TW201447709A - 電容偵測電路以及使用此電容偵測電路的電能供應裝置 - Google Patents

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Abstract

一種電容偵測電路，包含：一第一電壓源；一第一開關，當該第一開關導通時，該第一電壓源將一感應電容充電至一第一電壓；一基準電容；一第二電壓源；一第二開關，當該第二開關導通時，該第二電壓源將該基準電容充電至一第二電壓，其中該第一開關與第二開關藉由一控制訊號一起導通；一第一比較器，根據該感應電容上的一感應電壓以及該基準電容上的一基準電壓的電壓差與該第一電壓和該第二電壓的電壓差之差異輸出一第一比較結果；以及一電壓維持電路，使該基準電壓維持在一參考電壓。

Description

電容偵測電路以及使用此電容偵測電路的電能供應裝置
本發明有關於電容偵測電路以及電能供應裝置，特別有關於使用電壓維持電路的電容偵測電路以及電能供應裝置。
近代技術中，觸控裝置被廣泛的運用在電子裝置上。舉例來說，智慧型手機主要的輸入方式便是利用觸控螢幕讓使用者透過物體(如手指或觸控筆)輸入指令，而筆記型電腦的觸控板亦為一種觸控裝置。觸控裝置可為多種形態，目前較常被使用的為電容式觸控裝置，此類電容式觸控裝置是利用電容值的改變來判斷物體的觸控動作。
第1圖繪示了習知技術的電容偵測電路的電路圖。如第1圖所示，電壓源Vu會對感應電容CS進行充電，使感應端TS的電壓維持在預定電壓VP，當物體靠近或接觸了設置了電容偵測電路的電子裝置時，感應電容CS的值會變大，因此會使得感應端TS的電壓下降而小於預定電壓VP，因而改變了比較器Com的輸出。藉由這樣的機制，可以判斷物體是否接近或碰觸設置了電容偵測電路的電子裝置。
然而，感應電容CS在被充電至預定電壓VP後，可能會有漏電的現象，使得感應端TS的電壓下降，而使得比較器Com在沒有物體接近或碰觸的狀態下因為感應端TS的電壓下降而誤判物體有接近或碰觸動作。
因此，本發明其中一目的為提供一種可精確偵測電容變化的電容 偵測電路。
本發明其中一目的為提供一種使用了前述電容偵測電路的電能供應裝置。
本發明又一目的為提供一種使用了前述電能供應裝置的光學觸控裝置。
本發明一實施例揭露了一種電容偵測電路，包含：一第一電壓源；一第一開關，當該第一開關導通時，該第一電壓源將一感應電容充電至一第一電壓；一基準電容；一第二電壓源；一第二開關，當該第二開關導通時，該第二電壓源將該基準電容充電至一第二電壓，其中該第一開關導通時，該第二開關亦一起導通；一第一比較器，根據該感應電容上的一感應電壓以及該基準電容上的一基準電壓的電壓差與該第一電壓和該第二電壓的電壓差之差異輸出一第一比較結果；以及一電壓維持電路，使該基準電壓維持在一參考電壓。
本發明另一實施例揭露了一種電能供應裝置，包含：一電能供應單元、一控制單元、以及一電容偵測電路。電能供應單元於一低電能模式中提供一第一電能，並於一高電能模式中提供一第二電能，其中該第一電能低於該第二電能。電容偵測電路包含：一第一電壓源；一第一開關，當該第一開關導通時，該第一電壓源將一感應電容充電至一第一電壓；一基準電容；一第二電壓源；一第二開關，當該第二開關導通時，該第二電壓源將該基準電容充電至一第二電壓，其中該第一開關導通時，該第二開關亦一起導通；一第一比較器，根據該感應電容上的一感應電壓以及該基準電容上的一基準電壓的第二電壓差與該第一電壓和該第二電壓的第一電壓差輸出一第一比較結果；以及一電壓維持電路，使該基準電壓維持在一參考電壓；其中該第一電壓差與該第二電壓差的差異大於一電壓臨界值時，該控制單元使該電能供應單元運作於該高電能模式，該第一電壓差與該第二電壓差的差異小於該電壓臨界值時，該控制單元使該電能供應單元運作於該低電能模式。
本發明另一實施例揭露了一種光學觸控裝置，包含：一感測表面、一光源、一影像感測器、一處理單元以及一電能供應裝置。其中電能供應裝置包含了前述元件，並於不同模式下提供電能給感測表面、該光源、該影像感測器以及該處理單元其中至少其一。
藉由前述的實施例，可避免電容漏電的干擾而精確的偵測出感應電容的變化，進而判斷出是否有物體接近或接觸電子裝置，因此可提高電能供應裝置所提供的電能的使用效率。
Vu1、Vu2‧‧‧電壓源
SW1、SW2‧‧‧開關
Cb‧‧‧基準電容
Com1‧‧‧比較器
CS‧‧‧感應電容
Vur‧‧‧參考電壓源
200‧‧‧電容偵測電路
201‧‧‧電壓維持裝置
300‧‧‧電子裝置
301‧‧‧導電板
303‧‧‧介質層
400‧‧‧光學觸控裝置
401‧‧‧感測表面
403‧‧‧光源
405‧‧‧影像感測器
407‧‧‧處理單元
409‧‧‧電能供應裝置
第1圖繪示了習知技術的電容偵測電路的電路圖。
第2圖繪示了根據本發明實施例的電容偵測電路的電路圖。
第3圖繪示了第2圖中的感應電容是如何形成的其中一例的示意圖。
第4圖繪示了使用根據本發明實施例的電能供應裝置的光學觸控裝置的示意圖。
第2圖繪示了根據本發明實施例的電容偵測電路200的電路圖。如第2圖所示，電容偵測電路200包含電壓源Vu1、Vu2、開關SW1、SW2、基準電容Cb、比較器Com1、以及電壓維持裝置201。開關SW1由控制訊號CS1控制而導通時，電壓源Vu1對感應電容CS進行充電而將感應端TS的感應電壓VS充電至第一電壓V1。開關SW2由控制訊號CS1導通時，電壓源Vu2對基準電容Cb進行充電而將基準端Tb的基準電壓Vb充電至第二電壓V2。其中開關SW1、SW2透過控制訊號CS1一起導通。而在感應電壓VS以及基準電壓Vb被充至第一電壓V1和第二電壓V2後，開關SW1與開關SW2由控制訊號CS1控制而一起不導通。比較器Com1根據感應電壓VS以及基準電壓Vb的電壓差與第一電壓V1和第二電壓V2的電壓差之差異輸出一比較結果 CR1。因此，當物體接觸或靠近包含了電容偵測電路200的電子裝置時，感應電容CS會變大，而造成感應電壓VS的下降，使得感應電壓VS和基準電壓Vb的電壓差會跟原先第一電壓V1與第二電壓V2的電壓差不相同，因而改變了比較器Com1的輸出。
亦即，當物體接觸或靠近包含了電容偵測電路200的電子裝置時，比較器Com1輸出的比較結果CR1會產生變化，而指示出有物體接觸或靠近電子裝置。也就是說，若感應電壓VS和基準電壓Vb的電壓差跟原先第一電壓V1與第二電壓V2的電壓差的差異小於一電壓臨界值，則比較器Com1會輸出代表物體未靠近或接觸的比較結果CR1。相反的，若感應電壓VS和基準電壓Vb的電壓差跟原先第一電壓V1與第二電壓V2的電壓差之差異大於一電壓臨界值，則比較器Com1會輸出代表物體靠近或接觸的比較結果CR1。於一實施例中，原先第一電壓V1與第二電壓V2的電壓差為0，因此只要感應電壓VS和基準電壓Vb的電壓差不相同，則比較器Com1會輸出代表物體靠近或接觸的比較結果CR。然而亦可能原先第一電壓V1與第二電壓V2的電壓差不為0，舉例來說，於一實施例中，原先第一電壓與第二電壓的電壓差為0.5V，因此只要感應電壓VS和基準電壓Vb的電壓差跟0.5V的差異大於電壓臨界值，則比較器Com1會輸出代表物體靠近或接觸的比較結果CR1。因此比較器COM1的比較基準可以根據不同情況來進行設定。
基準電容Cb的用處在於使感應電壓VS以及基準電壓Vb在物體未接觸或靠近包含了電容偵測電路200的電子裝置時，感應電壓VS以及基準電壓Vb的電壓差能與第一電壓V1與第二電壓V2的電壓差的差異相同。也就是說，在感應電壓VS以及基準電壓Vb分別被充至第一電壓V1和第二電壓V2且開關SW1、SW2均為不導通後，感應電容CS有漏電現象時，基準電容Cb亦會跟著有漏電現象，因此感應電壓VS以及基準電壓Vb會同步下降，使得感應電壓VS以及基準電壓Vb的差異值能一直維持在跟第一電壓V1與第二電壓V2的差異值相同。
然而，若基準電容Cb和感應電容CS的漏電速度不一樣，亦可能會影響到比較器Com1的判斷。舉例來說，若基準電容Cb的漏電速度大於感應電容CS，則有可能在物體未接觸或靠近包含了電容偵測電路200的電子裝置的狀況下，感應電壓VS以及基準電壓Vb的差異值卻因為漏電速度不一的關係變得跟第一電壓V1與第二電壓V2的差異值不相同。如此一來，會使得比較器Com1在物體未接觸或靠近的狀況下，仍輸出代表物體接觸或靠近的比較結果CR1。電壓維持電路201使基準電壓Vb維持在一參考電壓Vref，如此一來即使基準電容Cb和感應電容CS的漏電速度不一樣，仍可讓比較器Com1不會誤判。參考電壓Vref的值可由下列參數至少其一來決定：感應電容CS的漏電速度、基準電容Cb的漏電速度以及前述的電壓臨界值，使得基準電壓Vb被維持於電壓Vref時，能夠增加比較器Com1的判斷正確度而不是影響比較器Com1的判斷正確度。於一實施例中，電壓維持電路201包含一比較器Com2，用以比較基準電壓Vb與參考電壓Vref(由一參考電壓源Vur提供)以輸出一比較結果CR2來控制開關SW2是否導通，來使基準電壓Vb維持在參考電壓Vref。
第3圖繪示了第2圖中的感應電容是如何形成的其中一例的示意圖。如第3圖所示，電子裝置300包含了一導電板301(例如金屬板)以及一介質層303(例如電子裝置的外殼或是一感測表面)。導電板301耦接第2圖中的電壓源Vu1而形成第2圖中的感應電容CS。介質層303覆蓋導電板301。當一物體(如手指F)與介質層303的距離小於一預定距離時，導電板301與物體共同形成該感應電容，因此會使得感應電容變大。然請留意，第3圖的結構僅用於舉例，凡是電子裝置中的元件形成的電容，且此電容會因為外在物體的接近或碰觸而產生變化，均涵蓋在前述感應電容的範圍內。
第4圖繪示了使用根據本發明實施例的電能供應裝置的光學觸控裝置的示意圖。如第4圖所示，光學觸控裝置400包含了一感測表面401(即第3圖中的介質層)、一光源403、一影像感測器405、一處理單元407、以及 一電能供應裝置409(例如一電池)。光源403射出光L照射感測表面401上的一物體(例如手指F)來形成至少一物體影像Fr。影像感測器用以感測物體影像Fr。處理單元407根據影像感測器405感測到的物體影像Fr計算物體的位置資訊，如此可計算出物體的位移資訊而使物體在感測表面401上得以施行觸控動作。電能供應裝置409包含電能供應單元411、控制單元413以及電容偵測電路415。電容偵測電路415包含了第3圖中所述的結構，用以偵測感應電容CS是否有變化來輸出比較結果CR1。然請留意本發明所提供的電容偵測電路並不限於使用在光學觸控裝置中。當比較結果CR1顯示有物體靠近或接觸感測表面401時，控制單元413使電能供應單元411運作於高電能模式而提供電能PWH給感測表面401、光源403、影像感測器405以及處理單元407其中至少其一。相反的、當比較結果CR1顯示未有物體靠近或接觸感測表面401時，控制單元413使電能供應單元411運作於低電能模式而提供電能PWL給感測表面401、光源403、影像感測器405以及處理單元407其中至少其一。其中電能PWH小於電能PWL。
藉由前述的實施例，可避免電容漏電的干擾而精確的偵測出感應電容的變化，進而判斷出是否有物體接近或接觸電子裝置，因此可提高電能供應裝置所提供的電能的使用效率。
200‧‧‧電容偵測電路
Vu1、Vu2‧‧‧電壓源
SW1、SW2‧‧‧開關
Cb‧‧‧基準電容
Com1‧‧‧比較器
201‧‧‧電壓維持裝置

Claims (12)

  1. 一種電容偵測電路，包含：一第一電壓源；一第一開關，當該第一開關導通時，該第一電壓源將一感應電容充電至一第一電壓；一基準電容；一第二電壓源；一第二開關，當該第二開關導通時，該第二電壓源將該基準電容充電至一第二電壓，其中該第一開關與第二開關藉由一控制訊號一起導通或不導通；一第一比較器，根據該感應電容上的一感應電壓以及該基準電容上的一基準電壓的電壓差與該第一電壓和該第二電壓的電壓差之差異輸出一第一比較結果；以及一電壓維持電路，使該基準電壓維持在一參考電壓。
  2. 如請求項第1項所述的電容偵測電路，更包含：一導電板，耦接該第一電壓源並形成該感應電容；以及一介質層，覆蓋該導電板；其中當一物體與該介質層的距離小於一預定距離時，該導電板與該物體共同形成該感應電容。
  3. 如請求項第2項所述的電容偵測電路，其中該物體為人體的一部份。
  4. 如請求項第1項所述的電容偵測電路，其中該電壓維持電路包含一第二比較器，用以比較該基準電壓與該參考電壓以輸出一第二比較結果控制該第二開關是否導通，來使該基準電壓維持在該參考電壓。
  5. 一種電能供應裝置，包含：一電能供應單元，於一低電能模式中提供一第一電能，並於一高電能模式中提供一第二電能，其中該第一電能低於該第二電能；一控制單元；一電容偵測電路，包含：一第一電壓源；一第一開關，當該第一開關導通時，該第一電壓源將一感應電容充電至一第一電壓；一基準電容；一第二電壓源；一第二開關，當該第二開關導通時，該第二電壓源將該基準電容充電至一第二電壓，其中該第一開關與第二開關藉由一控制訊號一起導通或不導通；一第一比較器，根據該感應電容上的一感應電壓以及該基準電容上的一基準電壓的第二電壓差與該第一電壓和該第二電壓的第一電壓差輸出一第一比較結果；以及一電壓維持電路，使該基準電壓維持在一參考電壓；其中該第一電壓差與該第二電壓差的差異大於一電壓臨界值時，該控制單元使該電能供應單元運作於該高電能模式，該第一電壓差與該第二電壓差的差異小於該電壓臨界值時，該控制單元使該電能供應單元運作於該低電能模式。
  6. 如請求項第5項所述的電能供應裝置，更包含：一導電板，耦接該第一電壓源並形成該感應電容；以及一介質層，覆蓋該導電板；其中當一物體與該介質層的距離小於一預定距離時，該導電板與該物體共同 形成該感應電容。
  7. 如請求項第6項所述的電能供應裝置，其中該物體為人體的一部份。
  8. 如請求項第5項所述的電能供應裝置，其中該電壓維持電路包含一第二比較器，用以比較該基準電壓與該參考電壓以輸出一第二比較結果控制該第二開關是否導通，來使該基準電壓維持在該參考電壓。
  9. 一種光學觸控裝置，包含：一感測表面；一光源，用以照射該感測表面上的一物體來形成至少一物體影像；一影像感測器，用以感測該物體影像；一處理單元，根據該影像感測器感測到的該物體影像計算該物體的位置資訊；一電能供應裝置，包含：一電能供應單元，於一低電能模式中提供一第一電能，並於一高電能模式中提供一第二電能，其中該第一電能低於該第二電能；一控制單元；一電容偵測電路，包含：一第一電壓源；一第一開關，當該第一開關導通時，該第一電壓源將一感應電容充電至一第一電壓；一基準電容；一第二電壓源；一第二開關，當該第二開關導通時，該第二電壓源將該基準電容充電至一第二電壓，其中該第一開關與第二開關藉由一控制訊號一起導通或不導通； 一第一比較器，根據該感應電容上的一感應電壓以及該基準電容上的一基準電壓的第二電壓差與該第一電壓和該第二電壓的第一電壓差輸出一第一比較結果；以及一電壓維持電路，使該基準電壓維持在一參考電壓；其中該第一電壓差與該第二電壓差的差異大於一電壓臨界值時，該控制單元使該電能供應單元運作於該高電能模式而提供該第一電能給該感測表面、該光源、該影像感測器以及該處理單元其中至少其一，該第一電壓差與該第二電壓差的差異小於該電壓臨界值時，該控制單元使該電能供應單元運作於該低電能模式而提供該第二電能給該感測表面、該光源、該影像感測器以及該處理單元其中至少其一。
  10. 如請求項第9項所述的光學觸控裝置，更包含：一導電板，耦接該第一電壓源並形成該感應電容，且該感測表面覆蓋於該導電板上；以及其中當一物體與該感測表面的距離小於一預定距離時，該導電板與該物體共同形成該感應電容。
  11. 如請求項第10項所述的光學觸控裝置，其中該物體為人體的一部份。
  12. 如請求項第9項所述的光學觸控裝置，其中該電壓維持電路包含一第二比較器，用以比較該基準電壓與該參考電壓以輸出一第二比較結果控制該第二開關是否導通，來使該基準電壓維持在該參考電壓。
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