CN102282766A - 使用模/数转换器(adc)的内部电容器及电压参考的电容式触摸感测 - Google Patents

使用模/数转换器(adc)的内部电容器及电压参考的电容式触摸感测 Download PDF

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Abstract

将数字装置中的模/数转换器(ADC)的内部取样电容器充电到参考电压，接着通过所述数字装置内部的低电阻开关将所述内部取样电容器上的电压电荷中的一些电压电荷转移到外部未知电容器。在所述电荷转移已稳定之后，测量所述内部取样电容器上剩余的电压电荷。使用已知参考电压与所述内部取样电容器上剩余的电压之间的差来确定所述外部电容器的电容值。或者，可将所述外部电容器充电到参考电压，接着将所述外部电容器耦合到所述内部取样电容器(例如，其上不具有电荷或具有已知电荷)且测量所述内部取样电容器上的所得电压电荷并将其用于确定所述外部电容器的所述电容值。

Description

使用模/数转换器(ADC)的内部电容器及电压参考的电容式触摸感测
相关申请案交叉参考
本申请案主张2009年1月30提出申请、序列号为61/148,598的共同拥有的美国临时专利申请案及2009年1月16日提出申请、序列号为61/145,180的共同拥有的美国临时专利申请案的优先权，两个申请案均标题为“使用模/数转换器(ADC)的内部电容器及电压参考的电容式触摸感测(Capacitive Touch Sensing Using an InternalCapacitor of an Analog-To-Digital Converter(ADC)and a Voltage Reference)”且两个申请案均特此出于所有目的而以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及电容式触摸感测，且更明确地说，涉及使用取样电容器及电压参考的电容式触摸感测，所述取样电容器为模/数转换器(ADC)的一部分(在其内部)。
背景技术
检测电容改变用于例如电平检测、接近度检测、触摸键等许多应用。存在检测电容改变的各种方式，举例来说，一种方式是通过使用振荡器。所述振荡器可为张弛振荡器，其包括与其它频率确定组件组合以产生频率的传感器电容器。假设用于所述振荡器中的其它组件(例如，电感器、电阻器、电流源等)是稳定的。所述张弛振荡器还使用窗口比较器。通过传感器电容器、窗口比较器的电流值及临限电压来确定振荡频率。当传感器电容器的电容改变值时，张弛振荡器的频率相应地改变。
在以此方式使用张弛振荡器来检测电容改变的情况下存在问题。一个问题为对频率的测量需要某一种参考时基。为检测小的电容改变(其为经常出现的情形)，所述参考时基必须非常稳定且可需要在参考时基测量电路中使用谐振器或晶体以便区分小的频率改变。便宜的内部电阻器-电容器振荡器在此类型的电容改变检测电路中不具有足够稳定性。
在使用所述张弛振荡器来检测电容改变时的另一问题为张弛振荡器电路的不理想行为。比较器的窗口大小可随温度及操作电压而改变。对于通过电阻器或电流源/电流吸收器设定的电流，同样是真实的。
张弛振荡器还产生电噪声。可通过使传感器电容器及此电容器上的电压振幅尽可能得小来减少此电噪声。此外，由于张弛振荡器的波形信号为三角形的或接近于三角形，因此其为多谐波的(基波频率的倍数)。基波与谐波可存在电磁干扰(EMI)问题。
关于张弛振荡器的又一问题为其对外部噪声的敏感度。张弛振荡器通过设计而具有高阻抗电路，且可容易与外部信号进行频率同步。
所述振荡器可为电感器-电容器(LC)振荡器，其中振荡器频率部分地取决于传感器电容器的电容。LC振荡器具有与张弛振荡器类似的问题，只是振荡器频率波形大致为正弦曲线，因此含有比张弛振荡器较少且较低的电平谐波。然而，仍然需要稳定的时基，且组件成本将因所需要的电感器及更复杂的振荡器电路而增加。
检测电容改变的另一方式是通过使用电荷转移技术。传感器电容器经充电而具有电压，且接着将电压电荷转移到可为较大值电容器的积分器或如同连接作为积分器的运算放大器的更尖端电路。在一定量的电荷转移之后，确定积分器的积分电容器上的电压，其给出传感器电容器(未知电容)与积分电容器(已知且稳定电容值)之间的比率的指示。此外，替代在一定量的电荷转移之后确定电容器上的电压，可使用电荷平衡技术来实施连续测量。
检测电容改变的又一方式是通过使用电流源来将传感器电容器(未知电容)充电且测量用于达到某一电压的时间或在某一时间周期之后测量所达到的电压。为保持在针对“电压下时间”测量的“可测量”次数下或针对“时间下电压”测量的“可接受”次数下，充电电流变得非常低。电流源形成与针对张弛振荡器所提及的组件稳定性问题相同的组件稳定性问题。这些电荷转移技术全部需要使用外部电容器作为积分器。上文中所描述的振荡器电路需要专用振荡器电路及高稳定性时基。
发明内容
因此，需要一种用于在不需要昂贵的额外外部组件、高稳定性时基及/或具有固有EMI问题的振荡器的情况下确定小的电容改变的方式。根据本发明的教示，此是通过以下方式达成：将数字装置中的模/数转换器(ADC)的内部取样电容器充电到参考电压；接着通过所述数字装置内部的低电阻开关来将所述内部取样电容器上的电压电荷中的一些电压电荷转移到外部未知电容器，例如，触摸传感器电容器。在所述电荷转移已稳定之后，测量所述内部取样电容器上剩余的电压电荷。将已知参考电压与在从所述内部取样电容器上的初始参考电压电荷将所述外部电容器(未知电容值)充电之后在所述内部取样电容器上剩余的电压之间的差用于确定所述外部电容器的电容值或其改变，且最终所述外部电容器的任何电容改变(例如)均指示电容式触摸传感器启动。或者，可将所述外部电容器充电到参考电压，接着将所述外部电容器耦合到所述内部取样电容器(例如，其上不具有电荷或具有已知电荷)且测量所述内部取样电容器上的所得电压电荷并将其用于确定所述外部电容器的电容值或其改变。
当对所述外部电容器进行取样时，源阻抗为低且外部噪声拾取将为最小。此在不需要专用硬件的情况下增加噪声抗扰度。当来自集成电路装置的输入/输出的任何切换脉冲持续时间短且可容易被过滤时，所述集成电路装置的所产生噪声也为低。如果用于将内部或外部电容器充电的参考电压是从与用于ADC转换的电压参考相同的源取得，那么可抵消误差。温度及电压的稳定性极好。
如果外部电容器与内部电容器具有大致相同的电容，那么内部电容器上的剩余电压电荷为用于在随后将内部电容器耦合到外部电容器(或相反)之前将内部电容器充电的参考电压的一半。因此，为使分辨率最大，用于将内部或外部电容器充电的电压为尽可能得大且用于ADC的参考电压为尽可能得低是有利的。用于将电容器充电的电压可为电源电压，例如，Vcc或Vdd。ADC参考电压可为Vcc或Vdd、从内部分压器取得的Vcc或Vdd的一部分、使用外部分压器或脉冲宽度调制(PWM)电路或者使用内部绝对电压参考(例如，带隙参考)而产生的。还可使用过取样来增加ADC的分辨率。
根据本发明的具体实例性实施例，提供一种用于借助集成电路装置来确定外部电容器的电容的方法，所述方法包括以下步骤：将集成电路装置中的内部电容器从电压参考充电到第一电压，其中所述内部电容器具有已知电容；借助所述集成电路装置中的模/数转换器(ADC)来测量所述第一电压；借助所述集成电路装置中的第一开关来将外部电容器放电；借助所述集成电路装置中的第二开关来将所述内部电容器耦合到所述外部电容器以便将所述内部电容器上的电荷中的一些电荷转移到所述外部电容器；借助所述集成电路装置中的所述ADC来测量所述内部电容器上的第二电压；及借助所述集成电路装置中的数字处理器来根据所述内部电容器的所述所测量的第一电压、所述所测量的第二电压及所述已知电容而计算所述外部电容器的电容。
根据本发明的另一具体实例性实施例，提供一种用于借助集成电路装置来确定外部电容器的电容的方法，所述方法包括以下步骤：将集成电路装置中的内部电容器充电到参考电压，其中所述内部电容器具有已知电容；借助所述集成电路装置中的第一开关来将外部电容器放电；借助所述集成电路装置中的第二开关来将所述内部电容器耦合到所述外部电容器以便将所述内部电容器上的电荷中的一些电荷转移到所述外部电容器；借助所述集成电路装置中的模/数转换器(ADC)来测量所述内部电容器上的电压；及借助所述集成电路装置中的数字处理器来根据所述参考电压、所述内部电容器上的所述所测量电压及所述内部电容器的所述已知电容而计算所述外部电容器的电容。
根据本发明的又一具体实例性实施例，提供一种用于借助集成电路装置来确定外部电容器的电容的方法，所述方法包括以下步骤：将外部电容器充电到参考电压；将集成电路装置中的内部电容器放电，其中所述内部电容器具有已知电容；借助所述集成电路装置中的开关来将所述外部电容器耦合到所述内部电容器以便将所述外部电容器上的电荷中的一些电荷转移到所述内部电容器；借助所述集成电路装置中的模/数转换器(ADC)来测量所述内部电容器上的电压；及借助所述集成电路装置中的数字处理器来根据所述参考电压、所述内部电容器上的所述所测量的电压及所述内部电容器的所述已知电容而计算所述外部电容器的电容。
根据本发明的又一具体实例性实施例，提供一种用于借助集成电路装置来检测外部电容器的电容改变的方法，所述方法包括以下步骤：(a)将集成电路装置中的内部电容器充电到参考电压；(b)借助所述集成电路装置中的第一开关来将外部电容器放电；(c)借助所述集成电路装置中的第二开关来将所述内部电容器耦合到所述外部电容器以便将所述内部电容器上的电荷中的一些电荷转移到所述外部电容器；(d)借助所述集成电路装置中的模/数转换器(ADC)来测量所述内部电容器上的电压；(e)借助所述集成电路装置中的数字处理器来比较所述内部电容器上的所述所测量的电压与先前所测量的电压，其中如果所述所测量的电压与所述先前所测量的电压大致相同，那么重复步骤(a)到(e)且如果所述所测量的电压不同于所述先前所测量的电压，那么借助来自所述集成电路装置的输出来指示所述外部电容器的电容改变已发生；及(f)继续重复步骤(a)到(e)。
根据本发明的另一具体实例性实施例，提供一种用于借助集成电路装置来检测多个外部电容器的电容改变的方法，所述方法包括以下步骤：(a)将集成电路装置中的内部电容器充电到参考电压；(b)借助所述集成电路装置中的第一开关来将多个外部电容器中的外部电容器(n)放电，其中n为从0到m的整数；(c)借助所述集成电路装置中的第二开关来将所述内部电容器耦合到所述外部电容器(n)以便将所述内部电容器上的电荷中的一些电荷转移到所述外部电容器(n)；(d)借助所述集成电路装置中的模/数转换器(ADC)来测量所述内部电容器上的电压(n)；(e)借助所述集成电路装置中的数字处理器来比较所述内部电容器上的所述所测量的电压(n)与先前所测量的电压(n)，其中如果所述所测量的电压(n)与所述先前所测量的电压(n)大致相同，那么转到步骤(f)，且如果所述所测量的电压(n)不同于所述先前所测量的电压，那么指示所述外部电容器(n)的电容改变已发生；(f)确定n是否等于m，其中如果n等于m，那么使n为零(0)，且如果n小于m，那么使n递增一(1)；及(g)重复步骤(a)到(f)。
根据本发明的另一具体实例性实施例，提供一种用于检测小键盘的电容式触摸传感器键的致动的设备，所述设备包括：小键盘矩阵，其包括多个电容式触摸传感器键；集成电路装置，其包括多路复用器、电容式感测电路、电压参考、模/数转换器(ADC)及数字处理器；其中(a)通过所述电容式感测电路来将所述ADC的内部电容器充电到参考电压；(b)通过所述电容式感测电路来将多个电容式触摸传感器键的外部电容器(n)放电，其中n为从0到m的整数；(c)通过所述电容式感测电路来将所述ADC的所述内部电容器耦合到所述外部电容器(n)以便将所述内部电容器上的电荷中的一些电荷转移到所述外部电容器(n)；(d)所述ADC测量所述内部电容器上的电压(n)；(e)所述数字处理器比较所述内部电容器上的所述所测量的电压(n)与先前所测量的电压(n)；其中如果所述所测量的电压(n)与所述先前所测量的电压(n)大致相同，那么转到(f)，且如果所述所测量的电压(n)不同于所述先前所测量的电压，那么做出所述多个电容式触摸传感器键的所述外部电容器(n)的电容改变已发生的指示；(f)如果n等于m，那么使n为零(0)，且如果n小于m，那么使n递增一(1)；及(g)重复(a)到(f)。
附图说明
结合附图参考以下描述可更全面地理解本发明的揭示内容，附图中：
图1图解说明根据本发明的教示的被充电的内部电容器及外部电容器的示意图；
图2图解说明根据本发明的具体实例性实施例的被充电的内部电容器及外部电容器以及在确定外部电容器的电容时所测量的内部电容器电压的示意图；
图3图解说明根据本发明的另一具体实例性实施例的被充电的内部电容器及外部电容器以及在确定外部电容器的电容时所测量的内部电容器电压的示意图；
图4图解说明根据本发明的又一具体实例性实施例的电容式触摸小键盘以及用于所述电容式触摸小键盘的集成电路装置接口及处理器的示意性框图；
图5图解说明针对图2中所示电路的操作的具体实例性实施例的示意性过程流程图；
图6图解说明针对图2中所示电路的操作的另一具体实例性实施例的示意性过程流程图；
图7图解说明针对图3中所示电路的操作的具体实例性实施例的示意性过程流程图；且
图8图解说明针对图4中所示电路的操作的具体实例性实施例的示意性过程流程图。
虽然本发明易于做出各种修改及替代形式，但图式中显示并在本文中详细描述其具体实例性实施例。然而，应理解，本文对具体实例性实施例的描述并非打算将本发明限定于本文中所揭示的特定形式，而相反，本发明打算涵盖如随附权利要求书所界定的所有修改及等效形式。
具体实施方式
现在参考图式，其示意性地图解说明具体实例性实施例的细节。图式中，相同的元件将由相同的编号表示，且类似的元件将由带有不同小写字母后缀的相同编号表示。
参考图1，其绘示根据本发明的教示的被充电的内部电容器及外部电容器的示意图。Vref 102为电压参考，其可为电源电压Vdd、经分压Vdd、绝对电压参考(例如，带隙参考)、来自数字输出的逻辑高电平、外部电压参考等。Vref 102的绝对值是非本质的，如下文中将阐释。开关104将Vref 102耦合到已知值的内部电容器108，且开关106将内部电容器108耦合到未知值的外部电容器110。术语“内部”电容器108是指数字装置(例如，分别在图2、图3及图4中显示的数字装置200、300及400)内的电容器且出于各种目的而与所述数字装置的电路一起使用，例如，模/数转换器(ADC)的取样电容器。
在图1中所示的示意图(a)中，打开开关104及开关106两者且电容器108或110中的任一者上均不存在电压电荷，Va＝0伏。示意图(b)中显示，关闭开关104且Vref 102耦合到电容器108。借此，通过来自Vref 102的电压Vb将电容器108充电，其中电容器108上的电荷为Q＝CV，其中Q为以库仑为单位的电荷，C为电容器108的以法拉为单位的电容且V为以伏为单位的电势(Vb)。
示意图(c)中显示，打开开关104且关闭开关106，借此将电容器108上的电荷Q中的一些电荷转移到电容器110。电荷Q保持相同但现在分布于两个电容器108与110之间。电压Vc现在较小，因为并行电容器108及110的经组合电容较大。现在可根据所测量的电压Vb及Vc以及电容器108的已知电容值而容易地确定电容器110的电容值，如下：
Q＝C1*Vb
Q＝(C1+C2)*Vc
C1*Vb＝(C1+C2)*Vc
C2*Vc＝C1*(Vb-Vc)
C2＝C1*(Vb-Vc)/Vc
可借助接收来自模/数转换器(ADC)的经数字化值Vb及Vc的数字处理器及使用电容器108的已知电容值来容易地执行这些计算。此外，有利的是观察何时仅存在电容器110的电容值的改变。举例来说，当电容器110的电容值针对第一条件(例如，电容式触摸传感器不被启动)为第一值且针对第二条件(例如，电容式触摸传感器被启动)为第二值时，将存在电压值Vc的改变。通过记起先前所测量的电压值Vc且比较其与当前所测量的电压值Vc，电压值Vc在某一差值上的任何改变(百分比改变)将指示一旦已建立并记住(存储于存储器中)基础电压值Vc即已启动特定电容式触摸传感器。根据本发明的教示，无论电容式触摸传感器在致动为非本质的时增加还是减小其电容值，只要根据先前所确定的不致动条件检测电压值Vc的改变(减小或增加)即可。
参考图2，其绘示根据本发明的具体实例性实施例的被充电的内部电容器及外部电容器以及在确定外部电容器的电容时所测量的内部电容器电压的示意图。集成电路装置200包括模/数转换器(ADC)218、数字处理器220、取样电容器208(其具有已知电容值)以及开关204、214及216。具有未知值的外部电容器110耦合到集成电路装置200，如所示。Vref为电压参考(例如，图1的Vref 102)，其可为电源电压Vdd、经分压Vdd、绝对电压参考(例如，带隙参考)、来自数字输出的逻辑高电平、外部电压参考等。集成电路装置200可为，举例来说但不限于，微控制器、微处理器、数字信号处理器、专用集成电路、可编程逻辑阵列等。
在图2中所示的示意图(a)中，关闭开关216以移除可存在于外部电容器110上的任何电荷，开关204处于将Vref耦合到内部电容器208，借此将其充电到电压Vref的位置中，且打开开关214，从而将电容器208从ADC 218的输入去耦合。在示意图(b)中，打开开关216且关闭开关214以便ADC 218可将电压Vref转换成将发送到数字处理器220的数字值。此步骤为任选的，因为当仅检测外部电容器110的电容改变时可不需要知晓电压Vref的绝对值。
在示意图(c)中，开关204处于将内部电容器208耦合到外部电容器110，借此将电容器208上的电荷中的一些电荷转移到外部电容器110的位置中。当此发生时，电容器208上剩余的电荷电压减小。在示意图(d)中，开关204处于将内部电容器208从外部电容器110去耦合且将电容器208耦合回到ADC 218的输入的位置中，其中采取新的电压样品并将其转换成发送到数字处理器220的数字表示。接着，数字处理器220可根据内部电容器208的已知电容值以及示意图(b)及(d)中所取样的两个电压而确定电容器110的电容值。如果仅需要确定电容器110的电容值的改变，那么不需要示意图(b)的取样步骤。所述仅需要为数字处理器记起示意图(d)中所采取的先前电压样品并比较所述先前电压样品与示意图(d)中所采取的当前电压样品，且当先前电压样品与当前电压样品之间存在足够差时，此指示已出现外部电容器110的电容改变。
内部电容器208及开关214可为集成电路装置200中的ADC 218的一部分。本发明涵盖可做出在电容器208及110、电压参考Vref以及ADC 218之间进行切换的许多不同配置，且熟悉数字电路并受益于本发明的技术人员将易于理解如何实施此类电路，且其属于本发明的范围内。开关216可为数字输出驱动器且开关204可为内部多路复用器，此两者均在集成电路装置200中。
参考图3，其绘示根据本发明的另一具体实例性实施例的被充电的内部电容器及外部电容器以及在确定外部电容器的电容时所测量内部电容器的电压的示意图。集成电路装置300包括模/数转换器(ADC)318、数字处理器320、取样电容器208(其具有已知电容值)以及开关304、314及316。具有未知值的外部电容器110耦合到集成电路装置300，如所示。Vref为电压参考(例如，图1的Vref 102)，其可为电源电压Vdd、经分压Vdd、绝对电压参考(例如，带隙参考)、来自数字输出的逻辑高电平、外部电压参考等。集成电路装置300可为，举例来说但不限于，微控制器、微处理器、数字信号处理器、专用集成电路、可编程逻辑阵列等。
在图3中所示的示意图(a)中，关闭开关316以移除可存在于内部电容器308上的任何电荷，开关304处于将Vref耦合到外部电容器110，借此将其充电到电压Vref的位置中，且打开开关314，从而将电容器308从ADC 318的输入去耦合。在示意图(b)中，打开开关316且关闭开关314以便ADC 318可将内部电容器308上的任何电压转换成将发送到数字处理器320的数字值(通常，所述电压因开关316使电容器308短路而将为零)。此步骤为任选的，因为当仅检测外部电容器110的电容改变时可不需要知晓内部电容器308上的电压的绝对值或其缺乏。
在示意图(c)中，开关304处于将外部电容器110耦合到内部电容器308，借此将外部电容器110上的电荷中的一些电荷转移到内部电容器308的位置中。当此发生时，外部电容器110上剩余的电荷电压减小。在示意图(d)中，开关304处于将外部电容器110从内部电容器308去耦合且开关314将电容器308耦合回到ADC 218的输入，其中采取电压样品且将其转换成发送到数字处理器320的数字表示。接着，数字处理器320可根据内部电容器308的已知电容值、已知Vref电压值及示意图(d)中所取样的电压而确定电容器110的电容值。如果仅需要确定电容器110的电容值的改变，那么不需要示意图(b)的取样步骤。所述仅需要为数字处理器记起示意图(d)中所采取的先前电压样品并比较所述先前电压样品与示意图(d)中所采取的当前电压样品，且当先前电压样品与当前电压样品之间存在足够差时，此指示已出现外部电容器110的电容改变。
内部电容器308及开关314可为集成电路装置300中的ADC 318的一部分。本发明涵盖可做出在电容器308及110、电压参考Vref以及ADC 318之间进行切换的许多不同配置，且熟悉数字电路并受益于本发明的技术人员将易于理解如何实施此类电路，且其属于本发明的范围。开关316可为数字输出驱动器且开关304可为内部多路复用器，此两者均在集成电路装置300中。
参考图4，其绘示根据本发明的又一具体实例性实施例的电容式触摸小键盘及用于所述电容式触摸小键盘的集成电路接口及处理器的示意性框图。电容式触摸小键盘430包括多个电容式触摸传感器键110。所述多个电容式触摸传感器键110中的每一者将在被致动(例如，被触摸或被按压)时改变电容值。所述多个电容式触摸传感器键110中的每一者通过总线432耦合到集成电路装置400的多路复用器438。将电容式触摸传感器键110多路复用到集成电路装置400的其它形式涵盖于本文中且将易于为熟悉集成电路设计并受益于本发明的技术人员所明了。集成电路装置400可为，举例来说但不限于，微控制器、微处理器、数字信号处理器、专用集成电路、可编程逻辑阵列等。
集成电路装置400包括：电压参考436，其可为电源电压Vdd、经分压Vdd、绝对电压参考(例如，带隙参考)、来自数字输出的逻辑高电平、外部电压参考等；电容式感测电路434，例如图2或图3中更全面地描述；模/数转换器(ADC)418；多路复用器438；及数字处理器420，例如，微控制器、微处理器、数字信号处理器、专用集成电路、可编程逻辑阵列等。多路复用器438、电容式感测电路434及ADC 418由数字处理器420控制。多路复用器438通过选择多个电容式触摸传感器键110中的每一者来扫掠小键盘430以用于确定其电容值或根据先前扫掠所测量的电压改变。数字处理器420包含存储器，其可用于存储电容式触摸传感器键110中的每一者的来自先前测量的电容及/或电压值，且接着使用这些所存储的电容及/或电压值中的每一者来确定何时出现其改变。电容/电压值的任何改变指示相应电容式触摸传感器键110被致动。
参考图5，其绘示针对图2中所示电路的操作的具体实例性实施例的示意性过程流程图。在步骤550中，将内部电容器208充电到第一电压(例如，Vref)。在步骤552中，测量内部电容器208上的第一电压电荷。在步骤554中，将外部电容器110放电。在步骤556中，将内部电容器208与外部电容器110耦合在一起以用于在其间转移电荷。在步骤558中，测量内部电容器208上的第二电压电荷。在步骤560中，根据公式：C2＝C1*(Vb-Ve)/Vc，根据内部电容器208的电容、所测量的第一电压及所测量的第二电压的已知值而计算外部电容器110的电容，其中C2为外部电容器110的电容，C1为内部电容器208的电容，Vb为所测量的第一电压，且Vc为所测量的第二电压。
参考图6，其绘示针对图2中所示电路的操作的另一具体实例性实施例的示意性过程流程图。在步骤650中，将内部电容器208充电到参考电压。在步骤654中，将外部电容器110放电。在步骤656中，将内部电容器208与外部电容器110耦合在一起以用于在其间转移电荷。接着在步骤658中，测量内部电容器208上的电压电荷。在步骤660中，根据公式：C2＝C1*(Vb-Vc)/Vc，根据内部电容器208的电容、参考电压及来自步骤658的所测量的电压的已知值而计算外部电容器110的电容，其中C2为外部电容器110的电容，C1为内部电容器208的电容，Vb为参考电压，且Vc为在将内部电容器208与外部电容器110耦合在一起之后的内部电容器208的所测量的电压。
参考图7，其绘示针对图3中所示电路的操作的另一具体实例性实施例的示意性过程流程图。在步骤750中，将外部电容器110充电到参考电压。在步骤754中，将内部电容器308放电。在步骤756中，将内部电容器308与外部电容器110耦合在一起以用于在其间转移电荷。在步骤758中，测量内部电容器308上的电压电荷。在步骤760中，根据公式：C2＝C1*(Vb-Vc)/Vc，根据内部电容器308的已知电容值、参考电压及来自步骤758的所测量的电压而计算外部电容器110的电容，其中C2为外部电容器110的电容、C1为内部电容器308的电容、Vb为参考电压且Vc为在将内部电容器308与外部电容器110耦合在一起之后的内部电容器308的所测量的电压。
参考图8，其绘示针对图4中所示电路的操作的具体实例性实施例的示意性过程流程图。在步骤850中，将内部电容器充电到参考电压。在步骤854中，将外部电容器(n)(例如，电容式触摸传感器键110n(图4)，其中n为从0到m的整数值)放电。在步骤856中，将内部电容器与外部电容器(n)耦合在一起。在步骤858中，测量内部电容器上的电压(n)。步骤860确定所测量的电压(n)是否大致等于先前所测量的所存储的电压(n)。如果所测量的电压(n)与所存储的电压(n)不同，那么外部电容器(n)已改变值，例如，电容式触摸传感器键110n(图4)被致动，且在步骤870中产生其一通知。如果所测量的电压(n)与所存储的电压(n)大致相同，那么外部电容器(n)不改变值，例如，电容式触摸传感器键110n不被致动。步骤864确定是否已扫掠(读取等)外部电容器(n)(n＝0到m)中的所有外部电容器，且如果n＝m，那么步骤868复位n＝0，否则即在步骤866中使n递增一(1)。前面提到的操作及电压测量的序列可连续地重复以便将存在对任一经致动键(n)110的检测。
虽然已参考本发明的实例性实施例而绘示、描述及界定了本发明的各个实施例，但此参考并不意味着限定本发明，且不应推断出存在此限定。所揭示的标的物可在形式及功能上具有大量修改、变更及等效形式，熟悉所属领域并受益于本发明的技术人员将会联想到这些修改、变更及等效形式。本发明的所绘示及所描述的实施例仅作为实例，而并非是对本发明的范围的穷举。

Claims (26)

1.一种用于借助集成电路装置来确定外部电容器的电容的方法，所述方法包括以下步骤：
将集成电路装置中的内部电容器从电压参考充电到第一电压，其中所述内部电容器具有已知电容；
借助所述集成电路装置中的模/数转换器(ADC)来测量所述第一电压；
借助所述集成电路装置中的第一开关来将外部电容器放电；
借助所述集成电路装置中的第二开关来将所述内部电容器耦合到所述外部电容器以便将所述内部电容器上的电荷中的一些电荷转移到所述外部电容器；
借助所述集成电路装置中的所述ADC来测量所述内部电容器上的第二电压；及
借助所述集成电路装置中的数字处理器来根据所述内部电容器的所述所测量的第一电压、所述所测量的第二电压及所述已知电容而计算所述外部电容器的电容。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述外部电容器的所述电容等于所述第一电压与所述第二电压之间的差除以所述第二电压并乘以所述内部电容器的所述电容。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述内部电容器为所述集成电路装置中的所述ADC的取样电容器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述集成电路装置为微控制器。
5.一种用于借助集成电路装置来确定外部电容器的电容的方法，所述方法包括以下步骤：
将集成电路装置中的内部电容器充电到参考电压，其中所述内部电容器具有已知电容；
借助所述集成电路装置中的第一开关来将外部电容器放电；
借助所述集成电路装置中的第二开关来将所述内部电容器耦合到所述外部电容器以便将所述内部电容器上的所述电荷中的一些电荷转移到所述外部电容器；
借助所述集成电路装置中的模/数转换器(ADC)来测量所述内部电容器上的电压；及
借助所述集成电路装置中的数字处理器来根据所述参考电压、所述内部电容器上的所述所测量的电压及所述内部电容器的所述已知电容而计算所述外部电容器的电容。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述外部电容器的所述电容等于所述参考电压与所述所测量的电压之间的差除以所述所测量的电压并乘以所述内部电容器的所述电容。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述内部电容器为所述集成电路装置中的所述ADC的取样电容器。
8.根据权利要求5所述的方法，其中从由电源电压、经分压电源电压、外部电压参考及带隙电压参考组成的群组选择所述参考电压。
9.根据权利要求5所述的方法，其中所述集成电路装置为微控制器。
10.一种用于借助集成电路装置来确定外部电容器的电容的方法，所述方法包括以下步骤：
将外部电容器充电到参考电压；
将集成电路装置中的内部电容器放电，其中所述内部电容器具有已知电容；
借助所述集成电路装置中的开关来将所述外部电容器耦合到所述内部电容器以便将所述外部电容器上的电荷中的一些电荷转移到所述内部电容器；
借助所述集成电路装置中的模/数转换器(ADC)来测量所述内部电容器上的电压；及
借助所述集成电路装置中的数字处理器来根据所述参考电压、所述内部电容器上的所述所测量的电压及所述内部电容器的所述已知电容而计算所述外部电容器的电容。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述外部电容器的所述电容等于所述参考电压与所述所测量的电压之间的差除以所述所测量的电压并乘以所述内部电容器的所述电容。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述内部电容器为所述集成电路装置中的所述ADC的取样电容器。
13.根据权利要求10所述的方法，其中从由电源电压、经分压电源电压、外部电压参考及带隙电压参考组成的群组选择所述参考电压。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述集成电路装置为微控制器。
15.一种用于借助集成电路装置来检测外部电容器的电容改变的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)将集成电路装置中的内部电容器充电到参考电压；
(b)借助所述集成电路装置中的第一开关来将外部电容器放电；
(c)借助所述集成电路装置中的第二开关来将所述内部电容器耦合到所述外部电容器以便将所述内部电容器上的所述电荷中的一些电荷转移到所述外部电容器；
(d)借助所述集成电路装置中的模/数转换器(ADC)来测量所述内部电容器上的电压；
(e)借助所述集成电路装置中的数字处理器来比较所述内部电容器上的所述所测量的电压与先前所测量的电压，其中
如果所述所测量的电压与所述先前所测量的电压大致相同，那么重复步骤(a)到(e)，且
如果所述所测量的电压不同于所述先前所测量的电压，那么借助来自所述集成电路装置的输出来指示所述外部电容器的电容改变已发生；及
(f)继续重复步骤(a)到(e)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中将所述先前所测量的电压存储于所述集成电路装置中的存储器中。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括借助所述数字处理器来控制所述存储器及ADC的步骤。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述集成电路装置为微控制器。
19.根据权利要求15所述的方法，其中从由电源电压、经分压电源电压、外部电压参考及带隙电压参考组成的群组选择所述参考电压。
20.一种用于借助集成电路装置来检测多个外部电容器的电容改变的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)将集成电路装置中的内部电容器充电到参考电压；
(b)借助所述集成电路装置中的第一开关来将多个外部电容器中的外部电容器(n)放电，其中n为从0到m的整数；
(c)借助所述集成电路装置中的第二开关来将所述内部电容器耦合到所述外部电容器(n)以便将所述内部电容器上的电荷中的一些电荷转移到所述外部电容器(n)；
(d)借助所述集成电路装置中的模/数转换器(ADC)来测量所述内部电容器上的电压(n)；
(e)借助所述集成电路装置中的数字处理器来比较所述内部电容器上的所述所测量的电压(n)与先前所测量的电压(n)，其中
如果所述所测量的电压(n)与所述先前所测量的电压(n)大致相同，那么转到步骤(f)，且
如果所述所测量的电压(n)不同于所述先前所测量的电压，那么指示所述外部电容器(n)的电容改变已发生；
(f)确定n是否等于m，其中
如果n等于m，那么使n为零(0)，且
如果n小于m，那么使n递增一(1)；及
(g)重复步骤(a)到(f)。
21.根据权利要求20所述的方法，其中将所述先前所测量的电压(n)存储于所述集成电路装置中的存储器中。
22.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括借助所述数字处理器来控制所述存储器及ADC的步骤。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述集成电路装置为微控制器。
24.根据权利要求20所述的方法，其中所述多个外部电容器包括电容式传感器触摸面板。
25.根据权利要求20所述的方法，其中从由电源电压、经分压电源电压、外部电压参考及带隙电压参考组成的群组选择所述参考电压。
26.一种用于检测小键盘的电容式触摸传感器键的致动的设备，其包括：
小键盘矩阵，其包括多个电容式触摸传感器键；
集成电路装置，其包括多路复用器、电容式感测电路、电压参考、模/数转换器(ADC)及数字处理器；
其中
(a)通过所述电容式感测电路来将所述ADC的内部电容器充电到参考电压；
(b)通过所述电容式感测电路来将多个电容式触摸传感器键的外部电容器(n)放电，其中n为从0到m的整数；
(c)通过所述电容式感测电路来将所述ADC的所述内部电容器耦合到所述外部电容器(n)以便将所述内部电容器上的电荷中的一些电荷转移到所述外部电容器(n)；
(d)所述ADC测量所述内部电容器上的电压(n)；
(e)所述数字处理器比较所述内部电容器上的所述所测量的电压(n)与先前所测量的电压(n)；其中
如果所述所测量的电压(n)与所述先前所测量的电压(n)大致相同，那么转到(f)，且
如果所述所测量的电压(n)不同于所述先前所测量的电压，那么做出所述多个电容式触摸传感器键的所述外部电容器(n)的电容改变已发生的指示；
(f)如果n等于m，那么使n为零(0)，且
如果n小于m，那么使n递增一(1)；及
(g)重复(a)到(f)。
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