CN2938571Y - 电荷转移装置、触摸感应装置 - Google Patents

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李志谦
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Abstract

本实用新型公开了一种电荷转移装置，进一步提供了一种触摸感应装置，包括感应点，能够产生感应电容；电源，用于通过第一开关对感应点产生的感应电容进行周期性地充电；第二电容，用于将所述分布电容累积的电荷周期性地转移到第二电容上；比较器，用于比较所述第二电容上的电压与参考电压的大小；计数器；处理器；第三开关。通过该实用新型的装置能够精确地测量出触摸感应的动作发生。

Description

电荷转移装置、触摸感应装置
技术领域
本实用新型涉及一种电荷转移装置，进一步涉及一种利用电荷转移装置进行触摸感应的触摸感应装置，该装置可以应用于各种集成化的触摸开关。
背景技术
现阶段，大部分轻触开关的实现方案都是采用电容测量的方法。在目前的电容感应触摸开关中，基本原理是将未知电容上的电荷转移，然后测量电荷的多少，从而确定未知电容的大小。这种方法存在如下缺点：
1、稳定性差，由于未知电容受到外界干扰时，电荷量会明显变化，电荷量经常不能反映未知电容的大小。
2、成本高，测量电荷需要高精度ADC，电路结构复杂，提升成本。
实用新型内容
为了解决如上缺点，本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种成本低，功耗低，灵敏度可以调节，误触发率低的触摸开关。
根据上述目的，本实用新型提供了一种电荷转移装置，包括：
第一电容、第二电容、电源、第一开关，第二开关；
所述电源连接至第一开关，用于通过第一开关对第一电容进行周期性地充电；
所述第二电容通过所述第二开关连接至所述第一电容，用于将所述第一电容累积的电荷周期性地转移到第二电容上。
其中，
所述第一开关和第二开关通过非交叠时钟控制其开通和关断。
本实用新型进一步提供了一种触摸感应装置，包括：
感应点，能够产生感应电容；
电源，连接至一第一开关，用于通过第一开关对感应点产生的感应电容进行周期性地充电；
第二电容，通过第二开关连接至所述感应点的分布电容，用于将所述分布电容累积的电荷周期性地转移到第二电容上。
比较器，用于比较所述第二电容上的电压与参考电压的大小；
计数器；
处理器；
第三开关；
当所述比较器翻转时产生翻转信号输出给所述第三开关以及所述计数器；
所述第三开关接收到翻转信号后闭合，用于对第二电容放电，并在放电完毕后，所述第三开关打开；
所述计数器接收到翻转信号后停止计数，并将其计数值传送给所述处理器；
所述处理器接收到所述计数值后，根据接收到的所述计数器的值判断按键是触摸状态还是非触摸状态，同时，返回一个信号将计数器清零，然后计数器重新开始计数。
其中，
所述第一开关和第二开关通过非交叠时钟控制其开通和关断。
其中，
所述感应点由PCB走线组成。
其中
所述处理器对所述计数值与预先设定的无触摸按键值进行比较，若其差值大于预先设定的标准差值，则认为按键为有触摸状态，若否，则认为按键为非触摸状态。
其中，
所述参考电压的值为小于充电电压的二分之一。
其中，
所述第一和第二开关为MOS管、三极管、继电器、光耦其中之一。
通过以下结合附图对本实用新型优选实施方式的描述，本实用新型的其他特点、目的和效果将变得更加清楚和易于理解。
附图说明
图1是本实用新型的触摸感应装置的基本原理图；
图2是非交叠时钟信号图；
图3是触摸感应点PCB和等效电容示意图；
图4是其他几种触摸感应点PCB形式；
图5是采用电阻分压来实现参考电压。
在所有的上述附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
图1所示为本实用新型的触摸感应***的原理图。如图所示，其中包括：感应点1、电荷转移装置2、比较器3、计数器4、处理器5、第三开关S3。
感应点1用于感应不同环境与地(gnd)之间的电容性，从而产生一个感应电容Cs。感应点1可以由PCB走线形成的，PCB走线可以做成如附图2所示的形状，也可以做成附图3所示的形状，以能够形成正确的感应电容，保证感应动作的可靠性。
由于感应点1上产生的电容Cs很小，每次传输电荷量也很少，因此很难测量。本实用新型提供了一种能够将电荷量进行累积的电荷转移装置，其通过对感应点1进行不断地充电以及电荷转移，从而转换成可以测量的电压。
电荷转移装置2，其中包括第一开关电路S1、  第二开关电路S2以及电容Cc 21。开关电路S1、S2可用MOS管来实现，还可以用三极管、继电器、光耦等实现。开关电路S1、S2通过如图3所示的非交叠时钟控制其开和关。这样，通过周期性地接通、断开开关S1和S2，使感应点1的电容Cs积累到充分的电荷量，并将累积的电荷全部转移到电容Cc 21上，从而使得在电容Cc 21处达到可以测量的电压VCc。
相关计算如下：
设Cs每次充电电压为VDD，电荷量为
CsVDD
因此，第一次充放电后的为
(Cs+Cc)V1＝CsVDD，
V1为Cc上的电压；
其工作过程如下：每次S1接通时，感应点1的电容Cs通过充电电压VDD开始充电；开关S1断开后，由于非交叠时钟控制，这时开关S2接通，从而将感应点1的电容Cs的电荷转移到电容Cc 21上。这样经过多个周期性的充电荷转移，使得在感应点1的电容Cs上累积的电荷全部转移到电容Cc 21上
电容Cc 21上的电荷转换为电压输入到比较器3，比较器3的输入端为一个参考电压Vref，用其与电容Cc 21的电压VCc比较，比较的结果产生对计数器4的控制信号。参考电压Vref可以采用电阻分压来实现，如附图5所示。
当所述比较器3翻转时，产生翻转信号输出给所述第三开关S3以及所述计数器4；
所述第三开关S3接收到翻转信号后闭合，用于对第二电容放电，并在放电完毕后，所述第三开关S3打开；
所述计数器4接收到翻转信号后停止计数，并将其计数值传送给所述处理器5；
所述处理器5接收到所述计数值后，根据接收到的所述计数器的值判断按键是触摸状态还是非触摸状态，同时，返回一个信号将计数器清零，然后计数器重新开始计数。
在本实施例中，比较器3输入端产生用于比较的参考电压Vref值设计为小于每次充电电压的二分之一，即小于VDD/2，因为如果参考电压值较高，会引入一定的***误差。
如果有触摸动作发生时，感应点1能够感应到人体与地之间的电容，按照如上所述的方法，在感应点1处的感应电容Cs，同理，通过电荷传输和累积，将该微弱的感应电容Cs不停地累积并不停地转换为电容Cc21的电压VCc，当VCc超过比较器的参考电压Vref时，比较器翻转，发出停止信号，计数器4停止计数，这样得到一个新的计数值，即触摸发生时新的电容充电时间。
计数器4的值之后输入到处理器5中，处理器5根据计数器的输入的值和***设置的无触摸时的充电时间值进行差值计算，当差值大于***预先设定的标准差值时，则处理器5判断现在的状态为按键按下。本领域技术人员能够理解，该标准差值的大小能够根据***的硬件参数进行设定。
这样，通过检测计数器的值是否发生了变化，从而判断出有无触摸动作发生。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1、一种电荷转移装置，其特征在于，包括：
第一电容、第二电容、电源、第一开关，第二开关；
所述电源连接至第一开关，用于通过第一开关对第一电容进行周期性地充电；
所述第二电容通过所述第二开关连接至所述第一电容，用于将所述第一电容累积的电荷周期性地转移到第二电容上。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述第一开关和第二开关通过非交叠时钟控制其开通和关断。
3、一种触摸感应装置，其特征在于，包括：
感应点，能够产生感应电容；
电源，连接至一第一开关，用于通过第一开关对感应点产生的感应电容进行周期性地充电；
第二电容，通过第二开关连接至所述感应点的分布电容，用于将所述分布电容累积的电荷周期性地转移到第二电容上。
比较器，用于比较所述第二电容上的电压与参考电压的大小；
计数器；
处理器；
第三开关；
当所述比较器翻转时产生翻转信号输出给所述第三开关以及所述计数器；
所述第三开关接收到翻转信号后闭合，用于对第二电容放电，并在放电完毕后，所述第三开关打开；
所述计数器接收到翻转信号后停止计数，并将其计数值传送给所述处理器；
所述处理器接收到所述计数值后，根据接收到的所述计数器的值判断按键是触摸状态还是非触摸状态，同时，返回一个信号将计数器清零，然后计数器重新开始计数。
4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：
所述第一开关和第二开关通过非交叠时钟控制其开通和关断。
5、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：
所述感应点由PCB走线组成。
6、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：
所述处理器对所述计数值与预先设定的无触摸按键值进行比较，若其差值大于预先设定的标准差值，则认为按键为有触摸状态，若否，则认为按键为非触摸状态。
7、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：
所述参考电压的值为小于充电电压的二分之一。
8、如权利要求3所述的装置，其特征在于：
所述第一和第二开关为MOS管、三极管、继电器、光耦其中之一。
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