CN207302016U - 一种电容感应器及其感应电路 - Google Patents

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易海平
余俊
岳兆强
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Abstract

本实用新型公开了一种电容感应器及其感应电路，所述电容感应器包括由外向内设置的介质层、驱动感应极板、感应极板、抵消极板、反馈极板和放大器。当人体接触或按压在电容感应器的某一像素单元上时，人体与地之间形成人体电容Cb，人体和驱动感应极板之间形成驱动感应电容Cd，人体和感应极板之间形成感应电容Cs，感应极板与抵消极板之间形成抵消电容Cc，反馈极板与感应极板之间形成反馈电容Cfb，通过感应电路获取作用于感应电容Cs的信号，从而识别人体与电容感应器之间接触面的形状。

Description

一种电容感应器及其感应电路
技术领域
本实用新型属于电容感应技术领域，尤其涉及一种电容感应器及其感应电路。
背景技术
人的手指纹路有深度差异，凸的地方称为“峰”，凹的地方称为“谷”。电容式指纹感应装置一般是利用指纹上包含的“峰”和“谷”对应的感应电容大小不同，在交流信号激励下输出信号的幅度也不同的原理，将“峰”和“谷”的不同感应电容转化为相应的电压信号。
现有技术中一般采用双输入放大器实现电压信号的放大，但是这种方式会引入较大的寄生电容从而影响测量的准确性，并且功耗大、带宽窄。
实用新型内容
本实用新型实施例提供了一种电容感应器及其感应电路，旨在解决现有技术中采用双输入放大器实现电压信号的放大，会引入较大的寄生电容从而影响测量的准确性，并且功耗大、带宽窄的问题。
本实用新型实施例的第一方面提供了一种电容感应器，用于感应与人体接触时形成的电容，其特征在于，电容感应器包括由外向内设置的介质层、驱动感应极板、感应极板、抵消极板、反馈极板和放大器。
驱动感应极板、感应极板和抵消极板均设于介质层的内侧，驱动感应极板呈网格形状，驱动感应极板的每一留空位置内均设有相邻的感应极板和抵消极板，感应极板的内侧设有反馈极板，反馈极板的内侧设有放大器。
在一个实施例中，介质层为绝缘构件。
在一个实施例中，驱动感应极板、感应极板、抵消极板和反馈极板均为金属构件。
在一个实施例中，放大器为单端输入放大器。
本实用新型实施例的第二方面提供了一种应用于如上所述的电容感应器的感应电路，用于连接在外部驱动源和处理器之间，其特征在于，包括驱动模块、人体电容Cb、驱动感应电容Cd、感应电容CS、抵消电容CC、反馈电容Cfb、滤波电容Cg、复位开关和放大器。
驱动模块的输入端为感应电路的输入端并连接外部驱动源，驱动模块的第一输出端接驱动感应电容Cd的第一端，驱动感应电容Cd的第二端与人体电容Cb的第一端和感应电容CS的第一端共接，人体电容Cb的第二端接地，驱动模块的第二输出端接抵消电容CC的第一端，感应电容CS的第二端与抵消电容CC的第二端、滤波电容Cg的第一端、反馈电容Cfb的第一端、复位开关的第一端和放大器的输入端共接，滤波电容Cg的第二端接地，反馈电容Cfb的第二端与复位开关的第二端和放大器的输出端共接形成感应电路的输出端并连接处理器。
在一个实施例中，驱动感应电容Cd为当人体接触电容感应器时，驱动感应极板上形成的电容。
在一个实施例中，感应电容CS为当人体接触电容感应器时，感应极板上形成的电容。
在一个实施例中，抵消电容CC为当人体接触电容感应器时，抵消极板上形成的电容。
在一个实施例中，反馈电容Cfb为当人体接触电容感应器时，反馈极板上形成的电容。
在一个实施例中，驱动模块包括驱动放大器、反相器和抵消放大器。
驱动放大器的输入端和反相器的输入端共接形成驱动模块的输入端，驱动放大器的输出端为驱动模块的第一输出端，反相器的输出端接抵消放大器的输入端，抵消放大器的输出端为驱动模块的第二输出端。
本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果是：当人体接触或按压在电容感应器的某一像素单元上时，人体与地之间形成人体电容Cb，人体和驱动感应极板之间形成驱动感应电容Cd，人体和感应极板之间形成感应电容Cs，感应极板与抵消极板之间形成抵消电容Cc，反馈极板与感应极板之间形成反馈电容Cfb，通过感应电路获取作用于感应电容Cs的信号，从而识别人体与电容感应器之间接触面的形状。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型的一个实施例提供的电容感应器的结构示意图；
图2是图1的剖视图；
图3是图1中驱动感应极板、抵消极板和感应极板所在层的仰视图；
图4是本实用新型的一个实施例提供的感应电路的电路结构示意图。
具体实施方式
为使得本实用新型的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
以下结合具体附图对本实用新型的实现进行详细的描述：
图1至图3示出了本实用新型一实施例所提供的一种电容感应器的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下。
如图1至图3所示，本实用新型实施例所提供的一种电容感应器，用于感应与人体接触时形成的电容，电容感应器包括由外向内设置的介质层204、驱动感应极板205、感应极板201、抵消极板202、反馈极板203和放大器LNA。
驱动感应极板205、感应极板201和抵消极板202均设于介质层204的内侧，驱动感应极板205呈网格形状，驱动感应极板205的每一留空位置内均设有相邻的感应极板201和抵消极板202，感应极板201的内侧设有反馈极板203，反馈极板203的内侧设有放大器LNA。
在一个实施例中，介质层204为绝缘构件。
在一个实施例中，驱动感应极板205、感应极板201、抵消极板202和反馈极板203均为金属构件。
在一个实施例中，放大器LNA为单端输入放大器。
本实施例中，放大器LNA采用单端输入放大器可以减小寄生电容，降低器件功耗，增大带宽。
图4示出了本实用新型一实施例所提供的一种应用于如上所述电容感应器的感应电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下。
如图4所示，本实用新型实施例所提供的一种应用于如上电容感应器的感应电路100，用于连接在外部驱动源200和处理器300之间，包括驱动模块110、人体电容Cb、驱动感应电容Cd、感应电容CS、抵消电容CC、反馈电容Cfb、滤波电容Cg、复位开关K1和放大器LNA。
驱动模块110的输入端为感应电路100的输入端并连接外部驱动源200，驱动模块110的第一输出端接驱动感应电容Cd的第一端，驱动感应电容Cd的第二端与人体电容Cb的第一端和感应电容CS的第一端共接，人体电容Cb的第二端接地，驱动模块110的第二输出端接抵消电容CC的第一端，感应电容CS的第二端与抵消电容CC的第二端、滤波电容Cg的第一端、反馈电容Cfb的第一端、复位开关K1的第一端和放大器LNA的输入端共接，滤波电容Cg的第二端接地，反馈电容Cfb的第二端与复位开关K1的第二端和放大器LNA的输出端共接形成感应电路100的输出端并连接处理器300。
在一个实施例中，人体电容Cb为人体与地之间形成的电容。
在一个实施例中，驱动感应电容Cd为当人体接触电容感应器时，驱动感应极板205上形成的电容。
在一个实施例中，感应电容CS为当人体接触电容感应器时，感应极板201上形成的电容。
在一个实施例中，抵消电容CC为当人体接触电容感应器时，抵消极板202上形成的电容。
在一个实施例中，反馈电容Cfb为当人体接触电容感应器时，反馈极板203上形成的电容。
在一个实施例中，驱动模块110包括驱动放大器U1、反相器U2和抵消放大器U3；
驱动放大器U1的输入端和反相器U2的输入端共接形成驱动模块110的输入端，驱动放大器U1的输出端为驱动模块110的第一输出端，反相器U2的输出端接抵消放大器U3的输入端，抵消放大器U3的输出端为驱动模块110的第二输出端。
本实施例中，人体与驱动感应极板205、感应极板201之间通过绝缘的介质层204隔离，当人体接触或按压在电容感应器的某一像素单元上时，人体与地之间形成人体电容Cb，人体和驱动感应极板205之间形成驱动感应电容Cd，人体和感应极板之间形成感应电容Cs，感应极板201与抵消极板202之间形成抵消电容Cc，反馈极板203与感应极板201之间形成反馈电容Cfb。
驱动感应电容Cd两端的电压可以起到驱动作用，驱动感应电容Cd和人体电容Cb将驱动放大器U1输出的驱动电压进行分压，分压后的驱动电压作用于感应电容Cs上，从而实现人体接触或按压电容感应器时的信号检测。外部驱动源200的输出电压通过反相器U2取反后经过抵消放大器U3输出与驱动电压的相位相反的抵消电压，用以消除共模干扰。
以一个具体应用场景为例，电容感应器可用于检测手指的指纹。手指指纹中的峰和谷对应的感应电容Cs大小不同。当手指接触到电容感应电路的表面时，外部驱动源200输出的交流信号经过驱动放大器U1放大A1倍后加载到驱动感应电容Cd上，放大后的交流信号经驱动感应电容Cd和人体电容Cb分压后作用于感应电容Cs。同时，外部驱动源200输出的交流信号经反相器U2反相后再经抵消放大器U3放大A2倍，反相且放大后的交流信号作用于抵消电容Cc。感应电容Cs侧的信号和抵消电容Cc侧的信号叠加后通过单端输入放大器LNA进行放大输出。
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 (10)

1.一种电容感应器，用于感应与人体接触时形成的电容，其特征在于，所述电容感应器包括由外向内设置的介质层、驱动感应极板、感应极板、抵消极板、反馈极板和放大器；
所述驱动感应极板、所述感应极板和所述抵消极板均设于所述介质层的内侧，所述驱动感应极板呈网格形状，所述驱动感应极板的每一留空位置内均设有相邻的所述感应极板和所述抵消极板，所述感应极板的内侧设有所述反馈极板，所述反馈极板的内侧设有所述放大器。
2.根据权利要求1所述的电容感应器，其特征在于，所述介质层为绝缘构件。
3.根据权利要求1所述的电容感应器，其特征在于，所述驱动感应极板、所述感应极板、所述抵消极板和所述反馈极板均为金属构件。
4.根据权利要求1所述的电容感应器，其特征在于，所述放大器为单端输入放大器。
5.一种应用于如权利要求1所述的电容感应器的感应电路，用于连接在外部驱动源和处理器之间，其特征在于，包括驱动模块、人体电容Cb、驱动感应电容Cd、感应电容CS、抵消电容CC、反馈电容Cfb、滤波电容Cg、复位开关和所述放大器；
所述驱动模块的输入端为所述感应电路的输入端并连接所述外部驱动源，所述驱动模块的第一输出端接所述驱动感应电容Cd的第一端，所述驱动感应电容Cd的第二端与所述人体电容Cb的第一端和所述感应电容CS的第一端共接，所述人体电容Cb的第二端接地，所述驱动模块的第二输出端接所述抵消电容CC的第一端，所述感应电容CS的第二端与所述抵消电容CC的第二端、所述滤波电容Cg的第一端、所述反馈电容Cfb的第一端、所述复位开关的第一端和所述放大器的输入端共接，所述滤波电容Cg的第二端接地，所述反馈电容Cfb的第二端与所述复位开关的第二端和所述放大器的输出端共接形成所述感应电路的输出端并连接所述处理器。
6.根据权利要求5所述的感应电路，其特征在于，所述驱动感应电容Cd为当人体接触所述电容感应器时，所述驱动感应极板上形成的电容。
7.根据权利要求5所述的感应电路，其特征在于，所述感应电容CS为当人体接触所述电容感应器时，所述感应极板上形成的电容。
8.根据权利要求5所述的感应电路，其特征在于，所述抵消电容CC为当人体接触所述电容感应器时，所述抵消极板上形成的电容。
9.根据权利要求5所述的感应电路，其特征在于，所述反馈电容Cfb为当人体接触所述电容感应器时，所述反馈极板上形成的电容。
10.根据权利要求5所述的感应电路，其特征在于，所述驱动模块包括驱动放大器、反相器和抵消放大器；
所述驱动放大器的输入端和所述反相器的输入端共接形成所述驱动模块的输入端，所述驱动放大器的输出端为所述驱动模块的第一输出端，所述反相器的输出端接所述抵消放大器的输入端，所述抵消放大器的输出端为所述驱动模块的第二输出端。
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