TW202036260A

TW202036260A - 電容偵測電路

Info

Publication number: TW202036260A
Application number: TW108111379A
Authority: TW
Inventors: 光宇; 許有津; 陳治雄; 張智凱
Original assignee: 瑞鼎科技股份有限公司
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2020-10-01

Abstract

本發明電容偵測電路包含開關電路，其包含用以接收第一供應電壓的第一輸入端，連接至少一待測電容的第二輸入端，第一操作開關耦接第一輸入端及第二輸入端，第二操作開關耦接第二輸入端及開關電路的第一輸出端。第一操作開關接收第一控制訊號，第二操作開關接收第二控制訊號。當第二操作開關為導通，自第一輸出端產生第一電流。補償電流電路包含第二輸出端，並自第二輸出端產生補償電流。電流傳輸器包含連接第一輸出端的第一電流輸入端，以及連接第二輸出端的第二電流輸入端。電流傳輸器根據第一電流和補償電流以決定待側電容的電容變化量。

Description

電容偵測電路

本發明係關於一種電容偵測電路；具體而言，本發明係關於觸控裝置的電容偵測電路。

近年來，由於觸控技術已廣泛地應用於許多電子產品中，因此，如何提升觸控性能一直是相當重要的課題。以電容式觸控技術為例，觸控電路中需要偵測電容變化的電路設計，現有的技術通常以電容補償電路來達成前述設計需求。

具體而言，觸控裝置在未被觸碰時具有基本電容量，其大小與觸控裝置的寄生電容大小有關。當觸控裝置被觸碰時，電容量會產生變化。利用電容補償電路中的電容來抵消觸控裝置的基本電容量，則可得知電容的變化量，藉此可得知觸控裝置是否被觸摸。

然而，當觸控裝置尺寸增大，寄生電容隨之變大，也具有較大的基本電容。此時若採用現有技術的做法，將導致電路佈局面積大幅增加。因此，現有觸控裝置仍有待改進。

本發明之一目的在於提供一種電容偵測電路，可減少電路布局面積。

電容偵測電路包含開關電路、補償電流電路、電流傳輸器。開關電路包含用以接收第一供應電壓的第一輸入端，連接至少一待測電容的一端的第二輸入端，其中待側電容的另一端接地，第一操作開關耦接第一輸入端及第二輸入端，第二操作開關耦接第二輸入端及開關電路的第一輸出端。第一操作開關接收第一控制訊號，並據以導通第一操作開關，而第二操作開關接收第二控制訊號，並據以導通第二操作開關。第一控制訊號與第二控制訊號實質上反相。當第二操作開關為導通，自第一輸出端產生第一電流。補償電流電路包含第二輸出端，並自第二輸出端產生補償電流。電流傳輸器包含連接第一輸出端的第一電流輸入端，連接第二輸出端的第二電流輸入端，以及第三輸出端。電流傳輸器根據第一電流和補償電流以決定待側電容的電容變化量。

1‧‧‧電容偵測電路

1a,1b,1c‧‧‧電容偵測電路

10‧‧‧開關電路

12‧‧‧第一供應電壓

20‧‧‧補償電流電路

30‧‧‧電流傳輸器

40‧‧‧類比數位轉換器

50‧‧‧多工器

110‧‧‧第一輸入端

120‧‧‧第二輸入端

130‧‧‧第一輸出端

210‧‧‧第二輸出端

36‧‧‧第二開關電路

35‧‧‧第二電壓

36a‧‧‧第三輸入端

SW36‧‧‧第四開關

Ph32‧‧‧第四控制訊號

Ib‧‧‧第一電流

Ic‧‧‧補償電流

Io‧‧‧輸出電流

310‧‧‧第一電流輸入端

320‧‧‧第二電流輸入端

330‧‧‧第三輸出端

Cb‧‧‧待測電容

C11,C21,C31‧‧‧待測電容

C12,C22,C32‧‧‧待測電容

C13,C23,C33‧‧‧待測電容

PA‧‧‧第一控制訊號

PB‧‧‧第二控制訊號

S1‧‧‧第一操作開關

S2‧‧‧第二操作開關

Cc‧‧‧補償電容

36b‧‧‧第四輸入端

36c‧‧‧第四輸出端

SW35‧‧‧第三開關

Ph31‧‧‧第三控制訊號

圖1為電容偵測電路的一實施例示意圖。

圖2為第一控制訊號和第二控制訊號的示意圖。

圖3為電容偵測電路連接感應電極的一實施例示意圖。

圖4為電容偵測電路連接感應電極的另一實施例示意圖。

圖5為電容偵測電路的另一實施例示意圖。

圖6為電容偵測電路連接感應電極的另一實施例示意圖。

圖7為補償電流電路的一實施例示意圖。

關於本文中所使用之『第一』、『第二』、...等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本發明，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。

關於本文中所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

圖1為電容偵測電路1的一實施例示意圖。

如圖1所示，電容偵測電路1包含開關電路10、補償電流電路20、電流傳輸器30。開關電路10包含第一輸入端110、第二輸入端120、第一輸出端130、第一操作開關S1以及第二操作開關S2。第一輸入端110用以接收第一供應電壓12，而第二輸入端120連接待測電容Cb的一端。待側電容Cb為觸控電路中的對地電容，待側電容Cb的另一端接地。第一操作開關S1耦接第一輸入端110及第二輸入端120。第一操作開關S1接收第一控制訊號PA，並據以導通第一操作開關S1。第二操作開關S2耦接第二輸入端120及第一輸出端130。如圖1所示，第二操作開關S2與第一操作開關S1串接。第二操作開關S2接收第二控制訊號PB，並據以導通第二操作開關S2。當第二操作開關S2為導通，開關電路10自第一輸出端130產生第一電流Ib。

補償電流電路20包含第二輸出端210，並自第二輸出端210產生補償電流Ic。電流傳輸器30包含第一電流輸入端310、第二電流輸入端320、第三輸出端330。第一電流輸入端310連接開關電路10的第一輸出端130，而第二電流輸入端320連接補償電流電路20的第二輸出端210。電流傳輸器30根據第一電流Ib和補償電流Ic以決定待側電容Cb的電容變化量。

圖2為第一控制訊號PA和第二控制訊號PB的示意圖。

如圖2所示，第一控制訊號PA與第二控制訊號PB分別用以控制第一操作開關S1和第二操作開關S2的導通狀態。如圖2所示，第一控制訊號PA與第二控制訊號PB實質上反相。第一操作開關S1和第二操作開關S2分別依據第一控制訊號PA以及第二控制訊號PB交替地開啟。

舉例而言，在第一操作開關S1和第二操作開關S2所形成的開關電路10，於一期間，第一控制訊號PA導通第一操作開關S1，第二控制訊號PB關閉第二操作開關S2。於另一期間，第一控制訊號PA關閉第一操作開關S1，第二控制訊號PB導通第二操作開關S2。

舉例而言，當第一控制訊號PA致能，第一操作開關S1導通，使待測電容Cb的上端充電至第一供應電壓(例如VDD)。接著第一控制訊號PA不致能，使第一操作開關S1不導通。接著第二控制訊號PB致能，第二操作開關S2導通，使待測電容Cb的上端耦合至電流傳輸器30的第一電流輸入端310。此時電流傳輸器30接收到待測電容Cb上端儲存之電荷所形成的第一電流Ib。另一方面，電流傳輸器30的第二電流輸入端320接收到來自補償電流電路20的補償電流Ic。

第一電流Ib與待測電容Cb的觸碰狀態有關，也就是說，待測電容Cb觸碰狀態的變化會改變第一電流Ib的大小。補償電流Ic例如可經由校正程序預先設定為與待測電容Cb的基本電容量所引出的電流大小(即待測電容Cb未被觸碰時的第一電流Ib大小)相當。藉此，電流傳輸器30可根據第一電流Ib和補償電流Ic之間的差異決定待側電容Cb的電容變化量。

於一實施例，電流傳輸器30接收並根據第一電流Ib和補償電流Ic之差值以自第三輸出端330產生輸出電流Io，並根據輸出電流Io判斷待側電容Cb的電容變化量。例如，未被觸碰時的第一電流Ib為10μA，而補償電流Ic為10μA。當待測電容Cb被觸碰時，第一電流Ib改變，電流傳輸器30根據第一電流Ib和補償電流Ic之差值可判斷待側電容Cb的電容變化量。

於另一實施例，電流傳輸器30分別具有關於第一電流Ib和補償電流Ic的第一權值N和第二權值M。電流傳輸器30接收並根據第一電流Ib與第一權值N的乘積和補償電流Ic與第二權值M的乘積之差值以自第三輸出端330產生輸出電流Io，並根據輸出電流Io判斷待側電容Cb的電容變化量。

例如，未被觸碰時的第一電流Ib為10μA，而補償電流Ic為1μA。第一權值N設定為1，而第二權值M設定為10。當待測電容Cb被觸碰時，第一電流Ib改變，電流傳輸器30根據第一電流Ib與第一權值N的乘積和補償電流Ic與第二權值M的乘積之差值可判斷待側電容Cb的電容變化量。所述第一權值N和第二權值M可為小數或整數，且第二權值M較佳大於第一權值N。藉此設計可減少補償電流電路20所產生的補償電流Ic大小，可進一步減少功耗。

此外，如圖2所示，第一控制訊號PA與第二控制訊號PB兩者的致能期間不同步。具體而言，第一控制訊號PA與第二控制訊號PB有延遲，第一控制訊號PA的下降緣與第二控制訊號PB的上升緣具有一時間差△t1。

另外，第二控制訊號PB的下降緣與第一控制訊號PA的上升緣亦具有一時間差△t2。所述時間差△t1和時間差△t2可為不相等，但不以此為限。藉此設計可避免第一操作開關S1和第二操作開關S2同時導通，防止電流傳輸器30產生誤判斷。

圖3為電容偵測電路1連接感應電極的一實施例示意圖。

如圖3所示，觸控電路中具有多個感應電極(X1、X2、X3)和感應電極(Y1、Y2、Y3)。感應電極(X1、X2、X3)其中之一與另一方向的感應電極(Y1、Y2、Y3)其中之一具有連接於不同感應電極間的電容Cm。此外，感應電極(Y1、Y2、Y3)中的每一感應電極上的觸碰狀態例如可由一個電容偵測電路來判斷。待測電容(C11、C21、C31)位於感應電極Y1、待測電容(C12、C22、C32)位於感應電極Y2、待測電容(C13、C23、C33)位於感應電極Y3。

圖1中所述待測電容Cb可視為圖3中待測電容(C11、C21、C31)之和，或是待測電容(C12、C22、C32)之和，又或是待測電容(C13、C23、C33)之和。電容偵測電路1a的第二輸入端120與位於感應電極Y1上的待測電容(C11、C21、C31)電連接。電容偵測電路1b的第二輸入端120與位於感應電極Y2上的待測電容(C12、C22、C32)電連接。電容偵測電路1c的第二輸入端120與位於感應電極Y3上的待測電容(C13、C23、C33)電連接。電流傳輸器30根據第一電流Ib和補償電流Ic以決定各感應電極上的待側電容的電容變化量。

例如，在圖3中，電容偵測電路1a的電流傳輸器30根據補償電流Ic和來自待測電容(C11、C21、C31)的第一電流Ib之差值以產生輸出電流Io，並根據輸出電流Io決定感應電極Y1上的待側電容(C11、C21、C31)的電容變化量。

類似地，電容偵測電路1b的電流傳輸器30根據補償電流Ic和來自待測電容(C12、C22、C32)的第一電流Ib之差值以產生輸出電流Io。由輸出電流Io決定感應電極Y2上的待側電容(C12、C22、C32)的電容變化量。

相較於現有技術，本發明所提出的電容偵測電路可避免採用補償電容造成電路佈局面積增加的缺點，並且降低積體電路的生產成本。

圖4為電容偵測電路1連接感應電極的另一實施例示意圖。

如圖4所示，與前述實施例的差異在於，電容偵測電路1更包含多工器50。多工器50連接第二輸入端120，且開關電路10經由多工器50連接多個待測電容。待測電容(C11、C21、C31)位於感應電極Y1、待測電容(C12、C22、C32)位於感應電極Y2、待測電容(C13、C23、C33)位於感應電極Y3。電流傳輸器30根據第一電流Ib和補償電流Ic以決定各感應電極上的待側電容的電容變化量。

例如，在圖4中，多工器50可切換地與位於不同感應電極(Y1、Y2、Y3)上的待測電容電連接。當多工器50與感應電極Y1上的待測電容(C11、C21、C31)電連接，電流傳輸器30根據補償電流Ic和來自待測電容(C11、C21、C31)的第一電流Ib之差值以產生輸出電流Io。由輸出電流Io決定感應電極Y1上的待側電容(C11、C21、C31)的電容變化量。

類似地，當多工器50被切換至與感應電極Y2上的待測電容(C12、C22、C32)電連接，電流傳輸器30根據補償電流Ic和來自待測電容(C12、C22、C32)的第一電流Ib之差值以產生輸出電流Io。由輸出電流Io決定感應電極Y2上的待側電容(C12、C22、C32)的電容變化量。

圖5為電容偵測電路1的另一實施例示意圖。

如圖5所示，電容偵測電路1除了具有前述的開關電路10、補償電流電路20、電流傳輸器30，還包含類比數位轉換器40。類比數位轉換器40耦接第三輸出端330，並根據輸出電流Io產生數位訊號。具體而言，電流傳輸器30例如可根據補償電流Ic和第一電流Ib之差值以產生輸出電流Io。接著，利用類比數位轉換器40進行取樣，以根據類比訊號形式的輸出電流Io而產生相應的數位訊號，然後由數位訊號決定待側電容Cb的電容變化量。藉此設計，電容偵測電路1可用於數位訊號處理的情形。

圖6為電容偵測電路1連接感應電極的另一實施例示意圖。

如圖6所示，與前述實施例的差異在於，電容偵測電路1更包含多工器50。多工器50連接第二輸入端120，且開關電路10經由多工器50連接多個待測電容。待測電容(C11、C21、C31)位於感應電極Y1、待測電容(C12、C22、C32)位於感應電極Y2、待測電容(C13、C23、C33)位於感應電極Y3。電流傳輸器30根據第一電流Ib和補償電流Ic以決定各感應電極上的待側電容的電容變化量。

例如，在圖6中，多工器50可切換地與位於不同感應電極(Y1、Y2、Y3)上的待測電容電連接。當多工器50與感應電極Y1上的待測電容(C11、C21、C31)電連接，電流傳輸器30根據補償電流Ic和來自待測電容(C11、C21、C31)的第一電流Ib之差值以產生輸出電流Io。接著，利用類比數位轉換器40，以根據類比訊號形式的輸出電流Io產生相應的數位訊號，然後由數位訊號決定感應電極Y1上的待側電容(C11、C21、C31)的電容變化量。

類似地，當多工器50被切換至與感應電極Y2上的待測電容(C12、C22、C32)電連接，電流傳輸器30根據補償電流Ic和來自待測電容(C12、C22、C32)的第一電流Ib之差值以產生輸出電流Io。接著，利用類比數位轉換器40，以根據類比訊號形式的輸出電流Io產生相應的數位訊號，然後由數位訊號決定感應電極Y2上的待側電容(C12、C22、C32)的電容變化量。

圖7為補償電流電路20實施例示意圖。

如圖7所示，補償電流電路20至少包含補償電容Cc、第二開關電路36、第二電壓35及補償電容Cc。

第二開關電路36具有第三輸入端36a、第四輸入端36b及第四輸出端36c，及第三開關SW35及第四開關SW36，第三開關SW35與第四開關SW36串接。第三輸入端36a用以接收第二電壓35(此實施例為GND)，第四輸入端36b耦接補償電容Cc，第四輸出端36c在圖1、圖2、圖3、圖4、圖5及圖6中耦接電流傳輸器30的第二電流輸入端320。第三開關SW35接收第三控制訊號Ph31，並據以導通第三開關SW35。第四開關SW36接收第四控制訊號Ph32，並據以導通第四開關SW36。當第三開關SW35為導通時，則第四開關SW36為斷路，使補償電容Cc上端充電至第二電壓35(此實施例為GND)。當第三開關SW35為斷路時，則第四開關SW36為導通，將補償電容Cc之上端耦合至電流傳輸器30之第二電流輸入端320，則補償電容Cc之上端所儲存的電荷將流入電流傳輸器30之第二電流輸入端320，形成補償電流Ic輸入電流傳輸器30之第二電流輸入端320。

本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明之範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明之範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明之範圍內。