完美地同步。此外，需要在浮置電壓域外面發(fā)射來自采集單元130的數(shù)據(jù)。
[0020]在許多應(yīng)用中且特別是在涉及到觸摸屏和接近檢測的情況下，必須同時(shí)地或連續(xù)地測量大量的電容器。為了跟蹤滑動(dòng)的手指的移動(dòng)，例如，觸摸屏必須能夠在短時(shí)間幀內(nèi)獲取所有電容器25的值。測量電路然后可包括用于測量許多電容器的并聯(lián)的多個(gè)采集鏈或采集電路130?？稍诿總€(gè)測量電路前面添加復(fù)用器127以便一個(gè)接一個(gè)地連續(xù)地對(duì)不同的輸入電極進(jìn)行尋址，如圖5中所示。在采集鏈前面的復(fù)用器127允許按每個(gè)采集鏈連續(xù)地對(duì)多個(gè)輸入端進(jìn)行尋址，從而減少將在芯片上實(shí)現(xiàn)的采集鏈的數(shù)目。
[0021]可選輸入復(fù)用器127之后的采集鏈的第一塊是電荷放大器126。電荷放大器126的輸出電壓展示出與施加于浮置接地節(jié)點(diǎn)85的電壓變化(浮置電壓VF或保護(hù)電壓)同步且成比例的電壓變化。電荷放大器126的輸出電壓的變化也與要檢測的輸入電容(Cin_l、Cin_2、……、Cin_N)成比例，并且因此是感興趣信號(hào)。A/D 128的目的則明確地是測量電荷放大器126的輸出電壓變化。優(yōu)選地應(yīng)在浮置源域中測量電荷放大器126的輸出電壓(圖
4中的Vout_l、Vout_2......Vout_N)的此變化，因此是相對(duì)于浮置接地(保護(hù)、V+或V-)。
必須注意的是現(xiàn)代觸摸用戶接口對(duì)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器128要求非常高的分辨率。具有16位或者甚至更高的分辨率的轉(zhuǎn)換器并不罕見。
[0022]由于由電荷放大器126生成的信號(hào)是可變的，所以優(yōu)選地用適當(dāng)?shù)臋z測手段將其轉(zhuǎn)換成與其振幅成比例或指示其振幅的值。該檢測將根據(jù)情況而改變，并且預(yù)期是與調(diào)制信號(hào)的性質(zhì)相關(guān)。然而，優(yōu)選地，檢測將與激勵(lì)源同步，選擇性地接受與激勵(lì)電壓同步的電容信號(hào)，并抑制并未與激勵(lì)電壓同步的不期望干擾。
[0023]如果例如將激勵(lì)源80布置成在浮置接地節(jié)點(diǎn)VF上生成正弦信號(hào)，則可以用適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)方案來檢測電荷放大器126的輸出端處的正弦信號(hào)的峰峰振幅，例如通過將輸出信號(hào)乘以正弦輸入信號(hào)并進(jìn)行低通濾波以便消除諧波。
[0024]如果另一方面將激勵(lì)源80布置成在浮置接地節(jié)點(diǎn)VF上生成方波信號(hào)，則可以檢測并且測量電荷放大器126的方波輸出信號(hào)(Vout_l、Vout_2......Vout_N)的振幅，例如通過將上升沿和下降沿的振幅量化?？梢詥为?dú)地對(duì)上升和下降沿進(jìn)行量子化，或者在模擬域中加和并量子化?？梢杂胁煌倪x項(xiàng)以執(zhí)行檢測，在模擬域和數(shù)字域兩者中。
[0025]然而，無論如何將輸入電容器(Cin_l、Cin_2、……、Cin_N)轉(zhuǎn)換成電荷放大器126
的輸出電壓(Vout_l、Vout_2......Vout_N)的電壓變化，此測量將受到多個(gè)噪聲、即擾動(dòng)的影響，特別是但并非排他性地:
電路的熱噪聲，基本上由于電阻器(4 k T R噪聲)、放大器的M0S晶體管(4 k T/gm噪聲)、開關(guān)(導(dǎo)致k T/C噪聲)而引起。這是具有近似平坦噪聲譜密度(白噪聲)的寬帶噪聲，以及
干擾信號(hào)、親合到電極的寄生信號(hào)，例如由于50/60 Hz電力網(wǎng)而引起、由于電池充電器而引起的寄生?目號(hào)。
[0026]使這些擾動(dòng)衰減的有效方式是重復(fù)測量多次，并且以比目標(biāo)幀速率明顯更快的速率，并對(duì)此過采樣結(jié)果求平均以便濾出擾動(dòng)信號(hào)并獲得具有較少噪聲和較低帶寬的信號(hào)。求平均可以是直接(未加權(quán))求平均(樣本的和除以樣本的數(shù)目)或加權(quán)求平均(不同樣本在求平均時(shí)具有不同權(quán)值)。
[0027]在任何情況下，此平均對(duì)應(yīng)于低通濾波器。為了減小濾波器帶寬并因此消除大部分?jǐn)_動(dòng)，期望的是在調(diào)制信號(hào)(對(duì)浮置接地進(jìn)行調(diào)制的信號(hào))的許多循環(huán)內(nèi)對(duì)測量求平均。然后帶寬事實(shí)上與平均調(diào)制循環(huán)的數(shù)目成反比。
[0028]因?yàn)橥ㄟ^求平均，測量的總持續(xù)時(shí)間與調(diào)制循環(huán)的數(shù)目乘以調(diào)制循環(huán)的周期成比例，并且?guī)捙c總測量時(shí)間成反比，所以存在一方面的轉(zhuǎn)換速率或幀速率與另一方面的窄帶外面的外部擾動(dòng)抑制之間的權(quán)衡。所使用的濾波器的拐角頻率不能低于幀速率。
[0029]可以以不同的方式來完成不同調(diào)制循環(huán)內(nèi)的電荷放大器126的輸出信號(hào)(Vout_l、Vout_2......Vout_N)的變化的求平均。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所使用的濾波器可以是任何適當(dāng)?shù)牡屯V波器，無論其是模擬濾波器、離散時(shí)間模擬(開關(guān)電容器)濾波器、數(shù)字濾波器還是其組合。
[0030]在圖6中圖示出第一示例性解決方案；此第一解決方案包括在模擬域中執(zhí)行電荷放大器126的輸出的求平均160且然后執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換161。這種解決方案的缺點(diǎn)是用模擬低通濾波器在窄帶寬上實(shí)現(xiàn)此求平均要求大的電容器和電阻器和因此大的面積。另一缺點(diǎn)是其要求高分辨率ADC，也導(dǎo)致大的面積。
[0031]在圖7中圖示出第二示例性解決方案；此第二解決方案包括首先執(zhí)行電荷放大器126的輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換170，并且然后在數(shù)字平均塊171內(nèi)執(zhí)行數(shù)字域內(nèi)的求平均。此第二解決方案的優(yōu)點(diǎn)是可以用低硅面積高效地實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波。然而，不利地仍要求高分辨率ADC。
[0032]第三示例性解決方案是使用Δ Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC轉(zhuǎn)換器)或增量型ADC以便執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。這些類型的ADC轉(zhuǎn)換器由于其用相對(duì)低的硅面積實(shí)現(xiàn)高分辨率的能力而尤其適合于此應(yīng)用。這些類型的轉(zhuǎn)換器也可以包括同時(shí)地執(zhí)行所需求平均的數(shù)字后置濾波器。在圖8中圖示出第三解決方案的示例，使用一階Σ Λ調(diào)制器181 ;然而，將理解的是可以用高階Σ Λ調(diào)制器。增量型ADC將同樣構(gòu)造，然而，與同時(shí)地對(duì)波形進(jìn)行轉(zhuǎn)換的Σ AADC相反，增量型ADC對(duì)預(yù)定數(shù)目的單獨(dú)樣本進(jìn)行轉(zhuǎn)換且然后被重置。
[0033]首先用檢測單元182來提取每個(gè)調(diào)制循環(huán)處的電荷放大器126的輸出的變化，諸如峰峰振幅或電壓邊沿。然后用積分器183 (其優(yōu)選地是也在調(diào)制頻率下操作的開關(guān)電容器積分器，但是將理解的是可以使用其它類型的積分器)對(duì)此檢測單元182的輸出求積分。然后用粗量化器184 (比較器或比較器組)將此積分器183的輸出轉(zhuǎn)換成以與調(diào)制速率相同的速率產(chǎn)生的小數(shù)字代碼(1位或非常有限的位數(shù))。這些代碼然后被數(shù)模轉(zhuǎn)換器185轉(zhuǎn)換回模擬并從對(duì)應(yīng)于電荷放大器的輸出電壓變化(檢測單元182的輸出)的輸入信號(hào)中減去。
[0034]由于到積分器183的輸入端的反饋環(huán)路，迫使輸出代碼至少針對(duì)低頻率與輸入信號(hào)匹配。這意味著在低頻率下ΣΔ環(huán)路的輸出代碼是電荷放大器的輸出電壓變化的良好表示。然后使用濾波器186對(duì)輸出代碼進(jìn)行濾波。因此，通過使用濾波器186對(duì)輸出代碼進(jìn)行濾波，或者通過對(duì)來自ΣΔ環(huán)路的輸出代碼求平均(求平均事實(shí)上是濾波的特定情況)，一個(gè)人獲得表示電荷放大器輸出電壓變化的平均(或低通濾波)值且因此表示輸入電容器的數(shù)字輸出代碼。因此同時(shí)地執(zhí)行平均和ADC轉(zhuǎn)換。
[0035]這種方法的優(yōu)點(diǎn)是其不要求非常大的電容器以便累積對(duì)應(yīng)于電荷放大器的輸出電壓變化的信號(hào)。事實(shí)上，一旦累積信號(hào)超過給定水平，則用反饋路徑減去對(duì)應(yīng)于輸出代碼的量。用此事實(shí)，即使在大量的樣本之后也累積有限量的信號(hào)，因?yàn)榉答伃h(huán)路設(shè)法避免積分器的飽和。因此，此累積不要求巨大的電容器和硅面積。
[0036]另一優(yōu)點(diǎn)是其能夠用非常粗的量化器來實(shí)現(xiàn)非常高的分辨率，在極端處具有每次產(chǎn)生一位的簡單比較器。事實(shí)上，例如通過在65536個(gè)循環(huán)上累計(jì)輸出位，可以獲得16位分辨率輸出代碼。對(duì)于量化器而言不要求高精度，因?yàn)檎`差被反饋環(huán)路補(bǔ)償。
[0037]在任何情況下，無論用于求平均的所選方法是什么，以模擬還是數(shù)字方式還是用Σ Λ調(diào)制器混合，效果是將減小用于噪聲和干擾信號(hào)的帶寬，并且此帶寬隨著平均調(diào)制循環(huán)的數(shù)目成反比地減小。
[0038]求平均方法是非常高效的，通過減小其有效帶寬來抑制熱噪聲。然而，相對(duì)于干擾信號(hào)的改善并不這么簡單。雖然事實(shí)上大多數(shù)干擾信號(hào)被嚴(yán)重衰減，提供良好的總體改善，但落到有效帶寬中的某些干擾信號(hào)可能被非常弱地衰減或幾乎未衰減。這對(duì)于等于調(diào)制頻率(fmod)的頻率或與之非常接近的頻率下的擾動(dòng)而言或者另外最后對(duì)于接近于調(diào)制頻率的諧波(尤其是奇數(shù)階的諧波)的頻率而言尤其如此。
[0039]圖9圖示出其中擾動(dòng)電壓Vperturb正在擾動(dòng)要檢測的電容器Cin的左電極190上的電壓的情況。此左電極190的電壓應(yīng)理想地是外部接地的電壓；然而，擾動(dòng)電壓使其電壓水平移位至Vperturb。隨著內(nèi)部接地或浮置接地被電壓源Vin (其為具有調(diào)制頻率(fmod)的調(diào)制電壓信號(hào))相對(duì)于外部接地移動(dòng)，一個(gè)人可以認(rèn)為相對(duì)于浮置接地在Cin上施加的有效電壓因此是Vin - Vperturb而不是‘標(biāo)稱’Vin值。如果擾動(dòng)電壓具有處于與調(diào)制信號(hào)Vin的