CN117686794A - 电容检测电路、方法、触控芯片和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电容检测电路、方法、触控芯片和电子设备。本申请的负载识别模块可根据输入的检测信号，确认连接的待测电容的类型为自电容或互电容，并根据确认的结果输出控制信号至时序控制模块，以使时序控制模块根据控制信号输出对应的开关信号，从而在待测电容的类型为自电容时，将第一检测模块连接至抵消模块或驱动模块；或当待测电容的类型为互电容时，将第二检测模块连接至抵消模块。再通过电荷放大模块，将电容的容值变化转换为电压变化，从而满足电容检测的多种场景需求。

Description

电容检测电路、方法、触控芯片和电子设备

技术领域

本申请涉及电容检测技术领域，特别是涉及一种电容检测电路、方法、触控芯片和电子设备。

背景技术

随着科学技术的快速发展，电容触摸屏在触控技术中得到广泛应用。当电容触摸屏上有触摸信号时，电容值会随触摸而发生变化，通过电容检测电路获取电容的变化值，从而判断用户的操作。

电容检测电路一般分为自容检测电路和互容检测电路，在应用中会有需要同时支持自容和互容的场景；此外，针对不同负载的自容，其对检测的精度要求也不同。

因此，如何设计一种电容检测电路，以满足电容检测的多种场景需求，成为急需解决的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种电容检测电路、方法、触控芯片和电子设备，用于解决传统技术中由于运算放大器的饱和，导致互容检测范围较小、检测精度不高的问题。

第一方面，本申请提供了一种电容检测电路，所述电路包括：负载识别模块、时序控制模块、第一检测模块、第二检测模块、抵消模块、驱动模块和电荷放大模块；

所述负载识别模块，用于根据外部输入的检测信号，确认连接的待测电容的类型为自电容或互电容，并根据确认结果输出控制信号；

所述时序控制模块，用于根据所述控制信号输出对应的开关信号，当所述待测电容的类型为自电容时，使所述第一检测模块连接至所述抵消模块或所述驱动模块；或当所述待测电容的类型为互电容时，使所述第二检测模块连接至所述抵消模块；

所述电荷放大模块，用于放大所述抵消模块或所述驱动模块的输出信号，并根据所述开关信号，调整所述电荷放大模块的反馈回路的连接状态。

在其中一个实施例中，所述负载识别模块包括：

容值检测单元，用于在所述待测电容的类型为自电容时，进一步确定所述待测电容的类型为小电容负载或大电容负载；

所述时序控制模块，还用于当所述待测电容的类型为小电容负载时，输出对应的开关信号，以使所述第一检测模块连接至所述抵消模块；当所述待测电容的类型为大电容负载时，输出对应的开关信号，以使所述第一检测模块连接至所述驱动模块。

在其中一个实施例中，所述第一检测模块包括第一开关；

所述第一开关的一端与所述待测电容的一端连接，所述第一开关的另一端与所述抵消模块和驱动模块连接；

所述待测电容的另一端接地；其中，所述待测电容的类型为自电容。

在其中一个实施例中，所述第二检测模块包括信号发送端、信号接收端和第二开关；

所述待测电容串接在所述信号发送端和所述信号接收端之间，其中，所述待测电容的类型为互电容；

所述第二开关的一端与所述信号接收端连接，所述第二开关的另一端与所述抵消模块连接。

在其中一个实施例中，所述第二检测模块还包括第三开关和第四开关；

所述第三开关的一端与第一电压连接，所述第三开关的另一端与所述信号发送端连接；

所述第四开关的一端与地线连接，所述第四开关的另一端与所述信号发送端连接。

在其中一个实施例中，所述抵消模块包括抵消电容、第五开关和第六开关；

所述抵消电容的一端分别与所述第一检测模块、第二检测模块和所述电荷放大模块连接，所述抵消电容的另一端分别与所述第五开关的一端和所述第六开关的一端连接；

所述第五开关的另一端与第二电压连接；

所述第六开关的另一端与第三电压连接。

在其中一个实施例中，所述驱动模块包括第一电流源、第二电流源第七开关、第八开关、第九开关和第十开关；

第七开关的一端与第一电压连接，第八开关的一端与地线连接；

所述第一电流源的输入端与第四电压连接，输出端与第九开关的一端连接；

所述第二电流源的输入端与第十开关的一端连接，输出端与地线连接；

所述第七开关、所述第八开关、所述第九开关、所述第十开关的另一端分别与所述第一检测模块和所述电荷放大模块连接。

在其中一个实施例中，所述电荷放大模块包括运算放大器、反馈电容、第十一开关、第十二开关、第十三开关、第十四开关、第十五开关、第十六开关和第十七开关；

第十一开关的一端与所述抵消模块和所述驱动模块连接，第十一开关的另一端与所述运算放大器的反相输入端连接；

所述运算放大器的反相输入端还分别与所述反馈电容的一端、以及第十二开关的一端连接，所述第十二开关的另一端与所述运算放大器的输出端连接；

第十三开关串接在所述运算放大器的输出端和所述反馈电容的另一端之间；

所述运算放大器的同相输入端分别与第十四开关、第十五开关和第十六开关的一端连接，所述第十四开关的另一端与检测电压连接、所述第十五开关的另一端与第六电压连接、所述第十六开关的另一端与第七电压连接；

所述反馈电容的另一端还与第十七开关的一端连接，所述第十七开关的另一端与第七电压连接。

第二方面，本申请还提供了一种电容检测方法，适用于上述第一方面中所述的电容检测电路，所述方法包括：

根据外部输入的检测信号，确认连接的待测电容的类型为自电容或互电容，并根据确认结果输出控制信号；

根据所述控制信号输出对应的开关信号，当所述待测电容的类型为自电容时，使第一检测模块连接至抵消模块或驱动模块，并控制所述电容检测电路工作在自容检测模式；或当所述待测电容的类型为互电容时，使第二检测模块连接至所述抵消模块，并控制所述电容检测电路工作在互容检测模式。

在其中一个实施例中，所述自容检测模式包括第一工作模式和第二工作模式；

所述当所述待测电容的类型为自电容时，使第一检测模块连接至抵消模块或驱动模块，包括：

采用容值检测单元检测所述待测电容的容值，并根据容值大小确定所述待测电容的类型为小电容负载或大电容负载；

当所述待测电容的类型为小电容负载时，接通第一开关断开第二开关，将第一检测模块连接至抵消模块，并控制所述电容检测电路工作在第一工作模式；

当所述待测电容的类型为大电容负载时，接通第一开关断开第二开关，将第一检测模块连接至驱动模块，并控制所述电容检测电路工作在第二工作模式。

在其中一个实施例中，所述控制所述电容检测电路工作在第一工作模式，包括：

维持第七开关、第八开关、第九开关、第十开关、以及第十六开关处于常开状态；

维持第十一开关处于常闭状态；

在第一时间内，接通第六开关、第十二开关、第十五开关和第十七开关，断开第五开关、第十三开关和第十四开关，以使所述电容检测电路输出第七电压；

在第二时间内，接通第五开关、第十三开关和第十四开关，断开第六开关、第十二开关、第十五开关和第十七开关，以使所述电容检测电路将所述待测电容的容值变化量转换成电压变化量，并输出所述电压变化量；

在第三时间内，接通第五开关、第十二开关、第十四开关和第十七开关，断开第六开关、第十三开关和第十五开关，以使所述电容检测电路输出第七电压；

在第四时间内，接通第六开关、第十三开关和第十五开关，断开第五开关、第十二开关、第十四开关和第十七开关，以使所述电容检测电路将所述待测电容的容值变化量转换成电压变化量，并输出所述电压变化量。

在其中一个实施例中，所述控制所述电容检测电路工作在第二工作模式，包括：

维持第五开关、第六开关、第十四开关和第十五开关处于常开状态；

维持第十六开关处于常闭状态；

在第五时间内，接通第七开关、第十二开关和第十七开关，断开第六开关、第八开关、第九开关、第十开关、第十一开关和第十三开关，以使所述电容检测电路输出第七电压；

在第六时间内，接通第十开关，断开第七开关、第十二开关和第十七开关，维持第六开关、第八开关、第九开关和第十三开关的状态不变，以使第二电流源为所述待测电容放电；

在第七时间内，接通第十一开关，维持第六开关、第七开关、第八开关、第九开关、第十开关、第十三开关和第十七开关的状态不变，以使所述电容检测电路将所述待测电容的容值变化量转换成电压变化量，并输出所述电压变化量；

在第八时间内，接通第八开关、第十二开关和第十七开关，断开第七开关、第九开关、第十开关、第十一开关、第十三开关，以使所述电容检测电路输出第七电压；

在第九时间内，接通第九开关，断开第八开关、第十二开关和第十七开关，维持第七开关、第十开关、第十一开关和第十三开关的状态不变，以使第一电流源为所述待测电容充电；

在第十时间内，接通第十一开关，维持第七开关、第八开关、第九开关、第十开关、第十二开关、第十三开关和第十七开关的状态不变，以使所述电容检测电路将所述待测电容的容值变化量转换成电压变化量，并输出所述电压变化量。

在其中一个实施例中，所述当所述待测电容的类型为互电容时，使第二检测模块连接至所述抵消模块，并控制所述电容检测电路工作在互容检测模式，包括：

接通第二开关断开第一开关，以将所述第二检测模块连接至所述抵消模块；

维持第七开关、第八开关、第九开关、第十开关、第十四开关、第十五开关和第十七开关处于常开状态；

维持第十一开关、第十三开关和第十六开关处于常闭状态；

在第十一时间内，接通第四开关、第五开关和第十二开关，断开第三开关和第六开关，以使所述电容检测电路输出第七电压；

在第十二时间内，接通第三开关和第六开关，断开第四开关、第五开关和第十二开关，以使所述电容检测电路将所述待测电容的容值变化量转换成电压变化量，并输出所述电压变化量；

在第十三时间内，接通第三开关、第六开关和第十二开关，断开第四开关和第五开关，以使所述电容检测电路输出第七电压；

在第十四时间内，接通第四开关和第五开关，断开第三开关、第六开关和第十二开关，以使所述电容检测电路将所述待测电容的容值变化量转换成电压变化量，并输出所述电压变化量。

第三方面，本申请还提供了一种触控芯片，包括上述的电容检测电路。

第四方面，本申请还提供了一种电子设备，包括：

显示屏，以及设置于所述显示屏表面的触摸屏；所述触摸屏上设置有若干互电容和/或若干自电容；

第三方面中所述的触控芯片，与所述触摸屏连接，用于根据所述触摸屏的触摸信号，检测各所述互电容和/或各所述自电容。

上述电容检测电路、方法、触控芯片和电子设备，至少具有以下优点：

本申请的负载识别模块可根据输入的检测信号，确认连接的待测电容的类型为自电容或互电容，并根据确认的结果输出控制信号至时序控制模块，以使时序控制模块根据控制信号输出对应的开关信号，从而在待测电容的类型为自电容时，将第一检测模块连接至抵消模块或驱动模块；或当待测电容的类型为互电容时，将第二检测模块连接至抵消模块，再通过电荷放大模块，将电容的容值变化转换为电压变化，从而满足电容检测的多种场景需求。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中电容检测电路的结构示意图；

图2为一个实施例中电容检测电路的接线示意图；

图3为一个实施例中电容检测方法的流程示意图；

图4为一个实施例中确定自电容工作模式步骤的结构框图；

图5为一个实施例中第一工作模式的接线示意图；

图6为图5所示结构的时序图；

图7为一个实施例中第二工作模式的接线示意图；

图8为图7所示结构的时序图；

图9为一个实施例中互容检测模式的接线示意图；

图10为图9所示结构的时序图；

图11为一个实施例中触控芯片的结构框图；

图12为一个实施例中电子设备的结构框图。

附图标记说明：

1、负载识别模块；2、时序控制模块；3、第一检测模块；4、第二检测模块；

5、抵消模块；6、驱动模块；7、电荷放大模块。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。

应当理解，尽管本文可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件和另一个元件区分开。例如，在不脱离本申请的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1，在一些实施例中，本申请提供了一种电容检测电路，包括：负载识别模块1、时序控制模块2、第一检测模块3、第二检测模块4、抵消模块5、驱动模块6和电荷放大模块7。

负载识别模块1，输入端与外部输入的检测信号连接，输出端与时序控制模块2的输入端连接，用于根据外部输入的检测信号，确认连接的待测电容的类型为自电容或互电容，并根据确认结果输出控制信号。

具体地说，检测信号是基于接入的待测电容的类型生成的，该检测信号可根据测试需要预先约定。示例性地，可预先约定接入的电容类型为自电容时，该检测信号为第一检测信号；接入的电容类型为互电容时，该检测信号为第二检测信号。则负载识别模块1可根据检测信号，判断接入的电容类型为自电容或互电容。需要说明的是，自电容传感系统和互电容传感系统通常在电路结构上是相互独立的，通过选择传感系统的工作模式，可在两者之间切换，并输出对应的检测信号至负载识别模块1。

时序控制模块2，输出端分别与第一检测模块3、第二检测模块4、抵消模块5、驱动模块6和电荷放大模块7连接，用于根据控制信号输出对应的开关信号，当待测电容的类型为自电容时，使第一检测模块3连接至抵消模块5或驱动模块6；或当待测电容的类型为互电容时，使第二检测模块4连接至抵消模块5。

电荷放大模块7，用于放大抵消模块5或驱动模块6的输出信号，并根据开关信号，调整电荷放大模块7的反馈回路的连接状态。

上述实施例中，负载识别模块1可根据输入的检测信号，确认连接的待测电容的类型为自电容或互电容，并根据确认的结果输出控制信号至时序控制模块2，以使时序控制模块2根据控制信号输出对应的开关信号，从而在待测电容的类型为自电容时，将第一检测模块3连接至抵消模块5或驱动模块6；或当待测电容的类型为互电容时，将第二检测模块4连接至抵消模块5。再通过电荷放大模块7，将电容的容值变化转换为电压变化，从而满足电容检测的多种场景需求。

可选地，负载识别模块1包括：容值检测单元。

容值检测单元，与第一检测模块3连接，用于在待测电容的类型为自电容时，进一步确定待测电容的类型为小电容负载或大电容负载。则此时，时序控制模块2，还用于当待测电容的类型为小电容负载时，输出对应的开关信号，以使第一检测模块3连接至抵消模块5；当待测电容的类型为大电容负载时，输出对应的开关信号，以使第一检测模块3连接至驱动模块6。示例性地，容值检测单元可以采用RC充放电电路或者RC震荡电路，通过测量充放电的时间或者震荡频率，来判断待测电容的容值范围。实际应用中，还可采用其它的检测结构，本申请对此不作具体限定。

请参阅图2，可选地，第一检测模块3包括第一开关K1。

第一开关K1的一端与待测电容Ctp的一端连接，第一开关K1的另一端与抵消模块5和驱动模块6连接。待测电容Ctp的另一端接地；其中，待测电容Ctp的类型为自电容。

具体地说，若负载识别模块1接收的检测信号为第一检测信号，则认为接入的电容类型为自电容，此时时序控制模块2输出对应的开关信号至第一开关K1，以使其闭合，将待测电容连接至抵消模块5和驱动模块6。进一步地，容值检测单元继续确定待测电容的类型为小电容负载或大电容负载，当为小电容负载时，第一检测单元连接至抵消模块5；当为大电容负载时，第一检测单元连接至驱动模块6。

可选地，第二检测模块4包括信号发送端TX、信号接收端RX和第二开关K2。

待测电容Cm串接在信号发送端TX和信号接收端RX之间，其中，待测电容Cm的类型为互电容，Ctx为发射端的寄生电容、Crx为接收端的寄生电容。

第二开关K2的一端与信号接收端RX连接，第二开关K2的另一端与抵消模块5连接。

进一步地，第二检测模块4还包括第三开关K3和第四开关K4。

第三开关K3的一端与第一电压AVDD连接，第三开关K3的另一端与信号发送端TX连接；第四开关K4的一端与地线连接，第四开关K4的另一端与信号发送端TX连接。其中，第一电压AVDD为一正电源。

具体地说，若负载识别模块1接收的检测信号为第二检测信号，则认为接入的电容类型为互电容，此时时序控制模块2输出对应的开关信号至第二开关K2，以使其闭合，将待测电容Cm连接至抵消模块5。同时，时序控制模块2输出对应的开关信号至第一开关K1，以使其断开。

进一步地，时序控制模块2还输出对应的开关信号至第三开关K3和第四开关K4，以使在电容检测时，信号发送端TX能够发送检测波形至信号发送端TX。

可选地，抵消模块5包括抵消电容Cc、第五开关K5和第六开关K6。

抵消电容Cc的一端分别与第一检测模块3、第二检测模块4和电荷放大模块7连接，抵消电容Cc的另一端分别与第五开关K5的一端和第六开关K6的一端连接，第五开关K5的另一端与第二电压VCP连接，第六开关K6的另一端与第三电压VCN连接。 示例性地，本实施例中的第二电压VCP的电压值与第一电压AVDD的电压值相同，第三电压VCN为地线。

通过控制第五开关K5和第六开关K6的通断，可将抵消电容Cc连接至第一电压AVDD或地线。

可选地，驱动模块6包括第一电流源IDACP、第二电流源IDACN、第七开关K7、第八开关K8、第九开关K9和第十开关K10。

第七开关K7的一端与第一电压AVDD连接，第八开关K8的一端与地线连接。

第一电流源IDACP的输入端与第四电压连接，第一电流源IDACP的输出端与第九开关K9的一端连接；其中，第四电压为正电源，其数值可以与第一电压AVDD的数值相等。

第二电流源IDACN的输入端与第十开关K10的一端连接，第二电流源IDACN的输出端与地线连接。

第七开关K7、第八开关K8、第九开关K9、第十开关K10的另一端分别与第一检测模块3和电荷放大模块7连接。

通过控制第七开关K7和第八开关K8的通断，可将待测电容Cm连接至第一电压AVDD或地线，以使待测电容Cm在合适的时刻进行充放电。

通过控制第九开关K9和第十开关K10的通断，可将第一电流源IDACP或第二电流源IDACN连接至待测电容Cm，以使待测电容Cm在合适的时刻进行充放电。

上述实施例中，采用电流源对待测电容Cm进行充放电，在满足测试需求的同时，还降低了硬件电路的面积，进而可以节省芯片的面积。

可选地，电荷放大模块7包括运算放大器A1、反馈电容Cf、第十一开关K11、第十二开关K12、第十三开关K13、第十四开关K14、第十五开关K15、第十六开关K16和第十七开关K17。

第十一开关K11的一端与抵消模块5和驱动模块6连接，第十一开关K11的另一端与运算放大器A1的反相输入端连接。运算放大器A1的反相输入端还分别与反馈电容Cf的一端、以及第十二开关K12的一端连接，第十二开关K12的另一端与运算放大器A1的输出端连接。

第十三开关K13串接在运算放大器A1的输出端和反馈电容Cf的另一端之间。

运算放大器A1的同相输入端分别与第十四开关K14、第十五开关K15和第十六开关K16的一端连接，第十四开关K14的另一端与检测电压VH连接，第十五开关K15的另一端与第六电压VL连接，第十六开关K16的另一端与第七电压VCM连接；反馈电容Cf的另一端还与第十七开关K17的一端连接，第十七开关K17的另一端与第七电压VCM连接。示例性地，可将检测电压到第七电压的电压值设置为检测电压VH＞第七电压VCM＞第六电压VL，且VCM=(VH+VL)/2。应理解，在实际应用中，还可根据检测需要自行设定上述电压值。

通过控制第十二开关K12的通断，可调整反馈回路的连接状态，即通过控制十二开关K12的接通或关断，使运算放大器A1的反相输入端和输出端直接连接，或反相输入端和输出端通过反馈电容Cf连接。具体地，在第十二开关K12导通时，运算放大器A1的反相输入端和输出端短接，此时，运算放大器A1的输出电压与反相输入端的电位相等。在第十二开关K12断开时，运算放大器A1的输出电压VOUT经反馈电容Cf反馈至反相输入端，则此时运算放大器A1可根据反馈信号调整输出电压。

需要说明的是，为了适应不同的测量范围，达到更好的测量效果，本实施例中的抵消电容Cc、反馈电容Cf均为可调电容。

上述实施例中，负载识别模块1可根据输入的检测信号，确认连接的待测电容的类型为自电容或互电容，并在待测电容的类型为自电容时，容值检测单元进一步确定待测电容的类型为小电容负载或大电容负载，最后根据确认的结果输出控制信号至时序控制模块2，以使时序控制模块2根据控制信号输出对应的开关信号，从而当待测电容的类型为小电容负载时，将第一检测模块3连接至抵消模块5；或当待测电容的类型为大电容负载时，将第一检测模块3连接至驱动模块6；或当待测电容的类型为互电容时，将第二检测模块4连接至抵消模块5。这样电荷放大模块7将电容的容值变化转换为电压变化，从而满足电容检测的多种场景需求。

基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的电容检测电路的电容检测方法。该方法所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个电容检测方法实施例中的具体限定可以参见上文中对于电容检测电路的限定，在此不再赘述。

请参阅图3，在一些实施例中，本申请还提供了一种电容检测方法，具体包括：

步骤S302，根据外部输入的检测信号，确认连接的待测电容的类型为自电容或互电容，并根据确认结果输出控制信号。

步骤S304，根据控制信号输出对应的开关信号，当待测电容的类型为自电容时，使第一检测模块3连接至抵消模块5或驱动模块6，并控制电容检测电路工作在自容检测模式；或当待测电容的类型为互电容时，使第二检测模块4连接至抵消模块5，并控制电容检测电路工作在互容检测模式。

请参阅图4，可选地，自容检测模式包括第一工作模式和第二工作模式。

则当待测电容的类型为自电容时，使第一检测模块3连接至抵消模块5或驱动模块6，包括：

步骤S402，采用容值检测单元检测待测电容的容值，并根据容值大小确定待测电容的类型为小电容负载或大电容负载。

步骤S404，当待测电容的类型为小电容负载时，接通第一开关断开第二开关，将第一检测模块3连接至抵消模块5，并控制电容检测电路工作在第一工作模式。

步骤S406，当待测电容的类型为大电容负载时，接通第一开关断开第二开关，将第一检测模块3连接至驱动模块6，并控制电容检测电路工作在第二工作模式。

请参阅图2和图5，可选地，控制电容检测电路工作在第一工作模式，包括：

维持第七开关K7到第十开关K10、以及第十六开关K16处于常开状态，维持第十一开关K11处于常闭状态，则此时电容检测电路的连接示意图如图5所示，第一检测模块3、抵消模块5和电荷放大模块7处于工作状态，第二检测模块4和驱动模块6断开。需要说明的是，第五开关K5和第六开关K6的开关信号互为反向信号，即第五开关K5导通，第六开关K6断开，反之亦然。进一步地，第十二开关K12和第十三开关K13的开关信号互为反向信号，第十四开关K14和第十五开关K15的开关信号互为反向信号。进一步地，第五开关K5和第十四开关K14的开关信号为同向信号，即第五开关K5和第十四开关K14同时导通或关闭。进一步地，第十二开关K12和第十七开关K17的开关信号为同向信号。采用这种方式，通过简单的控制逻辑，即可实现电容检测电路的检测功能。

请参阅图6，图6所示为图5中结构的时序图，且图6中给出了2个完整的工作周期时序。

在第一时间内，即图6所示的t0~t1，接通第六开关K6、第十二开关K12、第十五开关K15和第十七开关K17，断开第五开关K5、第十三开关K13和第十四开关K14，以使电容检测电路输出第七电压VCM。

此时，各个电容上的电荷量分别为：

则运算放大器A1的输出电压V_OUT=V_CM。

其中，V_L为运算放大器A1的同相输入端的输入电压；V_CN为第六开关K6连接的第三电压；V_CM为第十七开关K17连接的第七电压；

Q_Ctp为待测电容Ctp的电荷量、C_tp为待测电容Ctp的容值；

Q_Cc为抵消电容Cc的电荷量、C_c为抵消电容Cc的容值；

Q_Cf为反馈电容Cf的电荷量、C_f为反馈电容Cf的容值。

在第二时间内，即图6所示的t1~t2，接通第五开关K5、第十三开关K13和第十四开关K14，断开第六开关K6、第十二开关K12、第十五开关K15和第十七开关K17，以使电容检测电路将待测电容Ctp的容值变化量转换成电压变化量，并输出该电压变化量V_OUT。

此时，各个电容上的电荷量分别为：

其中，V_H为运算放大器A1的同相输入端的输入电压；V_CP为第五开关K5连接的第二电压。

根据电荷守恒：

得到V_OUT的表达式为：

若令：

即：

则运算放大器A1的输出电压V_OUT=V_CM。

当待测电容Ctp的容值从Ctp变化为Ctp+ΔCtp时，记此时运算放大器A1的输出电压为V_OUT1，则V_OUT1的表达式为：

电容变化引起的信号量为：

在第三时间内，即图6所示的t2~t3，接通第五开关K5、第十二开关K12、第十四开关K14和第十七开关K17，断开第六开关K6、第十三开关K13和第十五开关K15，以使电容检测电路输出第七电压VCM。

此时，各个电容上的电荷量分别为：

则运算放大器A1的输出电压V_OUT=V_CM。

在第四时间内，即图6所示的t3~t4，接通第六开关K6、第十三开关K13和第十五开关K15，断开第五开关K5、第十二开关K12、第十四开关K14和第十七开关K17，以使电容检测电路将待测电容的容值变化量转换成电压变化量，并输出该电压变化量V_OUT。

此时，各个电容上的电荷量分别为：

根据电荷守恒：

得到V_OUT的表达式为：

由于

因此，运算放大器A1的输出电压V_OUT=V_CM。

当待测电容Ctp的容值从Ctp变化为Ctp+ΔCtp时，记此时运算放大器A1的输出电压为V_OUT1，则V_OUT1的表达式为：

即电容变化引起的信号量为：

经过上述操作之后ΔV_OUT的峰峰值为：

当存在触摸信号时，该峰峰值将发生变化，若检测到该变化即可确定存在触摸信号。通过上式，就将电容的变化量转换成电压的变化量，而且电压的变化量是正比于电容的变化量的。该电压通过模数转换器转换成数字量之后，再传给处理器做后续判断处理。

上述实施例中，根据输入的检测信号确认待测电容的类型为自电容或互电容，当待测电容的类型为自电容时，进一步确定待测电容的类型为小电容负载或大电容负载，当待测电容的类型为小电容负载时，电容变化量较小，通过将第一检测模块3连接至抵消模块5，并控制电容检测电路工作在第一工作模式，可获得较高的检测精度。

请参阅图2和图7，可选地，控制所述电容检测电路工作在第二工作模式，包括：

维持第五开关K5、第六开关K6、第十四开关K14和第十五开关K15处于常开状态；维持第十六开关K16处于常闭状态，则此时电容检测电路的连接示意图如图7所示，第一检测模块3、驱动模块6和电荷放大模块7处于工作状态，第二检测模块4和抵消模块5断开。

请参阅图8，图8所示为图7中结构的时序图，且图8中给出了2个完整的工作周期时序。

在第五时间内，即图8所示的t0~t1，接通第七开关K7、第十二开关K12和第十七开关K17，断开第六开关K6、第八开关K8到第十开关K10、第十一开关K11和第十三开关K13，以使电容检测电路输出第七电压VCM。

此时，各个电容上的电荷量分别为：

则运算放大器A1的输出电压V_OUT=V_CM。

在第六时间内，即图8所示的t2~t3，接通第十开关K10，断开第七开关K7、第十二开关K12和第十七开关K17，维持第六开关K6、第八开关K8、第九开关K9和第十三开关K13的状态不变，以使第二电流源IDACN为待测电容Ctp放电，且放电的电荷量Q_dischgn为：

其中，I_DACN为第二电流源IDACN输出的电流；t2和t3为第二电流源的起始时间和结束时间。

各个电容上的电荷量分别为：

其中，AVDD为第七开关K7连接的第一电压。

在第七时间内，即图8所示的t4~t5，接通第十一开关K11，维持第六开关K6到第十开关K10、第十三开关K13和第十七开关K17的状态不变，以使电容检测电路将待测电容的容值变化量转换成电压变化量，并输出电压变化量V_OUT。

根据电荷守恒：

得到V_OUT的表达式为：

若令：

即：

此时，运算放大器A1的输出电压V_OUT=V_CM。

当待测电容Ctp的容值从Ctp变化为Ctp+ΔCtp时，记此时运算放大器A1的输出电压为V_OUT1，则V_OUT1的表达式为：

电容变化引起的信号量为：

在第八时间内，即图8所示的t6~t7，接通第八开关K8、第十二开关K12和第十七开关K17，断开第七开关K7、第九开关K9到第十一开关K11、第十三开关K13，以使电容检测电路输出第七电压VCM。

此时，各个电容上的电荷量分别为：

则运算放大器A1的输出电压V_OUT=V_CM。

在第九时间内，即图8所示的t8~t9，接通第九开关K9，断开第八开关K8、第十二开关K12和第十七开关K17，维持第七开关K7、第十开关K10、第十一开关K11和第十三开关K13的状态不变，以使第一电流源IDACP为待测电容Ctp充电，且充电的电荷量Qdischgn为：

其中，I_DACP为第一电流源IDACP输出的电流。

各个电容上的电荷量分别为：

在第十时间内，即图8所示的t10~t11，接通第十一开关K11，维持第七开关K7到第十开关K10、第十二开关K12、第十三开关K13和第十七开关K17的状态不变，以使电容检测电路将待测电容的容值变化量转换成电压变化量，并输出电压变化量V_OUT。

根据电荷守恒：

得到V_OUT的表达式为：

若令：

即：

此时，运算放大器A1的输出电压V_OUT=V_CM。

当待测电容Ctp的容值从Ctp变化为Ctp+ΔCtp时，记此时运算放大器A1的输出电压为V_OUT1，则V_OUT1的表达式为：

电容变化引起的信号量为：

经过上述操作之后△V_OUT的峰峰值为：

当存在触摸信号时，该峰峰值将发生变化，若检测到该变化即可确定存在触摸信号。通过上式，就将电容的变化量转换成电压的变化量，而且电压的变化量是正比于电容的变化量的。该电压通过模数转换器转换成数字量之后，再传给处理器做后续判断处理。

上述实施例中，根据输入的检测信号确认待测电容的类型为自电容或互电容，当待测电容的类型为自电容时，进一步确定待测电容的类型为小电容负载或大电容负载，当待测电容的类型为大电容负载时，电容变化量较大，通过将第一检测模块3连接至驱动模块6，并控制电容检测电路工作在第二工作模式，完成待测电容的检测功能。

请参阅图2和图9，可选地，当待测电容的类型为互电容时，使第二检测模块4连接至抵消模块5，并控制电容检测电路工作在互容检测模式，包括：

接通第二开关K2断开第一开关K1，以将第二检测模块4连接至抵消模块5；维持第七开关K7到第十开关K10、第十四开关K14、第十五开关K15和第十七开关K17处于常开状态；维持第十一开关K11、第十三开关K13和第十六开关K16处于常闭状态，则此时电容检测电路的连接示意图如图9所示，第二检测模块4、抵消模块5和电荷放大模块7处于工作状态，第一检测模块3和驱动模块6断开。需要说明的是，第三开关K3和第六开关K6的开关信号为同向信号、第四开关K4和第五开关K5的开关信号为同向信号。且此时，第二电压VCP的电压值与第一电压AVDD的电压值相等，第三电压VCN为地线。

请参阅图10，图10所示为图9中结构的时序图，且图10中给出了2个完整的工作周期时序。

在第十一时间内，即图10所示的t0~t1，第四开关K4、第五开关K5及第十二开关K12导通，第三开关K3、第六开关K6断开，此时抵消电容Cc接入第一电压AVDD、运算放大器A1的反馈回路通过第十二开关K12被短接、信号发送端TX接地，各个电容上的电荷量分别为：

则运算放大器A1的输出电压V_OUT=V_CM。

其中，Q_Cm为待测电容Cm的电荷量、C_m为待测电容Cm的容值；

Q_Cc为抵消电容Cc的电荷量、C_c为抵消电容Cc的容值；

Q_Cf为反馈电容Cf的电荷量。

在第十二时间内，即图10所示的t1~t2，第四开关K4、第五开关K5及第十二开关K12断开，第三开关K3、第六开关K6导通，此时抵消电容Cc接地、运算放大器A1的反馈回路接入反馈电容Cf、信号发送端TX接入第一电压AVDD，各个电容上的电荷量分别为：

根据电荷守恒：

得到运算放大器A1的输出电压V_OUT的表达式为：

若令：

即：

此时，运算放大器A1的输出电压V_OUT=V_CM。

当待测电容Cm的容值从Cm变化为Cm-ΔCm时，记此时运算放大器A1的输出电压为V_OUT1，则V_OUT1的表达式为：

即电容变化引起的信号量为：

在第十三时间内，即图10所示的t2~t3，第三开关K3、第六开关K6及第十二开关K12导通，第四开关K4、第五开关K5断开，此时抵消电容Cc接地、运算放大器A1的反馈回路被短接、信号发送端TX接入第一电压AVDD，各个电容上的电荷量分别为：

则运算放大器A1的输出电压V_OUT=V_CM。

在第十四时间内，即图10所示的t3~t4，第三开关K3、第六开关K6及第十二开关K12断开，第四开关K4、第五开关K5导通，此时抵消电容Cc接入第一电压AVDD、运算放大器A1的反馈回路接入反馈电容Cf、信号发送端TX接地，各个电容上的电荷量分别为：

根据电荷守恒：

得到运算放大器A1的输出电压V_OUT的表达式为：

若令：

此时，运算放大器A1的输出电压V_OUT=V_CM。

当待测电容Cm的容值从Cm变化为Cm-ΔCm时，此时运算放大器A1的输出电压V_OUT1的表达式为：

即电容变化引起的信号量为：

经过上述操作之后ΔV_OUT的峰峰值为：

当存在触摸信号时，该峰峰值将发生变化，若检测到该变化即可确定存在触摸信号。

通过上述方式，运算放大器A1的输出电压与待测电容的容值无关，从而抵消了待测电容对信号放大模块的影响，避免了信号放大器的饱和导致的互容检测范围较小、检测精度不高的问题。

上述实施例中，根据输入的检测信号，确认连接的待测电容的类型为自电容或互电容，并在待测电容的类型为自电容时，容值检测单元进一步确定待测电容的类型为小电容负载或大电容负载，当待测电容的类型为小电容负载时，切换至第一工作模式；当待测电容的类型为大电容负载时，切换至第二工作模式；当待测电容的类型为互电容时，切换至互容检测模式；从而满足电容检测的多种场景需求。

请参阅图11，在一些实施例中，本申请还提供了一种触控芯片，该触控芯片包括上述实施例中所提供的电容检测电路。

请参阅图12，在一些实施例中，本申请还提供了一种电子设备，该电子设备包括：显示屏、触摸屏、触控芯片。

触摸屏，设置于显示屏表面，触摸屏上设置有若干互电容和/或若干自电容，当用户接触触摸屏并产生触摸信号时，各互电容和/或各自电容的容值将发生变化。

触控芯片，采用上述实施例中所提供的触控芯片。其与触摸屏连接，用于根据触摸屏的触摸信号，检测各互电容和/或各自电容。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种电容检测电路，其特征在于，所述电路包括：负载识别模块、时序控制模块、第一检测模块、第二检测模块、抵消模块、驱动模块和电荷放大模块；

所述负载识别模块，用于根据外部输入的检测信号，确认连接的待测电容的类型为自电容或互电容，并根据确认结果输出控制信号；

所述时序控制模块，用于根据所述控制信号输出对应的开关信号，当所述待测电容的类型为自电容时，使所述第一检测模块连接至所述抵消模块或所述驱动模块；或当所述待测电容的类型为互电容时，使所述第二检测模块连接至所述抵消模块；

所述电荷放大模块，用于放大所述抵消模块或所述驱动模块的输出信号，并根据所述开关信号，调整所述电荷放大模块的反馈回路的连接状态。

2.根据权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于，所述负载识别模块包括：

容值检测单元，用于在所述待测电容的类型为自电容时，进一步确定所述待测电容的类型为小电容负载或大电容负载；

所述时序控制模块，还用于当所述待测电容的类型为小电容负载时，输出对应的开关信号，以使所述第一检测模块连接至所述抵消模块；当所述待测电容的类型为大电容负载时，输出对应的开关信号，以使所述第一检测模块连接至所述驱动模块。

3.根据权利要求2所述的电容检测电路，其特征在于，所述第一检测模块包括第一开关；

所述第一开关的一端与所述待测电容的一端连接，所述第一开关的另一端与所述抵消模块和驱动模块连接；

所述待测电容的另一端接地；其中，所述待测电容的类型为自电容。

4.根据权利要求2所述的电容检测电路，其特征在于，所述第二检测模块包括信号发送端、信号接收端和第二开关；

所述待测电容串接在所述信号发送端和所述信号接收端之间，其中，所述待测电容的类型为互电容；

所述第二开关的一端与所述信号接收端连接，所述第二开关的另一端与所述抵消模块连接。

5.根据权利要求4所述的电容检测电路，其特征在于，所述第二检测模块还包括第三开关和第四开关；

所述第三开关的一端与第一电压连接，所述第三开关的另一端与所述信号发送端连接；

所述第四开关的一端与地线连接，所述第四开关的另一端与所述信号发送端连接。

6.根据权利要求2所述的电容检测电路，其特征在于，所述抵消模块包括抵消电容、第五开关和第六开关；

所述抵消电容的一端分别与所述第一检测模块、第二检测模块和所述电荷放大模块连接，所述抵消电容的另一端分别与所述第五开关的一端和所述第六开关的一端连接；

所述第五开关的另一端与第二电压连接；

所述第六开关的另一端与第三电压连接。

7.根据权利要求2所述的电容检测电路，其特征在于，所述驱动模块包括第一电流源、第二电流源、第七开关、第八开关、第九开关和第十开关；

所述第七开关的一端与第一电压连接，所述第八开关的一端与地线连接；

所述第一电流源的输入端与第四电压连接，所述第一电流源的输出端与第九开关的一端连接；

所述第二电流源的输入端与第十开关的一端连接，所述第二电流源的输出端与地线连接；

所述第七开关、所述第八开关、所述第九开关、所述第十开关的另一端分别与所述第一检测模块和所述电荷放大模块连接。

8.根据权利要求2所述的电容检测电路，其特征在于，所述电荷放大模块包括运算放大器、反馈电容、第十一开关、第十二开关、第十三开关、第十四开关、第十五开关、第十六开关和第十七开关；

所述第十一开关的一端与所述抵消模块和所述驱动模块连接，所述第十一开关的另一端与所述运算放大器的反相输入端连接；

所述运算放大器的反相输入端还分别与所述反馈电容的一端、以及所述第十二开关的一端连接，所述第十二开关的另一端与所述运算放大器的输出端连接；

所述第十三开关串接在所述运算放大器的输出端和所述反馈电容的另一端之间；

所述运算放大器的同相输入端分别与所述第十四开关、所述第十五开关和所述第十六开关的一端连接，所述第十四开关的另一端与检测电压连接，所述第十五开关的另一端与第六电压连接，所述第十六开关的另一端与第七电压连接；

所述反馈电容的另一端还与所述第十七开关的一端连接，所述第十七开关的另一端与第七电压连接。

9.一种电容检测方法，其特征在于，适用于权利要求1-8中任一项所述的电容检测电路，所述方法包括：

根据外部输入的检测信号，确认连接的待测电容的类型为自电容或互电容，并根据确认结果输出控制信号；

根据所述控制信号输出对应的开关信号，当所述待测电容的类型为自电容时，使第一检测模块连接至抵消模块或驱动模块，并控制所述电容检测电路工作在自容检测模式；或当所述待测电容的类型为互电容时，使第二检测模块连接至所述抵消模块，并控制所述电容检测电路工作在互容检测模式。

10.根据权利要求9所述的电容检测方法，其特征在于，所述自容检测模式包括第一工作模式和第二工作模式；

所述当所述待测电容的类型为自电容时，使第一检测模块连接至抵消模块或驱动模块，包括：

采用容值检测单元检测所述待测电容的容值，并根据容值大小确定所述待测电容的类型为小电容负载或大电容负载；

当所述待测电容的类型为小电容负载时，接通第一开关断开第二开关，将第一检测模块连接至抵消模块，并控制所述电容检测电路工作在第一工作模式；

当所述待测电容的类型为大电容负载时，接通第一开关断开第二开关，将第一检测模块连接至驱动模块，并控制所述电容检测电路工作在第二工作模式。

11.根据权利要求10所述的电容检测方法，其特征在于，所述控制所述电容检测电路工作在第一工作模式，包括：

维持第七开关、第八开关、第九开关、第十开关以及第十六开关处于常开状态；

维持第十一开关处于常闭状态；

在第一时间内，接通第六开关、第十二开关、第十五开关和第十七开关，断开第五开关、第十三开关和第十四开关，以使所述电容检测电路输出第七电压；

在第二时间内，接通第五开关、第十三开关和第十四开关，断开第六开关、第十二开关、第十五开关和第十七开关，以使所述电容检测电路将所述待测电容的容值变化量转换成电压变化量，并输出所述电压变化量；

在第三时间内，接通第五开关、第十二开关、第十四开关和第十七开关，断开第六开关、第十三开关和第十五开关，以使所述电容检测电路输出第七电压；

在第四时间内，接通第六开关、第十三开关和第十五开关，断开第五开关、第十二开关、第十四开关和第十七开关，以使所述电容检测电路将所述待测电容的容值变化量转换成电压变化量，并输出所述电压变化量。

12.根据权利要求10所述的电容检测方法，其特征在于，所述控制所述电容检测电路工作在第二工作模式，包括：

维持第五开关、第六开关、第十四开关和第十五开关处于常开状态；

维持第十六开关处于常闭状态；

在第五时间内，接通第七开关、第十二开关和第十七开关，断开第六开关、第八开关、第九开关、第十开关、第十一开关和第十三开关，以使所述电容检测电路输出第七电压；

在第六时间内，接通第十开关，断开第七开关、第十二开关和第十七开关，维持第六开关、第八开关、第九开关和第十三开关的状态不变，以使第二电流源为所述待测电容放电；

在第七时间内，接通第十一开关，维持第六开关、第七开关、第八开关、第九开关、第十开关、第十三开关和第十七开关的状态不变，以使所述电容检测电路将所述待测电容的容值变化量转换成电压变化量，并输出所述电压变化量；

在第八时间内，接通第八开关、第十二开关和第十七开关，断开第七开关、第九开关、第十开关、第十一开关、第十三开关，以使所述电容检测电路输出第七电压；

在第九时间内，接通第九开关，断开第八开关、第十二开关和第十七开关，维持第七开关、第十开关、第十一开关和第十三开关的状态不变，以使第一电流源为所述待测电容充电；

在第十时间内，接通第十一开关，维持第七开关、第八开关、第九开关、第十开关、第十二开关、第十三开关和第十七开关的状态不变，以使所述电容检测电路将所述待测电容的容值变化量转换成电压变化量，并输出所述电压变化量。

13.根据权利要求9所述的电容检测方法，其特征在于，所述当所述待测电容的类型为互电容时，使第二检测模块连接至所述抵消模块，并控制所述电容检测电路工作在互容检测模式，包括：

接通第二开关断开第一开关，以将所述第二检测模块连接至所述抵消模块；

维持第七开关、第八开关、第九开关、第十开关、第十四开关、第十五开关和第十七开关处于常开状态；

维持第十一开关、第十三开关和第十六开关处于常闭状态；

在第十一时间内，接通第四开关、第五开关和第十二开关，断开第三开关和第六开关，以使所述电容检测电路输出第七电压；

在第十二时间内，接通第三开关和第六开关，断开第四开关、第五开关和第十二开关，以使所述电容检测电路将所述待测电容的容值变化量转换成电压变化量，并输出所述电压变化量；

在第十三时间内，接通第三开关、第六开关和第十二开关，断开第四开关和第五开关，以使所述电容检测电路输出第七电压；

在第十四时间内，接通第四开关和第五开关，断开第三开关、第六开关和第十二开关，以使所述电容检测电路将所述待测电容的容值变化量转换成电压变化量，并输出所述电压变化量。

14.一种触控芯片，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的电容检测电路。

15.一种电子设备，其特征在于，包括：

显示屏，以及设置于所述显示屏表面的触摸屏；所述触摸屏上设置有若干个互电容和/或若干自电容；

权利要求14中所述的触控芯片，与所述触摸屏连接，用于根据所述触摸屏的触摸信号，检测各所述互电容和/或各所述自电容。