器Cm进行充电。
所述积分开关组用于对积分电容器进行积分,具体地,所述第五开关S5用于控制对所述积分电容器Cs进行积分。所述清零开关组用于清零所述积分电容器上存储的电荷,具体地,所述第六开关用于控制清零所述积分电容器Cs上存储的电荷。
具体地,所述第一开关S1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S1的另一端连接所述检测电容器Cx的一端、所述第三开关S3的一端和所述第一电容器Cm的一端,所述检测电容器Cx的另一端和所述第三开关S3的另一端都接地,所述第一电容器Cm的另一端连接屏蔽电容器Cshd的一端;
所述第二开关S2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S2的另一端连接所述校准电容器Cc的一端以及所述第四开关S4的一端,所述校准电容器Cc的另一端和所述第四开关S4的另一端都接地,即所述校准电容器Cc的一端(比如,上极板)通过所述第二开关S2和第二电流源242连接到电源电压VDD,且所述校准电容器Cc的所述同一端(比如上极板)通过第四开关S4接地,而校准电容器Cc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Cc与检测电容器Cx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S5的一端连接所述校准电容器Cc的一端,所述第五开关S5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S6与所述积分电容器Cs并联连接,所述积分电容器Cs与所述放大器252并联连接,即积分电容器Cs跨接在放大器252的负输入端和输出端之间;
所述第七开关S7的一端接地,所述第七开关S7的另一端连接所述第八开关S8的一端以及所述屏蔽电容器Cshd的一端,所述屏蔽电容器Cshd的另一端接地;
所述第八开关S8的另一端连接所述电容缓冲器270的输出端,所述电容缓冲器270的输出电压为所述参考电压VR;
所述比较器290的第一输入端(例如,正输入端)连接所述检测电容器Cx的一端,所述比较器290的第二输入端(例如,负输入端)用于输入所述参考电压VR,所述比较器290的输出端连接控制模块230,所述控制模块230用于控制开关S1~S8的开启和关闭。当然比较器290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的输出电压Vout进行处理,确定检测电容器Cx的电容值,或者该检测电容器Cx上的电荷量,进一步确定是否有触摸。
以下,结合图4所示的逻辑时序图,详细说明图3所示的电容检测电路的工作过程。
需要说明的是,在图4中,S1~S8对应的曲线分别为第一开关S1~第八开关S8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,Vx、Vn和Vshd分别为检测电容器Cx、校准电容器Cc和屏蔽电容器Cshd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4中的时间段t0~t1),第六开关S6闭合,第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4和第五开关S5、第七开关S7和第八开关S8都断开,清零所述积分电容器Cs上存储的电荷,即在t1时刻,积分电容器Cs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。
在该实施例中,在第一充放电阶段之前还包括完全放电阶段(对应图4中的时间段t1~t2),在所述完全放电阶段,所述第三开关S3,第四开关S4和第七开关S7闭合,所述第一开关S1、所述第二开关S2、所述第五开关S5、所述第六开关S6和所述第八开关S8都断开,对检测电容器Cx,校准电容器Cc,屏蔽电容器Cshd,屏蔽电极和感应电极所形成的第一电容器Cm进行完全放电。在t2时刻,检测电容器Cx,校准电容器Cc,第一电容器Cm和屏蔽电容器Cshd上存储的电荷量均为零,积分器250的输出电压Vout=VR。
在第一充放电阶段(对应图4中的时间段t2~t3),所述第八开关S8闭合,所述第一开关S1、所述第二开关S2、所述第三开关S3、所述第四开关S4、所述第五开关S5、第六开关S6和所述第七开关S7都断开,所述电容缓冲器270对所述检测电容器Cx和所述第一电容器Cm进行充电。在t3时刻,检测电容器Cx和第一电容器Cm上存储的电荷量分别为:
其中,QCx,t3为在t3时刻,检测电容器Cx上的电荷量,QCm,t3为在t3时刻,第一电容器Cm上的电荷量。
在第二充放电阶段(对应图4中的时间段t3~t4),所述第一开关S1、所述第二开关S2和第八开关S8闭合,所述第三开关S3、所述第四开关S4、所述第五开关S5、第六开关S6和第七开关S7都断开,第一电流源241和第二电流源242分别对检测电容器Cx和校准电容器Cc进行充电。当所述检测电容器Cx上的电压Vx达到所述参考电压VR时,比较器290的输出状态发生翻转,此时,所述控制模块230控制所述第一开关S1和所述第二开关S2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Cx和校准电容器Cc进行充电。
在t4时刻,检测电容器Cx、第一电容器Cm上存储的电荷量分别为:
QCx,t4=VRCx 公式(3)
QCm,t4=(VR-VR)Cm=0 公式(4)
那么,检测电容器Cx上的电压充电至所述参考电压VR所需的时长tch为:
其中,所述Cx表示所述检测电容器Cx的参考电容值(即基础电容),所述I1为所述第一电流源241的电流值。
由于校准电容器Cc和检测电容器Cx的充电时长相等,那么在t4时刻,所述校准电容器Cc上存储的电荷量QCc,t4为:
其中,所述I2为所述第二电流源的电流值。
由于检测电容器Cx充电至参考电压VR需要时长tch,因此,时间段t3~t4的时长需要大于或等于时长tch,即tch≤t4-t3。
可选地,为了避免开关频繁切换导致的电荷泄露,在所述第二充放电阶段之后还可以包括第一缓冲阶段(对应图4中的时间段t4~t5),在所述第一缓冲阶段,检测电容器Cx、校准电容器Cc、屏蔽电容器Cshd、第一电容器Cm和积分电容器Cs上的电荷保持不变,具体地,在所述第一缓冲阶段,第一开关S1至第八开关S8都断开。
之后,在电荷转移阶段(对应图4中的时间段t5~t6),第五开关S5闭合,第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第六开关S6、第七开关S7和第八开关S8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Cc的上极板和积分电容器Cs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t5~t6内,校准电容器Cc上存储的电荷在校准电容器Cc和积分电容器Cs上进行重新分配,电荷平衡方程如公式(7)所示:
其中,所述Cc为所述校准电容器Cc的电容值,所述Cs为所述积分电容器Cs的电容值,所述VRCc为电荷转移之后所述校准电容器Cc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Cs上存储的电荷量。
根据公式(7)可得积分器250的输出电压Vout如下式所示:
由公式(8)可知,通过控制校准电容Cc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Cx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VR。
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,并且由于电容器的电容值和尺寸成正比,通过设置第一电流源小于第二电流源的电流值,能够使得通过较小的校准电容器达到抵消检测电容器Cx的参考电容值的目的。
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4中的时间段t6~t7),在所述第二缓冲阶段,检测电容器Cx、校准电容器Cc、第一电容器Cm、屏蔽电容器Cshd和积分电容器Cs上的电荷保持不变,具体地,在所述第二缓冲阶段,第一开关S1至第八开关S8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t7之后的时间段t7~t8中,可以执行时间段t1~t2中的相关操作,在时间段t8~t9中,可以执行时间段t2~t3中的相关操作,在时间段t10~t11中,可以执行时间段t3~t4中的相关操作,在时间段t12~t13中,可以执行时间段t4~t5中的相关操作,在时间段t13~t14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~t7过程N次时,积分器的输出电压Vout为:
在满足CC=CXI2/I1的情况下,当检测电容器Cx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Cx的电容值由参考电容值Cx变为Cx+ΔCx时(Cx+ΔCx是手指等触摸物接触传感器电容而产生的等效电容的容值),积分器250的输出电压Vout为:
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(10)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。比如,当N为1时,对于较小的ΔCx,Vout几乎等于VR,可能被误判为没有物体触摸,当N较大时,即使是较小的ΔCx,通过乘以N,也可以变为较大的值,这样得到的Vout和VR可以存在一个较大的差值,据此确定是否有触摸能够提升检测的灵敏度。
因此,本申请实施例的电容检测电路,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。
进一步地,通过对屏蔽电极和感应电极进行分时驱动,从公式(10)可以看出,积分器的输出电压与屏蔽电极和感应电极所形成的第一电容器Cm无关,这样,即使有水滴存在导致Cm发生变化,也不会影响到积分器的输出,即可以实现良好的防水功能,并且不会存在同时驱动带来的延迟问题。并且由于对屏蔽电极充电和感应电极充电是分时进行的,因此可以大大降低对屏蔽电极的驱动能力的要求,降低设计难度和功耗。
图5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5所示,该电容检测电路400连接至检测电容器Cx,该电容检测电路400包括:
屏蔽电极,所述屏蔽电极和所述检测电容器Cx的检测电极之间形成第一电容器Cm,所述屏蔽电极和系统地之间形成屏蔽电容器Cshd,图5中第一电容器的下电极和屏蔽电容器的上电极可以看做屏蔽电极的等效电路结构示意图;
屏蔽电极驱动电路包括电压缓冲器470;
校准电容器Cc、控制模块430、充放电模块440、积分器450、处理模块460和比较器490。
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Cs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S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4、第七开关S7和第八开关S8,所述积分开关组包括第五开关S5,所述清零开关组包括第六开关S6。
其中,所述充放电开关组用于控制充放电模块440对所述检测电容器Cx、所述校准电容器Cc、第一电容器或屏蔽电容器进行充电或放电,具体地,所述第一开关S1用于控制所述第一电流源441对所述检测电容器Cx进行放电,所述第二开关S2用于控制所述第二电流源442对所述校准电容器Cc进行放电,所述第三开关用于控制对所述检测电容器Cx和第一电容器Cm进行充电,所述第四开关用于控制对所述校准电容器Cc进行充电,所述第七开关S7用于控制对所述屏蔽电容器进行充电,所述第八开关用于控制电压缓冲器270对所述第一电容器Cm进行放电。
所述积分开关组用于对积分电容器进行积分,具体地,所述第五开关S5用于控制对所述积分电容器Cs进行积分。所述清零开关组用于清零所述积分电容器上存储的电荷,具体地,所述第六开关用于控制清零所述积分电容器Cs上存储的电荷。
需要说明的是,图5和图3所示的实施例的电路结构类似,区别在于:在图3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、第四开关和第七开关的一端接地,在图5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、第四开关和第七开关的一端连接电源电压,比如所述校准电容器Cc的一端(比如,上极板)通过所述第二开关S2和第二电流源442接地,且所述校准电容器Cc的所述同一端(比如上极板)通过第四开关S4连接到电源电压VDD,而校准电容器Cc的另一端(比如,下极板)接地,第一电容器Cm的一端连接所述第三开关的一端,所述屏蔽电容器的另一端接地,所述第七开关的一端连接屏蔽电容器的一端以及第八开关的一端,所述第七开关的另一端接电源电压,所述第八开关的另一端连接所述电容缓冲器。图5中其他元件的连接关系这里不再赘述。
以下,结合图6所示的逻辑时序图,详细说明图5所示的电容检测电路的工作过程。
需要说明的是,在图6中,S1~S8对应的曲线分别为第一开关S1~第八开关S8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、Vn和Vshd分别为检测电容器Cx、校准电容器Cc和屏蔽电容器Cshd上的电压曲线,Vout为积分器250的输出电压。
跟前述实施例类似,在电荷清零阶段(对应图6中的时间段t0~t1),第六开关S6闭合,第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4和第五开关S5、第七开关S7和第八开关S8都断开,清零所述积分电容器Cs上存储的电荷,即在t1时刻,积分电容器Cs上的电荷量为零,根据放大器的虚短特性,所述积分器450的输出电压Vout=VR。
在该实施例中,在第一充放电阶段之前还包括完全充电阶段(对应图6中的时间段t1~t2),在所述完全充电阶段,所述第三开关S3,第四开关S4和第七开关S7闭合,所述第一开关S1、所述第二开关S2、所述第五开关S5、所述第六开关S6和所述第八开关S8都断开,对检测电容器Cx,校准电容器Cc,屏蔽电容器Cshd,屏蔽电极和感应电极所形成的第一电容器Cm进行完全充电。在t2时刻,检测电容器Cx,校准电容器Cc,第一电容器Cm上存储的电荷量分别为:
QCx,t2=CxVDD 公式(11)
QCc,t2=CcVDD 公式(12)
QCm,t2=0 公式(13)
积分器450的输出电压Vout为VR。
在第一充放电阶段(对应图6中的时间段t2~t3),第一开关S1~第七开关S7断开,第八开关S8闭合,电压缓冲器470同时对检测电容器Cx、屏蔽电容器Cshd和第一电容器Cm充电。在t3时刻,检测电容器Cx、屏蔽电容器Cshd和第一电容器Cm上存储的电荷量分别为:
在第二充放电阶段(对应图6中的时间段t3~t4),所述第一开关S1、所述第二开关S2和第八开关S8闭合,所述第三开关S3、所述第四开关S4、所述第五开关S5、第六开关S6和第七开关S7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Cx和校准电容器Cc进行放电。当所述检测电容器Cx上的电压Vx放电到所述参考电压VR时,比较器490的输出状态发生翻转,此时,所述控制模块430控制所述第一开关S1和所述第二开关S2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Cx和校准电容器Cc进行放电。
在t4时刻,检测电容器Cx、第一电容器Cm上存储的电荷量分别为:
QCx,t4=VRCx 公式(16)
QCm,t4=(VR-VR)Cm=0 公式(17)
那么,检测电容器Cx上的电压从电源电压VDD放电至参考电压VR所需的时长tdis为:
其中,所述Cx为所述检测电容器Cx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Cc和检测电容器Cx的放电时长相等,那么在t4时刻,校准电容器Cc上存储的电荷QCc,t4为:
其中,所述Cc为所述校准电容器的电容值,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tdis,因此,时间段t3~t4的时长需要大于或等于时长tdis,即tdis≤t4-t3。
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6中的时间段t4~t5),在所述第一缓冲阶段,检测电容器Cx、校准电容器Cc、屏蔽电容器Cshd、第一电容器Cm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S1至第八开关S8都断开。
之后,在电荷转移阶段(对应图6中的时间段t5~t6),第五开关S5闭合,第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第六开关S6、第七开关S7和第八开关S8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Cc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t5~t6内,校准电容器420上存储的电荷会在校准电容器Cc和积分电容器451上进行重新分配,电荷平衡方程如公式(20)所示:
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:
由公式(21)可知,通过控制校准电容的电容值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VR。
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6中的时间段t6~t7),在所述第二缓冲阶段,检测电容器410、校准电容器420、屏蔽电容器Cshd、第一电容器Cm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S1至第八开关S8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:
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:
由公式(23)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。
通过对屏蔽电极和感应电极进行分时驱动,从公式(10)可以看出,积分器的输出电压与屏蔽电极和感应电极之间形成的第一电容器Cm无关,这样,即使有水滴存在导致Cm发生变化,也不会影响到积分器的输出,即可以实现良好的防水功能,并且不会存在同时驱动带来的延迟问题。并且由于对屏蔽电极充电和感应电极充电是分时进行的,因此可以大大降低对屏蔽电极的驱动能力的要求,降低设计难度和功耗。
在其他实施例中,也可以利用图3和图5所示电路形成差分电路,进一步利用两个积分器的输出电压的差值确定是否有触摸,有利于抑制共模噪声,提升触摸检测的准确度。
本申请实施例还提供了一种触控装置,图7示出了本申请实施例的触控600的示意性结构图,如图7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8示出了本申请实施例的终端设备700的示意性结构图,如图8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 (21)
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;
屏蔽电极,所述屏蔽电极和所述检测电容器的检测电极形成第一电容器,所述屏蔽电极和系统地形成屏蔽电容器;
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、所述第一电容器和所述屏蔽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;
屏蔽电极驱动模块,用于对所述屏蔽电容器和所述第一电容器进行充电或放电;
积分器,用于将检测电容器的电容转化为电压信号;
控制模块,用于控制所述充放电模块、所述积分器和所述屏蔽电极驱动模块的工作状态;
其中,在第一充放电阶段,所述屏蔽电极驱动模块对所述屏蔽电容器和所述第一电容器进行充电或放电以使所述屏蔽电容器上的电压为参考电压;
在所述第一充放电阶段之后的第二充放电阶段,所述第一电流源对所述检测电容器、所述第一电容器和所述屏蔽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,其中,在所述第二充放电阶段,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,所述屏蔽电容器上的电压保持不变;
其中,所述屏蔽电极和所述检测电极被分时驱动。
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,所述屏蔽电极驱动模块包括电压缓冲器;
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;
在所述第一充放电阶段,通过所述充放电开关组控制所述电压缓冲器对所述检测电容器、所述第一电容器和所述屏蔽电容器进行充电或放电;
在所述第二充放电阶段,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,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、第四开关、第七开关和第八开关,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、所述第三开关的一端以及所述第一电容器的一端,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,所述第一电容器的另一端连接所述屏蔽电容器的一端,所述屏蔽电容器的另一端接地;
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;
所述第七开关的一端接地,所述第七开关的另一端连接所述第八开关的一端以及所述屏蔽电容器的一端;
所述第八开关的另一端连接所述电容缓冲器的输出端,所述电容缓冲器的输出电压为所述参考电压。
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和所述第一充放电阶段之间还包括完全放电阶段,在所述完全放电阶段,所述检测电容器、所述校准电容器、所述第一电容器和所述屏蔽电容器上的电荷清零。
5.根据权利要求4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,所述第五开关,所述第七开关和所述第八开关都断开,清零所述积分电容器上存储的电荷;
在所述完全放电阶段,所述第三开关,第四开关和第七开关闭合,所述第一开关、所述第二开关、所述第五开关、所述第六开关和所述第八开关都断开,清零所述检测电容器、所述校准电容器、所述第一电容器和所述屏蔽电容器上存储的电荷;
在所述第一充放电阶段,所述第八开关闭合,所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关、第六开关和所述第七开关都断开,所述电容缓冲器对所述检测电容器和所述第一电容器进行充电;
在所述第二充放电阶段,所述第一开关、所述第二开关和第八开关闭合,所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关、第六开关和第七开关都断开,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,所述第五开关闭合,所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第六开关、第七开关和第八开关都断开,所述校准电容器上的部分电荷转移到所述积分电容器。
6.根据权利要求4或5所述的电容检测电路,其特征在于,在所述第二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、所述第六开关、所述第七开关和所述第八开关都断开。
7.根据权利要求6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完全放电阶段至所述第二缓冲阶段中的操作。
9.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、第七开关和第八开关,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、所述第三开关的一端以及所述第一电容器的一端,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,所述第一电容器的另一端连接所述屏蔽电容器的一端,所述屏蔽电容器的另一端接地;
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;
所述第七开关的一端接电源电压,所述第七开关的另一端连接所述屏蔽电容器的一端以及所述第八开关的一端;
所述第八开关的另一端接所述电压缓冲器的输出端,所述电容缓冲器的输出电压为所述参考电压。
10.根据权利要求9所述的电容检测电路,其特征在于,在所述电荷清零阶段和所述第一充放电阶段之间还包括完全充电阶段,在所述完全充电阶段,所述检测电容器、所述校准电容器、所述屏蔽电容器和所述第一电容器的一端被充电至电源电压。
11.根据权利要求10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、所述第五开关、第七开关和第八开关都断开,清零所述积分电容器上存储的电荷;
在所述完全充电阶段,所述第三开关、第四开关和第七开关闭合,所述第一开关、所述第二开关、所述第五开关、所述第六开关和第八开关都断开,所述检测电容器、所述校准电容器、所述屏蔽电容器和所述第一电容器上的电压都被充电至所述电源电压;
在所述第一充放电阶段,所述第八开关闭合,所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关、第六开关和所述第七开关都断开,所述电容缓冲器对所述检测电容器、所述屏蔽电容器和所述第一电容器进行放电;
在所述第二充放电阶段,所述第一开关、所述第二开关和所述第八开关闭合,所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关、第六开关和第七开关都断开,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,所述第五开关闭合,所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第六开关、第七开关和第八开关都断开,所述校准电容器上的部分电荷转移到所述积分电容器。
12.根据权利要求11所述的电容检测电路,其特征在于,在所述第二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,所述第一电容器和所述第二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,所述第六开关,第七开关和第八开关都断开。
13.根据权利要求12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。
15.根据权利要求1至5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。
16.根据权利要求1至5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所述检测电容器的基础电容的变化量。
17.根据权利要求1至5中任一项所述的电容检测电路,其特征在于,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。
18.根据权利要求1至5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。
19.根据权利要求1至5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。
20.一种触控装置,其特征在于,包括:
如权利要求1至19中任一项所述的电容检测电路。
21.一种终端设备,其特征在于,包括:
如权利要求1至19中任一项所述的电容检测电路。
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