[发明专利]一种自适应电容触摸传感控制电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种自适应电容触摸传感控制电路。

背景技术

电容式触摸传感器适用于目前采用传统机械开关的任何产品之中，特别是小巧的便携式产品，如新款手机或媒体播放器的菜单控制按钮。利用可靠性高并具有成本效益的电容触摸传感器，可以轻松地改变这些高级菜单控制开关的式样，给人一种全新的操作感觉。而应用于白色家电中的电容触摸传感器可以避免水和油污对按键以及家电本身的损坏，提升家电的人性化和安全性。电容式触摸传感器取代传统的机械开关的另一个好处是，制造与装配工艺更加简单。传统的机械开关需要手工把每个开关插入到塑料壳体上面的专门孔洞之中，而一个包含所有这些开关的单一的电容触摸传感器板可以一步到位，放置在这个塑料壳体下面。含有一个定位槽口的传感器板安装孔和一些胶水就足以完成传感器板的安装与位置校准。随着混合信号技术的发展，电容式触摸传感器正成为各种电子产品中机械式开关的一种实用、增值型替代方案。

简单的平行板电容器具有两个极板如图12a所示，其间隔着一层电介质，于是上下极板间就有一个固有的感应电容C_SENSOR，这里的感应电容表示触摸极板在触摸前固有的对地电容。当人的手指接触极板，如图12b所示，人体相当于地，等效于增大了极板对地面积，于是产生了一个图中用虚线表示的电容增量ΔC。

电容式触摸传感器的工作原理就是感应这个电容增量ΔC，把它转换成数据供处理器处理。目前的电容传感器有电荷转移法，张弛振荡计数法以及sigma-delta ADC法。这些方法有其各自优点，但是普遍存在结构复杂，功耗大，处理时间长，外围元件多，干扰识别能力有限等缺点。目前普遍采用的是恒流源和恒压源两种充电方式的触摸传感器。

基于恒流源充电原理的电容触摸传感控制电路如图1所示，包括电流设置电阻101，引脚电容102，起始比较器103，结束比较器104，时间数字转换器TDC105，电压缓冲器106和电流镜107。其中C_S是该引脚处的总电容，包括芯片引脚寄生电容和感应电容。参考电压V_REF经过电压缓冲器106与电流设置电阻101产生一路参考电流I₁，其中电压缓冲器106由一个误差放大器和一个源跟随连接的NMOS管构成。I₁由电流镜107转换成充电电流I₂对电容充电，电容引脚达到某额定电平V_STA时，起始比较器103翻转，时间数字转换器TDC 106开始计时；当电容引脚达到一个更高的额定电平V_END时，结束比较器104翻转，TDC结束计时。该时间间隔被转换成数据交给处理器处理。

由Q＝I*t＝U*C，可以推导出如下式子：

T1＝(V_END-V_STA)C_S/I₂

I₂＝mI₁＝mV_REF/R_S

T1＝R_SC_S*(V_END-V_STA)/mV_REF

其中m是电流镜的镜像系数，电压V_END，V_STA和V_REF由同一个基准电压分压产生，所以(V_END-V_STA)/mV_REF为常数，设该常数为β。

T1＝βR_SC_S

T2＝βR_S(ΔC+C_S)

ΔT＝T2-T1＝βR_SΔC

图2说明了该充电过程，其中表明了感应电容改变前的充电曲线L1和感应电容改变后的充电曲线L2。