使用δ/σ转换的电容式接近检测的制作方法
【专利说明】使用Δ/Σ转换的电容式接近检测
[0001]相关专利串请案
[0002]本申请案主张2013年6月12日申请且出于所有目的而特此以引用的方式并入本文中的共同拥有的第61/834，236号美国临时专利申请案的优先权。
技术领域
[0003]本发明涉及接近检测，且特定来说涉及使用Δ/Σ转换的电容式接近检测。
【背景技术】
[0004]电容式接近检测需要电容值的非常高分辨率转换(>10至12个位)。使用现有电容触摸解决方案的基于接近的检测系统需要重复的测量、平均结果及因此高处理时间额外开销，这些不适合于低电力应用。
【发明内容】
[0005]因此，需要一种低电力、高分辨率电容改变检测系统、方法及设备。电容改变可为物体接近于电容式传感器的结果。
[0006]根据一实施例，一种接近检测系统可包括:比较器，其具有第一输入及第二输入以及输出，其中所述第二输入可与参考电压親合且所述第一输入可与保持电容器親合；电容式传感器；切换器，其用于将所述电容式传感器交替地耦合到电压及所述保持电容器；时钟，其具有输出；触发器，其具有与所述比较器的所述输出耦合的输入、耦合到所述时钟的所述输出的时钟输入，及输出；反馈电阻器，其耦合于所述触发器的所述输出与所述比较器的所述第一输入之间；工作循环计数器，其具有耦合到所述时钟的所述输出的时钟输入、复位输入、耦合到所述触发器的所述输出的启用输入，及用于提供所计数的时钟输出的数目的输出，其中所述工作循环计数器仅在其所述启用输入可处于第一逻辑电平时计数所述时钟输出；及电路，其用于每当所述触发器的所述输出从第二逻辑电平变为所述第一逻辑电平时控制所述切换器；其中可使用所计数的时钟输出的所述数目来确定物体到所述电容式传感器的接近。
[0007]根据又一实施例，可提供具有耦合到所述时钟的所述输出的时钟输入、复位/启用输入及进位输出的周期计数器，其中所述周期计数器确定测量时间周期。根据又一实施例，可使用所述工作循环计数器及所述周期计数器中的计数值来确定取决于所述电容式传感器的电容值的工作循环。根据又一实施例，所述工作循环可为所述工作循环计数器中的所述计数值除以所述周期计数器中的所述计数值。根据又一实施例，数字处理器与存储器可耦合到所述时钟以及所述工作循环计数器及所述周期计数器，其中所述数字处理器从所述工作循环计数器及所述周期计数器读取所述计数值，且从其确定与所述电容式传感器的电容值有关的工作循环。根据又一实施例，与所述电容式传感器的电容值有关的所述工作循环可存储于所述数字处理器存储器中且经比较以确定工作循环改变是否指示接近于所述电容式传感器的物体的检测。
[0008]根据又一实施例，所述周期计数器的所述进位输出产生到所述数字处理器的中断信号。根据又一实施例，耦合到所述电容式传感器的所述电压可处于逻辑高。根据又一实施例，耦合到所述电容式传感器的所述电压可处于逻辑低。根据又一实施例，输出驱动器可具有耦合所述数字处理器的输入及耦合到所述切换器的输出，其中针对循序工作循环周期，耦合到所述电容式传感器的所述电压在逻辑高与逻辑低之间交替。根据又一实施例，微控制器包括所述数字处理器与存储器、所述比较器、所述时钟、所述触发器、所述反馈电阻器、所述工作循环计数器、所述周期计数器、所述切换器及所述用于控制所述切换器的电路。根据又一实施例，可用电流源及电流槽来替换所述反馈电阻器。根据又一实施例，所述反馈电阻器的电阻值可以可编程方式调整。根据又一实施例，所述保持电容器的电容值可以可编程方式调整。
[0009]根据另一实施例，一种用于检测接近于电容式传感器的物体的方法可包括以下步骤:将电容式传感器充电到第电压；将所述经充电电容式传感器与保持电容器并联耦合；用电压比较器将所述经并联连接的电容式传感器及保持电容器上的所得电压与参考电压进行比较，其中:如果所述所得电压可大于所述参考电压，那么将所述保持电容器部分地放电到较低电压，且如果所述所得电压可小于所述参考电压，那么将所述保持电容器部分地充电到较高电压并将一个计数加到工作循环计数器；将一个计数加到周期计数器；返回到所述将所述电容式传感器充电到所述第一电压的步骤。
[0010]根据所述方法的又一实施例，可包括以下步骤:存储多个工作循环周期计数；及从所述多个工作循环计数除以所述多个周期计数中的相应者计算工作循环。根据所述方法的又一实施例，可包括从所述工作循环确定所述电容式传感器的电容值的改变的步骤。根据所述方法的又一实施例，可包括从所述工作循环确定物体到所述电容式传感器的接近的步骤。
[0011]根据再一实施例，一种用于检测接近于电容式传感器的物体的方法可包括以下步骤:将电容的放电；将所述经放电电容式传感器与保持电容器并联耦合；用电压比较器将所述经并联连接的电容式传感器及保持电容器上的所得电压与参考电压进行比较，其中:如果所述所得电压可小于所述参考电压，那么将所述保持电容器部分地充电到较高电压，且如果所述所得电压可大于所述参考电压，那么将所述保持电容器部分地放电到较高电压并将一个计数加到工作循环计数器；将一个计数加到周期计数器；返回到所述将所述电容式传感器充电到所述第一电压的步骤。
[0012]根据所述方法的又一实施例，可包括以下步骤:存储多个工作循环周期计数；及从所述多个工作循环计数除以所述多个周期计数中的相应者计算工作循环。根据所述方法的又一实施例，可包括从所述工作循环确定所述电容式传感器的电容值的改变的步骤。根据所述方法的又一实施例，可包括从所述工作循环确定物体到所述电容式传感器的接近的步骤。
[0013]根据又一实施例，一种用于接近检测的设备可包括:比较器，其具有第一输入及第二输入以及输出，其中所述第二输入可与参考电压親合且所述第一输入可与保持电容器親合；切换器，其适于将电容式传感器交替地耦合到电压及所述保持电容器；时钟，其具有输出；触发器，其具有与所述比较器的所述输出耦合的输入、耦合到所述时钟的所述输出的时钟输入，及输出；反馈电阻器，其耦合于所述触发器的所述输出与所述比较器的所述第一输入之间；工作循环计数器，其具有耦合到所述时钟的所述输出的时钟输入、复位输入、耦合到所述触发器的所述输出的启用输入，及用于提供所计数的时钟输出的数目的输出，其中所述工作循环计数器仅在其所述启用输入可处于第一逻辑电平时计数所述时钟输出；及电路，其用于每当所述触发器的所述输出从第二逻辑电平变为所述第一逻辑电平时控制所述切换器。
[0014]根据又一实施例，可使用所计数的时钟输出的所述数目来确定物体到所述电容式传感器的接近。根据又一实施例，可使用所计数的时钟输出的所述数目来确定所述电容式传感器的电容值的改变。根据又一实施例，可用电流源及电流槽来替换所述反馈电阻器。根据又一实施例，所述反馈电阻器的电阻值可以可编程方式调整。根据又一实施例，所述保持电容器的电容值可以可编程方式调整。
[0015]根据另一实施例，一种用于接近检测的设备可包括:电压求和器，其具有第一输入及第二输入以及输出；切换器，其适于将电容式传感器交替地耦合到电压及所述电压求和器的所述第一输入；时钟，其具有输出，其中在每一时钟脉冲处，所述切换器将所述电容式传感器短暂地耦合到所述电压，接着耦合回到所述电压求和器的所述第一输入；电压参考，其具有参考电压输出；运算放大器，其具有耦合到所述电压求和器的输出的第一输入及耦合到所述电压参考的所述输出的第二输入；积分电容器，其耦合于所述运算放大器的所述第一输入与其输出之间；模/数转换器(ADC)，其具有耦合到所述的所述输出的输入，其中所述ADC将所述运算放大器输出转换为其多位数字表示；数/模转换器(DAC)，其具有耦合到所述ADC的输入且将来自所述ADC的所述多位数字表示转换为耦合到所述电压求和器的所述第二输入的模拟反馈电压；抽取滤波器，其具有耦合到来自所述ADC的所述多位数字表示的输入；及数字信号处理器(DSP)，其耦合到所述抽取滤波器，其中所述DSP确定物体何时可接近于所述电容式传感器。根据又一实施例，可用来自所述时钟的时钟脉冲使所述ADC、所述DAC及所述抽取滤波器同步在一起。
【附图说明】
[0016]可通过参考结合附图进行的以下说明获取对本发明的更完整理解，附图中:
[0017]图1图解说明根据本发明的特定实例性实施例包括电容式传感器及Δ/Σ模/数转换器的电容式接近检测系统的示意性框图；
[0018]图2图解说明根据本发明的另一特定实例性实施例包括电容式传感器及Δ/Σ模/数转换器的电容式接近检测系统的示意性框图；
[0019]图2A图解说明根据本发明的再一特定实例性实施例包括电容式传感器及Δ/Σ模/数转换器的电容式接近检测系统的示意性框图；
[0020]图3图解说明根据本发明的特定实例性实施例的电容式接近检测系统的操作的不意性时序图；
[0021 ]图4及5图解说明根据本发明的特定实例性实施例的电容式接近检测系统的操作的示意性过程流程图；及
[0022]图6图解说明根据本发明的又一特定