專利名稱：使用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)的內(nèi)部電容器及電壓參考的電容式觸摸感測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電容式觸摸感測(cè)，且更明確地說(shuō)，涉及使用取樣電容器及電壓參考的電容式觸摸感測(cè)，所述取樣電容器為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的一部分(在其內(nèi)部)。
背景技術(shù)：
檢測(cè)電容改變用于例如電平檢測(cè)、接近度檢測(cè)、觸摸鍵等許多應(yīng)用。存在檢測(cè)電容改變的各種方式，舉例來(lái)說(shuō)，一種方式是通過(guò)使用振蕩器。所述振蕩器可為張弛振蕩器，其包括與其它頻率確定組件組合以產(chǎn)生頻率的傳感器電容器。假設(shè)用于所述振蕩器中的其它組件(例如，電感器、電阻器、電流源等)是穩(wěn)定的。所述張弛振蕩器還使用窗口比較器。通過(guò)傳感器電容器、窗口比較器的電流值及臨限電壓來(lái)確定振蕩頻率。當(dāng)傳感器電容器的電容改變值時(shí)，張弛振蕩器的頻率相應(yīng)地改變。在以此方式使用張弛振蕩器來(lái)檢測(cè)電容改變的情況下存在問(wèn)題。一個(gè)問(wèn)題為對(duì)頻率的測(cè)量需要某一種參考時(shí)基。為檢測(cè)小的電容改變(其為經(jīng)常出現(xiàn)的情形)，所述參考時(shí)基必須非常穩(wěn)定且可需要在參考時(shí)基測(cè)量電路中使用諧振器或晶體以便區(qū)分小的頻率改變。便宜的內(nèi)部電阻器-電容器振蕩器在此類型的電容改變檢測(cè)電路中不具有足夠穩(wěn)定性。在使用所述張弛振蕩器來(lái)檢測(cè)電容改變時(shí)的另一問(wèn)題為張弛振蕩器電路的不理想行為。比較器的窗口大小可隨溫度及操作電壓而改變。對(duì)于通過(guò)電阻器或電流源/電流吸收器設(shè)定的電流，同樣是真實(shí)的。張弛振蕩器還產(chǎn)生電噪聲?？赏ㄟ^(guò)使傳感器電容器及此電容器上的電壓振幅盡可能得小來(lái)減少此電噪聲。此外，由于張弛振蕩器的波形信號(hào)為三角形的或接近于三角形，因此其為多諧波的(基波頻率的倍數(shù))?；ㄅc諧波可存在電磁干擾(EMI)問(wèn)題。關(guān)于張弛振蕩器的又一問(wèn)題為其對(duì)外部噪聲的敏感度。張弛振蕩器通過(guò)設(shè)計(jì)而具有高阻抗電路，且可容易與外部信號(hào)進(jìn)行頻率同步。所述振蕩器可為電感器-電容器(LC)振蕩器，其中振蕩器頻率部分地取決于傳感器電容器的電容。LC振蕩器具有與張弛振蕩器類似的問(wèn)題，只是振蕩器頻率波形大致為正弦曲線，因此含有比張弛振蕩器較少且較低的電平諧波。然而，仍然需要穩(wěn)定的時(shí)基，且組件成本將因所需要的電感器及更復(fù)雜的振蕩器電路而增加。檢測(cè)電容改變的另一方式是通過(guò)使用電荷轉(zhuǎn)移技術(shù)。傳感器電容器經(jīng)充電而具有電壓，且接著將電壓電荷轉(zhuǎn)移到可為較大值電容器的積分器或如同連接作為積分器的運(yùn)算放大器的更尖端電路。在一定量的電荷轉(zhuǎn)移之后，確定積分器的積分電容器上的電壓，其給出傳感器電容器(未知電容)與積分電容器(已知且穩(wěn)定電容值)之間的比率的指示。此外，替代在一定量的電荷轉(zhuǎn)移之后確定電容器上的電壓，可使用電荷平衡技術(shù)來(lái)實(shí)施連續(xù)測(cè)量。檢測(cè)電容改變的又一方式是通過(guò)使用電流源來(lái)將傳感器電容器(未知電容)充電且測(cè)量用于達(dá)到某一電壓的時(shí)間或在某一時(shí)間周期之后測(cè)量所達(dá)到的電壓。為保持在針對(duì) “電壓下時(shí)間”測(cè)量的“可測(cè)量”次數(shù)下或針對(duì)“時(shí)間下電壓”測(cè)量的“可接受”次數(shù)下，充電電流變得非常低。電流源形成與針對(duì)張弛振蕩器所提及的組件穩(wěn)定性問(wèn)題相同的組件穩(wěn)定性問(wèn)題。這些電荷轉(zhuǎn)移技術(shù)全部需要使用外部電容器作為積分器。上文中所描述的振蕩器電路需要專用振蕩器電路及高穩(wěn)定性時(shí)基。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要一種用于在不需要昂貴的額外外部組件、高穩(wěn)定性時(shí)基及/或具有固有EMI問(wèn)題的振蕩器的情況下確定小的電容改變的方式。根據(jù)本發(fā)明的教示，此是通過(guò)以下方式達(dá)成將數(shù)字裝置中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的內(nèi)部取樣電容器充電到參考電壓；接著通過(guò)所述數(shù)字裝置內(nèi)部的低電阻開關(guān)來(lái)將所述內(nèi)部取樣電容器上的電壓電荷中的一些電壓電荷轉(zhuǎn)移到外部未知電容器，例如，觸摸傳感器電容器。在所述電荷轉(zhuǎn)移已穩(wěn)定之后， 測(cè)量所述內(nèi)部取樣電容器上剩余的電壓電荷。將已知參考電壓與在從所述內(nèi)部取樣電容器上的初始參考電壓電荷將所述外部電容器(未知電容值)充電之后在所述內(nèi)部取樣電容器上剩余的電壓之間的差用于確定所述外部電容器的電容值或其改變，且最終所述外部電容器的任何電容改變(例如)均指示電容式觸摸傳感器啟動(dòng)。或者，可將所述外部電容器充電到參考電壓，接著將所述外部電容器耦合到所述內(nèi)部取樣電容器(例如，其上不具有電荷或具有已知電荷)且測(cè)量所述內(nèi)部取樣電容器上的所得電壓電荷并將其用于確定所述外部電容器的電容值或其改變。當(dāng)對(duì)所述外部電容器進(jìn)行取樣時(shí)，源阻抗為低且外部噪聲拾取將為最小。此在不需要專用硬件的情況下增加噪聲抗擾度。當(dāng)來(lái)自集成電路裝置的輸入/輸出的任何切換脈沖持續(xù)時(shí)間短且可容易被過(guò)濾時(shí)，所述集成電路裝置的所產(chǎn)生噪聲也為低。如果用于將內(nèi)部或外部電容器充電的參考電壓是從與用于ADC轉(zhuǎn)換的電壓參考相同的源取得，那么可抵消誤差。溫度及電壓的穩(wěn)定性極好。如果外部電容器與內(nèi)部電容器具有大致相同的電容，那么內(nèi)部電容器上的剩余電壓電荷為用于在隨后將內(nèi)部電容器耦合到外部電容器(或相反)之前將內(nèi)部電容器充電的參考電壓的一半。因此，為使分辨率最大，用于將內(nèi)部或外部電容器充電的電壓為盡可能得大且用于ADC的參考電壓為盡可能得低是有利的。用于將電容器充電的電壓可為電源電壓，例如，Vcc或Vdd。ADC參考電壓可為Vcc或Vdd、從內(nèi)部分壓器取得的Vcc或Vdd的一部分、使用外部分壓器或脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路或者使用內(nèi)部絕對(duì)電壓參考(例如，帶隙參考)而產(chǎn)生的。還可使用過(guò)取樣來(lái)增加ADC的分辨率。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)例性實(shí)施例，提供一種用于借助集成電路裝置來(lái)確定外部電容器的電容的方法，所述方法包括以下步驟將集成電路裝置中的內(nèi)部電容器從電壓參考充電到第一電壓，其中所述內(nèi)部電容器具有已知電容；借助所述集成電路裝置中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來(lái)測(cè)量所述第一電壓；借助所述集成電路裝置中的第一開關(guān)來(lái)將外部電容器放電；借助所述集成電路裝置中的第二開關(guān)來(lái)將所述內(nèi)部電容器耦合到所述外部電容器以便將所述內(nèi)部電容器上的電荷中的一些電荷轉(zhuǎn)移到所述外部電容器；借助所述集成電路裝置中的所述ADC來(lái)測(cè)量所述內(nèi)部電容器上的第二電壓；及借助所述集成電路裝置中的數(shù)字處理器來(lái)根據(jù)所述內(nèi)部電容器的所述所測(cè)量的第一電壓、所述所測(cè)量的第二電壓及所述已知電容而計(jì)算所述外部電容器的電容。根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)例性實(shí)施例，提供一種用于借助集成電路裝置來(lái)確定外部電容器的電容的方法，所述方法包括以下步驟將集成電路裝置中的內(nèi)部電容器充電到參考電壓，其中所述內(nèi)部電容器具有已知電容；借助所述集成電路裝置中的第一開關(guān)來(lái)將外部電容器放電；借助所述集成電路裝置中的第二開關(guān)來(lái)將所述內(nèi)部電容器耦合到所述外部電容器以便將所述內(nèi)部電容器上的電荷中的一些電荷轉(zhuǎn)移到所述外部電容器；借助所述集成電路裝置中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來(lái)測(cè)量所述內(nèi)部電容器上的電壓；及借助所述集成電路裝置中的數(shù)字處理器來(lái)根據(jù)所述參考電壓、所述內(nèi)部電容器上的所述所測(cè)量電壓及所述內(nèi)部電容器的所述已知電容而計(jì)算所述外部電容器的電容。根據(jù)本發(fā)明的又一具體實(shí)例性實(shí)施例，提供一種用于借助集成電路裝置來(lái)確定外部電容器的電容的方法，所述方法包括以下步驟將外部電容器充電到參考電壓；將集成電路裝置中的內(nèi)部電容器放電，其中所述內(nèi)部電容器具有已知電容；借助所述集成電路裝置中的開關(guān)來(lái)將所述外部電容器耦合到所述內(nèi)部電容器以便將所述外部電容器上的電荷中的一些電荷轉(zhuǎn)移到所述內(nèi)部電容器；借助所述集成電路裝置中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來(lái)測(cè)量所述內(nèi)部電容器上的電壓；及借助所述集成電路裝置中的數(shù)字處理器來(lái)根據(jù)所述參考電壓、所述內(nèi)部電容器上的所述所測(cè)量的電壓及所述內(nèi)部電容器的所述已知電容而計(jì)算所述外部電容器的電容。根據(jù)本發(fā)明的又一具體實(shí)例性實(shí)施例，提供一種用于借助集成電路裝置來(lái)檢測(cè)外部電容器的電容改變的方法，所述方法包括以下步驟(a)將集成電路裝置中的內(nèi)部電容器充電到參考電壓；(b)借助所述集成電路裝置中的第一開關(guān)來(lái)將外部電容器放電；(c)借助所述集成電路裝置中的第二開關(guān)來(lái)將所述內(nèi)部電容器耦合到所述外部電容器以便將所述內(nèi)部電容器上的電荷中的一些電荷轉(zhuǎn)移到所述外部電容器；(d)借助所述集成電路裝置中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來(lái)測(cè)量所述內(nèi)部電容器上的電壓；(e)借助所述集成電路裝置中的數(shù)字處理器來(lái)比較所述內(nèi)部電容器上的所述所測(cè)量的電壓與先前所測(cè)量的電壓，其中如果所述所測(cè)量的電壓與所述先前所測(cè)量的電壓大致相同，那么重復(fù)步驟(a)到(e)且如果所述所測(cè)量的電壓不同于所述先前所測(cè)量的電壓，那么借助來(lái)自所述集成電路裝置的輸出來(lái)指示所述外部電容器的電容改變已發(fā)生；及(f)繼續(xù)重復(fù)步驟(a)到(e)。根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)例性實(shí)施例，提供一種用于借助集成電路裝置來(lái)檢測(cè)多個(gè)外部電容器的電容改變的方法，所述方法包括以下步驟(a)將集成電路裝置中的內(nèi)部電容器充電到參考電壓；(b)借助所述集成電路裝置中的第一開關(guān)來(lái)將多個(gè)外部電容器中的外部電容器(η)放電，其中η為從0到m的整數(shù)；(c)借助所述集成電路裝置中的第二開關(guān)來(lái)將所述內(nèi)部電容器耦合到所述外部電容器(η)以便將所述內(nèi)部電容器上的電荷中的一些電荷轉(zhuǎn)移到所述外部電容器(η) ； (d)借助所述集成電路裝置中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 來(lái)測(cè)量所述內(nèi)部電容器上的電壓(η) ； (e)借助所述集成電路裝置中的數(shù)字處理器來(lái)比較所述內(nèi)部電容器上的所述所測(cè)量的電壓(η)與先前所測(cè)量的電壓(η)，其中如果所述所測(cè)量的電壓(η)與所述先前所測(cè)量的電壓(η)大致相同，那么轉(zhuǎn)到步驟(f)，且如果所述所測(cè)量的電壓(η)不同于所述先前所測(cè)量的電壓，那么指示所述外部電容器(η)的電容改變已發(fā)生；(f)確定η是否等于m，其中如果η等于m，那么使η為零(0)，且如果η小于m，那么使η遞增一 (1)；及(g)重復(fù)步驟(a)到(f)。根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)例性實(shí)施例，提供一種用于檢測(cè)小鍵盤的電容式觸摸傳感器鍵的致動(dòng)的設(shè)備，所述設(shè)備包括小鍵盤矩陣，其包括多個(gè)電容式觸摸傳感器鍵；集成電路裝置，其包括多路復(fù)用器、電容式感測(cè)電路、電壓參考、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)及數(shù)字處理器；其中(a)通過(guò)所述電容式感測(cè)電路來(lái)將所述ADC的內(nèi)部電容器充電到參考電壓；(b)通過(guò)所述電容式感測(cè)電路來(lái)將多個(gè)電容式觸摸傳感器鍵的外部電容器(η)放電，其中η為從 0到m的整數(shù)；(c)通過(guò)所述電容式感測(cè)電路來(lái)將所述ADC的所述內(nèi)部電容器耦合到所述外部電容器(η)以便將所述內(nèi)部電容器上的電荷中的一些電荷轉(zhuǎn)移到所述外部電容器(η)； (d)所述ADC測(cè)量所述內(nèi)部電容器上的電壓(η) ； (e)所述數(shù)字處理器比較所述內(nèi)部電容器上的所述所測(cè)量的電壓(η)與先前所測(cè)量的電壓(η)；其中如果所述所測(cè)量的電壓(η)與所述先前所測(cè)量的電壓(η)大致相同，那么轉(zhuǎn)到(f)，且如果所述所測(cè)量的電壓(η)不同于所述先前所測(cè)量的電壓，那么做出所述多個(gè)電容式觸摸傳感器鍵的所述外部電容器(η)的電容改變已發(fā)生的指示；(f)如果η等于m，那么使η為零(0)，且如果η小于m，那么使η遞增一 (1)；及(g)重復(fù)(a)到(f)。


結(jié)合附圖參考以下描述可更全面地理解本發(fā)明的揭示內(nèi)容，附圖中圖1圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的教示的被充電的內(nèi)部電容器及外部電容器的示意圖；圖2圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)例性實(shí)施例的被充電的內(nèi)部電容器及外部電容器以及在確定外部電容器的電容時(shí)所測(cè)量的內(nèi)部電容器電壓的示意圖；圖3圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)例性實(shí)施例的被充電的內(nèi)部電容器及外部電容器以及在確定外部電容器的電容時(shí)所測(cè)量的內(nèi)部電容器電壓的示意圖；圖4圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的又一具體實(shí)例性實(shí)施例的電容式觸摸小鍵盤以及用于所述電容式觸摸小鍵盤的集成電路裝置接口及處理器的示意性框圖；圖5圖解說(shuō)明針對(duì)圖2中所示電路的操作的具體實(shí)例性實(shí)施例的示意性過(guò)程流程圖；圖6圖解說(shuō)明針對(duì)圖2中所示電路的操作的另一具體實(shí)例性實(shí)施例的示意性過(guò)程流程圖；圖7圖解說(shuō)明針對(duì)圖3中所示電路的操作的具體實(shí)例性實(shí)施例的示意性過(guò)程流程圖；且圖8圖解說(shuō)明針對(duì)圖4中所示電路的操作的具體實(shí)例性實(shí)施例的示意性過(guò)程流程圖。
雖然本發(fā)明易于做出各種修改及替代形式，但圖式中顯示并在本文中詳細(xì)描述其具體實(shí)例性實(shí)施例。然而，應(yīng)理解，本文對(duì)具體實(shí)例性實(shí)施例的描述并非打算將本發(fā)明限定于本文中所揭示的特定形式，而相反，本發(fā)明打算涵蓋如隨附權(quán)利要求書所界定的所有修改及等效形式。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考圖式，其示意性地圖解說(shuō)明具體實(shí)例性實(shí)施例的細(xì)節(jié)。圖式中，相同的元件將由相同的編號(hào)表示，且類似的元件將由帶有不同小寫字母后綴的相同編號(hào)表示。參考圖1，其繪示根據(jù)本發(fā)明的教示的被充電的內(nèi)部電容器及外部電容器的示意圖。Vref 102為電壓參考，其可為電源電壓Vdd、經(jīng)分壓Vdd、絕對(duì)電壓參考(例如，帶隙參考)、來(lái)自數(shù)字輸出的邏輯高電平、外部電壓參考等。Vref 102的絕對(duì)值是非本質(zhì)的，如下文中將闡釋。開關(guān)104將Vref 102耦合到已知值的內(nèi)部電容器108，且開關(guān)106將內(nèi)部電容器108耦合到未知值的外部電容器110。術(shù)語(yǔ)“內(nèi)部”電容器108是指數(shù)字裝置(例如， 分別在圖2、圖3及圖4中顯示的數(shù)字裝置200、300及400)內(nèi)的電容器且出于各種目的而與所述數(shù)字裝置的電路一起使用，例如，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的取樣電容器。在圖1中所示的示意圖(a)中，打開開關(guān)104及開關(guān)106兩者且電容器108或110 中的任一者上均不存在電壓電荷，Va = O伏。示意圖(b)中顯示，關(guān)閉開關(guān)104且Vref 102 耦合到電容器108。借此，通過(guò)來(lái)自Vref 102的電壓Vb將電容器108充電，其中電容器108 上的電荷為Q = CV，其中Q為以庫(kù)侖為單位的電荷，C為電容器108的以法拉為單位的電容且V為以伏為單位的電勢(shì)(Vb)。示意圖(c)中顯示，打開開關(guān)104且關(guān)閉開關(guān)106，借此將電容器108上的電荷Q 中的一些電荷轉(zhuǎn)移到電容器110。電荷Q保持相同但現(xiàn)在分布于兩個(gè)電容器108與110之間。電壓Vc現(xiàn)在較小，因?yàn)椴⑿须娙萜?08及110的經(jīng)組合電容較大?，F(xiàn)在可根據(jù)所測(cè)量的電壓Vb及Vc以及電容器108的已知電容值而容易地確定電容器110的電容值，如下Q = Cl*VbQ=(Cl+C2)*VcCl*Vb = (Cl+C2)*VcC2*Vc = Cl* (Vb-Vc)C2 = Cl* (Vb-Vc)/Vc可借助接收來(lái)自模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的經(jīng)數(shù)字化值Vb及Vc的數(shù)字處理器及使用電容器108的已知電容值來(lái)容易地執(zhí)行這些計(jì)算。此外，有利的是觀察何時(shí)僅存在電容器 110的電容值的改變。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)電容器110的電容值針對(duì)第一條件(例如，電容式觸摸傳感器不被啟動(dòng))為第一值且針對(duì)第二條件(例如，電容式觸摸傳感器被啟動(dòng))為第二值時(shí)，將存在電壓值Vc的改變。通過(guò)記起先前所測(cè)量的電壓值Vc且比較其與當(dāng)前所測(cè)量的電壓值Vc，電壓值Vc在某一差值上的任何改變(百分比改變)將指示一旦已建立并記住 (存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中)基礎(chǔ)電壓值Vc即已啟動(dòng)特定電容式觸摸傳感器。根據(jù)本發(fā)明的教示， 無(wú)論電容式觸摸傳感器在致動(dòng)為非本質(zhì)的時(shí)增加還是減小其電容值，只要根據(jù)先前所確定的不致動(dòng)條件檢測(cè)電壓值Vc的改變(減小或增加)即可。參考圖2，其繪示根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)例性實(shí)施例的被充電的內(nèi)部電容器及外部電容器以及在確定外部電容器的電容時(shí)所測(cè)量的內(nèi)部電容器電壓的示意圖。集成電路裝置 200包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)218、數(shù)字處理器220、取樣電容器208(其具有已知電容值)以及開關(guān)204、214及216。具有未知值的外部電容器110耦合到集成電路裝置200，如所示。 Vref為電壓參考(例如，圖1的Vref 102)，其可為電源電壓Vdd、經(jīng)分壓Vdd、絕對(duì)電壓參考(例如，帶隙參考)、來(lái)自數(shù)字輸出的邏輯高電平、外部電壓參考等。集成電路裝置200可為，舉例來(lái)說(shuō)但不限于，微控制器、微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、專用集成電路、可編程邏輯陣列等。在圖2中所示的示意圖(a)中，關(guān)閉開關(guān)216以移除可存在于外部電容器110上的任何電荷，開關(guān)204處于將Vref耦合到內(nèi)部電容器208，借此將其充電到電壓Vref的位置中，且打開開關(guān)214，從而將電容器208從ADC 218的輸入去耦合。在示意圖(b)中，打開開關(guān)216且關(guān)閉開關(guān)214以便ADC 218可將電壓Vref轉(zhuǎn)換成將發(fā)送到數(shù)字處理器220的數(shù)字值。此步驟為任選的，因?yàn)楫?dāng)僅檢測(cè)外部電容器110的電容改變時(shí)可不需要知曉電壓 Vref的絕對(duì)值。在示意圖(c)中，開關(guān)204處于將內(nèi)部電容器208耦合到外部電容器110，借此將電容器208上的電荷中的一些電荷轉(zhuǎn)移到外部電容器110的位置中。當(dāng)此發(fā)生時(shí)，電容器 208上剩余的電荷電壓減小。在示意圖(d)中，開關(guān)204處于將內(nèi)部電容器208從外部電容器110去耦合且將電容器208耦合回到ADC 218的輸入的位置中，其中采取新的電壓樣品并將其轉(zhuǎn)換成發(fā)送到數(shù)字處理器220的數(shù)字表示。接著，數(shù)字處理器220可根據(jù)內(nèi)部電容器208的已知電容值以及示意圖(b)及(d)中所取樣的兩個(gè)電壓而確定電容器110的電容值。如果僅需要確定電容器110的電容值的改變，那么不需要示意圖(b)的取樣步驟。所述僅需要為數(shù)字處理器記起示意圖(d)中所采取的先前電壓樣品并比較所述先前電壓樣品與示意圖(d)中所采取的當(dāng)前電壓樣品，且當(dāng)先前電壓樣品與當(dāng)前電壓樣品之間存在足夠差時(shí)，此指示已出現(xiàn)外部電容器110的電容改變。內(nèi)部電容器208及開關(guān)214可為集成電路裝置200中的ADC 218的一部分。本發(fā)明涵蓋可做出在電容器208及110、電壓參考Vref以及ADC 218之間進(jìn)行切換的許多不同配置，且熟悉數(shù)字電路并受益于本發(fā)明的技術(shù)人員將易于理解如何實(shí)施此類電路，且其屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。開關(guān)216可為數(shù)字輸出驅(qū)動(dòng)器且開關(guān)204可為內(nèi)部多路復(fù)用器，此兩者均在集成電路裝置200中。參考圖3，其繪示根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)例性實(shí)施例的被充電的內(nèi)部電容器及外部電容器以及在確定外部電容器的電容時(shí)所測(cè)量?jī)?nèi)部電容器的電壓的示意圖。集成電路裝置300包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 318、數(shù)字處理器320、取樣電容器208(其具有已知電容值)以及開關(guān)304、314及316。具有未知值的外部電容器110耦合到集成電路裝置300，如所示。Vref為電壓參考(例如，圖1的Vref 102)，其可為電源電壓Vdd、經(jīng)分壓Vdd、絕對(duì)電壓參考(例如，帶隙參考)、來(lái)自數(shù)字輸出的邏輯高電平、外部電壓參考等。集成電路裝置 300可為，舉例來(lái)說(shuō)但不限于，微控制器、微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、專用集成電路、可編程邏輯陣列等。在圖3中所示的示意圖(a)中，關(guān)閉開關(guān)316以移除可存在于內(nèi)部電容器308上的任何電荷，開關(guān)304處于將Vref耦合到外部電容器110，借此將其充電到電壓Vref的位置中，且打開開關(guān)314，從而將電容器308從ADC 318的輸入去耦合。在示意圖(b)中，打開開關(guān)316且關(guān)閉開關(guān)314以便ADC 318可將內(nèi)部電容器308上的任何電壓轉(zhuǎn)換成將發(fā)送到數(shù)字處理器320的數(shù)字值(通常，所述電壓因開關(guān)316使電容器308短路而將為零)。此步驟為任選的，因?yàn)楫?dāng)僅檢測(cè)外部電容器110的電容改變時(shí)可不需要知曉內(nèi)部電容器308上的電壓的絕對(duì)值或其缺乏。在示意圖(c)中，開關(guān)304處于將外部電容器110耦合到內(nèi)部電容器308，借此將外部電容器110上的電荷中的一些電荷轉(zhuǎn)移到內(nèi)部電容器308的位置中。當(dāng)此發(fā)生時(shí)，外部電容器110上剩余的電荷電壓減小。在示意圖(d)中，開關(guān)304處于將外部電容器110 從內(nèi)部電容器308去耦合且開關(guān)314將電容器308耦合回到ADC 218的輸入，其中采取電壓樣品且將其轉(zhuǎn)換成發(fā)送到數(shù)字處理器320的數(shù)字表示。接著，數(shù)字處理器320可根據(jù)內(nèi)部電容器308的已知電容值、已知Vref電壓值及示意圖(d)中所取樣的電壓而確定電容器 110的電容值。如果僅需要確定電容器110的電容值的改變，那么不需要示意圖(b)的取樣步驟。所述僅需要為數(shù)字處理器記起示意圖(d)中所采取的先前電壓樣品并比較所述先前電壓樣品與示意圖(d)中所采取的當(dāng)前電壓樣品，且當(dāng)先前電壓樣品與當(dāng)前電壓樣品之間存在足夠差時(shí)，此指示已出現(xiàn)外部電容器110的電容改變。內(nèi)部電容器308及開關(guān)314可為集成電路裝置300中的ADC 318的一部分。本發(fā)明涵蓋可做出在電容器308及110、電壓參考Vref以及ADC 318之間進(jìn)行切換的許多不同配置，且熟悉數(shù)字電路并受益于本發(fā)明的技術(shù)人員將易于理解如何實(shí)施此類電路，且其屬于本發(fā)明的范圍。開關(guān)316可為數(shù)字輸出驅(qū)動(dòng)器且開關(guān)304可為內(nèi)部多路復(fù)用器，此兩者均在集成電路裝置300中。參考圖4，其繪示根據(jù)本發(fā)明的又一具體實(shí)例性實(shí)施例的電容式觸摸小鍵盤及用于所述電容式觸摸小鍵盤的集成電路接口及處理器的示意性框圖。電容式觸摸小鍵盤430 包括多個(gè)電容式觸摸傳感器鍵110。所述多個(gè)電容式觸摸傳感器鍵110中的每一者將在被致動(dòng)(例如，被觸摸或被按壓)時(shí)改變電容值。所述多個(gè)電容式觸摸傳感器鍵110中的每一者通過(guò)總線432耦合到集成電路裝置400的多路復(fù)用器438。將電容式觸摸傳感器鍵110 多路復(fù)用到集成電路裝置400的其它形式涵蓋于本文中且將易于為熟悉集成電路設(shè)計(jì)并受益于本發(fā)明的技術(shù)人員所明了。集成電路裝置400可為，舉例來(lái)說(shuō)但不限于，微控制器、 微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、專用集成電路、可編程邏輯陣列等。集成電路裝置400包括電壓參考436，其可為電源電壓Vdd、經(jīng)分壓Vdd、絕對(duì)電壓參考(例如，帶隙參考)、來(lái)自數(shù)字輸出的邏輯高電平、外部電壓參考等；電容式感測(cè)電路 434，例如圖2或圖3中更全面地描述；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 418 ；多路復(fù)用器438 ；及數(shù)字處理器420，例如，微控制器、微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、專用集成電路、可編程邏輯陣列等。 多路復(fù)用器438、電容式感測(cè)電路434及ADC 418由數(shù)字處理器420控制。多路復(fù)用器438 通過(guò)選擇多個(gè)電容式觸摸傳感器鍵110中的每一者來(lái)掃掠小鍵盤430以用于確定其電容值或根據(jù)先前掃掠所測(cè)量的電壓改變。數(shù)字處理器420包含存儲(chǔ)器，其可用于存儲(chǔ)電容式觸摸傳感器鍵110中的每一者的來(lái)自先前測(cè)量的電容及/或電壓值，且接著使用這些所存儲(chǔ)的電容及/或電壓值中的每一者來(lái)確定何時(shí)出現(xiàn)其改變。電容/電壓值的任何改變指示相應(yīng)電容式觸摸傳感器鍵110被致動(dòng)。參考圖5，其繪示針對(duì)圖2中所示電路的操作的具體實(shí)例性實(shí)施例的示意性過(guò)程流程圖。在步驟550中，將內(nèi)部電容器208充電到第一電壓(例如，Vref)。在步驟552中，測(cè)量?jī)?nèi)部電容器208上的第一電壓電荷。在步驟M4中，將外部電容器110放電。在步驟556 中，將內(nèi)部電容器208與外部電容器110耦合在一起以用于在其間轉(zhuǎn)移電荷。在步驟558 中，測(cè)量?jī)?nèi)部電容器208上的第二電壓電荷。在步驟560中，根據(jù)公式C2 = Cl^(Vb-Ve)/ Vc，根據(jù)內(nèi)部電容器208的電容、所測(cè)量的第一電壓及所測(cè)量的第二電壓的已知值而計(jì)算外部電容器110的電容，其中C2為外部電容器110的電容，Cl為內(nèi)部電容器208的電容， Vb為所測(cè)量的第一電壓，且Vc為所測(cè)量的第二電壓。參考圖6，其繪示針對(duì)圖2中所示電路的操作的另一具體實(shí)例性實(shí)施例的示意性過(guò)程流程圖。在步驟650中，將內(nèi)部電容器208充電到參考電壓。在步驟肪4中，將外部電容器110放電。在步驟656中，將內(nèi)部電容器208與外部電容器110耦合在一起以用于在其間轉(zhuǎn)移電荷。接著在步驟658中，測(cè)量?jī)?nèi)部電容器208上的電壓電荷。在步驟660中，根據(jù)公式C2 = Cl*(Vb-Vc)/Vc，根據(jù)內(nèi)部電容器208的電容、參考電壓及來(lái)自步驟658的所測(cè)量的電壓的已知值而計(jì)算外部電容器110的電容，其中C2為外部電容器110的電容，Cl 為內(nèi)部電容器208的電容，Vb為參考電壓，且Vc為在將內(nèi)部電容器208與外部電容器110 耦合在一起之后的內(nèi)部電容器208的所測(cè)量的電壓。參考圖7，其繪示針對(duì)圖3中所示電路的操作的另一具體實(shí)例性實(shí)施例的示意性過(guò)程流程圖。在步驟750中，將外部電容器110充電到參考電壓。在步驟754中，將內(nèi)部電容器308放電。在步驟756中，將內(nèi)部電容器308與外部電容器110耦合在一起以用于在其間轉(zhuǎn)移電荷。在步驟758中，測(cè)量?jī)?nèi)部電容器308上的電壓電荷。在步驟760中，根據(jù)公式C2 = Cl*(Vb-Vc)/Vc，根據(jù)內(nèi)部電容器308的已知電容值、參考電壓及來(lái)自步驟758的所測(cè)量的電壓而計(jì)算外部電容器110的電容，其中C2為外部電容器110的電容、Cl為內(nèi)部電容器308的電容、Vb為參考電壓且Vc為在將內(nèi)部電容器308與外部電容器110耦合在一起之后的內(nèi)部電容器308的所測(cè)量的電壓。參考圖8，其繪示針對(duì)圖4中所示電路的操作的具體實(shí)例性實(shí)施例的示意性過(guò)程流程圖。在步驟850中，將內(nèi)部電容器充電到參考電壓。在步驟854中，將外部電容器(η) (例如，電容式觸摸傳感器鍵IlOn (圖4)，其中η為從0到m的整數(shù)值)放電。在步驟856 中，將內(nèi)部電容器與外部電容器(η)耦合在一起。在步驟858中，測(cè)量?jī)?nèi)部電容器上的電壓 (η)。步驟860確定所測(cè)量的電壓(η)是否大致等于先前所測(cè)量的所存儲(chǔ)的電壓(η)。如果所測(cè)量的電壓(η)與所存儲(chǔ)的電壓(η)不同，那么外部電容器(η)已改變值，例如，電容式觸摸傳感器鍵110η(圖4)被致動(dòng)，且在步驟870中產(chǎn)生其一通知。如果所測(cè)量的電壓(η) 與所存儲(chǔ)的電壓(η)大致相同，那么外部電容器(η)不改變值，例如，電容式觸摸傳感器鍵 IlOn不被致動(dòng)。步驟864確定是否已掃掠(讀取等)外部電容器(η) (η = 0到m)中的所有外部電容器，且如果η = m，那么步驟868復(fù)位η = 0，否則即在步驟866中使η遞增一 (1)。前面提到的操作及電壓測(cè)量的序列可連續(xù)地重復(fù)以便將存在對(duì)任一經(jīng)致動(dòng)鍵(n) 110 的檢測(cè)。雖然已參考本發(fā)明的實(shí)例性實(shí)施例而繪示、描述及界定了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例， 但此參考并不意味著限定本發(fā)明，且不應(yīng)推斷出存在此限定。所揭示的標(biāo)的物可在形式及功能上具有大量修改、變更及等效形式，熟悉所屬領(lǐng)域并受益于本發(fā)明的技術(shù)人員將會(huì)聯(lián)想到這些修改、變更及等效形式。本發(fā)明的所繪示及所描述的實(shí)施例僅作為實(shí)例，而并非是對(duì)本發(fā)明的范圍的窮舉。
權(quán)利要求
1.一種用于借助集成電路裝置來(lái)確定外部電容器的電容的方法，所述方法包括以下步驟將集成電路裝置中的內(nèi)部電容器從電壓參考充電到第一電壓，其中所述內(nèi)部電容器具有已知電容；借助所述集成電路裝置中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來(lái)測(cè)量所述第一電壓； 借助所述集成電路裝置中的第一開關(guān)來(lái)將外部電容器放電；借助所述集成電路裝置中的第二開關(guān)來(lái)將所述內(nèi)部電容器耦合到所述外部電容器以便將所述內(nèi)部電容器上的電荷中的一些電荷轉(zhuǎn)移到所述外部電容器；借助所述集成電路裝置中的所述ADC來(lái)測(cè)量所述內(nèi)部電容器上的第二電壓；及借助所述集成電路裝置中的數(shù)字處理器來(lái)根據(jù)所述內(nèi)部電容器的所述所測(cè)量的第一電壓、所述所測(cè)量的第二電壓及所述已知電容而計(jì)算所述外部電容器的電容。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述外部電容器的所述電容等于所述第一電壓與所述第二電壓之間的差除以所述第二電壓并乘以所述內(nèi)部電容器的所述電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述內(nèi)部電容器為所述集成電路裝置中的所述 ADC的取樣電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述集成電路裝置為微控制器。
5.一種用于借助集成電路裝置來(lái)確定外部電容器的電容的方法，所述方法包括以下步驟將集成電路裝置中的內(nèi)部電容器充電到參考電壓，其中所述內(nèi)部電容器具有已知電容；借助所述集成電路裝置中的第一開關(guān)來(lái)將外部電容器放電；借助所述集成電路裝置中的第二開關(guān)來(lái)將所述內(nèi)部電容器耦合到所述外部電容器以便將所述內(nèi)部電容器上的所述電荷中的一些電荷轉(zhuǎn)移到所述外部電容器；借助所述集成電路裝置中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來(lái)測(cè)量所述內(nèi)部電容器上的電壓；及借助所述集成電路裝置中的數(shù)字處理器來(lái)根據(jù)所述參考電壓、所述內(nèi)部電容器上的所述所測(cè)量的電壓及所述內(nèi)部電容器的所述已知電容而計(jì)算所述外部電容器的電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述外部電容器的所述電容等于所述參考電壓與所述所測(cè)量的電壓之間的差除以所述所測(cè)量的電壓并乘以所述內(nèi)部電容器的所述電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述內(nèi)部電容器為所述集成電路裝置中的所述 ADC的取樣電容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中從由電源電壓、經(jīng)分壓電源電壓、外部電壓參考及帶隙電壓參考組成的群組選擇所述參考電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述集成電路裝置為微控制器。
10.一種用于借助集成電路裝置來(lái)確定外部電容器的電容的方法，所述方法包括以下步驟將外部電容器充電到參考電壓；將集成電路裝置中的內(nèi)部電容器放電，其中所述內(nèi)部電容器具有已知電容； 借助所述集成電路裝置中的開關(guān)來(lái)將所述外部電容器耦合到所述內(nèi)部電容器以便將所述外部電容器上的電荷中的一些電荷轉(zhuǎn)移到所述內(nèi)部電容器；借助所述集成電路裝置中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來(lái)測(cè)量所述內(nèi)部電容器上的電壓；及借助所述集成電路裝置中的數(shù)字處理器來(lái)根據(jù)所述參考電壓、所述內(nèi)部電容器上的所述所測(cè)量的電壓及所述內(nèi)部電容器的所述已知電容而計(jì)算所述外部電容器的電容。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述外部電容器的所述電容等于所述參考電壓與所述所測(cè)量的電壓之間的差除以所述所測(cè)量的電壓并乘以所述內(nèi)部電容器的所述電容。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述內(nèi)部電容器為所述集成電路裝置中的所述 ADC的取樣電容器。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中從由電源電壓、經(jīng)分壓電源電壓、外部電壓參考及帶隙電壓參考組成的群組選擇所述參考電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述集成電路裝置為微控制器。
15.一種用于借助集成電路裝置來(lái)檢測(cè)外部電容器的電容改變的方法，所述方法包括以下步驟(a)將集成電路裝置中的內(nèi)部電容器充電到參考電壓；(b)借助所述集成電路裝置中的第一開關(guān)來(lái)將外部電容器放電；(c)借助所述集成電路裝置中的第二開關(guān)來(lái)將所述內(nèi)部電容器耦合到所述外部電容器以便將所述內(nèi)部電容器上的所述電荷中的一些電荷轉(zhuǎn)移到所述外部電容器；(d)借助所述集成電路裝置中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來(lái)測(cè)量所述內(nèi)部電容器上的電壓；(e)借助所述集成電路裝置中的數(shù)字處理器來(lái)比較所述內(nèi)部電容器上的所述所測(cè)量的電壓與先前所測(cè)量的電壓，其中如果所述所測(cè)量的電壓與所述先前所測(cè)量的電壓大致相同，那么重復(fù)步驟(a)到(e)，且如果所述所測(cè)量的電壓不同于所述先前所測(cè)量的電壓，那么借助來(lái)自所述集成電路裝置的輸出來(lái)指示所述外部電容器的電容改變已發(fā)生；及(f)繼續(xù)重復(fù)步驟(a)到(e)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中將所述先前所測(cè)量的電壓存儲(chǔ)于所述集成電路裝置中的存儲(chǔ)器中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進(jìn)一步包括借助所述數(shù)字處理器來(lái)控制所述存儲(chǔ)器及ADC的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述集成電路裝置為微控制器。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中從由電源電壓、經(jīng)分壓電源電壓、外部電壓參考及帶隙電壓參考組成的群組選擇所述參考電壓。
20.一種用于借助集成電路裝置來(lái)檢測(cè)多個(gè)外部電容器的電容改變的方法，所述方法包括以下步驟(a)將集成電路裝置中的內(nèi)部電容器充電到參考電壓；(b)借助所述集成電路裝置中的第一開關(guān)來(lái)將多個(gè)外部電容器中的外部電容器(η)放電，其中η為從0到m的整數(shù)；(c)借助所述集成電路裝置中的第二開關(guān)來(lái)將所述內(nèi)部電容器耦合到所述外部電容器 (η)以便將所述內(nèi)部電容器上的電荷中的一些電荷轉(zhuǎn)移到所述外部電容器(η)；(d)借助所述集成電路裝置中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來(lái)測(cè)量所述內(nèi)部電容器上的電壓(η)；(e)借助所述集成電路裝置中的數(shù)字處理器來(lái)比較所述內(nèi)部電容器上的所述所測(cè)量的電壓(η)與先前所測(cè)量的電壓(η)，其中如果所述所測(cè)量的電壓(η)與所述先前所測(cè)量的電壓(η)大致相同，那么轉(zhuǎn)到步驟 (f)，且如果所述所測(cè)量的電壓(η)不同于所述先前所測(cè)量的電壓，那么指示所述外部電容器 (η)的電容改變已發(fā)生；(f)確定η是否等于m，其中如果η等于m，那么使η為零(0)，且如果η小于m，那么使η遞增一(1)；及(g)重復(fù)步驟(a)到(f)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中將所述先前所測(cè)量的電壓(η)存儲(chǔ)于所述集成電路裝置中的存儲(chǔ)器中。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進(jìn)一步包括借助所述數(shù)字處理器來(lái)控制所述存儲(chǔ)器及ADC的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述集成電路裝置為微控制器。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述多個(gè)外部電容器包括電容式傳感器觸摸面板。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中從由電源電壓、經(jīng)分壓電源電壓、外部電壓參考及帶隙電壓參考組成的群組選擇所述參考電壓。
26.一種用于檢測(cè)小鍵盤的電容式觸摸傳感器鍵的致動(dòng)的設(shè)備，其包括小鍵盤矩陣，其包括多個(gè)電容式觸摸傳感器鍵；集成電路裝置，其包括多路復(fù)用器、電容式感測(cè)電路、電壓參考、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)及數(shù)字處理器；其中(a)通過(guò)所述電容式感測(cè)電路來(lái)將所述ADC的內(nèi)部電容器充電到參考電壓；(b)通過(guò)所述電容式感測(cè)電路來(lái)將多個(gè)電容式觸摸傳感器鍵的外部電容器(η)放電， 其中η為從0到m的整數(shù)；(c)通過(guò)所述電容式感測(cè)電路來(lái)將所述ADC的所述內(nèi)部電容器耦合到所述外部電容器 (η)以便將所述內(nèi)部電容器上的電荷中的一些電荷轉(zhuǎn)移到所述外部電容器(η)；(d)所述ADC測(cè)量所述內(nèi)部電容器上的電壓(η)；(e)所述數(shù)字處理器比較所述內(nèi)部電容器上的所述所測(cè)量的電壓(η)與先前所測(cè)量的電壓(η)；其中如果所述所測(cè)量的電壓(η)與所述先前所測(cè)量的電壓(η)大致相同，那么轉(zhuǎn)到(f)，且如果所述所測(cè)量的電壓(η)不同于所述先前所測(cè)量的電壓，那么做出所述多個(gè)電容式觸摸傳感器鍵的所述外部電容器(η)的電容改變已發(fā)生的指示；(f)如果η等于m，那么使η為零(0)，且如果η小于m，那么使η遞增一(1)；及(g)重復(fù)(a)到(f)。
全文摘要
將數(shù)字裝置中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的內(nèi)部取樣電容器充電到參考電壓，接著通過(guò)所述數(shù)字裝置內(nèi)部的低電阻開關(guān)將所述內(nèi)部取樣電容器上的電壓電荷中的一些電壓電荷轉(zhuǎn)移到外部未知電容器。在所述電荷轉(zhuǎn)移已穩(wěn)定之后，測(cè)量所述內(nèi)部取樣電容器上剩余的電壓電荷。使用已知參考電壓與所述內(nèi)部取樣電容器上剩余的電壓之間的差來(lái)確定所述外部電容器的電容值。或者，可將所述外部電容器充電到參考電壓，接著將所述外部電容器耦合到所述內(nèi)部取樣電容器(例如，其上不具有電荷或具有已知電荷)且測(cè)量所述內(nèi)部取樣電容器上的所得電壓電荷并將其用于確定所述外部電容器的所述電容值。
文檔編號(hào)H03K17/955GK102282766SQ201080004629
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者迪特爾·彼得 申請(qǐng)人:密克羅奇普技術(shù)公司