CN107449810A - 电容测定电路、使用了它的输入装置、电子设备 - Google Patents

电容测定电路、使用了它的输入装置、电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种同时或个别地检测多个传感器电极的电容的电容测定电路、使用了它的输入装置、电子设备。电容测定电路(100)测定多个静电电容。充电电路(10)与感测电容(Cs)对应，分别对对应的感测电容(Cs)充电，并生成与充电电流(ICHG)相应的检测电流(Is)。电流平均化电路(20)能切换开启、关闭，在开启状态下，输出将由多个充电电路(10)生成的检测电流(Is)平均化了的平均电流(IAVE)，在截止状态下，输出零的平均电流(IAVE)。电容测定电路(100)基于对应的检测电流(Is)与平均电流(IAVE)的差分电流测定各感测电容(Cs)。

Description

电容测定电路、使用了它的输入装置、电子设备
技术领域
本发明涉及静电电容的测定装置。
背景技术
在近年的计算机、智能手机、平板终端、便携式音频设备等电子设备中，作为用户接口，安装有触摸式的输入装置。作为触摸式的输入装置，已知有触摸板、指示设备等，通过使手指或指示笔接触或靠近，能进行各种各样的输入。
触摸式输入装置大致被分类成电阻膜方式和静电电容方式。静电电容方式根据用户输入而将多个传感器电极形成的静电电容(以下也简称电容)的变化转换成电信号，由此检测用户输入的有无、坐标。
触摸屏由多个传感器电极构成。X-Y矩阵型的触摸屏包含按矩阵的各行分别设置的行传感器电极、和按各列分别设置的列传感器电极。通过检测多个传感器电极各自的电容变化，能确定用户所接触的坐标。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-325858号公报
专利文献2：日本特开2012-182781号公报
专利文献3：日本特开2013-058871号公报
发明内容
〔发明所要解决的课题〕
以往的电容检测电路一般是时分地检测多个传感器电极的电容的。例如在上述X-Y矩阵型的触摸屏中，按顺序检测多个列传感器电极各自的电容，并按顺序检测多个行传感器电极各自的电容。在该方法中，对于各传感器电极，电容检测的定时(timing)是不同的，因此存在各传感器电极受到不同的噪声影响这样的问题。
本发明是鉴于这样的技术问题而研发的，其一个方案的例示性目的之一在于，提供一种能同时检测或个别地检测多个传感器电极的电容的电容测定电路。
〔用于解决课题的手段〕
本发明的一个方案涉及测定多个静电电容的电容测定电路。电容测定电路具有与多个静电电容对应的多个模拟前端电路。多个模拟前端电路分别具有：与对应的静电电容连接的感测端子；被设置在对应的静电电容与第1固定电压线之间的第1晶体管；以与第1晶体管形成第1电流镜电路的方式连接的第2晶体管和第3晶体管；被设置在第3晶体管与第2固定电压线之间的第4晶体管；以及在第2晶体管与第2固定电压线之间以与第4晶体管形成第2电流镜电路的方式连接的第5晶体管；多个模拟前端电路分别输出与第1晶体管的电流同第5晶体管的电流的差分相应的信号。多个模拟前端电路各自的第4晶体管和第5晶体管的控制端子被共同连接；多个模拟前端电路分别被构成得能切换(i)从第1晶体管向第5晶体管流入电流的第1模式、和(ii)向第1晶体管和第2晶体管流过电流、且不向第5晶体管流过电流的第2模式。
在第1模式下，各模拟前端电路的第5晶体管流过多个检测电流的平均电流。因此，在第1模式下，能检测各静电电容与全静电电容的差分、即各静电电容的相对性变化量。在第2模式下，第5晶体管的电流成为零，故能检测各静电电容。
多个模拟前端电路可以分别包括与第4晶体管并联而设的第1模式开关。使第1模式开关导通时，第4晶体管的电流成为零，能使之成为第2模式。
多个模拟前端电路可以分别包括被设置在第4晶体管和第5晶体管的控制端子与第2固定电压线之间的第2模式开关。在使第2模式开关导通时，第4晶体管、第5晶体管成为截止，能使之成为第2模式。
多个模拟前端电路可以分别还包括：被设置在第1晶体管和第2晶体管的控制端子与第3晶体管的控制端子之间的第3模式开关；以及被设置在第3晶体管的控制端子与第1固定电压线之间的第4模式开关。在使第3模式开关断开、使第4模式开关接通时，第3晶体管成为截止，能使之成为第2模式。
多个模拟前端电路可以分别还包括：用于切换由第1晶体管进行的静电电容的充电动作的开启、关闭的感测开关；以及被设置在感测端子与第2固定电压线之间的初始化开关。感测开关可以与第1晶体管串联设置在感测端子与第1固定电压线之间。
多个模拟前端电路可以分别还包括：其一端与感测端子连接的旁路开关；以及其输入端子与第2晶体管和旁路开关的另一端连接、对介由输入端子输入的电流进行积分而生成检测电压的积分电路。
积分电路可以包括：运算放大器；被设置在运算放大器的输出端子与反相输入端子之间的积分用电容器；以及与积分用电容器并联连接的反馈电阻。
本发明的另一方案也涉及测定多个静电电容的电容测定电路。电容测定电路包括：多个充电电路，与多个静电电容对应，分别对对应的静电电容充电，并生成与充电电流相应的检测电流；以及电流平均化电路，能切换开启、关闭，在开启状态下输出将由多个充电电路生成的检测电流平均化了的平均电流，在关闭状态下输出零的平均电流。基于对应的检测电流与平均电流的差分电流测定各静电电容。
在第1模式下，各检测电流与对应的传感器电容的静电电容相应，平均电流与多个传感器电容的静电电容的平均值相应。因此，在第1模式下，能检测各信道的传感器电容与所有信道的平均电容的差分、即各静电电容的相对性变化量。另一方面，在第2模式下，平均电流为零，故能检测各信道的传感器电容。
充电电路可以包括：使对应的静电电容的电荷初始化的复位开关；被依次串联设置在对应的静电电容与固定电压端子之间的感测开关和作为MOSFET的第1晶体管；以及以与第1晶体管形成第1电流镜电路的方式连接的第2晶体管；将流过第2晶体管的电流作为与对应的静电电容相应的检测电流而输出。
电流平均化电路可以包括：与多个静电电容对应、分别以与第1晶体管形成电流镜电路的方式连接的多个第3晶体管；与多个静电电容对应、分别与对应的第3晶体管串联而设、且各自的控制端子被共同连接的多个第4晶体管；与多个静电电容对应、分别以与对应的第4晶体管形成电流镜电路的方式连接的多个第5晶体管。可以将多个第5晶体管各自流过的电流作为平均电流而输出。
电流平均化电路可以还包括与多个静电电容对应、分别与对应的第4晶体管并联连接的多个第1模式开关。
电流平均化电路可以还包括与多个静电电容对应、分别被设置在对应的第4晶体管的栅极与接地之间的多个第2模式开关。
电流平均化电路可以还包括：与多个静电电容对应、分别被设置在对应的第1晶体管和第2晶体管的控制端子与对应的第3晶体管的控制端子之间的多个第3模式开关；以及与多个静电电容对应、分别被设置在对应的第3晶体管的控制端子与电源线之间的多个第4模式开关。
可以是多个第5晶体管各自的一端与对应的第2晶体管的一端连接，输出第2晶体管的电流与第5晶体管的电流的差分。
电容测定电路可以被一体集成在一个半导体集成电路上。所谓“一体集成”，包括电路的全部构成要素被形成在半导体基板上的情况、和电路的主要构成要素被一体集成的情况，可以为调节电路常数用而将一部分电阻、电容器等设置在半导体基板的外部。通过将电路集成在一个芯片上，能削减电路面积，并使电路元件的特性保持均一。
本发明的另一方案涉及输入装置。输入装置可以包括：含有多个传感器电极，且用户接触的坐标附近的传感器电极的静电电容会发生变化的触摸屏；以及测定多个传感器电极形成的多个静电电容的上述任一项的电容测定电路。
本发明的另一方案涉及电子设备。电子设备可以具有上述输入装置。
此外，将以上构成要素任意组合、或将本发明的表现形式在方法、装置等之间转换后的实施方式，作为本发明的方案也是有效的。
[发明效果]
根据本发明一个方案的电容测定电路，能切换地检测各静电电容的相对性变化和绝对性变化。
附图说明
图1是表示具有实施方式的输入装置的电子设备的构成的图。
图2是表示实施方式的控制IC的构成的功能块图。
图3是表示控制IC的具体构成例的电路图。
图4的(a)、(b)是能进行模式的切换的AFE电路的电路图。
图5是表示实施方式的控制IC的第1模式的动作的波形图。
图6是表示实施方式的控制IC的第2模式的动作的波形图。
图7是控制IC的应用电路图。
图8的(a)～(c)是图7的输入装置的动作波形图。
图9是表示电容测定电路的变形例的电路图。
图10是第3模式下的电容测定电路的动作波形图。
具体实施方式
以下基于优选实施方式，参照附图说明本发明。对各附图所示的相同或等同的构成要素、部件、处理标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。另外，实施方式并非限定发明而仅是例示，并非实施方式所记述的全部特征及其组合都一定是发明的本质部分。
在本说明书中，所谓“部件A与部件B连接的状态”，除部件A与部件B物理地直接连接的情况外，还包括部件A与部件B介由不对其电连接状态产生实质性影响的、或不损害其耦合所发挥的功能及效果的其它部件间接连接的情况。
同样地，所谓“部件C被设置在部件A与部件B之间的状态”，除部件A与部件C、或部件B与部件C直接连接的情况外，还包括介由不对其电连接状态产生实质性影响的、或不损害其耦合所发挥的功能和效果的其它部件间接连接的情况。
图1是表示具有实施方式的输入装置2的电子设备1的构成的图。电子设备1除输入装置2外还具有DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)6和LCD(LiquidCrystal Display：液晶显示器)7。输入装置2具有触摸屏3和控制IC4。触摸屏3包含被规则配置的多个传感器电容Cs1～n。多个传感器电容Cs1～n实质上被配置成矩阵状。控制IC4与多个传感器电容Cs1～n分别连接，分别检测各传感器电容Cs所形成的静电电容，并将表示其电容值的数据输出给DSP6。
电子设备1的用户在用手指5或笔等接触触摸屏3时，接触到的坐标的传感器电容Cs的静电电容会发生变化。DSP6基于多个传感器电容Cs的静电电容来检测用户接触的坐标。例如触摸屏3可以被设置在LCD7的表面，也可以被设置在其它位置。
以上是电子设备1的整体构成。接下来详细说明输入装置2。
图2是表示实施方式的控制IC4的构成的功能块图。控制IC4包括电容测定电路100、多路复用器40、A/D转换器50，被集成在一个半导体基板上。也可以是DSP6的功能的一部分被内置于控制IC4。
电容测定电路100通过所谓的自电容方式测定多个传感器电容Cs1～n各自的静电电容。例如电容测定电路100生成与各静电电容相应的检测电压Vs。缓存器BUF1～BUFn接收检测电压Vs1～n并输出给多路复用器40。多路复用器40时分地按顺序选择多个检测电压Vs1～n。A/D转换器50将多路复用器40所选择的检测电压Vs按顺序转换成数字值DOUT。
电容测定电路100包括多个充电电路101～n、电流平均化电路20、多个积分电路301～n。
充电电路101～n是针对各传感器电容Cs1～n分别而设的。充电电路10i(1≤i≤n)生成与对应的传感器电容Csi的电容值相应的检测电流Isi，并输出给对应的积分电路30i和电流平均化电路20。
电流平均化电路20能切换开启、关闭，在开启状态下，使由多个充电电路101～n生成的检测电流Is1～n平均化。被平均化后的检测电流(以下也称平均电流)IAVE被向多个积分电路301～n分别供给。
IAVE＝Σi＝1：nIsi/n...(1a)
电流平均化电路20在关闭状态下生成零的平均电流IAVE。
IAVE＝0...(1b)
电流平均化电路20被输入用于指示模式的模式控制信号MODE。电流平均化电路20被指示第1模式时成为开启状态，在被指示第2模式时成为关闭状态。
电容测定电路100针对各传感器电容Cs分别输出与检测电流Isi和平均电流IAVE的差分电流IDIFFi(＝Isi-IAVE)相应的信号。
多个积分电路301～n是针对各传感器电容Cs1～n分别而设的。积分电路30i将对应的差分电流IDIFFi(＝Isi-IAVE)转换成电压，作为检测电压Vsi输出。积分电路30也可以理解为电流/电压转换(I/V转换)电路。
以上是电容测定电路100的构成。
图3是表示控制IC4的具体构成例的电路图。图3中仅表示了与传感器电容Cs1，2对应的部分。电容测定电路100具有多个AFE电路1021～102n。AFE电路102与感测电容Cs建立对应。
多个AFE电路102被同样地构成，故在此以代表的方式说明1个信道的AFE电路102的构成。
AFE电路102i包括充电电路10i和电流平均化电路20的一部分。感测端子SENSEi与对应的静电电容Csi连接。充电电路10i包括感测开关(感测开关)SW1、初始化开关(复位开关)SW2、第1晶体管M1、第2晶体管M2。
感测开关SW1和第1晶体管M1被按依次串联设置在传感器电容Cs与第1固定电压线(在此为电源端子)之间。感测开关SW1是P沟道MOSFET，在其栅极被输入的感测信号EVALB被置为有效(低电平)时导通。
初始化开关SW2是为使对应的传感器电容Cs的电荷初始化而设的。例如初始化开关SW2与传感器电容Cs并联而设。初始化开关SW2导通时，传感器电容Cs的电荷被放电而初始化。即，传感器电容Cs的两端间的电位差成为零。例如初始化开关SW2包括N沟道MOSFET，在其栅极被输入的复位信号RST被置为有效(高电平)时导通。
第1晶体管M1是P沟道MOSFET。具体来说，其漏极介由感测开关SW1与传感器电容Cs连接，其源极与电源端子连接。另外，第1晶体管M1的栅极漏极间被连线。第1晶体管M1中流入与对应的传感器电容Csi的电容值相应的充电电流ICHGi。
第2晶体管M2是与第1晶体管M1同类型的P沟道MOSFET，与第1晶体管M1连接而形成电流镜电路。具体来说，第2晶体管M2的栅极与第1晶体管M1的栅极连接，其源极与电源端子连接。第2晶体管M2中流入与对应的传感器电容Cs的电容值相应的检测电流Is。在将晶体管M1与M2的镜像比(尺寸比)记作K1时，检测电流Isi能由式(2)得出。
Isi＝ICHGi×K1...(2)
AFE电路102i与电流平均化电路20相关联地包含第3晶体管M3～第5晶体管M5。
第3晶体管m3是与第1晶体管M1同类型的MOSFET，与对应的第1晶体管M1连接而形成电流镜电路，生成与对应的检测电流Is相应的电流Is’。第4晶体管M4被设置在第3晶体管M3与第2固定电压线(接地线)之间、即电流Is’的路径上。第4晶体管M4的栅极漏极间被连接。
第5晶体管M5被连接在第2晶体管M2与第2固定电压线(接地线)之间，与第4晶体管M4形成第2电流镜电路。多个AFE电路102各自的第4晶体管M4和第5晶体管M5的控制端子(栅极)被共同连接。第5晶体管M5中流入全信道的检测电流Is1～Isn的平均电流IAVE。
AFE电路102将与第1晶体管M1的电流Isi和第5晶体管M5的电流IAVE的差分相应的电流输出给后级的对应的积分电路30。即AFE电路102在Isi＞IAVE时向积分电路30i流出电流(源)，在Isi＜IAVE时从积分电路30i吸引电流(灌)。
各AFE电路102被构成为能切换(i)从第1晶体管M1向第5晶体管M5流入电流的第1模式、和(ii)向第1晶体管M1和第2晶体管M2流入电流、并且不向第5晶体管M5流入电流的第2模式。如上述那样，第1模式和第2模式的切换在电流平均化电路20中进行。
图4的(a)、(b)是能进行模式的切换的AFE电路102的电路图。在图4的(a)中，电流平均化电路20包括与第4晶体管M4并联而设的第1模式开关SW51。第1模式开关SW51可以理解为被设置在第4晶体管M4和第5晶体管M5的栅极源极间的第2模式开关。
第1模式开关SW51被根据模式控制信号MODE而控制。在第1模式开关SW51断开时，平均电流IAVE为全信道的检测电流Is1～Isn的平均，因而成为第1模式。在第1模式开关SW51接通时，晶体管M4、M5形成的电流镜电路停止，故平均电流IAVE成为零。
图4的(b)的电流平均化电路20包括第3模式开关SW53和第4模式开关SW54。
第3模式开关SW53被设置在第1晶体管M1和第2晶体管M2的控制端子(栅极)与第3晶体管M3的控制端子(栅极)之间。第4模式开关SW54被设置在第3晶体管M3的控制端子(栅极)与第1固定电压线(电源线)之间、即栅极源极间。
第3模式开关SW53和第4模式开关SW54被根据模式控制信号MODE而控制。在使第3模式开关SW53接通、第4模式开关SW54断开时，包含第1晶体管M1～第3晶体管M3的电流镜电路能够进行动作，成为第1模式。在使第3模式开关SW53断开、第4模式开关SW54接通时，第3晶体管M3成为截止，电流Isi’成为零，流过第5晶体管M5的平均电流IAVE成为零，成为第2模式。
本领域技术人员应理解，可切换第1模式和第2模式的电流平均化电路20(AFE电路102)的构成并不限于图4的(a)、(b)。
回到图4。积分电路30分别包括积分用电容器CINT和初始化开关SW3。积分用电容器CINT的一端接地，其电位被固定。积分用电容器CINTi根据来自AFE电路102的差分电流而被充放电。
初始化开关SW3i在进行检测前作为使积分用电容器CINT的电压初始化的初始化电路发挥功能。初始化开关SW3i的一端与积分用电容器CINT连接，其另一端被缓存器(电压跟随器)52施加基准电压VCM。初始化开关SW3i可以是传输门，也可以是其它开关。初始化开关SW3i在初始化信号VCM_SW被置为有效时成为导通状态。基准电压VCM例如可以是电源电压Vdd与接地电压Vss的中点附近的电压。
图2的多路复用器40在图3中被作为各信道的开关SW41～n来表示。另外，图2的A/D转换器50在图3中被分成2个A/D转换器ADC1、ADC2。A/D转换器ADC1被分配奇数信道的检测电压Vs1，3，...，A/D转换器ADC2被分配偶数信道的检测电压Vs2，4，...。奇数信道的开关SW41，3，...的输出被共同连接，并与A/D转换器ADC1的输入连接。偶数信道的开关SW2，4，...的输出被共同连接，并与A/D转换器ADC2的输入连接。此外，也可以通过单一的A/D转换器将全信道的检测电压Vs转换成数字值。
以上是控制IC4的具体构成。接下来说明其动作。
(第1模式)
图5是表示实施方式的控制IC4的第1模式的动作的波形图。
首先，缓存器52成为导通状态，基准电压VCM成为预定电平。另外，所有信道的初始化信号VCM_SW被置为有效，初始化开关SW31～n导通(时刻t0)。由此，各信道的积分用电容器CINT1～n的电压电平被初始化为基准电压VCM。积分用电容器CINT的初始化结束后，基准电压VCM成为0V，初始化信号VCM_SW被反相，初始化开关SW31～n截止。
接下来，复位信号RST被置为有效，初始化开关SW21～n导通。由此，传感器电容Cs1～n的电荷成为零而被初始化(时刻t1)。之后，复位信号RST被反相，初始化开关SW21～n截止。
接下来在时刻t2，感测信号EVALB被置为有效(低电平)，感测开关SW11～n导通。
着眼于第i信道。感测开关SW1i导通时，介由第1晶体管M1和感测开关SW1向传感器电容Csi流入充电电流ICHGi，传感器电容Csi的电位上升。然后，在其电位Vxi上升至(Vdd-Vth)时，第1晶体管M1截止，充电停止。Vth与第1晶体管M1的栅极源极间阈值电压相应。通过该充电提供给传感器电容Csi的电荷量成为
Qsi＝C·V＝Csi×(Vdd-Vth)...(3)，
依赖于传感器电容Csi的电容值。即，向传感器电容Cs供给电流ICHGi，直到充电电路10i在对应的传感器电容Csi的电位达到预定电平(Vdd-Vth)。
充电电路10复制充电电流ICHGi，生成与电容值相应的检测电流Isi，给积分用电容器CINT充电。由于Isi＝K1×ICHGi，故供给积分用电容器CINTi的电荷量QINTi由式(4)得出。
QINTi＝Qsi×K1...(4)
另一方面，电流平均化电路20通过各信道的检测电流Is1～n的平均电流IAVE使积分用电容器CINTi放电。被电流平均化电路20从积分用电容器CINTi放电的电荷量QINTAVE由式(5)得出。
QINTAVE＝QsAVE×K1...(5)
在此，QsAVE是供给全信道的传感器电容Cs1～n的电荷量的平均值∑Qsi/n，由式(6)得出。
QsAVE＝∑Qsi/n＝∑Csi/n×(Vdd-Vth)...(6)
传感器电容Csi比全信道的传感器电容Cs1～n的平均值CsAVE大时，成为Isi＞IAVE，故积分用电容器CINTi被充电，检测电压Vsi变得比作为初始值的基准电压VCM高ΔVi。
ΔVi＝(QINTi-QINTAVE)/CINTi
＝(Qsi-QsAVE)×K1/CINTi
＝(Csi-∑Csi/n)/CINTi×K1×(Vdd-Vth)...(7)
相反，在传感器电容Csi比平均值CSAVE小、即Qsi＜QSAVE时，成为Isi＜IAVE，故积分用电容器CINTi被放电，检测电压Vsi变得比作为初始值的基准电压VCM低ΔVi。
在传感器电容Csi与平均值CsAVE相等、即Qsi＝QSAVE时，成为Isi＝IAVE，故积分用电容器CINTi的电荷量不发生变化，成为ΔVi＝0。
最终的检测电压Vsi由式(8)得出。
Vsi＝VCM+ΔVi
＝VCM+(Csi-∑Csi/n)/CINTi×K1×(Vdd-Vth)...(8)
这样，各信道的传感器电容Cs1～n的电容变化被转换成检测电压Vs1～n，积分用电容器CINT1～n被保持(hold)。
之后，通过按适当的时序控制开关SW41～n，由2个A/D转换器ADC1、ADC2将各信道的检测电压Vs1～n转换成数字值。
在第1模式下，能将各信道的静电电容检测为相对变化。由此，能提高噪声耐性。
(第2模式)
图6是表示实施方式的控制IC4的第2模式的动作的波形图。时刻t2前的动作与第1模式是同样的。在时刻t2，感测信号EVALB被置为有效(低电平)，感测开关SW11～n导通。
着眼于第i信道。感测开关SW1i导通时，介由第1晶体管M1和感测开关SW1向传感器电容Csi流入充电电流ICHGi，传感器电容Csi的电位上升。然后，其电位Vxi上升至(Vdd-Vth)时，第1晶体管M1截止，充电停止。Vth是与第1晶体管M1的栅极源极间阈值电压相应的。通过该充电供给传感器电容Csi的电荷量成为
Qsi＝C·V＝Csi×(Vdd-Vth)...(3)。
充电电路10复制充电电流ICHGi，生成与电容值相应的检测电流Isi，对积分用电容器CINT充电。由于Isi＝K1×ICHGi，故供给积分用电容器CINTi的电荷量QINTi由式(4)得出。
QINTi＝Qsi×K1...(4)
其结果，检测电压Vsi变得比作为初始值的基准电压VCM高ΔVi。
ΔVi＝QINTi/CINTi
＝Qsi×K1/CINTi
＝Csi/CINTi×K1×(Vdd-Vth)...(8)
在第2模式下，能将各信道的静电电容作为绝对值来检测。因此，也能进行异常状态的检测和整体的电容变动(偏移)的检测。电容的偏移可以作为温度变化及时间劣化的指标来使用。
图7是具有实施方式的控制IC4的输入装置2的应用电路图。控制IC4上除触摸屏3外还至少连接一个静电开关8。第1模式是以多个传感器电容Cs均一为前提的，故难以测定形状、尺寸不同的静电开关8的电容。
因此，对于连接触摸屏3的信道，使其以第1模式(或第2模式)进行动作，另一方面，对于连接静电开关8的信道，使其以第2模式进行动作，由此能通过一个控制IC4感测静电开关8和触摸屏3两者。
需要说明的是，在静电开关8的个数较多、它们的特性统一的情况下，也可以使连接静电开关8的信道以第1模式进行动作。
图8的(a)～(c)是图7的输入装置2的动作波形图。在图8的(a)中，仅以第1模式感测触摸屏3。在图8的(b)、(c)中，在1帧间时分地进行触摸屏3的感测和静电开关8的感测。图8的(b)以第1模式感测触摸屏3，以第2模式感测静电开关8。
图8的(c)以第2模式感测触摸屏3，以第1模式感测静电开关8。图8的(c)的时序在触摸屏3的电容较小、以及静电开关8的信道数较多时有效。
图9是表示电容测定电路100的变形例(100a)的电路图。图9中仅示出1信道的构成。电容测定电路100a能切换上述的自电容方式和互电容方式。电容测定电路100a在上述第1模式或第2模式下测定自电容CS，并在第3模式下测定互电容CM。
自电容方式低耗电、高灵敏度。另一方面，互电容方式具有能进行多点触摸检测的优点。因此，在触摸操作开始前的阶段(待机状态)选择第1模式进行手指(指示笔)的检测，当检测到触摸操作时切换成第2模式检测各种各样的输入。
感测端子SN上连接作为测定对象的静电电容。针对自电容方式，设置充电电路10和积分电路30。充电电路10在与自电容方式对应的第1模式或第2模式下激活。电流平均化电路20在第1模式下激活，在第2模式下非激活。
充电电路10对自电容CS施加固定电压(例如电源电压VDD)进行充电，产生与充电电流ICHG相应的检测电流IS。检测电流Is与平均电流IAVE的差分被输入到后级的积分电路30。
在第1模式或第2模式下，积分电路30对在感测期间充电电路10和电流平均化电路20生成的差分电流(IS-IAVE)进行积分，生成与积分值相应的检测电压VS。
针对互电容方式，设置旁路开关SW3、积分电路30及发射机60、发送(RX)端子。RX端子上连接互电容CM的一端。发射机60产生脉冲状的驱动信号SDRV，向互电容GM的一端供给驱动信号SDRV。
例如，积分电路30包括运算放大器32、积分用电容器CINT、反馈电阻RFB、第4开关SW4。积分用电容器CINT被设置在运算放大器32的输出端子与反相输入端子之间。反馈电阻RFB与积分用电容器CINT并联连接。第4开关SW4为将积分用电容器CINT的电荷初始化(放电)而与积分用电容器CINT并联而设。第4开关SW4在感测期间前导通，在感测期间中截止。
旁路开关SW6的一端与感测端子SN连接。旁路开关SW6在第1模式、第2模式下截止、在第3模式下导通。积分电路30的输入端子34除与充电电路10的第2晶体管M2连接外还与旁路开关SW6的另一端连接。在第3模式下，输入端子34被介由互电容CM和旁路开关SW6流入与互电容CM相应的接收电流IRX。积分电路30在第2模式下对接收电流IRX进行积分，生成检测电压VS。
在积分电路30的后级设有A/D转换器50，但在图9中省略了。以上是电容测定电路100a的构成。接下来说明其动作。
(第1模式和第2模式)自电容方式
关于这些模式，如上所述。
(第3模式)互电容方式
图10是第3模式下的电容测定电路100的动作波形图。在第3模式下，初始化开关SW2截止，旁路开关SW6导通。
在感测期间前，第4开关SW4导通，积分用电容器CINT的电荷被初始化。由此，检测电压VS变得与基准电压VREF相等。接下来，在感测期间，驱动信号SDRV被提供给互电容CM时，流过接收电流IRX。通过接收电流IRX，积分用电容器CINT被充电(放电)，生成检测电压VS。
以上是电容测定电路100a的动作。根据该电容测定电路100a，通过单一的积分电路30实现了在自电容方式中将检测电流IS转换成电压VS的功能、和在互电容方式中对接收电流IRX进行积分的功能。由此，能削减电路面积。
以上是输入装置2的构成。该输入装置2基于多个自电容CS1～CSN的相对变化量来检测用户的手指或指示笔接触(或者靠近)的坐标。
以上基于实施方式说明了本发明。本领域技术人员应理解该实施方式只是例示，其各构成要素和各处理过程的组合可以有各种各样的变形例，并且这样的变形例也包含在本发明的范围内。以下说明这样的变形例。
(第1变形例)
在实施方式中，以传感器电容CS实质上矩阵状配置的触摸屏3为例进行了说明，但电容测定电路100的用途不限于此。例如电容测定电路100也可适用于X-Y型的触摸屏，此时，能同时检测多个行传感器电极和多个列传感器电极的静电电容。
(第2变形例)
实施方式所示的电容测定电路100也可以正负反转。本领域技术人员能理解此时只要适当替换P沟道MOSFET和N沟道MOSFET即可。此时的充电和放电是相反的，但本质上的动作是相同的。也可以将一部分晶体管替换成双极晶体管。
(第3变形例)
在实施方式中，说明了将电容测定电路100适用于利用了静电电容变化的输入装置的情况，但电容测定电路100的用途不限于此。例如能够适用于电容器型麦克风等由薄膜电极与背面(back plate)电极形成电容器、电容器的静电电容能根据音压而变化的麦克风。
(第4变形例)
在实施方式中，说明了电容测定电路100被一体集成在一个半导体集成电路上的情况，但不限于此，也可以用芯片部品或分立元件构成各电路块。至于将哪个电路块集成，根据所采用的半导体制造工艺或要求的成本、特性等决定即可。
[附图标记说明]
1...电子设备、2...输入装置、3...触摸屏、4...控制IC、5...指、6...DSP、7...LCD、100...电容测定电路、102...AFE电路、10...充电电路、20...电流平均化电路、30...积分电路、BUF...缓存器、40...多路复用器、50...A/D转换器、52...缓存器、Cs...传感器电容、CINT...内部电容器、60...发射机、CS...自电容、CM...互电容、CINT...积分用电容器、M1...第1晶体管、M2...第2晶体管、M3...第3晶体管、M4...第4晶体管、M5...第5晶体管、SW1...感测开关、SW2，SW3...初始化开关、SW4...开关、SW51...第1模式开关、SW53...第3模式开关、SW54...第4模式开关、SW6...旁路开关。

Claims (18)

1.一种测定多个静电电容的电容测定电路，其特征在于，具有与所述多个静电电容对应的多个模拟前端电路，
所述多个模拟前端电路分别具有：
与对应的静电电容连接的感测端子，
被设置在对应的静电电容与第1固定电压线之间的第1晶体管，
以与所述第1晶体管形成第1电流镜电路的方式连接的第2晶体管和第3晶体管，
被设置在所述第3晶体管与第2固定电压线之间的第4晶体管，以及
在所述第2晶体管与所述第2固定电压线之间以与所述第4晶体管形成第2电流镜电路的方式连接的第5晶体管；
所述多个模拟前端电路分别被构成使得输出与所述第1晶体管的电流同所述第5晶体管的电流的差分相应的信号的方式；
所述多个模拟前端电路各自的所述第4晶体管和第5晶体管的控制端子被共同连接；
所述多个模拟前端电路分别被构成得能切换(i)从所述第1晶体管向所述第5晶体管流入电流的第1模式、和(ii)向所述第1晶体管和所述第2晶体管流过电流、且不向所述第5晶体管流过电流的第2模式。
2.如权利要求1所述的电容测定电路，其特征在于，
所述多个模拟前端电路分别包含与所述第4晶体管并联而设的第1模式开关。
3.如权利要求1所述的电容测定电路，其特征在于，
所述多个模拟前端电路分别包含被设置在与所述第4晶体管和所述第5晶体管的控制端子与所述第2固定电压线之间的第2模式开关。
4.如权利要求1所述的电容测定电路，其特征在于，
所述多个模拟前端电路分别还包括：
被设置在所述第1晶体管和所述第2晶体管的控制端子与所述第3晶体管的控制端子之间的第3模式开关，和
被设置在所述第3晶体管的控制端子与所述第1固定电压线之间的第4模式开关。
5.如权利要求1至4的任一项所述的电容测定电路，其特征在于，
所述多个模拟前端电路分别还包括：
用于切换由所述第1晶体管进行的所述静电电容的充电动作的开启、关闭的感测开关，和
被设置在所述感测端子与所述第2固定电压线之间的初始化开关。
6.如权利要求5所述的电容测定电路，其特征在于，
所述感测开关被与所述第1晶体管串联地设置在所述感测端子与所述第1固定电压线之间。
7.如权利要求1至4的任一项所述的电容测定电路，其特征在于，
所述多个模拟前端电路分别还包括：
旁路开关，其一端与所述感测端子连接，和
积分电路，其输入端子与所述第2晶体管和所述旁路开关的另一端连接，对介由所述输入端子输入的电流进行积分，生成检测电压。
8.如权利要求7所述的电容测定电路，其特征在于，
所述积分电路包括：
运算放大器，
被设置在所述运算放大器的输出端子与反相输入端子之间的积分用电容器，以及
与所述积分用电容器并联连接的反馈电阻。
9.一种测定多个静电电容的电容测定电路，其特征在于，包括：
多个充电电路，对应于所述多个静电电容，分别对对应的静电电容充电，并生成与充电电流相应的检测电流，以及
电流平均化电路，能切换开启、关闭，在开启状态下，输出将由所述多个充电电路生成的检测电流平均化后的平均电流，并在关闭状态下输出零的平均电流；
基于对应的检测电流与所述平均电流的差分电流来测定各静电电容。
10.如权利要求9所述的电容测定电路，其特征在于，
所述充电电路包括：
使对应的静电电容的电荷初始化的复位开关，
被依次串联设置在对应的静电电容与固定电压端子之间的感测开关和作为MOSFET的第1晶体管，以及
以与所述第1晶体管形成第1电流镜电路的方式连接的第2晶体管；
该充电电路将流过所述第2晶体管的电流作为与对应的静电电容相应的检测电流而输出。
11.如权利要求10所述的电容测定电路，其特征在于，
所述电流平均化电路包括：
多个第3晶体管，与所述多个静电电容对应，并分别以与所述第1晶体管形成电流镜电路的方式连接，
多个第4晶体管，与所述多个静电电容对应，并分别与对应的第3晶体管串联而设，各自的控制端子被共同连接，以及
多个第5晶体管，与所述多个静电电容对应，并分别以与对应的所述第4晶体管形成电流镜电路的方式连接；
该电流平均化电路将所述多个第5晶体管各自流过的电流作为平均电流而输出。
12.如权利要求11所述的电容测定电路，其特征在于，
所述电流平均化电路还包括与所述多个静电电容对应、且分别与对应的第4晶体管并联连接的多个第1模式开关。
13.如权利要求11所述的电容测定电路，其特征在于，
所述电流平均化电路还包括与所述多个静电电容对应、且分别被设置在对应的第4晶体管的栅极与接地之间的多个第2模式开关。
14.如权利要求11所述的电容测定电路，其特征在于，
所述电流平均化电路还包括：
与所述多个静电电容对应、且分别被设置在对应的所述第1晶体管和所述第2晶体管的控制端子与对应的所述第3晶体管的控制端子之间的多个第3模式开关，以及
与所述多个静电电容对应、且分别被设置在对应的所述第3晶体管的控制端子与电源线之间的多个第4模式开关。
15.如权利要求10所述的电容测定电路，其特征在于，
所述多个第5晶体管各自的一端与对应的所述第2晶体管的一端连接，所述第2晶体管的电流与所述第5晶体管的电流的差分被输出。
16.如权利要求1至4的任一项所述的电容测定电路，其特征在于，
被一体集成在一个半导体集成电路上。
17.一种输入装置，其特征在于，包括：
含有多个传感器电极，且用户接触的坐标附近的传感器电极的静电电容会发生变化的触摸屏，以及
测定多个传感器电极所形成的多个静电电容的权利要求1至4的任一项所述的电容测定电路。
18.一种电子设备，其特征在于，具有权利要求17所述的输入装置。
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