CN110045861B - 电容检测电路和静电电容传感器设备 - Google Patents

电容检测电路和静电电容传感器设备 Download PDF

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Abstract

提供了一种电容检测电路和一种静电电容传感器设备，所述电容检测电路包括：激励信号源，被配置为提供AC驱动电压以驱动检测电极；高通滤波器，被配置为在低于激励信号源的频率的规定频率区域中使从所述检测电极输入的电流信号衰减之后输出；以及电流信号测量电路，被连接在高通滤波器和激励信号源之间。电流信号测量电路被配置为测量来自高通滤波器的电流信号。高通滤波器包括：第一无源电路元件，被串联连接在检测电极和电流信号测量电路之间；和第二无源电路元件，被串联连接在激励信号源和检测电极与第一无源电极之间的结点之间。

Description

电容检测电路和静电电容传感器设备
技术领域
本公开涉及电容检测电路和静电电容传感器设备。
背景技术
近年来，在智能手机和平板设备的广泛使用的背景下，触摸面板被越来越广泛地视为具有高可用性的用户界面。触摸面板被用于各种电子设备的显示单元。
例如，日本专利申请公开号2015-213273中公开的触摸传感器包括检测电路、转换电路以及检测电路和转换电路之间的连接结点。检测电路具有改变连接结点的电位的功能，并且转换电路具有检测在连接结点处生成的电流的功能。转换电路包括去除DC分量的电容。
提出了一种通过静电力在触摸面板的表面上呈现触觉(tactile sense)的技术。例如，WO2014/002405公开了一种触觉呈现设备，其被配置为在触摸面板的表面上呈现触觉。在WO2014/002405的触觉呈现设备中，多个电极被水平布置，并且在一个时段中，用于检测触摸位置的电压被提供给多个电极，并且在另一个时段中，用于呈现触觉的电压被提供给多个电极。
发明内容
投射型静电电容触摸面板设备的触摸检测电路被配置为通过测量布置在触摸面板中的检测电极的电流信号来识别触摸面板上的指针(例如，手指)的触摸位置。如果检测电极的电流信号具有噪声，则触摸检测电路将不能准确地检测触摸位置。
检测电极的电流信号中的噪声还引起不同于触摸面板设备的静电电容传感器设备的电容检测电路中的问题，所述触摸面板设备诸如触摸开关、触摸板、静电电容型人体接近度传感器以及静电电容型液体检测传感器。因此，寻求一种能够有效降低可能被包括在检测电极的电流信号中的噪声的技术。
本公开的一方面是一种电容检测电路，其测量来自检测电极的电流以便测量检测电极的自电容。电容检测电路包括：激励信号源，其被配置为提供AC驱动电压以驱动检测电极；高通滤波器，其被配置为在低于激励信号源的频率的规定频率区域中使从所述检测电极输入的电流信号衰减之后输出；以及电流信号测量电路，其被连接在高通滤波器和激励信号源之间。电流信号测量电路被配置为测量来自高通滤波器的电流信号。高通滤波器包括：第一无源电路元件，其被串联连接在检测电极和电流信号测量电路之间；和第二无源电路元件，其被串联连接在激励信号源和检测电极与第一无源电极之间的结点之间。
根据本公开的实施例，可以有效地减少可能被包括在检测电极的电流信号中的噪声。要理解的是前面的总体性描述和以下的详细描述两者都是示例性和说明性的，而不是对此公开的限制。
附图说明
图1是示出了本公开的显示设备的配置示例的示意图。
图2示意性地示出了被包括在显示设备10中的触觉呈现触摸面板设备的逻辑配置示例。
图3是示出了触觉呈现触摸面板的示意图。
图4示出了触摸面板驱动器的逻辑配置的一部分的示例。
图5示意性地示出了与检测电极的电流信号的测量有关的触觉呈现触摸面板设备的部分配置。
图6示出了图5的配置的等效电路。
图7示出了图5的配置的等效电路，除了省略了高通滤波器(比较示例1)。
图8是示出了图6和图7的等效电路中噪声源的噪声信号和噪声电流之间的关系的分析结果的曲线图。
图9示出了比较示例2的电路配置。
图10是将比较示例2的滤波器的特性和图5所示的本公开的高通滤波器的特性进行比较的曲线图。
图11示出了比较示例3的电路配置。
图12是将比较示例3的滤波器的特性和图5所示的本公开的高通滤波器的特性进行比较的曲线图。
图13示出了由三个等效电路中的电流检测电路测量到的偏移电流的模拟结果。
图14示出了模拟结果。
图15示出了本公开的另一配置示例的高通滤波器。
图16示出了本公开的另一配置示例的高通滤波器。
图17示出了本公开的另一配置示例的高通滤波器。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来描述此公开的实施例。实施例仅是实现本公开的示例，并不限制本公开的技术范围。图中共有的元件由相同的附图标记来表示。为了清楚解释，附图可夸大元件的尺寸和形状。在每个图中，可以用附图标记指示同类元件的仅一部分。
图1是示出了本公开的显示设备的配置示例的示意图。显示设备10包括：显示面板200，其被配置为显示图像；触觉呈现触摸面板100，其被布置在显示面板200的前侧(用户侧)上；以及显示设备控制器300，其被连接到显示面板200和触觉呈现触摸面板100，并且被配置为控制显示面板200和触摸面板100。
触觉呈现触摸面板100兼作触摸面板以检测触摸表面上的触摸位置，并且兼作呈现与触摸表面接触的手指的触觉的触觉呈现面板。触觉呈现触摸面板100通过在X电极和Y电极之间生成的规定频率下振荡的静电力给手指提供纹理感(texture feeling)。X电极和Y电极既用于检测触摸位置又用于给出纹理感。
显示面板200的示例包括液晶显示面板、OLED(有机发光二极管)显示面板和各种其他类型的显示面板。显示设备控制器300基于从外部输入的图像数据在显示面板200上显示图像。显示设备控制器300控制触摸面板100，使得手指在触觉呈现触摸面板100的触摸表面上的触摸位置被检测到，并且在特定目标区域中呈现该触觉。
图2示意性地示出了被包括在显示设备10中的触觉呈现触摸面板设备15的逻辑配置示例。触觉呈现触摸面板设备15包括触觉呈现触摸面板100和控制触觉呈现触摸面板100的触觉呈现触摸面板控制器350。触觉呈现触摸面板控制器350是显示设备控制器300的一部分。
触觉呈现触摸面板控制器350包括触摸面板驱动器351(触摸检测电路)。触摸面板驱动器351控制X电极X0至Xm和Y电极Y0至Yn的操作，以检测与触摸表面105接触的对象。m和n均为自然数。触摸面板驱动器351是所提供的用于实现触摸面板的功能的电路，该触摸面板的功能是用于使用X电极X0至Xm和Y电极Y0至Yn来检测与触摸表面105接触的对象。
触觉呈现触摸面板控制器350包括用于控制X电极X0至Xm的操作以使触摸表面105呈现纹理感的X电极驱动器352，以及用于控制Y电极Y0至Yn的操作以使触摸表面105呈现纹理感的Y电极驱动器353。
X电极驱动器352和Y电极驱动器353是用于使用X电极X0至Xm和Y电极Y0至Yn在触摸表面105上呈现纹理感的电路。如上所述，X电极X0至Xm和Y电极Y0至Yn兼作用于检测触摸位置的检测电极和用于呈现触觉的触觉呈现电极。
触觉呈现触摸面板控制器350包括连接到多个X电极X0至Xm的开关(SW)354，以及连接到多个Y电极Y0到Yn的开关355。开关354被配置为将X电极中的一些连接到触摸面板驱动器351并且将剩余的X电极连接到X电极驱动器352，或反之亦然。开关355被配置为使得Y电极中的一些被连接到触摸面板驱动器351并且其他Y电极被连接到Y电极驱动器353，或反之亦然。
触觉呈现触摸面板控制器350包括主控制器356。主控制器356被连接到触摸面板驱动器351、X电极驱动器352、Y电极驱动器353、开关354和开关355。主控制器356从触觉呈现触摸面板控制器350的外部接收控制信号，并控制触觉呈现触摸面板控制器350中的相应组件。
触觉呈现触摸面板设备15通过X电极驱动器352和Y电极驱动器353的操作在触摸表面105上呈现纹理感。当用户用手指触摸触摸表面105时，手指相当于跨绝缘体面向X电极或Y电极并被连接到地的电极。当向X电极和Y电极施加电压时，在X电极或Y电极与手指之间生成静电吸引力(静电力)。
当施加AC电压时，静电力周期性地改变。随着静电力的这种变化，触摸表面105和手指之间的摩擦力周期性地改变。当用户用手指跟踪触摸表面105时，手指感觉到的摩擦力周期性地改变，并且用户感知到纹理感。当AC电压的频率大于5Hz且小于500Hz时，触觉被感知到，并且当频率不在此范围内时，触觉未被感知到。
当第一频率f1的AC电压被施加到X电极并且第二频率f2的AC电压被施加到Y电极时，静电力在第一频率f1和第二频率f2处改变。此外，在静电力在第一频率f1和第二频率f2之间的差的频率处改变的情况下发生差拍(beat)。当差拍的频率大于10Hz且小于1000Hz时，由于差拍引起的纹理感被感知到，并且当差拍频率不在此范围内时，由于差拍引起的纹理感未被感知到。
在一个示例中，第一频率f1和第二频率f2被设置为使得两者都至少为500Hz，并且使得第一频率f1和第二频率f2之间的差的绝对值大于10Hz且小于1000Hz。例如，第一频率f1是1000Hz并且第二频率f2是1240Hz。
主控制器356控制X电极驱动器352以将第一AC电压施加到被连接到X电极驱动器352的一些X电极，并将其他X电极连接到地。主控制器356控制Y电极驱动器353以将第二AC电压施加到被连接到Y电极驱动器353的一些Y电极，并将其他Y电极连接到地。
例如，当触摸面板100包括五个X电极X0至X4和六个Y电极Y0至Y5时，第一AC电压被施加到X电极X1，第二AC电压被施加到Y电极Y1，并且X电极X0、X2至X4和Y电极Y0及Y2至Y5被连接到地。此时，在触摸表面105上的X电极X1和Y电极Y1的交叉处发生240Hz的差拍，并且用户可以用手指感知纹理感。在X电极X1和Y电极Y0及Y2至Y5的相应交叉处，静电力以1000Hz改变，但是纹理感未被感知到。
在Y电极Y1和X电极X0及X2至X4的相应交叉处，静电力以1240Hz改变，但是纹理感未被感知到。在其他位置，静电力不改变，并且因此纹理感未被感知到。以这种方式，触觉呈现触摸面板设备15可以将纹理感呈现在触摸表面105上的期望位置。X电极驱动器352和Y电极驱动器353可以将X电极和Y电极连接到预定的DC电源，而不是接地。
触摸面板驱动器351顺序地选择X电极X0至Xm和Y电极Y0至Yn，将驱动信号(AC电压信号)施加到所选择的检测电极，并进一步测量检测电极的电流信号。触摸面板驱动器351根据检测电极的自电容(寄生电容)来检测交流电流。当用户的手指触摸面向检测电极的触摸表面105的一部分时，检测电极的自电容改变(增加)，这导致检测电极的信号电流(交流电流)的改变(增加)。
主控制器356向触摸面板驱动器351给予驱动信号，并指定要测量的检测电极的信号电流。主控制器356将由触摸面板驱动器351测量出的信号电流与预定阈值进行比较，以检测被连接到触摸面板驱动器351的检测电极的自电容的增加。
当静电电容增加时，主控制器356指定被连接到触摸面板驱动器351的检测电极，从而指定用户手指正在触摸的位置。也就是说，主控制器356通过指定其静电电容已改变的X电极和Y电极来识别用户的手指正在触摸的位置。触摸位置是触摸表面105上面对其静电电容已改变的X电极和Y电极的交叉的位置。以这种方式，触觉呈现触摸面板设备通过自电容方法来检测触摸表面上的触摸位置。主控制器356可以同时将驱动信号施加到多个检测电极并测量电流信号。
接下来，将描述用于通过触觉呈现触摸面板设备15实现触摸点的检测和纹理感的呈现两者的过程。主控制器356控制将每个X电极连接到触摸面板驱动器351和X电极驱动器352中的一个的开关354。主控制器356控制将每个Y电极连接到触摸面板驱动器351和Y电极驱动器353中的一个的开关355。
主控制器356使开关354顺序地改变要被连接到触摸面板驱动器351的X电极。当改变被连接到触摸面板驱动器351的X电极时，开关354将已被连接到触摸面板驱动器351的X电极连接到X电极驱动器352，并将多个X电极中的一些(其已被连接到X电极驱动器352)连接到触摸面板驱动器351。
例如，开关354将其中X电极X0至Xm中的X电极X0连接到触摸面板驱动器351并且X电极X1至Xm连接到X电极驱动器352的状态改变为其中X电极X1被连接到触摸面板驱动器351并且X电极X0及X2至Xm被连接到X电极驱动器352的状态。类似地，顺序地改变要被连接到触摸面板驱动器351的X电极。
主控制器356使开关355顺序地改变要被连接到触摸面板驱动器351的Y电极。当改变被连接到触摸面板驱动器351的Y电极时，开关355将已被连接到触摸面板驱动器351的Y电极连接到Y电极驱动器353，并将多个Y电极中的一些(其已被连接到Y电极驱动器353)连接到触摸面板驱动器351。
例如，开关354将其中Y电极Y0至Yn中的Y电极Y0连接到触摸面板驱动器351并且Y电极Y1至Yn连接到Y电极驱动器353的状态改变为其中Y电极Y1被连接到触摸面板驱动器351并且Y电极Y0及Y2至Yn被连接到Y电极驱动器353的状态。类似地，顺序地改变要被连接到触摸面板驱动器351的Y电极。
主控制器356控制X电极驱动器352以将第一AC电压施加到与应当呈现纹理感的区域对应的X电极，并将其他X电极连接到地。主控制器356控制Y电极驱动器353以将第二AC电压施加到与应当呈现纹理感的区域对应的Y电极，并将其他Y电极连接到地。
主控制器356顺序地将X电极和Y电极连接到触摸面板驱动器351，并且顺序地控制X电极和Y电极以检测触摸表面105上的触摸。触摸表面105被扫描以检测触摸点。在完成整个触摸表面105的扫描之后，主控制器356将下一个X电极和Y电极连接到触摸面板驱动器351，并重复此过程。重复扫描，并且当用户触摸触摸表面105上的任何点时，触摸位置被检测到。
当相应电极未被连接到触摸面板驱动器351时，第一AC电压被施加到彼此相邻的X电极中的一个或多个，并且第二AC电压被施加到彼此相邻的Y电极中的一个或多个。其他X和Y电极被连接到地。因此，纹理感被呈现给触摸表面105中的特定目标区域。
通过如上所述控制X电极和Y电极，触摸表面105的一部分用于触摸检测，另一部分用于呈现纹理感，并且用于触摸检测的部分被顺序地改变。触摸表面105上的每个部分用于在特定时刻进行触摸检测，并且用于在其他时段呈现纹理感。
图3是示出了触觉呈现触摸面板100的示意图。触觉呈现触摸面板100包括支撑基板101和多个X电极X0至Xm以及多个Y电极Y0至Yn。支撑基板101是绝缘基板，并且通常由诸如树脂或玻璃的透明绝缘材料形成。支撑基板101可以是柔性基板或非柔性基板。
X电极的数量和Y电极的数量取决于触摸面板100的设计。例如，X电极和Y电极通常由诸如ITO或IZO的透明导体形成。
多个X电极X0至Xm与矩形支撑基板101的一侧平行地延伸，并且被彼此平行地布置，其间具有间隙。多个Y电极Y0至Yn与支撑基板101的另一侧平行地延伸，并且被彼此平行地布置，其间具有间隙。多个X电极X0至Xm和多个Y电极Y0至Yn彼此交叉。Y电极Y0至Yn经由相应交叉处的绝缘膜与X电极X0至Xm隔绝。
在图3的示例中，X电极X0至Xm在图的左右方向上延伸。Y电极Y0至Yn在图的上下方向上延伸。X电极中的每一个和Y电极中的每一个彼此垂直。X电极X0至Xm不必彼此平行，也不必平行于支撑基板101的一侧。Y电极Y0至Yn不必彼此平行，也不必平行于支撑基板101的一侧。X电极中的每一个和Y电极中的每一个不必彼此垂直。
在图3的示例中，X电极X0至Xm具有其中多个菱形分别经由连接件彼此连接的形状。也就是说，一个X电极通过经由连接件在水平方向上电连接彼此相邻的菱形而形成，并且在水平方向上延伸。类似地，Y电极Y0至Yn具有其中多个菱形分别经由连接件彼此连接的形状。一个Y电极通过经由连接部垂直地电连接彼此相邻的菱形而形成，并且在垂直方向上延伸。在图3的示例中，每个X电极和Y电极的相应端部呈三角形。
X电极X0至Xm和Y电极Y0至Yn被形成为使得当从相对于支撑基板101的主表面的垂直方向来看时(在平面图中)，菱形的连接件经由绝缘膜而彼此重叠。X电极X0至Xm的菱形和Y电极Y0至Yn的菱形彼此不重叠。换句话说，X电极X0至Xm的菱形和Y电极Y0至Yn的菱形被形成在同一表面中。
X电极的每个菱形存在于彼此相邻的两个Y电极之间，并且每个X电极的菱形的节距与Y电极Y0至Yn的节距一致。Y电极的每个菱形存在于彼此相邻的两个X电极之间，并且每个Y电极的菱形的节距与X电极X0至Xm的节距一致。
支撑基板101的形状由设计确定，并且不一定必须是矩形形状，并且可以是具有五个顶点或更多个顶点的多边形，或者可以具有弯曲侧面。X电极和Y电极的形状由设计确定。在图3的示例中，其形状可以是例如带形状(矩形)，并且规定形状(图3的示例中的菱形形状)的多个规定的较宽部分以较窄的连接部而彼此连接。
本公开的特征中的一个是触摸面板驱动器351。下面，将解释触摸面板驱动器351的配置和操作。图4示出了触摸面板驱动器351的逻辑配置的一部分的示例。触摸面板驱动器351包括高通滤波器402、电流-电压转换电路(IV转换电路)403、减法器404、高通滤波器405、预处理电路406、A/D转换电路407和幅度提取计算机电路408。
高通滤波器402从检测电极401接收电流信号。IV转换电路403接收来自高通滤波器402的输出。高通滤波器402是本公开的特征中的一个，并且稍后将详细解释其配置和操作。
从激励信号源451向高通滤波器402和IV转换电路403给出要施加到用于测量自电容的检测电极401的激励信号。如稍后所述，高通滤波器402使用用于触摸检测的激励信号作为参考电位。IV转换电路403将来自激励信号源451的激励信号提供给检测电极401。
减法器404接收从IV转换电路403输出的电压信号，并从输出电压信号中减去激励信号。高通滤波器405是通用滤波器，并且将来自减法器404的输出信号的噪声去除。预处理电路406包括增益/偏移调整电路和抗混叠滤波器电路。
A/D转换电路407将来自预处理电路406的模拟信号转换为诸如14位的规定位数的数字信号。幅度提取计算机电路408基于该时段的信号值来计算并输出某时段(具体地，每个检测电极450μs)的平均幅度。主控制器356将由幅度提取计算机电路408的输出指示的幅度与阈值进行比较，以确定检测电极401附近是否存在触摸。
图5示意性地示出了与测量检测电极401的电流信号有关的触觉呈现触摸面板设备15的部分配置。图5以简化形式示出了触觉呈现触摸面板100。在图5中，选择一个X电极作为检测电极401。在图5中，除了检测电极401之外，向所有X电极和Y电极给出用于触觉呈现的驱动信号(触觉信号)。然而，触觉信号可以替代地仅被施加到所有X电极和Y电极中的所选择的X电极和所选择的Y电极。
对于触摸检测，触摸面板驱动器351利用来自激励信号源451的激励信号驱动所选择的检测电极401，并测量流过检测电极401的电流信号的幅度。如上所述，本公开的触觉呈现触摸面板设备15执行纹理感呈现以及触摸检测。
在图5的示例中，来自X触觉信号源501的X触觉信号被施加到X电极。例如，X触觉信号具有175V的幅度和1000Hz的频率。来自Y触觉信号源502的Y触觉信号被施加到Y电极。例如，Y触觉信号具有175V的幅度和1240Hz的频率。利用240Hz的频率差，可以给手指带来适当的纹理感。
触觉呈现触摸面板控制器350在测量检测电极401处的电流信号的同时向其他电极给出用于触觉呈现的驱动信号。当驱动用于检测触摸位置的检测电极401并且如上所述同时驱动用于触觉呈现的其他电极时，由于检测电极401和其他电极之间的电容耦合，触觉信号分量的电流作为噪声被叠加在来自检测电极401的电流信号上。
在图5的示例中，在检测电极401和与检测电极401交叉的每个Y电极之间存在耦合电容。尽管未在图中示出，但是在检测电极401和与检测电极401相邻的X电极之间也存在耦合电容。因此，当向与检测电极401交叉的Y电极和与检测电极401相邻的X电极给出触觉信号时，不必要的电流经由这些耦合电容而流向检测电极401。此电流作为噪声被叠加在来自检测电极401的电流信号上，这降低了来自检测电极401的电流信号的SNR。另外，源自商用电源等的电源噪声也流到检测电极401，并且在被叠加在其上时可能造成对来自检测电极401的电流信号的不利影响。
本公开的触摸面板驱动器351包括被插入在检测电极401和IV转换电路403之间的高通滤波器402。高通滤波器402可以有效地去除叠加在来自检测电极401的电流信号上的噪声分量。
在图5的示例中，高通滤波器402由电容元件(电容器)421和电阻元件422(CR高通滤波器)构成。电容元件421的电容值为C1，并且电阻元件422的电阻值为R。电容元件421在检测电极401和IV转换电路403之间被串联连接到检测电极401和IV转换电路403。
在检测电极401和电容元件421之间的结点与激励信号源451之间，电阻元件422与所述结点和激励信号源451串联连接。也就是说，高通滤波器402的参考电位结点被连接到激励信号源451而不是接地。来自激励信号源451的激励信号是高通滤波器402的参考电位。例如，激励信号源451是电压源，并输出具有1V的幅度和100kHz的频率的AC电压。
在图5的示例中，IV转换电路403是使用运算放大器431的电流-电压转换电路。电阻元件和电容元件被并联连接在运算放大器431的反相输入端和输出端之间。激励信号源451被连接到运算放大器431的非反相输入端。高通滤波器402的电容元件421被连接在运算放大器431的反相输入端和检测电极401之间。
非反相输入端处的电压是激励信号源451的输出电压(激励信号)。由于虚短路(imaginary short)，运算放大器431的反相输入端的电压与激励信号源451的电压信号一致。检测电极401经由高通滤波器402而被连接到运算放大器431的反相输入端，并且来自激励信号源451的激励信号经由高通滤波器402而被给予检测电极401。
图5仅示出了IV转换电路403的电路配置的示例，并且IV转换电路403可以具有任何电路配置。例如，触摸面板驱动器351可以被配置为使得多个X电极和多个Y电极中的每个电极包括驱动检测电路，该驱动检测电路包括高通滤波器、激励信号源和IV转换电路，并且使得由开关来改变要被连接到一个驱动检测电路的电极。一个激励信号源可以由多对高通滤波器和IV转换电路共享。
图6示出了图5的配置的等效电路。图7示出了图5的配置的等效电路，除了省略了高通滤波器402(比较示例1)。如图6所示，检测电极401经由寄生电容503接收来自噪声源505的噪声。寄生电容503的电容值由CP表示。寄生电容503包括检测电极401和周围电极之间的耦合电容。噪声源505的信号包括提供给X电极和Y电极的触觉信号。在此示例中，来自噪声源505的信号是具有幅度E的AC电压。
在图6的电路中，IV转换电路403用测量信号电流i的电流检测电路435来代替。如上所述，IV转换电路403可以具有任何电路配置，只要其可以测量检测电极401的信号电流。如图6所示，来自激励信号源451的激励信号不仅用作驱动检测电极401的信号，还用作高通滤波器402的参考电位。
图8是示出了图6和图7的等效电路中噪声源505的噪声信号和噪声电流之间的关系的分析结果的曲线图。图8的曲线图的横轴是噪声源505的频率，并且纵轴是由电流检测电路435测量到的噪声电流的大小。图8中指示的关系表示在其中图6和图7的等效电路的相应的激励信号源451被短路的电路中噪声源505的频率和由电流检测电路435测量到的电流之间的关系。
在图8的曲线图中，实线指示包括高通滤波器402的图6的电路中的噪声频率和噪声电流之间的关系。虚线指示不包括高通滤波器402的图7的电路中的噪声频率和噪声电流之间的关系。在分析中，假设来自噪声源505的噪声是175V的AC信号。
如图8所示，包括高通滤波器402的电路显著地降低了在低于规定的频率f0的频率下的噪声电流。频率f0由寄生电容的电容值CP、高通滤波器402的电容元件421的电容值C1和高通滤波器402的电阻元件422的电阻值R来确定，其具体是1/2πR(C1+CP)。
图8中所指示的噪声电流(实线)可以通过以下线来近似：该线将截距是EC1CP/(C1+CP)且斜率是20dB/decade(每当频率变为10倍时电流增加10倍)的直线(虚直线)和截距是ERC1CP且斜率是40dB/decade的直线(点划直线)与频率f0的点进行平滑连接。截距为EC1CP/(C1+CP)的直线与指示不包括高通滤波器402的电路中的噪声频率和噪声电流之间的关系的虚线一致。
在设计高通滤波器402时，电容值C1和电阻值R被确定为使得频率f0落在激励信号源451的频率(诸如100kHz)和作为主要噪声的触觉信号的较高频率(诸如1240Hz)之间。图8示出了以这种方式确定电容值C1和电阻值R的示例。
以这种方式，高通滤波器402可以相对于用于触摸检测的电流信号极大地降低检测电极401的电流信号中的触觉信号分量。在图8的示例中，通过高通滤波器402，1240Hz的噪声从275μA被极大地降低到26μA。
下面，将解释高通滤波器402的多个比较示例。与本公开的高通滤波器402不同，下面描述的比较示例的高通滤波器不能示出被包括在检测电极处的电流信号中的噪声分量的期望衰减特性。
图9示出了比较示例2的电路配置。比较示例2与图5中示出的本公开的电路的不同之处在于，高通滤波器402被滤波器427代替。其他配置是相同的。滤波器427包括电容元件423和电阻元件424。电阻元件424的连接结点不同于本公开的高通滤波器402的连接结点。
具体地，本公开的高通滤波器402的电阻元件424被连接在激励信号源451和检测电极401与电容元件421之间的结点之间。另一方面，比较示例2的电阻元件424被连接在激励信号源451和电容元件423与IV转换电路403之间的结点之间。
图10是将比较示例2的滤波器427的特性和图5所示的本公开的高通滤波器402的特性进行比较的曲线图。图10是以类似于图8的方式示出噪声源505的噪声信号与噪声电流之间的关系的分析结果的曲线图。横轴是噪声源505的频率，并且纵轴是由电流检测电路435测量出的噪声电流的大小。
在图10中，实线指示本公开的高通滤波器402的特性，并且虚线指示比较示例2的滤波器427的特性。如图10所示，比较示例2的滤波器427在低于用于触摸检测的激励信号的范围内没有较大地衰减触觉信号的频率分量。
接下来，将解释另一比较示例的高通滤波器。图11示出了比较示例3的电路配置。比较示例3与图5中示出的本公开的电路的不同之处在于，高通滤波器402被滤波器428代替。其他配置是相同的。滤波器428包括电容元件425和电阻元件426。
电容元件425和电阻元件426之间的连接配置不同于本公开的高通滤波器402的连接配置。具体地，在比较示例3的滤波器428中，电容元件425和电阻元件426被串联连接在检测电极401和IV转换电路403之间。
图12是将比较示例3的滤波器428的特性和图5所示的本公开的高通滤波器402的特性进行比较的曲线图。图12是以类似于图8的方式示出噪声源505的噪声信号与噪声电流之间的关系的分析结果的曲线图。横轴是噪声源505的频率，并且纵轴是由电流检测电路435测量出的噪声电流的大小。
在图12中，实线指示本公开的高通滤波器402的特性，并且虚线指示比较示例3的滤波器428的特性。如图12所示，比较示例3的滤波器428在低于用于触摸检测的激励信号的范围内没有较大地幅衰减触觉信号的频率分量。
如参考比较示例2和3所述，为了利用CR高通滤波器来降低检测电极401中的电流信号的噪声，电阻元件和电容元件之间的连接关系是重要的。具有上述配置的本公开的高通滤波器402可以有效地降低检测电极401中的电流信号的噪声。
如上所述，本发明的高通滤波器402被提供有激励信号源451的激励信号作为参考电位。利用这种配置，可以减小由IV转换电路403测量到的偏移电流并执行更精确的触摸检测。图13示出了由三个等效电路中的电流检测电路435测量到的偏移电流的模拟结果。偏移电流是在没有触摸时流过电流检测电路435的电流。此偏移电流也称为基线电流。
三个等效电路是：如图7中的比较示例1的电路，其不包括高通滤波器；图6所示的本公开的等效电路；以及除了其高通滤波器402被提供有接地电位作为参考电位之外，具有与图6所示的本公开的等效电路相同的配置的电路。
在图13中，条131指示比较示例1的电路的偏移电流，并且条132指示其中接地电位被给予高通滤波器402作为参考电位的电路中的偏移电流。条133指示其中激励信号被给予高通滤波器402作为参考电位的本公开的电路的偏移电流。高通滤波器402的电容元件421的电容值C1是10nF，并且电阻元件422的电阻值R是1.5kΩ。
如图13的曲线图所示，通过将激励信号作为参考电位给予高通滤波器402，可以极大地降低由IV转换电路403测量到的偏移电流。
此外，对这三个等效电路执行模拟，以研究当没有进行触摸时由电流检测电路435测量到的电流与进行触摸时由电流检测电路435测量到的电流之间的电流差。图14示出了模拟结果。
在图14中，条141指示比较示例1的电路的电流差，并且条142指示其中接地电位被给予高通滤波器402作为参考电位的电路的电流差。条143指示其中激励信号被给予高通滤波器402作为参考电位的本公开的电路的电流差。
如图14的图所示，通过将激励信号作为参考电位给予高通滤波器402，可以获得触摸检测所需的电流差并且实现比其中接地电位被给予高通滤波器402的情况下更大的电流差。
下面，将解释本公开的高通滤波器的另一配置示例。以下解释的示例以类似于高通滤波器402的方式包括两种类型的无源电路元件。无源电路元件是电容元件、电阻元件或电感元件。
图15示出了本公开的另一配置示例的高通滤波器。除了高通滤波器402的配置之外，高通滤波器471还包括第二电容元件442。第二电容元件442的电容值C2可以与第一电容元件421的电容值C1相同或不同。
在检测电极401和电阻元件422的连接结点之间，第二电容元件442与第一电容元件421和检测电极401串联连接。同样利用图15的高通滤波器471，在抑制偏移电流增加的同时可以有效地降低具有低于激励信号的频率的频率的噪声分量。
图16示出了本公开的另一配置示例的高通滤波器。高通滤波器472由电感元件(电感器)443和电阻元件444(LR高通滤波器)构成。电感元件443的电感用L表示，并且电阻元件444的电阻值用R1表示。
在检测电极401和IV转换电路403之间，电阻元件444被串联连接到检测电极401和IV转换电路403。在检测电极401和电阻元件444之间的结点和激励信号源451之间，电感元件443与所述结点和激励信号源451串联连接。
同样利用图16的高通滤波器472，在抑制偏移电流增加的同时可以有效地降低具有低于激励信号的频率的频率的噪声分量。如上所述，高通滤波器可以使用电容元件和电感元件中的任何一个作为电抗元件。
图17示出了本公开的另一配置示例的高通滤波器。除了高通滤波器472的配置之外，高通滤波器473还包括第二电阻元件445。第二电阻元件445的电阻值R2可以与第一电阻元件444的电阻值R1相同或不同。
在电阻元件444的连接结点和检测电极401之间，第二电阻元件445与第一电阻元件444和检测电极401串联连接。同样利用图17的高通滤波器473，在抑制偏移电流增加的同时可以有效地降低具有低于激励信号的频率的频率的噪声分量。
本公开的特征中的至少一部分可以被应用于控制被配置为仅执行触摸位置检测而不呈现纹理感的触摸面板。例如，包括本公开的高通滤波器的触摸面板驱动器351可以被应用于不具有触觉呈现功能的触摸面板设备。
高通滤波器的参数值(电容值、电阻值和电感值)取决于设备的设计。在具有如上所述的触觉呈现功能的设备中，高通滤波器的参数被设置为阻挡作为主要噪声的触觉信号的频率分量。即使在不具有触觉呈现功能的触摸面板设备中，高通滤波器的参数也被设置为阻挡不利地影响触摸检测的噪声。
本公开的特征可以被应用于与触摸面板设备不同的静电电容传感器设备。例如，本公开的特征可以被应用于静电电容传感器设备(诸如触摸开关、触摸板、静电电容型的人体接近度传感器和静电电容型的液体检测传感器)的电容检测电路。
如上所述，已经描述了此公开的实施例；然而，此公开不限于前述实施例。本领域技术人员可以在此公开的范围内容易地修改、添加或转换前述实施例中的每个元件。一个实施例的配置的一部分可以用另一个实施例的配置代替，或者实施例的配置可以合并到另一个实施例的配置中。

Claims (9)

1.一种电容检测电路，其测量来自检测电极的电流以便测量所述检测电极的自电容，包括：
激励信号源，其被配置为提供AC驱动电压以驱动所述检测电极；
高通滤波器，其被配置为在低于所述激励信号源的频率的规定频率区域中使从所述检测电极输入的电流信号衰减之后输出；以及
电流信号测量电路，其被连接在所述高通滤波器和所述激励信号源之间，所述电流信号测量电路被配置为测量来自所述高通滤波器的电流信号，
其中，所述高通滤波器包括：
第一无源电路元件，其被串联连接在所述检测电极和所述电流信号测量电路之间；以及
第二无源电路元件，其被串联连接在所述激励信号源和所述检测电极与所述第一无源电路元件之间的结点之间。
2.根据权利要求1所述的电容检测电路，其中，所述第一无源电路元件是电容元件，并且
其中，所述第二无源电路元件是电阻元件。
3.根据权利要求1所述的电容检测电路，其中，所述第一无源电路元件是电阻元件，并且
其中，所述第二无源电路元件是电感元件。
4.根据权利要求2所述的电容检测电路，其中，所述电流信号测量电路是包括运算放大器和第二电阻元件的电流电压转换电路，
其中，所述运算放大器的反相输入端被连接到所述电容元件，
其中，所述激励信号源被连接到所述运算放大器的非反相输入端，并且
其中，所述第二电阻元件被连接在所述运算放大器的反相输入端和输出端之间。
5.根据权利要求1所述的电容检测电路，其中，所述电容检测电路被配置为测量触摸面板的检测电极的自电容，
其中，所述触摸面板包括用于识别触摸位置的多个检测电极，
其中，所述电容检测电路测量来自从多个电极选择出的检测电路的电流；
其中，用于呈现触觉的AC信号被输入到与由所述电容检测电路选择出的所述检测电极不同的检测电极中，并且
其中，用于呈现触觉的AC信号的频率在所述规定频率区域内。
6.一种静电电容传感器设备，包括：
检测电极；和
控制器，其被配置为测量来自所述检测电极的电流以测量所述检测电极的自电容，
其中，所述控制器包括：
激励信号源，其被配置为提供AC驱动电压以驱动所述检测电极；
高通滤波器，其被配置为在低于所述激励信号源的频率的规定频率区域中使从所述检测电极输入的电流信号衰减之后输出；以及
电流信号测量电路，其被连接在所述高通滤波器和所述激励信号源之间，所述电流信号测量电路被配置为测量来自所述高通滤波器的电流信号，并且
其中，所述高通滤波器包括：
第一无源电路元件，其被串联连接在所述检测电极和所述电流信号测量电路之间；以及
第二无源电路元件，其被串联连接在所述激励信号源和所述检测电极与所述第一无源电路元件之间的结点之间。
7.根据权利要求6所述的静电电容传感器设备，其中，所述第一无源电路元件是电容元件，并且
其中，所述第二无源电路元件是电阻元件。
8.根据权利要求6所述的静电电容传感器设备，其中，所述第一无源电路元件是电阻元件，并且
其中，所述第二无源电路元件是电感元件。
9.根据权利要求6所述的静电电容传感器设备，包括触摸面板，所述触摸面板包括多个所述检测电极，
其中，所述控制器被配置为：
测量来自从多个电极顺序选择出的检测电路的电流；以及
向与针对电流测量所选择的检测电极不同的检测电极提供用于呈现触觉的AC信号，并且
其中，用于呈现触觉的AC信号的频率在所述规定频率区域内。
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