CN104238840B - 电容侦测电路、电能供应装置以及光学触控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容侦测电路，包含：第一电压源；第一开关，当该第一开关导通时，该第一电压源将感应电容充电至第一电压；基准电容；第二电压源；第二开关，当该第二开关导通时，该第二电压源将该基准电容充电至第二电压，其中该第一开关与第二开关通过控制信号一起导通或不导通；第一比较器，根据该感应电容上的感应电压以及该基准电容上的基准电压的电压差与该第一电压和该第二电压的电压差的差异输出第一比较结果；以及电压维持电路，使该基准电压维持在参考电压。

Description

电容侦测电路、电能供应装置以及光学触控装置

技术领域

本发明涉及一种电容侦测电路、电能供应装置以及一种光学触控装置，特别有关一种使用电压维持电路的电容侦测电路、使用该电容侦测电路的电能供应装置以及使用该电能供应装置的光学触控装置。

背景技术

近代技术中，触控装置被广泛的运用在电子装置上。举例来说，智能型手机主要的输入方式便是通过触控屏幕让使用者通过物体(如手指或触控笔)输入指令，而笔记型计算机的触控板也是一种触控装置。触控装置可是多种形态，目前较常被使用的是电容式触控装置，这一类电容式触控装置是通过电容值的改变来判断物体的触控动作。

图1绘示了现有技术的电容侦测电路的电路图。如图1所示，电压源Vu会对感应电容C_S进行充电，使感应端T_S的电压维持在预定电压V_P，当物体靠近或接触了设置了电容侦测电路的电子装置时，感应电容C_S的值会变大，因此会使得感应端T_S的电压下降而小于预定电压V_P，因而改变了比较器Com的输出。通过这样的机制，可以判断物体是否接近或碰触设置了电容侦测电路的电子装置。

然而，感应电容C_S在被充电至预定电压V_P后，可能会有漏电的现象，使得感应端T_S的电压下降，而使得比较器Com在没有物体接近或碰触的状态下因为感应端T_S的电压下降而误判物体有接近或碰触动作。

发明内容

因此，本发明其中一个目的是公开一种可精确侦测电容变化的电容侦测电路。

本发明另一个目的是公开一种使用了前述电容侦测电路的电能供应装置。

本发明又一个目的是公开一种使用了前述电能供应装置的光学触控装置。

本发明一个实施例公开了一种电容侦测电路，包含：第一电压源；第一开关，当该第一开关导通时，该第一电压源将感应电容充电至第一电压；基准电容；第二电压源；第二开关，当该第二开关导通时，该第二电压源将该基准电容充电至第二电压，其中该第一开关与第二开关通过控制信号一起导通或不导通；第一比较器，根据该感应电容上的感应电压以及该基准电容上的基准电压的电压差与该第一电压和该第二电压的电压差的差异输出第一比较结果；以及电压维持电路，使该基准电压维持在参考电压。

本发明另一实施例公开了一种电能供应装置，包含电能供应单元，控制单元，电容侦测电路。电能供应单元在低电能模式中提供第一电能，并于高电能模式中提供第二电能，其中该第一电能低于该第二电能。电容侦测电路包含：第一电压源；第一开关，当该第一开关导通时，该第一电压源将感应电容充电至第一电压；基准电容；第二电压源；第二开关，当该第二开关导通时，该第二电压源将该基准电容充电至第二电压，其中该第一开关与第二开关通过控制信号一起导通或不导通；第一比较器，根据该感应电容上的感应电压以及该基准电容上的基准电压的第二电压差与该第一电压和该第二电压的第一电压差输出第一比较结果；以及电压维持电路，使该基准电压维持在参考电压；其中该第一电压差与该第二电压差的差异大于电压临界值时，该控制单元使该电能供应单元运作于该高电能模式，该第一电压差与该第二电压差的差异小于该电压临界值时，该控制单元使该电能供应单元运作在该低电能模式。

本发明另一个实施例公开了一种光学触控装置，包含：感测表面，光源，处理单元，电能供应装置。光源用以照射该感测表面上的物体来形成至少一物体影像。影像传感器用以感测该物体影像。处理单元根据该影像传感器感测到的该物体影像计算该物体的位置信息。电能供应装置包含电能供应单元，控制单元，电容侦测电路。电能供应单元在低电能模式中提供第一电能，并于高电能模式中提供第二电能，其中该第一电能低于该第二电能。电容侦测电路包含：第一电压源；第一开关，当该第一开关导通时，该第一电压源将感应电容充电至第一电压；基准电容；第二电压源；第二开关，当该第二开关导通时，该第二电压源将该基准电容充电至第二电压，其中该第一开关与第二开关通过控制信号一起导通或不导通；第一比较器，根据该感应电容上的感应电压以及该基准电容上的基准电压的第二电压差与该第一电压和该第二电压的第一电压差输出第一比较结果；以及电压维持电路，使该基准电压维持在参考电压；其中该第一电压差与该第二电压差的差异大于电压临界值时，该控制单元使该电能供应单元运作于该高电能模式而提供该第一电能给该感测表面、该光源、该影像传感器以及该处理单元其中至少其一，该第一电压差与该第二电压差的差异小于该电压临界值时，该控制单元使该电能供应单元运作在该低电能模式而提供该第二电能给该感测表面、该光源、该影像传感器以及该处理单元其中至少其一。。

通过前述的实施例，可避免电容漏电的干扰而精确的侦测出感应电容的变化，进而判断出是否有物体接近或接触电子装置，因此可提高电能供应装置所提供的电能的使用效率。

附图说明

图1绘示了现有技术的电容侦测电路的电路图。

图2绘示了根据本发明实施例的电容侦测电路的电路图。

图3绘示了图2中的感应电容是如何形成的其中一例的示意图。

图4绘示了使用根据本发明实施例的电能供应装置的光学触控装置的示意图。

其中，附图标记说明如下：

Vu₁、Vu₂电压源

SW₁、SW₂开关

C_b基准电容

Com₁比较器

CS感应电容

Vu_r参考电压源

200电容侦测电路

201电压维持装置

300电子装置

301导电板

303介质层

400光学触控装置

401感测表面

403光源

405影像传感器

407处理单元

409电能供应装置

411电能供应单元

413控制单元

415电容侦测电路

具体实施方式

图2绘示了根据本发明实施例的电容侦测电路200的电路图。如图2所示，电容侦测电路200包含电压源Vu₁、Vu₂、开关SW₁、SW₂、基准电容C_b、比较器Com₁、以及电压维持装置201。开关SW₁由控制信号CS₁控制而导通时，电压源Vu₁对感应电容C_S进行充电而将感应端T_S的感应电压V_S充电至第一电压V₁。开关SW₂由控制信号CS₁导通时，电压源Vu₂对基准电容C_b进行充电而将基准端T_b的基准电压V_b充电至第二电压V₂。其中开关SW₁、SW₂通过控制信号CS₁一起导通。而在感应电压V_S以及基准电压V_b被充至第一电压V₁和第二电压V₂后，开关SW₁与开关SW₂由控制信号CS₁控制而一起不导通。比较器Com₁根据感应电压V_S以及基准电压V_b的电压差与第一电压V₁和第二电压V₂的电压差的差异输出一个比较结果CR₁。因此，当物体接触或靠近包含了电容侦测电路200的电子装置时，感应电容C_S会变大，而造成感应电压V_S的下降，使得感应电压V_S和基准电压V_b的电压差会跟原先第一电压V₁与第二电压V₂的电压差不相同，因而改变了比较器Com₁的输出。

也就是说，当物体接触或靠近包含了电容侦测电路200的电子装置时，比较器Com₁输出的比较结果CR₁会产生变化，而指示出有物体接触或靠近电子装置。也就是说，若感应电压V_S和基准电压V_b的电压差跟原先第一电压V₁与第二电压V₂的电压差的差异小于一个电压临界值，则比较器Com₁会输出代表物体未靠近或接触的比较结果CR₁。相反的，若感应电压V_S和基准电压V_b的电压差跟原先第一电压V₁与第二电压V₂的电压差的差异大于一个电压临界值，则比较器Com₁会输出代表物体靠近或接触的比较结果CR₁。在一个实施例中，原先第一电压V₁与第二电压V₂的电压差是0，因此只要感应电压V_S和基准电压V_b的电压差不相同，则比较器Com₁会输出代表物体靠近或接触的比较结果CR₁。然而也可能原先第一电压V₁与第二电压V₂的电压差不是0，举例来说，在一个实施例中，原先第一电压与第二电压的电压差是0.5V，因此只要感应电压V_S和基准电压V_b的电压差跟0.5V的差异大于电压临界值，则比较器Com₁会输出代表物体靠近或接触的比较结果CR₁。因此比较器COM₁的比较基准可以根据不同情况来进行设定。

基准电容C_b的用处在于使感应电压V_S以及基准电压V_b在物体未接触或靠近包含了电容侦测电路200的电子装置时，感应电压V_S以及基准电压V_b的电压差能与第一电压V₁与第二电压V₂的电压差的差异相同。也就是说，

在感应电压V_S以及基准电压V_b分别被充至第一电压V₁和第二电压V₂且开关SW₁、SW₂均是不导通后，感应电容C_S有漏电现象时，基准电容C_b也会跟着有漏电现象，因此感应电压V_S以及基准电压V_b会同步下降，使得感应电压V_S以及基准电压V_b的差异值能一直维持在跟第一电压V₁与第二电压V₂的差异值相同。

然而，若基准电容C_b和感应电容C_S的漏电速度不一样，也可能会影响到比较器Com₁的判断。举例来说，若基准电容C_b的漏电速度大于感应电容C_S，则有可能在物体未接触或靠近包含了电容侦测电路200的电子装置的状况下，感应电压V_S以及基准电压V_b的差异值却因为漏电速度不一的关系变得跟第一电压V₁与第二电压V₂的差异值不相同。这样一来，会使得比较器Com₁在物体未接触或靠近的状况下，仍输出代表物体接触或靠近的比较结果CR₁。电压维持电路201使基准电压V_b维持在一个参考电压V_ref，这样一来即使基准电容C_b和感应电容C_S的漏电速度不一样，仍可让比较器Com₁不会误判。参考电压V_ref的值可由下列参数至少其一来决定：感应电容C_S的漏电速度、基准电容C_b的漏电速度以及前述的电压临界值，使得基准电压V_b被维持在电压V_ref时，能够增加比较器Com₁的判断正确度而不是影响比较器Com₁的判断正确度。在一个实施例中，电压维持电路201包含一个比较器Com₂，用以比较基准电压V_b与参考电压V_ref(由一个参考电压源Vu_r提供)以输出一个比较结果CR₂来控制开关SW₂是否导通，来使基准电压V_b维持在参考电压V_ref。

图3绘示了图2中的感应电容是如何形成的其中一例的示意图。如图3所示，电子装置300包含了一个导电板301(例如金属板)以及一个介质层303(例如电子装置的外壳或是一个感测表面)。导电板301耦接图2中的电压源Vu₁而形成图2中的感应电容Cs。介质层303覆盖导电板301。当一个物体(如手指F)与介质层303的距离小于一个预定距离时，导电板301与物体共同形成该感应电容，因此会使得感应电容变大。然请留意，图3的结构仅用在举例，凡是电子装置中的元件形成的电容，且这个电容会因为外在物体的接近或碰触而产生变化，均涵盖在前述感应电容的范围内。

图4绘示了使用根据本发明实施例的电能供应装置的光学触控装置的示意图。如图4所示，光学触控装置400包含了一个感测表面401(即图3中的介质层)、一个光源403、一个影像传感器405、一个处理单元407、以及一个电能供应装置409(例如一个电池)。光源403射出光L照射感测表面401上的一个物体(例如手指F)来形成至少一物体影像Fr。影像传感器用以感测物体影像Fr。处理单元407根据影像传感器405感测到的物体影像Fr计算物体的位置信息，这样可计算出物体的位移信息而使物体在感测表面401上得以施行触控动作。电能供应装置409包含电能供应单元411、控制单元413以及电容侦测电路415。电容侦测电路415包含了图3中所述的结构，用以侦测感应电容Cs是否有变化来输出比较结果CR₁。然请留意本发明所公开的电容侦测电路并不限于使用在光学触控装置中。当比较结果CR₁显示有物体靠近或接触感测表面401时，控制单元413使电能供应单元411运作在高电能模式而提供电能PW_H给感测表面401、光源403、影像传感器405以及处理单元407其中至少其一。相反的、当比较结果CR₁显示未有物体靠近或接触感测表面401时，控制单元413使电能供应单元411运作在低电能模式而提供电能PW_L给感测表面401、光源403、影像传感器405以及处理单元407其中至少其一。其中电能PW_H小于电能PW_L。

通过前述的实施例，可避免电容漏电的干扰而精确的侦测出感应电容的变化，进而判断出是否有物体接近或接触电子装置，因此可提高电能供应装置所提供的电能的使用效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电容侦测电路，其特征在于：

包含：

第一电压源；

第一开关，当该第一开关导通时，该第一电压源将感应电容充电至第一电压；

基准电容；

第二电压源；

第二开关，当该第二开关导通时，该第二电压源将该基准电容充电至第二电压，其中该第一开关与第二开关通过控制信号一起导通或不导通；

第一比较器，根据该感应电容上的感应电压以及该基准电容上的基准电压的电压差与该第一电压和该第二电压的电压差的差异输出第一比较结果；以及

电压维持电路，使该基准电压维持在参考电压；其中，该参考电压的值由下列参数至少其一来决定：该感应电容的漏电速度、该基准电容的漏电速度以及一电压临界值。

2.如权利要求1所述的电容侦测电路，其特征在于：

进一步包括：

导电板，耦接该第一电压源并形成该感应电容；以及

介质层，覆盖该导电板；

其中当物体与该介质层的距离小于预定距离时，该导电板与该物体共同形成该感应电容。

3.如权利要求2所述的电容侦测电路，其特征在于：该物体是人体的部分。

4.如权利要求1所述的电容侦测电路，其特征在于：该电压维持电路包含第二比较器，用以比较该基准电压与该参考电压以输出第二比较结果控制该第二开关是否导通，来使该基准电压维持在该参考电压。

5.一种电能供应装置，其特征在于：包含：

电能供应单元，在低电能模式中提供第一电能，并于高电能模式中提供第二电能，其中该第一电能低于该第二电能；

控制单元；

电容侦测电路，包含：

第一电压源；

第一开关，当该第一开关导通时，该第一电压源将感应电容充电至第一电压；

基准电容；

第二电压源；

第二开关，当该第二开关导通时，该第二电压源将该基准电容充电至第二电压，其中该第一开关与第二开关通过控制信号一起导通或不导通；

第一比较器，根据该感应电容上的感应电压以及该基准电容上的基准电压的第二电压差与该第一电压和该第二电压的第一电压差输出第一比较结果；以及

电压维持电路，使该基准电压维持在参考电压；

其中该第一电压差与该第二电压差的差异大于电压临界值时，该控制单元使该电能供应单元运作于该高电能模式，该第一电压差与该第二电压差的差异小于该电压临界值时，该控制单元使该电能供应单元运作在该低电能模式。

6.如权利要求5所述的电能供应装置，其特征在于：

进一步包括：

导电板，耦接该第一电压源并形成该感应电容；以及

介质层，覆盖该导电板；

其中当物体与该介质层的距离小于预定距离时，该导电板与该物体共同形成该感应电容。

7.如权利要求6所述的电能供应装置，其特征在于：该物体是人体的一部分。

8.如权利要求5所述的电能供应装置，其特征在于：该电压维持电路包含第二比较器，用以比较该基准电压与该参考电压以输出第二比较结果控制该第二开关是否导通，来使该基准电压维持在该参考电压。

9.一种光学触控装置，包含：

感测表面；

光源，用以照射该感测表面上的物体来形成至少一物体影像；

影像传感器，用以感测该物体影像；

处理单元，根据该影像传感器感测到的该物体影像计算该物体的位置信息；

电能供应装置，包含：

电能供应单元，在低电能模式中提供第一电能，并于高电能模式中提供第二电能，其中该第一电能低于该第二电能；

控制单元；

电容侦测电路，包含：

第一电压源；

第一开关，当该第一开关导通时，该第一电压源将感应电容充电至第一电压；

基准电容；

第二电压源；

第二开关，当该第二开关导通时，该第二电压源将该基准电容充电至第二电压，其中该第一开关与第二开关通过控制信号一起导通或不导通；

第一比较器，根据该感应电容上的感应电压以及该基准电容上的基准电压的第二电压差与该第一电压和该第二电压的第一电压差输出第一比较结果；以及

电压维持电路，使该基准电压维持在参考电压；

其中该第一电压差与该第二电压差的差异大于电压临界值时，该控制单元使该电能供应单元运作于该高电能模式而提供该第一电能给该感测表面、该光源、该影像传感器以及该处理单元其中至少其一，该第一电压差与该第二电压差的差异小于该电压临界值时，该控制单元使该电能供应单元运作在该低电能模式而提供该第二电能给该感测表面、该光源、该影像传感器以及该处理单元其中至少其一。

10.如权利要求9所述的光学触控装置，其特征在于：

进一步包括：

导电板，耦接该第一电压源并形成该感应电容，且该感测表面覆盖在该导电板上；以及

其中当物体与该感测表面的距离小于预定距离时，该导电板与该物体共同形成该感应电容。

11.如权利要求10所述的光学触控装置，其特征在于：该物体是人体的一部分。

12.如权利要求9所述的光学触控装置，其特征在于：该电压维持电路包含第二比较器，用以比较该基准电压与该参考电压以输出第二比较结果控制该第二开关是否导通，来使该基准电压维持在该参考电压。