[发明专利]用于电容感应识别系统的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于电容感应识别系统的装置和方法，更具体地，涉及用于调节电容感应识别系统的动态范围的装置和方法。

背景技术

目前，电容感应识别系统广泛应用于投射电容式触摸屏、触摸板以及指纹识别等人机交互应用中，其原理是通过前端检测电路将电容值转化为电信号量(电压、电流等)。对于触摸屏应用来说，手指按压会引起相应位置感应电容的大小发生变化，前端检测电路输出的电信号大小也相应地与无触摸时不同，从而判断是否发生触摸及其位置信息。对于电容式指纹识别传感器来说，指纹谷和脊与传感器形成的电容大小不同，前端检测电路检测到的电信号输出也不相同。

电容感应识别系统在无触摸时会存在一个固有电容，本发明中称为“背景电容”。发生触摸后，感应电容的电容值会在固有电容的基础上发生相应的变化。从以上原理可以看出，电容感应识别系统的有效动态范围为检测电容的变化量。触摸屏系统为触摸前后电容的差值，而指纹识别系统为指纹谷和脊电容的差值。提高前端检测电路的增益可以增大系统的有效动态范围。

在某些应用下，前端检测电路会先后检测不同状态下的电容值，即分别检测背景电容和触摸发生后引入的感应电容，并且通过后续处理电路或者软件进行差值处理。

在另一些应用下，前端检测电路会同时检测不同条件下的电容值，即同时检测背景电容和触摸发生后引入的感应电容。

假设背景电容为C_b,需要检测的电容变化量为C_Δ,前端检测电路将电容转换为电压的转换关系可以简单表示为：

VOUT＝A*(C_b+C_Δ)(1)

由于前端检测电路输出幅值受限，VOUT<＝V_{h_limit},因此前端检测电路的转换增益A的最大值为：

可以看到，由于存在“背景电容”，前端检测电路并不能直接放大检测电容的变化量，如果仅仅增加前端检测电路的增益，会使前端检测电路饱和。在检测电容的变化量相对于电容的绝对值很小的时候，这通常会使得系统有效动态范围变小，前端检测电路无法有效地通过增大增益来提高系统的输入信号量。

因此，需要调节电容感应识别系统的动态范围的新的装置和方法。

发明内容

为此，本发明的实施例提供了一种用于电容感应识别系统的装置和方法，可以有效地调节电容感应识别系统的动态范围。

根据本发明的一方面，提供了一种用于电容感应识别系统的装置，包括：

放大器模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端；

激励信号源，用于经由电容感应识别系统的感应电容向放大器模块的第一输入端提供激励信号；

前端反馈电容器，连接在所述放大器模块的第一输入端与输出端之间；以及

补偿模块，连接在所述放大器模块的第二输入端与输出端之间，用于向放大器模块的第二输入端提供输入差电压，从放大器模块的输出端接收输出电压，并且在放大器模块的输出端提供的输出电压不在预定范围内时，根据电容感应识别系统中的背景电容的大小来调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压。

在一些实施例中，所述补偿模块包括：

模拟数字转换器，连接到所述放大器模块的输出端；

数字模拟转换器，连接到所述放大器模块的第二输入端；以及

数字控制单元，连接在模拟数字转换器与数字模拟转换器之间，用于经由数字模拟转换器向放大器模块的第二输入端提供输入差电压，经由模拟数字转换器从放大器模块的输出端接收输出电压，并且在接收到的输出电压不在预定范围内时，根据背景电容的大小来调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压。

在一些实施例中，所述补偿模块还用于在调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压的同时，调整前端反馈电容器的电容。

在一些实施例中，所述调整提供给放大器模块的第二输入端的输入差电压是在背景电容量化阶段进行的。

在一些实施例中，用于电容感应识别系统的装置，还包括：复位开关，与所述前端反馈电容器并联，用于在复位时使所述放大器模块输出所述输入差电压。

在一些实施例中，所述电容感应识别系统用于指纹识别装置，在所述背景电容量化阶段将指纹谷与指纹识别装置的触摸表面之间的电容量化为背景电容。

在一些实施例中，所述电容感应识别系统用于触摸屏，在所述背景电容量化阶段将触摸屏的触摸表面在未被触摸时的耦合电容量化为背景电容。