CN103902114B - 电容检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电容检测电路，其包括：N个感应单元；转移电容，转移电容的一端分别与N个感应单元相连，转移电容的另一端接地，用于将自身的电荷转移至N个感应单元中被扫描的感应单元的电容中；充电模块，用于对转移电容进行充电，其中，充电模块包括串联的第一开关和电流源；放电模块，用于对转移电容进行放电，其中，放电模块包括第一电阻和第二开关；控制器，控制器分别与充电模块、转移电容和放电模块相连，控制器用于当转移电容的电压大于预设阈值时，控制第二开关闭合，同时更新计数值，以及根据计数值检测N个感应单元的触摸情况。该电容检测电路能够消除互电容的影响，从而提高了检测精度，判断准确度也大大提高。

Description

电容检测电路
技术领域
本发明涉及电容检测技术领域，特别涉及一种电容检测电路。
背景技术
目前，触摸屏在手机、PDA（个人数字助理）、GPS（全球定位系统）、PMP（MP3，MP4等）甚至是平板电脑等电子设备中得到了应用。触摸屏具有触控操作简单、便捷、人性化的优点，因此触摸屏有望成为人机互动的最佳界面而在便携式设备中得到了广泛应用。而随着触摸屏的广泛应用，人们对触摸屏技术的研究也越来越深入。
现有技术中往往是通过检测触摸屏中感应单元自电容的大小来判断感应单元是否被触摸，因此如何精确检测触摸屏中的感应单元在被触摸时产生的自电容变得十分重要。
而现有的电容检测原理存在的缺点是，在检测感应单元被触摸产生的电容时，由于互电容的存在，往往受到互电容的影响，导致检测时产生一定的误差，因此，检测精度不够高，进而不能准确判断感应单元是否被触摸。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种电容检测电路，能够消除互电容的影响，从而提高了检测精度，判断准确度也大大提高。
为达到上述目的，本发明的实施例提出了一种电容检测电路，包括：N个感应单元，其中，N为大于等于1的整数；转移电容，所述转移电容的一端分别与所述N个感应单元相连，所述转移电容的另一端接地，所述转移电容用于将自身的电荷转移至所述N个感应单元中被扫描的感应单元的电容中；充电模块，所述充电模块的一端与所述转移电容的一端相连，所述充电模块的另一端与第一电源相连，用于对所述转移电容进行充电；放电模块，所述放电模块的一端分别与所述充电模块的一端和所述转移电容的一端相连，所述放电模块的另一端接地，用于对所述转移电容进行放电，其中，所述放电模块包括第一电阻和第二开关；控制器，所述控制器分别与所述充电模块、所述转移电容和所述放电模块相连，所述控制器用于当所述转移电容的电压大于预设阈值时，控制所述第二开关闭合，同时更新计数值，以及根据所述计数值检测所述N个感应单元的触摸情况。
根据本发明实施例的电容检测电路，在检测感应单元被触摸产生的电容时能够很好地消除互电容的影响，从而大大提高了检测精度，进而可以准确地判断感应单元是否被触摸，提高了判断准确率。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的电容检测电路的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的电容检测电路的电路原理图；
图3为根据本发明一个示例的电容检测电路的电路原理图；
图4为根据本发明一个实施例的电容检测电路中开关控制信号的波形图；
图5为根据本发明另一个实施例的电容检测电路中开关控制信号的波形图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的电容检测电路。
首先，如图1所示，本发明实施例提出的电容检测电路包括N个感应单元（1、2、3…N）、转移电容Cmod、充电模块101、控制器102和放电模块100。
其中，N个感应单元（1、2、3…N）中每个感应单元在被触摸时其电容会发生变化，并且N为大于等于1的整数。也就是说，该电容检测电路同时检测多个感应单元，其中多个感应单元为至少两个感应单元。
如图1所示，转移电容Cmod的一端分别与N个感应单元（1、2、3…N）的一端相连，转移电容Cmod的另一端接地，通常感应单元的另一端也是接地。转移电容Cmod用于将自身的电荷转移至N个感应单元中被扫描的感应单元的电容中，一般情况下，当感应单元被触摸时，其电容会变大。例如，当扫描到N个感应单元中感应单元1、2、3被触摸时，感应单元1、2、3各自的自电容发生变化（例如增大），转移电容Cmod将自身的电荷分别转移到感应单元1、2、3的自电容之中，从而拉低转移电容Cmod的电压。
充电模块101的一端与转移电容Cmod的一端相连，充电模块101的另一端与第一电源VD相连，用于对转移电容Cmod进行充电，其中，充电模块101包括串联的第一开关SW1和电流源I。放电模块100的一端分别与充电模块101的一端和转移电容Cmod的一端相连，放电模块100的另一端接地，用于对转移电容Cmod进行放电，其中，放电模块100包括第一电阻R1和第二开关SW2。
控制器102分别与充电模块101、放电模块100和转移电容Cmod相连，控制器102用于当转移电容Cmod的电压大于预设阈值Vth时，控制第二开关SW2闭合，同时更新计数值，以及根据计数值检测N个感应单元的触摸情况。也就是说，当转移电容Cmod的电压大于预设阈值Vth时，控制器102控制第二开关SW2闭合，当转移电容Cmod的电压小于预设阈值Vth时，控制器102控制第二开关SW2关断，同时根据感应单元被触摸与否产生不同的计数值，以此来检测N个感应单元的触摸情况。
具体地，首先控制器102通过控制第一开关SW1使充电模块101对转移电容Cmod进行充电，当转移电容Cmod上的电压高于预设阈值Vth时，控制器102控制第二开关SW2闭合，而当转移电容Cmod上的电压低于预设阈值Vth时，控制器102控制第二开关SW2关断，当转移电容Cmod上的电荷转移到感应单元时，此时转移电容Cmod上的电压会被拉低，感应单元的电容越大时，电压拉得越低，此时计数器的计数值越小。当感应单元被触摸后，电容会变大，因此计数器的计数值会变小，也就是说，有触摸的感应单元的计数值会比没触摸的感应单元的计数值小，因此，可以根据计数器计数值的大小，来判断感应单元有没有被触摸。
进一步地，在本发明的实施例中，如图1所示，该电容检测电路还包括N个选择组件（1、2、3、…N），每个选择组件与一个感应单元相对应，并连接在N个感应单元（1、2、3、…N）和转移电容Cmod之间。每个选择组件控制对应的感应单元那路通道的开关。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，每个选择组件例如选择组件1进一步包括第三开关SW3和第四开关SW4。其中，第三开关SW3连接在相应的感应单元和转移电容Cmod之间，第四开关SW4的一端与相应的感应单元相连，第四开关SW4的另一端与地相连，其中，第三开关SW3和第四开关SW4交替开启。
并且，如图2所示，每个选择组件例如选择组件1还包括第五开关SW5，第五开关SW5的一端与相应的感应单元相连，第五开关SW5的另一端与第二电源VTH相连，其中，第二电源VTH的电压可为预设阈值Vth。当然，在本发明的其他实施例中，第二电源VTH的电压也可为其他电压值。
进一步地，在本发明的一个实施例中，如图2所示，该电容检测电路还包括预充电模块201。预充电模块201的一端与转移电容Cmod的一端相连，预充电模块201的另一端与第一电源VD相连，预充电模块201用于对转移电容Cmod进行预充电。其中，预充电模块201包括相互串联的第六开关SW6和第二电阻R2。也就是说，在对转移电容Cmod充电之前，还需要对转移电容Cmod进行预充电，将转移电容Cmod的电压预充至预设阈值Vth的附近。
此外，如图2所示，该电容检测电路还包括预放电模块202。预放电模块202一端与转移电容Cmod的一端相连，预放电模块202的另一端接地，预放电模块202用于在预充电模块201对转移电容Cmod预充电之前，对转移电容Cmod进行预放电。其中，预放电模块202包括第七开关SW7，通过第七开关SW7的一端接地，对转移电容Cmod进行预放电。在本发明的实施例中，通过对转移电容Cmod的预充电和预放电，可以保证在每次测试时转移电容Cmod的状态均相同，从而提高检测的精度。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，控制器102进一步包括比较器CMP、触发器DFF、计数器206、检测器203和第一选择器204。其中，比较器CMP的第一输入端与预设阈值的电压Vth相连，比较器CMP的第二输入端与转移电容Cmod的一端相连。触发器DFF的输入端与比较器CMP的输出端相连，用于根据比较器CMP的比较结果生成触发信号，触发器DFF还包括时钟信号输入CNT_CLK。计数器206的输入端与触发器DFF的输出端相连，用于根据所述触发信号进行计数。检测器203与计数器206相连，用于根据计数器206的计数值检测N个感应单元的触摸情况。第一选择器204的输入端与触发器DFF的输出端相连，用于根据触发器DFF的触发信号生成第一控制信号，而第一控制信号用于控制放电模块100对转移电容Cmod进行放电。
此外，控制器102还包括第二选择器205。第二选择器205的输入端与比较器CMP的输出端相连，用于根据比较结果生成第二控制信号，并且第二控制信号用于控制预充电模块201对转移电容Cmod进行预充电。
具体地，如图2所示，第一选择器204为与门AND，与门AND的第一输入端与触发器DFF的输出端相连，与门AND的第二输入端与切换使能信号SWITCH EN相连。其中，在预充电和预放电阶段，这个使能信号SWITCH EN为低，使得放电模块100中的第二开关SW2关断，在预充电和预放电后，进行电容检测阶段时，这个信号一直为高，放电模块100中的第二开关SW2的闭合与关断情况由与触发器DFF的输出端相连的那一端控制，在检测完成后这个使能信号SWITCH EN又为低。第二选择器205为或非门NOR，或非门NOR的第一输入端与比较器CMP的输出端相连，或非门NOR的第二输入端与预充电信号PRE_CHRG相连。
简言之，在本发明的一个示例中，当感应单元为一个时，如图3所示，对电容检测的过程如下：
首先，对转移电容Cmod进行预放电，即先把第七开关SW7闭合，将转移电容Cmod上的电荷放掉；然后断开第七开关SW7，闭合第六开关SW6，第一电源VD通过第二电阻R2对转移电容Cmod进行预充电，直至将转移电容Cmod的电压预充到预设阈值Vth附近，其中，在预放电和预充电阶段，第一开关SW1一直断开。当预充电和预放电结束后，第六开关SW6和第七开关SW7都断开，此时控制闭合第一开关SW1，第一电源VD通过电流源I对转移电容Cmod进行充电，当转移电容Cmod上的电压高于比较器CMP参考电压即预设阈值Vth时，触发器DFF根据比较器CMP的输出结果控制第二开关SW2闭合，第一电阻R1接通，转移电容Cmod放电。当转移电容Cmod上的电压低于预设阈值Vth时，比较器CMP翻转，触发器DFF根据比较器CMP的输出结果控制第二开关SW2断开。其中，在转移电容Cmod的电荷转移过程中，转移电容Cmod中的电荷通过第三开关SW3，转移到感应单元的电容Cx上。当第三开关SW3断开时，转移电容Cmod上的电压被拉低到低于预设阈值Vth，使得比较器CMP翻转，将第二开关SW2断开，此时通过电流源I给转移电容Cmod充电到高于预设阈值Vth，使得比较器CMP翻转，将第二开关SW2闭合。其中，第三开关SW3和第四开关SW4是由两相非交叠时钟信号控制（即控制第三开关SW3闭合时，第四开关SW4断开，而第三开关SW3断开时，第四开关SW4闭合），第四开关SW4把每次从转移电容Cmod转移到Cx上的电荷放到地。第五开关SW5为同步开关，在扫描到当前的感应单元时，第五开关SW5一直断开。
当感应单元被触摸和未被触摸时，Cx的电容不同，触发器DFF输出的矩形波的占空比也不同，从而计数器206的计数值也不同，以此来判断感应单元是否被触摸。当检测完后，又开始上述的过程，如此循环地检测下去。
因此，通过判断计数器206的计数值，可以判断出感应单元是否被触摸，进而检测器203可以判断出感应单元被触摸的情况。在本发明的一个示例中，假设感应单元没被触摸时，计数器的计数值为1000，而当感应单元被触摸时，计数器的计数值为500，所以根据计数器的计数值可以判断感应单元有没有被触摸。
在本发明的一个实施例中，在非全屏同步模式下，各个开关控制信号的波形如图4所示，其中，高电平表示控制开关闭合，低电平表示控制开关断开。当第M个感应单元被扫描时，控制器102控制第M个选择组件中的第五开关SW5断开、并控制第M个选择组件中的第三开关SW3和第四开关SW4交替开启，以及控制N个选择组件中除第M个选择组件外的其他选择组件中的第三开关SW3、第四开关SW4和第五开关SW5均断开，其中，1≤M≤N。
在本发明的另一个实施例中，在全屏同步模式下，各个开关控制信号的波形如图5所示，其中，高电平表示控制开关闭合，低电平表示控制开关断开。当第M个感应单元被扫描时，控制器102控制第M个选择组件中的第五开关SW5断开、并控制第M个选择组件中的第三开关SW3和第四开关SW4交替开启，以及控制N个选择组件中除第M个选择组件外的其他选择组件中的第三开关SW3断开，并控制第四开关SW4和第五开关SW5交替开启，其中，1≤M≤N。也就是说，当采用全屏同步模式时，当前被扫描的感应单元对应的第五开关SW5一直断开，而其他同步的未被扫描的感应单元相应的第五开关SW5和当前被扫描的感应单元对应的第三开关SW3具有相同的开关动作，即当前被扫描的感应单元对应的第三开关SW3和第四开关SW4交替开启，而未被扫描的感应单元对应的第四开关SW4和第五开关SW5交替开启。这样，当前被扫描的感应单元被触摸时，通过对应的选择组件中第三开关SW3把转移电容Cmod中的电荷转移到当前被扫描的感应单元的自电容Cx中，而对于同步的那些未被扫描的感应单元，通过第五开关SW5将Cx充电到特定的电压值。在本发明的实施例中，该特定的电压值与预设阈值Vth相等。因此，当前被扫描的感应单元和同步的那些未被扫描的感应单元的电容Cx都同时充电到预设阈值Vth，也同时通过第四开关SW4放电到地，以此来消除互电容的影响，提高了检测精度。
根据本发明实施例的电容检测电路，在检测感应单元被触摸产生的电容时能够很好地消除互电容的影响，从而大大提高了检测精度，进而可以准确地判断感应单元是否被触摸，提高了判断准确率。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (14)

1.一种电容检测电路，其特征在于，包括：
N个感应单元，其中，N为大于等于1的整数；
转移电容，所述转移电容的一端分别与所述N个感应单元相连，所述转移电容的另一端接地，所述转移电容用于将自身的电荷转移至所述N个感应单元中被扫描的感应单元的电容中；
充电模块，所述充电模块的一端与所述转移电容的一端相连，所述充电模块的另一端与第一电源相连，用于对所述转移电容进行充电；
放电模块，所述放电模块的一端分别与所述充电模块的一端和所述转移电容的一端相连，所述放电模块的另一端接地，用于对所述转移电容进行放电，其中，所述放电模块包括第一电阻和第二开关；
控制器，所述控制器分别与所述充电模块、所述转移电容和所述放电模块相连，所述控制器用于当所述转移电容的电压大于预设阈值时，控制所述第二开关闭合，同时更新计数值，以及根据所述计数值检测所述N个感应单元的触摸情况；
N个选择组件，每个所述选择组件与一个所述感应单元相对应，连接在所述N个感应单元和所述转移电容之间，其中，每个所述选择组件还包括：
第五开关，所述第五开关的一端与所述感应单元相连，所述第五开关的另一端与第二电源相连，其中，所述第二电源的电压为所述预设阈值。
2.如权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于，所述充电模块包括串联的第一开关和电流源。
3.如权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于，每个所述选择组件还包括：
第三开关，所述第三开关连接在所述感应单元和所述转移电容之间；
第四开关，所述第四开关的一端与所述感应单元相连，所述第四开关的另一端与地相连，其中，所述第三开关和所述第四开关交替开启。
4.如权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于，还包括：
预充电模块，所述预充电模块的一端与所述转移电容的一端相连，所述预充电模块的另一端与所述第一电源相连，所述预充电模块用于对所述转移电容进行预充电。
5.如权利要求4所述的电容检测电路，其特征在于，所述预充电模块包括相互串联的第六开关和第二电阻。
6.如权利要求4所述的电容检测电路，其特征在于，还包括：
预放电模块，所述预放电模块一端与所述转移电容的一端相连，所述预放电模块的另一端接地，所述预放电模块用于在所述预充电模块对所述转移电容预充电之前，对所述转移电容进行预放电。
7.如权利要求6所述的电容检测电路，其特征在于，所述预放电模块包括第七开关。
8.如权利要求4所述的电容检测电路，其特征在于，所述控制器进一步包括：
比较器，所述比较器的第一输入端与所述预设阈值的电压相连，所述比较器的第二输入端与所述转移电容的一端相连；
触发器，所述触发器的输入端与所述比较器的输出端相连，用于根据所述比较器的比较结果生成触发信号；
计数器，所述计数器的输入端与所述触发器的输出端相连，用于根据所述触发信号进行计数；
检测器，所述检测器与所述计数器相连，用于根据所述计数器的计数值检测所述N个感应单元的触摸情况；以及
第一选择器，所述第一选择器的输入端与所述触发器的输出端相连，用于根据所述触发器的触发信号生成第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述放电模块。
9.如权利要求8所述的电容检测电路，其特征在于，所述控制器还包括：
第二选择器，所述第二选择器的输入端与所述比较器的输出端相连，用于根据所述比较结果生成第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述预充电模块。
10.如权利要求8所述的电容检测电路，其特征在于，所述第一选择器为与门，所述与门的第一输入端与所述触发器的输出端相连，所述与门的第二输入端与切换使能信号相连。
11.如权利要求9所述的电容检测电路，其特征在于，所述第二选择器为或非门，所述或非门的第一输入端与所述比较器的输出端相连，所述或非门的第二输入端与预充电信号相连。
12.如权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于，在非全屏同步模式下，当第M个感应单元被扫描时，所述控制器控制第M个选择组件中的第五开关断开、并控制所述第M个选择组件中的第三开关和第四开关交替开启，以及控制除所述第M个选择组件的其他选择组件中的第三开关至第五开关均断开，其中，1≤M≤N。
13.如权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于，在全屏同步模式下，当第M个感应单元被扫描时，所述控制器控制第M个选择组件中的第五开关断开、并控制所述第M个选择组件中的第三开关和第四开关交替开启，以及控制除所述第M个选择组件的其他选择组件中的第三开关断开，并控制第四开关和第五开关交替开启，其中，1≤M≤N。
14.如权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于，当所述计数值小于第一计数阈值且大于第二计数阈值时，判断当前被扫描的感应单元被触摸。
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