用于電容性觸敏面板的測量電路和測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于電容性觸敏面板的測量電路和測量方法；并且特別地涉及用于涉及改變調制電壓的調制頻率從而使傳遞函數中的峰值平滑化的電容性觸敏面板的測量電路和測量方法。
【背景技術】
[0002]圖1描述了用于測量接地電容器Cin的已知技術，其可能是觸敏面板或接近檢測器的一部分:其在于改變電容性電極的電壓并檢測跨Cin的相應電荷變化。這一般地是通過在反饋中用電容器Cfb將電容性電極連接到電荷放大器負輸入端(虛擬接地)來實現的。通過在放大器的正輸入端上施加很好地定義的電壓變化來實現輸入電容器上的電壓變化，因為負輸入端將通過反饋來追蹤正輸入端。由于跨電容器Cin的電流只朝著Cfb流動(放大器具有高阻抗輸入)，所以可根據跨反饋電容器Cfb的電壓變化來確定跨Cin電荷變化(和因此的Cin的值本身)。此電壓變化可直接地在模擬域中測量、處理或轉換到數字域。
[0003]這種技術的一個缺點是其對電極輸入節點與接地之間的任何寄生電容器Cpar且特別是對與輸入焊盤有關的寄生電容器、輸入放大器的保護和寄生電容器、到源電壓的寄生電容器的極度敏感。事實上，這些寄生電容器可能未與要測量的電容器區別開并因此影響測量結果。
[0004]專利FR 2 756 048描述了用于測量通常被用于接近檢測的接地電容器的技術。這些技術的優點在于其精確性且在于其對寄生電容器相當不敏感。這是通過相對于接地不僅改變電容性電極的電壓而且改變測量電路的所有電壓而實現的。所有電壓以與電容性電極的電壓相同的方式改變，使得跨寄生電容器的電壓不改變。為此，將所有輸入電路或電荷放大器稱為局部參考電位，也稱為局部接地(通常是測量回路的基底)，由某個激勵電路來促使其相對于全局接地而改變，所述某個激勵電路諸如產生變化電壓Vin的電壓源，參見圖2。局部接地(浮置電壓VF)因此相對于全局(外部)接地被浮置。由以局部接地為參考的浮置正和負源對讀出電路進行供應。從測量電路視點出發，“只有”外部接地電壓在改變，所有內部電路都以浮置電壓為參考。因此，該測量對寄生的內部電容器不敏感。
[0005]然而，要測量的電容器Cin可能遠離測量電路，因此將Cin連接到測量電路的導線之間的任何寄生電容器將被添加到測量電容器。為了避免此錯誤，可通過使用保護電極使將Cin連接到測量電路的導線從外部接地解耦。然后必須將此保護電極連接到內部或浮置接地VF或相對于VF在恒定電壓下偏置的接點，使得電容性電極與保護之間的電容器仍在恒定電壓下被偏置，并且不影響測量結果。因此，測量電路具有被連接到內部接地VF或者相對于該內部接地VF在恒定電壓下偏置的保護輸出端，并且應將電容器與測量電路之間的導線的保護連接到測量電路的此輸出端，參見圖3。
【發明內容】
[0006]在本申請的獨立權利要求中敘述了本發明的本質特征。在從屬權利要求中提到了其它實施例的其它可選、有利特征。
【附圖說明】
[0007]借助于以示例方式給出且由附圖示出的實施例的描述，將更好地理解本發明，在所述附圖中:
圖1至3示意性地示出了在電容測量中使用的已知電路；
圖4圖示出被透明保護電極覆蓋的LCD面板，在其上面放置了多個導電透明像素，以及電容測量設備的一部分；
圖5示出了本發明的可能實施例的構建塊；
圖6和7圖示出在不同調制循環內對電荷放大器的輸出信號的變化求平均的示意形式的兩個可能方式；
圖8圖示出用于對利用△ Σ調制器的電荷放大器的輸出信號的變化求平均的第三電路；
圖9圖示出其中擾動電壓正在擾動要檢測的電容器Cin的電極上的電壓的電路；
圖10圖示出當在離散時間對相關信號進行采樣時的在圖9中所示的電路中獲得的調制電壓、輸出電壓和樣本；
圖11示出了描述調制電壓具有固定調制頻率時以及調制電壓具有在fmodl、fmod2、fmod3和fmod4之間變化的頻率時的用于擾動信號的傳遞函數的曲線以及示出平均值的曲線；
圖12a至12e示出了調制電壓的調制頻率可以如何改變的某些示例。
【具體實施方式】
[0008]在通常用于智能電話或平板電腦的顯示器應用中，將電容性電極放置在IXD顯示器的頂部上，并且要測量的電容在這些頂部電極與外部接地之間，通過接近于屏幕的手指。
[0009]只有相對于手指在上側的電容是感興趣的，然而，同時相對于LCD的電容和來自IXD的寄生信號對檢測手指的接近沒有用，并且事實上，IXD的活動容易通過寄生電容器在讀出電路中注入不期望的電荷，其可以使接近檢測器的輸出錯誤。因此，在電容性電極與LCD顯示器之間插入導電保護層。還應將此導電保護層連接到測量電路的保護輸出端，或相對于保護輸出保持在恒定電壓，如針對觸摸屏與測量電路之間的導線保護的情況一樣。
[0010]在圖4中舉例說明此類布置，其中，LCD面板200被透明保護電極30覆蓋，在透明保護電極30上面放置了連接到包括在讀出電路120中的多個電容至數字轉換器的多個導電透明像素25。每個CDC包括電荷放大器126。由于可以將保護電極視為等電位表面，所以其提供有效的靜電屏蔽，并且可來自LCD 200的不想要的干擾被保護電位有效地篩選出且并未到達⑶C。
[0011]如上文所討論的，讀出電路包括可變電壓源80，其產生連接到保護電位30和⑶C的電荷放大器126的非反相輸入端的浮置參考電位85。在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可變電壓源可以生成方波信號，如圖中所示，或還有連續可變波形，例如正弦波。方波激勵在離散時間系統中可以是優選的，同時可以通過大量利用模擬處理的實現來促進連續激勵。
[0012]在此配置中，⑶C級具有低阻抗虛擬接地輸入，并且像素電極25本質上被保持在浮置參考電位的電位85。輸出端Vout_l、Vout_2、……、Vout_N#的信號的振幅與電極25所見的朝向接地Cin_l、Cin_2、……、Cin_N的各電容成比例。重要的是，連接在保護電極30與像素25之間的跨寄生電容器212的電壓是恒定的，因此這些寄生元件對讀出并沒有貢獻。
[0013]如上文所解釋的，保護電極30對減少由LCD屏幕產生的不期望信號被像素電極拾取是有用的，但是其并非本發明的本質特征，本發明的本質特征即使省略了保護電極30仍可以起作用，條件是將積分器126的非反相輸入端連接到浮置參考電位85。這種簡化配置將導致更薄的觸敏面板，并且事實上在特定情況下可能是有利的。
[0014]還應注意的是盡管有保護電極30，但觸敏電極25將從IXD 200或者從其它干擾源拾取與手指電容毫無關系的大量的非期望信號:首先，保護電極30本身具有有限電導率且不能嚴格地等電位；其次，由于保護電極30在尺寸方面是有限的，并且最后因為電極25的上側根本未被屏蔽，也不能被屏蔽，并且容易從移動電話本身或者從附近的任何源接收干擾信號。
[0015]圖中顯示用于電荷放大器126的參考電位85由已調制電壓源80確定，因為非反相輸入端被直接地連接到其端子中的一個。然而，本發明不限于此結構。參考電位85可以間接地由電壓源、由緩沖放大器、由被伺服或同步至電壓源80的未表示電壓源或者由任何其它適當手段來確定。
[0016]用于測量外部接地電容器的電路包括圖5中所表示的多個構建塊:
激勵電壓源80，用來生成浮置節點VF，或局部接地，相對于全局或外部接地而改變。
[0017]采集電路和測量電路用于測量跨要測量電容器的電荷變化，并且產生信號或者優選地表示此電容的數字代碼。根據電容性輸入像素的數目，此電路可包括多個獨立電容至數字轉換器130，每個稱為浮置接地VF。轉換器130可包括電荷放大器126 (具有被連接在輸出端與負輸入端之間的反饋電容器的放大器，并且其中正輸入端被連接到浮置接地VF(或保護))和最終用于后處理的其它電路，諸如模數轉換器128、濾波器、放大器、衰減器或輸入復用器127。
[0018]源電壓(V+、V_)的產生:因為轉換器130被參考至浮置接地，優選地應該用被參考至浮置接地而不是外部接地的電壓源對其有源元件進行供應。浮置供應單元175從被參考至外部接地的外部電壓源vdd產生所需的供應。浮置源175可包括電感變壓器、升壓或降壓種類的DC/DC轉換器、開關電容器電路或任何其它電壓轉換方案。
[0019]控制和時鐘信號182的產生:采集電路的許多功能需要與在外部接地和內部或浮置接地之間施加的調制信號同步。特別地，電荷的檢測必須與調制信號