CN116418329A - 触摸电容检测电路及校准、检测方法 - Google Patents

Abstract

一种触摸电容检测电路及校准、检测方法。所述电容检测电路包括通道选择模块、充放电模块、参考基准模块、比较模块、延时单元、计数器、控制模块，其中：所述通道选择模块选通需检测的通道；所述充放电模块对选通的通道进行充电或放电，从而产生检测信号；所述比较模块输入所述检测信号和所述参考基准模块的基准电压，输出第一信号；所述延时单元输入所述第一信号，输出所述第二信号；所述计数器根据所述第二信号输出计数值；所述控制模块根据所述第二信号及所述计数值输出控制信号。

Description

触摸电容检测电路及校准、检测方法

技术领域

本申请涉及集成电路领域，具体而言，涉及一种触摸电容检测电路及校准、检测方法。

背景技术

随着智能家居的兴起，越来越多的家电和门锁采用电容触控的方案。电容触控按键替代机械式按键，可以提高产品寿命，提升产品美观度，提升产品防水性能。

电容触控按键基于自电容原理：当手指靠近按键区域后，增加按键区域的等效电容，即按键区的自电容增加，自电容检测芯片检测自电容是否变化来判断是否有触摸事件发生。

目前自电容检测电路采用两种方案：第一种方案是通过检测与自电容相关的振荡器频率或周期来判断是否有手指触摸，当手指触摸发生时，振荡器频率降低，对振荡器输出方波在一个参考时钟周期内计数便可检测触摸事件的发生，此方案操作简单，且功耗低，但其感应节点为高阻抗节点，易受外界噪声干扰而出现误触发的可能。

第二种方案是通过C-Q-T的原理，将自电容上的电荷周期转移到芯片内部的大电容上。当手指触摸发生时，触摸按键处自电容增加，自电容上存储的电荷能力增强，芯片内部的电容电压会提前超过比较器比较电平；当比较器电平翻转的时候，计数器停止计数。此方案在频域上呈现低通特性，可较好抑制高频噪声的影响，但是当外界有强烈低频噪声(50Hz/60Hz)干扰时，容易引起误触发；同时方案还需要芯片集成大电容，以满足较好的低通特性，浪费芯片面积，且成本较高。

为了解决上述背景技术中提出的问题，本申请旨在提出一种电容式触摸按键电路，具有不易误触，成本低，芯片面积小的特点。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本申请提出一种触摸电容检测电路及校准、检测方法，通过可调的充电电阻，自动实现外部电容的检测和匹配方案。

根据本申请的一方面，提出一种触摸电容检测电路，所述电容检测电路包括通道选择模块、充放电模块、参考基准模块、比较模块、延时单元、计数器、控制模块，其中：

所述通道选择模块选通需检测的通道；

所述充放电模块对选通的通道进行充电或放电，从而产生检测信号；

所述比较模块输入所述检测信号和所述参考基准模块的基准电压，输出第一信号；

所述延时单元输入所述第一信号，输出所述第二信号；

所述计数器根据所述第二信号输出计数值；

所述控制模块根据所述第二信号及所述计数值输出控制信号。

根据一些实施例，所述检测信号为三角波信号。

根据一些实施例，其中：

所述充放电模块包括充电模块和放电模块；

所述充电模块包括至少一个串联的充电电阻和并联开关；

所述放电模块包括至少一个串联的放电电阻和并联开关。

根据一些实施例，还包括触控检测通道，其中：

所述触控检测通道与所述通道选择模块连接。

根据一些实施例，所述参考基准模块包括第一电阻，第二电阻和选择开关，其中：

所述第一电阻一端输入芯片工作电源，另一端连接所述第二电阻，所述第二电阻接地；

所述第一电阻并联选择开关的第一触点与第二触点，所述选择开关第三触点输出参考电压。

根据一些实施例，所述延时单元包括第一电容、第一开关、第二开关和反相器，其中：

所述第一开关与所述第二开关串联，一端输入芯片工作电源，另一端接地；

所述第一开关与所述第二开关的串联支路与所述反相器并联；

所述第一电容一端接地，另一端接所述第一开关与所述第二开关的串联支路的中点。

根据一些实施例，所述控制模块配置为：

若所述第二信号为预定电平，则输出所述控制信号控制所述充放电模块对选通的通道进行放电；

根据所述计数值控制所述充放电模块的并联开关的接入和断开。

根据本申请的另一方面，提出一种用于如前文中任一项所述的触摸电容检测电路的校准方法，包括：

开启通道选择模块，对触控检测通道进行检测；

接收计数器的输出数据；

根据预定检测周期，获取计数器的输出数据与相应校准阈值的比较结果根据所述比较结果，调整充电电阻和/或放电电阻；

记录计数器的值加上余量值作为该触控检测通道的检测阈值。

根据一些实施例，调整充电电阻和/或放电电阻包括：

若所述计数器输出数据低于最低阈值，则减小所述充放电电阻阻值；

若所述计数器输出数据高于最高阈值，则增大所述充放电电阻阻值。

根据一些实施例，还包括：若所述计数器输出数据高于最低阈值，且低于最高阈值，则记录充电电阻和/或放电电阻的档位及滤波配置。

根据本申请的另一方面，一种用于如前文中任一项所述的触摸电容检测电路的检测方法，其特征在于：

开启通道选择模块，对触控检测通道进行检测；

接收计数器的输出数据；

根据预定检测周期，获取计数器的输出数据与相应检测阈值的比较结果；

根据所述检测结果，重新开启当前触控检测通道；或者

根据所述检测结果，开启下一触控检测通道。

根据一些实施例，根据所述检测结果，开启下一触控检测通道，包括：

若所述计数器输出数据低于检测门限，则判断有按键，开启下一触控检测通道；

若所述计数器输出数据高于所述检测门限，则判断无按键，开启下一触控检测通道。

根据一些实施例，根据所述检测结果，重新开启当前触控检测通道，包括：

若所述计数器输出数据与所述检测门限差异较大，则加大过滤噪声配置；

根据噪声档位，调节所述检测门限，再重新开启当前触控检测通道。

根据本申请的另一方面，提出一种电子设备，包括如前文中任一项所述的触摸电容检测电路。

根据本申请提出的一种触摸电容检测电路及其控制方法，通过可调的充电电阻，自动实现外部电容的检测和匹配方案；并且具有噪声过滤机制，可以实现对外部噪声的过滤，减小误差；且电路实现方案简单，并不需要额外的器件配合以及占用多余的IO资源。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本申请的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，而不是对本申请的限制。

图1示出本申请示例实施例的电容式触摸按键电路的示意框图；

图2示出本申请示例实施例的参考基准模块电路的示意图；

图3示出本申请示例实施例的充放电电阻电路的示意图；

图4示出本申请示例实施例的延时单元电路的示意图；

图5示出本申请示例实施例的电容式触摸按键电路正常波形示意图；

图6示出本申请示例实施例的电容式触摸按键电路在受到高频干扰时的工作波形图；

图7示出本申请示例实施例的电容式触摸按键电路校准过程流程图；

图8示出本申请示例实施例的电容式触摸按键检测过程流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。

下面描述本申请的装置实施例，其可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，可参照本申请方法实施例。

图1示出本申请示例实施例的电容式触摸按键电路的示意框图。

如图1所示，电容式触摸按键电路包括通道选择模块Mux、充放电电阻R0、参考基准模块101、比较模块CMP1、延时单元103、计数器105、控制模块107、N个触控检测通道CHN、寄生电容cpN、等效电容cfN，N为大于等于1的整数。

寄生电容cpN与等效电容cfN并联后一端接地，另一端连接触控检测通道CHN，等效电容cfN为手指触控耦合的等效电容，N个触控检测通道均串联连接并联的寄生电容cpN和等效电容cfN。

触控检测通道CHN是触控检测的通道PAD。

触控检测通道CHN连接通道选择模块Mux，通道选择模块Mux连接比较模块CMP1，通道选择模块Mux输出三角波信号V3至比较模块CMP1。

根据示例实施例，充放电电阻R0与通道选择模块Mux，通过输入信号SW1a、SW1b控制开关的断开与闭合，实现通道选择模块Mux的三角波信号V3的输出。

参考基准模块101连接比较模块CMP1，参考基准模块101根据输入的SW2信号，输出基准电压V2至比较模块CMP1。

根据示例实施例，若输出信号vout2为从0至1变换，则SW2信号使得V2切换至输出高参考电压端；若输出信号vout2为从1至0变换，则SW2信号使得V2切换至输出低参考电压端。

比较模块CMP1连接延时单元103，比较模块CMP1输入三角波信号V3和基准电压V2，把三角波信号V3和基准电压V2进行比较后，输出方波信号vout1至延时单元103。

根据示例实施例，若三角波信号V3低于基准电压V2，vout1的输出为从0至1；若三角波信号V3高于基准电压V2，vout1的输出为从1至0。

延时单元103连接计数器105，延时单元103对vout1信号进行延时，输出vout2至计数器105，延时单元103可以实现对高频干扰信号的过滤。

计数器105连接控制模块107，计数器105用一个更快的时钟对比较模块CMP1输出的时钟进行计数，

控制模块107实现按键触控检测的控制信号sel的输出，实现不同检测通道CHN的选择；输出控制信号SW1a和SW1b,控制开关的开闭，通过充放电电阻R0给检测通道CHN充电和放电，产生三角波信号V3；输出控制信号r_trim信号控制充放电电阻R0的开关，调节充放电电阻R0的大小；输出控制信号SW2至参考基准模块101，使得参考基准模块101输出不同的参考电压V2；输出控制信号td_trim至延时单元103，实现延时输出vout2，控制模块107还可以实现按键计数的判断功能，根据计数的结果来判断频率的变化。

RC振荡器的频率Freq1与电容寄生电容cpN与等效电容cfN有关：

Freq1＝1/(K*R0*(cpN+cfN))

若没有等效电容cfN，只有电容寄生电容cpN，此时输出频率变化较快；若有等效电容cfN，导致输出频率Freq1下降。

图2示出本申请示例实施例的参考基准模块电路的示意图。

如图2所示，参考基准模块包括电阻R11，电阻R12和选择开关S1。电阻R11一端输入芯片工作电源VDD，另一端连接电阻R12，电阻R12接地。电阻R11并联选择开关S1的触点1、2，选择开关S1触点3输出参考电压V2。

根据示例实施例，选择开关S1与触点1接通时，输出基准电压V2，V2＝Id1*(R11+R12)。

根据示例实施例，选择开关S1与触点2接通时，输出基准电压V2，V2＝Id1*R12。

根据示例实施例，若输出信号vout2为从0至1变换，则SW2信号使得V2切换至输出高参考电压端，即1端；若输出信号vout2为从1至0变换，则SW2信号使得V2切换至输出低参考电压端，即2端。

图3示出本申请示例实施例的充放电电阻电路的示意图。

如图3所述，充放电电阻R0包括充电电阻R01和放电电阻R02。其中，充电电阻R01和放电电阻R02均包括m个串联的电阻rm，各电阻均并联开关sm,m为大于等于1的整数。

根据示例实施例，控制模块107输出控制信号r_trim<m>，分别控制对应的开关sm的断开与闭合。

通过控制开关sm的断开与闭合，调节充放电电阻R0的阻值。

根据示例实施例，若输出信号vout2为从0至1变化时，控制模块107输出控制信号SW1a、SW1b。控制信号SW1a控制开关K01闭合，控制信号SW1b控制开关K02断开，通过充电电阻R01给通道选择模块Mux充电，V3电压升高。

若输出信号vout2为从1至0变化时，控制模块107输出控制信号SW1a、SW1b。控制信号SW1a控制开关K01断开，控制信号SW1b控制开关K02闭合，通过充电电阻R02给通道选择模块Mux放电，V3电压下降。

图4示出本申请示例实施例的延时单元电路的示意图。

如图4所示，延时单元103包括电容c0，开关K1_p、K1_n,反相器Inv1。

根据示例实施例，开关K1_p可以采用PMOS管实现；K1_n可以采用NMOS管实现。

根据示例实施例，充电的延时由充电电流Id2和电容c0控制，输出延迟后的信号vout2。

根据示例实施例，当输入信号vout1输入为0至1变化，反相器Inv1输出1至0变化，输入信号td_trim控制开关K1_p开启，开关K1_n关闭，通过充电电流Id2给电容c0充电。

根据示例实施例，当输入信号vout1输入为1至0变化，反相器Inv1输出0至1变化，输入信号td_trim控制开关K1_n开启，开关K1_p关闭，通过充电电流Id2给电容c0放电。

根据示例实施例，延时单元103还可以实现过滤高频干扰的功能。

图5示出本申请示例实施例的电容式触摸按键电路正常波形示意图。

如图5所示，V3是通过充放电电阻R0给电容充放电，产生的三角波波形；

V2是基准电压，通过控制信号sw2，实现V2的输出电压切换；

vout1是比较模块CMP1比较V2和V3后输出的波形。如图所示，若V2高于V3，则输出高电平，若V2低于V3，则输出低电平；

vout2是经过延迟单元103延时后输出的波形，延时单元103可以过滤毛刺的干扰；vout2是vout1在延时Td后输出。

SW2是参考电压V2的切换控制信号；

Sw1a是充电电阻R01的开关控制信号；

Sw1b是放电电阻R02的开关控制信号。

图6示出本申请示例实施例的电容式触摸按键电路在受到高频干扰时的工作波形图。

如图6所示，延时单元103具有过滤高频干扰信号的功能，故vout1在经过延时单元103的延时Td后，输出正常的vout2信号，使电容式触摸按键电路正常工作。

图7示出本申请示例实施例的电容式触摸按键电路校准过程流程图。

在S501,开启Mux通道选择模块，对通道进行检测。

根据示例实施例，在确保没有进行按键的情况下，开启Mux通道选择模块，选择需要检测的通道，对通道进行检测。

在S502,计数器对检测时钟进行检测。

在S503,判断计数器输出数据。

根据示例实施例，根据一个检测周期，判断计数器的输出的数据是否在合理的区间。若计数器输出数据比预期的最低值低，则转到S504；若计数器输出数据比预期的最高值高，则转到S505；若计数器输出的数据在预期的范围内，则转到S506。

在S504，减小充放电电阻R0的阻值。

根据示例实施例，减小充放电电阻R0阻值，则三角波信号V3的输出降低，则比较模块CMP1输出频率降低，计数器输出的结果增加，并转到S502。

在S505，增大充放电电阻R0的阻值。

根据示例实施例，增大充放电电阻R0阻值，则三角波信号V3的输出增加，则比较模块CMP1输出频率增加，计数器输出的结果降低，并转到S502。

在S506，校准结束。

根据示例实施例，校准结束，把计数器输出数据加上余量(考虑噪声)作为判断的门限，并记录对应的充放电电阻R0的档位以及滤波的配置。

图8示出本申请示例实施例的电容式触摸按键检测过程流程图。

在S601,开启Mux通道选择模块，对通道进行检测。

根据示例实施例，在确保没有进行按键的情况下，开启Mux通道选择模块，选择需要检测的通道，对通道进行检测。

在S602,计数器对检测时钟进行检测。

在S603,判断计数器输出数据。

根据示例实施例，根据一个检测周期，判断计数器的输出的数据，与对应的检测门限进行比较。若计数器输出数据低于检测门限，则转到S604；若计数器输出数据高于检测门限，则转到S605；若计数器输出数据远高于检测门限，则转到S606。

在S604，判断有按键。

根据示例实施例，根据检测结果，判断有按键，开启对下一个通道的检测，即转到S601。

在S605，判断无按键。

根据示例实施例，根据检测结果，判断无按键，开启对下一个通道的检测，即转到S601。

在S606，加大过滤噪声配置。

根据示例实施例，若计数器输出数据远高于检测门限，加大过滤噪声的配置，再根据噪声档位，自动调节检测门限，再重新开启当前检测通道，并转到S601。

应清楚地理解，本申请描述了如何形成和使用特定示例，但本申请不限于这些示例的任何细节。相反，基于本申请公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施例。

此外，需要注意的是，上述附图仅是根据本申请示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。

以上具体地示出和描述了本申请的示例性实施例。应可理解的是，本申请不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本申请意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (14)

1.一种触摸电容检测电路，其特征在于，所述电容检测电路包括通道选择模块、充放电模块、参考基准模块、比较模块、延时单元、计数器、控制模块，其中：

所述通道选择模块选通需检测的通道；

所述充放电模块对选通的通道进行充电或放电，从而产生检测信号；

所述比较模块输入所述检测信号和所述参考基准模块的基准电压，输出第一信号；

所述延时单元输入所述第一信号，输出所述第二信号；

所述计数器根据所述第二信号输出计数值；

所述控制模块根据所述第二信号及所述计数值输出控制信号。

2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述检测信号为三角波信号。

3.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，其中：

所述充放电模块包括充电模块和放电模块；

所述充电模块包括至少一个串联的充电电阻和并联开关；

所述放电模块包括至少一个串联的放电电阻和并联开关。

4.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，还包括触控检测通道，其中：

所述触控检测通道与所述通道选择模块连接。

5.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述参考基准模块包括第一电阻，第二电阻和选择开关，其中：

所述第一电阻一端输入芯片工作电源，另一端连接所述第二电阻，所述第二电阻接地；

所述第一电阻并联选择开关的第一触点与第二触点，所述选择开关第三触点输出参考电压。

6.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述延时单元包括第一电容、第一开关、第二开关和反相器，其中：

所述第一开关与所述第二开关串联，一端输入芯片工作电源，另一端接地；

所述第一开关与所述第二开关的串联支路与所述反相器并联；

所述第一电容一端接地，另一端接所述第一开关与所述第二开关的串联支路的中点。

7.根据权利要求3所述的检测电路，其特征在于，所述控制模块配置为：

若所述第二信号为预定电平，则输出所述控制信号控制所述充放电模块对选通的通道进行放电；

根据所述计数值控制所述充放电模块的并联开关的接入和断开。

8.一种用于如权利要求1-7中任一项所述的触摸电容检测电路的校准方法，其特征在于，包括：

开启通道选择模块，对触控检测通道进行检测；

接收计数器的输出数据；

根据预定检测周期，获取计数器的输出数据与相应校准阈值的比较结果根据所述比较结果，调整充电电阻和/或放电电阻；

记录计数器的值加上余量值作为该触控检测通道的检测阈值。

9.根据权利要求8所述的校准方法，其特征在于，调整充电电阻和/或放电电阻包括：

若所述计数器输出数据低于最低阈值，则减小所述充放电电阻阻值；

若所述计数器输出数据高于最高阈值，则增大所述充放电电阻阻值。

10.根据权利要求8所述的校准方法，其特征在于，还包括：若所述计数器输出数据高于最低阈值，且低于最高阈值，则记录充电电阻和/或放电电阻的档位及滤波配置。

11.一种用于如权利要求1-7中任一项所述的触摸电容检测电路的检测方法，其特征在于：

开启通道选择模块，对触控检测通道进行检测；

接收计数器的输出数据；

根据预定检测周期，获取计数器的输出数据与相应检测阈值的比较结果；

根据所述检测结果，重新开启当前触控检测通道；或者

根据所述检测结果，开启下一触控检测通道。

12.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于，根据所述检测结果，开启下一触控检测通道，包括：

若所述计数器输出数据低于检测门限，则判断有按键，开启下一触控检测通道；

所所述计数器输出数据高于所述检测门限，则判断无按键，开启下一触控检测通道。

13.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于，根据所述检测结果，重新开启当前触控检测通道，包括：

若所述计数器输出数据与所述检测门限差异较大，则加大过滤噪声配置；

根据噪声档位，调节所述检测门限，再重新开启当前触控检测通道。

14.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的触摸电容检测电路。

Images