JP2011215124A - Capacitance detecting arrangement and capacitance detecting method - Google Patents

Capacitance detecting arrangement and capacitance detecting method Download PDF

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Tatsumi Fujiyoshi
達巳 藤由
Junichiro Oya
隼一郎 尾屋
Tomoyuki Sawadaishi
智之 澤田石
Motofumi Oi
基史 大井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitance detecting apparatus and a capacitance detecting method capable of detecting capacitance change stably even in noisy environment.SOLUTION: The capacitance detecting apparatus is equipped with: switches SW1 and SW2 switching over voltage level for charging target detection capacitances Cf and Cs to a plurality of voltage levels with a predetermined period; a plurality of distribution capacitances Cdp and Cdn to which charge charged to the target detection capacitances Cf and Cs is distributed; second switches SW5 and SW6 setting the voltage level for initializing distribution capacitances Cdp and Cdn to a plurality of voltage levels with the predetermined period; other switches SW3 and SW4 switching connection so that charge is distributed from the target detection capacitances Cf and Cs as the electric charge of reverse polarity in a complementary style to the distribution capacity; and a charge amplifier 12 transforming the charge charged in the distribution capacitances Cdp and Cdn to voltage.

Description

本発明は、微小な静電容量の変化をノイズの多い環境下でも検出可能な容量検出装置及び容量検出方法に関する。   The present invention relates to a capacitance detection device and a capacitance detection method that can detect a minute change in capacitance even in a noisy environment.

従来、微小な容量変化を検出するための容量検出装置として幾つか提案されている。たとえば、未知のセンサ容量を充電し、その電荷量を別な固定容量素子に転送しながらその電圧をモニターしてセンサ容量の変化を検出する容量検出装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、固定容量素子に充電した電荷量をセンサ容量によって放電させながらセンサ容量の電圧を固定電圧と比較することでセンサの容量の変化を検出する容量検出装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   Conventionally, several capacitance detection devices for detecting minute capacitance changes have been proposed. For example, a capacitance detection device that charges an unknown sensor capacitance and monitors the voltage while transferring the charge amount to another fixed capacitance element to detect a change in sensor capacitance has been proposed (for example, Patent Document 1). reference). In addition, a capacitance detection device that detects a change in the capacitance of a sensor by comparing the voltage of the sensor capacitance with a fixed voltage while discharging the amount of charge charged in the fixed capacitance element by the sensor capacitance has been proposed (for example, Patent Documents). 2).

図43に特許文献1記載の容量検出装置の概略構成を示す。同図に示すCxは指とその他の寄生容量を含むセンサ容量であり、Csは実際に電圧を計測する固定容量素子である。最初にスイッチSW1とSW2をともにOFFし、スイッチSW3をONにすることにより、固定容量素子Csの電荷量をリセットする。次に、全てのスイッチSWをすべてOFFにした後、スイッチSW1をONにし、かつその他のスイッチSWをOFFして、センサ容量Cxへ電源電圧Vddまで充電する。その後、再度全てのスイッチSWをすべてOFFにした後、スイッチSW2をONし、かつその他のスイッチSWをOFFして、センサ容量Cxの電荷量を固定容量素子Csへ転送する。そのときに固定容量素子Csへ転送される電荷量は転送前の固定容量素子Csの電荷量に応じて電圧が平衡になる条件で決まる。センサ容量Csの電荷をリセットせずにスイッチSW1、SW2を交互にON(間に全てのスイッチSWをOFFにするステップを含める)する充電シーケンスを繰り返す。これにより、固定容量素子Csの端子間電位Vsは、図44のように上昇していくことになる。   FIG. 43 shows a schematic configuration of the capacity detection device described in Patent Document 1. Cx shown in the figure is a sensor capacitance including a finger and other parasitic capacitances, and Cs is a fixed capacitance element that actually measures voltage. First, the switches SW1 and SW2 are both turned OFF, and the switch SW3 is turned ON to reset the charge amount of the fixed capacitance element Cs. Next, after all the switches SW are turned off, the switch SW1 is turned on and the other switches SW are turned off to charge the sensor capacitor Cx to the power supply voltage Vdd. Then, after all the switches SW are turned off again, the switch SW2 is turned on and the other switches SW are turned off to transfer the charge amount of the sensor capacitor Cx to the fixed capacitor element Cs. At this time, the amount of charge transferred to the fixed capacitance element Cs is determined under the condition that the voltage is balanced according to the charge amount of the fixed capacitance element Cs before transfer. The charging sequence in which the switches SW1 and SW2 are alternately turned on (including the step of turning off all the switches SW in between) is repeated without resetting the charge of the sensor capacitor Cs. As a result, the inter-terminal potential Vs of the fixed capacitance element Cs rises as shown in FIG.

そこで、指の有無(タッチ/非タッチ)によるセンサ容量Cxの大きさの違いを判別するために計測された電圧Vsに対して、比較電圧Vrefを図45のように設定する。指があるときのセンサ容量Cx(11pF)と、無いときのセンサ容量Cx(10pF)とでVsの上昇時間が異なり比較電圧Vrefとの交点が異なることにより、比較電圧Vrefを超えたときの充電シーケンスの回数Tの違いとして判別できる。Vsの電圧を式で表すと

Figure 2011215124
となる。この場合、指の有無による比較電圧Vrefを超えるのに必要な充電シーケンス回数は、ほぼセンサ容量Cxの大きさに比例し、指の有無で10%の違いがあったとして、比較電圧Vrefを超える充電シーケンスの回数の差も10%と程度となる。 Therefore, the comparison voltage Vref is set as shown in FIG. 45 with respect to the voltage Vs measured in order to determine the difference in the sensor capacitance Cx depending on the presence / absence of a finger (touch / non-touch). Charging when the comparison voltage Vref is exceeded due to the difference in the rise time of Vs between the sensor capacitance Cx (11pF) when there is a finger and the sensor capacitance Cx (10pF) when there is no finger, and the intersection with the comparison voltage Vref This can be determined as a difference in the number of times T of the sequence. The voltage of Vs is expressed by an equation
Figure 2011215124
It becomes. In this case, the number of charge sequences required to exceed the comparison voltage Vref due to the presence or absence of the finger is almost proportional to the size of the sensor capacitance Cx, and exceeds the comparison voltage Vref, assuming that there is a 10% difference between the presence and absence of the finger. The difference in the number of charging sequences is about 10%.

図46に特許文献2記載の容量検出装置の概略構成を示す。特許文献2記載の容量検出装置は、センサ容量Cxと固定容量素子Ca、Csを、図46のように接続し、最初にスイッチSW1をONし、その他のスイッチSWをOFFにし、固定容量素子Caを電源電圧Vddまで充電する。その後、全てのスイッチSWをすべてOFFにした後、スイッチSW1をOFF、スイッチSW2、SW3をONにして、固定容量素子Cs、センサ容量Cxの電荷をリセットし、かつ固定容量素子Caの電荷を放電抵抗Rでグランドに放電する。その後、全てのスイッチSWをOFFにして、センサ容量Cxの端子間電位であるVxを計測する。そのときのVxを比較電圧Vrefと比較しながら固定容量素子Caを放電するシーケンスを繰り返し、Vxが比較電圧Vrefより小さくなる放電シーケンス回数の違いにより指の有無(タッチ/非タッチ)を判定する(図47)。この場合、Ca、Cs、Vrefの大きさを適当に設定することで、図48に示すように、全体の放電シーケンス回数を先ほどの従来回路(図43)より短くすることが可能となる。   FIG. 46 shows a schematic configuration of the capacity detection device described in Patent Document 2. In the capacitance detection device described in Patent Document 2, the sensor capacitance Cx and the fixed capacitance elements Ca and Cs are connected as shown in FIG. 46, the switch SW1 is turned ON first, the other switches SW are turned OFF, and the fixed capacitance element Ca is set. Is charged to the power supply voltage Vdd. After that, after all the switches SW are turned off, the switch SW1 is turned off, the switches SW2 and SW3 are turned on, the charges of the fixed capacitor element Cs and the sensor capacitor Cx are reset, and the charges of the fixed capacitor element Ca are discharged. Discharge to ground with resistor R. Thereafter, all the switches SW are turned OFF, and Vx that is the potential between the terminals of the sensor capacitor Cx is measured. The sequence of discharging the fixed capacitance element Ca is repeated while comparing the Vx at that time with the comparison voltage Vref, and the presence / absence of a finger (touch / non-touch) is determined by the difference in the number of discharge sequences in which Vx becomes smaller than the comparison voltage Vref ( FIG. 47). In this case, by appropriately setting the magnitudes of Ca, Cs, and Vref, the total number of discharge sequences can be made shorter than the conventional circuit (FIG. 43) as shown in FIG.

特表2002−530680号公報Japanese translation of PCT publication No. 2002-530680 特開2006−78292号公報JP 2006-78292 A

しかしながら、特許文献1記載の従来回路では、次のような問題がある。すなわち、近年タッチセンサの用途として携帯電話、フラットパネルTVなどへも広がってきているが、その場合、センサの設置場所がグランドに接地したシールド板や筐体フレームに近接した場所への設置が求められている。その条件においては、センサ容量はグランドに対する固定的な接地容量(ベース容量)の割合が非常に大きくなり、センサ容量Cxは指の有無による差が数%になってしまうときがある。さらに、デザイン重視の要求から、センサ電極上面に厚さ5mm以上のカバープレートもしくは筐体樹脂を覆いかぶせるニーズもあり、センサ容量Cxは指の有無による差の比率が更に小さくなる傾向にある。したがって、図43の従来例においては、固定容量素子Csを大きくして指の有無の差による比較電圧Vrefを超える充電シーケンスの差を稼ぐ必要があるが、そうすると全体の充電シーケンス回数が非常に大きくなってしまうという問題点があった。   However, the conventional circuit described in Patent Document 1 has the following problems. In other words, in recent years, the use of touch sensors has expanded to mobile phones, flat panel TVs, etc. In such cases, the sensor must be installed in a location close to a shield plate or ground frame that is grounded to the ground. It has been. Under the conditions, the ratio of the fixed grounding capacity (base capacity) to the ground of the sensor capacity becomes very large, and the sensor capacity Cx sometimes has a difference of several percent depending on the presence or absence of a finger. Furthermore, there is a need to cover the upper surface of the sensor electrode with a cover plate or housing resin having a thickness of 5 mm or more due to a demand for design, and the sensor capacitance Cx tends to have a smaller ratio of difference due to the presence or absence of a finger. Therefore, in the conventional example of FIG. 43, it is necessary to increase the fixed capacitance element Cs to increase the charge sequence difference exceeding the comparison voltage Vref due to the presence or absence of the finger. There was a problem of becoming.

また、特許文献2記載の従来回路では、次のような問題がある。すなわち、センサ容量Cxのベース容量の影響や指の有無によるセンサ容量Cxの差が小さくなることによる放電シーケンス回数の差を大きくすることはできず検出感度に限界があった。
またこれらの従来回路ではセンサへの充電電圧の極性が単極性であるため外来ノイズや回路ノイズを抑制またはキャンセルすることが困難であり入力信号変化分に対してノイズ成分の比が大きく必要なSN比が得られていなかった。
Further, the conventional circuit described in Patent Document 2 has the following problems. That is, the difference in the number of discharge sequences due to the influence of the base capacitance of the sensor capacitance Cx and the difference in sensor capacitance Cx due to the presence or absence of a finger cannot be increased, and the detection sensitivity is limited.
In these conventional circuits, the polarity of the charging voltage to the sensor is unipolar, so it is difficult to suppress or cancel external noise and circuit noise. The ratio was not obtained.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、微小な静電容量を検出するためにセンサ容量の固定容量成分の影響やセンサの変化量の減少を防止すると共に、ノイズの多い環境下においても安定な検出を可能にする容量検出装置及び容量検出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a point. In order to detect a minute capacitance, the present invention prevents the influence of the fixed capacitance component of the sensor capacitance and the decrease in the amount of change in the sensor, and also in a noisy environment. An object of the present invention is to provide a capacitance detection device and a capacitance detection method that enable stable detection.

本発明の容量検出装置は、被検出容量に接続するためのスイッチング手段と、前記被検出容量に充電された電荷が分配される1つ又は複数の分配容量と、前記分配容量を初期化および電荷分配するための複数の電圧レベルを供給する電圧レベル供給手段と、前記分配容量に分配された電荷を電荷量として取り出すチャージアンプと、を具備したことを特徴とする。   The capacitance detection device of the present invention includes a switching means for connecting to the detected capacitor, one or more distribution capacitors to which the charge charged in the detected capacitor is distributed, and initializing and charging the distribution capacitor. Voltage level supply means for supplying a plurality of voltage levels for distribution, and a charge amplifier for taking out the charge distributed to the distribution capacitor as a charge amount are provided.

上記容量検出装置において、前記複数の分配容量に対して、前記被検出容量から電荷が相補的に逆極性の電荷量として分配されても良い。   In the capacitance detection device, a charge may be distributed as a charge amount having a reverse polarity from the detected capacitance to the plurality of distribution capacitors in a complementary manner.

また上記容量検出装置において、前記被検出容量がパルス供給源に接続された結合容量であっても良い。   In the capacitance detection device, the detected capacitance may be a coupling capacitance connected to a pulse supply source.

また上記容量検出装置において、前記チャージアンプは、シングルエンドまたは全差動である。
また上記容量検出装置において、前記複数の分配容量を複数グループに分けて、グループ間で初期化および電荷分配のタイミングと電荷量の取り出しタイミングとを異ならせて並列に動作させるパイプライン構成であってもよい。
In the capacitance detection device, the charge amplifier is single-ended or fully differential.
In the capacitance detection device, the plurality of distribution capacitors may be divided into a plurality of groups, and the operation may be performed in parallel with different timings of initialization and charge distribution and charge amount extraction timing between the groups. Also good.

また上記容量検出装置において、前記分配容量は、前記被検出容量の大きさに応じて大きさを可変できる機構を備えても良い。   In the capacity detection device, the distribution capacity may be provided with a mechanism capable of changing the size according to the size of the detected capacity.

また上記容量検出装置において、前記分配容量から無効電荷を差し引くための可変容量と、前記可変容量をパルス駆動するためのパルス駆動手段と、とを具備することができる。   The capacitance detection device may further include a variable capacitor for subtracting invalid charges from the distribution capacitor, and a pulse driving unit for driving the variable capacitor in pulses.

本発明の容量検出装置は、被検出容量を充電するための電圧レベルを所定周期で複数の電圧レベルに切り替えるとともに前記被検出容量への前記電圧レベルの供給の離断を行って充電動作を切り替える第1のスイッチと、前記被検出容量に充電された電荷が分配される複数の分配容量と、前記被検出容量の充電動作に合わせて前記複数の分配容量をそれぞれ複数の電圧レベルで初期化する第2のスイッチと、前記被検出容量から電荷が前記複数の分配容量に対して相補的に逆極性の電荷量として分配されるように前記第1及び第2のスイッチと共に前記被検出容量と前記各分配容量との間の接続を切り替える第3のスイッチと、前記分配容量に充電された電荷を電圧に変換するチャージアンプとを具備したことを特徴とする。   The capacity detecting device of the present invention switches the voltage level for charging the detected capacity to a plurality of voltage levels at a predetermined cycle and switches the charging operation by disconnecting the supply of the voltage level to the detected capacity. A first switch, a plurality of distribution capacitors to which charges charged in the detected capacitors are distributed, and the plurality of distribution capacitors are initialized at a plurality of voltage levels in accordance with the charging operation of the detected capacitors. The second capacitor and the first capacitor and the second switch together with the first capacitor and the second capacitor so that the charge is distributed as a charge amount having a reverse polarity to the plurality of distributed capacitors in a complementary manner. A third switch for switching the connection between the distribution capacitors and a charge amplifier for converting the charge charged in the distribution capacitors into a voltage are provided.

この構成によれば、分配動作により入力部からの低周波ノイズに対しては複数レベルの電圧を使った相補駆動のため外来ノイズ耐性を向上できる。また、被検出容量の電荷量をサンプリングするための時間を最小化でき、チャージアンプが電荷量を電圧に変換する動作時に被検出容量と直接接続されないので外来ノイズ耐性を大幅に向上できる。   According to this configuration, it is possible to improve the external noise resistance due to the complementary driving using a plurality of levels of voltage against the low frequency noise from the input unit by the distribution operation. Further, the time for sampling the charge amount of the detected capacitor can be minimized, and the external noise resistance can be greatly improved because the charge amplifier is not directly connected to the detected capacitor during the operation of converting the charge amount into voltage.

また本発明は、上記容量検出装置において、前記チャージアンプの後段に接続されたコンパレータの出力を論理出力とし、その論理出力を前記チャージアンプの入力にフィードバック容量を介して電荷量としてフィードバックすることでデルタシグマモジュレータを構成し、コンパレータの後段に接続されたディジタルフィルタでディジタル値に変換することを特徴とする。   According to the present invention, in the capacitance detection device, an output of a comparator connected to a subsequent stage of the charge amplifier is a logical output, and the logical output is fed back to the input of the charge amplifier as a charge amount via a feedback capacitor. A delta-sigma modulator is configured and converted to a digital value by a digital filter connected to a subsequent stage of the comparator.

この構成により、チャージアンプをADコンバータの構成の一部とすることでADコンバータを効率よく構成できる。またディジタルフィルタによる外来ノイズ抑制効果も併せ持つができる。   With this configuration, the AD converter can be efficiently configured by making the charge amplifier a part of the configuration of the AD converter. It can also have the effect of suppressing external noise by digital filters.

また、上記容量検出装置において、前記分配容量の大きさを、前記被検出容量に含まれ検出対象の近接検出に無効な固定電荷量の大きさに応じて可変できる機構としても良い。   In the capacitance detection device, the distribution capacitance may be variable according to the fixed charge amount that is included in the detected capacitance and is invalid for proximity detection of the detection target.

また、上記容量検出装置において、前記チャージアンプのフィードバック容量及びデルタシグマモジュレータのフィードバック容量は、検出対象の近接による検出容量の差の大きさ応じて可変できる機構が望ましい。   In the capacitance detection device, it is desirable that the charge amplifier feedback capacitance and the delta-sigma modulator feedback capacitance be variable according to the magnitude of the difference in detection capacitance due to the proximity of the detection target.

また、上記容量検出装置において、前記被検出容量が差動入力する構成としても良いし、差動入力とシングルエンド入力とを切替え可能な入力部を有する構成としても良い。   The capacitance detection device may have a configuration in which the detected capacitance is differentially input, or a configuration having an input unit capable of switching between a differential input and a single-ended input.

また、本発明の容量検出方法は、被検出容量を充電するための電圧レベルを所定周期で複数の電圧レベルに切り替えるとともに前記被検出容量への前記電圧レベルの供給の離断を行って充電動作を切り替える工程と、前記被検出容量に充電された電荷が分配される複数の分配容量を、前記被検出容量の充電動作に合わせて、それぞれ複数の電圧レベルで初期化する工程と、前記被検出容量から電荷が前記複数の分配容量に対して相補的に逆極性の電荷量として分配する工程と、前記分配容量に充電された電荷を電圧に変換する工程と、を具備したことを特徴とする。   Further, the capacity detection method of the present invention switches the voltage level for charging the detected capacitor to a plurality of voltage levels at a predetermined cycle, and disconnects the supply of the voltage level to the detected capacitor. Switching, a plurality of distribution capacitors to which charges charged in the detected capacitor are distributed, respectively, in accordance with a charging operation of the detected capacitor, respectively, at a plurality of voltage levels, and the detected And a step of distributing charge from the capacitor as a charge amount having a reverse polarity in a complementary manner to the plurality of distribution capacitors, and a step of converting the charge charged in the distribution capacitor into a voltage. .

また、本発明の容量検出方法は、被検出容量を第1の電圧レベルで充電する工程と、前記被検出容量に充電された電荷を所定の電圧レベルで初期化された第1の分配容量に分配する工程と、前記被検出容量を第2の電圧レベルで充電する工程と、前記被検出容量に充電された電荷を、前記第1の分配容量と容量が等しく前記第1の分配容量と異なる電圧レベルで初期化された第2の分配容量に、相補的に逆極性の電荷量として分配する工程と、前記第1の分配容量および前記第2の分配容量に充電された電荷を電圧に変換する工程と、を具備したことを特徴とする。   The capacity detection method of the present invention includes a step of charging the detected capacitor at a first voltage level, and a charge distributed to the detected capacitor is converted into a first distribution capacitor initialized at a predetermined voltage level. A step of distributing, a step of charging the detected capacitor at a second voltage level, and a charge charged in the detected capacitor being equal in capacity to the first distributed capacitor and different from the first distributed capacitor. Complementarily distributing a charge amount of opposite polarity to the second distribution capacitor initialized at the voltage level, and converting the charge charged in the first distribution capacitor and the second distribution capacitor into a voltage And a step of performing.

これらの容量検出方法により、ノイズの多い環境下でも安定な検出が可能となる。   These capacitance detection methods enable stable detection even in a noisy environment.

本発明によれば、微小な静電容量を検出するためにセンサ容量の固定容量成分の影響やセンサの変化量の減少を防止すると共に、ノイズの多い環境下においても安定な検出を可能にできる。   According to the present invention, it is possible to prevent the influence of the fixed capacitance component of the sensor capacitance and the decrease in the change amount of the sensor in order to detect a minute capacitance, and to enable stable detection even in a noisy environment. .

静電容量型のタッチセンサモジュールのブロック図である。It is a block diagram of a capacitive touch sensor module. 容量検出装置のブロック構成を示す図である。It is a figure which shows the block configuration of a capacity | capacitance detection apparatus. 外来ノイズをすべて指からのノイズとしたノイズ印加モデルの図である。It is a figure of the noise application model which made all the external noise the noise from a finger | toe. タッチセンサモジュールにおける3つの容量検出方式の概念図である。It is a conceptual diagram of three capacity | capacitance detection systems in a touch sensor module. 双極型のチョッピングフィルタの基本構成図である。It is a basic block diagram of a bipolar chopping filter. パイプライン化したチョッピングフィルタの構成図である。It is a block diagram of the chopping filter made into the pipeline. 図5に示す双極型のチョッピングフィルタを単極型のチョッピングフィルタに分離した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which isolate | separated the bipolar chopping filter shown in FIG. 5 into the single pole type chopping filter. チョッピングフィルタ(第1の極)に適用可能な4つの電荷転送方法を示す図である。It is a figure which shows four charge transfer methods applicable to a chopping filter (1st pole). 図8のチョッピングフィルタの動作タイミングおよび出力波形図である。FIG. 9 is an operation timing diagram and output waveform diagram of the chopping filter of FIG. 8. 双極型のチョッピングフィルタに適用可能な4つの電荷転送方法を示す図である。It is a figure which shows four charge transfer methods applicable to a bipolar chopping filter. 図10のチョッピングフィルタの動作タイミングおよび出力波形図である。FIG. 11 is an operation timing diagram and output waveform diagram of the chopping filter of FIG. 10. 分配容量初期化電圧が1レベルである双極型のチョッピングフィルタの構成例および電荷転送方法を示す図である。It is a figure which shows the structural example and charge transfer method of a bipolar type chopping filter whose distribution capacity initialization voltage is 1 level. 図12のチョッピングフィルタの動作タイミングおよび出力波形図である。FIG. 13 is an operation timing diagram and output waveform diagram of the chopping filter of FIG. 12. 外部電極パルスを用いて電荷転送する相互容量検出方式のチョッピングフィルタの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the chopping filter of a mutual capacitance detection system which transfers an electric charge using an external electrode pulse. 図14のチョッピングフィルタの動作タイミングおよび出力波形図である。FIG. 15 is an operation timing diagram and output waveform diagram of the chopping filter of FIG. 14. 外部電極パルスおよび内部パルスを用いて電荷転送する相互容量検出方式のチョッピングフィルタの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the chopping filter of a mutual capacitance detection system which transfers an electric charge using an external electrode pulse and an internal pulse. 図16(a)(b)(c)のチョッピングフィルタの動作タイミングおよび出力波形図である。It is an operation | movement timing and output waveform figure of a chopping filter of Fig.16 (a) (b) (c). 図16(d)(e)(f)のチョッピングフィルタの動作タイミングおよび出力波形図である。It is an operation | movement timing and output waveform figure of the chopping filter of FIG.16 (d) (e) (f). 外部電極パルスを用いて電荷転送する差動型相互容量検出方式のチョッピングフィルタの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the chopping filter of the differential type | mold mutual capacitance detection system which transfers an electric charge using an external electrode pulse. 図18のチョッピングフィルタの動作タイミングおよび出力波形図である。FIG. 19 is an operation timing diagram and output waveform diagram of the chopping filter of FIG. 18. 外部電極パルスを用いて電荷転送する差動型相互容量検出方式の他のチョッピングフィルタの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the other chopping filter of the differential type | mold mutual capacitance detection system which transfers an electric charge using an external electrode pulse. 図20のチョッピングフィルタの動作タイミングおよび出力波形図である。FIG. 21 is an operation timing diagram and output waveform diagram of the chopping filter of FIG. 20. 外部電極パルスおよび内部パルスである転送パルスを用いて電荷転送する差動型相互容量検出方式のチョッピングフィルタの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the chopping filter of the differential type | mold mutual capacitance detection system which transfers an electric charge using the transfer pulse which is an external electrode pulse and an internal pulse. 外部電極パルスおよび内部パルスである転送パルスを用いて電荷転送する差動型相互容量検出方式のチョッピングフィルタの他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the chopping filter of a differential type | mold mutual capacitance detection system which transfers an electric charge using the transfer pulse which is an external electrode pulse and an internal pulse. 図22A,図22Bのチョッピングフィルタの動作タイミングおよび出力波形図である。It is an operation | movement timing and output waveform figure of the chopping filter of FIG. 22A and 22B. 外部電極パルスおよび内部パルスを用いて電荷転送する差動型相互容量検出方式のチョッピングフィルタの他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the chopping filter of the differential type | mold mutual capacitance detection system which transfers an electric charge using an external electrode pulse and an internal pulse. 外部電極パルスおよび内部パルスを用いて電荷転送する差動型相互容量検出方式のチョッピングフィルタの他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the chopping filter of the differential type | mold mutual capacitance detection system which transfers an electric charge using an external electrode pulse and an internal pulse. 図24A,図24Bのチョッピングフィルタの動作タイミングおよび出力波形図である。It is an operation | movement timing and output waveform figure of the chopping filter of FIG. 24A and FIG. 24B. シングルエンドのチョッピングフィルタに対応した後段回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the back | latter stage circuit corresponding to a single end chopping filter. 全差動のチョッピングフィルタに対応した後段回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the back | latter stage circuit corresponding to a fully differential chopping filter. 第1の実施例に係る容量検出装置の具体的な回路構成図である。It is a specific circuit block diagram of the capacity | capacitance detection apparatus which concerns on a 1st Example. 第1の実施例に係る容量検出装置のタイミングチャートである。It is a timing chart of the capacity | capacitance detection apparatus which concerns on a 1st Example. 可変容量の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a variable capacity | capacitance. 第2の実施例に係る容量検出装置の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the capacity | capacitance detection apparatus which concerns on a 2nd Example. クロスポイントスイッチの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a crosspoint switch. 第2の実施例における1回の積分シーケンスのタイミングチャートである。It is a timing chart of one integration sequence in the 2nd example. 第2の実施例における複数回の積分シーケンスの全体シーケンスであり全差動アンプ出力の出力波形を対応させて示した図である。It is the whole sequence of the integration sequence of the multiple times in the 2nd example, and is the figure which matched and showed the output waveform of the fully differential amplifier output. ノイズ環境評価データを示す図である。It is a figure which shows noise environment evaluation data. 第2の実施例の変形例の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the modification of a 2nd Example. 第3の実施例に係る容量検出装置の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the capacity | capacitance detection apparatus which concerns on a 3rd Example. 第3の実施例における1回の積分シーケンスのタイミングチャートである。It is a timing chart of one integration sequence in the 3rd example. 第3の実施例における複数回の積分シーケンスの全体シーケンスであり全差動アンプ出力の出力波形を対応させて示した図である。It is the whole sequence of the integration sequence of multiple times in the 3rd example, and is the figure showing correspondingly the output waveform of the fully differential amplifier output. 第2及び第3の実施例を組み合わせたチョッピングフィルタ部分の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the chopping filter part which combined the 2nd and 3rd Example. 第4の実施例の容量検出回路の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the capacity | capacitance detection circuit of a 4th Example. 第4の実施例の容量検出回路の全体シーケンスである。It is a whole sequence of the capacity | capacitance detection circuit of a 4th Example. 特許文献1記載の容量検出装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the capacity | capacitance detection apparatus of patent document 1. 固定容量素子Csの端子間電位であるVsの時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of Vs which is the electric potential between terminals of the fixed capacitance element Cs. 電圧Vsと比較電圧Vrefとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the voltage Vs and the comparison voltage Vref. 特許文献2記載の容量検出装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the capacity | capacitance detection apparatus of patent document 2. FIG. 特許文献2記載の容量検出装置の出力波形図である。10 is an output waveform diagram of the capacity detection device described in Patent Document 2. FIG. 特許文献2記載の容量検出装置での容量値の違いによる出力波形の違いを示す図である。It is a figure which shows the difference in an output waveform by the difference in the capacitance value in the capacity | capacitance detection apparatus of patent document 2. FIG.

以下、本発明の実施例について添付図面を参照して詳細に説明する。
図1に静電容量型のタッチセンサモジュールのブロック図を示す。一般的に容量センサモジュールは導体で構成されたセンサ部101、容量を電気信号に変換する容量検出回路102と、得られた電気信号をホスト側に伝達する制御部103とから構成される。センサ部101においては、近接する指の容量Cfがセンサ部101の寄生的なセンサ容量Csと基準電位(GND)に対して並列接続になることで静電容量の大きさが変化し、それを容量検出回路102で電気信号に変換する。なお、指(人)と基準電位(GND)との容量値はおおむね100pF以上であり指の容量Cf(0.01pF〜3pF)に対して直列容量として考えると無視できる大きさである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a capacitive touch sensor module. In general, a capacitance sensor module includes a sensor unit 101 formed of a conductor, a capacitance detection circuit 102 that converts a capacitance into an electric signal, and a control unit 103 that transmits the obtained electric signal to the host side. In the sensor unit 101, the capacitance Cf of the adjacent finger is connected in parallel to the parasitic sensor capacitance Cs of the sensor unit 101 and the reference potential (GND), so that the capacitance changes. The capacitance detection circuit 102 converts the electric signal. Note that the capacitance value between the finger (person) and the reference potential (GND) is approximately 100 pF or more, which is negligible when considered as a series capacitance with respect to the finger capacitance Cf (0.01 pF to 3 pF).

図2は図1の静電容量型タッチセンサモジュールにおける容量検出回路102に適用可能な容量検出装置の全体構成を示す図である。同図に示す容量検出装置は、低周波数の外来ノイズを高周波数に変換すると共にノイズ振幅を縮小するように機能するチョッピングフィルタ11、チョッピングフィルタ11から転送される電荷からオフセットを除去するベース電荷量キャンセル機構12、デルタシグマモジュレータとして機能する積分器13、積分器13の出力するコンパレータ出力(2ビットのビットストリーム)を取り込んでフィルタリング処理により多ビットのディジタル信号に変換するディジタルフィルタ14を備えている。チョッピングフィルタ11は、センサ部101から被検出容量を電荷量に変換して取り込む。ベース電荷量キャンセル機構12は、本来検出対象外である容量をオフセットとしてキャンセルする。積分器13は、得られた電気信号(電荷量)を積分しながら被検出容量に対応する電荷量を増幅するチャージアンプとして機能すると共に、ADコンバータ機能の一部を担うためにデルタシグマモジュレータとして動作する。ディジタルフィルタ14は、2値のビットストリームから被検出容量に対応するディジタル値を出力すると共に、フィルタ機能(LPF)により外来ノイズの抑制にも寄与する。   FIG. 2 is a diagram showing an overall configuration of a capacitance detection device applicable to the capacitance detection circuit 102 in the capacitive touch sensor module of FIG. The capacitance detection device shown in FIG. 1 converts a low-frequency external noise into a high frequency and functions to reduce noise amplitude, and a base charge amount that removes an offset from charges transferred from the chopping filter 11. A cancel mechanism 12, an integrator 13 functioning as a delta-sigma modulator, and a digital filter 14 that takes in a comparator output (2-bit bit stream) output from the integrator 13 and converts it into a multi-bit digital signal by filtering processing are provided. . The chopping filter 11 takes in the detected capacitance from the sensor unit 101 by converting it into a charge amount. The base charge amount cancellation mechanism 12 cancels the capacitance that is not originally detected as an offset. The integrator 13 functions as a charge amplifier that amplifies the charge amount corresponding to the detected capacitance while integrating the obtained electrical signal (charge amount), and also serves as a delta sigma modulator to take part of the AD converter function. Operate. The digital filter 14 outputs a digital value corresponding to the detected capacitance from the binary bit stream, and contributes to suppression of external noise by a filter function (LPF).

かかる容量検出装置において、外来ノイズは、容量検出装置の電源、センサ電極への電磁波、指(人体)からの印加が考えられるが、図3のようにすべて指からの印加に置き換えて考えても差し支えない。   In such a capacitance detection device, external noise may be applied from the power source of the capacitance detection device, electromagnetic waves to the sensor electrode, and finger (human body), but may be all replaced with application from the finger as shown in FIG. There is no problem.

図4(a)(b)(c)はタッチセンサモジュールにおける3つの容量検出方式の概念図を示しており、同図(a)は自己容量検出方式、同図(b)は相互容量検出方式、同図(c)は差動型相互容量検出方式を示している。図4(a)に示す自己容量検出方式は、自己容量(センサ電極とGND間容量)を検出対象とする。図4(b)に示す相互容量検出方式は、2つのセンサ電極間に形成される相互容量を検出対象とする。図4(c)に示す差動型相互容量検出方式は、基準電極と2つのセンサ電極の間に形成される相互容量の差として定義される容量を検出対象とする。   4A, 4B, and 4C are conceptual diagrams of three capacitance detection methods in the touch sensor module. FIG. 4A is a self-capacitance detection method, and FIG. 4B is a mutual capacitance detection method. FIG. 5C shows a differential mutual capacitance detection system. In the self-capacitance detection method shown in FIG. 4A, the self-capacitance (capacitance between the sensor electrode and GND) is a detection target. In the mutual capacitance detection method shown in FIG. 4B, a mutual capacitance formed between two sensor electrodes is a detection target. In the differential mutual capacitance detection method shown in FIG. 4C, a capacitance defined as a difference between mutual capacitances formed between a reference electrode and two sensor electrodes is a detection target.

次にチョッピングフィルタ11の基本構成について説明する。
まず、自己容量検出方式(図4(a))のチョッピングフィルタ11について説明する。
図5は双極のチョッピングフィルタ構成を示している。
図4(a)に示す自己容量検出方式では、指とセンサ電極との間に容量Cfが形成され、センサ電極とグランド(GND)との間に容量Cbが形成される。センサ電極とグランド(GND)間の容量Cbがセンサ容量となる。センサ電極がスイッチSW1を介して第1固定電圧Vddに接続され、スイッチSW2を介して第2固定電圧(グランド)に接続される。スイッチSW1,2はセンサ容量Cb及び指容量Cfからなる被検出容量を充電するための第1のスイッチを構成する。また、指容量Cfとセンサ容量Cbとを形成するセンサ電極が、スイッチSW3を介して分配容量Cdp1に接続される一方、スイッチSW4を介して分配容量Cdn1に接続される。スイッチSW3及びSW4は、指容量Cfとセンサ容量Csの電荷を分配容量Cdp、Cdnへ転送するための第3のスイッチを構成する。分配容量Cdp1の両端子間はスイッチSW5で短絡可能であり、分配容量Cdn1はスイッチSW6を介して接地可能である。スイッチSW2,SW5及びSW6は、センサ容量(Cf,Cb)、分配容量Cdp1、Cdn1を初期化する第2のスイッチを構成する。スイッチSW7及びSW8は分配容量Cdp1、Cdn1の電荷を差分電荷信号として後段に転送するためのスイッチである。スイッチSW7及びSW8を介して後段に接続されるベース電荷量キャンセル機構12及び積分器13(以下、後段回路という)に接続される。
Next, the basic configuration of the chopping filter 11 will be described.
First, the chopping filter 11 of the self-capacitance detection method (FIG. 4A) will be described.
FIG. 5 shows a bipolar chopping filter configuration.
In the self-capacitance detection method shown in FIG. 4A, a capacitor Cf is formed between the finger and the sensor electrode, and a capacitor Cb is formed between the sensor electrode and the ground (GND). The capacitance Cb between the sensor electrode and the ground (GND) is the sensor capacitance. The sensor electrode is connected to the first fixed voltage Vdd via the switch SW1, and is connected to the second fixed voltage (ground) via the switch SW2. The switches SW1 and SW2 constitute a first switch for charging the detected capacitance including the sensor capacitance Cb and the finger capacitance Cf. The sensor electrodes forming the finger capacitance Cf and the sensor capacitance Cb are connected to the distribution capacitance Cdp1 through the switch SW3, and are connected to the distribution capacitance Cdn1 through the switch SW4. The switches SW3 and SW4 constitute a third switch for transferring the charges of the finger capacitor Cf and the sensor capacitor Cs to the distribution capacitors Cdp and Cdn. Both terminals of the distribution capacitor Cdp1 can be short-circuited by the switch SW5, and the distribution capacitor Cdn1 can be grounded via the switch SW6. The switches SW2, SW5, and SW6 constitute a second switch that initializes the sensor capacitance (Cf, Cb) and the distribution capacitances Cdp1, Cdn1. The switches SW7 and SW8 are switches for transferring the charges of the distribution capacitors Cdp1 and Cdn1 to the subsequent stage as differential charge signals. The switches are connected to a base charge amount cancellation mechanism 12 and an integrator 13 (hereinafter referred to as a post-stage circuit) connected to the subsequent stage via switches SW7 and SW8.

図6は、図5に示す双極のチョッピングフィルタのパイプライン構成を示している。一方の極側には、スイッチSW3aを介して接続された分配容量Cdp1と並列に、スイッチSW3bを介して分配容量Cdp2を接続している。分配容量Cdp2にはリセット用のスイッチSW5bが接続されている。他方の極側には、スイッチSW4aを介して接続された分配容量Cdn1と並列に、スイッチSW4bを介して分配容量Cdn2を接続している。分配容量Cdn2にはリセット用のスイッチSW6bが接続されている。分配容量Cdp1、Cdn1を後段回路へ転送するタイミングではスイッチSW7a及びSW8aを閉じて後段回路へ接続し、分配容量Cdp2、Cdn2を後段回路へ転送するタイミングではスイッチSW7b及びSW8bを閉じて後段回路へ接続する。パイプライン構成をしたチョッピングフィルタタイミングの詳細については後述する。   FIG. 6 shows a pipeline configuration of the bipolar chopping filter shown in FIG. On one pole side, a distribution capacitor Cdp2 is connected via a switch SW3b in parallel with the distribution capacitor Cdp1 connected via a switch SW3a. A reset switch SW5b is connected to the distribution capacitor Cdp2. On the other pole side, the distribution capacitor Cdn2 is connected via the switch SW4b in parallel with the distribution capacitor Cdn1 connected via the switch SW4a. A reset switch SW6b is connected to the distribution capacitor Cdn2. At the timing when the distribution capacitors Cdp1 and Cdn1 are transferred to the subsequent circuit, the switches SW7a and SW8a are closed and connected to the subsequent circuit. At the timing when the distribution capacitors Cdp2 and Cdn2 are transferred to the subsequent circuit, the switches SW7b and SW8b are closed and connected to the subsequent circuit. To do. Details of the timing of the chopping filter having the pipeline configuration will be described later.

次に、図4(a)に示す自己容量検出方式のチョッピングフィルタの構成例について具体的に説明する。
図7は、図5に示す双極型のチョッピングフィルタを単極型のチョッピングフィルタに分離した状態を示している。図7(b)は負側(第1の極)のチョッピングフィルタ構成を示しており、図7(c)は正側(第2の極)のチョッピングフィルタ構成を示している。本発明は図7(b)(c)に示すいずれの単極チョッピングフィルタであっても用いることができる。
Next, a configuration example of the self-capacitance detection type chopping filter shown in FIG.
FIG. 7 shows a state where the bipolar chopping filter shown in FIG. 5 is separated into a single pole chopping filter. FIG. 7B shows a chopping filter configuration on the negative side (first pole), and FIG. 7C shows a chopping filter configuration on the positive side (second pole). The present invention can be used with any single pole chopping filter shown in FIGS.

図8は、チョッピングフィルタ(第1の極)に適用可能な電荷転送方法として、4つの電荷転送方法を示している。図8(a)に示すチョッピングフィルタは、スイッチSW1,4,6のオン/オフで電荷転送する。図9(a)には図8(a)のチョッピングフィルタ(スイッチ方式)の動作タイミング図が示されている。スイッチSW1,6をオンし、スイッチSW4をオフして、容量Csを固定電圧Vccまで充電するとともに、分配容量Cdn1をリセットする。この時点で第1の極側の出力S_NはGND電位である。スイッチSW1,6をオフした後、スイッチSW4をオンすることにより容量Csから分配容量Cdn1へ電荷が転送されて出力S_Nが上昇する。   FIG. 8 shows four charge transfer methods as charge transfer methods applicable to the chopping filter (first pole). The chopping filter shown in FIG. 8A transfers charges when the switches SW1, 4, 6 are turned on / off. FIG. 9A shows an operation timing chart of the chopping filter (switch method) of FIG. The switches SW1 and SW6 are turned on, the switch SW4 is turned off, the capacitor Cs is charged to the fixed voltage Vcc, and the distribution capacitor Cdn1 is reset. At this time, the output S_N on the first pole side is at the GND potential. After turning off the switches SW1 and 6, turning on the switch SW4 transfers charges from the capacitor Cs to the distribution capacitor Cdn1, and the output S_N rises.

図8(b)から(d)は図8(a)のチョッピングフィルタと同一機能を有するチョッピングフィルタの構成例であり、分配容量Cdn1に転送パルスDRVを印加して電荷転送する。図8(b)から(d)は図8(a)のチョッピングフィルタにおける分配容量Cdn1のリセット用のスイッチSW6の代わりに分配容量Cdn1のGND側に転送パルスDRVを印加している。図9(b)には図8(b)から(d)のチョッピングフィルタ(内部パルス方式)の動作タイミング図が示されている。スイッチSW1,4をオンし転送パルスDRVを立ち上げることにより、分配容量Cdn1が充電されてチョッピングフィルタ出力S_Nが固定電圧Vddまで上昇する。その後、SW1をオフし、転送パルスDRVを立ち下げると、転送パルスDRVの立ち下げに同期してチョッピングフィルタ出力S_Nが所定レベルまで下降して安定する。   FIGS. 8B to 8D are configuration examples of a chopping filter having the same function as the chopping filter of FIG. 8A, and charge transfer is performed by applying a transfer pulse DRV to the distribution capacitor Cdn1. 8B to 8D, the transfer pulse DRV is applied to the GND side of the distribution capacitor Cdn1 instead of the switch SW6 for resetting the distribution capacitor Cdn1 in the chopping filter of FIG. 8A. FIG. 9B shows an operation timing chart of the chopping filter (internal pulse method) of FIGS. 8B to 8D. By turning on the switches SW1 and SW4 and raising the transfer pulse DRV, the distribution capacitor Cdn1 is charged and the chopping filter output S_N rises to the fixed voltage Vdd. Thereafter, when SW1 is turned off and the transfer pulse DRV falls, the chopping filter output S_N falls to a predetermined level and stabilizes in synchronization with the fall of the transfer pulse DRV.

後段の積分器13において、チョッピングフィルタ出力S_Nと基準電圧VREFとの差分の電圧を電荷量として検出する。   In the subsequent integrator 13, the voltage difference between the chopping filter output S_N and the reference voltage VREF is detected as a charge amount.

図10(a)から(d)は双極型のチョッピングフィルタに適用可能な4つの電荷転送方法を示している。
図10(a)に示す双極型のチョッピングフィルタは、図5に示すチョッピングフィルタ構成であり、分配容量Cdp1の容量に応じた電圧が第2の極のチョッピングフィルタS_Pとなり、分配容量Cdn1の容量に応じた電圧が第1の極のチョッピングフィルタS_Nとなる。同図中、分配容量Cdp1の一方の電極に固定電圧Vddが印加され、分配容量Cdn1の一方の電極がグランド電位に保持されているが、直流電位(固定電位)であればどの電位であっても同じ機能を得ることができる(図中に丸囲みで示す部分であり、他の図面においても同じ意味を示す)。
FIGS. 10A to 10D show four charge transfer methods applicable to a bipolar chopping filter.
The bipolar chopping filter shown in FIG. 10 (a) has the chopping filter configuration shown in FIG. 5, and the voltage according to the capacity of the distribution capacitor Cdp1 becomes the second pole chopping filter S_P. The corresponding voltage is the first pole chopping filter S_N. In the figure, a fixed voltage Vdd is applied to one electrode of the distribution capacitor Cdp1, and one electrode of the distribution capacitor Cdn1 is held at the ground potential. Can also obtain the same function (the part indicated by a circle in the figure and the same meaning in other drawings).

図10(b)に示す双極型のチョッピングフィルタは、分配容量Cdp1およびCdn1のリセット用のスイッチSW5,SW6を排除して、第1の極の分配容量Cdn1に対して固定電位に代えて転送パルスDRV_Nを印加し、第2の極の分配容量Cdp1に対して固定電位に代えて転送パルスDRV_Pを印加するようにしている。   The bipolar chopping filter shown in FIG. 10 (b) eliminates the switches SW5 and SW6 for resetting the distribution capacitors Cdp1 and Cdn1, and transfers a transfer pulse to the first pole distribution capacitor Cdn1 instead of a fixed potential. DRV_N is applied, and a transfer pulse DRV_P is applied to the distribution capacitor Cdp1 of the second pole instead of the fixed potential.

図10(c)に示す双極型のチョッピングフィルタは、分配容量Cdp1およびCdn1のリセット用のスイッチSW5,SW6を排除して、第1の極の分配容量Cdn1に対して固定電位に代えて転送パルスDRV_Nを印加し、第2の極の分配容量Cdp1に対して固定電位に代えて転送パルスDRV_Pを印加するようにしている。さらに、分配容量Cdn1の一方の電極はスイッチSW1を介して固定電圧Vddに接続し、分配容量Cdp1の一方の電極はスイッチSW2を介してグランドに接続している。   The bipolar chopping filter shown in FIG. 10 (c) eliminates the switches SW5 and SW6 for resetting the distribution capacitors Cdp1 and Cdn1, and transfers a transfer pulse instead of a fixed potential to the first capacitor distribution capacitor Cdn1. DRV_N is applied, and a transfer pulse DRV_P is applied to the distribution capacitor Cdp1 of the second pole instead of the fixed potential. Furthermore, one electrode of the distribution capacitor Cdn1 is connected to the fixed voltage Vdd via the switch SW1, and one electrode of the distribution capacitor Cdp1 is connected to the ground via the switch SW2.

図10(d)に示す双極型のチョッピングフィルタは、分配容量Cdp1およびCdn1に対するリセット用のスイッチSW5,SW6を除去し、第1の極の分配容量Cdn1に対して固定電位に代えて転送パルスDRV_Nを印加し、第2の極の分配容量Cdp1に対して固定電位に代えて転送パルスDRV_Pを印加するようにしている。さらに、分配容量Cdn1の両端間にスイッチSW1を接続し、分配容量Cdp1の両端間にスイッチSW2を接続している。   The bipolar chopping filter shown in FIG. 10D removes the reset switches SW5 and SW6 for the distribution capacitors Cdp1 and Cdn1, and transfers the transfer pulse DRV_N instead of the fixed potential for the first distribution capacitor Cdn1. And the transfer pulse DRV_P is applied to the distribution capacitor Cdp1 of the second pole instead of the fixed potential. Further, a switch SW1 is connected between both ends of the distribution capacitor Cdn1, and a switch SW2 is connected between both ends of the distribution capacitor Cdp1.

図11(a)は、図10(a)に示す双極型のチョッピングフィルタの動作内容を示すタイミング図である。スイッチSW1,SW6だけをオンして、センサ容量Csを固定電圧Vddまで充電する一方で、第1の極の分配容量Cdn1をリセットする。スイッチSW1,SW6をオフすると共にスイッチSW4をオンする。これにより、センサ容量Csと分配容量Cdn1とが並列接続され、合成容量に対応した電圧が第1の極側のチョッピングフィルタ出力S_Nとなる。図11(a)に示すように、第1の極側のチョッピングフィルタ出力S_Nはグランド電位から合成容量に対応した電圧まで上昇する。チョッピングフィルタ出力S_Nが安定するタイミングでスイッチSW4をオフする。次に、スイッチSW2,SW5をオンする。これにより、センサ容量Csがリセットされ、第2の極の分配容量Cdp1がリセットされる。スイッチSW2,SW5をオフした後、スイッチSW3をオンすることにより、固定電位とグランド間に分配容量Cdp1とセンサ容量Csが直列接続され、その合成容量に対応した電圧が第2の極側のチョッピングフィルタ出力S_Pとなる。図11(a)に示すように、第2の極側のチョッピングフィルタ出力S_Pは固定電位Vddから合成容量に対応した電圧まで下降する。チョッピングフィルタ出力S_NとS_Pとの電位差を後段のチャージアンプで検出する。出力S_NとS_Pとの電位差は、Cs>Cdp1,Cdn1において、Csが大きいほど電位差は大きくなる。   FIG. 11A is a timing chart showing the operation content of the bipolar chopping filter shown in FIG. Only the switches SW1 and SW6 are turned on to charge the sensor capacitance Cs to the fixed voltage Vdd, while resetting the distribution capacitance Cdn1 of the first pole. The switches SW1 and SW6 are turned off and the switch SW4 is turned on. As a result, the sensor capacitor Cs and the distribution capacitor Cdn1 are connected in parallel, and the voltage corresponding to the combined capacitor becomes the first pole-side chopping filter output S_N. As shown in FIG. 11A, the first pole-side chopping filter output S_N rises from the ground potential to a voltage corresponding to the combined capacitance. The switch SW4 is turned off at the timing when the chopping filter output S_N becomes stable. Next, the switches SW2 and SW5 are turned on. Thereby, the sensor capacitance Cs is reset, and the distribution capacitance Cdp1 of the second pole is reset. By turning on the switch SW3 after turning off the switches SW2 and SW5, the distribution capacitor Cdp1 and the sensor capacitor Cs are connected in series between the fixed potential and the ground, and the voltage corresponding to the combined capacitance is chopped on the second pole side. Filter output S_P. As shown in FIG. 11A, the chopping filter output S_P on the second pole side drops from the fixed potential Vdd to a voltage corresponding to the combined capacitance. The potential difference between the chopping filter outputs S_N and S_P is detected by the charge amplifier at the subsequent stage. The potential difference between the outputs S_N and S_P is such that Cs> Cdp1, Cdn1 and Cs increases, the potential difference increases.

図11(b)は、図10(b)から(d)に示す双極型のチョッピングフィルタの動作内容を示すタイミング図である。スイッチSW1,SW4だけをオンし、転送パルスDRV_N,DRV_Pをハイレベルにする。これにより、第1の極側は、転送パルスDRV_Nがハイレベルの間はチョッピングフィルタ出力S_Nが固定電圧Vddとなる。その後、固定電位Vdd(又は転送パルスDRV_N)と接続するスイッチSW1をオフしてセンサ容量Csと分配容量Cdn1を並列接続し、転送パルスDRV_Nをローレベルにすることで、チョッピングフィルタ出力S_Nがセンサ容量Csの電荷量に対応した電圧まで低下して安定する。次に、スイッチSW4をオフして第1の極側を切り離した後、スイッチSW2をオンしてセンサ容量Csをリセットし、スイッチSW3をオンしてセンサ容量Csと分配容量Cdp1を接続するとともに分配容量Cdp1をグランド(又はDRV_Pのハイレベル)に接続する。さらに転送パルスDRV_Pをローレベルにする。これにより、第2の極側は、転送パルスDRV_Pがローレベルの間はチョッピングフィルタ出力S_Pがグランド電位となる。そして、スイッチSW2をオフし、転送パルスDRV_Pをハイレベルにすると、センサ容量Csと分配容量Cdp1が並列接続して、チョッピングフィルタ出力S_Pがセンサ容量Csの電荷量に対応した電圧まで上昇して安定する。出力S_NとS_Pとの電位差は、Cs>Cdp1,Cdn1において、Csが大きいほど電位差は大きくなる。   FIG. 11B is a timing chart showing the operation content of the bipolar chopping filter shown in FIGS. 10B to 10D. Only the switches SW1 and SW4 are turned on to set the transfer pulses DRV_N and DRV_P to high level. Thereby, on the first pole side, the chopping filter output S_N becomes the fixed voltage Vdd while the transfer pulse DRV_N is at the high level. After that, the switch SW1 connected to the fixed potential Vdd (or transfer pulse DRV_N) is turned off to connect the sensor capacitor Cs and the distribution capacitor Cdn1 in parallel, and the transfer pulse DRV_N is set to the low level, so that the chopping filter output S_N becomes the sensor capacitor. The voltage drops to a voltage corresponding to the charge amount of Cs and stabilizes. Next, switch SW4 is turned off to disconnect the first pole side, switch SW2 is turned on to reset sensor capacitance Cs, switch SW3 is turned on to connect sensor capacitance Cs and distribution capacitance Cdp1, and to distribute The capacitor Cdp1 is connected to the ground (or the high level of DRV_P). Further, the transfer pulse DRV_P is set to low level. Thereby, on the second pole side, the chopping filter output S_P becomes the ground potential while the transfer pulse DRV_P is at the low level. When the switch SW2 is turned off and the transfer pulse DRV_P is set to the high level, the sensor capacitor Cs and the distribution capacitor Cdp1 are connected in parallel, and the chopping filter output S_P rises to a voltage corresponding to the charge amount of the sensor capacitor Cs and is stable. To do. The potential difference between the outputs S_N and S_P is such that Cs> Cdp1, Cdn1 and Cs increases, the potential difference increases.

図12(a)(b)(c)は分配容量の初期化電圧に1つの基準電圧VREFを用いる双極型のチョッピングフィルタの構成例および電荷転送方法を示している。同図(a)(b)(c)に示すチョッピングフィルタは、構成の一部が異なるが、機能及び動作(チョッピングフィルタ出力)は同じである。図10に示すチョッピングフィルタではセンサ容量Csをグランド電位にするためにスイッチSW2が設けられていたが、図12(a)に示すチョッピングフィルタは、初期化電圧が基準電圧VREFの1レベルだけであるので、スイッチSW2が削除されている。   12A, 12B, and 12C show a configuration example of a bipolar chopping filter and a charge transfer method using one reference voltage VREF as an initialization voltage of a distribution capacitor. The chopping filters shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C are partially different in configuration, but have the same function and operation (chopping filter output). In the chopping filter shown in FIG. 10, the switch SW2 is provided in order to set the sensor capacitance Cs to the ground potential. However, in the chopping filter shown in FIG. 12A, the initialization voltage is only one level of the reference voltage VREF. So switch SW2 has been deleted.

図12(a)に示すチョッピングフィルタは、センサ容量Csの一方の電極にスイッチSW1を介して基準電圧VREFが印加され、スイッチSW3,4を介して並列に分配容量Cdp1,Cdn1が接続されている。分配容量Cdp1,Cdn1には転送パルスDRV_P,DRV_Nが印加される。   In the chopping filter shown in FIG. 12A, the reference voltage VREF is applied to one electrode of the sensor capacitor Cs via the switch SW1, and the distribution capacitors Cdp1, Cdn1 are connected in parallel via the switch SW3,4. . Transfer pulses DRV_P and DRV_N are applied to the distribution capacitors Cdp1 and Cdn1.

図12(b)に示すチョッピングフィルタは、センサ容量Csを分配容量Cdp1に接続するスイッチSW3の後段側でスイッチSW1を介して基準電圧VREFに接続され、同様にセンサ容量Csを分配容量Cdn1に接続するスイッチSW4の後段側でスイッチSW2を介して基準電圧VREFに接続されている。分配容量Cdp1,Cdn1には転送パルスDRV_P,DRV_Nが印加される。   The chopping filter shown in FIG. 12B is connected to the reference voltage VREF via the switch SW1 on the rear side of the switch SW3 that connects the sensor capacitor Cs to the distribution capacitor Cdp1, and similarly connects the sensor capacitor Cs to the distribution capacitor Cdn1. The switch SW4 is connected to the reference voltage VREF via the switch SW2 on the subsequent stage side. Transfer pulses DRV_P and DRV_N are applied to the distribution capacitors Cdp1 and Cdn1.

図12(c)に示すチョッピングフィルタは、センサ容量Csに対してスイッチSW3,4を介して並列に分配容量Cdp1,Cdn1が接続されている。分配容量Cdp1の両端間にスイッチSW1が接続され、分配容量Cdn1の両端間にスイッチSW2が接続されている。分配容量Cdp1に対して印加される転送パルスDRV_Pは、ローレベル電位が基準電圧VREFであり、分配容量Cdn1に対して印加される転送パルスDRV_Nは、ハイレベル電位が基準電圧VREFである。   In the chopping filter shown in FIG. 12C, the distribution capacitors Cdp1 and Cdn1 are connected in parallel to the sensor capacitor Cs via the switches SW3 and SW4. A switch SW1 is connected between both ends of the distribution capacitor Cdp1, and a switch SW2 is connected between both ends of the distribution capacitor Cdn1. The transfer pulse DRV_P applied to the distribution capacitor Cdp1 has a low level potential of the reference voltage VREF, and the transfer pulse DRV_N applied to the distribution capacitor Cdn1 has a high level potential of the reference voltage VREF.

図13(a)は図12(a)(b)に示すチョッピングフィルタ動作内容を示すタイミング図である。図12(a)に示すチョッピングフィルタの場合、スイッチSW1およびSW4をオンしてセンサ容量Csおよび分配容量Cdn1の一方の電極に基準電圧VREFを印加すると共に、分配容量Cdn1の他方の電極に印加する転送パルスDRV_Nをハイレベルにする。これにより、第1の極側のチョッピングフィルタ出力S_Nは基準電圧VREFとなる。その後にスイッチSW1をオフした後、転送パルスDRV_Nをローレベルにすることで、チョッピングフィルタ出力S_Nがセンサ容量Csに対応した電位まで低下して安定する。次に、スイッチSW4をオフして第1の極側を切り離した後、スイッチSW3をオンして第2の極側をセンサ容量Csに接続すると共にスイッチSW1をオンして分配容量Cdp1の一方の電極に基準電圧VREFを印加する。このとき、分配容量Cdp1の他方の電極に印加する転送パルスDRV_Pはローレベルにしておく。この時、第2の極側のチョッピングフィルタ出力S_Pは基準電圧VREFとなる。その後、スイッチSW1をオフした後、転送パルスDRV_Pをハイレベルに切り替えることで、チョッピングフィルタ出力S_Pがセンサ容量Csに対応した電位まで上昇して安定する。出力S_NとS_Pとの電位差は、Csが大きいほど小さくなる。   FIG. 13A is a timing chart showing the operation contents of the chopping filter shown in FIGS. In the case of the chopping filter shown in FIG. 12A, the switches SW1 and SW4 are turned on to apply the reference voltage VREF to one electrode of the sensor capacitor Cs and the distribution capacitor Cdn1, and to the other electrode of the distribution capacitor Cdn1. Transfer pulse DRV_N is set to high level. As a result, the first pole-side chopping filter output S_N becomes the reference voltage VREF. Thereafter, the switch SW1 is turned off, and then the transfer pulse DRV_N is set to a low level, whereby the chopping filter output S_N is lowered to a potential corresponding to the sensor capacitance Cs and stabilized. Next, the switch SW4 is turned off to disconnect the first pole side, and then the switch SW3 is turned on to connect the second pole side to the sensor capacitor Cs and the switch SW1 is turned on to turn on one of the distribution capacitors Cdp1. A reference voltage VREF is applied to the electrode. At this time, the transfer pulse DRV_P applied to the other electrode of the distribution capacitor Cdp1 is kept at a low level. At this time, the chopping filter output S_P on the second pole side becomes the reference voltage VREF. Thereafter, after the switch SW1 is turned off, the transfer pulse DRV_P is switched to a high level, whereby the chopping filter output S_P rises to a potential corresponding to the sensor capacitance Cs and is stabilized. The potential difference between the outputs S_N and S_P decreases as Cs increases.

図12(b)に示すチョッピングフィルタの場合、スイッチSW2およびSW4をオンしてセンサ容量Csおよび分配容量Cdn1の一方の電極に基準電圧VREFを印加すると共に、分配容量Cdn1の他方の電極に印加する転送パルスDRV_Nをハイレベルにする。これにより、第1の極側のチョッピングフィルタ出力S_Nは基準電圧VREFとなる。その後にスイッチSW2をオフした後、転送パルスDRV_Nをローレベルにすることで、チョッピングフィルタ出力S_Nがセンサ容量Csに対応した電位まで低下して安定する。次に、スイッチSW4をオフして第1の極側を切り離した後、スイッチSW3をオンして第2の極側をセンサ容量Csに接続すると共にスイッチSW1をオンして分配容量Cdp1の一方の電極に基準電圧VREFを印加する。分配容量Cdp1の他方の電極に印加する転送パルスDRV_Pはローレベルにしておく。この時、第2の極側のチョッピングフィルタ出力S_Pは基準電圧VREFとなる。その後、スイッチSW1をオフした後、転送パルスDRV_Pをハイレベルに切り替えることで、チョッピングフィルタ出力S_Pがセンサ容量Csに対応した電位まで上昇して安定する。出力S_NとS_Pとの電位差は、Csが大きいほど小さくなる。   In the chopping filter shown in FIG. 12B, the switches SW2 and SW4 are turned on to apply the reference voltage VREF to one electrode of the sensor capacitor Cs and the distribution capacitor Cdn1, and to the other electrode of the distribution capacitor Cdn1. Transfer pulse DRV_N is set to high level. As a result, the first pole-side chopping filter output S_N becomes the reference voltage VREF. Thereafter, the switch SW2 is turned off, and then the transfer pulse DRV_N is set to the low level, so that the chopping filter output S_N is lowered to the potential corresponding to the sensor capacitance Cs and stabilized. Next, the switch SW4 is turned off to disconnect the first pole side, and then the switch SW3 is turned on to connect the second pole side to the sensor capacitor Cs and the switch SW1 is turned on to turn on one of the distribution capacitors Cdp1. A reference voltage VREF is applied to the electrode. The transfer pulse DRV_P applied to the other electrode of the distribution capacitor Cdp1 is kept at a low level. At this time, the chopping filter output S_P on the second pole side becomes the reference voltage VREF. Thereafter, after the switch SW1 is turned off, the transfer pulse DRV_P is switched to a high level, whereby the chopping filter output S_P rises to a potential corresponding to the sensor capacitance Cs and is stabilized. The potential difference between the outputs S_N and S_P decreases as Cs increases.

図13(b)は図12(c)に示すチョッピングフィルタ動作内容を示すタイミング図である。図12(c)に示すチョッピングフィルタの場合、スイッチSW2およびSW4をオンしてセンサ容量Csおよび分配容量Cdn1の一方の電極に転送パルスDRV_Nを印加すると共に、分配容量Cdn1の他方の電極に印加する転送パルスDRV_Nをハイレベル(VREF)にする。これにより、第1の極側のチョッピングフィルタ出力S_Nは基準電圧VREFとなる。その後にスイッチSW2をオフした後、転送パルスDRV_Nをローレベルにすることで、チョッピングフィルタ出力S_Nがセンサ容量Csに対応した電位まで低下して安定する。次に、スイッチSW4をオフして第1の極側を切り離した後、スイッチSW3をオンして第2の極側をセンサ容量Csに接続すると共にスイッチSW1をオンして分配容量Cdp1の一方の電極にローレベル(VREF)の転送パルスDRV_Pを印加する。これにより、第2の極側のチョッピングフィルタ出力S_Pは基準電圧VREFとなる。その後、スイッチSW1をオフした後、転送パルスDRV_Pをハイレベルに切り替えることで、チョッピングフィルタ出力S_Pがセンサ容量Csに対応した電位まで上昇して安定する。出力S_NとS_Pとの電位差は、Csが大きいほど小さくなる。   FIG. 13B is a timing chart showing the operation contents of the chopping filter shown in FIG. In the case of the chopping filter shown in FIG. 12C, the switches SW2 and SW4 are turned on to apply the transfer pulse DRV_N to one electrode of the sensor capacitor Cs and the distribution capacitor Cdn1, and to the other electrode of the distribution capacitor Cdn1. Transfer pulse DRV_N is set to high level (VREF). As a result, the first pole-side chopping filter output S_N becomes the reference voltage VREF. Thereafter, the switch SW2 is turned off, and then the transfer pulse DRV_N is set to the low level, so that the chopping filter output S_N is lowered to the potential corresponding to the sensor capacitance Cs and stabilized. Next, the switch SW4 is turned off to disconnect the first pole side, and then the switch SW3 is turned on to connect the second pole side to the sensor capacitor Cs and the switch SW1 is turned on to turn on one of the distribution capacitors Cdp1. A low level (VREF) transfer pulse DRV_P is applied to the electrode. Thereby, the chopping filter output S_P on the second pole side becomes the reference voltage VREF. Thereafter, after the switch SW1 is turned off, the transfer pulse DRV_P is switched to a high level, whereby the chopping filter output S_P rises to a potential corresponding to the sensor capacitance Cs and is stabilized. The potential difference between the outputs S_N and S_P decreases as Cs increases.

次に、図14(a)から(d)を参照して、図4(b)に示す相互容量検出方式のチョッピングフィルタの構成例について具体的に説明する。図14(a)から(d)に示すチョッピングフィルタは、外部電極パルスを用いて電荷転送する。   Next, a configuration example of the mutual capacitance detection type chopping filter shown in FIG. 4B will be specifically described with reference to FIGS. The chopping filters shown in FIGS. 14A to 14D transfer charges using external electrode pulses.

図14(a)のチョッピングフィルタは、2つのセンサ電極間に容量Cfが形成され、一方のセンサ電極に外部電極パルスDRVが印加され、グランド間に容量Cbを形成する他方の電極がスイッチSW1を介して固定電圧Vddに接続されると共にスイッチSW2を介してグランドに接続される。グランド間に容量Cbを形成する他方の電極に対してスイッチSW3およびSW4が並列に接続され、スイッチSW3には分配容量Cdp1の一方の端子が接続され、分配容量Cdp1のもう一方の端子に固定電圧が印加される。また、スイッチSW4には分配容量Cdn1の一方の端子が接続され、分配容量Cdn1のもう一方の端子に固定電圧(グランド)が印加される。   In the chopping filter of FIG. 14A, a capacitor Cf is formed between two sensor electrodes, an external electrode pulse DRV is applied to one sensor electrode, and the other electrode forming the capacitor Cb between the grounds is the switch SW1. To the fixed voltage Vdd via the switch SW2 and to the ground via the switch SW2. Switches SW3 and SW4 are connected in parallel to the other electrode forming the capacitor Cb between the grounds, one terminal of the distribution capacitor Cdp1 is connected to the switch SW3, and a fixed voltage is applied to the other terminal of the distribution capacitor Cdp1. Is applied. The switch SW4 is connected to one terminal of the distribution capacitor Cdn1, and a fixed voltage (ground) is applied to the other terminal of the distribution capacitor Cdn1.

図14(b)のチョッピングフィルタは、図14(a)のチョッピングフィルタと同一の機能を有しており、スイッチSW3の後段にスイッチSW1を介して固定電圧Vddを印加し、スイッチSW4の後段でスイッチSW2を介してグランドに接続している。   The chopping filter in FIG. 14B has the same function as the chopping filter in FIG. 14A, and a fixed voltage Vdd is applied to the subsequent stage of the switch SW3 via the switch SW1, and the subsequent stage of the switch SW4. Connected to ground via switch SW2.

図14(c)(d)のチョッピングフィルタは、分配容量の初期化電位を基準電位VREFの1レベルとした例である。図14(c)のチョッピングフィルタは、センサ容量(Cf,Cb)に対してスイッチSW1を介して基準電位VREFを印加する構成となっている。その他の構成は図14(a)のチョッピングフィルタと同様である。図14(d)のチョッピングフィルタは、グランド間に容量Cbを形成する他方の電極に対してスイッチSW3およびSW4が並列に接続され、スイッチSW3にはスイッチSW1を介して基準電圧VREFが印加され、スイッチSW4にはスイッチSW2を介して基準電圧VREFが印加される。その他の構成は図14(b)のチョッピングフィルタと同様である。   14C and 14D is an example in which the initialization potential of the distribution capacitor is set to one level of the reference potential VREF. The chopping filter in FIG. 14C is configured to apply the reference potential VREF to the sensor capacitance (Cf, Cb) via the switch SW1. Other configurations are the same as those of the chopping filter of FIG. In the chopping filter of FIG. 14D, switches SW3 and SW4 are connected in parallel to the other electrode forming the capacitor Cb between the grounds, and the reference voltage VREF is applied to the switch SW3 via the switch SW1. A reference voltage VREF is applied to the switch SW4 via the switch SW2. Other configurations are the same as those of the chopping filter of FIG.

図15(a)は図14(a)(b)に示すチョッピングフィルタの動作内容を示すタイミング図である。外部電極パルスDRVがローレベルの状態で、スイッチSW2およびSW4をオンすることで、第1の極側のチョッピングフィルタ出力S_Nをグランド電位にしてから、スイッチSW2をオフし、かつ外部電極パルスDRVをハイレベルにする。これにより、チョッピングフィルタ出力S_Nはセンサ容量(Cf,Cb)に対応した電位まで上昇して安定する。その後、スイッチSW4をオフして第1の極側を切り離した後、スイッチSW1およびSW3をオンする。これにより、第2の極のチョッピングフィルタ出力S_Pは固定電圧Vddになる。スイッチSW1をオフしてから外部電極パルスDRVをローレベルにすれば、チョッピングフィルタ出力S_Pはセンサ容量(Cf,Cb)に対応した電位まで下降して安定する。この出力S_NとS_Pとの電位差を後段のチャージアンプで検出する。なお、容量Cf,Cb,Cdp1,Cdn1の大きさに応じて波形は変わる。   FIG. 15A is a timing chart showing the operation content of the chopping filter shown in FIGS. 14A and 14B. By turning on the switches SW2 and SW4 while the external electrode pulse DRV is at a low level, the chopping filter output S_N on the first pole side is set to the ground potential, the switch SW2 is turned off, and the external electrode pulse DRV is applied. Set to high level. Thereby, the chopping filter output S_N rises to a potential corresponding to the sensor capacitance (Cf, Cb) and is stabilized. Thereafter, the switch SW4 is turned off to disconnect the first pole side, and then the switches SW1 and SW3 are turned on. As a result, the chopping filter output S_P of the second pole becomes the fixed voltage Vdd. If the external electrode pulse DRV is set to the low level after the switch SW1 is turned off, the chopping filter output S_P falls to a potential corresponding to the sensor capacitance (Cf, Cb) and is stabilized. The potential difference between the outputs S_N and S_P is detected by a subsequent charge amplifier. The waveform changes according to the size of the capacitors Cf, Cb, Cdp1, and Cdn1.

図15(b)は図14(c)(d)に示すチョッピングフィルタの動作内容を示すタイミング図である。図14(c)に示すチョッピングフィルタの場合、スイッチSW1およびSW4がオンすることにより、第1の極側のチョッピングフィルタ出力S_Nが基準電圧VREFとなる。スイッチSW1をオフした後、外部電極パルスDRVをハイレベルにすると、チョッピングフィルタ出力S_Nがセンサ容量(Cf,Cb)に応じた電位まで上昇して安定化する。その後、スイッチSW4をオフして第1の極側を切り離した後、再びスイッチSW1をオンするとともにスイッチSW3をオンすることにより、第2の極側のチョッピングフィルタ出力S_Pが基準電圧VREFとなる。スイッチSW1をオフした後、外部電極パルスDRVをローレベルにすると、チョッピングフィルタ出力S_Pがセンサ容量(Cf,Cb)に応じた電位まで下降して安定化する。この出力S_NとS_Pとの電位差を後段のチャージアンプで検出する。なお、容量Cf,Cb,Cdp1,Cdn1の大きさに応じて波形は変わる。   FIG. 15B is a timing chart showing the operation contents of the chopping filter shown in FIGS. 14C and 14D. In the case of the chopping filter shown in FIG. 14C, when the switches SW1 and SW4 are turned on, the first pole-side chopping filter output S_N becomes the reference voltage VREF. When the external electrode pulse DRV is set to the high level after the switch SW1 is turned off, the chopping filter output S_N rises to a potential corresponding to the sensor capacitance (Cf, Cb) and is stabilized. Thereafter, the switch SW4 is turned off to disconnect the first pole side, and then the switch SW1 is turned on again and the switch SW3 is turned on, so that the chopping filter output S_P on the second pole side becomes the reference voltage VREF. When the external electrode pulse DRV is set to the low level after the switch SW1 is turned off, the chopping filter output S_P falls to a potential corresponding to the sensor capacitance (Cf, Cb) and is stabilized. The potential difference between the outputs S_N and S_P is detected by a subsequent charge amplifier. The waveform changes according to the size of the capacitors Cf, Cb, Cdp1, and Cdn1.

次に、図16(a)から(f)を参照して、図4(b)に示す相互容量検出方式のチョッピングフィルタの構成例について具体的に説明する。図16(a)から(f)に示すチョッピングフィルタは、外部電極パルスおよび内部パルスを用いて電荷転送する。   Next, a configuration example of the mutual capacitance detection type chopping filter shown in FIG. 4B will be specifically described with reference to FIGS. The chopping filters shown in FIGS. 16A to 16F transfer charges using external electrode pulses and internal pulses.

図16(a)(b)のチョッピングフィルタは、図14(a)(b)に示すチョッピングフィルタの分配容量Cdn1,Cdp1に対して固定電圧に代えて転送パルスDRV_N,DRV_Pを印加するように構成されている。その他の構成は図14(a)(b)に示すチョッピングフィルタと同じである。   The chopping filters shown in FIGS. 16A and 16B are configured to apply transfer pulses DRV_N and DRV_P instead of fixed voltages to the distribution capacitors Cdn1 and Cdp1 of the chopping filters shown in FIGS. 14A and 14B. Has been. Other configurations are the same as those of the chopping filter shown in FIGS.

図16(c)のチョッピングフィルタは、2つのセンサ電極間に容量Cfが形成され、一方のセンサ電極に外部電極パルスDRVが印加され、他方の電極がグランド間に容量Cbを形成する。グランド間に容量Csを形成する他方の電極に対してスイッチSW3およびSW4が並列に接続される。スイッチSW3には分配容量Cdp1の一方の端子が接続されている。分配容量Cdp1の他方の端子に転送パルスDRV_Pが印加され、分配容量Cdp1の両端間にスイッチSW1が接続される。また、スイッチSW4には分配容量Cdn1の一方の端子が接続されている。分配容量Cdn1の他方の端子に転送パルスDRV_Nが印加され、分配容量Cdn1の両端間にスイッチSW2が接続される。   In the chopping filter of FIG. 16C, a capacitor Cf is formed between two sensor electrodes, an external electrode pulse DRV is applied to one sensor electrode, and a capacitor Cb is formed between the other electrode and the ground. Switches SW3 and SW4 are connected in parallel to the other electrode forming the capacitor Cs between the grounds. One terminal of the distribution capacitor Cdp1 is connected to the switch SW3. The transfer pulse DRV_P is applied to the other terminal of the distribution capacitor Cdp1, and the switch SW1 is connected between both ends of the distribution capacitor Cdp1. Further, one terminal of the distribution capacitor Cdn1 is connected to the switch SW4. The transfer pulse DRV_N is applied to the other terminal of the distribution capacitor Cdn1, and the switch SW2 is connected between both ends of the distribution capacitor Cdn1.

図16(d)から(f)のチョッピングフィルタは、分配容量の初期化電圧を基準電圧VREFの1レベルにしたものである。図16(d)に示すチョッピングフィルタは、図16(a)のチョッピングフィルタ構成に対応しており、スイッチSW1を介して固定電圧ではなく基準電圧VREFに接続可能にすると共に、スイッチSW2を除去している。図16(e)に示すチョッピングフィルタは、図16(b)のチョッピングフィルタ構成に対応しており、スイッチSW1,SW2を介して第1の極および第2の極のそれぞれに基準電圧VREFを印加できる構成にしている。図16(f)に示すチョッピングフィルタは、図16(c)のチョッピングフィルタ構成に対応しており、分配容量Cdp1に印加する転送パルスDRV_Pはローレベルが基準電圧VREFとなり、分配容量Cdn1に印加する転送パルスDRV_Nはハイレベルが基準電圧VREFとなる。   In the chopping filters of FIGS. 16D to 16F, the initialization voltage of the distribution capacitor is set to one level of the reference voltage VREF. The chopping filter shown in FIG. 16 (d) corresponds to the chopping filter configuration shown in FIG. 16 (a), enables connection to the reference voltage VREF instead of the fixed voltage via the switch SW1, and eliminates the switch SW2. ing. The chopping filter shown in FIG. 16 (e) corresponds to the chopping filter configuration of FIG. 16 (b), and applies the reference voltage VREF to each of the first pole and the second pole via the switches SW1 and SW2. It has a configuration that can be done. The chopping filter shown in FIG. 16 (f) corresponds to the chopping filter configuration shown in FIG. 16 (c), and the transfer pulse DRV_P applied to the distribution capacitor Cdp1 has the low level as the reference voltage VREF and is applied to the distribution capacitor Cdn1. The high level of the transfer pulse DRV_N becomes the reference voltage VREF.

図17A(a)は図16(a)(b)に示すチョッピングフィルタの動作内容を示すタイミング図である。スイッチSW2およびSW4をオンすると共に転送パルスDRV_Nをハイレベルにすると、スイッチSW2によりチョッピングフィルタ出力S_Nはグランド電位にされる。スイッチSW2をオフした後、転送パルスDRV_Nをローレベルにすると共に外部ドライブパルスDRVをハイレベルにする。これにより、チョッピングフィルタ出力S_Nはセンサ容量(Cf,Cs)に対応した電圧まで上昇して安定する。次に、スイッチSW4をオフして第1の極側を切り離してから、スイッチSW1およびSW3をオンすると共に転送パルスDRV_Pをローレベルにすることで、チョッピングフィルタ出力S_Pが固定電圧Vddになる。スイッチSW1をオフしてから、外部ドライブパルスDRVをローレベルにすると共に転送パルスDRV_Pをハイレベルにすることで、チョッピングフィルタ出力S_Pがセンサ容量(Cf,Cs)に対応した電圧まで下降して安定する。この出力S_NとS_Pとの電位差を後段のチャージアンプで検出する。図17AはCf>Cdp1,Cdn1の場合の波形であり、CfとCdp1,Cdn1の大きさにより波形は変わる。Cf<Cdp1,Cdn1の場合はCdp1,Cdn1の初期化電圧(Vdd,GND)を逆にする。   FIG. 17A (a) is a timing chart showing the operation content of the chopping filter shown in FIGS. 16 (a) and 16 (b). When the switches SW2 and SW4 are turned on and the transfer pulse DRV_N is set to the high level, the chopping filter output S_N is set to the ground potential by the switch SW2. After the switch SW2 is turned off, the transfer pulse DRV_N is set to low level and the external drive pulse DRV is set to high level. As a result, the chopping filter output S_N rises to a voltage corresponding to the sensor capacitance (Cf, Cs) and is stabilized. Next, the switch SW4 is turned off to disconnect the first pole side, and then the switches SW1 and SW3 are turned on and the transfer pulse DRV_P is set to the low level, so that the chopping filter output S_P becomes the fixed voltage Vdd. After turning off the switch SW1, the external drive pulse DRV is set to low level and the transfer pulse DRV_P is set to high level, so that the chopping filter output S_P drops to a voltage corresponding to the sensor capacitance (Cf, Cs) and is stable. To do. The potential difference between the outputs S_N and S_P is detected by a subsequent charge amplifier. FIG. 17A shows a waveform when Cf> Cdp1, Cdn1, and the waveform changes depending on the sizes of Cf and Cdp1, Cdn1. When Cf <Cdp1, Cdn1, the initialization voltage (Vdd, GND) of Cdp1, Cdn1 is reversed.

図17A(b)は図16(c)に示すチョッピングフィルタの動作内容を示すタイミング図である。スイッチSW2およびSW4をオンすると共に転送パルスDRV_Nをハイレベル(Vdd)にすると、チョッピングフィルタ出力S_NはVddになる。スイッチSW2をオフした後、転送パルスDRV_Nをローレベルにすると共に外部ドライブパルスDRVをハイレベルにする。これにより、チョッピングフィルタ出力S_Nはセンサ容量(Cf,Cs)に対応した電圧まで下降して安定する。次に、スイッチSW4をオフして第1の極側を切り離してから、スイッチSW1およびSW3をオンすると共に転送パルスDRV_Pをローレベル(GND)にすることで、チョッピングフィルタ出力S_Pがグランド電圧GNDになる。スイッチSW1をオフしてから、外部ドライブパルスDRVをローレベルにすると共に転送パルスDRV_Pをハイレベルにすることで、チョッピングフィルタ出力S_Pがセンサ容量(Cf,Cs)に対応した電圧まで上昇して安定する。この出力S_NとS_Pとの電位差を後段のチャージアンプで検出する。CfとCdp1,Cdn1の大きさにより波形は変わる(この例ではCf<Cdp1、Cdn1)。   FIG. 17A (b) is a timing chart showing the operation content of the chopping filter shown in FIG. 16 (c). When the switches SW2 and SW4 are turned on and the transfer pulse DRV_N is set to the high level (Vdd), the chopping filter output S_N becomes Vdd. After the switch SW2 is turned off, the transfer pulse DRV_N is set to low level and the external drive pulse DRV is set to high level. Thereby, the chopping filter output S_N falls to a voltage corresponding to the sensor capacitance (Cf, Cs) and is stabilized. Next, after turning off the switch SW4 and disconnecting the first pole side, turning on the switches SW1 and SW3 and setting the transfer pulse DRV_P to low level (GND), the chopping filter output S_P is set to the ground voltage GND. Become. After turning off the switch SW1, the external drive pulse DRV is set to low level and the transfer pulse DRV_P is set to high level, so that the chopping filter output S_P rises to a voltage corresponding to the sensor capacitance (Cf, Cs) and is stable. To do. The potential difference between the outputs S_N and S_P is detected by a subsequent charge amplifier. The waveform changes depending on the size of Cf and Cdp1, Cdn1 (Cf <Cdp1, Cdn1 in this example).

図17B(a)は図16(d)(e)に示すチョッピングフィルタの動作内容を示すタイミング図である。図16(d)に示すチョッピングフィルタの場合、スイッチSW1およびSW4がオンし、転送パルスDRV_Nをハイレベルにすることにより、第1の極側のチョッピングフィルタ出力S_Nが基準電圧VREFとなる。スイッチSW1をオフした後、転送パルスDRV_Nをローレベルにすると共に、外部電極パルスDRVをハイレベルにすると、チョッピングフィルタ出力S_Nがセンサ容量(Cf,Cb)に応じた電位まで上昇して安定化する。その後、スイッチSW4をオフして第1の極側を切り離した後、再びスイッチSW1をオンするとともにスイッチSW3をオンし、転送パルスDRV_Pをローレベルにすることにより、第2の極側のチョッピングフィルタ出力S_Pが基準電圧VREFとなる。スイッチSW1をオフした後、外部電極パルスDRVをローレベルにし、転送パルスDRV_Pをハイレベルにすることにより、チョッピングフィルタ出力S_Pがセンサ容量(Cf,Cb)に応じた電位まで下降して安定化する。この出力S_NとS_Pとの電位差を後段のチャージアンプで検出する。同図に示す波形は、Cf>Cdp1,Cdn1の波形であるが、CfとCdp1,Cdn1の大きさにより波形は変化する。   FIG. 17B (a) is a timing chart showing the operation content of the chopping filter shown in FIGS. 16 (d) and 16 (e). In the case of the chopping filter shown in FIG. 16D, the switches SW1 and SW4 are turned on and the transfer pulse DRV_N is set to the high level, so that the first pole-side chopping filter output S_N becomes the reference voltage VREF. After turning off the switch SW1, when the transfer pulse DRV_N is set to low level and the external electrode pulse DRV is set to high level, the chopping filter output S_N rises to a potential corresponding to the sensor capacitance (Cf, Cb) and is stabilized. . After that, the switch SW4 is turned off to disconnect the first pole side, and then the switch SW1 is turned on again and the switch SW3 is turned on, so that the transfer pulse DRV_P is set to the low level. The output S_P becomes the reference voltage VREF. After turning off the switch SW1, the external electrode pulse DRV is set to low level and the transfer pulse DRV_P is set to high level, so that the chopping filter output S_P is lowered to a potential corresponding to the sensor capacitance (Cf, Cb) and stabilized. . The potential difference between the outputs S_N and S_P is detected by a subsequent charge amplifier. The waveform shown in the figure is a waveform of Cf> Cdp1, Cdn1, but the waveform changes depending on the size of Cf and Cdp1, Cdn1.

図16(e)に示すチョッピングフィルタの場合、スイッチSW2およびSW4がオンし、転送パルスDRV_Nをハイレベルにすることにより、第1の極側のチョッピングフィルタ出力S_Nが基準電圧VREFとなる。スイッチSW2をオフした後、転送パルスDRV_Nをローレベルにすると共に、外部電極パルスDRVをハイレベルにすると、チョッピングフィルタ出力S_Nがセンサ容量(Cf,Cb)に応じた電位まで上昇して安定化する。その後、スイッチSW4をオフして第1の極側を切り離した後、今度はスイッチSW1をオンするとともにスイッチSW3をオンし、転送パルスDRV_Pをローレベルにすることにより、第2の極側のチョッピングフィルタ出力S_Pが基準電圧VREFとなる。スイッチSW1をオフした後、外部電極パルスDRVをローレベルにし、転送パルスDRV_Pをハイレベルにすることにより、チョッピングフィルタ出力S_Pがセンサ容量(Cf,Cb)に応じた電位まで下降して安定化する。この出力S_NとS_Pとの電位差を後段のチャージアンプで検出する。   In the case of the chopping filter shown in FIG. 16E, the switches SW2 and SW4 are turned on, and the transfer pulse DRV_N is set to the high level, so that the first pole-side chopping filter output S_N becomes the reference voltage VREF. After turning off the switch SW2, when the transfer pulse DRV_N is set to low level and the external electrode pulse DRV is set to high level, the chopping filter output S_N rises to a potential corresponding to the sensor capacitance (Cf, Cb) and is stabilized. . After that, the switch SW4 is turned off to disconnect the first pole side, and then the switch SW1 is turned on and the switch SW3 is turned on to set the transfer pulse DRV_P to the low level, thereby chopping the second pole side. The filter output S_P becomes the reference voltage VREF. After turning off the switch SW1, the external electrode pulse DRV is set to low level and the transfer pulse DRV_P is set to high level, so that the chopping filter output S_P is lowered to a potential corresponding to the sensor capacitance (Cf, Cb) and stabilized. . The potential difference between the outputs S_N and S_P is detected by a subsequent charge amplifier.

図17B(b)は図16(f)に示すチョッピングフィルタの動作内容を示すタイミング図である。スイッチSW2およびSW4がオンし、転送パルスDRV_Nをハイレベル(VREF)にすることにより、第1の極側のチョッピングフィルタ出力S_Nが基準電圧VREFとなる。スイッチSW2をオフした後、転送パルスDRV_Nをローレベルにすると共に、外部電極パルスDRVをハイレベルにすると、チョッピングフィルタ出力S_Nがセンサ容量(Cf,Cb)に応じた電位まで上昇して安定化する。その後、スイッチSW4をオフして第1の極側を切り離した後、今度はスイッチSW1をオンするとともにスイッチSW3をオンし、転送パルスDRV_Pをローレベル(VREF)にすることにより、第2の極側のチョッピングフィルタ出力S_Pが基準電圧VREFとなる。スイッチSW1をオフした後、外部電極パルスDRVをローレベルにし、転送パルスDRV_Pをハイレベルにすることにより、チョッピングフィルタ出力S_Pがセンサ容量(Cf,Cb)に応じた電位まで下降して安定化する。この出力S_NとS_Pとの電位差を後段のチャージアンプで検出する。同図に示す波形は一例であり、CfとCdp1,Cdn1の大きさにより波形は変化する。   FIG. 17B (b) is a timing chart showing the operation content of the chopping filter shown in FIG. 16 (f). When the switches SW2 and SW4 are turned on and the transfer pulse DRV_N is set to the high level (VREF), the chopping filter output S_N on the first pole side becomes the reference voltage VREF. After turning off the switch SW2, when the transfer pulse DRV_N is set to low level and the external electrode pulse DRV is set to high level, the chopping filter output S_N rises to a potential corresponding to the sensor capacitance (Cf, Cb) and is stabilized. . After that, the switch SW4 is turned off to disconnect the first pole side, and then the switch SW1 is turned on and the switch SW3 is turned on to set the transfer pulse DRV_P to the low level (VREF). The chopping filter output S_P on the side becomes the reference voltage VREF. After turning off the switch SW1, the external electrode pulse DRV is set to low level and the transfer pulse DRV_P is set to high level, so that the chopping filter output S_P is lowered to a potential corresponding to the sensor capacitance (Cf, Cb) and stabilized. . The potential difference between the outputs S_N and S_P is detected by a subsequent charge amplifier. The waveform shown in the figure is an example, and the waveform changes depending on the sizes of Cf, Cdp1, and Cdn1.

次に、図18(a)(b)を参照して、図4(c)に示す差動型相互容量検出方式のチョッピングフィルタの構成例について具体的に説明する。図18(a)(b)に示すチョッピングフィルタは、外部電極パルスを用いて電荷転送する。   Next, with reference to FIGS. 18A and 18B, a configuration example of the chopping filter of the differential mutual capacitance detection method shown in FIG. The chopping filters shown in FIGS. 18A and 18B transfer charges using external electrode pulses.

図18(a)のチョッピングフィルタは、基準電極と間に容量Cf1を形成し、グランドとの間に容量Cb1を形成する一方のセンサ電極に対して、スイッチSW1を介して固定電圧Vddが印加され、スイッチSW2を介してグランドに接続される。また、基準電極と間に容量Cf2を形成し、グランドとの間に容量Cb2を形成するもう一方のセンサ電極に対して、スイッチSW3を介して固定電圧Vddが印加され、スイッチSW4を介してグランドに接続される。上記一方のセンサ電極には、スイッチSW5を介して分配容量Cdp1が接続されると共に、スイッチSW7を介して分配容量Cdp2が接続される。分配容量Cdp1,Cdp2には固定電圧Vddが印加される。また、上記他方のセンサ電極には、スイッチSW6を介して分配容量Cdn1が接続されると共に、スイッチSW8を介して分配容量Cdn2が接続される。分配容量Cdn1,Cdn2にはグランド電位が固定電圧として印加される。分配容量Cdp1および分配容量Cdn2は、それぞれスイッチSW11,SW12を介してチョッピングフィルタ出力S_Pの出力端子に接続され、分配容量Cdp2および分配容量Cdn1は、それぞれスイッチSW9,SW10を介してチョッピングフィルタ出力S_Nの出力端子に接続される。   In the chopping filter of FIG. 18 (a), a fixed voltage Vdd is applied via a switch SW1 to one sensor electrode that forms a capacitor Cf1 between the reference electrode and a capacitor Cb1 between the reference electrode. , Connected to the ground via the switch SW2. In addition, a fixed voltage Vdd is applied via the switch SW3 to the other sensor electrode that forms the capacitor Cf2 between the reference electrode and the capacitor Cb2 between the reference electrode and the ground via the switch SW4. Connected to. A distribution capacitor Cdp1 is connected to the one sensor electrode via a switch SW5, and a distribution capacitor Cdp2 is connected to the one sensor electrode via a switch SW7. A fixed voltage Vdd is applied to the distribution capacitors Cdp1 and Cdp2. The other sensor electrode is connected to a distribution capacitor Cdn1 via a switch SW6 and to a distribution capacitor Cdn2 via a switch SW8. A ground potential is applied as a fixed voltage to the distribution capacitors Cdn1 and Cdn2. Distribution capacitor Cdp1 and distribution capacitor Cdn2 are connected to the output terminal of chopping filter output S_P via switches SW11 and SW12, respectively. Distribution capacitor Cdp2 and distribution capacitor Cdn1 are connected to chopping filter output S_N via switches SW9 and SW10, respectively. Connected to the output terminal.

図18(b)のチョッピングフィルタは、図18(a)のチョッピングフィルタと同一機能を有しており、センサ電極を分配容量に接続するスイッチSW5からSW8の接続位置を、スイッチSW1からSW4よりもセンサ電極側にしている。その他の構成は図18(a)のチョッピングフィルタと同一である。   The chopping filter of FIG. 18B has the same function as the chopping filter of FIG. 18A, and the connection positions of the switches SW5 to SW8 that connect the sensor electrode to the distribution capacitor are set more than the switches SW1 to SW4. It is on the sensor electrode side. Other configurations are the same as those of the chopping filter of FIG.

図19は図18(a)(b)に示すチョッピングフィルタの動作内容を示すタイミング図である。スイッチSW2,SW4をオンすると共にスイッチSW5,SW6をオンして第1および第2の極をグランド電位とし、その後にスイッチSW2,SW4をオフすると共に外部電極パルスDRVをハイレベルにする。これにより、前段の分配容量Cdn1の第1の極側電位S_P2と分配容量Cdp1の第2の極側電位S_P1がグランド電位から上昇する。第1の極側電位S_P2と第2の極側電位S_P1が安定してからスイッチSW5,SW6をオフする。スイッチSW5,SW6をオフした後、スイッチSW1,SW3をオンすると共にスイッチSW7,SW8をオンして後段の分配容量Cdp2の第1の極側電位S_N1と分配容量Cdn2の第2の極側電位S_N2が固定電位Vddとなる。その後、外部電極パルスDRVをローレベルにすると、第1の極側電位S_N1と第2の極側電位S_N2が固定電位Vddから下降する。スイッチSW7,SW8をオフした後、スイッチSW9からSW12をオンすることで、Cdp1とCdn2、Cdp2とCdn1に転送された電荷が合成されS_NとS_PがVREF付近の差電圧として現れる。チョッピングフィルタ出力S_NとS_Pとの電位差を後段のチャージアンプで検出する。図19はCf1<Cf2の場合の波形であるが、Cf1とCf2との容量差が大きいほど電位差が大きくなる。   FIG. 19 is a timing chart showing the operation contents of the chopping filter shown in FIGS. The switches SW2 and SW4 are turned on and the switches SW5 and SW6 are turned on to set the first and second poles to the ground potential. Thereafter, the switches SW2 and SW4 are turned off and the external electrode pulse DRV is set to the high level. As a result, the first pole-side potential S_P2 of the previous-stage distribution capacitor Cdn1 and the second pole-side potential S_P1 of the distribution capacitor Cdp1 rise from the ground potential. The switches SW5 and SW6 are turned off after the first pole-side potential S_P2 and the second pole-side potential S_P1 are stabilized. After turning off the switches SW5 and SW6, the switches SW1 and SW3 are turned on and the switches SW7 and SW8 are turned on to turn on the first pole-side potential S_N1 of the distribution capacitor Cdp2 and the second pole-side potential S_N2 of the distribution capacitor Cdn2 Becomes the fixed potential Vdd. Thereafter, when the external electrode pulse DRV is set to the low level, the first pole-side potential S_N1 and the second pole-side potential S_N2 fall from the fixed potential Vdd. When the switches SW7 and SW8 are turned off and then the switches SW9 to SW12 are turned on, the charges transferred to Cdp1 and Cdn2 and Cdp2 and Cdn1 are combined, and S_N and S_P appear as a differential voltage near VREF. The potential difference between the chopping filter outputs S_N and S_P is detected by the charge amplifier at the subsequent stage. FIG. 19 shows a waveform in the case of Cf1 <Cf2. The potential difference increases as the capacitance difference between Cf1 and Cf2 increases.

次に、図20(a)(b)を参照して、図4(c)に示す差動型相互容量検出方式のチョッピングフィルタの他の構成例について具体的に説明する。図20(a)(b)に示すチョッピングフィルタは、外部電極パルスを用いて電荷転送するが、分配容量の初期化電圧を基準電圧の1レベルだけとした例である。   Next, with reference to FIGS. 20A and 20B, another configuration example of the differential mutual capacitance detection type chopping filter shown in FIG. 4C will be described in detail. The chopping filter shown in FIGS. 20A and 20B is an example in which charge transfer is performed using an external electrode pulse, but the initialization voltage of the distribution capacitor is only one level of the reference voltage.

図20(a)のチョッピングフィルタは、双方のセンサ電極をスイッチSW1,SW2を介して基準電圧VREFに接続している。そのほかの構成は図18(a)に示すチョッピングフィルタと同様である。   In the chopping filter of FIG. 20A, both sensor electrodes are connected to a reference voltage VREF via switches SW1 and SW2. Other configurations are the same as those of the chopping filter shown in FIG.

図20(b)のチョッピングフィルタは、図20(a)のチョッピングフィルタと同一機能を有しており、センサ電極を分配容量に接続するスイッチSW5からSW8の接続位置を、スイッチSW1からSW4よりもセンサ電極側にしている。その他の構成は図20(a)のチョッピングフィルタと同一である。   The chopping filter of FIG. 20B has the same function as the chopping filter of FIG. 20A, and the connection positions of the switches SW5 to SW8 that connect the sensor electrode to the distribution capacitor are set more than the switches SW1 to SW4. It is on the sensor electrode side. Other configurations are the same as those of the chopping filter of FIG.

図21は図20(a)(b)に示すチョッピングフィルタの動作内容を示すタイミング図である。図20(a)に示すチョッピングフィルタの場合、スイッチSW1,SW2をオンして基準電圧VREFを双方のセンサ電極に印加するとともに、スイッチSW5,SW6をオンすることで、第1の極側電位S_P2および第2の極側電位S_P1が基準電圧VREFとなる。スイッチSW1,SW2をオフした後、外部電極パルスDRVをハイレベルにする。これにより、分配容量Cdn1の第1の極側電位S_P2と分配容量Cdp1の第2の極側電位S_P1が基準電圧VREFから上昇する。第1の極側電位S_P2と第2の極側電位S_P1が安定してからスイッチSW5,SW6をオフする。スイッチSW5,SW6をオフした後、スイッチSW1,SW2をオンすると共にスイッチSW7,SW8をオンして分配容量Cdp2の第1の極側電位S_N1と分配容量Cdn2の第2の極側電位S_N2が基準電圧VREFとなる。その後、外部電極パルスDRVをローレベルにすると、第1の極側電位S_N1と第2の極側電位S_N2が基準電圧VREFから下降する。スイッチSW7,SW8をオフした後、スイッチSW9からSW12をオンすることで、Cdp1とCdn2、Cdp2とCdn1に転送された電荷が合成されS_NとS_PがVREF付近の差電圧として現れる。チョッピングフィルタ出力S_NとS_Pとの電位差を後段のチャージアンプで検出する。図21はCf1<Cf2の場合の波形であるが、Cf1とCf2との容量差が大きいほど電位差が大きくなる。   FIG. 21 is a timing chart showing the operation contents of the chopping filter shown in FIGS. In the case of the chopping filter shown in FIG. 20A, the switches SW1 and SW2 are turned on to apply the reference voltage VREF to both sensor electrodes, and the switches SW5 and SW6 are turned on, whereby the first pole-side potential S_P2 The second pole side potential S_P1 becomes the reference voltage VREF. After turning off the switches SW1 and SW2, the external electrode pulse DRV is set to the high level. As a result, the first pole-side potential S_P2 of the distribution capacitor Cdn1 and the second pole-side potential S_P1 of the distribution capacitor Cdp1 rise from the reference voltage VREF. The switches SW5 and SW6 are turned off after the first pole-side potential S_P2 and the second pole-side potential S_P1 are stabilized. After the switches SW5 and SW6 are turned off, the switches SW1 and SW2 are turned on and the switches SW7 and SW8 are turned on so that the first pole side potential S_N1 of the distribution capacitor Cdp2 and the second pole side potential S_N2 of the distribution capacitor Cdn2 are the reference The voltage is VREF. Thereafter, when the external electrode pulse DRV is set to the low level, the first pole-side potential S_N1 and the second pole-side potential S_N2 fall from the reference voltage VREF. When the switches SW7 and SW8 are turned off and then the switches SW9 to SW12 are turned on, the charges transferred to Cdp1 and Cdn2 and Cdp2 and Cdn1 are combined, and S_N and S_P appear as a differential voltage near VREF. The potential difference between the chopping filter outputs S_N and S_P is detected by the charge amplifier at the subsequent stage. FIG. 21 shows a waveform in the case of Cf1 <Cf2. The potential difference increases as the capacitance difference between Cf1 and Cf2 increases.

図20(b)に示すチョッピングフィルタの場合、スイッチSW2,SW4をオンして基準電圧VREFを双方のセンサ電極に印加するとともに、スイッチSW5,SW6をオンすることで、第1の極側電位S_P2および第2の極側電位S_P1が基準電圧VREFとなる。また、分配容量Cdn2,Cdp2の初期化ではスイッチSW1,SW3をオンすると共に、スイッチSW7,SW8をオンすることで、第2の極側電位S_N1および第1の極側電位S_N2が基準電圧VREFとなる。以降の動作は図20(a)に示すチョッピングフィルタと同様である。   In the case of the chopping filter shown in FIG. 20B, the switches SW2 and SW4 are turned on to apply the reference voltage VREF to both sensor electrodes, and the switches SW5 and SW6 are turned on, whereby the first pole-side potential S_P2 The second pole side potential S_P1 becomes the reference voltage VREF. Further, when the distribution capacitors Cdn2 and Cdp2 are initialized, the switches SW1 and SW3 are turned on, and the switches SW7 and SW8 are turned on, so that the second pole-side potential S_N1 and the first pole-side potential S_N2 become the reference voltage VREF. Become. Subsequent operations are the same as those of the chopping filter shown in FIG.

次に、図22A(a)(b)、図22Bを参照して、図4(c)に示す差動型相互容量検出方式のチョッピングフィルタの他の構成例について具体的に説明する。図22A、図22Bに示すチョッピングフィルタは、外部電極パルスおよび内部パルスである転送パルスを用いて電荷転送し、分配容量の初期化電圧は固定電圧Vddとグランド電位の2レベルとなる例である。   Next, with reference to FIGS. 22A (a), 22 (b), and 22B, another configuration example of the differential type mutual capacitance detection type chopping filter shown in FIG. 4 (c) will be described in detail. The chopping filter shown in FIGS. 22A and 22B is an example in which charge transfer is performed using an external electrode pulse and a transfer pulse which is an internal pulse, and the initialization voltage of the distribution capacitor is two levels of a fixed voltage Vdd and a ground potential.

図22A(a)に示すチョッピングフィルタは、図18(a)に示すチョッピングフィルタ構成において、分配容量Cdn1,Cdp1に対して固定電圧ではなく、内部パルスDRV_Nを印加する。また、分配容量Cdn2,Cdp2に対して固定電圧ではなく、内部パルスDRV_Pを印加する。その他の構成は、図18(a)に示すチョッピングフィルタと同一である。   The chopping filter shown in FIG. 22A (a) applies an internal pulse DRV_N instead of a fixed voltage to the distribution capacitors Cdn1 and Cdp1 in the chopping filter configuration shown in FIG. 18 (a). Further, an internal pulse DRV_P is applied to the distribution capacitors Cdn2 and Cdp2 instead of a fixed voltage. Other configurations are the same as those of the chopping filter shown in FIG.

図22A(b)に示すチョッピングフィルタは、図22A(a)に示すチョッピングフィルタ構成において、センサ電極を分配容量に接続するスイッチSW5からSW8の接続位置を、スイッチSW1からSW4よりもセンサ電極側にしている。   In the chopping filter shown in FIG. 22A (b), in the chopping filter configuration shown in FIG. 22A (a), the connection position of the switches SW5 to SW8 for connecting the sensor electrode to the distribution capacitor is located closer to the sensor electrode than the switches SW1 to SW4. ing.

図22Bに示すチョッピングフィルタは、分配容量Cdn1,Cdp1に対してその両端士間にスイッチSW4,SW2を接続し、分配容量Cdn2,Cdp2に対してその両端士間にスイッチSW3,SW1を接続している。   In the chopping filter shown in FIG. 22B, switches SW4 and SW2 are connected between the ends of distribution capacitors Cdn1 and Cdp1, and switches SW3 and SW1 are connected between the ends of distribution capacitors Cdn2 and Cdp2. Yes.

図23(a)は図22A(a)(b)に示すチョッピングフィルタの動作内容を示すタイミング図である。スイッチSW2,SW4をオンすると共にスイッチSW5,SW6をオンし、さらに分配容量Cdn1,Cdp1に対して印加する内部パルスDRV_Nをハイレベルにする。これにより、第1の極側電位S_P2および第2の極側電位S_P1がグランド電位になる。次に、スイッチSW2,SW4をオフしてから外部電極パルスDRVをハイレベルにすると共に内部パルスDRV_Nをローレベルにすると、第1の極側電位S_P2および第2の極側電位S_P1が所定レベルまで上昇する。スイッチSW1,SW3をオンすると共にスイッチSW7,SW8をオンすることで、分配容量Cdn2,Cdp2による第1の極側電位S_N1および第2の極側電位S_N2が固定電圧Vddになる。スイッチSW1,SW3をオフした後、外部電極パルスDRVをローレベルにすると共に内部パルスDRV_Pをハイレベルにすることで、第1の極側電位S_N1および第2の極側電位S_N2が所定レベルまで下降する。そして、スイッチSW9からSW12をオンすることにより、第2の極側電位S_P1と第2の極側電位S_N2に応じた第2の極側出力S_Pが得られ、第1の極側電位S_P2と第1の極側電位S_N1に応じた第1の極側出力S_Nが得られる。この第1の極側出力S_Nと第2の極側出力S_Pの電位差が後段回路で検出される。図23(a)はCf2>Cf1>Cdp1,Cdn1の場合の波形であり、Cf1とCf2の差が大きいほど電位差は大きくなる。なお、Cf1,Cf2<Cdp1,Cdn1の場合はCdp1,Cdn1の初期化電圧(Vdd,GND)を逆にする。   FIG. 23A is a timing chart showing the operation contents of the chopping filter shown in FIGS. 22A and 22B. The switches SW2 and SW4 are turned on, the switches SW5 and SW6 are turned on, and the internal pulse DRV_N applied to the distribution capacitors Cdn1 and Cdp1 is set to the high level. As a result, the first pole-side potential S_P2 and the second pole-side potential S_P1 become the ground potential. Next, when the external electrode pulse DRV is set to a high level and the internal pulse DRV_N is set to a low level after the switches SW2 and SW4 are turned off, the first pole side potential S_P2 and the second pole side potential S_P1 are reduced to a predetermined level. To rise. By turning on the switches SW1 and SW3 and turning on the switches SW7 and SW8, the first pole-side potential S_N1 and the second pole-side potential S_N2 by the distribution capacitors Cdn2 and Cdp2 become the fixed voltage Vdd. After turning off the switches SW1 and SW3, the first electrode side potential S_N1 and the second electrode side potential S_N2 are lowered to a predetermined level by setting the external electrode pulse DRV to the low level and the internal pulse DRV_P to the high level. To do. Then, by turning on the switches SW9 to SW12, a second pole-side output S_P corresponding to the second pole-side potential S_P1 and the second pole-side potential S_N2 is obtained, and the first pole-side potential S_P2 and the second pole-side potential S_P2 A first pole-side output S_N corresponding to one pole-side potential S_N1 is obtained. A potential difference between the first pole-side output S_N and the second pole-side output S_P is detected by a subsequent circuit. FIG. 23A shows a waveform in the case of Cf2> Cf1> Cdp1, Cdn1, and the potential difference increases as the difference between Cf1 and Cf2 increases. When Cf1, Cf2 <Cdp1, Cdn1, the initialization voltages (Vdd, GND) of Cdp1, Cdn1 are reversed.

図23(b)は図22Bに示すチョッピングフィルタの動作内容を示すタイミング図である。スイッチSW2,SW4をオンすると共にスイッチSW5,SW6をオンし、さらに分配容量Cdn1,Cdp1に対して印加する内部パルスDRV_Nをハイレベルにする。これにより、第1の極側電位S_P1および第2の極側電位S_P2が固定電圧Vddになる。次に、スイッチSW2,SW4をオフしてから外部電極パルスDRVをハイレベルにすると共に内部パルスDRV_Nをローレベルにすることで、第1の極側電位S_P1および第2の極側電位S_P2が所定レベルまで下降する。スイッチSW1,SW3をオンすると共にスイッチSW7,SW8をオンすることで、分配容量Cdn2,Cdp2による第2の極側電位S_N1および第1の極側電位S_N2がグランド電位になる。スイッチSW1,SW3をオフした後、外部電極パルスDRVをローレベルにすると共に内部パルスDRV_Pをハイレベルにすることで、第2の極側電位S_N1および第1の極側電位S_N2が所定レベルまで上昇する。そして、スイッチSW9からSW12をオンすることにより、第2の極側電位S_P2と第2の極側電位S_N1に応じた第2の極側出力S_Pが得られ、第1の極側電位S_P21と第1の極側電位S_N12に応じた第1の極側出力S_Nが得られる。この第1の極側出力S_Nとた第2の極側出力S_Pの電位差が後段回路で検出される。図23(a)はCf2<Cf1<Cdp1,Cdn1の場合の波形であり、Cf1とCf2の差が大きいほど電位差は大きくなる。   FIG. 23B is a timing chart showing the operation content of the chopping filter shown in FIG. 22B. The switches SW2 and SW4 are turned on, the switches SW5 and SW6 are turned on, and the internal pulse DRV_N applied to the distribution capacitors Cdn1 and Cdp1 is set to the high level. As a result, the first pole-side potential S_P1 and the second pole-side potential S_P2 become the fixed voltage Vdd. Next, after turning off the switches SW2 and SW4, the external electrode pulse DRV is set to high level and the internal pulse DRV_N is set to low level, whereby the first pole side potential S_P1 and the second pole side potential S_P2 are predetermined. Descent to level. By turning on the switches SW1 and SW3 and turning on the switches SW7 and SW8, the second pole side potential S_N1 and the first pole side potential S_N2 by the distribution capacitors Cdn2 and Cdp2 become the ground potential. After turning off the switches SW1 and SW3, the external electrode pulse DRV is set to low level and the internal pulse DRV_P is set to high level, so that the second pole side potential S_N1 and the first pole side potential S_N2 rise to predetermined levels. To do. Then, by turning on the switches SW9 to SW12, a second pole-side output S_P corresponding to the second pole-side potential S_P2 and the second pole-side potential S_N1 is obtained, and the first pole-side potential S_P21 and the second pole-side potential S_P21 A first pole-side output S_N corresponding to one pole-side potential S_N12 is obtained. A potential difference between the first pole-side output S_N and the second pole-side output S_P is detected by a subsequent circuit. FIG. 23A shows a waveform in the case of Cf2 <Cf1 <Cdp1, Cdn1, and the potential difference increases as the difference between Cf1 and Cf2 increases.

次に、図24A(a)(b)、図24Bを参照して、図4(c)に示す相互容量差検出方式のチョッピングフィルタの他の構成例について具体的に説明する。図24A、図24Bに示すチョッピングフィルタは、外部電極パルスおよび内部パルスを用いて電荷転送し、分配容量の初期化電圧は基準電圧VREFの1レベルとなる例である。   Next, another configuration example of the mutual capacitance difference detection type chopping filter shown in FIG. 4C will be specifically described with reference to FIGS. The chopping filters shown in FIGS. 24A and 24B are examples in which charge transfer is performed using external electrode pulses and internal pulses, and the initialization voltage of the distribution capacitor is one level of the reference voltage VREF.

図24A(a)のチョッピングフィルタは、双方のセンサ電極をスイッチSW1,SW2を介して基準電圧VREFに接続している。そのほかの構成は図22A(a)に示すチョッピングフィルタと同様である。   In the chopping filter of FIG. 24A (a), both sensor electrodes are connected to a reference voltage VREF via switches SW1 and SW2. Other configurations are the same as those of the chopping filter shown in FIG.

図24A(b)のチョッピングフィルタは、図24A(a)のチョッピングフィルタと同一機能を有しており、センサ電極を分配容量に接続するスイッチSW5からSW8の接続位置を、スイッチSW1からSW4よりもセンサ電極側にしている。その他の構成は図24A(a)のチョッピングフィルタと同一である。   The chopping filter in FIG. 24A (b) has the same function as the chopping filter in FIG. 24A (a), and the connection positions of the switches SW5 to SW8 that connect the sensor electrode to the distribution capacitor are set higher than the switches SW1 to SW4. It is on the sensor electrode side. Other configurations are the same as those of the chopping filter of FIG.

図24Bのチョッピングフィルタは、図22Bのチョッピングフィルタにおいて、分配容量Cdp1,Cdn1に印加する内部パルスDRV_Nの上限レベルを基準電圧VREFとし、分配容量Cdp2,Cdn2に印加する内部パルスDRV_Pの下限レベルを基準電圧VREFとしている。   The chopping filter of FIG. 24B uses the upper limit level of the internal pulse DRV_N applied to the distribution capacitors Cdp1 and Cdn1 as the reference voltage VREF and the lower limit level of the internal pulse DRV_P applied to the distribution capacitors Cdp2 and Cdn2 in the chopping filter of FIG. 22B. The voltage is VREF.

図25(a)は図24A(a)(b)に示すチョッピングフィルタの動作内容を示すタイミング図である。図24A(a)のチョッピングフィルタの場合、スイッチSW1,SW2をオンすると共にスイッチSW5,SW6をオンし、かつ分配容量Cdp1,Cdn1に印加する内部パルスDRV_Nをハイレベルにすることで分配容量Cdp1,Cdn1が基準電圧VREFで初期化される。スイッチSW1,SW2をオフした後、内部パルスDRV_Nをローレベルにすると共に外部電極パルスDRVをハイレベルにすることにより、分配容量Cdn1に応じた第1の極側電位S_P2および分配容量Cdp1に応じた第2の極側電位S_P1が上昇する。次に、スイッチSW1,SW2をオンすると共にスイッチSW7,SW8をオンすることで分配容量Cdp2,Cdn2が基準電圧VREFで初期化される。スイッチSW1,SW2をオフした後、内部パルスDRV_Pをハイレベルにすると共に外部電極パルスDRVをローレベルにすることにより、分配容量Cdn2に応じた第2の極側電位S_N2および分配容量Cdp2に応じた第1の極側電位S_N1が下降する。そして、スイッチSW9からSW12をオンすることにより、第2の極側電位S_P1と第2の極側電位S_N2に応じた第2の極側出力S_Pが得られ、第1の極側電位S_P2と第1の極側電位S_N1に応じた第1の極側出力S_Nが得られる。この第1の極側出力S_Nと第2の極側出力S_Pの電位差が後段回路で検出される。図25(a)はCf2>Cf1>Cdp1,Cdn1の場合の波形であり、Cf1とCf2の差が大きいほど電位差は大きくなる。   FIG. 25A is a timing chart showing the operation contents of the chopping filter shown in FIGS. 24A and 24B. In the case of the chopping filter shown in FIG. 24A (a), the switches SW1 and SW2 are turned on, the switches SW5 and SW6 are turned on, and the internal pulse DRV_N applied to the distribution capacitors Cdp1 and Cdn1 is set to the high level. Cdn1 is initialized with the reference voltage VREF. After turning off the switches SW1 and SW2, the internal pulse DRV_N is set to the low level and the external electrode pulse DRV is set to the high level, so that the first pole side potential S_P2 corresponding to the distribution capacitor Cdn1 and the distribution capacitor Cdp1 are determined. The second pole side potential S_P1 rises. Next, when the switches SW1 and SW2 are turned on and the switches SW7 and SW8 are turned on, the distribution capacitors Cdp2 and Cdn2 are initialized with the reference voltage VREF. After turning off the switches SW1 and SW2, the internal pulse DRV_P is set to the high level and the external electrode pulse DRV is set to the low level, so that the second pole side potential S_N2 corresponding to the distribution capacitor Cdn2 and the distribution capacitor Cdp2 are determined. The first pole side potential S_N1 falls. Then, by turning on the switches SW9 to SW12, a second pole-side output S_P corresponding to the second pole-side potential S_P1 and the second pole-side potential S_N2 is obtained, and the first pole-side potential S_P2 and the second pole-side potential S_P2 A first pole-side output S_N corresponding to one pole-side potential S_N1 is obtained. A potential difference between the first pole-side output S_N and the second pole-side output S_P is detected by a subsequent circuit. FIG. 25A shows waveforms when Cf2> Cf1> Cdp1, Cdn1, and the potential difference increases as the difference between Cf1 and Cf2 increases.

図24A(b)のチョッピングフィルタの場合、スイッチSW2,SW4をオンすると共にスイッチSW5,SW6をオンし、かつ分配容量Cdp1,Cdn1に印加する内部パルスDRV_Nをハイレベルにすることで、分配容量Cdp1,Cdn1が基準電圧VREFで初期化される。また、分配容量Cdp2,Cdn2を初期化する場合は、スイッチSW1,SW3をオンすると共にスイッチSW7,SW8をオンした状態で、内部パルスDRV_Pをハイレベルにすると共に外部電極パルスDRVをローレベルにする。これにより、分配容量Cdp2,Cdn2が基準電圧VREFで初期化される。   In the case of the chopping filter of FIG. 24A (b), by turning on the switches SW2 and SW4 and turning on the switches SW5 and SW6 and setting the internal pulse DRV_N applied to the distribution capacitors Cdp1 and Cdn1 to high level, the distribution capacitor Cdp1 , Cdn1 is initialized with the reference voltage VREF. When initializing the distribution capacitors Cdp2 and Cdn2, the internal pulse DRV_P is set to the high level and the external electrode pulse DRV is set to the low level while the switches SW1 and SW3 are turned on and the switches SW7 and SW8 are turned on. . As a result, the distribution capacitors Cdp2 and Cdn2 are initialized with the reference voltage VREF.

図25(b)は図24Bに示すチョッピングフィルタの動作内容を示すタイミング図である。スイッチSW2,SW4をオンすると共にスイッチSW5,SW6をオンし、さらに分配容量Cdn1,Cdp1に対して印加する内部パルスDRV_Nをハイレベルにする。これにより、第1の極側電位S_P2および第2の極側電位S_P1が基準電圧VREFになる。次に、スイッチSW2,SW4をオフしてから、外部電極パルスDRVをハイレベルにすると共に内部パルスDRV_Nをローレベルにすることで、第1の極側電位S_P2および第2の極側電位S_P1が所定レベルまで上昇する。次に、スイッチSW5,SW6をオフしてから、スイッチSW1,SW3をオンすると共にスイッチSW7,SW8をオンする。これと同時に内部パルスDRV_Pを基準電圧VREFへ変化させる。これにより、分配容量Cdn2,Cdp2による第2の極側電位S_N2および第1の極側電位S_N1が基準電圧VREFになる。スイッチSW1,SW3をオフした後、外部電極パルスDRVをローレベルにすると共に内部パルスDRV_Pをハイレベルにすることで、第2の極側電位S_N2および第1の極側電位S_N1が所定レベルまで下降する。そして、スイッチSW9からSW12をオンすることにより、第2の極側電位S_P1と第2の極側電位S_N2に応じた第2の極側出力S_Pが得られ、第1の極側電位S_P2と第1の極側電位S_N1に応じた第1の極側出力S_Nが得られる。この第1の極側出力S_Nとた第2の極側出力S_Pの電位差が後段回路で検出される。   FIG. 25B is a timing chart showing the operation content of the chopping filter shown in FIG. 24B. The switches SW2 and SW4 are turned on, the switches SW5 and SW6 are turned on, and the internal pulse DRV_N applied to the distribution capacitors Cdn1 and Cdp1 is set to the high level. As a result, the first pole-side potential S_P2 and the second pole-side potential S_P1 become the reference voltage VREF. Next, after the switches SW2 and SW4 are turned off, the external electrode pulse DRV is set to the high level and the internal pulse DRV_N is set to the low level, so that the first pole side potential S_P2 and the second pole side potential S_P1 are obtained. Rise to a predetermined level. Next, after the switches SW5 and SW6 are turned off, the switches SW1 and SW3 are turned on and the switches SW7 and SW8 are turned on. At the same time, the internal pulse DRV_P is changed to the reference voltage VREF. As a result, the second pole-side potential S_N2 and the first pole-side potential S_N1 due to the distribution capacitors Cdn2 and Cdp2 become the reference voltage VREF. After turning off the switches SW1 and SW3, the external electrode pulse DRV is set to low level and the internal pulse DRV_P is set to high level, whereby the second pole side potential S_N2 and the first pole side potential S_N1 are lowered to a predetermined level. To do. Then, by turning on the switches SW9 to SW12, a second pole-side output S_P corresponding to the second pole-side potential S_P1 and the second pole-side potential S_N2 is obtained, and the first pole-side potential S_P2 and the second pole-side potential S_P2 A first pole-side output S_N corresponding to one pole-side potential S_N1 is obtained. A potential difference between the first pole-side output S_N and the second pole-side output S_P is detected by a subsequent circuit.

次に、チョッピングフィルタ11の後段に接続されるチャージアンプの構成について説明する。ここでは、チャージアンプを構成するベース電荷量キャンセル機構12及び積分器13の回路構成例について説明する。   Next, the configuration of the charge amplifier connected to the subsequent stage of the chopping filter 11 will be described. Here, a circuit configuration example of the base charge amount cancellation mechanism 12 and the integrator 13 constituting the charge amplifier will be described.

図26は、シングルエンドのチョッピングフィルタ11に対応した後段回路(12,13)の構成例である。
後段回路(12,13)は、前述したチョッピングフィルタ出力S_N,S_PがスイッチSW9、SW10を介して取り込まれるが、差動信号入力の場合にはが図28に示すSW7、SW8を使ってシングルエンドの信号に変換する必要がある。ベース電荷量キャンセル容量Cbcの一方の端部にスイッチSW9、SW10を介してチョッピングフィルタ11が接続される。ベース電荷量キャンセル容量Cbcの他方の端部には入力信号BCRが印加される。BCRがHighになると、チョッピングフィルタ11に蓄積された分配容量から、ベース電荷量キャンセル容量CbcにBCR電位差(BCR信号のHighレベル−BCR信号のLowレベル)を乗算した電荷量が差し引かれる。
FIG. 26 is a configuration example of the subsequent circuit (12, 13) corresponding to the single-ended chopping filter 11.
In the post-stage circuit (12, 13), the above-described chopping filter outputs S_N, S_P are taken in via the switches SW9, SW10. However, in the case of a differential signal input, single-end is performed using SW7, SW8 shown in FIG. Need to be converted to A chopping filter 11 is connected to one end of the base charge amount cancellation capacitor Cbc via switches SW9 and SW10. An input signal BCR is applied to the other end of the base charge amount cancellation capacitor Cbc. When BCR becomes High, the charge amount obtained by multiplying the base charge amount cancellation capacitor Cbc by the BCR potential difference (High level of BCR signal−Low level of BCR signal) is subtracted from the distribution capacitor stored in the chopping filter 11.

積分器13は、チョッピングフィルタ11に蓄積された分配容量(ベース電荷量キャンセル)に対応した入力電圧OP_INを増幅するオペアンプ1と、オペアンプ出力OP_OUTを基準電圧VREF2と比較するコンパレータ2とを備えている。オペアンプ1は、反転入力端子にチョッピングフィルタ11の出力端が接続され、非反転入力端子に電圧VREF1が印加されている。オペアンプ1の反転入力端子と非反転入力端子との間はスイッチSW11で接続可能に構成されている。また、オペアンプ1は、反転入力端子と出力端子との間に積分容量が蓄積されるフィードバックコンデンサ(Cb1)が接続されている。フィードバックコンデンサ(Cb1)に対して並列にリセット用のスイッチSW12が接続されている。コンパレータ2は、+入力OP_OUTが−入力VREF2を超えた場合にローレベルからハイレベルに変化するコンパレータ出力CMP_OUTを生成する。   The integrator 13 includes an operational amplifier 1 that amplifies the input voltage OP_IN corresponding to the distribution capacitance (base charge amount cancellation) accumulated in the chopping filter 11, and a comparator 2 that compares the operational amplifier output OP_OUT with the reference voltage VREF2. . In the operational amplifier 1, the output terminal of the chopping filter 11 is connected to the inverting input terminal, and the voltage VREF1 is applied to the non-inverting input terminal. The inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the operational amplifier 1 can be connected by a switch SW11. Further, the operational amplifier 1 has a feedback capacitor (Cb1) in which integral capacitance is accumulated between an inverting input terminal and an output terminal. A reset switch SW12 is connected in parallel to the feedback capacitor (Cb1). The comparator 2 generates a comparator output CMP_OUT that changes from a low level to a high level when the + input OP_OUT exceeds the −input VREF2.

図27は、差動方式のチョッピングフィルタ11に対応した後段回路(12,13)の構成例である。後段回路(12,13)は、スイッチSW13を介してチョッピングフィルタ11の第2の極の分配容量Cdpに接続され、スイッチSW14を介してチョッピングフィルタ11の第1の極の分配容量Cdnに接続される。一方の極のベース電荷量キャンセル容量Cbc1の一方の端部にスイッチSW13が接続され、他方の極のベース電荷量キャンセル容量Cbc2の一方の端部にスイッチSW14が接続される。一方の極側の転送電荷が現れるノードS_IPと、他方の極側の転送電荷が現れるノードS_INとが、クロスポイントスイッチ5に並列に接続されている。ノードS_IN、S_IPに対して電圧VREFがスイッチSW15、SW16を介して印加可能に構成されている。   FIG. 27 is a configuration example of the post-stage circuit (12, 13) corresponding to the differential chopping filter 11. The post-stage circuit (12, 13) is connected to the distribution capacitor Cdp of the second pole of the chopping filter 11 via the switch SW13, and is connected to the distribution capacitor Cdn of the first pole of the chopping filter 11 via the switch SW14. The The switch SW13 is connected to one end of the base charge amount cancellation capacitor Cbc1 of one pole, and the switch SW14 is connected to one end of the base charge amount cancellation capacitor Cbc2 of the other pole. A node S_IP in which the transfer charge on one pole side appears and a node S_IN in which the transfer charge on the other pole side appears are connected to the crosspoint switch 5 in parallel. The voltage VREF can be applied to the nodes S_IN and S_IP via the switches SW15 and SW16.

積分器13は、全差動オペアンプ1のプラス(+)出力及びマイナス(−)出力がクロスポイントスイッチ6を介してコンパレータ2に入力される。全差動オペアンプ1のフィードバック経路にクロスポイントスイッチ7が設けられており、マイナス(−)出力端からプラス(+)入力端へのフィードバック経路にはフィードバックコンデンサCb11及びスイッチSW17が接続され、プラス(+)出力端からマイナス(−)入力端へのフィードバック経路にはフィードバックコンデンサCb12及びスイッチSW18が接続されている。また、ベース電荷量キャンセル容量の入力信号BCR、BCFとデルタシグマモジュレータのフィードバック信号DSR、DSFで、Cbc1、Cbc2とCb21、Cb22の大きさに対応する電荷を発生できるようにしている。   In the integrator 13, the plus (+) output and the minus (−) output of the fully differential operational amplifier 1 are input to the comparator 2 via the crosspoint switch 6. A crosspoint switch 7 is provided in the feedback path of the fully-differential operational amplifier 1, and a feedback capacitor Cb11 and a switch SW17 are connected to the feedback path from the minus (−) output terminal to the plus (+) input terminal. A feedback capacitor Cb12 and a switch SW18 are connected to the feedback path from the (+) output terminal to the minus (−) input terminal. In addition, it is possible to generate charges corresponding to the magnitudes of Cbc1, Cbc2, Cb21, and Cb22 based on the input signals BCR and BCF of the base charge amount cancellation capacitor and the feedback signals DSR and DSF of the delta sigma modulator.

(第1の実施例)
図28は第1の実施例に係る容量検出装置10の具体的な回路構成図である。同図において、Cbcを含むベース電荷量キャンセル機構12よりも入力側(図28において左側)がチョッピングフィルタ部であり、出力側(図28において右側)が積分器13である。チョッピングフィルタ部は、図10(a)に示すチョッピングフィルタ構成を有している。
(First embodiment)
FIG. 28 is a specific circuit configuration diagram of the capacitance detection apparatus 10 according to the first embodiment. In the figure, the input side (left side in FIG. 28) of the base charge amount cancellation mechanism 12 including Cbc is a chopping filter unit, and the output side (right side in FIG. 28) is an integrator 13. The chopping filter section has a chopping filter configuration shown in FIG.

図29は本実施例に係る容量検出装置のタイミングチャートである。
同図に示すように、SW1をONすると共に、同じタイミングでSW6、SW11、SW12をONする。SW1をONすることにより、入力部の容量(Cs、Cf)はVddに充電される。同じタイミングでSW6、SW11、SW12をONすることによりCdnが初期化され、同様にオペアンプ12Aのマイナス(−)入力OP_INがVr1に初期化され、Cb1も初期化される。Vr1はオペアンプの入出力電圧のバランスを考慮して設定される。この時、スイッチSW8はON状態であり、積分器13に電荷が転送されるまで維持される。また、ベース電荷量キャンセル容量Cbcの入力信号BCRとデルタシグマモジュレータのフィードバック信号(Cb2の入力)DSRはともにLowに設定し、CbcとCb2の電荷の初期化を行う。
FIG. 29 is a timing chart of the capacity detection device according to the present embodiment.
As shown in the figure, SW1 is turned on, and SW6, SW11, and SW12 are turned on at the same timing. By turning on SW1, the capacity (Cs, Cf) of the input section is charged to Vdd. By turning on SW6, SW11, and SW12 at the same timing, Cdn is initialized. Similarly, the minus (−) input OP_IN of the operational amplifier 12A is initialized to Vr1, and Cb1 is also initialized. Vr1 is set in consideration of the input / output voltage balance of the operational amplifier. At this time, the switch SW8 is in the ON state and is maintained until the charge is transferred to the integrator 13. The input signal BCR of the base charge amount cancellation capacitor Cbc and the feedback signal (input of Cb2) DSR of the delta sigma modulator are both set to Low, and the charges of Cbc and Cb2 are initialized.

次に、SW1、SW6、SW11、SW12をOFFしSW4をONする。これにより、センサ容量Csと指容量Cfの電荷量が分配容量Cdnに分配される。   Next, SW1, SW6, SW11, and SW12 are turned off and SW4 is turned on. Thereby, the charge amounts of the sensor capacitor Cs and the finger capacitor Cf are distributed to the distribution capacitor Cdn.

次に、分配容量Cdnを入力部の容量(Cs、Cf)と切り離すために、スイッチSW4をOFFし、双極駆動による電荷分配の半分のシーケンスが完了する。   Next, in order to separate the distribution capacitor Cdn from the capacitors (Cs, Cf) of the input unit, the switch SW4 is turned OFF, and the half sequence of charge distribution by bipolar drive is completed.

続いて、スイッチSW2がONすることで、センサ容量Csと指容量CfはGNDに接続されると共に、スイッチSW5がONしてCdpが初期化された後、スイッチSW2及びSW5がOFFし、先ほどと同様にスイッチSW3がONして入力部の容量(Cs、Cf)の電荷量が分配容量Cdpに分配される。   Subsequently, when the switch SW2 is turned on, the sensor capacitance Cs and the finger capacitance Cf are connected to GND, and after the switch SW5 is turned on and Cdp is initialized, the switches SW2 and SW5 are turned off. Similarly, the switch SW3 is turned ON, and the charge amount of the capacitance (Cs, Cf) of the input unit is distributed to the distribution capacitor Cdp.

次に、分配容量Cdpを入力部の容量(Cs、Cf)と切り離すために、スイッチSW3をOFFし、双極駆動による電荷分配の1シーケンスが完了する。   Next, the switch SW3 is turned off to separate the distribution capacitor Cdp from the input capacitances (Cs, Cf), and one charge distribution sequence by bipolar driving is completed.

このとき、CdpとCdnは同じ大きさに設定し、その大きさをCdとしたとき、それぞれに分配された電荷量Qdは

Figure 2011215124
となる。よって、CdpとCdnを同じ大きさにしておくと、CdpとCdnの両端の電位差は同じになり、その電位差VdはQ=CVより
Figure 2011215124
となる。 At this time, Cdp and Cdn are set to the same magnitude, and when the magnitude is Cd, the amount of charge Qd distributed to each is
Figure 2011215124
It becomes. Therefore, if Cdp and Cdn are made the same size, the potential difference between both ends of Cdp and Cdn will be the same, and the potential difference Vd will be less than Q = CV
Figure 2011215124
It becomes.

次に、スイッチSW8をOFFし、スイッチSW7をONして、CdpとCdnをともにVddを基準とした接続構成にする。このときのCdpとCdnの基準電位はVddに限定する必要は無い。たとえば、GND基準とする場合にはCdp側の接続をスイッチSWで切り替えればよい。   Next, the switch SW8 is turned off and the switch SW7 is turned on, so that both Cdp and Cdn are connected with Vdd as a reference. At this time, the reference potential of Cdp and Cdn need not be limited to Vdd. For example, if the GND reference is used, the connection on the Cdp side may be switched with the switch SW.

次に、スイッチSW7、SW8をそのままにして、スイッチSW9、SW10をONして、オペアンプ12Aのマイナス(−)入力OP_INに接続する。このとき、分配時にセンサ部に入った外来ノイズは双極駆動の周期より十分長い周波数である場合、CdpとCdnとに逆向きの電荷量として分配されるため、大幅に抑制される。   Next, the switches SW7 and SW8 are left as they are, and the switches SW9 and SW10 are turned on to connect to the negative (−) input OP_IN of the operational amplifier 12A. At this time, when the external noise that has entered the sensor unit at the time of distribution has a frequency sufficiently longer than the period of bipolar driving, it is distributed to Cdp and Cdn as charge amounts in opposite directions, and thus is greatly suppressed.

次に、センサ部のベース電荷量キャンセルのためCbcに入力されるBCRがHighになり

Figure 2011215124
の電荷量が分配容量Cdp、Cdnの電荷量から差し引かれる。オペアンプ12Aのマイナス(−)入力OP_INはVr1と定常的には等しくなることから、(3)式が導出できる。(1)式から判るように、指の有無(Cfの有無)で検出される電荷量Qdが異なり、指が有る場合の方がQdが大きくなる。Vdd基準に分配容量が接続されるので指がない場合に比べて指が有る場合はこの段階においてオペアンプ12Aのマイナス入力(−)OP_INの電位はよりGNDに近くなる。よって、図29のタイミングチャートに示すように、オペアンプ12Aの出力OP_OUTはオペアンプ12AのフィードバックコンデンサCb1を介してVr1とOP_INが等しくなるように上昇する。このとき、ベース電荷量キャンセル機構がない場合は、センサ容量Csの無駄な電荷量もCb1に取り込むため出力電圧が飽和しやすくなりダイナミックレンジがとれなくなる。 Next, BCR input to Cbc goes high to cancel the base charge amount of the sensor unit.
Figure 2011215124
Is subtracted from the charge amount of the distribution capacitors Cdp and Cdn. Since the negative (−) input OP_IN of the operational amplifier 12A is constantly equal to Vr1, equation (3) can be derived. As can be seen from the equation (1), the amount of charge Qd detected differs depending on the presence / absence of the finger (presence / absence of Cf), and the Qd is greater when the finger is present. Since the distribution capacitor is connected to the Vdd reference, the potential of the negative input (−) OP_IN of the operational amplifier 12A is closer to GND at this stage when the finger is present than when there is no finger. Therefore, as shown in the timing chart of FIG. 29, the output OP_OUT of the operational amplifier 12A rises through the feedback capacitor Cb1 of the operational amplifier 12A so that Vr1 and OP_IN become equal. At this time, if there is no base charge amount canceling mechanism, a wasteful charge amount of the sensor capacitor Cs is also taken into Cb1, so that the output voltage is easily saturated and the dynamic range cannot be obtained.

オペアンプ12AがCb1に分配電圧VdとVr1の電位差に対応する分配された電荷量を取り込んだ後、スイッチSW9、SW10はOFFし、積分器側とチョッピングフィルタ側が切り離され、次にスイッチSW7、SW8が分配するときの状態に戻り、1回の積分シーケンスが終了する。   After the operational amplifier 12A takes in the distributed charge amount corresponding to the potential difference between the distributed voltages Vd and Vr1 to Cb1, the switches SW9 and SW10 are turned OFF, the integrator side and the chopping filter side are disconnected, and then the switches SW7 and SW8 are switched Returning to the distribution state, one integration sequence is completed.

この積分シーケンスを繰り返すことでオペアンプ12Aの出力を必要レベルまで確保することができるが、更にADコンバータ機能を付加させることが出来る。具体的には、オペアンプ12Aの出力をコンパレータ12Bに接続し、オペアンプ12Aの出力電圧を基準電圧Vr2と比較し、積分動作をしながらコンパレータ12Bの出力CMP_OUTを2値のビットストリームとして取り出す。   By repeating this integration sequence, the output of the operational amplifier 12A can be secured to a required level, but an AD converter function can be further added. Specifically, the output of the operational amplifier 12A is connected to the comparator 12B, the output voltage of the operational amplifier 12A is compared with the reference voltage Vr2, and the output CMP_OUT of the comparator 12B is extracted as a binary bit stream while performing an integration operation.

図29のタイミングチャートに示すように、2回目の積分シーケンスでオペアンプ12Aの出力OP_OUTがVr2を超えると、その積分シーケンス内でDSRがHighとなり、Cb2を介して電荷量としてフィードバックを行いデルタシグマモジュレーションを行う。この構成は1次のデルタシグマモジュレーションそのものであり、後続にロジック回路にてディジタルフィルタ14を構成することで容易に多ビットのディジタル信号への変換が可能なADコンバータを実現できる。基本的にディジタルフィルタ14はローパスフィルタ機能となるが、取り込み回数(カットオフ特性)を最適化することで、更に外来ノイズ耐性を上げることが可能である。通常は、200以上の積分回数でビットストリームを取り込みディジタルフィルタで多ビットのディジタル出力を出すことが望ましい。これらの動作時のノードOP_OUTの波形を図29中に示す。   As shown in the timing chart of FIG. 29, when the output OP_OUT of the operational amplifier 12A exceeds Vr2 in the second integration sequence, DSR becomes High in the integration sequence, and feedback is performed as the amount of charge via Cb2, thereby delta-sigma modulation. I do. This configuration is the first-order delta-sigma modulation itself, and an AD converter that can be easily converted into a multi-bit digital signal can be realized by subsequently configuring the digital filter 14 with a logic circuit. Basically, the digital filter 14 has a low-pass filter function. However, by optimizing the number of captures (cut-off characteristics), it is possible to further increase the external noise resistance. Normally, it is desirable to take a bit stream with an integration number of 200 or more and output a multi-bit digital output with a digital filter. The waveform of the node OP_OUT during these operations is shown in FIG.

なお、分配容量Cdp、Cdnは入力部の容量(Cs、Cf)と比較して大きいほど電荷の取り込み効率が上がるが、分配時の時定数の関係から図30に示すようにいくつかのコンデンサC1、C2・・・Cnを必要に応じて並列接続できるようにし、センサ容量Csの大きさに応じて容量値を可変できる構成とすることが望ましい。更に、これらコンデンサC1、C2・・・Cnは2倍ずつの重み付けをしておくと効率的である。またベース電荷量キャンセルを行うCbcもセンサ容量に応じて可変できる同様の構成をとることが望ましい。Cb1、Cb2の容量の大きさ(比)は入出力のゲインを決定するものでこれも同様の構成をとることが望ましい。   As the distribution capacitances Cdp and Cdn are larger than the capacitances (Cs and Cf) of the input section, the charge capture efficiency increases. However, as shown in FIG. , C2... Cn can be connected in parallel as necessary, and it is desirable that the capacitance value be variable according to the size of the sensor capacitance Cs. Furthermore, it is efficient to weight these capacitors C1, C2,... Cn twice. In addition, it is desirable to adopt a similar configuration in which Cbc for canceling the base charge amount can be varied according to the sensor capacitance. The size (ratio) of the capacitances of Cb1 and Cb2 determines the input / output gain, and it is desirable to adopt the same configuration.

更に、分配時において分配容量Cdp、Cdnの固定ノードはVdd、GNDに接続されているが固定電位であればこれに限るものではない。たとえばCdpの固定ノードをGNDにすることが可能である。また分配容量の積分器側への電荷転送は分配容量の並列接続を行わず、おのおの順次転送してもよい。説明した検出シーケンスは一例でありそのほかのシーケンスを用いて同様の機能を実現してもよい。   Further, at the time of distribution, the fixed nodes of the distribution capacitors Cdp and Cdn are connected to Vdd and GND, but the present invention is not limited to this as long as it is a fixed potential. For example, the fixed node of Cdp can be set to GND. Further, the charge transfer to the integrator side of the distribution capacitor may be sequentially transferred without parallel connection of the distribution capacitors. The detection sequence described above is an example, and the same function may be realized using other sequences.

(第2の実施例)
第2の実施例は、双極で駆動、分配された電荷をそのまま差動形式で処理すると共に、分配容量から積分器への電荷転送シーケンスと入力部の容量(Cs、Cf)から分配容量への電荷分配とを並行して行い、2つの処理のパイプライン化を実現している。
(Second embodiment)
In the second embodiment, the electric charge driven and distributed in bipolar is processed in the differential form as it is, and the charge transfer sequence from the distribution capacitor to the integrator and the capacitance (Cs, Cf) of the input unit to the distribution capacitor are performed. The charge distribution is performed in parallel to realize the pipeline processing of the two processes.

図31は第2の実施例に係る容量検出装置の回路図である。チョッピングフィルタは、図6に示すパイプライン構成のチョッピングフィルタと基本的に同一構成である。また、ベース電荷量キャンセル機構12および積分器13は、図27に示した構成と同一である。第2の実施例の容量検出装置は、一方の極に分配容量Cdp1と分配容量Cdp2とを並列に割り当て、他方の極にも分配容量Cdn1と分配容量Cdn2とを並列に割り当てている。一方の極に並列に設けた分配容量Cdp1と分配容量Cdp2とで電荷分配と電荷転送を交互に行い、同様に他方の極に並列に設けた分配容量Cdn1と分配容量Cdn2とで電荷分配と電荷転送を交互に行えるように接続を切り替えるスイッチSW3からSW14を設けている。一方の極側の転送電荷が現れるノードS_IPと、他方の極側の転送電荷が現れるノードS_INとが、クロスポイントスイッチ15に並列に接続されている。ノードS_IN、S_IPに対して電圧VrがスイッチSW15、SW16を介して印加可能に構成されている。積分器13は、全差動オペアンプ18のプラス(+)出力及びマイナス(−)出力がクロスポイントスイッチ16を介してコンパレータ19に入力される。全差動オペアンプ18のフィードバック経路にクロスポイントスイッチ17が設けられており、マイナス(−)出力端からプラス(+)入力端へのフィードバック経路にはフィードバックコンデンサCb11及びスイッチSW17が接続され、プラス(+)出力端からマイナス(−)入力端へのフィードバック経路にはフィードバックコンデンサCb12及びスイッチSW18が接続されている。また、ベース電荷量キャンセル容量の入力信号BCR、BCFとデルタシグマモジュレータのフィードバック信号DSR、DSFで、Cbc1、Cbc2とCb21、Cb22の大きさに対応する電荷を発生できるようにしている。   FIG. 31 is a circuit diagram of the capacitance detecting apparatus according to the second embodiment. The chopping filter has basically the same configuration as the chopping filter having the pipeline configuration shown in FIG. The base charge amount canceling mechanism 12 and the integrator 13 are the same as those shown in FIG. In the capacity detection device of the second embodiment, the distribution capacity Cdp1 and the distribution capacity Cdp2 are assigned in parallel to one pole, and the distribution capacity Cdn1 and the distribution capacity Cdn2 are assigned in parallel to the other pole. The charge distribution and charge transfer are alternately performed by the distribution capacitor Cdp1 and the distribution capacitor Cdp2 provided in parallel with one pole, and the charge distribution and charge are similarly provided by the distribution capacitor Cdn1 and the distribution capacitor Cdn2 provided in parallel with the other pole. Switches SW3 to SW14 for switching connections are provided so that transfer can be performed alternately. A node S_IP in which the transfer charge on one pole side appears and a node S_IN in which the transfer charge on the other pole side appears are connected to the crosspoint switch 15 in parallel. The voltage Vr can be applied to the nodes S_IN and S_IP via the switches SW15 and SW16. In the integrator 13, the plus (+) output and the minus (−) output of the fully differential operational amplifier 18 are input to the comparator 19 via the crosspoint switch 16. A crosspoint switch 17 is provided in the feedback path of the fully-differential operational amplifier 18, and a feedback capacitor Cb11 and a switch SW17 are connected to the feedback path from the minus (−) output terminal to the plus (+) input terminal, and the plus (−) A feedback capacitor Cb12 and a switch SW18 are connected to the feedback path from the (+) output terminal to the minus (−) input terminal. In addition, it is possible to generate charges corresponding to the magnitudes of Cbc1, Cbc2, Cb21, and Cb22 based on the input signals BCR and BCF of the base charge amount cancellation capacitor and the feedback signals DSR and DSF of the delta sigma modulator.

図32はクロスポイントスイッチ15、16、17の構成例を示す図である。クロスポイントスイッチ15、16、17は、φ1、φ2の信号で平行接続、交差接続を切り替える。これは全差動オペアンプ18のフリッカーノイズを抑制するためのもので、チョッパ安定化機能を持つ。   FIG. 32 is a diagram illustrating a configuration example of the cross point switches 15, 16, and 17. The cross point switches 15, 16, and 17 switch between parallel connection and cross connection by signals of φ1 and φ2. This is for suppressing the flicker noise of the fully differential operational amplifier 18 and has a chopper stabilization function.

次に、以上のように構成された第2の実施例の動作について説明する。
図33は第2の実施例に係る容量検出装置の1回の双極の駆動、分配シーケンスに相当するタイミングチャートであり、図34は複数回の積分シーケンスに相当する全体シーケンスであり全差動アンプ出力の出力波形を対応させて示している。
Next, the operation of the second embodiment configured as described above will be described.
FIG. 33 is a timing chart corresponding to one bipolar drive / distribution sequence of the capacitance detection apparatus according to the second embodiment, and FIG. 34 is an entire sequence corresponding to a plurality of integration sequences, which is a fully differential amplifier. The output waveform of the output is shown correspondingly.

まず、スイッチSW1をONすることにより、センサ容量Csと指容量CfはVddに充電される。同じタイミングで、スイッチSW8、SW15、SW16、SW17、SW18をONすることで、Cdn1が初期化され、同様にノードS_IP、S_INがVrに初期化され、Cb11、Cb12も初期化される。また、ベース電荷量キャンセル容量の入力信号BCR、BCFとデルタシグマモジュレータのフィードバック信号DSR、DSFも第1の実施例と同様に設定し、Cbc1、Cbc2とCb21、Cb22の電荷の初期化を行う。また、クロスポイントスイッチ15,16,17は各積分シーケンス毎にスイッチSW11、12、13、14と同様に切り替わる。   First, by turning on the switch SW1, the sensor capacitance Cs and the finger capacitance Cf are charged to Vdd. By turning on the switches SW8, SW15, SW16, SW17, and SW18 at the same timing, Cdn1 is initialized. Similarly, the nodes S_IP and S_IN are initialized to Vr, and Cb11 and Cb12 are also initialized. Also, the base charge amount cancellation capacitance input signals BCR and BCF and the delta-sigma modulator feedback signals DSR and DSF are set in the same manner as in the first embodiment, and the charges of Cbc1, Cbc2, Cb21, and Cb22 are initialized. Further, the cross point switches 15, 16, and 17 are switched in the same manner as the switches SW11, 12, 13, and 14 for each integration sequence.

次に、スイッチSW1がOFFし、スイッチSW4がONして、入力部の容量(Cs、Cf)の電荷量が分配容量Cdn1に分配される。また、デルタシグマモジュレーションを全差動動作で行うため、この時点でDSR、DSFを反転させ全差動オペアンプ18の出力電位を初期化し、デルタシグマモジュレーションの閾値として設定しておく。これは、最初の積分シーケンスのみ行う。この時の分配容量Cdn1のノードS_Nの電位は、図33に示す通り、センサ容量との結合によりGNDから上昇する。VrをVddの1/2の電圧とし(通常Vrは検出回路の動作範囲内の中央付近に設定される)、Cdn1の容量値が入力部の容量(Cs+Cf)より小さい値とすると、Vrを超える電位となって安定する。   Next, the switch SW1 is turned off and the switch SW4 is turned on, so that the charge amount of the capacitance (Cs, Cf) of the input unit is distributed to the distribution capacitor Cdn1. In addition, since delta sigma modulation is performed by a fully differential operation, DSR and DSF are inverted at this point to initialize the output potential of the fully differential operational amplifier 18 and set as a threshold for delta sigma modulation. This is done only for the first integration sequence. At this time, the potential of the node S_N of the distribution capacitor Cdn1 rises from GND due to the coupling with the sensor capacitor as shown in FIG. If Vr is half the voltage of Vdd (usually Vr is set near the center of the operating range of the detection circuit) and the capacitance value of Cdn1 is smaller than the capacitance of the input section (Cs + Cf), it will exceed Vr Stabilizes as a potential.

次に、分配容量Cdn1を入力部の容量(Cs、Cf)と切り離すために、スイッチSW4をOFFし、双極駆動による電荷分配の半分のシーケンスが完了する。   Next, in order to disconnect the distribution capacitor Cdn1 from the capacitors (Cs, Cf) of the input unit, the switch SW4 is turned OFF, and the half sequence of charge distribution by bipolar drive is completed.

続いて、スイッチSW2がONすることで、入力部の容量(Cs+Cf)はGNDに接続されるとともに、スイッチSW7がONしてCdp1が初期化される。このときスイッチSW15、SW16がONし、DSR、DSFが反転してCb21、Cb22の電荷の初期化を行う。   Subsequently, when the switch SW2 is turned ON, the capacitance (Cs + Cf) of the input unit is connected to GND, and the switch SW7 is turned ON to initialize Cdp1. At this time, the switches SW15 and SW16 are turned ON, DSR and DSF are inverted, and the charges of Cb21 and Cb22 are initialized.

次に、先ほどと同様にスイッチSW3がONして、入力部の容量(Cs+Cf)の電荷量が分配容量Cdp1に分配される。この時の分配容量Cdp1のノードS_Pは、図33に示すようにノードS_Nの時とは逆に、VddからGND方向に降下する。   Next, the switch SW3 is turned on as before, and the charge amount of the capacitance (Cs + Cf) of the input unit is distributed to the distribution capacitor Cdp1. At this time, the node S_P of the distribution capacitor Cdp1 drops from Vdd in the GND direction as shown in FIG. 33, contrary to the case of the node S_N.

次に、分配容量Cdp1を入力部の容量(Cs、Cf)と切り離すために、スイッチSW4をOFFし、双極駆動による電荷分配の1シーケンスが完了する。図33に示すようにノードS_Pが変化する。   Next, the switch SW4 is turned off to separate the distribution capacitor Cdp1 from the capacitors (Cs, Cf) of the input unit, and one charge distribution sequence by bipolar driving is completed. As shown in FIG. 33, the node S_P changes.

以上のシーケンで分配される電荷量及び分配容量の両端の電位差は、(1)式、(2)式と同様である。第1の実施例では、ここで分配容量を並列接続したが、本実施例では並列接続を行わず、そのまま分配容量から積分器13への電荷転送シーケンスに移る。   The amount of charge distributed by the above sequence and the potential difference between both ends of the distribution capacitor are the same as in the equations (1) and (2). In the first embodiment, the distribution capacitors are connected in parallel here, but in the present embodiment, the parallel connection is not performed, and the process proceeds to the charge transfer sequence from the distribution capacitors to the integrator 13 as it is.

これ以降は分配容量Cdp1、Cdn1から積分器13への電荷転送シーケンスと入力部の容量(Cs、Cf)から分配容量Cdp2、Cdn2への電荷分配とを並行して行う。入力部の容量(Cs、Cf)から分配容量Cdp2、Cdn2への電荷分配は分配容量Cdp1、Cdn1と同様のシーケンスなので説明は省略するが、スイッチSW11〜SW14の選択的なON/OFFによりチョッピングフィルタの部分と積分器13の接続切り替えでパイプライン処理が可能となり、全差動オペアンプ18の動作スピードの制限を緩和できる。またCdp1、2、Cdn1、2はすべて同じ容量値とすることが望ましい。   Thereafter, the charge transfer sequence from the distribution capacitors Cdp1, Cdn1 to the integrator 13 and the charge distribution from the input capacitances (Cs, Cf) to the distribution capacitors Cdp2, Cdn2 are performed in parallel. The charge distribution from the input capacitance (Cs, Cf) to the distribution capacitors Cdp2 and Cdn2 is the same sequence as the distribution capacitors Cdp1 and Cdn1, so the explanation is omitted, but the chopping filter is selected by selectively turning on / off the switches SW11 to SW14. By switching the connection between this part and the integrator 13, pipeline processing is possible, and the restriction on the operation speed of the fully differential operational amplifier 18 can be relaxed. Also, it is desirable that Cdp1, 2, Cdn1, 2 all have the same capacitance value.

続いて、分配容量から積分器13への電荷転送シーケンスでは、スイッチSW11、SW12がONし、クロスポイントスイッチ15,16,17におけるφ1がHighになることで、クロスポイントスイッチ15,16,17が平行接続となり、Cb11、Cb12に電荷を転送する。第1の実施例ではVr1の電位を基準にオペアンプ12Aが電荷転送を行うが、本実施例ではノードS_IP、S_INを介してCdp1とCdn1との電位差により、Cdp1、Cdn1から電荷転送を行う。この時のベース電荷量キャンセル及びデルタシグマモジュレーションのフィードバックは第1の実施例と同様の原理であり、差動構成の部分が違うだけなので説明は省略する。これらの動作時のノードOP_OUTN及びOP_OUTPの波形を図34中に示す。   Subsequently, in the charge transfer sequence from the distribution capacitor to the integrator 13, the switches SW11 and SW12 are turned on, and φ1 in the crosspoint switches 15, 16, and 17 becomes High, so that the crosspoint switches 15, 16, and 17 are turned on. Parallel connection is established, and charges are transferred to Cb11 and Cb12. In the first embodiment, the operational amplifier 12A performs charge transfer based on the potential of Vr1, but in this embodiment, charge transfer is performed from Cdp1 and Cdn1 due to the potential difference between Cdp1 and Cdn1 via nodes S_IP and S_IN. The base charge amount cancellation and delta-sigma modulation feedback at this time are based on the same principle as in the first embodiment, and the description is omitted because only the differential configuration is different. The waveforms of the nodes OP_OUTN and OP_OUTP during these operations are shown in FIG.

Cbc1、Cbc2は同じ容量値とすることが望ましく、Cb11、Cb12とCb21、Cb22のペア同士も同じ容量値とすることが望ましい。   It is desirable that Cbc1 and Cbc2 have the same capacitance value, and it is also desirable that the pairs of Cb11 and Cb12 and Cb21 and Cb22 have the same capacitance value.

本実施例は、第1の実施例と同様に、分配容量Cdp1、Cdp2、Cdn1、Cdn2とベース電荷量キャンセルを行うCbc1、Cbc2及びCb11、Cb12、Cb21、Cb22は容量値を可変できる構成とすることが望ましい。   In the present embodiment, similar to the first embodiment, the distributed capacitances Cdp1, Cdp2, Cdn1, and Cdn2 and Cbc1, Cbc2, and Cb11, Cb12, Cb21, and Cb22 that perform base charge amount cancellation are configured to have variable capacitance values. It is desirable.

更に分配時において分配容量Cdp1、Cdp2、Cdn1、Cdn2の固定ノードはVdd、GNDに接続されているが固定電位であればこれに限るものではない。たとえばCdp1、Cdp2の固定ノードをGNDにすることが可能である。   Further, at the time of distribution, the fixed nodes of the distribution capacitors Cdp1, Cdp2, Cdn1, and Cdn2 are connected to Vdd and GND, but the present invention is not limited to this as long as it is a fixed potential. For example, the fixed nodes of Cdp1 and Cdp2 can be set to GND.

上記検出シーケンスは一例であり、そのほかのシーケンスを用いて同様の機能を実現してもよい。   The above detection sequence is an example, and the same function may be realized using other sequences.

以上のような本実施例に係る容量検出装置を用いてノイズ環境下における信号品質を評価した。図35に評価結果を示す。評価はセンサ部に指容量Cfを介して10Vp-pのノイズを印加し、指の有無による出力の変化成分Sと出力のノイズ成分Nとの比を、ノイズ周波数を変化させて測定したものである。従来技術より20dB程度向上することを確認した。   Using the capacity detection device according to the present embodiment as described above, signal quality under a noise environment was evaluated. FIG. 35 shows the evaluation results. In the evaluation, 10Vp-p noise was applied to the sensor part via the finger capacitance Cf, and the ratio between the output change component S and the output noise component N due to the presence or absence of a finger was measured by changing the noise frequency. is there. It has been confirmed that it is about 20dB better than the conventional technology.

なお、第2の実施例において電荷転送シーケンスをパイプライン処理しない構成としても良い。図36は、第2の実施例の変形例であり、電荷転送シーケンスをパイプライン処理しない構成の回路図である。すなわち、一方の極に分配容量(Cdp1)だけ設け、他方の極にも分配容量(Cdn1)だけ設けている。一方の極側の転送電荷が現れるノードS_IPと、他方の極側の転送電荷が現れるノードS_INとが、クロスポイントスイッチ15に並列に接続されている。高速動作を要求されない場合には、この構成が適用でき、第2の実施例と比べて分配容量を削減でき、回路規模を抑えることができる。具体的な動作は、パイプライン処理を除けば第2の実施例と同様である。   In the second embodiment, the charge transfer sequence may not be pipelined. FIG. 36 is a modification of the second embodiment, and is a circuit diagram showing a configuration in which the charge transfer sequence is not pipelined. That is, only the distribution capacitor (Cdp1) is provided on one pole, and only the distribution capacitor (Cdn1) is provided on the other pole. A node S_IP in which the transfer charge on one pole side appears and a node S_IN in which the transfer charge on the other pole side appears are connected to the crosspoint switch 15 in parallel. This configuration can be applied when high-speed operation is not required, and the distribution capacity can be reduced and the circuit scale can be reduced as compared with the second embodiment. The specific operation is the same as that of the second embodiment except for the pipeline processing.

(第3の実施例)
上記した第1の実施例ではタッチセンサモジュールは、図4(a)(b)に示すように自己容量(センサ電極とGND間容量)の検出が対象であったが、図4(c)に示すように基準電極と2つのセンサ電極の間に形成される容量の差として定義される相互容量を検出対象としても良い。差動で検出するため、外来のコモンモードノイズ耐性が高いこと、センサ電極のGNDとの寄生容量(Csと定義)がキャンセルしやすいなどのメリットがある。
(Third embodiment)
In the first embodiment described above, the touch sensor module is intended for detection of self-capacitance (capacitance between sensor electrode and GND) as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). As shown, a mutual capacitance defined as a difference in capacitance formed between the reference electrode and the two sensor electrodes may be detected. Since differential detection is used, there are merits such as high resistance to external common mode noise and parasitic capacitance (defined as Cs) between the sensor electrode and GND.

図37は第3の実施例に係る容量検出装置の回路構成図である。基本構成は第2の実施例と同一である。第3の実施例は、ドライブ電極(DRV信号)と検出回路の差動入力部との間に容量Cf1、Cf2が形成される。   FIG. 37 is a circuit configuration diagram of the capacitance detecting apparatus according to the third embodiment. The basic configuration is the same as that of the second embodiment. In the third embodiment, capacitors Cf1 and Cf2 are formed between the drive electrode (DRV signal) and the differential input portion of the detection circuit.

図38は第3の実施例に係る容量検出装置の1回の積分シーケンスのタイミングチャートであり、図39は複数回の積分シーケンスに相当する全体シーケンスであり全差動アンプ出力の出力波形を対応させて示している。   FIG. 38 is a timing chart of one integration sequence of the capacitance detecting device according to the third embodiment, and FIG. 39 is an entire sequence corresponding to a plurality of integration sequences, corresponding to output waveforms of the fully differential amplifier output. Let me show you.

まず、DRV信号をLowレベルに固定し、スイッチSW1、SW2をONすることにより、入力部の容量(Cs、Cf)をVrに設定する。同じタイミングでスイッチSW11、SW12、SW13、SW14をONすることで、ノードS_IP、S_INがVrに初期化され、Cb11、Cb12も初期化される。通常、Vrは検出回路の動作範囲内の中央付近に設定される。またベース電荷量キャンセル容量の入力信号BCR、BCFとデルタシグマモジュレータのフィードバック信号DSR、DSFも第2の実施例と同様に設定し、Cbc1、Cbc2とCb21、Cb22の電荷の初期化を行う。また、第2の実施例と同様に、全差動オペアンプ18の入出力とフィードバック経路には図32に示されるクロスポイントスイッチ15,16,17が配置され、φ1、φ2の信号で平行接続、交差接続を切り替える。   First, the DRV signal is fixed at a low level and the switches SW1 and SW2 are turned on to set the capacitance (Cs, Cf) of the input section to Vr. By turning on the switches SW11, SW12, SW13, and SW14 at the same timing, the nodes S_IP and S_IN are initialized to Vr, and Cb11 and Cb12 are also initialized. Usually, Vr is set near the center in the operating range of the detection circuit. The base charge amount cancellation capacitance input signals BCR and BCF and the delta-sigma modulator feedback signals DSR and DSF are also set in the same manner as in the second embodiment to initialize the charges of Cbc1, Cbc2, Cb21, and Cb22. Similarly to the second embodiment, the cross-point switches 15, 16, and 17 shown in FIG. 32 are arranged in the input / output and feedback path of the fully differential operational amplifier 18, and are connected in parallel by signals φ1 and φ2. Switch the cross connection.

次に、スイッチSW3、SW4、がONして分配容量Cdp1、Cdp2が入力部の容量(Cs、Cf)と接続され、上記同様に初期化される。   Next, the switches SW3 and SW4 are turned on, the distribution capacitors Cdp1 and Cdp2 are connected to the capacitors (Cs and Cf) of the input unit, and are initialized in the same manner as described above.

次に、スイッチSW1、SW2をOFFし、DRV信号を立ち上げる。この時、DRV電極と検出回路の差動入力部との間に形成される容量Cf1、Cf2は指などの対象物の近接状態により容量値に差が生じるため、Cdp1、Cdp2の容量値の大きさが同じ場合には、図38に示すようにノードS_P1、S_P2の電位は立ち上がりながら差が生じる。図38ではCf1>Cf2の場合を示している。   Next, the switches SW1 and SW2 are turned OFF, and the DRV signal is raised. At this time, the capacitances Cf1 and Cf2 formed between the DRV electrode and the differential input part of the detection circuit have different capacitance values depending on the proximity of an object such as a finger, so the capacitance values of Cdp1 and Cdp2 are large. If they are the same, as shown in FIG. 38, the potentials of the nodes S_P1 and S_P2 vary while rising. FIG. 38 shows a case where Cf1> Cf2.

次に、スイッチSW3、SW4をOFFし、再度スイッチSW1、SW2をONし、入力部の容量(Cs、Cf)を初期化し、スイッチSW5、SW6をONしてCdn1、Cdn2が入力部の容量(Cs、Cf)と接続され、上記同様に初期化される。   Next, the switches SW3 and SW4 are turned OFF, the switches SW1 and SW2 are turned ON again, the input capacity (Cs, Cf) is initialized, the switches SW5 and SW6 are turned ON, and the Cdn1 and Cdn2 are input capacity ( Cs, Cf) and initialized as described above.

次に、スイッチSW1、SW2をOFFし、DRV信号が立ち下がり、ノードS_N1、SN_2の電位は立ち下がりながら差が生じる。   Next, the switches SW1 and SW2 are turned OFF, the DRV signal falls, and the potentials of the nodes S_N1 and SN_2 are different while falling.

次に、スイッチSW5、SW6をOFFして、スイッチSW7〜SW10をONする。この時、後段の積分器13との接続がないと仮定した場合、分配容量Cdp1、Cdp2、Cdn1、Cdp2が同じ容量値であればノードS_P1とS_P2の電位差とノードS_N2とS_N1の電位差が同じなので、S_P1とS_N2、S_P2とS_N1を接続すると、Vrを中心とした電位差になり、後段の積分器13ではこの電位差を電荷量として検出する。この時点までのデルタシグマモジュレーションの閾値設定の初期化は第2の実施例と同様である。これに続くベース電荷量キャンセルを含む積分処理の動作も第2の実施例と同様である。   Next, the switches SW5 and SW6 are turned off, and the switches SW7 to SW10 are turned on. At this time, if it is assumed that there is no connection with the integrator 13 at the subsequent stage, if the distribution capacitors Cdp1, Cdp2, Cdn1, and Cdp2 have the same capacitance value, the potential difference between the nodes S_P1 and S_P2 and the potential difference between the nodes S_N2 and S_N1 are the same. When S_P1 and S_N2 and S_P2 and S_N1 are connected, a potential difference centered on Vr is obtained, and the integrator 13 in the subsequent stage detects this potential difference as a charge amount. The initialization of the threshold setting for delta-sigma modulation up to this point is the same as in the second embodiment. Subsequent integration processing including base charge amount cancellation is the same as in the second embodiment.

本実施例においても前述の実施例と同様に、Cbc1、Cbc2は同じ容量値とすることが望ましく、Cb11、Cb12とCb21、Cb22のペア同士も同じ容量値とすることが望ましい。また、分配容量Cdp1、Cdp2、Cdn1、Cdp2とベース電荷量キャンセルを行うCbc1、Cbc2及びCb11、Cb12、Cb21、Cb22は容量値を可変できる構成とすることが望ましい。   Also in this embodiment, as in the above-described embodiment, Cbc1 and Cbc2 are preferably set to the same capacitance value, and the pairs of Cb11, Cb12 and Cb21, Cb22 are preferably set to the same capacitance value. Further, it is desirable that the distribution capacitors Cdp1, Cdp2, Cdn1, and Cdp2 and Cbc1, Cbc2, and Cb11, Cb12, Cb21, and Cb22 that perform base charge amount cancellation have variable capacitance values.

更に分配時において分配容量Cdp1、Cdp2、Cdn1、Cdn2の固定ノードはVdd、GNDに接続されているが固定電位であればこれに限るものではない。たとえばCdp1、2の固定ノードをGNDにすることが可能である。また、検出シーケンスは一例であり、そのほかのシーケンスを用いて同様の機能を実現してもよい。   Further, at the time of distribution, the fixed nodes of the distribution capacitors Cdp1, Cdp2, Cdn1, and Cdn2 are connected to Vdd and GND, but the present invention is not limited to this as long as it is a fixed potential. For example, the fixed node of Cdp1, 2 can be set to GND. The detection sequence is an example, and the same function may be realized using other sequences.

なお、チョッピングフィルタ部について第2の実施例と第3の実施例を組み合わせ、図40に示すように自己容量検出と相互容量検出との両方に対応できる容量検出回路を構成しても良い。スイッチの切り替えで差動入力とシングルエンド入力とを切り替える。差動入力とシングルエンド入力とを切り替える動作以外は、第2、第3の実施形態と同様である。   Note that the second embodiment and the third embodiment may be combined for the chopping filter unit to constitute a capacitance detection circuit that can handle both self-capacitance detection and mutual capacitance detection as shown in FIG. Switch between differential input and single-ended input by switching the switch. Except for the operation of switching between the differential input and the single-ended input, the operation is the same as in the second and third embodiments.

(第4の実施例)
なお、図41に示すように、図10(d)のチョッピングフィルタ構成でパイプライン化し、後段回路として図27に示す全差動のチャージアンプ(ベース電荷量キャンセル機構および積分器)を用いても良い。図42は図41に示す容量検出回路の全体シーケンスである。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 41, it is possible to form a pipeline with the chopping filter configuration of FIG. 10D and use a fully differential charge amplifier (base charge amount cancellation mechanism and integrator) shown in FIG. good. FIG. 42 shows the entire sequence of the capacitance detection circuit shown in FIG.

図41に示す容量検出装置は、入力部の容量(Cf、Cb)に接続されたチョッピングフィルタ11及びその後段のベース電荷量キャンセル機構12により容量値を電荷量に変換し、積分器において電荷量を電圧に変換する。積分器はコンパレータ2を内蔵しており、得られた電圧を逐次2値のビットストリームとして後段のディジタルフィルタ14に送出する。ディジタルフィルタ14は2値のビットストリームをフィルタリング処理により多ビットのディジタル信号に変換する。チョッピングフィルタ11は低周波の外来ノイズを高周波に変換する作用、及びノイズ振幅を抑制する作用を持ち、ベース電荷量キャンセル機構12は本来検出対象外である容量Cfのオフセット分をキャンセルする。積分器13は得られた電気信号(電荷量)を積分しながら指容量Cfに対応する電荷量を増幅するとともにADコンバータの機能の一部を担うためにデルタシグマモジュレータ機能として働く。ディジタルフィルタ14は2値のビットストリームから検出容量に対応するディジタル値を出力するとともにフィルタ機能(LPF)により外来ノイズの抑制にも寄与する。   The capacitance detection device shown in FIG. 41 converts the capacitance value into a charge amount by the chopping filter 11 connected to the capacitance (Cf, Cb) of the input unit and the base charge amount cancellation mechanism 12 at the subsequent stage, and the amount of charge in the integrator. To voltage. The integrator has a built-in comparator 2 and sequentially sends the obtained voltage to the subsequent digital filter 14 as a binary bit stream. The digital filter 14 converts the binary bit stream into a multi-bit digital signal by filtering. The chopping filter 11 has an action of converting low-frequency external noise into a high frequency and an action of suppressing the noise amplitude, and the base charge amount cancellation mechanism 12 cancels the offset amount of the capacitor Cf that is not originally detected. The integrator 13 integrates the obtained electric signal (charge amount), amplifies the charge amount corresponding to the finger capacitance Cf, and functions as a delta sigma modulator function to take part of the function of the AD converter. The digital filter 14 outputs a digital value corresponding to the detected capacity from the binary bit stream and contributes to suppression of external noise by a filter function (LPF).

チョッピングフィルタ11では、スイッチSW4、SW8をオンし、転送パルスDRV_Nのハイレベルによりチョッピングフィルタ出力S_Nが固定電圧Vddとなる(図11(b)参照)。その後、スイッチSW8をオフしてセンサ容量Csと分配容量Cdn1を並列接続し、転送パルスDRV_Nをローレベルにすることで、チョッピングフィルタ出力S_Nがセンサ容量Csの電荷量に対応した電圧まで低下して安定する。次に、スイッチSW4をオフして第1の極側を切り離した後、スイッチSW3、SW7をオンしてセンサ容量Csと分配容量Cdp1を接続する。このとき、分配容量Cdp1にはDRV_Pのハイレベルが印加されている。転送パルスDRV_Pをローレベルにすることにより、転送パルスDRV_Pがローレベルの間はチョッピングフィルタ出力S_Pがグランド電位となる。そして、スイッチSW7をオフし、転送パルスDRV_Pをハイレベルにすると、センサ容量Csと分配容量Cdp1が並列接続して、チョッピングフィルタ出力S_Pがセンサ容量Csの電荷量に対応した電圧まで上昇して安定する。そして、スイッチSW11,13をオンしてチョッピングフィルタ出力S_NとS_Pとの電位差を積分器13へベース電荷量キャンセル機構を介して転送する。   In the chopping filter 11, the switches SW4 and SW8 are turned on, and the chopping filter output S_N becomes the fixed voltage Vdd due to the high level of the transfer pulse DRV_N (see FIG. 11B). After that, the switch SW8 is turned off, the sensor capacitor Cs and the distribution capacitor Cdn1 are connected in parallel, and the transfer pulse DRV_N is set to the low level, so that the chopping filter output S_N decreases to a voltage corresponding to the charge amount of the sensor capacitor Cs. Stabilize. Next, the switch SW4 is turned off to disconnect the first pole side, and then the switches SW3 and SW7 are turned on to connect the sensor capacitor Cs and the distribution capacitor Cdp1. At this time, a high level of DRV_P is applied to the distribution capacitor Cdp1. By setting the transfer pulse DRV_P to the low level, the chopping filter output S_P becomes the ground potential while the transfer pulse DRV_P is at the low level. When the switch SW7 is turned off and the transfer pulse DRV_P is set to the high level, the sensor capacitor Cs and the distribution capacitor Cdp1 are connected in parallel, and the chopping filter output S_P rises to a voltage corresponding to the charge amount of the sensor capacitor Cs and is stable. To do. Then, the switches SW11 and SW13 are turned on to transfer the potential difference between the chopping filter outputs S_N and S_P to the integrator 13 via the base charge amount cancellation mechanism.

一方、ベース電荷量キャンセル機構12及び積分器13では、ベース電荷量キャンセル容量の入力信号BCR、BCFとデルタシグマモジュレータのフィードバック信号DSR、DSFも前述の第1の実施例と同様に設定し、Cbc1、Cbc2とCb21、Cb22の電荷の設定を行う。またベース電荷量キャンセル容量Cbc1、Cbc2の入力信号BCR、BCFとデルタシグマモジュレータのフィードバック信号(Cb21、Cb22の入力)DSRはともにタイミングチャートのように設定し、Cbc1、Cbc2とCb21、Cb22の電荷の初期化を行う。また、全差動オペアンプ1の入出力とフィードバック経路には、クロスポイントスイッチ5、6、7が配置され、φ1、φ2の信号で平行接続、交差接続を切り替える。これは全差動オペアンプ1のフリッカーノイズを抑制するためのものでチョッパ安定化機能を持つ。クロスポイントスイッチ5、6、7は各積分シーケンス毎に切り替わる。またデルタシグマモジュレーションの初期化のためにここまでの時点でDSR、DSFを反転させ積分器の初期値を設定する。チョッピングフィルタの電荷が積分器に転送されると同時にBCRとBCFが反転しベース電荷キャンセルが行われる。これは積分器へ転送されるオフセット電荷量に対応する電荷量を毎回の積分動作時に差し引きを行っており、積分器の初期化と同じ原理である。1回分の積分動作が完了すると、引き続きCb21、Cb22の初期化以外の動作を繰り返し行い、積分器への電荷転送を繰り返す。図42では2回目の積分動作でOP_OUTNがOP_OUTPより小さくなる例を示しているが、このときコンパレータ2の出力がHiになることでセンサから転送された電荷量がCb21、Cb22で設定された電荷量より大きくなったことになり、このパルスがディジタルフィルタに送られる。またコンパレータ2の出力がHiになる度にDSR、DSFが反転し、積分器の初期化時と同様にCb21、Cb22に対応する電荷量が差し引かれる。最終的にはある決められた積分回数を繰り返すなかでコンパレータ2の出力が何回Hiになるかでディジタル値が決まり、ディジタルフィルタでビットストリームをフィルタリングすることでADコンバートが行なわれる。   On the other hand, in the base charge amount cancellation mechanism 12 and the integrator 13, the input signals BCR and BCF of the base charge amount cancellation capacitor and the feedback signals DSR and DSF of the delta sigma modulator are set in the same manner as in the first embodiment, and Cbc1 , Cbc2, Cb21, and Cb22 are set. Also, the input signals BCR and BCF of the base charge amount cancellation capacitors Cbc1 and Cbc2 and the feedback signal (input of Cb21 and Cb22) DSR of the delta sigma modulator are set as shown in the timing chart, and the charge of Cbc1, Cbc2 and Cb21, Cb22 Perform initialization. Further, cross-point switches 5, 6, and 7 are arranged on the input / output and feedback path of the fully differential operational amplifier 1, and the parallel connection and the cross connection are switched by signals of φ1 and φ2. This is for suppressing the flicker noise of the fully differential operational amplifier 1 and has a chopper stabilization function. The cross point switches 5, 6, and 7 are switched for each integration sequence. In order to initialize delta-sigma modulation, DSR and DSF are inverted so far and the initial value of the integrator is set. At the same time as the charge of the chopping filter is transferred to the integrator, BCR and BCF are inverted and base charge cancellation is performed. This is the same principle as the initialization of the integrator because the amount of charge corresponding to the amount of offset charge transferred to the integrator is subtracted during each integration operation. When the integration operation for one time is completed, operations other than the initialization of Cb21 and Cb22 are continuously repeated, and the charge transfer to the integrator is repeated. FIG. 42 shows an example in which OP_OUTN becomes smaller than OP_OUTP in the second integration operation. At this time, the output of the comparator 2 becomes Hi, so that the amount of charge transferred from the sensor is the charge set by Cb21 and Cb22. This pulse is sent to the digital filter. Each time the output of the comparator 2 becomes Hi, DSR and DSF are inverted, and the charge amounts corresponding to Cb21 and Cb22 are subtracted in the same manner as when the integrator is initialized. Ultimately, the digital value is determined by how many times the output of the comparator 2 becomes Hi while repeating a predetermined number of integrations, and AD conversion is performed by filtering the bit stream with a digital filter.

本発明は、タッチセンサモジュール等において静電容量の変化を検出する容量検出装置に適用可能である。   The present invention is applicable to a capacitance detection device that detects a change in capacitance in a touch sensor module or the like.

1、18 全差動オペアンプ
2、19 コンパレータ
11 チョッピングフィルタ
12 ベース電荷量キャンセル機構
13 積分器
12A オペアンプ
12B コンパレータ
14 ディジタルフィルタ
15、16、17 クロスポイントスイッチ
101 センサ部
102 容量検出回路
103 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,18 Fully differential operational amplifier 2,19 Comparator 11 Chopping filter 12 Base charge amount cancellation mechanism 13 Integrator 12A Operational amplifier 12B Comparator 14 Digital filter 15, 16, 17 Crosspoint switch 101 Sensor part 102 Capacity | capacitance detection circuit 103 Control part

Claims (14)

被検出容量に接続するためのスイッチング手段と、前記被検出容量に充電された電荷が分配される1つ又は複数の分配容量と、前記分配容量を初期化および電荷分配するための複数の電圧レベルを供給する電圧レベル供給手段と、前記分配容量に分配された電荷を電荷量として取り出すチャージアンプと、を具備したことを特徴とする容量検出装置。   Switching means for connecting to the detected capacitor, one or more distribution capacitors to which the charge charged in the detected capacitor is distributed, and a plurality of voltage levels for initializing and distributing the distribution capacitor And a charge amplifier for taking out the charge distributed to the distribution capacitor as a charge amount. 前記複数の分配容量に対して、前記被検出容量から電荷が相補的に逆極性の電荷量として分配されることを特徴とする請求項1記載の容量検出装置。   The capacitance detection device according to claim 1, wherein charges are distributed as a charge amount having a reverse polarity in a complementary manner from the detected capacitance to the plurality of distribution capacitors. 前記被検出容量がパルス供給源に接続された結合容量であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の容量検出装置。   3. The capacitance detection device according to claim 1, wherein the detected capacitance is a coupling capacitance connected to a pulse supply source. 前記チャージアンプは、シングルエンドまたは全差動であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の容量検出装置。   4. The capacitance detection device according to claim 1, wherein the charge amplifier is single-ended or fully differential. 前記複数の分配容量を複数グループに分けて、グループ間で初期化および電荷分配のタイミングと電荷量の取り出しタイミングとを異ならせて並列に動作させるパイプライン構成であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の容量検出装置。   2. The pipeline configuration according to claim 1, wherein the plurality of distribution capacitors are divided into a plurality of groups, and the initialization and charge distribution timing and the charge amount extraction timing are different between the groups and operate in parallel. The capacity detection device according to claim 4. 前記分配容量は、前記被検出容量の大きさに応じて大きさを可変できることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の容量検出装置。   6. The capacity detection device according to claim 1, wherein the distribution capacity can be varied according to the size of the detected capacity. 前記分配容量から無効電荷を差し引くための可変容量と、前記可変容量をパルス駆動するためのパルス駆動手段と、とを具備したことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の容量検出装置。   The variable capacity | capacitance for subtracting a reactive charge from the said distribution capacity | capacitance, and the pulse drive means for carrying out the pulse drive of the said variable capacity | capacitance were comprised, The claim 1 characterized by the above-mentioned. Capacity detection device. 被検出容量を充電するための電圧レベルを所定周期で複数の電圧レベルに切り替えるとともに前記被検出容量への前記電圧レベルの供給の離断を行って充電動作を切り替える第1のスイッチと、前記被検出容量に充電された電荷が分配される複数の分配容量と、前記被検出容量の充電動作に合わせて前記複数の分配容量をそれぞれ複数の電圧レベルで初期化する第2のスイッチと、前記被検出容量から電荷が前記複数の分配容量に対して相補的に逆極性の電荷量として分配されるように前記第1及び第2のスイッチと共に前記被検出容量と前記各分配容量との間の接続を切り替える第3のスイッチと、前記分配容量に充電された電荷を電圧に変換するチャージアンプとを具備したことを特徴とする容量検出装置。   A first switch for switching a charging operation by switching the voltage level for charging the detected capacitor to a plurality of voltage levels at a predetermined cycle and disconnecting the supply of the voltage level to the detected capacitor; A plurality of distribution capacitors to which the charge charged in the detection capacitor is distributed; a second switch for initializing the plurality of distribution capacitors at a plurality of voltage levels in accordance with a charging operation of the detection capacitor; Connection between the detected capacitor and each of the distribution capacitors together with the first and second switches so that the charge is distributed as a charge amount of opposite polarity in a complementary manner from the detection capacitor to the plurality of distribution capacitors. And a charge amplifier for converting the charge charged in the distribution capacitor into a voltage. 前記チャージアンプの後段に接続されたコンパレータの出力を論理出力とし、その論理出力を前記チャージアンプの入力にフィードバック容量を介して電荷量としてフィードバックすることでデルタシグマモジュレータを構成し、コンパレータの後段に接続されたディジタルフィルタでディジタル値に変換することを特徴とする請求項8記載の容量検出装置。   The output of the comparator connected to the subsequent stage of the charge amplifier is used as a logic output, and the logic output is fed back to the input of the charge amplifier as a charge amount via a feedback capacitor to form a delta-sigma modulator. 9. The capacitance detection device according to claim 8, wherein the capacitance value is converted into a digital value by a connected digital filter. 前記分配容量の大きさを、前記被検出容量に含まれ検出対象の近接検出に無効な固定電荷量の大きさに応じて可変できる機構を備えたことを特徴とする請求項8記載の容量検出装置。   9. The capacitance detection according to claim 8, further comprising: a mechanism capable of changing a size of the distribution capacitor according to a fixed charge amount that is included in the detected capacitance and is ineffective for proximity detection of a detection target. apparatus. 前記チャージアンプのフィードバック容量及びデルタシグマモジュレータのフィードバック容量は、検出対象の近接による検出容量の差の大きさ応じて可変できる機構を備えることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の容量検出装置。   11. The capacitor according to claim 9, further comprising a mechanism capable of varying a feedback capacitor of the charge amplifier and a feedback capacitor of the delta sigma modulator according to a magnitude of a difference in detection capacitance due to proximity of a detection target. Detection device. 前記被検出容量の差動入力とシングルエンド入力とを切替え可能な入力部を有することを特徴とする請求項8から請求項11のいずれかに記載の容量検出装置。   12. The capacitance detection device according to claim 8, further comprising an input unit capable of switching between a differential input and a single-ended input of the detected capacitance. 被検出容量を充電するための電圧レベルを所定周期で複数の電圧レベルに切り替えるとともに前記被検出容量への前記電圧レベルの供給の離断を行って充電動作を切り替える工程と、
前記被検出容量に充電された電荷が分配される複数の分配容量を、前記被検出容量の充電動作に合わせて、それぞれ複数の電圧レベルで初期化する工程と、
前記被検出容量から電荷が前記複数の分配容量に対して相補的に逆極性の電荷量として分配する工程と、
前記分配容量に充電された電荷を電圧に変換する工程と、
を具備したことを特徴とする容量検出方法。
A step of switching the charging operation by switching the voltage level for charging the detected capacitor to a plurality of voltage levels in a predetermined cycle and disconnecting the supply of the voltage level to the detected capacitor;
Initializing a plurality of distribution capacitors to which charges charged in the detected capacitors are distributed at a plurality of voltage levels in accordance with a charging operation of the detected capacitors;
A step of distributing charge from the detected capacitor as a charge amount having a reverse polarity in a complementary manner to the plurality of distribution capacitors;
Converting the charge charged in the distribution capacitor into a voltage;
A capacity detection method comprising:
被検出容量を第1の電圧レベルで充電する工程と、
前記被検出容量に充電された電荷を所定の電圧レベルで初期化された第1の分配容量に分配する工程と、
前記被検出容量を第2の電圧レベルで充電する工程と、
前記被検出容量に充電された電荷を、前記第1の分配容量と容量が等しく前記第1の分配容量と異なる電圧レベルで初期化された第2の分配容量に、相補的に逆極性の電荷量として分配する工程と、
前記第1の分配容量および前記第2の分配容量に充電された電荷を電圧に変換する工程と、
を具備したことを特徴とする容量検出方法。
Charging the detected capacitance at a first voltage level;
Distributing the charge charged in the detected capacitor to a first distribution capacitor initialized at a predetermined voltage level;
Charging the detected capacitance at a second voltage level;
The charge charged in the detected capacitor is complementarily charged to a second distribution capacitor that is equal in capacity to the first distribution capacitor and initialized at a voltage level different from that of the first distribution capacitor. Distributing as a quantity;
Converting charges charged in the first distribution capacitor and the second distribution capacitor into a voltage;
A capacity detection method comprising:
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