TWI489357B - 使用類比至數位轉換器之內部電容器及參考電壓之電容式接觸感測 - Google Patents

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Description

使用類比至數位轉換器之內部電容器及參考電壓之電容式接觸感測
本發明係關於電容式接觸感測，且更具體而言，本發明係關於使用一類比至數位轉換器(ADC)之(內部的)一部分之一取樣電容器及一電壓參考的電容式接觸感測。
本申請案主張共同擁有的2009年1月30日申請之美國臨時專利申請案第61/148,598號及2009年1月16日申請之美國臨時專利申請案第61/145,180號的優先權，二者為Dieter Peter之標題「Capacitive Touch Sensing Using an Internal Capacitor of an Analog-To-Digital Converter(ADC)and a Voltage Reference」，且為所有目的，該兩案均以引用的方式併入本文中。
偵測電容的改變用於許多應用，諸如位準偵測、近接性偵測、接觸鍵等。偵測電容之改變有多種方式，例如其中之一為藉由使用一振盪器。該振盪器可為一弛緩振盪器，其包括與用以產生一頻率之其他頻率決定組件組合之一感測器電容器。在該振盪器中使用的其他組件(例如電感器、電阻器、電流源等)被假定為穩定的。該弛緩振盪器亦使用一窗比較器。藉由該感測器電容器、電流值及該窗比較器的臨限電壓決定該振盪頻率。當該感測器電容器的電容改變數值，該弛緩振盪器的頻率相應地改變。
存在關於以此方式使用一弛緩振盪器來偵測在電容中之改變之問題。一問題係一頻率的量測需要某種參考時間基準。為偵測在電容中的小改變，其中常有的情況是，該參考時間基準必須非常穩定且可能需要在該參考時間基準量測電路中使用一共振器或水晶以便區別在頻率中的小改變。不昂貴的內部電阻器電容器振盪器在此類型電容改變偵測電路中不具有足夠的穩定性。
當使用該弛緩振盪器偵測在電容中之改變時之另一問題係該弛緩振盪器電路的非理想特性。該比較器的窗大小會隨溫度及操作電壓而改變。對於由一電阻器或一電流源/槽設定的電流上述亦為真。
該弛緩振盪器亦產生電子雜訊。可藉由使得該感測器電容器及在此電容器上之電壓振幅儘可能小而降低此電子雜訊。同樣因為該弛緩振盪器之波形信號係三角形或接近三角形的形狀，其含有豐富的諧波(基本頻率之倍數)。該基本及諧波可能呈現一電磁干擾(EMI)之問題。
關於該弛緩振盪器之又另一問題係其對外部雜訊之敏感度。該弛緩振盪器具有經設計的高阻抗電路，且可容易地對外部信號頻率同步化。
該振盪器可為一電感器電容器(LC)振盪器，其中該振盪器頻率部分地取決於該感測器電容器的電容。該LC振盪器具有與該弛緩振盪器類似的問題，除了該振盪器頻率波形實質上係正弦曲線以外，因此含有比該弛緩振盪器較少及較低階的諧波。然而，仍需要一穩定時間基準，且由於所需的電感器及一更複雜的振盪器電路，該組件成本將升高。
偵測電容的改變之另一方式係藉由使用一電荷轉移技術。該感測器電容器利用一電壓充電，且接著該電壓電荷被轉移到一積分器，此積分器可為一較大值電容器，或一較精密電路，如經連接作為一積分器之一運算放大器。在某一數目的電荷轉移後，決定在該積分器之一積分電容器上的電壓，此給與在該感測器電容器(未知電容)與該積分電容器(已知及穩定電容值)之間的比率之一指示。同樣在某一數目的電荷轉移後，代替決定在該電容器上的電壓，可使用電荷平衡技術實施一持續量測。
偵測電容的改變之又另一方式係藉由使用一電流源對該感測器電容器(未知電容)充電並量測達到某一電壓的時間或在一時間週期後量測達到的電壓。為保持對於「在一電壓的時間」量測的「可量測」次數或對於「在一時間的電壓」量測之「可設定」次數，該充電電流變得非常低。該電流源產生與對於該弛緩振盪器所提到相同的組件穩定性問題。此等電荷轉移技術都需要使用一外部電容器作為一積分器。上文描述的該等振盪器電路需要專門的振盪器電路及高穩定性時間基準。
因此需要的是一種在無須昂貴的額外外部組件、高穩定性時間基準及/或具有固有EMI問題之振盪器的情況下決定在電容中的小改變之方式。此係根據本發明之教示藉由將在一數位器件中之一類比至數位轉換器(ADC)的一內部取樣電容器充電到一參考電壓接著透過在該數位器件內部之一低電阻開關而轉移在該內部取樣電容器上的一些電壓電荷到一外部未知電容器(例如，接觸感測器電容器)而達成。在該電荷轉移已穩定後，量測殘留在該內部取樣電容器上的電壓電荷。在該已知參考電壓與在從於該內部取樣電容器上的初始參考電壓電荷充電該外部電容器(未知電容值)後殘留在該內部取樣電容器上的電壓之間的差被用於決定該外部電容器的電容值或其改變，且最後決定該外部電容器的任何電容改變，例如指示電容式接觸感測器啟動。或者，該外部電容器可被充電到一參考電壓，接著該外部電容器被耦接至該內部取樣電容器(例如，在其上不具有電荷或具有一已知電荷)且量測在該內部取樣電容器上的所得電壓電荷，並用於決定該外部電容器的電容值或其改變。
當取樣該外部電容器時源阻抗低，且外部雜訊拾取將最小化。此在不需要專門硬體的情況下升高了雜訊免疫力。所產生的一積體電路器件之雜訊亦低，因為來自該積體電路器件之一輸入輸出的任何切換脈衝的持續時間短且可容易地被過濾。若用於充電該內部或外部電容器的該參考電壓係從與用於該ADC轉換之電壓參考相同的來源導出，則錯誤被消除。在溫度及電壓上的穩定性極佳。
若該外部電容器與該內部電容器具有實質上相同的電容，在該內部電容器上殘留的電壓電荷係在該內部電容器隨後被耦接至該外部電容器前用於將其充電的該參考電壓的一半，或反之亦然。因此為最大化解析度，有利的是使用於充電該內部或外部電容器的該電壓儘可能高，及使用於該ADC的一參考電壓儘可能低。用於充電該電容器的該電壓可為電源供應器電壓，例如Vcc或Vdd。該ADC參考電壓可為Vcc或Vdd、從一內部分壓器導出的Vcc或Vdd之一部分，其係使用一外部分壓器或一脈衝寬度調變(PWM)電路而產生，或者使用一內部絕對電壓參考(例如，能隙參考)而產生。過渡取樣亦可用於升高該ADC的解析度。
根據本發明之一特殊實例實施例，一種用於利用一積體電路器件決定一外部電容器之一電容的方法，該方法包括以下步驟：將在一積體電路器件中之一內部電容器從一電壓參考充電到一第一電壓，其中該內部電容器具有一已知電容；利用在該積體電路器件中之一類比至數位轉換器(ADC)量測該第一電壓；利用在該積體電路器件中之一第一開關放電一外部電容器；利用在該積體電路器件中之一第二開關將該內部電容器耦接至該外部電容器致使在該內部電容器上的一些電荷轉移到該外部電容器；利用在該積體電路器件中之該ADC量測在該內部電容器上之一第二電壓；及利用在該積體電路器件中之一數位處理器從所量測第一電壓、所量測第二電壓及該內部電容器之已知電容計算該外部電容器之一電容。
根據本發明之另一特殊實例實施例，一種用於利用一積體電路器件決定一外部電容器之一電容的方法，該方法包括以下步驟：將在一積體電路器件中之一內部電容器充電到一參考電壓，其中該內部電容器具有一已知電容；利用在該積體電路器件中之一第一開關放電一外部電容器；利用在該積體電路器件中之一第二開關將該內部電容器耦接至該外部電容器致使在該內部電容器上的一些電荷轉移到該外部電容器；利用在該積體電路器件中之一類比至數位轉換器(ADC)量測在該內部電容器上之一電壓；及利用在該積體電路器件中之一數位處理器從參考電壓、所量測之該內部電容器上的電壓及該內部電容器之已知電容計算該外部電容器之一電容。
根據本發明之又另一特殊實例實施例，一種用於利用一積體電路器件決定一外部電容器之一電容的方法，該方法包括以下步驟：將一外部電容器充電到一參考電壓；放電在一積體電路器件中之一內部電容器，其中該內部電容器具有一已知電容；利用在該積體電路器件中之一開關將該外部電容器耦接至該內部電容器致使在該外部電容器上之一些電荷轉移到該內部電容器；利用在該積體電路器件中之一類比至數位轉換器(ADC)量測在該內部電容器上之一電壓；及利用在該積體電路器件中之一數位處理器從參考電壓、所量測之該內部電容器上的電壓及該內部電容器之已知電容計算該外部電容器之一電容。
根據本發明之又另一特殊實例實施例，一種用於利用一積體電路器件偵測一外部電容器的電容中之一改變之方法，該方法包括以下步驟：(a)將在一積體電路器件中之一內部電容器充電到一參考電壓；(b)利用在該積體電路器件中之一第一開關放電一外部電容器；(c)利用在該積體電路器件中之一第二開關將該內部電容器耦接至該外部電容器致使在該內部電容器上的一些電荷轉移到該外部電容器；(d)利用在該積體電路器件中之一類比至數位轉換器(ADC)量測在該內部電容器上之一電壓；(e)利用在該積體電路器件中之一數位處理器比較所量測的該內部電容器上的電壓與一先前所量測電壓，其中若所量測電壓與先前所量測的電壓實質上相同，則重複步驟(a)至(e)，且若所量測電壓不同於該先前所量測電壓，則利用來自該積體電路器件之一輸出指示該外部電容器之電容已發生一改變；及(f)繼續重複步驟(a)至(e)。
根據本發明之另一特殊實例實施例，一種用於利用一積體電路器件偵測複數個外部電容器的電容中之改變之方法，該方法包括以下步驟：(a)將一積體電路器件中之一內部電容器充電到一參考電壓；(b)利用在該積體電路器件中之一第一開關放電該複數個外部電容器之一外部電容器(n)，其中n係從0至m的一整數；(c)利用在該積體電路器件中之一第二開關將該內部電容器耦接至該外部電容器(n)致使在該內部電容器上的一些電荷轉移到該外部電容器(n)；(d)利用在該積體電路器件中之一類比至數位轉換器(ADC)量測在該內部電容器上之一電壓(n)；(e)利用在該積體電路器件中之一數位處理器比較在該內部電容器上的所量測電壓(n)與一先前所量測電壓(n)，其中若所量測的電壓(n)與先前所量測電壓(n)實質上相同，則到達步驟(f)，且若所量測電壓(n)不同於先前所量測電壓，則指示已發生該外部電容器(n)之電容的一改變；(f)決定n是否等於m，其中若n等於m，則使n為零(0)，且若n小於m，則使n增加一(1)；及(g)重複步驟(a)至(f)。
根據本發明之另一特殊實例實施例，用於偵測一鍵盤之電容式接觸感測器鍵的致動之一裝置包括：一鍵盤矩陣，其包括複數個電容式接觸感測器鍵；一積體電路器件，其包括一多工器、一電容式感測電路、一電壓參考、一類比至數位轉換器(ADC)及一數位處理器；其中(a)該ADC之一內部電容器係藉由該電容式感測電路而充電到一參考電壓；(b)複數個電容式接觸感測器鍵之一外部電容器(n)係藉由該電容式感測電路而放電，其中n係從0至m的一整數；(c)該ADC之內部電容器係藉由該電容式感測電路而耦接至該外部電容器(n)致使在該內部電容器上的一些電荷轉移到該外部電容器(n)；(d)該ADC量測在該內部電容器上之一電壓(n)；(e)該數位處理器比較所量測的在該內部電容器上之電壓(n)與一先前所量測電壓(n)，其中若該所量測電壓(n)與該先前所量測電壓(n)實質上相同，則前進至(f)，且若所量測電壓(n)不同於該先前所量測電壓，則作出該複數個電容式接觸感測器鍵之外部電容器(n)的電容之一改變已發生的一指示；(f)若n等於m，則使n為零(0)，且若n小於m，則使n增加1；及(g)重複(a)至(f)。
可藉由結合附圖參考以下說明而獲得本發明其一更完整的理解。
雖然本發明容許多種修正及替代形式，其特殊實例實施例已繪示在圖式中並在本文詳細描述。然而，應理解的是，本文之特殊實例實施例的說明不希望將本發明限制於本文所揭示的特殊形式，相反，本發明包含如附加申請專利範圍定義之所有修正及等效物。
現在參考圖式，示意性地說明特殊實例實施例的細節。在圖式中類似元件將藉由類似數字表示，且類似元件將藉由具有一不同小寫字母字尾的類似數字而表示。
參考圖1，其描繪根據本發明之教示之被充電的內部電容器及外部電容器的示意圖。Vref 102係一電壓參考，其可為一電源供應器電壓Vdd、一分開的Vdd、一絕對電壓參考(諸如一能隙參考)、來自一數位輸出之一邏輯高位準、一外部電壓參考等。如將在下文中解釋，Vref 102的絕對值係不重要的。一開關104將該Vref 102耦接至一已知值的內部電容器108，且開關106將該內部電容器108耦接至一未知值的外部電容器110。術語「內部」電容器108係指在一數位器件(例如，分別在圖2、3及4中繪示的數位器件200、300及400)內並為多種目的而與該數位器件的電路(例如，一類比至數位轉換器(ADC)之取樣電容器)共同使用之一電容器。
在圖1中所繪示的示意圖(a)中，開關104及106二者均斷開且在電容器108或110上不存在電壓電荷，Va=0伏特。在示意圖(b)中繪示開關104閉合且Vref 102被耦接至電容器108。電容器108藉此藉由來自Vref 102之一電壓Vb而充電，其中在該電容器108上的電荷係Q=CV，其中Q係以庫倫計之電荷，C係在該電容器108的以法拉計之電容，且V係以伏特計之電位(Vb)。
在示意圖(c)中繪示開關104斷開且開關106閉合，藉此轉移在電容器108上的一些電荷Q到電容器110。電荷Q保持相同但現在分佈於兩個電容器108與110之間。該電壓Vc現在為較低，此係因為並聯的電容器108及110的經組合電容C較大。現在可容易地從所量測電壓Vb及Vc決定電容器110的電容值，且電容器108的已知電容值如下：
Q=C1*Vb
Q=(C1+C2)*Vc
C1*Vb=(C1+C2)*Vc
C2*Vc=C1*(Vb-Vc)
C2=C1*(Vb-Vc)/Vc
可利用從一類比至數位轉換器(ADC)接收Vb及Vc的經數位化值之一數位處理器並使用該電容器108的已知電容值而容易地執行此等計算。同樣有利的是觀察何時僅在該電容器110之電容值中存在一改變。例如，當該電容器110之一電容值對於一第一條件(例如電容式接觸感測器未經啟動)係於一第一值，且對於一第二條件(例如，電容式接觸感測器經啟動)係於一第二值，在該電壓值Vc中將存在一改變。藉由記住先前所量測電壓值Vc並且比較先前所量測電壓值Vc與一目前量測的電壓值Vc，一旦一基準電壓值Vc已被建置並記住(儲存在記憶體中)，在某一差(百分比改變)上的電壓值Vc的任何改變將指示已啟動一特殊電容式接觸感測器。根據本發明之教示，當致動為不重要時，無論該電容式接觸感測器是否升高或降低其電容值，只要自一先前決定的非致動條件偵測在電壓值Vc中之一改變(降低或升高)。
參考圖2，其描繪根據本發明之一特殊實例實施例的被充電的內部電容器與外部電容器及於決定該外部電容器之電容的所量測之內部電容器的電壓之示意圖。一積體電路器件200包括：一類比至數位轉換器(ADC)218；一數位處理器220；一取樣電容器208，其具有一已知電容值；及開關204、214及216。如所繪示，具有一未知值的一外部電容器110被耦接至該積體電路器件200。Vref係一電壓參考(例如，圖1之Vref 102)，其可為一電源供應器電壓Vdd、一分開的Vdd、一絕對電壓參考(諸如一能隙參考)、來自一數位輸出之一邏輯高位準、一外部電壓參考等。該積體電路器件200可為(例如但不限於)一微控制器、微處理器、數位信號處理器、應用特定積體電路、可程式邏輯陣列等。
在圖2中所繪示的示意圖(a)中，開關216閉合以移除可能在該外部電容器110上的任何電荷，開關204係在將Vref耦接至該內部電容器208的一位置，藉此將其充電到Vref之一電壓，且開關214係斷開，解除耦接電容器208與對該ADC 218的輸入。在該示意圖(b)中，開關216斷開且開關214閉合，致使該ADC 218可將該Vref的電壓轉換為發送到該數位處理器220之一數位值。此步驟係選擇性的，因為當僅偵測該外部電容器110之電容中之一改變時可不必知道來自Vref的電壓之絕對值。
在示意圖(c)中，開關204在將該內部電容器208耦接至該外部電容器110一的位置，藉此轉移在該電容器208上的一些電荷到該外部電容器110。當此發生時殘留在該電容器208上的電荷電壓下降。在示意圖(d)中，開關204在解除耦接該內部電容器208與該外部電容器110的一位置並耦接該電容器208回到該ADC 218的輸入，其中取得一新電壓取樣並轉換為發送到該數位處理器220之一數位表示法。該數位處理器220可接著自該內部電容器208的已知電容值及在該等示意圖(b)及(d)中取樣的兩個電壓決定該電容器110的電容值。若僅需要該電容器110的電容值中的一改變之決定，則不需要示意圖(b)之取樣步驟。僅需要的是該數位處理器記住先前示意圖(d)中取得的電壓取樣並比較該先前電壓取樣與在該示意圖(d)中取得的一目前電壓取樣，且當在該先前與目前電壓取樣之間存在足夠之差時，此指示在該外部電容器110之電容中已發生一改變。
該內部電容器208及該開關214可為在該積體電路器件200中之該ADC 218的一部分。涵蓋於且在本發明之範圍中的是許多在該電容器208與110、電壓參考(Vref)及該ADC 218之間的切換之不同組態係可能的，且具有數位電路的一般技術並具有本發明之利益者將容易地理解如何實施此等電路。該開關216可為一數位輸出驅動器且該開關204可為一內部多工器，二者均在該積體電路器件200中。
參考圖3，其描繪根據本發明之另一特殊實例實施例之被充電的內部電容器與外部電容器及於決定該外部電容器之電容的所量測之內部電容器的電壓之示意圖。一積體電路器件300包括一類比至數位轉換器(ADC)318、一數位處理器320、具有一已知電容值之一取樣電容器308，及開關304、314及316。如所繪示，具有一未知值的一外部電容器110被耦接至該積體電路器件300。Vref係一電壓參考(例如，圖1之Vref 102)，其可為一電源供應器電壓Vdd、一分開的Vdd、一絕對電壓參考(諸如一能隙參考)、來自一數位輸出之一邏輯高位準、一外部電壓參考等。該積體電路器件300可為(例如但不限於)一微控制器、微處理器、數位信號處理器、應用特定積體電路、可程式邏輯陣列等。
在圖3中繪示的示意圖(a)中，開關316閉合以移除可能在該內部電容器308上的任何電荷，開關304係在將Vref耦接至該外部電容器110的一位置，藉此將其充電到Vref之一電壓，且開關314係斷開，解除耦接電容器308與對該ADC 318的輸入。在該示意圖(b)中，開關316斷開且開關314閉合，致使該ADC 318可將在該內部電容器308上的任何電壓轉換為發送到該數位處理器320之一數位值(通常該電壓將為零，其歸因於開關316使電容器308短路)。此步驟係選擇性的，因為當僅偵測該外部電容器110之電容中之一改變時可不必知道在該內部電容器308上的一電壓之絕對值或缺乏一電壓之絕對值。
在示意圖(c)中，開關304在將該外部電容器110耦接至該內部電容器308的一位置，藉此轉移在該外部電容器110上的一些電荷到該內部電容器308。當此發生時殘留在該外部電容器110上的電荷電壓下降。在示意圖(d)中，開關304在解除耦接該外部電容器110與該內部電容器308的一位置且開關314將該電容器308耦接回到該ADC 318的輸入，其中取得一電壓取樣並轉換為發送到該數位處理器320之一數位表示法。該數位處理器320可接著自該內部電容器308的已知電容值、該已知Vref電壓值及在該示意圖(d)中的取樣電壓決定該電容器110的電容值。若僅需要該電容器110的電容值中的一改變之決定，則不需要示意圖(b)之取樣步驟。僅需要的是該數位處理器記住先前示意圖(d)中取得的電壓取樣並比較該先前電壓取樣與在該示意圖(d)中取得的一目前電壓取樣，且當在該先前與目前電壓取樣之間存在足夠之差時，此指示在該外部電容器110之電容中已發生一改變。
該內部電容器308及該開關314可為在該積體電路器件300中之該ADC 318的一部分。涵蓋於且在本發明之範圍中的是許多在該電容器308與110、電壓參考(Vref)及該ADC 318之間的切換之不同組態係可能的，且具有數位電路的一般技術並具有本發明之利益者將容易地理解如何實施此等電路。該開關316可為一數位輸出驅動器且該開關304可為一內部多工器，二者均在該積體電路器件300中。
參考圖4，其描繪根據本發明之又一特殊實例實施例之一電容式接觸鍵台及用於該電容式接觸鍵台之積體電路介面及處理器的一示意性方塊圖。一電容式接觸鍵台430包括複數個電容式接觸感測器鍵110a-110l。複數個電容式接觸感測器鍵110a-110l的每一者將在致動(例如，接觸或壓下)時改變電容值。複數個電容式接觸感測器鍵110a-110l的每一者透過一匯流排432耦接至該積體電路器件400之多工器438。對於該積體電路器件400的該電容式接觸感測器鍵110a-110l之多工的其他形式在本文係涵蓋且將容易地對於具有積體電路設計的一般技術及本發明的利益者為顯而易見的。該積體電路器件400可為(例如但不限於)一微控制器、微處理器、數位信號處理器、應用特定積體電路、可程式邏輯陣列等。
該積體電路器件400包括一電壓參考436，其可為一電源供應器電壓Vdd、一分開的Vdd、一絕對電壓參考(諸如一能隙參考)、來自一數位輸出之一邏輯高位準、一外部電壓參考等，一電容式感測電路434，諸如在圖2及圖3中更完整地描述，一類比至數位轉換器(ADC)418、一多工器438、及一數位處理器420，例如，微控制器、微處理器、數位信號處理器、應用特定積體電路、可程式邏輯陣列等。該多工器438、電容式感測電路434及ADC 418藉由該數位處理器420而控制。該多工器438藉由選擇複數個電容式接觸感測器鍵110a-110l的每一者而掃描該鍵台430，用於決定每一鍵之電容值或從一先前掃描所量測的電壓中之一改變。該數位處理器420包含可用於為來自先前量測的該複數個電容式接觸感測器鍵110a-110l的每一者儲存該電 容及/或電壓值的記憶體，且接著使用此等經儲存電容及/或電壓值的每一者以決定何時發生其一改變。在電容/電壓值中的任何改變指示各自電容式接觸感測器鍵110a-110l被致動。
參考圖5，其描繪圖2中繪示之電路之操作的一特殊實例實施例的一示意性程序流程圖。在步驟550中該內部電容器208被充電到一第一電壓，例如，Vref。在步驟552中量測在該內部電容器208上的該第一電壓電荷。在步驟554中將該外部電容器110放電。在步驟556中該內部電容器208及外部電容器110被耦接在一起以在該內部電容器208與外部電容器110之間轉移電荷。在步驟558中量測在該內部電容器208上之一第二電壓電荷。在步驟560中，從該內部電容器208的電容之已知值、該第一經量測電壓及該第二經量測電壓根據公式C2=C1*(Vb-Vc)/Vc而計算該外部電容器110之電容，其中C2係該外部電容器110之電容，C1係該內部電容器208之電容，Vb係所量測的第一電壓，且Vc係所量測的第二電壓。
參考圖6，其描繪在圖2中繪示的電路之操作之另一特殊實例實施例的一示意性程序流程圖。在步驟650中該內部電容器208被充電到一參考電壓。在步驟654中該外部電容器110被放電。在步驟656中該內部電容器208及外部電容器110被耦接到一起以在該內部電容器208與外部電容器110之間轉移電荷。接著在步驟658中量測在該內部電容器208上的一電壓電荷。在步驟660中，從該內部電容器208之電容的已知值、該參考電壓及來自步驟658的經量測電壓根據公式C2=C1*(Vb-Vc)/Vc而計算該外部電容器110的電容，其中C2係該外部電容器110的電容，C1係該內部電容器208的電容，Vb係該參考電壓，且Vc係在該內部電容器208及外部電容器110被耦接在一起後所量測的該內部電容器208之電壓。
參考圖7，其描繪圖3中繪示之電路之操作的另一特殊實例實施例的一示意程序流程圖。在步驟750中該外部電容器110被充電到一參考電壓。在步驟754中該內部電容器308被放電。在步驟756中該內部電容器308及外部電容器110被耦接在一起以在該內部電容器308與外部電容器110之間轉移電荷。在步驟758中量測在該內部電容器308上的一電壓電荷。在步驟760中，從該內部電容器308之電容的已知值、該參考電壓及來自步驟858的所量測電壓根據公式C2=C1*(Vb-Vc)/Vc而計算該外部電容器110之電容，其中C2係該外部電容器110之電容，C1係該內部電容器308之電容，Vb係該參考電壓，且Vc係在該內部電容器308及外部電容器110被耦接在一起後所量測的該內部電容器308的電壓。
參考圖8，其描繪圖4中繪示之電路之操作的一特殊實例實施例的一示意程序流程圖。在步驟850中一內部電容器被充電到一參考電壓。在步驟854中將一外部電容器(n)(例如，電容式接觸感測器鍵110n(圖4))放電，其中n係從0至m之一整數。在步驟856中該內部電容器及該外部電容器(n)被耦接在一起。在步驟858中量測在該內部電容器上之一電壓(n)。步驟860決定所量測電壓(n)是否實質上等於先前所量測的一經儲存電壓(n)。若所量測電壓(n)及儲存的電壓(n)不同，則該外部電容器(n)已改變其值，例如，電容式接觸感測器鍵110n(圖4)被致動，且在步驟870中產生其一通知。若所量測電壓(n)及儲存的電壓(n)實質上相同，則該外部電容器(n)未改變其值，例如，電容式接觸感測器鍵110n未被致動。步驟864決定是否已掃描(讀取等)所有的外部電容器(n)(n=0至m)，且若n=m，則步驟868重設n=0，否則，在步驟866中n被增加一(1)。可持續地重複前述序列的操作及電壓量測，致使將偵測任何經致動鍵(n)110。
雖然已描繪、描述且參考本發明之實例實施例定義本發明之實施例，此類參考並非暗示對於本發明之一限制，且不推斷此類限制。所揭示的標的能夠考慮形式及功能上的修正、變更及等效物，如將被具有本發明之利益的一般相關技術者想到。所描繪及描述的本發明之實施例僅係實例，且不為本發明的詳細範圍。
104‧‧‧開關
106‧‧‧開關
108‧‧‧內部電容器
110‧‧‧外部電容器
110a-110l‧‧‧複數個電容式接觸感測器鍵
200‧‧‧積體電路器件
204、214、216‧‧‧開關
208‧‧‧取樣電容器
218‧‧‧類比至數位轉換器(ADC)
220‧‧‧數位處理器
300‧‧‧積體電路器件
304、314、316．．．開關
308．．．內部電容器
318．．．類比至數位轉換器(ADC)
320．．．數位處理器
400．．．積體電路器件
418．．．類比至數位轉換器(ADC)
420．．．數位處理器
430．．．電容式接觸鍵台
432．．．匯流排
434．．．電容式感測電路
436．．．電壓參考
438．．．多工器
Vdd．．．電源供應器電壓
Vref 102．．．電壓參考
圖1說明根據本發明之教示的被充電的內部電容器及外部電容器之示意圖； 圖2說明根據本發明之一特殊實例實施例的被充電的內部電容器與外部電容器及決定該外部電容器的電容之該內部電容器之量測電壓的示意圖； 圖3說明根據本發明之另一特殊實例實施例的被充電的內部電容器與外部電容器及決定該外部電容器的電容之該內部電容器之量測電壓的示意圖；圖4說明根據本發明之又一特殊實例實施例的一電容式接觸鍵盤及積體電路介面及用於該電容式接觸鍵盤之處理器的一示意方塊圖；圖5說明用於圖2中繪示的電路操作之一特殊實例實施例的一示意程序流程圖；圖6說明用於圖2中繪示的電路操作之另一特殊實例實施例的一示意程序流程圖；圖7說明用於圖3中繪示的電路操作之一特殊實例實施例的一示意程序流程圖；及圖8說明用於圖4中繪示的電路操作之一特殊實例實施例的一示意程序流程圖。
(無元件符號說明)

Claims (24)

  1. 一種用於利用一積體電路裝置決定一外部電容器的一電容之方法，該方法包括以下步驟：將在一積體電路裝置中之一內部電容器從一電壓參考充電到一參考電壓，其中該內部電容器具有一已知電容，且該內部電容器為在該積體電路裝置中之一類比至數位轉換器(ADC)之一取樣電容器，該積體電路裝置具有一接地端子；選擇性地利用在該積體電路裝置中之該ADC量測該參考電壓；利用在該積體電路裝置中之一第一開關將一外部電容器放電；利用在該積體電路裝置中之一第二開關將經充電之該內部電容器並聯耦接至經放電之該外部電容器，使得在該內部電容器上的一些電荷轉移到該外部電容器；利用在該積體電路裝置中之該ADC量測在該內部電容器上之一電壓；及從該量測之值決定該外部電容器之一電容。
  2. 如請求項1之方法，其中決定該電容的步驟包含：利用在該積體電路裝置中之一數位處理器從該參考電壓或該量測參考電壓、該量測電壓及該內部電容器之該已知電容計算該外部電容器之該電容。
  3. 如請求項1之方法，其中決定該電容的步驟包含：利用在該積體電路裝置中一數位處理器將在該內部電 容器之該量測值與一先前量測電壓做比較，其中如果該量測電壓係實質上與該先前量測電壓相同，則重覆先前的步驟，以及如果該量測電壓係不同於該先前量測電壓，則利用從該積體電路裝置的一輸出表示該外部電容器的電容的一改變已發生。
  4. 如請求項3之方法，連續地重覆此方法中的步驟。
  5. 如請求項1之方法，其中該外部電容器之該電容等於該先前量測電壓與該量測參考電壓之間的一差除以該第二電壓並乘以該內部電容器之該電容。
  6. 如請求項1之方法，其中該內部電容器係在該積體電路裝置中之該ADC的一取樣電容器。
  7. 如請求項1或2之方法，其中該積體電路裝置係一微控制器。
  8. 一種用於利用一積體電路裝置決定一外部電容器之一電容的方法，該方法包括以下步驟：將在一積體電路裝置中之一內部電容器充電到一參考電壓，其中該內部電容器具有一已知電容，且該內部電容器為在該積體電路裝置中之一類比至數位轉換器(ADC)之一取樣電容器，該積體電路裝置具有一接地端子；利用在該積體電路裝置中之一第一開關將一外部電容器放電；利用在該積體電路裝置中之一第二開關將經充電之該 內部電容器耦接至經放電之該外部電容器，使得在該內部電容器上的一些電荷轉移到該外部電容器；利用在該積體電路裝置中之該ADC量測在該內部電容器上之一電壓；及利用在該積體電路裝置中之一數位處理器從該參考電壓、該內部電容器上之該所量測之電壓及該內部電容器之該已知電容計算該外部電容器之一電容。
  9. 如請求項8之方法，其中該外部電容器之該電容等於該參考電壓與該所量測電壓之間的一差除以該所量測電壓並乘以該內部電容器之該電容。
  10. 如請求項8之方法，其中該內部電容器係在該積體電路裝置中之該ADC的一取樣電容器。
  11. 如請求項8之方法，其中該參考電壓係選自由一電源供應器電壓、一分開的電源供應器電壓、一外部參考電壓及一能隙參考電壓組成之群。
  12. 如請求項8之方法，其中該積體電路裝置係一微控制器。
  13. 如請求項3至12中任一項之方法，其中該先前所量測之電壓係儲存在該積體電路裝置中之一記憶體中。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包括利用該數位處理器控制該記憶體及該類比數位轉換器的該步驟。
  15. 如請求項3至12中任一項之方法，其中該外部電容器係複數個n個外部電容器之一個，其中n係一整數；以及其中此方法之步驟會對該複數個外部電容器之每一者 重覆。
  16. 如請求項15之方法，其中該複數個外部電容器包括一電容式感測器接觸面板。
  17. 一種用於利用一積體電路裝置決定一外部電容器之一電容的方法，該方法包括以下步驟：藉由將一外部電容器的一第一端子耦接一參考電壓而將該外部電容器充電到該參考電壓，其中該外部電容器的一第二端子係接地；將在一積體電路裝置中之一內部電容器放電，其中該內部電容器具有一已知電容且該內部電容器為在該積體電路裝置中之一類比至數位轉換器(ADC)之一取樣電容器；利用在該積體電路裝置中之一開關將經充電之該外部電容器並聯耦接至經放電之該內部電容器，使得在該外部電容器上之一些電荷轉移到該內部電容器；利用在該積體電路裝置中之該ADC量測在該內部電容器上之一電壓；及利用在該積體電路裝置中之一數位處理器從該參考電壓、該內部電容器上之該所量測之電壓及該內部電容器之該已知電容計算該外部電容器之一電容。
  18. 如請求項17之方法，其中該外部電容器之該電容等於該參考電壓與該所量測電壓之間的一差除以該所量測電壓並乘以該內部電容器之該電容。
  19. 如請求項17之方法，其中該內部電容器係在該積體電路 裝置中之該ADC的一取樣電容器。
  20. 如請求項17之方法，其中該參考電壓係選自由一電源供應器電壓、一分開的電源供應器電壓、一外部電壓參考及一能隙電壓參考組成之群。
  21. 如請求項17之方法，其中該積體電路裝置係一微控制器。
  22. 一種用於決定一外部電容器之電容的積體電路，其包含：一電壓參考；一類比至數位轉換器(ADC)，其包含具有一已知電容的一內部電容器，其中該內部電容器的一端子係接地；切換構件；一數位處理器；及其中該積體電路經組態以執行下列動作：將該內部電容器從該電壓參考充電至該參考電壓；選擇性地利用該ADC量測該參考電壓；利用該切換構件之一第一開關放電該外部電容器；利用該切換構件之一第二開關將該內部電容器並聯耦接至該外部電容器，使得在該內部電容器上的部分電荷轉移至該外部電容器；利用該ADC量測該內部電容器上的一電壓；以及從該量測值決定該外部電容器之該電容。
  23. 如請求項22之積體電路，其中該積體電路裝置經進一步組態：利用在該積體電路裝置中一數位處理器將在該內部電容器上的該量測值與一先前量測電壓做比較，其中如果該量測電壓係實質上與該先前量測電壓相同，則重覆先前的步驟，以及如果該量測電壓係不同於該先前量測電壓，則利用從該積體電路裝置的一輸出表示該外部電容器的電容的一改變已發生。
  24. 一種包含如請求項22之積體電路的系統，其進一步包含：一鍵台矩陣，該鍵台矩陣包括複數個電容式接觸感測器鍵；一多工器，其用於將該等電容式接觸感測器鍵之一者耦接為該積體電路之該外部電容器。
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