CN115842542A - 一种低功耗触摸检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低功耗触摸检测电路，包括第一开关、第二开关、第三开关充电电容、寄生电容比较器、时钟逻辑电路和计数器，第一开关的输入端和电源的正极端电连接，第一开关的输出端和第二开关的的输入端电连接；第二开关的输出端和第三开关的输入端电连接；充电电容的正极端和第一开关的输出端电连接，寄生电容的正极端与第二开关的输出端、第三开关的输入端电及比较器的的正极端电连接；比较器的负极输入端接入基准电压电路，比较器的输出端与比较器及时钟逻辑电路的输入端电连接；时钟逻辑电路输出端分别第一开关、第二开关、第三开关及计数器的输入端电连接。本发明的整体的成本和功耗降低，满足了现代社会节能环保的需求。

Description

一种低功耗触摸检测电路

技术领域

本发明涉及触摸检测技术领域，具体地，涉及一种低功耗触摸检测电路。

背景技术

触摸检测电路是触摸技术实现的一种通用方法，触摸检测技术作为一种简单实用的交互模式，在智能互联中广泛应用。

如附图5所示，现有的触摸检测电路主要通过对设备的芯片的寄生电容C_P进行充电，然后将寄生电容C_P的电荷转移到一个大电容C_MOD中，经过多次电荷转移，C_MOD上的电荷超过了比较器的基准电压，比较器发生变化，就会停止充放电，计数器会测量这个阶段进行了多少次电荷转移，同时会把C_MOD上的电荷放掉。

当手指触摸时，C_MOD的电容会叠加一个C_F，其中，C_F为人体电容，每次转移到内部的电荷量也发生变化，通过计量翻转电平的次数来判断是否有手指触碰。

但是这种方式需要一个大电容C_MOD，放在芯片里上，会导致芯片的面积大，如果不放在芯片上，这样需要一个独立的衬垫去装配大电容C_MOD，会增大设备的整体的体积，提升了设备整体的成本，而且在每次比较结束后，都需要把大电容C_MOD上的电荷放掉，相对来说，功耗较大，不满足现代社会节能环保的需求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种低功耗触摸检测电路。

根据本发明提供的一种低功耗触摸检测电路，包括第一开关、第二开关、第三开关充电电容、寄生电容比较器、时钟逻辑电路和计数器，其中，

第一开关的输入端和电源的正极端电连接，第一开关的输出端和第二开关的的输入端电连接；

第二开关的输出端和第三开关的输入端电连接，第三开关的输出端接地；

充电电容的正极端和第一开关的输出端电连接，充电电容的负极端接地；

寄生电容的正极端与第二开关的输出端、第三开关的输入端电及比较器的的正极端电连接，寄生电容的负极端接地；

比较器的负极输入端接入基准电压电路，比较器的输出端与计数器及时钟逻辑电路的输入端电连接；

时钟逻辑电路输出端分别第一开关、第二开关、第三开关及计数器的输入端电连接；

计数器的输出端和处理器的输入端电连接。

可选地，在充电电容的充电状态时，时钟逻辑电路控制第一开关闭合，第二开关和第三开关断开，电源将充电电容的电压充至第一预设电压。

可选地，在寄生电容的充电状态时，时钟逻辑电路控制控制第一开关和第二开关断开，第三开关闭合，充电电容向寄生电容进行电荷转移，直至充电电容和寄生电容的电压一致，完成一次电荷转移。

可选地，在经过充电电容多次向寄生电容转移的过程，寄生电容的电压高于第二预设电压后，比较器会将比较结果输出值时钟逻辑电路，进入到放电状态，时钟逻辑电路控制第一开关和第二开关断开，第三开关闭合，寄生电容和充电电容进行放电，直至寄生电容和充电电容的电荷全部放完。

可选地，在比较器判断寄生电容的电压高于第二预设电压时，计数器获取时钟逻辑电路的工作时钟信号以取得寄生电容充电至高于第二预设电压时的充电次数，处理器根据充电次数和基准次数对是否发生触摸情况进行判断。

可选地，在发生触摸时，寄生电容的电容值变为寄生电容的原电容值和人体感应电容的电容值之和。

可选地，处理器根据充电次数和基准次数对是否发生触摸情况进行判断，进一步包括：

在充电次数大于基准次数的情况下，为发生触摸的情况；

在充电次数等于基准次数的情况下，为未发生触摸的情况。

可选地，还包括滤波器，滤波器的输入端与比较器的输出端电连接，滤波器的输出端与计数器和时钟逻辑电路的输入端电连接。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的一种低功耗触摸检测电路，通过电源为充点电容充电，充点电容再将电荷转移至寄生电容，该种情况下，充点电容的电容值很小，其整体的体积也就很小，放在芯片上增加的面积也很小，整体的成本就会下降，而且在充放电周期一直的情况下，寄生电容和充点电容的泄放的电荷量也少，整体的功耗也会降低，满足了现代社会节能环保的需求。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的低功耗触摸检测电路的电路图；

图2为本发明提供的电源为充电电容充电的状态图；

图3为本发明提供的充电电容的电荷向寄生电容转移的状态图；

图4为本发明提供的充电电容和寄生电容的电荷泄放状态图；

图5为常规的触摸检测电路。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

请参阅图1，本发明中的低功耗触摸检测电路，可以包括第一开关、第二开关、第三开关充电电容、寄生电容比较器、时钟逻辑电路和计数器，其中，可以理解的是，所谓的寄生电容即为设备内部的芯片的接口电容，其电容值远大于充电电容的电容值，一般寄生电容的电容值是充电电容的电容值的一百倍以上，图1中，SW2对应的是第一开关，SW1对应的是第二开关，SW0对应的是第三开关，Cin为充电电容，Cp为寄生电容。

第一开关的输入端和电源的正极端电连接，第一开关的输出端和第二开关的的输入端电连接；

第二开关的输出端和第三开关的输入端电连接，第三开关的输出端接地；

充电电容的正极端和第一开关的输出端电连接，充电电容的负极端接地；

寄生电容的正极端与第二开关的输出端、第三开关的输入端电及比较器的的正极端电连接，寄生电容的负极端接地；

比较器的负极输入端接入基准电压电路，比较器的输出端与计数器及时钟逻辑电路的输入端电连接；

时钟逻辑电路输出端分别第一开关、第二开关、第三开关及计数器的输入端电连接；

计数器的输出端和处理器的输入端电连接。

可以知道的是，在设备启动的初始状态时，启动开关会给到时钟逻辑电路一个时钟信号，在该时钟信号下，时钟逻辑电路控制第一开关和第二开关断开，第三开关闭合，寄生电容和充电电容进行放电，直至寄生电容和充电电容的电荷全部放完，寄生电容和充电电容是已知的，其电荷全部放完的时间是可以计算出来的，因此可以将时钟逻辑电路设定对应的放电时间，在放电完成后，该低功耗触摸检测电路一直处于充电和放电的循环过程中，其充电过程包括对充电电容的充电过程、充点电容给寄生电容的充电过程、充电电容和寄生电容的放电过程，上述电路是一直按照上述过程进行循环。

首先，先对对充电电容进行充电进行解释说明，请参阅2，在充电电容的充电状态时，时钟逻辑电路控制第一开关闭合，第二开关和第三开关断开，电源将充电电容的电压充至第一预设电压，其中，可以理解的是，时钟逻辑电路一般可以包括三个时钟，三个时钟分别为，CLK_SW0、CLK_SW1和CLK_SW2，CLK_SW0与第三开关相对应，CLK_SW1和第二开关相对应，CLK_SW2和第一开关相对应，其中，中CLK_SW1、CLK_SW2是互不交迭的时钟，互不交迭可以理解为CLK_SW1、CLK_SW2对应控制的开关不会同时工作，CLK_SW0由比较器输出结果和使能位信息一起控制的，其中，使能位信息是设备启动时的启动开关发出的，上述对充电电容充至第一预设电压的方式为，可以理解的是，

C是电容的电容值，其在一般情况下是不会变的固定值，Q是带电量，U是电容两端的电压，当需要将电容充至第一预设电压，即

Q＝I*t，I是电容的充电电流，t是充电时长，可以理解的是，充至第一预设电压的时长是可以计算出来的，而且，第一预设电压一般可以是电源的电压，因此，可以通过CLK_SW2控制第一开关的闭合时间，在达到闭合时间后，即进入到对应的充点电容给寄生电容的充电过程。

其次，请参阅图3，在寄生电容的充电状态时，时钟逻辑电路控制控制第一开关和第二开关断开，第三开关闭合，充电电容向寄生电容进行电荷转移，直至充电电容和寄生电容的电压一致，完成一次电荷转移。

可以理解的是，上述的转移时间也是可以计算的出来的，而且每次转移的电荷的数量不一样，但是都是可以计算出来，当达到预设的转移时间后，CLK_SW2和CLK_SW1分别控制第一开关和第二开关断开，CLK_SW0按照时间书序闭合第三开关。

紧接着，请参阅图4，在经过充电电容多次向寄生电容转移的过程，寄生电容的电压高于第二预设电压后，图5中第二预设电压是指Vth，比较器会将比较结果输出值时钟逻辑电路，可以知道的是，在寄生电容的电压低于第二预设电压时，比较器输出的比较结果一般是低电平，当寄生电容的电压高于第二预设电压时，比较器会输出高电平，从而触发放电状态，进入到放电状态，时钟逻辑电路控制第一开关和第二开关断开，第三开关闭合，寄生电容和充电电容进行放电，直至寄生电容和充电电容的电荷全部放完。

可以理解的是，上述的寄生电容的电压高于第二预设电压的电荷转移次数是可以计算出来的，且转移次数是固定的，电荷放完的时间也是可以计算出来的，在经过预设的放电时间后，会按照上述过程循环，其中，循环可以理解为一直循环对充电电容的充电过程、充点电容给寄生电容的充电过程、充电电容和寄生电容的放电过程。

当发生触摸时，上述的电荷转移次数是会发生改变的，改变的原因在于，人体触碰到寄生电容后，人体自身也会变成一个电容与寄生电容串联并接地，因此，此时的寄生电容的电容值会发生改变，变为寄生电容的原电容值和人体感应电容的电容值之和，人体电容的电容值0.1至5pF，可以理解的是，人体电容的电容值可以是小于寄生电容，但需要大于充电电容的电容值，可以知道的是，人体电容的电容值可以是充电电容的电容值的20至50倍不等，该数值只是一种示例，不可理解为对充电电容的限定，当此时的寄生电容的电容值变大时，充电电容将寄生电容的电压值充至第二预设电压的电荷转移次数就会变多，计数器可以根据一个周期时间内，CLK_SW2发送时钟信号的次数或CLK_SW1发送时钟信号的次数来判断是否超过基准次数，基准次数一般是提前计算出来。

通过上述过程可以知道，处理器根据充电次数和基准次数对是否发生触摸情况进行判断，进一步包括：

在充电次数大于基准次数的情况下，为发生触摸的情况；

在充电次数等于基准次数的情况下，为未发生触摸的情况。

在上述方案的基础上，为了滤除比较器中输出的毛刺信号，还可以设置滤波器，滤波器的输入端与比较器的输出端电连接，滤波器的输出端与计数器和时钟逻辑电路的输入端电连接，可以理解的是，比较器输出低电平时可以用0标识，当比较器输出高电平时，可以用1标识，当比较器输出一串比较结果“00000100000”，该种情况下，其中的1就是所谓的毛刺信号，滤波器会将其滤除，避免出现误判的现象。

最后，请参阅图5，可以知道的是，常规触摸检测电路中，一般是采用芯片的寄生电容C_P(即接口电容)为更大的电容C_MOD进行充电，可以知道的是，C_MOD的电容值需要是寄生电容C_P的电容值的一百倍以上，通过上述的技术方案，可以知道的是，常规触摸检测电路每次需要的电荷量为Q＝Cmod*Vth，

U是电容的电压值即Vth，Cmod是其电容值，Vth是其需要达被充至的电压，该值和本实施例的中的值一致，本发明的触摸检测电路所需要的电荷量为Q＝Cp*Vth，在同等Cp值和同等的第二预设电压的条件下，且充放电周期也一致的情况下，本实施例的的触摸检测电路的电荷量远小于常规触摸检测电路的电荷量，所以本实施例的触摸检测电路的电流远小于常规触摸检测电路的电流，在放电的过程中，本实施泄放的电荷是充点电容和寄生电容内存储的电荷量，其整体的电荷量远小于常规触摸检测电路。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种低功耗触摸检测电路，其特征在于包括第一开关、第二开关、第三开关充电电容、寄生电容比较器、时钟逻辑电路和计数器，其中，

所述第一开关的输入端和电源的正极端电连接，所述第一开关的输出端和所述第二开关的的输入端电连接；

所述第二开关的输出端和所述第三开关的输入端电连接，所述第三开关的输出端接地；

所述充电电容的正极端和所述第一开关的输出端电连接，所述充电电容的负极端接地；

所述寄生电容的正极端与所述第二开关的输出端、所述第三开关的输入端电及所述比较器的的正极端电连接，所述寄生电容的负极端接地；

所述比较器的负极输入端接入基准电压电路，所述比较器的输出端与计数器及时钟逻辑电路的输入端电连接；

所述时钟逻辑电路输出端分别第一开关、第二开关、第三开关及计数器的输入端电连接；

所述计数器的输出端和处理器的输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的低功耗触摸检测电路，其特征在于：在所述充电电容的充电状态时，所述时钟逻辑电路控制第一开关闭合，所述第二开关和第三开关断开，所述电源将充电电容的电压充至第一预设电压。

3.根据权利要求2所述的低功耗触摸检测电路，其特征在于：在所述寄生电容的充电状态时，所述时钟逻辑电路控制控制第一开关和所述第二开关断开，所述第三开关闭合，所述充电电容向所述寄生电容进行电荷转移，直至充电电容和所述寄生电容的电压一致，完成一次电荷转移。

4.根据权利要求3所述的低功耗触摸检测电路，其特征在于，在经过充电电容的电荷多次向所述寄生电容转移的过程，所述寄生电容的电压高于第二预设电压后，所述比较器会将比较结果输出值时钟逻辑电路，进入到放电状态，所述时钟逻辑电路控制所述第一开关和所述第二开关断开，所述第三开关闭合，所述寄生电容和所述充电电容进行放电，直至所述寄生电容和所述充电电容的电荷全部放完。

5.根据权利要求4所述的低功耗触摸检测电路，其特征在于：在所述比较器判断所述寄生电容的电压高于第二预设电压时，所述计数器获取所述时钟逻辑电路的工作时钟信号以取得所述寄生电容充电至高于第二预设电压时的充电次数，所述处理器根据充电次数和基准次数对是否发生触摸情况进行判断。

6.根据权利要求5所述的低功耗触摸检测电路，其特征在于，在发生触摸时，所述寄生电容的电容值变为寄生电容的原电容值和人体感应电容的电容值之和。

7.根据权利要求6所述的低功耗触摸检测电路，其特征在于，所述处理器根据充电次数和基准次数对是否发生触摸情况进行判断，进一步包括：

在所述充电次数大于基准次数的情况下，为发生触摸的情况；

在所述充电次数等于基准次数的情况下，为未发生触摸的情况。

8.根据权利要求1所述的低功耗触摸检测电路，其特征在于，还包括滤波器，所述滤波器的输入端与比较器的输出端电连接，所述滤波器的输出端与计数器和所述时钟逻辑电路的输入端电连接。

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