[实用新型]采用电荷补偿的互电容感测电路

说明书

技术领域

本实用新型属于电子电路及感测技术领域，具体涉及一种互电容感测电路。

背景技术

电容触摸技术，特别是互电容触摸技术由于其定位直接、准确，操控流畅、时尚等特点，在人机交互中得到越来越多的应用，以此为基础的ITO电容触摸屏更是成为智能手机、平板电脑等手持设备的标准输入配置。

传统的互电容感测方法，通过被测电容上的电荷转移并利用运算放大器得到一个与被测电容大小相关的电压值，之后用8位（或更高精度）的快速模数转换器（ADC）将其转换成数字量，再通过数字处理来达到互电容测量和触摸侦测的目的。其中的高精度快速模数转换器（ADC）往往被多个通道共享，以用来对多路电压值进行采样转换。

传统的互电容感测方法，其电路的核心包括一个开关电容运算放大器和一个高精度的快速模数转换器（ADC）。在该电路结构中，由于高精度快速模数转换器（ADC）的存在，除导致设计复杂、芯片面积较大、动态功耗较高外，模数转换器（ADC）的共享也往往成为快速互电容转换的瓶颈。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种互电容感测的低功耗方案，用于对外部被测电容的大小（或变化）进行测量，并且具有成本低、结构简单的特点。结合图1所示，实现上述目的的技术方案如下：

一种采用电荷补偿的互电容感测电路，其特征在于，包括：

被测电容Cm，其第一端连接驱动电路⑥，第二端连接采样控制电路①的输入；

驱动电路⑥，在采样控制电路进行采样时，施加脉冲驱动信号Vin给被测电容Cm的第一端；

采样控制电路①，其第一端连接被测电容Cm的第二端，第二端连接基准电位电压V_REF0，第三端连接电荷补偿控制模块③；用于将被测电容Cm第二端初始化到基准电位V_REF0，还用于采样时将被测电容Cm上的电荷注入给电荷补偿控制模块③；

恒流补偿模块②，受控下以恒定速率提供补偿电荷给电荷补偿控制模块③，对由被测电容Cm注入电荷补偿控制模块③的电荷进行补偿；

电荷补偿控制模块③，初始化到工作零点后接收通过采样控制电路①注入的被测电容Cm上的电荷同时输出偏离零点，或者接收恒流补偿模块②提供的补偿电荷同时输出回归零点；

过零检测模块④，连接电荷补偿控制模块③的输出，并根据电荷补偿控制模块③的输出产生反转信号；及

时间记录模块⑤，连接过零检测模块④的输出，记录由恒流源开始补偿至所述反转信号的时间周期。

作为具体的技术方案，所述的驱动电路⑥为一个方波产生电路。

作为具体的技术方案，所述采样控制电路①由初始化开关和采样开关构成，通过闭合初始化开关将被测电容Cm的第二端连接并初始化到基准电位电压V_REF0，通过闭合采样开关将使被测电容Cm的第二端连接电荷补偿控制模块③的输入并注入耦合电荷。

作为具体的技术方案，所述恒流补偿模块②由一恒流源和其控制开关组成，控制开关的开合用于控制利用该恒流源进行电荷补偿的时间。

作为具体的技术方案，所述恒流源是一个恒定电流源、或者是一个固定频率的开关电容电路、或者是一个串接的电阻。

作为具体的技术方案，所述的电荷补偿控制模块③由第一运算放大器OPA、积分电容C_INT和复位开关构成；第一运算放大器OPA的输入端连接采样控制电路的输出，积分电容C_INT和复位开关跨接第一运算放大器OPA的正输入端-V_ERF0；复位开关用于在采样补偿前将第一运算放大器OPA的输入端-输出端电压初始化至V_REF0，当被测电容Cm的第二端连接至电荷补偿控制模块③的输入时，由驱动信号耦合的电荷将转移到积分电容C_INT上，且第一运算放大器OPA的输出偏离初始值V_REF0。

作为具体的技术方案，所述过零检测模块④由一个第二运算放大器CMP构成，其第一端连接至基准电压V_REF1，第二端连接至电荷补偿控制模块③的输出，用于在电荷补偿阶段对电荷补偿控制模块③的输出进行过V_REF1点监测，当电荷补偿控制模块③的输出跨过V_REF1时，过零检测模块④的输出反转。

作为具体的技术方案，所述时间记录模块⑤由数字计数器构成，并以过零检测模块④的输出作为输入，用于记录从恒流源开始补偿到过零检测模块④输出反转整个过程的时间。