電荷分配的制作方法
【專利說明】電荷分配
[0001]對相關(guān)美國專利申請的交叉引用
本申請要求Marshall等人于2013年5月8日提交的標(biāo)題為“CHARGE DISTRIBUT1N”的共同待決美國專利申請N0.13/890, 054(其具有律師案號SYNA-20120104-02，并轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人)的優(yōu)先權(quán)及權(quán)益。
【背景技術(shù)】
[0002]許多電路，諸如采樣數(shù)據(jù)電路，要求或利用采樣數(shù)據(jù)的處理中的準(zhǔn)確電荷。電荷源用來提供這些準(zhǔn)確電荷。按常規(guī)，至少一個(gè)電容器直接用于各電荷源。也就是說，如果需要一個(gè)電荷源，則至少一個(gè)電容器被充電并且然后根據(jù)需要被放電以直接提供電荷。同樣，如果需要η個(gè)電荷源(其中η為1或者大于1)，則至少η個(gè)電容器用來提供η個(gè)電荷源。在一些實(shí)現(xiàn)中，單個(gè)電荷源可由多于單個(gè)電容器來組成。例如，電容器的庫可按照如下方式來使用:允許該庫產(chǎn)生可選擇量的電荷以，通過該庫的放電，被直接提供給要求電荷的電路。當(dāng)電荷源的數(shù)量較大時(shí)，諸如在包括多個(gè)采樣數(shù)據(jù)電路的集成電路或電子系統(tǒng)中，在考慮到在電容器的數(shù)量與電荷源之間至少存在一對一關(guān)系并且那個(gè)比率通常大于每電荷源一個(gè)電容器時(shí)，提供電荷源所需的電容器的數(shù)量能夠相當(dāng)大。在許多情況下，電荷源和利用電荷源的數(shù)據(jù)采樣電路可包含在用來接收用戶輸入的輸入裝置中。
[0003]包括接近傳感器裝置(通常又稱作觸摸板或觸摸傳感器裝置)的輸入裝置廣泛用于多種電子系統(tǒng)中。接近傳感器裝置典型地包括通常由表面來區(qū)分的感測區(qū)，在其中接近傳感器裝置確定一個(gè)或多個(gè)輸入對象的存在、位置和/或運(yùn)動。接近傳感器裝置可用來為電子系統(tǒng)提供接口。例如，接近傳感器裝置常常用作較大計(jì)算系統(tǒng)的輸入裝置(諸如集成在或外設(shè)于筆記本或桌上型電腦的不透明觸摸墊)。接近傳感器裝置還常常用于較小計(jì)算系統(tǒng)(諸如集成在蜂窩電話或平板電腦中的觸摸屏)中。這類觸摸屏輸入裝置典型地疊加在電子系統(tǒng)的顯示器上或者以其他方式與其共存。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]電荷分配器包括配置成輸出電荷的電荷發(fā)生器、電流傳送器和多個(gè)輸出級。電流傳送器配置成從電荷發(fā)生器接收電荷作為輸入，并且將這個(gè)電荷耦合到多個(gè)輸出級。多個(gè)輸出級的第一輸出級包括多個(gè)電流鏡。多個(gè)電流鏡配置成將從電流傳送器接收的電荷鏡像和縮放為縮放鏡像電荷。第一輸出級配置成提供縮放鏡像電荷作為輸出。
[0005]在一些實(shí)施例中，電荷分配器用來在模數(shù)轉(zhuǎn)換器中提供鏡像或者縮放和鏡像電荷。
[0006]在一些實(shí)施例中，電荷分配器用來在輸入裝置中提供鏡像或者縮放和鏡像電荷。
【附圖說明】
[0007]附圖概述中所提及的附圖不應(yīng)當(dāng)被理解為按比例繪制，除非具體說明。結(jié)合在實(shí)施例的說明中并且形成其組成部分的附圖示出各個(gè)實(shí)施例，并且與實(shí)施例的說明一起服務(wù)于說明以下所述的原理，其中相似標(biāo)號表示相似元件。
[0008]圖1A示出按照一實(shí)施例的電荷分配器。
[0009]圖1B示出按照一實(shí)施例的電荷分配器。
[0010]圖1C示出按照一實(shí)施例的電荷分配器。
[0011]圖2A示出按照各個(gè)實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0012]圖2B示出按照一實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0013]圖3是按照實(shí)施例的示例輸入裝置的框圖。
[0014]圖4示出按照一些實(shí)施例的、示例傳感器電極圖案的一部分，其可在傳感器中用于生成輸入裝置的感測區(qū)(諸如觸摸屏)的全部或部分。
[0015]圖5示出按照一些實(shí)施例的、用于電容性電荷測量電路的處理系統(tǒng)的框圖。
[0016]圖6示出按照一實(shí)施例的輸入裝置。
[0017]圖7示出按照一實(shí)施例的輸入裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下的實(shí)施例描述僅作為舉例而不是限制來提供。此外，不存在由在先【背景技術(shù)】、
【發(fā)明內(nèi)容】
、或附圖概述、或下面實(shí)施例的說明中提出的、任何表達(dá)的或暗示的理論所約束的意圖。
[0019]
概述本文中，描述提供電荷分配器的各個(gè)實(shí)施例。這類電荷分配器可用來在多種應(yīng)用中提供電荷，這些應(yīng)用包括但不限于:模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采樣、輸入裝置、處理系統(tǒng)和集成電路。
[0020]本文所述的實(shí)施例公開一種使用單個(gè)電荷發(fā)生器來生成被鏡像到η個(gè)輸出級的電荷的方式，其中電荷能夠單獨(dú)鏡像或者鏡像和縮放，以供輸出到需要電荷的電路。按這個(gè)方式，單個(gè)電容器或電容器的單個(gè)庫可同時(shí)用來提供任何數(shù)量的電荷輸出，其僅由輸出級(在其中把來自電荷發(fā)生器的電荷鏡像或者鏡像和縮放為電荷輸出)的數(shù)量所限制。這能夠極大減少產(chǎn)生多個(gè)電荷源和電荷輸出所需的電容器的數(shù)量。例如，在其中單個(gè)電荷發(fā)生器包括四個(gè)電容器的庫，并且存在電荷發(fā)生器到電荷源的一對一映射的常規(guī)實(shí)現(xiàn)中，需要10個(gè)電荷發(fā)生器和40個(gè)電容器來提供10個(gè)獨(dú)立并且同時(shí)可用的電荷輸出。但是，使用本文所述的技術(shù)和電路，單個(gè)電荷發(fā)生器能夠用來提供獨(dú)立并且同時(shí)可用的η個(gè)電荷輸出。因此，在這個(gè)示例中，并且使用本文所述的技術(shù)和電路，在η的值為1的情況下，需要單個(gè)電荷發(fā)生器及其四個(gè)電容器來生成單個(gè)電荷輸出。類似地，在η的值為10的情況下，需要單個(gè)電荷發(fā)生器及其四個(gè)電容器來生成10個(gè)電荷輸出(也就是說，即使電荷輸出的數(shù)量已經(jīng)增加，電荷發(fā)生器以及其中用于電荷生成的電容器的數(shù)量也沒有發(fā)生變化或增加)。
[0021]論述開始于用于示例電荷分配器的電路的描述，并且隨后描述其一些示例變形。描述包括電荷分配器或者利用電荷分配器所提供的(一個(gè)或多個(gè))電荷的示例模數(shù)轉(zhuǎn)換器。描述在其中可實(shí)現(xiàn)本文所述的各個(gè)實(shí)施例的示例輸入裝置。然后描述示例傳感器電極圖案。此后接著示例處理系統(tǒng)及其一些組件的說明。然后描述包括電荷分配器或者利用電荷分配器所提供的(一個(gè)或多個(gè))電荷的輸入裝置、處理系統(tǒng)和/或數(shù)據(jù)采樣電路(例如電荷積分器)的一些不例。
[0022]
示例電荷分配器
圖1A示出按照各個(gè)實(shí)施例的電荷分配器100A。如圖1A所示，電荷分配器100A包括一個(gè)電荷發(fā)生器110、一個(gè)公共電流傳送器120A和多個(gè)輸出級130 (例如130-0...130-N)。
[0023]電荷發(fā)生器110是在其中生成和輸出參考電荷119的輸入塊。如所示，電荷發(fā)生器110包括四個(gè)切換電容器C0、C1、C2和C3的庫117以及四個(gè)反相器112-115的庫118，其中一個(gè)反相器耦合到各電容器。切換電容器117通過將所選電容器連接到已知電壓Vref，并且通過峰值限流電阻器Rs將所選電容器放電到虛擬地Vin，來生成準(zhǔn)確電荷。
[0024]例如，反相器112與C0的第一側(cè)親合，反相器113與C1的第一側(cè)親合，反相器114與C2的第一側(cè)耦合，以及反相器115與C3的第一側(cè)耦合。C0-C3的每個(gè)的第二側(cè)耦合到電阻器Rs(例示為1千歐姆電阻器，但是可具有其他值，并且在一些實(shí)施例中可以是可變的)的第一側(cè)。如果電容器在輸出級130的每個(gè)中使用，則這單個(gè)電阻器Rs取代通常會用于各輸出級中的電阻器的許多副本。各反相器112-115與用于其軌電壓的電壓Vref和VSS耦合，并且從選擇線111接收交替輸入信號、諸如方波。當(dāng)反相器的組合由選擇線111上的信號來選擇時(shí)，電容器C0-C3的一個(gè)或多個(gè)由對應(yīng)反相器112-115選擇性地充電，以及電荷119經(jīng)由電阻器Rs的第二側(cè)來輸出并且耦合到公共電流傳送器120A。
[0025]在圖1A的實(shí)施例中，電容器C0具有0.25pF的值，電容器C1具有0.5pF的值，電容器C2具有l(wèi)pF的值，以及電容器C3具有2pF的值。電容器C0-C3的值經(jīng)過二進(jìn)制加權(quán)。也就是說，C1具有作為C0的值的兩倍的值；C2具有作為C1的值的兩倍的值；以及C3具有作為C2的值的兩倍的值。例如，在圖1A的二進(jìn)制加權(quán)實(shí)施例(其中至反相器112的外部提供的選擇信號控制最低有效位，而反相器115控制最高有效位)中，在選擇線111上提供的1111的控制信號會產(chǎn)生3.75 pF的電荷119，其被縮放0.25 pF的電荷119 (通過選擇線111上的0001的控制信號所產(chǎn)生)的大小的15倍。在一個(gè)實(shí)施例中，處理系統(tǒng)、控制邏輯等通過提供選擇線111上的控制信號以指導(dǎo)電容器C0-C3的設(shè)定，來控制這種變化。在其他實(shí)施例中，電容器C0-C3的值和權(quán)重可有所不同，并且甚至所使用的電容器117的數(shù)量也可有所不同。在其他實(shí)施例中，可向電荷發(fā)生器110中的電容器117賦予不同的值，同時(shí)仍然保持這種二進(jìn)制加權(quán)。在其他實(shí)施例中，可以不采用二進(jìn)制加權(quán)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，電容器C0-C3可具有彼此相同的值。
[0026]雖然電荷發(fā)生器110例示為采用四個(gè)電容器來生成電荷119，但是電容器的數(shù)量作為示例而不是限制來示出，并且應(yīng)當(dāng)理解，更少或更多數(shù)量的電容器可用來生成耦合到公共電流傳送器120A的電荷119。例如，在一些實(shí)施例中，電荷發(fā)生器110可以僅具有或者利用單個(gè)電容器來生成耦合到公共電流傳送器120A的電荷119 ;而在其他實(shí)施例中，電荷發(fā)生器110可包括多于四個(gè)電容器(例如5、8、10個(gè)或者更多電容器)，以生成耦合到公共電流傳送器120A的電荷119。
[0027]公共電流傳送器120A進(jìn)行操作以從電荷發(fā)生器110接收在Vin注入的電荷119作為輸入，并且將電荷119耦合到多個(gè)輸出級130。例如，晶體管M5和M6作為雙向電流鏡主控進(jìn)行操作，其將這個(gè)電荷鏡像到輸出級130中的電流鏡從晶體管。圖1A所示的公共電流傳送器120A的實(shí)現(xiàn)作為示例而不是限制來提供。存在實(shí)現(xiàn)電流傳送器的許多方式，其是本領(lǐng)域已知的，并且除了所示實(shí)現(xiàn)之外的許多其他實(shí)現(xiàn)可用來將電荷119傳送到輸出級130。
[0028]公共電流傳送器12(^包括晶體管肌12、13、14、15和16、電流源11 (例示為1 μ A，但是在其他實(shí)施例中可具有其他值)以及放大器Α1、Α2和A3。在一些實(shí)施例中，公共電流傳送器120Α中的晶體管全部是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0SFET)(例如，η溝道MOSFET (NM0S)和/或ρ溝道MOSFET (PM0S)晶體管的某個(gè)組合)。例如，如所示，Ml、M3和Μ6是NM0S晶體管，而M2、Μ4和Μ5是PM0S晶體管。應(yīng)當(dāng)理解，在其他實(shí)施例中，可利用其他類型的晶體管，例如晶體管Μ1-Μ6可通過極少修改采用雙極結(jié)晶體管(BJT)來取代。
[0029]如圖1Α所示，Ml和M2是輸入跟隨器，其接收在其相應(yīng)源極上注入的電荷119。M3和M4是二極管連接的(漏極連接到柵極)，并且用來將Ml和M2的柵極分別偏置到至Ml和M2的適當(dāng)柵極電壓。M3和M4的源極連接到放大器A1的負(fù)輸入端。M3的漏極耦合到其自身的柵極，并且還與電流源11(其提供偏置電流)耦合。M4的漏極與其自身的柵極耦合，并且還與A1的輸出端耦合，以及A1的正輸入端與VCM(共模電壓)連接。M5和M6是電流鏡主控，其各提供采取來自其相應(yīng)柵極的電流的形式的電荷，電荷在輸出級130-0至130-N中被鏡像。M5的漏極與Ml的漏極耦合，并且也經(jīng)二極管連接到M5的柵極，而M5的源極與VDD耦合。M5的柵極還耦合到放大器A2的正輸入端。M6的漏極與M2的漏極耦合，并且也經(jīng)二極管連接到M6的柵極，而M6的源極與VSS耦合。M6的柵極還耦合到放大器A3的正輸入端。
[0030]放大器A2是共射共基晶體管M14