一种电容触摸感应模块以及方法技术

本发明专利技术公开了一种电容触摸感应模块以及方法，模块包括电容放大电路、电容积分电路、开关电路、检测控制电路，检测控制电路通过控制开关电路的状态控制电容触摸感应模块交替性的在采样积分状态和放大转移状态之间切换，采样积分状态时电容放大电路采集触摸按键上的电荷信号且电容积分电路产生积分累积的电压，放大转移状态时电容放大电路将采集的电荷信号进行放大且电容积分电路转移电容放大电路放大后的电荷信号，检测控制电路还用于当电容积分电路的输出电压达到阈值电压时，记录此时的积分次数，如果积分次数小于预设次数则判定按键被触摸，本发明专利技术不需要外加电容，所有电路所需元件都可以内部集成。所需元件都可以内部集成。所需元件都可以内部集成。

【技术实现步骤摘要】
一种电容触摸感应模块以及方法


[0001]本专利技术涉及模拟集成电路设计领域，尤其涉及一种电容触摸感应模块以及方法。

技术介绍

[0002]近几年来，随着智能手机，平板电脑的兴起，电容式触摸屏市场得到了较快的发展。对于触摸屏行业未来的发展趋势，分析认为，不仅仅在智能手机和平板电脑，在未来的家居应用市场中，电容式触摸屏将会扮演越来越重要的角色。随着电路向集成化发展，越来越多的分立电路集成到了芯片当中，无论独立的触摸控制芯片和集成在MCU的触摸控制芯片。MCU芯片是一种微型控制器，它可以根据用户的需求对外设进行控制，其低廉的价格，简洁快速的产品化优势，迅速成为了市场上的主流产品，大多数家居应用都用到了MCU芯片。为了适应市场应用需求，MCU芯片上集成电容触摸感应电路是大势所趋。
[0003]目前电容触摸屏是通过电荷在电容之间转移来实现检测的，具体原理如下：如图1所示，这是一组触摸检测模块电路，由按键引脚key1～keyn，采样电容引脚Cs_pad,初始化电平电路，电压阈值检测四部分组成。图中Ck是按键引脚key的寄生电容和杂散电容之和，Cs是采样电容引脚的外加电容，通常Cs是nF级别，Ck是pF级别。该模块有充电检测和放电检测两种触摸检测方式。
[0004]下面以充电检测,初始化采样电容为0V为例来讲解触摸按键检测的原理：
[0005]1)配置：打开电压阈值检测电路，配置好需要检测的电压阈值。预设一个MCU计数器的计数次数，并保存起来，最后清理计数器。
[0006]2)采样电容Cs初始化：闭合开关s_cs与开关s_gnd，把Cs和总线上的残余电荷通过地线放掉，Cs初始化完毕后进入步骤2)；
[0007]3)按键电容Ck初始化：断开s_cs，s_gnd，闭合s_vcc与s1，把Ck1都充电到Vcc电平，Ck初始化完毕后进入步骤4)；
[0008]4)电荷转移：断开s_vcc后再闭合s_cs，实现Ck的电荷向Cs转移，同时MCU内部计数器计数+1。在这期间如果Cs电平达到了电压检测阈值，则电压阈值检测电路会向MCU产生中断信号，如果没有产生中断信号，则继续转步骤3)，如果出现中断信号则进入步骤5)；
[0009]5)计数比较：MCU接收到中断信号，停止计数器计数，并把当前计数值与之前设定的计数值进行比对。大的话则表示按键没按下，回到第3)对下一个按键进行检测；小则表示按下了，结束检测。
[0010]上述电容触摸检测有个缺点，那就是需要外加nF级别电容，还要预留外挂电容的pin脚，这不仅额外占用了PCB板的位置，还增加了应用的成本。

技术实现思路

[0011]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述需要外加nF级别电容，还要预留外挂电容的pin脚的缺陷，提供一种电容触摸感应模块以及方法。
[0012]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电容触摸感应模块，包括：
[0013]电容放大电路，连接至少一个触摸按键模块，用于感应触摸按键被触摸时引入的电容；
[0014]电容积分电路，连接所述电容放大电路；
[0015]开关电路，包括分布在所述至少一个触摸按键模块、电容放大电路和电容积分电路中的多个开关，用于通过改变开关状态控制所述至少一个触摸按键模块、电容放大电路和电容积分电路的状态；
[0016]检测控制电路，与所述开关电路以及电容积分电路连接，用于通过控制所述开关电路的状态选择具体的所述触摸按键模块进行检测，并在选择具体的所述触摸按键模块进行检测的过程中控制所述电容触摸感应模块交替性的在采样积分状态和放大转移状态之间切换，以及当所述电容积分电路的输出电压达到阈值电压时，记录此时的积分次数，如果积分次数小于预设次数则判定按键被触摸；
[0017]其中，所述采样积分状态时，所述电容放大电路采集触摸按键上的电荷信号且所述电容积分电路产生积分累积的电压；放大转移状态时，所述电容放大电路将采集的电荷信号进行放大且所述电容积分电路转移所述电容放大电路放大后的电荷信号。
[0018]优选地，每一所述所述触摸按键模块包括一个触摸按键，所述电容放大电路包括放大器和放大电容，所述电容积分电路包括积分器、积分电容和电荷转移电容，所述开关电路包括第一开关、第二开关和使能开关，其中：每一个所述触摸按键模块中分布一个第一开关、一个第二开关和一个使能开关，所述电容放大电路分布两个第一开关和两个第二开关，所述电容积分电路中分布一个第一开关；
[0019]每一所述触摸按键的正极分别经由一个第一开关接入电源VDD，每一所述触摸按键的正极还分别经由串接的第二开关和使能开关连接所述放大器的异相输入端，所述放大器的异相输入端经由一个第一开关接地，所述放大器的同相输入端接地，所述放大器的异相输入端还连接所述放大电容的第一端，所述放大电容的第二端经由一个第一开关接入电源VDD，所述放大器的输出端经由一个第二开关后分别连接所述放大电容的第二端以及再次经由一个第二开关连接积分电容的第一端，积分电容的第二端接入电源VDD，所述积分器的异相输入端经由一个第一开关连接积分电容的第一端，所述积分器的异相输入端还连接所述电荷转移电容的第一端，所述积分器的同相输入端连接参考电压，所述积分器的输出端连接所述电荷转移电容的第二端，所述电荷转移电容的第二端还连接所述检测控制电路；
[0020]所述检测控制电路通过控制使能开关选择具体需要进行检测的触摸按键模块，并在选择具体的触摸按键模块之后控制第一开关T1和多个第二开关T2交替导通。
[0021]优选地，所述第一开关、第二开关由两相不交叠时钟信号控制，不交叠时间为4ns。
[0022]优选地，采样积分状态时，所述第一开关导通，所述第二开关断开；放大转移状态时，所述第二开关导通，所述第一开关断开。
[0023]优选地，所述检测控制电路包括控制电路和电压检测电路，所述控制电路用于控制所述开关电路的状态，所述电压检测电路连接所述电荷转移电容的第二端以检测所述电荷转移电容上的电压并在检测到的电压达到阈值电压时输出中断信号给所述控制电路，所述控制电路在接收到中断信号时记录此时的积分次数，如果积分次数小于预设次数则判定按键被触摸。
[0024]优选地，所述开关电路还包括三个第三开关和一个第四开关，所述第三开关和第四开关任意时刻状态相反，位于所述积分器的异相输入端与积分电容第一端之间的第一开关的两端分别经由一个第三开关连接电源VDD，所述积分器的输出端与所述电荷转移电容的第二端之间设置一个第四开关，所述电荷转移电容的第二端还经由一个第三开关接地。
[0025]优选地，所述检测控制电路在控制所述电容触摸感应模块交替性的在采样积分状态和放大转移状态之间切换之前，控制所述电容触摸感应模块初始化后进入中间态；
[0026]初始化时，所述第一开关、第二开关、第四开关全部断开，所述第三开关导通；中间态时，所述第一开关、第二开关、第三开关断开，所述第四开关导通；采样积分状态时，所述第一开关、第四开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电容触摸感应模块，其特征在于，包括：电容放大电路，连接至少一个触摸按键模块，用于感应触摸按键被触摸时引入的电容；电容积分电路，连接所述电容放大电路；开关电路，包括分布在所述至少一个触摸按键模块、电容放大电路和电容积分电路中的多个开关，用于通过改变开关状态控制所述至少一个触摸按键模块、电容放大电路和电容积分电路的状态；检测控制电路，与所述开关电路以及电容积分电路连接，用于通过控制所述开关电路的状态选择具体的所述触摸按键模块进行检测，并在选择具体的所述触摸按键模块进行检测的过程中控制所述电容触摸感应模块交替性的在采样积分状态和放大转移状态之间切换，以及当所述电容积分电路的输出电压达到阈值电压时，记录此时的积分次数，如果积分次数小于预设次数则判定按键被触摸；其中，所述采样积分状态时，所述电容放大电路采集触摸按键上的电荷信号且所述电容积分电路产生积分累积的电压；放大转移状态时，所述电容放大电路将采集的电荷信号进行放大且所述电容积分电路转移所述电容放大电路放大后的电荷信号。2.根据权利要求1所述的电容触摸感应模块，其特征在于，每一所述所述触摸按键模块包括一个触摸按键，所述电容放大电路包括放大器和放大电容，所述电容积分电路包括积分器、积分电容和电荷转移电容，所述开关电路包括第一开关、第二开关和使能开关，其中：每一个所述触摸按键模块中分布一个第一开关、一个第二开关和一个使能开关，所述电容放大电路分布两个第一开关和两个第二开关，所述电容积分电路中分布一个第一开关；每一所述触摸按键的正极分别经由一个第一开关接入电源VDD，每一所述触摸按键的正极还分别经由串接的第二开关和使能开关连接所述放大器的异相输入端，所述放大器的异相输入端经由一个第一开关接地，所述放大器的同相输入端接地，所述放大器的异相输入端还连接所述放大电容的第一端，所述放大电容的第二端经由一个第一开关接入电源VDD，所述放大器的输出端经由一个第二开关后分别连接所述放大电容的第二端以及再次经由一个第二开关连接积分电容的第一端，积分电容的第二端接入电源VDD，所述积分器的异相输入端经由一个第一开关连接积分电容的第一端，所述积分器的异相输入端还连接所述电荷转移电容的第一端，所述积分器的同相输入端连接参考电压，所述积分器的输出端连接所述电荷转移电容的第二端，所述电荷转移电容的第二端还连接所述检测控制电路；所述检测控制电路通过控制使能开关选择具体需...

【专利技术属性】
技术研发人员：许如柏，刘桂云，梁毅坚，
申请(专利权)人：辉芒微电子深圳股份有限公司，
类型：发明
国别省市：