CN105892748A - 采用倍频移相技术的高灵敏度微弱电容检测电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种采用倍频移相技术的高灵敏度微弱电容检测电路及方法,该电路包括高频方波发生模块、移相倍频模块、外接焊盘及输出整形模块;所述高频方波发生模块输出端与移相倍频模块连接,倍频模块的输出端与输出整形模块连接;所述外接焊盘接移相倍频模块。通过移相电路将感应到的微弱电容改变转化为既定波形(高频方波发生电路产生的方波)的相位改变;然后通过一个异或门(产生倍频效果)将电容变化转换为方波的占空比;最终生成一个受感应电容大小影响的占空比不同的方波。此后,将上述产生的方波信号通过输出整形模块后进入其他处理流程。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用倍频移相技术的高灵敏度微弱电容检测电路及方法。
背景技术
微弱电容检测与处理电路是目前广泛应用的触摸设备中最为重要的基础模块,其检测可靠性直接影响了整个系统的工作稳定性。随着使用触摸感应技术的人机交互设备的不断增加,可靠触摸感应方式的需求愈加强烈。如家电领域的微波炉触控面板、安防领域的门禁系统等。触摸输入方式采用非直接接触式技术,相对于传统的直接接触式按键而言,使用寿命长,用户体验好,且可靠性不会随着时间的增加而降低。触摸方式中,电容感应触摸方式使用最为广泛。电容感应触摸方式中最基础,最关键的技术为触摸时产生的微弱感应电容的检测。目前,针对微弱感应电容的处理方式包括采用预置的片外高精度校准电容进行对比;使用两路电容感应后通过差分运算后再行处理;使用对片外电容充放电后通过AD转换模块进行电压采样比较等等技术,甚至采用更为复杂的PSoC(Programmable System-On-Chip,片上可编程系统)来进行处理。这些处理方式均不同程度存在着电路复杂、控制繁琐、成本高、难以全部集成在一块芯片中实现等缺点。因此,需要对此改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种高灵敏度的微弱电容检测电路。本发明的采用以下技术方案来实现的:一种采用倍频移相技术的高灵敏度微弱电容检测与处理电路,其特征在于:包括高频方波发生模块、移相倍频模块、外接焊盘及输出整形模块;所述高频方波发生模块输出端与移相倍频模块连接,倍频模块的输出端与输出整形模块连接;所述外接焊盘接移相倍频模块;所述移相倍频模块包括依次连接的移相电路和倍频电路。
进一步的,所述移相倍频模块包括第一至第四非门电路、第一电阻、第二电阻、异或门电路;所述第一非门电路输入接高频方波发生模块;第一非门电路输出接第二非门电路输入;第二非门电路输出接异或门电路一输入;第三非门电路输入接高频方波发生模块;第三非门电路输出接第一电阻;第一电阻接第二电阻;第二电阻接第四非门电路输入;第四非门电路输出接异或门电路另一输入;所述外接焊盘接在第一电阻与第二电阻之间;其中依次连接的第三非门电路、第一电阻、第二电阻、第四非门电路为移相电路,异或门电路为倍频电路。
进一步的,所述输出整形模块包括两个依次连接的非门电路。
本发明还提供基于上述采用倍频移相技术的高灵敏度微弱电容检测电路的方法,其特征在于:所述外接焊盘连接可变微弱电容;移相倍频模块的移相电路将感应到的微弱电容改变转化为既高频方波发生模块产生的方波的相位改变;然后通过移相倍频模块的倍频电路将电容变化转换为方波的占空比;最终生成一个受感应电容大小影响的占空比不同的方波,将上述产生的方波信号通过输出整形模块后进入其他处理流程。
进一步的,移相倍频模块的倍频电路工作原理为:移相后的信号与原始信号通过一异或门电路后产生倍频效果,从而得到一个占空比与外接电容变化相当的一个方波。
本发明产品设计具有如下的优点:
1.电路感应灵敏度高。
通过移相电路将感应到的微弱电容改变转化为既定波形(高频方波发生电路产生的方波)的相位改变;然后通过一个异或门(产生倍频效果)将电容变化转换为方波的占空比;最终生成一个受感应电容大小影响的占空比不同的方波。此后,将上述产生的方波信号通过输出整形模块后进入其他处理流程。
2.感应电容变化范围大。
本发明通过改变方波发生器产生的方波频率,可以适应不同应用领域的电容检测。同时,在不改变上述频率的情况下,亦可适应较大范围内的电容改变,得到唯一的电容变化值(占空比值),提高后续系统处理的便捷性。
3.最简化控制接口。
本发明所涉及电路原理清晰,采用器件简单。如采用通用集成电路设计工艺进行芯片设计,本发明中所涉及全部器件都可集成于芯片中实现,外围无需其他配套电路。相对于其他现有方案有两个优势:(1)相对于现有需要外接校准电容或者校准电阻的方案,外围无需校准器件,减少了设计成本。(2)相对于现有无需外接校准器件的方案,片内结构简单,易于实现,芯片面积小,成本低。
附图说明
图1为本发明电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
参见图1。本发明提供一种采用倍频移相技术的高灵敏度微弱电容检测与处理电路。改电路包括高频方波发生模块、移相倍频模块、外接焊盘及输出整形模块;所述高频方波发生模块输出端与移相倍频模块连接,倍频模块的输出端与输出整形模块连接;所述外接焊盘接移相倍频模块。进一步的,所述移相倍频模块包括第一至第四非门电路、第一电阻、第二电阻、异或门电路;所述第一非门电路输入接高频方波发生模块;第一非门电路输出接第二非门电路输入;第二非门电路输出接异或门电路一输入;第三非门电路输入接高频方波发生模块;第三非门电路输出接第一电阻;第一电阻接第二电阻;第二电阻接第四非门电路输入;第四非门电路输出接异或门电路另一输入;所述外接焊盘接在第一电阻与第二电阻之间。
进一步的,所述输出整形模块包括两个依次连接的非门电路。
本发明还提供基于上述采用倍频移相技术的高灵敏度微弱电容检测电路的方法:所述外接焊盘连接可变微弱电容;移相倍频模块的移相电路将感应到的微弱电容改变转化为既高频方波发生模块产生的方波的相位改变;然后通过移相倍频模块的倍频电路将电容变化转换为方波的占空比;最终生成一个受感应电容大小影响的占空比不同的方波,将上述产生的方波信号通过输出整形模块后进入其他处理流程。
进一步的,移相倍频模块的倍频电路工作原理为:移相后的信号与原始信号通过一异或门电路后产生倍频效果,从而得到一个占空比与外接电容变化相当的一个方波。
本发明中涉及的外接可变电容由外接电路的焊盘提供,当手指触摸焊盘时,外接焊盘的容值发生微弱改变,因此引起移相电路即图1中复选框1,中的方波发生相移,相对于初始的高频方波发生器产生的波形。继而移相后的信号与原始信号通过倍频电路(复选框2)后产生倍频效果,得到一个占空比与外接电容变化相当的一个方波,该方波经过信号整形后输入下级电路分析与处理。从而达到微弱电容的检测与处理。
综上所述,虽然本发明以一较佳实施例公开如上,然其并非用于限定本发明,任何本技术领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,进行的各种变动与修改,均应涵盖在本发明的保护范围内,因此本发明的保护范围当视所提出的权利要求限定的范围为准。
Claims (5)
1.一种采用倍频移相技术的高灵敏度微弱电容检测电路,其特征在于:包括高频方波发生模块、移相倍频模块、外接焊盘及输出整形模块;所述高频方波发生模块输出端与移相倍频模块连接,倍频模块的输出端与输出整形模块连接;所述外接焊盘接移相倍频模块;所述移相倍频模块包括依次连接的移相电路和倍频电路。
2.根据权利要求1所述的采用倍频移相技术的高灵敏度微弱电容检测电路,其特征在于:所述移相倍频模块包括第一至第四非门电路、第一电阻、第二电阻、异或门电路;所述第一非门电路输入接高频方波发生模块;第一非门电路输出接第二非门电路输入;第二非门电路输出接异或门电路一输入;第三非门电路输入接高频方波发生模块;第三非门电路输出接第一电阻;第一电阻接第二电阻;第二电阻接第四非门电路输入;第四非门电路输出接异或门电路另一输入;所述外接焊盘接在第一电阻与第二电阻之间;其中依次连接的第三非门电路、第一电阻、第二电阻、第四非门电路为移相电路,异或门电路为倍频电路。
3.根据权利要求1所述的采用倍频移相技术的高灵敏度微弱电容检测电路,其特征在于:所述输出整形模块包括两个依次连接的非门电路。
4.一种基于权利要求1所述的采用倍频移相技术的高灵敏度微弱电容检测电路的方法,其特征在于:所述外接焊盘连接可变微弱电容;移相倍频模块的移相电路将感应到的微弱电容改变转化为既高频方波发生模块产生的方波的相位改变;然后通过移相倍频模块的倍频电路将电容变化转换为方波的占空比;最终生成一个受感应电容大小影响的占空比不同的方波,将上述产生的方波信号通过输出整形模块后进入其他处理流程。
5.根据权利要求4所述的采用倍频移相技术的高灵敏度微弱电容检测方法,其特征在于:移相倍频模块的倍频电路工作原理为:移相后的信号与原始信号通过一异或门电路后产生倍频效果,从而得到一个占空比与外接电容变化相当的一个方波。
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