CN107659289B - 使用于电容感测之类比前端电路的可程序化带通滤波电路 - Google Patents

使用于电容感测之类比前端电路的可程序化带通滤波电路 Download PDF

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Abstract

本发明是公开一种使用于电容感测之类比前端电路的可程序化带通滤波电路，可程序化带通滤波电路包含一运算放大器、一输入电阻、一回授电阻、一回授电容，运算放大器具有一第一输入端、一第二输入端及一输出端，第一输入端耦接至参考电位，输入电阻具有一第一端耦接至一感测电容值及一第二端耦接至运算放大器之第二输入端，回授电阻耦接于运算放大器之第二输入端与运算放大器之输出端之间，以及回授电容耦接于运算放大器之第二输入端与运算放大器之输出端之间。

Description

使用于电容感测之类比前端电路的可程序化带通滤波电路
技术领域
本发明是关于一种电容感测机制，尤指一种使用于电容感测之类比前端电路的可程序化带通滤波电路。
背景技术
一般而言，传统的电容感测机制系分别采用一可程序化增益放大器及一反锯齿滤波器，以执行将一感测电容之电容值转换为一电压值以及执行反锯齿的操作，然而，这样的电路成本相对较高。此外，传统的电容感测机制也可能会产生模糊效应的现象，造成被触控之感测单元(touched cell)邻近的未被触控之感测单元(non-touched cell)的电容值亦有可能增加的现象而误判。
发明内容
因此本发明之目的之一在于提供一种使用于电容感测之一类比前端电路的可程序化带通滤波电路，以解决传统电容感测机制的问题。
根据本发明之实施例，其系揭露了一种使用于电容感测之类比前端电路的可程序化带通滤波电路。可程序化带通滤波电路包含一运算放大器、一输入电阻、一回授电阻、一回授电容，运算放大器具有一第一输入端、一第二输入端及一输出端，第一输入端耦接至参考电位，输入电阻具有一第一端耦接至一感测电容值及一第二端耦接至运算放大器之第二输入端，回授电阻耦接于运算放大器之第二输入端与运算放大器之输出端之间，以及回授电容耦接于运算放大器之第二输入端与运算放大器之输出端之间。
此外，根据本发明之实施例，另揭露了一种使用于电容感测之类比前端电路的可程序化带通滤波电路，可程序化带通滤波电路包含一运算放大器、一回授电阻、一回授电容及一分流电路，运算放大器具有一第一输入端、一第二输入端及一输出端，第一输入端耦接至参考电位，第二输入端耦接至感测电容值，回授电阻耦接于运算放大器之第二输入端与运算放大器之输出端之间，回授电容耦接于运算放大器之第二输入端与运算放大器之输出端之间，分流电路具有一第一端耦接于运算放大器之第二输入端与感测电容值之间及具有一第二端耦接至参考电位，其用以降低位于运算放大器之第二输入端之一讯号的电压振幅。
此外，根据本发明之实施例，另揭露了一种使用于电容感测之类比前端电路的可程序化带通滤波电路，可程序化带通滤波电路包含一运算放大器、一回授电阻、一回授电容、一电压缓冲电路、一分流电阻。运算放大器具有一第一输入端、一第二输入端及一输出端，第一输入端耦接至参考电位，第二输入端耦接至感测电容值，回授电阻耦接于运算放大器之第二输入端与运算放大器之输出端之间，回授电容耦接于运算放大器之第二输入端与运算放大器之输出端之间，电压缓冲电路耦接至参考电位并用以缓冲并输出参考电位，分流电阻具有一第一端耦接于运算放大器之第二输入端与感测电容值之间以及具有一第二端耦接至电压缓冲电路之输出端以耦接至缓冲后的参考电位。
根据以上实施例，该可程序化带通滤波电路可兼具根据感测电容值产生对应电压值、高通滤波及低通滤波的功能与操作，使类比前端电路的电路面积尺寸较小，并通过分流电路来降低一般电容感测机制可能造成之模糊效应的现象及增加讯号的动态处理范围。若分流电路采用分流电阻与电压缓冲电路之作法并通过另一运算放大器来实现电压缓冲电路，电路成本也会较小并且系统效能也会相对稳定。
附图说明
图1为本发明之一实施例使用于一电容值侦测领域之类比前端电路的电路示意图。
图2为图1所示之可程序化带通滤波电路之另一实施例的电路示意图。
图3为图1所示之可程序化带通滤波电路之另一实施例的电路示意图。
图4为图1所示之可程序化带通滤波电路之另一实施例的电路示意图。
图5为图3所示之可程序化带通滤波电路之实施例应用于自容感测及互容感测的电路示意图。
图6为图1所示之可程序化带通滤波电路之另一实施例的电路示意图。
附图标号说明：
100 类比前端电路
101 触控面板
102 数位后端电路
105 可程序化带通滤波电路
106 分流电路
107 电压缓冲电路
110 类比数位转换器
Cm、Ci1、Cs 电容
Cf 回授电容
Rf 回授电阻
Ri、Ri1、Rs 电阻
OP1、OP2 运算放大器
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
图1为本发明之一实施例使用于一电容值侦测领域之类比前端电路100的电路示意图。类比前端电路100包括一可程序化带通滤波电路(Programmable Band-Pass Filter,PBPF)105以及一类比数位转换器110，可程序化带通滤波电路105耦接于一触控面板101与一数位后端电路102，其整合兼具有根据一感测电容值产生一对应电压值、高通滤波及低通滤波的功能与操作，因此相较传统的机制来说，本案之类比前端电路100的电路面积尺寸较小。类比前端电路100的输入端系耦接至触控面板101而其输出端系耦接至数位后端电路102，触控面板101可执行自容感测及/或互容感测来侦测使用者的触控操作，可程序化带通滤波电路105系用以耦接于触控面板101所形成之自容及/或互容，以侦测出使用者的触控事件，可程序化带通滤波电路105可根据所形成之自容值及/或互容值来产生对应的电压讯号，并通过高通滤波的功能以滤除该电压讯号中的低频噪声成份、以及通过低通滤波的功能以滤除其高频噪声成份以减小或避免讯号中存在反锯齿(anti-aliasing)的现象，之后可程序化带通滤波电路105所产生之类比输出讯号由类比数位转换器110转换为一数位输出讯号，后续的数位后端电路102可根据该数位输出讯号进行讯号处理。
实作上，可程序化带通滤波电路105包括一运算放大器OP1、电阻Ri、回授电容Cf、回授电阻Rf，举例来说，在互容感测模式，输入讯号Vin为一驱动讯号，而电容Cm为因应于使用者的触控事件而产生形成之互容值(然此并非本案的限制，可程序化带通滤波电路105亦可于自容感测模式时因应于所形成之自容值来执行对应的操作与功能)，所形成之电容Cm耦接于输入讯号Vin与电阻Ri之间，电阻Ri耦接于运算放大器OP1之反向输入端与电容Cm之间，运算放大器OP1之正向输入端系耦接于一参考电位Vref，回授电容Cf、回授电阻Rf均分别耦接于运算放大器OP1之反向输入端与其输出端之间，运算放大器OP1于其输出端产生输出讯号Vout至类比数位转换器110，可程序化带通滤波电路105的频率响应、转角频率Fc1、Fc2可表示如下：
Figure BDA0001059063160000041
Figure BDA0001059063160000042
Figure BDA0001059063160000043
此外，于另一实施例中，可程序化带通滤波电路可另设置并包括一低通滤波电路以增加滤波器本身的锐利度(sharpness)。图2为图1所示之可程序化带通滤波电路105之另一实施例的电路示意图。可程序化带通滤波电路105包括运算放大器OP1、电阻Ri、回授电容Cf、回授电阻Rf以及电阻Ri1、电容Ci1，举例来说，在互容感测模式，输入讯号Vin为一驱动讯号，而电容Cm为因应于使用者的触控事件而产生形成之互容值(然此并非本案的限制，可程序化带通滤波电路105亦可于自容感测模式时因应于所形成之自容值来执行对应的操作与功能)，所形成之电容Cm耦接于输入讯号Vin与电阻Ri1之间，电阻Ri1、电容Ci1形成一低通滤波器架构，该低通滤波器架构的输出端(亦即电阻Ri1、电容Ci1之间的节点)耦接至电阻Ri，电阻Ri耦接于运算放大器OP1之反向输入端与电容Cm之间，运算放大器OP1之正向输入端系耦接于一参考电位Vref，回授电容Cf、回授电阻Rf均分别耦接于运算放大器OP1之反向输入端与其输出端之间，运算放大器OP1于其输出端产生输出讯号Vout至类比数位转换器110。
此外，于其他实施例中，前述之回授电容Cf的容值及/或回授电阻Rf的阻值均为可变的或可程序化的(programmable)，可因应于不同的驱动讯号的频率，通过回授电容Cf之可程序化的容值可适应性地调整或改变可程序化带通滤波电路105的带通频带以及类比前端电路100的增益值大小，而通过回授电阻Rf之可程序化的阻值亦可适应性地调整或改变可程序化带通滤波电路105的带通频带以及类比前端电路100的增益值大小。
再者，在其他实施例中，可程序化带通滤波电路可另采用一分流电路(shuntcircuit)，以增进其讯号的动态处理范围(dynamic range)及降低模糊效应(smearingeffect)的影响。图3为图1所示之可程序化带通滤波电路105之另一实施例的电路示意图。图3之可程序化带通滤波电路105包括运算放大器OP1、电阻Ri、回授电容Cf、回授电阻Rf以及一分流电路106，举例来说，电容感测的模糊效应系指在被触控之感测单元邻近的未被触控之感测单元的电容值亦有可能增加的现象，本案系通过采用分流电路106以解决此一问题。实作上，于本实施例中，分流电路106包括有一电阻Rs以及一电压缓冲电路107(可由运算放大器OP2所实现，但不限定，例如亦可由MOSFET金属氧化物半导体场效晶体管或BJT双极电极体所实现)，电阻Rs之第一端耦接于电容Cm与电阻Ri之间，其第二端耦接至运算放大器OP2的输出端，电压缓冲电路107系用以缓冲并输出参考电位Vref至电阻Rs的第二端，运算放大器OP2之非反向输入端耦接于参考电位Vref，其反向输入端耦接于该运算放大器OP2的输出端。需注意的是，分流电路106并不会影响可程序化带通滤波电路105之频率响应的极点大小，此外，通过运算放大器OP2来实现电压缓冲电路107的功能与操作可具有低电路成本及稳定系统效能的优点。
此外，分流电路106亦可简单采用一阻抗元件来实现。图4为图1所示之可程序化带通滤波电路105之另一实施例的电路示意图。图4之可程序化带通滤波电路105包括运算放大器OP1、电阻Ri、回授电容Cf、回授电阻Rf以及一分流电路106，实作上，简单来说，分流电路106可直接利用一阻抗元件(例如电阻Rs)来实现。电阻Rs之第一端耦接于电容Cm与电阻Ri之间，其第二端耦接至参考电位Vref。
此外，图3所示之包括分流电路106的可程序化带通滤波电路105亦可于自容感测模式中侦测自容值及/或于互容感测模式中侦测互容值，请参照图5，图5为图3所示之可程序化带通滤波电路105之实施例应用于自容感测及互容感测的电路示意图，其中Cs为一触控面板因应于一使用者触控事件所形成之一自容值。
再者，可程序化带通滤波电路105亦可设计为包括有分流电路106而不包括输入电阻Ri的架构，请参照图6，图6为图1所示之可程序化带通滤波电路105之另一实施例的电路示意图；其他电路元件的操作与说明均同于上述，为省略篇幅，不再赘述。
以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。

Claims (9)

1.一种使用于电容感测之一类比前端电路的可程序化带通滤波电路，其特征在于，包含有：
一运算放大器，具有一第一输入端、一第二输入端及一输出端，该第一输入端耦接至一参考电位；
一输入电阻，具有一第一端耦接至一感测电容值及一第二端耦接至该运算放大器之该第二输入端；
一回授电阻，耦接于该运算放大器之该第二输入端与该运算放大器之该输出端之间；
一回授电容，耦接于该运算放大器之该第二输入端与该运算放大器之该输出端之间；以及
一分流电路，具有一第一端耦接于该输入电阻与该感测电容值之间及具有一第二端耦接至该参考电位，用以降低位于该第一端之一讯号的电压振幅，
其中，该分流电路包含有：
一电压缓冲电路，耦接至该参考电位，用以缓冲并输出该参考电位；以及
一分流电阻，具有一第一端耦接至该输入电阻与该感测电容值之间以及具有一第二端耦接至该电压缓冲电路之一输出端以耦接至该缓冲后之参考电位。
2.如权利要求1所述之可程序化带通滤波电路，其特征在于，其另包含：
一低通滤波电路，包括：
一第一电阻，具有一第一端耦接至该感测电容值及一第二端耦接至该输入电阻；以及
一第一电容，具有一第一端耦接至该第一电阻之该第二端及具有一第二端耦接至一接地准位。
3.如权利要求1所述之可程序化带通滤波电路，其特征在于，其中该电压缓冲电路为一放大器电路。
4.如权利要求1所述之可程序化带通滤波电路，其特征在于，其中该分流电路包含有：
一分流电阻，具有一第一端耦接至该输入电阻与该感测电容值之间以及具有一第二端耦接至该参考电位。
5.如权利要求1所述之可程序化带通滤波电路，其特征在于，其中该感测电容值系一自容值及/或一互容值。
6.如权利要求1所述之可程序化带通滤波电路，其特征在于，其中该回授电阻具有一可程序化之电阻值。
7.如权利要求1所述之可程序化带通滤波电路，其特征在于，其中该回授电容具有一可程序化之电容值。
8.一种使用于电容感测之一类比前端电路的可程序化带通滤波电路，其特征在于，包含有：
一运算放大器，具有一第一输入端、一第二输入端及一输出端，该第一输入端耦接至一参考电位，该第二输入端耦接至一感测电容值；
一回授电阻，耦接于该运算放大器之该第二输入端与该运算放大器之该输出端之间；
一回授电容，耦接于该运算放大器之该第二输入端与该运算放大器之该输出端之间；
一电压缓冲电路，耦接至该参考电位，用以缓冲并输出该参考电位；以及
一分流电阻，具有一第一端耦接于该运算放大器之该第二输入端与该感测电容值之间以及具有一第二端耦接至该电压缓冲电路之一输出端以耦接至该缓冲后之参考电位。
9.如权利要求8所述之可程序化带通滤波电路，其特征在于，其中该电压缓冲电路为一放大器电路。
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