[发明专利]一种互电容检测电路

说明书

技术领域

本发明涉及电路设计技术领域，特别涉及一种在电容式触控装置上使用的互电容检测电路。

背景技术

在现有电容式触控检测装置中，基于互电容检测的装置可以实现真实多点触控，但相对自电容检测，互电容检测需要面对低输入信噪比、高系统成本等问题。

图1是现有的互电容检测电路，该检测电路通过检测手指触摸时触摸屏的二维电容的电量变化数据，从而计算出每个触摸点的坐标。其工作原理如下：当没有触摸时，外部激励VIN由一个电压V1跳变到另一电压V2，通过控制第一开关S1的导通和关断，利用第一电容C1的负反馈驱动第一运算放大器11的输入差动电压，将被检测电容Cx的电荷变化转移到第一电容C1上，可得到第一运算放大器11的输出电压是：VOUT1=VCOM-Cx×(V2-V1)/C1；当有触摸时，被检测电容设定为Cx’，外部激励VIN由一个电压V1跳变到另一电压V2，可得到第一运算放大器11的输出电压是：VOUT2=VCOM-Cx’×(V2-V1)/C1。通过将未触摸和触摸时第一运算放大器11的输出电压数值进行比较，得到两次输出电压的差值，设定一个参考值，若差值大于参考值，即认为有触摸。这种方法采用电压传输方式检测互电容大小，对电压放大器的精度要求非常高。

同时，在进行人手触摸时，由于人体与检测系统未良好共地，导致存在共模噪声泄放电通路，因此电容式检测因其本身属于电气开放式检测（所有参考不是基于同一个地参考）而共模抑制能力较差。当进行人手触控时，由于人手靠近检测传感器而引起的自电容变化一般是互电容变化的10-100倍，共模噪声通过这个自电容耦合泄放，在一些共模噪声较差的放大器中，输入信噪比很容易降到1/1-1/10。同时，工艺演进和触控笔的使用，更是加剧了输入信噪比的恶化和提高了对检测信噪比的要求，为解决这些问题，如果采用降低放大器共模噪声和检测芯片自身进行ASP（Analog Signal Process，模拟信号处理）或DSP（Digital Signal Process，数字信号处理）滤波等方法会带来高的系统成本。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种互电容检测电路。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种互电容检测电路，包括：限流发射模块、与所述限流发射模块相连的第一电容以及与所述第一电容相连的接收模块；所述限流发射模块在时钟信号控制下使所述第一电容输出正负交替的电流信号，所述第一电容将所述电流信号传输给所述接收模块；所述接收模块根据所述第一电容输出电流信号的幅值大小输出数字电平脉冲信号，所述数字电平脉冲信号的宽度与所述第一电容输出电流信号的幅值大小正相关。本发明的互电容检测电路采用限流发射模块，降低了电流信号的幅度和带宽；采用电流对第一电容的电容值进行传输，与电压传输方式相比，降低了对放大器的带宽要求，更容易实现。

在本发明的一种优选实施例中，所述接收模块包括电流传输模块和ADC模块，所述ADC模块包括第二电容、比较器和计数器，所述电流传输模块将所述第一电容输出的电流整流后传输给所述第二电容的第一电极板，所述第二电容第一电极板的电压使比较器的输出电平翻转，所述计数器对所述翻转电平的宽度进行计数并输出相应宽度的数字电平脉冲信号。

本发明的ADC（Analog to Digital Converter，模数变换器）模块采用delta-sigma调制器结构，将ASP与ADC整合成一个整体，能够抑制共模噪声的影响，在低的输入信噪比情况下输出高的信噪比，提高了检测灵敏度，同时也带来了面积和功耗的节省，降低了系统成本。

在本发明的一种优选实施例中，所述限流发射模块包括电压放大器，所述电压放大器的输入端通过串联的第一开关和第一上拉电流源与工作电源相连，所述电压放大器的输入端还通过串联的第二开关和第一下拉电流源与地相连，第一时钟信号控制所述第一开关的开启与闭合，第二时钟信号控制所述第二开关的开启与闭合，所述第一时钟信号有效电平与第二时钟信号的有效电平不相重叠，所述电压放大器的输出端通过第三电容与其输入端相连。

本发明采用限流发射模块，降低了电流信号的幅度和带宽，降低了对后级电流放大器的摆幅和带宽要求。通过连接上拉电流源和下拉电流源，以及在不相重叠的第一时钟信号和第二时钟信号控制下，电压放大器输出高低电平周期变化的电压，使第一电容输出正负交替的电流。