CN102541367A - 一种电容式触控检测电路、检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容式触控检测电路，用于检测被测电容的变化量，包括：恒压源，用于给被测电容充电；第一开关，用于控制被测电容的充电时间，恒压源、第一开关、被测电容串联；第一控制电路，用于控制所述第一开关的导通和断开的时间；补偿模块，用于将被测电容的电量降低一预定电量；放大模块，用于将降低了电量的被测电容电压放大；还提供相应的检测装置及检测方法。本发明通过补偿模块将被测电容的电量降低一预定电量后，再通过放大模块进行放大，由于被测电容的电量降低，进而其上的电压降低，使得被测电容上的电容变化量相对于没有补偿模块时的电容变化量增大，进而检测电路提高灵敏度。

Description

一种电容式触控检测电路、检测装置及其检测方法

技术领域

 本发明涉及一种触控检测技术领域，尤其涉及一种电容式触控检测电路、检测装置及其检测方法。

背景技术

现有电容式触控装置检测方法，有基于自电容检测和互电容检测两种基本方案，两种基本方案都是通过检测有导体（如人的手指）靠近容性触摸装置所引起的微小电容变化来实现识别操作的。而一般情况下，由导体靠近装置所引起的电容变化量远小于装置所具有的被测电容的大小，这些被测电容包括屏幕自身所具有的自电容，屏幕寄生电容。由于被测电容的存在，限制了检测电路的有效检测范围，从而限制了对微小电容变化检测灵敏度的提高。

被测电容对有效检测范围的限制可以解释为，由于导体（如人的手指）靠近容性触摸装置所引起的微小电容变化量一般远小于装置所具有的被测电容，即使这个变化量大到装置所具有的被测电容30%，那么，在充分利用的情况下，现有方案也会有70%的输出被被测电容所消耗掉，所以检测电路的灵敏度成为需要解决的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是现有技术中导体靠近容性触摸装置时，电容变化量较被测电容变化较小，检测灵敏度较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种电容式触控检测电路，用于检测被测电容的变化量，包括：恒压源，用于给被测电容充电；第一开关，用于控制被测电容的充电时间；补偿模块，用于将被测电容的电量降低一预定电量；放大模块，用于将降低了电量的被测电容电压放大。

本发明还提供一种电容式触控检测装置，包括：被测电容；恒压源，用于给被测电容充电；第一开关，用于控制被测电容的充电时间，恒压源、第一开关、被测电容串联；第一控制电路，用于控制所述第一开关的导通和断开的时间；补偿模块，用于将被测电容的电量降低一预定电量；放大模块，用于将降低了电量的被测电容电压放大。

本发明还提供另一种电容式触控检测方法，包括以下步骤：步骤一：利用恒压源给被测电容充电，被测电容的充电时间为第一控制电路控制第一开关的导通时间；步骤二：第一开关断开后，利用补偿电路将被测电容的电量降低一预定电量；步骤三：利用放大模块将降低了电量的被测电容电压放大输出。

与现有技术相比本发明具有如下有益效果：本发明实施例提供的电容式触控检测电路、检测装置及其检测方法，通过补偿模块将被测电容的电量降低一预定电量后，再通过放大模块进行放大，由于被测电容的电量降低，进而其上的电压降低，使得被测电容上的电容变化量相对于没有补偿模块时的电容变化量增大，进而检测电路提高灵敏度。

附图说明

图1是本发明实施例电容式触控检测电路原理框图。

图2是本发明实施例电容式触控检测电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例电容式触控检测电路原理框图；一种电容式触控检测电路，用于检测被测电容的变化量，包括：恒压源VTX，用于给被测电容充电；第一开关S1，用于控制被测电容的充电时间，恒压源VTX、第一开关S1、被测电容依次串联；第一控制电路20，用于控制所述第一开关的导通和断开的时间；补偿模块10，用于将被测电容的电量降低一预定电量；放大模块11，用于将降低了电量的被测电容电压放大。本发明实施例提供的电容式触控检测电路，通过补偿模块10将被测电容的电量降低一预定电量后，再通过放大模块11进行放大，由于被测电容的电量降低，进而其上的电压降低，使得被测电容上的电容变化量相对于没有补偿模块时的电容变化量增大，进而检测电路提高灵敏度。

图2是本发明实施例电容式触控检测电路原理图；在图1的基础上，补偿模块10包括比较器U1、第二控制电路101、补偿电容C0、第三电阻R3、第三开关S3、第二开关S2；所述比较器U1的第一输入端连接参考电压，比较器U1的第二输入端通过补偿电容与地信号连接，比较器U1的输出端通过第二控制电路101与第三开关S3的控制端连接；第二开关S2、第三电阻R3、第三开关S3依次串联后连接被测电容和比较器的第二输入端。补偿模块10还包括第四开关S4，所述第四开关S4与补偿电容C0并联，所述第一控制电路20控制第四开关S4的导通和断开。比较器U1的第一输入端为正输入端，比较器U1的第二输入端为负输入端。在图1的基础上，放大模块11包括运算放大器U2、第一电阻R1和第二电阻R2；所述第一电阻R1和第二电阻R2串联后连接运算放大器U2的输出端和地信号，所述运算放大器U2的第一输入端连接第二开关S2和第三电阻R3串联的节点，运算放大器U2的第二输入端连接第一电阻R1和第二电阻R2串联的节点。运算放大器U2的第一输入端为正输入端，运算放大器U2的第二输入端为负输入端。

    补偿模块10通过转移走一定量的电量，来补偿被测电容引起的影响，这样导体靠近容性触摸装置所引起的电量变化相对被测电容引起的变化量增大。当第一控制电路20控制第一开关S1断开后，第二开关S2和第三开关S3导通，被测电容C1上的电量开始向补偿电容C0转移，以降低被测电容C1上极板节点A的电压直至到与节点B相同，通过设置比较器U1的参考电压Vref，可以使得补偿电容C0上的电压每次到达Vref后，就会因为比较器输出反向而断开第三开关S3，这样就转移了一部分电量到补偿电容C0的上极板上，相应被测电容C1上电量减少，节点B电压下降。这样可以通过控制Vref来实现不同的补偿程度。在完成一次补偿后，还可以第一控制电路20控制第四开关S4闭合，将补偿电容C0上的电量放掉来完成补偿电路的复位。

以下详述其工作原理：

恒压源VTX选用可控恒压源，可以通过对电容的恒流充电代替直接激励尖峰充电，有效抑制电路噪声。第一控制电路20通过控制第一开关S1和第二开关S2的导通和断开完成激励和检测过程，首先第一开关S1导通，第二开关S2断开时，恒压源给被测电容C1充电；充电完成后，第一控制电路20控制第一开关S1断开，第二开关S2导通，将被测电容C1上获得的电量转换为电压输出，从而测量出被测电容C1的大小。第一开关S1、第二开关S2的控制信号是两个不重叠的开关信号，可以依次控制第一开关S1、第二开关S2的导通和断开。然后通过补偿模块10将被测电容C1的电量降低一预定电量后，再通过放大模块11进行放大，由于被测电容C1的电量降低，进而其上的电压降低，使得被测电容上的电容变化量相对于没有补偿模块时的电容变化量增大，进而检测电路提高灵敏度。

下面以一具体实施例详述其工作原理：

电路开始工作前，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4断开。电路开始工作时，第一控制电路20控制第一开关S1导通，恒压源VTX(设恒压源大小为U1)给被测电容C1充电，向被测电容C1注入的电量为Q1=U1*C1，则节点A电压为被测电容C1上的电压U1。然后第一控制电路20控制第二开关S2导通，第三开关S3由第二控制电路101控制，第三开关S3导通，由于补偿电容C0上的电压为0，则节点B通过第三电阻R3向补偿电容C0充电，补偿电容C0上极板电压上升，当补偿电容C0上极板电压升到参考电压Vref时，由于比较器输出反向，经过第二控制电路101的控制，使得第三开关S3断开，一次补偿完成。这时由于被测电容C1原来的电量Q1中有一定的电量Qc=Vref*C0被转走，所以节点B的电压下降，这个电压就可以经过更大的放大增益输出。

如果需要做多次补偿，则在第三开关S3断开后，第一控制电路20控制第四开关S4导通，补偿电容C0上极板的电量Qc将泄放掉。然后控制第四开关S4断开，再由第二控制电路101控制第三开关S3，并且触发下一次补偿，直到第三开关S3在第二控制电路101的控制下再次断开。重复这个操作就可实现多次补偿。最后电路完成补偿功能后，还需要闭合第四开关S4、第三开关S3完成整个电路的复位。

以下举一具体实施例来说明本发明的详细工作原理：

假设电路的动态输出范围为3V，即输出电压VOUT最大为3V。

在被测电容C1无触摸时，第一开关S1导通后，设恒压源使节点A的电压为Vnotouch=0.5V，补偿电路10工作前，节点B电压为0.5V。补偿电路10工作后，由于固定的放掉了一定的电量Qc=Vref*C0，这样节点B的电压将下降，设下降为0.2V,则此时节点B的电压Vnotouch=0.5V-0.2V=0.3V。 

在被测电容C1有触摸时，设被测电容Ｃ１增大２５％，第一开关S1导通后，设恒压源使节点A的电压为Vnotouch=0.5V。补偿电路工作前，节点B电压为0.5V。补偿电路工作后，由于固定的放掉了一定的电量Qc=Vref*C0，节点B的电压将下降，这个电压下降不是线性的，假设下降了0.2/1.25=0.16V,则此时节点B的电压Vtouch=0.5V-0.16V=0.34V，受动态输出范围3V限制，增益最大设为3/0.34=8.8倍；这时无触摸的输出电压为0.3*8.8=2.64V，有触摸的输出电压为0.34*8.8=2.99V。在被测电容C1变化25%时，检测到的触摸变化量为2.99-2.64= 0.35V。

如果补偿加大，即如果无触摸时，补偿导致节点B电压下降0.4V，则节点B的电压Vnotouch=0.5V-0.4V=0.1V。有触摸时，相应节点B电压下降为Vtouch=0.5-(0.4/1.25)=0.18V, 受动态输出范围限制，增益最大约为3/0.18=16.6倍，这时无触摸的输出电压VOUT为0.1*16.6=1.66，有触摸的输出电压VOUT为0.18*16.6=2.99。在电容C1变化25%时，检测到的触摸变化量为2.99-1.66= 1.33V。

而如果不采用补偿机制的其他检测电路，在被测电容C1变化25%时，即使同样利用放大器的最大增益，其检测到的触摸变化量不可能大于其动态输出范围*25%，在动态输出范围为3V的情况下，这个检测到的触摸变化量不可能大于3*0.25=0.75V。而在上述实施例中的触摸变化量达到了1.33V，提高了电路的检测灵敏度。

放大模块11的增益越大，能把被测电容的变化量放大更大的倍数，从而提高检测灵敏度，但是由于被测电容的存在，被测电容引起的电压也会被等倍的放大，会消耗掉很大的输出电压范围。本发明实施例中加入补偿电路，那么可以通过补偿减小被测电容引起的电压，从而提高对输出电压范围的有效利用，显然，补偿越大，对被测电容的引起的电压减小就越大。

本发明实施例中如果调节补偿强度，有三种方法：

第一：可以调节参考电压Vref，由于Qc=Vref*C0，通过增大Vref就可以增大补偿，反之减小。 

第二：调节补偿电容C0，通过增大补偿电容C0就能增大补偿，反之减小。C0的调节，一种可行的方法是将补偿电容C0做成可开关选通连接的电容阵列。

第三：调节补偿次数，即引入总的补偿电量Qc_total=Qc*n，n为补偿次数；如果需要增大补偿时，可以增加补偿次数来使得输出的触摸变化量增大。这样增加补偿次数就可以增大补偿，反之减小。

   不同的容性触控装置具有不同的被测电容C1，为了达到更好的兼容效果，电路设计成具有校准配置的功能，即能根据不同的被测电容C1,通过调节补偿量以实现最佳输出电压。既可以通过以上三种方法调节补偿量，来得到最佳的输出电压。

本发明还提供一种电容式触控检测装置，请参阅图1，该装置包括：被测电容C1；恒压源VTX，用于给被测电容充电；第一开关S1，用于控制被测电容的充电时间，恒压源VTX、第一开关S1、被测电容依次串联；第一控制电路20，用于控制所述第一开关S1的导通和断开的时间；补偿模块10，用于将被测电容的电量降低一预定电量；放大模块11，用于将降低了电量的被测电容电压放大。其各部分电路、工作原理均与上述电容式触控检测电路中的各模块、工作原理基本相同，此处不再赘述。

本发明还提供另一种电容式触控检测方法，包括以下步骤：步骤一：利用恒压源给被测电容充电，被测电容的充电时间为第一控制电路控制第一开关的导通时间；步骤二：第一开关断开后，利用补偿电路将被测电容的电量降低一预定电量；步骤三：利用放大模块将降低了电量的被测电容电压放大输出。该方法基于前述提供的电容式检测电路及装置，通过补偿模块将被测电容的电量降低一预定电量后，再通过放大模块进行放大，由于被测电容的电量降低，进而其上的电压降低，使得被测电容上的电容变化量相对于没有补偿模块时的电容变化量增大，进而检测电路提高灵敏度。

    以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电容式触控检测电路，用于检测被测电容的变化量，其特征在于，包括：

恒压源，用于给被测电容充电；

第一开关，用于控制被测电容的充电时间，恒压源、第一开关、被测电容串联；

第一控制电路，用于控制所述第一开关的导通和断开的时间；

补偿模块，用于将被测电容的电量降低一预定电量；

放大模块，用于将降低了电量的被测电容电压放大。

2.根据权利要求1所述的电容式触控检测电路，其特征在于，补偿模块包括比较器、第二控制电路、补偿电容、第三电阻、第三开关、第二开关；所述比较器的第一输入端连接参考电压，比较器的第二输入端通过补偿电容与地信号连接，比较器的输出端通过第二控制电路与第三开关的控制端连接；第二开关、第三电阻、第三开关依次串联后连接被测电容和比较器的第二输入端；所述第一控制电路控制第二开关的导通和断开。

3.根据权利要求1或2所述的电容式触控检测电路，其特征在于，补偿模块还包括第四开关，所述第四开关与补偿电容并联，所述第一控制电路控制第四开关的导通和断开。

4.根据权利要求2所述的电容式触控检测电路，其特征在于，所述比较器的第一输入端为正输入端，所述比较器的第二输入端为负输入端。

5.根据权利要求1所述的电容式触控检测电路，其特征在于，所述放大模块包括运算放大器、第一电阻和第二电阻；所述第一电阻和第二电阻串联后连接运算放大器的输出端和地信号，所述运算放大器的第一输入端连接第二开关和第三电阻串联的节点，运算放大器的第二输入端连接第一电阻和第二电阻串联的节点。

6.根据权利要求5所述的电容式触控检测电路，其特征在于，所述运算放大器的第一输入端为正输入端，所述运算放大器的第二输入端为负输入端。

7.一种电容式触控检测装置，其特征在于，包括：

被测电容；

恒压源，用于给被测电容充电；

第一开关，用于控制被测电容的充电时间，恒压源、第一开关、被测电容串联；

第一控制电路，用于控制所述第一开关的导通和断开的时间；

补偿模块，用于将被测电容的电量降低一预定电量；

放大模块，用于将降低了电量的被测电容电压放大。

8.一种电容式触控检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：利用恒压源给被测电容充电，被测电容的充电时间为第一控制电路控制第一开关的导通时间；

步骤二：第一开关断开后，利用补偿电路将被测电容的电量降低一预定电量；

步骤三：利用放大模块将降低了电量的被测电容电压放大输出。

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