CN212207517U

CN212207517U - 自互电容检测电路、芯片及设备

Info

Publication number: CN212207517U
Application number: CN202020309243.4U
Authority: CN
Inventors: 于泽; 吕子熏
Original assignee: Shenzhen Chipsailing Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Chipsailing Technology Co ltd
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2020-12-22
Anticipated expiration: 2030-03-12

Abstract

本申请公开了一种自互电容检测电路、芯片及设备，涉及但不限于电容检测技术领域，其中，一种自互电容检测电路包括：感应模块、激励模块和检测模块；感应模块包括互电容和自电容；激励模块用于产生激励信号；检测模块用于检测互电容和自电容；感应模块的输入端连接激励模块，感应模块的输出端连接检测模块。本申请的自互电容检测电路、芯片及设备，能够同时检测感应元件的自电容和互电容，增大了电路输出的信号量，进而增大了信噪比，提高了检测结果的准确性。

Description

自互电容检测电路、芯片及设备

技术领域

本申请实施例涉及但不限于电容检测技术领域，尤其是涉及一种自互电容检测电路、芯片及设备。

背景技术

电容触摸屏由于其坚固耐用、反应速度快、节省空间、透光率高等优点在各种电子设备领域得到了越来越多的应用，电容式触摸屏采用透明的氧化铟锡(ITO)材料在玻璃基板表面形成电极阵列。根据不同的检测原理，电容式触摸屏分为自电容触摸屏和互电容触摸屏两种：自电容触摸屏通过检测触摸前后电极对地电容的变化确定触控物在触摸屏上的触摸位置；互电容触摸屏通过检测触摸前后两组电极之间电容改变确定触控物在触摸屏上的触摸位置。即自电容触摸屏通过检测电极对地电容改变来触摸检测，而互电容触摸屏通过检测两电极之间的电容改变实现触摸检测。

目前的电容检测技术主要检测感应元件的自电容变化或者感应元件内两个电极之间的互电容变化。当导体(手指或是指纹脊谷)接近感应元件时，感应元件的互电容值与自电容值都会发生改变。导体距离感应元件越远，感应元件的自电容与互电容的变化量越小，若仅检测感应元件的自电容或者互电容，则其变化的信号量太小容易被噪声干扰，导致可能产生错误的检测结果。

发明内容

本申请实施例旨在至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请实施例提出一种自互电容检测电路，能够同时检测感应元件的自电容和互电容，增大信噪比，从而提高检测结果的准确性。

本申请实施例还提出一种芯片。

本申请实施例还提出一种设备。

第一方面，本申请的一个实施例提供了一种自互电容检测电路，电路包括：感应模块、激励模块和检测模块；

感应模块包括互电容和自电容；

激励模块用于产生激励信号；

检测模块用于检测互电容和自电容；

感应模块的输入端连接激励模块，感应模块的输出端连接检测模块。

本申请实施例的自互电容检测电路，能够同时检测感应元件的自电容和互电容，增大了电路输出的信号量，进而增大了信噪比，提高了检测结果的准确性。

根据本申请的另一些实施例的自互电容检测电路，激励模块包括：第一激励模块和第二激励模块；

第一激励模块包括第一激励源和第二激励源，第一激励源通过第一开关连接感应模块；第二激励源通过第二开关连接感应模块；

第二激励模块包括第三激励源和第四激励源，第三激励源通过第三开关连接感应模块；第四激励源通过第四开关连接感应模块。

本申请实施例的自互电容检测电路，激励源产生激励信号，通过开关控制激励源与感应模块的连接通断，方便控制激励信号的输入。

根据本申请的另一些实施例的自互电容检测电路，感应模块包括：第一发射电极、第二发射电极和接收电极；

第一发射电极耦合接收电极而形成互电容；

第二发射电极用于向导体发射激励信号，导体耦合接收电极而形成自电容；

第一发射电极分别连接第一开关和第二开关，第二发射电极分别连接第三开关和第四开关，接收电极连接检测模块。

本申请实施例的自互电容检测电路，感应模块内第一发射电极耦合接收电极而形成互电容，第二发射电极用于向导体发射激励信号，导体耦合接收电极而形成自电容，为实现对互电容和自电容的同时检测提供了必要条件。

根据本申请的另一些实施例的自互电容检测电路，检测模块包括：运算放大器、反馈电容和反馈回路开关；

运算放大器的同相输入端连接参考电压源，参考电压源用于提供运算放大器的参考电压；

运算放大器的反相输入端分别连接反馈电容的一端、反馈回路开关的一端和感应模块的输出端；

反馈电容的另一端连接运算放大器的输出端，反馈回路开关的另一端连接运算放大器的输出端。

本申请实施例的自互电容检测电路，将感测信号接入运算放大器的反相输入端，并利用反馈电容偏置运算放大器，能够在放大信号量的同时去除电容性背景噪声。

根据本申请的另一些实施例的自互电容检测电路，电路还包括调节模块，调节模块用于调节感应模块输出的信号量，信号量包括互电容信号量和自电容信号量；

调节模块连接感应模块的输出端。

本申请实施例的自互电容检测电路，通过增加调节模块来调节感测信号，能够增大信号量的输出范围，从而提高电路的适用性。

根据本申请的另一些实施例的自互电容检测电路，调节模块包括：可调电容、第一可调激励源和第二可调激励源；

第一可调激励源通过第一调节开关连接可调电容的一端；

第二可调激励源通过第二调节开关连接可调电容的一端；

可调电容的另一端连接感应模块的输出端。

本申请实施例的自互电容检测电路，通过开关控制激励信号的输入，利用可调电容调节感测信号，能够实现对感测信号的实时调节。

第二方面，本申请的一个实施例提供了一种芯片，芯片包括本申请的一些实施例的自互电容检测电路。

本申请实施例的芯片，能够同时检测感应元件的自电容和互电容，增大了电路输出的信号量，进而增大了信噪比，提高了检测结果的准确性。

第三方面，本申请的一个实施例提供了一种设备，设备包括本申请的一些实施例的自互电容检测电路，或者，设备包括本申请的一些实施例的芯片。

本申请实施例的设备，能够同时检测感应元件的自电容和互电容，增大了电路输出的信号量，进而增大了信噪比，提高了检测结果的准确性。

附图说明

图1是本申请实施例中一种自互电容检测电路的一具体实施例的电路结构框图；

图2是本申请实施例中一种自互电容检测电路的另一具体实施例的电路结构框图；

图3是本申请实施例中一种自互电容检测电路的一具体实施例的电路原理图；

图4是本申请实施例中一种自互电容检测电路的另一具体实施例的电路原理图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本申请的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本申请的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本申请的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。

在本申请实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

实施例1

参照图1，示出了本申请实施例中一种自互电容检测电路的一具体实施例的电路结构框图。如图1所示，本申请实施例的自互电容检测电路，包括：感应模块、激励模块和检测模块；感应模块包括互电容和自电容；激励模块用于产生激励信号；检测模块用于检测互电容和自电容；感应模块的输入端连接激励模块，感应模块的输出端连接检测模块。

激励模块产生激励信号，感应模块接收到激励信号而产生感测信号，感测信号包括互电容感应信号和自电容感应信号，检测模块对接收到感测信号进行处理，并输出最终的信号量。检测模块输出的信号量受到激励信号和感测信号的影响，激励信号已知，通过检测输出的信号量，就能够计算得到感测信号，进而实现对感应元件的互电容和自电容的同时检测。

在本申请的另一些实施例中，激励模块包括：第一激励模块和第二激励模块；第一激励模块包括第一激励源和第二激励源，第一激励源通过第一开关连接感应模块；第二激励源通过第二开关连接感应模块；第二激励模块包括第三激励源和第四激励源，第三激励源通过第三开关连接感应模块；第四激励源通过第四开关连接感应模块。

将激励模块划分为第一激励模块和第二激励模块，以便对感测模块的互电容和自电容分别施加不同的激励信号，通过开关控制激励源与感应模块的连接通断，方便控制激励信号的输入。

在本申请的另一些实施例中，感应模块包括：第一发射电极、第二发射电极和接收电极；第一发射电极耦合接收电极而形成互电容；第二发射电极用于向导体发射激励信号，导体耦合接收电极而形成自电容；第一发射电极分别连接第一开关和第二开关，第二发射电极分别连接第三开关和第四开关，接收电极连接检测模块。

感应模块包括互电容和自电容，互电容由第一发射电极耦合接收电极而形成，自电容由导体耦合接收电极而形成。第一激励模块对第一发射电极施加第一激励信号，从而产生互电容感应信号。第二激励模块对第二发射电极施加第二激励信号，第二发射电极进而对邻近的导体发射第二激励信号，从而产生自电容感应信号。

在本申请的另一些实施例中，检测模块包括：运算放大器、反馈电容和反馈回路开关；运算放大器的同相输入端连接参考电压源，参考电压源用于提供运算放大器的参考电压；运算放大器的反相输入端分别连接反馈电容的一端、反馈回路开关的一端和感应模块的输出端；反馈电容的另一端连接运算放大器的输出端，反馈回路开关的另一端连接运算放大器的输出端。

感应模块产生的感测信号，输入到检测模块，检测模块对感测信号进行处理。具体的，检测模块包括运算放大器、反馈电容和反馈回路开关，感测信号输入到运算放大器的反相输入端，运算放大器对感测信号进行放大，并利用反馈电容偏置运算放大器，从而去除放大信号量的电容性背景噪声，得到最终输出的信号量。通过开关控制反馈回路的通断从而对反馈电容进行充放电控制，以实现反馈电容对运算放大器的偏置作用。运算放大器的参考电压可根据实际情况进行调节，在本申请的另一些实施例中，运算放大器的参考电压为工作电压的二分之一。

在本申请的另一些实施例中，参照图2，示出了本申请实施例中一种自互电容检测电路的另一具体实施例的电路结构框图。如图2所示，本申请实施例的自互电容检测电路，包括：感应模块、激励模块、检测模块及调节模块；感应模块包括互电容和自电容；激励模块用于产生激励信号；检测模块用于检测互电容和自电容；调节模块用于调节感应模块的输出信号量；感应模块的输入端连接激励模块，感应模块的输出端分别连接检测模块和调节模块。

激励模块产生激励信号，感应模块接收到激励信号而产生感测信号，感测信号包括互电容感应信号和自电容感应信号，调节模块接收感测信号，在感测信号的基础上附加调节信号，并将初步处理的信号量输入到检测模块，检测模块对接收到信号量进行再处理，输出最终的信号量。检测模块输出的信号量受到激励信号、感测信号和调节信号的影响，激励信号和调节信号已知，通过检测输出的信号量，就能够计算得到感测信号，进而实现对感应元件的互电容和自电容的同时检测。此外，将调节信号附加到感测信号上，能够增大信号量的输出范围，从而提高电路的适用性。

实施例2

参照图3，示出了本申请实施例中一种自互电容检测电路的一具体实施例的电路原理图。如图3所示，本申请实施例的自互电容检测电路，包括：激励源V1、V2、V3和V4，开关S1、S2、S3和S4，互电容C1和自电容C2，运算放大器OpAmp，运算放大器的参考电压源V5，运算放大器的反相输入端VRX，运算放大器的输出端VO，运算放大器的反馈电容C3和反馈回路开关S5；激励源V1通过开关S1连接到互电容C1的一端，激励源V2通过开关S2连接到互电容C1的一端，互电容C1的另一端连接到运算放大器的反相输入端VRX；激励源V3通过开关S3连接到自电容C2的一端，激励源V4通过开关S4连接到自电容C2的一端，自电容C2的另一端连接到运算放大器的反相输入端VRX；反馈电容C3的一端连接到运算放大器的反相输入端VRX，反馈电容C3的另一端连接到运算放大器的输出端VO；反馈回路开关S5的一端连接到运算放大器的反相输入端VRX，反馈回路开关S5的另一端连接到运算放大器的输出端VO。

在本申请的另一些实施例中，对本申请上述实施例的自互电容检测电路进行控制，包括复位步骤和电荷转移步骤。

复位步骤：

对电路进行复位，参照图3，闭合反馈回路开关S5，闭合开关S1和S3，保持开关S2和S4断开，通过激励源V1对互电容C1施加激励电压VTX1，通过激励源V3对自电容C2施加激励电压VTX3，通过运算放大器的参考电压源V5对运算放大器OpAmp施加参考电压VCM。互电容C1的电容值为C_M-C_TM，其中，C_M为第一发射电极与接收电极之间的互电容值，C_TM为因导体接近而引起的感应元件的互电容C1的变化量。自电容C2的电容值为C_S+C_TS，C_S为第二发射电极与接收电极之间的的自电容值，C_TS为因导体接近而引起的感应元件的自电容C2的变化量。反馈电容C3的电容值为C_F。

运算放大器的反相输入端VRX的电压和运算放大器的输出端VO的电压均被复位为VCM，电路的第一总电荷量Q1如式(1)所示：

Q₁＝(VCM-VTX1)·(C_M-C_TM)+(VCM-VTX3)·(CS+C_TS) (1)

电荷转移步骤：

对电路进行电荷转移，参照图3，断开反馈回路开关S5，闭合开关S2和S4，断开开关S1和S3，通过激励源V2对互电容C1施加激励电压VTX2，通过激励源V4对自电容C2施加激励电压VTX4，运算放大器的参考电压源V5继续对运算放大器OpAmp施加参考电压VCM。

由于运算放大器的虚短特性，因此运算放大器的反相输入端VRX的电压被钳位为VCM。假设运算放大器的输出端VO的电压为VOUT，电路的第二总电荷量Q2如式(2)所示：

根据电荷守恒定律，电荷转移前后的电荷量不变，即第一总电荷量Q1和第二总电荷量Q2相等，得到运算放大器输出的信号量VOUT如式(3)所示：

由于互电容C1的变化量C_TM与自电容C2的变化量C_TS能够反映导体接近的距离，从式(3)可知，使VTX2>VTX1和VTX3>VTX4，则互电容C1的变化量C_TM与自电容C2的变化量C_TS就能够相互叠加，从而增大了运算放大器输出的信号量VOUT，增大了输出信噪比。

在本申请的另一些实施例中，通过控制激励源，使VTX2与VTX1同频反相，及VTX3与VTX4同频反相，增大了电路输出的信号量，进而增大了信噪比，提高了检测结果的准确性。

参照图4，示出了本申请实施例中一种自互电容检测电路的另一具体实施例的电路原理图。如图4所示，本申请实施例的自互电容检测电路，包括：激励源V1、V2、V3和V4，开关S1、S2、S3和S4，互电容C1和自电容C2，调节激励源V5和V6，调节开关S5和S6，调节电容C3，运算放大器OpAmp，运算放大器的参考电压源V7，运算放大器的反相输入端VRX，运算放大器的输出端VO，运算放大器的反馈电容C4和反馈回路开关S7；激励源V1通过开关S1连接到互电容C1的一端，激励源V2通过开关S2连接到互电容C1的一端，互电容C1的另一端连接到运算放大器的反相输入端VRX；激励源V3通过开关S3连接到自电容C2的一端，激励源V4通过开关S4连接到自电容C2的一端，自电容C2的另一端连接到运算放大器的反相输入端VRX；调节激励源V5通过调节开关S5连接到调节电容C3的一端，调节激励源V6通过调节开关S6连接到调节电容C3的一端，调节电容C3的另一端连接到运算放大器的反相输入端VRX；反馈电容C4的一端连接到运算放大器的反相输入端VRX，反馈电容C4的另一端连接到运算放大器的输出端VO；反馈回路开关S7的一端连接到运算放大器的反相输入端VRX，反馈回路开关S7的另一端连接到运算放大器的输出端VO。

在本申请的另一些实施例中，对本申请上述实施例的自互电容检测电路进行控制，包括复位步骤、电荷转移步骤和调节步骤。

复位步骤和调节步骤：

对电路进行复位和调节，参照图4，闭合反馈回路开关S7，闭合开关S1、S3和S5，保持开关S2、S4和S6断开，通过激励源V1对互电容C1施加激励电压VTX1，通过激励源V3对自电容C2施加激励电压VTX3，通过调节激励源V5对调节电容C3施加调节电压VB1，通过运算放大器的参考电压源V7对运算放大器OpAmp施加参考电压VCM。互电容C1的电容值为C_M-C_TM，其中，C_M为第一发射电极与接收电极之间的互电容值，C_TM为因导体接近而引起的感应元件的互电容C1的变化量。自电容C2的电容值为C_S+C_TS，C_S为第二发射电极与接收电极之间的的自电容值，C_TS为因导体接近而引起的感应元件的自电容C2的变化量。调节电容C3的电容值为C_B，反馈电容C4的电容值为C_F。

运算放大器的反相输入端VRX的电压和运算放大器的输出端VO的电压均被复位为VCM，电路的第一总电荷量Q1如式(4)所示：

电荷转移步骤和调节步骤：

对电路进行电荷转移和调节，参照图4，断开反馈回路开关S7，闭合开关S2、S4和S6，断开开关S1、S3和S5，通过激励源V2对互电容C1施加激励电压VTX2，通过激励源V4对自电容C2施加激励电压VTX4，通过调节激励源V6对调节电容C3施加调节电压VB2，运算放大器的参考电压源V7继续对运算放大器OpAmp施加参考电压VCM。

由于运算放大器的虚短特性，因此运算放大器的反相输入端VRX的电压被钳位为VCM。假设运算放大器的输出端VO的电压为VOUT，电路的第二总电荷量Q2如式(5)所示：

根据电荷守恒定律，电荷转移前后的电荷量不变，即第一总电荷量Q1和第二总电荷量Q2相等，得到运算放大器输出的信号量VOUT如式(6)所示：

由于互电容C1的变化量C_TM与自电容C2的变化量C_TS能够反映导体接近的距离，从式(6)可知，使VTX2>VTX1和VTX3>VTX4，则互电容C1的变化量C_TM与自电容C2的变化量C_TS就能够相互叠加，从而增大了运算放大器输出的信号量VOUT，增大了输出信噪比。然而，运算放大器输出的信号量VOUT还包含了固定不变的互电容信号量C_M与自电容信号量C_S，导致减小了信号量VOUT的输出范围。因此，通过调节C_B，或者，调节VB1或VB2，使调节信号量与固定不变的信号量相互抵消，就能够增大信号量VOUT的输出范围，最终运算放大器输出的信号量VOUT如式(7)所示：

实施例3

本申请实施例提供一种芯片，包括本申请的一些实施例的自互电容检测电路。

实施例4

本申请实施例提供一种设备，包括本申请的一些实施例的自互电容检测电路，或者，设备包括本申请的一些实施例的芯片。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下做出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims

1.一种自互电容检测电路，其特征在于，所述电路包括：感应模块、激励模块和检测模块；

所述感应模块包括互电容和自电容；

所述激励模块用于产生激励信号；

所述检测模块用于检测所述互电容和所述自电容；

所述感应模块的输入端连接所述激励模块，所述感应模块的输出端连接所述检测模块。

2.根据权利要求1所述的自互电容检测电路，其特征在于，所述激励模块包括：第一激励模块和第二激励模块；

所述第一激励模块包括第一激励源和第二激励源，所述第一激励源通过第一开关连接所述感应模块；所述第二激励源通过第二开关连接所述感应模块；

所述第二激励模块包括第三激励源和第四激励源，所述第三激励源通过第三开关连接所述感应模块；所述第四激励源通过第四开关连接所述感应模块。

3.根据权利要求2所述的自互电容检测电路，其特征在于，所述感应模块包括：第一发射电极、第二发射电极和接收电极；

所述第一发射电极耦合所述接收电极而形成互电容；

所述第二发射电极用于向导体发射激励信号，所述导体耦合所述接收电极而形成自电容；

所述第一发射电极分别连接所述第一开关和所述第二开关，所述第二发射电极分别连接所述第三开关和所述第四开关，所述接收电极连接所述检测模块。

4.根据权利要求1至3任一项所述的自互电容检测电路，其特征在于，所述检测模块包括：运算放大器、反馈电容和反馈回路开关；

所述运算放大器的同相输入端连接参考电压源，所述参考电压源用于提供所述运算放大器的参考电压；

所述运算放大器的反相输入端分别连接所述反馈电容的一端、所述反馈回路开关的一端和所述感应模块的输出端；

所述反馈电容的另一端连接所述运算放大器的输出端，所述反馈回路开关的另一端连接所述运算放大器的输出端。

5.根据权利要求4所述的自互电容检测电路，其特征在于，所述电路还包括调节模块，所述调节模块用于调节所述感应模块输出的信号量，所述信号量包括互电容信号量和自电容信号量；

所述调节模块连接所述感应模块的输出端。

6.根据权利要求5所述的自互电容检测电路，其特征在于，所述调节模块包括：可调电容、第一可调激励源和第二可调激励源；

所述第一可调激励源通过第一调节开关连接所述可调电容的一端；

所述第二可调激励源通过第二调节开关连接所述可调电容的一端；

所述可调电容的另一端连接所述感应模块的输出端。

7.一种芯片，其特征在于，所述芯片包括如权利要求1至6任一项所述的自互电容检测电路。

8.一种设备，其特征在于，所述设备包括如权利要求1至6任一项所述的自互电容检测电路，或者，所述设备包括如权利要求7所述的芯片。