CN111208914B - 触摸检测电路、输入装置、电子机器 - Google Patents

触摸检测电路、输入装置、电子机器 Download PDF

Info

Publication number
CN111208914B
CN111208914B CN201911107111.1A CN201911107111A CN111208914B CN 111208914 B CN111208914 B CN 111208914B CN 201911107111 A CN201911107111 A CN 201911107111A CN 111208914 B CN111208914 B CN 111208914B
Authority
CN
China
Prior art keywords
detection circuit
capacitance
circuit
terminal
touch detection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911107111.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111208914A (zh
Inventor
嶋田雄二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Publication of CN111208914A publication Critical patent/CN111208914A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111208914B publication Critical patent/CN111208914B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605—Measuring capacitance
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches
    • H03K17/9622—Capacitive touch switches using a plurality of detectors, e.g. keyboard
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/960705—Safety of capacitive touch and proximity switches, e.g. increasing reliability, fail-safe
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/96071—Capacitive touch switches characterised by the detection principle
    • H03K2217/960725—Charge-transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/960735—Capacitive touch switches characterised by circuit details
    • H03K2217/96074—Switched capacitor
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/960735—Capacitive touch switches characterised by circuit details
    • H03K2217/960745—Capacitive differential; e.g. comparison with reference capacitance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

本发明提供一种附加了新功能的触摸检测电路、输入装置及电子机器。N个第1端子(Ps)连接与它们分别对应的第1电极(Es)。第2端子(Pc)与第2电极(Ec)连接。N个第1电容检测电路(210)对应于N个第1端子(Ps)，使各自对应的第1端子(Ps)的电压变化，基于对应的第1端子(Ps)所产生的电荷的移动，产生表示对应的第1电极(Es)的静电电容的第1检测信号。消除电路(240)以使第2端子(Pc)的电压追随第1端子(Ps)的电压的方式驱动第2端子(Pc)。第2电容检测电路(260)产生表示第2电极(Ec)的静电电容的第2检测信号。

Description

触摸检测电路、输入装置、电子机器
技术领域
本发明涉及一种静电电容的检测电路。
背景技术
近年来，计算机、智能手机、平板终端、及便携式音频机器等电子机器搭载触摸式的输入装置作为用户接口。作为触摸式的输入装置，已知触摸板、指点装置等，通过使手指或笔尖接触或靠近便能够进行各种输入。
触摸式输入装置大致分类为电阻膜方式与静电电容方式。静电电容方式通过根据使用者输入，将多个传感器电极所形成的静电电容(以下，也简称为电容)的变化转换成电信号来检测使用者输入的有无、坐标。
静电电容检测方法大致分为自电容(Self Capacitance)方式与互电容(MutualCapacitance)方式。自电容方式灵敏度非常高，不仅能检测触摸，还能检测手指的靠近，但存在无法区分水滴的附着与触摸、以及无法检测两点触摸的问题。另一方面，互电容方式存在能够检测两点触摸(或其以上的多点触摸)，并且不易受水滴的影响的优点。因此，根据用途来选择自电容方式与互电容方式，或者并用两种方式。
图1是自电容方式的触摸式输入装置100R的框图。触摸式输入装置100R具备触摸面板(或触摸开关)110及触摸检测电路200R。触摸面板110具备传感电极112及遮罩114。遮罩114接地，传感电极112与触摸检测电路200R的传感(SNS)端子连接。当使用者的手指或笔尖靠近或接触传感电极112时，传感电极112所形成的静电电容Cs增加。触摸检测电路200R基于静电电容Cs的变化来检测触摸的有无及坐标。
触摸检测电路200R具备电容检测电路210及A/D(Analog/Digital，模数)转换器230。电容检测电路210使SNS端子的电压变化，充电或放电静电电容Cs。此时，与SNS端子的电压变化相应地产生电荷的移动。电容检测电路210产生与移动的电荷量相应的检测信号VS。A/D转换器230将检测信号VS转换为数字值。数字值输入未图示的微型计算机等处理器，用于判定触摸的有无及坐标。
在传感电极112与遮罩114之间存在寄生电容Cp。触摸检测电路200R所测定的静电电容是静电电容Cs与寄生电容Cp的合成电容。寄生电容Cp会使触摸检测电路200R中能够测定的静电电容Cs的动态范围变小，因此要求降低寄生电容Cp的影响。如果使遮罩114的面积变小，那么能够减少寄生电容Cp，但是遮罩114具有屏蔽来自位于触摸面板110的下部的电子电路的噪音的功能，所以难以完全取消遮罩。
图2是自电容方式的触摸式输入装置100S的框图。触摸检测电路200S进而具备与遮罩114连接的端子SLD，使SLD端子的电位与SNS端子的电位连动。具体来说，缓冲器202在其输入接受SNS端子的电位，在其输出产生SNS端子的电位。由此，将传感电极112与遮罩114之间的电位差保持固定，所以不会发生来自寄生电容Cp的电荷移动。因此，能够消除寄生电容Cp的影响，从而能够只检测因触摸产生的静电电容Cs。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2001-325858号公报
[专利文献2]日本专利特开2012-182781号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
本发明是在该状况下完成的，其一个形态的例示性目的之一在于提供一种附加了新功能的触摸检测电路。
[解决问题的技术手段]
本发明的一个形态涉及一种自电容方式的触摸检测电路。触摸检测电路具备：N个(N≧1)第1端子，连接分别与它们对应的第1电极；第2端子，与第2电极连接；N个第1电容检测电路，与N个第1端子对应，使各自对应的第1端子的电压变化，基于对应的第1端子所产生的电荷的移动产生表示对应的第1电极的静电电容的第1检测信号；消除电路，以使第2端子的电压追随第1端子的电压的方式驱动第2端子；及第2电容检测电路，产生表示第2电极的静电电容的第2检测信号。
此外，将以上构成要素任意组合而成的发明、或在方法、装置等之间转换本发明的表述而成的发明也作为本发明的形态有效。
[发明效果]
根据本发明，能够对触摸检测电路附加新功能。
附图说明
图1是自电容方式的触摸式输入装置的框图。
图2是自电容方式的触摸式输入装置的框图。
图3是具备实施方式的触摸检测电路的触摸式输入装置的框图。
图4是图3的触摸检测电路在第1模式下的动作波形图。
图5是图3的触摸检测电路在第2模式下的动作波形图。
图6是实施例1的触摸检测电路的电路图。
图7是图6的电容检测电路的动作波形图。
图8是触摸检测电路的动作波形图。
图9是变化例1的触摸检测电路的动作波形图。
图10是变化例2的触摸检测电路的电路图。
图11是图10的触摸检测电路的动作波形图。
图12是变化例3的触摸检测电路的电路图。
图13是实施例2的触摸检测电路的电路图。
图14是图13的第1电容检测电路的动作波形图。
图15是图13的触摸检测电路的动作波形图。
图16是一实施例的第2电容检测电路的电路图。
具体实施方式
(实施方式的概要)
本说明书公开的一实施方式涉及自电容方式的触摸检测电路。触摸检测电路具备N个(N≧1)第1端子、第2端子、N个第1电容检测电路、消除电路、及第2电容检测电路。在N个第1端子各自连接对应的第1电极。第2端子与第2电极连接。N个第1电容检测电路与N个第1端子对应，使各自对应的第1端子的电压变化，基于对应的第1端子所产生的电荷的移动产生表示对应的第1电极的静电电容的第1检测信号。消除电路以使第2端子的电压追随第1端子的电压的方式驱动第2端子。第2电容检测电路产生表示第2电极的静电电容的第2检测信号。
根据一实施方式，能够将用来消除寄生电容的第2电极用于触摸检测或靠近检测。
第2电容检测电路可以基于通过消除电路的驱动产生在第2端子的电荷的移动，产生第2检测信号。由此，能够与第1电极的静电电容的监视同步地监视第2电极的静电电容。
第2电极的面积可以大于1个第1电极的面积。由此，能够实现高灵敏度的传感。
消除电路可以包含缓冲器，该缓冲器在其输入接受第1端子的电压，其输出与第2端子连接。第2电容检测电路可以包含对缓冲器的输出电流进行积分的积分电路。
缓冲器可以包含推挽型的输出级，该推挽型的输出级包含高压侧晶体管及低压侧晶体管。积分电路可以对高压侧晶体管及低压侧晶体管中各自流动的电流进行积分。
可以根据第2检测信号控制触摸检测电路的动作参数及/或动作模式。例如可以根据第2检测信号控制N个第1电容检测电路的动作参数。
动作参数可以是第1电容检测电路的动作频率、即第1端子所产生的电压的频率。在第2检测信号所包含的噪音较大的情况下，通过使动作频率变化能够减少噪音的影响。
可以为N≧2，且与N个第1电极重叠地设置第2电极。由此，能够使用1片第2电极消除N个第1电极全体的寄生电容。另外，能够使第2电极的面积较大，因此实现了高灵敏度化。
可以为N≧2，且N个第1电容检测电路分时依次激活，依次产生N个第1检测信号，非激活的第1电容检测电路与激活的第1电容检测电路同步地使对应的第1端子的电压变化。
触摸检测电路可以一体集成化在一个半导体集成电路上。“一体集成化”包括电路的所有构成要素形成在半导体基板上的情况、以及将电路的主要构成要素一体集成化的情况，也可以将用于调节电路常数的一部分电阻及电容器等设置在半导体基板的外部。通过将电路集成化在1个芯片上，能够削减电路面积，并且保持电路元件的特性均一。
本发明的另一形态涉及一种输入装置。输入装置可以具备：触摸面板，包含多个传感器电极，使用者接触的坐标附近的传感器电极的静电电容变化；及所述任一项的触摸检测电路。
(实施方式)
以下，参照附图，基于优选的实施方式对本发明进行说明。对各附图中所示的同一或同等的构成要素、部件、处理标注同一符号，适当省略重复说明。另外，实施方式并不限定发明，而是一种例示，实施方式中记述的所有特征及它们的组合未必是发明的本质特征。
在本说明书中，“部件A与部件B连接的状态”包括部件A与部件B物理上直接连接的情况，也包括部件A与部件B介隔不对它们的电连接状态产生实质影响、或不损害由它们的结合所产生的功能及效果的其他部件间接连接的情况。
同样地，“部件C设置在部件A与部件B之间的状态”包括部件A与部件C、或部件B与部件C直接连接的情况，也包括介隔不对它们的电连接状态产生实质影响、或不损害由它们的结合所产生的功能及效果的其他部件间接连接的情况。
图3是具备实施方式的触摸检测电路200的触摸式输入装置100的框图。触摸式输入装置100是检测使用者的手指2(或笔尖)进行的触摸操作的用户接口。
触摸输入装置100具备面板110、主处理器120及触摸检测电路200。面板110是触摸面板或开关面板，包含N个(N≧1)第1电极(传感电极)Es～Es_N及第2电极(消除用电极)Ec。在本实施方式中，触摸输入装置100为多通道(N通道，N≧2)的静电开关。第2电极Ec与N个第1电极Es1～EsN重叠设置。
主处理器120统筹控制搭载触摸输入装置100的机器、装置、系统。触摸检测电路200构成为能够将面板110的状态、更详细来说是有无对面板110的输入(靠近)、以及触摸的位置(或被触摸的按钮的ID)传送到主处理器120。
触摸检测电路200具有N通道，检测N个第1电极Es1～EsN各自形成的静电电容Cs1～CsN。该静电电容Cs中除包含该第1电极与手指2之间的静电电容Cf外，还包含形成在该第1电极与第2电极Ec(或其它物体)之间的寄生电容Cp。
当手指2接触(或靠近)第i个通道的第1电极Esi时，静电电容Cfi增加，静电电容Csi与其它通道的静电电容Csj(j≠i)相比相对变大。触摸检测电路200监视各通道的静电电容Cs，当第i个通道的静电电容Csi的绝对值超过规定的阈值时(或相对于其它通道的相对变化量超过阈值时)，判定第i个通道存在触摸输入。
以上为触摸输入装置100整体的构成。接下来，对触摸检测电路200的构成进行说明。
触摸检测电路200具备N个第1端子Ps1～PsN、第2端子Pc、N个第1电容检测电路210_1～210_N、选择器220、第1A/D转换器230、消除电路240、信号处理部250、第2电容检测电路260、及第2A/D转换器270，集成化在一个半导体芯片，收容在1个封装中。
N个(N≧1)第1端子Ps分别连接对应的第1电极Es。另外，第2端子Pc与第2电极Ec连接。
N个第1电容检测电路210与N个第1端子Ps及N个第1电极Es对应。第1电容检测电路210是C/V(Capacitance/Voltage，电容电压)转换器，第i个第1电容检测电路210_i使对应的第1端子Ps1的电压Vsi变化，基于对应的第1端子Ps所产生的电荷的移动，产生表示对应的第1电极Esi所形成的静电电容Csi的第1检测信号Vsi。
消除电路240以使第2端子Pc的电压Vy追随第1端子Ps的电压Vx的方式驱动第2端子Pc及第2电极Ec。在本实施方式中，以具有同一电压电平(波形)的方式控制所有通道的第1端子Ps1～PsN的电压Vx1～VxN。由此，也能够消除邻接的第1电极Es间的寄生电容。消除电路240使第2端子Pc的电压Vy追随多个电压Vx1～VxN中的任一个(例如Vx1)。由此，保持所有电极的电压Vx1～VxN及Vy相等。
多个第1电容检测电路210_1～210_N分时激活。选择器220选择激活通道的第1检测信号Vs。第1A/D转换器230将选择器220的输出Vs转换成为数字的检测数据Ds。检测数据Ds的序列巡回地表示静电电容Cs1～CsN。
信号处理部250通过对检测数据Ds进行处理，判定任一个第1电极Es1～EsN是否受到触摸。判定结果发送到主机处理器120。
如下所述，消除电路240可以包含在输入接受电压Vs1、且输出与第2端子Pc连接的缓冲器(电压跟随器)。由此，能够使第2端子Pc的电压Vy准确地追随电压Vs1。
第2电容检测电路260产生表示第2电极Ec所形成的静电电容Cc的第2检测信号Vc。静电电容Cc除包含第2电极Ec在与多个第1电极Es1～EsN之间形成的寄生电容Cp1～CpN外，还包含该第2电极Ec与手指2之间形成的电容Ca。
优选第2电容检测电路260基于通过消除电路240对第2电极Ec的驱动产生在第2端子Pc的电荷的移动检测静电电容Cc。利用第2A/D转换器270将第2检测信号Vc转换为数字值Dc。信号处理部250基于数字值Dc，判定有无手指2对面板110的靠近(或接触)。
以上为触摸检测电路200的构成。接下来对其动作进行说明。图4是图3的触摸检测电路200在第1模式下的动作波形图。
激活通道巡回地分时切换CH1～CHN。激活通道CHi(i＝1，2…，N)的第1电容检测电路210_i驱动对应的第1端子Psi，产生表示静电电容Csi的检测信号Vsi，利用第1A/D转换器230将其转换为数字信号Dsi。
在第1电容检测电路210_i的传感时，第1端子Psi的电压Vxi呈脉冲状变化。此外，图4所示的电压Vx的波形已经过简化，实际的电压Vx具有与第1电容检测电路210的检测方式及电路构成相应的波形。
其余的非激活通道的第1电容检测电路210_j(j≠i)也驱动对应的第1端子Psj，所有通道的电压Vx1～VxN具有相同波形。此外，对于非激活通道，仅第1端子Psj的驱动有效，传感本身被无效化。
在图4的例中，在1个通道的传感期间，第1端子Ps的电压Vx包含1个脉冲，在另一例中，也可以包含多个脉冲。在该情况下，通过对多个脉冲所得的传感的结果进行累计或平均化，虽然会使传感频率降低，但是能够实现高精度的传感。
消除电路240使第2端子Pc的电压Vy追随电压Vx1～VxN变化。由此，Vx1～VxN及Vy成为同一波形。由此，消除第2电极Ec在与第1电极Es1～EsN之间形成的寄生电容Cp1～CpN的影响。
在第1模式下，与消除动作同时地利用第2电容检测电路260传感第2电极Ec的电容Cc。例如第2电容检测电路260的传感期间可以与1个通道的第1电容检测电路210的传感期间相等，在该情况下，如图中DcA所示，每次切换激活通道时，更新数字值DcA的值。
以上为触摸检测电路200的第1模式的动作。根据该触摸检测电路200，能够利用消除电路240对第2端子Pc的驱动，消除寄生电容Cp1～CpN的影响，从而能够提高与原本的检测对象即手指2之间的静电电容Cf1～CfN的检测精度。
另外，也可以将设置用来消除寄生电容的第2电极Ec用于检测手指2。如图3所示，第2电极Ec的面积大于第1电极Es，因此能够获得非常大的检测灵敏度，不仅能用于检测手指2的触摸，也能用作靠近传感器。
另外，有在第1模式下，能够与多个第1电极Es的传感并行地进行第2电极Ec的传感的优点。
也可以使第2电容检测电路260的传感期间与多个通道的第1电容检测电路210的传感期间相等。在该情况下，如图中DcB所示，每当多个通道(该例中为CH1～CHN)的传感期间结束时，更新数字值DcB的值。在该情况下，在利用第2电容检测电路260进行的传感期间，第2端子Pc的电压Vy包含多个脉冲，通过对多个脉冲所得的传感的结果进行累计或平均化，虽然会使传感频率降低，但是能够实现高精度的传感。
触摸检测电路200也可以除第1模式的动作外、或代替第1模式的动作支持第2模式的动作。图5是图3的触摸检测电路200在第2模式下的动作波形图。在第2模式下，排他地进行第1电极Es的传感与第2电极Ec的传感。例如使第1电极Es的传感休止，持续进行第2电极Ec的传感，如果检测到手指2的靠近，便使第2电极Ec的传感停止，开始多个第1电极Es的传感，从而能够实现判定被触摸的开关的位置等控制。
触摸检测电路200中，进而可以根据第2检测信号Vc控制N个第1电容检测电路210的动作参数。
例如第1电容检测电路210的动作参数为第1电容检测电路210的驱动频率(电压Vx的频率)。例如，在当第1电容检测电路210以某一频率传感时，第2检测信号Vc中包含较多噪音的情况下，可能存在与驱动频率同一频率的噪音源。因此，当第2检测信号Vc所包含的噪音超过容许量时，可使第1电容检测电路210的驱动频率变化。由此能够减少噪音的影响。
作为能够变更的另一动作参数，例示对N个第1电极的触摸检测的阈值。信号处理部250当各通道CHi的检测信号Dsi(或变化量)超过阈值时，判定为对于该通道的按钮的触摸输入。在该情况下，可以当通过使用第2电容检测电路260及第2电极Ec的传感检测到手指2的靠近(或触摸)时，使各通道的按钮的触摸检测的阈值降低。通过在检测到手指2的靠近前将阈值设定得较高，能够防止按钮触摸的误检测。由此，能够提高对周边环境的噪音的耐性。
本发明涉及到由图3的框图及电路图表现、或由所述说明推导的各种装置、方法，并不限定于特定构成。以下，对更具体的的构成例及实施例进行说明，但这并非是为了缩小本发明的范围，而是为了帮助理解发明的本质及动作，以及使它们更加明确。
(实施例1)
图6是实施例1的触摸检测电路200A的电路图。这里，只表示1个通道的构成。电容检测电路210A包含多个开关SW21～SW26、运算放大器212、基准电容Cref、及反馈电容Cfb。基准电容Cref的一端接地。基准电容Cref的另一端经由电荷传输开关SW25与第1端子Ps连接，经由放大用开关SW26与运算放大器212的反转输入端子(-)连接。
开关SW25、SW26、基准电容Cref、反馈电容Cfb及运算放大器212形成使用开关电容器的积分器218。对运算放大器212的非反转输入端子(+)输入基准电压Vref，在运算放大器212的输出与反转输入端子之间设置反馈电容Cfb。
上侧开关SW21与下侧开关SW22的开关对形成第1驱动部214，使第1端子Ps的电压在电源电压Vdd与接地电压0V的2个值变化。
上侧开关SW23与下侧开关SW24的开关对形成第2驱动部216，使基准电容Cref的电压Vi在电源电压Vdd与接地电压0V的2个值变化。
开关SW21～SW26利用控制器252控制。控制器252可以是信号处理部250的一部分。优选设为Vref＝Vdd/2。也可以与反馈电容Cfb并联设置未图示的初始化开关。
电容检测电路210在(i)驱动期间，在将电荷传输开关SW25断开，切断第1端子Ps与基准电容Cref的状态下，对第1端子Ps施加电源电压Vdd与接地电压0V的一个，对基准电容Cref施加电源电压Vdd与接地电压0V的另一个。
电容检测电路210在接下来的传感期间，仅电荷传输开关SW25接通，将第1端子Ps与基准电容Cref连接。其结果，在静电电容Cs与基准电容Cref之间产生电荷的移动。如果在其之前的驱动期间对第1端子Ps施加了电源电压Vdd，对基准电容Cref施加了接地电压0V，那么根据电荷守恒定律，下式成立。
Cs×Vdd＝Vi×(Cs+Cref) …(1)
Vi＝Vdd×Cs/(Cs+Cref) …(2)
Vi表示电荷移动结束后的基准电容Cref的电压。如果Cs＝Cref，那么Vi＝Vdd/2。
在接下来的放大期间，放大用开关SW26接通。其结果，以运算放大器212的反转输入端子的电压成为Vref的方式对反馈电容Cfb充电，获得以下的检测电压Vs。
Vs＝Vref-Cref/Cfb×(Vi-Vref) …(3)
根据式(2)及(3)，可知检测电压Vs依存于静电电容Cs。
消除电路240A的驱动辅助电路244包含第1开关SW11及第2开关SW12。第1开关SW11设置在第2端子Pc与电源线之间，第2开关SW12设置在第2端子Pc与接地线之间。第1开关SW11与第1驱动部214的上侧开关SW21连动接通，将第2端子Pc的电压Vy提升至电源电压Vdd。另外，第2开关SW12与第1驱动部214的下侧开关SW22连动接通，将第2端子Pc的电压Vy下拉至接地电压0V。
图7是图6的电容检测电路210A的动作波形图。在驱动期间T1中，上侧开关SW21、下侧开关SW24接通，对第1端子Ps施加电源电压Vdd，对基准电容Cref施加接地电压0V。在接下来的传输期间T2中，电荷传输开关SW25接通，将静电电容Cs与基准电容Cref的电荷平均化。基准电容Cref的电压Vi由下式表示。
Vi＝Vdd×Cs/(Cs+Cref)
在接下来的放大期间T3中，电荷传输开关SW25断开，电压Vi保持不变。通过使放大用开关SW26接通，产生检测电压Vs。
在接下来的驱动期间T4中，下侧开关SW22、上侧开关SW23接通，对第1端子Ps施加接地电压0V，对基准电容Cref施加电源电压Vdd。在接下来的传输期间T5中，电荷传输开关SW25接通，将静电电容Cs与基准电容Cref的电荷平均化。
Vi＝Vdd×Cref/(Cs+Cref)
在接下来的放大期间T6中，电荷传输开关SW25断开，电压Vi保持不变。通过使放大用开关SW26接通，产生检测电压Vs。
图8是触摸检测电路200的动作波形图。在驱动期间T1，第1端子Ps的电压Vx上升至电源电压Vdd。与此相应地，第1开关SW11接通，由此，第2端子Pc的电压Vy追随电压Vx上升至电源电压Vdd。
在传输期间T2及放大期间T3时，第3开关SW13接通，第2端子Pc与缓冲器242的输出连接。其结果，利用缓冲器242，使第2端子Pc的电压Vy变得与第1端子Ps的电压Vx相等。
在驱动期间T4，第1端子Ps的电压Vx降低至接地电压0V。与此相应地，第2开关SW12接通，由此，第2端子Pc的电压Vy追随电压Vx降低至接地电压0V。
在传输期间T5及放大期间T6时，第3开关SW13接通，第2端子Pc与缓冲器242的输出连接。其结果，利用缓冲器242使第2端子Pc的电压Vy变得与第1端子Ps的电压Vx相等。
以上为触摸检测电路200A的动作。根据该触摸检测电路200A，能够使第2端子Pc的电压Vy高速地追随第1端子Ps的电压Vx，从而能够消除第1电极Es与第2电极Ec之间的寄生电容Cp的影响。
在驱动期间T1的开始时点，也可以代替缓冲器242，利用驱动辅助电路244使电压Vy急剧上升。另外，在驱动期间T4的开始时点，也可以代替缓冲器242，利用驱动辅助电路244使电压Vy急剧降低。由此，能够使缓冲器242所要求的驱动能力低于图2的缓冲器202的驱动能力。
接下来，对与实施例1相关的变化例进行说明。此外，这里表示的若干变化例也可以应用于后述实施例2。
(变化例1)
图9是变化例1的触摸检测电路200的动作波形图。在该变化例中，从驱动期间T1移行到传输期间T2后，立即设置第1开关SW11与第2开关SW12的同时接通期间。第1开关SW11与第2开关SW12的接通电阻相等时，利用驱动辅助电路244使第2端子Pc的电压Vy瞬间降低到Vdd与0V的中点电压(即基准电压Vref)。并且，当第1开关SW11、第2开关SW12两者均断开时，利用缓冲器242使第2端子Pc的电压Vy变得与第1端子Ps的电压Vx相等。
同样地，从驱动期间T4移行到传输期间T5后也立即设置第1开关SW11与第2开关SW12的同时接通期间。由此，利用驱动辅助电路244使第2端子Pc的电压Vy瞬间上升至Vdd与0V的中点电压(即基准电压Vref)。并且，当第1开关SW11、第2开关SW12两者均断开时，利用缓冲器242使第2端子Pc的电压Vy变得与第1端子Ps的电压Vx相等。
根据该变化例，在驱动期间T1的结束时点也可以利用驱动辅助电路244而不是缓冲器242使电压Vy急剧降低。另外，在驱动期间T4的结束时点也可以利用驱动辅助电路244而不是缓冲器242使电压Vy急剧上升。由此，能够使缓冲器242所要求的驱动能力进一步变低，从而能够削减电路面积、消耗电力。
(变化例2)
图10是变化例2的触摸检测电路200B的电路图。消除电路240B除具备图6的消除电路240A外，还具备偏压电路246。偏压电路246在驱动辅助电路244的断开状态(非激活状态，即SW11、SW12两者均断开)时，对缓冲器242输入供给偏压电压Vbias。偏压电压Vbias理想的是与基准电压Vref相等或设定在其附近。
偏压电路246包含第4开关SW14、第5开关SW15、及电压源248。例如设为Vbias＝Vdd/2时，电压源248可以利用将电源电压Vdd以分压比1/2进行分压的电阻分压电路构成。第4开关SW14设置在缓冲器242的输入与第1端子Ps之间。另外，第5开关SW15设置在缓冲器242的输入与电压源248之间。
图11是图10的触摸检测电路200B的动作波形图。在图11中，表示缓冲器242的输出电压Vz。在驱动期间T1、T4，第4开关SW14断开，第5开关SW15接通。其结果，缓冲器242的输出电压Vz维持在偏压电压Vbias。在传输期间T2、T5、放大期间T3、T6，第4开关SW14接通，第5开关SW15断开，缓冲器242的输出电压Vz变得与电压Vx相等。
这样一来，根据变化例2，能够缩小缓冲器242的输出电压Vz的变动范围。由此，能够降低缓冲器242的驱动能力，从而进一步削减电路面积、消耗电力。
(变化例3)
图12是变化例3的触摸检测电路200C的电路图。消除电路240C的偏压电路246C包含取样保持电路247。取样保持电路247对传输期间T2(T5)、放大期间T3(T6)的第1端子Ps的电压Vx进行取样并保持。偏压电路246C在驱动期间T1、T4时将所保持的电压作为偏压电压Vbias输出，在传输期间T2(T5)、放大期间T3(T6)时，输出第1端子Ps的电压Vx。
(实施例2)
图13是实施例2的触摸检测电路200E的电路图。第1电容检测电路210E的电路形式与图6的第1电容检测电路210A不同。第1电容检测电路210E具备复位开关SW41、电流镜电路274、及积分器276。
复位开关SW41设置在第1端子Ps与接地线之间。电流镜电路274的输入侧的晶体管M41与第1端子Ps连接。电流镜电路274也可以包含传感开关SW42。积分器276输出对电流镜电路274的输出侧的晶体管M42中流动的电流Is进行积分所得的检测电压Vs。
图14是图13的第1电容检测电路210E的动作波形图。在复位区间T11，复位开关SW41接通，对第1端子Ps施加0V，静电电容Cs放电。接下来，在传感区间T12，传感开关SW42接通时，充电电流ICHG开始流向电流镜电路274的输入侧的晶体管，利用充电电流ICHG对静电电容Cs充电。然后，当电压Vx上升至电源电压Vdd附近时，电流镜电路274的输入侧的晶体管M41截止，充电停止。电压Vx的变化幅度ΔV与电源电压Vdd大致相等，此时，流入静电电容Cs的总电荷Q成为：
Q＝Cs×ΔV＝Cs×Vdd。
利用电流镜电路274复制充电电流ICHG，利用积分器276对复制的电流Is进行累计。输出电压Vs产生与电荷量Q成正比的、也就是与静电电容Cs成正比的电压变化。
返回图13。消除电路240E使第2端子Pc的电压Vy追随图14所示的电压Vx变化。复位开关SW41打开时，电压Vx急剧变化。可以利用驱动辅助电路244E产生该急剧变化，利用缓冲器242产生传感开关SW42接通后的电压Vx的缓慢变化。在该情况下，驱动辅助电路244E可以包含设置在第2端子Pc与接地之间的第2开关SW12。
图15是图13的触摸检测电路200E的动作波形图。在复位区间T11，复位开关SW41接通，将第2端子Pc的电压Vy下拉至0V。当移行到传感区间T12时，第3开关SW13接通，利用缓冲器242，以与电压Vx变得相等的方式驱动第2端子Pc的电压Vy。
以上为触摸检测电路200E的动作。利用该触摸检测电路200E，也能够获得与实施例1同样的效果。
接下来，对与实施例2相关的变化例进行说明。在图13的触摸检测电路200E中，可以在缓冲器242的输入侧追加偏压电路246。
接下来，对第2电容检测电路260的构成例进行说明。图16是一实施例的第2电容检测电路260的电路图。缓冲器242可以包含推挽型的输出级243，该推挽型的输出级243包含高压侧晶体管M51及低压侧晶体管M52。积分电路266对在高压侧晶体管M51及低压侧晶体管M52中流动的电流I1、I2进行积分，产生检测信号Vc。
第1电流检测部262包含晶体管M53～M56，将与高压侧晶体管M51中流动的拉电流I1相应的电流拉入及/或灌入积分电路249的输入线263。第2电流检测部264包含晶体管M57～60，将与低压侧晶体管M52中流动的灌电流I2相应的电流供给及/或灌入输入线263。
以上，基于实施方式对本发明进行了说明。该实施方式为例示，业者应当理解，其中的各构成要素及各处理制程的组合能够实现各种变化例，另外，这种变化例也包含在本发明的范围内。以下，对这种变化例进行说明。
消除电路240及第2电容检测电路260的构成并不限定于实施方式中说明的构成。例如，也可以与第1电容检测电路210同样地构成消除电路240及第2电容检测电路260组件。
图3中，将第2电极Ec与多个第1电极Es重叠设置，但并不限定于此。第2电极Ec也可以靠近或包围N个第1电极Es1～EsN地与N个第1电极Es设置在同一平面。
[符号说明]
2 手指
100 触摸输入装置
110 面板
120 主处理器
200 触摸检测电路
210 第1电容检测电路
220 选择器
230 第1A/D转换器
240 消除电路
250 信号处理部
260 第2电容检测电路
270 第2A/D转换器
340 选择器
Ec 第2电极
Es 第1电极
Pc 第2端子
Ps 第1端子

Claims (13)

1.一种触摸检测电路，其特征在于：
其是自电容方式的触摸检测电路，且具备：
N个第1端子，连接分别与它们对应的第1电极，且N≧1；
第2端子，与第2电极连接；
N个第1电容检测电路，与所述N个第1端子对应，使各自对应的第1端子的电压变化，基于对应的第1端子所产生的电荷的移动产生表示对应的第1电极的静电电容的第1检测信号；
消除电路，以追随在所述N个第1电容检测电路各自测定所述第1电极的静电电容时的所述第1端子电压的变化的方式，驱动所述第2端子；及
第2电容检测电路，产生表示所述第2电极的静电电容的第2检测信号；
基于所述第2检测信号进行触摸检测或靠近检测。
2.根据权利要求1所述的触摸检测电路，其特征在于：所述第2电容检测电路与所述N个第1电容检测电路各自进行的所述第1电极的静电电容的测定同步地，基于通过所述消除电路的驱动产生在所述第2端子的电荷的移动，产生所述第2检测信号。
3.根据权利要求1或2所述的触摸检测电路，其特征在于：所述第2电极的面积大于所述第1电极的面积。
4.根据权利要求1所述的触摸检测电路，其特征在于：所述消除电路包含缓冲器，所述缓冲器在其输入接受所述第1端子的电压，且其输出与所述第2端子连接，
所述第2电容检测电路包含对所述缓冲器的输出电流进行积分的积分电路。
5.根据权利要求4所述的触摸检测电路，其特征在于：所述缓冲器包含推挽型的输出级，所述推挽型的输出级包含高压侧晶体管及低压侧晶体管，
所述积分电路对所述高压侧晶体管及所述低压侧晶体管中各自流动的电流进行积分。
6.根据权利要求1所述的触摸检测电路，其特征在于：根据所述第2检测信号控制所述触摸检测电路的动作参数及/或动作模式。
7.根据权利要求6所述的触摸检测电路，其特征在于：所述动作参数是所述第1电容检测电路的动作频率。
8.根据权利要求6所述的触摸检测电路，其特征在于：所述动作参数是对于所述N个第1电极的触摸检测的阈值。
9.根据权利要求1所述的触摸检测电路，其特征在于：N≧2，且与所述N个第1电极重叠地设置所述第2电极。
10.根据权利要求1所述的触摸检测电路，其特征在于：N≧2，所述N个第1电容检测电路分时依次激活，依次产生N个所述第1检测信号，
非激活的第1电容检测电路与激活的第1电容检测电路同步使对应的第1端子的电压变化。
11.根据权利要求1所述的触摸检测电路，其特征在于：一体集成化在一个半导体集成电路上。
12.一种输入装置，其特征在于具备：
面板，包含多个传感器电极，使用者接触的坐标附近的传感器电极的静电电容变化；及
根据权利要求1至11中任一项所述的触摸检测电路，所述多个传感器电极作为所述N个第1电极连接在该触摸检测电路。
13.一种电子机器，其特征在于：具备根据权利要求12所述的输入装置。
CN201911107111.1A 2018-11-21 2019-11-13 触摸检测电路、输入装置、电子机器 Active CN111208914B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018217994A JP2020086743A (ja) 2018-11-21 2018-11-21 タッチ検出回路、入力装置、電子機器
JP2018-217994 2018-11-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111208914A CN111208914A (zh) 2020-05-29
CN111208914B true CN111208914B (zh) 2024-04-02

Family

ID=70728252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911107111.1A Active CN111208914B (zh) 2018-11-21 2019-11-13 触摸检测电路、输入装置、电子机器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11054949B2 (zh)
JP (1) JP2020086743A (zh)
CN (1) CN111208914B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7379070B2 (ja) * 2019-10-15 2023-11-14 株式会社Lixil トイレ用リモートコントローラー
US11550434B2 (en) * 2020-10-19 2023-01-10 Synaptics Incorporated Short-term noise suppression
KR20220094273A (ko) * 2020-12-28 2022-07-06 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치
KR20220099613A (ko) * 2021-01-06 2022-07-14 삼성디스플레이 주식회사 터치 센서 및 이를 포함하는 표시 장치
JP2022108974A (ja) * 2021-01-14 2022-07-27 本田技研工業株式会社 静電容量型センサおよび計測装置
KR102365146B1 (ko) * 2021-02-13 2022-02-23 이성호 기생용량을 개조한 쉴딩용량을 이용하여 감도를 향상시키는 방법
KR102397356B1 (ko) * 2021-03-10 2022-05-12 이성호 복수의 서로 다른 면적으로 구성된 검출부 및 이를 이용한 오브젝트 검출장치
CN113302580B (zh) * 2021-04-13 2024-06-07 深圳市汇顶科技股份有限公司 打码电路、主动笔以及电子设备
CN114546168B (zh) * 2022-02-24 2023-07-21 汇春科技(成都)有限公司 自电容检测电路、触摸检测方法和装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011138692A (ja) * 2009-12-28 2011-07-14 Sony Corp タッチセンサおよびその駆動方法、タッチセンサ付き表示装置、ならびに電子機器
CN102654812A (zh) * 2011-02-08 2012-09-05 罗姆股份有限公司 电容电压转换电路、使用此电容电压转换电路的输入装置、电子设备以及电容电压转换方法
CN103902121A (zh) * 2012-12-26 2014-07-02 株式会社日本显示器 触摸检测装置、带触摸检测功能的显示装置及电子设备
KR20150025749A (ko) * 2013-08-30 2015-03-11 크루셜텍 (주) 터치 검출 장치 및 방법
CN104793816A (zh) * 2014-01-17 2015-07-22 株式会社日本显示器 触摸检测装置、附带触摸检测功能的显示装置及电子设备
WO2018042806A1 (ja) * 2016-09-01 2018-03-08 株式会社東海理化電機製作所 入力装置
JP2018101281A (ja) * 2016-12-20 2018-06-28 株式会社東海理化電機製作所 タッチ検出装置
JP2018169680A (ja) * 2017-03-29 2018-11-01 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3934330B2 (ja) 2000-03-07 2007-06-20 アルプス電気株式会社 多方向入力装置
KR20110091380A (ko) * 2010-02-05 2011-08-11 삼성전자주식회사 터치 패널의 노이즈 보상 방법 및 장치
DE102012108097A1 (de) * 2011-09-09 2013-03-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Berührungssteuerungen, Verfahren davon und Vorrichtungen mit den Berührungssteuerungen

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011138692A (ja) * 2009-12-28 2011-07-14 Sony Corp タッチセンサおよびその駆動方法、タッチセンサ付き表示装置、ならびに電子機器
CN102654812A (zh) * 2011-02-08 2012-09-05 罗姆股份有限公司 电容电压转换电路、使用此电容电压转换电路的输入装置、电子设备以及电容电压转换方法
CN103902121A (zh) * 2012-12-26 2014-07-02 株式会社日本显示器 触摸检测装置、带触摸检测功能的显示装置及电子设备
KR20150025749A (ko) * 2013-08-30 2015-03-11 크루셜텍 (주) 터치 검출 장치 및 방법
CN104793816A (zh) * 2014-01-17 2015-07-22 株式会社日本显示器 触摸检测装置、附带触摸检测功能的显示装置及电子设备
WO2018042806A1 (ja) * 2016-09-01 2018-03-08 株式会社東海理化電機製作所 入力装置
JP2018101281A (ja) * 2016-12-20 2018-06-28 株式会社東海理化電機製作所 タッチ検出装置
JP2018169680A (ja) * 2017-03-29 2018-11-01 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
An Analysis of Electrode Patterns in Capacitive Touch Screen Panels;Jeffrey Lee et al.;《Journal of Display Technology》;20140205;全文 *
电容式传感器寄生电容的抑制;刘秉安;;国外电子测量技术;20110322(第03期);全文 *
触控与显示驱动集成中的关键问题研究;张晋芳;《万方数据库》;20180208;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20200159352A1 (en) 2020-05-21
US11054949B2 (en) 2021-07-06
CN111208914A (zh) 2020-05-29
JP2020086743A (ja) 2020-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111208914B (zh) 触摸检测电路、输入装置、电子机器
CN107449810B (zh) 电容测定电路、使用了它的输入装置、电子设备
EP3591507B1 (en) Capacitive detection circuit, touch detection apparatus, and terminal device
US9652104B2 (en) Capacitance voltage conversion circuit, input apparatus using the same, electronic instrument, and capacitance voltage conversion method
JP7294896B2 (ja) タッチ検出回路、入力装置、電子機器
US8599167B2 (en) Method and apparatus for improving dynamic range of a touchscreen controller
US11092633B2 (en) Capacitance detection circuit, semiconductor device, input device and electronic apparatus including the same, and method of detecting capacitance
EP3617720B1 (en) Touch device and terminal device
KR101427782B1 (ko) 터치 검출 방법 및 장치
KR100392723B1 (ko) 터치및철필에의해데이타입력이가능한입력장치와그입력장치를가진데이타처리시스템
US8487639B1 (en) Receive demodulator for capacitive sensing
WO2005073839A2 (en) Capacitive touch sensor
WO2013165466A1 (en) Stylus and stylus circuitry for capacitive touch screens
JP2020166656A (ja) タッチ検出回路、入力装置、電子機器
WO2018042806A1 (ja) 入力装置
JP7102235B2 (ja) タッチ検出回路、入力装置、電子機器
TWI479400B (zh) 電容式觸控面板的感測電路及其方法
JP6510343B2 (ja) 容量測定回路、それを用いた入力装置、電子機器
JP2018060502A (ja) 入力装置
JP7337742B2 (ja) 容量検出回路、入力装置
WO2017082176A1 (ja) 入力装置及び入力装置の駆動方法
KR101307228B1 (ko) 멀티-터치 감지장치
CN116094509A (zh) 触摸状态检测电路、方法及电子系统
JP2019144628A (ja) タッチパネルのコントローラ回路、静電スイッチのコントローラ回路、それらを用いた入力装置、電子機器、ならびにタッチパネルの制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant