专利名称：静电电容式触摸传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种静电电容式触摸传感器。
背景技术：
以往，静电电容式触摸传感器作为移动电话、便携式音响设备、便携式游戏机设备、电视机、个人计算机等各种电子设备的数据输入装置被人们所熟知。在这种静电电容式触摸传感器中，在人的手指或笔尖等(以下称为人的手指等) 接触或者接近触摸感应垫(夕7 ^力 > 寸〃 7 F )时，静电电容式触摸传感器通过检测触摸感应垫所具有的电容的容量值随着上述动作所产生的变化来进行接触检测。专利文献1 日本特开2005-190950号公报
发明内容
发明要解决的问题由于静电电容式触摸传感器对触摸感应垫所具有的电容的容量值的变化进行检测，因此在连接于触摸感应垫的感应线(力線)和其它信号线之间形成的寄生电容的容量值发生变化的情况下，存在以下问题触摸传感器会检测到该寄生电容的容量值的变化。例如存在以下的情况在触摸感应垫上配置LED(发光二极管、Light Emitting Diode的简称)，对应于触摸检测来点亮LED。在这种情况下，如果连接于触摸感应垫的感应线与LED信号线相邻配置，则在它们之间会形成寄生电容。然后，会产生以下问题当该寄生电容的容量值随LED信号线的电性状态的变化(例如浮置状态一低电平一浮置状态、浮置状态一高电平一浮置状态)而发生变化时，静电电容式触摸传感器会检测到该寄生电容的容量值的变化，从而不能得到稳定的传感器输出。用于解决问题的方案因此，本发明的静电电容式触摸传感器的特征在于，具备触摸感应垫；感应线， 其与上述触摸感应垫相连接；电荷放大器，该电荷放大器的输入端连接有上述感应线，该电荷放大器输出与上述触摸感应垫所具有的电容的容量值的变化相应的输出电压；信号线， 其与上述感应线相邻地进行配置；寄生电容，其形成于上述感应线与上述信号线之间；以及偏置电阻，其将上述信号线偏置到第一电位，以避免该信号线处于浮置状态。发明的效果根据本发明的静电电容式触摸传感器，设置偏置电阻，该偏置电阻将与感应线相邻配置的信号线(例如LED信号线)偏置到固定电位以避免该信号线处于浮置状态，由此感应线和信号线之间的寄生电容的容量值变得固定，从而能够得到稳定的传感器输出。
图1是表示本发明的第一实施方式的静电电容式触摸传感器的触摸感应垫的配置的立体图。图2是表示本发明的第一实施方式的静电电容式触摸传感器的整体结构的图。图3是本发明的第一实施方式所涉及的静电电容式触摸传感器的部分电路图。图4是静电电容式触摸传感器的电荷放大器的电路图。图5是说明静电电容式触摸传感器的电荷放大器的动作的电路图。图6是表示本发明的第二实施方式的静电电容式触摸传感器的整体结构的图。附图标记说明IlA 11HU11A 触摸感应垫；IlaUlbUlla 子触摸感应垫；12 共用电压线； 13 =LED ；14 交流电源；15 :LED信号线；16,17 感应线；18 寄生电容；19 上拉电阻；20 传感器IC ；21 电荷放大器；22 =AD转换器；23 控制电路；30 微计算机；31 驱动晶体管； 40 振动马达；41 振动马达信号线。
具体实施例方式[第一实施方式]下面基于附图对本发明的第一实施方式的静电电容式触摸传感器进行说明。图1 是表示静电电容式触摸传感器的触摸感应垫的配置的立体图。如图1的(a)所示，8个触摸感应垫IlA IlH各自作为用于输入数据的开关而配置于PCB (Printed CircuitBoard 印刷线路板)基板10上。图1的(b)示出了触摸感应垫IlA IlH的具体结构。触摸感应垫IlA IlH构成为分别包括由共用电压线12包围的两个子触摸感应垫lla、llb。两个子触摸感应垫11a、 lib之间配置有LED13。该LED 13被共用电压线12所包围，并被两个子接触传感垫IlaUlb电屏蔽。触摸感应垫IlA IlH具有相同的结构和尺寸。另外，LED 13优选配置于触摸感应垫IlA IlH内部或之上，但是也可以配置于触摸感应垫IlA IlH之外。图2是示出静电电容式触摸传感器的整体结构的图。静电电容式触摸传感器构成为包括触摸感应垫11A、11X、共用电压线12、LED 13、交流电源14、LED信号线15、感应线 16、感应线17、寄生电容18、上拉电阻19、传感器ICantegrated Circuit 集成电路)20以及微计算机30。在图2中，只图示了触摸感应垫IlA IlH中的触摸感应垫IlA和与触摸感应垫IlA成对的其它触摸感应垫1IX (触摸感应垫IlB IlH中的任一个)。传感器IC 20构成为包括差动型电荷放大器21、AD转换器22以及对电荷放大器 21和AD转换器22的动作进行控制的控制电路23。微计算机30构成为包括由NPN型双极性晶体管构成的驱动晶体管31。对围绕着触摸感应垫11A、1IX的子触摸感应垫1 la、1 Ib的共用电压线12施加来自交流电源14的交流的共同电压信号VC0M。交流电源14能够内置于传感器IC 20。另外，上述静电电容式触摸传感器的结构部件既能够装载于一个基板上，也能够分散地装载在几个基板上。子触摸感应垫IlaUlb共同连接在感应线16上。对触摸感应垫IlA的LED 13的阳极施加电源电位Vdd。LED 13的阴极连接在LED信号线15上。由于LED信号线15隔着电介质与感应线16相邻地进行配置，因此在LED信号线 15和感应线16之间形成寄生电容18。LED信号线15上连接有上拉电阻19以使该寄生电容18的容量值固定。即，通过上拉电阻19将LED信号线15偏置到电源电位Vdd。感应线16连接在电荷放大器21的非反相输入端子(+)上。另一方面，其它触摸感应垫IlX的子触摸感应垫IlaUlb共同连接在感应线17上。感应线17连接在电荷放大器21的反相输入端子(_)上。电荷放大器21构成为输出如下的输出电压Vout，该输出电压Vout是与触摸感应垫IlA的子触摸感应垫IlaUlb所具有的电容Cl的容量值CAl和触摸感应垫IlX的子触摸感应垫IlaUlb所具有的电容C2的容量值CA2之差(CA1-CA2 = AC)相应的电压。电荷放大器21的具体结构例在后面叙述。在这种情况下，触摸感应垫IlA的电容Cl为在触摸感应垫IlaUlb与共用电压线12之间形成的电容，在该电容Cl上附加有上述寄生电容 18。触摸感应垫IlX的电容C2也是同样的。AD转换器22是将输出电压Vout转换为数字信号的电路。从AD转换器22输出的数字信号被输入到微计算机30。内置于微计算机30的驱动晶体管31的集电极连接于LED 信号线15 —端。驱动晶体管31的发射极接地。微计算机30基于来自AD转换器22的数字信号对驱动晶体管31的导通截止进行控制。SP，微计算机30构成为以下结构当判断为人的手指等触摸到了触摸感应垫IlA时， 使驱动晶体管31导通。当驱动晶体管31导通时，LED信号线15的电位(LED 13的阴极的电位)降低，因此电流流入LED 13, LED 13被点亮。在这种情况下，为了使LED 13的阴极的电位降低至接近接地电位(OV)，从而增加流入LED 13的电流，优选的是将驱动晶体管31的导通电阻值设定为低于上拉电阻19的电阻值。此外，虽然图中没有示出，但其它触摸感应垫1IX也具有同样的结构。即，触摸感应垫IlX中也设有LED，该LED的阴极连接在LED信号线上。该LED信号线和感应线17之间也同样形成寄生电容。并且，LED信号线上也连接有上拉电阻以及驱动晶体管，并构成为由微计算机30以同样的方式对驱动晶体管进行导通截止控制。接下来，对上述静电电容式触摸传感器的动作进行说明。首先，在人的手指等没有接触到触摸感应垫IlAUlX的初始状态下，如果触摸感应垫IlA的电容Cl的容量值CAl与触摸感应垫IlX的电容C2的容量值CA2之间不存在差，则电荷放大器21的输出电压Vout 为0V。假设在初始状态的容量值CAl和CA2之间存在差的情况下，能够由控制电路23对电荷放大器21进行偏移调整，从而将电荷放大器21的输出电压Vout调整为0。在这种初始状态下，微计算机30判断为人的手指等没有接触到触摸感应垫11A，因此驱动晶体管31 处于截止状态。而且，利用上拉电阻19将LED信号线15设定为电源电位Vdd，因此电流不会流向LED 13，LED 13处于熄灯状态。接下来，在人的手指等触摸到触摸感应垫IlA的情况下，例如会变为CAl > CA2，因此电荷放大器21的输出电压Vout变为正值。当与输出电压Vout对应的数字信号超过规定的阀值时，微计算机30判断为人的手指等触摸了触摸感应垫11A。基于这一点，驱动晶体管31导通。当驱动晶体管31导通时，LED信号线15的电位从Vdd下降，因此LED 13被点此外，当人的手指等触摸到触摸感应垫IlA时会变为CAl > CA2的情况是基于将人的手指等设为电介质的电介质模型的情况。在这种情况下，由于从触摸感应垫IlA到共用电压线12的电力线的数目相对增加，因此变为CAl > CA2。与此相对地，如果基于将人的手指等视为被接地的导电体的电场屏蔽模型，则会相反地变为CAl < CA2。在这种情况下， 当与输出电压Vout对应的数字信号小于规定的阀值时，微计算机30判断为人的手指等触摸了触摸感应垫11A。下面基于电介质模型来进行说明。而且，当人的手指等离开触摸感应垫IlA时，电荷放大器21的输出电压Vout降低。当与输出电压Vout对应的数字信号小于规定的阀值时，微计算机30判断为人的手指等未触摸到触摸感应垫11A。基于这一点，驱动晶体管31截止。当驱动晶体管31截止时， LED信号线15的电位恢复到Vdd，因此LED 13熄灯。根据本实施方式的静电电容式触摸传感器，LED信号线15上连接有上拉电阻19， 因此不管驱动晶体管31导通还是截止，寄生电容18的容量值都是固定的。寄生电容18实现使触摸感应垫IlA的电容Cl的容量值CAl看上去增加的功能，但寄生电容18的容量值是固定的。因此，电荷放大器21的输出电压Vout不会随着驱动晶体管31的导通截止而发生变动。特别是如本实施方式这样使用差动型的电荷放大器21的情况下，由于电容变化的检测灵敏度高，因此设置上拉电阻19而带来的效果明显。如果LED信号线15上未连接上拉电阻19，则寄生电容18的容量值由于驱动晶体管31的导通截止而发生变化，从而产生问题。即，在初始状态下，驱动晶体管31是截止的， 其输出为高阻抗。也就是说LED信号线15处于电浮置状态，因此几乎没有形成寄生电容 18。接下来，假设人的手指等触摸到触摸感应垫11A，由微计算机30进行触摸检测而使驱动晶体管31导通。当驱动晶体管31导通时，LED信号线15的电位例如固定为接近接地电位(OV)，因此寄生电容18的容量值增加。当寄生电容18的容量值增加时，触摸感应垫IlA的电容Cl的容量值CAl增加，由此导致电荷放大器21的输出电压Vout发生变化。另外，在人的手指等接触到其它触摸感应垫IlX的情况下，其它触摸感应垫IlX与触摸感应垫1IA同样地，通过上拉电阻上拉LED信号线，从而触摸感应垫1IX的LED被点亮， 能够得到稳定的输出电压Vout。此外，如图3(a)所示，上述静电电容式触摸传感器的LED 13的连接结构为对LED 13的阳极施加电源电位Vdd的阳极共用结构，但是也能够如图3的(b)所示那样采用将LED 13的阴极接地的阴极共用结构。在这种情况下，LED信号线15与LED 13的阳极相连接。然后，在LED信号线15上连接将LED信号线15偏置到接地电位的下拉电阻19D 以代替上拉电阻19。另外，在LED信号线15上连接PNP型的驱动晶体管31A以代替NPN型驱动晶体管31。在这种情况下，当驱动晶体管31A导通时，电流也会流向LED13，从而点亮 LED 13。通过设置下拉电阻19D，即使驱动晶体管31A被截止，LED信号线15也不会成为电浮置状态，因此寄生电容18的容量值能够保持固定。另外，关于上述静电电容式触摸传感器，触摸感应垫IlAUlX具备两个子触摸感应垫11a、11b，但是也可以只具有一个子触摸感应垫11a。并且，上述静电电容式触摸传感器通过采用差动方式来去除加载在触摸感应垫 IlAUlX中的噪声从而实现高灵敏度的触摸传感器，但是也能够不采用差动方式，而使用直接检测触摸感应垫IlA的电容Cl的容量值CAl的变化的单端方式(〉> - >方式)的电荷放大器。[电荷放大器的结构例]以下基于图4以及图5对电荷放大器21的具体结构例进行说明。触摸传感器IlA 的电容Cl的一端和触摸感应垫IlX的电容C2的一端共同连接，这相当于共用电压线12。 如上所述，对共用电压线12施加来自交流电源14的交流的共同电压信号VC0M。在这种情况下，利用交替地接通或断开的开关SW1、SW2来形成交流电源14。当开关SWl接通而开关SW2断开时，交流电源14输出接地电位(OV)，相反，当开关SWl断开而开关SW2接通时，交流电源14输出基准电位Vref (正电位)。即，在这种情况下，交流电源 14的共同电压信号VCOM为在基准电位Vref (高电平)和OV(低电平)之间交替反复的时钟信号。另外，电容Cl上串联连接电容C3，电容C2上串联连接电容C4。优选的是，C3、C4 的容量值CA3、CA4与初始状态的电容C1、C2的容量值CA1、CA2相同(CAl = CA2 = CA3 = CA4)。电容C3、C4的一端共同连接，对其共同连接节点施加来自交流电源M的交流电压。利用交替地接通或断开的开关SW3、SW4形成交流电源M。当开关SW3接通而开关SW4 断开时，交流电源M输出接地电位(OV)，当开关SW3断开而开关SW4接通时，交流电源M 输出基准电位Vref (正电压)。交流电源M构成为输出与交流电源14反相的共同电压信号*VC0M(时钟信号)。差动放大器25的非反相输入端子(+)上连接有从电容Cl和电容C3的连接节点、 即节点N2引出的布线，其反相输入端子(-)上连接有从电容C2和电容C4的连接节点、即节点W引出的布线。另外，反馈电容Cfl连接于差动放大器25的反相输出端子(_)和非反相输入端子 (+)之间，相同的反馈电容Cf2连接于差动放大器16的非反相输出端子(+)和反相输入端子(_)之间。设反馈电容Cfl、Cf2的容量值为Cf。并且，开关SW5连接于差动放大器25的反相输出端子(_)和非反相输入端子(+) 之间，开关SW6连接于差动放大器25的非反相输出端子(+)和反相输入端子(_)之间。开关SW5、SW6同时进行接通断开。即，当开关SW5、SW6接通时，差动放大器25的反相输出端子(_)和非反相输入端子(+)短接，并且差动放大器25的非反相输出端子(+)和反相输入端子㈠短接。设来自差动放大器25的反相输出端子(_)的输出电压为Vom，设来自差动放大器 25的非反相输出端子(+)的输出电压为Vop，两者的差电压Vop-Vom为电荷放大器21的输出电压Vout。接下来，基于图5对上述结构的电路的动作进行说明。该电路具有电荷蓄积模式和电荷传输模式。首先，在图5的(a)的电荷蓄积模式的情况下，通过断开交流电源14的 SWl而接通SW2，来对电容C1、C2的共同连接节点施加基准电位Vref。与此同时，通过断开交流电源M的SW4而接通SW3，来对电容C3、C4的共同连接节点施加接地电位(OV)。另外，接通SW5以及SW6。由此，差动放大器25的反相输出端子(-)和非反相输入端子(+)短接，非反相输出端子(+)和反相输入端子(_)短接。其结果，节点Nl (连接于反相输入端子(_)的布线节点)、节点N2(连接于非反相输入端子(+)的布线节点)、反相输出端子(_)、非反相输出端子(+)的电压分别变为Vref/2。其中，设差动放大器25的普通模式电压为基准电位的一半、即Vref/2。接下来，在图5的(b)的电荷传输模式的情况下，通过接通交流电源14的SWl而断开SW2，对电容Cl、C2的共同连接节点施加接地电位(OV)。另外，通过接通交流电源M 的SW4而断开SW3，对电容C3、C4的共同连接节点施加基准电位Vref。另外，SW5以及SW6 断开。在这种情况下，设电容C3、C4的容量值CA3、CA4为C，设C1、C2的初始状态下的容量值为C。另外，设人的手指等靠近触摸感应垫IlA的情况下的C1、C2的容量值之差为Δ C。
即，CA1-CA2= AC0这样，
权利要求
1.一种静电电容式触摸传感器，其特征在于，具备 触摸感应垫；感应线，其与上述触摸感应垫相连接；电荷放大器，该电荷放大器的输入端连接有上述感应线，该电荷放大器输出与上述触摸感应垫所具有的电容的容量值的变化相应的输出电压； 信号线，其与上述感应线相邻地进行配置； 寄生电容，其形成于上述感应线与上述信号线之间；以及偏置电阻，其将上述信号线偏置到第一电位，以避免该信号线处于浮置状态。
2.根据权利要求1所述的静电电容式触摸传感器，其特征在于，具备 发光元件，其连接在上述信号线上；以及驱动晶体管，其根据上述电荷放大器的输出电压将上述信号线从第一电位驱动到第二电位，从而点亮上述发光元件。
3.根据权利要求2所述的静电电容式触摸传感器，其特征在于， 上述发光元件为LED，上述LED的阴极与上述信号线相连接，上述LED的阳极被施加上述第一电位。
4.根据权利要求2所述的静电电容式触摸传感器，其特征在于， 上述发光元件为LED，上述LED的阳极与上述信号线相连接，上述LED的阴极被施加上述第一电位。
5.根据权利要求1所述的静电电容式触摸传感器，其特征在于，具备 振动马达，其与上述信号线相连接；以及驱动晶体管，其根据上述电荷放大器的输出电压将上述信号线从上述第一电位驱动到第二电位，从而使上述振动马达进行动作。
6.一种静电电容式触摸传感器，其特征在于，具备 第一触摸感应垫；第二触摸感应垫； 发光元件；第一感应线，其与上述第一触摸感应垫相连接； 第二感应线，其与上述第二触摸感应垫相连接；第一信号线，其与上述发光元件相连接，与上述第一感应线相邻地进行配置； 寄生电容，其形成于上述第一感应线与上述第一信号线之间； 电荷放大器，该电荷放大器的第一输入端连接有上述第一感应线，第二输入端连接有上述第二感应线，该电荷放大器输出如下的输出电压，该输出电压为与上述第一触摸感应垫所具有的第一电容的容量值和上述第二触摸感应垫所具有的第二电容的容量值之差相应的电压；偏置电阻，其将上述第一信号线偏置到第一电位，以避免该第一信号线处于浮置状态；以及驱动晶体管，其根据上述电荷放大器的输出电压将上述第一信号线从上述第一电位驱动到第二电位，从而点亮上述发光元件。
全文摘要
本发明提供一种静电电容式触摸传感器。在静电电容式触摸传感器中，消除形成于与触摸感应垫连接的感应线和其它信号线之间的寄生电容的影响，来使传感器输出稳定。连接在触摸感应垫(11A)上的感应线(16)与电荷放大器(21)的非反相输入端子(+)相连接。触摸感应垫11A中设置有LED(13)，其阴极与LED信号线(15)相连接。LED信号线(15)与感应线(16)相邻配置，因此在LED信号线(15)和感应线(16)之间形成有寄生电容(18)。为使该寄生电容(18)的容量值固定，在LED信号线(15)上连接上拉电阻(19)。通过上拉电阻(19)将LED信号线(15)偏置到电源电位Vdd。
文档编号G06F3/044GK102163110SQ201110039158
公开日2011年8月24日 申请日期2011年2月16日 优先权日2010年2月18日
发明者伊藤浩也, 太田垣贵康, 市川淳启, 长谷川千洋 申请人:安森美半导体贸易公司