[发明专利]电容式触摸感测构架

说明书

相关申请

本申请要求享有于2011年2月25日递交的，名称为“Mutual Capacitance Mutual Capacitance Touch-Screen Controller IIC Interface”，由相同的发明人作出的美国临时申请的优先权。本申请以引用的方式合并了序号为61／446944的美国临时申请的全部内容。

技术领域

本发明涉及用于将所测量的电容转换为电压的模拟前端电路。更具体地，本发明涉及具有相关器的模拟前端电路，用于从激励信号中解调测量电容。

背景技术

许多电气装置包括触摸屏型显示器。触摸屏通常是通过手指、手、定位笔或其它的定点设备来检测显示区域内的存在、位置以及触压的显示器。触摸屏使用户能够与显示面板直接交互而不需要任何中间装置，而不是间接地用鼠标或触摸板。触摸屏可以实现在计算机中或者作为终端以访问网络。触摸屏常见于销售点系统、自动取款机（ATM）、移动电话、个人数字助理（PDA）、便携式游戏机、卫星导航装置以及信息家电中。

有很多类型的触摸屏技术。电阻式触摸屏面板由若干层构成，包括由薄的空间间隔开的两层薄的金属导电和电阻层。当某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，面板的电学上的行为类似于具有被连接的输出的两个分压器。这导致电流上的变化，其表示为触摸事件并发送给用于进行处理的控制器。

电容式触摸屏面板涂覆有、部分地涂覆有或者构图有一材料，该材料通过传感器传导连续的电流。传感器在水平和垂直轴上均呈现出所存储电子的精确控制的场，以实现电容。人体是导电的，因此影响存储在电容中的电场。当传感器的参考电容被诸如手指之类的另一电容场改变时，位于面板的每个角的电子电路测量参考电容中得到的失真。所测量的涉及触摸事件的信息被发送给控制器，用于进行数学处理。可以用裸露的手指或者用正在由裸露的手握持的导电装置来触摸电容式传感器。电容式传感器也根据接近度来工作，而并非一定要直接接触来触发。在大多数情况下，并不发生对导电的金属表面的直接接触，而是由绝缘玻璃或者塑料层将导电的传感器与用户的身体分隔开。预期由手指触摸的具有电容式按钮的装置可能经常通过如下方式触发：迅速挥动接近于表面的手的手掌而没有触摸。

图1示出了用在电容式触摸屏面板中的示例性的传统的电容式触摸传感器。典型地使用形成为层的诸如ITO（铟锡氧化物）导体之类的透明导体来形成这样的传感器。在图1的示例性结构中，底部导体形成驱动电极X0、X1、X2、X3（也被称为驱动线），并且顶部导体形成感测电极Y0、Yl、Y2、Y3（也被称为感测线）。驱动线和感测线的每个交叉点形成电容器，该电容器具有测量的电容Cm。目标是确定电容式触摸传感器上的触摸位置的估计位置（estimate）。当手指或者其它接地的物体定位在或者接近传感器的交叉点，在该交叉点上测量的电容Cm发生变化。测量的电容Cm是在交叉点上的感测线和驱动线之间的电容。当在交叉点发生触摸事件时，感测线和驱动线之间的一部分场线转向感测线和手指之间。这样，测量的电容Cm在触摸事件期间减小。

模拟前端（AFE）电路对模拟信号执行信号处理，并且典型地执行模数转换。模拟前端电路可被用于各种应用，包括测量且转换电容为相对应的电压。图2A和2B示出了用于测量外部电容器的电容且将所测量的电容转换为相对应的电压的传统的模拟前端电路的简化的示意性框图。在示例性的应用中，外部电容是存储在图1的电容器Cm中的电荷。图2A示出了第一相位中的电路，图2B示出了第二相位中的电路。在相位1期间，在电容器Cm上收集将要测量的电荷。在相位2期间，将电容器Cm上存储的电荷转移到电容器Cf，并且输出相对应的电压Vout。

参考图2A，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的负输入端以及因此在电容器Cm的第一端子处的电压是虚地，Vvg。在相位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使电容器Cf彻底地放电到公知的零状态。电容器Cm两端的电荷是电容Cm的Vvg-Vref倍。