比率式互电容-码转换器制造技术

电容感测电路的实施例包括与参考单元和传感器单元耦合的桥式开关组。该桥式开关组被配置成在第一阶段增加在第一调制电容器和第二调制电容器之间的电压差，并且在第二阶段以对应于在传感器单元的电容和参考单元的电容之间的差的速率降低该电压差。电容感测电路还包括比较器，该比较器被配置为基于第一调制电容器的第一电压与第二调制电容器的第二电压的比较来生成输出，并且响应于该比较来启动在第一阶段和第二阶段之间的转换。

Ratio type mutual capacitance code converter

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】比率式互电容-码转换器相关申请本申请是于2017年6月16日提交的第15/625,339号美国申请的国际申请，其要求于2017年3月8日提交的第62/468,656号美国临时申请的优先权，这所有申请通过引用以其整体并入本文。
本公开涉及电容感测领域，且具体是涉及电容-码转换器。背景计算设备，如笔记本电脑、个人数据助理(PDA)、信息服务亭(kiosk)、和移动手机，具有用户界面设备，也称为人机界面设备(HID)。用户接口设备中的一种类型是触摸传感器板(通常也称为触摸板)，其可用于模拟个人计算机(PC)鼠标的功能。触摸传感器板通过使用两个定义的轴来复制鼠标的X/Y移动，这两个定义的轴包含检测一个或更多个物体(例如手指或触笔)的位置的传感器电极的集合。触摸传感器板提供了用于执行诸如定位指针或选择显示器上的项目的功能的用户界面设备。用户界面设备中的另一种类型是触摸屏。触摸屏(Touchscreen)(也称为触屏(touchscreen)、触摸窗口、触摸面板、或触屏面板)是透明的显示器覆盖板，其允许显示器用作输入设备，移除了作为与显示器内容交互的主要输入设备的键盘和/或鼠标。其他用户界面设备包括可被用于检测触摸、轻击、拖动、和其他手势的按钮、滑块等。电容感测系统被越来越多地用于实现这些类型和其他类型的用户接口设备，并且通过感测电极上生成的反映电容变化的电信号来起作用。电容的这种变化可指示触摸事件或电极附近的导电物体(例如手指)的存在。然后，感测电极的电容变化可以通过将从电容式感测元件测量的电容转换成由主机设备解释的数字值的电路来测量。然而，现有电容测量电路的精度会因影响驱动电压、电流源输出、开关频率、和测量电路内的其他信号的噪声和波动而降低。这种不精确的测量会导致基于电容的用户界面设备中的不精确的定位或不精确的触摸检测。附图简述本公开在附图的图中通过示例而非限制的方式说明。图1是示出了测量电容的电子系统的实施例的框图。图2A示出了电容测量电路的实施例。图2B是根据实施例示出了电容测量电路中的各种信号的时序图。图3A示出了电容测量电路的实施例。图3B是根据实施例示出了电容测量电路中的各种信号的时序图。图4A示出了电容测量电路的实施例。图4B是根据实施例示出了电容测量电路中的各种信号的时序图。图5示出了电容测量电路的实施例。图6根据实施例示出了用于测量电容的过程。详细描述下面的描述阐述了诸如特定系统、部件、方法等的示例的许多特定细节，以便提供对所要求保护的主题的若干实施例的良好理解。然而对本领域的技术人员将明显的是至少一些实施例可在没有这些特定细节的情况下被实施。在其他实例中，未详细描述或以简单框图形式呈现众所周知的部件或方法，以便避免不必要地模糊所要求保护的主题。因此，阐述的特定细节仅仅是示例性的。特定的实现方式可根据这些示例性细节而变化，并且仍然被设想为在要求保护的主题的精神和范围内。在电容式感测应用中，基线信号是在电容感测电路中即使在被感测的电极上不存在期望的输入(例如手指触摸或某个导电物体接近)的时候页被生成的信号。这种基线信号可能受到诸如电容感测电路的电源电压、时钟频率、参考电压、和电流数模转换器(IDAC)电流等因素的影响，也可能受到由温度变化引起的传感器电容变化的影响。要求低功耗和高灵敏度的电容式感测应用尤其不能容忍基线信号的高变化。一些电容式感测系统通过在固件中实现基线跟踪程序来补偿基线变化，该基线跟踪程序跟踪基线信号随时间的变化。然而，这种解决方案在处理器支持有限的低功率电容式感测应用中可能不实用。此外，高灵敏度电容式感测应用以低信噪比(SNR)工作，这可能使基线跟踪固件程序复杂化。电容测量电路的一个实施例实现了比率式互电容-码转换器，该比例式互电容-码转换器结合了电荷转移的特性和差分sigma-delta转换器的特性，并且对时钟频率、IDAC电流、电源电压、和参考电压的变化不敏感，并且对外部噪声具有高抗扰性。这种电容测量电路生成具有与被测量的传感器单元的互电容成正比的平均占空比的输出比特流。图1根据一个实施例示出了电子系统100的框图，该电子系统100在电容传感器101中实现比率式互电容-码转换器以用于感测电容式传感器阵列121中的电极的电容。电子系统100包括耦合到处理设备110的触摸感测表面116(例如，指纹传感器、触屏设备、触摸板、或其他阵列定义的电容传感器)和主机150。在一个实施例中，触摸感测表面116是使用传感器阵列121检测表面116上的触摸或特征的二维用户界面。在一个实施例中，传感器阵列121包括被设置为二维矩阵(也被称为XY矩阵)的传感器电极121(1)-121(N)(其中，N是正整数)。传感器阵列121经由输送多个信号的一个或更多个模拟总线115被耦合到处理设备110的引脚113(1)-113(N)。在这个实施例中，每个传感器电极121(1)-121(N)被表示为电容器。电容传感器101包括用于将电容转换成测量值的电路。处理设备110还可以包括将电容传感器101的输出比特流转换为传感器电极检测判定(也被称为切换检测判定)或指示相对幅值的数字值的软件部件。在一个实施例中，处理设备110还包括处理逻辑102。处理逻辑102的操作可以在固件中实现；可替代地，其可以在硬件(例如专用逻辑)或软件中实现。处理逻辑102可以接收来自电容传感器101的信号，以及确定传感器阵列121的状态，例如物体(例如，手指)是在传感器阵列121上还是在接近传感器阵列121处被检测到(例如，确定手指的存在)、基于所接收的信号或与在触摸传感器处物体被检测有关的其他信息来跟踪物体的运动。在另一个实施例中，处理设备110可以向主机150发送原始数据或部分处理过的数据，而不是在处理设备110中执行处理逻辑102的操作。如图1所示，主机150可以包括执行处理逻辑102的部分或全部操作的判决逻辑151。判决逻辑151的操作可以在固件、硬件、软件、或它们的组合中实现。主机150可以包括应用152中的高级应用程序接口(API)，应用152执行对接收到数据的例程，例如补偿灵敏度差异、其他补偿算法、基线更新例程、启动和/或初始化例程、插值运算、或缩放操作。关于处理逻辑102描述的操作可以在判定逻辑151、应用152中实现，或在处理设备110外部的其他硬件、软件、和/或固件中实现。在一些其他实施例中，处理设备110是主机150。在另一个实施例中，处理设备110也可以包括非感测动作块103。这个块103可以被用于处理数据和/或往来于主机150接收/传输数据。例如，可以实现与处理设备110连同传感器阵列121一起操作的附加的部件(例如，键盘、小键盘、鼠标、轨迹球、LED、显示器、或其他外围设备)。处理设备110可以驻留在公共载体基板(诸如，例如集成电路(IC)管芯基板或多芯片模块基板)上。可替代地，处理设备110的部件可以是一个或更多个独立的集成电路和/或分立部件。在一个实施例中，处理设备110可以是由加利福尼亚州圣何塞的Cypress半导体公司开发的片上可编程系统(PSoCTM)处理设备。可替代地，处理设备110可以是本领域的普通技术人员已知的一种或更多种其他处理设备，诸如微处理器或中央处理单元、控制器、专本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容感测电路，包括：桥式开关组，所述桥式开关组与参考单元和传感器单元耦合，其中，所述桥式开关组被配置为:在第一阶段，增加在第一调制电容器和第二调制电容器之间的电压差，以及在第二阶段，以对应于所述传感器单元的电容和所述参考单元的电容之间的差的速率降低所述电压差；和比较器，所述比较器被配置为：基于所述第一调制电容器的第一电压和所述第二调制电容器的第二电压的比较来生成输出，以及响应于所述比较启动在所述第一阶段和所述第二阶段之间的转换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.08 US 62/468,656;2017.06.16 US 15/625,3391.一种电容感测电路，包括：桥式开关组，所述桥式开关组与参考单元和传感器单元耦合，其中，所述桥式开关组被配置为:在第一阶段，增加在第一调制电容器和第二调制电容器之间的电压差，以及在第二阶段，以对应于所述传感器单元的电容和所述参考单元的电容之间的差的速率降低所述电压差；和比较器，所述比较器被配置为：基于所述第一调制电容器的第一电压和所述第二调制电容器的第二电压的比较来生成输出，以及响应于所述比较启动在所述第一阶段和所述第二阶段之间的转换。2.根据权利要求1所述的电容感测电路，其中，所述桥式开关组包括将所述参考单元与所述第二调制电容器耦合的第一开关、将所述参考单元与所述第一调制电容器耦合的第二开关、将所述传感器单元与所述第一调制电容器耦合的第三开关、以及将所述传感器单元与所述第二调制电容器耦合的第四开关。3.根据权利要求1所述的电容感测电路，所述电容感测电路还包括发送(TX)驱动器，所述发送(TX)驱动器被配置为向所述参考单元和所述传感器单元中的每一者提供TX信号。4.根据权利要求3所述的电容感测电路，其中，所述桥式开关组还被配置为在所述第二阶段期间：当所述TX驱动器的输出电压高于所述第一电压和所述第二电压二者时，通过闭合所述第三开关以将所述传感器单元连接到所述第一调制电容器来对所述第一调制电容器充电，同时通过闭合所述第一开关以将所述参考单元连接到所述第二调制电容器来对所述第二调制电容器充电；以及当所述TX驱动器的输出电压低于所述第一电压和所述第二电压二者时，通过闭合所述第二开关以将所述参考单元连接到所述第一调制电容器来使所述第一调制电容器放电，同时通过闭合所述第四开关以将所述传感器单元连接到所述第二调制电容器来使所述第二调制电容器放电。5.根据权利要求1所述的电容感测电路，所述电容感测电路还包括发送(TX)驱动器，所述发送(TX)驱动器被配置为向所述传感器单元提供TX信号，其中，所述桥式开关组还被配置为在所述第一阶段期间：当所述TX驱动器的输出电压高于所述第一电压时，通过闭合所述第三开关以将所述传感器单元连接到所述第一调制电容器来对所述第一调制电容器充电；以及当所述TX驱动器的输出电压低于所述第二电压时，通过闭合所述第四开关以将所述传感器单元连接到所述第二调制电容器来使所述第二调制电容器放电。6.根据权利要求1所述的电容感测电路，其中，所述参考单元的电容大于所述传感器单元的电容。7.根据权利要求1所述的电容感测电路，所述电容感测电路还包括序列发生器，所述序列发生器被配置为：在所述第一阶段期间，输出用于操作所述桥式开关组的开关信号的第一序列；响应于所述比较确定所述第一电压大于所述第二电压，在所述第一阶段和所述第二阶段之间转换；在所述第二阶段期间，输出用于操作所述桥式开关组的开关信号的第二序列；和响应于所述比较确定所述第二电压大于所述第一电压，在所述第二阶段和所述第一阶段之间转换。8.根据权利要求7所述的电容感测电路，其中，所述序列发生器还包括先断后合模块，所述先断后合模块被配置为基于调制频率生成两对互补的非重叠的开关信号。9.根据权利要求8所述的电容感测电路，其中，所述TX驱动器被配置为通过使TX驱动器输出以时钟频率在第一电压和第二电压之间交替切换来生成所述TX信号，并且其中，所述时钟频率低于所述调制频率。10.根据权利要求1所述的电容感测电路，所述电容感测电路还包括触发器，所述触发器被配置为基于所述比较器的输出生成输出比特流，其中，所述输出比特流的平均占空比基本上与所述传感器单元的电容成比例。11.根据权利要求1所述的电容感测电路，所述电容感测电路还包括全差分积分器电路，其中，所述第一调制电容器连接到所述积分器电路的差分放大器的正输入端和负输出端，并且所述第二调制电容器连...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德理·马哈瑞塔，
申请(专利权)人：赛普拉斯半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国,US