CN112798872A - 一种触摸屏电容检测电路 - Google Patents

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Abstract

一种触摸屏电容检测电路，包括主放大单元和寄生电容校准回路，主放大单元将输入的电容量转化为电压量，寄生电容校准回路消除寄生电容带来的影响；检测电路的输入为待测电容Cx和寄生电容Cpar，待测电容Cx输入路中设有开关K1；其中，主放大单元包括运算放大器、并联在反相输入端和输出端之间的分路以及同相输入端的接地支路和参考电压输入支路；寄生电容校准回路包括依次相连的补偿电路、运算放大器、校准电路和比较器。本电容检测电路，通过增加的寄生电容校准回路能够完全消除输入端寄生电容的影响，即使输入端寄生电容随环境发生变化，也能准确测量输入端电容的变化量。

Description

一种触摸屏电容检测电路
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种触摸屏电容检测电路。
背景技术
电容检测电路连接电容式传感器与信号处理电路，它将传感器检测到的电容容值转换为电信号，通常，相较于电压式或者电流式传感器，电容式传感器后端的电容测量具有更高的复杂度。
由于人手接触触摸屏产生的电容容值非常小，一般低于1pF，然而，相较于所测量的1pF的微小电容，检测电路芯片引脚的寄生电容一般可以达到几皮法。因此电容检测电路需要消除寄生电容的影响来测量触摸屏上的微小电容。目前围绕电容检测所设计的电路一般为通用型，检测范围比较大，没有针对微小的待测电容和较大的寄生电容来设计。
发明内容
本发明考虑到外部环境干扰，比如温度变化、湿度变化，会对寄生电容容值产生影响的问题，提出一种触摸屏电容检测电路，采用有效的寄生电容校准技术以减小或消除寄生电容对检测结果的影响。
一种触摸屏电容检测电路，包括并联的主放大单元和寄生电容校准回路，主放大单元将输入的电容量转化为电压量，寄生电容校准回路消除寄生电容带来的影响；所述检测电路的输入为待测电容Cx和寄生电容Cpar，待测电容Cx输入路中设有开关K1；
其中，主放大单元包括运算放大器、并联在反相输入端和输出端之间的分路以及同相输入端的接地支路和参考电压输入支路；
寄生电容校准回路包括依次相连的补偿电路、运算放大器、校准电路和比较器。
进一步地，所述并联在反相输入端和输出端之间的四条分路分别为：开关S4，电感Rfb，电容Cfb2串联开关S2，电容Cfb1串联开关S1。
进一步地，所述同相输入端的接地支路中串联有开关S5。
进一步地，所述同相输入端的参考电压Vref输入支路中串联有开关S6。
进一步地，所述补偿电路包括补偿电容Ccom、并联的开关S1和开关S3，以及与开关S3相连的开关S5和开关S6，其中开关S5接地，开关S6连接运算放大器的输出端。
进一步地，所述运算放大器同相输入端连接校准电路，反相输入端和输出端之间并联电阻R1，并通过电阻R2接地。
进一步地，所述校准电路包括MOS开关管、校准电容Ccharge、以及并联在校准电容容Ccharge两端的开关S0和并联在MOS开关管和校准电容两端的开关S3。
进一步地，所述比较器的反相输入端输入参考电压Vref，并接受S3的开闭信号。
本发明达到的有益效果为：提出了一种新颖的电容变化检测电路结构，通过增加的寄生电容校准回路能够完全消除输入端寄生电容的影响，即使输入端寄生电容随环境发生变化，也能准确测量输入端电容的变化量。
附图说明
图1为本发明实施例中的电容检测电路结构图。
图2为本发明实施例中的电容检测电路时序图。
图3为本发明实施例中的电容检测的初始化阶段电路结构图。
图4为本发明实施例中的电容检测的校准阶段电路结构图。
图5为本发明实施例中的电容检测的复位阶段电路结构图。
图6为本发明实施例中的电容检测的测量阶段电路结构图。
图7为本发明实施例中的电容检测电路理论输出波形。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
本发明所提出的电容检测电路如图1所示，其中Cx是待测电容，Cpar是芯片引脚所带来的寄生电容，并且该电容值会随着环境变化改变，电容检测电路分为两个部分：主放大单元，寄生电容校准回路。主放大单元用来将输入的电容量转化为电压量；寄生电容校准回路用来消除寄生电容带来的影响。
电容检测电路时序图如图2所示，其中的开关由数字控制信号S0，S1，S2和S5进行控制(取1为闭合，取0为断开)，S3由S1取反得到，S4由S1，S2或非得到，S6与S5为两相不交叠时钟。此电荷放大器只需经过一次初始化，校准，复位之后便可对电容进行连续测量。
本发明的电容检测电路的工作过程分为四个阶段：初始化、校准、复位，测量，下面将具体分析每个阶段的工作情况。
1、初始化电荷放大器处于初始化时，开关S0，S3，S4闭合，S1，S2断开，其等效电路如图3所示。此时电容Ccha放电，补偿电压Vcom为0。
2、校准电荷放大器处于校准状态时，开关S0，S2，S3，S4断开，S1闭合，其等效电路如图4所示。此状态用来对寄生电容Cpar进行补偿。
3、复位电荷放大器处于复位状态时，开关S0，S1，S2断开，S3，S4闭合。等效电路如图5所示。由于S3闭合，比较器与NMOS关断，Vcom为0-2.4V的方波。
4、测量电荷放大器处于测量状态时，开关S0，S1，S4断开，S2，S3闭合，对待测电容Cx进行测量，等效电路如图6所示。此时补偿电容Vcom电荷转出量与寄生电容Cpar电荷转入量相等。因此，反馈电容Cfb2转出的电荷量等于待测电容转入的电荷量。
通过上述的分析可知电荷放大器理论输出波形如图7所示，在测量状态，随着输入电容的增大，电荷放大器的输出高电平电压也相应增大。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (8)

1.一种触摸屏电容检测电路，其特征在于：
所述检测电路包括主放大单元和寄生电容校准回路，主放大单元将输入的电容量转化为电压量，寄生电容校准回路消除寄生电容带来的影响；所述检测电路的输入为待测电容Cx和寄生电容Cpar，待测电容Cx输入路中设有开关K1；
其中，主放大单元包括运算放大器、并联在反相输入端和输出端之间的分路以及同相输入端的接地支路和参考电压输入支路；
寄生电容校准回路包括依次相连的补偿电路、运算放大器、校准电路和比较器。
2.根据权利要求1所述的一种触摸屏电容检测电路，其特征在于：所述并联在反相输入端和输出端之间的四条分路分别为：开关S4，电感Rfb，电容Cfb2串联开关S2，电容Cfb1串联开关S1。
3.根据权利要求1所述的一种触摸屏电容检测电路，其特征在于：所述同相输入端的接地支路中串联有开关S5。
4.根据权利要求1所述的一种触摸屏电容检测电路，其特征在于：所述同相输入端的参考电压Vref输入支路中串联有开关S6。
5.根据权利要求1所述的一种触摸屏电容检测电路，其特征在于：所述补偿电路包括补偿电容Ccom、并联的开关S1和开关S3，以及与开关S3相连的开关S5和开关S6，其中开关S5接地，开关S6连接运算放大器的输出端。
6.根据权利要求1所述的一种触摸屏电容检测电路，其特征在于：所述运算放大器同相输入端连接校准电路，反相输入端和输出端之间并联电阻R1，并通过电阻R2接地。
7.根据权利要求1所述的一种触摸屏电容检测电路，其特征在于：所述校准电路包括MOS开关管、校准电容Ccharge、以及并联在校准电容Ccharge两端的开关S0和并联在MOS开关管和校准电容两端的开关S3。
8.根据权利要求1所述的一种触摸屏电容检测电路，其特征在于：所述比较器的反相输入端输入参考电压Vref，并接受S3的开闭信号。
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