CN111819528B - 电容检测电路、触控芯片和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电容检测电路，降低屏幕噪声对电容检测的影响。所述电容检测电路，用于检测电子设备的屏幕中的感应电极与输入有驱动信号的第一驱动电极之间的电容，所述电容检测电路包括：放大电路，与所述感应电极相连，用于将所述感应电极与所述第一驱动电极之间的电容信号转换为电压信号，所述电压信号关联于所述第一驱动电极与所述感应电极之间的电容；抵消电路，与所述放大电路相连，用于向所述放大电路输出抵消信号，所述抵消信号用于抵消所述电压信号中包括的来自所述屏幕的噪声信号；控制电路，与所述屏幕中的未输入驱动信号的第二驱动电极相连，用于产生控制信号，所述控制信号用于控制所述抵消电路产生所述抵消信号。

Description

电容检测电路、触控芯片和电子设备
技术领域
本申请实施例涉及电容检测领域，并且更具体地，涉及一种电容检测电路、触控芯片和电子设备。
背景技术
电容式传感器广泛应用于电子产品中，用来实现触摸检测。当有导体例如手指，靠近或触摸检测电极时，检测电极对应的电容会发生变化，通过检测该电容的变化量，就可以获取手指靠近或触摸检测电极的信息，从而判断用户的操作。但是，电子设备的屏幕产生的噪声，会对上述检测结果造成影响。因此，如何降低显示屏噪声对电容检测的影响，成为亟待解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种电容检测电路、触控芯片和电子设备，能够降低屏幕噪声对电容检测的影响。
第一方面，提供了一种电容检测电路，用于检测电子设备的屏幕中的感应电极与输入有驱动信号的第一驱动电极之间的电容，所述电容检测电路包括：
放大电路，与所述感应电极相连，用于将所述感应电极与所述第一驱动电极之间的电容信号转换为电压信号，所述电压信号关联于所述第一驱动电极与所述感应电极之间的电容；
抵消电路，与所述放大电路相连，用于向所述放大电路输出抵消信号，所述抵消信号用于抵消所述电压信号中包括的来自所述屏幕的噪声信号；
控制电路，与所述屏幕中的未输入驱动信号的第二驱动电极相连，用于产生控制信号，所述控制信号用于控制所述抵消电路产生所述抵消信号。
在一种可能的实现方式中，所述抵消电路包括受控电流源，所述控制信号为第一电流信号，所述抵消信号为第二电流信号，所述受控电流源用于根据所述第一电流信号镜像产生所述第二电流信号。
在一种可能的实现方式中，所述感应电极和所述受控电流源连接于所述放大电路的同一输入端；或者，所述感应电极和所述受控电流源分别连接于所述放大电路的不同输入端。
在一种可能的实现方式中，所述抵消电路包括反相器或者缓冲器，所述控制信号为第一电压信号，所述抵消信号为第二电压信号，所述反相器和所述缓冲器用于根据所述第一电压信号产生所述第二电压信号。
在一种可能的实现方式中，所述抵消电路包括所述反相器，所述感应电极和所述反相器连接于所述放大器的同一输入端；或者，所述抵消电路包括所述缓冲器，所述感应电极和所述缓冲器分别连接于所述放大器的不同输入端。
在一种可能的实现方式中，所述抵消电路还包括与所述反相器或所述缓冲器串联的电阻，所述电阻等于所述感应电极连接至所述放大电路的等效电阻。
在一种可能的实现方式中，所述控制电路包括抵消电阻，所述抵消电阻的一端与所述第二驱动电极相连，所述抵消电阻的另一端接地。
在一种可能的实现方式中，所述电容检测电路还包括：滤波电路，与所述放大电路相连，用于对所述放大电路输出的电压信号进行滤波处理。
在一种可能的实现方式中，所述电容检测电路还包括：模数转换电路，与所述滤波电路相连，用于将滤波后的所述电压信号转换为数字信号。
在一种可能的实现方式中，所述放大电路包括运算放大器，所述运算放大器的输入端和输出端之间连接有反馈电阻。
第二方面，提供了一种触控芯片，包括：前述第一方面以及第一方面的任一种可能的实现方式中的电容检测电路。
第三方面，提供了一种电子设备，包括：屏幕；以及，前述第二方面以及第二方面的任一种可能的实现方式中的触控芯片。
基于上述技术方案，电容检测电路在检测输入有驱动信号的第一驱动电极与某个感应电极之间的电容时，由于控制电路与屏幕中的未输入驱动信号的第二驱动电极相连，因此控制电路可以产生由屏幕噪声引起的控制信号。该控制信号可以用于控制抵消电路向其连接的放大电路中输出与该感应电极匹配的抵消信号，以抵消输入该感应电极向放大电路中输出的噪声信号，从而降低屏幕噪声对电容检测的影响。
附图说明
图1是本申请实施例的电容检测电路的示意性流程图。
图2是基于图1所示的电容检测电路的一种可能的实现方式的示意图。
图3是基于图1所示的电容检测电路的一种可能的实现方式的示意图。
图4是基于图1所示的电容检测电路的一种可能的实现方式的示意图。
图5是基于图1所示的电容检测电路的一种可能的实现方式的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
对于电子设备的屏幕，尤其是Y-OCTA屏幕，屏幕的显示层在进行扫描时会产生较大的噪声，该噪声会影响触控层，极易使触控层的电容检测电路中的放大电路发生饱和。如果通过降低放大电路的放大倍数来避免饱和，则有效的检测信号也会受到影响，从而降低电容检测电路的性能。
本申请提供一种电容检测电路，能够降低屏幕噪声对电容检测的影响。
图1是本申请实施例的电容检测电路的示意性框图。该电容检测电路100用于检测电子设备的屏幕中的感应电极与输入有驱动信号的第一驱动电极之间的电容。如图1所示，电容检测电路100包括放大电路110、抵消电路120和控制电路130。
放大电路110与所述感应电极相连，用于将所述感应电极与所述第一驱动电极之间的电容信号转换为电压信号，所述电压信号关联于所述第一驱动电极与所述感应电极之间的电容。
抵消电路120与放大电路110相连，用于向放大电路110输出抵消信号，所述抵消信号用于抵消所述电压信号中包括的来自所述屏幕的噪声信号。
控制电路130与所述屏幕中的未输入驱动信号的第二驱动电极相连，用于产生控制信号，所述控制信号用于控制抵消电路120产生所述抵消信号。
图1至图5中所示的140为屏幕的噪声源。
由于屏幕噪声是显示阴极带来的，所有驱动电极和感应电极都受到相同噪声的影响。
电容检测电路100当前检测的是第一驱动电极与对应的感应电极之间的电容，第一驱动电极是输入有驱动信号的驱动电极。而第二驱动电极是未输入有驱动信号的驱动电极，因此第二驱动电极上产生的信号不包括有用信号，而是包括屏幕产生的噪声信号。在进行互容检测时，每次向一个驱动电极输入驱动信号，并由全部检测电极输出检测信号，而其他驱动电极上没有驱动信号。
该实施例中，控制电路130与第二驱动电极连接，并与抵消电路120相连，其产生的控制信号可以控制抵消电路120产生与每个感应电极匹配的抵消信号，以抵消每个感应电极输入放大电路110中的噪声信号，从而降低屏幕噪声对电容检测的影响。
控制电路130例如包括抵消电阻，该抵消电阻用于产生控制信号，该控制信号用于控制抵消电路产生相应的抵消信号。其中，该抵消电阻的一端与第二驱动电极相连，该抵消电阻的另一端接地。
具体来说，该抵消电阻可以用来与每个感应电极对应的等效电阻进行匹配，即每个感应电极连接至放大电路110的输入端产生的等效电阻，以使抵消电路产生的抵消信号与每个感应电极相匹配。
该抵消电阻例如可以为可调电阻，当电容检测电路100应用于具有不同噪声水平的屏幕中时，该抵消电阻可以调整为不同的阻值。
放大电路110中包括运算放大器，此外还可以包括其他器件，例如在该运算放大器的输入端和输出端之间连接有反馈电阻和/或反馈电容。
该运算放大器例如可以是差分运算放大器。该差分运算放大器的第一输入端和第一输出端之间连接有反馈电阻和/或反馈电容，该差分运算放大器的第二输入端和第二输出端之间也连接有反馈电阻和/或反馈电容。
这里对该差分运算放大器的第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端并不做任何限定。以下，仅以第一输入端为正输入端、第二输入端为负输入端、第一输出端为负输出端、以及第二输出端为正输出端为例进行描述。
放大电路110可以对信号进行放大并输出，在该实施例中，放大电路110的输入端连接至感应电极，也即，放大电路110的输入端与感应电极与第一驱动电极之间的待测电容相连。放大电路110的输出端输出电压信号。其中，该电压信号关联于该待测电容。该待测电容发生变化时，放大电路110输出的电压信号也会发生变化，因此，通过放大电路110输出的电压信号，就可以判断该待测电容的变化情况。也就是说，该放大电路110可以将该待测电容的电容信号转换为电压信号，以实现对该待测电容的检测。
本申请实施例提供两种方式对噪声信号进行抵消，下面结合图2至图5分别进行描述。图2至图5中的放大电路中，均包括差分运算放大器。但本申请对此并不做限定，其他类型的放大器也可以应用于本申请实施例的放大电路110。
方式1
抵消电路120包括受控电流源。
其中，控制电路130产生的控制信号为第一电流信号，抵消电路120产生的抵消信号为第二电流信号，所述受控电流源用于根据所述第一电流信号镜像产生所述第二电流信号。
例如图2所示的电容检测电路100的一种可能的实现方式，假设当前第一驱动电极进行检测，则向第一驱动电极输入打码信号，而其他驱动电极均不输入驱动信号。这时，屏幕中的全部检测电极分别产生检测信号，并输入各自连接的放大电路中。图2中所示的电容C1至Cn为屏幕中的各个检测电极(RX)的等效电容，Cx为当前未做检测的某个驱动电极(TX)例如前述第二驱动电极的等效电容，R1至Rn分别为各个检测电极连接至放大电路110中的放大器111的输入端所对应的等效电阻。放大器111的另一输入端接VCM。其中，每个检测电极对应的抵消电路中均包括一个电流源，用于产生匹配的抵消信号，以抵消各个检测电极输出的检测信号中包括的噪声信号。以下，均以等效电容为C1的感应电极的检测为例进行描述，其他感应电极的检测原理类似。
如图2所示，控制电路130包括抵消电阻Rx，抵消电阻Rx的一端与电容Cx连接，另一端接地。抵消电阻Rx与电容Cx之间产生的电流为I。电流源121为受控电流源，其连接至放大器111的输入端，可以产生电流I1。电流I1可以通过例如电流镜等方式受控于电流I。具体地，由于驱动电极和检测电极的等效电容的差异，利用电阻Rx来匹配电阻R1，电阻Rx在S域满足：Rx/(1/SCx)＝R1/(1/SC1)，其中公式中的S表示S域。电阻Rx上的电流为I，则电流源121产生的电流I1＝X1*I，其中X1＝-C1/Cx。由于电流源121与电容C1均连接至放大器111的同一个输入端，因此系数X1为负。
在进行电容C1的检测时，电流I是由屏幕噪声引起的，而电流源121产生的电流I1受控于电流I，因此，通过系数X1进行匹配后，电流I1就等于电容C1上的屏幕噪声对应的电流信号。将电流I1作为抵消信号，与由电容C1输出的检测信号一起输入放大电路111。这样，放大电路111输出的电压信号VOUT中的噪声信号就被基本抵消了。
应理解，电阻Rx用于匹配电阻R1至电阻Rn。因此，电阻Rx的大小可以基于电阻R1至电阻Rn来确定，例如图2所示，假设各个检测电极的等效电容和对应的等效电阻相等，则可以设置Rx＝Cx*Ri/Ci，0＜i＜n。进一步地，还可以对放大器111的输出信号进行检测，并基于检测结果对电阻Rx不断进行微调，直至该输出信号的质量达到最优。
在图2中，感应电极和抵消电路120连接于放大电路110的同一个输入端。但该实施例中，感应电极和抵消电路120也可以分别连接于放大电路110的不同输入端。例如图3所示，受控电流源121与电容C1连接至放大器111的不同输入端。由于放大器111为差分运算放大器，此时系数X1为正，即X1＝C1/Cx。图3中的电容检测电路与图2中的电容检测电路的原理相同，可以参考前述针对图2的相关描述，为了简洁，这里不再赘述。
应理解，在图2和图3中，电流源121为受控电流源，其产生的电流I1受控于噪声引起的电流I，满足I1＝-X1*I。例如，在具体实现时，可以在图2和图3中应用电流镜，通过电流镜使电流源121成为受控电流源。电流镜电路连接在放大电路的输入端与电阻Rx之间，电流源121可以作为电流镜电路的一部分，图2和图3中未示出电流镜电路的具体结构，可以采用相关技术中的电流镜电路的结构。此外，除了采用电流镜，还可以采用其他方式使电流源121成为受控电流源，本申请对此不做限定，凡是能够使电流I与电流I1相关联的电路结构均可以应用在图2和图3中。
方式1中通过电流抵消信号对屏幕噪声进行抵消，而在下面的方式2中，还可以通过电压抵消信号对屏幕噪声进行抵消。
方式2
抵消电路120包括所述反相器或者缓冲器。
其中，控制电路130产生的控制信号为第一电压信号，抵消电路120产生的抵消信号为第二电压信号，所述反相器和所述缓冲器用于根据所述第一电压信号产生所述第二电压信号。
可选地，抵消电路120还包括与所述反相器或所述缓冲器串联的电阻，所述电阻等于所述感应电极连接至放大电路110的等效电阻。
例如图4所示的电容检测电路100的一种可能的实现方式，假设当前第一驱动电极进行检测，则向第一驱动电极输入打码信号，而其他驱动电极均不输入驱动信号。这时，屏幕中的全部检测电极分别产生检测信号，并输入各自连接的放大电路中。图4中所示的电容C1至Cn为屏幕中的各个检测电极(RX)的等效电容，Cx为当前未做检测的某个驱动电极(TX)例如前述第二驱动电极的等效电容，R1至Rn分别为各个检测电极连接至放大电路110中的放大器112的输入端所对应的等效电阻。放大器112的另一输入端接VCM。其中，每个检测电极对应的抵消电路中均包括一个反相器和一个电阻，用于产生匹配的抵消信号，以抵消各个检测电极输出的检测信号中包括的噪声信号。以下，均以等效电容为C1的感应电极的检测为例进行描述，其他感应电极的检测原理类似。
如图4所示，控制电路130包括电阻Rx，电阻Rx的一端与电容Cx连接，另一端接地。电阻Rx上产生的电压为V1。电阻Rx1与反相器122串联。电阻Rx1用于匹配电阻R1，通常设定Rx1＝R1。抵消电路120可以根据电阻Rx上的电压V1，产生输出电压V2。也就是说，电压V2基于电压V1而变化。具体地，Rx也用来匹配R1，在S域满足：Rx/(1/SCx)＝R1/(1/SC1)，其中公式中的S表示S域。由于采用反相器122，因此反相器122与电容C1均连接至放大器112的同一个输入端。
在进行电容C1的检测时，电阻Rx上的电压V是由屏幕噪声引起的，而反相器122的输出电压V1受控于电压V，因此，电压V1就等于电容C1上的屏幕噪声对应的电压信号。将电压V1作为抵消信号，与由电容C1产生的电压一起，共同影响放大电路111的输入端的电压。这样，放大电路111输出的电压信号VOUT中的噪声信号就被基本抵消了。
在图4中，感应电极和抵消电路120连接于放大电路110的同一个输入端。但该实施例中，感应电极和抵消电路120也可以分别连接于放大电路110的不同输入端，这时，可以将前述反相器替换为缓冲器。例如图5所示，将图4中所示的反相器122替换为缓冲器123，缓冲器123与电容C1分别连接至放大器112的不同输入端。应理解，缓冲器123和反相器123在抵消电路中的作用相同，但是反相器122还可以对其输出的电压信号进行反相。图5中的电容检测电路与图4中的电容检测电路的原理相同，可以参考前述针对图4的相关描述，为了简洁，这里不再赘述。
可选地，例如图2至图5所示，电容检测电路100还可以包括：
滤波电路150，与放大电路110相连，用于对放大电路110输出的电压信号进行滤波处理；和/或，
采样电路160，与滤波电路150相连，用于将滤波后的电压信号转换为数字信号。
其中，滤波电路150例如可以是具有低通特性的模拟抗混叠滤波器(AnalogAntialiasing Filter，AAF)，可以避免高频信号或噪声混叠到采样电路160中。采样电路160例如为模数转换(Analog-to-Digital Converter，ADC)电路，用于将电压信号转化为数字信号，便于数字系统对其进行处理。
可见，电容检测电路在检测输入有驱动信号的第一驱动电极与某个感应电极之间的电容时，由于控制电路与屏幕中的未输入驱动信号的第二驱动电极相连，因此控制电路可以产生由屏幕噪声引起的控制信号。该控制信号可以用于控制抵消电路向其连接的放大电路中输出与该感应电极匹配的抵消信号，以抵消输入该感应电极向放大电路中输出的噪声信号，从而降低屏幕噪声对电容检测的影响。
本申请实施例还提供一种触控芯片，包括上述本申请各种实施例中的电容检测电路。
本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：屏幕；以及，上述本申请各种实施例中的触控芯片。
作为示例而非限定，本申请实施例中的电子设备可以为终端设备、手机、平板电脑、笔记本电脑、台式机电脑、游戏设备、车载电子设备或穿戴式智能设备等便携式或移动计算设备，以及电子数据库、汽车、银行自动柜员机(Automated Teller Machine，ATM)等其他电子设备。该穿戴式智能设备包括功能全、尺寸大、可不依赖智能手机实现完整或部分的功能，例如：智能手表或智能眼镜等，以及只专注于某一类应用功能，需要和其它设备如智能手机配合使用，如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等设备。
需要说明的是，在不冲突的前提下，本申请描述的各个实施例和/或各个实施例中的技术特征可以任意的相互组合，组合之后得到的技术方案也应落入本申请的保护范围。
应理解，本申请实施例中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非限制本申请实施例的范围，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形均落在本申请的保护范围内。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种电容检测电路，其特征在于，用于检测电子设备的屏幕中的感应电极与输入有驱动信号的第一驱动电极之间的电容，所述电容检测电路包括：
放大电路，与所述感应电极相连，用于将所述感应电极与所述第一驱动电极之间的电容信号转换为电压信号，所述电压信号关联于所述第一驱动电极与所述感应电极之间的电容；
抵消电路，与所述放大电路相连，用于向所述放大电路输出抵消信号，所述抵消信号用于抵消所述电压信号中包括的来自所述屏幕的噪声信号；
控制电路，与所述屏幕中的未输入驱动信号的第二驱动电极相连，用于产生控制信号，所述控制信号用于控制所述抵消电路产生所述抵消信号；
其中，所述抵消电路包括反相器或者缓冲器，所述控制信号为第一电压信号，所述抵消信号为第二电压信号，所述反相器和所述缓冲器用于根据所述第一电压信号产生所述第二电压信号；
所述抵消电路包括所述反相器，所述感应电极和所述反相器连接于所述放大电路的同一输入端，或者所述抵消电路包括所述缓冲器，所述感应电极和所述缓冲器分别连接于所述放大电路的不同输入端；
所述控制电路包括抵消电阻，所述抵消电阻的一端与所述第二驱动电极相连，所述抵消电阻的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于，所述抵消电路包括受控电流源，所述控制信号为第一电流信号，所述抵消信号为第二电流信号，所述受控电流源用于根据所述第一电流信号镜像产生所述第二电流信号。
3.根据权利要求2所述的电容检测电路，其特征在于，所述感应电极和所述受控电流源连接于所述放大电路的同一输入端；或者，所述感应电极和所述受控电流源分别连接于所述放大电路的不同输入端。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电容检测电路，其特征在于，所述抵消电路还包括与所述反相器或所述缓冲器串联的电阻，所述电阻等于所述感应电极连接至所述放大电路的等效电阻。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电容检测电路，其特征在于，所述电容检测电路还包括：
滤波电路，与所述放大电路相连，用于对所述放大电路输出的电压信号进行滤波处理。
6.根据权利要求5所述的电容检测电路，其特征在于，所述电容检测电路还包括：
模数转换电路，与所述滤波电路相连，用于将滤波后的所述电压信号转换为数字信号。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的电容检测电路，其特征在于，所述放大电路包括运算放大器，所述运算放大器的输入端和输出端之间连接有反馈电阻。
8.一种触控芯片，其特征在于，包括根据权利要求1至7中任一项所述的电容检测电路。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
屏幕；以及，
根据权利要求8所述的触控芯片。
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