[发明专利]感应电容测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于电容感应识别技术领域，更具体地，涉及一种感应电容测量装置。

背景技术

目前，电容感应识别系统广泛应用于投射电容式触摸屏、触摸板以及指纹识别等人机交互应用中，其原理是通过感应电容测量装置将电容值转化为电信号量(电压、电流等)。对于触摸屏应用来说，手指按压会引起相应位置感应电容的大小发生变化，感应电容测量装置输出的电信号大小也相应地与无触摸时不同，从而判断是否发生触摸及其位置信息。对于电容式指纹识别传感器来说，指纹谷和脊与传感器形成的电容大小不同，感应电容测量装置检测到的电信号输出也不相同。

电容感应识别系统在无触摸时会存在一个固有电容，本发明中称为“背景电容”。发生触摸后，感应电容的电容值会在固有电容的基础上发生相应的变化。从以上原理可以看出，电容感应识别系统的有效动态范围为检测电容的变化量。触摸屏系统为触摸前后电容的差值，而指纹识别系统为指纹谷和脊电容的差值。提高感应电容测量装置的增益可以增大系统的有效动态范围。

在某些应用下，感应电容测量装置会先后检测不同状态下的电容值，即分别检测背景电容和触摸发生后引入的感应电容，并且通过后续处理电路或者软件进行差值处理。

在另一些应用下，感应电容测量装置会同时检测不同条件下的电容值，即同时检测背景电容和触摸发生后引入的感应电容。

图1示出了根据现有技术的感应电容测量装置100的结构示意图。如图1所示，所述感应电容测量装置100包括放大器11、前端反馈电容 Cf、第一开关S1以及第一脉冲信号V_DRV。所述放大器11包括第一输入端、第二输入端以及输出端。电容感应识别系统的感应电容Cs与所述放大器11的第一输入端相连；第一脉冲信号与所述放大器11的第二输入端相连。前端反馈电容Cf和第一开关S1并联连接在所述放大器11 的第一输入端与输出端之间。假设背景电容为C_b，需要检测的电容变化量为C_Δ，A为感应电容测量装置的转换增益，感应电容测量装置将电容转换为电压的转换关系可以简单表示为：

V_out＝A*(C_b+C_Δ)

V_OUT＝A*(C_b+C_Δ)

由于感应电容测量装置输出幅值受限，VOUT<＝V_{h_limit},因此感应电容测量装置的转换增益的最大值A_max为：

可以看到，由于存在“背景电容”，感应电容测量装置并不能直接放大检测电容的变化量，如果仅仅增加感应电容测量装置的增益，会使感应电容测量装置饱和。在检测电容的变化量相对于电容的绝对值很小的时候，这通常会使得系统有效动态范围变小，感应电容测量装置无法有效地通过增大增益来提高系统的输入信号量。

发明内容

为此，本发明的实施例提供了一种感应电容测量装置，以提高电容感应识别系统的动态范围和信噪比。

根据本发明的一方面，提供了一种感应电容测量装置，用于检测电容感应识别系统的感应电容，包括：放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端；前端反馈电容，连接在所述放大器的第一输入端和输出端之间；第一开关，连接在所述放大器的第一输入端和输出端之间；第一脉冲信号，与所述放大器的第二输入端连接；补偿电路，与所述放大器的第一输入端连接，在所述第一开关处于断开状态时，给所述感应电容提供电荷。

优选地，所述第一脉冲信号的控制周期包括第一时间周期和第二时间周期；所述第一脉冲信号在控制周期内进行电平翻转时，所述第一开关从导通状态转换到断开状态；所述第一脉冲信号在第一时间周期以及第二时间周期结束时，所述第一开关从断开状态转换到导通状态。

优选地，所述补偿电路包括第二开关、第三开关、第四开关、补偿电容以及第二脉冲信号；所述第二脉冲信号经由串联连接的所述第二开关和所述补偿电容提供给所述放大器的第一输入端；第一电压经由第三开关提供给所述第二开关和所述补偿电容的公共点；

所述第四开关连接在在所述第二开关和所述补偿电容之间的公共点与接地端之间，所述第二脉冲信号与所述第一脉冲信号同步。

优选地，所述第一开关处于导通状态时，所述第二开关处于关断状态；所述第一开关处于关断状态时，所述第二开关处于导通状态。