CN103259517A - 一种电容式触摸电路及其电容检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容式触摸电路，包括基准振荡电路、受控振荡电路、频率比较器和逐次逼近电路，基准振荡电路和受控振荡电路的输出端分别接入频率比较器的两个输入端，频率比较器的输出端接入逐次逼近电路的输入端，逐次逼近电路的输出端接入受控振荡电路的控制端，所述的频率比较器比较所述的受控振荡电路的输出与基准振荡电路的输出的频率差，所述的逐次逼近电路根据所述的频率比较器的输出调节对所述的受控振荡电路的控制量。该电路还包括一块作为电容式触摸按键使用的与该电路印制板相连的金属片，该感应金属片与所述电路印制板地线形成感应电容的上下极板。所述的基准振荡电路是由基准电容和基准电阻组成。

Description

一种电容式触摸电路及其电容检测方法

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，特别涉及一种电容式触摸电路及其电容检测方法。

背景技术

电容式触摸按键是一种新颖的按键实现方式。对比传统的机械式按键，电容式触摸按键具有结构简洁，外观设计漂亮，按键寿命长、灵敏度高，操控体验佳等优点。越来越多的家电厂商开始将电容式触摸按键运用到产品设计当中去。

电容式触摸按键实现的关键是对感应电容的电容值变化的检测方法。现有的电容值检测方式，如采用一个内建恒流源对外部电极电容进行不断循环的充放电，而电路利用定时功能单位时间内充放电次数从而判断是否为有效按键事件。

此方法的问题在于，精度较难做到很高且容易受到外部复杂电磁环境的干扰。因而现在迫切需要一种新的电容式触摸按键检测方式来提高按键的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种电容式触摸电路及其电容检测方法，以解决现有的电容式触摸按键电路精度较差的问题。

本发明的技术方案是，一种电容式触摸电路，包括基准振荡电路、受控振荡电路、频率比较器和逐次逼近电路，基准振荡电路和受控振荡电路的输出端分别接入频率比较器的两个输入端，频率比较器的输出端接入逐次逼近电路的输入端，逐次逼近电路的输出端接入受控振荡电路的控制端，

所述的频率比较器比较所述的受控振荡电路的输出与基准振荡电路的输出的频率差，所述的逐次逼近电路根据所述的频率比较器的输出调节对所述的受控振荡电路的控制量。

进一步的，该电路还包括一块作为电容式触摸按键使用的与该电路印制板相连的金属片，该感应金属片与所述电路印制板地线形成感应电容的上下极板。

进一步的，所述的基准振荡电路是由基准电容和基准电阻组成。

进一步的，所述的受控振荡电路由所述的感应金属片，以及可调电阻链、比较器和逻辑门组成，所述的可调电阻链受所述的逐次逼近电路输出的控制量控制以改变接入电阻值。

进一步的，所述的受控振荡电路由所述的感应金属片，以及可调电流源、比较器和逻辑门组成，所述的可调电流源受所述的逐次逼近电路输出的控制量控制以改变充放电电流值。

一种电容式触摸电路的电容检测方法，基于如权利要求1至5中的任一个所述的电容式触摸电路，

将受控振荡器的振荡频率表达为f_x=k/（n×R×C₀)，其中k为常数，n为调整参数，R为单位电阻值，C₀为与按键相连的所有寄生电容之和，

基准振荡电路的振荡频率为f_ref，所述的电容式触摸电路的电容检测方法包括以下步骤：

（1）将受控振荡电路振荡频率f_x调整为：f_x=k/RC₀,即n=1；

（2）频率比较电路将受控振荡电路振荡频率f_x与基准振荡电路频率f_ref进行比较，设比较后的n为n_b，比较前的n为n_f，

如果f_x>f_ref，n_b=1.5×n_f，则调整受控振荡电路振荡频率f_x=k/（n_b×R×C₀),

如果f_x<f_ref，n_b=0.5×n_f，则调整受控振荡电路振荡频率f_x=k/（n_b×R×C₀),

（3）令前个步骤中的n_b作为本步骤的n_f，重复前个步骤中的频率比较电路对于受控振荡电路振荡频率f_x与基准振荡电路频率f_ref的比较；

（4）重复步骤（3），直到受控振荡电路的振荡频率等于基准振荡电路的振荡频率。

本发明的电容式触摸按键电路实现方案，运用逐次逼近技术实现对由感应电容和可调电阻链组成的RC振荡电路的频率进行锁定。随着感应电容的变化，通过改变可调电阻链的电阻值改变感应电容的充放电流，通过检测充放电流的改变，即可获得感应电容值的变化，从而实现电容式触摸按键的检测功能。

附图说明

图1是本发明一实施例中的电路组成原理图

具体实施方式

如图1所示，其中可调振荡器为受控振荡电路，基准振荡器为基准振荡电路，电路结构的具体工作方式是，逐次逼近电路将受控振荡电路f_x调整为最大振荡频率f_max的一半1/2f_max处，根据频率比较器对其与基准振荡电路频率f_ref比较结果，如1/2f_max>f_ref，则调整受控振荡电路为（1/2–1/4）f_ref；如1/2f_max<f_ref，则调整受控振荡电路为（1/2+1/4）f_ref。以此类推，每次根据频率比较器的比较结果将受控振荡电路频率增大或减少上一次修正量的一半，经过多次计算后，受控振荡电路的频率将不断接近基准振荡电路，在允许误差下，可认为两个振荡器频率相等。此时两个振荡电路的RC常数相等。

该工作方式可以表示为，将受控振荡器的振荡频率表达为f_x=k/（n×R×C₀)，其中k为常数，n为调整参数，R为单位电阻值，C₀为与按键相连的所有寄生电容之和，

基准振荡电路的振荡频率为f_ref，所述的电容式触摸电路的电容检测方法包括以下步骤：

（1）将受控振荡电路振荡频率f_x调整为：f_x=k/RC₀,即n=1；

（2）频率比较电路将受控振荡电路振荡频率f_x与基准振荡电路频率f_ref进行比较，设比较后的n为n_b，比较前的n为n_f，

如果f_x>f_ref，n_b=1.5×n_f，则调整受控振荡电路振荡频率f_x=k/（n_b×R×C₀),

如果f_x<f_ref，n_b=0.5×n_f，则调整受控振荡电路振荡频率f_x=k/（n_b×R×C₀),

（3）令前个步骤中的n_b作为本步骤的n_f，重复前个步骤中的频率比较电路

对于受控振荡电路振荡频率f_x与基准振荡电路频率f_ref的比较；

（4）重复步骤（3），直到受控振荡电路的振荡频率等于基准振荡电路的振荡频率。

当电路中的受控振荡电路中的感应电容由于人体的靠近发生电容值改变时，受控振荡电路的输出将不再与基准振荡电路的输出保持一致。而逐次逼近技术将把这种不一致反馈回受控振荡电路的控制端。控制信号将改变可调电阻链（或者可调电流源）的阻值（或充放电流值），感应电容值变大，则充放电流变大，感应电容值变小，则充放电流相应变小。电路结构快速的将受控振荡电路的输出调整到与基准振荡电路一致。而此时充放电时间相同的情况下，充放电流的大小即可以反应感应电容值的大小。只需要检测受控振荡电路的控制信号变化，就能实现对电容式触摸按键的检测。

本发明的一种电容式触摸按键检测电路，运用了数字逐次逼近技术，包括一个频率比较器、一个逐次逼近电路的电路结构、一个受控振荡电路和一个基准振荡电路、。所述的频率比较器比较所述的受控振荡电路的输出与基准振荡电路的输出的频率差；所述的逐次逼近电路根据所述的频率比较器的输出修正对所述的受控振荡电路的控制量；而所述的受控振荡电路接受前级的控制量来调控。

所述的基准振荡电路是由芯片内部的基准电容电阻组成的标准RC振荡电路，将产生一个稳定的基准振荡频率。

所述的受控振荡电路由感应电容，可调电阻链和比较器以及逻辑门组成的受控RC振荡器。所述的可调电阻链受前级的控制量控制以改变接入电阻值；所述的感应电容将感应人体碰触而改变电容。

所述的感应电容来自于芯片外印刷电路板上的感应金属片，与地线形成感应电容的上下极板，人体靠近感应金属片将增大感应电容的电容值。

所述的逐次逼近电路控制所述的受控振荡电路的输出与所述基准振荡电路的输出一致。此时受控振荡电路的RC充放电时间于基准振荡电路RC充放电时间一致。此时受控振荡电路的可调电阻链所决定的充放电电流跟随所述的感应电容容值变化，可调电阻链的控制量即反应出感应电容值的大小，通过测定该控制量的变化可知感应金属片的感应电容值，因而可以实现电容式触摸按键的检测。

Claims (6)

1.一种电容式触摸电路，其特征在于，包括基准振荡电路、受控振荡电路、频率比较器和逐次逼近电路，基准振荡电路和受控振荡电路的输出端分别接入频率比较器的两个输入端，频率比较器的输出端接入逐次逼近电路的输入端，逐次逼近电路的输出端接入受控振荡电路的控制端，

所述的频率比较器比较所述的受控振荡电路的输出与基准振荡电路的输出的频率差，所述的逐次逼近电路根据所述的频率比较器的输出调节对所述的受控振荡电路的控制量。

2.如权利要求1所述的电容式触摸电路，其特征在于，该电路还包括一块作为电容式触摸按键使用的与该电路印制板相连的金属片，该感应金属片与所述电路印制板地线形成感应电容的上下极板。

3.如权利要求2所述的电容式触摸按键电路，其特征在于，所述的基准振荡电路是由基准电容和基准电阻组成。

4.如权利要求2所述的电容式触摸按键电路，其特征在于，所述的受控振荡电路由所述的感应金属片，以及可调电阻链、比较器和逻辑门组成，所述的可调电阻链受所述的逐次逼近电路输出的控制量控制以改变接入电阻值。

5.如权利要求2所述的电容式触摸按键电路，其特征在于，所述的受控振荡电路由所述的感应金属片，以及可调电流源、比较器和逻辑门组成，所述的可调电流源受所述的逐次逼近电路输出的控制量控制以改变充放电电流值。

6.一种电容式触摸电路的电容检测方法，基于如权利要求1至5中的任一个所述的电容式触摸电路，其特征在于，

将受控振荡器的振荡频率表达为f_x=k/（n×R×C₀)，其中k为常数，n为调整参数，R为单位电阻值，C₀为与按键相连的所有寄生电容之和，

基准振荡电路的振荡频率为f_ref，所述的电容式触摸电路的电容检测方法包括以下步骤：

（1）将受控振荡电路振荡频率f_x调整为：f_x=k/RC₀,即n=1；

（2）频率比较电路将受控振荡电路振荡频率f_x与基准振荡电路频率f_ref进行比较，设比较后的n为n_b，比较前的n为n_f，

如果f_x>f_ref，n_b=1.5×n_f，则调整受控振荡电路振荡频率f_x=k/（n_b×R×C₀),

如果f_x<f_ref，n_b=0.5×n_f，则调整受控振荡电路振荡频率f_x=k/（n_b×R×C₀),

（3）令前个步骤中的n_b作为本步骤的n_f，重复前个步骤中的频率比较电路对于受控振荡电路振荡频率f_x与基准振荡电路频率f_ref的比较；

（4）重复步骤（3），直到受控振荡电路的振荡频率等于基准振荡电路的振荡频率。

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