CN106155407A - 压力传感装置、压力检测器及包括这些的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及压力传感装置。包括电极；驱动部，其对上述电极施加驱动信号；检测部，其通过上述电极接收包含如下信息在内的接收信号，上述信息是有关根据与上述电极分隔的基准电位层和上述电极之间的相对距离而变化的上述电极和上述基准电位层之间的静电容量的信息；以及上述驱动部和上述电极之间的第一阻抗和上述检测部和上述电极之间的第二阻抗。

Description

压力传感装置、压力检测器及包括这些的装置
技术领域
本发明涉及压力传感装置、压力检测器及包括这些的装置。更详细地涉及能够提供根据压力大小而以线性变化的信号的压力传感装置、压力检测器及包括这些的装置。
背景技术
为了操作计算系统，使用多种输入装置。例如，按钮(button)、键(key)、控制杆(joystick)及触摸屏等输入装置正被使用。由于触摸屏的简单又方便的操作，操作计算系统时的触摸屏的使用正在增加。
触摸屏可以包含可以为具备触摸感应表面(touch-sensitive surface)的透明面板的触摸传感器面板(touch sensor panel)。这种触摸传感器面板附着在显示器屏的整个表面，从而触摸感应表面可以覆盖显示器屏的可视表面。对于触摸屏而言，使用者用手指等单纯地接触显示器屏，由此使用者能够操作计算系统。一般而言，触摸屏识别显示器屏上的接触及接触位置，计算系统通过对这种接触进行解析，据此执行演算。
此外，除对触摸输入装置的触摸表面的触摸位置之外，用于检测触摸压力的研究也一直持续着。此时，压力传感器可以另行于所适用的触摸输入装置等而制作，但为了均匀的压力大小的检测，需要按所适用的各应用(application)修正压力检测电路。这是因为所适用的每个应用，压力电极和基准电位层之间的距离等均不同。由此，产生了与所适用的应用无关，无需修正并且能够简单地检测压力大小的压力检测方法的需求。
发明内容
本发明的目的在于，提供能够提供根据压力大小而线性变化的信号的压力传感装置、压力检测器及包括这些的装置。
本发明的又一目的在于，提供能够与所适用的应用无关的、不进行电路修正就能够简单地检测压力大小的压力传感装置及压力检测器。
根据实施例的压力传感装置可包括：电极；驱动部，其对上述电极施加驱动信号；检测部，其通过上述电极接收包含如下信息在内的接收信号，上述信息是有关根据与上述电极分隔的基准电位层和上述电极之间的相对距离而变化的静电容量的信息；以及上述驱动部和上述电极之间的第一阻抗、上述检测部和上述电极之间的第二阻抗。
根据实施例的压力检测器可包括：驱动部，其对上述电极施加驱动信号；和检测部，其通过上述电极接收包含如下信息在内的接收信号，上述信息是有关根据与上述电极分隔的基准电位层和上述电极之间的相对距离而变化的静电容量的信息，上述驱动信号可以在通过位于上述驱动部和上述电极之间的第一阻抗之后施加于上述电极，上述接收信号可以在通过位于上述检测部和上述电极之间的第二阻抗之后被上述检测部接收。
根据实施例的装置可被构成为包括基准电位层和压力传感装置。
根据本发明，可提供能够提供根据压力大小而线性变化的信号的压力传感装置、压力检测器及包括这些的装置。
另外，根据本发明，能够提供与所适用的应用无关的、不进行电路修正就能简单地检测压力大小的压力传感装置及压力检测器。
附图说明
图1是根据实施例的压力传感装置的结构图。
图2例示出根据实施例的压力传感装置所适用的装置的剖面。
图3示出根据第一例的压力传感装置的等效电路。
图4是示出根据实施例的压力传感装置的电极和基准电位层之间的距离变化所带来的压力检测器的输出信号的图表。
图5是根据第二例的压力传感装置的等效电路。
图6例示出不适合适用第二例的驱动信号的频率变化。
图7a至图7d分别例示出根据第三例的根据电极和基准电位层之间的距离变化而输出非线性变化的信号的情况下的、电极结构、等效电路、距离变化所带来的压力电容的变化的图表、以及距离变化所带来的输出信号的变化的图表。
图8a至图8d分别例示出根据第四例的电极和基准电位层之间的距离变化而输出非线性变化的信号的情况下的、电极结构、等效电路、用于检测压力电容的时间图、以及距离变化所带来的输出信号的变化的图表。
附图标记说明
100：压力传感装置；10：电极；20：驱动部；30：检测部；1000：触摸输入装置；200：显示器面板；300：基准电位层。
具体实施方式
以能够实施本发明的特定实施例为示例参照附图而进行下述的对本发明的详细说明。对这些实施例进行详细说明以能够使本领域技术人员充分实施本发明。本发明的多种实施例虽然不同但应理解不存在相互排他的需要。例如，此处记载的特定形状、结构及特性与一实施例相关，从而可以在不脱离本发明的构思及范围内以其他实施例实现。此外，应理解：所示出的各实施例中的各构成要素的位置或者配置在不脱离本发明的构思及范围的情况下可进行变更。因此，下述的详细说明并不旨于限定含义，适当地说明本发明的范围，则为包括权利要求所主张的和与此等同的所有范围而仅由权利要求限定。附图中类似的附图标记指代在多个侧面上相同或类似的功能。
下文中，参照随附的附图对本发明的实施例的压力传感装置100进行说明。
图1是根据实施例的压力传感装置100的结构图。参照图1，根据实施例的压力传感装置100可包括：电极10；驱动部20，其对电极10施加驱动信号；以及检测部30，其从电极10接收包括有关静电容量的信息在内的信号而检测有关触摸压力的信息。
在根据实施例的压力传感装置100中，驱动部20对电极10施加驱动信号，检测部30通过上述电极10测定电极10和基准电位层300之间的静电容量，由此能够检测压力的大小。驱动部20可包括例如时钟发生器(未图示)及缓冲器(buffer，未图示)，以脉冲形式生成驱动信号而将其施加于电极10。这仅仅是例示，可以通过多种元件实现驱动部20，并且驱动信号的形态也可以进行多种变形。
根据实施例，驱动部20及检测部30可以由集成电路(IntegratedCircuit)实现，可以形成在一个芯片(chip)上。驱动部20及检测部30可以构成压力检测器。
根据实施例的电极10可以由透明导电性物质(例如，由氧化锡(SnO2)及氧化铟(In2O3)等构成的ITO(Indium Tin Oxide)或者ATO(Antimony Tin Oxide))等形成。根据实施例，电极10也可以由透明导电性物质或不透明导电性物质形成。例如，电极10可包含银墨(silverink)、铜(copper)和碳纳米管(CNT，Carbon Nano tube)中的至少任一个而构成。
电极10可以以电极10和基准电位层300之间面对的表面较大的方式形成，以容易在与基准电位层300之间检测静电容量变化量。例如，可以以如图8a所示的板状图案形成。
下文中，以压力传感装置100从一个电极10检测压力大小的情况为例进行说明，但根据实施例，压力传感装置100可被构成为包括多个电极10而构成多个通道，从而根据多重触摸(multi touch)可检测多重压力大小。
根据实施例所涉及的电极10和基准电位层300的距离变化，电极10和基准电位层之间的静电容量发生改变，在检测部30检知有关这种静电容量变化的信息，由此能够通过实施例所涉及的压力传感装置100检测压力大小。根据实施例的压力传感装置100，可以从电极10的自电容(self capacitance)值检测压力大小。
图2例示出根据实施例的压力传感装置100所适用的装置1000的剖面。图2例示出通过根据实施例的压力传感装置100检测压力的简化的物理结构。根据实施例的压力传感装置100可被构成为适用于包括基准电位层300的装置1000，从而能够检测对装置1000施加的压力大小。例如，电极10可在与基准电位层300之间隔开略微空间d而配置。此时，电极10和基准电位层300之间，可配置根据通过客体400进行的压力的施加而可变形的(deformable)物质。例如，配置在电极10和基准电位层300之间的可变形的物质可以是空气(air)、电介质、弹性体及/或减震物质。
若客体400按压形成触摸表面的结构200的触摸表面，则根据压力大小，电极10和基准电位层300之间的距离减小。基准电位层300可以是由装置1000所包括的任意的电位层。在实施例中，基准电位层可以是具有接地(ground)电位的接地层。随着距离d的减小，在电极10和基准电位层300之间生成的电容器(Cp)的静电容量值增加。即，随着距离d的减小，电极10相对于基准电位层300的自电容值增加。
可适用根据实施例的压力传感装置100的装置1000，可以是包括可检测触摸位置的触摸传感器面板及/或显示器面板的触摸输入装置1000。根据实施例的压力传感装置100的电极10可以位于触摸输入装置1000内的任意位置。例如，在图2中电极10可配置在显示器面板200下部。此时，基准电位层300可以是显示器面板200的噪声(noise)屏蔽层。或者，基准电位层300是为了屏蔽从用于启动触摸输入装置1000的主板(main board)上的中央处理器(CPU)或AP(ApplicationProcessor，应用处理器)等产生的噪声的屏蔽层。此时，基准电位层300可以是在触摸输入装置1000中用于将显示器面板200和主板区分/支撑的中框架(mid-frame)。
图2中例示了电极10配置在显示器面板200下部的情况，但这仅仅是例示，可以在触摸输入装置1000内配置于与基准电位层300分隔规定距离的位置。另外，例示了在触摸输入装置1000中，显示器面板200的上部表面构成触摸表面的情况，但这仅仅是例示，触摸表面可以是任意的其他结构，只要随着对触摸表面的压力施加，电极10和基准电位层300之间的距离发生变化即可。
参照图1，根据实施例的压力传感装置100还包括驱动部20和电极10之间的第一阻抗12(Z1)、及检测部30和电极10之间的第二阻抗13(Z2)。在下文中，对第一阻抗12及第二阻抗13进行详细说明。
图3示出根据第一例的压力传感装置100的等效电路。在图3中例示了压力传感装置100的电极10及检测部30区域的等效电路。
Vs是施加于电极10的驱动信号。例如，作为施加于电极10的驱动信号，可以是根据时间的电压信号。例如，驱动信号Vs可以以一连串脉冲(pulse)形式施加。
在驱动部20用于将驱动信号Vs施加于电极10的驱动端Tx、和在检测部30用于从电极10检知接收信号的接收端Rx之间，设置压力电容器11(Cp)。可以将压力电容器11以位于结合部14和作为基准电位层300的接地端之间的方式示出。此时，由于静电容量根据电极10和基准电位层300之间的距离改变，故压力电容器11可以以可变的形式表示。
为了通过实施例所涉及的压力传感装置100的压力电容器11检测压力，电极10可以在第一阻抗12和第二阻抗13之间构成。在图3中，例示了第一阻抗12和第二阻抗13均是单纯的电容器(C1及C2)的情况。如图3所示，通过将第一阻抗12和第二阻抗13均由电容器构成，能够提供压力传感装置100不依赖于驱动信号Vs的动作频率的性能。
在图1及图3中，可解释成第一阻抗12和第二阻抗13作为在驱动部20和电极10之间及检测部30和电极10之间，形成在集成有压力检测器的芯片(chip)的外部的情况。例如，第一阻抗12和第二阻抗13作为芯片外部可以形成在将芯片和电极连结的导电性线路(trace)等上。此时，第一阻抗12和第二阻抗13可被构成为与芯片非常接近。但这仅仅是结构上的实施例，第一阻抗12和第二阻抗13中一个或两个都可以在集成有压力检测器的芯片上一起集成。通过将第一阻抗12和第二阻抗13在芯片内构成，无需另追加外部元件，从而能够降低单价。另外，还与任意的用于压力检测的电极连结，从而能够提供均匀的压力检测性能。
在图3中，根据实施例的检测部30可包括电容传感器而构成，该电容传感器包括放大器31及反馈电容器32而构成。反馈电容器32是结合于放大器31的负(-)输入端和放大器31的输出端之间、即反馈路径的电容器。此时，放大器的正(+)输入端可以与接地(Ground)端或基准电位Vref连接。另外，电容传感器还可包括与反馈电容器32并联连结的复位开关(reset switch，未图示)。复位开关可以对通过电容传感器执行的从电流到电压的转换进行复位。放大器31的负输入端通过接收端RX从电极10接收包括有关压力电容器11的静电容量的信息在内的电流信号之后，对该电流信号进行积分而转换成电压信号Vo。检测部30还可包括能够将通过了电容传感器的模拟数据信号Vo转换成数字化数据的ADC33(Analog to Digital，模数转换器)。之后，数字化数据被输入于AP或CPU等处理器等中而进行处理以获得触摸压力的大小。根据实施例的检测部30还可以进一步包括处理器而构成。
参照图2，若通过客体400施加压力，从而电极10和基准电位层300之间的距离d减小，则压力电容器11的静电容量值增加。参照图3的等效电路，电容传感器的输出信号Vo和驱动信号Vs之间的关系，可以由数学式(1)来表示。
v o = - ( C 1 C 1 + C 2 + C p ) · C 2 C F B · v s 数学式(1)
参照数学式(1)，可知输出信号Vo与驱动信号Vs的频率无关。此时，假设Cp>>C1+C2的情况，则可以将数学式(1)简化成下述数学式(2)。
v o = - C 1 C p · C 2 C F B · v s v o = - C 1 C 2 ϵAC F B · d · v s 数学式(2)
此时，可以用来表示。其中，ε是填充在电极10和基准电位层300之间的物质的电容率(εoεr)，A是电极10的面积，d是电极10和基准电位层300之间的距离。由数学式(2)可知，输出信号Vo与距离d成比例地线性变化。Cp、C1及C2的静电容量值根据实施例/环境改变是显而易见的，Cp使用几百pF(pico Farad，皮法)范围内的静电容量值，C1及C2使用几十pF范围内的静电容量值进行试验，其结果能够导出输出信号Vo和距离d之间的线性关系。
图4是示出实施例所涉及的压力传感装置100的根据电极和基准电位层之间的距离变化而产生的压力检测器的输出信号的图表。图4的图表是去除偏移(offset)等之后的图表。参照图4，可知：即使压力电容器11的静电容量的绝对值产生偏差，若基于压力的距离d的变化量相同，则由此发生的输出信号Vo的变化量也保持一定。例如，根据压力传感装置100所适用的第一应用P-1和第二应用P-2，电极10和基准电位层300之间的距离d可能不同。但在使用根据实施例的压力传感装置100的情况下，若根据所施加的压力，电极10和基准电位层300之间的距离d的变化量相同(d1＝d2)，则输出信号Vo的变化量也可以保持相同(Vo1＝Vo2)。
图5示出根据第二例的压力传感装置的等效电路。在图5中，第一阻抗12使用阻抗R1的情况下的驱动信号Vs和输出信号Vo之间的等效电路。除了作为第一阻抗使用阻抗R1这一点之外，与图3相同，省略重复说明。
在图5所示的压力传感装置100中，驱动信号Vs和输出信号Vo之间的传递函数，可以由下述数学式(3)来表示。
v o = - { 1 / j ω ( C 2 + C p ) R 1 + 1 / j ω ( C 2 + C p ) } · C 2 C F B · v s 数学式(3)
其中，假设Cp>>C2，则可以将数学式(3)简化成数学式(4)。
v o = - ( 1 1 + jωC p R 1 ) · C 2 C F B · v s 数学式(4)
其中，ω＝2πf，f是驱动信号Vs的频率。由数学式(4)可知，输出信号Vo的大小随着驱动信号Vs的频率的增加而逐渐减小。
此时，虽然根据数学式(4)，在输出信号Vo和距离d之间并未形成完全的线性关系，但在固定的频率下在输出信号Vo和距离d之间具有几乎线性的特性，因此在根据实施例的整体系统中，与第一例相同，能够简化信号处理。以上，以第一阻抗12是电阻性元件而第二阻抗13是静电容量性元件的情况为例进行了说明，但在第一阻抗12是静电容量性元件而第二阻抗13是电阻性元件的情况下也能适用。
参照图5可知，在根据实施例的压力传感装置100中，第一阻抗12和第二阻抗13中至少一个不是单纯的电容器元件，而是由电阻性元件构成的情况下，获得根据驱动信号Vs的频率，特性变化的输出信号。
Cp及C2的静电容量值可以根据实施例/环境改变是显而易见的，Cp使用几百pF(pico Farad，皮法)范围内的静电容量值，C2使用几十pF范围内的静电容量值进行试验，其结果能够导出输出信号Vo和距离d之间的线性关系及根据频率变化的特性。
如上所述的使特性根据频率变化的压力传感装置100的结构可能不适合一部分应用。图6例示出不适合使用第二例的驱动信号的频率变化。例如，如图6所示，压力传感装置100在频率f1下动作时，若输入与频率f1类似的波段的噪声信号，则压力传感装置100的SNR(Signal toNoise Ratio，信噪比)可能下降。在这种情况下，为了避开噪声，需要改变驱动信号Vs的驱动频率。例如，若驱动信号Vs的驱动频率改变成f2，则由数学式(4)可知，输出信号Vo的大小减小。
例如，如图5所示，将第一阻抗12和第二阻抗13中至少一个由电阻性元件来代替的电路结构，可能不适合需要对驱动信号Vs的驱动频率进行动态地改变的应用。
下文中，根据实施例，对压力传感装置100不包括第一阻抗12及第二阻抗13的情况进行说明。
图7a至图7d分别示出根据第三例的根据电极和基准电位层之间的距离变化输出非线性地变化的输出信号的情况下的、电极结构、等效电路、距离变化所带来的压力电容变化的图表、以及距离变化所带来的输出信号的变化的图表。
图7示出以不包括第一阻抗12和第二阻抗13的方式检测压力的情况。
如图7a所示，电极10由第一电极10-1和第二电极10-2构成，从而能够由第一电极10-1和第二电极10-2之间的静电容量的变化检测压力。如图7a所示的第一电极10-1和第二电极10-2与例如图2的电极10相同，可以与基准电位层300分隔规定距离而配置。在通过客体400施加压力的情况下，第一电极10-1及第二电极10-2与基准电位层300之间的距离减小。此时，在第一电极10-1和第二电极10-2之间发生的电场被基准电位层300吸收，因此第一电极10-1和第二电极10-2之间的压力电容器11的静电容量大小减小。
图7b例示图7a所示的第一电极10-1和第二电极10-2之间的压力静电容量11在驱动端和检知端之间串联连结的等效电路。其中，驱动信号Vs和输出信号Vo之间的关系式可由数学式(5)来表示。
v o = - C P C F B · v s 数学式(5)
此时，第一电极10-1和第二电极10-2之间的静电容量中被基准电位层300夺去的静电容量是边缘(fringing)静电容量。此时，压力静电容量11可由下述式来表示。
CP＝CO+Cfringing＝CO+ad 数学式(6)
其中，Co是在第一电极10-1和第二电极10-2之间生成的固定静电容量值，Cfringing是第一电极10-1和第二电极10-2之间的由边缘现象产生的静电容量值。固定静电容量是指与基准电位层300的距离d无关的、由第一电极10-1和第二电极10-2生成的静电容量。在图7c的电路中，具有电极10越接近基准电位层300，在第一电极10-1和第二电极10-2之间生成的边缘场(fringing field)越被基准电位层300夺去的结构，因此Cfringing值随着距离d的增加而增加。数学式(6)将这种Cfringing值由距离d和系数α来表示。由数学式(5)及数学式(6)可知，输出信号Vo的大小相对于距离d不具有线性关系，因此即使距离d的变化量相同(d1＝d2)，输出电压的变化量也不相同(Vo1<Vo2)。
这种现象是导致压力传感装置的信号处理过程复杂化的原因。由于相对于距离d变化量的压力大小的解析，可能按各应用而不同，需要按各应用修正数值解析而适用。另外，这种结构的压力传感装置100的压力检测性能受在制造过程中产生的压力电容器11的绝对值的偏差的影响大。在上述情况下，例如需要按各应用调节电源电压(例如，图8b的VDD)及/或反馈电容器(CFB)值而调节增益(gain)，及/或在信号处理过程中需要单独的校准(calibration)。另外，为了获得适当大小的输出信号Vo，例如发生压力电容器11的值应具有与反馈电容器32(CFB)相似程度的小值的限制事项。
图8a至图8d分别例示出根据第四例的电极和基准电位层之间的距离变化输出非线性地变化的电压信号的情况下的、电极结构、等效电路、用于检测压力电容的时间图、以及距离变化所带来的输出电压的变化的图表。
图8示出以不包括第一阻抗12和第二阻抗13的方式检测压力的又一情况。
在图8a中示出作为第四例可用于压力检测的电极10。图8a所示的电极10可以是与用于例如根据实施例的压力传感装置100的电极10相同的电极。如图2所示，电极10可以与基准电位层300分隔规定距离而配置。此时，电极10和基准电位层300之间的静电容量可被用作压力电容器11值。
在图8中，可不通过驱动部20施加另外的驱动信号Vs，而通过充电/放电开关21、22、23对电极10进行驱动。
图8b示出根据第二例的压力传感装置的等效电路，图8c示出用于由此检测压力的信号的时间图。参照图8b及图8c，若第一开关21被接通，则压力电容器11被充电至与第一开关21的一端连结的电源电压VDD。若第一开关21被断开后紧接着第三开关23被接通，则充入压力电容器11的电荷被传递到放大器31，从而能够获得与该电荷相应的输出信号Vo。若第二开关22被接通，则残留在压力电容器11的所有电荷被放出，若第二开关22被断开后紧接着第三开关23被接通，则通过反馈电容器32电荷被传递到压力电容器11，从而能够获得与该电荷相应的输出信号。此时，用图8b表示的电路的输出信号Vo可由下述式表示。
v o = - C P C F B &CenterDot; V D D v o = - &epsiv; A C F B &CenterDot; 1 d &CenterDot; V D D 数学式(7)
由数学式(7)可知，输出信号Vo与距离d成反比，因此如图8d所示，具有输出信号Vo相对于距离d不是线性的特性。这与在有关图7中的描述相同，是导致压力传感装置的信号处理过程复杂化的原因。另外，这种结构的压力传感装置100的压力检测性能受在制造过程中产生的压力电容器11的绝对值的偏差的影响大。另外，为了获得适当大小的输出信号Vo，例如发生压力电容器11的值应具有与反馈电容器32(CFB)相似程度的小值的限制事项。
根据本发明的实施例的压力传感装置100包括第一阻抗12和第二阻抗13而构成，由此即使是电极10和基准电位层300之间的距离d在压力传感装置100所适用的每个应用不同的情况下，也能够不对电路进行修正就适用。这是因为，根据实施例的压力传感装置100的检测部30能够提供根据距离d变化量线性变化的信号。此时，通过将第一阻抗12和第二阻抗13均由静电容量性元件构成，能够提供与驱动信号的频率无关的输出性能。
此外，上文中以实施例为中心进行了说明，但这仅仅是示例，并不旨于限定本发明，若为本发明所属的领域中具有常规知识的人，则可知在不脱离本实施例的本质特性的范围内可以进行在上文中未示出的各种变形及应用。例如，可以对实施例中具体示出的各构成要素进行变形而实施。此外，与这种变形及应用相关的不同点应被解释为包含在随附的权利要求书所规定的本发明的范围内。

Claims (15)

1.一种压力传感装置，其特征在于，
包括：
电极；
驱动部，其对所述电极施加驱动信号；
检测部，其通过所述电极接收包含如下信息在内的接收信号，所述信息是有关根据与所述电极分隔的基准电位层和所述电极之间的相对距离而变化的所述电极和所述基准电位层之间的静电容量的信息；以及
所述驱动部和所述电极之间的第一阻抗以及所述检测部和所述电极之间的第二阻抗。
2.根据权利要求1所述的压力传感装置，其特征在于，
所述检测部能够输出相对于所述电极和所述基准电位层之间的距离具有线性关系的信号。
3.根据权利要求2所述的压力传感装置，其特征在于，
所述检测部包括放大器和连结在所述放大器的负输入端与输出端之间的反馈电容器；
相对于所述距离具有线性关系的信号是所述放大器的输出信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的压力传感装置，其特征在于，
所述第一阻抗及所述第二阻抗是静电容量性元件。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的压力传感装置，其特征在于，
所述第一阻抗及所述第二阻抗中的至少一个，被集成在与所述驱动部及所述检测部相同的集成电路上。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的压力传感装置，其特征在于，
所述第一阻抗及所述第二阻抗中的任一个是电阻性元件。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的压力传感装置，其特征在于，
所述基准电位层是接地电位层。
8.一种装置，其构成为包括：
权利要求1至3中任一项所述的压力传感装置；以及
所述基准电位层。
9.一种压力检测器，其特征在于，
包括：驱动部，其对电极施加驱动信号；和
检测部，其通过所述电极接收包含如下信息在内的接收信号，所述信息是有关根据与所述电极分隔的基准电位层和所述电极之间的相对距离而变化的所述电极和所述基准电位层之间的静电容量的信息，
所述驱动信号在通过位于所述驱动部和所述电极之间的第一阻抗之后施加于所述电极，所述接收信号在通过位于所述检测部和所述电极之间的第二阻抗之后被所述检测部接收。
10.根据权利要求9所述的压力检测器，其特征在于，
所述检测部能够输出相对于所述电极和所述基准电位层之间的距离具有线性关系的信号。
11.根据权利要求10所述的压力检测器，其特征在于，
所述检测部包括放大器和连结在所述放大器的负输入端与输出端之间的反馈电容器；
相对于所述距离具有线性关系的信号是所述放大器的输出信号。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的压力检测器，其特征在于，
所述第一阻抗及所述第二阻抗是静电容量性元件。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的压力检测器，其特征在于，
所述第一阻抗及所述第二阻抗中的至少一个，被集成在与所述驱动部及所述检测部相同的集成电路上。
14.根据权利要求9至11中任一项所述的压力检测器，其特征在于，
所述第一阻抗及所述第二阻抗中的任一个是电阻性元件。
15.根据权利要求9至11中任一项所述的压力检测器，其特征在于，
所述基准电位层是接地电位层。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110207800A (zh) * 2018-11-16 2019-09-06 华帝股份有限公司 压力传感器、烤箱及用于烤箱的智能控制方法
CN110418947A (zh) * 2017-03-01 2019-11-05 罗杰斯公司 叠层传感器装置及其制造方法
WO2021258426A1 (zh) * 2020-06-23 2021-12-30 深圳市汇顶科技股份有限公司 电容检测装置和电子设备

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10534435B2 (en) * 2016-11-18 2020-01-14 Immersion Corporation Handheld interface device having a plurality of electrostatic friction (ESF) electrodes
US10248243B2 (en) 2017-01-19 2019-04-02 Hideep Inc. Touch input device
US20180203557A1 (en) * 2017-01-19 2018-07-19 Hideep Inc. Touch input device
KR101939195B1 (ko) * 2017-02-16 2019-01-17 주식회사 하이딥 압력 센싱 장치, 압력 검출기 및 이들을 포함하는 장치
KR102602808B1 (ko) 2018-03-23 2023-11-17 삼성전자주식회사 터치 입력을 압력 입력으로 결정하기 위한 조건을 변경하는 전자 장치 및 방법
KR102527732B1 (ko) * 2019-04-29 2023-04-28 엘지디스플레이 주식회사 터치 회로, 터치 디스플레이 장치 및 그 구동 방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005054802A1 (ja) * 2003-12-04 2005-06-16 Xiroku, Inc. 静電結合を用いる圧力検出装置
US20050218911A1 (en) * 2004-04-06 2005-10-06 Denison Timothy J Linearity enhancement for capacitive sensors
KR20100025176A (ko) * 2008-08-27 2010-03-09 한국표준과학연구원 정전용량 방식의 멀티터치에 따른 접촉위치 및 누름힘 측정용 터치입력구조 및 그 제작방법
CN101957510A (zh) * 2010-09-30 2011-01-26 友达光电股份有限公司 触碰感测装置与触碰感测方法
CN103092421A (zh) * 2013-01-28 2013-05-08 苏州瀚瑞微电子有限公司 触控面板线性误差的修正方法
CN104423748A (zh) * 2013-09-02 2015-03-18 友达光电股份有限公司 触控显示装置
CN104423741A (zh) * 2013-08-30 2015-03-18 天津富纳源创科技有限公司 触摸点及触摸压力的检测方法

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5445031A (en) * 1991-11-28 1995-08-29 Endress+Hauser Gmbh+Co. Pressure-measuring arrangement with high linearity
JPH0835893A (ja) * 1994-07-21 1996-02-06 Omron Corp 物理量センサ装置及び当該センサ装置を用いた機器
JPH0943078A (ja) * 1995-07-27 1997-02-14 Fuji Electric Co Ltd 静電容量型センサの容量検出回路
JP3428319B2 (ja) * 1996-09-30 2003-07-22 オムロン株式会社 静電容量検出回路および静電容量型センサ装置
US5770802A (en) 1997-04-16 1998-06-23 Texas Instruments Incorporated Sensor with improved capacitive to voltage converter integrated circuit
KR100653904B1 (ko) * 1998-04-24 2006-12-05 니폰샤신인사츠가부시키가이샤 터치패널장치
JP4124867B2 (ja) * 1998-07-14 2008-07-23 松下電器産業株式会社 変換装置
JP3567089B2 (ja) * 1998-10-12 2004-09-15 株式会社日立製作所 静電容量式圧力センサ
US20010013574A1 (en) * 1998-11-10 2001-08-16 Oden L. Warren Intermittent contact imaging under force-feedback control
CN1157594C (zh) * 1999-07-09 2004-07-14 Nec东金株式会社 静电电容式应变传感器及其使用方法
JP2005507083A (ja) * 2001-10-24 2005-03-10 プレッシャー・プロファイル・システムズ・インコーポレーテッド アレイ・センサ電子回路
JP3951184B2 (ja) 2003-08-05 2007-08-01 ミネベア株式会社 フェライト磁石
DE102007000713A1 (de) * 2006-09-08 2008-04-10 Aisin Seiki K.K., Kariya Kapazitätserfassungsgerät
US20080204419A1 (en) * 2007-02-28 2008-08-28 Honeywell International, Inc. Stimuli-sensitive display screen with consolidated control functions
US8089289B1 (en) * 2007-07-03 2012-01-03 Cypress Semiconductor Corporation Capacitive field sensor with sigma-delta modulator
US7784366B2 (en) 2008-07-29 2010-08-31 Motorola, Inc. Single sided capacitive force sensor for electronic devices
JP2010067117A (ja) * 2008-09-12 2010-03-25 Mitsubishi Electric Corp タッチパネル装置
EP2180599B1 (en) * 2008-10-24 2014-12-17 Advanced Silicon SA X-ray imaging readout and system
JP5267932B2 (ja) * 2008-11-11 2013-08-21 株式会社フジクラ 位置検出装置
KR101634791B1 (ko) * 2008-11-28 2016-06-30 삼성디스플레이 주식회사 접촉 감지 기능이 있는 유기 발광 표시 장치
US8427178B2 (en) 2009-03-02 2013-04-23 The University Of Vermont And State Agricultural College Detection circuit for use in various types of capacitive transducers and a transducer including such a circuit
TWI420826B (zh) * 2010-04-09 2013-12-21 Memsor Corp 具有校正機制之電容式感測器及電容偵測方法
US9152278B2 (en) * 2010-12-22 2015-10-06 Elo Touch Solutions, Inc. Background capacitance compensation for a capacitive touch input device
KR101304195B1 (ko) * 2011-06-24 2013-09-05 주식회사 하이딥 향상된 노이즈 필터링 특성을 갖는 정전 용량 센서, 정전 용량 센서의 노이즈 필터링 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체
US9760195B2 (en) * 2011-09-23 2017-09-12 Apple Inc. Power management for integrated touch screens
US9459738B2 (en) * 2012-03-06 2016-10-04 Apple Inc. Calibration for pressure effects on touch sensor panels
KR101429925B1 (ko) * 2012-11-13 2014-08-13 엘지디스플레이 주식회사 입력 시스템
US9880063B2 (en) * 2013-03-13 2018-01-30 Invensense, Inc. Pressure sensor stabilization
US9001066B2 (en) * 2013-05-06 2015-04-07 Rajkumari Mohindra PAPR optimized OFDM touch engine with tone spaced windowed demodulation
WO2014192296A1 (ja) * 2013-05-31 2014-12-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リアクタンス可変型回路
CN103399678A (zh) * 2013-08-02 2013-11-20 敦泰科技有限公司 自电容式触摸屏及触控显示装置
CN104423740B (zh) * 2013-08-30 2018-07-13 唐山东唐电气股份有限公司 基于电容式触控装置的感测方法
US20160263157A1 (en) * 2013-10-13 2016-09-15 Yuan-Ji Day Application and pharmaceutical composition of preactivated and disaggregated shape-changed platelets
KR102087830B1 (ko) * 2013-11-01 2020-04-14 엘지디스플레이 주식회사 터치 센싱 시스템과 그 구동 방법
KR101542799B1 (ko) * 2013-12-10 2015-08-07 주식회사 하이딥 터치패널 제어장치 및 그의 제어 방법
JP5586776B1 (ja) * 2013-12-27 2014-09-10 株式会社フジクラ 入力装置及び入力装置の制御方法
US9645029B2 (en) * 2014-04-07 2017-05-09 Infineon Technology Ag Force feedback loop for pressure sensors
GB2533667B (en) * 2014-12-23 2017-07-19 Cambridge Touch Tech Ltd Pressure-sensitive touch panel
TWI575432B (zh) * 2015-06-12 2017-03-21 映智科技股份有限公司 感測裝置
US9898153B2 (en) * 2016-03-02 2018-02-20 Google Llc Force sensing using capacitive touch surfaces
US10310682B2 (en) * 2016-04-18 2019-06-04 Novatek Microelectronics Corp. Touch display panel and fabrication method thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005054802A1 (ja) * 2003-12-04 2005-06-16 Xiroku, Inc. 静電結合を用いる圧力検出装置
US20050218911A1 (en) * 2004-04-06 2005-10-06 Denison Timothy J Linearity enhancement for capacitive sensors
KR20100025176A (ko) * 2008-08-27 2010-03-09 한국표준과학연구원 정전용량 방식의 멀티터치에 따른 접촉위치 및 누름힘 측정용 터치입력구조 및 그 제작방법
CN101957510A (zh) * 2010-09-30 2011-01-26 友达光电股份有限公司 触碰感测装置与触碰感测方法
CN103092421A (zh) * 2013-01-28 2013-05-08 苏州瀚瑞微电子有限公司 触控面板线性误差的修正方法
CN104423741A (zh) * 2013-08-30 2015-03-18 天津富纳源创科技有限公司 触摸点及触摸压力的检测方法
CN104423748A (zh) * 2013-09-02 2015-03-18 友达光电股份有限公司 触控显示装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110418947A (zh) * 2017-03-01 2019-11-05 罗杰斯公司 叠层传感器装置及其制造方法
CN110207800A (zh) * 2018-11-16 2019-09-06 华帝股份有限公司 压力传感器、烤箱及用于烤箱的智能控制方法
WO2021258426A1 (zh) * 2020-06-23 2021-12-30 深圳市汇顶科技股份有限公司 电容检测装置和电子设备
US11366549B2 (en) 2020-06-23 2022-06-21 Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. Capacitance detection apparatus and electronic device

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