TWI412756B - 電容測量電路 - Google Patents

Description

電容測量電路

本發明是有關於一種電容測量電路，且特別是有關於一種能夠降低雜訊之電容測量電路。

電容測量電路(capacitance measurement circuit)是指用於測量電容之電路，主要用在測量各種電路或元件之電容。但是，最近隨著各種可攜式裝置提供如觸控板、觸模屏以及靠近感測器等用戶介面，能夠檢測用戶之接觸和靠近之電容測量電路之適用範圍逐漸擴大。

圖1是習知之接觸檢測感測器之一例之示意圖，其在韓國授權專利第0683249號中公開。圖1之接觸感測器包括測量信號產生部(10)、基準信號產生部(20)、多個傳感信號產生部(30-1~30-n)、多個可變延遲部(35-1~35-n)、多個接觸信號產生部(40-1~40-n)以及控制部(50)。

測量信號產生部(10)將時序信號輸出為測量信號(in)，並將測量信號(in)輸出到基準信號產生部(20)和每個傳感信號產生部(30-1~30-n)。

基準信號產生部(20)由第一電阻(R1-1)和電容器(C)構成，其與接觸物體之接觸與否不相關，一直將測量信號(in)延遲預定的時間之後輸出基準信號(ref)。第一電阻(R1-1)和電容器(C)用於設定針對可變延遲信號(Vsen-1~Vsen-n)之基準信號(ref)之延遲值。

多個傳感信號產生部(30-1~30-n)分別包括：分別位於測量信號產生部(10)與多個可變延遲部(35-1~35-n)之間之第二電阻(R2-1~R2-n)；分別位於第二電阻(R2-1~R2-n)與多個可變延遲部(35-1~35-n)之間而用於使具有電容之接觸物體接觸之焊墊(PAD)。每個第二電阻(R2-1~R2-n)用於使測量信號產生部(10)與每個焊墊(PAD)之間的延遲成分調節成相同。多個傳感信號產生部(30-1~30-n)分別具有用於接觸接觸物體之焊墊(PAD)，並輸出檢測信號(sen-1~sen-n)，以當接觸物體接觸到焊墊(PAD)時，將測量信號(in)相對基準信號(ref)延遲更多，當接觸物體沒有接觸到焊墊(PAD)時，將測量信號(in)相對基準信號(ref)延遲更少，從而使測量信號(in)與基準信號(ref)之間產生延遲時間。

接觸物體可適用具有預定靜電容量之所有物體，而作為一個代表例子有可積蓄大量電荷之人體。

多個可變延遲部(35-1~35-n)分別回應從控制部(50)接收的控制信號(D1~Dn)之後，變更檢測信號(sen-1~sen-n)之延遲時間，並根據變更的延遲時間輸出可變延遲信號(Vsen-1~Vsen-n)。可變延遲部(35-1~35-n)可由多個延遲單元和緩衝器構成，而多個延遲單元可分別由一個多工器(multiplexer)和兩個反相器(inverter)構成。

多工器包括兩個輸入端和一個輸出端以及用於從兩個輸入端中選擇一個輸入端之選擇輸入端。所述選擇輸入端由從控制部(50)接收的控制信號(D1~Dn)中之對應的 控制信號控制。兩個反相器起到將多工器的輸出延遲預定時間的作用。

多個接觸信號產生部(40-1~40-n)分別與基準信號(ref)同步，並對可變延遲信號(Vsen-1~Vsen-n)進行抽樣並鎖存之後輸出接觸信號(S1~Sn)。多個接觸信號產生部(40-1~40-n)分別由從對應之可變延遲部(35-1~35-n)接收可變延遲信號(Vsen-1~Vsen-n)並由時序輸入端(CLK)接收基準信號產生部(20)之基準信號(ref)而輸出接觸信號(S1~Sn)之D觸發器(D Flip-Flop)構成。

若由於焊墊(PAD)接觸有接觸物體而接觸信號(S1~Sn)持續產生變化時，控制部(50)檢測出接觸感測器處於工作狀態，並從與接觸的焊墊(PAD)相應的接觸信號產生部(40-1~40-n)接收接觸信號(S1~Sn)之後產生接觸輸出(Tout-1~Tout-n)；若焊墊(PAD)沒有接觸接觸物體而導致接觸信號(S1~Sn)在預定時間內沒有產生變化時，控制部(50)檢測出接觸感測器處於待機狀態，並為了調整延遲時間而開始進行對分別輸出到多個可變延遲部(35-1~35-n)之控制信號的調整。

圖2是習知之接觸檢測感測器之另一個例子之示意圖，其在韓國授權專利第082656號中公開。脈衝信號產生部(60)根據從控制部(90)傳送之控制代碼(code)之代碼值設定脈衝信號(pul)之脈寬，並輸出具有已設定之脈寬之脈衝信號(pul)。

脈衝信號產生部(60)具有時序信號產生器(61)、可變延遲鏈(delay chains)(VDC)、反相器(INV)以及及閘(AND)。時序信號產生器(61)產生時序信號(clk)，並將其分別傳送至可變延遲鏈(VDC)和及閘(AND)。可變延遲鏈(VDC)回應從控制部(90)傳送之控制代碼之代碼值而變更時序信號(clk)之延遲時間。反相器(INV)對從可變延遲鏈(VDC)輸出的時序信號(dclk)進行逆轉。及閘(AND)對從時序信號產生器(61)傳送之時序信號(clk)和經過可變延遲鏈(VDC)和反相器(INV)傳送之時序信號(/dclk)進行邏輯與組合之後輸出具有對應於可變延遲鏈(VDC)之延遲時間之脈寬之脈衝信號(pul)。

由電阻(R3)和焊墊(PAD)構成的脈衝信號傳遞部(70)，當焊墊(PAD)沒有接觸接觸物體時，脈衝信號(pul)以原來的狀態傳遞到脈衝信號檢測部(80)。但是，接觸有具有預定靜電容量之接觸物體時，脈衝信號(pul)根據接觸到焊墊(PAD)之接觸物體之電容而不會被傳遞到脈衝信號檢測部(80)。

此時，接觸物體可適用具有預定靜電容量之所有物體，而作為一個代表例子有可積蓄大量電荷之人體。

脈衝信號檢測部(80)檢測由脈衝信號傳遞部(70)傳遞之脈衝信號(pul)，並將檢測結果通報給控制部(90)。脈衝信號檢測(80)可由T觸發器(TFF)構成。

T觸發器(TFF)當接收脈衝信號(pul)時，被脈衝 信號(pul)的上升沿或下降沿同步化而觸發輸出信號，而當沒有接收脈衝信號(pul)時不會觸發輸出信號。

控制部(90)根據脈衝信號檢測部(80)之檢測結果生成用於通報接觸物體的接觸與否之輸出信號(out)，並將該輸出信號(out)輸出到外部裝置，而且更週期性進行校正動作，以在非接觸狀態下將脈衝信號(pul)之脈寬校正為適合於當前的動作環境。當T觸發器(TFF)被觸發的輸出信號輸出時，控制部(90)生成通報接觸物體沒有接觸的輸出信號(out)之後將該輸出信號(out)輸出到外部，反之，則生成通報接觸物體已接觸之輸出信號(out)之後將該輸出信號(out)輸出到外部。

上述圖1和圖2之接觸檢測感測器僅檢測接觸或非接觸而輸出，並不能輸出電容之大小。並且，可攜式裝置其特性為周邊環境經常變化，因此需要研發一種能夠防止可攜式裝置因隨著環境變化引起的各種雜訊而產生誤動作的、可降低雜訊影響的電容器測量電路。

本發明是為了解決上述問題而提出的，其目的在於提供一種可降低雜訊影響之電容測量電路。

為了實現上述目的，本發明的電容測量電路包括：測量信號產生部，以用於產生測量信號；固定延遲鏈，以用於使所述測量信號延遲對應於基準延遲值之時間而輸出；可變延遲鏈，以用於使所述測量信號延遲對應於代碼值之時間而輸出；第一延遲部，以用於使所述固定延遲鏈之輸 出信號延遲固定時間而輸出基準信號；第二延遲部，其具有與外部電容接觸之焊墊，以用於回應通過所述焊墊接觸之電容而將所述可變延遲鏈之輸出信號變化並延遲而輸出傳感信號；以及資料產生部，以用於回應所述基準信號和所述傳感信號之延遲時間差而使所述電容值增加或減小之後輸出，並回應所述電容值而變更所述代碼值之後輸出。

在本發明之一實施例中，上述之資料產生部包括：相位檢測部，以用於回應所述基準信號和所述傳感信號之延遲時間差而輸出檢測信號；以及延遲泵，以用於回應所述檢測信號而使電容值按預定的規則依次增加或減小之後輸出，並回應所述電容值而將所述代碼值變更之後輸出到所述可變延遲鏈。

在本發明之一實施例中，上述之相位檢測部為觸發器，其具有與所述基準信號的上升沿或下降沿同步而鎖存所述傳感信號之後輸出所述檢測信號之邏輯電路。

在本發明之一實施例中，上述之延遲泵包括：計數器，以用於回應所述檢測信號而使電容值按預定的規則依次增加或減小之後輸出；以及減法器，以用於從所述基準延遲值中減去所述電容值之後輸出所述代碼值。

在本發明之一實施例中，上述之計數器用於當所述檢測信號連續輸出為高電位位準或低電位位準時，使電容值根據變更單位變化而依次增加或減小之後輸出。

在本發明之一實施例中，上述之延遲泵更包括將所述代碼值或所述電容值過濾之後輸出的數位濾波器。

在本發明之一實施例中，上述之數位濾波器為低通濾波器或帶通濾波器，以用於接收並穩定化所述代碼值或電容值，並消除雜訊。

為了實現上述目的，本發明的電容測量電路包括：脈衝信號產生部，以用於響應電容值而變更時序信號的脈寬之後產生脈衝信號；脈衝信號傳遞部，其具有與外部電容接觸之焊墊，以用於回應通過所述焊墊接觸之電容而執行傳遞或不傳遞所述脈衝信號；脈衝信號檢測部，以用於週期性檢測通過所述脈衝信號傳遞部接收之所述脈衝信號而輸出檢測信號；計數器，以用於回應所述檢測信號而將計數值按預定的規則依次增加或減小；以及數位濾波器，以用於對所述計數值進行過濾之後輸出所述電容值。

在本發明之一實施例中，上述之脈衝信號產生部包括：時序信號產生器，以用於產生時序信號；可變延遲鏈，以用於根據所述電容值對所述時序信號進行變更並延遲之後輸出；反相器，以用於對所述延遲鏈之輸出信號進行逆轉之後輸出；以及及閘，以用於對所述時序信號和所述反相器之輸出信號進行邏輯乘，以產生對應於所述時序信號之延遲時間之脈寬之所述脈衝信號。

在本發明之一實施例中，上述之脈衝信號檢測部包括：T觸發器，以用於響應時序信號而檢測所述脈衝信號，並產生回應所述脈衝信號而被觸發之輸出信號；以及週期判別器，以用於通過判別所述T觸發器之輸出信號是否週期性觸發來輸出所述檢測信號。

在本發明之一實施例中，上述之T觸發器包括：SR觸發器，以用於回應輸出到設置端子或重置端子中某一個端子之所述脈衝信號而輸出所述檢測信號；D觸發器，以用於回應所述時序信號而鎖存所述檢測信號之後輸出；多工器，以用於回應所述D觸發器之輸出信號而選擇所述設置端子或重置端子中某一個端子之後傳遞所述脈衝信號。

在本發明之一實施例中，上述之計數器回應所述檢測信號而使電容值以預定的單位依次增加或減小之後輸出。並且，所述計數器當所述檢測信號連續輸出為高電位位準或低電位位準時，使電容值根據變更單位變化而依次增加或減小之後輸出。

因此，本發明之電容測量電路，與外部電容接觸之焊墊設置在反饋回路(feedback loop)內部，並且，受到隨著依次增加電容值，通過焊墊而傳遞之雜訊的影響較小，因此，能夠測量出正確的電容值。

以下，參照附圖來詳細說明本發明的電容測量電路。

圖3是根據本發明的電容測量電路的一例的示意圖。圖3所示的電容測量電路與圖1的接觸檢測感測器類似，即，包括測量信號產生部(110)、可變延遲部(120)、固定延遲部(130)以及延遲時間計算及資料產生部(140)。測量信號產生部(110)可適用將具有預定週期的時序信號輸出為測量信號(in)的時序產生電路。

可變延遲部(120)包括串聯連接於測量信號產生部 (110)與資料產生部(140)之間的可變延遲鏈(VDC)和電阻(R1)。並且，更包括連接於電阻(R1)與資料產生部(140)之間而用於與外部電容接觸的焊墊(PAD)。可變延遲鏈(VDC)對從延遲泵(delay pump)(142)回饋的代碼值(Code)進行回應之後延遲測量信號(in)，並將其輸出。電阻(R1)和焊墊(PAD)根據電阻(R1)的電阻值和通過焊墊(PAD)接觸的電容大小，對從可變延遲鏈(VDC)接收的被延遲的測量信號進行延遲，以將傳感信號(sen)輸出到延遲時間計算及資料產生部(140)。

固定延遲部(130)與可變延遲部(120)並聯，該固定延遲部(130)包括與測量信號產生部(110)與資料產生部(140)之間串聯連接的固定延遲鏈(FDC)和電阻(R2)。固定延遲鏈(FDC)為了補償電容偏移量(offset)而使電容的測量範圍最大化，接收用於調整輸出到可變延遲鏈(VDC)的代碼值(Code)的零點的基準延遲值(Nref)。固定延遲鏈(FDC)回應基準延遲值(Nref)而延遲輸出測量信號(in)，電阻(R2)根據電阻值對在固定延遲鏈(FDC)延遲而輸出的測量信號追加延遲，以將基準信號(ref)輸出到延遲時間計算及資料產生部(140)。

固定延遲鏈(FDC)和可變延遲鏈(VDC)與圖1的可變延遲部(35-1~35-n)一樣，可由多個延遲單元構成，而多個延遲單元可分別由一個多工器和兩個反相器構成。固定延遲鏈(FDC)對基準延遲值(Nref)進行回應之後選擇用於延遲測量信號(in)的延遲單元，可變延遲鏈 (VDC)對代碼值(Code)進行回應之後選擇用於延遲測量信號(in)的延遲單元。

延遲時間計算及資料產生部(140)包括相位檢測部(141)和延遲泵(delay pump)(142)。相位檢測部(141)判別相對基準信號(ref)的傳感信號(sen)相位的快慢，並輸出檢測信號(det)。延遲泵(delay pump)回應檢測信號(det)之後計算電容值(CV)，並對所計算的電容值(CV)進行回應而提高(up)或降低(down)代碼值(Code)之後將其輸出。

在圖3的電容測量電路中，可變延遲部(120)和固定延遲部(130)分別由可變延遲鏈(VDC)和固定延遲鏈(FDC)從測量信號產生部(110)直接接收測量信號(in)。進而，與外部電容接觸的焊墊(PAD)設置於接收所回饋的電容值(CV)的可變延遲鏈(VDC)與輸出電容值(CV)的延遲時間計算及資料產生部(140)之間，因此，焊墊(PAD)設置於反饋回路(feedback loop)內部。

雜訊有可能在電容測量電路內部中產生，但大部分情況為通過焊墊(PAD)從外部傳入。即，為了降低雜訊，消除通過焊墊(PAD)傳遞的雜訊最為有效。但是，圖1的接觸檢測感測器由於焊墊(PAD)連接於反饋回路外部，因此，難以降低通過焊墊(PAD)傳遞的雜訊。與此相反，圖3的電容測量電路中，從外部接觸電容的焊墊(PAD)連接於反饋回路內部。若焊墊連接於反饋回路內部，則根據反饋回路的特性可衰減雜訊。

圖4是延遲時間計算及資料產生部的適用例的圖3的電容測量電路的示意圖。在圖4中，由於測量信號產生部(110)和可變延遲部(120)以及固定延遲部(130)與圖3相同，因此，不另作說明。

對於圖4的延遲時間計算及資料產生部(140)而言，相位檢測部(141)用D觸發器(D-FF)實現，而延遲泵(142)具有計數器(CNT)和減法器(SUB)。D觸發器(D-FF)被基準信號(ref)的上升沿或下降沿中的某一個同步之後鎖存傳感信號(sen)並輸出。當傳感信號(sen)的延遲小於基準信號(ref)時，D觸發器(D-FF)輸出低電位位準的檢測信號(det)，當傳感信號(sen)的延遲大於基準信號(ref)時，D觸發器(D-FF)輸出高電位位準的檢測信號(det)。延遲泵(142)起到當檢測信號(det)為低電位位準時提高代碼值(Code)、當檢測信號(det)為高電位位準時降低代碼值(Code)的負反饋(negative feedback)作用，以使可變延遲部(120)的傳感信號(sen)的相位與固定延遲部(130)的輸出信號(ref)的相位相同。由於焊墊(PAD)而在固定延遲部(130)與可變延遲部(120)之間有可能產生延遲偏移量，若所述偏移量較大而超過可變延遲鏈的調整範圍，則會超過圖4的電容測量電路的工作範圍。此時，固定延遲部(130)的基準延遲值(Nref)對電容偏移量進行補償，以使可變延遲鏈的代碼值(Code)在變化並延遲範圍內。圖4中，作為相位檢測部(141)的一例使用了D觸發器(D-FF)，但也可使用其 他邏輯電路。

計數器(CNT)為對檢測信號(det)進行回應而提高或降低電容值(CV)之後輸出的上/下計數器(up/down counter)。計數器(CNT)根據檢測信號(det)的電位位準以1位元(bit)為單位提高或降低電容值(CV)之後將其輸出。但是，當計數器(CNT)以1位元為單位提高或降低電容值(CV)之後將其輸出時，若通過焊墊(PAD)接觸的電容的大小較大，則測定電容的時間較長。為了補救這種問題，計數器(CNT)不以1位元為單位提高或降低電容值(CV)，當檢測信號(det)連續輸出為高電位位準或低電位位準時，以1位元、2位元、4位元、8位元的順序，即以2的冪次方提高或降低電容值(CV)之後將其輸出。或者，也可以根據預定的規則提高或降低電容值(CN)之後將其輸出。並且，以上繪示了由計數器(CNT)回應基準信號(ret)而接收檢測信號(det)的情況，但是也可以回應測量信號(in)而接收檢測信號(det)。

減法器(SUB)通過從基準延遲值(Nref)中減去電容值(CV)而輸出代碼值(Code)。因此，電容值(CV)表示焊墊(PAD)接觸的總電容值，但是，當焊墊(PAD)接觸的電容值增加時，由相位檢測部(141)和延遲泵(142)構成的反饋回路減去相當於通過焊墊(PAD)接觸的電容的增加量的代碼值(Code)，以縮短可變延遲鏈的延遲量。並且，當焊墊(PAD)接觸的電容值減小時，增加相當於減小的量的代碼值，以增加可變延遲鏈的延遲量。結果， 控制為輸入到相位檢測部(141)的傳感信號(sen)和基準信號(ref)的相位相同，進而，電容值(CV)與焊墊(PAD)接觸的電容的大小對應。

在此，輸入到減法器(SUB)的基準延遲值(Nref)與控制固定延遲鏈(FDC)的信號相同，但是，也可以控制為不同。並且，在圖3和圖4的說明中具有固定延遲鏈(FDC)，但是，也可以省略。

圖5至圖7為用於說明圖4的電容測量電路的動作的示意圖。圖5為繪示焊墊(PAD)接觸電容時的傳感信號(sen)與檢測信號(det)的變化的示意圖。

基準信號(ref)根據固定延遲部(130)將測量信號(in)延遲固定的延遲時間而輸出，因此具有測量信號(in)相同的週期。由於電容測量電路最初工作時，電容值(CV)為0，因此初期代碼值(Code)與基準延遲值(Nref)相同，並且，通過可變延遲鏈(VDC)延遲測量信號(in)的時間與固定延遲鏈(FDC)延遲測量信號(in)的時間相同。因此，電容測量電路工作初期，傳感信號(sen)根據焊墊(PAD)自身的電容而相比基準信號(ref)更加延遲之後輸出到D觸發器(D-FF)。

由於傳感信號(sen)比基準信號(ref)更延遲，因此在基準信號(ref)的下降沿，傳感信號(sen)輸出為高電位位準，檢測信號(det)輸出為高電位位準。由於檢測信號(det)為高電位位準，因此計數器(CNT)提高電容值(CV)而輸出1，並且由於減法器(SUB)在基準延遲值 (Nref)中減去電容值(CV)而輸出，因此，代碼值(Code)被降低而輸出為基準延遲值(Nref)-1。

可變延遲鏈(VDC)對代碼值(Code)進行回應而縮短測量信號(in)的延遲時間之後輸出，並隨著縮短傳感信號(sen)的延遲時間，與基準信號(ref)的延遲時間差也被縮短。傳感信號(sen)與基準信號(ref)之間的延遲時間差逐漸被縮短，從而當傳感信號(sen)的延遲時間與基準信號(ref)的延遲時間相同或更短時(t1)，D觸發器(D-FF)將檢測信號(det)變更為低電位位準。

之後，通過焊墊(PAD)與外部電容接觸時(t2)，傳感信號(sen)根據接觸的電容而追加延遲，而D觸發器(D-FF)輸出高電位位準的檢測信號(det)。檢測信號(det)輸出為高電位位準時，如上所述，直到傳感信號(sen)的延遲時間與基準信號(ref)的延遲時間相同或更短為止，電容值(CV)逐漸增加(t3)。並且，之後電容值(CV)的增加與減小將反復進行。

圖6繪示具有以1位元為單位提高/降低電容值(CV)的計數器(CNT)的電容測量電路的電容值(CV)的變化，圖7繪示具有根據預定的規則提高/降低電容值(CV)的計數器(CNT)的電容測量電路的電容值(CV)的變化。

在圖6，計數器(CNT)以1位元為單位進行提高/降低，因此當通過焊墊(PAD)接觸的電容較大時，電容值(CV)表示為接觸的電容的所需時間較長。但是，相同地，計數器(CNT)以1位元為單位進行提高/降低工作，因此， 即使暫時產生較大雜訊，根據雜訊而變更的電容值(CV)也為1位元，從而電容值(CV)所受的影響較小。

圖7繪示以由計數器(CNT)提高/降低電容值(CV)的規則，檢測信號(det)連續3次輸出為高電位位準或低電位位準時，增加提高/降低的位元數的指定的例子。即，檢測信號(det)連續輸出為高電位位準時，每三次增加提高的位元數。例如，檢測信號(det)連續輸出為高電位位準或低電位位準時，前三次變更1位元的電容值，之後三次變更2位元的電容值。並且，逆轉為檢測信號(det)的低電位位準時，通過減少之前的提高/降低的位元數來降低電容值(CV)。因此，即使接觸較大的電容也能夠在較短時間內表示電容值(CV)。圖7的電容值在產生雜訊時相比圖6的電容值(CV)變化的幅度更大，但由於變化幅度的界限不大，因此雜訊給與電容值(CV)的影響較小。尤其，由於焊墊(PAD)設置於反饋回路內部，可變延遲鏈(VDC)直接接收不含有雜訊的測量信號(in)，並對考慮到通過焊墊(PAD)傳遞的雜訊影響的代碼值(Code)進行回應而延遲輸出，因此根據反饋回路的特性衰減雜訊。

以上，說明了資料產生部(140)具有D觸發器(D-FF)和上/下計數器(CNT)，以將電容值(CV)逐漸提高/降低，但也可以通過直接計算相對於基準信號(ref)的傳感信號(sen)的延遲時間差來輸出接觸到焊墊(PAD)的電容值(CV)。並且，延遲泵(142)為了消除雜訊而更可具有對電容值 (CV)進行過濾並輸出的數位濾波器。在上述實施例，電容值(CV)受到變化幅度的限制的情況下輸出，因此，代碼值(Code)變化幅度也將受到限制。但是，如果代碼值(Code)以一定程度以上的幅度變化，則可判斷為包含有雜訊。因此，更可包含數位低通濾波器或數位帶通濾波器，以作為從減法器(SUB)接收並過濾代碼值(Code)而輸出到可變延遲鏈(VDC)的數位濾波器。並且，即使不對代碼值(Code)進行過濾的情況下，直接對電容值(CV)進行過濾並輸出，也可得到相同的效果。數位濾波器也可用於調整電容測量電路的雜訊特性的同時調整反饋回路的特性。並且，由於基準信號(ref)與傳感信號(sen)的延遲時間差充分地被縮短，當反饋回路穩定時，電容值(CV)以+1/-1為單位進行振動(反覆進行增加和減小)，但這可利用數位濾波器進行固定。即，對數位濾波器賦予滯後(Hysteresis)特性，以防止在穩定狀態(steady state)下電容值(CV)的微小振動。並且，所述計數器(CNT)的數位濾波器不僅用硬體來實現，也可用軟體來實現。

圖8是根據本發明的電容測量電路的另一個例子的示意圖。在此，脈衝信號產生部(210)和脈衝信號傳遞部(220)與圖2的結構類似，因此省略其說明。

而且，在圖2，脈衝信號檢測部(80)僅使用了T觸發器(TFF)。但是，如上所述，大部分的雜訊通過焊墊(PAD)傳遞的情況較多，且圖2之T觸發器(TFF)與 焊墊(PAD)直接連接，因此，通過焊墊(PAD)在脈衝信號產生雜訊時，T觸發器(TFF)有可能由一個脈衝信號中觸發一次以上。在圖8，為了使週期判別器(232)正確判別脈衝的週期性，需要使T觸發器(TFF)對一個脈衝輸入僅進行一次觸發。圖8之T觸發器(TFF)為了解決上述問題而對一個脈衝輸入僅進行一次觸發，其如圖9的觸發電路。

圖8的脈衝信號檢測部(230)，通過T觸發器(231)回應時序信號(clk)而接收脈衝信號(pul)，因此T觸發器(231)的輸出信號不會被雜訊觸發。並且，圖8的脈衝信號檢測部(230)更包括用於判別T觸發器(231)的輸出信號是否週期性觸發的週期判別器(232)。週期判別器(232)回應時序信號(clk)而判別T觸發器(231)的輸出信號是否週期性遷移，若T觸發器(231)的輸出信號週期性轉移，則輸出低電位位準的檢測信號(det)，若不進行週期性遷移，則輸出高電位位準的檢測信號(det)。

圖2之接觸檢測感測器僅檢測接觸或非接觸，但圖8之電容測量電路需要通過測量通過焊墊(PAD)接觸的電容的大小來輸出電容值(CV)，因此，延遲泵(240)具有與圖4類似的計數器(241)和數位濾波器(242)。計數器(241)為上/下計數器，其對時序信號進行回應而接收檢測信號(det)，並根據以1位元為單位或預定的規則提高/降低計數值(Cout)之後進行輸出。如上所述，為了一同調整電容測量電路的雜訊特性和反饋回路的特性而使用數 位濾波器(242)，其具有滯後(Hysteresis)特性，對計數值(Cout)進行過濾之後輸出電容值(CV)，以防止電容值(CV)連續變更。

以上，說明了由計數器(241)回應時序信號(clk)而接收檢測信號(det)，但計數器(241)為非同步式計數器時，可不接收時序信號(clk)。並且，週期判別器(232)更為了判別T觸發器(231)的輸出信號是否週期性觸發，也可使用不是時序信號(clk)的另一種信號。

並且，在圖8，可變延遲鏈(VDC)回應電容值(CV)而變化並延遲時序信號(clk)之後將其輸出。

圖9是圖8之T觸發器之適用例之觸發電路，該觸發電路包括一個多工器(331)和SR觸發器(332)以及D觸發器(333)。

多工器(331)回應D觸發器(333)的輸出信號之後接收脈衝信號(pul)，並輸出到SR觸發器(332)的設置(set)端子S或重置(reset)端子(R)。多工器(331)當檢測信號(det)輸出為低電位位準時，將脈衝信號(pul)輸出到設置端子(S)，當檢測信號(det)為高電位位準時，將脈衝信號(pul)輸出到重置端子(R)。

當SR觸發器(332)沒有從多工器(331)接收脈衝信號時，維持之前的檢測信號(det)的電位位準，而當設置端子(S)接收高電位位準的信號時，將高電位位準的檢測信號(det)輸出到延遲泵(340)，而當重置端子(R)接收高電位位準的信號時，輸出低電位位準的檢測信號 (det)。

D觸發器(333)回應從時序信號產生器(311)輸出的時序信號(clk)而鎖存檢測信號(det)，並將其輸出到多工器(331)。D觸發器(333)通過回應時序信號(clk)而鎖存檢測信號(det)來決定多工器(331)的輸出信號到底應輸出到SR觸發器(332)的設置端子(S)或重置端子(R)中的哪個端子。

如上所述，參照本發明的優選實施例所進行的說明，本領域技術人員應當理解，在不脫離本發明之精神和範圍內可以進行各種變換。

10‧‧‧測量信號產生部

20‧‧‧基準信號產生部

30-1~30-n‧‧‧傳感信號產生部

35-1~35-n‧‧‧可變延遲部

40-1~40-n‧‧‧接觸信號產生部

50‧‧‧控制部

60‧‧‧脈衝信號產生部

61‧‧‧時序信號產生器

70‧‧‧脈衝信號傳遞部

80‧‧‧脈衝信號檢測部

90‧‧‧控制部

110‧‧‧測量信號產生部

120‧‧‧可變延遲部

130‧‧‧固定延遲部

140‧‧‧延遲時間計算及資料產生部

141‧‧‧相位檢測部

142‧‧‧延遲泵

210‧‧‧脈衝信號產生部

211‧‧‧時序信號產生器

230‧‧‧脈衝信號檢測部

231‧‧‧T觸發器

232‧‧‧週期判別器

240‧‧‧延遲泵

241‧‧‧計數器

242‧‧‧數位濾波器

331‧‧‧多工器

332‧‧‧SR觸發器

333‧‧‧D觸發器

AND‧‧‧及閘

C‧‧‧電容器

clk、dclk、/dclk‧‧‧時序信號

CLK‧‧‧時序輸入端

code‧‧‧控制代碼

Code‧‧‧代碼值

CNT‧‧‧計數器

CV‧‧‧電容值

det‧‧‧檢測信號

D1~Dn‧‧‧控制信號

D-FF‧‧‧D觸發器

FDC‧‧‧固定延遲鏈

in‧‧‧測量信號

INV‧‧‧反相器

Nref‧‧‧基準延遲值

out‧‧‧輸出信號

PAD‧‧‧焊墊

pul‧‧‧脈衝信號

R‧‧‧重置端子

R1-1‧‧‧第一電阻

R2-1~R2-n‧‧‧第二電阻

R1、R2、R3‧‧‧電阻

ref‧‧‧基準信號

S‧‧‧設置端子

sen‧‧‧傳感信號

sen-1~sen-n‧‧‧檢測信號

SUB‧‧‧減法器

S1~Sn‧‧‧接觸信號

TFF‧‧‧T觸發器

Tout-1~Tout-n‧‧‧接觸輸出

t1、t2、t3‧‧‧時間點

VDC‧‧‧可變延遲鏈

Vsen-1~Vsen-n‧‧‧可變延遲信號

圖1是習知之接觸檢測感測器之一例之示意圖。

圖2是習知之接觸檢測感測器之另一個例子之示意圖。

圖3是根據本發明之電容測量電路之一例之示意圖。

圖4是延遲時間計算及資料產生部之適用例之圖3之電容測量電路之示意圖。

圖5至圖7為用於說明圖4之電容測量電路之動作之示意圖。

圖8是根據本發明之電容測量電路之另一個例子之示意圖。

圖9是圖8之T觸發器之適用例之示意圖。

110‧‧‧測量信號產生部

120‧‧‧可變延遲部

130‧‧‧固定延遲部

140‧‧‧延遲時間計算及資料產生部

141‧‧‧相位檢測部

142‧‧‧延遲泵

Code‧‧‧代碼值

CV‧‧‧電容值

det‧‧‧檢測信號

FDC‧‧‧固定延遲鏈

in‧‧‧測量信號

Nref‧‧‧基準延遲值

ref‧‧‧基準信號

R1、R2‧‧‧電阻

sen‧‧‧傳感信號

PAD‧‧‧焊墊

VDC‧‧‧可變延遲鏈

Claims (20)

1. 一種電容測量電路，包括：測量信號產生部，以用於產生測量信號；固定延遲鏈，以用於使所述測量信號延遲對應於基準延遲值之時間而輸出；可變延遲鏈，以用於使所述測量信號延遲對應於代碼值之時間而輸出；第一延遲部，以用於使所述固定延遲鏈之輸出信號延遲固定時間而輸出基準信號；第二延遲部，其具有與外部電容接觸之焊墊，以用於回應通過所述焊墊接觸之電容而將所述可變延遲鏈之輸出信號變化並延遲而輸出傳感信號；以及資料產生部，以用於回應所述基準信號和所述傳感信號之延遲時間差而使所述電容值增加或減小之後輸出，並回應所述電容值而變更所述代碼值之後輸出，其中所述資料產生部包括：相位檢測部，以用於回應所述基準信號和所述傳感信號之延遲時間差而輸出檢測信號；以及延遲泵，以用於回應所述檢測信號而使電容值按預定的規則依次增加或減小之後輸出，並回應所述電容值而將所述代碼值變更之後輸出到所述可變延遲鏈，其中所述延遲泵包括：計數器，以用於回應所述檢測信號而使電容值按預定的規則依次增加或減小之後輸出；以及 減法器，以用於從所述基準延遲值中減去所述電容值之後輸出所述代碼值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電容測量電路，其中所述相位檢測部為觸發器，其具有與所述基準信號之上升沿或下降沿同步而鎖存所述傳感信號之後輸出所述檢測信號之邏輯電路。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電容測量電路，其中所述計數器用於響應所述檢測信號而將電容值按預定的單位依次增加或減小之後輸出。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電容測量電路，其中所述計數器用於當所述檢測信號連續輸出為高電位位準或低電位位準時，使電容值根據變更單位變化而依次增加或減小之後輸出。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電容測量電路，其中所述延遲泵更包括將所述代碼值或所述電容值過濾之後輸出之數位濾波器。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電容測量電路，其中數位濾波器為低通濾波器或帶通濾波器，以用於接收並穩定化所述代碼值或電容值，並消除雜訊。
7. 如申請專利範圍第5項所述之電容測量電路，其中所述計數器和所述數位濾波器用軟體實現。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電容測量電路，其中所述計數器響應所述基準信號而接收所述檢測信號。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電容測量電路，其中 所述計數器響應所述測量信號而接收所述檢測信號。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電容測量電路，其中所述第一延遲部為連接於所述固定延遲鏈與所述相位檢測部之間之第一電阻。
11. 如申請專利範圍第10項所述之電容測量電路，其中所述第二延遲部更包括連接於所述可變延遲鏈與所述相位檢測部之間之第二電阻。
12. 一種電容測量電路，包括：脈衝信號產生部，以用於響應電容值而變更時序信號之脈寬之後產生脈衝信號；脈衝信號傳遞部，其具有與外部電容接觸之焊墊，以用於回應通過所述焊墊接觸之電容而執行傳遞或不傳遞所述脈衝信號；脈衝信號檢測部，以用於週期性檢測通過所述脈衝信號傳遞部接收之所述脈衝信號而輸出檢測信號；計數器，以用於回應所述檢測信號而將計數值按預定的規則依次增加或減小；以及數位濾波器，以用於對所述計數值進行過濾之後輸出所述電容值。
13. 如申請專利範圍第12項所述之電容測量電路，其中所述脈衝信號產生部包括：時序信號產生器，以用於產生時序信號；可變延遲鏈，以用於根據所述電容值對所述時序信號進行變更並延遲之後輸出； 反相器，以用於對所述延遲鏈之輸出信號進行逆轉之後輸出；以及及閘，以用於對所述時序信號和所述反相器之輸出信號進行邏輯乘，以產生對應於所述時序信號之延遲時間之脈寬之所述脈衝信號。
14. 如申請專利範圍第12項所述之電容測量電路，其中所述脈衝信號傳遞部更包括連接於所述脈衝信號產生部與所述脈衝信號檢測部之間而與通過所述焊墊接觸之電容一起抑制所述脈衝信號之傳遞之電阻。
15. 如申請專利範圍第12項所述之電容測量電路，其中所述脈衝信號檢測部包括：T觸發器，以用於響應時序信號而檢測所述脈衝信號，並產生回應所述脈衝信號而被觸發之輸出信號；以及週期判別器，以用於通過判別所述T觸發器之輸出信號是否週期性觸發來輸出所述檢測信號。
16. 如申請專利範圍第15項所述之電容測量電路，其中所述T觸發器包括：SR觸發器，以用於回應輸出到設置端子或重置端子中某一個端子之所述脈衝信號而輸出所述檢測信號；D觸發器，以用於回應所述時序信號而鎖存所述檢測信號之後輸出；以及多工器，以用於回應所述D觸發器之輸出信號而選擇所述設置端子或重置端子中某一個端子之後傳遞所述脈衝信號。
17. 如申請專利範圍第12項所述之電容測量電路，其中所述計數器響應所述檢測信號而使電容值以預定的單位依次增加或減小之後輸出。
18. 如申請專利範圍第12項所述之電容測量電路，其中所述計數器當所述檢測信號連續輸出為高電位位準或低電位位準時，使電容值根據變更單位變化而依次增加或減小之後輸出。
19. 如申請專利範圍第12項所述之電容測量電路，其中所述數位濾波器為低通濾波器或帶通濾波器，以用於接收並穩定化所述計數值，並消除雜訊之後輸出所述電容值。
20. 如申請專利範圍第12項所述之電容測量電路，其中所述計數器和所述數位濾波器用軟體實現。