用于电容性触敏面板的测量电路和测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于电容性触敏面板的测量电路和测量方法；并且特别地涉及用于涉及改变调制电压的调制频率从而使传递函数中的峰值平滑化的电容性触敏面板的测量电路和测量方法。
【背景技术】
[0002]图1描述了用于测量接地电容器Cin的已知技术，其可能是触敏面板或接近检测器的一部分:其在于改变电容性电极的电压并检测跨Cin的相应电荷变化。这一般地是通过在反馈中用电容器Cfb将电容性电极连接到电荷放大器负输入端(虚拟接地)来实现的。通过在放大器的正输入端上施加很好地定义的电压变化来实现输入电容器上的电压变化，因为负输入端将通过反馈来追踪正输入端。由于跨电容器Cin的电流只朝着Cfb流动(放大器具有高阻抗输入)，所以可根据跨反馈电容器Cfb的电压变化来确定跨Cin电荷变化(和因此的Cin的值本身)。此电压变化可直接地在模拟域中测量、处理或转换到数字域。
[0003]这种技术的一个缺点是其对电极输入节点与接地之间的任何寄生电容器Cpar且特别是对与输入焊盘有关的寄生电容器、输入放大器的保护和寄生电容器、到源电压的寄生电容器的极度敏感。事实上，这些寄生电容器可能未与要测量的电容器区别开并因此影响测量结果。
[0004]专利FR 2 756 048描述了用于测量通常被用于接近检测的接地电容器的技术。这些技术的优点在于其精确性且在于其对寄生电容器相当不敏感。这是通过相对于接地不仅改变电容性电极的电压而且改变测量电路的所有电压而实现的。所有电压以与电容性电极的电压相同的方式改变，使得跨寄生电容器的电压不改变。为此，将所有输入电路或电荷放大器称为局部参考电位，也称为局部接地(通常是测量回路的基底)，由某个激励电路来促使其相对于全局接地而改变，所述某个激励电路诸如产生变化电压Vin的电压源，参见图2。局部接地(浮置电压VF)因此相对于全局(外部)接地被浮置。由以局部接地为参考的浮置正和负源对读出电路进行供应。从测量电路视点出发，“只有”外部接地电压在改变，所有内部电路都以浮置电压为参考。因此，该测量对寄生的内部电容器不敏感。
[0005]然而，要测量的电容器Cin可能远离测量电路，因此将Cin连接到测量电路的导线之间的任何寄生电容器将被添加到测量电容器。为了避免此错误，可通过使用保护电极使将Cin连接到测量电路的导线从外部接地解耦。然后必须将此保护电极连接到内部或浮置接地VF或相对于VF在恒定电压下偏置的接点，使得电容性电极与保护之间的电容器仍在恒定电压下被偏置，并且不影响测量结果。因此，测量电路具有被连接到内部接地VF或者相对于该内部接地VF在恒定电压下偏置的保护输出端，并且应将电容器与测量电路之间的导线的保护连接到测量电路的此输出端，参见图3。
【发明内容】
[0006]在本申请的独立权利要求中叙述了本发明的本质特征。在从属权利要求中提到了其它实施例的其它可选、有利特征。
【附图说明】
[0007]借助于以示例方式给出且由附图示出的实施例的描述，将更好地理解本发明，在所述附图中:
图1至3示意性地示出了在电容测量中使用的已知电路；
图4图示出被透明保护电极覆盖的LCD面板，在其上面放置了多个导电透明像素，以及电容测量设备的一部分；
图5示出了本发明的可能实施例的构建块；
图6和7图示出在不同调制循环内对电荷放大器的输出信号的变化求平均的示意形式的两个可能方式；
图8图示出用于对利用△ Σ调制器的电荷放大器的输出信号的变化求平均的第三电路；
图9图示出其中扰动电压正在扰动要检测的电容器Cin的电极上的电压的电路；
图10图示出当在离散时间对相关信号进行采样时的在图9中所示的电路中获得的调制电压、输出电压和样本；
图11示出了描述调制电压具有固定调制频率时以及调制电压具有在fmodl、fmod2、fmod3和fmod4之间变化的频率时的用于扰动信号的传递函数的曲线以及示出平均值的曲线；
图12a至12e示出了调制电压的调制频率可以如何改变的某些示例。
【具体实施方式】
[0008]在通常用于智能电话或平板电脑的显示器应用中，将电容性电极放置在IXD显示器的顶部上，并且要测量的电容在这些顶部电极与外部接地之间，通过接近于屏幕的手指。
[0009]只有相对于手指在上侧的电容是感兴趣的，然而，同时相对于LCD的电容和来自IXD的寄生信号对检测手指的接近没有用，并且事实上，IXD的活动容易通过寄生电容器在读出电路中注入不期望的电荷，其可以使接近检测器的输出错误。因此，在电容性电极与LCD显示器之间插入导电保护层。还应将此导电保护层连接到测量电路的保护输出端，或相对于保护输出保持在恒定电压，如针对触摸屏与测量电路之间的导线保护的情况一样。
[0010]在图4中举例说明此类布置，其中，LCD面板200被透明保护电极30覆盖，在透明保护电极30上面放置了连接到包括在读出电路120中的多个电容至数字转换器的多个导电透明像素25。每个CDC包括电荷放大器126。由于可以将保护电极视为等电位表面，所以其提供有效的静电屏蔽，并且可来自LCD 200的不想要的干扰被保护电位有效地筛选出且并未到达⑶C。
[0011]如上文所讨论的，读出电路包括可变电压源80，其产生连接到保护电位30和⑶C的电荷放大器126的非反相输入端的浮置参考电位85。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可变电压源可以生成方波信号，如图中所示，或还有连续可变波形，例如正弦波。方波激励在离散时间系统中可以是优选的，同时可以通过大量利用模拟处理的实现来促进连续激励。
[0012]在此配置中，⑶C级具有低阻抗虚拟接地输入，并且像素电极25本质上被保持在浮置参考电位的电位85。输出端Vout_l、Vout_2、……、Vout_N#的信号的振幅与电极25所见的朝向接地Cin_l、Cin_2、……、Cin_N的各电容成比例。重要的是，连接在保护电极30与像素25之间的跨寄生电容器212的电压是恒定的，因此这些寄生元件对读出并没有贡献。
[0013]如上文所解释的，保护电极30对减少由LCD屏幕产生的不期望信号被像素电极拾取是有用的，但是其并非本发明的本质特征，本发明的本质特征即使省略了保护电极30仍可以起作用，条件是将积分器126的非反相输入端连接到浮置参考电位85。这种简化配置将导致更薄的触敏面板，并且事实上在特定情况下可能是有利的。
[0014]还应注意的是尽管有保护电极30，但触敏电极25将从IXD 200或者从其它干扰源拾取与手指电容毫无关系的大量的非期望信号:首先，保护电极30本身具有有限电导率且不能严格地等电位；其次，由于保护电极30在尺寸方面是有限的，并且最后因为电极25的上侧根本未被屏蔽，也不能被屏蔽，并且容易从移动电话本身或者从附近的任何源接收干扰信号。
[0015]图中显示用于电荷放大器126的参考电位85由已调制电压源80确定，因为非反相输入端被直接地连接到其端子中的一个。然而，本发明不限于此结构。参考电位85可以间接地由电压源、由缓冲放大器、由被伺服或同步至电压源80的未表示电压源或者由任何其它适当手段来确定。
[0016]用于测量外部接地电容器的电路包括图5中所表示的多个构建块:
激励电压源80，用来生成浮置节点VF，或局部接地，相对于全局或外部接地而改变。
[0017]采集电路和测量电路用于测量跨要测量电容器的电荷变化，并且产生信号或者优选地表示此电容的数字代码。根据电容性输入像素的数目，此电路可包括多个独立电容至数字转换器130，每个称为浮置接地VF。转换器130可包括电荷放大器126 (具有被连接在输出端与负输入端之间的反馈电容器的放大器，并且其中正输入端被连接到浮置接地VF(或保护))和最终用于后处理的其它电路，诸如模数转换器128、滤波器、放大器、衰减器或输入复用器127。
[0018]源电压(V+、V_)的产生:因为转换器130被参考至浮置接地，优选地应该用被参考至浮置接地而不是外部接地的电压源对其有源元件进行供应。浮置供应单元175从被参考至外部接地的外部电压源vdd产生所需的供应。浮置源175可包括电感变压器、升压或降压种类的DC/DC转换器、开关电容器电路或任何其它电压转换方案。
[0019]控制和时钟信号182的产生:采集电路的许多功能需要与在外部接地和内部或浮置接地之间施加的调制信号同步。特别地，电荷的检测必须与调制信号