專利名稱：一種高精度電容觸摸傳感控制電路架構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路架構(gòu)，特別涉及一種用于電容式觸摸傳感器的高精度電容觸摸傳感控制電路架構(gòu)。
背景技術(shù)：
電容式觸摸傳感器適用于目前采用傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)的任何產(chǎn)品之中，特別是小巧的便攜式產(chǎn)品，如新款手機(jī)或媒體播放器的菜單控制按鈕，利用可靠性高并具有成本效益的電容觸摸傳感器，可以輕松地改變這些高級(jí)菜單控制開關(guān)的式樣，給人一種全新的操作感覺。而應(yīng)用于白色家電中的電容觸摸傳感器可以避免水和油污對(duì)按鍵以及家電本身的損壞，提升家電的人性化和安全性。電容式觸摸傳感器取代傳統(tǒng)的機(jī)械開關(guān)的另一個(gè)好處是，制造與裝配工藝更加簡(jiǎn)單。傳統(tǒng)的機(jī)械開關(guān)需要手工把每個(gè)開關(guān)插入到塑料殼體上面的專門孔洞之中，而一個(gè)包含所有這些開關(guān)的單一的電容觸摸傳感器板可以一步到位，放置在這個(gè)塑料殼體下面。含有一個(gè)定位槽口的傳感器板安裝孔和一些膠水就足以完成傳感器板的安裝與位置校準(zhǔn)。隨著混合信號(hào)技術(shù)的發(fā)展，電容式觸摸傳感器正成為各種電子產(chǎn)品中機(jī)械式開關(guān)的一種實(shí)用、增值型替代方案。
如

圖1(a)所示，簡(jiǎn)單的平行板電容器具有兩個(gè)極板，其間隔著一層電介質(zhì)，于是上下極板間就有一個(gè)固有的感應(yīng)電容CSENSOR(這里感應(yīng)電容表示觸摸極板在觸摸前固有的對(duì)地電容)。如圖1(b)所示，當(dāng)人的手指接觸極板時(shí)候，人體相當(dāng)于地，等效于增大了極板對(duì)地面積，于是產(chǎn)生了一個(gè)電容增量ΔC(虛線電容)。
電容式觸摸傳感器的工作原理就是感應(yīng)這個(gè)電容增量ΔC，把它轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)供處理器處理。目前的電容傳感器有電荷轉(zhuǎn)移法，張馳振蕩計(jì)數(shù)法以及sigma-delta ADC法。這些方法有其各自優(yōu)點(diǎn)，但是普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功耗大，處理時(shí)間長(zhǎng)，外圍元件多等缺點(diǎn)。電容傳感器關(guān)鍵是感應(yīng)電容的變化量，而無需精確計(jì)量其電容值。
為此，現(xiàn)有的電容觸摸傳感控制電路多采用具有感應(yīng)電容變化量上有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗小，實(shí)時(shí)處理，外圍元件少等特點(diǎn)的恒流源充電原理感應(yīng)觸摸電容變化。
如圖2所示為基于恒流源充電原理的電容觸摸傳感控制電路，它包括電流設(shè)置電阻(101)，引腳電容(102)，起始比較器(103)，結(jié)束比較器(104)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC(105)，電壓緩沖器(106)和電流鏡(107)。其中CS是該引腳處的總電容，包括芯片引腳寄生電容和感應(yīng)電容。參考電壓VREF經(jīng)過電壓緩沖器(106)與電流設(shè)置電阻(101)產(chǎn)生一路參考電流I1，其中電壓緩沖器(106)由一個(gè)誤差放大器和一個(gè)源跟隨連接的NMOS管構(gòu)成。參考電流I1由電流鏡(107)轉(zhuǎn)換成充電電流I2對(duì)電容RS充電，電容RS引腳達(dá)到額定電平VSTA時(shí)，起始比較器(103)翻轉(zhuǎn)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC(106)開始計(jì)時(shí)；當(dāng)電容RS引腳達(dá)到一個(gè)更高的額定電平VEND時(shí)，結(jié)束比較器(104)翻轉(zhuǎn)，TDC結(jié)束計(jì)時(shí)。該時(shí)間間隔被轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)交給處理器處理。
T1＝(VEND-VSTA)CS/I2I2＝mI1＝mVREF/RST1＝RSCS*(VEND-VSTA)/mVREF其中m是電流鏡的鏡像系數(shù)，電壓VEND，VSTA和VREF由同一個(gè)基準(zhǔn)電壓分壓產(chǎn)生，所以(VEND-VSTA)/mVREF為常數(shù)，設(shè)該常數(shù)為β。
T1＝βRSCST2＝βRS(ΔC+CS)ΔT＝T2-T1＝βRSΔC如圖3所示，Charge Line1和Charge Line2分別是表示感應(yīng)電容改變前后的充電曲線，說明了該充電過程。
實(shí)際應(yīng)用中，人手觸摸能夠引起的電容變化大約1pF，也就是說ΔC＝1pF。芯片引腳寄生電容大約10pF，外部感應(yīng)電容大約5pF，ΔT的讀數(shù)只是T2讀數(shù)的1/16；某些情況下引腳寄生電容和感應(yīng)電容可能更大，而人手觸摸引起的電容變化可能更小，滑動(dòng)感應(yīng)或絕對(duì)位置判斷等更高級(jí)應(yīng)用中需要從這個(gè)微小的電容變化獲得相對(duì)較大的讀數(shù)，也就是說需要很高的感應(yīng)電容變化的精度。但是設(shè)置電阻不可能取太大，因?yàn)樘〉碾娏魅菀资艿礁蓴_，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC的讀數(shù)也有一定位數(shù)的限制，所以現(xiàn)有電容觸摸傳感控制電路結(jié)構(gòu)在固有電容值較大的情況下感應(yīng)微小的電容變化難以實(shí)現(xiàn)高精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種高精度電容觸摸傳感控制電路架構(gòu)，采用恒流源充電原理感應(yīng)觸摸電容變化，實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電容變化的高精度。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種高精度電容觸摸傳感控制電路架構(gòu)，它包括電壓緩沖器、電流設(shè)置電阻、電流鏡、起始比較器、結(jié)束比較器和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，它還包括感應(yīng)引腳等效電容和參考引腳等效電容；所述參考電壓通過電壓緩沖器和電流設(shè)置電阻產(chǎn)生參考電流，所述參考電流通過電流鏡產(chǎn)生充電電流分別對(duì)所述感應(yīng)引腳等效電容和參考引腳等效電容充電；參考引腳等效電容激發(fā)所述起始比較器，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器開始計(jì)時(shí)，由感應(yīng)引腳等效電容激發(fā)所述結(jié)束比較器，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器結(jié)束計(jì)時(shí)并將時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)傳輸給處理器處理。
所述電壓緩沖器由誤差放大器和源跟隨連接的NMOS管構(gòu)成，所述參考電壓輸入誤差放大器輸入端的正極，誤差放大器的輸出端與所述NMOS管的柵極連接，NMOS管的漏極接入所述電流鏡，源極與所述誤差放大器輸入端的負(fù)極連接，然后接入所述電流設(shè)置電阻的一端，電流設(shè)置電阻的另一端接地。
所述感應(yīng)引腳等效電容包括寄生電容I和感應(yīng)電容，所述參考引腳等效電容包括寄生電容II和參考電容，所述電流鏡由MOS管MP1、MP2、MP3組成；MOS管MP1、MP2、MP3的源極互相連接，MP1、MP2、MP3的柵極互相連接，然后分別接入MOS管MP1的漏極和所述電壓緩沖器中NMOS管的漏極中；所述寄生電容I和感應(yīng)電容的一端分別接地，另一端互相連接后分別接入MOS管MP2的漏極和結(jié)束比較器輸入端的正極，所述寄生電容II和參考電容一端分別接地，另一端互相連接后分別接入MOS管MP3的漏極和起始比較器輸入端的正極。
所述起始比較器和結(jié)束比較器輸入端的負(fù)極分別接參考電壓VCOMP，起始比較器和結(jié)束比較器的輸出端分別接入時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入端的STA和END端，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端接處理器。
在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到本發(fā)明中需要兩個(gè)參考電壓，同時(shí)電源電壓的波動(dòng)也會(huì)干擾充電電流和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，為了隔離外部電源上的干擾，在所述電壓緩沖器、起始比較器和結(jié)束比較器之前接入一個(gè)低壓降電壓調(diào)節(jié)器，它由基準(zhǔn)源、放大器、MOS管和電阻構(gòu)成，所述基準(zhǔn)源接入放大器輸入端的負(fù)極，放大器的輸出端與MOS管的柵極連接；外部電源接入MOS管的源極，MOS管的漏極依次連接三個(gè)電阻，電阻的另一端接地，放大器輸入端的正極接入?yún)⒖茧妷憾?，給內(nèi)部一個(gè)干凈穩(wěn)定的電源，同時(shí)基準(zhǔn)源通過電阻分壓得到兩個(gè)參考電壓。
為了能選擇是同時(shí)對(duì)各引腳電容充電還是分別對(duì)各引腳電容充電，在本發(fā)明中，還包括一個(gè)n選1的選通器，其輸入端與多組感應(yīng)引腳等效電容連接，其輸出端與結(jié)束比較器輸入端的正極連接。
本發(fā)明的原理如下由參考引腳等效電容提供參考電容CREF、感應(yīng)引腳等效電容提供感應(yīng)電容CSENSOR，當(dāng)參考電容CREF的值達(dá)到起始比較器的比較電平VCOMP時(shí)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)感應(yīng)電容CSENSOR的值達(dá)到結(jié)束比較器的比較電平VCOMP時(shí)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器計(jì)時(shí)結(jié)束，電容值被轉(zhuǎn)換成時(shí)間量；時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器將時(shí)間量最后被轉(zhuǎn)換成可處理數(shù)據(jù)輸入處理器；兩次采樣的數(shù)據(jù)將產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間差ΔT，該值即反應(yīng)感應(yīng)電容變化。
T1＝VCOMP(CSENSOR-CREF)/I2I2＝mI1＝mVREF/RST1＝RS(CSENSOR-CREF)VCOMP/mVREF其中m是電流鏡的鏡像系數(shù)，電壓VCOMP和VREF由一個(gè)基準(zhǔn)電壓分壓產(chǎn)生，所以VCOMP/mVREF為常數(shù)，設(shè)該常數(shù)為K。
T1＝KRS(CSENSOR-CREF)T2＝KRS(ΔC+CSENSOR-CREF)ΔT＝T2-T1＝KRSΔC由于參考引腳等效電容較小，最先達(dá)到比較電平VCOMP，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器開始計(jì)時(shí)。當(dāng)感應(yīng)引腳電壓被充到VCOMP時(shí)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器結(jié)束計(jì)時(shí)記為T1。當(dāng)電容變化時(shí)，重復(fù)上一過程，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器讀數(shù)記為T2。兩次測(cè)量時(shí)間差ΔT＝T2-T1，反應(yīng)電容變化。
假設(shè)寄生電容為10pF，感應(yīng)電容5pF，參考電容4.5pF，ΔC為1pF。ΔT的讀數(shù)是T2讀數(shù)的2/3。
從上可知，引腳寄生電容被完全抵消，過大的感應(yīng)電容CSENSOR也可以依靠設(shè)置一個(gè)合理的參考電容CREF被很大程度的抵消。感應(yīng)電容的變化量ΔC占計(jì)時(shí)電容的比重很大，于是電容的微小變化也能得到一個(gè)較大的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器讀數(shù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電容變化的高精度。
本發(fā)明的一種高精度電容觸摸傳感控制電路架構(gòu)具有如下的優(yōu)點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗小，實(shí)時(shí)處理，外圍元件少。
2、電阻電容值被轉(zhuǎn)化成一個(gè)時(shí)間量，這個(gè)時(shí)間量?jī)H與電阻電容值乘積相關(guān)，而與電源電壓以及參考電壓無關(guān)，調(diào)節(jié)外部電阻可以調(diào)節(jié)感應(yīng)精度。
3、通過設(shè)置合適的參考電容使得測(cè)量電容時(shí)，固有的引腳寄生電容和感應(yīng)電容被大部分抵消，電容變化量讀數(shù)比重被放大，感應(yīng)精度提高。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。
圖1(a)是感應(yīng)電容的示意圖；圖1(b)是觸摸感應(yīng)電容的示意圖；圖2是現(xiàn)有的一種電容觸摸傳感控制電路架構(gòu)原理圖；圖3是現(xiàn)有的一種電容觸摸傳感控制電路的工作時(shí)序波形的示意圖；圖4是本發(fā)明的一種高精度電容觸摸傳感控制電路架構(gòu)的原理圖；圖5是本發(fā)明電路的工作時(shí)序波形的示意圖；圖6是本發(fā)明中產(chǎn)生工作電壓和參考電壓的低壓降電壓調(diào)節(jié)器原理圖；圖7是本發(fā)明的另一種高精度電容觸摸傳感控制電路架構(gòu)的原理圖；圖8(a)是多通道在不同充電方式下感應(yīng)電容的示意圖；圖8(b)是多通道在不同充電方式下觸摸感應(yīng)電容的示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖4所示，本發(fā)明所提供的一種高精度電容觸摸傳感控制電路架構(gòu)，它包括電壓緩沖器(206)、電流設(shè)置電阻(201)、電流鏡(207)、起始比較器(203)、結(jié)束比較器(204)和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(205)，還包括感應(yīng)引腳等效電容(202)和參考引腳等效電容(208)；參考電壓通過電壓緩沖器(206)和電流設(shè)置電阻(201)產(chǎn)生參考電流，所述參考電流通過電流鏡(207)產(chǎn)生充電電流分別對(duì)感應(yīng)引腳等效電容(202)和參考引腳等效電容(208)充電；參考引腳等效電容(208)激發(fā)起始比較器(203)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器開始計(jì)時(shí)，由感應(yīng)引腳等效電容(202)激發(fā)結(jié)束比較器(204)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(205)結(jié)束計(jì)時(shí)并將時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)傳輸給處理器處理。
感應(yīng)引腳等效電容(202)包括寄生電容CPARA和感應(yīng)電容CSENSOR。參考引腳等效電容(208)包括寄生電容CPARA和參考電容CREF，參考電容CREF取值必須小于感應(yīng)電容CSENSOR的取值。參考電壓VREF經(jīng)過電壓緩沖器(206)與電流設(shè)置電阻(201)產(chǎn)生一路參考電流I1，其中電壓緩沖器(206)由一個(gè)誤差放大器和一個(gè)源跟隨連接的NMOS管構(gòu)成。參考電流I1由電流鏡(207)轉(zhuǎn)換成兩路相等的充電電流I2、I3同時(shí)對(duì)感應(yīng)電容CSENSOR和參考電容CREF充電，參考電容CREF引腳達(dá)到額定比較電平VCOMP時(shí)，起始比較器(203)翻轉(zhuǎn)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC(206)開始計(jì)時(shí)；當(dāng)感應(yīng)電容CSENSOR引腳達(dá)到額定電平VCOMP時(shí)，結(jié)束比較器(204)翻轉(zhuǎn)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC(206)結(jié)束計(jì)時(shí)；該時(shí)間間隔被轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)交給處理器處理。
電容值被轉(zhuǎn)換成時(shí)間量，時(shí)間量最后被轉(zhuǎn)換成可處理數(shù)據(jù)。若感應(yīng)電容CSENSOR值發(fā)生變化，兩次采樣的TDC數(shù)據(jù)將產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間差ΔT，該值即反應(yīng)感應(yīng)電容CSENSOR變化。
T1＝VCOMP(CSENSOR-CREF)/I2I2＝mI1＝mVREF/RST1＝RS(CSENSOR-CREF)VCOMP/mVREF其中m是電流鏡(207)的鏡像系數(shù)，電壓VCOMP和VREF由一個(gè)基準(zhǔn)電壓分壓產(chǎn)生，所以VCOMP/mVREF為常數(shù)，設(shè)該常數(shù)為K。
T1＝KRS(CSENSOR-CREF)T2＝KRS(ΔC+CSENSOR-CREF)ΔT＝T2-T1＝KRSΔC圖5說明了該充電過程。由于參考引腳等效電容(208)較小，Charge Ref最先達(dá)到比較電平VCOMP，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC(206)開始計(jì)時(shí)。當(dāng)感應(yīng)電容CSENSOR引腳電壓被充到VCOMP時(shí)，見Charge Line1，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC(206)結(jié)束計(jì)時(shí)記為T1。當(dāng)感應(yīng)電容CSENSOR變化時(shí)，重復(fù)上一過程，Charge Line2表示感應(yīng)電容CSENSOR引腳電壓，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC(206)讀數(shù)記為T2。兩次測(cè)量時(shí)間差ΔT＝T2-T1，反應(yīng)感應(yīng)電容CSENSOR變化。
假設(shè)寄生電容CPARA為10pF，感應(yīng)電容CSENSOR為5pF，參考電容CREF為4.5pF，ΔC為1pF。ΔT的讀數(shù)是T2讀數(shù)的2/3。
由圖形和式子易知寄生電容CPARA被完全抵消，過大的感應(yīng)電容CSENSOR也可以依靠設(shè)置一個(gè)合理的參考電容CREF被很大程度的抵消。感應(yīng)電容CSENSOR的變化量ΔC占計(jì)時(shí)電容的比重很大，于是感應(yīng)電容CSENSOR的微小變化也能得到一個(gè)較大的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC(206)讀數(shù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電容CSENSOR變化的高精度。
圖5所示的時(shí)間量T1經(jīng)過時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC(206)轉(zhuǎn)換成的數(shù)據(jù)D1我們也稱作基線，當(dāng)人手觸摸改變感應(yīng)電容CSENSOR得到T2轉(zhuǎn)換成的數(shù)據(jù)D2，D2和D1的差ΔD即被處理成有效按鍵。實(shí)際應(yīng)用不同于上述的理想情況，由于感應(yīng)電容CSENSOR可能隨外部環(huán)境，如溫度濕度等條件變化，這樣就會(huì)造成基線的波動(dòng)。而不同的人或者手指干濕程度的不同也會(huì)造成ΔD的不同。這就需要處理器對(duì)這些數(shù)據(jù)做特殊處理，在排除外界干擾的情況下能夠正確識(shí)別出觸摸與否(數(shù)據(jù)處理將采用基線跟蹤，門限判別，多次平均等技術(shù)，由于超出本專利范圍，不再詳細(xì)敘述)。
如圖6所示，在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到本發(fā)明中需要兩個(gè)參考電壓VREF和VCOMP，同時(shí)電源電壓VDD的波動(dòng)也會(huì)干擾充電電流I2、I3和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC(206)，為了隔離外部電源DVDD上的干擾，在電壓緩沖器(206)、起始比較器(203)和結(jié)束比較器(204)之前接入一個(gè)低壓降電壓調(diào)節(jié)器，它由基準(zhǔn)源BANDGAP、放大器EA、MOS管和電阻構(gòu)成，基準(zhǔn)源BANDGAP接入放大器EA輸入端的負(fù)極，放大器EA的輸出端與MOS管的柵極連接；外部電源DVDD接入MOS管的源極，MOS管的漏極依次連接三個(gè)電阻，電阻的另一端接地，放大器EA輸入端的正極接入?yún)⒖茧妷篤REF端，給內(nèi)部一個(gè)干凈穩(wěn)定的電源，同時(shí)基準(zhǔn)源BANDGAP通過電阻分壓得到參考電壓VREF、VCOMP和電源電壓VDD供電壓緩沖器(206)、起始比較器(203)和結(jié)束比較器(204)使用。
圖7是一種多通道電容觸摸傳感控制電路。包括電流設(shè)置電阻(301)，若干感應(yīng)引腳等效電容(302)，起始比較器(303)，結(jié)束比較器(304)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC(305)，電壓緩沖器(306)，多路電流鏡(307)，參考引腳等效電容(308)和n選1選通器(309)。n選1選通器(309)每次選中一個(gè)感應(yīng)電容通路，也就是說某一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)充電通路被當(dāng)作結(jié)束信號(hào)，其它工作原理同圖4結(jié)構(gòu)所述。
這里多路充電方案采用多路電流鏡(307)還有一個(gè)額外的好處，多個(gè)通道可以選擇是同時(shí)對(duì)各引腳電容充電還是分別對(duì)各引腳電容充電。圖8(a)描述了分別充電時(shí)某引腳等效電容，該電容包括各種寄生電容和感應(yīng)電容，由于實(shí)際應(yīng)用中，芯片引腳，走線，感應(yīng)極板位置的接近，當(dāng)該引腳電位上升時(shí)候，臨近引腳保持相對(duì)低電位，這個(gè)電位差必然導(dǎo)致該引腳和臨近引腳之間存在寄生電容。虛線電容為人手觸摸后的電容增量ΔC(虛線電容)。圖8(b)描述了同時(shí)充電時(shí)某引腳等效電容，由于該引腳和臨近引腳不存在電位差，于是固有電容減少，當(dāng)人手觸摸時(shí)，等效的接地面積較分別充電時(shí)變大，增量電容變大。固有電容讀數(shù)變小，電容改變量讀數(shù)被進(jìn)一步放大，提高了感應(yīng)精度。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及其優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種高精度電容觸摸傳感控制電路架構(gòu)，它包括電壓緩沖器、電流設(shè)置電阻、電流鏡、起始比較器、結(jié)束比較器和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，它還包括感應(yīng)引腳等效電容和參考引腳等效電容；所述參考電壓通過電壓緩沖器和電流設(shè)置電阻產(chǎn)生參考電流，所述參考電流通過電流鏡產(chǎn)生充電電流分別對(duì)所述感應(yīng)引腳等效電容和參考引腳等效電容充電；參考引腳等效電容激發(fā)所述起始比較器，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器開始計(jì)時(shí)，由感應(yīng)引腳等效電容激發(fā)所述結(jié)束比較器，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器結(jié)束計(jì)時(shí)并將時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)傳輸給處理器處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度電容觸摸傳感控制電路架構(gòu)，其特征在于所述電壓緩沖器由誤差放大器和源跟隨連接的NMOS管構(gòu)成，所述參考電壓輸入誤差放大器輸入端的正極，誤差放大器的輸出端與所述NMOS管的柵極連接，NMOS管的漏極接入所述電流鏡，源極與所述誤差放大器輸入端的負(fù)極連接，然后接入所述電流設(shè)置電阻的一端，電流設(shè)置電阻的另一端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度電容觸摸傳感控制電路架構(gòu)，其特征在于所述感應(yīng)引腳等效電容包括寄生電容I和感應(yīng)電容，所述參考引腳等效電容包括寄生電容II和參考電容，所述電流鏡由MOS管MP1、MP2、MP3組成；MOS管MP1、MP2、MP3的源極互相連接，MP1、MP2、MP3的柵極互相連接，然后分別接入MOS管MP1的漏極和所述電壓緩沖器中NMOS管的漏極中；所述寄生電容I和感應(yīng)電容的一端分別接地，另一端互相連接后分別接入MOS管MP2的漏極和結(jié)束比較器輸入端的正極，所述寄生電容II和參考電容一端分別接地，另一端互相連接后分別接入MOS管MP3的漏極和起始比較器輸入端的正極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度電容觸摸傳感控制電路架構(gòu)，其特征在于所述起始比較器和結(jié)束比較器輸入端的負(fù)極分別接參考電壓VCOMP，起始比較器和結(jié)束比較器的輸出端分別接入時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入端的STA和END端，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端接處理器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度電容觸摸傳感控制電路架構(gòu)，其特征在于在所述電壓緩沖器、起始比較器和結(jié)束比較器之前接入一個(gè)低壓降電壓調(diào)節(jié)器，它由基準(zhǔn)源、放大器、MOS管和電阻構(gòu)成，所述基準(zhǔn)源接入放大器輸入端的負(fù)極，放大器的輸出端與MOS管的柵極連接；外部電源接入MOS管的源極，MOS管的漏極依次連接三個(gè)電阻，電阻的另一端接地，放大器輸入端的正極接入?yún)⒖茧妷憾恕?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度電容觸摸傳感控制電路架構(gòu)，其特征在于它還包括一個(gè)n選1的選通器，其輸入端與多組感應(yīng)引腳等效電容連接，其輸出端與結(jié)束比較器輸入端的正極連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精度電容觸摸傳感控制電路架構(gòu)，采用恒流源充電原理感應(yīng)觸摸電容變化，實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電容變化的高精度；它包括電壓緩沖器、電流設(shè)置電阻、電流鏡、起始比較器、結(jié)束比較器和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它還包括感應(yīng)引腳等效電容和參考引腳等效電容；所述參考電壓通過電壓緩沖器和電流設(shè)置電阻產(chǎn)生參考電流，所述參考電流通過電流鏡產(chǎn)生充電電流分別對(duì)所述感應(yīng)引腳等效電容和參考引腳等效電容充電；參考引腳等效電容激發(fā)所述起始比較器，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器開始計(jì)時(shí)，由感應(yīng)引腳等效電容激發(fā)所述結(jié)束比較器，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器結(jié)束計(jì)時(shí)并將時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)傳輸給處理器處理。
文檔編號(hào)H03K17/94GK101039115SQ20071003797
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月12日
發(fā)明者程劍濤, 張忠, 吳珂 申請(qǐng)人:啟攀微電子(上海)有限公司