电荷分配的制作方法
【专利说明】电荷分配
[0001]对相关美国专利申请的交叉引用
本申请要求Marshall等人于2013年5月8日提交的标题为“CHARGE DISTRIBUT1N”的共同待决美国专利申请N0.13/890, 054(其具有律师案号SYNA-20120104-02，并转让给本申请的受让人)的优先权及权益。
【背景技术】
[0002]许多电路，诸如采样数据电路，要求或利用采样数据的处理中的准确电荷。电荷源用来提供这些准确电荷。按常规，至少一个电容器直接用于各电荷源。也就是说，如果需要一个电荷源，则至少一个电容器被充电并且然后根据需要被放电以直接提供电荷。同样，如果需要η个电荷源(其中η为1或者大于1)，则至少η个电容器用来提供η个电荷源。在一些实现中，单个电荷源可由多于单个电容器来组成。例如，电容器的库可按照如下方式来使用:允许该库产生可选择量的电荷以，通过该库的放电，被直接提供给要求电荷的电路。当电荷源的数量较大时，诸如在包括多个采样数据电路的集成电路或电子系统中，在考虑到在电容器的数量与电荷源之间至少存在一对一关系并且那个比率通常大于每电荷源一个电容器时，提供电荷源所需的电容器的数量能够相当大。在许多情况下，电荷源和利用电荷源的数据采样电路可包含在用来接收用户输入的输入装置中。
[0003]包括接近传感器装置(通常又称作触摸板或触摸传感器装置)的输入装置广泛用于多种电子系统中。接近传感器装置典型地包括通常由表面来区分的感测区，在其中接近传感器装置确定一个或多个输入对象的存在、位置和/或运动。接近传感器装置可用来为电子系统提供接口。例如，接近传感器装置常常用作较大计算系统的输入装置(诸如集成在或外设于笔记本或桌上型电脑的不透明触摸垫)。接近传感器装置还常常用于较小计算系统(诸如集成在蜂窝电话或平板电脑中的触摸屏)中。这类触摸屏输入装置典型地叠加在电子系统的显示器上或者以其他方式与其共存。
【发明内容】
[0004]电荷分配器包括配置成输出电荷的电荷发生器、电流传送器和多个输出级。电流传送器配置成从电荷发生器接收电荷作为输入，并且将这个电荷耦合到多个输出级。多个输出级的第一输出级包括多个电流镜。多个电流镜配置成将从电流传送器接收的电荷镜像和缩放为缩放镜像电荷。第一输出级配置成提供缩放镜像电荷作为输出。
[0005]在一些实施例中，电荷分配器用来在模数转换器中提供镜像或者缩放和镜像电荷。
[0006]在一些实施例中，电荷分配器用来在输入装置中提供镜像或者缩放和镜像电荷。
【附图说明】
[0007]附图概述中所提及的附图不应当被理解为按比例绘制，除非具体说明。结合在实施例的说明中并且形成其组成部分的附图示出各个实施例，并且与实施例的说明一起服务于说明以下所述的原理，其中相似标号表示相似元件。
[0008]图1A示出按照一实施例的电荷分配器。
[0009]图1B示出按照一实施例的电荷分配器。
[0010]图1C示出按照一实施例的电荷分配器。
[0011]图2A示出按照各个实施例的模数转换器。
[0012]图2B示出按照一实施例的模数转换器。
[0013]图3是按照实施例的示例输入装置的框图。
[0014]图4示出按照一些实施例的、示例传感器电极图案的一部分，其可在传感器中用于生成输入装置的感测区(诸如触摸屏)的全部或部分。
[0015]图5示出按照一些实施例的、用于电容性电荷测量电路的处理系统的框图。
[0016]图6示出按照一实施例的输入装置。
[0017]图7示出按照一实施例的输入装置。
【具体实施方式】
[0018]以下的实施例描述仅作为举例而不是限制来提供。此外，不存在由在先【背景技术】、
【发明内容】
、或附图概述、或下面实施例的说明中提出的、任何表达的或暗示的理论所约束的意图。
[0019]
概述本文中，描述提供电荷分配器的各个实施例。这类电荷分配器可用来在多种应用中提供电荷，这些应用包括但不限于:模数转换、数据采样、输入装置、处理系统和集成电路。
[0020]本文所述的实施例公开一种使用单个电荷发生器来生成被镜像到η个输出级的电荷的方式，其中电荷能够单独镜像或者镜像和缩放，以供输出到需要电荷的电路。按这个方式，单个电容器或电容器的单个库可同时用来提供任何数量的电荷输出，其仅由输出级(在其中把来自电荷发生器的电荷镜像或者镜像和缩放为电荷输出)的数量所限制。这能够极大减少产生多个电荷源和电荷输出所需的电容器的数量。例如，在其中单个电荷发生器包括四个电容器的库，并且存在电荷发生器到电荷源的一对一映射的常规实现中，需要10个电荷发生器和40个电容器来提供10个独立并且同时可用的电荷输出。但是，使用本文所述的技术和电路，单个电荷发生器能够用来提供独立并且同时可用的η个电荷输出。因此，在这个示例中，并且使用本文所述的技术和电路，在η的值为1的情况下，需要单个电荷发生器及其四个电容器来生成单个电荷输出。类似地，在η的值为10的情况下，需要单个电荷发生器及其四个电容器来生成10个电荷输出(也就是说，即使电荷输出的数量已经增加，电荷发生器以及其中用于电荷生成的电容器的数量也没有发生变化或增加)。
[0021]论述开始于用于示例电荷分配器的电路的描述，并且随后描述其一些示例变形。描述包括电荷分配器或者利用电荷分配器所提供的(一个或多个)电荷的示例模数转换器。描述在其中可实现本文所述的各个实施例的示例输入装置。然后描述示例传感器电极图案。此后接着示例处理系统及其一些组件的说明。然后描述包括电荷分配器或者利用电荷分配器所提供的(一个或多个)电荷的输入装置、处理系统和/或数据采样电路(例如电荷积分器)的一些不例。
[0022]
示例电荷分配器
图1A示出按照各个实施例的电荷分配器100A。如图1A所示，电荷分配器100A包括一个电荷发生器110、一个公共电流传送器120A和多个输出级130 (例如130-0...130-N)。
[0023]电荷发生器110是在其中生成和输出参考电荷119的输入块。如所示，电荷发生器110包括四个切换电容器C0、C1、C2和C3的库117以及四个反相器112-115的库118，其中一个反相器耦合到各电容器。切换电容器117通过将所选电容器连接到已知电压Vref，并且通过峰值限流电阻器Rs将所选电容器放电到虚拟地Vin，来生成准确电荷。
[0024]例如，反相器112与C0的第一侧親合，反相器113与C1的第一侧親合，反相器114与C2的第一侧耦合，以及反相器115与C3的第一侧耦合。C0-C3的每个的第二侧耦合到电阻器Rs(例示为1千欧姆电阻器，但是可具有其他值，并且在一些实施例中可以是可变的)的第一侧。如果电容器在输出级130的每个中使用，则这单个电阻器Rs取代通常会用于各输出级中的电阻器的许多副本。各反相器112-115与用于其轨电压的电压Vref和VSS耦合，并且从选择线111接收交替输入信号、诸如方波。当反相器的组合由选择线111上的信号来选择时，电容器C0-C3的一个或多个由对应反相器112-115选择性地充电，以及电荷119经由电阻器Rs的第二侧来输出并且耦合到公共电流传送器120A。
[0025]在图1A的实施例中，电容器C0具有0.25pF的值，电容器C1具有0.5pF的值，电容器C2具有lpF的值，以及电容器C3具有2pF的值。电容器C0-C3的值经过二进制加权。也就是说，C1具有作为C0的值的两倍的值；C2具有作为C1的值的两倍的值；以及C3具有作为C2的值的两倍的值。例如，在图1A的二进制加权实施例(其中至反相器112的外部提供的选择信号控制最低有效位，而反相器115控制最高有效位)中，在选择线111上提供的1111的控制信号会产生3.75 pF的电荷119，其被缩放0.25 pF的电荷119 (通过选择线111上的0001的控制信号所产生)的大小的15倍。在一个实施例中，处理系统、控制逻辑等通过提供选择线111上的控制信号以指导电容器C0-C3的设定，来控制这种变化。在其他实施例中，电容器C0-C3的值和权重可有所不同，并且甚至所使用的电容器117的数量也可有所不同。在其他实施例中，可向电荷发生器110中的电容器117赋予不同的值，同时仍然保持这种二进制加权。在其他实施例中，可以不采用二进制加权。例如，在一个实施例中，电容器C0-C3可具有彼此相同的值。
[0026]虽然电荷发生器110例示为采用四个电容器来生成电荷119，但是电容器的数量作为示例而不是限制来示出，并且应当理解，更少或更多数量的电容器可用来生成耦合到公共电流传送器120A的电荷119。例如，在一些实施例中，电荷发生器110可以仅具有或者利用单个电容器来生成耦合到公共电流传送器120A的电荷119 ;而在其他实施例中，电荷发生器110可包括多于四个电容器(例如5、8、10个或者更多电容器)，以生成耦合到公共电流传送器120A的电荷119。
[0027]公共电流传送器120A进行操作以从电荷发生器110接收在Vin注入的电荷119作为输入，并且将电荷119耦合到多个输出级130。例如，晶体管M5和M6作为双向电流镜主控进行操作，其将这个电荷镜像到输出级130中的电流镜从晶体管。图1A所示的公共电流传送器120A的实现作为示例而不是限制来提供。存在实现电流传送器的许多方式，其是本领域已知的，并且除了所示实现之外的许多其他实现可用来将电荷119传送到输出级130。
[0028]公共电流传送器12(^包括晶体管肌12、13、14、15和16、电流源11 (例示为1 μ A，但是在其他实施例中可具有其他值)以及放大器Α1、Α2和A3。在一些实施例中，公共电流传送器120Α中的晶体管全部是金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)(例如，η沟道MOSFET (NM0S)和/或ρ沟道MOSFET (PM0S)晶体管的某个组合)。例如，如所示，Ml、M3和Μ6是NM0S晶体管，而M2、Μ4和Μ5是PM0S晶体管。应当理解，在其他实施例中，可利用其他类型的晶体管，例如晶体管Μ1-Μ6可通过极少修改采用双极结晶体管(BJT)来取代。
[0029]如图1Α所示，Ml和M2是输入跟随器，其接收在其相应源极上注入的电荷119。M3和M4是二极管连接的(漏极连接到栅极)，并且用来将Ml和M2的栅极分别偏置到至Ml和M2的适当栅极电压。M3和M4的源极连接到放大器A1的负输入端。M3的漏极耦合到其自身的栅极，并且还与电流源11(其提供偏置电流)耦合。M4的漏极与其自身的栅极耦合，并且还与A1的输出端耦合，以及A1的正输入端与VCM(共模电压)连接。M5和M6是电流镜主控，其各提供采取来自其相应栅极的电流的形式的电荷，电荷在输出级130-0至130-N中被镜像。M5的漏极与Ml的漏极耦合，并且也经二极管连接到M5的栅极，而M5的源极与VDD耦合。M5的栅极还耦合到放大器A2的正输入端。M6的漏极与M2的漏极耦合，并且也经二极管连接到M6的栅极，而M6的源极与VSS耦合。M6的栅极还耦合到放大器A3的正输入端。
[0030]放大器A2是共射共基晶体管M14