[发明专利]混合信号积分器架构的校准

说明书

相关申请

本申请请求于2011年2月25日由相同发明人提交、序列号为61/446,944、且题为“Mutual Capacitance Touch-Screen Controller IIC Interface”的美国临时申请的优先权。本申请通过全文引用合并了序列号为61/446,944的美国临时申请。

技术领域

本发明涉及用于将所测量电容转换为电压的模拟前端电路。更具体而言，本发明涉及具有用于从激励信号中解调所测量的电容的混合信号相关器或混合信号积分器的模拟前端电路。

背景技术

许多电设备结合了触摸屏类型的显示器。触摸屏是检测一般由手指、手、触笔或其他指点设备在显示区域中的触摸的存在、位置和压力的显示器。触摸屏能使用户直接与显示器面板交互而不需要任何中间设备，而不是使用鼠标或触摸板间接交互。触摸屏可以实施于计算机中或作为访问网络的终端而实施。触摸屏一般出现在销售点(point-of-sale)系统、自动取款机(ATM)、移动电话、个人数字助理(PDA)、便携式游戏控制台、卫星导航设备以及信息电器中。

有多种类型的触摸屏技术。电阻式触摸屏面板由包括由薄空间间隔的两个薄金属导电和阻电层的数个层组成。当某些物体触摸触摸屏面板时，在某点连接这些层。响应于物体接触，面板电行为类似于具有连接的输出的两个分压器。这引起电流变化，该电流变化被寄存为触摸事件并被发送到控制器用于处理。

用跨过传感器传导连续电流的材料涂覆、部分涂覆或布图电容性触摸屏面板。传感器展示横轴和纵轴二者上精确控制的存储电子场以获得电容。人体是导电的；因此，影响电容中存储的电场。当传感器的参考电容由诸如手指之类的另一电容场改变时，位于面板每个角落的电子电路测量参考电容中产生的失真。所测量的关于触摸事件的信息被发送到控制器用于数学处理。电容传感器可以使用裸露的手指或正由裸露的手持有的导电设备接触。电容传感器还基于邻近性工作，并非必须直接触摸以触发。在大多数情况下，直接接触导电金属表面并不发生，导电传感器被绝缘玻璃或塑料层与用户身体相间隔。接近表面快速挥动手掌而不触摸经常可触发具有旨在由手指触摸的电容性按钮的设备。

图1示出在电容性触摸屏面板中使用的示例性常规电容性触摸传感器。这样的传感器典型地使用形成在层中的例如ITO(氧化铟锡)导体的透明导体来形成。在图1的示例性配置中，底部导体形成驱动电极X0、X1、X2、X3，也称为驱动线，而顶部导体形成感测电极Y0、Y1、Y2、Y3，也称为感测线。驱动线和感测线的每个交叉点形成具有测量电容Cm的电容器。目标在于确定电容性触摸传感器上触摸位置的估计。当手指或接地的其他物体位于或临近传感器的交叉点时，该交叉点处的测量电容Cm有变化。测量电容Cm是交叉点处感测线和驱动线之间的电容。当触摸事件发生在交叉点时，感测线和驱动线之间的部分场线被转移到感测线和手指之间。这样测量电容Cm在触摸事件期间降低。

模拟前端(AFE)电路对模拟信号执行信号处理并典型地执行模数转换。模拟前端电路可用于各种应用，包括测量电容和将电容转换到对应电压。图2A和2B示出用于测量外部电容器的电容并将所测量电容转换到对应电压的常规模拟前端电路的简化示意框图。在示例性应用中，外部电容是图1电容器Cm中存储的电荷。图2A示出电路处于第一相位，而图2B示出电路处于第二相位。相位1期间，将被测量的电荷收集到电容器Cm上。相位2期间，电容器Cm上存储的电荷被传输到电容器Cf，并输出对应电压Vout。

参见图2A，该电路包括电容器Cm、运算放大器2、开关4、反馈电容器Cf和开关6。在放大器2负输入端处的电压，并因此在电容器Cm的第一端子处的电压，是虚拟地Vvg。相位1期间，开关4连接到参考电压Vref，且开关6闭合。闭合开关6使得电容器Cf完全地放电到已知零状态。跨过电容器Cm的电荷是Vvg-Vref乘电容Cm。

相位2期间，开关4连接到地，且开关6断开，正如图2B所示。开关4接地时，跨过电容器Cm的电压是零，且电容器Cm上的所有电荷被传输到电容器Cf。输出电压Vout是具有依赖于电容器Cm上存储和传输到电容器Cf的电荷的幅度的信号。例如在图4中，输出电压Vout可输入到模数转换器(ADC)中，以被转换到对应数字输出值。因为电容器Cf在相位1期间完全放电，电容器Cf上存储的电荷完全由从电容器Cm传输的电荷量决定。如果电容器Cf在相位1期间没有完全放电到零状态，则电容器Cf将保持其之前状态的存储。