[发明专利]一种高精度高稳定性的自电容检测电路

说明书

技术领域

本发明涉及电容检测领域，更具体地，涉及一种利用电容分压进行自电容检测的方法，该方法适用于电容式触控技术领域。

背景技术

目前，电容式触控技术广泛用于手机、平板电脑、电磁炉、冰箱、洗衣机等产品。电容检测技术好坏，在一定程度上决定了电容式触控产品的体验。

常用的自电容检测方案，有基于充放电时间的检测方案和基于电荷转移的检测方案。

基于充放电时间的检测方案，常用的是利用张弛振荡器，产生一个与待测自电容相关的时钟，用该时钟对固定时间进行计数，由于要达到足够的精度，这就要求计数的时间要足够长，而且时钟的频率也要足够高；而张弛振荡器的频率与待测电容之间是非线性的关系，这就使得在不同大小的待测自电容检测时，能够检测到的最小的待测自电容的变化量不同。

基于电荷转移的检测方案，通过多次将待测自电容充电到固定电平，然后将待测自电容上的电荷与一个滤波电容进行电荷共享，当滤波电容上的电压超过设定的参考电压时，将充电次数作为表征自电容大小的值。这种方法，滤波电容需要比待测自电容大几个数量级，当待测自电容达到上百pF时，滤波电容集成在片内就会占用十分大的面积，此时，滤波电容通常会置于芯片外部，通过一个引脚与芯片相连。此外，对于不同大小的待测自电容，滤波电容上达到参考电压所需的充电次数是不同的，这就使得完成一次自电容检测所需的时间不同，在多个不同大小的待测自电容时，由于完成不同大小的自电容的检测，所需的时间不同，因此，会出现触摸的响应时间不同，直接影响到用户的体验。对于电荷转移方案，待测自电容越大，滤波电容上的电压就需要更少的充电次数达到参考电压，同时，能够识别的待测自电容上的最小电容变化也就越大。

综上，传统的充放电时间检测方案，存在检测周期长，在不同寄生电容下，检测灵敏度不同的缺点；而电荷转移方案，则会出现滤波电容较大时芯片面积增加或需要额外的元器件和引脚，寄生电容越大时检测灵敏度会明显降低的缺点。而本发明提出的检测电路，避免了使用较大滤波电容，有利于降低芯片成本，同时，特别解决了在不同的寄生电容下，检测灵敏度不同的问题。本发明提供的自电容检测电路可广泛用于使用电容式触控技术的领域中，提升触控产品的体验。

发明内容

技术目的：提供一种在不同寄生电容下，高精度、高灵敏度一致性的自电容检测方法。

采用电容分压法，得到表征待测自电容的电压Vx。接着，通过电压跟随器将采样电容充电到待测电压Vx。接着，断开采样电容和电压跟随器之间的连接，待测电压Vx以电荷的形式存储在采样电容上。调整内部电容调整阵列，以逐次逼近的方法，使内部电容调整阵列的电压，逐次逼近采样电容上的电压Vx。逐次逼近完成，内部电容调整阵列的电容值的函数即是待测自电容的电容值。

技术方案： 本发明包括比较器，电压跟随器，内部电容调整阵列，比例电容A，比例电容B，控制逻辑，采样电容Cs，待测自电容Cx和开关S1，S2，S3。假设待测电容为Cx，与待测自电容相连的比例电容B为Cb，与内部电容阵列相连的比例电容A为Ca，内部电容调整阵列接固定电平的一端所接的电平为Vcom，逐次逼近完成后，内部电容调整阵列的电容值为Ci，对比例电容A充电的固定电平为Vldoa，对比例电容B充电的固定电平为Vldob。

因此，待测自电容Cx上的电压为Cb/(Cb+Cx) * Vldob（公式1），

内部电容调整阵列上的电压为Ca/(Ca+Ci)*(Vldoa-Vcom)（公式2），

逐次逼近完成后，内部电容调整阵列和待测自电容上的电压近似相等，因此有：

Cb/(Cb+Cx) * Vldob = Ca/(Ca+Ci)*(Vldoa-Vcom) （公式3），

即Cx=-Cb+(Ca+Ci)/(Cb/Ca * (Vldoa-Vcom)/Vldob)（公式4），

因为在自电容检测时，Cb, Ca, Vldoa, Vldob以及Vcom都是固定的，因此，Cx就是Ci的线性函数。

由于待测自电容与内部电容调整阵列的电容值是线性关系，因此，在不同外部寄生电容的条件下，待测自电容的相同变化量，所对应的内部电容调整阵列的电容变化量是相等的。

从公式4可知，Vcom、Vldoa、Vldob以及比例电容Ca和Cb都能够影响电容检测的灵敏度和量程，因此，通过调整这些参数，可以适当调节电容检测的灵敏度和量程。

由于采用逐次逼近的方法进行电容转换，因此，在不同大小的外部寄生电容时，电容检测所需的时间是相同的。