CN207321225U - 一种双rc触摸按键电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种双RC触摸按键电路,设有第一RC充放电电路、第二RC充放电电路若受到外界干扰，第一RC充放电电路、第二RC充放电电路的计数值会发生同方向的变化，同时，第一RC充放电电路、第二RC充放电电路自动滤除外部干扰并重新校正得到触摸按键、参考按键的有效数值，具备抗干扰的效果能力，根据第一多路选择器MUX1通过外部触摸按键通道对触摸按键中的一个按键扫描，扫描的数值为触摸按键的信号值，参考按键与内部电容CAP连接，根据触摸按键与参考按键的信号数值差判断按键是否有手指触摸，第一RC充放电电路、第二RC充放电电路每隔一段时间扫描按键，用于降低触摸按键的无效工作时间，从而降低系统的功耗，并且不会影响在手指触摸按键的反应时间。

Description

一种双RC触摸按键电路

技术领域

本实用新型涉及按键电路领域，尤指一种双RC触摸按键电路。

背景技术

目前国内外均采用一种通过触摸方式的开关电容电路实现电荷的迁移，这种电路抗电源抗干扰能力较相对较高，但需要额外的PAD和一个调制电容，赛普拉斯公司的CSD触摸模块、CSA触摸模块均采用开关电容的方案实现电荷迁移的充放电模式。

现有的开关电容电路均采用单RC方式的松弛振荡器的触摸按键和ADC形式的触摸按键，但是，采用单RC方式的松弛振荡器触摸按键抗电源干扰能力较差，采用ADC形式的触摸按键需要消耗较大的芯片面积和功耗，目前在触摸按键的应用中，普遍存在抗外界干扰能力不足，灵敏度不太高，功耗有待降低的问题。如抗对讲机干扰，电源干扰能力较差，以至于在诸如医疗机械，航天设备中的设备几乎很少采用触摸IC产品。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种双RC触摸按键电路，具有抗干扰、低功耗能力，同时有效提高触摸按键的灵敏性。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种双RC触摸按键电路，包含有设有CLK1端口的第一时钟产生模块RC1、设有CLK2端口的第二时钟产生模块RC2、内部参考电容CAP、第一RC充放电电路、第二RC充放电电路、第一多路选择器MUX1、第二多路选择器MUX2、外部触摸按键通道、外部参考按键通道，所述第一时钟产生模块RC1的CLK1端、第二时钟产生模块RC2的CLK2端分别通过第一RC充放电电路、第二RC充放电电路与第一多路选择器MUX1的输入端、第二多路选择器MUX2的输入端连接，所述外部触摸按键通道、外部参考按键通道分别设有若干个触摸按键、参考按键，所述第一多路选择器MUX1的输出端、第二多路选择器MUX2的输出端分别通过外部触摸按键通道、外部参考按键通道与触摸按键的输入端、参考按键的输入端信号连接，所述第二多路选择器MUX2的输出端与内部参考电容CAP连接。

进一步地，所述比较器CMP采用迟滞比较器。

进一步地，所述参考电容CAP采用MIM电容。

进一步地，所述第一RC充放电电路或第二RC充放电电路包括有恒流源I1、电容C1、第一反相器INV、第二反相器INV、比较器CMP、开关S1，所述恒流源I1的输出端分别与电容C1的一端、开关S1的一端、比较器CMP的输入端连接，电容C1的另一端、开关S1的另一端均与地连接，所述比较器CMP的输出端通过第一反相器INV、第二反相器INV、开关S1与比较器CMP的输入端连接。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型设有的第一RC充放电电路、第二RC充放电电路若受到外界干扰，第一RC充放电电路、第二RC充放电电路的计数值会发生同方向的变化，同时，第一RC充放电电路、第二RC充放电电路自动滤除外部干扰并重新校正得到触摸按键、参考按键的有效数值，具备抗干扰的效果能力，根据第一多路选择器MUX1通过外部触摸按键通道对触摸按键中的一个按键扫描，扫描的数值为触摸按键的信号值，参考按键与内部电容CAP连接，根据触摸按键与参考按键的信号数值差判断按键是否有手指触摸，第一RC充放电电路、第二RC充放电电路每隔一段时间扫描按键，用于降低触摸按键的无效工作时间，从而降低系统的功耗，并且不会影响在手指触摸按键的反应时间。

附图说明

图1 是本实行新型的原理图。

图2 是第一充放电模块或第二充放电模块的电路图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本实用新型关于一种双RC触摸按键电路，包含有设有CLK1端口的第一时钟产生模块RC1、设有CLK2端口的第二时钟产生模块RC2、内部参考电容CAP、第一RC充放电电路、第二RC充放电电路、第一多路选择器MUX1、第二多路选择器MUX2、外部触摸按键通道、外部参考按键通道，所述第一时钟产生模块RC1的CLK1端、第二时钟产生模块RC2的CLK2端分别通过第一RC充放电电路、第二RC充放电电路与第一多路选择器MUX1的输入端、第二多路选择器MUX2的输入端连接，所述外部触摸按键通道、外部参考按键通道分别设有若干个触摸按键、参考按键，所述第一多路选择器MUX1的输出端、第二多路选择器MUX2的输出端分别通过外部触摸按键通道、外部参考按键通道与触摸按键的输入端、参考按键的输入端信号连接，所述第二多路选择器MUX2的输出端与内部参考电容CAP连接。

进一步地，所述比较器CMP采用迟滞比较器，具有很强的抗干扰能力。

进一步地，所述参考电容采用MIM电容，MIM电容的容值具有受电压值的影响校小的特点。

进一步地，所述第一RC充放电电路或第二RC充放电电路包括有恒流源I1、电容C1、第一反相器INV、第二反相器INV、比较器CMP、开关S1，所述恒流源I1的输出端分别与电容C1的一端、开关S1的一端、比较器CMP的输入端连接，电容C1的另一端、开关S1的另一端均与地连接，所述比较器CMP的输出端通过第一反相器INV、第二反相器INV、开关S1与比较器CMP的输入端连接，利用电容C1具有放电的效果，使比较器CMP周期性的输出高低电平。

与现有技术相比，本实用新型设有的第一RC充放电电路、第二RC充放电电路若受到外界干扰，第一RC充放电电路、第二RC充放电电路的计数值会发生同方向的变化，同时，第一RC充放电电路、第二RC充放电电路自动滤除外部干扰并重新校正得到触摸按键、参考按键的有效数值，具备抗干扰的效果能力，根据第一多路选择器MXU1通过外部触摸按键通道对触摸按键中的一个按键扫描，扫描的数值为触摸按键的信号值，参考按键与内部电容CAP连接，根据触摸按键与参考按键的信号数值差判断按键是否有手指触摸，第一RC充放电电路、第二RC充放电电路每隔一段时间扫描按键，用于降低触摸按键的无效工作时间，从而降低系统的功耗，并且不会影响在手指触摸按键的反应时间。

本具体实施例中，TK0～TK23是24个触摸按键，SELA<23：0>是触摸按键选择信号且对应每一个触摸按键,24个触摸按键选择信号SELA<23：0>中同时只能输出一个信号，若SELA <0>有输出信号，则第0号触摸按键被选中；SELB<24：0> 是参考按键选择信号，参考按键选择信号中同时只能输出一个信号，若SELB<1>有输出信号，则第1号触摸按键被选为参考按键；若SELB<24>有效，则选择内部电容为参考按键，C<5：0>是参考电容选择信号，参考电容选择信号C<5：0>可以同时有效，例如C<5：0>＝111111时，内部参考电容都并联在一起，此时电容最大，通过配置C<5：0>信号，可以使内部参考电容的值近似等于触摸按键和地之间的寄生电容值，具体应用中不用的触摸按键可以当作参考按键，且当TK0～TK23中有一个被用作触摸按键的时候，则此按键不能用作参考按键，只能从剩下的不被用作触摸按键或内部参考电容中选择一个为参考按键，即第一多路选择器MUX1通过选择信号SELA<23:0＞来确定TK0～TK23中哪路按键被扫描，扫描得到的值为该通道触摸按键的值，第二多路选择器MUX2通过选择信号SELB<24:0＞来确定TK0～TK23和内部参考电容中哪一路被扫描，被扫描按键的计数值当作参考值。

充放电电路还包括有触发器，触发器的输入端与比较器的输出端连接，参阅图2所述，比较器CMP采用迟滞比较器，迟滞电压为40mv，可以消除一定的抖动，在反相器的输出端连接延时滤波器，可以滤掉部分毛刺，内部参考电容CAP采用容值随电压变化较小的MIM电容。

充放电电路具体原理如下：当RC充放电电路被使能后，恒流源I1对电容C1充电，由于电容C1刚开始充电，电容C1两端的电压小于比较器CMP的基准电压，则比较器CMP输出为低电平，开关S1处于断开状态；随着恒流源I1对电容C1持续充电，电容C1两端的电压会持续上升，当电容C1两端的电压超过比较器CMP的基准电压时，则比较器CMP输出为高电平，高电平使开关S1闭合，电容C1开始放电，电容C1放电时恒流源I1停止充电，电容C1两端的电荷被迅速放掉，电容C1两端的电压下降到0，由于电容C1两端电压小于比较器CMP的参考电压，比较器CMP输出为低电平，开关S1断开，恒流源I1重新开始对电容C1充电，因此比较器周期性的输出高低电平，经过反向器和触发器整形后输出为一个方波。这个方波的周期为2M左右；所述电容C1是触摸按键的走线和地线的寄生电容；所述比较器CMP的基准电压来自MCU芯片内部基准电压源；所述电压源是电源经过分压滤波后的输出；恒流源I1是来自于与电源大小无关的电流源的镜像电流；第一RC充放电电路和第二RC充放电电路具有相同的结构，其中第一RC充放电电路对触摸按键充放电第二RC充放电电路对参考按键充放电。若触摸按键和参考按键的走线和地线的距离相同，则两者对地的寄生电容相同，则两路RC的频率近似相同。

第一多路选择器MUX1和第二多路选择器MUX2中计数器的阈值大小相等，当有手指触摸或者接近触摸按键时，相当于在寄生电容两端并联一个电容，使得第一RC充放电电路的等效电容C1变大，CLK1的输出时钟变慢，而参考按键没有被触摸，因此输出的时钟CLK2的大小不变；在相同的时间内对CLK1和CLK2的计数值会不一样，多路选择器会根据计数值的不同来判断是否有手指触摸，当有干扰来的时候，参考按键的计数值和触摸按键的计数值会发生同方向的变化，软件就可以通过算法滤除干扰的影响，这种差分结构抗外界干扰能力要强于单RC结构抗外界的干扰能力。当MCU芯片受到外界电源干扰，或者触摸按键有水时，也可以通过内部参考电容来滤除影响。

若多路选择器MUX1只根据在有无手指触摸时的计数值的不同来判断是否有手指触摸，则属于单RC结构，显然这时没有用到参考按键，容易受到外界的干扰而误触发，本具体实施例可以通过每隔一段时间扫描按键，降低触摸按键的无效工作时间，从而降低系统的功耗，只要保证在正常情况下手指触摸按键的时间内能够反应过来即可，不影响用户的体验，平均一秒内扫描一个按键时间为0.5ms。这样就可以做到在单键模式下MCU芯片的功耗在1uA以下。

时钟产生模块中比较器的基准电压可选，由三位寄存器控制，充电电流源的大小可选，由两位寄存器控制，也可以用恒压源对寄生电容充电，根据不同的应用环境可以选择不同的比较器的基准电压和充电的电压源或充电电流源的大小，这样就可以得到不同的时钟频率。

内部参考电容采用MIM电容，相对于MOS电容等其它结构的电容，MIM电容的容值受电压大小的影响较小，多路选择器中传输门用大尺寸的MOS管，避免传输门的电阻过大引起信号传输过程中的损失，提高触摸按键的灵敏度即提高有无手指触摸时RC充放电模块输出时钟的改变量是通过减少寄生电容的大小来实现的，因为当手指触摸按键时，相当于在触摸按键的寄生电容上并联一个电容，RC充放电路的电容发生改变，因此频率发生改变，电容改变量越大，则频率改变就越大，则灵敏度就越好，即要提高（C1＋C2）／C1的比例即1＋C2／C1的比例；

其中C1是触摸按键的寄生电容，C2是手指电容，在手指电容大小不能改变的情况下，要提高上式的比例，只有尽量减小寄生电容的大小，根据电容的公式可知可以通过使触摸按键的走线尽量的远离地线，减小现宽来提高触摸按键的灵敏度。同时使触摸按键的走线尽量避免与电源线过近的平行走线来防止电源的串扰。

以上实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种双RC触摸按键电路，其特征在于，包含有设有CLK1端口的第一时钟产生模块(RC1)、设有CLK2端口的第二时钟产生模块(RC2)、内部参考电容(CAP)、第一RC充放电电路、第二RC充放电电路、第一多路选择器(MUX1)、第二多路选择器(MUX2)、外部触摸按键通道、外部参考按键通道，所述第一时钟产生模块(RC1)的CLK1端、第二时钟产生模块(RC2)的CLK2端分别通过第一RC充放电电路、第二RC充放电电路与第一多路选择器(MUX1)的输入端、第二多路选择器(MUX2)的输入端连接，所述外部触摸按键通道、外部参考按键通道分别设有若干个触摸按键、参考按键，所述第一多路选择器(MUX1)的输出端、第二多路选择器(MUX2)的输出端分别通过外部触摸按键通道、外部参考按键通道与触摸按键的输入端、参考按键的输入端信号连接，所述第二多路选择器(MUX2)的输出端与内部参考电容(CAP)连接。

2.根据权利要求1所述的一种双RC触摸按键电路，其特征在于，所述参考电容(CAP)采用MIM电容。

3.根据权利要求1所述的一种双RC触摸按键电路，其特征在于，所述第一RC充放电电路或第二RC充放电电路包括有恒流源(I1)、电容(C1)、第一反相器(INV)、第二反相器(INV)、比较器(CMP)、开关(S1)，所述恒流源(I1)的输出端分别与电容(C1)的一端、开关(S1)的一端、比较器(CMP)的输入端连接，电容(C1)的另一端、开关(S1)的另一端均与地连接，所述比较器(CMP)的输出端通过第一反相器(INV)、第二反相器(INV)、开关(S1)与比较器(CMP)的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的一种双RC触摸按键电路，其特征在于，所述比较器(CMP)采用迟滞比较器。