CN102654812A - 电容电压转换电路、使用此电容电压转换电路的输入装置、电子设备以及电容电压转换方法 - Google Patents

电容电压转换电路、使用此电容电压转换电路的输入装置、电子设备以及电容电压转换方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能同时检测多个传感器电极的电容的电容电压转换电路。C/I转换电路(101～n)分别就各传感器电容(Cs)而设，生成和对应传感器电容(Cs)的电容值相应的检测电流(Is)。电流平均化电路(20)使由多个C/I转换电路(101～n)生成的检测电流(Is1～n)平均化。I/V转换电路(301～n)分别就各传感器电容(Cs)而设，将对应检测电流(Isi)和平均化后的检测电流(IAVE)之间的差分电流转换成检测电压(Vs1～n)。

Description

电容电压转换电路、使用此电容电压转换电路的输入装置、电子设备以及电容电压转换方法
技术领域
本发明涉及一种用于静电电容测定的电容电压转换电路。
背景技术
近年来计算机或手机终端、PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)等电子设备中，具备通过手指接触或接近而操作电子设备的输入装置成为主流。作为这种输入装置，已知有操纵杆、触控板等。
作为这种传感器，已知一种利用静电电容的静电电容传感器。静电电容传感器包含传感器电极。若使用者接近或接触传感器电极，则传感器电极形成的静电电容(以下也仅称为电容)发生变化。通过使用电容电压转换电路将所述电容变化转换成电信号，来判定使用者有无接触。
触控板是由多个传感器电极构成。X-Y矩阵式触控板包括对应矩阵各行而设的行传感器电极、以及对应各列而设的列传感器电极。通过检测多个传感器电极各自的电容变化，可以将使用者接触的座标特定。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2001-325858号公报
发明内容
以往，电容检测电路通过是对多个传感器电极的电容进行分时检测。例如，在所述X-Y矩阵式触控板中，是依次检测多个列传感器电极各自的电容，且依次检测多个行传感器电极各自的电容。所述手法中，由于各传感器电极的电容检测时序不同，因此存在各传感器电极所受噪音影响不同这样的问题。
本发明是鉴于此种问题研究而成，其某一形态的例示目的之一在于提供一种能同时检测多个传感器电极的电容的电容电压转换电路。
本发明的一形态涉及一种将多个传感器电容各自的电容值转换成电压的电容电压转换电路。电容电压转换电路包括：多个电容电流转换电路，分别就各传感器电容而设，生成和对应传感器电容的电容值相应的检测电流；电流平均化电路，使由多个电容电流转换电路生成的检测电流平均化，生成平均电流；以及多个电流电压转换电路，分别就各传感器电容而设，将对应检测电流和平均电流之间的差分电流转换成电压。
所述形态中，各检测电流是和对应的传感器电容的电容值相应，平均电流是和多个传感器电容的电容值的平均值相应。因此，由各通道的电流电压转换电路生成的电压表示各通道的传感器电容和所有通道的平均电容之间的差。根据所述构成，可以同时检测多个传感器电容的电容值。
本发明另一形态也是一种电容电压转换电路。该电容电压转换电路包括：多个复位开关，分别就各传感器电容而设，使对应的传感器电容的电荷初始化；多个积分用电容器，就各传感器电容而设，且各自一端的电位被固定；初始化电路，使多个积分用电容器各自的电压初始化；多个电流反射镜电路，分别就各传感器电容而设，且各自输入侧的第1晶体管和对应的传感器电容连接，将各自输出侧的第2晶体管中流动的电流以第1朝向供给至对应的积分用电容器；以及电流平均化电路，生成多个传感器电容各自中流动的检测电流的平均电流，以第2朝向将该平均电流分别供给至多个积分用电容器。
根据所述形态，在各通道中以本通道的检测电流对积分用电容器进行充电(或放电)，且利用平均电流进行放电(或充电)，由此能同时检测多个传感器电容的电容值。
本发明的另一形态还是一种电容电压转换电路。该电容电压转换电路包括：多个积分用电容器，分别就各传感器电容而设，且各自一端的电位被固定；多个复位开关，分别就各传感器电容而设，且分别和对应的传感器电容并联连接；多个感测开关，分别就各传感器电容而设，且各自一端和对应的传感器电容连接；多个作为MOSFET的第1晶体管，分别就各传感器电容而设，且分别设于对应的感测开关的路径上；多个作为MOSFET的第2晶体管，分别就各传感器电容而设，各自的栅极和对应的第1晶体管的栅极连接，且各自的汲极和对应的积分用电容器连接；多个作为MOSFET的第5晶体管，分别就各传感器电容而设，各自的栅极和对应的第1晶体管的栅极连接；多个第3晶体管，分别就各传感器电容而设，分别设于对应的第5晶体管的路径上；以及多个第4晶体管，分别就各传感器电容而设，分别以和对应的第3晶体管形成电流反射镜电路的方式连接，且各自的汲极和对应的积分用电容器连接。
根据所述形态，能同时检测多个传感器电容的电容值。
本发明的又一形态是一种输入装置。该输入装置包括：多个传感器电容；以及所述任一形态的电容电压转换电路，将多个传感器电容各自的电容值转换成电压。多个传感器电容还可以实质上配置成矩阵状。
还有，将以上构成要素任意组合、或者在方法、装置等之间转换本发明的表现而成的形态也可以有效作为本发明的形态。
[发明效果]
根据本发明的电容电压转换电路，可以同时检测多个传感器电容的电容值。
附图说明
图1是表示实施方式的具备输入装置的电子设备构成的图。
图2是表示实施方式的控制IC的构成的框图。
图3是表示控制IC的具体构成例的电路图。
图4是表示实施方式的控制IC的动作的波形图。
图5是表示控制IC的第1变形例的电路图。
图6是表示图5的控制IC的动作的波形图。
图7是表示第2变形例的控制IC4a的构成的框图。
图8是表示图7的控制IC的具体构成例的电路图。
图9是表示图8的控制IC在待机模式下的动作的波形图。
[符号的说明]
1    电子设备
2    输入装置
3    触控板
4    控制IC
5    手指
6    DSP
7    LCD
100  C/V转换电路
10   C/I转换电路
20   电流平均化电路
30   I/V转换电路
BUF  缓冲器
40   多工器
50    A/D转换器
Cs    传感器电容
CINT  积分用电容器
60    偏移消除电路
M1    第1晶体管
M2    第2晶体管
M3    第3晶体管
M4    第4晶体管
M5    第5晶体管
SW1   复位开关
SW2   感测开关
SW3   初始化开关
具体实施方式
下面，基于优选实施方式，一边参照图式一边说明本发明。对于各图式表示的相同或同等的构成要素、构件、处理，附加相同符号，且适当省略重复的说明。而且，实施方式用于例示而非用于限定发明，实施方式描述的全体特征及其组合并不一定是发明的本质内容。
本说明书中，所谓“构件A和构件B连接的状态”，包括构件A和构件B物理性直接连接的情况，还包括构件A和构件B以实质上不影响两个构件的电气连接状态、或者无损两个构件结合后实现的功能、效果这样的程度，通过其他构件而间接连接的情况。
同样地，所谓“构件C设于构件A和构件B之间的状态”，除了包含构件A和构件C、或构件B和构件C直接连接的情况以外，还包括以实质上不影响这些构件的电气连接状态、或者无损这些构件结合后实现的功能、效果这样的程度，通过其他构件而间接连接的情况。
图1是表示实施方式的具备输入装置2的电子设备1的构成的图。电子设备1除了具备输入装置2以外，还具备DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)6以及LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)7。输入装置2包括触控板3以及控制IC4。触控板3包含规则排列的多个传感器电容Cs1～n。多个传感器电容Cs1～n实质上是配置成矩阵状。控制IC4和多个传感器电容Cs1～n分别连接，检测出多个传感器电容Cs1～n各自的电容值后，将表示各电容值的数据输出至DSP6。
电子设备1的使用者用手指5或笔等物体接触触控板3时，接触座标的传感器电容Cs的电容值发生变化。DSP6基于多个传感器电容Cs的电容值，来检测使用者接触到的座标。例如，触控板3可以设于LCD7的表面，还可以设于其他部位。
以上是电子设备1的全体构成。接着，详细说明输入装置2。
图2是表示实施方式的控制IC4的构成的框图。控制IC4包括C/V转换电路100、多工器40以及A/D转换器50，且集成于一个半导体基板上。DSP6的部分功能性组件还可以内置于控制IC4内。
C/V转换电路100将多个传感器电容Cs1-n各自的电容值，转换成分别相应的检测电压。如下所述，同时生成各传感器电容Cs的检测电压并予以保持。缓冲器BUF1～BUFn接收检测电压Vs1～n，并将此检测电压Vs1～n输出至多工器40。多工器40以分时方式依次选择多个检测电压Vs1～n。A/D转换器50将多工器40选择出的检测电压Vs依次转换成数字值DOUT。
C/V转换电路100将多个传感器电容Cs1-n各自的电容值转换成检测电压Vs1～n。C/V转换电路100包括多个C/I转换电路101～n、电流平均化电路20以及多个I/V转换电路301～n。
C/I转换电路101～n分别对应各传感器电容Cs1～n而设。C/I转换电路10i(1≤i≤n)生成和对应的传感器电容CSi的电容值相应的检测电流ISi，并将检测电流ISi输出至对应的I/V转换电路30i以及电流平均化电路20。
电流平均化电路20使多个C/I转换电路101～n生成的检测电流Is1～n平均化。经平均化后的检测电流(下面也称为平均电流)IAVE分别供给至多个I/V转换电路301～n。
IAVE＝∑i＝1；n Isi/n  …(1)
多个I/V转换电路301～n分别对应各传感器电容Cs1～n而设。I/V转换电路301～n将对应的检测电流Isi和检测电流IAVE之间差分电流IDIFFi(＝Isi-IAVE)转换成电压，并作为检测电压Vsi输出。
图3是表示控制IC4的具体构成例的电路图。图3中仅表示了和传感器电容Cs1、2对应的部分。
C/I转换电路10i包括复位开关SW1、感测开关SW2、第1晶体管M1以及第2晶体管M2。
复位开关SW1的设置目的在于使对应的传感器电容Cs的电荷初始化。例如，复位开关SW1和传感器电容Cs并联设置。若复位开关SW1接通，则传感器电容Cs的电荷被放电而初始化。也就是说，传感器电容Cs的两端间的电位差变为零。例如，复位开关SW1包含N通道MOSFET，若输入栅极的复位信号RST被断定(设为高电平)则接通。
感测开关SW2及第1晶体管M1是依次串联设置于传感器电容Cs和固定电压端子(此处为电源端子)之间。感测开关SW2为P通道MOSFET，若输入栅极的感测信号EVALB被断定(设为低电平)则接通。
第1晶体管M1为P通道MOSFET。具体来说，汲极通过感测开关SW2而和传感器电容Cs连接，源极和电源端子连接。而且，第1晶体管M1的栅极汲极之间接线。第1晶体管M1中流动着和对应传感器电容CSi的电容值相应的充电电流ICHGi。
第2晶体管M2是和第1晶体管M1同类型的P通道MOSFET，且以和第1晶体管M1形成电流反射镜电路的方式连接。具体来说，第2晶体管M2的栅极和第1晶体管M1的栅极连接，第2晶体管M2的源极和电源端子连接。第2晶体管M2中流动着和对应传感器电容Cs的电容值相应的检测电流Is。当晶体管M1和M2的镜比(尺寸比)设为K1时，检测电流ISi是通过式(2)提供。
ISi＝ICHGi×K1…(2)
第1晶体管M1及第2晶体管M2构成的电流反射镜电路将第2晶体管M2中流动的检测电流ISi，以第1朝向(图3中的充电朝向)供给至对应的积分用电容器CINTi。
电流平均化电路20包括多个第3晶体管M3、多个第4晶体管M4以及多个第5晶体管M5。
多个第5晶体管M5分别对应各传感器电容Cs而设。第5晶体管M5是和第1晶体管M1同类型的MOSFET，以和对应的第1晶体管M1形成电流反射镜电路的方式连接，生成和对应的检测电流Is相应的电流Is′。
多个第3晶体管M3分别对应各电容传感器Cs而设于和对应的检测电流Is相应的电流Is′的路径上。多个第3晶体管M3的控制端子(栅极)共通连接。具体来说，第3晶体管M3的源极接地，第3晶体管M3的汲极和对应的第5晶体管M5的汲极连接。
多个第4晶体管M4分别对应各传感器电容Cs而设。第4晶体管M4以和对应的第3晶体管M3形成电流反射镜电路的方式连接。所有通道的第3晶体管M3和第4晶体管M4的尺寸相等。各第4晶体管M4中流动的电流是作为经平均化后的检测电流IAVE而供给至对应的I/V转换电路30。具体来说，电流平均化电路20将平均电流IAVE分别以第2朝向(图3中的放电朝向)供给至各积分用电容器CINT。
I/V转换电路30分别包括积分用电容器CINT以及初始化开关SW3。积分用电容器CINT的一端接地，且电位被固定。积分用电容器CINTi中，以第1朝向(充电)供给了对应的检测电流Isi，以第2朝向(放电)供给了平均电流IAVE。这样，积分用电容器CINTi通过差分电流IDIFFi(＝Isi-IAVE)而被充放电。
初始化开关SW3i是作为在检测前使积分用电容器CINT的电压初始化的初始化电路而发挥功能。初始化开关SW3i的一端和积分用电容器CINT连接，另一端上通过缓冲器(电压器)而被施加基准电压VCM。初始化开关SW3i可以是转移栅极，也可以是其他开关。若初始化信号VCM_SW被断定，则初始化开关SW3i变成接通状态。基准电压VCM例如可以是电源电压Vdd和接地电压Vss的中点附近的电压。
图2的多工器40在图3中是表示为各通道的开关SW41～n。而且，图2的A/D转换器50在图3中被分割成两个A/D转换器ADC1、ADC2。A/D转换器ADC1上被分配了奇数通道的检测电压Vs1，3，…，而A/D转换器ADC2上则被分配了偶数通道的检测电压Vs2，4，…。奇数通道的开关SW41，3，…的输出共通连接，且和A/D转换器ADC1的输入连接。偶数通道的开关SW42，4，…的输出共通连接，且和A/D转换器ADC2的输入连接。还有，也可以通过单一A/D转换器将所有通道的检测电压Vs转换成数字值。
以上是控制IC4的具体构成。接着说明其动作。图4是表示实施方式的控制IC4的动作的波形图。
首先，缓冲器52变成接通状态，基准电压VCM变成特定电平。而且，所有通道的初始化信号VCM_SW被断定，初始化开关SW31～n接通(时刻t0)。由此，各通道的积分用电容器CINT1～n的电压电平被初始化为基准电压VCM。若积分用电容器CINT的初始化结束，则基准电压VCM变成0V，初始化信号VCM_SW被断定，始化开关SW31～n断开。
接着，复位信号RST被断定，复位开关SW11～n接通。由此，传感器电容Cs1～n的电荷变成零，而被初始化(时刻t1)。之后，复位信号RST被断定，复位开关SW1～n断开。
然后，感测信号EVALB被断定(设为高电平)，感测开关SW21～n接通。
着眼于第i通道。若感测开关SW2i接通，则相对于传感器电容Csi，通过第1晶体管M1及感测开关SW2而流动充电电流ICHGi，传感器电容Csi的电位上升。然后，若电位Vxi上升至(Vdd-Vth)为止，则第1晶体管M1断开，充电停止。Vth是第1晶体管M1的栅极源极间的阈值电压。通过所述充电，传感器电容Csi中被供给的电荷量变成
Qsi＝C·V＝Csi×(Vdd-Vth)…(3)，
且依赖于传感器电容Csi的电容值。也就是说，C/I转换电路10i向传感器电容Cs供给电流ICHGi，直到对应的传感器电容Csi的电位达到特定电平(Vdd-Vth)为止。
C/I转换电路10将充电电流ICHGi复制，生成和电容值相应的检测电流Isi，对积分用电容器CINT进行充电。由于Isi＝K1-ICHGi，因此供给至积分用电容器CINTi的电荷量QINTi是通过式(4)提供。
QINTi＝Qsi×K1…(4)
另一方面，电流平均化电路20通过各通道的检测电流Is1～n的平均电流IAVE，对积分用电容器CINTi进行放电。由电流平均化电路20而从积分用电容器CINTi放电的电荷量QINTAVE是通过式(5)提供。
QINTAVE＝QsAVE×K1…(5)
此处，QsAVE是供给至所有通道的传感器电容Cs1～n的电荷量的平均值∑Qsi/n，通过式(6)提供。
QsAVE＝∑Qsi/n＝∑Csi/n×(Vdd-Vth)…(6)
当传感器电容Csi比所有通道的传感器电容Cs1～n的平均值CsAVE大时，由于Isi＞IAVE，所以积分用电容器CINTi被充电，检测电压Vsi变得比作为初始值的基准电压VCM高出ΔVi。
ΔVi＝(QINTi-QINTAVE)/CINTi
＝(Qsi-QsAVE)×K1/CINTi
＝(Csi-∑Csi/n)/CINTi×K1×(Vdd-Vth)…(7)
相反，当传感器电容Csi比平均值CsAVE小时，也就是说Qsi＜QsAVE时，由于Isi＜IAVE，所以积分用电容器CINTi被放电，检测电压Vsi变得比作为初始值的基准电压VCM低ΔVi。
当传感器电容Csi和平均值CsAVE相等时，也就是说Qsi＝QsAVE时，由于Isi＝IAVE，所以积分用电容器CINTi的电荷量不发生变化，ΔVi＝0。
最终的检测电压Vsi是通过式(8)提供。
Vsi＝VCM+ΔVi
＝VCM+(Csi-∑Csi/n)/CINTi×K1×(Vdd-Vth)…(8)
这样，将各通道的传感器电容Cs1～n的电容变化转换成检测电压Vs1～n，并保持于积分用电容器CINT1～n。
之后，通过以适当的次序控制开关SW41～n，利用两个A/D转换器ADC1、ADC2而将各通道的检测电压Vs1～n转换成数字值。
以上为控制IC4的动作。
根据所述C/V转换电路100，可以将传感器电容Cs1～n各自的电容值，作为与这些电容值的平均值CsAVE(＝∑Csi/n)的差成比例的电压而予以检测。此处，若通道数n足够大，而各电容值的变化量较小，则可视为CsAVE固定，检测电压Vsi对于传感器电容Csi的变化量而言实质上呈线性变化。
在所述C/V转换电路100中，能够同时检测多个通道的传感器电容Cs的电容变化。因此，即便处于触控板3所受噪音时刻变化的状况下，也能消除普通模式噪音，所以和以往方式相比可以提高耐噪性。
而且，根据式(8)可以明确，检测电压Vsi对于电容变化的灵敏度，可以通过C/I转换电路10及电流平均化电路20的镜比K1、以及积分用电容器CINT的电容值来调节。
以上，基于实施方式说明了本发明。本领域技术人员应该认识到，所述实施方式为例示，对于各构成要素及各处理制程的组合可以施加各种变形例、且这样的变形例也包含在本发明的范围内。以下，说明这样的变形例。
(第1变形例)
图5是表示第1变形例的控制IC4的构成的电路图。图5中仅表示了第1通道的构成。实际电路中，控制IC4中连接着传感器电容Cs的端子Ns上，连接着保护二极管或焊垫(均未图示)，且存在由此产生的寄生电容Cp。
具体来说，第1晶体管M1中，除了流动对传感器电容Cs的充电电流以外，还流动着对寄生电容Cp的充电电流。寄生电容Cp中流动的电流通过式(9)提供。
QPi＝CPi×(Vdd-Vth)…(9)
所述电荷在内部电容器CINT中被充放电。若所有通道的寄生电容Cp1～n相等，则它们的影响被消除，但当各通道的寄生电容不同时，会对传感器电容Cs的检测带来恶劣影响。
因此，图5的控制IC4a对应各通道而更包括偏移消除电路60，用来消除寄生电容Cp。偏移消除电路60对连接着对应传感器电容Cs的节点(线)Ns，以特定期间供给特定电流Iref。
具体来说，偏移消除电路60可以包括：电流源62，生成特定的基准电流Iref；电流反射镜电路64，将基准电流Iref复制而供给至节点Ns；以及消除用开关SW5，设于电流反射镜电路64的输出电流的路径上，在特定期间接通。消除用开关SW5在控制信号PWMB[1]被断定(高电平)的期间接通。
接着，说明图5的C/V转换电路100a的动作。图6是表示图5的控制IC4a的动作的波形图。
在感测信号EVALB被断定前，各通道中在某一校准期间Ti内，控制信号PWMB[i]被断定(设为高电平)。校准期间Ti还可以对应各通道而不同。在校准期间Ti内，节点Ns上被供给
Q＝Iref×Ti
这样的电荷。所述电荷量若等于Cpi×(Vdd-Vth)，便可消除寄生电容Cpi的影响。这时的Ti通过
Ti＝Cpi×(Vdd-Vth)/Iref
来提供。也可以将校准期间Ti在所有通道内设为共通长度，对应各通道而调节基准电流Irefi的值。或者，还可以调节校准期间Ti和基准电流Irefi两方。
这样，通过设置偏移消除电路60，可以消除寄生电容Cp的影响，从而能够高精度检测传感器电容Cs的电容变化。
(第2变形例)
搭载了输入装置2的电子设备能切换待机状态(休眠状态)和通常状态这两种状态。输入装置2在待机状态下设定为待机模式，在通常状态设定为正常模式。在正常模式下，监视触控板3的各传感器电容Cs的电容变化。另一方面，在待机模式下，为了削减电子设备1的耗电，而监视使用者是否接触了触控板3。并且，在待机模式下，若使用者接触触控板3，则恢复成正常模式，可以进行正常输入。在所述变形例中，说明的是用来在待机模式下以低耗电检测使用者有无接触触控板3的技术。
如上所述，各检测电流Is是和对应的传感器电容Cs的电容值相应，平均电流IAVE是和多个传感器电容Cs的电容值的平均值相应。并且，若使用者接触触控板3的任意部位，则传感器电容Cs的电容值发生变动。所述变形例的输入装置2a利用此原理，基于平均电流IAVE，来判定使用者是否接触了多个传感器电容Cs中的至少一个。
图7是表示第2变形例的控制IC4a的构成的框图。控制IC4a除了包括图2的控制IC4以外，还包括基准电容CREF、第2C/I转换电路11、第2I/V转换电路31、以及缓冲器BUFn+1。
第2C/I转换电路11以和C/I转换电路10相同的方式构成，生成和基准电容CREF的电容值相应的基准电流IREF。第2I/V转换电路31以和I/V转换电路30相同的方式构成，将电流平均化电路20a生成的平均电流IAVE、和基准电流IREF的差分电流IDIFF(＝IREF-IAVE)转换成电压Vsn+1。
电流平均化电路20a除了使多个电容电流转换电路10生成的检测电流Is平均化以外，还使基准电流IREF平均化，由此生成平均电流IAVE。
所述构成中，由于基准电容CREF固定，因此无论使用者是否接触触控板3，基准电流IREF均取得固定值。因此，第2I/V转换电路31生成的IREF-IAVE取得和平均电流IAVE相应的值。所以，在待机模式下，可以基于第2电流电压转换电路31的输出电压Vsn+1，来判定使用者是否接触了触控板3。
在正常模式下，多工器40循环选择多个电压Vs1～Vsn。并且，A/D转换器50将多个电压Vs1～Vsn依次转换成数字值。相对于此，在待机模式下，多工器40固定地选择来自第2I/V转换电路31的Vsn+1。并且，A/D转换器50只将电压Vsn+1转换成数字值。由此，在待机模式下，就不再需要多工器40的切换处理，从而能减少耗电。
而且，A/D转换器50也只要对1个通道的电压Vsn+1进行转换便足够，因此和对所有通道进行A/D转换的情况相比，能够显着减少耗电。另外，接收A/D转换器50的输出数据的DSP6只处理1个通道的电压Vsn+1，来检测使用者是否接触了触控板3，所以也能够显着减少DSP6的运算量。
另外，为了减少耗电，在待机模式下，可以停止I/V转换电路301～30n、及缓冲器BUF1～BUFn等无用电路块。
图8是表示图7的控制IC4a的具体构成例的电路图。
所述控制IC4a包括第2复位开关SW6、第2感测开关SW7以及第2电流反射镜电路(M6、M7)。
第2复位开关SW6和基准电容CREF并联设置，在第2复位开关SW6接通的状态下，使基准电容CREF的电荷初始化。第2感测开关SW7的一端和基准电容CREF连接。第6晶体管M6以及第7晶体管M7构成第2电流反射镜电路。第6晶体管M6设于第2感测开关SW7的路径上，通过第2感测开关SW7而和基准电容CREF连接。第2电流反射镜电路将输出侧的第7晶体管M7中流动的电流IREF以第1朝向供给至第2积分用电容器CINTn+1。
第2积分用电容器CINTn+1是相对于基准电容CREF而设，且一端电位被固定。作为第2初始化电路的初始化开关SW3n+1设置的目的在于使第2积分用电容器CINTn+1的电压初始化。
电流平均化电路20a除了使多个传感器电容Cs1～n各自中流动的检测电流Is1～n′平均化以外，还使基准电容CREF中流动的基准电流IREF′平均化，由此生成平均电流IAVE，将平均电流IAVE以第2朝向分别供给至多个积分用电容器CINT1～n以及第2积分用电容器CINTn+1。
电流平均化电路20a除了具有图3的电流平均化电路20的构成以外，还包括第8晶体管M8、第9晶体管M9、第10晶体管M10。第10晶体管M10的栅极和第6晶体管M6的栅极连接。第8晶体管M8设于第10晶体管M10的路径上。
第9晶体管M9以和第8晶体管M8形成电流反射镜电路的方式连接，且汲极和第2积分用电容器CINTn+1连接。
在待机模式下，基于第2积分用电容器CINTn+1的电压Vsn+1，来判定使用者是否接触了触控板3。
基准电容CREF宜内置于控制IC4内，且构成为可变电容。如下所述，电压Vsn+1取的是和基准电容CREF的电容值、和传感器电容Cs的平均电容之间的差分相应的值。因此，通过将基准电容CREF设为可变，能使电压Vsn+1的范围也适合于后段电路。
以上为控制IC4a的构成。接着，说明控制IC4a的动作。图9是表示图8的控制IC4a在待机模式下的动作的波形图。
在待机模式下，时刻t2之前的动作是和图4的波形图相同。
首先，缓冲器52变成接通状态，基准电压VCM变成特定电平。而且，所有通道的初始化信号VCM_SW被断定，初始化开关SW31～n+1接通(时刻t0)。由此，各通道的积分用电容器CINT1～n+1的电压电平被初始化成基准电压VCM。若积分用电容器CINT的初始化结束，则基准电压VCM变成0V，初始化信号VCM_SW被断定，初始化开关SW31～n+1断开。
接着，复位信号RST被断定，复位开关SW11～n及SW6接通。由此，传感器电容Cs1～n的电荷变成零，而被初始化(时刻t1)。之后，复位信号RST被断定，复位开关SW11～n及SW6断开。
然后，感测信号EVALB被断定(设为高电平)，感测开关SW21～n及SW7接通。这样，C/I转换电路10i及11向传感器电容Csi及基准电容CREF供给电流ICHGi，直到对应的传感器电容Csi及基准电容CREF的电位达到特定电平(Vdd-Vth)。
着眼于n+1通道。无论使用者是否接触了触控板3，以第1朝向供给至第2积分用电容器CINTn+1的电流IREF均取固定值。另一方面，以第2朝向供给至第2积分用电容器CINTn+1的电流IAVE是根据使用者是否接触触控板3而变化。
基准电容CREF若与多个传感器电容Cs的平均值相等，则第2积分用电容器CINTn+1的充电电流IREF和放电电流IAVE变得相等，因此电位Vsn+1变得和基准电压VCM相等。而且，基准电容CREF若大于多个传感器电容Cs的平均值，则IREF＞IAVE，电位Vsn+1变得比基准电压VCM高。相反，基准电容CREF若小于多个传感器电容Cs的平均值，则IREF＜IAVE，电位Vsn+1变得比基准电压VCM低。
此处，若使用者接触触控板3，则多个传感器电容Cs中的至少一个的电容值增大，所以多个传感器电容Cs的平均值也增大。因此，第2积分用电容器CINTn+1的电位Vsn+1根据使用者是否接触触控板3而取不同电平。
当感测信号EVALB断定之后，多工器40a的开关AD_SWn+1接通，将电压Vsn+1输入至A/D转换器ADC2，而被转换成数字值。DSP6基于此数字值，判定使用者是否接触了触控板3，当检测出接触时，转向正常模式。
如图9所示，在待机模式下，开关AD_SW1～AD_SWn始终断开，多工器40a固定地选择电压Vsn+1。因此，不再需要切换开关。而且，不再需要缓冲器BUF1～n执行动作。另外，A/D转换也只进行(n+1)通道这1次。而且，控制IC4向DSP6发送的数据也只有1个通道量。据此，可以大幅削减控制IC4的耗电。
另外，DSP6可以根据1个通道量的数据，来判定使用者是否接触了触控板3。此判定是极其简单的处理，只要将DSP6的和电压Vsn+1相应的数字数据与阈值进行对比即可。因此，可以大幅削减DSP6的运算量。
(其他变形例)
在实施方式中，以传感器电容Cs实质上配置成矩阵状的触控板3为例进行了说明，但C/V转换电路100的应用并不限定于此。例如，C/V转换电路100还可以应用X-Y型触控板，这种情况下，可以同时检测多个行传感器电极、和多个列传感器电极的电容值。
实施方式表示的C/V转换电路100也可以上下反转。只要是本领域技术人员便可理解：此时只要将P通道MOSFET和N通道MOSFET适当置换便可。此时的充电和放电虽然相反，但本质动作是相同的。还可以将部分晶体管置换成双极晶体管来代替MOSFET。
在实施方式中，对将电容电压转换电路100应用为利用静电电容变化的输入装置的情况进行了说明，但是电容电压转换电路100的用途并不限定于此。例如，可以应用为电容器型麦克风等利用隔膜电极和背板电极形成电容器、且电容器的静电电容根据声压而变化的麦克风。
而且，电容电压转换电路100由于能将非常小的静电电容变化放大而进行检测，因此可以用于其他各种各样的应用。
在实施方式中，对电容电压转换电路100整体集成在一个半导体集成电路上的情况进行了说明，但并不限定于此，还可以使用芯片零件或分立元件来构成各电路块。集成哪一区块则根据采用的半导体制造制程及要求成本、特性等来决定即可。
实施方式的输入装置除了可以使用实施方式中说明的手机终端以外，还可以使用个人计算机、PDA(Personal Digital Assistance，个人数字助理)、数字静态相机、CD播放机等的遥控器等各种具备输入装置的电子设备。

Claims (33)

1.一种电容电压转换电路，将多个传感器电容各自的电容值转换成电压，其特征在于包括：
多个电容电流转换电路，分别就所述各传感器电容而设，生成和对应传感器电容的电容值相应的检测电流；
电流平均化电路，使由所述多个电容电流转换电路生成的检测电流平均化，而生成平均电流；及
多个电流电压转换电路，分别就所述各传感器电容而设，将对应检测电流和所述平均电流之间的差分电流转换成电压。
2.根据权利要求1所述的电容电压转换电路，其特征在于：
所述电容电流转换电路包括：
复位开关，将对应的传感器电容的电荷初始化；
感测开关及作为MOSFET的第1晶体管，在对应传感器电容和固定电压端子之间依次串联设置；以及
第2晶体管，以和所述第1晶体管形成电流反射镜电路的方式连接；
将所述第2晶体管中流动的电流作为和对应传感器电容的电容值相应的检测电流输出。
3.根据权利要求1或2所述的电容电压转换电路，其特征在于：
所述电流平均化电路包括：
多个第3晶体管，分别就所述各传感器电容，设于和对应检测电流相应的电流的路径上，且各自的控制端子共通连接；以及
多个第4晶体管，分别就所述各传感器电容而设，以和对应的所述第3晶体管形成电流反射镜电路的方式连接；
将各第4晶体管中流动的电流作为所述平均电流输出。
4.根据权利要求3所述的电容电压转换电路，其特征在于：
所述电流平均化电路还包括多个第5晶体管，
所述多个第5晶体管分别就所述各传感器电容而设，以和对应的第1晶体管形成电流反射镜电路的方式连接；
且各第3晶体管是设于对应的第5晶体管的路径上。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的电容电压转换电路，其特征在于：
所述电流电压转换电路包括一端电位固定、且根据所述差分电流而充放电的积分用电容器。
6.根据权利要求5所述的电容电压转换电路，其特征在于：
所述电流电压转换电路包括初始化开关，
该初始化开关的一端和对应的所述积分用电容器连接，而另一端上则被施加基准电压。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的电容电压转换电路，其特征在于：
在待机模式下，基于所述平均电流，来判定使用者是否接触了多个传感器电容中的至少一个。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的电容电压转换电路，其特征在于还包括：
基准电容；
第2电容电流转换电路，以和所述电容电流转换电路相同的方式构成，生成和所述基准电容的电容值相应的基准电流；以及
第2电流电压转换电路，以和所述电流电压转换电路相同的方式构成，将所述基准电流和所述平均电流之间的差分电流转换成电压；
所述电流平均化电路除了使所述多个电容电流转换电路生成的检测电流平均化以外，还通过使所述基准电流平均化，而生成所述平均电流。
9.根据权利要求8所述的电容电压转换电路，其特征在于：
在待机模式下，基于所述第2电流电压转换电路的输出电压，判定使用者是否接触了多个传感器电容中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的电容电压转换电路，其特征在于还包括：
多工器，接收所述多个电流电压转换电路的输出电压、和所述第2电流电压转换电路的输出电压，并从其中选出一个；以及
A/D转换器，将所述多工器选择出的电压转换成数字值；
且所述多工器在所述待机模式下只选择所述第2电流电压转换电路的输出。
11.根据权利要求10所述的电容电压转换电路，其特征在于：
所述多个电流电压转换电路在所述待机模式下停止。
12.根据权利要求8至11中任一权利要求所述的电容电压转换电路，其特征在于：
所述基准电容构成为可以变动。
13.一种电容电压转换电路，将多个传感器电容各自的电容值转换成电压，其特征在于包括：
多个复位开关，分别就所述各传感器电容而设，使对应传感器电容的电荷初始化；
多个积分用电容器，分别就所述各传感器电容而设，且各自一端的电位被固定；
初始化电路，使所述多个积分用电容器各自的电压初始化；
多个电流反射镜电路，分别就所述各传感器电容而设，且各自输入侧的第1晶体管和对应的传感器电容连接，将各自输出侧的第2晶体管中流动的电流，以第1朝向供给至对应的积分用电容器；以及
电流平均化电路，生成所述多个传感器电容中分别流动的检测电流的平均电流，将该平均电流以第2朝向分别供给至所述多个积分用电容器。
14.根据权利要求1 3所述的电容电压转换电路，其特征在于：
所述电流平均化电路包括：
多个第5晶体管，分别就所述各传感器电容而设，以和对应的电流反射镜电路的所述第1晶体管形成电流反射镜电路的方式连接；
多个第3晶体管，分别设于对应的第5晶体管各自的路径上；以及
多个第4晶体管，分别以和对应的第3晶体管形成电流反射镜电路的方式连接；
将各第4晶体管中流动的所述平均电流供给至对应的积分用电容器。
15.根据权利要求13或14所述的电容电压转换电路，其特征在于：
所述初始化电路包括多个初始化开关，
所述多个初始化开关各自的一端和对应的所述积分用电容器连接，而各自另一端上被施加基准电压。
16.根据权利要求13至15中任一权利要求所述的电容电压转换电路，其特征在于：
在待机模式下，基于所述平均电流，判定使用者是否接触了多个传感器电容中的至少一个。
17.根据权利要求13至16中任一权利要求所述的电容电压转换电路，其特征在于还包括：
基准电容；
第2复位开关，使所述基准电容的电荷初始化；
第2积分用电容器，相对于所述基准电容而设，且一端电位被固定；
第2初始化电路，使所述第2积分用电容器的电压初始化；以及
第2电流反射镜电路，输入侧的第1晶体管和所述基准电容连接，将输出侧的第2晶体管中流动的电流以第1朝向供给至所述第2积分用电容器；
所述电流平均化电路除了使所述多个传感器电容各自流动的检测电流平均化以外，还使所述基准电容中流动的基准电流平均化，由此生成所述平均电流，将该平均电流以第2朝向分别供给至所述多个积分用电容器及所述第2积分用电容器。
18.根据权利要求17所述的电容电压转换电路，其特征在于：
在待机模式下，基于所述第2积分用电容器的电压，判定使用者是否接触了多个传感器电容中的至少一个。
19.根据权利要求18所述的电容电压转换电路，其特征在于还包括：
多工器，接收所述多个积分用电容器的电压、和所述第2积分用电容器的电压，并从其中选择一个；以及
A/D转换器，将所述多工器选择出的电压转换成数字值；
所述多工器在所述待机模式下只选择所述第2积分用电容器的电压。
20.根据权利要求17至19中任一权利要求所述的电容电压转换电路，其特征在于：
所述基准电容构成为可以变动。
21.一种电容电压转换电路，将多个传感器电容各自的电容值转换成电压，其特征在于包括：
多个积分用电容器，分别就所述各传感器电容而设，且各自的一端电位被固定；
多个复位开关，分别就所述各传感器电容而设，且分别和对应的传感器电容并联连接；
多个感测开关，分别就所述各传感器电容而设，且各自的一端和对应的传感器电容连接；
多个作为MOSFET的第1晶体管，分别就所述各传感器电容而设，且分别设于对应的感测开关的路径上；
多个作为MOSFET的第2晶体管，分别就所述各传感器电容而设，且各自的栅极和对应的第1晶体管的栅极连接，各自的汲极和对应的积分用电容器连接；
多个作为MOSFET的第5晶体管，分别就所述各传感器电容而设，且各自的栅极和对应的第1晶体管的栅极连接；
多个第3晶体管，分别就所述各传感器电容而设，且分别设于对应的第5晶体管的路径上；以及
多个第4晶体管，分别就所述各传感器电容而设，分别以和对应的第3晶体管形成电流反射镜电路的方式连接，且各自的汲极和对应的积分用电容器连接。
22.根据权利要求21所述的电容电压转换电路，其特征在于还包括：
基准电容；
第2积分用电容器，相对于所述基准电容而设，且一端电位被固定；
第2复位开关，和所述基准电容并联连接；
第2感测开关，一端和所述基准电容连接；
作为MOSFET的第6晶体管，设于所述第2感测开关的路径上；
作为MOSFET的第7晶体管，栅极和所述第6晶体管的栅极连接，各自的汲极和所述第2积分用电容器连接；
作为MOSFET的第10晶体管，栅极和所述第6晶体管的栅极连接；
第8晶体管，设于所述第10晶体管的路径上；以及
第9晶体管，以和所述第8晶体管形成电流反射镜电路的方式连接，且汲极和所述第2积分用电容器连接。
23.根据权利要求22所述的电容电压转换电路，其特征在于：
在待机模式下，基于所述第2积分用电容器的电压，判定使用者是否接触了多个传感器电容中的至少一个。
24.根据权利要求23所述的电容电压转换电路，其特征在于还包括：
多工器，接收所述多个积分用电容器的电压、和所述第2积分用电容器的电压，并从其中选择一个；以及
A/D转换器，将所述多工器选择出的电压转换成数字值；
所述多工器在所述待机模式下只选择所述第2积分用电容器的电压。
25.根据权利要求22至24中任一权利要求所述的电容电压转换电路，其特征在于：
所述基准电容构成为可以变动。
26.根据权利要求1至25中任一权利要求所述的电容电压转换电路，其特征在于：
还包括多个偏移消除电路，所述多个偏移消除电路分别就所述各传感器电容而设，且分别对连接着对应传感器电容的节点，以特定期间供给特定电流。
27.根据权利要求26所述的电容电压转换电路，其特征在于：
所述偏移消除电路包括：
电流源，生成特定的基准电流；
电流反射镜电路，将所述基准电流复制而供给至所述节点；以及
消除用开关，设于所述电流反射镜电路的输出电流的路径上，在所述特定期间接通。
28.根据权利要求1至27中任一权利要求所述的电容电压转换电路，其特征在于：
整体集成于一个半导体集成电路上。
29.一种输入装置，其特征在于包括：
多个传感器电容；以及
权利要求1至28中任一权利要求所述的电容电压转换电路，将所述多个传感器电容各自的电容值转换成电压。
30.根据权利要求29所述的输入装置，其特征在于：
所述多个传感器电容实质上配置成矩阵状。
31.一种电子设备，其特征在于：
具备权利要求29或30所述的输入装置。
32.一种方法，将多个传感器电容各自的电容值转换成电压，其特征在于包括以下步骤：
使各传感器电容的电荷初始化；
对各传感器电容供给第1电流，直到各传感器电容的电压达到特定电平；
在第1方向上，向就各传感器电容而设的积分用电容供给和第1电流相应的第2电流，同时在第2方向上，向各积分用电容供给多个第2电流的平均电流；以及
将各积分用电容产生的电压设为和对应电容相应的检测电压。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于：
还包括如下步骤：在待机模式下，基于所述多个第2电流的平均电流，判定使用者是否接触了多个传感器电容中的至少一个。
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