CN201707661U - 一种互电容检测电路 - Google Patents

Abstract

一种互电容检测电路，用于检测被测电容器的电容变化量，包括：第一运算放大器、第一电容、第一开关；所述第一运算放大器的第一输入端连接第一参考电压，第一运算放大器的第二输入端连接被测电容的第二端，被测电容的第一端连接第一输入电压；所述第一电容和第一开关并联后连接第一运算放大器的第二输入端和输出端。本实用新型实施例提供的一种互电容检测电路，可以将被测试互电容的电容改变量通过已知电容测试出来，解决自电容检测中的“鬼点”问题，实现真正的多点检测。

Description

一种互电容检测电路

技术领域

本实用新型涉及检测电容的电路，尤其涉及一种互电容检测电路。

背景技术

容式触摸技术，特别是互电容技术由于具有直接、高效、准确、流畅、时尚等特点，极大程度提高了人和计算机对话的效率和便利性，未来必将替代鼠标和键盘，成为未来消费的主流。

电容检测方法分为自电容检测和互电容检测。在玻璃表面用ITO(一种透明的导电材料)制作成横向与纵向电极阵列，这些横向和纵向的电极分别与地构成电容，这个电容就是通常所说的自电容，也就是电极对地的电容。当手指触摸到电容屏时，手指的电容将会叠加到屏体电容上，使屏体电容量增加。

在触摸检测时，自电容检测依次分别检测横向与纵向电极阵列，根据触摸前后电容的变化，分别确定横向坐标和纵向坐标，然后组合成平面的触摸坐标。自电容的扫描方式，相当于把触摸屏上的触摸点分别投影到X轴和Y轴方向，然后分别在X轴和Y轴方向计算出坐标，最后组合成触摸点的坐标。

如果是单点触摸，则在X轴和Y轴方向的投影都是唯一的，组合出的坐标也是唯一的；如果在触摸屏上有两点触摸并且这两点不在同一X方向或者同一Y方向，则在X和Y方向分别有两个投影，则组合出4个坐标。显然，只有两个坐标是真实的，另外两个就是俗称的“鬼点”。因此，自电容检测无法实现真正的多点触摸。

如图1是现有自电容检测技术的鬼点产生机理示意图；通过检测自电容的变化检测单点的触摸时，在多点触摸的情况下，如果同时触摸A1、A2两点，由于自电容检测只能确定线上有触摸，所以可以检测出X1、X2、Y1、Y2上有触摸，这样就组合成(X1，Y1)，(X1，Y2)，(X2，Y1)，(X2，Y2)，四个点(即A1，A2，B1，B2)同时触摸，实际只有A1、A2两点触摸，B1、B2即为“鬼点”。自电容检测很难克服“鬼点”问题，不能够真正实现多点检测。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是现有技术多点触摸的情况下，自电容检测会出现“鬼点”，不能够真正实现多点检测的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型涉及的一种互电容检测电路，用于检测被测电容器的电容变化量，包括：第一运算放大器、第一电容、第一开关；所述第一运算放大器的第一输入端连接第一参考电压，第一运算放大器的第二输入端连接被测电容的第二端，被测电容的第一端连接第一输入电压；所述第一电容和第一开关并联后连接第一运算放大器的第二输入端和输出端。

进一步地，第一运算放大器的第一输入端是正输入端，第一运算放大器的第二输入端是负输入端。

进一步地，该互电容检测电路，还包括：第七开关和第八开关；所述第一运算放大器的第二输入端通过第七开关与被测电容的第二端连接，被测电容的第二端经过第八开关与第一参考电压连接。

进一步地，所述第一开关、第七开关和第八开关是NMOS管。

进一步地，所述第一开关、第七开关和第八开关是PMOS管。

进一步地，该互电容检测电路还包括：第二运算放大器、第二电容、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关以及一减法器；所述第一运算放大器的第二输入端通过第三开关与被测电容的第二端连接，被测电容的第一端通过第五开关与地连接；所述第二运算放大器的第一输入端连接第一参考电压，第二运算放大器的第二输入端通过第四开关与被测电容的第二端连接，被测电容的第一端通过第六开关与电源连接，所述第二电容和第二开关并联后连接第二运算放大器的第二输入端和输出端；第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的输出端分别与减法器的两个输入端连接。

进一步地，所述第二运算放大器的第一输入端是正输入端，第二运算放大器的第二输入端是负输入端。

进一步地，所述第二开关至第四开关是PMOS管或NMOS管，第五开关和第六开关是模拟开关。

与现有技术相比本实用新型具有如下有益效果：本实用新型实施例提供的一种互电容检测电路，可以将被测试互电容的电容改变量通过已知电容测试出来，解决自电容检测中的“鬼点”问题，实现真正的多点检测。

附图说明

图1是现有自电容检测技术的鬼点产生机理示意图；

图2是本实用新型实施例电容触摸屏结构示意图；

图3是本实用新型实施例电容触摸屏中互电容的等效模型示意图；

图4是本实用新型第一实施例互电容检测电路原理图；

图5是本实用新型第二实施例互电容检测电路原理图；

图6是本实用新型第二实施例中输入信号与各开关的时序图；

图7是本实用新型第三实施例互电容检测电路原理图；

图8是本实用新型第三实施例中各开关的时序图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图2是本实用新型实施例电容触摸屏结构示意图；复数个第一轴向导电单元101通过第一轴向导线103串联形成第一轴向感应线；复数个第二轴向导电单元102通过第二轴向导线104串联形成第二轴向感应线，所述第二轴向导线104经过第二轴向导电体105与第二轴向导电单元102连接。这样便形成了横向电极X1、X2、X3，以及纵向电极Y1、Y2、Y3、Y4。

图3是本实用新型实施例电容触摸屏中互电容的等效模型示意图；第一轴向导电单圆和第二轴向导电单元之间形成互电容，两组电极交叉的地方也形成电容，也即这两组电极分别构成了电容的两极，即图3中的X2和Y2。当手指触摸到电容屏时，影响了触摸点附近两个电极之间的耦合，从而改变了这两个电极之间的电容量。检测互电容大小时，横向的电极依次发出激励信号，纵向的所有电极同时接收信号，这样可以得到所有横向和纵向电极交汇点的电容值大小，即整个触摸屏的二维平面的电容大小。根据触摸屏二维电容变化量数据，可以计算出每一个触摸点的坐标。因此，屏上即使有多个触摸点，也能计算出每个触摸点的真实坐标。

图4是本实用新型第一实施例互电容检测电路原理图；一种互电容检测电路，用于检测被测电容器Cx的电容变化量，包括：第一运算放大器11、第一电容C1、第一开关S1；所述第一运算放大器11的第一输入端连接第一参考电压VCOM，第一运算放大器11的第二输入端连接被测电容Cx的第二端，被测电容的第一端连接第一输入电压VIN；所述第一电容和C1第一开关S1并联后连接第一运算放大器11的第二输入端和输出端。

某些实施例中，第一运算放大器11的第一输入端是正输入端，第一运算放大器11的第二输入端是负输入端。以下详述其工作原理：

当没有触摸时，外部激励从一个电压(V1)跳变到另一电压(V2)，当在第一输入电压V1输入到被检测电容Cx的第一端时，在初始状态，当第一开关S1导通时，此时第一运算放大器11为源跟随器，使被检测电容Cx的第二端固定在第一参考电压VCOM上，然后将第一开关S1断开，此时存储在的电荷量为

Qx＝Cx*(VCOM-V1)

当第一输入电压从一个电压(V1)跳变到另一电压(V2)时，通过第一电容C1的负反馈驱动第一运算放大器11的输入差动电压，此时Cx两端的电压变为(VCOM-V2)，被检测电容Cx的电荷变化就必然转移到第一电容C1上，此变化量为

ΔQ1＝Cx*(V2-V1)

从而第一电容C1的电压改变量大约为

ΔV1＝Cx*(V2-V1)/C1

可得到第一运算放大器11的输出电压是：

VOUT1＝VCOM-Cx×(V2-V1)/C1

当有触摸时，被检测电容设定为Cx’，第一输入电压从一个电压(V1)跳变到另一电压(V2)，可得到第一运算放大器11的输出电压是：

VOUT2＝VCOM-Cx’×(V2-V1)/C1

通过将未触摸和触摸时第一运算放大器11的输出电压数值进行比较，得到两次输出电压的差值，设定一个参考值，若差值大于参考值，即认为有触摸，此数值参考值依据调试结果而定。这样就可以确定此时X2与Y2的交点的触摸情况。其他交点依次检测，由于互电容检测不是单纯的检测在某一感应线上有触摸，其所检测的是具体的感应线交点，所以不存在所谓的“鬼点”问题，可实现多点的触摸检测功能。

图5是本实用新型第二实施例互电容检测电路原理图；该互电容检测电路，在图4的基础上包括：第七开关S7和第八开关S8；第一运算放大器11的第二输入端通过第七开关S7与被测电容Cx的第二端连接，被测电容Cx的第二端经过第八开关S8与第一参考电压VCOM连接。

某些实施例中，第一S1、第七开关S7和第八开关S8是PMOS管，控制信号为低电平时导通。

某些实施例中，第一S1、第七开关S7和第八开关S8是NMOS管，控制信号为高电平时导通。

图6是本实用新型第二实施例中输入信号与各开关的时序图；以下结合图5和图6，并以第一S1、第七开关S7和第八开关S8是NMOS管，控制信号为高电平时导通为例，详细描述其工作原理：

在初始状态第一输入电压VIN为电压V1时，第一开关S1和第七开关S7导通，此时第一运算放大器11为源跟随器，第一电容C1两端电压为VCOM。然后将第一开关S1关断，VIN从一个电压(V1)跳变到另一电压(V2)，此时，第一运算放大器11的输出电压为：

VOUT＝VCOM-Cx×(V2-V1)/C1，

下一步将第七开关S7断开，再将第八开关S8导通，同时将第一输入电压VIN由V2跳变到V1，此时Cx两端电压为V1和VCOM，然后再将第八开关S8断开，第七开关S7导通，VIN从电压(V1)跳变到电压(V2)，此时，第一运算放大器11的输出电压为：

VOUT＝VCOM-2Cx×(V2-V1)/C1，若对Cx进行N次充放电，则第一运算放大器11的输出电压为：

VOUT＝VCOM-NCx×(V2-V1)/C1

若被触摸，第一运算放大器11的输出电压为：

VOUT＝VCOM-NCx’×(V2-V1)/C1

设Cx变化为Cx’的变化量为ΔCx，未触摸和触摸时

第一运算放大器11的输出电压变化量为：

ΔV＝N×ΔCx×(V2-V1)/C1，此电路相对于实施例一可以增加ΔV的变化量，使噪声的影响变小，易于检测Cx的变化，使得检测电路的灵敏度提高。

图7是本实用新型第三实施例互电容检测电路原理图；该互电容检测电路，在图4的基础上还包括：第二运算放大器12、第二电容C2、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6以及一减法器10；第一运算放大器11的第二输入端通过第三开关S3与被测电容Cx的第二端连接，被测电容Cx的第一端通过第五开关S5与地连接；第二运算放大器12的第一输入端连接第一参考电压VCOM，第二运算放大器12的第二输入端通过第四开关S4与被测电容Cx的第二端连接，被测电容Cx的第一端通过第六开关S6与电源连接，第二电容C2和第二开关S2并联后连接第二运算放大器12的第二输入端和输出端；第一运算放大器11的输出端和第二运算放大器12的输出端分别与减法器10的两个输入端连接。其中第一电容C1和第二电容C2容值相等。

某些实施例中，第二运算放大器12的第一输入端是正输入端，第二运算放大器12的第二输入端是负输入端。

某些实施例中，所述第二开关至第四开关是PMOS管或NMOS管，第五开关S5和第六开关S6是模拟开关。

图8是本实用新型第三实施例中各开关的时序图，其中第三开关S3和第五开关S5时序相同，第四开关S4和第六开关S6时序相同；以下结合图5和图6并以第一开关至第四开关为NMOG管，第五开关S5和第六开关S6是高电平导通的模拟开关为例，详细描述其工作原理：

初始使第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第五开关S5导通，第一运算放大器11和第二运算放大器12作为源跟随器，第一电容C1和第二电容C2的两端电压一致，并且Cx第一端接地，第二端电压为VCOM；然后断开第一开关S1和第二开关S2，完成初始化操作。

下一步断开第三开关S3和第五开关S5，将第四开关S4和第六开关S6导通，由于电荷转移，第二运算放大器12的输出电压为：

VOUT2＝VCOM-VDD*Cx/C1

关断第四开关S4和第六开关S6，再导通第三开关S3和第五开关S5，由于电荷转移，第一运算放大器11的输出电压为：

VOUT1＝VCOM+VDD*Cx/C1

此时，减法器10的输出为：

VOUT＝2VDD×Cx/C1

若继续重复上述步骤，断开第三开关S3和第五开关S5，将第四开关S4和第六开关S6导通，则由于电荷转移，第二运算放大器12的输出电压为：

VOUT2＝VCOM-2VDD*Cx/C1

关断第四开关S4和第六开关S6，再导通第三开关S3和第五开关S5，由于电荷转移，第一运算放大器11的输出电压为：

VOUT1＝VCOM+2VDD*Cx/C1

此时，减法器10的输出为：

VOUT＝4VDD*Cx/C1

所以重复次数N与减法器的输出VOUT的关系为：

VOUT＝2N*VDD*Cx/C1

若未触摸，经过上述步骤的次数为N，则减法器10的输出为：

VOUT＝2N*VDD*Cx/C1

若触摸(设Cx变化量为ΔCx)，则减法器的输出为：

VOUT＝2N*VDD*(Cx-ΔCx)/C1

所以减法器的输出VOUT在未触摸和触摸的变化为：

ΔVOUT＝2N*VDD*ΔCx/C1

所以如果减法器的输出VOUT经过一次上述操作不能满足灵敏度要求，可以通过多次累积，使第一运算放大器11的输出电压VOUT1和第二运算放大器12的输出电压VOUT2变化量增大，进一步提高了互电容检测电路的灵敏度。

通过减法器的输出VOUT的变化量与设定阈值比较，可以确定此时X2与Y2的交点的触摸情况，然后将X2与Y2的交点坐标反馈到显示屏，即完成此触摸点的显示，其他交点依次检测，就可实现多点的触摸检测功能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种互电容检测电路，用于检测被测电容器的电容变化量，其特征在于：包括：

第一运算放大器、第一电容、第一开关；

所述第一运算放大器的第一输入端连接第一参考电压，第一运算放大器的第二输入端连接被测电容的第二端，被测电容的第一端连接第一输入电压；所述第一电容和第一开关并联后连接第一运算放大器的第二输入端和输出端。

2.根据权利要求1所述的一种互电容检测电路，其特征在于：所述第一运算放大器的第一输入端是正输入端，第一运算放大器的第二输入端是负输入端。

3.根据权利要求1所述的一种互电容检测电路，其特征在于：还包括第七开关和第八开关；所述第一运算放大器的第二输入端通过第七开关与被测电容的第二端连接，被测电容的第二端经过第八开关与第一参考电压连接。

4.根据权利要求3所述的一种互电容检测电路，其特征在于：所述第一开关、第七开关和第八开关是NMOS管。

5.根据权利要求3所述的一种互电容检测电路，其特征在于：所述第一开关、第七开关和第八开关是PMOS管。

6.根据权利要求1所述的一种互电容检测电路，其特征在于：还包括：第二运算放大器、第二电容、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关以及一减法器；

所述第一运算放大器的第二输入端通过第三开关与被测电容的第二端连接，被测电容的第一端通过第五开关与地连接；所述第二运算放大器的第一输入端连接第一参考电压，第二运算放大器的第二输入端通过第四开关与被测电容的第二端连接，被测电容的第一端通过第六开关与电源连接，所述第二电容和第二开关并联后连接第二运算放大器的第二输入端和输出端；第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的输出端分别与减法器的两个输入端连接。

7.根据权利要求6所述的一种互电容检测电路，其特征在于：所述第二运算放大器的第一输入端是正输入端，第二运算放大器的第二输入端是负输入端。

8.根据权利要求6或7所述的一种互电容检测电路，其特征在于：所述第二开关至第四开关是PMOS管，第五开关和第六开关是模拟开关。

9.根据权利要求6或7所述的一种互电容检测电路，其特征在于：所述第二开关至第四开关是NMOS管。

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