混合信號相關器利用電容測量應用中的相干檢測。在一些應用中，混合信號相關器用于測量觸摸屏顯示器的電容。其電容被測量的外部電容器保持為小值用于改進靈敏度并可用于具有用于測量的可變積分時段的多種應用。通過在小于電源電壓的范圍內調節輸出電壓并維持調節計數以稍后重建積分時段的實際輸出電壓，外部電容器被保持為小值并可用于多種應用。輸出是模擬積分器輸出和數字計數器輸出的加權和。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及用于將所測量電容轉換為電壓的模擬前端電路。更具體而言，本專利技術涉及具有用于從激勵信號中解調所測量的電容的混合信號相關器或混合信號積分器的模擬前端電路。
技術介紹
許多電設備結合了觸摸屏類型的顯示器。觸摸屏是檢測一般由手指、手、觸筆或其他指點設備在顯示區域中的觸摸的存在、位置和壓カ的顯示器。觸摸屏能使用戶直接與顯示器面板交互而不需要任何中間設備，而不是使用鼠標或觸摸板間接交互。觸摸屏可以實施于計算機中或作為訪問網絡的終端而實施。觸摸屏一般出現在銷售點(point-of-sale)系統、自動取款機(ATM)、移動電話、個人數字助理(PDA)、便攜式游戲控制臺、衛星導航設備以及信息電器中。有多種類型的觸摸屏技木。電阻式觸摸屏面板由包括由薄空間間隔的兩個薄金屬導電和阻電層的數個層組成。當某些物體觸摸觸摸屏面板時，在某點連接這些層。響應于物體接觸，面板電行為類似于具有連接的輸出的兩個分壓器。這引起電流變化，該電流變化被寄存為觸摸事件并被發送到控制器用于處理。用跨過傳感器傳導連續電流的材料涂覆、部分涂覆或布圖電容性觸摸屏面板。傳感器展示橫軸和縱軸二者上精確控制的存儲電子場以獲得電容。人體是導電的；因此，影響電容中存儲的電場。當傳感器的參考電容由諸如手指之類的另一電容場改變時，位于面板每個角落的電子電路測量參考電容中產生的失真。所測量的關于觸摸事件的信息被發送到控制器用于數學處理。電容傳感器可以使用裸露的手指或正由裸露的手持有的導電設備接觸。電容傳感器還基于鄰近性工作，并非必須直接觸摸以觸發。在大多數情況下，直接接觸導電金屬表面并不發生，導電傳感器被絕緣玻璃或塑料層與用戶身體相間隔。接近表面快速揮動手掌而不觸摸經常可觸發具有g在由手指觸摸的電容性按鈕的設備。圖I示出在電容性觸摸屏面板中使用的示例性常規電容性觸摸傳感器。這樣的傳感器典型地使用形成在層中的例如ITO(氧化銦錫)導體的透明導體來形成。在圖I的示例性配置中，底部導體形成驅動電極X0、XI、X2、X3,也稱為驅動線，而頂部導體形成感測電極Y0、Y1、Y2、Y3，也稱為感測線。驅動線和感測線的每個交叉點形成具有測量電容Cm的電容器。目標在于確定電容性觸摸傳感器上觸摸位置的估計。當手指或接地的其他物體位于或臨近傳感器的交叉點吋，該交叉點處的測量電容Cm有變化。測量電容Cm是交叉點處感測線和驅動線之間的電容。當觸摸事件發生在交叉點吋，感測線和驅動線之間的部分場線被轉移到感測線和手指之間。這樣測量電容Cm在觸摸事件期間降低。模擬前端(AFE)電路對模擬信號執行信號處理并典型地執行模數轉換。模擬前端電路可用于各種應用，包括測量電容和將電容轉換到對應電壓。圖2A和2B示出用于測量外部電容器的電容并將所測量電容轉換到對應電壓的常規模擬前端電路的簡化示意框圖。在示例性應用中，外部電容是圖I電容器Cm中存儲的電荷。圖2A示出電路處于第一相位，而圖2B示出電路處于第二相位。相位I期間，將被測量的電荷收集到電容器Cm上。相位2期間，電容器Cm上存儲的電荷被傳輸到電容器Cf，并輸出對應電壓Vout。參見圖2A，該電路包括電容器Cm、運算放大器2、開關4、反饋電容器Cf和開關6。在放大器2負輸入端處的電壓，并因此在電容器Cm的第一端子處的電壓，是虛擬地Vvg。相位I期間，開關4連接到參考電壓Vref，且開關6閉合。閉合開關6使得電容器Cf完全地放電到已知零狀態。跨過電容器Cm的電荷是Vvg-Vref乘電容Cm。相位2期間，開關4連接到地，且開關6斷開，正如圖2B所示。開關4接地時，跨過 電容器Cm的電壓是零，且電容器Cm上的所有電荷被傳輸到電容器Cf。輸出電壓Vout是具有依賴于電容器Cm上存儲和傳輸到電容器Cf的電荷的幅度的信號。例如在圖4中，輸出電壓Vout可輸入到模數轉換器(ADC)中，以被轉換到對應數字輸出值。因為電容器Cf在相位I期間完全放電，電容器Cf上存儲的電荷完全由從電容器Cm傳輸的電荷量決定。如果電容器Cf在相位I期間沒有完全放電到零狀態，則電容器Cf將保持其之前狀態的存儲。輸出電壓Vout = Vref*Cm/Cf+vn,其中Vref是已知內部參考值，vn是由系統測量的不期望的噪聲，而Cf是已知值。這樣電容Cm可由已知值Vref和Cf以及測量值Vout確定。電容Cm是變化的電容并表示將被測量的電容，諸如觸屏顯示器上測量的電容。隨著手指接觸觸屏顯示器，電容改變，其是正被測量的外部電容的改變。圖2A和2B的電路的問題涉及寬帶噪聲采樣。該電路并不包括任何噪聲濾波，因此從相位I到相位2過渡處引入到系統的任何噪聲被包括在將傳輸到電容器Cf的電荷內。該噪聲被表不為輸出電壓Vout中的分量“Vn”。所以不僅輸出電壓Vout是電容Cm的測量，而且噪聲的瞬時采樣也是電容Cm的測量。另外，ADC的動態范圍需要足夠大以計入輸出電壓Vout由于噪聲而增加的大小。較大動態范圍導致ADC具有較大區域并使用更多功率。圖3示出對于圖2A和圖2B的電路的示例性響應曲線。頂部曲線顯示了對應于相位I和相位2的采樣時鐘。當采樣時鐘為高時,例如IV，電路處于相位1(圖I)，而當采樣時鐘為低時，例如0V，電路處于相位2(圖2)。在示例性應用中，在采樣時鐘的上升沿采樣輸入。開關4和6從相位2改變到相位I的時刻采樣電壓Vout。如圖3的中間曲線所示，輸入信號上存在ー些噪聲，但其平均值基本上是恒定的。期望采樣值是恒定的，例如IV，但由于噪聲，實際采樣輸出根據采樣時間處出現的瞬時噪聲圍繞期望的恒定值變化。實際采樣輸出上的該變化的示例示于圖3的底部曲線中。如果瞬時噪聲為高吋，則實際采樣輸出高于期望的恒定值，例如采樣輸出曲線的大于IV的部分。如果瞬時噪聲為低時，則實際采樣輸出低于期望的恒定值，例如采樣輸出曲線的低于IV的部分。在應用中，増加用于確定電容改變(例如觸屏顯示器上的觸摸事件)的閾值電壓，以適應采樣輸出的變化。增加閾值電壓降低了系統的靈敏度。使用對于計入噪聲變化來說過低的閾值電壓將導致錯誤觸發。測量電容的各種替代系統包括考慮噪聲。圖4示出使用數字濾波的常規模擬前端電路的簡化示意框圖。圖4的電路包括連接到低噪聲放大器(LNA)輸出端的模數轉換器(ADC)。到ADC的電壓輸入被轉化為數字值，其由包括噪聲濾波的數字處理電路處理。ADC還是在單個時刻采樣的采樣系統。正如上面關于圖3所述，這導致類似的變化的采樣輸出值。圖5示出另ー常規模擬前端電路的簡化示意框圖。圖5的電路與圖4的電路相同，増加了帶通濾波器(BPF)以在輸入到ADC之前濾波信號。BPF試圖在電壓信號輸入到ADC之前濾波電壓信號(圖3的中間曲線)中出現的噪聲。對BPF輸出的濾波信號執行采樣。圖5的電路存在的問題在干不同應用遭受不同的噪聲譜。這樣，BPF不可能固定，相反BPF必須隨特定應用而可調。并且此外，BPF應該能精確調節以適應具有相對窄頻率響應的應用。例如，觸屏顯示器可具有大約50-400千赫茲之間的頻率響應。如果BP F具有太大的帶寬，例如50kHz，濾波器帶寬可能太寬而不能針對特定應用有效濾波噪聲。
技術實現思路
混合信號相關器利用電容測量應用中的相干檢測。在一些應用中，混合信號相關器用于測量外部電容，例如觸屏顯示器的電容。相關器本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種集成電路，包括：a.輸入控制開關，被配置為切換至耦合到輸入電壓信號的第一位置和耦合到地的第二位置；b.耦合到所述輸入控制開關的輸出端的積分器，其中所述積分器被配置為輸出積分輸出電壓；c.耦合到所述積分器的電壓調節電路，其中所述電壓調節電路被配置為通過電壓調節來調節所述積分輸出電壓；以及d.耦合到所述電壓調節電路和所述輸入控制開關的邏輯電路，其中所述邏輯電路被配置為控制所述電壓調節電路和所述輸入控制開關，此外其中：當所述輸入控制開關被設置于所述第一位置時，所述積分器積分所述輸入電壓信號，且如果所述積分輸出電壓達到一個或多個定義的限制，所述電壓調節電路通過所述電壓調節來調節所述積分輸出電壓，且當所述輸入控制開關被設置于所述第二位置時，所述積分器、所述電壓調節電路和所述邏輯電路被配置為執行測量所述調節值的值的校準處理。
【技術特征摘要】
...
【專利技術屬性】
技術研發人員：O·E·厄爾多甘，沈國忠，R·阿南撒拉曼，A·塔帕里阿，B·賈維德，S·T·穆哈默德，
申請(專利權)人：馬克西姆綜合產品公司，
類型：發明
國別省市：
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