CN211787048U - 积分器、触摸电容检测电路以及智能设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种积分器、触摸电容检测电路以及智能设备。积分器包括积分电路、第一开关电容电路以及第二开关电容电路，积分电路，包括输入端；第一开关电容电路一端连接积分电路的输入端，另一端用于接收第一输入信号，第一开关电容电路还用于连接外部检测引脚，且与积分电路形成第一开关电容积分电路；第二开关电容电路，一端连接积分电路的输入端，另一端用于接收第二输入信号，第二开关电容电路与积分电路形成第二开关电容积分电路，第一开关电容积分电路与第二开关电容积分电路的积分方向相反。本实用新型实施例提供的积分器，能够以较小容值的积分电容进行多次积分，从而无需增加片外电容，降低成本。

Description

积分器、触摸电容检测电路以及智能设备

技术领域

本实用新型涉及触摸按键技术领域，具体涉及一种积分器、触摸电容检测电路以及智能设备。

背景技术

经过多年的技术演进和量产检验，触摸式按键技术如今日趋成熟。由于具有方便易用、时尚和低成本等优势，越来越多的电子产品开始从传统的机械按键转向触摸式按键。触摸式按键是通过电容检测芯片检测按键上的电容变化来判断触摸事件的发生，按键电容的变化会引起电容检测芯片的检测引脚上的电容变化，继而检测到触摸事件。

然而，由于检测引脚上的固有电容的影响，在检测引脚上的电容变化时，会使得电容检测芯片内部的积分电容积分次数减少，现有解决方案是通过增加片外电容来增大积分电容的容值，进而增加积分电容的积分次数。但是，增加片外电容使得系统的成本也相应地提高，因此，现有技术实有改善的必要。

实用新型内容

鉴于以上问题，本实用新型提供一种触摸电容检测电路以及智能设备，能够以较小容值的积分电容进行多次积分，从而无需增加片外电容，降低成本。

本实用新型实施例是采用以下技术方案来实现的：

一种触摸电容检测以及智能设备，包括积分电路、第一开关电容电路以及第二开关电容电路，积分电路包括输入端；第一开关电容电路的一端连接积分电路的输入端，另一端用于接收第一输入信号，第一开关电容电路还用于连接外部检测引脚，且与积分电路形成第一开关电容积分电路；第二开关电容电路的一端连接积分电路的输入端，另一端用于接收第二输入信号，第二开关电容电路与积分电路形成第二开关电容积分电路，第一开关电容积分电路与第二开关电容积分电路的积分方向相反。

在一些实施方式中，输入端包括第一输入端与第二输入端，第一开关电容电路与第二开关电容电路同时连接于第一输入端，第二输入端接地。

在一些实施方式中，第一开关电容电路包括第一电容、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关以及第五开关，第一电容的第一端依次通过串联的第一开关和第二开关后用于接收第一输入信号，第一电容的第一端还通过第三开关接地，第一电容的第二端通过第四开关连接积分电路的第一输入端，第一电容的第二端还通过第五开关接地，第一开关与第二开关的连接节点用于连接检测引脚；

第二开关电容电路包括第二电容、第六开关、第七开关、第八开关以及第九开关，第二电容的第一端连接第六开关后用于接收第二输入信号，第二电容的第一端还通过第七开关接地，第二电容的第二端通过第八开关连接积分电路的第一输入端，第二电容的第二端还通过第九开关接地。

在一些实施方式中，输入端包括第一输入端与第二输入端，第一开关电容电路包括第一子开关电容电路以及第二子开关电容电路；第二开关电容电路包括第三子开关电容电路以及第四子开关电容电路，积分器还包括第一开关以及第二开关；其中，第一子开关电容电路的一端连接于第一输入端、另一端连接于第四子开关电容电路的一端，第四子开关电容电路的另一端连接于第二输入端，第一子开关电容电路与第四子开关电容电路的连接节点通过第一开关接收第一输入信号，第一子开关电容电路与第四子开关电容电路的连接节点还用于连接检测引脚；第二子开关电容电路的一端连接于第二输入端、另一端连接于第三子开关电容电路的一端，第三子开关电容电路的另一端连接于第一输入端，第二子开关电容电路与第三子开关电容电路的连接节点通过第二开关接收第二输入信号。

在一些实施方式中，第一开关电容积分电路为同相开关电容积分电路，第二开关电容积分电路为反相开关电容积分电路；或者，第一开关电容积分电路为反相开关电容积分电路，第二开关电容积分电路为同相开关电容积分电路。

在一些实施方式中，积分器还包括复位开关，复位开关连接于积分电路的输入端与输出端之间。

本实用新型还提供一种触摸电容检测电路，括如上述的积分器，触摸电容检测电路还包括检测引脚以及激励信号源，检测引脚连接第一开关电容电路；激励信号源包括第一输出端以及第二输出端，第一输出端连接于第一开关电容电路以输出第一输入信号，第二输出端连接于第二开关电容电路以输出第二输入信号。

在一些实施方式中，激励信号源包括第一负反馈运放电路、第二负反馈运放电路以及差分电路，差分电路包括第一输入端、第二输入端以及两个输出端，第一输入端通过第一负反馈运放电路连接于预设电源，第二输入端通过第二负反馈运放电路连接于预设电源，两个输出端输出分别输出第一输入信号以及第二输入信号。

在一些实施方式中，触摸电容检测电路还包括时钟产生电路，时钟产生电路分别连接第一开关电容电路以及第二开关电容电路，时钟产生电路用于产生非交叠时钟信号作用于第一开关电容电路以及第二开关电容电路。

本实用新型实施例还提供一种智能设备，包括传感器以及如上述的触摸电容检测电路，其中传感器与检测引脚耦接。

相对于现有技术，本实用新型实施例提供的积分器、触摸电容检测电路以及智能设备，通过在积分电路的输入端设置积分方向相反的第一开关电容电路和第二开关电容电路，消除由于固有电容的影响而在积分电容每次积分时额外累积的电压，进而能够以较小容值的积分电容进行多次积分，从而在不采用片外电容的情况下有效增加积分电容的积分次数，降低成本。同时，在消除积分电容每次积分时额外累积的电压之后，积分电容每次累积的电压保持一致，从而提高系统的信噪比与电容检测的精度。

本实用新型的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

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示出了本实用新型实施例提供的一种电容感测系统的示意图。

图2示出了本实用新型实施例提供的一种积分器的电路结构示意图。

图3示出了本实用新型实施例提供的非交叠时钟信号的信号波形图。

图4示出了本实用新型实施例提供的另一种积分器的电路结构示意图。

图5示出了本实用新型实施例提供的一种触摸电容检测电路的结构示意图。

图6示出了本实用新型实施例提供的一种激励信号源的电路结构示意图。

图7示出了本实用新型实施例提供的一种智能设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

经过多年的技术演进和量产检验，触摸式按键技术如今日趋成熟。由于具有方便易用、时尚和低成本等优势，越来越多的电子产品开始从传统的机械按键转向触摸式按键。触摸式按键是通过电容检测芯片检测按键上的电容变化来判断触摸事件的发生，按键电容的变化会引起电容检测芯片的检测引脚上的电容变化，继而检测到触摸事件。

现有的电容触控技术可分为自容式(Self-Capacitance)和互容式 (Mutual-Capacitance)两种。目前的自容式检测技术主要有两种实现方式：

1、利用上拉电阻或电流对电容进行充放电，根据系统时间常数的差异化来实现电容按键检测；

2、基于电荷分享原理，将电容信息转换成上拉或下拉电阻，再利用信号处理电路对所获得的电压或者电流信号进行处理。

然而，由于检测引脚上的固有电容的影响，会使得电容检测芯片内部的积分电容积分次数减少，并且在检测引脚上的电容变化时，微小的电容变化难以被检测出来。现有解决方案是通过增加片外电容来增大积分电容的容值，进而增加积分电容的积分次数，但是增加片外电容导致芯片面积的增大，从而提高了芯片的生产成本。

为了解决上述问题，发明人经过长期研究，提出了本实用新型实施例中的积分器、触摸电容检测电路以及智能设备，通过在积分电路的输入端设置积分方向相反的第一开关电容电路和第二开关电容电路，消除由于固有电容的影响而在积分电容每次积分时额外累积的电压，进而能够以较小容值的积分电容进行多次积分，从而在不采用片外电容的情况下有效增加积分电容的积分次数，减小电路面积且降低成本。同时，在消除积分电容每次积分时额外累积的电压之后，积分电容每次累积的电压保持一致，从而提高系统的信噪比与电容检测的精度。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，图1示意性地示出了本实用新型实施例提供的电容感测系统 10。该系统10包括依次连接的数模转换器(Digital-to-Analog Converter，DAC) 11、电容电压转换(Capacitor-to-Voltage Converter，CVC)单元12、以及模拟信号处理(Analog SignalProcess，ASP)单元13。其中，CVC单元12包括检测引脚TK，检测引脚TK耦合于外部的传感器20。当传感器20发生触摸事件时，会引起检测引脚TK上的电容变化，CVC单元12进而接收到一个输入信号Vin，输入信号Vin实际上是一个电容信号。CVC单元12将电容信号转化成电压信号并输出信号Vout，ASP单元13对输出信号Vout进行量化处理，ASP单元13连接于外部的判断电路30，以使外部的判断电路30基于此判断触摸事件的发生。具体而言，在未发生触摸事件时，ASP单元13输出基准信号，判断电路30记录该基准信号；判断电路30同时检测ASP单元13输出的当前信号，根据当前信号与基准信号的电压差值来判断此时是否发生触摸事件，例如，在当前信号与基准信号的电压差值高于预设阈值时，可以确定此时发生触摸事件。本实用新型实施例中，因触摸事件而在检测引脚TK上引起的电容变化量以下统称为触摸电容Ctk。

ASP单元13可以是但不限于是模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)、比较器以及压控振荡器((Voltage Controlled Oscillator，VCO)。ASP 单元可以基于模拟后端电路的需要进行选择，在此不作限定。

需要说明的是，由于电路中的电容耦合效应，使得检测引脚TK上会存在耦合的固有电容Cpin，固有电容Cpin会降低系统的信噪比，并在CVC单元12的信号转化过程中造成影响。

进一步地，CVC单元12可以进行单端检测，即只通过一个检测引脚TK接收单端输入信号Vin。同样地，CVC单元12可以进行差分检测，即通过检测引脚TK_P和检测引脚TK_N接收差分输入信号Vin_p和Vin_N。当CVC单元12进行差分检测时，数模转换器11使得检测引脚TK_P和检测引脚TK_N上的固有电容Cpin保持一致。

如图2所示，本实用新型实施例提供一种积分器100，该积分器100可应用于上述的电容感测系统中的CVC单元，且用于将电容信号转化成电压信号输出。

积分器100包括第一开关电容电路110、第二开关电容电路120以及积分电路130。积分电路130包括输入端以及输出端。第一开关电容电路110一端连接积分电路130的输入端，另一端用于接收第一输入信号，第一开关电容电路110 还用于连接外部的检测引脚TK，且与积分电路130形成第一开关电容积分电路。第二开关电容电路120一端连接积分电路130的输入端、另一端用于接收第二输入信号，第二开关电容电路120与积分电路130形成第二开关电容积分电路。第一开关电容积分电路与第二开关电容积分电路的积分方向相反。

本实施例中，当外部传感器发生触摸事件时，外部检测引脚TK产生触摸电容Ctk，经过第一开关电容积分电路的积分作用，在积分电路130的输出端输出信号Vout。进一步地，当外部传感器未发生触摸事件时，由于检测引脚TK存在固有电容Cpin，第一开关电容积分电路会对固有电容Cpin进行积分，使得在未发生触摸事件时积分电路130就已经累积了电压，而积分电路130能累积的电压是有限的，这就导致了在外部传感器发生触摸事件时，第一开关电容积分电路能够积分的次数变少。并且当第一开关电容积分电路积分时，会同时对触摸电容Ctk和固有电容Cpin进行积分，此时在单个周期内积分电路130累积的电压会大于仅对触摸电容CTK积分时累积的电压，进一步减小了第一开关电容积分电路的积分次数，同时还使得积分电路130两端的电压差与积分次数成非线性关系，降低了系统的信噪比。

本实用新型实施例提供的积分器设置与第一开关电容积分电路积分方向相反的第二开关电容积分电路，第二开关电容积分电路积分时在积分电路130两端累积的电压U2的相位与第一开关电容积分电路积分时在积分电路130两端累积的电压U1的相位相反，从而抵消由于固有电容Cpin的影响而在积分电路130 两端额外累积的电压，甚至能够完全消除固有电容Cpin带来的影响。那么在相同的积分电路130的情况下，能够有效的增加积分次数，从而无需采用片外电容，降低成本。同时，在消除固有电容Cpin的影响后，积分电路130两端每次累积的电压保持一致，进而保证积分电路130两端的电压差与积分次数成线性关系，提高系统的信噪比与检测精度。

可选地，第一开关电容积分电路为同相开关电容积分电路，第二开关电容积分电路为反相开关电容积分电路。或者，第一开关电容积分电路为反相开关电容积分电路，第二开关电容积分电路为同相开关电容积分电路。

可选地，积分器100可以以单端检测或差分检测的方式检测电容变化。积分器100通常由两个输入端，单端检测指的是积分电路130的一个输入端连接上述第一开关电容电路110和第二开关电容电路120，积分电路130的另一个输入端用于接地，或连接预设的基准电压源。相对地，差分检测指的是积分电路 130的两个输入端均连接上述的第一开关电容电路110和第二开关电容电路120。当然，检测方式并不仅限于单端检测和差分检测，可以理解的是，在本实用新型的基础上未作出任何实质性改进均属于本实用新型所保护的范围。

在一些实施例中，积分器100以单端检测方式检测电容变化。具体而言，积分电路130的输入端包括第一输入端以及第二输入端，第一开关电容电路110 与第二开关电容电路120同时连接于第一输入端，第二输入端接地。

作为单端检测方式的一个示例，如图2所示，第一开关电容电路110包括第一电容C1、第一开关SA1、第二开关SA2、第三开关SA3、第四开关SA4以及第五开关SA5，第一电容C1的第一端连接依次串联的第一开关SA1和第二开关SA2后用于接收第一输入信号，第一电容C1的第一端还通过第三开关SA3 接地，第一电容C1的第二端通过第四开关SA4连接积分电路130的第一输入端，第一电容C1的第二端还通过第五开关SA5接地，第一开关SA1与第二开关SA2的连接节点用于连接检测引脚TK。第二开关电容电路120包括第二电容 C2、第六开关SA6、第七开关SA7、第八开关SA8以及第九开关SA9，所述第二电容C2的第一端连接所述第六开关SA6后用于接收第二输入信号，第二电容C2的第一端还通过第七开关SA7接地，第二电容C2的第二端通过第八开关 SA8连接积分电路130的第一输入端，第二电容C2的第二端还通过第九开关 SA9接地。积分电路130包括比较器A1以及积分电容Cint，积分电容Cint连接在比较器A1的输入端和输出端之间。

上述各开关(SA1、SA2、SA3、SA4、SA5、SA6、SA7、SA8、SA9)均为电子开关，其可以为但不限于为三极管、MOS管以及可控硅。开关(SA1、 SA2、SA3、SA4、SA5、SA6、SA7、SA8、SA9)受控于一组外部的非交叠时钟信号(Ph1、Ph2)，非交叠也即时钟信号Ph1和时钟信号Ph2在同一时间不能同时为高电平。

在一个实施例中，第一开关电容电路积分电路可以为同相开关电容积分电路，第二开关电容积分电路可以为反相开关电容积分电路。具体而言，第二开关SA2、第三开关SA3、第四开关SA4、第六开关SA6以及第八开关SA8为第一相位开关；第一开关SA1、第五开关SA5、第七开关SA7以及第九开关SA9 为第二相位开关，第一相位开关与第二相位开关在积分电路130的一个周期内交替导通。其中，第一相位开关可以受控于时钟信号Ph1、第二相位开关可以受控于时钟信号Ph2。通过非交叠时钟信号(Ph1、Ph2)，在单个时钟周期内第一开关电容电路110在积分电容Cint两端累积的电压为正；在单个时钟周期内第二开关电容电路120在积分电容Cint两端累积的电压为负。由于第二开关电容电路120与第一开关电容电路110在积分电容Cint两端累积的电压相反，因此可以抵消由于固有电容Cpin的影响而在积分电容Cint两端额外累积的电压。由于第二开关电容电路120与第一开关电容电路110在积分电容Cint两端累积的电压相反，因此可以抵消由于固有电容Cpin的影响而在积分电容Cint两端额外累积的电压，进而有效的增加积分次数，无需采用片外电容，并且能够以更小的电路面积达到相同的积分次数，进而减小电路面积，降低成本。同时在消除固有电容Cpin的影响后，积分电路130两端每次累积的电压保持一致，进而保证积分电路130两端的电压差与积分次数成线性关系，提高系统的信噪比与检测精度。

另一个实施例中，第一开关电容电路积分电路可以为反相开关电容积分电路，第二开关电容积分电路可以为同相开关电容积分电路。具体而言，可以通过改变开关(SA1、SA2、SA3、SA4、SA5、SA6、SA7、SA8、SA9)受控的时钟信号的相位，来改变第一开关电容积分电路和第二开关电容积分电路的积分方向。在一些实施例方式中，还可以将第一开关电容电路110与第二开关电容电路120的结构调换，以此来改变第一开关电容积分电路与第二开关电容积分电路的积分方向。

以下，将以第一开关电容积分电路为同相开关电容积分电路、第二开关电容积分电路为反相开关电容积分电路为例，并结合图2和图3对本实用新型实施例的原理进行详细阐述。

如图3所示，图3为时钟信号Ph1和时钟信号Ph2的信号波形示意图。其中，时钟信号Ph1和时钟信号Ph2在同一周期内不同时为高电平。例如，在一个周期的前半周期内，时钟信号Ph1为高电平，时钟信号Ph2为低电平，在一个周期的后半周期内，时钟信号Ph1为低电平，时钟信号Ph2为高电平；或者，在一个周期的前半周期内，时钟信号Ph1为低电平，时钟信号Ph2为高电平，在一个周期的后半周期内，时钟信号Ph1为高电平，时钟信号Ph2为低电平。

t0～t2为时钟信号(Ph1、Ph2)的第一个时钟周期T1，t2～t4为时钟信号(Ph1、Ph2)的第二个时钟周期T2。时钟信号Ph1控制第二开关SA2、第三开关SA3、第四开关SA4、第六开关SA6以及第八开关SA8的通断。当时钟信号Ph1为高电平(t0～t1、t2～t3)时，第二开关SA2、第三开关SA3、第四开关SA4、第六开关SA6以及第八开关SA8同时导通；当时钟信号Ph1为低电平(t1～t2、t3～t4) 时，第二开关SA2、第三开关SA3、第四开关SA4、第六开关SA6以及第八开关SA8同时关断。时钟信号Ph2控制第一开关SA1、第五开关SA5、第七开关 SA7以及第九开关SA9的通断。当时钟信号Ph2为高电平(t1～t2、t3～t4)时，第一开关SA1、第五开关SA5、第七开关SA7以及第九开关SA9同时导通；当时钟信号Ph2为低电平(t0～t1、t2～t3)时，第一开关SA1、第五开关SA5、第七开关SA7以及第九开关SA9同时关断。

输入信号Vs为外部的第一输出信号，输入信号Vb为外部的第二输入信号。第二开关SA2和第一开关SA1之间连接外部的检测引脚TK，相当于是连接检测引TK上的固有电容Cpin。

当无触摸事件发生时，第一个时钟周期T1中，在t0～t1时间段内，第二开关SA2导通、第一开关SA1关断。输入信号Vs仅对检测引脚TK上的固有电容Cpin充电，使固有电容Cpin积累电荷。在t1～t2时，第二开关SA2关断、第一开关SA1导通、第三开关SA3关断、第五开关SA5导通。此时固有电容Cpin 与第一电容C1连接，固有电容Cpin将积累的电荷部分转移到电容C1。在t0～t1 时，第六开关SA6和第八开关SA8导通，第七开关SA7和第九开关SA9关断。输入信号Vb对第二电容C2进行充电，并且此时第二电容C2连接积分电容Cint，并同时将电荷转移到积分电容Cint，使得积分电容Cint两端积累电压。在t1～t2 时，第六开关SA6和第八开关SA8关断，第七开关SA7和第九开关SA9导通，电容C2释放残余的电荷。此时，在单个时钟周期内，输入信号Vb在积分电容 Cint两端积累的电压V₁为：

其中，C₂是第二电容C2的容值；C_int是积分电容Cint的容值；V_b是第二输入信号Vb的电压值。

在第二个时钟周期T2中，在t2～t3时，输入信号Vs重新对固有电容Cpin 充电，同时，第四开关SA4导通、第五开关SA5关断，第一电容C1连接积分电容Cint，同时将在上个时钟周期T1的t1～t2内累积的电荷转移到积分电容Cint，使得积分电容Cint两端累积电压。此时说明，即使在无触摸事件时，由于固有电容Cpin的存在，也会使得积分电容Cint两端累积电压。此时，在单个周期内，由于固有电容Cpin的影响而积分电容Cint两端累积的电压V₂为：

其中，C₁是第一电容C1的容值；C_int是积分电容Cint的容值；C_pin是固有电容Cpin的容值；V_s是第一输入信号Vs的电压值。

可以理解的是，在t2～t3时，输入信号Vb依然持续地在积分电容Cint两端累积电压V₁。那么在单个时钟周期内，积分电容Cint两端累积的总电压ΔV即为 V₁与V₂之和。也即

因此，从上式可以看出，因固有电容Cint的影响而在积分电容Cint两端累积的电压被抵消而减少。实际上，第一电容C1和第二电容C3的容值是可控的，当C₁＝C₂＝C_i时，上式可以简化为：

由上式可以看出，当

时，积分电容Cint两端累积的总电压ΔV为零。也就是说，在无触摸事件时，积分电容Cint两端不累积电压，完全消除了固有电容Cint的影响。需要说明的是，固有电容Cpin的容值C_pin、第一电容 C1和第二电容C2的容值C_i、输入信号Vs的电压V_s以及输入信号Vb的电压V_b都是可控的，可以根据需要选用，因此可以消除由于固有电容Cint的影响在积分电容两端累积的电压。

当有触摸事件发生时，检测引脚TK上产生触摸电容Ctk，根据上述的原理可以推导出此时在积分电容Cint两端累积的总电压ΔV为：

其中，C_tk为触摸电容Ctk的容值。

将

代入上式，可得：

此时可以定义ΔV和C_tk的函数关系为：

其中F(x)表示为ΔV；x表示为C_tk。

对上式求导，可得：

通过求导可知

恒为正，也即F(x)为增函数。表明触摸电容Ctk越大，则单个周期内在积分电容Cint上积累的电荷也越多，因此触摸事件更容易被检测到。

通过以上分析，本实用新型实施提供的积分器能够完全消除由于固有电容 Cpin的影响而在积分电容Cint两端额外累积的电压，进而有效的增加积分次数，无需采用片外电容，并且能够以更小的电路面积达到相同的积分次数，进而减小电路面积，降低成本。同时在消除固有电容Cpin的影响后，积分电路130两端每次累积的电压保持一致，进而保证积分电路130两端的电压差与积分次数成线性关系，提高系统的信噪比与检测精度。

而对于触摸事件来说，固有电容Cpin的存在使得触摸事件更难被检测到，原因在于固有电容Cpin越大，则在触摸事件引起触摸电容Ctk时检测引脚TK 上的电容变化量越小。例如，假设触摸电容Ctk都是50μF，在固有电容为100μF 的基础上叠加触摸电容Ctk进行积分时输出信号Vout的变化量Δ1，会小于在固有电容为50μF的基础上叠加同样大小的触摸电容进行积分时输出信号Vout的变化量Δ2。本实用新型实施例提供的积分器100由于消除了固有电容Cpin的影响，使得触摸电容Ctk产生时，相对变化量更大，并且触摸电容Ctk越大，单个周期内在积分电容Cint上积累的电荷也越多，因此触摸事件更容易被检测到。

如图4所示，作为差分检测的一种示例，积分电路130的输入端包括第一输入端与第二输入端，第一开关电容电路包括第一子开关电容电路111以及第二子开关电容电路112；第二开关电容电路包括第三子开关电容电路121以及第四子开关电容电路122，积分器100还包括第一开关SA1以及第二开关SA2；其中，第一子开关电容电路111的一端连接于第一输入端、另一端连接于第四子开关电容电路122的一端，第四子开关电容电路122的另一端连接于第二输入端，第一子开关电容电路111与第四子开关电容电路122的连接节点通过第一开关SA1接收第一输入信号Vs，第一子开关电容电路111与第四子开关电容电路122的连接节点还用于连接检测引脚TK；第二子开关电容电路112的一端连接于第二输入端、另一端连接于第三子开关电容电路121的一端，第三子开关电容电路121的另一端连接于第一输入端，第二子开关电容电路112与第三子开关电容电路121的连接节点通过第二开关SA2接收第二输入信号Vb，第二子开关电容电路112与第三子开关电容电路121的连接节点还用于连接检测引脚TK。

具体而言，第一子开关电容电路111包括第一电容C1、第三开关SA3、第四开关SA4、第五开关SA5以及第六开关SA6，第一电容C1的第一端通过第三开关SA3连接积分电路130的第一输入端，第一电容C1的第一端还通过第四开关SA4接地，第一电容C1的第二端通过第五开关SA5连接第四子开关电容电路122，第一电容C1的第二端还通过第六开关SA6接地；第二子开关电容电路112包括第二电容C2、第七开关SA7、第八开关SA8、第九开关SA9以及第十开关SA10，第二电容C2的第一端通过第七开关SA7连接积分电路130的第二输入端，第二电容C2的第一端还通过第八开关SA8接地，第二电容C2的第二端通过第九开关SA9连接第三子开关电容电路121，第二电容C2的第二端还通过第十开关SA10接地；第三子开关电容电路121包括第三电容C3、第十一开关SA11、第十二开关SA12以及第十三开关SA13，第三电容C3的第一端通过第十一开关SA11连接于积分电路130的第一输入端，第三电容C3的第一端还通过第十二开关SA12接地，第三电容C3的第二端连接于第九开关SA9，第三电容C3的第二端还通过第十三开关SA13接地；第三电容C3与第九开关 SA9的连接节点通过第二开关SA2接收第二输入信号Vb；第三电容C3与第九开关SA9的连接节点还用于连接检测引脚TK；第四子开关电容电路122包括第四电容C4、第十四开关SA14、第十五开关SA15以及第十六开关SA16，第四电容C4的第一端通过第十四开关SA14连接于积分电路130的第二输入端，第四电容C4的第一端还通过第十五开关SA15接地，第四电容C4的第二端连接于第五开关SA5，第四电容C4的第二端还通过第十六开关SA16接地，第四电容C4与第五开关SA5的连接节点通过第一开关SA1接收第一输入信号Vs，第四电容C4与第五开关SA5的连接节点还用于连接检测引脚TK。

与单端检测类似的是，该差分检测方式中，第一开关电容积分电路可以为同相开关电容积分电路、第二开关电容积分电路可以为反相开关电容积分电路。具体地，第一子开关电容电路通过连接积分电路的第一输入端，与积分电路形成同相开关电容积分电路；第二子开关电容电路通过连接积分电路的第二输入端，与积分电路形成同相开关电容积分电路；第三子开关电容电路通过连接积分电路的第一输入端，与积分电路形成反相开关电容积分电路；第四子开关电容电路通过连接积分电路的第二输入端，与积分电路形成反相开关电容积分电路。或者，第一开关电容积分电路也可以为反相开关电容积分电路、第二开关电容积分电路也可以为同相开关电容积分电路，其具体的连接方式可参考前文，不再赘述。另外，该差分检测的原理与上述的单端检测一致，不再赘述。

在一些实施方式中，积分器还包括复位开关Reset，复位开关Reset连接在积分电路130的第一输入端与输出端之间。当系统重启时，可以通过复位开关 Reset重置，并清除积分电容Cint上的电荷。

本实用新型实施例提供的积分器，通过在积分电路的同一输入端设置与第一开关电容电路积分方向相反的第二开关电容电路，消除由于固有电容的影响而在积分电容每次积分时额外累积的电压，进而能够以较小容值的积分电容进行多次积分，从而在不采用片外电容的情况下有效增加积分电容的积分次数，减小电路面积且降低成本。同时，在消除积分电容每次积分时额外累积的电压之后，积分电容每次累积的电压保持一致，从而提高系统的信噪比与电容检测的精度。

如图5所示，本实用新型实施例还提供一种触摸电容检测电路200，应用于上述的电容感测系统10，其包括上述的积分器100。触摸电容检测电路200还包括检测引脚TK以及激励信号源210。检测引脚TK连接第一开关电容电路，激励信号源210包括第一输出端与第二输出端，第一输出端连接于第一开关电容电路以输出第一输入信号Vs至该第一开关电容电路；第二输出端连接于第二开关电容电路以输出第二输入信号Vb至该第二开关电容电路。

如图6所示，激励信号源210包括第一负反馈运放电路AMP1、第二负反馈运放电路AMP2以及差分电路211。差分电路211包括第一输入端、第二输入端以及两个输出端，差分电路211的第一输入端通过第一负反馈运放电路AMP1 连接预设电源，差分电路211的第二输入端通过第二负反馈运放电路AMP2连接预设电源，差分电路211的两个输出端分别输出第一输入信号以及第二输入信号。也即，第一负反馈运放电路AMP1的一端连接差分电路211的第一输入端、另一端连接预设电源，第二负反馈运放电路AMP2的一端连接差分电路211 的第二输入端、另一端连接预设电源。其中，第一负反馈运放电路AMP1和第二负反馈运放电路AMP2可以通过电压跟随器、比例放大器等实现。

本实施例提供的激励信号源210，通过差分电路211将预设电源单一的固定电压转化成差分信号，该差分信号也即第一输入信号Vs和第二输入信号Vb，进而满足触摸电容检测电路的驱动需求。同时，第一负反馈运放电路AMP1与第二负反馈运放电路AMP2设置提高了预设电源输出电压的驱动能力，从而减小该激励信号源210的前级驱动要求。

如图6所示，在一些实施方式中，差分电路211可以包括跨导放大器OTA、电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4。其中，电阻R1连接在跨导放大器 OTA的第一输入端与第一输出端之间，电阻R2连接在跨导放大器OTA的第二输入端与第二输出端之间，电阻R3的一端连接跨导放大器OTA的第一输入端、另一端连接第一负反馈运放电路的输出端，电阻R4的一端连接跨导放大器OTA 的第二输入端、另一端连接第二负反馈运放电路的输出端。

在一些实施方式中，第一输入信号Vs和第二输入信号Vb也可以分别由两个信号源产生，换而言之，该激励信号源可以包括第一信号源与第二信号源。第一信号源输出上述的第一输入信号Vs，其可以为线性稳压源；第二信号源输出上述的第二输入信号Vb，其可以为上述电容感测系统中的DAC。

如图5所示，触摸电容检测电路200还包括时钟产生电路220。该时钟产生电路230分别连接第一开关电容电路以及第二开关电容电路。并且时钟产生电路230用于产生一组非交叠时钟信号(Ph1、Ph2)作用于第一开关电容电路以及第二开关电容电路。非交叠也即表明时钟信号Ph1和时钟信号Ph2在同一时间不能同时为高电平。

进一步地，该触摸电容检测电路200还包括校准电路230，该校准电路230 连接于该激励信号源，用于对第一输入信号Vs与第二输入信号Vb进行校准，以使第二输入信号Vb和第一输入信号Vs的电压满足前文要求。例如，为了抵消固有电容Cpin的影响，可以将第二输入信号Vb的电压校准到符合下式：

本实用新型实施例提供的触摸电容检测电路，设置有积分器，并通过在积分电路的同一输入端设置与第一开关电容电路积分方向相反的第二开关电容电路，消除由于固有电容的影响而在积分电容每次积分时额外累积的电压，进而能够以较小容值的积分电容进行多次积分，从而在不采用片外电容的情况下有效增加积分电容的积分次数，减小电路面积且降低成本。同时，在消除积分电容每次积分时额外累积的电压之后，积分电容每次累积的电压保持一致，从而提高系统的信噪比与电容检测的精度。

如图7所示，本实用新型实施例还提供一种智能设备300，其包括传感器 310以及上述的触摸电容检测电路200。其中，传感器310与检测引脚TK耦接。传感器310可以为电容传感器，当发生触摸事件时，传感器310会发生电容变化，进而引起检测引脚TK上的电容变化，从而产生触摸电容Ctk。

本实施例中，智能设备300包括但不限于电子设备、可穿戴智能设备、家电等。

本实用新型实施例提供的智能设备，设置有触摸电容检测电路，通过在积分电路的同一输入端设置与第一开关电容电路积分方向相反的第二开关电容电路，消除由于固有电容的影响而在积分电容每次积分时额外累积的电压，进而能够以较小容值的积分电容进行多次积分，从而在不采用片外电容的情况下有效增加积分电容的积分次数，减小电路面积且降低成本。同时，在消除积分电容每次积分时额外累积的电压之后，积分电容每次累积的电压保持一致，从而提高系统的信噪比与电容检测的精度。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种积分器，其特征在于，包括：

积分电路，包括输入端；

第一开关电容电路，一端连接所述积分电路的所述输入端，另一端用于接收第一输入信号，所述第一开关电容电路还用于连接外部检测引脚，且与所述积分电路形成第一开关电容积分电路；以及

第二开关电容电路，一端连接所述积分电路的输入端，另一端用于接收第二输入信号，所述第二开关电容电路与所述积分电路形成第二开关电容积分电路，所述第一开关电容积分电路与所述第二开关电容积分电路的积分方向相反。

2.如权利要求1所述的积分器，其特征在于，所述输入端包括第一输入端与第二输入端，所述第一开关电容电路与所述第二开关电容电路同时连接于所述第一输入端，所述第二输入端接地。

3.如权利要求2所述的积分器，其特征在于，所述第一开关电容电路包括第一电容、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关以及第五开关，所述第一电容的第一端依次通过串联的所述第一开关和所述第二开关后用于接收所述第一输入信号，所述第一电容的第一端还通过所述第三开关接地，所述第一电容的第二端通过所述第四开关连接所述积分电路的所述第一输入端，所述第一电容的第二端还通过所述第五开关接地，所述第一开关与所述第二开关的连接节点用于连接所述检测引脚；

所述第二开关电容电路包括第二电容、第六开关、第七开关、第八开关以及第九开关，所述第二电容的第一端连接所述第六开关后用于接收所述第二输入信号，所述第二电容的第一端还通过所述第七开关接地，所述第二电容的第二端通过所述第八开关连接所述积分电路的第一输入端，所述第二电容的第二端还通过所述第九开关接地。

4.如权利要求1所述的积分器，其特征在于，所述输入端包括第一输入端与第二输入端，所述第一开关电容电路包括第一子开关电容电路以及第二子开关电容电路；所述第二开关电容电路包括第三子开关电容电路以及第四子开关电容电路，所述积分器还包括第一开关以及第二开关；

其中，所述第一子开关电容电路的一端连接于所述第一输入端、另一端连接于所述第四子开关电容电路的一端，所述第四子开关电容电路的另一端连接于所述第二输入端，所述第一子开关电容电路与所述第四子开关电容电路的连接节点通过所述第一开关接收所述第一输入信号，所述第一子开关电容电路与所述第四子开关电容电路的连接节点还用于连接所述检测引脚；

所述第二子开关电容电路的一端连接于所述第二输入端、另一端连接于所述第三子开关电容电路的一端，所述第三子开关电容电路的另一端连接于所述第一输入端，所述第二子开关电容电路与所述第三子开关电容电路的连接节点通过所述第二开关接收所述第二输入信号，所述第二子开关电容电路与所述第三子开关电容电路的连接节点还用于连接所述检测引脚。

5.如权利要求1～4任一项权利要求所述的积分器，其特征在于，所述第一开关电容积分电路为同相开关电容积分电路，所述第二开关电容积分电路为反相开关电容积分电路；或者，所述第一开关电容积分电路为反相开关电容积分电路，所述第二开关电容积分电路为同相开关电容积分电路。

6.如权利要求1～4任一项权利要求所述的积分器，其特征在于，所述积分器还包括复位开关，所述复位开关连接于所述积分电路的所述输入端与输出端之间。

7.一种触摸电容检测电路，其特征在于，包括如上述权利要求1～6任一项权利要求所述的积分器，所述触摸电容检测电路还包括：

检测引脚，连接所述第一开关电容电路；以及

激励信号源，包括第一输出端以及第二输出端，所述第一输出端连接于所述第一开关电容电路以输出第一输入信号，所述第二输出端连接于所述第二开关电容电路以输出第二输入信号。

8.如权利要求7所述的触摸电容检测电路，其特征在于，所述激励信号源包括：

第一负反馈运放电路；

第二负反馈运放电路；以及

差分电路，包括第一输入端、第二输入端以及两个输出端，所述第一输入端通过所述第一负反馈运放电路连接于预设电源，所述第二输入端通过所述第二负反馈运放电路连接于所述预设电源，所述两个输出端分别输出所述第一输入信号以及所述第二输入信号。

9.如权利要求7所述的触摸电容检测电路，其特征在于，所述触摸电容检测电路还包括时钟产生电路，所述时钟产生电路分别连接所述第一开关电容电路以及所述第二开关电容电路，所述时钟产生电路用于产生非交叠时钟信号作用于所述第一开关电容电路以及所述第二开关电容电路。

10.一种智能设备，其特征在于，包括传感器以及如上述权利要求7～9任一项权利要求所述的触摸电容检测电路，其中所述传感器与所述检测引脚连接。

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