一种触摸按键检测电路及其检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种触摸按键检测电路及其检测方法，根据本发明实施例提供的触摸检测电路，通过将按键感应电极对地的各个寄生电容变为按键感应电极对一个电位可控节点的寄生电容，即将按键感应电极的寄生自电容变为按键感应电极对电位可控节点的互电容，通过开关电容电路改变可控节点不同相位下的电位从而消除寄生电容对计数值的影响，从而达到消除水等液体引入的干扰。
【专利说明】
一种触摸按键检测电路及其检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种触摸按键检测电路及其检测方法。
【背景技术】
[0002] 触模按键是一种常用的非机械式电子开关，相比传统机械开关具有美观、寿命长、 性能稳定、防水等优点，被广泛应用于电子产品中。目前常见的触摸按键检测技术一般采用 张弛振荡器技术。如图1所示，为张弛振荡器技术中触摸按键检测电路示意图。图1中，多 路开关101中每个开关与一级电容按键电路电连接。图1中，多路开关101中的开关SWl与 第一电容按键电路105电连接；多路开关101中的开关SW4与第二电容按键电路106电连 接。同一时间，多路开关中只有一个开关闭合，张弛振荡器触摸按键检测电路只检测一级电 容按键电路中的电容是否被触摸。每一级电容按键电路中包含一个开关和一个按键电容。 张弛振荡器触摸按键检测电路在检测第一电容按键电路105时，通过闭合多路开关101中 的开关SWl，闭合开关SW3、SW7,使得充电电源102能够对第一电容按键电路105中的按键 电容Cl进行充电。按键电容Cl在充电的同时，检测单元104检测按键电容Cl的电压，处 理模块103对充电时间进行计数。当检测单元104检测到按键电容Cl的电压大于VrefO 时，检测单元104的输出电压Vcomp由0变为1，触发处理模块103结束计数，并将开关SW7 闭合、开关SW3断开，对按键电容Cl进行放电，完成对电容按键Cl的一次检测。当手指等 物体触摸电容按键时，导致该电容按键对应的电容按键电路中的按键电容容量增加，使得 该按键电容充电的周期变长，张弛振荡器触摸按键检测电路的振荡周期发生变化，从而检 测出触摸动作，达到触摸按键检测的目的。
[0003] 在采用张弛振荡器触摸按键检测电路的电容按键中，当水、油污等液体覆盖在电 容按键上时，电容按键的按键感应电极与地的寄生电容增大，这些寄生电容将转化为电容 按键的自电容，与手指触摸到电容按键的效果相似，导致该电容按键对应的按键电容容量 增大，使得张弛振荡器触摸按键检测电路误判该电容按键被有效触摸。
【发明内容】
[0004] 本发明实施例提供一种触摸按键检测电路及其检测方法，用以解决水、油污等液 体覆盖在电容按键上时，导致触摸按键检测电路产生误判的问题。
[0005] 本发明实施例提供一种触摸按键检测电路，包括：电容按键电路单元、检测电路单 元、第一开关单元以及第二开关单元，所述电容按键电路单元为N个，N多1，每个电容按键 电路单元通过所述第一开关单元与检测电路单元选择性连接；
[0006] 所述电容按键电路单元包括按键电容、保护电极、第一开关和第二开关；所述按键 电容的第一端、所述第一开关的第一端和所述第二开关的第一端，分别与所述检测电路单 元中的充电电源选择性连接，所述按键电容和所述第二开关的第二端分别接地，所述第一 开关的第二端连接第一参考电压输入端。
[0007] 较佳的，所述检测电路单元用于：
[0008] 控制所述第一开关单元中与当前被检测的电容按键电路单元连接的开关闭合；
[0009] 控制所述N个电容按键电路单元中每个电容按键电路单元的保护电极通过所述 第二开关单元与所述第一参考电压的输入端连接；
[0010] 控制当前被检测的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开，除了当 前被检测的电容按键电路单元以外的其余电容按键电路单元中的第一开关闭合、第二开关 断开。
[0011] 较佳的，所述检测电路单元用于：
[0012] 控制所述第一开关单元中与当前被检测的电容按键电路单元连接的开关闭合；
[0013] 控制所述N个电容按键电路单元中每个电容按键电路单元中的保护电极通过所 述第二开关单元与接地端连接；
[0014] 控制当前被检测的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开，除了当 前被检测的电容按键电路单元以外的其余电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关 闭合。
[0015] 较佳的，所述第二开关单元包括第三开关和第四开关；
[0016] 所述N个电容按键电路单元中每个电容按键电路单元中的保护电极通过所述第 三开关选择性连接接地端、通过所述第四开关选择性连接第一参考电压输入端。
[0017] 较佳的，所述第一开关单元包含N路选择开关，每路选择开关与一个电容按键电 路单元连接，且所述第一开关单元中的N路选择开关在同一时间仅有一路选择开关闭合。
[0018] 较佳的，所述触摸按键检测电路还包括：滤波器、比较器、处理器；
[0019] 所述滤波器的输入端通过所述第一开关单元与所述N个电容按键电路单元的输 出端连接，所述滤波器的输出端与所述比较器的第一输入端连接，所述比较器的输出端与 所述处理器连接；所述比较器的第二输入端与第二参考电压的输入端连接；
[0020] 所述滤波器的输入端连接有充电电源，并通过第五开关选择性接地，所述滤波器 和所述比较器之间通过第六开关选择性接地。
[0021] 较佳的，所述处理器具体用于，根据检测时序，执行：
[0022] 在当前被检测的电容按键电路单元的检测周期到达时，控制所述第五开关、所述 第六开关接地，控制所述第一开关单元中与当前被检测的电容按键电路单元连接的开关闭 合；控制当前被检测的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开，控制除当前被 检测的电容按键电路单元之外的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关闭合；
[0023] 在按键电容放电阶段结束时间到达时，控制所述第五开关、所述第六开关断开，控 制除当前被检测的电容按键电路单元之外的电容按键电路单元中的第一开关闭合、第二开 关断开，保持所述当前被检测的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开；在当 前被检测的电容按键电路单元中的按键电容充电的过程中，所述比较器的第一输入端的电 压逐渐拉升，当达到所述第二参考电压的值时，所述比较器的输出信号进行翻转；
[0024] 所述处理器检测到所述比较器的输出信号翻转后，控制所述第五开关、所述第六 开关接地，控制除当前被检测的电容按键电路单元之外的电容按键电路单元中的第一开关 断开、第二开关闭合，控制所述第二开关接地。
[0025] 较佳的，所述处理器还用于：
[0026] 计算当前被检测的电容按键电路单元中按键电容的连续M个检测周期总的充电 时间长度，并在检测到所述连续M个检测周期总的充电时间长度大于连续M个检测周期预 设充电时间长度时，确定当前被检测的电容按键电路单元对应的触摸按键受到触摸，其中 M多1〇
[0027] 较佳的，所述第二参考电压小于或等于所述第一参考电压。
[0028] 本发明实施例提供了一种应用于上面描述的任一触摸按键检测电路的检测方法， 包括：
[0029] 按键电容充电阶段：
[0030] 控制所述触摸按键检测电路的第一开关单元中与当前被检测的电容按键电路单 元连接的开关闭合，以便将当前被检测的电容按键电路单元与所述检测电路连接，并通过 所述检测电路对当前被检测的电容按键电路单元中的按键电容充电；
[0031] 控制所述触摸按键检测电路的N个电容按键电路单元中每个电容按键电路单元 的保护电极通过所述触摸按键检测电路的第二开关单元与第一参考电压的输入端连接，以 便在对当前被检测的电容按键电路单元中的按键电容进行充电的过程中，将所述N个电容 按键电路单元中每个电容按键电路单元的保护电极拉升至第一参考电压，以消除当前被检 测电容按键电路单元中的保护电极与按键电容之间的寄生电容；
[0032] 控制当前被检测的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开，除了当 前被检测的电容按键电路单元以外的其余电容按键电路单元中的第一开关闭合、第二开关 断开，以便在对当前被检测的电容按键电路单元中的按键电容进行充电的过程中，将所述 其余电容按键电路单元中的按键电容的第一端拉升至第一参考电压，以消除当前被检测的 电容按键电路单元中的按键电容与相邻电容按键电路单元中的按键电容之间的寄生电容。
[0033] 较佳的，还包括：
[0034] 按键电容放电阶段；
[0035] 控制所述第一开关单元中与当前被检测的电容按键电路单元连接的开关闭合，以 便将当前被检测的电容按键电路单元与所述检测电路连接，并通过所述检测电路对当前被 检测的电容按键电路单元中的按键电容放电；
[0036] 控制所述N个电容按键电路单元中每个电容按键电路单元中的保护电极通过所 述第二开关单元与接地端连接，以便将每个电容按键电路单元中的保护电极的电压置零；
[0037] 控制当前被检测的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开，除了当 前被检测的电容按键电路单元以外的其余电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关 闭合，以便对除了当前被检测的电容按键电路单元以外的其余电容按键电路单元中的按键 电容进行放电。
[0038] 较佳的，在当前被检测的电容按键电路单元的检测周期到达时，控制所述触摸按 键检测电路中的第五开关、第六开关接地，控制所述第一开关单元中与当前被检测的电容 按键电路单元连接的开关闭合，以便将当前被检测的电容按键电路单元与所述检测电路连 接；控制当前被检测的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开，控制除当前被 检测的电容按键电路单元之外的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关闭合，以 便对所述N个电容按键电路单元中的按键电容进行放电；
[0039] 在按键电容放电阶段结束时间到达时，控制所述第五开关、所述第六开关断开，控 制除当前被检测的电容按键电路单元之外的电容按键电路单元中的第一开关闭合、第二开 关断开，保持所述当前被检测的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开；在当 前被检测的电容按键电路单元中的按键电容充电的过程中，所述触摸按键检测电路中的比 较器的第一输入端的电压逐渐拉升，当达到第二参考电压的值时，控制所述比较器的输出 信号进行翻转；
[0040] 所述处理器检测到所述比较器的输出信号翻转后，控制所述第五开关、所述第六 开关接地，控制除当前被检测的电容按键电路单元之外的电容按键电路单元中的第一开关 断开、第二开关闭合，控制所述第二开关接地。
[0041] 较佳的，控制所述处理器计算当前被检测的电容按键电路单元中按键电容的连续 M个检测周期总的充电时间长度，并在检测到所述连续M个检测周期总的充电时间长度大 于连续M个检测周期预设充电时间长度时，确定当前被检测的电容按键电路单元对应的触 摸按键受到触摸，其中M多1。
[0042] 较佳的，所述第二参考电压小于或等于所述第一参考电压。
[0043] 根据本发明实施例提供的触摸检测电路，通过将按键感应电极对地的各个寄生电 容变为按键感应电极对一个电位可控节点的寄生电容，即将按键感应电极的寄生自电容变 为按键感应电极对电位可控节点的互电容，通过开关电容电路改变可控节点不同相位下的 电位从而消除寄生电容对计数值的影响，从而达到消除水等液体引入的干扰。
【附图说明】
[0044] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其 他的附图。
[0045] 图1为现有技术中张弛振荡器技术所采用的触摸按键检测的电路示意图；
[0046] 图2为本发明实施例提供的触摸按键俯视图；
[0047] 图3为本发明实施例提供的触摸按键剖面图；
[0048] 图4为本发明实施例提供的一种触摸按键检测电路的结构示意图；
[0049] 图5为本发明实施例提供的电容按键电路单元中包含寄生电容的等效电路示意 图；
[0050] 图6为本发明实施例提供的应用于触摸按键检测电路的时序信号示意图。
【具体实施方式】
[0051] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施 例。
[0052] 如图2所示，为本发明实施例提供的触摸按键俯视图。需要说明的是，图2所示意 的触摸按键俯视图的最上层一般覆盖一层绝缘层，在此并未标示出。图2中包括两个相邻 的电触摸按键：分别为触摸按键2001和触摸按键2002,每个触摸按键包含保护电极和按 键感应电极。具体的，图2中，触摸按键2001中包括按键感应电极PA1，以及包围按键感应 电极PAl的保护电极PBl ;触摸按键2002中包括按键感应电极PA2,以及包围按键感应电极 PA2的保护电极PB2。当用户的手指触摸到触摸按键2001中的按键感应电极PAl或者触摸 按键2002中的按键感应电极PA2时，与按键感应电极PAl或按键感应电极PA2对应的按键 电容的充电时间长度变长，从而检测出触摸按键是否被触摸。每个触摸按键中的保护电极 一般是由铜箱片制作而成，当然还可以由其他材料制作。每个触摸按键中的保护电极把该 触摸按键中的按键感应电极包围起来，这样可以确保按键感应电极向四周空间发射的电场 线都以该保护电极为终点，阻止按键感应电极与接地端、其他节点等形成寄生电容，实现将 由按键感应电极产生的寄生电容转化为按键感应电极与保护电极之间的寄生电容。
[0053] 下面通过触摸按键剖面图描述触摸按键的工作原理。
[0054] 如图3所示，为本发明实施例提供的触摸按键剖面图。图3中包括两个相邻的触 摸按键：分别为触摸按键2001和触摸按键2002。触摸按键2001的按键电容(^是由电容 按键下电极10和按键感应电极PAl构成的，电容按键下电极10和按键感应电极PAl之间 为PCB板9 ;保护电极和按键感应电极PAl在同一层，位于保护电极和按键感应电极PAl上 的是按键绝缘层11。触摸按键2002的按键电容C 2是由电容按键下电极10和按键感应电 极PA2构成的，电容按键下电极10和按键感应电极PA2之间为PCB板9。每个触摸按键主 要会受到两种寄生电容的干扰：相邻的两个触摸按键中按键电容感应电极之间的寄生电容 和触摸按键中按键感应电极与保护电极之间的寄生电容。图3中，CP。为触摸按键2001中 按键电容感应电极PAl和触摸按键2002中按键电容感应电极PA2之间的寄生电容，CP 1S 触摸按键2001中按键感应电极PAl与保护电极PBl之间的寄生电容，CP2为触摸按键2002 中按键感应电极PA2与保护电极PB2之间的寄生电容。
[0055] 触摸按键检测电路检测按键电容是否被触摸包括两个阶段：按键电容放电阶段和 按键电容充电阶段。在检测按键电容时，首先为按键电容放电阶段，通过将按键电容放电到 零电位。当按键电容放电结束之后，开始按键电容充电阶段，通过一充电电源对按键电容充 电，并计算充电时间，当按键电容的电压达到预设电压时，按键电容的充电结束。若按键电 容被触摸，此时按键电容的电容容量变大，按键电容充电到预设电压的充电时间变长，此时 触摸按键检测电路检测到按键电容的充电时间长度大于预设充电时间长度，从而确定出该 按键电容被触摸。当有水或液体覆盖在触摸按键上，使寄生电容变大，导致按键电容的电容 容量变大，使得按键电容的充电时间长度变长，与手指触摸效果相似，导致触摸按键检测电 路发生误判。
[0056] 为了获得准确的检测结果，优选的，计算当前被检测的电容按键电路单元中按键 电容的连续M个检测周期总的充电时间长度，并在检测到所述连续M个检测周期总的充电 时间长度大于连续M个检测周期预设充电时间长度时，确定当前被检测的电容按键电路单 元对应的触摸按键受到触摸，其中M多1。当前被检测的电容按键电路单元的预设充电时间 长度一般是根据按键电容的电容容量等因素确定。
[0057] 为此，本发明实施例提出了一种触摸按键检测电路，该触摸按键检测电路能消除 由寄生电容导致的按键电容充电时间长度的变化。通过将电容按键电路单元中按键感应电 极对地的各个寄生电容变为按键感应电极对一个电位可控节点的寄生电容，即将按键感应 电极的寄生自电容变为按键感应电极对电位可控节点的互电容，通过开关电容电路改变可 控节点不同相位下的电位从而消除寄生电容对计数值的影响，从而达到消除水等液体引入 的干扰。具体的，详见以下实施例。
[0058] 如图4所示，本发明实施例提供的一种触摸按键检测电路，包括电容按键电路单 元、充电电源205、检测电路单元204、第一开关单元201以及第二开关单元202,电容按键电 路单元为N个，N多1，图4中示出了电容按键电路单元2031和电容按键电路单元2032,其 中电容按键电路单元2031对应于触摸按键2001，电容按键电路单元2032对应于触摸按键 2002。每个电容按键电路单元通过第一开关单元201与检测电路单元204选择性连接；
[0059] 对于任一电容按键电路单元，电容按键电路单元包括按键电容、保护电极、第一开 关和第二开关；按键电容的第一端、所述第一开关的第一端和所述第二开关的第一端，分别 与充电电源205选择性连接，按键电容和第二开关的第二端分别接地，第一开关的第二端 连接第一参考电压￥^匕输入端；保护电极通过所述第二开关单元在所述第一参考电压的 输入端与接地端之间选择性连接。
[0060] 需要说明的是，图4中仅以2个电容按键电路单元为例进行说明，电容按键电路单 元为其他数量的情况可以参考本发明实施例的描述，在此不再赘述。
[0061] 具体的，以图4中的电容按键电路单元2031和电容按键电路单元2032为例，电容 按键电路单元2031中包括按键电容C 1、保护电极PBl、第一开关SWl和第二开关SW2 ;按键 电容(^的第一端、第一开关SWl的第一端和第二开关SW2的第一端，通过第一开关单元201 中的开关SW9分别与充电电源205选择性连接，按键电容C 1和第二开关SW2的第二端分别 接地，第一开关SWl的第二端连接第一参考电压￥^匕输入端；保护电极PBl通过第二开关 单元202在第一参考电压的输入端￥^匕与接地端GND之间选择性连接。电容按键电路单 元2032中包括按键电容C 2、保护电极PB2、第一开关SW7和第二开关SW8 ;按键电容C2的第 一端、第一开关SW7的第一端和第二开关SW8的第一端，通过第一开关单元201中的开关 SWlO分别与充电电源205选择性连接，按键电容C2和第二开关SW8的第二端分别接地，第 一开关SW7的第二端连接第一参考电压Vref 4俞入端；保护电极PB2通过第二开关单元202 在第一参考电压Vref1的输入端与接地端GND之间选择性连接。
[0062] 第一开关单元201包含N路选择开关，每路选择开关与一个电容按键电路单元连 接，且所述第一开关单元中的N路选择开关在同一时间仅有一路选择开关闭合。图4中，第 一开关单元201中的开关SW9与电容按键电路单元2031连接，SWlO与电容按键电路单元 2032连接。
[0063] 第二开关单元202包括第三开关SW3和第四开关SW4 ;N个电容按键电路单元中每 个电容按键电路单元中的保护电极通过第三开关SW3选择性连接接地端GND、通过第四开 关SW4选择性连接第一参考电压Vref 1输入端。一般，对于N个电容按键电路单元中的一 个电容按键电路单元，在该电容按键电路单元中的按键电容的充电阶段，该电容按键电路 单元中的保护电极通过第四开关SW4连接第一参考电压￥^匕输入端；在该电容按键电路 单元中的按键电容的放电阶段，该电容按键电路单元中的保护电极通过第三开关SW3连接 接地端GND。
[0064] 检测电路单元204包括滤波器2041、比较器2042以及处理器2043。滤波器2041 的输入端通过第一开关单元201与N个电容按键电路单元的输出端连接，滤波器2041的输 出端与比较器2042的第一输入端连接，比较器2042的输出端与处理器2043连接；比较器 2042的第二输入端与第二参考电压VrefJ^输入端连接；滤波器2041的输入端连接有充 电电源205,并通过第五开关SW5选择性连接接地端GND，滤波器2041和比较器2042之间 连接有第六开关SW6的第一端，第六开关SW6的第二端连接接地端GND。检测电路单元204 中，滤波器2041起到滤除来自外部的干扰的作用，如手机的射频干扰等高频干扰信号。充 电电源205采用恒流源结构；第一参考电压Vref i以及第二参考电压Vref。由基准电压电路 生成，现有技术中有多种实现方式，在此不再赘述。优选的，第二参考电压Vrefyj、于或等 于第一参考电压Vref lc3
[0065] 图4中第一开关单元201中的开关、第二开关单元202中的开关、每个电容按键电 路单元中的开关、以及检测电路单元204中的开关均可以用多种结构电路实现，例如PMOS 管、NMOS管或CMOS开关等，这里并不局限这些开关的实现方式，只定义开关控制电压为高 电平时开关闭合，开关控制电压为低电平时开关断开。
[0066] 结合图2至图4,可以确定出每个触摸按键对应的电容按键电路单元包含两种寄 生电容：相邻的两个触摸按键中按键电容感应电极之间的寄生电容CP。，以及触摸按键中按 键感应电极与保护电极的寄生电容CPJt的等效电路图。具体的，如图5所示，本发明实施 例提供的电容按键电路单元中包含寄生电容的等效电路示意图。图5中，电容按键电路单 元2031包含的寄生电容第一端与电容按键电路单元2031的保护电极PBl相连接， 第二端与电容按键电路单元2031的按键电容(^的第一端相连接。电容按键电路单元2031 包含的寄生电容CP。的第一端与电容按键电路单元2032的按键电容(： 2的第一端相连接，第 二端与电容按键电路单元2031的按键电容C1的第一端相连接。电容按键电路单元2032包 含的寄生电容的等效电路可以参考图5,在此不再赘述。
[0067] 确定检测触摸按键是否被触摸，是通过检测每个触摸按键对应的电容按键电路单 元中的按键电容的充电时间长度与预设充电时间长度之间的差值，在检测到电容按键电路 单元中的按键电容的充电时间长度大于预设充电时间长度时，确定当前被检测的电容按键 电路单元对应的触摸按键受到触摸。
[0068] 检测触摸按键时，一个电容按键电路单元在一个检测周期内包括两个阶段：被检 测的电容按键电路单元中的按键电容充电阶段；以及被检测的电容按键电路单元中的按键 电容放电阶段。
[0069] 在N个电容按键电路单元中一个电容按键电路单元的一个检测周期内的按键电 容充电阶段，通过控制所述第一开关单元中与当前被检测的电容按键电路单元连接的开关 闭合，以便将当前被检测的电容按键电路单元与所述检测电路连接，并通过所述检测电路 对当前被检测的电容按键电路单元中的按键电容充电；
[0070] 控制所述N个电容按键电路单元中每个电容按键电路单元的保护电极通过所述 第二开关单元与所述第一参考电压的输入端连接，以便在对当前被检测的电容按键电路单 元中的按键电容进行充电的过程中，将所述N个电容按键电路单元中每个电容按键电路单 元的保护电极拉升至第一参考电压，以消除当前被检测电容按键电路单元中的保护电极与 按键电容之间的寄生电容；
[0071] 控制当前被检测的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开，除了当 前被检测的电容按键电路单元以外的其余电容按键电路单元中的第一开关闭合、第二开关 断开，以便在对当前被检测的电容按键电路单元中的按键电容进行充电的过程中，将所述 其余电容按键电路单元中的按键电容的第一端拉升至第一参考电压，以消除当前被检测的 电容按键电路单元中的按键电容与相邻电容按键电路单元中的按键电容之间的寄生电容。
[0072] 在当前被检测的电容按键电路单元中的按键电容进行充电的同时，检测单元中的 比较器比较该按键电容的电压与比较器的第二输入端的第二参考电压Vref2的大小，同时， 检测电路单元中的处理器计算当前被检测的电容按键电路单元中按键电容的充电时间。在 该按键电容的电压大于第二参考电压-瞬间，比较器输出一个信号给检测电路单 元中的处理器。处理器确定该按键电容的充电时间长度，在检测到所述充电时间长度大于 预设充电时间长度时，确定当前被检测的电容按键电路单元对应的触摸按键受到触摸。同 时处理器开始发送处理信号，进入按键电容的放电阶段。
[0073] 在N个电容按键电路单元中一个电容按键电路单元的一个检测周期内的按键电 容放电阶段，通过控制所述第一开关单元中与当前被检测的电容按键电路单元连接的开关 闭合，以便将当前被检测的电容按键电路单元与所述检测电路连接，并通过所述检测电路 对当前被检测的电容按键电路单元中的按键电容放电；控制所述N个电容按键电路单元中 每个电容按键电路单元中的保护电极通过所述第二开关单元与接地端连接，以便将每个电 容按键电路单元中的保护电极的电压置零；控制当前被检测的电容按键电路单元中的第一 开关断开、第二开关断开，除了当前被检测的电容按键电路单元以外的其余电容按键电路 单元中的第一开关断开、第二开关闭合，以便对除了当前被检测的电容按键电路单元以外 的其余电容按键电路单元中的按键电容进行放电。
[0074] -个电容按键电路单元检测大周期由连续的M个检测周期组合而成，M多1，处理 器2043将M个检测周期检测结果的累加后，得到M个检测周期总的充电时间，检测到M个 检测周期总的充电时间长度大于M个检测周期的预设充电时间长度时，确定当前被检测的 电容按键电路单元对应的触摸按键受到触摸。
[0075] 具体的，检测电路单元中的处理器具体根据检测时序，执行：
[0076] 在当前被检测的电容按键电路单元的检测周期到达时，控制所述第五开关、所述 第六开关闭合接地，控制所述第一开关单元中与当前被检测的电容按键电路单元连接的开 关闭合，以便将当前被检测的电容按键电路单元与所述检测电路连接；控制当前被检测的 电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开，控制除当前被检测的电容按键电路 单元之外的其余电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关闭合，以便对所述N个电 容按键电路单元中的按键电容进行放电；
[0077] 在按键电容放电阶段结束时间到达时，控制所述第五开关、所述第六开关断开，控 制除当前被检测的电容按键电路单元之外的其余电容按键电路单元中的第一开关闭合、第 二开关断开，保持所述当前被检测的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开； 在当前被检测的电容按键电路单元中的按键电容充电的过程中，所述比较器的第一输入端 的电压逐渐拉升，当达到所述第二参考电压的值时，所述比较器的输出信号进行翻转；
[0078] 处理器检测到比较器的输出信号翻转后，控制所述第五开关、所述第六开关闭合 接地，控制除当前被检测的电容按键电路单元之外的电容按键电路单元中的第一开关断 开、第二开关闭合，控制所述第二开关接地。
[0079] 通过上述过程对电容按键电路单元中的按键电容不断的充电和放电，检测出电容 按键电路单元对应的触摸按键是否被触摸。
[0080] 下面通过时序信号的描述一个电容按键电路单元在一个检测周期内，触摸按键检 测电路中各个单元的工作状态。
[0081] 如图6所示，为本发明实施例提供的应用于触摸按键检测电路的时序信号序示意 图。以下描述中，第一控制信号PH1、第二控制信号PH2、第三控制信号PH3、第四控制信号 PH4为1表示为高电平，为0表示低电平。
[0082] 结合图4至图5,图6中第一控制信号PHl与第二控制信号PH2的周期相等，信号 的相位相反。第一控制信号PHl的高电平脉脉宽长度固定，为电容放电时间长度，低电平的 时间长度由电流源对按键电容充电时间决定，按键电容的容量越大，按键电容的充电时间 越长，第一控制信号PHl的低电平持续时间也就越长。第三控制信号PH3与第四控制信号 PH4的周期相等，信号的相位相反。第三控制信号PH3的高电平的持续时间长度与电容按 键电路单元2031的检测大周期的持续时间长度相同，第四控制信号PH4的高电平的持续时 间长度与电容按键电路单元2032的检测大周期的持续时间长度相同，按键检测大周期由M 个检测周期组成，M多1。第二开关单元202为每个电容按键电路单元中的保护电极提供的 电压VPB的相位与第二控制信号PH2相同，高电平时的电压为第一参考电压Vref 1，低电平 时的电压为0。检测电路单元204中的滤波器2041的输入端的电压NVC在第一控制信号 PHl为高电平时为0,在第一控制信号PHl从高电平跳变至低电平的瞬间变为VC2，然后在第 一控制信号PHl维持低电平的持续期间线性上升到第二参考电压Vref 2，此时第一控制信号 PHl由低电平跳变至高电平，并且滤波器2041的输入端的电压NVC变为0。
[0083] 第一控制信号PHl控制开关SW3、SW5、SW6 ;第二控制信号PH2控制开关SW4 ;第三 控制信号PH3控制开关SW9,第四控制信号PH4控制开关SW10。当电容按键电路单元2031 被检测时，第三控制信号PH3为高电平，第四控制信号PH4为低电平。当电容按键电路单元 2032被检测时，第四控制信号PH4为高电平，第三控制信号PH3为低电平。第一控制信号 PHl和第三控制信号PH3的相与后的信号控制开关SW8 ;第一控制信号PHl和第四控制信号 PH4的相与后的信号控制开关SW2 ;第二控制信号PH2和第三控制信号PH3的相与后的信号 控制开关SW7 ;第二控制信号PH2和第四控制信号PH4的相与后的信号控制开关SWl。第一 控制信号PH1、第二控制信号PH2、第三控制信号PH3、第四控制信号PH4均由检测电路单元 204中的处理器2043产生。
[0084] 在检测电容按键电路单元2031中的按键电容(^时，首先为按键电容C 放电阶 段。在放电阶段，第一控制信号PHl为高电平，第二控制信号PH2为低电平，第三控制信号 PH3为高电平，第四控制信号PH4为低电平。此时开关SW9、SW8、SW5、SW6、SW3闭合，开关 SW1、SW2、SW10、SW7、SW4断开，按键电容C1以及按键电容C2的两端都连接接地端，电压被置 〇 ;保护电极PBl以及保护电极PB2连接接地端，电压被置0。放电的持续时间结束后，开始 对按键电容C1进行充电。
[0085] 在按键电容C1的充电阶段，第一控制信号PHl变为低电平，第二控制信号PH2变为 高电平，第三控制信号PH3维持高电平不变，第四控制信号PH4维持低电平不变。此时开关 SW9、SW7、SW4 闭合，开关 SW1、SW2、SW3、SW5、SW6、SW8、SWlO 断开。第二开关单元 202 为每 个电容按键电路单元中的保护电极提供的电压VPB从0变为Vrefi，即保护电极PBl和保护 电极PB2的电压拉到Vref 1;按键电容C i与充电电源205连接，并开始充电，比较器2042开 始输出输出信号给处理器2043,处理器2043开始计数；按键电容(： 2与第一参考电压Vref 1 的输出端连接，滤波器2041的输入端电压NVC从0跳至VC2。从图5的等效电路中可以看 出，电容按键电路单元2031中的寄生电容CP。的两端电压分别为第一参考电压Vref 按键电容C1的电压，寄生电容CP i的两端电压分别为第一参考电压Vref i以及按键电容C I 的电压。由于按键电容C1的电压大于第二参考电压Vref 2的一瞬间被放电，因此按键电容 (^的最大电压等于第二参考电压Vref 2。
[0086] 按键电容C1的电压大于第二参考电压Vref 2的一瞬间，比较器2042输出的输出信 号翻转，例如原来为低电平，翻转为高电平；处理器2043接收到比较器2042输出的输出信 号的翻转信号后，停止计数，确定出检测结果并开始启动下一次检测周期。
[0087] 下一个检测周期可以继续检测按键电容C1，也可以检测按键电容C2，检测的原理 和上面描述的相同。优选的，为了获得更加准确的检测结果，在检测一个电容按键电路单元 时，一般通过连续的多个检测周期的检测结果确定该电容按键电路单元是否被触摸。如图 6中所示，在检测电容按键电路单元2031时，连续检测了 M个检测周期，M多1。在检测到 M个检测周期中，电容按键电路单元2031总的充电时间长度大于M个检测周期预设充电时 间长度时，可以确定电容按键电路单元2031对应的触摸按键受到触摸。
[0088] 结合图4至图6,对本发明实施例提供的触摸检测电路消除寄生电容的原理进行 分析。PHl为高电平，PH2为低电平时，滤波器2041的输入端NVC的电荷量为Q 1，此时滤波 器2041的输入端电压NVC被拉到零电位：
[0089] Q1= 0 式 1
[0090] PH2由低电平变为高电平瞬间，保护电极电压由零变为Vref1，电容按键电路单元 2032的感应电极的电压由零变为Vref 1，滤波器2041的输入端电压的电荷量为Q2，滤波器 2041的输入端NVC的电压为VC 2:
[0091]
[0092] 根据电荷守恒Q1= Q 2,联立式1和式2,可以求出VC2的值为：
[0093]
[0094] 当充电电源205对按键电容C1充电，按键电容C i的电压大于Vref 2后，比较器2042 输出的输出信号变为高电平，完成一个充电周期，PH2被处理器2043置为低电平，设PH2的 高电平的持续时间为T，此瞬间滤波器2041的输入端NVC的电荷量为Q 3，滤波器2041的输 入端NVC的电压与比较器2042的第一输入端的电压相等，约等于比较器2042的第二输入 端的电压：Vref；，此时可以得到下面的式4和式5 :
[0095]
[0096]
[0097] 由式5得，若Vref2= Vref i时，PH2的高电平的持续时间T与寄生电容CP Q、CP# 关；当Vref2〈VrefJt PH2的高电平的持续时间T随寄生电容CP。、CP1的增大而减少。当 手指触摸按键时，按键电容C 1增大，PH2的高电平的持续时间T变大，而当出现水等液体出 现在触摸按键上时，CP。，CP1会变大，但PH2的高电平的持续时间T不变或变小，不会导致处 理器2043发生误判。当Vref 2>VrefJt，由式5可以知，寄生电容对PH2的高电平的持续时 间T的影响变小，所以这时候水滴等液体的干扰也得到了抑制，此时Vrefi越接近Vref 2,对 水滴等液体干扰的抑制能力越强。综述，优选的，第一参考电压Vref1等于或大于第二参考 电压Vref2;第一参考电压Vref i小于第二参考电压Vref 2时，越接近于第二参考电压Vref2, 对水滴等液体干扰的抑制能力越强。
[0098] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造 性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优 选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0099] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种触摸按键检测电路，其特征在于，包括：电容按键电路单元、检测电路单元、第 一开关单元以及第二开关单元，所述电容按键电路单元为N个，N多1，每个电容按键电路单 元通过所述第一开关单元与检测电路单元选择性连接； 所述电容按键电路单元包括按键电容、保护电极、第一开关和第二开关；所述按键电容 的第一端、所述第一开关的第一端和所述第二开关的第一端，分别与所述检测电路单元中 的充电电源选择性连接，所述按键电容和所述第二开关的第二端分别接地，所述第一开关 的第二端连接第一参考电压输入端。2. 如权利要求1所述的触摸按键检测电路，其特征在于，所述检测电路单元用于： 控制所述第一开关单元中与当前被检测的电容按键电路单元连接的开关闭合； 控制所述N个电容按键电路单元中每个电容按键电路单元的保护电极通过所述第二 开关单元与所述第一参考电压的输入端连接； 控制当前被检测的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开，除了当前被 检测的电容按键电路单元以外的其余电容按键电路单元中的第一开关闭合、第二开关断 开。3. 如权利要求1所述的触摸按键检测电路，其特征在于，所述检测电路单元用于： 控制所述第一开关单元中与当前被检测的电容按键电路单元连接的开关闭合； 控制所述N个电容按键电路单元中每个电容按键电路单元中的保护电极通过所述第 二开关单元与接地端连接； 控制当前被检测的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开，除了当前被 检测的电容按键电路单元以外的其余电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关闭 合。4. 如权利要求1所述的触摸按键检测电路，其特征在于，所述第二开关单元包括第三 开关和第四开关； 所述N个电容按键电路单元中每个电容按键电路单元中的保护电极通过所述第三开 关选择性连接接地端、通过所述第四开关选择性连接第一参考电压输入端。5. 如权利要求1所述的触摸按键检测电路，其特征在于，所述第一开关单元包含N路选 择开关，每路选择开关与一个电容按键电路单元连接，且所述第一开关单元中的N路选择 开关在同一时间仅有一路选择开关闭合。6. 如权利要求1所述的触摸按键检测电路，其特征在于，所述触摸按键检测电路还包 括：滤波器、比较器、处理器； 所述滤波器的输入端通过所述第一开关单元与所述N个电容按键电路单元的输出端 连接，所述滤波器的输出端与所述比较器的第一输入端连接，所述比较器的输出端与所述 处理器连接；所述比较器的第二输入端与第二参考电压的输入端连接； 所述滤波器的输入端连接有充电电源，并通过第五开关选择性接地，所述滤波器和所 述比较器之间通过第六开关选择性接地。7. 如权利要求6所述的触摸按键检测电路，其特征在于，所述处理器具体用于，根据检 测时序，执行： 在当前被检测的电容按键电路单元的检测周期到达时，控制所述第五开关、所述第六 开关接地，控制所述第一开关单元中与当前被检测的电容按键电路单元连接的开关闭合； 控制当前被检测的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开，控制除当前被检 测的电容按键电路单元之外的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关闭合； 在按键电容放电阶段结束时间到达时，控制所述第五开关、所述第六开关断开，控制除 当前被检测的电容按键电路单元之外的电容按键电路单元中的第一开关闭合、第二开关断 开，保持所述当前被检测的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开；在当前被 检测的电容按键电路单元中的按键电容充电的过程中，所述比较器的第一输入端的电压逐 渐拉升，当达到所述第二参考电压的值时，所述比较器的输出信号进行翻转； 所述处理器检测到所述比较器的输出信号翻转后，控制所述第五开关、所述第六开关 接地，控制除当前被检测的电容按键电路单元之外的电容按键电路单元中的第一开关断 开、第二开关闭合，控制所述第二开关接地。8. 如权利要求7所述的触摸按键检测电路，其特征在于，所述处理器还用于： 计算当前被检测的电容按键电路单元中按键电容的连续Μ个检测周期总的充电时 间长度，并在检测到所述连续Μ个检测周期总的充电时间长度大于连续Μ个检测周期预 设充电时间长度时，确定当前被检测的电容按键电路单元对应的触摸按键受到触摸，其中 Μ多1〇9. 如权利要求6所述的触摸按键检测电路，其特征在于，所述第二参考电压小于或等 于所述第一参考电压。10. -种应用于如权利要求1至9任一所述的触摸按键检测电路的检测方法，其特征在 于，包括： 按键电容充电阶段： 控制所述触摸按键检测电路的第一开关单元中与当前被检测的电容按键电路单元连 接的开关闭合； 控制所述触摸按键检测电路的Ν个电容按键电路单元中每个电容按键电路单元的保 护电极通过所述触摸按键检测电路的第二开关单元与第一参考电压的输入端连接； 控制当前被检测的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开，除了当前被 检测的电容按键电路单元以外的其余电容按键电路单元中的第一开关闭合、第二开关断 开。11. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括： 按键电容放电阶段； 控制所述第一开关单元中与当前被检测的电容按键电路单元连接的开关闭合； 控制所述Ν个电容按键电路单元中每个电容按键电路单元中的保护电极通过所述第 二开关单元与接地端连接； 控制当前被检测的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开，除了当前被 检测的电容按键电路单元以外的其余电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关闭 合。12. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，在当前被检测的电容按键电路单元的检 测周期到达时，控制所述触摸按键检测电路中的第五开关、第六开关接地，控制所述第一开 关单元中与当前被检测的电容按键电路单元连接的开关闭合；控制当前被检测的电容按键 电路单元中的第一开关断开、第二开关断开，控制除当前被检测的电容按键电路单元之外 的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关闭合； 在按键电容放电阶段结束时间到达时，控制所述第五开关、所述第六开关断开，控制除 当前被检测的电容按键电路单元之外的电容按键电路单元中的第一开关闭合、第二开关断 开，保持所述当前被检测的电容按键电路单元中的第一开关断开、第二开关断开；在当前被 检测的电容按键电路单元中的按键电容充电的过程中，所述触摸按键检测电路中的比较器 的第一输入端的电压逐渐拉升，当达到第二参考电压的值时，控制所述比较器的输出信号 进行翻转； 所述处理器检测到所述比较器的输出信号翻转后，控制所述第五开关、所述第六开关 接地，控制除当前被检测的电容按键电路单元之外的电容按键电路单元中的第一开关断 开、第二开关闭合，控制所述第二开关接地。13. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，控制所述处理器计算当前被检测的电容 按键电路单元中按键电容的连续Μ个检测周期总的充电时间长度，并在检测到所述连续Μ 个检测周期总的充电时间长度大于连续Μ个检测周期预设充电时间长度时，确定当前被检 测的电容按键电路单元对应的触摸按键受到触摸，其中Μ多1。14. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第二参考电压小于或等于所述第一 参考电压。
【文档编号】H03K17/96GK106033965SQ201510115175
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月16日
【发明人】陈国安
【申请人】炬芯（珠海）科技有限公司