电容式传感器电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种电容式传感器电路，尤指一种应用于需要人机界面应用程序的电容式传感器电路。
【背景技术】
[0002]触摸板被广泛地使用在移动设备，如平板计算机和智能手机，而采用电容感应的触摸板实现人机界面已经普遍化。
[0003]现有的技术的电容感应集成电路应用在人机界面需要使用高速模拟数字转换器，高速模拟数字转换器用于将电容式传感器的模拟信号转换为数字信号，然后数字信号再通过混频电路来对数字信号进行解调。
[0004]现有的技术的制造成本很高，因为高速模拟数字转换器需要复杂的电路，因此用于高速模拟数字转换器的芯片面积也比较大，除了制造成本，高速模拟数字转换器与低速模拟数字转换器相比，高速模拟数字转换器也需要较高的功耗，高速模拟数字转换器的性能也会受制造工艺影响，其会增加制造高速模拟数字转换器的难度，由于精度要求，除了高速模拟数字转换器，现有技术还需要使用混频电路，混频电路通常包括乘法器，因此采用混频电路并不适合用于生产低成本的集成电路。
【发明内容】
[0005]本发明公开了一种电容式传感器电路，包含跨阻放大器、滤波模块、整流器、积分器及模拟数字转换器。所述跨阻放大器包含运算放大器及电容，所述运算放大器包含负输入端耦接于接收端，正输入端用以接收参考电压，及输出端，所述电容包含第一端耦接于所述接收端，及第二端耦接于所述运算放大器的所述输出端。所述滤波模块包含输入端耦接于所述运算放大器的所述输出端，及输出端；所述整流器包含输入端耦接于所述滤波模块的所述输出端，及输出端；所述积分器包含输入端耦接于所述整流器的所述输出端，及输出端；所述模拟数字转换器包含输入端耦接于所述积分器的所述输出端，及输出端。
【附图说明】
[0006]图1所示为本发明实施例所揭露的电容式传感器电路的示意图。
[0007]图2所示为图1的电容式传感器电路的电容式传感器的示意图。
[0008]图3所示为图1的电容式传感器电路的跨阻放大器的示意图。
[0009]图4所示为图1的电容式传感器电路的整流器的示意图。
[0010]图5所示为图1的电容式传感器电路的实施例一的积分器的示意图。
[0011]图6所示为图1的电容式传感器电路的实施例二的积分器的示意图。
[0012]图7所示为图1的电容式传感器电路的实施例三的积分器的示意图。
[0013]其中，附图标记说明如下:
[0014]100电容式传感器电路
[0015]110电容式传感器
[0016]120跨阻放大器
[0017]130滤波模块
[0018]140整流器
[0019]150、1502、1504积分器
[0020]160模拟数字转换器
[0021]121、151运算放大器
[0022]141比较器
[0023]142反相器
[0024]152开关电容电路
[0025]Cf手指电容
[0026]Cm互电容
[0027]Ca> C1^Csc电容
[0028]R1, Roff电阻
[0029]Tx发送端
[0030]Rx接收端
[0031]Vref参考电压
[0032]Vcm共模电压
[0033]Voff补偿电压
[0034]V。—TIA、V。—REC、V。—INT 細出立而
[0035]VIN EEC> Vinjnt输入端
[0036]S1^ Ssci第一开关
[0037]S2、Ssc2第二开关
[0038]Ssc3第二开关
[0039]Ssc4第四开关
[0040]Sei重置开关
【具体实施方式】
[0041]本发明揭露了一种具有整流器和积分器的电容式传感器电路。本发明的实施例可应用在任何移动装置的触摸板，如平板计算机及智能手机的触摸板。
[0042]图1为本发明实施例所揭露的电容式传感器电路100的示意图。电容式传感器电路100包含电容式传感器110、跨阻放大器(transimpedance amplifier, TIA) 120、滤波模块130、整流器(rectifier，REC) 140、积分器(integrator，INT) 150及模拟数字转换器(analog-to-digital converter, ADC) 160。电容式传感器110的发送端用以收信号源产生的发送信号，跨阻放大器120的输入端耦接于电容式传感器110的接收端，滤波模块130的输入端耦接于跨阻放大器120的输出端，整流器140的输入端耦接于滤波模块130的输出端，积分器150的输入端耦接于整流器140的输出端，模拟数字转换器160的输入端耦接于积分器150的输出端,而模拟数字转换器160的输出端所输出的信号是电容式传感器电路100输出的数字信号。
[0043]图2为图1的电容式传感器电路100的电容式传感器110的示意图。电容式传感器I1包含手指电容Cf及互电容CM，手指电容Cf及互电容Cm是以并联的方式相耦接，手指电容Cf及互电容Cm的第一端耦接于发送端Tx，而手指电容Cf及互电容Cm的第二端耦接于接收端Rx。当手指电容Cf上感测到手指或导电材料，跨阻放大器120会根据手指电容Cf及互电容Cm的等效电容处理发送信号。
[0044]电容式传感器110米取人体电容作为输入,也可以感测任何导体或与空气的介电值具有差异的材料，电容式传感器110的等效电容是通过量测流经电容式传感器110的交流电流(发送信号)而得知，即，当检测到手指在手指电容CF上方时，电容式传感器110的等效电容会有变化，在触摸板上，其具有多个电容式传感器110，如果一个电容式传感器110的等效电容发生变化时，等效电容发生变化的电容式传感器110会对应到触摸板上的坐标，该坐标可能是触摸板上显示的使用者介面的其中一个控制按键，其可对应于由移动装置执行的命令，因此电容式传感器110的等效电容的变化将产生一个信号，作为一个指令来控制触摸板执行对应的动作。
[0045]图3为图1的电容式传感器电路100的跨阻放大器120的示意图。跨阻放大器120包含运算放大器121及电容Ca，电容Ca的第一端耦接于运算放大器121的负输入端，电容Ca的第二端耦接于运算放大器121的输出端，运算放大器121的输出端耦接于跨阻放大器120的输出端Vcj tia，运算放大器121的正输入端用以接收参考电压VMf，运算放大器121的负输入端耦接于接收端Rx，跨阻放大器120使用电容Ca将输入信号转换成具有参考电压的电压值的输出信号，跨阻放大器120的输入信号是从接收端Rx接收的发送信号，跨阻放大器120的输出信号的振幅是与电容式传感器110的等效电容和参考电压VMf成正t匕，跨阻放大器120可还包含重置开关，用以提升稳定性，重置开关的第一端耦接于运算放大器121负输入端，重置开关的第二端耦接于运算放大器121的输出端，重置开关的控制端用以接收重置信号。
[0046]电容式传感器电路100的滤波模块130包含输入端耦接于跨阻放大器120的输出端Vcj tia，及输出端耦接于整流器140的输入端，滤波模块130包含两个不同的滤波器，第一滤波器可是低通滤波器或带通滤波器，第二滤波器可是采样保持电路、开关电容带通滤波器或开关电容高通滤波器，滤波模块130的两滤波器(第一及第二滤波器)的第一种组合包含低通滤波器及开关电容带通滤波器，第二种组合包含低通滤波器及采样保持电路，第三种组合包含低通滤波器及开关电容高通滤波器，第四种组合包含带通滤波器及采样保持电路，每一个滤波器组合产生的功能相当于带通滤波器。
[0047]在第一种组合，滤波模块130的输入端耦接于低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端耦接于开关电容带通滤波器的输入端，开关电容带通滤波器的输出端耦接于滤波模块130的输出端。在第一种组合的还一实施例，滤波模块13