CN103475352A

CN103475352A - 电容触摸按键的检测电路

Info

Publication number: CN103475352A
Application number: CN2013104049402A
Authority: CN
Inventors: 谭迁宁
Original assignee: Chipsea Technologies Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Chipsea Technologies Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: CN103475352B

Abstract

本发明公开了一种电容触摸按键的检测电路。包括一用于对按键进行检测的检测模块，及用于接收检测模块输出信号的处理模块；检测模块包括用于感应人体触摸的第一电容，用于提供参考电压的第二电容，以及反相比例放大电路。其中，第一电容的正极连接至反相比例放大电路的第一输入端，第二电容的正极连接至反相比例放大电路的第二输入端；反相比例放大电路将第一电容与第二电容的电压差值进行放大，并输出一电压值至处理模块。反相比例放大电路将两电压值进行差分放大。差分放大后，抵消了第一电容与第二电容因工作环境干扰所引起的电压变化量，排除了工作环境对检测结果的干扰。从而有效降低了检测电路误判和误检的概率。

Description

电容触摸按键的检测电路

技术领域

本发明涉及电子检测技术领域，特别涉及一种电容触摸按键的检测电路。

背景技术

触摸是目前最直观、最方便、最符合人类行为习惯的输入方式，与传统的机械式按键相比，电容式触摸感应按键传感器结构简单、成本低，无需特殊元件，仅使用简单的PCB图形便可实现按键。主流的电容触摸检测技术有电荷转移技术、RC振荡器技术、阻抗测试技术等多种。在实际应用中，上述检测技术对温度、湿度、表面玷污以及电磁干扰等环境变化所引起的误检和误判概率高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电容触摸按键的检测电路，旨在降低温度、湿度、表面玷污以及电磁干扰等环境变化所引起的误检和误判的概率。

为了实现上述目的，本发明提供一种电容触摸按键的检测电路，该检测电路包括一用于对按键进行检测的检测模块，及用于接收检测模块输出信号的处理模块；所述检测模块包括用于感应人体触摸的第一电容，用于提供参考电压的第二电容，以及反相比例放大电路，其中，所述第一电容的正极连接至反相比例放大电路的第一输入端，所述第二电容的正极连接至反相比例放大电路的第二输入端；所述反相比例放大电路将第一电容与第二电容的电压差值进行比较放大，并输出一电压值至所述处理模块。

优选地，所述检测模块还包括用于为所述第一电容充电的第一供电电路，和用于为所述第二电容充电的第二供电电路，其中，所述第一供电电路的输入端和第二供电电路的输入端连接至外部直流电源，所述第一供电电路的输出端连接至第一电容的正极，所述第二供电电路的输出端连接至第二电容的正极。

优选地，所述第一供电电路包括第一电流源，所述第一电流源的输入端与外部直流电源连接，输出端与第一电容的正极连接；所述第二供电电路包括第二电流源，所述第二电流源的输入端与外部直流电源连接，输出端与第二电容的正极连接。

优选地，所述检测模块还包括充电控制电路，所述充电控制电路包括第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路，其中，所述第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路均与外部交流电源连接；当外部交流电源为低电平时，所述第二开关电路与第三开关电路断开，所述第一开关电路导通并使所述第一电流源与外部直流电源导通，所述第一电源对第一电容充电，所述第二电源对第二电容充电；当外部交流电源为高电平时，所述第一开关电路断开，所述第二开关电路与第三开关电路导通，所述第一电容与第二电容放电。

优选地，所述检测模块还包括采样保持电路，所述采样保持电路的输入端与所述反相比例放大电路的输出端连接，所述采样保持电路的输出端连接至所述处理模块；所述采样保持电路对反相比例放大电路的输出信号进行采样并进行存储，并发送至所述处理模块。

优选地，所述采样保持电路包括第一传输门电路和用于对采样到的电压值进行存储的第三电容，所述第一传输门电路包括第一控制端、第二控制端、输入端以及输出端，其中，所述外部交流电源与所述第一控制端连接，所述外部交流电源经反相器与所述第二控制端连接，所述第一传输门电路的输入端与所述反相比例放大电路的输出端连接，所述第一传输门电路的输出端与所述第三电容和所述处理模块的输入端连接；所述外部交流电源控制第一传输门电路导通，第一传输门电路对所述反相比例放大电路输出的电压进行采样并存储至所述第三电容，所述第三电容存储的电压值输出至所述处理模块。优选地，所述检测模块还包括用于提高电压驱动能力的第一放大电路和第二放大电路；其中，所述第一放大电路的输入端与所述第一电容的正极连接，输出端与所述反相比例放大电路的第一输入端连接；所述第二放大电路的输入端与所述第二电容的正极连接，输出端与所述反相比例放大电路的第二输入端连接。

优选地，所述第一放大电路和第二放大电路为缓冲器电路，所述缓冲器电路包括第一P型MOS管和第一N型MOS管，其中，所述第一P型MOS管的源极与外部直流电源连接，所述第一P型MOS管的漏极与所述第一N型MOS管的漏极连接并作为输出端，第一P型MOS管的栅极连接至第一N型MOS管的栅极并作为输入端；所述第一N型MOS管的源极接地。

优选地，所述反相比例放大电路包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻，其中，所述第一电阻一端连接至运算放大器的正输入端，另一端作为反相比例放大电路的第一输入端；所述第二电阻一端连接至运算放大器的负输入端，另一端作为反相比例放大电路的第二输入端；所述运算放大器的正输入端经第三电阻接地；所述第四电阻一端连接至运算放大器的负输入端，另一端连接至运算放大器的输出端并作为反相比例放大电路的输出端。

本发明通过设置用于感应人体触摸的第一电容、用于参考的第二电容以及反相比例放大电路。两电容置于相同的工作环境，随着工作环境的变化，两电容产生相同的电压变化量。第一电容的电压值与第二电容的电压值输出至反相比例放大电路。反相比例放大电路将两电压差值放大。差分放大后，抵消了第一电容与第二电容因工作环境干扰所引起的电压差，排除了工作环境对检测结果的干扰。从而有效降低了检测电路误判和误检的概率。

附图说明

图1为本发明电容触摸按键的检测电路一实施例的结构示意图；

图2为图1中的第一放大电路及第二放大电路一实施例的结构示意图；

图3为图1中的反相比例放大电路一实施例的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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。

本发明提供电容触摸按键的检测电路。

参照图1，图1为本发明电容触摸按键的检测电路一实施例的结构示意图。本实施例提供的电容触摸按键的检测电路，包括一用于对按键进行检测的检测模块1，及用于接收检测模块1输出信号的处理模块2。检测模块1包括用于感应人体触摸的第一电容C1，用于提供参考电压的第二电容C2，以及反相比例放大电路11。其中，第一电容C1的正极连接至反相比例放大电路11的第一输入端，第二电容C2的正极连接至反相比例放大电路11的第二输入端。反相比例放大电路11将第一电容C1的电压与第二电容C2的的电压差值进行比较放大，并输出一电压值至处理模块2。

在本实施例中，当人触摸电容触摸按键时，第一电容C1的容值变大。具体为第一电容C1本身的容值加上人体电容的容值（5～10pF）。本方案同时设置有第二电容C2，第二电容C2作为参考电容，其容值不随人触摸电容触摸按键而变化。应当说明的是，第一电容C1与第二电容C2处于同一工作环境，且第一电容C1与第二电容C2的容值均受工作环境的影响，如温度、湿度、玷污或者电磁干扰都有可能导致上述电容的容值变化。优选地，第一电容C1与第二电容C2的电容参数相等，从而有效地保证了受到相同的工作环境干扰时，第一电容C1和第二电容C2所产生的电压变化量相等。在本实施例中，将第一电容C1的电压值与第二电容C2的电压值输出至反相比例放大电路11。反相比例放大电路11将两电压值差分放大，得到检测结果。具体原理如下：

人触摸电容触摸按键时，第二电容C2的容值不变，第一电容C1的容值变大，从而导致第一电容C1的充电速度变慢，其在单位时间里的电压变化量较小。第一电容C1与第二电容C2的充电电流相等，使得相等的时间内，第一电容C1的电压变化量小于第二电容C2的电压变化量，从而使得第一电容C1与第二电容C2的差值变大。第一电容C1与反相比例放大电路11的第一输入端连接，第二电容C2与反相比例放大电路11的第二输入端连接。反相比例放大电路11对两个输入电压的差值进行反相放大，输出电压值至处理模块2。处理模块2对输入的电压值进行判断并执行相应的命令。当第一电容C1与第二电容C2受到工作环境的干扰时，第一电容C1与第二电容C2的容值将同时变大或者变小，即第一电容C1因工作环境干扰所增加或减小的电压与第二电容C2因工作环境干扰所增加或减小的电压始终相等。反相比例放大电路11将第一电容C1与第二电容C2因工作环境干扰所引起的电压值相互抵消（即差值为零）。因此，工作环境的干扰不会对反相比例放大电路11输出的电压值产生影响。从而排除了工作环境对电容触摸按键的干扰。

本发明通过设置用于感应人体触摸的第一电容C1、用于参考的第二电容C2以及反相比例放大电路11。两电容置于相同的工作环境，随着工作环境的变化，两电容产生相同的电压变化量。第一电容C1的电压值与第二电容C2的电压值输出至反相比例放大电路11。反相比例放大电路11将两电压差值放大。差分放大后，抵消了第一电容C1与第二电容C2因工作环境干扰所引起的电压差，排除了工作环境对检测结果的干扰。从而有效降低了检测电路误判和误检的概率。

进一步地，检测模块1还包括用于为第一电容C1充电的第一供电电路12，和用于为第二电容C2充电的第二供电电路13。其中，第一供电电路12的输入端和第二供电电路13的输入端连接至外部直流电源VDD，第一供电电路12的输出端连接至第一电容C1的正极，第二供电电路13的输出端连接至第二电容C2的正极。

应当说明的是，第一供电电路12为第一电容C1提供恒定的电流，并为第一电容C1供电。第二供电电路13为第二电容C2提供恒定的电流，并为第二电容C2供电。进一步说明，第一供电电路12和第二供电电路13可以设置为多种方式，只要实现为第一电容C1和第二电容C2提供恒定的电流即可。以下列举两个实施例。

第一实施例，第一供电电路12包括第一电流源I1，第一电流源I1的输入端与外部直流电源VDD连接，第一电流源I1的输出端与第一电容C1的正极连接。外部直流电源VDD为第一电流源I1供电，第一电流源I1将输出恒定的电流至第一电容C1，为第一电容C1充电。第二供电电路13包括第二电流源I2，第二电流源I2的输入端与外部直流电源VDD连接，输出端与第二电容C2的正极连接。外部直流电源VDD为第二电流源I2供电，第二电流源I2输出恒定的电流至第二电容C2，为第二电容C2充电。应当说明的是，上述外部直流电源VDD的电压值范围为1.8～5V。

第二实施例，第一供电电路12包括第一电阻，第一电阻的一端与外部直流电源VDD连接，另一端与第一电容C1的正极连接。外部直流电源VDD经第一电阻，为第一电容C1提供恒定的电流进行充电。第二供电电路13包括第二电阻，第二电阻的一端与外部直流电源VDD连接，另一端与第二电容C2的正极连接。外部直流电源VDD经第二电阻，为第二电容C2提供恒定的电流进行充电。应当说明的是，为使得两电容的充电电流相等，设置第一电阻R1的阻值与第二电阻R2的阻值相等。

进一步地，检测模块1还包括充电控制电路14，充电控制电路14包括第一开关电路141、第二开关电路142以及第三开关电路143；所述第一开关电路141、第二开关电路142以及第三开关电路143均与外部交流电源Vin连接。当外部交流电源Vin为低电平时，第二开关电路142与第三开关电路143断开，第一开关电路141导通并使第一电流源I1与外部直流电源VDD导通，第一电源I1对第一电容C1充电，第二电源I2对第二电容C2充电。当外部交流电源Vin为高电平时，第一开关电路141断开，第二开关电路142与第三开关电路143导通，第一电容C1与第二电容C2放电。

应当说明的是，第一开关电路141在外部交流电源Vin为高电平时断开，低电平时导通。具体实施方式视实际情况而定，只要能实现以上功能均在本方案的保护范围内。同理，第二开关电路142与第三开关电路143亦同。以下列举充电控制电路的两个实施例。

第一实施例，第一开关电路141为第二P型MOS管P2，第二开关电路142为第二N型MOS管N2以及第三开关电路143为第三N型MOS管N3；第二P型MOS管P2的漏极与外部直流电源VDD连接，源极与第一电流源I1的输入端和第二电流源I2的输入端连接，栅极与第二N型MOS管N2、第三N型MOS管N3的栅极和外部交流电源Vin连接；第二N型MOS管N2的漏极连接至第一电容C1的正极，源极接地GND；第三N型MOS管N3的漏极连接至第二电容C2的正极，源极接地GND。当外部交流电源Vin为低电平时，第二P型MOS管P2导通，第二N型MOS管N2与第三N型MOS管N3断开，第一电流源I1对第一电容C1充电，第二电流源I2对第二电容C2充电。当外部交流电源Vin为高电平时，第二P型MOS管P2断开，第二N型MOS管N2与第三N型MOS管N3导通，第一电容C1对地放电，第二电容C2对地放电。以上电路实现了通过外部交流电源Vin对第一电容C1与第二电容C2充电与放电的控制。

第二实施例，第一开关电路141为第二传输门电路、第二开关电路142为第三传输门电路以及第三开关电路143为第四传输门电路。应当说明的是，以上所提及的传输门电路均包括两个控制端：第一控制端和第二控制端。外部交流电源Vin与第二传输门电路的第一控制端连接，外部交流电源Vin经反相器Inv与第二传输门电路的第二控制端连接。第二传输门电路的输入端与外部直流电源VDD连接，输出端与第一电流源I1连接。外部交流电源Vin与第三传输门电路的第一控制端连接，外部交流电源Vin经反相器Inv与第三传输门电路的第二控制端连接。第三传输门电路的输入端连接至第一电流源I1，输出端接地GND。外部交流电源Vin与第四传输门电路的第一控制端连接。外部交流电源Vin经反相器Inv与第四传输门电路的第二控制端连接。第四传输门电路的输入端连接至第二电流源I2，输出端接地GND。当外部交流电源Vin为低电平时，第二传输门电路导通，第三传输门电路与第四传输门电路断开。第一电流源I1与第二电流源I2均与外部直流电源VDD连接，从而使得第一电流源I1对第一电容C1充电，第二电流源I2对第二电容C2充电。当外部交流电源Vin为高电平时，第二传输门电路断开，第三传输门电路与第四传输门电路导通，从而使得第一电流源I1与第二电流源I2接地GND并使得第一电容C1与第二电容C2放电。以上电路实现了通过外部交流电源Vin对第一电容C1与第二电容C2充电与放电的控制。

进一步地，检测模块1还包括采样保持电路15，采样保持电路15的输入端与反相比例放大电路11的输出端连接，采样保持电路15的输出端连接至处理模块2；采样保持电路15对反相比例放大电路11的输出信号进行采样并进行存储，并发送至处理模块2。

在本实施例中，采样保持电路15对反相比例放大电路11输出的电压值进行采样，并进一步存储，然后发送至处理模块2，处理模块2再对接收到的电压值进一步处理。

具体地，采样保持电路15包括第一传输门电路T1和用于对采样到的电压值进行存储的第三电容C3，第一传输门电路T1包括第一控制端、第二控制端、输入端以及输出端。其中，外部交流电源Vin与第一控制端连接，外部交流电源Vin经反相器Inv与第二控制端连接。第一传输门电路T1的输入端与反相比例放大电路的输出端连接，第一传输门电路T1的输出端与第三电容C3和所述处理模块的输入端连接；外部交流电源Vin控制第一传输门电路T1导通，第一传输门电路T1对反相比例放大电路输出的电压进行采样并存储至第三电容C3，第三电容C3存储的电压值输出至处理模块。

在本实施例中，当外部交流电源Vin为低电平时，第一传输门电路T1导通，第一传输门电路T1的输入端电压将等于输出端电压。第一传输门电路T1的输入端与反相比例放大电路11的输出端连接，因此第一传输门电路T1输出端的电压与反相比例放大电路11输出端的电压相等。从而实现了第一传输门电路T1对反相比例放大电路11的信号采集。第三电容C3与第一传输门电路T1的输出端连接，当第一传输门电路T1导通时，第三电容C3将对第一传输门电路T1输出电压进行存储。第三电容C3存储的电压值发送至处理模块2，处理模块2再进行分析处理，执行相应的命令。

进一步地，检测模块1还包括用于提高电压驱动能力的第一放大电路16和第二放大电路17。其中，第一放大电路16的输入端与第一电容C1的正极连接，输出端与反相比例放大电路11的第一输入端连接。第一放大电路16对第一电容C1的电压值进行放大，并将放大后的电压值输出至反相比例放大电路11，从而提高了输入至反相比例放大电路11的驱动能力。第二放大电路17的输入端与第二电容C2的正极连接，输出端与反相比例放大电路11的第二输入端连接。第二放大电路17对第二电容C2的电压值进行放大，并将放大后的电压值输出至反相比例放大电路11，从而提高了输入至反相比例放大电路11的驱动能力。

结合参照图2，图2为图1中的第一放大电路及第二放大电路一实施例的结构示意图。基于上述实施例，具体地，第一放大电路16和第二放大电路17可以有多种实施方式，只要实现对输入至反相比例放大电路11第一输入端与第二输入端的电压值进行放大即可。在本实施例中，第一放大电路16和第二放大电路17为缓冲器电路，缓冲器电路包括第一P型MOS管P1和第一N型MOS管N1；第一P型MOS管P1的源极与外部直流电源VDD连接，第一P型MOS管P1的漏极与第一N型MOS管N1的漏极连接并作为输出端Vout，第一P型MOS管P1的栅极连接至第一N型MOS管N1的栅极并作为输入端Vin；第一N型MOS管N1的源极接地GND。

结合参照图3，图3为图1中的反相比例放大电路一实施例的结构示意图。具体地，反相比例放大电路11包括运算放大器AMP、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5以及第六电阻R6，第三电阻R3的一端连接至运算放大器AMP的正输入端，另一端作为反相比例放大电路11的第一输入端；第四电阻R4一端连接至运算放大器AMP的负输入端，另一端作为反相比例放大电路11的第二输入端；运算放大器AMP的正输入端经第五电阻R5接地GND；第六电阻R6一端连接至运算放大器AMP的负输入端，另一端连接至运算放大器AMP的输出端并作为反相比例放大电路11的输出端。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种电容触摸按键的检测电路，包括一用于对按键进行检测的检测模块，及用于接收检测模块输出信号的处理模块；其特征在于，所述检测模块包括用于感应人体触摸的第一电容，用于提供参考电压的第二电容，以及反相比例放大电路，其中，所述第一电容的正极连接至反相比例放大电路的第一输入端，所述第二电容的正极连接至反相比例放大电路的第二输入端；所述反相比例放大电路将第一电容与第二电容的电压差值进行比较放大，并输出一电压值至所述处理模块。

2.如权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述检测模块还包括用于为所述第一电容充电的第一供电电路，和用于为所述第二电容充电的第二供电电路，其中，所述第一供电电路的输入端和第二供电电路的输入端连接至外部直流电源，所述第一供电电路的输出端连接至第一电容的正极，所述第二供电电路的输出端连接至第二电容的正极。

3.如权利要求2所述的检测电路，其特征在于，所述第一供电电路包括第一电流源，所述第一电流源的输入端与外部直流电源连接，输出端与第一电容的正极连接；所述第二供电电路包括第二电流源，所述第二电流源的输入端与外部直流电源连接，输出端与第二电容的正极连接。

4.如权利要求3所述的检测电路，其特征在于，所述检测模块还包括充电控制电路，所述充电控制电路包括第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路，其中，所述第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路均与外部交流电源连接；当外部交流电源为低电平时，所述第二开关电路与第三开关电路断开，所述第一开关电路导通并使所述第一电流源与外部直流电源导通，所述第一电源对第一电容充电，所述第二电源对第二电容充电；当外部交流电源为高电平时，所述第一开关电路断开，所述第二开关电路与第三开关电路导通，所述第一电容与第二电容放电。

5.如权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述检测模块还包括采样保持电路，所述采样保持电路的输入端与所述反相比例放大电路的输出端连接，所述采样保持电路的输出端连接至所述处理模块；所述采样保持电路对反相比例放大电路的输出信号进行采样并进行存储，并发送至所述处理模块。

6.如权利要求5所述的检测电路，其特征在于，所述采样保持电路包括第一传输门电路和用于对采样到的电压值进行存储的第三电容，所述第一传输门电路包括第一控制端、第二控制端、输入端以及输出端，其中，所述外部交流电源与所述第一控制端连接，所述外部交流电源经反相器与所述第二控制端连接，所述第一传输门电路的输入端与所述反相比例放大电路的输出端连接，所述第一传输门电路的输出端与所述第三电容和所述处理模块的输入端连接；所述外部交流电源控制第一传输门电路导通，第一传输门电路对所述反相比例放大电路输出的电压进行采样并存储至所述第三电容，所述第三电容存储的电压值输出至所述处理模块。

7.如权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述检测模块还包括用于提高电压驱动能力的第一放大电路和第二放大电路；其中，所述第一放大电路的输入端与所述第一电容的正极连接，输出端与所述反相比例放大电路的第一输入端连接；所述第二放大电路的输入端与所述第二电容的正极连接，输出端与所述反相比例放大电路的第二输入端连接。

8.如权利要求7所述的检测电路，其特征在于，所述第一放大电路和第二放大电路为缓冲器电路，所述缓冲器电路包括第一P型MOS管和第一N型MOS管，其中，所述第一P型MOS管的源极与外部直流电源连接，所述第一P型MOS管的漏极与所述第一N型MOS管的漏极连接并作为输出端，第一P型MOS管的栅极连接至第一N型MOS管的栅极并作为输入端；所述第一N型MOS管的源极接地。

9.如权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述反相比例放大电路包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻，其中，所述第一电阻一端连接至运算放大器的正输入端，另一端作为反相比例放大电路的第一输入端；所述第二电阻一端连接至运算放大器的负输入端，另一端作为反相比例放大电路的第二输入端；所述运算放大器的正输入端经第三电阻接地；所述第四电阻一端连接至运算放大器的负输入端，另一端连接至运算放大器的输出端并作为反相比例放大电路的输出端。