[发明专利]使用开关电容器模拟信号处理的电容式触摸感测系统

说明书

一种用于电容式触摸面板的电容式触摸感测系统，使用模拟电路来执行电容感测和信号处理。所述系统在几个时间阶段上操作，以对触摸面板的电容传感器进行充电和放电，并确定其电容。所述系统在几个阶段上主动重新配置并重复使用电路部件，以使电路尺寸、复杂性和功耗最小化。通过在一小段模拟电路中执行主要的信号处理功能，结果大大减少了芯片面积。这通过将信号处理功能组合成小型、时间顺序的开关电容器模拟电路来降低成本。

技术领域

本发明涉及电容式触摸感测系统。更具体地，本发明涉及使用开关电容器信号处理的电容式触摸感测系统。

背景技术

电容式触摸传感器通常与诸如液晶显示器(LCD)的显示器组合使用以提供诸如智能电话、平板电脑或其它便携式设备的电子设备的用户界面。LCD可以用于向用户提供文本和图形信息。电容式触摸传感器可以用于感测用户与设备的触摸交互，包括在触摸传感器的表面上感测诸如手指、触笔或其它物体的敲击、滑动和旋转的运动。在其它应用中，触摸传感器单独使用，无需LCD或其它显示器即可接收用户输入。

电容式触摸传感器的设计要求包括低成本以及对噪声和其它电气干扰的抗干扰性。电容式触摸传感器一般在具有实质性电气干扰的环境中工作。在诸如智能电话的设备中，相邻的LCD或其它显示器由可能有噪声的信号驱动。设备的其它电路也可能是干扰源。对这种干扰的抗干扰性是一个重要的设计目标。由于智能手机和其它包含电容式触摸传感器的设备通常是具有较低利润率的商品，因此最小化部件成本和组装成本也很重要。

随着设备小型化并且变得更加高度集成，在一些情况下，期望将电容式触摸传感器电路与显示驱动器电路集成，所述显示驱动器电路产生驱动LCD或其它显示器所需的信号。传感器和驱动器电路甚至可以集成在相同的集成电路中或相邻集成。因此，触摸传感器将靠近显示像素，并且将从显示器拾取更多的噪声。在高度集成的实施例中，触摸传感器和显示器集成在单个组件中。在这种情况下，触摸传感器将在LCD基板上，远离传感器显示组件的盖玻片，从而远离手指、触笔或其它信号源。因此，当噪声大于常规实施例时，信噪比将相对较小。在这样的系统中，必须增加增益，从而提高灵敏度，以便能够检测传感器电容的小变化。然而由于背景电容大，不可能在常规的触摸感测系统中进行限幅。

传统的电容式触摸传感器利用模拟数字技术来感测与触摸传感器的触摸或其它交互。模拟数字输入电路通常采用广泛的数字信号处理技术。这些电路用于执行必要的电容感测和噪声滤波等工艺。然而，这些电路通常需要在一个或多个集成电路上的大的、昂贵的电路块。组件的成本通常与实现所需的集成电路面积成比例。模拟数字组件加上数字信号处理组件的成本可大大增加成品的部件成本和组件成本。其次，如果在数字域中进行信号处理，则模数转换器的任何低于最低有效位的信号都将丢失并且无法恢复。所使用的模数转换器以牺牲硅片面积为代价提高分辨率。

因此，需要一种电容式触摸传感器，其提供降低的成本、更高的灵敏度和改进的对噪声和其它电干扰的抗干扰性。

发明内容

提出了一种从电容式触摸传感器提供对触摸传感器数据帧的改进扫描的系统和方法。帧表示整个电容式触摸传感器面板的扫描，提供指示电容式触摸传感器面板的触摸的数据(如果有的话)。电容式触摸传感器面板通常包括电容传感器Cx的阵列或矩阵。每个电容式触摸传感器具有一个相关联的通道电路，其具有数量有限的可重复使用的部件。可以通过选择性地重新配置这些部件来重复使用通道电路的部件，以在通道电路的每个操作阶段提供必要的功能。示例性实施例采用连接到多组开关、电容器、运算放大器、比较器和数字计数器的多组n个电容传感器，用于感测相应n个电容传感器的电容变化。由控制电路提供的可选择的开关器件和配置数据用于重新配置和重复使用这些电路部件，以在离散的时间阶段中改变互连这些器件的电路拓扑。这有助于提高部件的使用效率并降低总体电路尺寸和复杂性。每个阶段负责不同的信号处理动作。在各种实施例中，这些阶段包括以下，这可以结合相关联的附图而被最好地理解。

阶段0，复位