[发明专利]准差分互电容测量

说明书

描述了用于将互电容转换为数字值的电路、系统和方法。在交替充电和放电循环期间，电荷包从互电容传递到一对积分电容器。作为单斜率模数转换器(ADC)，测量用电流源将放电的积分电容器置于与充电的积分电容器相同电位所需的时间。ADC的输出代表了该互电容。

相关申请

本申请为于2017年1月12日提交的美国专利申请第15/405,047号的国际申请，其要求于2016年1月15日提交的美国临时专利申请第62/279,078号的权益，其全部整体上通过引用并入本文。

技术领域

本公开一般涉及感测系统，并且更具体地涉及可配置为测量自电容或将互电容转换为表示该电容的数字值的电容感测系统。

背景技术

电容感测系统可以感测电极上产生的、反映电容改变的电信号。电容的这种改变可以指示触摸事件(即，物体与特定电极的接近)。电容感测元件可以用来代替机械按钮、旋钮和其他类似的机械用户接口控件。电容感测元件的使用允许消除复杂的机械开关和按钮，在恶劣条件下提供可靠的操作。另外，电容感测元件被广泛用于现代消费者应用，为现存产品提供新的用户接口选项。电容感测元件的范围可以是从单个按钮到用于触摸感测表面的以电容感测阵列形式布置的许多个按钮。

电容感测元件阵列通过测量电容感测元件的电容以及寻找指示导电物体的触摸或存在的电容增量(改变)来工作。当导电物体(例如，手指、手或其他物体)与电容感测元件接触或靠近时，电容改变并且导电物体被检测到。电容触摸感测元件的电容改变可以由电路来测量。电路将测量的电容感测元件的电容转换成数字值。

有两种典型的电容类型：1)互电容，其中电容感测电路接入电容器的两个电极；2)自电容，其中电容感测电路仅接入电容器的一个电极，其中第二电极连接到DC电压电平或者寄生耦接到地。触摸面板具有(1)和(2)两种类型的电容的分布负载，并且一些触摸解决方案唯一地或使用各种感测模式以混合形式感测这两种电容。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供一种互电容测量方法。该方法包括：在初始化阶段，将第一积分电容器和第二积分电容器充电到第一电压；在积分阶段，向所述第一积分电容器提供负电荷包并向所述第二积分电容器提供正电荷包，其中所述负电荷包和所述正电荷包来源于互电容和施加到所述互电容的发送信号；在数字化阶段：开始时间测量逻辑块的计时器，对所述第一积分电容器充电，直到所述第一积分电容器两端的电压基本上等于所述第二积分电容器两端的电压，以及停止所述时间测量逻辑块的计时器，其中所述计时器的值代表所述互电容；以及将所述数字化阶段的输出提供给处理单元。

根据本公开的另一个方面，提供一种互电容测量电路。该互电容测量电路包括：第一积分电容器，耦接到比较器的第一输入；第二积分电容器，耦接到比较器的第二输入；参考电压，可操作地耦接到所述第一积分电容器和所述第二积分电容器，所述参考电压用于在初始化阶段期间重置所述第一积分电容器和所述第二积分电容器上的电压；接收引脚，耦接到互电容的第一电极，所述接收引脚用于在积分阶段期间接收正电荷包和负电荷包，所述正电荷包和所述负电荷包分别施加到所述第二积分电容器和所述第一积分电容器；第一电流源，耦接到所述第一积分电容器，所述第一电流源用于在数字化阶段期间对所述第一积分电容器充电，直到所述第一积分电容器上的电压基本上等于所述第二积分电容器上的电压；以及时间测量逻辑，在数字化阶段期间耦接到所述比较器的输出并且控制所述比较器的输出，所述比较器的输出来源于所述第一积分电容器和所述第二积分电容器两端的电压，其中所述时间测量逻辑的输出是表示所述互电容的数字值。