[发明专利]一种电容触摸按键侦测电路和方法

说明书

本发明公开了一种电容触摸按键侦测电路和方法，侦测电路包括触摸按键、多路选择器、高频切换开关、两个基准电容、计数器以及微处理器，其中高频切换开关通过一定的频率将被侦测电容在两个基准电容之间切换，利用电荷转移方法将其中一个基准电容中的电荷转移到另一个基准电容；启动前，其中一个基准电容通过电源充电到一定电位后与电源断开，另外一个基准电容放电到零电位；启动后，通过计数器以及微处理器判断两个基准电容之间的电压差值缩小到一定值后，计算高频开关切换的次数或者时间来判断被侦测电容大小。整个测量过程不受电源纹波影响，测量结果不受施加在被测电容上的高频、低频和脉冲干扰的影响，具有很好的抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及一种电子产品的按键侦测电路，更具体地，特别涉及一种电容触摸按键侦测电路和方法。

背景技术

电容式触摸按键是一种常用的非接触式按键，相比于传统的机械按键，具有防水、寿命长、美观、结构简单等优点，被广泛应用于各种电子产品的操作面板中。其实现的基本原理是在产品中设置有一定面积的触摸感应盘，用户手指头靠近时会与其形成一定的电容(大约0.2P-1P)。电容式按键侦测电路则用来检测如此小的电容变化量，从而实现触摸按键的应用。

现有的电容式触摸按键侦测技术主要有两种：

第一种是采用“RC振荡器”的工作原理，实现对人体手指或者触摸笔与感应按键形成的电容变化的侦测。如图1所示为其基本结构，其主要包括充电电阻RA和施密特触发器，以及计数器等逻辑单元。触摸按键感应盘及其走线与周围形成的杂散电容为Cp，电路启动时施密特触发器输出高电平，通过RA给Cp充电。当充电到达施密特触发器的VT+阈值时触发器翻转输出低电平，通过RA给Cp放电。放电电压到触发器的VT-阈值时，触发器再次翻转。于是周而复始形成RC震荡。当RA固定时，其震荡频率与Cp相关。在一定的时间内通过对触发器进行脉冲计数即能反应出Cp大小。若人手指靠近感应电极时会形成电容Cx，并联在Cp两端，使得震荡频率变小。通过计数器数值变化进行判断就能够检测到按键的触摸动作，达到触摸按键侦测的目的。

采用“RC振荡器”原理制作的触摸按键侦测电路，其内部电路结构简单成本低廉。因为Cp以及Cx都非常小，所以RA选择值需要比较大，同时施密特触发器的输入阻抗接近无穷大，因此外界通过射频感应施加在触摸按键电极上的干扰很容易误触发或延后触发施密特触发器，使得计数结果被干扰。虽然现在大家采用了很多复杂的电路变形以及软件技巧，始终无法根本克服射频干扰问题。因此，该方法一般只用在对可靠性要求不高的廉价产品上。

另一种比较常用的采用“电荷转移式”原理来实现触摸按键侦测，如图2所示。其主要包括2个高频切换开关SA和SB，1个基准电容C3、1个比较器和计数器等逻辑单元。基准电容C3一般比较大，到达10nF数量级别。逻辑电路通过高频信号驱动开关SA、SB轮流导通，并开始计数。使得电源通过SA对Cp进行充电，然后Cp通过SB对基准电容C3进行放电。当C3上的电压达到比较器的设定的固定参考值时，停止计数。计数器得到的数值能够直接反应Cp的大小，因此得到侦测电容的目的。此方式中，因为C3电容很大，外界的干扰不会误触发比较器。施加在触摸感应盘上高频干扰，因为其是高频交流信号，在计数周期内，绝大部分频段对Cp产生充电作用和放电作用大概相当，可以抵消。少部分频段则可以通过改变驱动频率配合软件来加以避开。所以此方法具有较好的抗干扰性，得到广泛使用。但其缺点为，若干扰为频率较低且强度大，其周期接近或者大于计数周期时，或者某种突发干扰时(例如静电放电)，此时在整个计数周期内，干扰都给Cp施加单向的充电效应或者放电效应，计数值必然会受到干扰。此时，无论软件怎么处理，都出现按键误判的几率。

综上所述，目前主流的两种电容式按键侦测电路，都存在缺陷。因而迫切需要一种改进的电容式触摸按键侦测电路，用来实现更高可靠性的应用。

发明内容

为了解决以上的问题，本发明提供了一种改进的电容式触摸按键侦测电路，采用“电荷差值比较”的工作方式取代传统电路，本发明也提供了该电容触摸按键的侦测方法。