用于電容性觸敏面板的測(cè)量電路和測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電容性觸敏面板的測(cè)量電路和測(cè)量方法；并且特別地涉及用于涉及改變調(diào)制電壓的調(diào)制頻率從而使傳遞函數(shù)中的峰值平滑化的電容性觸敏面板的測(cè)量電路和測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1描述了用于測(cè)量接地電容器Cin的已知技術(shù)，其可能是觸敏面板或接近檢測(cè)器的一部分:其在于改變電容性電極的電壓并檢測(cè)跨Cin的相應(yīng)電荷變化。這一般地是通過在反饋中用電容器Cfb將電容性電極連接到電荷放大器負(fù)輸入端(虛擬接地)來實(shí)現(xiàn)的。通過在放大器的正輸入端上施加很好地定義的電壓變化來實(shí)現(xiàn)輸入電容器上的電壓變化，因?yàn)樨?fù)輸入端將通過反饋來追蹤正輸入端。由于跨電容器Cin的電流只朝著Cfb流動(dòng)(放大器具有高阻抗輸入)，所以可根據(jù)跨反饋電容器Cfb的電壓變化來確定跨Cin電荷變化(和因此的Cin的值本身)。此電壓變化可直接地在模擬域中測(cè)量、處理或轉(zhuǎn)換到數(shù)字域。
[0003]這種技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)是其對(duì)電極輸入節(jié)點(diǎn)與接地之間的任何寄生電容器Cpar且特別是對(duì)與輸入焊盤有關(guān)的寄生電容器、輸入放大器的保護(hù)和寄生電容器、到源電壓的寄生電容器的極度敏感。事實(shí)上，這些寄生電容器可能未與要測(cè)量的電容器區(qū)別開并因此影響測(cè)量結(jié)果。
[0004]專利FR 2 756 048描述了用于測(cè)量通常被用于接近檢測(cè)的接地電容器的技術(shù)。這些技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于其精確性且在于其對(duì)寄生電容器相當(dāng)不敏感。這是通過相對(duì)于接地不僅改變電容性電極的電壓而且改變測(cè)量電路的所有電壓而實(shí)現(xiàn)的。所有電壓以與電容性電極的電壓相同的方式改變，使得跨寄生電容器的電壓不改變。為此，將所有輸入電路或電荷放大器稱為局部參考電位，也稱為局部接地(通常是測(cè)量回路的基底)，由某個(gè)激勵(lì)電路來促使其相對(duì)于全局接地而改變，所述某個(gè)激勵(lì)電路諸如產(chǎn)生變化電壓Vin的電壓源，參見圖2。局部接地(浮置電壓VF)因此相對(duì)于全局(外部)接地被浮置。由以局部接地為參考的浮置正和負(fù)源對(duì)讀出電路進(jìn)行供應(yīng)。從測(cè)量電路視點(diǎn)出發(fā)，“只有”外部接地電壓在改變，所有內(nèi)部電路都以浮置電壓為參考。因此，該測(cè)量對(duì)寄生的內(nèi)部電容器不敏感。
[0005]然而，要測(cè)量的電容器Cin可能遠(yuǎn)離測(cè)量電路，因此將Cin連接到測(cè)量電路的導(dǎo)線之間的任何寄生電容器將被添加到測(cè)量電容器。為了避免此錯(cuò)誤，可通過使用保護(hù)電極使將Cin連接到測(cè)量電路的導(dǎo)線從外部接地解耦。然后必須將此保護(hù)電極連接到內(nèi)部或浮置接地VF或相對(duì)于VF在恒定電壓下偏置的接點(diǎn)，使得電容性電極與保護(hù)之間的電容器仍在恒定電壓下被偏置，并且不影響測(cè)量結(jié)果。因此，測(cè)量電路具有被連接到內(nèi)部接地VF或者相對(duì)于該內(nèi)部接地VF在恒定電壓下偏置的保護(hù)輸出端，并且應(yīng)將電容器與測(cè)量電路之間的導(dǎo)線的保護(hù)連接到測(cè)量電路的此輸出端，參見圖3。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在本申請(qǐng)的獨(dú)立權(quán)利要求中敘述了本發(fā)明的本質(zhì)特征。在從屬權(quán)利要求中提到了其它實(shí)施例的其它可選、有利特征。
【附圖說明】
[0007]借助于以示例方式給出且由附圖示出的實(shí)施例的描述，將更好地理解本發(fā)明，在所述附圖中:
圖1至3示意性地示出了在電容測(cè)量中使用的已知電路；
圖4圖示出被透明保護(hù)電極覆蓋的LCD面板，在其上面放置了多個(gè)導(dǎo)電透明像素，以及電容測(cè)量設(shè)備的一部分；
圖5示出了本發(fā)明的可能實(shí)施例的構(gòu)建塊；
圖6和7圖示出在不同調(diào)制循環(huán)內(nèi)對(duì)電荷放大器的輸出信號(hào)的變化求平均的示意形式的兩個(gè)可能方式；
圖8圖示出用于對(duì)利用△ Σ調(diào)制器的電荷放大器的輸出信號(hào)的變化求平均的第三電路；
圖9圖示出其中擾動(dòng)電壓正在擾動(dòng)要檢測(cè)的電容器Cin的電極上的電壓的電路；
圖10圖示出當(dāng)在離散時(shí)間對(duì)相關(guān)信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)的在圖9中所示的電路中獲得的調(diào)制電壓、輸出電壓和樣本；
圖11示出了描述調(diào)制電壓具有固定調(diào)制頻率時(shí)以及調(diào)制電壓具有在fmodl、fmod2、fmod3和fmod4之間變化的頻率時(shí)的用于擾動(dòng)信號(hào)的傳遞函數(shù)的曲線以及示出平均值的曲線；
圖12a至12e示出了調(diào)制電壓的調(diào)制頻率可以如何改變的某些示例。
【具體實(shí)施方式】
[0008]在通常用于智能電話或平板電腦的顯示器應(yīng)用中，將電容性電極放置在IXD顯示器的頂部上，并且要測(cè)量的電容在這些頂部電極與外部接地之間，通過接近于屏幕的手指。
[0009]只有相對(duì)于手指在上側(cè)的電容是感興趣的，然而，同時(shí)相對(duì)于LCD的電容和來自IXD的寄生信號(hào)對(duì)檢測(cè)手指的接近沒有用，并且事實(shí)上，IXD的活動(dòng)容易通過寄生電容器在讀出電路中注入不期望的電荷，其可以使接近檢測(cè)器的輸出錯(cuò)誤。因此，在電容性電極與LCD顯示器之間插入導(dǎo)電保護(hù)層。還應(yīng)將此導(dǎo)電保護(hù)層連接到測(cè)量電路的保護(hù)輸出端，或相對(duì)于保護(hù)輸出保持在恒定電壓，如針對(duì)觸摸屏與測(cè)量電路之間的導(dǎo)線保護(hù)的情況一樣。
[0010]在圖4中舉例說明此類布置，其中，LCD面板200被透明保護(hù)電極30覆蓋，在透明保護(hù)電極30上面放置了連接到包括在讀出電路120中的多個(gè)電容至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的多個(gè)導(dǎo)電透明像素25。每個(gè)CDC包括電荷放大器126。由于可以將保護(hù)電極視為等電位表面，所以其提供有效的靜電屏蔽，并且可來自LCD 200的不想要的干擾被保護(hù)電位有效地篩選出且并未到達(dá)⑶C。
[0011]如上文所討論的，讀出電路包括可變電壓源80，其產(chǎn)生連接到保護(hù)電位30和⑶C的電荷放大器126的非反相輸入端的浮置參考電位85。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可變電壓源可以生成方波信號(hào)，如圖中所示，或還有連續(xù)可變波形，例如正弦波。方波激勵(lì)在離散時(shí)間系統(tǒng)中可以是優(yōu)選的，同時(shí)可以通過大量利用模擬處理的實(shí)現(xiàn)來促進(jìn)連續(xù)激勵(lì)。
[0012]在此配置中，⑶C級(jí)具有低阻抗虛擬接地輸入，并且像素電極25本質(zhì)上被保持在浮置參考電位的電位85。輸出端Vout_l、Vout_2、……、Vout_N#的信號(hào)的振幅與電極25所見的朝向接地Cin_l、Cin_2、……、Cin_N的各電容成比例。重要的是，連接在保護(hù)電極30與像素25之間的跨寄生電容器212的電壓是恒定的，因此這些寄生元件對(duì)讀出并沒有貢獻(xiàn)。
[0013]如上文所解釋的，保護(hù)電極30對(duì)減少由LCD屏幕產(chǎn)生的不期望信號(hào)被像素電極拾取是有用的，但是其并非本發(fā)明的本質(zhì)特征，本發(fā)明的本質(zhì)特征即使省略了保護(hù)電極30仍可以起作用，條件是將積分器126的非反相輸入端連接到浮置參考電位85。這種簡(jiǎn)化配置將導(dǎo)致更薄的觸敏面板，并且事實(shí)上在特定情況下可能是有利的。
[0014]還應(yīng)注意的是盡管有保護(hù)電極30，但觸敏電極25將從IXD 200或者從其它干擾源拾取與手指電容毫無關(guān)系的大量的非期望信號(hào):首先，保護(hù)電極30本身具有有限電導(dǎo)率且不能嚴(yán)格地等電位；其次，由于保護(hù)電極30在尺寸方面是有限的，并且最后因?yàn)殡姌O25的上側(cè)根本未被屏蔽，也不能被屏蔽，并且容易從移動(dòng)電話本身或者從附近的任何源接收干擾信號(hào)。
[0015]圖中顯示用于電荷放大器126的參考電位85由已調(diào)制電壓源80確定，因?yàn)榉欠聪噍斎攵吮恢苯拥剡B接到其端子中的一個(gè)。然而，本發(fā)明不限于此結(jié)構(gòu)。參考電位85可以間接地由電壓源、由緩沖放大器、由被伺服或同步至電壓源80的未表示電壓源或者由任何其它適當(dāng)手段來確定。
[0016]用于測(cè)量外部接地電容器的電路包括圖5中所表示的多個(gè)構(gòu)建塊:
激勵(lì)電壓源80，用來生成浮置節(jié)點(diǎn)VF，或局部接地，相對(duì)于全局或外部接地而改變。
[0017]采集電路和測(cè)量電路用于測(cè)量跨要測(cè)量電容器的電荷變化，并且產(chǎn)生信號(hào)或者優(yōu)選地表示此電容的數(shù)字代碼。根據(jù)電容性輸入像素的數(shù)目，此電路可包括多個(gè)獨(dú)立電容至數(shù)字轉(zhuǎn)換器130，每個(gè)稱為浮置接地VF。轉(zhuǎn)換器130可包括電荷放大器126 (具有被連接在輸出端與負(fù)輸入端之間的反饋電容器的放大器，并且其中正輸入端被連接到浮置接地VF(或保護(hù)))和最終用于后處理的其它電路，諸如模數(shù)轉(zhuǎn)換器128、濾波器、放大器、衰減器或輸入復(fù)用器127。
[0018]源電壓(V+、V_)的產(chǎn)生:因?yàn)檗D(zhuǎn)換器130被參考至浮置接地，優(yōu)選地應(yīng)該用被參考至浮置接地而不是外部接地的電壓源對(duì)其有源元件進(jìn)行供應(yīng)。浮置供應(yīng)單元175從被參考至外部接地的外部電壓源vdd產(chǎn)生所需的供應(yīng)。浮置源175可包括電感變壓器、升壓或降壓種類的DC/DC轉(zhuǎn)換器、開關(guān)電容器電路或任何其它電壓轉(zhuǎn)換方案。
[0019]控制和時(shí)鐘信號(hào)182的產(chǎn)生:采集電路的許多功能需要與在外部接地和內(nèi)部或浮置接地之間施加的調(diào)制信號(hào)同步。特別地，電荷的檢測(cè)必須與調(diào)制信號(hào)