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電容式觸摸感測構(gòu)架的制作方法

文檔序號:12469093閱讀:304來源:國知局
電容式觸摸感測構(gòu)架的制作方法與工藝

相關(guān)申請

本申請要求享有于2011年2月25日遞交的,名稱為“Mutual Capacitance Mutual Capacitance Touch-Screen Controller IIC Interface”,由相同的發(fā)明人作出的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)。本申請以引用的方式合并了序號為61/446944的美國臨時申請的全部內(nèi)容。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于將所測量的電容轉(zhuǎn)換為電壓的模擬前端電路。更具體地,本發(fā)明涉及具有相關(guān)器的模擬前端電路,用于從激勵信號中解調(diào)測量電容。



背景技術(shù):

許多電氣裝置包括觸摸屏型顯示器。觸摸屏通常是通過手指、手、定位筆或其它的定點(diǎn)設(shè)備來檢測顯示區(qū)域內(nèi)的存在、位置以及觸壓的顯示器。觸摸屏使用戶能夠與顯示面板直接交互而不需要任何中間裝置,而不是間接地用鼠標(biāo)或觸摸板。觸摸屏可以實(shí)現(xiàn)在計算機(jī)中或者作為終端以訪問網(wǎng)絡(luò)。觸摸屏常見于銷售點(diǎn)系統(tǒng)、自動取款機(jī)(ATM)、移動電話、個人數(shù)字助理(PDA)、便攜式游戲機(jī)、衛(wèi)星導(dǎo)航裝置以及信息家電中。

有很多類型的觸摸屏技術(shù)。電阻式觸摸屏面板由若干層構(gòu)成,包括由薄的空間間隔開的兩層薄的金屬導(dǎo)電和電阻層。當(dāng)某物體觸摸觸摸屏面板時,在某點(diǎn)連接這些層。響應(yīng)于物體接觸,面板的電學(xué)上的行為類似于具有被連接的輸出的兩個分壓器。這導(dǎo)致電流上的變化,其表示為觸摸事件并發(fā)送給用于進(jìn)行處理的控制器。

電容式觸摸屏面板涂覆有、部分地涂覆有或者構(gòu)圖有一材料,該材料通過傳感器傳導(dǎo)連續(xù)的電流。傳感器在水平和垂直軸上均呈現(xiàn)出所存儲電子的精確控制的場,以實(shí)現(xiàn)電容。人體是導(dǎo)電的,因此影響存儲在電容中的電場。當(dāng)傳感器的參考電容被諸如手指之類的另一電容場改變時,位于面板的每個角的電子電路測量參考電容中得到的失真。所測量的涉及觸摸事件的信息被發(fā)送給控制器,用于進(jìn)行數(shù)學(xué)處理。可以用裸露的手指或者用正在由裸露的手握持的導(dǎo)電裝置來觸摸電容式傳感器。電容式傳感器也根據(jù)接近度來工作,而并非一定要直接接觸來觸發(fā)。在大多數(shù)情況下,并不發(fā)生對導(dǎo)電的金屬表面的直接接觸,而是由絕緣玻璃或者塑料層將導(dǎo)電的傳感器與用戶的身體分隔開。預(yù)期由手指觸摸的具有電容式按鈕的裝置可能經(jīng)常通過如下方式觸發(fā):迅速揮動接近于表面的手的手掌而沒有觸摸。

圖1示出了用在電容式觸摸屏面板中的示例性的傳統(tǒng)的電容式觸摸傳感器。典型地使用形成為層的諸如ITO(銦錫氧化物)導(dǎo)體之類的透明導(dǎo)體來形成這樣的傳感器。在圖1的示例性結(jié)構(gòu)中,底部導(dǎo)體形成驅(qū)動電極X0、X1、X2、X3(也被稱為驅(qū)動線),并且頂部導(dǎo)體形成感測電極Y0、Yl、Y2、Y3(也被稱為感測線)。驅(qū)動線和感測線的每個交叉點(diǎn)形成電容器,該電容器具有測量的電容Cm。目標(biāo)是確定電容式觸摸傳感器上的觸摸位置的估計位置(estimate)。當(dāng)手指或者其它接地的物體定位在或者接近傳感器的交叉點(diǎn),在該交叉點(diǎn)上測量的電容Cm發(fā)生變化。測量的電容Cm是在交叉點(diǎn)上的感測線和驅(qū)動線之間的電容。當(dāng)在交叉點(diǎn)發(fā)生觸摸事件時,感測線和驅(qū)動線之間的一部分場線轉(zhuǎn)向感測線和手指之間。這樣,測量的電容Cm在觸摸事件期間減小。

模擬前端(AFE)電路對模擬信號執(zhí)行信號處理,并且典型地執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。模擬前端電路可被用于各種應(yīng)用,包括測量且轉(zhuǎn)換電容為相對應(yīng)的電壓。圖2A和2B示出了用于測量外部電容器的電容且將所測量的電容轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的電壓的傳統(tǒng)的模擬前端電路的簡化的示意性框圖。在示例性的應(yīng)用中,外部電容是存儲在圖1的電容器Cm中的電荷。圖2A示出了第一相位中的電路,圖2B示出了第二相位中的電路。在相位1期間,在電容器Cm上收集將要測量的電荷。在相位2期間,將電容器Cm上存儲的電荷轉(zhuǎn)移到電容器Cf,并且輸出相對應(yīng)的電壓Vout。

參考圖2A,電路包括電容器Cm、運(yùn)算放大器2、開關(guān)4、反饋電容器Cf和開關(guān)6。在放大器2的負(fù)輸入端以及因此在電容器Cm的第一端子處的電壓是虛地,Vvg。在相位1期間,開關(guān)4連接到參考電壓Vref,且開關(guān)6閉合。閉合開關(guān)6使電容器Cf徹底地放電到公知的零狀態(tài)。電容器Cm兩端的電荷是電容Cm的Vvg-Vref倍。

在相位2期間,如圖2B所示,開關(guān)4接地,且開關(guān)6打開。在開關(guān)4接地的情況下,電容器Cm兩端的電壓為零,且電容器Cm上所有的電荷被轉(zhuǎn)移到電容器Cf。輸出電壓Vout是一信號,其幅度取決于存儲在電容器Cm上以及轉(zhuǎn)移到電容器Cf的電荷。如圖4所示,輸出電壓Vout可以被輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),以便轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的數(shù)字輸出值。因?yàn)殡娙萜鰿f在相位1期間徹底地放電,所以完全由從電容器Cm轉(zhuǎn)移的電荷量來確定存儲在電容器Cf上的電荷。如電容器Cf在相位1期間沒有徹底地放電到零狀態(tài),則電容器Cf將保持對其之前狀態(tài)的記憶。

輸出電壓Vout=Vref*Cm/Cf+vn,其中,Vref是公知的內(nèi)部參考值,vn是由系統(tǒng)測量的不期望的噪聲,且Cf是公知的值。因此,可以根據(jù)已知值Vref和Cf以及測量的值Vout來確定電容Cm。電容Cm是變化的電容且表示將被測量的電容,例如觸摸屏顯示器的測量的電容。當(dāng)手指觸摸觸摸屏顯示器時,電容變化,該變化是正在被測量的外部電容變化。

關(guān)于圖2A和2B的電路的問題涉及寬頻帶噪聲采樣。電路不包括任何噪聲濾波,所以在從相位1到相位2的轉(zhuǎn)變中被引入系統(tǒng)的任何噪聲包括在轉(zhuǎn)移到電容器Cf的電荷內(nèi)。該噪聲表示為輸出電壓Vout中的成分“vn”。所以,輸出電壓Vout不僅是電容Cm的度量,還是噪聲的瞬時采樣。進(jìn)一步地,ADC的動態(tài)范圍需要足夠大,以應(yīng)對(account for)輸出電壓Vout由于噪聲而增大了的幅度。更大的動態(tài)范圍導(dǎo)致ADC具有更大的面積并且使用更多的電力。

圖3示出了圖2A和2B的電路的示例性的響應(yīng)曲線。頂部曲線示出了對應(yīng)于相位1和相位2的采樣時鐘。當(dāng)采樣時鐘為高(例如1V)時,電路處于相位1(圖1),當(dāng)采樣時鐘為低(例如0V)時,電路處于相位2(圖2)。在示例性的應(yīng)用中,在采樣時鐘的上升沿對輸入進(jìn)行采樣。在開關(guān)4和6從相位2變化到相位1的時刻,對電壓Vout進(jìn)行采樣。如圖3的中間的曲線所示,在輸入信號上存在一些噪聲,但是其平均值基本上是常數(shù)。采樣值預(yù)期為常數(shù),例如1V,但是由于噪聲,實(shí)際的采樣輸出根據(jù)出現(xiàn)在采樣時間的瞬時噪聲而在所預(yù)期的常數(shù)值上下變化。在圖3的底部的曲線中示出了實(shí)際的采樣輸出上的該變化的示例。如果瞬時噪聲為高,則實(shí)際采樣輸出大于預(yù)期的常數(shù)值,例如采樣輸出曲線在1V以上的部分。如果瞬時噪聲為低,則實(shí)際采樣輸出小于預(yù)期的常數(shù)值,例如采樣輸出曲線在1V以下的部分。

在應(yīng)用中,用于確定電容的變化(例如在觸摸屏顯示器上的觸摸事件)的閾值電壓增大,以適應(yīng)采樣輸出中的變化。增大閾值電壓降低了系統(tǒng)的靈敏度。使用過低以至于無法應(yīng)對噪聲變化的閾值電壓會導(dǎo)致錯誤的觸發(fā)。

測量電容的各種替換的系統(tǒng)包括對于噪聲的考慮。圖4示出了使用數(shù)字濾波的傳統(tǒng)的模擬前端電路的簡化的示意性框圖。圖4的電路包括連接到低噪聲放大器(LNA)的輸出端的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。將對ADC的電壓輸入轉(zhuǎn)換為數(shù)字值,由包括噪聲過濾的數(shù)字處理電路對該數(shù)字值進(jìn)行處理。ADC也是在單個時間點(diǎn)(instant in time)進(jìn)行采樣的采樣系統(tǒng)。這導(dǎo)致了類似變化的采樣輸出值,如以上針對圖3所述的那樣。

圖5示出了另一個傳統(tǒng)的模擬前端電路的簡化的示意性框圖。圖5的電路與圖4的電路相同,只是增加了帶通濾波器(BPF)以便在輸入到ADC之前對信號進(jìn)行濾波。BPF試圖對存在于電壓信號(圖3的中間的曲線)中的噪聲在輸入到ADC之前進(jìn)行濾波。對來自BPF的經(jīng)濾波的信號輸出執(zhí)行采樣。關(guān)于圖5的電路的問題在于不同的應(yīng)用具有不同的噪聲頻譜。因此,BPF不能是固定的,相反地BPF必須是針對具體應(yīng)用可調(diào)的。并且,BPF應(yīng)該是能夠進(jìn)行微調(diào)的,以適應(yīng)具有相對窄的頻率響應(yīng)的應(yīng)用。例如,觸摸屏顯示器可能具有大約50-400kHz之間的頻率響應(yīng)。如果BPF具有過大的頻帶寬度,例如50kHz,則濾波器頻帶寬度可能過寬以至于對于某些應(yīng)用而言無法有效地濾除噪聲。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

在電容測量應(yīng)用中模擬前端電路利用了相干檢測。在一些應(yīng)用中,模擬前端電路使用相干檢測來測量觸摸屏顯示器的電容。模擬前端檢測電路包括產(chǎn)生模擬激勵信號的信號發(fā)生器。由將要測量的電容器來調(diào)制模擬激勵信號。使用相關(guān)器同步地解調(diào)經(jīng)調(diào)制的信號。在一些實(shí)施例中,相關(guān)器包括離散混合器和離散積分器。激勵信號也輸入到混合器,以使得經(jīng)調(diào)制的信號乘以激勵信號。在一些實(shí)施例中,激勵信號是具有正弦波函數(shù)的模擬信號。在其它的實(shí)施例中,除了正弦波以外可以使用其它的波形。通常,產(chǎn)生激勵信號且由將要測量的電容器調(diào)制該激勵信號,并且在離散的時間周期上將相關(guān)信號與經(jīng)調(diào)制的信號混合且對其進(jìn)行積分。使相關(guān)信號與激勵信號相關(guān)。

在一方面中,電容測量電路包括外部電容器和耦合到外部電容器的相干檢測電路。相干檢測電路被配置為測量外部電容器的電容,并且將所測量的電容轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓輸出。相干檢測電路可以包括離散混合電路和離散積分電路。相干檢測電路還可以包括耦合到外部電容器的信號發(fā)生器,其中信號發(fā)生器被配置為產(chǎn)生模擬激勵信號。相干檢測電路還可以包括放大器和耦合到放大器的輸入端和輸出端的反饋電容器,其中放大器的輸入端耦合到外部電容器且放大器的輸出端耦合到混合電路。經(jīng)調(diào)制的模擬激勵信號可以輸入到混合電路的第一輸入端,其中經(jīng)調(diào)制的模擬信號包括模擬激勵信號,其由外部電容器的電容調(diào)制。由信號發(fā)生器產(chǎn)生的模擬激勵信號還可以輸入到混合電路的第二輸入端,其中混合電路被配置為將經(jīng)調(diào)制的模擬激勵信號與模擬激勵信號相乘,并且輸出混合的模擬信號。在一些實(shí)施例中,可以將相位延遲引入混合的模擬信號。積分電路可以被配置為接收混合的模擬信號且在離散的時間周期上對混合的模擬信號進(jìn)行積分,以便輸出對應(yīng)的電壓輸出。時間周期可以是1/f的倍數(shù),其中f是模擬激勵信號的頻率。

混合電路可以是連續(xù)時間混合電路,且積分電路可以是連續(xù)時間積分電路。相干檢測電路可以是連續(xù)時間信號路徑,其中,所述連續(xù)時間信號路徑被配置為從外部電容器接收經(jīng)調(diào)制的模擬信號,并且將所述經(jīng)調(diào)制的模擬信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓輸出。電容測量電路還可以包括觸摸屏顯示器,其中觸摸屏顯示器包括外部電容器。相干檢測電路可以是模擬同步解調(diào)器。

在另一個方面中,電容測量電路包括信號發(fā)生器、觸摸屏顯示器、放大器、反饋電容器、混合電路和積分電路。信號發(fā)生器被配置為產(chǎn)生模擬激勵信號。觸摸屏顯示器具有至少一個電容器,其中所述電容器被配置為輸入所述模擬激勵信號且輸出經(jīng)調(diào)制的模擬激勵信號,其中根據(jù)所述電容器的電容來調(diào)制所述模擬激勵信號。放大器耦合到電容器且反饋電容器耦合到放大器的輸入端和輸出端。放大器被配置為輸入經(jīng)調(diào)制的模擬激勵信號,且輸出經(jīng)放大的經(jīng)調(diào)制的模擬激勵信號?;旌想娐否詈系剿龇糯笃骱退鲂盘柊l(fā)生器,其中所述混合電路被配置為輸入所述經(jīng)放大的經(jīng)調(diào)制的模擬激勵信號和與所述模擬激勵信號相關(guān)的模擬相關(guān)信號,并且輸出混合的模擬信號。積分電路耦合到所述混合電路,其中,所述積分電路被配置為接收所述混合的模擬信號且在離散的時間周期上對所述混合的模擬信號進(jìn)行積分以輸出電壓信號,其中所述電壓信號對應(yīng)于所述電容器的電容。

在另一個方面中,公開了測量電容的方法。該方法包括產(chǎn)生模擬激勵信號。該方法也包括對將要測量的電容器施加模擬激勵信號,從而對模擬激勵信號進(jìn)行調(diào)制。該方法也包括使所述經(jīng)調(diào)制的模擬激勵信號與相關(guān)信號相關(guān),以便解調(diào)所述經(jīng)調(diào)制的模擬激勵信號,產(chǎn)生與所述電容器的電容相對應(yīng)的輸出電壓,其中,使所述相關(guān)信號與所述模擬激勵信號相關(guān)。使經(jīng)調(diào)制的模擬激勵信號與相關(guān)信號相關(guān)可以包括:混合經(jīng)調(diào)制的模擬激勵信號與相關(guān)信號,產(chǎn)生混合的模擬信號,并且在時間周期上對混合的模擬信號進(jìn)行積分,產(chǎn)生輸出電壓。輸出電壓可以是直流電壓。使所述經(jīng)調(diào)制的模擬激勵信號與所述相關(guān)信號相關(guān)從所述經(jīng)調(diào)制的模擬激勵信號中濾除了噪聲和干擾。電容器可以測量觸摸屏顯示器的電容。

附圖說明

參考附圖介紹了若干示例性實(shí)施例,其中相同的部件具有相同的附圖標(biāo)記。示例性的實(shí)施例意圖示出本發(fā)明,而非限制本發(fā)明。附圖包括以下的圖:

圖1示出了用于電容式觸摸屏面板的示例性的傳統(tǒng)的電容式觸摸傳感器。

圖2A和2B示出了用于測量外部電容器的電容且將所測量的電容轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓的傳統(tǒng)的模擬前端電路的簡化的示意性框圖。

圖3示出了圖2A和2B的電路的示例性的響應(yīng)曲線。

圖4示出了使用數(shù)字濾波的傳統(tǒng)的模擬前端電路的簡化的示意性框圖。

圖5示出了另一個傳統(tǒng)的模擬前端電路的簡化的示意性框圖。

圖6示出了使用根據(jù)第一實(shí)施例的相干檢測的模擬前端電路的簡化的示意性框圖。

圖7示出了對于等于300kHz的激勵頻率f,圖6的電路的示例性的頻率響應(yīng)。

具體實(shí)施方式

本申請的實(shí)施例涉及模擬前端電路。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解,以下對模擬前端電路的詳細(xì)說明僅僅是說明性的,而并非旨在以任何方式作出限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員受益于本公開內(nèi)容,能夠很容易想到模擬前端電路的其它實(shí)施例。

將具體地參考附圖中所示的模擬前端電路的實(shí)施方式。在所有附圖以及以下的詳細(xì)說明中將使用相同的附圖標(biāo)記來指示相同或類似的部件。為了清楚起見,并未示出且描述這里所介紹的實(shí)施方式的所有常規(guī)特征。當(dāng)然,應(yīng)當(dāng)理解的是,在任何這樣的實(shí)際實(shí)施方式的開發(fā)過程中,必須作出許多針對實(shí)施方式的具體決定,以便達(dá)到開發(fā)者的具體目標(biāo),例如符合與應(yīng)用和商業(yè)有關(guān)的約束條件,并且這些具體目標(biāo)在一個實(shí)施方式與另一個實(shí)施方式以及一個開發(fā)者與另一個開發(fā)者之間將是不同的。此外,應(yīng)當(dāng)理解的是,這樣的開發(fā)工作可能是復(fù)雜且費(fèi)時的,但是盡管如此,對于受益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說,將依然是工程的常規(guī)工作。

在一些實(shí)施例中,由模擬前端電路來執(zhí)行電容測量,模擬前端電路使用相干檢測(也被稱為同步解調(diào)或者相關(guān)(correlation)),以抑制噪聲和/或其它的干擾。圖6示出了使用根據(jù)第一實(shí)施例的相干檢測的模擬前端電路的簡化的示意性框圖。相干檢測通常指在特定頻率f發(fā)送信號,并且在相同的頻率f檢測信號。其它頻率的信號被視為噪聲?;旌掀?0和積分器12一起被稱為相關(guān)器,其執(zhí)行同步解調(diào)或者相關(guān),以抑制噪聲和/或干擾。在一些實(shí)施例中,混合器包括運(yùn)算放大器和包括可變電阻器的電阻器對,其中混合器的輸出電壓是輸入電壓乘以兩個電阻器的比率的函數(shù)。在一些實(shí)施例中,積分器包括運(yùn)算放大器,耦合到運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端的反饋電容器,以及耦合到運(yùn)算放大器的輸入端的電阻器,其中積分器的輸出電壓等于電阻器和電容器的乘積的倒數(shù)再乘以輸入電壓在時間周期上的積分?;蛘撸梢允褂闷渌鼈鹘y(tǒng)的混合器和積分器結(jié)構(gòu)。

信號發(fā)生器8產(chǎn)生激勵信號sin(ωt),其中ω=2πf。激勵信號sin(ωt)乘以參考電壓Vref。根據(jù)測量的電容器的電容Cm來調(diào)制所得到的信號Vref*sin(ωt)。該經(jīng)調(diào)制的信號由低噪聲放大器9放大,輸入到混合器10且與初始的激勵信號sin(ωt)混合?;旌掀?0將兩個輸入信號(經(jīng)調(diào)制且放大的激勵信號和激勵信號)相乘。然后通過積分器12對相乘后的信號在一時間周期T上進(jìn)行積分。時間周期T是周期1/f的倍數(shù)。將兩個正弦波信號相乘產(chǎn)生了直流電壓項(xiàng)(Cm/2Cf)Vref加上兩倍頻的正弦項(xiàng),該正弦項(xiàng)當(dāng)在頻率的倍數(shù)上積分時抵消,僅剩下直流電壓項(xiàng)。這是當(dāng)僅存在理想信號時的結(jié)果。當(dāng)引入噪聲時,噪聲也與激勵信號sin(ωt)相乘且被積分。輸出電壓Vout可以表示如下:

<mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>C</mi> <mi>m</mi> </msub> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>C</mi> <mi>f</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msub> <mo>&divide;</mo> <munderover> <mo>&Integral;</mo> <mn>0</mn> <mi>T</mi> </munderover> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>sin</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mi>&pi;</mi> <mi>f</mi> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中T是1/f的倍數(shù),且噪聲表示為n(t)。積分器12提供了具有f周圍的峰值的帶通濾波功能,以便濾除包括在等式(1)中的第二項(xiàng)的噪聲。輸出電壓Vout是直流電壓項(xiàng),其隨后可以使用ADC來采樣。不存在將要被采樣的動態(tài)信號。

圖7示出了對于等于300kHz的激勵頻率f,圖6的電路的示例性的頻率響應(yīng)。在示例性的應(yīng)用中,圖6的電路配置用于窄帶通濾波,且圖7的相對應(yīng)的窄帶頻率響應(yīng)示出了該電路在大約300kHz的選擇性非常高。其它的頻率被濾除。

除了濾除噪聲以外,圖6所示的相干檢測電路還可以容易地適用于產(chǎn)生交替頻率的激勵信號,從而改變帶通功能。該調(diào)整并不需要改變LNA、混合器10或者積分器12。簡單地改變信號產(chǎn)生器8以在交替頻率處產(chǎn)生激勵信號。相反,需要調(diào)節(jié)圖5的傳統(tǒng)的模擬前端電路中的BPF元件,例如BPF內(nèi)的電阻器和電容器,以便改變帶通功能。

雖然上述應(yīng)用是根據(jù)正弦波來描述的,但是應(yīng)當(dāng)理解的是,其它的波形可用來應(yīng)用相干檢測。等式(1)可以概括為:

<mrow> <msub> <mi>V</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>=</mo> <msubsup> <mo>&Integral;</mo> <mn>0</mn> <mi>T</mi> </msubsup> <mi>E</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>C</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <msubsup> <mo>&Integral;</mo> <mn>0</mn> <mi>T</mi> </msubsup> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>C</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中E(t)是提供給電容器Cm的激勵信號,且C(t)是輸入到混合器的相關(guān)信號。E(t)和C(t)可以是使得E(t)和C(t)是相關(guān)的任何波形。選擇E(t)和C(t)以使得E(t)C(t)的積分最大化,且n(t)C(t)的積分最小化。針對噪聲的最小相關(guān)來選擇C(t)。時間周期T是E(t)*C(t)周期的倍數(shù)。

圖6的模擬前端電路利用了電容測量應(yīng)用中的相干檢測。在示例性的應(yīng)用中,模擬前端電路使用相干檢測來測量觸摸屏顯示器的電容。模擬前端電路提供了優(yōu)良的抗噪聲和干擾性,并且也提供了較高的信噪比。

圖6的模擬前端電路提供連續(xù)的時間信號路徑,在執(zhí)行采樣處不執(zhí)行離散采樣功能,且然后將電容器上的電荷釋放。信號連續(xù)地流過混合器和積分器,并且因此沒有由于進(jìn)行時間點(diǎn)采樣而引起的混疊。在相關(guān)器內(nèi)完成抗混疊。不需要單獨(dú)的抗混疊濾波器。

圖6的模擬前端電路比傳統(tǒng)的模擬前端電路(例如圖2A、2B、4和5的模擬前端電路)使用更少的電力。耦合到圖6的模擬前端電路的ADC不要求與諸如圖4中使用的ADC之類的ADC同樣多的電力,即對有源模擬信號進(jìn)行采樣。耦合到圖6的模擬前端電路的ADC可能更慢且更不精確。

已經(jīng)通過結(jié)合細(xì)節(jié)的具體實(shí)施例對本申請進(jìn)行了描述,以促進(jìn)對模擬前端電路的結(jié)構(gòu)和操作的原理??梢曰Q在各個附圖中示出且描述的多個部件以達(dá)到需要的結(jié)果,并且本說明書也應(yīng)當(dāng)理解為包括這樣的互換。因此,在此參考具體實(shí)施例及其詳述并不是要限制所附權(quán)利要求的范圍。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是,在不脫離本申請的精神和范圍的情況下,可以對被選擇用于列舉的實(shí)施例作出修改。

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