專利名稱：用于通過使用多個(gè)時(shí)分頻率來檢測(cè)電容的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測(cè)電容的方法和設(shè)備，并且更具體地涉及一種用于通 過使用多個(gè)時(shí)分頻率來檢測(cè)電容的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
當(dāng)物體(例如，人的手指)靠近或者接觸電容檢測(cè)板時(shí)，用于檢測(cè)電容 的設(shè)備會(huì)檢測(cè)所述電容檢測(cè)板與所述物體之間的電容變化，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果 生成開關(guān)信號(hào)。所述電容變化通過振蕩頻率而被檢測(cè)。也就是說，當(dāng)物體靠 近電容檢測(cè)板時(shí)，物體與電容檢測(cè)板之間的電容會(huì)發(fā)生變化，并且振蕩器的 振蕩頻率會(huì)根據(jù)檢測(cè)板的電容而變化。通過頻率計(jì)數(shù)器來對(duì)所述振蕩頻率進(jìn) 行計(jì)數(shù)，并將該振蕩頻率與預(yù)定參考計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較，從而根據(jù)所述對(duì)象的 接觸或者靠近生成開關(guān)信號(hào)。
然而，除了由靠近檢測(cè)板的對(duì)象所導(dǎo)致的電容變化，所述振蕩器的振蕩 頻率的變化速度會(huì)根據(jù)不期望施加的外部無線噪聲而變化。另外，即使當(dāng)外 部電噪聲被突然施加到連接到振蕩器的電源線時(shí)，該振蕩器的振蕩頻率也會(huì) 變化。
圖1至4為顯示傳統(tǒng)的單三角波振蕩器的視圖。
圖1示出了用于生成參考電流Is的電路，該電流Is由電阻R決定。
圖2示出了用于確定充電/放電電流方向的電路。當(dāng)充入電容器Cx中的 電壓大于Vref+時(shí)，不斷地進(jìn)行放電，直到所述電壓達(dá)到Vref-;當(dāng)所述電壓 達(dá)到Vref-時(shí)，進(jìn)行充電。重復(fù)進(jìn)行充電和放電，從而產(chǎn)生振蕩。電容器Cx 表示形成于電容檢測(cè)板中的電容。
圖3示出了圖2的電容器Cx的充電/放電電壓波形以及經(jīng)過電壓比較器
3U1A、 U2A和觸發(fā)器FF的充電/放電信號(hào)。所述充電/放電電壓波形為三角 形，而所述充電/放電信號(hào)為矩形。振蕩頻率根據(jù)參考電流Is、充電和放電的 參考電壓Vref+和Vref-、充電/放電開關(guān)FF的延時(shí)、以及檢測(cè)板的電容器Cx 的值而變化。
圖4為顯示振蕩器的輸出端的電路圖。當(dāng)輸入?yún)⒖茧娏鱅s和充電信號(hào)(高 電壓)時(shí)，晶體管M9被打開，以使得參考電流Is輸出到電流輸出端口。當(dāng) 輸入放電信號(hào)(低電壓)時(shí)，晶體管M9被斷開且晶體管M11被接通，以使 得參考電流Is通過電流輸出端口而被釋放到地。
振蕩器的振蕩頻率大約被定義為Is/ (2*Vth*Cx)。在此，Vth為(Vref+ -Vref-)/2。因此，振蕩器通常被設(shè)計(jì)為振蕩頻率根據(jù)電容器Cx的值而變化。 然而，當(dāng)電容檢測(cè)板被強(qiáng)外部噪聲影響時(shí)，振蕩頻率會(huì)由于該外部噪聲而與 外部噪聲的頻率相一致。
圖5示出了一種模式，其中外部噪聲被施加到電容檢測(cè)板的電容器Cx。 所述外部噪聲由虛擬寄生電容器Cp和噪聲強(qiáng)度VI所確定。
圖6為顯示一種現(xiàn)象的圖示，該現(xiàn)象為當(dāng)振蕩器的振蕩頻率為33MHz 且在1 MHz到63 MHz范圍內(nèi)以正弦形式變化的外部噪聲通過電容器Cp被 施加時(shí)，振蕩器的振蕩頻率被外部噪聲Cp和VI所扭曲。
如圖6所示，當(dāng)外部噪聲的頻率遠(yuǎn)離33MHz時(shí)，振蕩頻率的扭曲會(huì)明 顯減小，而當(dāng)外部噪聲的頻率接近33MHz時(shí)，振蕩頻率的扭曲會(huì)增大。當(dāng) 外部噪聲的頻率非常接近33 MHz時(shí)，振蕩頻率會(huì)與外部噪聲部分相一致， 之后扭曲會(huì)逐步減小。
如上所述，在傳統(tǒng)的單三角波振蕩器中，由于振蕩頻率會(huì)隨著外部噪聲 而顯著變化，從而不能精確地獲得與電容Cx的變化相一致的振蕩頻率，并 且在檢測(cè)電容時(shí)會(huì)發(fā)生誤差。

發(fā)明內(nèi)容
因此，考慮到上述問題而做出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種 用于檢測(cè)電容的方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備能夠使檢測(cè)電容時(shí)產(chǎn)生的誤差最 小化，這通過以下方式來實(shí)現(xiàn)，即通過最小化由外部噪聲造成的振蕩頻率偏 差，以使得振蕩頻率的變化僅被電容檢測(cè)板的電容器部分的變化所影響。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，通過提供一種用于檢測(cè)電容的方法來達(dá)到上述和 其他目標(biāo)，所述方法包括允許振蕩器根據(jù)電容檢測(cè)板所檢測(cè)的電容來輸出 多個(gè)時(shí)分振蕩頻率；在預(yù)定時(shí)間期間，對(duì)所述多個(gè)時(shí)分振蕩頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)； 以及，抵消由于噪聲而造成的振蕩頻率的增大和減小，以使得計(jì)數(shù)值在所述 預(yù)定時(shí)間周期期間變得一致。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于檢測(cè)電容的設(shè)備，該設(shè)備包括 電容檢測(cè)板，用于檢測(cè)電容變化；振蕩器，用于根據(jù)所述電容檢測(cè)板的電容 來振蕩出多個(gè)時(shí)分振蕩頻率；頻率計(jì)數(shù)器，用于在預(yù)定時(shí)間周期期間對(duì)所述 振蕩器的多個(gè)時(shí)分振蕩頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)；以及補(bǔ)償單元，用于計(jì)算頻率變化， 并在該頻率變化大于預(yù)定檢測(cè)級(jí)別時(shí)輸出檢測(cè)信號(hào)，所述頻率變化為所述頻 率計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值與預(yù)定參考計(jì)數(shù)值之差。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，即使施加了外部噪聲，因外部噪聲而造成的振 蕩頻率的扭曲會(huì)被最小化，并且振蕩頻率僅隨電容檢測(cè)板的電容而變化。因 此，可以在檢測(cè)電容時(shí)防止因噪聲而造成的誤差。


通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他目標(biāo)、特征以及其 他優(yōu)點(diǎn)將被更加清楚地理解，在附圖中
圖1至圖4為示出了傳統(tǒng)的單三角波振蕩器的視圖5為示出了一種模式的視圖，在該模式中，外部噪聲Cp和VI被施加到電容檢測(cè)板的電容器Cx;
圖6為示出了一種現(xiàn)象的圖示，該現(xiàn)象為振蕩器的振蕩頻率被外部噪聲 Cp和VI所扭曲；
圖7為示出了根據(jù)本發(fā)明的用于檢測(cè)電容的方法的圖示；
圖8示出了表明噪聲對(duì)振蕩頻率的影響的示波波形；
圖9為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于檢測(cè)電容的設(shè)備的視圖10和圖14為示出了內(nèi)部電路的實(shí)施例的視圖，該內(nèi)部電路用于允許 圖9所示的時(shí)分多頻率振蕩器20輸出多個(gè)時(shí)分頻率；
圖11為示出了內(nèi)部電路的另一實(shí)施例的視圖，該內(nèi)部電路用于允許圖9 中示出的時(shí)分多頻率振蕩器20輸出多個(gè)時(shí)分頻率；
圖12的(a)為開關(guān)晶體管MxS的時(shí)序圖，所述開關(guān)晶體管MxS被圖 10和11所示的時(shí)分開關(guān)的打開/關(guān)閉信號(hào)生成器21和22所控制；
圖12的(b)為示出了與圖12的(a)所示的工作狀態(tài)相一致的參考電 流Is的變化的圖示；以及
圖13為顯示輸出電流的波形的視圖，所述輸出電流在圖9所示的時(shí)分 多頻率振蕩器20中生成且被施加到電容檢測(cè)板10。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖更加充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施 方式。應(yīng)當(dāng)理解的是，以下實(shí)施方式僅出于示例目的而被公開。本發(fā)明可以 被實(shí)施為各種不同的形式，而不應(yīng)當(dāng)被理解為僅限于此處提到的實(shí)施方式。
圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的用于當(dāng)多個(gè)時(shí)分三角波在1 MHz到63 MHz 的范圍內(nèi)振蕩且施加33MHz的外部噪聲時(shí)檢測(cè)電容的方法的圖示。
如圖7所示，微略低于33 MHz的振蕩頻率會(huì)由于噪聲部分的頻率而增 大，而微略高于33MHz的振蕩頻率會(huì)由于噪聲部分的頻率而減小。因此，
6頻率計(jì)數(shù)值會(huì)增大；而在微略高于33 MHz 的頻率中，頻率計(jì)數(shù)值會(huì)減小。因此，在整個(gè)范圍內(nèi)，頻率計(jì)數(shù)值不會(huì)改變。 圖8示出了表明噪聲對(duì)振蕩頻率的影響的示波波形。具體而言，當(dāng)存在 兩個(gè)時(shí)分振蕩頻率fl (1.40 MHz)和G (1.96 MHz)時(shí)，圖8的(a)顯示 了沒有施加噪聲時(shí)的情況，而圖8的(b)顯示了施加1.65 MHz的噪聲的情 況。
可以看出，在20^is的周期期間，頻率計(jì)數(shù)值，即充電/放電信號(hào)(該充 電/放電信號(hào)為矩形波)的脈沖個(gè)數(shù)，在圖8的(a)中為32.4，在圖8的(b) 中為32.3。這是因?yàn)樵谖⒙缘陀?.65 MHz (即為噪聲的頻率)的振蕩頻率 中，頻率計(jì)數(shù)值會(huì)增大；而在微略高于1.65 MHz的振蕩頻率中，頻率計(jì)數(shù) 值會(huì)減小，因此，在整個(gè)范圍內(nèi)，頻率計(jì)數(shù)值沒有改變。
因此，當(dāng)振蕩器根據(jù)電容檢測(cè)板所檢測(cè)的電容輸出多個(gè)時(shí)分頻率且在預(yù) 定時(shí)間周期期間對(duì)該多個(gè)時(shí)分頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，由噪聲所造成的振蕩頻率的 增大和減小會(huì)被抵消，而且整個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間的計(jì)數(shù)值會(huì)變得一致。
當(dāng)噪聲頻率并非位于振蕩頻率的中間部分時(shí)，由噪聲干擾所造成的影響 不能被完全抵消。因此，優(yōu)選為在時(shí)域上細(xì)微地劃分所述振蕩頻率且頻率計(jì) 數(shù)時(shí)間很長。更優(yōu)選地為振蕩頻率具有包括外部噪聲帶的寬帶。
振蕩頻帶不能總是使噪聲頻率位于其中間部分。在使用傳統(tǒng)的單個(gè)頻率 的情況下，當(dāng)所述單個(gè)頻率接近噪聲頻率時(shí)，該單個(gè)頻率會(huì)與噪聲頻率相一 致。因此，會(huì)由于單個(gè)頻率中的變化而產(chǎn)生誤差。然而，根據(jù)本發(fā)明，即使 噪聲頻率位于振蕩頻帶之外，僅接近所述噪聲頻率的振蕩頻率會(huì)被噪聲頻率 所影響，因此，相比于單個(gè)頻率的情況，振蕩頻率的誤差小到可以忽略。
圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于檢測(cè)電容的設(shè)備的視圖。當(dāng)物體 接近電容檢測(cè)板10時(shí)，物體與檢測(cè)板10之間的電容器Cx的值會(huì)變化。振 蕩器20根據(jù)電容器的值輸出多個(gè)時(shí)分振蕩頻率fol、 fo2、 fo3、 ...、 fo (n-l)
7和fon。在此，n為2或者更大。
頻率生成周期T期間，頻率計(jì)數(shù)器30對(duì)從振蕩器20輸出的多個(gè)時(shí)分振 蕩頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)。雖然在頻率生成周期T期間，外部噪聲會(huì)干擾振蕩頻率， 但基于參考圖7和8所描述的原因，頻率計(jì)數(shù)值S不會(huì)改變。
可以通過控制圖1所示的晶體管M2或者電阻R以及在時(shí)域劃分上增大
或者減小參考電流Is來獲得所述多個(gè)時(shí)分頻率fol、 fo2、 fo3.....fo (n-l)
和fon?？蛇x擇地，所述多個(gè)時(shí)分振蕩頻率可以通過控制圖3所示的晶體管 M9和Mll而獲得。
圖IO和圖14為示出了內(nèi)部電路的實(shí)施例的視圖，該內(nèi)部電路用于通過 控制圖1所示的晶體管M2而允許圖9所示的時(shí)分多頻率振蕩器20輸出多 個(gè)時(shí)分頻率。圖12的(a)為開關(guān)晶體管MxS的時(shí)序圖，所述開關(guān)晶體管 MxS被圖10所示的時(shí)分開關(guān)的打開/關(guān)閉信號(hào)生成器21所控制，圖12的(b) 為示出了與圖12的(a)所示的工作狀態(tài)相一致的參考電流Is的變化的圖示； 圖13為顯示輸出電流的波形的視圖，所述輸出電流在圖9所示的時(shí)分多頻 率振蕩器20中生成且被施加到電容檢測(cè)板10。
當(dāng)圖10所示的時(shí)分開關(guān)的打開/關(guān)閉信號(hào)生成器21分別在圖12所示的 周期tp 1 、 tp2、 tp3 、.,.和tpn期間連續(xù)地接通開關(guān)晶體管M1S、 M2S、 M3S、… 和MnS時(shí)，如圖12的(b)所示，參考電流Is逐步增大。參考電流被輸入 到圖4所示的電路，以獲取輸出電流(其中，充電電流和放電電流如圖13 所示那樣被交替生成)，從而生成與圖9所示的電容檢測(cè)板10的電容相一致 的振蕩頻率。
隨著參考電流逐步增大，振蕩頻率也逐步增大。從而，生成與所述參考 電流的增大相對(duì)應(yīng)的多個(gè)振蕩頻率。所述多個(gè)振蕩頻率以脈沖串形式生成 (如圖12所示，該頻率并非生成于周期tpl到tpn與下一周期tpl到tpn之 間的時(shí)間段)，以使得電路的功耗可以被減小。圖14示出了一個(gè)實(shí)施例，通過將開關(guān)晶體管MxS置于電流鏡像元件Msx之上，以使得開關(guān)晶體管MxS 的源極連接到電源Vcc，從而即使被施加低電壓，晶體管MxS也可以被切換。
圖11為示出了內(nèi)部電路的另一實(shí)施例的視圖，該內(nèi)部電路用于通過控 制圖1所示的電阻R而允許圖9中示出的時(shí)分多頻率振蕩器20輸出多個(gè)時(shí) 分頻率。
類似于圖IO，當(dāng)開關(guān)晶體管M1S、 M2S、 M3S、…和MnS根據(jù)時(shí)分開 關(guān)的打開/關(guān)閉信號(hào)生成器22所生成的信號(hào)(圖12的(a))而被連續(xù)接通時(shí)， 電阻R1、 R2、 R3、...和Rn被并聯(lián)在一起，流過并聯(lián)在一起的電阻的電流I (R)會(huì)逐步變大，從而獲得圖12的(b)所示的參考電流。
由于生成了多個(gè)振蕩頻率并且通過頻率計(jì)數(shù)器對(duì)該多個(gè)振蕩頻率進(jìn)行 計(jì)數(shù)，因此振蕩頻率生成周期是用于確定計(jì)數(shù)值的重要參數(shù)。當(dāng)所述多個(gè)振 蕩頻率中的每個(gè)振蕩頻率均在同一周期生成時(shí)，最高頻率fon的計(jì)數(shù)值是最 大的。因此，頻率fon比最小頻率fol更容易受噪聲影響。
為了解決此種問題，優(yōu)選為所述多個(gè)振蕩頻率的計(jì)數(shù)值相等或者相近。 例如，如果生成頻率fol的周期是tpl，生成頻率fo2的周期是tp2，...，生 成頻率fo (n)的周期是tpn， 一般可以設(shè)置成tpl^tp2-tp3:.,tpn。然而， 為了減小噪聲影響，優(yōu)選為調(diào)節(jié)周期tp以使得(fol*tpl) = (fo2*tp2) (fon*tpn)，從而使計(jì)數(shù)值相一致?？蛇x擇地，為了避免電路過于復(fù)雜，可 以設(shè)置成tpl〉tp2〉…〉tp (n-l) 〉tpn。
參考頻率生成器40生成參考頻率R。為了補(bǔ)償電路和環(huán)境的臨時(shí)變化 以防止檢測(cè)誤差，優(yōu)選為所述參考頻率R以比檢測(cè)板10的電容Cx的可變 速度低的速度而被連續(xù)更新、或者所述參考頻率R被周期性地逐步更新以使 得參考頻率R與輸入到頻率計(jì)數(shù)器30的振蕩頻率的計(jì)數(shù)值S相一致。當(dāng)通 過參考頻率R補(bǔ)償振蕩頻率的微弱臨時(shí)變化時(shí)，通過在被參考頻率R補(bǔ)償之前的操作來檢測(cè)和輸出振蕩頻率的變化，該變化具有比參考頻率R的補(bǔ)償 速度更高的速度。因此，檢測(cè)板10的電容變化基于參考頻率R的補(bǔ)償速度 而被檢測(cè)，并且參考頻率R需要以比檢測(cè)板10所檢測(cè)的電容的變化速度更 低的速度而被更新。
頻率變化計(jì)算器50通過下式計(jì)算頻率變化X: X= (aR-bS) /cR
其中，a、 b和c是加權(quán)值并且范圍為0.001到10000。比較器60將頻率 變化X與預(yù)定檢測(cè)級(jí)別D進(jìn)行比較，并且當(dāng)頻率變化X大于所述預(yù)定檢測(cè) 級(jí)別D時(shí)，輸出檢測(cè)信號(hào)。
權(quán)利要求
1、一種用于檢測(cè)電容的方法，該方法包括允許振蕩器根據(jù)電容檢測(cè)板所檢測(cè)的電容來輸出多個(gè)時(shí)分振蕩頻率；在預(yù)定時(shí)間周期期間，對(duì)所述多個(gè)時(shí)分振蕩頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)；以及抵消由于噪聲而造成的所述振蕩頻率的增大和減小，以使得計(jì)數(shù)值在所述預(yù)定時(shí)間周期上變得一致。
2、 一種用于檢測(cè)電容的設(shè)備，該設(shè)備包括-電容檢測(cè)板，用于檢測(cè)電容的變化；振蕩器，用于根據(jù)所述電容檢測(cè)板的電容來振蕩出多個(gè)時(shí)分振蕩頻率； 頻率計(jì)數(shù)器，用于在預(yù)定時(shí)間周期期間對(duì)所述振蕩器的多個(gè)時(shí)分振蕩頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)；以及比較單元，用于計(jì)算頻率變化，并在該頻率變化大于預(yù)定檢測(cè)級(jí)別時(shí)輸出檢測(cè)信號(hào)，所述頻率變化為所述頻率計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值與預(yù)定參考計(jì)數(shù)值之差。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)所述多個(gè)時(shí)分振蕩頻率fol、 fo2、…、fo (n-l)和fon滿足關(guān)系foKfo2〈.,fo (n-1) <fon，并且生成所 述頻率fol的周期是tpl，生成所述頻率fo2的周期是tp2，...，以及生成所 述頻率fon的周期是tpn的時(shí)候，所述振蕩器進(jìn)行振蕩以使得tpl>tp2>...tp(n-1) >tpn。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述振蕩器進(jìn)行振蕩以使得 (fol*tpl) = (fo2*tp2) =...= (fon*tpn)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個(gè)時(shí)分振蕩頻率在預(yù)定振 蕩時(shí)間周期期間振蕩，并且在預(yù)定時(shí)間周期過去之后再次振蕩。
全文摘要
在此公開了一種用于檢測(cè)電容的方法，該方法包括允許振蕩器根據(jù)電容檢測(cè)板所檢測(cè)的電容來輸出多個(gè)時(shí)分振蕩頻率；在預(yù)定時(shí)間周期期間，對(duì)所述多個(gè)時(shí)分振蕩頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)；以及，抵消由于噪聲而造成的所述振蕩頻率的增大和減小，以使得計(jì)數(shù)值在所述預(yù)定時(shí)間周期期間變得一致。即使施加了外部噪聲，因外部噪聲而造成的振蕩頻率的扭曲會(huì)被最小化，并且振蕩頻率僅隨電容檢測(cè)板的電容而變化。因此，可以在檢測(cè)電容時(shí)防止因噪聲而造成的誤差。
文檔編號(hào)G01R27/26GK101490566SQ200780027563
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2007年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月20日
發(fā)明者李相喆 申請(qǐng)人:愛迪半導(dǎo)體株式會(huì)社