一種以電荷分享達成觸控電容感測的可集成化的電路制造技術

本發(fā)明專利技術公開了一種以電荷分享達成觸控電容感測的可集成化電路，包括：一電荷分享電路、一壓控振蕩器、一參考頻率產生器、一開關時脈產生器及一個頻率比較電路；電荷分享電路還包含一感測電容、一觸摸電容、一電荷分享電容、一充電開關、一電荷分享開關及一放電開關，且通過電荷分享將已充電的感測電容的電荷與已放電完成分享電容進行電荷分享，在分享電容上累積電壓；分享電容的電容值設計成可調整電容值的電容器，以針對不同的觸控應用產生的感測電容值，來調整適當的分享電容值。充電開關、放電開關與電荷分享開關是以非重疊的時脈控制，將充電開關關閉的時間拉長，且將電荷分享開關與放電開關關閉的時間縮到最短的用以減少外界環(huán)境雜訊的干擾。

【技術實現步驟摘要】
一種以電荷分享達成觸控電容感測的可集成化的電路
本專利技術有關一種觸控電容感測的電路，尤指一種以電荷分享來達成觸控電容感測的可集成化的電路。
技術介紹
隨著各式各樣3C產品的普及化，觸控面板的需求也日益增加。一般來說，觸控面板依感應原理可大致分為電阻式、電容式、超音波式、或紅外線式等。目前市場上成本最為低廉的觸控面板技術是電阻式系統(tǒng)，全球觸控面板市占率也是以電阻式最高。電阻式系統(tǒng)是一片標準的玻璃面板，包含由上下兩組ITO導電層疊合而成；兩層間利用一間隔器區(qū)分隔開，并且電流能夠在兩層間流動。使用時利用壓力使上下兩組ITO導電會接觸在一起，而電場的改變就會被當作是一接觸事件，最后再將信號傳送到一控制器進行處理，經由控制器測知面板電壓變化而計算出接觸點位置進行輸入。另一方面，電容式觸控面板采用的是一電容感測器，以感測排列的透明電極與人體之間的靜電結合所產生的電容變化，從所產生的誘導電流來檢測其座標。當使用者的手指接觸面板時，電流會連續(xù)地通過感測器，使感測器能夠在水平和垂直方向儲存電子，形成一精密控制的電容場。當手指接觸到不同的位置時，感測器的所謂正常電容場則被另外一個電容場改變，這時設置在面板每個角落中的電路就會計算出電場的改變程度，然后將此接觸事件信號傳送到控制器進行處理。與電阻式觸控面板比，電容式觸控面板表現出了更加良好的性能，使用也更方便。然而，電容式觸控面板由于制程步驟較為繁復，且其驅動IC與電路也較復雜，因此在成本及技術進展上不利應用于中小尺寸產品。圖1所示為現有技術中利用弛張振蕩器(relaxationoscillator)來達到電容感測的電路示意圖。如圖1所示，該弛張振蕩器101對一電容Cx周期性地充放電。其中，其振蕩頻率與Cx電容值大小和充放電電流有關，意即，CdV＝Idt。在充放電的電流不變的狀況下，Cx的改變就會就會改變弛張振蕩器101的頻率，由一頻率比較器103比較弛張振蕩器101的輸出頻率Fro與一固定參考時脈102的參考頻率Fref的差異。由于弛張振蕩器101是對電容Cx上作充放電，且Cx上的阻抗通常不低，因此方法的Cx易受外界環(huán)境雜訊的干擾。圖2所示是現有技術中利用電荷轉移的方式來達到電容感測的電路示意圖。如圖2所示，電荷轉移的電路包括一電容Csum、一電容Cx、一比較器201、及三個開關S1、S2、S3，分別連接如下：電容Cx的一端通過開關S1與一電壓源VDD連接，另一端則接地。電容Csum的一端則接地，另一端通過開關S2與電容Cx的與開關S1相接的一端相接，其電壓值以Vsum表示；再者，電容Csum的兩端分別通過開關S3相連接。電壓值Vsum輸入至比較器201的正向輸入端，而反向輸入端則輸入一參考電壓值Vref。比較器201的輸出則以Vo表示。上述電路的操作方式如下：先通過開關S3將電容Csum放電至接地電平后，再由開關S1、S2交互以非重疊(Non-overlapping)的時脈，將電容Cx上的電荷逐漸轉移至電容Csum上，因此，電壓值Vsum漸漸增加；當電壓值Vsum高于電壓值Vref后，輸出Vo就會由低電平轉態(tài)至高電平，如圖3所示。從Csum放電后開始計算到Vo轉態(tài)的時間Tcf。電容Cx的電容值越大，則轉態(tài)時間越短。此電路的優(yōu)點是具有較佳的抗外界環(huán)境雜訊干擾能力，因為電容Cx在充電時是保持在低阻抗，且在電荷轉移時，電容Csum的電容值較大，通常為電容Cx電容值的數百倍，所以也是低阻抗元件。因此電容Cx都保持在低阻抗的狀態(tài)就有較佳的抗射頻干擾能力。另一方面，此電路的缺點是電容Csum的電容值必須是電容Cx電容值的數百倍到千倍(例如，數百pF至nF大小的電容值)，因此無法集成電路化。另一缺點是此電荷轉移的方式，電壓值Vsum的累積并非線性，而是電壓值Vsum與電容Cx電容值為指數關系，換言之，如需計算電容Cx電容值的差異，也較不線性。因此，如何改善上述現有技術的缺點，也成為發(fā)展電容式觸控面板技術的重要議題。
技術實現思路
基于上述現有技術的缺失，本專利技術的主要目的在于提供一種以電荷分享達成觸控電容感測的可集成化電路，通過設計時脈的方式來控制分享電容的充放電，以降低分享電容的電容值的大小，來達到可集成化的目的。本專利技術的以電荷分享達成觸控電容感測的可集成化電路，包括：一電荷分享電路、一壓控振蕩器(VCO)，一參考頻率(Referencefrequency)產生器、一開關時脈產生器(Switchclockgenerator)及一個頻率比較電路(Frequencycomparecircuit)；其中，該電荷分享電路還包含一感測電容、及一分享電容，且通過電荷分享將已充電的該感測電容的電荷與已放電完成該分享電容進行電荷分享，在該分享電容上累積電壓；該壓控振蕩器耦接到該電荷分享電路的分享電容，產生與該電荷分享電路的感測電容大小線性相關的輸出頻率；該參考頻率產生器提供一參考頻率；該開關時脈產生器，藕接于該壓控振蕩器的輸出端，該依壓控振蕩器的輸出產生非重疊的開關時脈；以及該頻率比較電路系耦接于該壓控振蕩器的輸出端與該參考頻率產生器系提供的參考頻率，分別計數該壓控振蕩器的輸出頻率與該參考頻率，當該壓控振蕩器的輸出頻率因為手指觸摸而產生頻率的改變，就能判斷是否有觸碰狀況。為期能對本專利技術的目的、功效及構造特征有更詳盡明確的了解，茲舉可實施例并配合圖示說明如后：附圖說明圖1所示為現有技術中利用弛張振蕩器來達到電容感測的電路示意圖。圖2所示為現有技術中利用電荷轉移的方式來達到電容感測的電路示意圖。圖3所示為圖2中的現有技術中的電容感測電路從Csum放電后開始計算到Vo轉態(tài)的時間Tcf的示意圖。圖4所示為本專利技術一種以電荷分享達成觸控電容感測的可集成化電路。圖5所示為圖4中的開關致能信號的波型示意圖。圖6所示為開關時脈產生器的結構示意圖。圖7所示為本專利技術的開關時脈產生器Fo、Fod、EN1、EN2、及EN3的波形的實施例。其中，附圖標記說明如下：弛張振蕩器101參考時脈102頻率比較器103比較器201電荷分享電路410感測電容4101觸摸電容4102電荷分享電容4103充電開關4104電荷分享開關4105放電開關4106壓控振蕩器420參考頻率產生器430開關時脈產生器440除頻器4401非重疊時脈產生器4402頻率比較電路450具體實施方式圖4所示為本專利技術一種以電荷分享達成觸控電容感測的可集成化電路，包括：一電荷分享電路410、一壓控振蕩器(VCO)420，一個參考頻率(Referencefrequency)產生器430、一開關時脈產生器(Switchclockgenerator)440及一個頻率比較電路(Frequencycomparecircuit)450；其中，該電荷分享電路410還包含一感測電容4101、一觸摸電容4102、一電荷分享電容4103、一充電開關4104、一電荷分享開關4105、及一放電開關4106，且通過電荷分享將已充電的該感測電容4101的電荷與已放電完成該分享電容4103進行電荷分享，在該分享電容4103上累積電壓；該壓控振蕩器420耦接到該電荷分享電路410的分享電容4103，產生與該電荷分享電路410的感測電容4101大小線性相關的輸出頻率Fo；該參考頻率產生器430本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種以電荷分享達成觸控電容感測的可集成化電路，包含：一電荷分享電路，還包含一感測電容以及一使用分享電容，通過電荷分享的方式將已充電的該感測電容的電荷與已完成放電的該分享電容進行電荷分享，以在分享電容上累積電壓；一壓控振蕩器，耦接到該電荷分享電路的分享電容，產生與感測電容大小線性相關的一輸出頻率；一參考頻率產生器，產生一參考頻率；一頻率比較電路，耦接于該壓控振蕩器的輸出頻率與該參考頻率，分別計數該輸出頻率與該參考頻率，當該輸出頻率因為手指觸摸而產生頻率的改變，就能判斷是否有觸碰狀況；以及一開關時脈產生器，依該壓控振蕩器的輸出頻率而產生一組非重疊的開關時脈。

【技術特征摘要】
1.一種以電荷分享達成觸控電容感測的可集成化電路，包含：一電荷分享電路，還包含一感測電容以及一分享電容，通過電荷分享的方式將已充電的該感測電容的電荷與已完成放電的該分享電容進行電荷分享，以在分享電容上累積電壓；一壓控振蕩器，耦接到該電荷分享電路的分享電容，產生與感測電容大小線性相關的一輸出頻率；一參考頻率產生器，產生一參考頻率；一頻率比較電路，耦接于該壓控振蕩器的輸出頻率與該參考頻率，分別計數該輸出頻率與該參考頻率，當該輸出頻率因為手指觸摸而產生頻率的改變，就能判斷是否有觸碰狀況；以及一開關時脈產生器，依該壓控振蕩器的輸出頻率而產生一組非重疊的開關時脈。2.如權利要求1所述的以電荷分享達成觸控電容感測的可集成化電路，其中，該分享電容為可調整電容值的電容器，以針對不同的觸控應用產生的感測電容值，來調整適當的分享電容值。3.如權利要求1所述的以電荷分享達成觸控電容感測的可集成化電路，其中，該電荷分享電路還包含一觸摸電容、一充電開關、一電荷分享開關及一放電開關；該觸摸電容與該感測電容并聯(lián)，該充電開關連接于一外部電源與該感測電容之間，以控制該感測電容的充電；該電荷分享開關分別連接于該感測電容與該分享電容未接地的一端之間，以控制電荷的分享；以及，該放電開關與該分享電容并聯(lián)，以控制該分享電容的放電。4.如權利要求3所述的以電荷分享達成觸控電容感測的可集成化電路，其中，該開關時脈產生器藕接于該壓控振蕩器的輸出端，依該壓控振蕩器的輸出頻率產生一組非重疊的開關時脈，以控制該電荷分享電路的充電開關、電荷分享開關及放電開關。5.如權利要求4所述的以電荷分享達成觸控電容感測的可集成化電路，其中，該電荷分享電路的運作方式如下：當該壓控振蕩器的輸出為高電平(1)時，該充電開關的致能信號為1，因此該充電開關關閉，而該電荷分享開關與該放電開關的致能信號為0，因此該電荷分享開關與該放電開關開啟；在此情況下，將該感測電容被充電至一外接電源的電平；當該壓控振蕩器的輸出由低電平(0)轉態(tài)成高電平(1)時，維持充電開關的致能信號為1，該充電開關關閉；當該壓控振蕩器的輸出由高電平(1)轉成低電平(0)之前，該放電開關的致能信號為1，因此該放電開關關閉；將該分享電容放電到...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：曾景宏，汪仁安，
申請(專利權)人：碩呈科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：中國臺灣;71