專利名稱：一種電容檢測裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明描述了一種電容檢測裝置及方法，屬于電子技術領域，尤其涉及 一種可以在遇水狀態(tài)下檢測電容值的裝置與方法。
背景技術：
近些年來，電容觸摸感應技術被廣泛應用于便攜電子、消費電子、筆記 本電腦等領域，觸摸按鍵、全屏觸摸、多指觸控等諸多技術也在迅猛發(fā)展， 然而在提高電容觸摸抗水能力上，并沒有一個較好的解決方案提出。
如圖1所示，在電容觸摸感應裝置中，通常包括一定數(shù)量的電容感應點
(110、 111或112……)，每個電容感應點存在固有的寄生電容(Cp0、 Cpl 或Cp2……)。例如，當手指(或其他導體，12)靠近電容感應點112時，手 指12和電容感應點112又產(chǎn)生新的感應電容C2。電容C2相當于并聯(lián)到原來 的寄生電容Cp2之上。電容觸摸感應裝置的實質(zhì)就是引起電容感應點電容的 變化，于是，通過檢測電容C2的電容值，便可得到手指按鍵動作所需要的開
如圖2所示，遇水13后，相鄰的兩個電容感應點(111和112)由于水 的存在而連接在一起，即相當于在感應點111和感應點112之間串聯(lián)了一個 電阻Rw。
如圖3所示為遇水后，檢測電容感應點111時的電路圖。A點是對電容 感應點111進行電容檢測的檢測點。通過檢測電路對A點進行電容檢測時， 如果不能識別Rw對檢測結果的影響，將不能解決遇水情況下對感應點111 的電容檢測。

發(fā)明內(nèi)容
為了使電容式觸摸裝置在遇水狀態(tài)下實現(xiàn)電容的有效測量，本發(fā)明提出 了一種新的電容檢測裝置與方法。
一種電容檢測裝置，包括電源、被測電容、第一開關、第二開關、邏輯與門、積分電容、比較器、以及模數(shù)轉換器，其中
所述電源連接至第一開關，用于通過第一開關實現(xiàn)對被測電容周期性的
充電；
所述被測電容通過第二開關與積分電容連接；
所述比較器連接被測電容，用于比較被測電容上的電壓與參考電壓，輸 出比較信號；
所述邏輯與門輸入端連接所述比較器輸出信號以及時鐘信號； 所述第二開關受所述邏輯與門的輸出信號控制；
所述模數(shù)轉換器連接積分電容，用于將積分電容的電壓轉換成相應的數(shù)
一種利用上述裝置進行電荷檢測的方法，包括 步驟l，被測電容被電源充電至電源電壓；
步驟2，比較器比較被測電容上的電壓與參考電壓的大小，并輸出比較
值；
步驟3，根據(jù)所述比較器輸出信號與第二周期性時鐘信號的邏輯關系， 第二開關實現(xiàn)斷開與閉合；
步驟4，當?shù)诙_關閉合、第一開關斷開時，被測電容向積分電容轉移 電荷；
步驟5，計算積分電容上的電壓；
步驟6，根據(jù)積分電容上的電壓計算被測電容的電容值。
本發(fā)明的裝置和方法可以實現(xiàn)較高精度高速的電容檢測，并且可以用來 識別阻容網(wǎng)絡中的電容并進行檢測，該特性可以解決電容式觸摸屏應用中的 過水問題。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點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，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu) 點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實 現(xiàn)和獲得。
以下結合附圖介紹較佳實施例，對本發(fā)明提出的裝置與方法加以詳細說
5明。應該指出的是，附圖的目的只是便于對本發(fā)明具體實施例的說明，不是 一種多余的敘述或是對本發(fā)明范圍的限制。


圖1為電荷觸摸感應基本原理圖。
圖2為某電容感應點遇水后的電容觸摸感應狀態(tài)。 圖3為遇水后檢測電容感應點111時的等效電路圖。 圖4為本發(fā)明的電荷檢測裝置的電路原理圖。 圖5為利用圖4裝置進行電容檢測的一組時序圖。 圖6為圖4裝置解決過水問題的電路原理圖。
具體實施例方式
圖4為本發(fā)明的電容檢測裝置的電路原理圖。被測電容CT通過第一開 關Sl連接到電源Vdd，比較器41的一個輸入端接入?yún)⒖茧妷篤ref，另一端 連接被測電容CT。比較器41的輸出信號Vcom和一個時鐘信號Vclk2通過 邏輯與門42后輸出信號Vs2。第二開關S2將被測電容CT和積分電容CL連 接。第一開關Sl受到一個時鐘信號Vsl控制，第二開關S2受到信號Vs2的 控制。比較器41將隨時比較被測電容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行電容檢測的一組時序圖。
在第一時鐘周期的Tl相內(nèi)，當Vsl為高電平時，Sl閉合，電源對CT 充電，其電壓升高，當其電壓高于參考電壓Vref時，比較器41的輸出信號 Vcom為高電平。在此過程中，由于時鐘信號Vclk2為低電平，所以邏輯與門 42的輸出信號Vs2為低電平，第二開關S2斷開。
當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，CT與CL連接，CT開始向CL充電， 隨著電荷的轉移，CT上的電壓連續(xù)降低，當CT上的電壓降低到Vref時，比 較器41的輸出信號翻轉為低電平，于是Vs2翻轉為低電平，S2斷開。
其中，跟隨器43隨時跟隨CL上的電壓，并對積分電壓進行緩沖后，驅 動后續(xù)裝置中的電容。積分電壓通過模數(shù)轉換器(Analog to Digital Converter, ADC) 44將電壓值轉換為數(shù)字量。因此，在單周期內(nèi)，積分電容CL上轉移的電荷量為
Q二CT承(Vdd國Vref)
其中，Q為積分電容CL上轉移的電荷量，CT為被測電容CT的電容值。 那么經(jīng)過n個周期，積分電容CL上總的轉移電荷量為 Qt=n*CT*(Vdd-Vref)
其中，Qt為積分電容電容CL上總的電荷轉移量。 于是，CL上的積分電壓Vcl為
Vcl=Qt/CL= n*CT*(Vdd-Vref) /CL= [n* (Vdd畫Vref) /CL]*CT
因此，積分電容CL上的積分電壓與被測電容CT上的電壓是成正比的。
下面我們將結合圖6、圖3與圖2來解釋如何利用上述裝置解決觸摸感 應中的過水問題。根據(jù)圖2和圖3以及在背景技術中的闡述，我們知道由于 電荷觸摸裝置遇水，將會產(chǎn)生一個電阻Rw，同時相鄰固有電容Cpl也將會 對感應電容C2的檢測產(chǎn)生一定影響。
我們將圖3中的檢測電路用圖5所述裝置進行替換得到圖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Sl連接到電源Vdd，其中A節(jié)點為檢測點。比 較器41的一個輸入端接入?yún)⒖茧妷篤ref，另一輸入端連接檢測點A。比較器 41的輸出信號Vcom和一個時鐘信號Vclk2通過邏輯與門42后輸出信號Vs2。 第二開關S2將檢測點A和積分電容CL連接。第一開關SI受到一個時鐘信 號Vsl控制，第二開關S2受到信號Vs2的控制。比較器41將隨時比較被測 電容CT上的電壓與參考電壓的大小。
在第一時鐘周期的Tl相內(nèi)，當Vsl為高電平時，SI閉合，Cpl和C2 被同時充電到相同點位Vdd，當其電壓高于參考電壓Vref時，比較器41的 輸出信號Vcom為高電平。在此過程中，由于時鐘信號Vclk2為低電平，所 以邏輯與門42的輸出信號Vs2為低電平，第二開關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同時開始向CL轉 移電荷，當放電至VA=Vref時，比較器翻轉，放電過程結束。電容Cpl和 C2上瞬時電流分別為il、 i2，由此可得在單次電荷轉移過程中，轉移到CL
7上的電荷為:
Q=Cpl*(Vdd-Vref)+C2*(Vdd-Vref-Rw*i2) =(Cpl+C2) * (Vdd-Vref) -C2*Rw*i2
由于電阻Rw的存在，使得轉移到積分電容上的電荷產(chǎn)生了差別，存在 電阻的網(wǎng)絡轉移的電荷會相對減少；因此積分電壓也會偏低，從而能夠有效 識別電阻Rw的影響。
通過上面的分析，利用本裝置來檢測圖3中所示阻容網(wǎng)絡中的電容時， 能夠有效識別電阻Rw的影響，也就是說利用該特性可以解決電容式觸摸屏 應用中的過水問題。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是它們不是本發(fā)明范圍的局限。 應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前 提下，所作出的若干改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
8
權利要求
1、一種電容檢測裝置，包括電源、被測電容、第一開關、第二開關、邏輯與門、積分電容、比較器、以及模數(shù)轉換器，其中所述電源連接至第一開關，用于通過第一開關實現(xiàn)對被測電容周期性的充電；所述被測電容通過第二開關與積分電容連接；所述比較器連接被測電容，用于比較被測電容上的電壓與參考電壓，輸出比較信號；所述邏輯與門輸入端連接所述比較器輸出信號以及時鐘信號；所述第二開關受所述邏輯與門的輸出信號控制；所述模數(shù)轉換器連接積分電容，用于將積分電容的電壓轉換成相應的數(shù)字量。
2、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一開關將電源和被測 電容連接起來，并受第一周期性時鐘信號控制，實現(xiàn)閉合與斷開。
3、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述比較器輸出信號以及第 二周期性時鐘時鐘信號連接至所述邏輯與門，所述邏輯與門的輸出信號 控制所述第二開關的斷開與閉合，從而實現(xiàn)積分電容與被測電容的斷開 與連接。
4、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第二開關受比較器輸出 信號和第二周期性時鐘信號的共同控制。
5、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，當?shù)诙_關閉合時，第一開 關是斷開的，此時，被測電容向積分電容轉移電荷。
6、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，當?shù)谝婚_關閉合時，第二開 關是斷開的，此時，被測電容被充電至電源電壓。
7、 一種利用上述裝置進行電荷檢測的方法，包括 步驟l，被測電容被電源充電至電源電壓；步驟2，比較器比較被測電容上的電壓與參考電壓的大小，并輸出比較 值；步驟3，根據(jù)所述比較器輸出信號與第二周期性時鐘信號的邏輯關系， 第二開關實現(xiàn)斷開與閉合；步驟4，當?shù)诙_關閉合、第一開關斷開時，被測電容向積分電容轉移 電荷；步驟5，計算積分電容上的電壓；步驟6，根據(jù)積分電容上的電壓計算被測電容的電容值。
8、 根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟1中，被測電容分別 與第一開關和第二開關連接，第一開關受第一周期性時鐘信號控制，當 第一開關閉合并且第二開關斷開時，被測電容被充電至電源電壓。
9、 根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述比較器輸出信號以及第 二周期性時鐘時鐘信號連接至一個邏輯與門，所述邏輯與門的輸出信號 控制所述第二開關的斷開與閉合。
10、 根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二開關受比較器輸出 信號和第二周期性時鐘信號的共同控制。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種電容檢測裝置及方法，該裝置包括一個比較器，用來進行電壓比較從而控制被測電容的放電時間；一個積分電容，用來積分被測電容的放電電荷，產(chǎn)生與被測電容成一定關系的積分電壓；一個模數(shù)轉換器，用來將積分電壓轉換成相應的數(shù)字量。本發(fā)明的裝置與方法可以實現(xiàn)較高精度高速的電容檢測，并且可以用來識別阻容網(wǎng)絡中的電容并進行檢測，該特性可以解決電容式觸摸應用中的過水問題。
文檔編號G01R27/26GK101477152SQ20081024074
公開日2009年7月8日 申請日期2008年12月24日 優(yōu)先權日2008年12月24日
發(fā)明者李志謙, 甄志芳 申請人:北京希格瑪和芯微電子技術有限公司