用于自電容感測的全波同步整流制造技術

描述了一種測量電容式感測陣列的自電容的裝置和方法。該裝置包括第一積分電容器、第一調制器、第二積分電容器和第二調制器。第一調制器操作地耦合到第一積分電容器。第二調制器操作地耦合到第二積分電容器。與第一積分電容器結合的第一調制器和與第二積分電容器結合的第二調制器，通過執行全波同步整流，來測量電容式感測陣列的自電容。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】相關申請本申請是2015年6月11日提交的美國專利申請號14/736,811的國際申請，該美國專利申請要求于2014年11月25日提交的美國臨時申請號62/084,026的權益，這兩個申請全部內容通過引用并入本文。
本公開涉及電容感測系統的領域，特別是涉及感測電容式感測陣列的自電容。背景電容感測系統可感測在電容中反映變化的在電極上產生的電信號。電容中的這種變化可指示觸摸事件(即，物體到特定電極的接近)。電容式感測元件可用于替代機械按鈕、旋鈕和其它類似的機械用戶接口控制。電容式感測元件(諸如電極或電極對)的使用，允許消除復雜的機械開關和按鈕，在惡劣條件下提供可靠的操作。此外，電容式感測元件廣泛應用于現代客戶應用中，在現有產品中提供新的用戶界面選項。電容式感測元件范圍可從單按鈕到用于觸摸感測表面的以電容式感測陣列形式布置的大量按鈕。在當今的工業和消費者市場中，利用電容式感測陣列的透明觸摸屏是普遍存在的。它們可在蜂窩電話、GPS設備、機頂盒、相機、計算機屏幕、MP3播放器、數字平板電腦等上被找到。電容式感測陣列通過測量電容式感測元件的電容，并尋找指示導電物體的觸摸或存在的電容增量來工作。當導電物體(例如，手指、手或其他物體)與電容式感測元件接觸或非常接近時，電容改變并且導電物體被檢測到。電容式觸摸感測元件的電容變化可通過電路來測量。電路將電容式感測元件的測量電容轉換為數字值。有兩種典型的電容類型：1)互電容，其中電容感測電路可訪問電容器的兩個電極；2)自電容，其中電容感測電路僅可訪問電容器的一個電極，其中第二電極被連接到DC電壓電平或寄生地耦合到接地。附圖簡述在附圖的圖中，本專利技術通過示例而非限制的方式被說明。圖1是根據一個實施方式示出的用于自電容感測的電路的電路圖。圖2是根據一個實施方式示出的電容式感測陣列的自電容模型的電路圖。圖3是根據一個實施方案示出的與圖1的電路結合的全波同步整流的操作波形的波形圖。圖4是根據另一個實施方式示出用于自電容感測的電路的電路圖。圖5是根據一個實施方案示出的與圖4的電路結合的全波同步整流的操作波形的波形圖。圖6A是根據一個實施方案示出的轉換器的電路圖。圖6B是根據另一個實施方案示出的轉換器的電路圖。圖7示出了根據一個實施方案的執行全波同步整流的方法的流程圖。圖8示出了根據另一個實施方案的執行全波同步整流的方法的流程圖。圖9是根據另一個實施方式示出用于自電容感測的電路的電路圖。圖10是根據一個實施方案示出的與圖9的電路結合的全波同步整流的操作波形的波形圖。圖11是示出具有帶全波同步整流自電容感測的處理設備的電子系統的一個實施方案的框圖。詳細說明描述了電容感測的裝置和方法。電容感測系統使用各種裝置和方法來感測和測量電容，諸如通過觸摸接近電容式感測陣列的感應的電容。使用半波整流的電容感測技術,即使用全波信號的半波測量電容，可對低頻噪聲(例如，50Hz-20kHz)具有低抗性。低頻噪聲可以是電線噪聲(例如，50Hz-60Hz)和/或音頻噪聲，例如來自揚聲器線的噪聲。結果，可遮蔽指示觸摸的電容測量和/或可產生指示假觸摸的電容測量。在一些實施方案中，本公開通過使用每個與調制器相關聯的兩個積分電容器來執行全波同步整流而測量電容式感測陣列的自電容來解決上述問題和其他缺陷。全波信號可以是包括兩個連續半波的波形。全波信號的半波可近似等于相應半波的負波。例如，在具有振幅(A和-A)的X-Y軸上的以0為中心的正弦波信號包括正的第一半波(0-180°)和負的第二半波(180°-360°)。應當理解的是，全波可以是周期性波形的一個周期的長度。全波同步整流可指在連續時間(即，同步)中使用充電電流和放電電流(每個與單獨的半波全波信號相關聯)以測量例如電容式感測陣列的感測元件(例如電極)上的電容。例如，可由調制器使用充電電流以產生指示自電容的測量，并且可由另一調制器使用放電電流以產生指示自電容的另一測量。相反，半波同步整流可指使用充電電流或放電電流(而不是兩者)來用于測量感測元件上的電容。在一個實施方案中，自電容感測通道可用于測量電容式感測陣列的自電容。自電容感測通道可指用于測量例如電容式感測陣列的自電容的物理硬件(例如，電路硬件)、信號和軟件(例如，固件、邏輯等)的全部或一部分。例如，自電容通道可包括以下中的一些、全部或都不包括：電容式感測陣列(例如，電容式感測陣列的對應電極)、一個或更多個積分電容器或包括電容感測電路(其可包括一個或更多個調制器和/或轉換器)的電路。電容感測通道可包括第一積分電容器和相關聯的第一調制器以測量在全波信號的第一半波期間的自電容。電容感測通道還可包括第二積分電容器和相關聯的第二調制器以測量在全波信號的第二半波期間的自電容。來自第一積分電容器和第一調制器的第一測量和來自第二積分電容器和第二調制器的第二測量可用于產生表示電容式感測陣列的自電容的數字值(例如，計數)。圖1是根據一個實施方式示出的用于自電容感測的電路的電路圖。電路100包括自電容101、積分電容器塊110和調制器塊120。自電容101是電容式感測陣列(未示出)的自電容的簡化模型。積分電容器塊110(也稱為開關電容器塊)包括兩個積分電容器、Cint111和Cint115。在一個實例中，Cint111和Cint115可以是外部電容器(例如，在電容感測電路外部)，并且測量大約1000pF。在另一個實例中，Cint111和Cint115可以是內部電容器，例如集成到集成電路(IC)中的電容器。積分電容器塊110還包括兩個參考電壓源VrefH114和VrefL117。在一個實例中，VrefH114可以是4.3V的高參考電壓(當操作電壓是5V時)，并且VrefL117可以是0.7V的低參考電壓(例如，最小操作電壓)。積分電容器塊110還包括開關預調裝置113、Ph112(也稱為Ph1或相位1)和Ph116(也稱為Ph2或相位2)。應當注意的是，預調裝置113、Ph112和Ph116可稱為開關和/或控制相應開關的信號。在一個實例中，Ph112和Ph116可以是非重疊開關。非重疊開關可指當第二開關(例如，Ph116)斷開時閉合的第一開關(例如，Ph112)或當第一開關(例如，Ph112)斷開時閉合的第二開關(Ph116)。開關Ph112可操作地插入在電容式感測陣列的電極(例如，自電容Cs102)和積分電容器Cint111之間。開關Ph116可操作地插入在電容式感測陣列的電極(例如，自電容Cs102)和積分電容器Cint115之間。在全波信號期間，開關Ph112和開關Ph116分別將積分電容器Cint111和積分電容器Cint115交替地耦合到自電容Cs102。每個積分電容器,Cint111和Cint115,在全波信號的不同半波期間交替地耦合到自電容Cs102。在這樣做時，在全波信號的第一半波期間，積分電容器Cint111采樣與電容式感測陣列的自電容Cs102相關聯的電荷。在全波信號的第二半波期間，積分電容器Cint115采樣與電容式感測陣列的自電容Cs102相關聯的另一電荷。調制器塊120描繪兩個Σ-Δ調制器的實施方式。應當注意的是，Σ-Δ調制器用于說明的目的，而不是用于限制的目的。其它調制器也可在電路1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種裝置，包括：第一積分電容器；第一調制器，其操作地耦合到所述第一積分電容器；第二積分電容器；和第二調制器，其操作地耦合到所述第二積分電容器，其中所述第一調制器連同所述第一積分電容器以及所述第二調制器連同所述第二積分電容器通過執行全波同步整流來測量電容式感測陣列的自電容。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.11.25 US 62/084,026;2015.06.11 US 14/736,8111.一種裝置，包括：第一積分電容器；第一調制器，其操作地耦合到所述第一積分電容器；第二積分電容器；和第二調制器，其操作地耦合到所述第二積分電容器，其中所述第一調制器連同所述第一積分電容器以及所述第二調制器連同所述第二積分電容器通過執行全波同步整流來測量電容式感測陣列的自電容。2.如權利要求1所述的裝置，還包括：自電容感測通道，其測量所述電容式感測陣列的自電容，所述電容式感測陣列包括多個電極，所述自電容感測通道包括：所述第一調制器，所述第一積分電容器和所述第一調制器產生所述電容式感測陣列的自電容的第一測量，所述第一測量對應于全波信號的第一半波；和所述第二調制器，所述第二積分電容器和所述第二調制器產生所述電容式感測陣列的自電容的第二測量，所述第二測量對應于所述全波信號的第二半波，其中所述第一測量和所述第二測量用于確定所述電容式感測陣列的自電容。3.如權利要求2所述的裝置，還包括：轉換器，其操作地耦合到所述第一調制器的第一輸出端和所述第二調制器的輸出端，所述轉換器將所述第一測量和所述第二測量轉換為表示所述電容式感測陣列的自電容的數字值。4.如權利要求1所述的裝置，其中所述第一調制器和所述第二調制器是Σ-Δ調制器。5.如權利要求1所述的裝置，還包括：第一開關，其操作地插入在所述電容式感測陣列的電極和所述第一積分電容器之間；和第二開關，其操作地插入在所述電容式感測陣列的電極和所述第二積分電容器之間，所述第一開關和所述第二開關在所述全波同步整流的全波信號期間交替地將所述第一積分電容器或所述第二積分電容器耦合到所述自電容。6.如權利要求5所述的裝置，其中所述第一開關和所述第二開關是不重疊的開關，其中當所述第二開關斷開時所述第一開關閉合，或當所述第一開關斷開時所述第二開關閉合。7.如權利要求1所述的裝置，其中所述第一調制器包括：第一比較器，其包括第一比較器輸入端、第二比較器輸入端和第一比較器輸出端，所述第一比較器輸入端操作地耦合到所述第一積分電容器；第一參考電壓源，其操作地耦合到所述第二比較器輸入端；第一鎖存器，其包括第一鎖存器輸入端和第一鎖存器輸出端，所述第一鎖存器輸入端操作地耦合到所述第一比較器輸出端；和第一電流源，其操作地耦合到所述第一比較器輸入端和所述第一積分電容器，所述第一電流源在與所述第一鎖存器輸出端的反饋配置中受控。8.如權利要求1所述的裝置，其中所述第二調制器包括：第二比較器，其包括第三比較器輸入端、第四比較器輸入端和第二比較器輸出端，所述第三比較器輸入端操作地耦合到所述第二積分電容器；第二參考電壓源，其操作地耦合到所述第四比較器輸入端；第二鎖存器，其包括第二鎖存器輸入端和第二鎖存器輸出端，所述第二鎖存器輸入端操作地耦合到所述第二比較器輸出端；和第二電流源，其操作地耦合到所述第三比較器輸入端和所述第二積分電容器，所述第二電流源在與所述第二鎖存器輸出端的反饋配置中受控。9.如權利要求2所述的裝置，其中所述第一調制器通過測量所述第一積分電容器上的充電電流來產生所述第一測量，所述充電電流對應于所述全波信號的第一半波并且指示電容式感測陣列的自電容，以及所述第二調制器通過測量所述第二積分電容器上的放電電流來產生所述第二測量，所述放電電流對應于所述全波信號的第二半波并且指示所述電容式感測陣列的自電容。10.如權利要求2所述的裝置，其中所述全波信號包括隨后跟隨有所述第二半波的所述第一半波，所述第一半波近似為所述第二半波的逆反。11.一種裝置，包括：電容式感測陣列，其包括多個電極，所述電容式感測陣列檢測接近所述多個電極的觸摸；第一積分電容器；第二積...

【專利技術屬性】
技術研發人員：安德理·馬哈瑞塔，
申請(專利權)人：賽普拉斯半導體公司，
類型：發明
國別省市：美國;US