CN203084695U

CN203084695U - 电容检测电路

Info

Publication number: CN203084695U
Application number: CN 201220747982
Authority: CN
Inventors: 陈胜胜; 张�杰; 杨云
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2022-12-31

Abstract

本实用新型提出一种电容检测电路，其包括：第一电容，第一电容的一端接地；感应单元，感应单元在被触摸时其自电容产生变化，自电容在变化时将自身的电荷转移到第一电容；补偿模块，补偿模块的一端连接在第一电容和感应单元之间，补偿模块的另一端接地，补偿模块对第一电容进行放电补偿；放电模块，放电模块对第一电容进行放电；控制器，控制器分别与第一电容、放电模块和补偿模块相连，控制器在第一电容的电压大于预设阈值时，控制第二开关闭合，同时更新计数值，以及根据计数值检测感应单元的触摸情况。该电容检测电路通过增加补偿电路，以此来解决计数值溢出的问题，从而准确判断出感应单元有没有被触摸，大大提高了判断准确度。

Description

电容检测电路

技术领域

本实用新型涉及电容检测技术领域，特别涉及一种电容检测电路。

背景技术

目前，触摸屏在手机、PDA（个人数字助理）、GPS（全球定位系统）、PMP（MP3，MP4等）甚至是平板电脑等电子设备中得到了应用。触摸屏具有触控操作简单、便捷、人性化的优点，因此触摸屏有望成为人机互动的最佳界面而在便携式设备中得到了广泛应用。而随着触摸屏的广泛应用，人们对触摸屏技术的研究也越来越深入。

现有技术中往往是通过检测触摸屏中感应单元自电容的大小来判断感应单元是否被触摸，因此如何精确检测触摸屏中的感应单元在被触摸时产生的自电容变得十分重要。

而现有的电容检测原理存在的缺点是，在检测感应单元被触摸产生的自电容时，由于自电容比较大时，有可能造成计数器计数值的溢出，导致无法真实地检测出自电容和不能准确判断感应单元是否被触摸。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种电容检测电路，通过增加补偿电路，以此来解决计数值溢出的问题，从而准确判断出感应单元有没有被触摸，大大提高了判断准确度。

为达到上述目的，本实用新型提出了一种电容检测电路，包括：第一电容，所述第一电容的一端接地；感应单元，所述感应单元的一端与所述第一电容的另一端相连，所述感应单元在被触摸时所述感应单元的自电容产生变化，所述自电容在变化时将自身的电荷转移到所述第一电容；补偿模块，所述补偿模块的一端连接在所述第一电容和所述感应单元之间，所述补偿模块的另一端接地，所述补偿模块对所述第一电容进行放电补偿，其中，所述补偿模块包括串联的第一开关和电流源；放电模块，所述放电模块的一端与所述第一电容的另一端相连，所述放电模块的另一端接地，所述放电模块对所述第一电容进行放电，其中，所述放电模块包括串联的第一电阻和第二开关；控制器，所述控制器分别与所述第一电容、所述放电模块和所述补偿模块相连，所述控制器在所述第一电容的电压大于预设阈值时，控制所述第二开关闭合，同时更新计数值，以及根据所述计数值检测所述感应单元的触摸情况。

根据本实用新型提出的电容检测电路，通过增加补偿模块，在检测感应单元被触摸产生的电容时可以防止自电容太大造成计数值溢出的问题，起到补偿和平衡的作用，能够准确地检测出自电容，进而可以准确地判断感应单元是否被触摸，提高了判断准确度。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有的电容检测电路的电路原理图；

图2为现有的电容检测电路中各个开关的控制信号的波形图；

图3为根据本实用新型实施例的电容检测电路的结构示意图；

图4为根据本实用新型一个实施例的电容检测电路的电路原理图；

图5为根据本实用新型一个实施例的电容检测电路中开关控制信号的波形图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本实用新型的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本实用新型的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本实用新型的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本实用新型的实施例的范围不受此限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

首先来描述现有技术中是如何检测感应单元被触摸时的自电容。图1为自电容检测原理图。如图1所示，VD为电源电压，VTH为预设阈值电压，GND为地，SW2~SW7为开关，Rb为下拉电阻（即第一电阻R1），Cx为要检测的感应单元的自电容，Cmod为第一电容，CMP为比较器，DFF为D触发器，COUNTER为计数器，AND为与门，NOR为或非门。

电容检测具体过程如下：首先给Cmod电容进行预放和预充电，即先把开关SW7闭合，把Cmod电容上的电荷放掉，然后断开开关SW7，闭合开关SW6，通过电源VD把第一电容Cmod预充电到预设阈值VTH附近。当预充电和预放电结束后，开关SW7和SW6都断开。SW3和SW4为两相非交叠时钟信号（SW3闭合时，SW4断开，而SW3断开时，SW4闭合），当SW4闭合时，自电容Cx被充电到VD，当SW4断开时，SW3闭合，把自电容Cx上的电荷转移到第一电容Cmod上，因此第一电容Cmod上的电压上升，当第一电容Cmod上的电压上升到比预设阈值VTH高时，比较器CMP翻转，经过D触发器后，使SW2闭合，第一电容Cmod上的电荷通过下拉电阻Rb放电到地，当放电到Cmod上的电压比预设阈值VTH低时，比较器CMP翻转，经过D触发器，使开关SW2断开，第一电容Cmod停止放电。因此，第一电容Cmod上的电压又开始上升，从而重复调制第一电容Cmod循环充电放电，使第一电容Cmod上的电压维持在预设阈值VTH附近。其中，开关S2~S7的开关控制信号的波形图，如图2所示。

然而，在检测自电容时，当感应单元的自电容比较大时，有可能造成计数值的溢出，从而无法真实地检测出自电容，并且无法判断出感应单元有没有被触摸。

针对由于自电容太大，造成计数值溢出的问题，本实用新型的实施例在原有的自电容检测原理的基础上加上了补偿模块，以此来解决计数值溢出的问题，从而准确判断出感应单元有没有被触摸。

如图3所示，本实用新型实施例提出的电容检测电路包括感应单元1、第一电容Cmod、补偿模块101、控制器102和放电模块100。

其中，感应单元1在被触摸时感应单元1的自电容Cx会产生变化，自电容Cx在变化时将自身的电荷转移到第一电容Cmod中。

如图3所示，第一电容Cmod的一端接地，感应单元1的一端与第一电容Cmod的另一端相连，通常感应单元1的另一端接地。一般情况下，当感应单元1被触摸时，其自电容Cx会变大。例如，当扫描到感应单元1被触摸时，感应单元1自电容Cx发生变化（例如增大），自电容Cx将自身的电荷转移到第一电容Cmod之中，从而升高第一电容Cmod的电压。

补偿模块101的一端连接第一电容Cmod和感应单元1之间，补偿模块101的另一端接地，补偿模块101用于对第一电容Cmod进行放电补偿和平衡。其中，补偿模块101包括串联的第一开关SW1和电流源I，如图所示，电流源I的一端接地，从第一电容Cmod中抽取预设的电量并泄放至地中。放电模块100的一端与第一电容Cmod的另一端相连，放电模块100的另一端接地，放电模块100用于对第一电容Cmod进行放电，其中，放电模块100包括串联的第一电阻R1和第二开关SW2。

控制器102分别与补偿模块101、放电模块100和第一电容Cmod相连，控制器102用于当第一电容Cmod的电压大于预设阈值VTH时，控制第二开关SW2闭合，同时更新计数值，以及根据计数值检测感应单元1的触摸情况。也就是说，当第一电容Cmod的电压大于预设阈值VTH时，控制器102控制第二开关SW2闭合，当第一电容Cmod的电压小于预设阈值VTH时，控制器102控制第二开关SW2关断，同时根据感应单元被触摸与否产生不同的计数值，以此来检测感应单元1的触摸情况。

具体地，当第一电容Cmod上的电压高于预设阈值VTH时，控制器102控制第二开关SW2闭合，而当第一电容Cmod上的电压低于预设阈值VTH时，控制器102控制第二开关SW2关断，当感应单元1的自电容Cx上的电荷转移到第一电容Cmod上时，此时第一电容Cmod上的电压会被拉高，感应单元的自电容Cx越大时，电压拉得越高，导致第一电容Cmod上的电压一直大于预设阈值VTH，此时计数器一直计数会导致溢出。因此，需要增加补偿模块101，通过补偿模块101将第一电容Cmod上一部分的电荷放电，起到补偿和平衡的作用，使得第一电容Cmod上的电压不会一直大于预设阈值VTH，而是维持在预设阈值VTH附近，因此计数器的计数值不会溢出。因此，可以根据计数器计数值的大小，准确地判断感应单元1有没有被触摸。

进一步地，在本实用新型的实施例中，如图3所示，该电容检测电路还包括选择组件2，选择组件2并连接在感应单元1和第一电容Cmod之间。当感应单元1为多个时，可通过选择组件2选择多个感应单元1中的一个与第一电容Cmod相连，以进行电容检测。

在本实用新型的一个实施例中，如图4所示，选择组件2进一步包括第三开关SW3和第四开关SW4。其中，第三开关SW3连接在感应单元1和第一电容Cmod之间，第四开关SW4的一端与感应单元1相连，第四开关SW4的另一端与电源VD相连，其中，第三开关SW3和第四开关SW4交替开启。

并且，如图4所示，选择组件2还包括第五开关SW5，第五开关SW5的一端与感应单元1相连，第五开关SW5的另一端接地。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，如图4所示，该电容检测电路还包括预充电模块201。预充电模块201的一端与第一电容Cmod的另一端相连，预充电模块201的另一端与电源VD相连，预充电模块201用于对第一电容Cmod进行预充电。其中，预充电模块201包括第六开关SW6。预充电模块201对第一电容Cmod进行预充电，将第一电容Cmod的电压预充至预设阈值VTH的附近。

此外，如图4所示，该电容检测电路还包括预放电模块202。预放电模块202一端与第一电容Cmod的另一端相连，预放电模块202的另一端接地，预放电模块202用于在预充电模块201对第一电容Cmod预充电之前，对第一电容Cmod进行预放电。其中，预放电模块202包括第七开关SW7，通过第七开关SW7的一端接地，对第一电容Cmod进行预放电。通过预充电模块201和预放电模块202对第一电容Cmod的预充电和预放电，可以使得第一电容Cmod在每次电容检测时均保持相同的状态，从而提高检测精度。

在本实用新型的一个实施例中，如图4所示，控制器102进一步包括比较器CMP、触发器DFF、计数器206、检测器203和第一选择器204。其中，比较器CMP的第一输入端与预设阈值的电压VTH相连，比较器CMP的第二输入端与第一电容Cmod的另一端相连。触发器DFF的输入端与比较器CMP的输出端相连，用于根据比较器CMP的比较结果生成触发信号，触发器DFF还包括时钟信号输入CNT_CLK。计数器206的输入端与触发器DFF的输出端相连，用于根据所述触发信号进行计数。检测器203与计数器206相连，用于根据计数器206的计数值检测感应单元1的触摸情况。第一选择器204的输入端与触发器DFF的输出端相连，用于根据触发器DFF的触发信号生成第一控制信号，而第一控制信号用于控制放电模块100对第一电容Cmod进行放电。

此外，控制器102还包括第二选择器205。第二选择器205的输入端与比较器CMP的输出端相连，用于根据比较结果生成第二控制信号，并且第二控制信号用于控制预充电模块201对第一电容Cmod进行预充电。

具体地，如图4所示，第一选择器204为与门AND，与门AND的第一输入端与触发器DFF的输出端相连，与门AND的第二输入端与切换使能信号DISCHRG_EN相连。其中，在预充电和预放电阶段，这个使能信号DISCHRG_EN为低，使得放电模块100中的第二开关SW2关断，在预充电和预放电后，进行电容检测阶段时，这个信号一直为高，放电模块100中的第二开关SW2的闭合与关断情况由与触发器DFF的输出端相连的那一端控制，在检测完成后这个使能信号DISCHRG_EN又为低。第二选择器205为或非门NOR，或非门NOR的第一输入端与比较器CMP的输出端相连，或非门NOR的第二输入端与预充电信号PRE_CHRG相连。

简言之，在本实用新型中，如图4所示，对电容检测的过程如下：

首先，对第一电容Cmod进行预放电，即先把第七开关SW7闭合，将第一电容Cmod上的电荷放掉；然后断开第七开关SW7，闭合第六开关SW6，电源VD对第一电容Cmod进行预充电，直至将第一电容Cmod的电压预充到预设阈值VTH附近，其中，在预放电和预充电阶段，第一开关SW1一直断开。当预充电和预放电结束后，第六开关SW6和第七开关SW7都断开。SW3和SW4为两相非交叠时钟信号（SW3闭合时，SW4断开，而SW3断开时，SW4闭合），当SW4闭合时，自电容Cx被充电到电源电压VD，当SW4断开时，SW3闭合，把感应单元1的自电容Cx上的电荷转移到第一电容Cmod上，因此Cmod上的电压上升，当Cmod上的电压上升到比预设阈值VTH高时，比较器CMP翻转，经过D触发器后，使SW2闭合，第一电容Cmod上的电荷通过第一电阻R1放电到地，当放电到Cmod上的电压比预设阈值VTH低时，比较器CMP翻转，经过D触发器，使开关SW2断开，第一电容Cmod停止放电。因此，Cmod上的电压又开始上升，从而重复调制Cmod循环充电放电，使Cmod上的电压维持在预设阈值VTH附近。当自电容Cx的值比较大时，第一电容Cmod上的电压可能一直比预设阈值VTH高，使得比较器CMP的输出一直维持在高电平，此时计数器206计数值就会溢出，不能正确地检测出自电容Cx和判断出感应单元1有没有被触摸。因此，通过增加电流源I，当自电容Cx值较大时，此时计数值会较大或者溢出，在Cmod预放和预充电后，开启电流源I，通过电流源I放掉Cmod上的一部分电荷，使得Cmod上的电压不会一直高于VTH，而是维持在VTH附近，因此计时器206的计数值不会溢出，可以准确检测自电容Cx，并判断出感应单元1有没有被触摸。其中，SW5为同步开关，以此来减小互电容的影响。采用非同步时，所有通道的SW5都断开，而采用同步时，当前扫描通道的感应单元的SW5一直断开，而同步的那些通道的SW5和当前扫描通道的SW3具有相同的动作。其中，开关S1~S7的开关控制信号的波形图如图5所示。

当感应单元1被触摸和未被触摸时，Cx的电容不同，触发器DFF输出的矩形波的占空比也不同，从而计数器206的计数值也不同，以此来判断感应单元是否被触摸。当检测完后，又开始上述的过程，如此循环地检测下去。

因此，通过判断计数器206的计数值，可以判断出感应单元1是否被触摸，进而检测器203可以判断出感应单元1被触摸的情况。

根据本实用新型提出的电容检测电路，通过增加补偿模块101，在检测感应单元1被触摸产生的电容时可以防止自电容太大造成计数值溢出的问题，起到补偿和平衡的作用，能够准确地检测出自电容，进而可以准确地判断感应单元是否被触摸，提高了判断准确度。

此外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种电容检测电路，其特征在于，包括：

第一电容，所述第一电容的一端接地；

感应单元，所述感应单元的一端与所述第一电容的另一端相连，所述感应单元在被触摸时所述感应单元的自电容产生变化，所述自电容在变化时将自身的电荷转移到所述第一电容；

补偿模块，所述补偿模块的一端连接在所述第一电容和所述感应单元之间，所述补偿模块的另一端接地，所述补偿模块对所述第一电容进行放电补偿；

放电模块，所述放电模块的一端与所述第一电容的另一端相连，所述放电模块的另一端接地，所述放电模块对所述第一电容进行放电，其中，所述放电模块包括串联的第一电阻和第二开关；

控制器，所述控制器分别与所述第一电容、所述放电模块和所述补偿模块相连，所述控制器在所述第一电容的电压大于预设阈值时，控制所述第二开关闭合，同时更新计数值，以及根据所述计数值检测所述感应单元的触摸情况。

2.如权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于，所述补偿模块进一步包括串联的第一开关和电流源。

3.如权利要求1或2所述的电容检测电路，其特征在于，还包括：

选择组件，所述选择组件连接在所述感应单元和所述第一电容之间。

4.如权利要求3所述的电容检测电路，其特征在于，所述选择组件进一步包括：

第三开关，所述第三开关连接在所述感应单元和所述第一电容之间；

第四开关，所述第四开关的一端与所述感应单元相连，所述第四开关的另一端与电源相连，其中，所述第三开关和所述第四开关交替开启。

5.如权利要求3所述的电容检测电路，其特征在于，所述选择组件还包括：

第五开关，所述第五开关的一端与所述感应单元相连，所述第五开关的另一端接地。

6.如权利要求4所述的电容检测电路，其特征在于，还包括：

预充电模块，所述预充电模块的一端与所述第一电容的另一端相连，所述预充电模块的另一端与所述电源相连，所述预充电模块对所述第一电容进行预充电。

7.如权利要求6所述的电容检测电路，其特征在于，所述预充电模块包括第六开关。

8.如权利要求6所述的电容检测电路，其特征在于，还包括：

预放电模块，所述预放电模块一端与所述第一电容的另一端相连，所述预放电模块的另一端接地，所述预放电模块在所述预充电模块对所述第一电容预充电之前，对所述第一电容进行预放电。

9.如权利要求8所述的电容检测电路，其特征在于，所述预放电模块包括第七开关。

10.如权利要求6所述的电容检测电路，其特征在于，所述控制器进一步包括：

比较器，所述比较器的第一输入端与所述预设阈值的电压相连，所述比较器的第二输入端与所述第一电容的另一端相连；

触发器，所述触发器的输入端与所述比较器的输出端相连，所述触发器根据所述比较器的比较结果生成触发信号；

计数器，所述计数器的输入端与所述触发器的输出端相连，所述计数器根据所述触发信号进行计数；

检测器，所述检测器与所述计数器相连，所述检测器根据所述计数器的计数值检测所述感应单元的触摸情况；以及

第一选择器，所述第一选择器的输入端与所述触发器的输出端相连，所述第一选择器根据所述触发器的触发信号生成第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述放电模块。

11.如权利要求10所述的电容检测电路，其特征在于，所述控制器还包括：

第二选择器，所述第二选择器的输入端与所述比较器的输出端相连，所述第二选择器根据所述比较结果生成第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述预充电模块。

12.如权利要求10所述的电容检测电路，其特征在于，所述第一选择器为与门，所述与门的第一输入端与所述触发器的输出端相连，所述与门的第二输入端与切换使能信号相连。

13.如权利要求11所述的电容检测电路，其特征在于，所述第二选择器为或非门，所述或非门的第一输入端与所述比较器的输出端相连，所述或非门的第二输入端与预充电信号相连。