[发明专利]用于电容触摸感应触摸屏面板的差动电流模式模拟前端电路

说明书

一种模拟前端电路，包括用于第一感应线的第一电流模式差动电荷放大器，它又包括：带有电流复制电路的单位增益缓冲器，其中，第一感应线电流被输入带有电流复制电路的单位增益缓冲器以产生一个上拉和下拉输出电流，一个电流镜像和放大电路，其中上拉和下拉输出电流被输入电流镜像和放大电路以产生一个正比例和一个负比例输出电流；该模拟前端电路还包括一个电流合成电路，用于把为第一感应线产生的正比例输出和为第二个感应线产生的负比例输出电流进行合成以生成差动电流；该模拟前端电路还包括一个差动电流‑电压变换器，用于把所述差动电流转换为可供触摸控制器应用使用的输出电压。

技术领域

本发明涉及触摸感应功能的有源矩阵液晶显示(LCD)面板(或触摸屏)。更具体地说，涉及一种电容触摸屏的电容触摸感应电路。

背景技术

触摸感应功能的有源矩阵LCD显示面板(或触摸屏)，是一个有源矩阵LCD面板，它具有一个额外的功能，即检测可能的手指和/或点指设备在面板上的触碰位置。一个电容触摸屏包括涂有透明导体的绝缘体，例如玻璃。因为人体也能导电，触摸到屏幕的表面会导致屏幕上的静电场失真，并产生可测量的电容变化。各种各样的技术可以用来检测触碰点的位置，例如投射式电容触摸(PCT)技术。

与LCD面板的像素网格相比，PCT使用的是一种X-Y(或纵列-横排)网格的电极。相同电压应用于每个纵列或横排电极(驱动线)上，从而创建了一个统一的静电场。当一个导体，例如人类手指或导电笔，接近电极网格上的一个点时，会导致这个点的静电场失真，这个失真是可测量的，具体体现为电容变化。每个电容网格点上电容变化能够被准确的测量，从而通过测量其他电极轴(感应线)的感应信号电压电荷来确定触摸位置。

在传统PCT型电容触摸屏面板中，在用于触摸控制器应用之前，感应信号电压电荷通过一个模拟前端电路的电压电荷放大器被放大。图1展示了一个传统的电压电荷放大器。电压放大率通过下列的方程表征:

其中，i_Δcm是当检测到触摸时的感应信号电流，i_cm是共模电流，i_noise是噪声电流。

通过方程(1)可以得知，传统的电压电荷放大器至少存在两个问题：

1.输出电压V_out的电压空间受限于运算放大器的电源电压和积分电容C的大小。在许多情况下，与运算放大器的动态范围相比，共模电流和噪声电流占据了电源电压90％以上的空间。这使得其信噪比(SNR)低，需要较大的电压范围来调节噪音，且只有一小部分电压范围供感应信号电流i_Δcm使用。

2.为了适应共模电流、噪声电流和感应信号电流i_Δcm，积分电容C必须足够大以减弱运算放大器输出电压。这导致了模拟前端电路需要大型的芯片尺寸。

发明内容

本发明提供一种模拟前端电路，该电路使得电容触摸屏的电容触摸感应功能具有以下优势：较小的模拟前端电路芯片尺寸，提升SNR，在所有的感应线路中提供有效的并行差分感应，更好的共模噪音抑制，以及更稳定的可编程信号电流增益。

本发明的一个目的是，提供一种模拟前端电路，它以电流模式处理感应信号，只允许感应信号电流通过其积分电容。通过这种方式，不再需要大型积分电容来储存过多的共模电荷，因此，模拟前端电路的芯片尺寸可以显著减少。通过噪音抑制，输出电压的整个电压范围可以用于代表感应信号，从而显著提升信噪比。

本发明的另一目的是提供一种适用于电容触摸屏面板中的互电容、自电容和混合电容式触摸感应器的模拟前端电路。

本发明的优选方案中，所述模拟前端电路包括电流模式差动电荷放大器和差动电流-电压转换器。电流模式差动电荷放大器从逻辑上可以分为两个阶段。第一阶段包括带有电流复制电路的单位增益缓冲器。第二阶段包括电流镜像和放大电路。