CN109164946B - 用于触敏屏的电容性放电电路 - Google Patents

Abstract

一种用于触敏屏的电容性放电电路。该电容性放电电路包括：具有电容的线路、包括电容器的开关电容器电路、耦合至线路的开关电路、以及耦合在开关电容器电路与开关电路之间的电压调节器电路。控制器操作开关电容器电路和开关电路以在第一阶段中通过在共模节点和电源节点之间耦合电容器而向电容器充电，以及在第二阶段中通过将电压调节器与电容器串联耦合在电源节点和地节点之间而对电容器放电。控制器还被配置为在第三阶段中通过在共模节点和电源节点之间耦合电容器而对电容器充电，以及在第四阶段中通过将电压调节器和电容器串联耦合在线路和地节点之间而在线路和电容器之间分享电荷。

Description

用于触敏屏的电容性放电电路

本申请是于2015年09月23日提交的、申请号为201510612762.1、发明名称为“用于触敏屏的电容性放电电路”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开涉及电容放电领域，并且更具体地涉及与触敏屏相关联的寄生电容放电的领域。

背景技术

诸如平板电脑和智能电话这样的手持式电子设备当前在全世界广泛使用。这些手持式电子设备现在能够执行与膝上型或台式计算机相同的大多数功能，并且同样地它们所执行的软件复杂性也增长。此外，大多数这样的设备利用触敏屏作为主输入设备，并且当前所采用的软件除了利用轻击和重击之外还可以利用在屏幕上做出的复杂手势作为输入命令。

因为需要识别这些输入的精度，因此最大化触敏屏的动态范围和灵敏度是有帮助的。为此，对在触敏屏电路中的寄生电容放电是有帮助的。虽然对这些寄生电容放电的方法是已知的，但这些方法包括使用源发电流的晶体管，并且因此遭受了执行该功能的晶体管所固有的闪烁噪声的影响。

因此，需要对触摸屏的寄生电容放电的新方法。

发明内容

提供本发明内容以引入以下详细说明书中进一步描述的概念的选择。本发明内容并非意在标识所请求保护主题的关键或必要特征，也并非意在用作辅助限定所请求保护主题的范围。

根据本公开，一种电容性放电电路可以包括：具有与其相关联的电容的线路、以及包括电容器的开关电容器电路。此外，开关电路可以耦合至线路，并且电压调节器电路可以耦合在开关电容器电路与开关电路之间。此外，控制器可以被配置为操作开关电容器电路和开关电路。控制器可以操作以在第一阶段中通过在共模节点和电源节点之间耦合电容器而对电容器充电。控制器可以附加地操作以在第二阶段中通过将电压调节器电路与电容器串联耦合在电源节点和地节点之间而对电容器放电。控制器也可以操作以在第三阶段中通过在共模节点和电源节点之间耦合电容器而对电容器充电。控制器可以进一步操作以在第四阶段中通过在线路和地节点之间串联耦合电压调节器电路和电容器而在线路与电容器之间分享电荷。

另一方面涉及电子设备。该电子设备可以包括触敏显示器，以及耦合至触敏显示器的输入线。电子设备也可以包括电压调节器电路，以及具有第一端子和第二端子的电容器。第一开关电路可以具有耦合至电压调节器电路的输入端和耦合至共模节点的输入端以及耦合至电容器的第一端子的输出端。第二开关电路可以具有耦合至电源节点的输入端和耦合至地节点的输入端以及耦合至电容器的第二端子的输出端。第三开关电路可以具有耦合至输入线的输入端和耦合至电源节点的输入端以及耦合至电压调节器电路的输出端。

方法方面涉及一种对线路上的电容放电的方法。该方法可以包括，在第一阶段中通过在共模节点和电源节点之间耦合电容器而对电容器充电。在第二阶段中，可以通过将电压调节器电路与电容器串联耦合在电源节点和地节点之间而对电容器放电。在第三阶段中，可以通过在共模节点和电源节点之间耦合电容器而对电容器充电。在第四阶段中，可以通过在线路和地节点之间串联耦合电压调节器电路和电容器而在线路和电容器之间分享电荷。

附图说明

图1是根据本公开的电子设备的示意性框图。

图2是图1的电子设备的示例性信道的示意性框图。

图3是图2的放电电路的示意性框图。

图4是图3的放电电路的操作的时序图。

图5是图2的放电电路的备选配置的示意性框图。

具体实施方式

以下将描述本公开的一个或多个实施例。这些所述实施例仅是当前所公开技术的示例。附加地，为了提供简明的描述，可以在说明书中不描述实际实施方式的所有特征。应该知晓的是，在任何该实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目计划中，可以做出大量实施方式特定的决策以实现开发者的特定目标，诸如与系统相关和商业相关约束的兼容，其可以随着实施方式而改变。此外，应该知晓的是，该研发努力可以是复杂且耗时的，但是然而对于受益于本公开的本领域技术人员而言可以是设计、制造和加工的例行程序。

当引入本公开的各个实施例的元素时，冠词“一”、和“该”旨在意味着存在一个或多个元素。术语“包括”、“包含”和“具有”意在为包括性的并且意味着除了所列元件之外可以存在附加的元件。

初始地参照图1，现在描述电子设备100。电子设备100可以是任何类型的电子设备，例如诸如智能电话、平板电脑或智能手表。电子设备100包括触敏屏102，其采用电容性感测以检测与其接触(或邻近接触，也即悬停)的诸如手指或触控笔这样的物体。如本领域技术人员应理解的，触敏屏102包括用于前述感测的电容性感测层，并且该层包括多个交叉感测线路，示意性为X0-X3线路和Y0-Y3线路。各个线路X0-X3、Y0-Y3分别耦合至触摸屏控制器104的感测信道106a-d。触摸屏控制器104包括耦合至感测信道106a-d的数字处理器108，其使用由在物体与各个线路X0-X3、Y0-Y3之间的信道106a-d检测的电容以最终确定物体在触敏屏102上的位置。

现在参照图2，给出了对信道106a-d的进一步细节。如所示，每个信道106a-d包括X线路和Y线路，每次它们中的一个可以经由线路201和开关202、203而耦合至信道。当给定X或Y线路耦合至其相应信道以便于促进邻近给定X或Y线路的触摸感测时，由于在线路201和地之间的寄生电容而在线路201上建立起电荷。

模拟处理器250耦合至线路201以如本领域技术人员所理解的那样处理线路上的信号，并且模拟至数字转换器(ADC)255耦合至模拟处理器250以将经处理的信号转换至数字域以由如上所述(图1的)数字处理器108所使用。为了防止对触摸或重击的错误寄存、将轻击误判为重击、以及不准确的触摸感测，在线路上的信号到达模拟处理器250之前对线路201上的寄生电容中的电荷放电是有用的。因此，放电电路200耦合至线路201，并且用于对寄生电容放电。

现在将参照图3描述放电电路200。放电电路200包括具有耦合至线路201的输入节点203的开关电路208。电容器C0被示出在线路201上以表示线路201的寄生电容。开关电路208包括一对开关S3、S4，其可以将线路201耦合至电压调节器209，或者可以将电压调节器209耦合至电源Vcc。电压调节器电路209串联耦合在开关电路208的输出节点205和开关电容器电路202的输入节点207之间。

电压调节器电路209示意性地包括运算放大器210，具有耦合至共模电压Vcm的输入端以及耦合至开关电容器电路202的输入节点207的输入端，以及耦合至晶体管M1栅极的输出端。晶体管M1具有在开关电路208的输出节点205处耦合至开关电路208的源极，以及在开关电容器电路202的输入节点207处耦合至开关电容器电路202的漏极。在操作中，电压调节器209用于将在至开关电容器电路202的输入节点207处的电压Vs维持等于Vcm。特别地，放大器210将共模电压Vcm与在至开关电容器电路202的输入节点207处的电压Vs作比较，并且基于Vcm和Vs之间的差值而向M1的栅极输出控制信号。作为栅极上控制信号的结果，通过晶体管M1的电流与Vcm和Vs之间的差值成比例，使得当Vcm和Vs相等时晶体管M1不允许电流流过。

开关电容器电路202包括具有小于线路电容C0的电容的电容器C1，并且包括第一开关电路204和第二开关电路206。第一开关电路204耦合在输入节点207和电容器C1的第一端子之间，并且第二开关电路206耦合至电容器C1的第二端子。第一开关电路204包括可以将电容器C1的第一端子耦合至输入节点207或者耦合至共模电压Vcm的开关S1、S2，并且第二开关电路206包括可以将电容器C1的第二端子耦合至电源Vcc或耦合至地GND的开关S5、S6。

控制器212耦合至开关电路208和开关电容器电路202，并且操作这些电路以便于对由于寄生电容而在线路201上产生的电荷放电。现在将参照图4的时序图详细描述该操作。

在第一阶段中，控制器212操作开关电容器电路202的开关S1、S2、S5、S6以便于通过在共模电压Vcm和电源电压Vcc之间耦合电容器C1而对电容器C1充电。如图4的时序图中所示，这是通过接通开关S1、S6并断开开关S2、S5来完成的。

接着，在第二阶段中，控制器212操作开关S1、S2以便于通过将电压调节器电路209耦合至电容器C1的第一端子、并且将电容器C1的第二端子耦合至地GND而对电容器C1放电。如图4的时序图中所示，这是通过接通开关S2、S5并断开开关S1、S6来实现的。

应该注意的是，在这些第一阶段和第二阶段期间，当开关S4断开时开关S3接通。这些阶段的目的在于通过在晶体管M1和运算放大器210之间的反馈回路而启动电流流动。通过对电容器C1充电和随后对电容器C1放电，电流汇集通过晶体管M1，由此产生电压Vs。

这些第一阶段和第二阶段的单个性能可能不足以使得电压Vs升高以与共模电压Vcm匹配。因此，第一阶段和第二阶段可以依次重复，直至至开关电容器电路202的输入节点207处的电压Vs匹配Vcm。如图4的时序图中所示，第一阶段和第二阶段每个被执行两次，但是应该注意的是在一些应用中，这些阶段可以被执行一次，或者可以被执行多于两次。控制器212可以简单地执行第一阶段和第二阶段给定次数以得到匹配Vcm的电压Vs，或者可以采用比较电路以比较Vs和Vcm，并且可以基于Vs不在Vcm阈值内而执行第一和第二阶段的附加实例。

接着，执行第三阶段。在该第三阶段中，控制器212操作开关S1、S2、S5、S6以便于通过在共模电压Vcm和电源电压Vcc之间耦合电容器C1而对电容器C1充电。虽然图4的时序图指示了开关S1、S2、S5、S6与在第一阶段期间处于相同位置，但在该第三阶段期间，开关S3、S4处于与第一阶段的位置相反的位置。也即，在该第三阶段期间，当开关S3断开时开关S4接通。完成这以减少开关S3、S4的开关切换以减小注入至电容器C0的电荷。在第三阶段期间，C0上的电荷可以数学表达为：

Q0＝V0*C0

并且C1上的电荷可以数学表达为：

Q1＝(Vcm-Vcc)*C1

电容器C0、C1上的总电荷可以因此表达为：

Qtotal＝Q0+Q1＝V0*C0+(Vcm-Vcc)*C1。

在第三阶段之后，执行第四阶段。在该第四阶段中，控制器212操作开关S1、S2、S5、S6以便于通过在电容器C1和线路201之间串联耦合电压调节器电路209而在线路201和电容器C1之间分享电荷，并且通过在线路201和地GND之间串联耦合电压调节器电路209和电容器C1而从电容器C1和线路201释放电荷。如图4的时序图中所示，这是通过接通S2、S5并断开S1、S6而完成的。在第四阶段期间，线路201上的电压V0降低ΔV，作为线路201上的寄生电容被放电的结果。

在第四阶段期间，电容器C0上的电荷可以数学表达为：

Q0＝V0′*C0

以及C1上的电荷可以数学表达为：

Q1＝vs*C1

电容器C0、C1上的总电荷可以因此表达为：

Qtotal＝Q0+Q1＝V0′*C0+Vs*C1

由于电荷守恒，在第三阶段期间和在第四阶段期间的总电荷相等。将这些设置为相等在数学上得到：

V0′*C0+Vs*C1＝V0*C0+(Vcm-Vcc)*C1

因为V0是在第三阶段期间由于寄生电容而在线路201上产生的电压，并且因为V0’是在第四阶段期间由于寄生电容而在线路201上产生的电压，因此放电电压ΔV可以表示为：

AV＝V0-V0′＝(Vcc+Vs-Vcm)*C1/C0

第三阶段和第四阶段的目的是在电容器C0和C1之间分享电荷，并且随后对该电荷放电。为了使得电流汇集通过晶体管M1，并且因此将电荷从电容器C0转移至电容器C1，如所述在第三阶段中对电容器C1充电。在第四阶段期间电容器C1的放电通过晶体管M1汇集了电流，将电荷从线路201转移至电容器C0，并且最终导致电容器C0的放电，以及因此降低了电压V0。

如应该理解的，第三阶段和第四阶段的性能单次可能不足以将电压V0放电至所需水平。第三阶段和第四阶段可以因此重复，直至V0被放电至参考电压，诸如(但是并非必须)地。如图4的时序图中所示，在示例中，第三阶段和第四阶段被重复三次，但是应该注意的是在一些应用中，这些阶段可以被执行少于三次或者多于三次。控制器212可以重复第三阶段和第四阶段给定次数以足以将V0放电至所需水平，或者可以采用比较电路以将V0和参考电压作比较，并且重复第三阶段和第四阶段直至V0匹配或者小于参考电压。备选地，控制器212可以将(图2的)ADC 255的输出与已知值作比较，并且重复第三阶段和第四阶段直至输出匹配或者小于参考值。

在此公开的放电电路200提供了对电容的放电而并不具有由源发或产生电流的晶体管所引起的闪烁噪声的缺点。也即，放电电路200不具有源发或产生电流的任何晶体管。

尽管在开关电路208和开关电容器电路202中所示的开关S1、S2、S3、S4、S5、S6是单刀单掷开关，应该理解的是可以使用其他开关。例如，如图5中所示，开关电路208和开关电容器电路202可以替代地采用单刀双掷开关。如所示，开关电路208包括单刀双掷开关S3/S4，其向开关电路208提供了如上所述的开关S3、S4的功能。也如图所示，开关电容器电路202包括单刀双掷开关S2/S1、S1/S2，其向开关电容器电路202提供了如上所述的开关S1、S2的功能。

尽管已经参照有限数目实施例描述了本公开，受益于本公开的本领域技术人员将知晓可以预见不脱离如在此所公开的本公开范围的其他实施例。因此，本公开的范围应该仅由所附权利要求来限定。

Claims (28)

1.一种电子设备，包括：

输入线，耦合到触摸敏感屏幕的感测电容；

电压调节器电路，具有电源输入节点和调节节点；

电容器，具有第一端子和第二端子；

第一开关电路，具有耦合到所述电压调节器电路的所述调节节点的输入、耦合到共模节点的输入、以及耦合到所述电容器的所述第一端子的输出；

第二开关电路，具有耦合到电源节点的输入、耦合到接地节点的输入、以及耦合到所述电容器的所述第二端子的输出；

第三开关电路，具有耦合到所述输入线的输入、耦合到所述电源节点的输入、以及耦合到所述电压调节器电路的所述电源输入节点的输出；以及

控制器电路，被配置为选择性地驱动所述第一开关电路、所述第二开关电路和所述第三开关电路。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一开关电路包括单刀双掷开关，所述单刀双掷开关具有耦合到所述电压调节器电路的所述调节节点的输入、耦合到所述共模节点的输入、以及耦合到所述电容器的所述第一端子的输出。

3.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一开关电路包括耦合在所述电压调节器电路的所述调节节点与所述电容器的所述第一端子之间的第一开关、以及耦合在所述共模节点与所述电容器的所述第一端子之间的第二开关。

4.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第二开关电路包括单刀双掷开关，所述单刀双掷开关具有耦合到所述电源节点的输入、耦合到所述接地节点的输入、以及耦合到所述电容器的所述第二端子的输出。

5.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第二开关电路包括耦合在所述电源节点与所述电容器的所述第二端子之间的第一开关、以及耦合在所述接地节点与所述电容器的所述第二端子之间的第二开关。

6.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第三开关电路包括单刀双掷开关，所述单刀双掷开关具有耦合到所述输入线的输入、耦合到所述电源节点的输入、以及耦合到所述电压调节器电路的所述电源输入节点的输出。

7.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第三开关电路包括耦合在所述输入线与所述电压调节器电路之间的第一开关、以及耦合在所述电源节点与所述电压调节器电路的所述电源输入节点之间的第二开关。

8.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述电压调节器电路包括：

运算放大器，具有耦合到所述共模节点的第一输入、耦合到所述调节节点的第二输入、以及输出；以及

场效应晶体管，具有耦合到所述电源输入节点的源极端子、耦合到所述调节节点的漏极端子、以及耦合到所述运算放大器的所述输出的栅极端子。

9.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述控制器电路操作为：

在第一阶段中控制所述第一开关电路和所述第二开关电路，以将所述电容器的所述第一端子和所述第二端子分别耦合到所述共模节点和所述电源节点；

在第二阶段中控制所述第二开关电路和所述第三开关电路，以将所述电容器和所述电压调节器电路串联耦合在所述电源节点与所述接地节点之间；

在第三阶段中控制所述第一开关电路和所述第二开关电路，以将所述电容器的所述第一端子和所述第二端子分别耦合到所述共模节点和所述电源节点；以及

在第四阶段中控制所述第二开关电路和所述第三开关电路，以将所述电容器和所述电压调节器电路串联耦合在所述输入线与所述接地节点之间。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其中如果所述调节节点处的电压小于调节器阈值电压，所述控制器电路进一步在执行所述第三阶段和所述第四阶段之前通过重复所述第一阶段和所述第二阶段来进行操作。

11.根据权利要求9所述的电子设备，其中所述控制器电路进一步操作为在进入所述第三阶段之前多次重复所述第一阶段和所述第二阶段。

12.根据权利要求9所述的电子设备，其中所述控制器电路进一步操作为重复所述第三阶段和所述第四阶段，直到所述输入线上的电压小于线阈值电压。

13.根据权利要求9所述的电子设备，其中所述控制器电路进一步操作为重复所述第三阶段和所述第四阶段至少两次。

14.一种电路，包括：

电压调节器电路，具有输入节点和调节节点，其中所述输入节点耦合到具有电容的线路；

电容器，具有第一端子和第二端子；

第一开关电路，具有耦合到所述电压调节器电路的所述调节节点的输入、耦合到共模节点的输入、以及耦合到所述电容器的所述第一端子的输出；

第二开关电路，具有耦合到电源节点的输入、耦合到接地节点的输入、以及耦合到所述电容器的所述第二端子的输出；以及

控制器电路，被配置为选择性地驱动所述第一开关电路和所述第二开关电路。

15.根据权利要求14所述的电路，其中具有所述电容的所述线路是电容性感测面板的感测线。

16.根据权利要求14所述的电路，其中所述电压调节器电路包括：

运算放大器，具有耦合到所述共模节点的第一输入、耦合到所述调节节点的第二输入、以及输出；以及

场效应晶体管，具有耦合到所述输入节点的源极端子、耦合到所述调节节点的漏极端子、以及耦合到所述运算放大器的所述输出的栅极端子。

17.根据权利要求14所述的电路，其中所述控制器电路操作为：

在一个阶段中通过控制所述第一开关电路和所述第二开关电路来对所述电容器充电，以将所述电容器耦合在所述共模节点与所述电源节点之间；以及

在另一个阶段中通过控制所述第一开关电路和所述第二开关电路来在所述电容器与具有所述电容的所述线路之间共享电荷，以将所述电容器耦合在所述调节节点与所述接地节点之间。

18.根据权利要求17所述的电路，其中所述控制器电路进一步操作为重复所述一个阶段和所述另一个阶段，直到具有所述电容的所述线路上的电压小于阈值电压。

19.一种电子系统，包括：

线路，耦合到具有电容的电容性感测面板的感测线；

模拟处理电路，具有耦合到所述线路的输入，所述模拟处理电路被配置为感测所述电容；以及

放电电路，被配置为使所述电容放电，所述放电电路包括：

电压调节器电路，具有输入节点和调节节点，其中所述输入节点耦合到所述线路；

电容器，具有第一端子和第二端子；以及

开关电路系统，被配置为在一个操作阶段期间对所述电容器充电，以及在另一个操作阶段期间将所述电容器连接到所述调节节点以便在所述电容与所述电容器之间共享电荷，

其中所述开关电路系统包括：

第一开关电路，具有耦合到所述电压调节器电路的所述调节节点的输入、耦合到共模节点的输入、以及耦合到所述电容器的所述第一端子的输出；以及

第二开关电路，具有耦合到电源节点的输入、耦合到接地节点的输入、以及耦合到所述电容器的所述第二端子的输出。

20.根据权利要求19所述的电子系统，进一步包括被配置为选择性地驱动所述第一开关电路和所述第二开关电路的控制器电路。

21.根据权利要求20所述的电子系统，其中所述控制器电路操作为：

在所述一个操作阶段中控制所述第一开关电路和所述第二开关电路，以将所述电容器耦合在所述共模节点与所述电源节点之间；以及

在所述另一个操作阶段中控制所述第一开关电路和所述第二开关电路，以将所述电容器耦合在所述调节节点与所述接地节点之间。

22.根据权利要求21所述的电子系统，其中所述控制器电路进一步操作为重复所述一个操作阶段和所述另一个操作阶段，直到所述线路上的电压小于阈值电压。

23.根据权利要求19所述的电子系统，其中所述电压调节器电路包括：

运算放大器，具有耦合到所述共模节点的第一输入、耦合到所述调节节点的第二输入、以及输出；以及

场效应晶体管，具有耦合到所述输入节点的源极端子、耦合到所述调节节点的漏极端子、以及耦合到所述运算放大器的所述输出的栅极端子。

24.一种电路，包括：

电压调节器电路，具有输入节点和调节节点，其中所述输入节点耦合到具有电容的线路；

电容器，具有第一端子和第二端子；以及

开关电路系统，被配置为在一个操作阶段期间对所述电容器充电，以及在另一个操作阶段期间将所述电容器连接到所述调节节点以便在所述电容与所述电容器之间共享电荷，

其中所述开关电路系统包括：

第一开关电路，具有耦合到所述电压调节器电路的所述调节节点的输入、耦合到共模节点的输入、以及耦合到所述电容器的所述第一端子的输出；以及

第二开关电路，具有耦合到电源节点的输入、耦合到接地节点的输入、以及耦合到所述电容器的所述第二端子的输出。

25.根据权利要求24所述的电路，进一步包括被配置为选择性地驱动所述第一开关电路和所述第二开关电路的控制器电路。

26.根据权利要求25所述的电路，其中所述控制器电路操作为：

在所述一个操作阶段中控制所述第一开关电路和所述第二开关电路，以将所述电容器耦合在所述共模节点与所述电源节点之间；以及

在所述另一个操作阶段中控制所述第一开关电路和所述第二开关电路，以将所述电容器耦合在所述调节节点与所述接地节点之间。

27.根据权利要求26所述的电路，其中所述控制器电路进一步操作为重复所述一个操作阶段和所述另一个操作阶段，直到所述线路上的电压小于阈值电压。

28.根据权利要求24所述的电路，其中所述电压调节器电路包括：

运算放大器，具有耦合到所述共模节点的第一输入、耦合到所述调节节点的第二输入、以及输出；以及

场效应晶体管，具有耦合到所述输入节点的源极端子、耦合到所述调节节点的漏极端子、以及耦合到所述运算放大器的所述输出的栅极端子。

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