CN106598370A - 触摸检测电路及其触控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种触摸检测电路及其触控装置，所述触摸检测电路包括：基础电容；电压源，所述电压源用于为所述基础电容充电；运算放大器，所述运算放大器用于根据所述基础电容的变化量输出检测信号；以及第一电流源和第二电流源，所述第一电流源的第一端接收供电电压，所述第一电流源的第二端经由第四开关连接到所述运算放大器的反相输入端，所述第二电流源的第一端连接到所述运算放大器的反相输入端，所述第二电流源的第二端经由第五开关接地。由此可在提高触摸检测电路的灵敏度的同时实现芯片的小型化。
Description
技术领域
本发明涉及触控领域，更具体地，涉及一种触摸检测电路及其触控装置。
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述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电容以及屏幕寄生电容。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。
为解决这一技术问题，现有技术中常采用在原有触摸检测电路中增加补偿电容的方法，通过控制补偿电容的充电、放电过程，将被测电容的电量降低一预定电量，使得被测电容上的电容变化量相对于无补偿电容时的电容变化量增大，进而提高检测电路的灵敏度。但现有技术中补偿电容占用芯片面积较大，不利于芯片的小型化，且增加了芯片的制造成本。因而，在实现提高检测电路的灵敏度的基础上，实现芯片的小型化就成了本领域的技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种触摸检测电路及其触控设备，其可以在提高触摸检测电路检测灵敏度的基础上实现芯片的小型化。
为了解决上述技术问题，根据本发明的第一方面，提供一种触摸检测电路，包括：基础电容，所述基础电容的第一端连接至第二开关，所述基础电容的第二端接地；电压源，所述电压源经由第一开关连接至所述基础电容的第一端，用于为所述基础电容充电；运算放大器，所述运算放大器的反相输入端经由第二开关连接至所述基础电容的第一端，所述运算放大器的同相输入端接收共模电压，所述运算放大器用于根据所述基础电容的变化量输出检测信号；第三开关，所述第三开关并联在所述运算放大器的反相输入端和所述运算放大器的输出端之间；第一电容，所述第一电容与所述第三开关并联连接；以及第一电流源和第二电流源，所述第一电流源的第一端接收供电电压，所述第一电流源的第二端经由第四开关连接到所述运算放大器的反相输入端，所述第二电流源的第一端连接到所述运算放大器的反相输入端，所述第二电流源的第二端经由第五开关接地。
优选地，所述第一电流源和第二电流源均为恒定电流源。
优选地，所述第一电流源包括一个第一晶体管和一个第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管分别受控于第一控制信号和第二控制信号，所述第一晶体管的源极接收供电电压，所述第一晶体管的漏极与所述第二晶体管的源极相连，所述第二晶体管的漏极经由所述第四开关连接至所述运算放大器的反相输入端；所述第二电流源包括一个第三晶体管和一个第四晶体管，所述第三晶体管和所述第四晶体管分别受控于第三控制信号和第四控制信号，所述第三晶体管的源极连接至所述运算放大器的反相输入端，所述第三晶体管的漏极与所述第四晶体管的源极相连接，所述第四晶体管的漏极经由所述第五开关接地。
优选地，所述触摸检测电路还包括控制模块，所述控制模块用于控制所述第四开关和所述第五开关的闭合和断开。
优选地，所述控制模块包括时钟模块和计数模块，所述时钟模块用于输出时钟信号，所述时钟信号的频率例如为10MHZ至50MHZ，所述计数模块用于根据所述时钟信号输出控制信号。
优选地，所述第一电流源包括N个第一晶体管和N第二晶体管，所述第二电流源包括M个第三晶体管和M个第四晶体管，所述触摸检测电路还包括N个第六开关、M个第七开关和控制模块，其中M和N为大于1的整数，每个所述第二晶体管的漏极分别经由对应的一个第六开关和所述第四开关连接至所述运算放大器的反相输入端，每个所述第四晶体管的漏极分别经由对应的一个第七开关和所述第五开关连接所述运算放大器的反相输入端，所述控制模块用于控制N个第六开关和M个第七开关的闭合和断开。
优选地，所述M等于N。
优选地，所述第一晶体管和第二晶体管均为P型场效应管，所述第三晶体管和第四晶体管均为N型场效应管。
优选地，所述电流源包括正电流源或负电流源。
根据本发明的第二方面，提供一种触控装置，所述触控装置包括前文中任一项所述的触摸检测电路。
根据本发明实施例的触摸检测电路路，通过外加电流源降低基础电容的电量，提高了触摸检测电路的检测灵敏度，且缩小了芯片的面积，实现了对电流源输出精度的控制。
附图说明
通过以下参照附图对发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出根据现有技术的触摸检测电路的结构图。
图2示出根据本发明第一实施例的触摸检测电路的结构图。
图3a和图3b分别示出根据本发明第二实施例的触摸检测电路中第一电流源和第一电流源的结构图。
图4a和图4b分别示出根据本发明第三实施例的触摸检测电路中第一电流源和第一电流源的结构图。
图5a和图5b分别示出根据本发明第四实施例的触摸检测电路中第一电流源和第二电流源的结构图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明实施例的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程没有详细叙述。
在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。附图中的流程图、框图图示了本发明的实施例的***、方法、装置的可能的体系框架、功能和操作，附图的方框以及方框顺序只是用来更好的图示实施例的过程和步骤，而不应以此作为对发明本身的限制。
图1示出现有技术中触摸检测电路的结构图。如图1所示，检测电路包括：基础电容Cb、第一电容Cf、补偿电容Cc、运算放大器AMP、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4以及第五开关S5，其中，所述基础电容Cb对应为每个像素点的对地电容。
所述基础电容Cb的第一端同时连接至第一开关S1的第一端和第二开关S2的第一端，所述基础电容Cb的第二端接地；所述第一开关S1的第二端连接至电压源；所述第二开关S2的第二端连接至所述运算放大器AMP的反相输入端；所述第三开关S3连接至所述运算放大器AMP的输出端和反相输入端之间；所述第一电容Cf与所述第三开关S3并联连接；所述运算放大器AMP的同相输入端接收共模电压VCM，所述运算放大器AMP的输出端用于输出检测信号VO；所述补偿电容Cc的第一端连接至所述运算放大器AMP反相输入端，所述补偿电容Cc的第二端分别与第四开关S4的第一端和第五开关S5的第一端连接，所述第四开关S4的第二端和第五开关S5的第二端分别连接至第一补偿电压源和第二补偿电压源。
图1所示触摸检测电路的结构图中，由于触摸引起的基础电容Cb变化量等效为与所述基础电容Cb并联连接的触摸电容△C。其中，所述电压源、第一补偿电压源以及第二补偿电压源包括选自正电压源VDD和负电压源VSS中的任一种。
在第一期间φ1内，第一开关S1、第三开关S3以及第四开关S4均闭合，第二开关S2以及第五开关S5均断开。所述基础电容Cb经由第一开关S1开始充电，所述补偿电容Cc经由第四开关S4开始充电，所述电压源例如为正电压源VDD，对应地，所述第一补偿电压源例如为负电压源VSS，充电完成后，所述基础电容Cb两端电压对应为VCC，所述补偿电容Cc两端电压对应为VSS。此时所述运算放大器AMP接成一个单位增益缓冲器，由单位增益缓冲器的相关特性可知，所述运算放大器AMP的输出端电压等于同相输入端电压，均对应为共模电压VCM。
在第二期间φ2内，第一开关S1、第三开关S3以及第四开关S4均关断，第二开关S2和第五开关S5闭合，使得所述运算放大器AMP工作在线性区，此时把运算放大器AMP的同相输入端和反相输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称为虚短。由于运算放大器AMP的这一特性，此时，所述运算放大器AMP的同相输入端和反相输入端电压均对应为共模电压VCM。
触摸检测电路中若无第四开关S4、第五开关S5以及补偿电容Cc，在此阶段，基础电容Cb和第一电容Cf之间发生电荷的转移，直到使得所述运算放大器AMP的同相输入端和反相输入端等电位。在此过程中，造成运算放大器AMP输出检测信号VO的变化，若第一期间φ1内检测信号VO对应为VOφ1，第二期间φ2内检测信号VO对应为VOφ2，则检测信号VO变化量△VO对应为：
根据电荷守恒定律，可得：
运算放大器AMP的输出端连接至模数转换电路(图中未示出)，所述模数转换电路用于根据检测信号VO变化量得到触摸电容△C。
由于基础电容Cb电容值太大(最大可达上百pF)，而在实际应用时只希望获得的触摸电容△C电容值(通常只有1pF左右)，这就会造成检测信号VO变化量△VO太小，降低检测灵敏度。
现有技术中的检测电路由于增加了第四开关S4、第五开关S5以及补偿电容Cc，所述第二补偿电压源例如为VDD，第五开关S5闭合，使得所述补偿电容Cc两端电压对应为VDD-VSS，所述基础电容Cb和补偿电容Cc之间发生电荷的转移，基础电容Cb的电量降低，使得基础电容Cb的电容变化量(即触摸电容△C)相对于无补偿电容Cc时增大，进而提高检测电路的灵敏度。
图2示出根据本发明第一实施例的触摸检测电路的结构图。如图2所示，检测电路包括：基础电容Cb、第一电容Cf、运算放大器AMP以及第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5、第一电流源Ic1以及第二电流源Ic2，其中，所述基础电容Cb对应为每个像素点的对地电容。
所述基础电容Cb的第一端同时连接至第一开关S1的第一端和第二开关S2的第一端，所述基础电容Cb的第二端接地；所述第一开关S1的第二端连接至电压源，所述电压源包括选自正电压源VDD和负电压源VSS中的任一种；所述第二开关S2的第二端连接至所述运算放大器AMP的反相输入端；所述第三开关S3连接至所述运算放大器AMP的输出端和反相输入端之间；所述第一电容Cf与所述第三开关S3并联连接；所述运算放大器AMP的同相输入端接收共模电压VCM，所述运算放大器AMP的输出端用于输出检测信号VO；所述第一电流源Ic1和第一电流源Ic2均为恒定电流源，所述第一电流源Ic1的第一端接收供电电压VCC，所述第一电流源Ic1的第二端经由第四开关S4连接至所述运算放大器AMP反相输入端；所述第二电流源Ic2的第一端连接至所述运算放大器AMP反相输入端，所述第二电流源Ic2的第二端经由第五开关S5接地。
图2所示触摸检测电路的结构图中，由于触摸引起的基础电容Cb变化量等效为与所述基础电容Cb并联连接的触摸电容△C。
若所述电压源为负电压源VDD：
在第一期间φ1内，第一开关S1、第三开关S3均闭合，第二开关S2、第四开关S4以及第五开关S5均断开，所述基础电容Cb经由第一开关S1开始充电，充电完成后，所述基础电容Cb两端电压对应为VDD。
在第二期间φ2内，第一开关S1、第三开关S3以及第四开关S4均断开，第二开关S2以及第五开关S5均闭合，所述基础电容Cb中积累的正电荷经由“第二开关S2-第二电流源Ic2-第五开关S5”得以释放，基础电容Cb的电量降低，由公式(1.2)可知，基础电容Cb的电量降低，触摸电容△C所占比值增大，检测电路的灵敏度提高。
若所述电压源为负电压源VSS：
在第一期间φ1内，第一开关S1、第三开关S3均闭合，第二开关S2、第四开关S4以及第五开关S5均断开，所述基础电容Cb经由第一开关S1开始充电，充电完成后，所述基础电容Cb两端电压对应为VSS。
在第二期间φ2内，第一开关S1、第三开关S3以及第五开关S5均断开，第二开关S2以及第四开关S4均闭合，所述基础电容Cb中积累的负电荷经由“第二开关S2-第四开关S4-第一电流源Ic1”得以释放，基础电容Cb的电量降低，由公式(1.2)可知，基础电容Cb的电量降低，使触摸电容△C所占比值增大，检测电路的灵敏度提高。
本发明第一实施例提供的触摸检测电路相对于现有技术而言，由于使用恒电流源取代了补偿电容Cc，使得芯片面积大大减小，在实现提高触摸检测电路灵敏度的基础上实现了芯片的小型化，节省了制造成本。
图3a和图3b分别示出本发明第二实施例提供的触摸检测电路中第一电流源和第一电流源的结构图。该第一电流源Ic1和第二电流源Ic2例如可以用于图2所示的触摸检测电路中。
如图3a和图3b所示，所述第一电流源Ic1包括分别受控于第一控制信号Vpb1和第二控制信号Vpb2的一个第一晶体管M1和一个第二晶体管M2，所述第一晶体管M1和第二晶体管M2均为P型场效应管，所述第一晶体管M1的源极连接至供电电压VCC，所述第一晶体管M1的漏极与所述第二晶体管M2的源极相连，所述第二晶体管M2的漏极经由第四开关S4连接至所述运算放大器AMP的反相输入端；所述第二电流源Ic2包括分别受控于第三控制信号Vnb1和第四控制信号Vnb2的一个第三晶体管M3和一个第四晶体管M4，所述第三晶体管M3和第四晶体管M4均为N型场效应管，所述第三晶体管M3的源极连接至运算放大器AMP的反相输入端，所述第三晶体管M3的漏极与第四晶体管M4的源极相连接，第四晶体管M4的漏极经由第五开关S5接地。
本发明第二实施例提供的触摸检测电路相对于本发明第一实施例提供的触摸检测电路而言，由于第一电流源和第二电流源均由场效应管实现，使得芯片面积进一步减小，在实现提高触摸检测电路灵敏度的基础上实现了芯片的小型化，节省了制造成本。
图4a和图4b分别示出本发明第三实施例提供的触摸检测电路中第一电流源和第二电流源的结构图。该第一电流源Ic1和第一电流源Ic2例如可以用于图2所示的触摸检测电路中。
如图4a和图4b所示，本发明第三实施例提供的触摸检测电路包括第一电流源Ic1、第一电流源Ic2以及控制模块，所述第一电流源Ic1包括分别受控于第一控制信号Vpb1和第二控制信号Vpb2的一个第一晶体管M1和一个第二晶体管M2，所述第一晶体管M1和第二晶体管M2均为P型场效应管，所述第一晶体管M1的源极接收供电电压VCC，所述第一晶体管M1的漏极与所述第二晶体管M2的源极相连，所述第二晶体管M2的漏极经由第四开关S4连接至所述运算放大器AMP的反相输入端；所述第二电流源Ic2包括分别受控于第三控制信号Vnb1和第四控制信号Vnb2的一个第三晶体管M3和一个第四晶体管M4，所述第三晶体管M3和第四晶体管M4均为N型场效应管，所述第三晶体管M3的源极连接至所述运算放大器AMP的反相输入端，所述第三晶体管M3的漏极与第四晶体管M4的源极相连接，第四晶体管M4的漏极经由所述第五开关S5接地。
所述控制模块用于控制所述第四开关S4和所述第五开关S5的闭合和断开，在此仅以所述控制模块对所述第四开关S4的控制过程进行说明，所述控制模块包括时钟模块和计数模块，所述时钟模块用于输出时钟信号，所述时钟信号的频率例如为10MHZ～50MHZ，所述时钟信号周期数为n，n为大于等于1的整数，所述计数模块根据所述时钟信号输出控制信号。所述时钟信号持续输出时，所述计数模块输出高电平的控制信号，所述控制信号为高电平时，所述第四开关S4闭合，所述时钟信号停止输出时，所述计数模块输出低电平的控制信号，所述控制信号为低电平时，所述第四开关S4断开，由此可知所述时钟模块输出时钟信号的周期数决定了第四开关S4和第五开关S5的闭合时间，并据此控制基础电容Cb的降低电量，可以理解的是，所述第四开关S4和所述第五开关S5的闭合时间以及所述第一电流源Ic1和所述第二电流源Ic2的输出电流强度共同决定了对基础电容Cb的补偿范围，而所述第四开关S4和所述第五开关S5闭合时间的可调精度和所述第一电流源Ic1和所述第二电流源Ic2的输出电流强度的可调精度决定了对基础电容Cb的补偿精度。
由于触控装置每个像素点基础电容的电容值不尽相同，因而对于每一个像素点需要进行补偿的电量也不相同，本发明第三实施例提供的触摸检测电路相对于本发明第二实施例提供的触摸检测电路而言增加了控制模块，利用时钟模块输出的时钟信号实现对电流源补偿范围和补偿精度的控制，实现了电流源的输出范围和精度可调，由此对每一个像素点均实现较好的补偿效果。
图5a和图5b分别示出本发明第四施例提供的触摸检测电路中第一电流源和第二电流源的结构图。该第一电流源Ic1和第一电流源Ic2例如可以用于图2所示的触摸检测电路中。
如图5a和图5b所示，所述第一电流源Ic1对应为n-bit的数模转换器，其包括分别受控于第一控制信号Vpb1和第二控制信号Vpb2的N个第一晶体管M1、N个第二晶体管M2以及N个第六开关S6，所述第一晶体管M1和第一晶体管M2均为P型场效应管，所述第一晶体管M1的源极连接至供电电压VCC，所述第一晶体管M1的漏极与所述第二晶体管M2的源极相连，所述第二晶体管M2的漏极分别经由对应的一个第六开关S6和第四开关S4连接至所述运算放大器AMP的反相输入端；所述第二电流源Ic2对应为n-bit的数模转换器，其包括分别受控于第三控制信号Vnb1和第四控制信号Vnb2的M个第三晶体管M3、M个第四晶体管M4以及M个第七开关S7，所述第三晶体管M3和第四晶体管M4均为N型场效应管，所述第三晶体管M3的源极连接至所述运算放大器AMP的反相输入端，所述第三晶体管M3的漏极与第四晶体管M4的源极相连接，第四晶体管M4的漏极分别经由对应的一个第七开关S7和第五开关S5接地。所述控制模块用于控制N个第六开关和M个第七开关的闭合和断开。优选地，所述M等于N。
在此仅以对应为2-bit的数模转换器的第一电流源Ic1为例进行说明，若以“1”和“0”分别表示对应的两个第六开关S6的闭合和断开，则对于2-bit的数模转换器共有4种输出模式，分别为“00”、“01”、“10”、“11”，即对应为2-bit的数模转换器的第一电流源Ic1共可提供四种不同强度的输出电流，类似的，可知对应为n-bit的数模转换器的第一电流源Ic1，其可提供2n种不同强度的输出电流，其中，n为大于1的整数。
由于触控装置每个像素点基础电容的电容值不尽相同，因而对于每一个像素点需要进行补偿的电量也不相同，本发明第四实施例提供的触摸检测电路相对于本发明第二实施例提供的触摸检测电路而言增加了控制模块，且采用n-bit的数模转换器作为电流源，实现了电流源的输出范围和精度可调，由此对每一个像素点均实现较好的补偿效果。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种触摸检测电路，其特征在于，包括：
基础电容，所述基础电容的第一端连接至第二开关，所述基础电容的第二端接地；
电压源，所述电压源经由第一开关连接至所述基础电容的第一端，用于为所述基础电容充电；
运算放大器，所述运算放大器的反相输入端经由第二开关连接至所述基础电容的第一端，所述运算放大器的同相输入端接收共模电压，所述运算放大器用于根据所述基础电容的变化量输出检测信号；
第三开关，所述第三开关并联在所述运算放大器的反相输入端和所述运算放大器的输出端之间；
第一电容，所述第一电容与所述第三开关并联连接；以及
第一电流源和第二电流源，所述第一电流源的第一端接收供电电压，所述第一电流源的第二端经由第四开关连接到所述运算放大器的反相输入端，所述第二电流源的第一端连接到所述运算放大器的反相输入端，所述第二电流源的第二端经由第五开关接地。
2.根据权利要求1所述的触摸检测电路，其特征在于，所述第一电流源和第二电流源均为恒定电流源。
3.根据权利要求2所述的触摸检测电路，其特征在于，所述第一电流源包括一个第一晶体管和一个第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管分别受控于第一控制信号和第二控制信号，所述第一晶体管的源极接收供电电压，所述第一晶体管的漏极与所述第二晶体管的源极相连，所述第二晶体管的漏极经由所述第四开关连接至所述运算放大器的反相输入端；所述第二电流源包括一个第三晶体管和一个第四晶体管，所述第三晶体管和所述第四晶体管分别受控于第三控制信号和第四控制信号，所述第三晶体管的源极连接至所述运算放大器的反相输入端，所述第三晶体管的漏极与所述第四晶体管的源极相连接，所述第四晶体管的漏极经由所述第五开关接地。
4.根据权利要求3所述的触摸检测电路，其特征在于，所述触摸检测电路还包括控制模块，所述控制模块用于控制所述第四开关和所述第五开关的闭合和断开。
5.根据权利要求4所述的触摸检测电路，其特征在于，所述控制模块包括时钟模块和计数模块，所述时钟模块用于输出时钟信号，所述时钟信号的频率例如为10MHZ至50MHZ，所述计数模块用于根据所述时钟信号输出控制信号。
6.根据权利要求2所述的触摸检测电路，其特征在于，所述第一电流源包括N个第一晶体管和N第二晶体管，所述第二电流源包括M个第三晶体管和M个第四晶体管，所述触摸检测电路还包括N个第六开关、M个第七开关和控制模块，其中M和N为大于1的整数，每个所述第二晶体管的漏极分别经由对应的一个第六开关和所述第四开关连接至所述运算放大器的反相输入端，每个所述第四晶体管的漏极分别经由对应的一个第七开关和所述第五开关连接所述运算放大器的反相输入端，所述控制模块用于控制N个第六开关和M个第七开关的闭合和断开。
7.根据权利要求6所述的触摸检测电路，其特征在于，所述M等于N。
8.根据权利要求3所述的触摸检测电路，其特征在于，所述第一晶体管和第二晶体管均为P型场效应管，所述第三晶体管和第四晶体管均为N型场效应管。
9.根据权利要求1所述的触摸检测电路，其特征在于，所述电流源包括正电流源或负电流源。
10.一种触控装置，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的触摸检测电路。
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