專利名稱：具抗電磁干擾能力的電容感測電路的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種電容感應電路，其系尤指一種具抗電磁干擾能力的電容感測電路。
背景技術(shù)：
由于現(xiàn)今計算機科技的發(fā)展對于電容感應偵測的應用日驅(qū)廣泛，例如指紋辨識、 微機電加速傳感器以及電容式觸控面板，而在傳統(tǒng)電容感應偵測技術(shù)上普遍使用電容對頻 率轉(zhuǎn)換的電路，請一并參閱圖1，為現(xiàn)有技術(shù)的電容感測裝置的方塊圖。如圖所示，此現(xiàn)有技 術(shù)系透過一第一比較器100’、一第二比較器102’、一控制電路104’以及一電阻106’形成 一振蕩電路，該振蕩電路耦接一待測電容108’，并利用該待測電容108’的電容值大小差異 而產(chǎn)生不同的振蕩頻率，且依據(jù)不同的振蕩頻率而得知該待測電容108’的電容值大小，以 達到電容偵測的目的。再者，請一并參閱圖2，為現(xiàn)有技術(shù)的另一電容感測裝置的方塊圖。如圖所示，此現(xiàn) 有技術(shù)系透過一定電流源200，、一第一控制開關(guān)201，、一第二控制開關(guān)202，、一積分電容 203’以及一比較器204’以形成一固定斜率產(chǎn)生電路，該固定斜率產(chǎn)生電路耦接一待測電容 205’，并利用待測電容205’的電容值的不同而起始電壓不同，使比較器204’的致能時間不 同，以達到電容偵測的目的。另，請一并參閱圖3，為現(xiàn)有技術(shù)的另一電容感測裝置的方塊圖。如圖所示，此現(xiàn)有 技術(shù)系透過復數(shù)緩沖器300，、一頻率相位偵測器301’、一控制單元302，、與一可控制緩沖 器303’形成一生成時間對數(shù)字轉(zhuǎn)換器。該生成時間對數(shù)字轉(zhuǎn)換器耦接一待測電容304’，并 生成時間對數(shù)字轉(zhuǎn)換器系利用待測電容304’的電容值大小的不同而導致控制單元302’輸 出的控制訊號的時間差異，以達到電容偵測的目的。上述圖1至圖3的技術(shù)并無對電磁干擾有免疫能力，尤其是電容傳感器的應用普 遍需結(jié)合微處理器等周邊電路進行運用，當電磁噪聲從電容耦合至比較器，振蕩頻率將出 現(xiàn)失真，抑或是導致起始電壓失準，以致對電容的偵測產(chǎn)生錯誤，上述電路并對電容的偵測 較耗費頻率周期等缺點。因此，如何針對上述問題而提出一種新穎具抗電磁干擾能力的電容感應電路，其 可避免因電磁噪聲而影響電容感應電路的效能，使可解決上述的問題。。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一，在于提供一種具抗電磁干擾能力的電容感測電路，其通過一 差分電路消除共模噪聲，以達到抗電磁干擾的能力。本發(fā)明的目的之一，在于提供一種具抗電磁干擾能力的電容感測電路，其藉由動 態(tài)范圍調(diào)整一濾波器的輸出，使電容感測電路具低耗費頻率周期數(shù)的特性。為了達到上述的目的，本發(fā)明是一種具抗電磁干擾能力的電容感測電路，其包 含
一濾波器，耦接一待測電容，并接收復數(shù)參考訊號而產(chǎn)生一第一濾波訊號與一第 二濾波訊號；以及一差分電路，接收該第一濾波訊號與該第二濾波訊號， 并消除該第一濾波訊號該 第二濾波訊號的共模噪聲而產(chǎn)生一差分訊號，該差分訊號的大小相關(guān)于該待測電容的大 小。本發(fā)明中，其更包括一放大器，接收并放大該差分訊號。本發(fā)明中，其中該放大器為一可調(diào)式增益放大器。本發(fā)明中，其中該濾波器包含一開關(guān)模塊，耦接該待測電容，并接收該些參考訊號；一第一輸出電容，耦接該開關(guān)模塊的一第一輸出端；一第一輸出開關(guān)，耦接該第一輸出電容與該參考訊號之間，而產(chǎn)生該第一濾波訊 號；一第二輸出電容，耦接該開關(guān)模塊的一第二輸出端；以及一第二輸出開關(guān)，耦接該第二輸出電容與該參考訊號之間，而產(chǎn)生該第二濾波訊號。本發(fā)明中，其中該開關(guān)模塊包括一第一開關(guān)，其一端耦接該參考訊號，該第一開關(guān)的另一端耦接該待測電容；一第二開關(guān)，其一端耦接該待測電容與該第一開關(guān)，該第二開關(guān)的另一端耦接該 第一輸出電容；一第三開關(guān)，其一端耦接該參考訊號，該第三開關(guān)的另一端耦接該待測電容；以及一第四開關(guān)，其一端耦接該待測電容與該第三開關(guān)，該第四開關(guān)的另一端耦接該 第二輸出電容。本發(fā)明中，其中該第一輸出電容與該第二輸出電容為一積分電容。本發(fā)明中，其中該濾波器包含一開關(guān)模塊，耦接該待測電容，并接收該些參考訊號；一放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第一輸出端與一第二輸出端，該 第一輸入端與該第二輸入端系耦接該開關(guān)模塊，該第一輸出端與該第二輸出端系用以輸出 該第一濾波訊號與該第二濾波訊號；一第一輸出電容，耦接該放大器的該第一輸入端與該第一輸出端之間；一第二輸出電容，耦接該放大器的該第二輸入端與該第二輸出端之間；一第一輸出開關(guān)，其一端耦接該開關(guān)模塊與該放大器，該第一輸出開關(guān)的另一端 耦接該參考訊號；以及一第二輸出開關(guān)，其一端耦接該開關(guān)模塊與該放大器，該第二輸出開關(guān)的另一端 耦接該參考訊號。本發(fā)明中，其中該開關(guān)模塊包括一第一開關(guān)，其一端耦接該參考訊號，該第一開關(guān)的另一端耦接該待測電容；一第二開關(guān)，其一端耦接該待測電容與該第一開關(guān)，該第二開關(guān)的另一端耦接該 第一輸出電容與該放大器；
—第三開關(guān)，其一端耦接該參考訊號，該第三開關(guān)的另一端耦接該待測電容；以及一第 四開關(guān)，其一端耦接該參考訊號與該第三開關(guān)，該第四開關(guān)的另一端耦接該 第二輸出電容與該放大器。本發(fā)明中，該放大器為一運算放大器。本發(fā)明中，其中該第一輸出電容與該第二輸出電容為一積分電容。本發(fā)明中，其中該差分電路為一差分放大器。本發(fā)明中，其中該濾波器為一有限脈沖響應濾波器。本發(fā)明中，其應用于指紋辨識、加速傳感器與觸控面板本發(fā)明具有的有益效果本發(fā)明提供的本發(fā)明的具抗電磁干擾能力的電容感測電 路，由于濾波器耦接一待測電容，并接收復數(shù)參考訊號而產(chǎn)生一第一濾波訊號與一第二濾 波訊號，以及差分電路接收第一濾波訊號與第二濾波訊號，并消除第一濾波訊號第二濾波 訊號的共模噪聲而產(chǎn)生一差分訊號，差分訊號的大小相關(guān)于待測電容的大小，而達到待測 電容偵測的目的。并通過差分電路消除共模噪聲，以達到抗電磁干擾的能力，且差分電路可 動態(tài)范圍調(diào)整濾波器的輸出，使電容感測電路具低耗費頻率周期數(shù)的特性。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的電容感測裝置的方塊圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)的另一電容感測裝置的方塊圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)的另一電容感測裝置的方塊圖；圖4為本發(fā)明的一較佳實施例的電容感測電路的方塊圖；圖5為圖4的一較佳實施例的濾波器的電路圖；圖6為本發(fā)明的一較佳實施例的電容感測電路的輸出波形圖；圖7A為本發(fā)明的一較佳實施例的開關(guān)控制的時序圖；圖7B為本發(fā)明的另一較佳實施例的開關(guān)控制的時序圖；以及圖8為本發(fā)明的另一較佳實施例的濾波器的電路圖。圖號簡單說明現(xiàn)有技術(shù)100，第一比較器102，第二比較器104，控制電路106，電阻108，待測電容200，定電流源201，第一控制開關(guān) 202，第二控制開關(guān)203，積分電容204，比較器205，待測電容300，復數(shù)緩沖器301，頻率相位偵測器 302，控制單元303，可控制緩沖器 304，待測電容本發(fā)明10濾波器11開關(guān)模塊120第一開關(guān)122第二開關(guān)124第三開關(guān)
126第四開關(guān)14第一輸出電容16第一輸出開關(guān)18第二輸出電容19第二輸出開關(guān)20差分電路30待測電容
40放大器50放大器
具體實施例方式為使對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征及所達成的功效有更進一步的了解與認識，用以較佳的 實施例及附圖配合詳細的說明，說明如下請參閱圖4，為本發(fā)明的一較佳實施例的電容感測電路的方塊圖。如圖所示，本發(fā) 明的具抗電磁干擾能力的電容感測電路系可應用于指紋辨識、加速傳感器與觸控面板等。 該電容感測電路包含一濾波器10與一差分電路20。濾波器10耦接一待測電容30，并濾波 器10接收復數(shù)參考訊號而產(chǎn)生一第一濾波訊號與一第二濾波訊號，即濾波器10接收一第 一參考訊號Vkefi、一第二參考訊號Vkef2、一第三參考訊號Vkef3與一第四參考訊號VKEF4，而產(chǎn) 生第一濾波訊號與第二濾波訊號，其中，本發(fā)明的濾波器10的一較佳實施例為一有限脈沖 響應濾波器(Finite ImpulseResponse, FIR)。差分電路20系接收第一濾波訊號與第二濾波訊號，并差分電路20可消除第一濾 波訊號第二濾波訊號的共模噪聲而產(chǎn)生一差分訊號，其中，差分訊號的大小相關(guān)于待測電 容30的大小，即差分電路20可運算出第一濾波訊號與第二濾波訊號的差值，而產(chǎn)生差分訊 號，由于差分訊號相關(guān)于待測電容30，也就是待測電容30的電容值大小將會影響第一濾波 訊號與第二濾波訊號的大小，而使差分電路20所產(chǎn)生的差分訊號的大小依據(jù)待測電容30 的電容值大小而不同，所以，后續(xù)電路(圖中未示)可依據(jù)差分訊號而得知待測電容30的 電容值。由于本發(fā)明系利用差分電路20相減第一濾波訊號與第二濾波訊號而得知差分訊 號，所以，當有一電磁干擾噪聲產(chǎn)生于第一濾波訊號與第二濾波訊號時，差分電路20即可 在相減第一濾波訊號與第二濾波訊號的同時，消除電磁干擾噪聲，也就是消除共模噪聲，以 達到抗電磁干擾的能力。其中，本發(fā)明的差分電路20的一較佳實施例為一差分放大器。此外，本發(fā)明的具抗電磁干擾能例的電容感測電路更包含一放大器40。放大器40 系耦接于差分電路20，并放大器系接收并放大差分訊號，本發(fā)明系藉由差分電路20與放大 器40而形成一動態(tài)范圍調(diào)整電路，此動態(tài)范圍調(diào)整電路可有效降低偵測待測電容30的偵 測頻率周期，進而減少功率的消耗，以達到省電的目的。其中，放大器40為一可調(diào)式增益放 大器(Variable GainAmplifier, VGA) 請一并參閱圖5，為為圖4的一較佳實施例的濾波器的電路圖。如圖所示，本發(fā)明 的具抗電磁干擾能力的電容感測電路的濾波器10包含一開關(guān)模塊12、一第一輸出電容14、 一第一輸出開關(guān)16、一第二輸出電容18與一第二輸出開關(guān)19。開關(guān)模塊12系耦接待測電 容30，并接收該些參考訊號，即開關(guān)模塊12接收第一參考訊號Vkefi與第二參考訊號VKEF2， 第一輸出電容14耦接開關(guān)模塊12的一第一輸出端，第一輸出開關(guān)16耦接第一輸出電容14 與參考訊號之間，而產(chǎn)生第一濾波訊號，即第一輸出開關(guān)16系第一輸出電容14與第三參考 訊號Vkef3之間而輸出第一濾波訊號，第二輸出電容18耦接開關(guān)模塊12的第二輸出端，第二 輸出開關(guān)19系耦接第二輸出電容18與參考訊號之間，而產(chǎn)生第二濾波訊號，即第二輸出開關(guān)19系耦接第二輸出電容18與第四參考訊號Vkef4之間而輸出第二濾波訊號。此外，開關(guān)模塊12包含一第一開關(guān)120、一第二開關(guān)122、一第三開關(guān)124與一第 四開關(guān)126。第一開關(guān)120的一端耦接第一參考訊號Vkefi，第一開關(guān)120的另一端耦接待測 電容30，第二開關(guān)122的一端耦接待測電容30與第一開關(guān)120，第二開關(guān)122的另一端耦 接第一輸出電容14，第三開關(guān)124的一端耦接第二參考訊號VKEF2，第三開關(guān)124的另一端耦 接待測電容30，第四開關(guān)126的一端耦接待測電容30與第三開關(guān)124，第四開關(guān)126的另 一端耦接第二輸出電容18。如此，本發(fā)明系 藉由控制開開模塊12、第一輸出開關(guān)16第二輸 出開關(guān)19的導通/截止的順序，而產(chǎn)生第一濾波訊號與第二濾波訊號。請一并參閱圖6與圖7A，為本發(fā)明的一較佳實施例的電容感測電路的輸出波形圖 與開關(guān)控制的時序圖。如圖所示，本發(fā)明的電容感測電路系先導通與截止第一輸出開關(guān)16 與第二輸出開關(guān)19之后，依序?qū)ㄅc截止第一開關(guān)120、第二開關(guān)122、第三開關(guān)124與第 四開關(guān)126，而使在第一輸出電容14產(chǎn)生第一濾波訊號V1的電壓斜率變化，并且第一輸出 電容14耦接第三參考訊號VKEF3，所以，使第一濾波訊號V1以第三參考訊號Vkef3為一起始電 壓而電壓訊號的斜率變化；同理，在第二輸出電容18產(chǎn)生第二濾波訊號V2的電壓斜率變 化，即第二輸出電容18耦接第四參考訊號Vkef4，所以，使第二濾波訊號V2以第四參考訊號 Veef4為一起始電壓而電壓訊號的斜率變化，由于第一濾波訊號V1的電壓斜率與第二濾波訊 號V2的電壓斜率為相反，因此，差分電路20可藉由第一濾波訊號V1與第二濾波訊號V2的 差異值而產(chǎn)生差分訊號。其中，第一輸出電容14與第二輸出電容18為一積分電容。請復參閱圖5與圖7A，若有一電磁干擾訊號由待測電容30進入，將切換開關(guān)頻率 比電磁干擾訊號頻率高，由第一開關(guān)120導通后，將電磁干擾訊號儲存于待測電容30，于第 二開關(guān)122導通之后，第一輸出電容14的端點會得到第一開關(guān)120及第二開關(guān)122的電磁 干擾訊號差異值，因切換開關(guān)頻率比電磁干擾訊號頻率高，所以該差異值幾乎等于該電磁 干擾訊號的斜率；再者，由第三開關(guān)124導通后，將電磁干擾訊號儲存于待測電容30，于第 四開關(guān)126導通之后，第二輸出電容18的端點會得到第三開關(guān)124及第四開關(guān)126的電磁 干擾訊號差異值，因為切換開關(guān)頻率比電磁干擾訊號頻率高，所該差異值幾乎等于該電磁 干擾訊號的斜率，透過差分電路20可將兩訊號的共模電磁干擾訊號的斜率消除。此外，請一并參閱圖7B，為本發(fā)明的另一較佳實施例的開關(guān)控制的時序圖。如圖 所示，本實施例與圖7A的實施例不同之處，在于本實施例的開關(guān)控制的順序系第一輸出開 關(guān)14、第二輸出開關(guān)19與第一開關(guān)120同時導通/截止之后，再依序?qū)?截止第二開關(guān) 122、第三開關(guān)124與第四開關(guān)126，如此，本實施例的濾波器亦可產(chǎn)生如圖6的波形。請參閱圖8，為本發(fā)明的另一較佳實施例的濾波器的電路圖。如圖所示，本實施例 與圖5的實施例不同之處，在于本實施例增加一放大器50。放大器50具有一第一輸入端、 一第二輸入端、一第一輸出端與一第二輸出端，第一輸入端與第二輸入端系耦接開關(guān)模塊 12，第一輸出端與第二輸出端系用以輸出第一濾波訊號與第二濾波訊號，第一輸出電容14 耦接放大器50的第一輸入端與第一輸出端之間，第二輸出電容18耦接放大器50的第二輸 入端與第二輸出端之間，第一輸出開關(guān)16的一端耦接開關(guān)模塊12與放大器50，第一輸出開 關(guān)16的另一端耦接第三參考訊號VKEF3，第二輸出開關(guān)19的一端耦接開關(guān)模塊12與放大器 50，第二輸出開關(guān)19的另一端耦接第四參考訊號VKEF4。如此，由于本發(fā)明增加放大器50以 增加電壓增益，以增加放大第一濾波訊號與第二濾波訊號，而可使用較小電容值的第一輸出電容14與第二輸出電容18，進而達到省成本的目的。其中，本發(fā)明的放大器50 —較佳實 施例為一運算放大器(Operational Amplifier, OPA)綜上所述，本發(fā)明的具阻抗電磁干擾能力的電容感測電路，其由一濾波器耦接一 待測電容，并接收復數(shù)參考訊號而產(chǎn)生一第一濾波訊號與一第二濾波訊號，并由一差分電 路接收第一濾波訊號與第二濾波訊號，并消除第一濾波訊號第二濾波訊號的共模噪聲而產(chǎn) 生一差分訊號，差分訊號的大小相關(guān)于待測電容的大小，而達到待測電容偵測的目的。并藉 由差分電路消除共模噪聲，以達到抗電磁干擾的能力，且差分電路可動態(tài)范圍調(diào)整濾波器 的輸出，使電容感測電路具低耗費頻率周期數(shù)的特性。綜上所述，僅為本發(fā)明的一較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明實施的范圍，凡 依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所述的形狀、構(gòu)造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應包括于 本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
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權(quán)利要求
一種具抗電磁干擾能力的電容感測電路，其特征在于，其包含一濾波器，耦接一待測電容，并接收復數(shù)參考訊號而產(chǎn)生一第一濾波訊號與一第二濾波訊號；以及一差分電路，接收該第一濾波訊號與該第二濾波訊號，并消除該第一濾波訊號該第二濾波訊號的共模噪聲而產(chǎn)生一差分訊號，該差分訊號的大小相關(guān)于該待測電容的大小。
2.如權(quán)利要求1所述的具抗電磁干擾能力的電容感測電路，其特征在于，其更包括 一放大器，接收并放大該差分訊號。
3.如權(quán)利要求2所述的具抗電磁干擾能力的電容感測電路，其特征在于，其中該放大 器為一可調(diào)式增益放大器。
4.如權(quán)利要求1所述的具抗電磁干擾能力的電容感測電路，其特征在于，其中該濾波 器包含一開關(guān)模塊，耦接該待測電容，并接收該些參考訊號； 一第一輸出電容，耦接該開關(guān)模塊的一第一輸出端；一第一輸出開關(guān)，耦接該第一輸出電容與該參考訊號之間，而產(chǎn)生該第一濾波訊號； 一第二輸出電容，耦接該開關(guān)模塊的一第二輸出端；以及一第二輸出開關(guān)，耦接該第二輸出電容與該參考訊號之間，而產(chǎn)生該第二濾波訊號。
5.如權(quán)利要求4所述的具抗電磁干擾能力的電容感測電路，其特征在于，其中該開關(guān) 模塊包括一第一開關(guān)，其一端耦接該參考訊號，該第一開關(guān)的另一端耦接該待測電容； 一第二開關(guān)，其一端耦接該待測電容與該第一開關(guān)，該第二開關(guān)的另一端耦接該第一 輸出電容；一第三開關(guān)，其一端耦接該參考訊號，該第三開關(guān)的另一端耦接該待測電容；以及 一第四開關(guān)，其一端耦接該待測電容與該第三開關(guān)，該第四開關(guān)的另一端耦接該第二 輸出電容。
6.如權(quán)利要求5所述的具抗電磁干擾能力的電容感測電路，其特征在于，其中該第一 輸出電容與該第二輸出電容為一積分電容。
7.如權(quán)利要求1所述的具抗電磁干擾能力的電容感測電路，其特征在于，其中該濾波 器包含一開關(guān)模塊，耦接該待測電容，并接收該些參考訊號；一放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第一輸出端與一第二輸出端，該第一 輸入端與該第二輸入端系耦接該開關(guān)模塊，該第一輸出端與該第二輸出端系用以輸出該第 一濾波訊號與該第二濾波訊號；一第一輸出電容，耦接該放大器的該第一輸入端與該第一輸出端之間； 一第二輸出電容，耦接該放大器的該第二輸入端與該第二輸出端之間； 一第一輸出開關(guān)，其一端耦接該開關(guān)模塊與該放大器，該第一輸出開關(guān)的另一端耦接 該參考訊號；以及一第二輸出開關(guān)，其一端耦接該開關(guān)模塊與該放大器，該第二輸出開關(guān)的另一端耦接 該參考訊號。
8.如權(quán)利要求7所述的具抗電磁干擾能力的電容感測電路，其特征在于，其中該開關(guān)模塊包括一第一開關(guān)，其一端耦接該參考訊號，該第一開關(guān)的另一端耦接該待測電容；一第二開關(guān)，其一端耦接該待測電容與該第一開關(guān)，該第二開關(guān)的另一端耦接該第一 輸出電容與該放大器；一第三開關(guān)，其一端耦接該參考訊號，該第三開關(guān)的另一端耦接該待測電容；以及一第四開關(guān)，其一端耦接該參考訊號與該第三開關(guān)，該第四開關(guān)的另一端耦接該第二 輸出電容與該放大器。
9.如權(quán)利要求7所述的具抗電磁干擾能力的電容感測電路，其特征在于，該放大器為 一運算放大器。
10.如權(quán)利要求7所述的具抗電磁干擾能力的電容感測電路，其特征在于，其中該第一 輸出電容與該第二輸出電容為一積分電容。
11.如權(quán)利要求1所述的具抗電磁干擾能力的電容感測電路，其特征在于，其中該差分 電路為一差分放大器。
12.如權(quán)利要求1所述的具抗電磁干擾能力的電容感測電路，其特征在于，其中該濾波 器為一有限脈沖響應濾波器。
13.如權(quán)利要求1所述的具抗電磁干擾能力的電容感測電路，其特征在于，其應用于指 紋辨識、加速傳感器與觸控面板。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種具阻抗電磁干擾能力的電容感測電路，其由一濾波器耦接一待測電容，并接收復數(shù)參考訊號而產(chǎn)生一第一濾波訊號與一第二濾波訊號，并由一差分電路接收第一濾波訊號與第二濾波訊號，并消除第一濾波訊號第二濾波訊號的共模噪聲而產(chǎn)生一差分訊號，差分訊號的大小相關(guān)于待測電容的大小，而達到待測電容偵測的目的。并通過差分電路消除共模噪聲，以達到抗電磁干擾的能力，且差分電路可動態(tài)范圍調(diào)整濾波器的輸出，使電容感測電路具低耗費頻率周期數(shù)的特性。
文檔編號G01R27/26GK101858941SQ20101014922
公開日2010年10月13日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者張育誠, 陳鍾沅 申請人:矽創(chuàng)電子股份有限公司