CN104753514B - 一种触摸式开关控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种触摸式开关控制电路，包括用于检测触摸动作的端口(TOUCH)、产生方波信号的触摸信号检测单元(A2D)，其特征在于，还包括与A2D输出端电连接的动态自比较检测单元(D2A)；D2A包括第一比较器(A1)、A1的第一输入端与A2D输出端之间的第一低通滤波器(LPF1)以及A1的另一输入端与A2D输出端之间串接的第二低通滤波器(LPF2)和导通控制开关(SW)，LPF2的时间常数大于LPF1的时间常数；导通控制开关(SW)的控制端电连接A1的输出端，导通控制开关(SW)在TOUCH端无触摸动作时是闭合状态。这种控制电路正常工作时无需外围器件，简单、安全、经济且可靠性更高。

Description

一种触摸式开关控制电路

技术领域

本发明涉及电子电路和信号处理技术，具体涉及一种高度集成无需外围器件的动态自比较电容式触摸检测控制电路技术。

背景技术

随着控制技术的发展，触摸式开关以其安全、可靠、时尚、无开关噪声的特点正逐步应用于当前家电领域。当前触摸开关主要有两种类型：电阻式和电容式。其中又以电容式触摸开关应用最为广泛。电容式触摸感应技术，通过检测手指接近时，金属电极与手指之间微小的电容变化，来检测触摸动作，可以隔着绝缘材料(塑料、亚克力、玻璃等)工作。其中：

传统的电容式触摸集成电路(IC)控制电路，结构如图1所示，手指触摸被检测到后，输出占空比改变的方波，占空比为D，该信号经低通滤波器后产生与占空比成正比的电平信号D×VDD与预先设定的参考电平Vref经比较器进行比较、输出控制信号。

图1所示电路的缺点是与低通滤波器输出电平进行比较的Vref是一个设定值，这样会影响触摸检测的灵敏度，特别是介质厚度变大或者触摸面积小时，会出现无法正常触摸控制的情况。

本发明是一种新型的电容式触摸控制方案，提出了一种动态的具有高控制精度、无需外围元器件、高可靠性的触摸控制电路。本发明可以广泛应用于各种家用电器如触摸调光灯、触摸开关等消费类电子产品。由于采用独特的数模识别电路，内置比较电容，节约了外围器件成本，电极与手指之间没有直接接触，做到了绝对安全。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种触摸式开关控制电路，不需外围器件、不受环境影响，具有高可靠性。

本发明的上述技术问题这样解决，构建一种触摸式开关控制电路，包括用于检测触摸动作的端口TOUCH、产生方波信号的触摸信号检测单元A2D，其特征在于，还包括与所述触摸信号检测单元输出端D电连接的动态自比较检测单元D2A；所述动态自比较检测单元D2A包括第一比较器A1、第一比较器A1的第一输入端与所述触摸信号检测单元输出端D之间的第一低通滤波器LPF1以及第一比较放大器A1的另一输入端与所述触摸信号检测单元输出端D之间串接的第二低通滤波器LPF2和导通控制开关SW，第二低通滤波器LPF2的时间常数大于第一低通滤波器LPF1的时间常数；所述导通控制开关SW的控制端电连接第一比较放大器A1的输出端，所述导通控制开关SW在检测触摸端TOUCH无触摸动作时是闭合状态。

按照本发明提供的触摸式开关控制电路，用于检测触摸动作的端口TOUCH简称感应端TOUCH。

按照本发明提供的触摸式开关控制电路，所述触摸信号检测单元包括触发器及其R端电连接的第二比较器A2和S端电连接的第三比较器A3，第二比较器和第三比较器的一输入端电连接各自开关管M1,M2、电容Cs,Cref和开关K1,K2；开关管M1,M2另一端与电源电连接，电容Cs,Cref和开关K1,K2的另一端与地电连接，开关K1,K2的控制端分别对应电连接所述触发器的Q输出端或QB输出端，同时第一比较器A1的一输入端还电连接触摸端TOUCH；第一比较器A1和第二比较器A2的另一输入端电连接参考电压VREF。

按照本发明提供的触摸式开关控制电路，还包括与第一比较器A1的输出端电连接的防抖动延时模块TIMERR。

按照本发明提供的触摸式开关控制电路，所述防抖动延时模块TIMERR包括上升沿延时子模块与下降沿延时单元；所述下降沿延时单元包括第一时间常数设定电阻R1与第一时间常数设定电容C1、位于本单元输出端的第一斯密特触发器S1以及各自栅极与第一比较放大器A1的输出端电连接的位于本单元输入端的第一PMOS管M3和第一NMOS管M4；第一PMOS管M3的源极连接电源，第一NMOS管M4的源极连接地，第一时间常数设定电阻R1串接在第一PMOS管M3的漏极与第一NMOS管M4的漏极之间；第一NMOS管M4的漏极端还电连接第一时间常数设定电容C1与第一斯密特触发器S1的输入端，第一时间常数设定电容C1的另一端接地；所述上升沿延时子模块包括依次电连接的第一反相器INV1、由第二PMOS管M5、第二NMOS管M6、第二时间常数设定电阻R2与第二时间常数设定电容C2以及第二斯密特触发器S2构成的另一下降沿延时单元、第二反相器INV2和与门AND1；第一斯密特触发器S1的输出端电连接第一反相器INV1的输入端和与门AND1的另一输入端。

按照本发明提供的触摸式开关控制电路，还包括与所述防抖动延时模块TIMERR的输出端电连接的逻辑控制模块LOGIC。

按照本发明提供的触摸式开关控制电路，所述逻辑控制模块LOGIC是同步逻辑控制模块。

按照本发明提供的触摸式开关控制电路，所述逻辑控制模块LOGIC是异步逻辑控制模块。

按照本发明提供的触摸式开关控制电路，第一低通滤波器LPF1和第二低通滤波器LPF2是有源或无源滤波器。

按照本发明提供的触摸式开关控制电路，导通控制开关SW包括但不限制于是MOS开关、三极管开关。

本发明提供的触摸式开关控制电路，与现有技术相比，具有以下优势：

1、比较电容内置，外围不需任何器件，降低整体电路成本；

2、特有动态自比较检测方案，触摸灵敏度高，响应准确可靠。

附图说明

下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。

图1是传统的电容式触摸IC控制器电路结构示意图；

图2是本发明触摸IC控制器电路结构示意图；

图3是本发明A2D具体实施例电路结构示意图；

图4是本发明D2A具体实施例电路结构示意图；

图5是本发明TIMER具体实施例电路结构示意图。

具体实施方式

首先，说明本发明思路和工作原理：

本发明提出的触摸IC控制方案如图2所示：

该方案由触摸检测单元A2D、动态自比较检测单元D2A、防抖动延时模块TIMER和逻辑控制模块LOGIC组成。发明中的触摸控制电路正常工作时无需外围器件。

本发明实际解决的技术问题是：如何以最简单、最安全、最可靠、最经济的方式来实现触摸控制功能。

本发明的工作原理是：人体等效为交流接地，手指具有一定的电容量，手指接触感应端TOUCH时，触摸检测单元A2D能够被识别，并输出相应的电信号，即图中单元A2D过程。该输出信号经二路分别输入具有大的时间常数的第一低通滤波器LPF1与第二低通滤波器LPF2,经滤波整形后获得的电平V1与V2。V1与V2经过具有设定失调电压Voffset的迟滞比较器输出电平V3，即图中单元D2A过程。电平V3经过防抖动延时模块TIMER延时一定时间后为逻辑控制模块LOGIC提供控制信号。

第二，结合具体实施例和电路进行详细说明：

本发明的电路实现：本发明核心电路是动态自比较检测单元D2A，结构如图4所示，触摸检测单元A2D检测到触摸时输出方波信号，可以采用传统电路，结构如图3所示。

㈠未触摸状态

当手指未触摸TOUCH按键时，A2D电路输出预先设定好占空比的方波信号，信号占空比为该信号经D2A电路即一路经第一低通滤波器LPF1获得电平同时该信号另一路经第二低通滤波器LPF2获得电平由于V10与V20经具有正失调电压Voffset的迟滞比较器A1比较输出低(高)电平。

㈡触摸状态

当手指触摸TOUCH按键时，A2D电路检测到手指触摸(手指电容等效于Ct)。输出信号占空比改变为该信号经D2A电路经第一低通滤波器LPF1后电平改变为由于LPF2的时间常数远远大于LPF1设定的时间常数，这样的结果是V10会相对快速地改变为V11，即由改变为而V20基本保持不变，即当时，迟滞比较器发生反转，输出高(低)电平并立刻关闭开关SW，即实现跟随检测端的自比较。

特别地，图4的D2A单元中使用的第一低通滤波器LPF1、第二低通滤波器LPF2可以是有源滤波也可以是无源滤波器，开关可以使MOS也可以是其他实现开关工能的形式。

图5中防抖动延时模块只是本实施例中用到的一种形式，可以采用数字电路方式实现延时功能或者其他模拟电路延时功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种触摸式开关控制电路，包括用于检测触摸动作的端口(TOUCH)、产生方波信号的触摸信号检测单元(A2D)，其特征在于，还包括与所述触摸信号检测单元输出端(D)电连接的动态自比较检测单元(D2A)；所述动态自比较检测单元(D2A)包括第一比较器(A1)、第一比较器(A1)的第一输入端与所述触摸信号检测单元输出端(D)之间的第一低通滤波器(LPF1)以及第一比较放大器(A1)的另一输入端与所述触摸信号检测单元输出端(D)之间串接的第二低通滤波器(LPF2)和导通控制开关(SW)，第二低通滤波器(LPF2)的时间常数大于第一低通滤波器(LPF1)的时间常数；所述导通控制开关(SW)的控制端电连接第一比较放大器(A1)的输出端，所述导通控制开关(SW)在检测触摸端(TOUCH)无触摸动作时是闭合状态。

2.根据权利要求1所述触摸式开关控制电路，其特征在于，所述触摸信号检测单元包括触发器及其R端电连接的第二比较器(A2)和S端电连接的第三比较器(A3)，第二比较器和第三比较器的一输入端电连接各自开关管(M1,M2)、电容(Cs,Cref)和开关(K1,K2)；开关管(M1,M2)另一端与电源电连接，电容(Cs,Cref)和开关(K1,K2)的另一端与地电连接，开关(K1,K2)的控制端分别对应电连接所述触发器的Q输出端或QB输出端，同时第一比较器(A1)的一输入端还电连接触摸端(TOUCH)；第一比较器(A1)和第二比较器(A2)的另一输入端电连接参考电压(VREF)。

3.根据权利要求1所述触摸式开关控制电路，其特征在于，还包括与第一比较放大器(A1)的输出端电连接的防抖动延时模块(TIMERR)。

4.根据权利要求3所述触摸式开关控制电路，其特征在于，所述防抖动延时模块(TIMERR)包括上升沿延时子模块与下降沿延时单元；所述下降沿延时单元包括第一时间常数设定电阻(R1)与第一时间常数设定电容(C1)、位于本单元输出端的第一斯密特触发器(S1)以及各自栅极与第一比较放大器(A1)的输出端电连接的位于本单元输入端的第一PMOS管(M3)和第一NMOS管(M4)；第一PMOS管(M3)的源极连接电源，第一NMOS管(M4)的源极连接地，第一时间常数设定电阻(R1)串接在第一PMOS管(M3)的漏极与第一NMOS管(M4)的漏极之间；第一NMOS管(M4)的漏极端还电连接第一时间常数设定电容(C1)与第一斯密特触发器(S1)的输入端，第一时间常数设定电容(C1)的另一端接地；所述上升沿延时子模块包括依次电连接的第一反相器(INV1)、由第二PMOS管(M5)、第二NMOS管(M6)、第二时间常数设定电阻(R2)与第二时间常数设定电容(C2)以及第二斯密特触发器(S2)构成的另一下降沿延时单元、第二反相器(INV2)和与门(AND1)；第一斯密特触发器(S1)的输出端电连接第一反相器(INV1)的输入端和与门(AND1)的另一输入端。

5.根据权利要求3所述触摸式开关控制电路，其特征在于，还包括与所述防抖动延时模块(TIMERR)的输出端电连接的逻辑控制模块(LOGIC)。

6.根据权利要求5所述触摸式开关控制电路，其特征在于，所述逻辑控制模块(LOGIC)可以是同步逻辑控制模块。

7.根据权利要求5所述触摸式开关控制电路，其特征在于，所述逻辑控制模块(LOGIC)可以是异步逻辑控制模块。

8.根据权利要求1-7任一项所述触摸式开关控制电路，其特征在于，第一低通滤波器(LPF1)和第二低通滤波器(LPF2)是有源或无源滤波器。

9.根据权利要求8所述触摸式开关控制电路，其特征在于，导通控制开关(SW)是MOS开关。

10.根据权利要求8所述触摸式开关控制电路，其特征在于，导通控制开关(SW)是三极管开关。