專利名稱：一種電容檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明描述了一種電容檢測(cè)裝置，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可 以在遇水狀態(tài)下檢測(cè)電容值的檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
近些年來，電容觸摸感應(yīng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于便攜電子、消費(fèi)電子、筆記 本電腦等領(lǐng)域，觸摸按鍵、全屏觸摸、多指觸控等諸多技術(shù)也在迅猛發(fā)展， 然而在提高電容觸摸抗水能力上，并沒有一個(gè)較好的解決方案提出。
如圖1所示，在電容觸摸感應(yīng)裝置中，通常包括一定數(shù)量的電容感應(yīng)點(diǎn)
(110、 111或112……)，每個(gè)電容感應(yīng)點(diǎn)存在固有的寄生電容(Cp0、 Cpl 或Cp2……)。例如，當(dāng)手指(或其他導(dǎo)體，12)靠近電容感應(yīng)點(diǎn)112時(shí)，手 指12和電容感應(yīng)點(diǎn)112又產(chǎn)生新的感應(yīng)電容C2。電容C2相當(dāng)于并聯(lián)到原來 的寄生電容Cp2之上。電容觸摸感應(yīng)裝置的實(shí)質(zhì)就是引起電容感應(yīng)點(diǎn)電容的 變化，于是，通過檢測(cè)電容C2的電容值，便可得到手指按鍵動(dòng)作所需要的開
如圖2所示，遇水13后，相鄰的兩個(gè)電容感應(yīng)點(diǎn)(111和112)由于水 的存在而連接在一起，即相當(dāng)于在感應(yīng)點(diǎn)111和感應(yīng)點(diǎn)112之間串聯(lián)了一個(gè) 電阻Rw。
如圖3所示為遇水后，檢測(cè)電容感應(yīng)點(diǎn)111時(shí)的電路圖。A點(diǎn)是對(duì)電容 感應(yīng)點(diǎn)lll進(jìn)行電容檢測(cè)的檢測(cè)點(diǎn)。通過檢測(cè)電路對(duì)A點(diǎn)進(jìn)行電容檢測(cè)時(shí)， 如果不能識(shí)別Rw對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，將不能解決遇水情況下對(duì)感應(yīng)點(diǎn)111 的電容撿測(cè)。
發(fā)明內(nèi)容
為了使電容式觸摸裝置在遇水狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)電容的有效測(cè)量，本發(fā)明提出 了一種新的電容檢測(cè)裝置。
一種電容檢測(cè)裝置，包括電源、被測(cè)電容、第一開關(guān)、第二開關(guān)、邏輯與門、積分電容、比較器、以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中
所述電源連接至第一開關(guān)，用于通過第一開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)電容周期性的 充電；
所述被測(cè)電容通過第二開關(guān)與積分電容連接；
所述比較器連接被測(cè)電容，用于比較被測(cè)電容上的電壓與參考電壓，輸 出比較信號(hào)；
所述邏輯與門輸入端連接所述比較器輸出信號(hào)以及時(shí)鐘信號(hào)； 所述第二開關(guān)受所述邏輯與門的輸出信號(hào)控制；
所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接積分電容，用于將積分電容的電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)
所述第一開關(guān)將電源和被測(cè)電容連接起來，并受第一周期性時(shí)鐘信號(hào)控 制，實(shí)現(xiàn)閉合與斷開；
所述比較器輸出信號(hào)以及第二周期性時(shí)鐘時(shí)鐘信號(hào)連接至所述邏輯與 門，所述邏輯與門的輸出信號(hào)控制所述第二開關(guān)的斷開與閉合，從而實(shí)現(xiàn)積 分電容與被測(cè)電容的斷開與連接；
所述第二開關(guān)受比較器輸出信號(hào)和第二周期性時(shí)鐘信號(hào)的共同控制。
本發(fā)明的裝置可以實(shí)現(xiàn)較高精度高速的電容檢測(cè)，并且可以用來識(shí)別阻 容網(wǎng)絡(luò)中的電容并進(jìn)行檢測(cè)，該特性可以解決電容式觸摸屏應(yīng)用中的過水問 題。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說 明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu) 點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí) 現(xiàn)和獲得。
以下結(jié)合附圖介紹較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明提出的裝置與方法加以詳細(xì)說 明。應(yīng)該指出的是，附圖的目的只是便于對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的說明，不是 一種多余的敘述或是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。


圖1為電荷觸摸感應(yīng)基本原理圖。圖2為某電容感應(yīng)點(diǎn)遇水后的電容觸摸感應(yīng)狀態(tài)。 圖3為遇水后撿測(cè)電容感應(yīng)點(diǎn)111時(shí)的等效電路圖。 圖4為本發(fā)明的電荷檢測(cè)裝置的電路原理圖。 圖5為利用圖4裝置進(jìn)行電容檢測(cè)的一組時(shí)序圖。 圖6為圖4裝置解決過水問題的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
圖4為本發(fā)明的電容檢測(cè)裝置的電路原理圖。被測(cè)電容CT通過第一開 關(guān)Sl連接到電源Vdd，比較器41的一個(gè)輸入端接入?yún)⒖茧妷篤ref，另一端 連接被測(cè)電容CT。比較器41的輸出信號(hào)Vcom和一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)Vclk2通過 邏輯與門42后輸出信號(hào)Vs2。第二開關(guān)S2將被測(cè)電容CT和積分電容CL連 接。第一開關(guān)Sl受到一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)Vsl控制，第二開關(guān)S2受到信號(hào)Vs2的 控制。比較器41將隨時(shí)比較被測(cè)電容CT上的電壓與參考電壓的大小。
如圖5所示為利用上述裝置進(jìn)行電容檢測(cè)的一組時(shí)序圖。
在第一時(shí)鐘周期的Tl相內(nèi)，當(dāng)Vsl為高電平時(shí)，Sl閉合，電源對(duì)CT 充電，其電壓升高，當(dāng)其電壓高于參考電壓Vref時(shí)，比較器41的輸出信號(hào) Vcom為高電平。在此過程中，由于時(shí)鐘信號(hào)Vclk2為低電平，所以邏輯與門 42的輸出信號(hào)Vs2為低電平，第二開關(guān)S2斷開。
當(dāng)T2相內(nèi)，Vsl為低電平，Sl斷開。由于Vdk2是高電平，Vcom為高 電平，所以Vs2為高電平，S2閉合，CT與CL連接，CT開始向CL充電， 隨著電荷的轉(zhuǎn)移，CT上的電壓連續(xù)降低，當(dāng)CT上的電壓降低到Vref時(shí)，比 較器41的輸出信號(hào)翻轉(zhuǎn)為低電平，于是Vs2翻轉(zhuǎn)為低電平，S2斷開。
其中，跟隨器43隨時(shí)跟隨CL上的電壓，并對(duì)積分電壓進(jìn)行緩沖后，驅(qū) 動(dòng)后續(xù)裝置中的電容。積分電壓通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter, ADC) 44將電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。
因此，在單周期內(nèi)，積分電容CL上轉(zhuǎn)移的電荷量為
Q=CT*(Vdd-Vref)
其中，Q為積分電容CL上轉(zhuǎn)移的電荷量，CT為被測(cè)電容CT的電容值。 那么經(jīng)過n個(gè)周期，積分電容CL上總的轉(zhuǎn)移電荷量為Qt=n*CT*(Vdd-Vref)
其中，Qt為積分電容電容CL上總的電荷轉(zhuǎn)移量。 于是，CL上的積分電壓Vcl為
Vcl=Qt/CL= n*CT*(Vdd-Vref) /CL= [n* (Vdd-Vref) /CL]*CT
因此，積分電容CL上的積分電壓與被測(cè)電容CT上的電壓是成正比的。
下面我們將結(jié)合圖6、圖3與圖2來解釋如何利用上述裝置解決觸摸感 應(yīng)中的過水問題。根據(jù)圖2和圖3以及在背景技術(shù)中的闡述，我們知道由于 電荷觸摸裝置遇水，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電阻Rw,同時(shí)相鄰固有電容Cpl也將會(huì) 對(duì)感應(yīng)電容C2的檢測(cè)產(chǎn)生一定影響。
我們將圖3中的檢測(cè)電路用圖5所述裝置進(jìn)行替換得到圖6所示的利用 上述裝置解決過水問題的電路原理圖。感應(yīng)電容C2和電阻Rw后與寄生電容 Cpl并聯(lián)，然后通過第一開關(guān)Sl連接到電源Vdd,其中A節(jié)點(diǎn)為檢測(cè)點(diǎn)。比 較器41的一個(gè)輸入端接入?yún)⒖茧妷篤ref，另一輸入端連接檢測(cè)點(diǎn)A。比較器 41的輸出信號(hào)Vcom和一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)Vclk2通過邏輯與門42后輸出信號(hào)Vs2。 第二開關(guān)S2將檢測(cè)點(diǎn)A和積分電容CL連接。第一開關(guān)Sl受到一個(gè)時(shí)鐘信 號(hào)Vsl控制，第二開關(guān)S2受到信號(hào)Vs2的控制。比較器41將隨時(shí)比較被測(cè) 電容CT上的電壓與參考電壓的大小。
在第一時(shí)鐘周期的Tl相內(nèi)，當(dāng)Vsl為高電平時(shí)，Sl閉合，Cpl和C2 被同時(shí)充電到相同點(diǎn)位Vdd,當(dāng)其電壓高于參考電壓Vref時(shí)，比較器41的 輸出信號(hào)Vcom為高電平。在此過程中，由于時(shí)鐘信號(hào)Vclk2為低電平，所 以邏輯與門42的輸出信號(hào)Vs2為低電平，第二開關(guān)S2斷開。
在T2相內(nèi)，Vsl為低電平，Sl斷開。由于Vclk2是高電平，Vcom為高 電平，所以Vs2為高電平，S2閉合，寄生電容Cpl和C2同時(shí)開始向CL轉(zhuǎn) 移電荷，當(dāng)放電至VA=Vref時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，放電過程結(jié)束。電容Cpl和 C2上瞬時(shí)電流分別為il、 i2,由此可得在單次電荷轉(zhuǎn)移過程中，轉(zhuǎn)移到CL 上的電荷為
Q=Cpl*(Vdd-Vref)+C2*(Vdd-Vref-Rw*i2)
=(Cpl+C2) * (德-Vref) -C2*Rw*i2由于電阻Rw的存在，使得轉(zhuǎn)移到積分電容上的電荷產(chǎn)生了差別，存在
電阻的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移的電荷會(huì)相對(duì)減少；因此積分電壓也會(huì)偏低，從而能夠有效
識(shí)別電阻Rw的影響。
通過上面的分析，利用本裝置來檢測(cè)圖3中所示阻容網(wǎng)絡(luò)中的電容時(shí)， 能夠有效識(shí)別電阻Rw的影響，也就是說利用該特性可以解決電容式觸摸屏 應(yīng)用中的過水問題。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是它們不是本發(fā)明范圍的局限。 應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前 提下，所作出的若干改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種電容檢測(cè)裝置，包括電源、被測(cè)電容、第一開關(guān)、第二開關(guān)、邏輯與門、積分電容、比較器、以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中所述電源連接至第一開關(guān)，用于通過第一開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)電容周期性的充電；所述被測(cè)電容通過第二開關(guān)與積分電容連接；所述比較器連接被測(cè)電容，用于比較被測(cè)電容上的電壓與參考電壓，輸出比較信號(hào)；所述邏輯與門輸入端連接所述比較器輸出信號(hào)以及時(shí)鐘信號(hào)；所述第二開關(guān)受所述邏輯與門的輸出信號(hào)控制；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接積分電容，用于將積分電容的電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一開關(guān)將電源和被測(cè)電容連接起來，并受第一周期性時(shí)鐘信號(hào)控制，實(shí)現(xiàn)閉合與斷開。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述比較器輸出信號(hào)以及第 二周期性時(shí)鐘時(shí)鐘信號(hào)連接至所述邏輯與門，所述邏輯與門的輸出信號(hào) 控制所述第二開關(guān)的斷開與閉合，從而實(shí)現(xiàn)積分電容與被測(cè)電容的斷開 與連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第二開關(guān)受比較器輸出 信號(hào)和第二周期性時(shí)鐘信號(hào)的共同控制。
專利摘要本實(shí)用新型描述了一種電容檢測(cè)裝置，該裝置包括一個(gè)比較器，用來進(jìn)行電壓比較從而控制被測(cè)電容的放電時(shí)間；一個(gè)積分電容，用來積分被測(cè)電容的放電電荷，產(chǎn)生與被測(cè)電容成一定關(guān)系的積分電壓；一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用來將積分電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量。本實(shí)用新型的裝置可以實(shí)現(xiàn)較高精度高速的電容檢測(cè)，并且可以用來識(shí)別阻容網(wǎng)絡(luò)中的電容并進(jìn)行檢測(cè)，該特性可以解決電容式觸摸應(yīng)用中的過水問題。
文檔編號(hào)G06F3/044GK201382977SQ20082023377
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者李志謙, 甄志芳 申請(qǐng)人:北京希格瑪和芯微電子技術(shù)有限公司