CN1151607C - 微小电流检测电路及利用它的坐标输入装置 - Google Patents

微小电流检测电路及利用它的坐标输入装置

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Abstract

本发明的微小电流检测电路及坐标输入装置备有：第一及第二电容器；用脉冲信号驱动这些电容器的一端，随着脉冲信号的上升和下降，使上述第一及第二电容器充电或放电，在这些电容器的另一端发生第一及第二检测信号的脉冲驱动电路；分别接收上述第一及第二检测信号，发生与这些信号的电平差对应的电流的电流发生电路；以及对该电流发生电路的输出电流进行积分的积分电路，上述第一及第二电容器中的至少任意一个配置在检测部。

Description

微小电流检测电路及利用它的坐标输入装置
技术领域
本发明涉及微小电流检测电路及利用它的坐标输入装置，详细地说，涉及这样的微小电流检测电路，即检测在电容型位置传感器、电压传感器、电容型湿度传感器、静电场型的传感器、静电型数字化转换器、坐标输入装置等电容型传感器或静电型传感器等中发生充电或放电时的微小电流的电路。另外，作为坐标输入装置，是检测一对电容器中的电荷电流差的电路，特别是将呈栅格状排列的一对电极作为一对电容器进行扫描，对应于该扫描，从上述的微小电流检测电路取出具有对应于规定的基准电平上下振动的两个峰值的触摸检测信号，作为用手指触摸了电极附近的检测信号的电路，特别是适用于能对手指的触摸宽度正确地检测触摸位置，且不需调整就能制成产品的排列成栅格状的微小间隔电极排列的坐标输入装置的电路。
背景技术
作为代替在计算机系统中使用的鼠标器、跟踪球及快速指示器的指示装置有坐标输入装置。该坐标输入装置具有将多个X、Y电极排列成栅格状的静电传感部分，通过检测各一对电极的电容差，在坐标输入装置中进行被触摸的电极位置的检测。为了检测被触摸的电极位置，通常是将相邻的一对电极作为一组，进行X电极或Y电极的扫描。然后，将由一对电极形成的两个电容器的电容差作为各自的电荷电流之差，通过用微小电流检测电路进行检测，获得检测信号。
作为使用电容型传感器或静电型传感器等的微小电流检测电路，如图8所示，可以举出检测由于电容器的充电而发生的电荷电流的电荷电流检测电路(静电型传感电路)。
9是电荷电流检测电路，1是其静电型位置传感部，设有两个电容器Ca和Cb。任意一个电容器都具有从外部触摸的面，作为电荷电流检测传感器即所谓的触摸传感器。例如将电容器Ca作为该传感器。
2是以规定的周期将驱动脉冲加在这两个电容器Ca和Cb的一端上的脉冲驱动电路。电容器Ca和Cb的另一端分别连接在运算放大器(OP)3、4的(-)输入端上。
运算放大器3、4是反相型放大器，其(+)输入端接地、各自的输出电压VA、VB分别通过反馈电容器C3、C4，反馈到(-)输入侧。另外，与电容器C3、C4并联设有初始设定用的开关电路5、6。这些开关电路在检测工作之前，通过来自控制器等的控制信号，在一定期间内被接通。
运算放大器4的输出电压VB通过电阻R被输入反相放大型的缓冲放大器7的(-)输入侧。该放大器也是反馈电阻即电阻R(其阻值与上述电阻R相同的电阻)，因此，该放大器成为放大率为1的缓冲放大器。因此，运算放大器4的输出输出电压VB值接反相，变换成-VB电压信号，从该放大器7输出输出电压-VB。
缓冲放大器7的输出电压-VB和运算放大器3的输出电压VA被输入到反相放大的加法器8中，进行加法运算。这时，缓冲放大器7发生将运算放大器3的输出反相后的输出，所以实际上是从运算放大器3的输出电压VA减去运算放大器4的输出电压VB，发生-(VA-VB)作为加法器8的输出。其结果是当发生电容器Ca、Cb的电容差时，产生充电电荷量之差，这时发生流过的充电电流之差。在加法器8中获得与该差值对应的检测信号。
运算放大器3和4的工作相同，所以以运算放大器3为代表，说明这种检测工作。首先，在初始状态下，开关电路5在一定的周期内接通。运算放大器3的(-)输入和(+)输入端呈虚拟短路状态，所以由于上述的开关电路5在一定的时期内接通，运算放大器3的输出下降到接地电平。因此电容器C3的电荷放电而被清除。另外，这时电容器Ca的电荷通过脉冲驱动电路2放电，同样被清除。
与开关电路5断开的同时，从脉冲驱动电路2向电容器Ca、Cb输出脉冲信号。该脉冲信号通过容器Ca加在运算放大器3的(-)输入端上，在该通路中流过使电容器Ca充电的电流。因此电容器Ca被充电。对应于该充电电荷，电流流入(-)输入端。这时在运算放大器3的输出侧发生将(-)输入端保持在接地电位的电压。对应于该输出电压，电流流向运算放大器3，使其充电。该充电使得运算放大器3朝着将其输出变成负的方向动作，所以如图所示，(-)输入侧的电容器Ca的端子变+，输出侧的电容器Ca的端子变-。而且，在运算放大器3中发生输出电压VA。同样在运算放大器4中发生输出电压VB。
在这种情况下，电容器Ca被配置在规定的检测位置，人通过用手指触摸等或使金属接近等，使电容器Ca的电容变化，假设电容器Cb的电容作为基准侧的电容不变化，则在加法器8上能获得与电容器Ca的电容变化相对应的电压电平的输出信号。由此能检测出手指的接触或检测对象的位置的变化等。
通常，在静电型数字化转换器、坐标输入装置等情况下，将这样的电荷电流检测电路作为基本电路，由具有配置成矩阵状的接触电极的多个电容器Ca构成。而且，利用多路复用器进行扫描，依次选择各检测用电容器Ca。与上述一样，检测由手指的接触等选择的电容器相对于相邻的电容器的电容变化。其结果是根据多路复用器选择的时间和选择的检测电容器的电容量的变化，能检测手指接触的输入位置。另外，在这种装置中，对应于各检测用电器Ca，分别设有上述运算放大器3。另外，多路复用器实际上不选择检测用电容器，而是在规定的时间内依次选择运算放大器3的输出。
通常，在备有检测用电容器和基准电容的电容器(或相邻电容器)的电荷电流检测电路中，由于检测侧的电容器Ca配置在检测位置，所以该电容器和运算放大器3的布线距离长。其结果是电容器Ca的电容量(从数pF到数十pF数量级)易受噪声的影响，其检测电压变化，容易发生误检测。另外，由于检测对应于人的接触或金属接近等环境变化产生的静电电容的变化所发生的电流变化，该检测电压的变化范围小。因此，在由运算放大器收到上述变化的情况下，运算放大器工作中的偏移量对于检测工作来说存在问题。
因此，在检测微小电流的情况下，作为不易受噪声影响的微小电流检测电路，本申请人已在USP8728382号“SMALL CURRENT DETECTORCIRCUIT AND LOCATOR DEVICE USING THE SAME”中提出了申请。
可是，配置在坐标输入装置的静电传感器部分的X、Y电极通常是其宽度比触摸的手指的宽度窄的片状电极。被触摸的电极由于X、Y电极之间的电力线被手指遮住，其电容量下降。因此，在被触摸的电极前后的一对电极之间的电容量之差发生变化。通过电极扫描，如果由上述微小电流检测电路依次检测到各一对电极之间的电容量之差，则在触摸位置的前侧，电容量之差在+侧增加。不久它便减小，在手指的触摸位置(触摸的手指的中央部分)变为零，而从触摸位置靠后，电容量之差在-侧增加。而且，成为具有电容量之差不久便减小，再变为零的特性的触摸检测信号。换句话说，由微小电流检测电路得到的对应于一对电极扫描获得的触摸检测信号具有沿扫描方向的变化相对于规定的基准电平上下振动的两个峰值(参照图5(a))。
在由这样的电极扫描获得的触摸检测信号的波形中，所谓检测触摸的电极位置，从理论上说检测前后峰之间的零交叉点即可。可是，多个宽度微小的X、Y电极排列在静电传感部分，另外，由于加在电极上的电压多少有些变化，所以存在S/N比下降的趋势。特别是静电传感部分的电极之间的电容量如果变为从数微微至十数微微数量级的非常小的电容量，则由电极扫描获得的触摸检测信号的波形也容易变形，在检测容易受周围的影响的电荷电流的关系中，触摸检测信号的基准电平容易变化。因此，检测峰值之间的零交叉点的精确度下降。而且，如果所检测的电极之间的间距很微小，仅为数百μm的数量级，则与其相对应，手指的触摸宽度很大，所以更加难以推断检测正确的触摸电极位置。
因此，在这种坐标输入装置中，必须进行基准电平和各种电路的调整。而且，在这种坐标输入装置中，每个产品都容易发生偏差，所以还必须对每个产品进行电平调整。由于这种原因，存在制造工序增加的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的这种问题，提供一种在检测微小电流时不易受噪声影响的微小电流检测电路。
另外，本发明的另一个目的在于提供一种具有不易受噪声的影响的微小电流检测电路的坐标输入装置。
再者，本发明的另一个目的在于提供一种不需要对每个产品进行调整，即使用手指触摸时也能准确地检测该触摸电极位置的坐标输入装置。
为了达到这样的目的，本发明的微小电流检测电路及坐标输入装置的特征在于备有：第一及第二电容器；脉冲驱动电路，用脉冲信号驱动每个电容器的一端，随着脉冲信号的上升和下降，使上述第一及第二电容器充电或放电，在每个电容器的另一端发生第一及第二检测信号；连接电路，有分别接收上述第一及第二检测信号的第一及第二输入端和第一及第二输出端，对应于上述脉冲信号的上升，将上述第一及第二输入端分别连接在上述第一及第二输出端上，对应于上述脉冲信号的下降，与上述相反，将上述第一输入端连接在上述第二输出端上，而且将上述第二输入端连接在上述第一输出端上；电流发生电路，用于分别接收来自上述第一及第二输出端的上述第一及第二检测信号，发生与这些信号的电平差对应的电流；以及对该电流发生电路的输出电流进行积分的积分电路，上述第一及第二电容器中的至少一个配置在检测电路的检测部。
这样，同时将脉冲加在两个电容器上，随着该脉冲的上升和下降，使这两个电容器充电或放电，发生检测信号。随着各脉冲的上升和下降，通过用连接电路进行反向切换，将充电侧的检测信号和放电侧的检测信号两者的电平差作为同一极性(同一位相)的输出，发生这些检测信号。因此，对应于一个脉冲，从电流发生电路输出两个差电流值。用积分电路对这两个差电流值进行积分，得到加倍的差电流值，能增大作为差电流的检测电流值。
其结果是能提高对差电流的检测值的检测S/N比。
根据本发明的另一方面，一种坐标输入装置，其特征在于备有：
第一及第二电容器；
脉冲驱动电路，用脉冲信号驱动每个电容器的一端，随着施加脉冲信号的上升和下降，使上述电容器充电或放电，从而在每个电容器的另一端发生第一及第二检测信号；
连接电路，有分别接收上述第一及第二检测信号的第一及第二输入端和第一及第二输出端，对应于上述脉冲信号的上升，将上述第一及第二输入端分别连接在上述第一及第二输出端上，对应于上述脉冲信号的下降，与上述相反，将上述第一输入端连接在上述第二输出端上，而且将上述第二输入端连接在上述第一输出端上；
电流发生电路，用于分别接收来自上述第一及第二输出端的上述第一及第二检测信号，发生表示上述信号的电平差的电流；以及
积分电路，用于对该电流发生电路的输出电流进行积分；
在检测部中配置多个上述第一电容器，依规定次序选择上述多个第一电容器之中的一个，所选择的上述第一电容器之中的一个的一端与上述第二电容器的一端，接受来自上述脉冲驱动电路的上述脉冲信号。
另外，为了达到上述的不需调整的目的，本发明的坐标输入装置的特征在于备有：触摸检测部，具有沿规定方向排列的多个电极和与这些电极以相对关系配置的公共电极；脉冲驱动电路，用于根据脉冲信号驱动上述公共电极，对应于脉冲信号的上升或下降，使由所选择的相邻的一对电极形成的两个电容器充电或放电，在这一对电极上发生第一及第二检测信号；多路复用器，用于依次选择(以下称扫描)上述相邻的一对电极，分别接收上述第一及第二检测信号；电流发生电路，用于分别接收来自上述多路复用器的第一和第二检测信号，发生与这些信号的电平差对应的电流；积分电路，用于对该电流发生电路的输出电流进行积分；基准电平取样装置，在未触摸上述一对电极中的任意一个时，以上述一对电极为组别，对应于所述选择的上述一对电极，存储由上述多路复用器扫描时得到的上述积分电路的电压值；累计值运算装置，用于通过从B减去A计出修正值，B就是在触摸了上述一对电极中的任意一个时，由上述多路复用器扫描选择的上述一对电极得到的上述积分电路的电压值，A就是与该一对选出电极对应的由上述基准电平取样装置存储的上述积分电路的电压值，每当更新上述一对电极的选择，便累计运算所算出的修正值，对应于更新后的上述一对电极，存储该累计值；以及触摸位置检测装置，用于将对应于由该累计值运算装置算出的累计值的最大值的上述一对电极或该一对电极中的某个电极作为被触摸的电极，并检测其位置。
上述积分电路的电压值变成沿扫描方向(规定的电极排列方向)的变化相对于规定的基准电平具有上下振动的两个峰值的信号(触摸检测信号)。因此，当未触摸上述一对电极中的任意一个时，将积分电路的电压值作为基准电平，与各一对电极对应地取样、存储，在触摸上述一对电极的任一个时，从积分电路的电压值减去所存储的该一对电极的基准电平，获得修正值，变换成具有相对于接地电平正负振动峰值的修正过的触摸检测信号。再者，在上述累计值运算装置中一边更新一对电极，一边依次累计修正值。因此，与接地电平的零交叉位置被变换成累计值的峰值。因此，即使用比电极宽度宽的手指进行触摸，也能根据该最大累计值的电极位置推断出触摸位置。作为其结果，则能高度准确地检测触摸位置。
每次触摸检测信号的修正操作与产品无关，而且能经常修正静电传感部的状态和微小电流检测电路的状态，以及上述积分电路的电压值本身的电平。其结果，能提高触摸位置的检测精度，而且容易检测触摸位置，不需要进行各产品的调整。
附图说明
图1是本发明的一实施例的坐标输入装置的框图。
图2是静电型传感部结构的说明图。
图3是其一对电极的检测状态的说明图。
图4是检测工作的时间图。
图5是其检测信号的说明图，(a)-(c)是检测信号的波形变化的说明图，(d)是其累计值的说明图。
图6是检测信号的数据取样处理的流程图。
图7是触摸位置检测处理的流程图。
图8是表示现有的微小电流检测电路之一例的框图。
具体实施方式
在图1中，10是检测部，11是其静电传感部，12是多路复用器，13是脉冲驱动电路，由X侧驱动电路13a和Y侧驱动电路13b构成。14是连接切换电路，15是差电流发生电路，16是开关电路，17是积分电路，18是控制电路。另外，积分电路17由积分用的电容器和与其并联且清除该电容器充电电荷用的开关电路SW构成。
20是检测信号判断部，由放大器21、取样保持电路(S/H)22、A/D变换电路(A/D)23及数据处理装置24构成。
静电传感部11呈平板状，如图2所示，备有以一定的间隔沿X方向排列的多个片状电极X1、X2、...、Xn和以一定的间隔沿Y方向排列的多个片状电极Y1、Y2、...、Ym，这些电极通过电介质树脂隔片(图中未示出)以规定的间隔相重叠。
各片状电极X1、X2、...、Xn和片状电极Y1、Y2、...、Ym任意一方相邻的两个电极依次作为一对进行选择，由脉冲驱动电路13通过另一电极进行脉冲驱动。这时，被选择一方的一个电极获得一定的电平电压。而且同时驱动其它全部电极。
这里被选择一方的两个电极被选择时，在与另一方电极的关系中，与图3所示的两个电容器Ca和Cb对应。而且，由差电流发生电路15将一方电容器的电容量对另一方电容器的电容量之差作为电流值输出。
其次，在图3中，多路复用器12这时首先一个一个地选择图2中上侧的沿Y方向相邻的两个电极，在全部选完两个电极的时刻，沿X方向一个一个地选择相邻的两个电极。
这就象电极Y1、Y2，电极Y2、Y3，...电极Yi-1、Yi，...电极Ym、Y1所示，是Y方向相邻的两个电极。但是最后的电极Ym成为与最初的电极Y1构成的两个电极。其次，象电极X1、X2，电极X2、X3，...电极Xi-1、Xi，...电极Xn、X1所示，是X方向相邻的两个电极。但是最后的电极Xn也成为最初的电极X1的两个电极。它们依次由多路复用器12进行选择，而且从脉冲驱动电路1 3施加驱动脉冲。另外，当选择了Y侧的电极时，X侧的驱动电路13a发生驱动脉冲，加到X电极上，与此相伴随，依次扫描Y电极侧的一对电极。这时，Y侧的驱动电路13b将一定电压加在各Y电极上。另外，当选择了X侧的电极时，与上述相反，Y侧的驱动电路13b发生驱动脉冲，加到Y电极上，与此相伴随，扫描X电极侧的一对电极。这时，X侧的驱动电路13a将一定电压加在各X电极上。不管是哪一驱动侧，也不管设定多大的一定电压，都由来自数据处理装置24的选择信号S3、S4决定。
因此，由选择信号S3、S4在驱动侧选择X侧的电极，例如，当以高电平、Vcc等电压脉冲进行驱动时，相反地Y侧的电极被设定为低电平、Vcc/2等的一定电压，依次扫描Y侧的各电极。另外，当电极Y1、Y2、...、Ym被定为驱动侧时，例如，以高电平、Vcc等电压脉冲进行驱动。这时，X侧的电极X1、X2、...、Xn被设定为低电平、Vcc/2等的一定电压，依次扫描X侧的各电极。另外，多路复用器12进行的电极选择和脉冲驱动电路13的驱动脉冲的发生都是根据来自控制电路18的控制信号进行的。
图3是表示以由多路复用器12依次选择的一对相邻的两个电极为中心的电路。而且，由控制电路18进行控制、由多路复用器12选择的一对相邻的两个电容器Ca、Cb是由被选择的一对Y电极、全部X电极或由一对X电极和全部Y电极构成的电容器。图4是其检测工作的时间图。
如果由多路复用器12选择Y方向的相邻的两个电极，则驱动脉冲P(参照图4(a))便加在公共连接的电容器Ca、Cb的一端N(最初为X侧的电极)上。被选择的电容器Ca、Cb的另一端Na、Nb(最初为Y侧的电极)通过多路复用器12、连接切换电路14连接在差电流发生电路15上。差电流发生电路15由Gm放大器(互导放大器)构成，在其+位相端和-位相端上分别接收在电容器Ca、Cb的另一端Na、Nb上发生的电压信号。而且，在其输出端上将与这些输入信号的电位差对应的电流作为差电流值输出。
开关电路16是在一定期间内接通的开关，从控制电路18接收控制信号。在该开关电路16接通期间，差电流发生电路15的输出被送给积分电路17中的电容器CS，用该输出电流进行充电。另外，该输出电流是由两个电容器的电容差发生的电流值，与各自的电荷电流之差对应。
这里，连接切换电路14接收来自控制电路18的控制信号SI(参照图4(b))，对应于其上升，进行用实线表示的连接，对应于其下降，进行用虚线表示的连接。在用实线表示的上升时间内的连接，是连接第一输入端I1和第一输出端O1，同时连接第二输入端I2和第二输出端O2。另外，在用虚线表示的下降时间内的连接，相反地是连接第一输入端I1和第二输出端O2，同时连接第二输入端I2和第一输出端O1。
驱动脉冲P和控制信号SI的关系是各自的脉宽相同，控制信号SI的相位比驱动脉冲P超前。因此，在驱动脉冲P上升之前，控制信号SI就已上升，在驱动脉冲P下降之前，控制信号SI就已下降。其结果是在驱动脉冲P已上升时，连接切换电路14便被连接成实线所示的状态，在驱动脉冲P已下降时，连接切换电路14便被连接成虚线所示的状态。
另外，驱动脉冲P的脉宽被设定为比电容器Ca、Cb完成充电的期间长的期间t，其周期T是它的二倍以上(2t＜T)。
这时，在电容器Ca、Cb的另一端Na、Nb上对应于驱动脉冲P的上升、下降，发生如图4(c)所示的电压信号过渡现象。由该过渡现象发生的电压信号被分别加在差电流发生电路15的+位相端和-位相端上。这时在端子间加的差电压的波形变成与来自连接切换电路14的驱动冲P上升和下降相同极性(相同相位)的波形。因此，在差电流发生电路15的输出端输出图4(d)所示的电流信号。其结果，积分电路17中的电容器CS每逢1个驱动脉冲，都由驱动脉冲P的上升和下降时发生的电流进行两次充电，将该电荷存储起来。另外，图4(d)是表示Ca＞Cb的情况下，但在Ca＜Cb的情况，图4(d)所示的电流信号变成相反的极性。
图1中的开关电路16在这里由控制电路18进行控制，在驱动脉冲P的16个周期的期间接通。因此，大约32次脉冲电流加在积分电路17中的电容器CS上，由该脉冲电流进行充电。电容器CS因该充电获得的端电压值被检测信号判断部20中的放大器21放大后，加在取样保持电路(S/H)22上。这里，通过来自控制电路18的取样信号SP进行取样。该取样值被输入(A/D)23中，变换成数字值，该数字值从A/D23被输入数据处理装置24。另外，与开关电路16的接通期间对应的上述驱动脉冲数即使再多也可以，例如，可以从30个左右的范围中设定与适当的个数对应的期间。
可是，电容器CS的端子(放大器21的(+)输入端)连接在与放大器21的(-)输入端同样大小的规定电压、这里为Vcc/2的偏压端上。因此，当开关SW接通时，电容器CS被预置为上述偏压Vcc/2。而且，当检测侧的电容器Ca、Cb的电容量Ca＞Cb时，由于差电流发生电路15的电流被输出，所以电容器CS被充电到比偏压Vcc/2高的电压。另一方面，当电容器的电容量Ca＜Cb时，由于差电流发生电路15的电流输出降低，所以电容器CS的电荷放电，变成比偏压Vcc/2低的电压。而且，当电容器的电容量Ca＝Cb时，在差电流发生电路15中不发生电流输出，所以电容器CS的充电电压与偏压Vcc/2相等。
其次，如前面关于现有技术所述，如果用手指触摸任意的电极，手指起导体的作用，由于电力线被导体(手指)遮断，被触摸的电极的电容量变小。
因此，假设将图3中的电容器Ca作为某一电极，将电容器Cb作为与其相邻的下一个电极，则以被触摸的电极为中心，由靠近其前面的一对电极(X或Y电极)和另一电极(Y或X电极)构成的电容器的电容量变为Ca＞Cb，由靠近其后面的一对电极和另一电极构成的电容器的电容量变为Ca＜Cb。而且，在手指触摸的中心附近，变为Ca＝Cb。另外，在静电传感部11处，手指未触摸的电极变为Ca＝Cb。
这时，由于触摸的手指的宽度比电极的宽度大，所以触摸前后的多数电极受影响，作为结果是获得图5(a)所示的触摸检测信号D。
其结果是放大器21的输出电压变成具有图5(a)所示的将电压Vcc/2作为基准电压上下振动的两个峰值的波形的触摸检测信号D。另外，横轴表示电极的扫描方向，依次排列着电极编号。而且，在该触摸检测信号波形D中，与手指的触摸宽度的中央附近对应的触摸位置变为与Vcc/2相交的点Tp，与其对应的电极编号的位置为手指的触摸位置。
取样保持电路(S/H)22在与扫描电极对应的多个点取样，取得触摸检测信号D，送给A/D23。其结果是触摸检测信号D被变换成数字值，输出给数据处理装置24。
另外，如前面所述，扫描是对一对电极而言的，这里，作为与其前侧电极对应的触摸检测信号，使用图5(a)所示的触摸检测信号D。因此，在以后的说明中，与一对电极不同，只说明一个电极的检测信号。另外，也可以仍按一对电极管理、使用，另外，即使作为与一对后侧电极对应的检测信号使用也没有关系。
其次，在触摸检测信号D与静电传感部11的关系中，基准电压电平发生Vcc/2的偏移，每个产品都有偏差，每次都发生变化。因此，产生图(b)所示的偏移Of，其值并非恒定。
因此，在手指未触摸电极的状态下，只从接地电平GND，对应于各电极取得该变化的Vcc/2的基准电平，在数据处理装置24中为此而设有数据取样程序25。
如果从触摸检测信号电平减去从该经常的触模检测信号中的接地电平GND的角度看的Vcc/2的基准电平，进行修正，则触摸检测信号D变成图(c)所示的波形。因此，将该修正后的取样值存储起来，依次对该修正值进行加法运算。这时，在图(c)中，在正侧的峰值电平和负侧的峰值电平理想地相等的情况下，由相加得到的累计值达到零交叉点为止，以后，累计值减小，不久就变成零。即累计值VS呈图(d)所示的波形。另外，触摸检测信号D的波形即使多少有些变形，累计的最大值的位置偏差很小。因此，作为这样的累计处理程序，是将基准电平修正·累计程序27设在数据处理装置24中。
再者，由于X、Y电极宽度很窄，在累计处理的结果得到的最大值的位置未必合适的情况下，取最大值及其两侧的等距离的三点的电极位置，根据这三点的位置和累计值求出重心，推断出距离该重心位置最近的电极作为触摸位置的电极位置(坐标)。作为这样的重心位置计算的程序，数据处理装置24特别具有重心位置计算程序28。
其次，说明具有这样的程序的数据处理装置24。
在图1中，数据处理装置24由MPU24a、存储各种处理程序的存储器24b、缓冲存储器24c及I/O接口24d等构成。而且在存储器24b中存储着数据取样程序25、触摸位置检测程序26、基准电平修正·累计程序27、重心位置计算程序28、以及驱动频率选择程序29等，另外还设有基准电平修正数据区30。
另外，数据取样程序25在包含上述程序而不执行其它程序时执行该数据取样程序25。而且，该程序首先判断是否用手指触摸了静电传感部11的电极。然后，当用手指触摸了电极时，调用并执行触摸位置检测程序26，当未用手指触摸过电极时，为了进行偏置取消处理，取这时的数据作为Vcc/2的基准电平数据。另外，根据需要，调用驱动频率选择程序29，变更扫描时加在各电极上的驱动脉冲频率(将在后文说明)。
当用手指触摸了电极时，执行触摸位置检测程序26，依次调用基准电平修正·累计程序27、重心位置计算程序28，由MPU24a执行，检测触摸电极的位置。
以下，参照图6、图7，说明这些程序的处理过程。
图6是数据取样程序25的处理流程。
接通电源后开始工作，在X侧的电极扫描后，进行Y侧的电极扫描，开始XY电极的扫描(步骤101)，将X侧、Y侧的各电极的检测信号的电压电平L作为数据取得，且对应于各电极存入缓冲存储器24c(步骤102)。
先说明在该步骤101和步骤102中取得数据处理装置24的检测信号的处理。
数据处理装置24的MPU24a在最初发生控制信号Ss，从控制电路18收到控制信号Ss后，执行数据取样程序25，输出取样保持信号SH和A/D变换信号SA，对取样保持后的放大器21的输出电压值进行A/D变换，将该数据存入缓冲存储器24c。然后，通过I/O接口24d，将测定开始的控制信号Ss送给控制电路18。另外，利用该控制信号Ss清除取样保持电路22中的保持值。
另外，数据处理装置24最初发生使X侧成为驱动电路的选择信号S3，由控制电路18进行Y方向的电极的选择控制，其次发生使Y侧成为驱动电路的选择信号S4，由控制电路18进行X方向的电极的选择控制，在Y、X方向的电极选择全部结束之前，每次接收控制信号S2，就从A/D23接收取得同样的数据，存入缓冲存储器24c中，输出测定开始的控制信号Ss。然后，在Y方向和X方向的全部电极的测定结束时刻，将测定结束信号SE送给控制电路18，使其停止工作。另外，X方向、Y方向的选择也可以与上述的相反。
控制电路18每当从数据处理装置24收到测定开始的控制信号Ss，便将开关电路SW接通，其次，将电容器CS的电压预置为偏压(例如Vcc/2)。然后驱动多路复用器12，输出选择下一对电极的控制信号，将开关电路16接通。然后，将控制信号S1送给连接切换电路14，驱动脉冲驱动电路13。
控制电路18从脉冲驱动电路13收到驱动脉冲P(参照图S3)，计数该脉冲个数。计数到16个驱动脉冲P时，将开关电路16断开，将表示测定结束的控制信号S2送给数据处理装置24。
因此，控制电路18从数据处理装置24收到最初的测定开始的控制信号Ss后，每次收到该信号，都选择沿Y方向与电极Y1、Y2，电极Y2、Y3，...电极Yi-1、Yi，...电极Ym、Y1相邻的两个电极，然后移到X方向，沿X方向依次选择与电极X1、X2，电极X2、X3，...电极Xi-1、Xi，...电极Xn、X1相邻的两个电极。另外，关于所选择的各一对电极，当计数到16个驱动脉冲P时，输出控制信号S2，将能切换到下一个电极的控制信号S5送给多路复用器12。
其次，在将测定结束信号SE送给控制电路18后，MPU24a转移到图6所示的步骤103的处理。
其次，在图6所示的步骤103中，首先在缓冲器24c中从最初的电极部分读出各电极的检测信号的电压电平L(步骤103)，判断电压电平L是否为Vcc/2-Vα＜＝L＜＝Vcc/2+Vα(步骤104)。
这时的判断如果为“是”，则判断X侧、Y侧的电极是否全部结束(步骤105)，这时如果为“否”，则返回步骤103，读出关于下一个电极的检测信号的电压电平L，进行同样的判断。反复进行这样的循环处理，在步骤105的判断中如果变为“是”，则当全部电极的检测信号的电压电平L处于步骤104的判断范围内时，表明未用手指触摸静电传感部11的电极。换句话说，断定未发生图5(a)所示的信号。
这里，±Vα是表示判断是否有图5(a)所示电平大小的触摸检测信号D的基准范围的电压。另外，决定该范围的电压的上限为+Vα，下限为-Vα’，也可以使它们为不同的电压值。
其次，当未用手指触摸静电传感部11时，将各电极的取样数据作为偏置取消处理用的Vcc/2的基准电平的修正数据，并将各数据送到存储器24b中的基准电平修正数据区30的X侧、Y侧的各电极区进行存储(步骤106)。然后，返回步骤101。
这样，当未用手指触摸电极时，经常将X侧、Y侧各自的最新的基准电平的修正数据存储在与X、Y的各电极对应的基准电平修正数据区30中。
另一方面，在上述的步骤104的判断中，如果为“否”，则表明在X侧、Y侧任意的电极位置存在图5(a)所示电平信号。因此，调用触摸位置检测程序26，由MPU24a执行，进行触摸位置检测处理(步骤107)。然后，如果该触摸位置的检测结束，则返回步骤101。
图7是步骤107中的触摸位置检测处理顺序的说明图。它是首先进行基准电平修正处理。首先进行初始设定，将检测对象设定为Y侧的电极(步骤111)，调用基准电平修正·累计程序27，由MPU24a执行，关于缓冲存储器24c中取得的现在的各电极(最初为Y侧，其次为X侧)的检测信号的电压值L，读出对应于各电极已经存储的基准电平修正数据区30中的修正数据(未触摸时各电极的Vcc/2的基准电平)，对应于各电极进行从检测信号的电压值L减去修正数据的电压值的处理，并存入存储器24b的工作区(RAM)(步骤112)。因此，不进行各电极的基准电平的偏置，而且将基准电平降到接地电平。如果将其作为模拟值进行说明，则成为图5(c)所示的波形信号，对应于各电极获得与其有关的数据。
其次，每次更新电极时，将各电极的检测信号的修正过的电压值L(修正值)依次从最初的电极修正到现在选择的更新电极，累计计算修正后的电压值L(修正值)，对应于更新后的电极，存储从最初直至更新后的电极的累计值VS，一直将其累计到最后的电极为止，并存入工作区(步骤113)。如果将其作为模拟值进行说明，则成为图5(d)所示的波形信号。其次，调用重心位置计算程序28，由MPU24a执行，首先，对工作区的累计值VS的数据检测最大值M，同时检测该电极(步骤114)。然后，检测与最大值M的电极位置等距离相邻的两个电极位置的累计值P1，P2的数据(步骤115)。最后根据累计值中的最大值和两侧的两个点共计三点的累计值和电极位置，算出重心电极位置，将距它最近的实际的电极位置作为现在扫描的一侧的触摸电极，将其作为现在设定的检测侧(开始时为Y侧)的触摸电极位置，存入存储器24b(步骤116)。该触摸电极位置与上述图5(a)中的触摸电极位置TP对应。
其次，判断检测对象是否是X侧(步骤117)，当不是X侧时，变为“否”，将检测对象设定为X侧电极(步骤118)，返回步骤112，通过对X侧的电极进行与上述同样的处理，得到触摸位置TP的电极。
然后，当收到在步骤117的判断中断定检测对象为X侧的结果时，输出关于X侧、Y侧的触摸位置电极的数据(步骤119)，返回图6中的步骤101。
这样，从Ca＞Cb变到Ca＝Cb，然后从Ca＝Cb变到Ca＜Cb的变化点分别以Y方向的电极编号和X方向的电极编号给出，作为触摸位置进行检测。
可是，差电流发生电路15在这里举出了Gm放大器的例子，但它也可以是根据两个电容器的电荷电流的电平差给出或降低输出电流的电路，因此，使积分用的电容器充放电即可。特别是前面将图4(c)、(d)所示的波形(检测信号)作为电压波形进行了说明，但即使是电流波形，也可以采取与其相同的形态。因此，如果将检测信号作为电流信号，则可以使用电流放大器作为差电流发生电路15。
另外，可以将USP8728382号中采用电流反射镜的微小电流检测电路换成差电流发生电路15作为提高了S/N比的电流输出放大器使用。
最后，说明驱动频率选择程序29，在数据取样开始前，由数据取样程序25调用驱动频率选择程序29，选择电极驱动脉冲的频率。频率的选择是通过选择设置在脉冲驱动电路13中的分频电路(图中未示出)的分频频率，来变更驱动脉冲的频率。作为所选择的频率的具体例，是105kHz、133kHz、167kHz、200kHz中的一个。
在不能检测触摸位置的情况下或在X、Y中的某个触摸位置不确定的情况下，进行上述这样的选择。其理由是在计算机等中，使用开关电源，它是用特定的频率进行开关的，所以产生脉冲噪声。另外，MPU等工作用的时钟发生电路发生数十～数百MHz数量级的信号。这样的脉冲成为噪声，加在静电传感部11上，使得检测信号发生变化，或者发生误检测。为了防止发生这种现象，当不能充分检测位置时，通过切换成另外的驱动频率信号，发生最佳触摸检测信号D，进行位置检测。
可是，由于说明的理由，在以上的触摸位置检测处理中，说明了用前面的或后面的电极编号管理一对电极，但当然也可以依次对一对电极进行编号，来管理一对电极。在这种情况下，可以用与上述一对前电极或后电极不同的编号，管理与一对电极对应取得的检测值数据。
以上说明过，在实施例中，通过重心处理，求出重心，确定触摸电极的位置，但这也可以根据电极间隔的宽窄程度进行，当然也可以只将与最大累计值的位置对应的电极作为触摸位置的电极。
另外，在实施例中，通过判断触摸检测信号的电平，进行是否用手指触摸了电极的判断，但也可以另外设置例如检测由于手指触摸X电极和Y电极而产生的电容量的不同的检测器，进行触摸检测。
另外，在实施例中，举出了发生多个驱动脉冲，通过积分获得与检测电流值对应的电压值的电路，但在本发明中，不一定必须使用多个驱动脉冲来获得这个期间的积分值。
另外，在实施例中，以在Y方向和X方向排列了多个电极的坐标输入装置为中心进行了说明，但本发明也可以用图5所示的触摸检测信号D的波形来理解，在这种波形的检测信号中，当然也能适用于将与基准电平的交叉点作为触摸位置这样的坐标输入装置中。

Claims (12)

1.一种微小电流检测电路，其特征在于包括：
第一及第二电容器；
脉冲驱动电路，用脉冲信号驱动每个电容器的一端，随着施加脉冲信号的上升和下降，使上述电容器充电或放电，在每个电容器的另一端发生第一及第二检测信号；
连接电路，有分别接收上述第一及第二检测信号的第一及第二输入端和第一及第二输出端，对应于上述脉冲信号的上升，将上述第一及第二输入端分别连接在上述第一及第二输出端上，对应于上述脉冲信号的下降，与上述相反，将上述第一输入端连接在上述第二输出端上，而且将上述第二输入端连接在上述第一输出端上；
电流发生电路，用于分别接收来自上述第一及第二输出端的上述第一及第二检测信号，发生表示上述信号的电平差的电流；
以及对该电流发生电路的输出电流进行积分的积分电路，
上述第一及第二电容器中的至少一个配置在检测电路的检测部。
2.根据权利要求1所述的微小电流检测电路，其特征在于：上述第一及第二电容器都配置在上述检测部。
3.根据权利要求2所述的微小电流检测电路，其特征在：上述电流发生电路是根据上述信号的电平差，输出或降低上述输出电流的电路，上述积分电路是以多个上述脉冲信号，对上述电流发生电路的输出电流进行积分的电路。
4.一种坐标输入装置，其特征在于备有：
第一及第二电容器；
脉冲驱动电路，用脉冲信号驱动每个电容器的一端，随着施加脉冲信号的上升和下降，使上述电容器充电或放电，从而在每个电容器的另一端发生第一及第二检测信号；
连接电路，有分别接收上述第一及第二检测信号的第一及第二输入端和第一及第二输出端，对应于上述脉冲信号的上升，将上述第一及第二输入端分别连接在上述第一及第二输出端上，对应于上述脉冲信号的下降，与上述相反，将上述第一输入端连接在上述第二输出端上，而且将上述第二输入端连接在上述第一输出端上；
电流发生电路，用于分别接收来自上述第一及第二输出端的上述第一及第二检测信号，发生表示上述信号的电平差的电流；以及
积分电路，用于对该电流发生电路的输出电流进行积分；
在检测部中配置多个上述第一电容器，依规定次序选择上述多个第一电容器之中的一个，所选择的上述第一电容器之中的一个的一端与上述第二电容器的一端，接受来自上述脉冲驱动电路的上述脉冲信号。
5.根据权利要求4所述的坐标输入装置，其特征在于：上述第一及第二电容器都配置在上述检测部。
6.根据权利要求5所述的坐标输入装置，其特征在于：还有选择上述多个第一电容器中相邻的两个电容器的多路复用器，上述电流发生电路根据上述信号的电平差，输出或降低上述输出电流，由上述多路复用器选择的两个电容器中的一个电容器被作为上述第二电容器，上述积分电路是以多个上述脉冲信号，对上述电流发生电路的输出电流进行积分。
7.根据权利要求6所述的坐标输入装置，其特征在于：上述第一及第二电容器是在设置于上述检测部中的沿规定方向排列的多个电极中相邻的一对电极和与它们相向配置的公用电极之间形成的，上述多路复用器用于依次选择电极对，来自上述脉冲驱动电路的上述脉冲信号被加到上述公用电极上。
8.一种坐标输入装置，其特征在于包括：触摸检测部，具有沿规定方向排列的多个电极和与上述电极以相对关系配置的公共电极；脉冲驱动电路，用于根据脉冲信号驱动上述公共电极，对应于施加脉冲信号的上升或下降，使由所选择的相邻的一对电极形成的两个电容器充电或放电，在上述一对电极上发生第一及第二检测信号；多路复用器，用于依次选择上述相邻的一对电极，接收上述第一及第二检测信号；电流发生电路，用于接收来自该多路复用器的上述第一及第二检测信号，发生表示上述信号的电平差的电流；积分电路，用于对该电流发生电路的输出电流进行积分；基准电平取样装置，在未触摸上述一对电极中的任意一个时，以上述一对电极为组别，对应于所选择的上述一对电极，存储由上述多路复用器依次选择时得到的上述积分电路的电压值；累计值运算装置，用于通过从B减去A计出修正值，B就是在触摸了上述一对电极中的任意一个时，由上述多路复用器依次选择选出的上述一对电极得到的上述积分电路的电压值，A就是与该一对选出电极对应的由上述基准电平取样装置存储的上述积分电路的电压值，每当更新上述一对电极的选择，便累计运算所算出的修正值，对应于更新后的上述一对电极，存储该累计值；以及触摸位置检测装置，用于将对应于由该累计值运算装置算出的累计值的最大值的上述一对电极或该一对电极中的某个电极作为被触摸的电极，并检测其位置。
9.根据权利要求8所述的坐标输入装置，其特征在于：还包括：连接电路，用于设在上述多路复用器和上述电流发生电路之间，在第一及第二输入端分别接收上述第一及第二检测信号，对应于上述脉冲信号的上升，将上述第一及第二输入端分别连接在第一及第二输出端上，以便输出上述第一及第二检测信号，并对应于上述脉冲信号的下降，将上述第一输入端连接在上述第二输出端上，而且将上述第二输入端连接在上述第一输出端上，以便产生上述第一及第二检测信号；以及检测装置，用于检测触摸了上述电极对中的任一对，其中，上述脉冲驱动电路是随着上述脉冲信号上升及下降，使由上述多路复用器依次选择的上述相邻的一对电极形成的两个电容器充电或放电，并且，上述累计值运算装置包括：修正值运算装置，用于计算上述修正值且对应于上述电极对进行存储该修正值，以及累计处理装置，用于每次更新上述电极对时累计与上述电极对对应存储的修正值，并对应于上述电极对，存储累计值。
10.根据权利要求9所述的坐标输入装置，其特征在于：上述积分电路是以多个上述脉冲信号，对上述电流发生电路的输出电流进行积分；上述多个电极由呈栅格状沿X方向排列的多个X电极和呈栅格状沿Y方向排列的多个Y电极构成，依次选择上述X方向或上述Y方向上各相邻的电极对，另一方向上的各电极被作为上述公用电极；上述检测装置是判断装置，用于通过将与上述电极对中每一对对应得到的上述积分电路的电压与规定的基准电平进行比较，判断是否接触了上述电极对中的任一对；上述累计处理装置每当在X方向和Y方向上更新了上述电极中的上述电极对，便累计与上述电极对对应或与成对电极中的某一个电极对应算出的修正值，且与更新后的上述电极对对应或与成对电极中的某一个电极对应，存储累计值；上述触摸位置检测装置是这样的装置，使得将与该累计值处理装置算出的累计值中的最大值对应的上述电极对或成对电极中的某一个电极作为上述X电极或上述Y电极中触摸过的电极进行检测。
11.根据权利要求10所述的坐标输入装置，其特征在于：当由上述多路复用器依次选择上述X电极时，全部上述Y电极被用作上述公用电极，当由上述多路复用器依次选择上述Y电极时，全部上述X电极被用作上述公用电极。
12.根据权利要求11所述的坐标输入装置，其特征在于：还包括处理器和存储器，其中，上述判断装置、上述基准电平取样装置、上述修正值运算装置、上述累计处理装置、以及上述触摸位置检测装置，通过上述处理器执行与上述各个装置相关并存储在上述存储器中的程序来实现，当上述处理器不执行与上述判断装置相关的程序以外的其它上述程序时，执行上述判断装置的程序，上述触摸位置检测装置将与最大值对应的上述一对电极的位置作为基准，取得两侧等距离的两个上述一对电极的修正值，将距离由上述两个修正值和上述最大值决定的重心位置最近的电极位置作为触摸位置。
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