CN106547415B - 一种片内集成电容触摸传感装置及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种片内集成电容触摸传感装置，包括传感电容、电容触摸传感振荡器和中央控制单元，所述中央控制单元分别与传感电容和电容触摸传感振荡器连接，所述传感电容与电容触摸传感振荡器连接，所述电容触摸传感振荡器包括高功耗电容触摸传感振荡器和低功耗电容触摸传感振荡器。本发明实现片内集成高低功耗电容触摸传感振荡器，满足更广泛的触摸使用环境，振荡器与中央控制单元直接连接，与现有技术相比，减少其他外部电子元件，成本低，对中央控制单元进行简单配置即可实现触摸按键的检测以及触摸按键灵敏度的调节。本发明公开一种片内集成电容触摸传感装置的实现方法，采用高频率算法，对判断触摸动作定期唤醒，实现低功耗应用。

Description

一种片内集成电容触摸传感装置及其实现方法

技术领域

本发明涉及触摸装置，尤其涉及一种电容触摸传感装置及其实现方法。

背景技术

随着数模混合电路的发展，微控制器和微处理技术已经覆盖我们生活的各个领域，从大型工业设备到微型智能手表，触摸控制已被广泛使用。人们通过触摸传感模块向微控制器发出指令，完成对设备的控制，从而实现人机交互。与传统机械式开关相比，由于电容触摸开关具有方便易用、防水防潮等优势，越来越多的电子产品开始从传统机械按键转向电容触摸式按键。

目前，电容触摸按键通常配合市场上的MCU芯片设计成配套的触摸传感装置，将电容触摸按键集成在MCU芯片内部，使其触摸功能变得简单易用。多数电容触摸传感技术是基于测量人手指触摸产生额外电容而改变的频率或占空比，但传统电容触摸技术需要较多外围元件，适应复杂外部环境能力较差，对于触摸按键有异物附着时，电容传感振荡器频率下降会导致误触发，且在长时间使用过程中，触摸按键发生老化，可能会导致按键失灵，且大多不适合低功耗应用领域。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能适应更多触摸环境、具有两种不同功耗模式的片内集成电容触摸传感装置。

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能适应更多触摸环境、具有两种不同功耗模式的片内集成电容触摸传感装置的实现方法。

本发明所采用的技术方案是：一种片内集成电容触摸传感装置，包括传感电容、电容触摸传感振荡器和中央控制单元，所述中央控制单元分别与传感电容和电容触摸传感振荡器连接，所述传感电容与电容触摸传感振荡器连接，所述电容触摸传感振荡器包括高功耗电容触摸传感振荡器和低功耗电容触摸传感振荡器。

进一步地，所述传感装置还包括FVR模块和DAC模块，所述中央控制单元分别与FVR模块和DAC模块连接，所述FVR模块用于输出第一参考电压VFVR，所述DAC模块用于输出第二参考电压VDAC。

进一步地，所述传感装置还包括定时/计数模块，所述定时/计数模块包括定时器TIMER0和计数器TIMER1，所述电容触摸传感振荡器的输出端与定时/计数模块的输入端连接，所述中央控制单元与定时/计数模块连接。

进一步地，所述中央控制单元包括处理模块和寄存器，所述处理模块用于处理数据，所述寄存器用于存储数据、还用于控制切换传感电容与低功耗电容触摸传感振荡器连接或者与高功耗电容触摸传感振荡器连接。

进一步地，所述高功耗电容触摸传感振荡器包括比较器、第一偏置电流源I1和第二偏置电流源I2，所述比较器是三端输入比较器，所述比较器包括第一比较器C1和第二比较器C2，所述高功耗电容触摸传感振荡器还包括第一PMOS晶体管M1、第二NMOS晶体管M2、第一非门A1、第二非门A2和第一SR锁存器SR1，所述第一PMOS晶体管M1的栅极与所述第二NMOS晶体管M2的栅极连接，所述第一PMOS晶体管M1的源极连接电源电压，所述第一PMOS晶体管M1的漏极与第一偏置电流源I1的输入端连接，所述第一偏置电流源I1的输出端与第二偏置电流源I2的输入端连接，所述第二偏置电流源I2的输出端与第二NMOS晶体管M2的漏极连接，所述第二NMOS晶体管M2的源极连接电源地，所述第一偏置电流源I1和第二偏置电流源I2的连接节点分别与所述传感电容的一端、第一比较器C1的反相输入端、第二比较器C2的反相输入端连接，所述传感电容的另一端接电源地，所述第一比较器C1的反相输入端与第二比较器C2的反相输入端连接，所述第一比较器C1的正相输入端接收所述FVR模块输出的第一参考电压VFVR，所述第二比较器C2的正相输入端接收所述DAC模块输出的第二参考电压VDAC，所述第一比较器C1的输出端分别连接第一SR锁存器SR1的S输入端和第二非门A2的输入端，所述第二比较器C2的输出端分别连接第一SR锁存器SR1的S输入端和第二非门A2的输入端，所述第二非门A2的输出端与第一SR锁存器SR1的R输入端连接，所述第一SR锁存器SR1的Q输出端输出第一振荡频率，所述第一SR锁存器SR1的Q输出端分别与第一PMOS晶体管M1的栅极、第二NMOS晶体管M2的栅极、第二比较器的使能输入端EN2、第一非门A1的输入端连接，所述第一非门A1的输出端与第一比较器的使能输入端EN1连接。

进一步地，所述比较器为正相输入端和反相输入端均采用耗尽型NMOS管的比较器。

进一步地，所述低功耗电容触摸传感振荡器包括第三偏置电流源I3、第四偏置电流源I4、第五偏置电流源I5、第六偏置电流源I6和第二SR锁存器SR2，所述低功耗电容触摸传感振荡器还包括第三PMOS晶体管M3、第四NMOS晶体管M4、第五NMOS晶体管M5和第六NMOS晶体管M6，所述第三PMOS晶体管M3的栅极与第四NMOS晶体管M4的栅极连接，所述第三PMOS晶体管M3的源极连接电源电压，所述第三PMOS晶体管M3的漏极与第三偏置电流源I3的输入端连接，所述第三偏置电流源I3的输出端与第四偏置电流源I4的输入端连接，所述第四偏置电流源I4的输出端与第四NMOS晶体管M4的漏极连接，所述第四NMOS晶体管M4的源极连接电源地，所述第三偏置电流源I3与第四偏置电流源I4的连接节点分别与传感电容的一端、第五NMOS晶体管M5的栅极连接，所述传感电容的另一端接电源地，所述第五偏置电流源I5的输入端连接电源电压，所述第五偏置电流源I5的输出端分别与第五NMOS晶体管M5的漏极、第二SR锁存器SR2的S输入端连接，所述第五NMOS晶体管M5的源极连接电源地，所述第五NMOS晶体管M5的栅极还与第六NMOS晶体管M6的栅极连接，所述第六偏置电流源I6的输入端连接电源电压，所述第六偏置电流源I6的输出端与第六NMOS晶体管M6的漏极连接，所述第六NMOS晶体管M6的源极连接电源地，所述第六NMOS晶体管M6的漏极与第三非门A3的输入端连接，所述第三非门A3的输出端与第二SR锁存器SR2的R输入端连接，所述第二SR锁存器SR2包括第一或非门N1和第二或非门N2，所述第一或非门N1的第一输入端作为第二SR锁存器SR2的S输入端，所述第一或非门N1的第二输入端与第二或非门N2的输出端连接，所述第二或非门N2的第一输入端与第一或非门N1的输出端连接，所述第二或非门N2的第二输入端作为第二SR锁存器SR2的R输入端，所述第一或非门N1的输出端还分别与第三PMOS晶体管M3的栅极和第四NMOS晶体管M4的栅极连接，所述第二或非门N2的输出端输出第二振荡频率。

一种片内集成电容触摸传感装置的实现方法，所述方法应用于上述一种片内集成电容触摸传感装置，所述方法包括高/低功耗电容触摸传感振荡器切换步骤与判断有效触摸步骤：

所述高/低功耗电容触摸传感振荡器切换步骤具体为：根据触摸环境需要，利用中央控制单元切换选择高功耗电容触摸传感振荡器工作模式或者低功耗电容触摸传感振荡器工作模式；

所述判断有效触摸步骤具体为：通过中央控制单元在特定时间内多次采集传感电容的触摸和释放情况，判断是否为有效触摸信号。

进一步地，所述判断有效触摸步骤具体包括子步骤：

S1：电容初始化时，即无触摸动作发生时，传感电容有对应的基本电容值，定时器设定固定时基，计数器设定触摸阈值，定时器开始计时，中央控制单元设定监视时间，电容触摸传感振荡器检测传感电容值是否发生变化；

S2：当发生触摸动作时，传感电容值发生变化，电容触摸传感振荡器输出的振荡频率随着传感电容值的变化而产生变化，中央控制单元动作判断发生触摸动作。

进一步地，所述步骤2包括子步骤：

S21：当定时器溢出标志位时，处理模块读取计数器计数值，处理模块对计数器计数值连续采样，把当前读取出来的计数值与读取到的前面相邻的计数值进行线性平均，得到一个滑动平均值，读取当前计数值，并将滑动平均值和触摸阈值的差值与当前计数值进行比较，当当前计数值小于滑动平均值和触摸阈值的差值时，则判断触摸动作发生；

S22：判断触摸动作发生后，中央控制单元在监视时间内对触摸动作进行监视，若在监视时间内监视到释放动作，则判断触摸动作有效，否则，判断触摸动作无效；

S23：确定触摸动作有效后，重启定时器，清除标志位，计数器TIMER1清零，返回步骤S1。

本发明的有益效果是：

一种片内集成电容触摸传感装置实现片内集成，电容触摸传感振荡器部分采用高低两种功耗模式，满足更广泛的触摸使用环境，振荡器部分与中央控制单元直接连接，与现有技术相比，减少其他外部电子元件，成本低，对中央控制单元进行简单配置即可实现触摸按键的检测以及触摸按键灵敏度的调节。

本发明的另一种有益效果：

一种片内集成电容触摸传感装置的实现方法，采用高频率算法，对判断触摸动作定期唤醒，实现低功耗应用，对中央控制单元进行简单配置即可实现触摸按键的检测以及触摸按键灵敏度的调节。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明一种片内集成电容触摸传感装置的结构框图；

图2是本发明的传感电容与高功耗电容触摸传感振荡器的电路示意图；

图3是本发明的传感电容与低功耗电容触摸传感振荡器的电路示意图；

图4是本发明中电容触摸传感振荡器传感电容充放电波形和振荡频率输出波形示意图；

图5是本发明判断有效触摸的方法流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1是本发明一种片内集成电容触摸传感装置的结构框图，如图1所示，一种片内集成电容触摸传感装置，包括传感电容、电容触摸传感振荡器和中央控制单元，所述中央控制单元分别与传感电容和电容触摸传感振荡器连接，所述传感电容与电容触摸传感振荡器连接，所述电容触摸传感振荡器包括高功耗电容触摸传感振荡器和低功耗电容触摸传感振荡器。所述传感装置还包括FVR模块和DAC模块，所述中央控制单元分别与FVR模块和DAC模块连接，所述FVR模块用于输出第一参考电压VFVR，所述DAC模块用于输出第二参考电压VDAC。所述传感装置还包括定时/计数模块，所述定时/计数模块包括定时器TIMER0和计数器TIMER1，所述电容触摸传感振荡器的输出端与定时/计数模块的输入端连接，所述中央控制单元与定时/计数模块连接。所述中央控制单元包括处理模块和寄存器，所述处理模块用于处理数据，所述寄存器用于存储数据、还用于控制切换传感电容与低功耗电容触摸传感振荡器连接或者与高功耗电容触摸传感振荡器连接。

中央控制单元中的寄存器控制传感电容切换选择连接到高功耗电容触摸传感振荡器，选择高功耗电容触摸传感振荡器工作模式电路如下：

图2是本发明的传感电容与高功耗电容触摸传感振荡器的电路示意图，如图2所示，所述传感电容C的一端连接电源地、另一端与高功耗电容触摸传感振荡器1连接，所述高功耗电容触摸传感振荡器包括比较器、第一偏置电流源I1和第二偏置电流源I2，所述比较器是三端输入比较器，包括第一比较器C1和第二比较器C2，所述高功耗电容触摸传感振荡器还包括第一PMOS晶体管M1、第二NMOS晶体管M2、第一非门A1、第二非门A2和第一SR锁存器SR1，所述第一PMOS晶体管M1的栅极与所述第二NMOS晶体管M2的栅极连接，所述第一PMOS晶体管M1的源极连接电源电压，所述第一PMOS晶体管M1的漏极与第一偏置电流源I1的输入端连接，所述第一偏置电流源I1的输出端与第二偏置电流源I2的输入端连接，所述第二偏置电流源I2的输出端与第二NMOS晶体管M2的漏极连接，所述第二NMOS晶体管M2的源极连接电源地，所述第一偏置电流源I1与第二偏置电流源I2的连接节点分别与切换装置S、第一比较器C1的反相输入端、第二比较器C2的反相输入端连接，所述第一比较器C1的反相输入端与第二比较器C2的反相输入端连接，所述第一比较器C1的正相输入端接收所述FVR模块输出的第一参考电压VFVR，所述第二比较器C2的正相输入端接收所述DAC模块输出的第二参考电压VDAC，所述第一比较器C1的输出端分别连接第一SR锁存器SR1的S输入端与第二非门A2的输入端，所述第二比较器C2的输出端分别连接第一SR锁存器SR1的S输入端和第二非门A2的输入端，所述第二非门A2的输出端与第一SR锁存器SR1的R输入端连接，所述第一SR锁存器SR1的Q输出端输出第一振荡频率CPSCLK1，所述第一SR锁存器SR1的Q输出端分别与第一PMOS晶体管M1的栅极、第二NMOS晶体管M2的栅极、第二比较器的使能输入端EN1、第一非门A2的输入端连接，所述第一非门A1的输出端与第一比较器的使能输入端EN1连接。

所述第一参考电压VFVR和第二参考电压VDAC分别作为传感电容C在充放电过程中的高阈值电压和低阈值电压。优选的，FVR电压有1.024V、2.048V、4.096V可供选择，DAC电压可在0V～VREF之间任意配置，依据本发明，为了保证DAC输入从0V开始配置，本发明优选用正相输入端和反相输入端均采用耗尽型NMOS管的比较器。所述第一偏置电流源I1为传感电容C提供充电电流，所述第二偏置电流源I2为传感电容C提供放电电流，发生触摸动作时，起始状态下，第一PMOS晶体管M1打开，第二NMOS晶体管M2关闭，此时，第一比较器C1打开，第二比较器C2处于关闭状态，传感电容C开始充电，第一比较器C1比较传感电容C上的电压与第一参考电压VFVR，当传感电容C的电压大于第一参考电压VFVR时，第一比较器C1的输出状态由高电平变为低电平，促使第一SR锁存器输出状态发生翻转，传感电容C的充电过程结束；此时，第一PMOS晶体管M1关闭，第二NMOS晶体管M2打开，传感电容C开始放电，第二比较器C2比较传感电容C上的电压与第二参考电压VDAC，当传感电容C的电压低于第二参考电压VDAC时，第二比较器C2的输出状态由低电平变为高电平，促使第一SR锁存器输出状态发生翻转，恢复到充电前的初始状态，准备下一个充电过程，如此循环往复，产生第一振荡频率CSPCLK1。

使用者可以通过改变中央控制单元配置，对高功耗振荡器的电容的充放电电流进行调节，还可以通过改变中央控制单元中FVR模块和DAC模块对两个比较器高低阈值电压进行调节。本实施例优选的，充放电电流有0uA、9uA、30uA、100uA可供选择，当充放电电流为0uA时，高功耗模式振荡器可以作为噪声检测模式，禁止模拟引脚上的灌电流和拉电流，即停止对传感电容C的充放电，但振荡器电路的其他部分仍保持有效，当有噪声传入模拟引脚时，振荡器将以有噪声决定的频率驱动，在比较器上产生可检测的信号，指示模拟引脚上存在活动。

中央控制单元中的寄存器控制传感电容切换选择连接到低功耗电容触摸传感振荡器，选择低功耗电容触摸传感振荡器工作模式电路如下：

图3是本发明的传感电容与低功耗电容触摸传感振荡器的电路示意图，如图3所示，所述传感电容C的一端连接电源地、另一端与低功耗电容触摸传感振荡器2连接，所述低功耗电容触摸传感振荡器包括第三偏置电流源I3、第四偏置电流源I4、第五偏置电流源I5、第六偏置电流源I6和第二SR锁存器SR2，所述低功耗电容触摸传感振荡器还包括第三PMOS晶体管M3、第四NMOS晶体管M4、第五NMOS晶体管M5和第六NMOS晶体管M6，所述第三PMOS晶体管M3的栅极与第四NMOS晶体管M4的栅极连接，所述第三PMOS晶体管M3的源极连接电源电压，所述第三PMOS晶体管M3的漏极与第三偏置电流源I3的输入端连接，所述第三偏置电流源I3的输出端与第四偏置电流源I4的输入端连接，所述第四偏置电流源I4的输出端与第四NMOS晶体管M4的漏极连接，所述第四NMOS晶体管M4的源极连接电源地，所述第三偏置电流源I3与第四偏置电流源I4的连接节点分别与切换装置S、第五NMOS晶体管M5的栅极连接，所述第五偏置电流源I5的输入端连接电源电压，所述第五偏置电流源I5的输出端分别与第五NMOS晶体管M5的漏极、第二SR锁存器SR2的S输入端连接，所述第五NMOS晶体管M5的源极连接电源地，所述第五NMOS晶体管M5的栅极还与第六NMOS晶体管M6的栅极连接，所述第六偏置电流源I6的输入端连接电源电压，所述第六偏置电流源I6的输出端与第六NMOS晶体管M6的漏极连接，所述第六NMOS晶体管M6的源极连接电源地，所述第六NMOS晶体管M6的漏极与第三非门A3的输入端连接，所述第三非门A3的输出端与第二SR锁存器SR2的R输入端连接，所述第二SR锁存器SR2包括第一或非门N1和第二或非门N2，所述第一或非门N1的第一输入端作为第二SR锁存器SR2的S输入端，所述第一或非门N1的第二输入端与第二或非门N2的输出端连接，所述第二或非门N2的第一输入端与第一或非门N1的输出端连接，所述第二或非门的第二输入端作为第二SR锁存器SR2的R输入端，所述第一或非门N1的输出端还分别与第三PMOS晶体管M3的栅极和第四NMOS晶体管M4的栅极连接，所述第二或非门N2的输出端输出第二振荡频率CSPCLK2。

本实施例中，第五NMOS晶体管M5和第六NMOS晶体管M6决定低功耗模式振荡器的翻转阈值，优选的，第五NMOS晶体管M5的W/L远大于第六NMOS晶体管M6的W/L，其中，W表示NMOS晶体管沟道宽度，L表示NMOS晶体管的沟道长度，当第五NMOS晶体管M5和第六NMOS晶体管M6所在支路发生逻辑翻转时，第五NMOS晶体管M5需要更低的输入电压。初始状态下，第三PMOS晶体管M3打开，第四NMOS晶体管M4关闭，第二SR锁存器SR2的S输入端和R输入端分别输入高电平信号和低电平信号，当触摸动作发生时，传感电容C开始进行充电，第五NMOS晶体管M5所在支路由高电平变为低电平，第二SR锁存器SR2的S输入端由输入高电平信号变为输入低电平信号，第二SR锁存器SR2输出状态保持，传感电容C继续保持充电直至当第六NMOS晶体管M6所在支路由高电平变为低电平，第二SR锁存器SR2的R输入端由输入低电平信号变为输入高电平信号，此时第二SR锁存器SR2的输出状态发生翻转，此时传感电容C充电过程结束，此后第三PMOS晶体管M3关闭，第四NMOS晶体管M4打开，传感电容C开始进行放电，第六NMOS晶体管M6所在支路由低电平变为高电平，第二SR锁存器的R输入端由输入高电平信号变为输入低电平信号，第二SR锁存器输出状态保持，传感电容C继续放电直至当第五NMOS晶体管M5所在支路由低电平变为高电平，第二SR锁存器SR2的S输入端由输入端低电平信号变为输入高电平信号，第二SR锁存器SR2的输出状态发生翻转，此时，传感电容C放电过程结束，恢复到初始状态，如此循环反复，产生第二振荡频率CSPCLK2。

使用者可以通过改变中央控制单元配置，可以调节低功耗振荡器的电容充放电电流。本实施例优选的，充放电电流可选择OuA、0.1uA、1.2uA、18uA。当充放电电流为零时，低功耗振荡器的停止工作。第五NMOS晶体管M5和第六NMOS晶体管M6所在支路在电路启动过程中，会略去时钟抖动，从而保证振荡器输出第二振荡频率的精度。

图4是本发明中电容触摸传感振荡器传感电容充放电波形和振荡频率输出波形示意图，根据电容公式：通过电容两端电压差值△V从而得到变化时间其中C为传感电容值，i为传感电容充放电电流。如图4所示，T表示时间，V表示传感电容电压，v2表示高阈值电压，v1表示低阈值电压。在时间点T＝t时发生触摸动作，t1至t2为在没有触摸的情况下，传感电容的一个放电周期，此时传感电容的放电周期Δt1＝t2-t1，电容触摸传感振荡器处于较快的振荡频率；当触摸动作发生时，根据传感电容值C增大，Δt增大，此时传感电容的放电周期为Δt2＝t4-t3，振荡周期变长，电容触摸传感振荡器处于较慢的振荡频率。

一种片内集成电容触摸传感装置，所述定时/计数模块分别与处理模块和寄存器连接。所述定时/计数模块包括定时器TIMER0和计数器TIMER1，所述电容触摸传感振荡器的输出端连接计数器TIMER1的第一输入端，所述计数器TIMER0的输出端与计数器TIMER1的第二输入端连接，所述计数器TIMER1的输出端与处理模块连接。所述定时器TIMER0用来产生一个固定时基，所述计数器TIMER1用来对固定时基下对电容触摸传感振荡器输出的振动频率个数进行计数，然后将计数值传给处理模块处理，判断是否发生触摸动作。电容触摸传感振荡器进入工作状态后，中央控制单元对定时器TIMER0和计数器TIMER1进行复位，中央控制单元利用内部参考时钟驱动定时器TIMER0产生一个固定时基(固定时基可以是用户事先设置存储在所述寄存器)，当有触摸动作发生时，驱动计数器TIMER1进行计数，当一个固定时基结束后，定时器TIMER0溢出标志位传给计数器TIMER1，此时读取计数器TIMER1的数值即为电容触摸传感振荡器在固定时基下振荡频率的个数，从而完成一次完整的触摸按键扫描。每次触摸按键扫描结束后，定时器TIMER0和计数器TIMER1中的数据都清零，为下一次传感电容检测做好准备。

一种片内集成电容触摸传感装置的实现方法，所述方法应用于如上述的一种片内集成电容触摸传感装置，所述方法包括高/低功耗电容触摸传感振荡器切换步骤与判断有效触摸步骤：

所述高/低功耗电容触摸传感振荡器切换步骤具体为：根据触摸环境需要，利用中央控制单元切换选择高功耗电容触摸传感振荡器工作模式或者低功耗电容触摸传感振荡器工作模式；

所述判断有效触摸步骤具体为：通过中央控制单元在特定时间内多次采集传感电容的触摸和释放情况，判断是否为有效触摸信号。

图5是本发明判断有效触摸的方法流程图，如图5所示。

第一步骤：电容的初始化，此时传感装置处于无触摸动作发生的状态，传感电容有对应的基本电容，用户事先设置好定时器TIMER0的固定时基T1和计数器TIMER1的触摸阈值trip，中央控制单元内部设定监视时间T2(T2>＝nT1，其中n>＝2)，电容触摸传感振荡器检测传感电容值是否发生变化；固定时基T1、触摸阈值trip和监视时间T2数据存储在寄存器内；

第二步骤：使能启动定时/计数模块，定时器TIMER0开始计时，计数器TIMER1开始计数；

第三步骤：判断是否有触摸动作，发生触摸动作时，传感电容值发生变化，电容触摸振荡器随着传感电容值的变化而产生变化，计数器TIMER1的计数值会有较大的变化，如果有触摸动作，进入第四步骤；

第四步骤：判断定时器TIMER0溢出标志位是否等于1,如果是，进入第五步骤；

第五步骤：读取计数器TIMER1的计数值；

第六步骤；判断触摸是否为有效触摸，如果是，输出判断结果后进入第七步骤，如果否，进入第七步骤；

第七步骤：启动下一次检测；

第八步骤，重启定时器TIMER0，清除TIMER0标志位，计数器TIMER1清零。

上述第三步骤的具体子步骤为：处理模块对计数器TIMER1计数值连续采样，把当前读取出来的计数值与读取到的前面相邻的计数值进行线性平均，得到一个滑动平均值，读取当前计数值，并将前一次滑动平均值和触摸阈值的差值与当前计数值进行比较，当当前计数值小于前一次滑动平均值和触摸阈值的差值时，则判断触摸动作发生。

例如：用变量average表示从计数器TIMER1中读取之前采样值的滑动平均值，raw表示当前的传感计数值，trip表示触摸阈值，则average(n+1)＝(average(n)+raw)，直到检测raw<average-trip，确定按键被按下。假设无触摸动作发生时，传感振荡器在固定时基下，计数器TIMER1的计数值是12000，此时average和raw的值都是12000，将触摸阈值trip设定为1000，当发生触摸动作是，raw值变为10000，而average值仍为12000，由于1000<12000-10000，表示有触摸动作发生。

上述第六步骤的具体子步骤为：中央控制单元在监视时间T2内对触摸动作进行监视，触摸动作在监视时间T2内需要释放，监视到有释放动作，触摸动作有效，监视到无释放动作，则触摸无效。在T2时间内，处理模块中计算得到的滑动平均值若一直保持不变，则判断触摸动作无效，否则，判断触摸动作有效。

通常情况下，不同的触摸按键在材料、形状、大小等方面存在差异，会导致传感电容值存在较大的差异，对于相同的触摸按键，高功耗模式下可以得到更改的传感振荡频率，低功耗模式下得到的传感振荡频率较低。用户可以根据需要结合功耗模式设置合理的固定时基和触摸阈值，避免同一电路使用不同触摸按键出现触摸失灵的现象，更具备实用性。

一种片内集成电容触摸传感装置实现片内集成，电容触摸传感振荡器部分采用高低两种功耗模式，满足更广泛的触摸使用环境，振荡器部分与中央控制单元直接连接，与现有技术相比，减少其他外部电子元件，成本低，对中央控制单元进行简单配置即可实现触摸按键的检测以及触摸按键灵敏度的调节。

一种片内集成电容触摸传感装置的实现方法，采用高频率算法，对判断触摸动作定期唤醒，实现低功耗应用，对中央控制单元进行简单配置即可实现触摸按键的检测以及触摸按键灵敏度的调节。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种片内集成电容触摸传感装置，其特征在于，其包括传感电容、电容触摸传感振荡器和中央控制单元，所述中央控制单元分别与传感电容和电容触摸传感振荡器连接，所述传感电容与电容触摸传感振荡器连接，所述电容触摸传感振荡器包括高功耗电容触摸传感振荡器和低功耗电容触摸传感振荡器，其中，所述低功耗电容触摸传感振荡器包括第三偏置电流源(I3)、第四偏置电流源(I4)、第五偏置电流源(I5)、第六偏置电流源(I6)和第二SR锁存器(SR2)，所述低功耗电容触摸传感振荡器还包括第三PMOS晶体管(M3)、第四NMOS晶体管(M4)、第五NMOS晶体管(M5)和第六NMOS晶体管(M6)，所述第三PMOS晶体管(M3)的栅极与第四NMOS晶体管(M4)的栅极连接，所述第三PMOS晶体管(M3)的源极连接电源电压，所述第三PMOS晶体管(M3)的漏极与第三偏置电流源(I3)的输入端连接，所述第三偏置电流源(I3)的输出端与第四偏置电流源(I4)的输入端连接，所述第四偏置电流源(I4)的输出端与第四NMOS晶体管(M4)的漏极连接，所述第四NMOS晶体管(M4)的源极连接电源地，所述第三偏置电流源I3)与第四偏置电流源(I4)的连接节点分别与传感电容的一端、第五NMOS晶体管(M5)的栅极连接，所述传感电容的另一端接电源地，所述第五偏置电流源(I5)的输入端连接电源电压，所述第五偏置电流源(I5)的输出端分别与第五NMOS晶体管(M5)的漏极、第二SR锁存器(SR2)的S输入端连接，所述第五NMOS晶体管(M5)的源极连接电源地，所述第五NMOS晶体管(M5)的栅极还与第六NMOS晶体管(M6)的栅极连接，所述第六偏置电流源(I6)的输入端连接电源电压，所述第六偏置电流源(I6)的输出端与第六NMOS晶体管(M6)的漏极连接，所述第六NMOS晶体管(M6)的源极连接电源地，所述第六NMOS晶体管(M6)的漏极与第三非门(A3)的输入端连接，所述第三非门(A3)的输出端与第二SR锁存器(SR2)的R输入端连接，所述第二SR锁存器(SR2)包括第一或非门(N1)和第二或非门(N2)，所述第一或非门(N1)的第一输入端作为第二SR锁存器(SR2)的S输入端，所述第一或非门(N1)的第二输入端与第二或非门(N2)的输出端连接，所述第二或非门(N2)的第一输入端与第一或非门(N1)的输出端连接，所述第二或非门(N2)的第二输入端作为第二SR锁存器(SR2)的R输入端，所述第一或非门(N1)的输出端还分别与第三PMOS晶体管(M3)的栅极和第四NMOS晶体管(M4)的栅极连接，所述第二或非门(N2)的输出端输出第二振荡频率。

2.根据权利要求1所述的一种片内集成电容触摸传感装置，其特征在于，所述传感装置还包括FVR模块和DAC模块，所述中央控制单元分别与FVR模块和DAC模块连接，所述FVR模块用于输出第一参考电压(VFVR)，所述DAC模块用于输出第二参考电压(VDAC)。

3.根据权利要求1所述的一种片内集成电容触摸传感装置，其特征在于，所述传感装置还包括定时/计数模块，所述定时/计数模块包括定时器(TIMER0)和计数器(TIMER1)，所述电容触摸传感振荡器的输出端与定时/计数模块的输入端连接，所述中央控制单元与定时/计数模块连接。

4.根据权利要求1所述的一种片内集成电容触摸传感装置，其特征在于，所述中央控制单元包括处理模块和寄存器，所述处理模块用于处理数据，所述寄存器用于存储数据、还用于控制切换传感电容与低功耗电容触摸传感振荡器连接或者与高功耗电容触摸传感振荡器连接。

5.根据权利要求2所述的一种片内集成电容触摸传感装置，其特征在于，所述高功耗电容触摸传感振荡器包括比较器、第一偏置电流源(I1)和第二偏置电流源(I2)，所述比较器是三端输入比较器，所述比较器包括第一比较器(C1)和第二比较器(C2)，所述高功耗电容触摸传感振荡器还包括第一PMOS晶体管(M1)、第二NMOS晶体管(M2)、第一非门(A1)、第二非门(A2)和第一SR锁存器(SR1)，所述第一PMOS晶体管(M1)的栅极与所述第二NMOS晶体管(M2)的栅极连接，所述第一PMOS晶体管(M1)的源极连接电源电压，所述第一PMOS晶体管(M1)的漏极与第一偏置电流源(I1)的输入端连接，所述第一偏置电流源(I1)的输出端与第二偏置电流源(I2)的输入端连接，所述第二偏置电流源(I2)的输出端与第二NMOS晶体管(M2)的漏极连接，所述第二NMOS晶体管(M2)的源极连接电源地，所述第一偏置电流源(I1)和第二偏置电流源(I2)的连接节点分别与所述传感电容的一端、第一比较器(C1)的反相输入端、第二比较器(C2)的反相输入端连接，所述传感电容的另一端接电源地，所述第一比较器(C1)的反相输入端与第二比较器(C2)的反相输入端连接，所述第一比较器(C1)的正相输入端接收所述FVR模块输出的第一参考电压(VFVR)，所述第二比较器(C2)的正相输入端接收所述DAC模块输出的第二参考电压(VDAC)，所述第一比较器(C1)的输出端分别连接第一SR锁存器(SR1)的S输入端和第二非门(A2)的输入端，所述第二比较器(C2)的输出端分别连接第一SR锁存器(SR1)的S输入端和第二非门(A2)的输入端，所述第二非门(A2)的输出端与第一SR锁存器(SR1)的R输入端连接，所述第一SR锁存器(SR1)的Q输出端输出第一振荡频率，所述第一SR锁存器(SR1)的Q输出端分别与第一PMOS晶体管(M1)的栅极、第二NMOS晶体管(M2)的栅极、第二比较器的使能输入端(EN2)、第一非门(A1)的输入端连接，所述第一非门(A1)的输出端与第一比较器的使能输入端(EN1)连接。

6.根据权利要求5所述的一种片内集成电容触摸传感装置，其特征在于，所述比较器为正相输入端和反相输入端均采用耗尽型NMOS管的比较器。

7.一种片内集成电容触摸传感装置的实现方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1至6任一项所述的一种片内集成电容触摸传感装置，所述方法包括高/低功耗电容触摸传感振荡器切换步骤与判断有效触摸步骤：

所述高/低功耗电容触摸传感振荡器切换步骤具体为：根据触摸环境需要，利用中央控制单元切换选择高功耗电容触摸传感振荡器工作模式或者低功耗电容触摸传感振荡器工作模式；

所述判断有效触摸步骤具体为：通过中央控制单元在特定时间内多次采集传感电容的触摸和释放情况，判断是否为有效触摸信号。

8.根据权利要求7所述的一种片内集成电容触摸传感装置的实现方法，其特征在于，所述判断有效触摸步骤具体包括子步骤：S1：电容初始化时，即无触摸动作发生时，传感电容有对应的基本电容值，定时器设定固定时基，计数器(TIMER1)设定触摸阈值，定时器开始计时，中央控制单元设定监视时间，电容触摸传感振荡器检测传感电容值是否发生变化；

S2：当发生触摸动作时，传感电容值发生变化，电容触摸传感振荡器输出的振荡频率随着传感电容值的变化而产生变化，中央控制单元动作判断发生触摸动作。

9.根据权利要求8所述的一种片内集成电容触摸传感装置的实现方法，其特征在于，所述S2包括子步骤：

S21：当定时器溢出标志位时，处理模块读取计数器(TIMER1)计数值，处理模块对计数器(TIMER1)计数值连续采样，把当前读取出来的计数值与读取到的前面相邻的计数值进行线性平均，得到一个滑动平均值，读取当前计数值，并将滑动平均值和触摸阈值的差值与当前计数值进行比较，当当前计数值小于滑动平均值和触摸阈值的差值时，则判断触摸动作发生；

S22：判断触摸动作发生后，中央控制单元在监视时间内对触摸动作进行监视，若在监视时间内监视到释放动作，则判断触摸动作有效，否则，判断触摸动作无效；

S23：确定触摸动作有效后，重启定时器，清除标志位，计数器(TIMER1)清零，返回步骤S1。