本發(fā)明涉及一種電容感測(cè)電路，尤其涉及一種電路構(gòu)造簡(jiǎn)單的電容感測(cè)電路。

背景技術(shù)：

隨著科技日新月異，移動(dòng)電話、數(shù)字相機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、筆記本電腦等越來(lái)越多攜帶型電子裝置已經(jīng)成為了人們生活中必備的工具。由于攜帶型電子裝置一般為個(gè)人使用，而具有一定的隱私性，因此其內(nèi)部?jī)?chǔ)存的數(shù)據(jù)，例如電話簿、相片、個(gè)人信息等等為私人所有。若電子裝置一旦丟失，則這些數(shù)據(jù)可能會(huì)被他人所利用，而造成不必要的損失。雖然目前已有利用密碼保護(hù)的方式來(lái)避免電子裝置為他人所使用，但密碼容易泄露或遭到破解，具有較低的安全性。并且，用戶需記住密碼才能使用電子裝置，若忘記密碼，則會(huì)帶給使用者許多不便。因此，目前發(fā)展出利用個(gè)人指紋識(shí)別系統(tǒng)的方式來(lái)達(dá)到身份認(rèn)證的目的，以提升數(shù)據(jù)安全性。

一般來(lái)說(shuō)，指紋識(shí)別系統(tǒng)中利用一電容感測(cè)電路接受手指的接觸，電容感測(cè)電路用來(lái)接受手指的接觸并與手指之間形成一接觸電容，電容感測(cè)電路可將接觸電容的電容值轉(zhuǎn)換成一模擬電壓信號(hào)，模擬電壓信號(hào)需轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號(hào)后，再傳送至后端的指紋判斷模塊以判斷電容感測(cè)電路對(duì)應(yīng)于指紋的紋蜂(Finger Ridge)或紋谷(Finger Valley)。換句話說(shuō)，模擬電壓信號(hào)通過(guò)一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Convertor，ADC)以轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號(hào)。然而，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且占據(jù)大幅電路面積，同時(shí)增加生產(chǎn)成本，且消耗較高功率。因此，如何提供一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路面積小、成本低且低功耗的電容感測(cè)電路也就成為業(yè)界所努力的目標(biāo)之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的主要目的即在于提供一種電路構(gòu)造簡(jiǎn)單的電容感測(cè)電路。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一電容感測(cè)電路，用來(lái)感測(cè)一接觸電容，包括一取樣保持電路，耦接于所述接觸電容；一積分電路，包含有一積分輸入端，耦接于所述取樣保持電路；以及一積分輸出端；一比較器，包含有一第一輸入端，耦接于所述積分輸出端；一第二輸入端，用來(lái)接收一參考電壓；以及一比較輸出端，用來(lái)輸出一比較輸出電壓；以及一邏輯電路，耦接于所述比較輸出端，當(dāng)所述比較輸出電壓顯示所述比較器轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，所述邏輯電路輸出所述積分電路的一積分時(shí)間；其中，所述積分時(shí)間相關(guān)于所述接觸電容的一電容值。

優(yōu)選地，當(dāng)所述比較輸出電壓顯示所述比較器轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，所述邏輯電路產(chǎn)生一控制信號(hào)以終止所述積分電路的積分操作。

優(yōu)選地，所述積分時(shí)間為所述積分電路自開(kāi)始進(jìn)行積分操作至終止積分操作所經(jīng)歷的時(shí)間。

優(yōu)選地，所述取樣保持電路包含一第一開(kāi)關(guān)，其一端接收一正電壓，另一端耦接于所述接觸電容；以及一第二開(kāi)關(guān)，其一端耦接于所述接觸電容，另一端耦接于所述積分輸入端；其中，于一第一時(shí)間，所述第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通而所述第二開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；以及于一第二時(shí)間，所述第一開(kāi)關(guān)斷開(kāi)而所述第二開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。

優(yōu)選地，所述積分電路包含有一放大器，所述放大器的一放大輸入端為所述積分輸入端，所述放大器的一放大輸出端為所述積分輸出端；一第三開(kāi)關(guān)，耦接于所述放大輸入端與所述放大輸出端之間；一積分電容，耦接于所述放大輸入端與所述放大輸出端之間；以及一第四開(kāi)關(guān)，其一端耦接于所述積分電容，另一端耦接于所述放大輸出端。

優(yōu)選地，于所述電容感測(cè)電路的一重置模式時(shí)，所述第三開(kāi)關(guān)及所述第四開(kāi)關(guān)導(dǎo)通；以及于所述積分電路進(jìn)行積分操作時(shí)，所述第三開(kāi)關(guān)斷開(kāi)而所述第四開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。

本發(fā)明提供的電容感測(cè)電路可將接觸電容中所儲(chǔ)存的電荷轉(zhuǎn)換成一時(shí)間信號(hào)，其具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路面積小、成本低以及低功耗的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一電容感測(cè)電路的示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中積分輸出電壓的波形圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的電容感測(cè)電路將接觸電容中所儲(chǔ)存的電荷轉(zhuǎn)換成一時(shí)間信號(hào)，以精準(zhǔn)地判讀接觸電容的電容值，同時(shí)降低電容感測(cè)電路的電路復(fù)雜度。具體來(lái)說(shuō)，請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例一電容感測(cè)電路10的示意圖。電容感測(cè)電路10，用來(lái)感測(cè)一接觸電容Cf，其包含一取樣保持電路SH、一積分電路100、一比較器comp以及一邏輯電路102。積分電路100包含開(kāi)關(guān)S3、S4、一放大器Amp及一積分電容C_INT，放大器Amp的一輸入端即為積分電路100的一積分輸入端，放大器Amp的一輸出端即為積分電路100的一積分輸出端，其中積分輸出端用來(lái)輸出一積分輸出電壓V_OUT。另外，比較器comp的一正輸入端(標(biāo)示有「+」號(hào))耦接于積分電路100的積分輸出端，用來(lái)接收積分輸出電壓V_OUT，比較器comp的一負(fù)輸入端(標(biāo)示有「－」號(hào))接收一參考電壓V_REF，比較器comp的一比較輸出端，用來(lái)輸出一比較輸出電壓V_CMP。邏輯電路102可利用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，其耦接于比較器comp的比較輸出端及積分電路100之間，當(dāng)比較輸出電壓V_CMP顯示比較器comp轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，邏輯電路102輸出所述積分電路的一積分時(shí)間T_OUT，且邏輯電路102產(chǎn)生一控制信號(hào)(未繪示于圖1)至積分電路100，以終止積分電路100的積分操作，其中，積分時(shí)間T_OUT即可代表/反映接觸電容Cf的一電容值。

詳細(xì)來(lái)說(shuō)，取樣保持電路SH包含開(kāi)關(guān)S1及開(kāi)關(guān)S2，開(kāi)關(guān)S1的一端接收一正電壓V_DD，開(kāi)關(guān)S1的另一端電性連接于接觸電容Cf；開(kāi)關(guān)S2的一端電性連接于接于接觸電容Cf，開(kāi)關(guān)S2的另一端電性連接于積分電路100的積分輸入端。另外，于積分電路100中，開(kāi)關(guān)S3耦接于積分電路100的積分輸入端與積分輸出端之間，積分電容C_INT與開(kāi)關(guān)S4串接，且積分電容C_INT及開(kāi)關(guān)S4也耦接于積分電路100的積分輸入端與積分輸出端之間。藉由控制開(kāi)關(guān)S3、S4的導(dǎo)通狀態(tài)，即可控制積分電路100(或電容感測(cè)電路10)的一操作模式。舉例來(lái)說(shuō)，于電容感測(cè)電路10的一重置(Reset)模式中，開(kāi)關(guān)S3、S4皆導(dǎo)通；而于電容感測(cè)電路10的一積分模式中(即當(dāng)積分電路100進(jìn)行積分操作時(shí))，開(kāi)關(guān)S3斷開(kāi)而開(kāi)關(guān)S4導(dǎo)通。若需終止積分電路100的積分操作，邏輯電路102可產(chǎn)生控制信號(hào)使開(kāi)關(guān)S4斷開(kāi)。

當(dāng)積分電路100進(jìn)行積分操作時(shí)，于一時(shí)脈(Clock)周期T中的一前半周期(對(duì)應(yīng)第一時(shí)間)，開(kāi)關(guān)S1導(dǎo)通(ON)而開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)(OFF)，接觸電容Cf充電至正電壓V_DD；于時(shí)脈周期T中的一后半周期(對(duì)應(yīng)第二時(shí)間)，開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)而開(kāi)關(guān)S2導(dǎo)通，儲(chǔ)存于接觸電容Cf的電荷流至積分電容C_INT，換句話說(shuō)，當(dāng)積分電路100進(jìn)行積分操作時(shí)，積分輸出電壓V_OUT會(huì)隨時(shí)間遞減。另一方面，當(dāng)積分電路100操作于積分模式時(shí)，積分輸出電壓V_OUT會(huì)不斷地遞減，直到積分輸出電壓V_OUT略小于參考電壓V_REF時(shí)，比較器comp轉(zhuǎn)態(tài)，此時(shí)邏輯電路102產(chǎn)生控制信號(hào)以終止積分電路100的積分操作，并輸出積分時(shí)間T_OUT。

由于接觸電容Cf的電容值與積分時(shí)間T_OUT-呈反比，對(duì)相同的預(yù)定次數(shù)N_TH而言，積分時(shí)間T_OUT越小代表接觸電容Cf的電容值越大。因此，電容感測(cè)電路10的一后端電路(未繪示于圖1)即可根據(jù)積分時(shí)間T_OUT判斷接觸電容Cf的電容值。

具體來(lái)說(shuō)，請(qǐng)參考圖2，圖2為電容感測(cè)電路10分別對(duì)一接觸電容Cf_1及一接觸電容Cf_2進(jìn)行電容感測(cè)所產(chǎn)生的一積分輸出電壓V_{OUT_1}及一積分輸出電壓V_{OUT_2}的波形圖，其中接觸電容Cf_1與接觸電容Cf_2具有不同的電容值，虛線代表積分輸出電壓V_{OUT_1}的波形圖，而實(shí)線代表積分輸出電壓V_{OUT_2}的波形圖。由圖2可知，電容感測(cè)電路10于一時(shí)間t₀開(kāi)始進(jìn)行積分操作(或開(kāi)始進(jìn)入積分模式)，當(dāng)電容感測(cè)電路10對(duì)接觸電容Cf_1進(jìn)行電容感測(cè)時(shí)，隨著積分電路100持續(xù)積分，積分輸出電壓V_OUT持續(xù)地遞減，直到一時(shí)間t₁，即當(dāng)積分輸出電壓V_OUT略小于參考電壓V_REF時(shí)，此時(shí)比較器comp轉(zhuǎn)態(tài)，積分電路100終止其積分操作，而邏輯電路102輸出一積分時(shí)間T_{OUT_1}。同樣地，當(dāng)電容感測(cè)電路10對(duì)接觸電容Cf_2進(jìn)行電容感測(cè)時(shí)，隨著積分電路100持續(xù)積分，積分輸出電壓V_OUT持續(xù)地遞減，直到一時(shí)間t₂，即當(dāng)積分輸出電壓V_OUT略小于參考電壓V_REF時(shí)，此時(shí)比較器comp轉(zhuǎn)態(tài)，積分電路100終止其積分操作，而邏輯電路102輸出一積分時(shí)間T_{OUT_2}。在此情形下，電容感測(cè)電路10的后端電路即可根據(jù)積分時(shí)間T_{OUT_1}、T_{OUT_2}分別判斷接觸電容Cf_1、Cf_2的電容值。

簡(jiǎn)言之，本發(fā)明利用邏輯電路102及比較器comp，判斷積分電路100所輸出的積分輸出電壓V_OUT是否小于參考電壓V_REF，當(dāng)積分輸出電壓V_OUT小于參考電壓V_REF時(shí)，邏輯電路102輸出積分時(shí)間T_OUT，而電容感測(cè)電路10的后端電路即可根據(jù)積分時(shí)間T_OUT判斷接觸電容Cf的電容值。

習(xí)知電容感測(cè)電路需將接觸電容中所儲(chǔ)存的電荷轉(zhuǎn)換成一模擬電壓信號(hào)，并透過(guò)一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Convertor，ADC)將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號(hào)，然而，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且占據(jù)大幅電路面積。相較之下，本發(fā)明的電容感測(cè)電路在不使用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的情況下，將接觸電容中所儲(chǔ)存的電荷轉(zhuǎn)換成時(shí)間信號(hào)(即積分時(shí)間T_OUT)，而后端電路即可根據(jù)積分時(shí)間T_OUT判斷接觸電容的電容值，進(jìn)而判斷有無(wú)觸控事件發(fā)生，或判斷電容感測(cè)電路對(duì)應(yīng)于指紋的紋蜂(Finger Ridge)或紋谷(Finger Valley)，以進(jìn)行指紋辨識(shí)。

綜上所述，本發(fā)明的電容感測(cè)電路可將接觸電容中所儲(chǔ)存的電荷轉(zhuǎn)換成時(shí)間信號(hào)，而不需使用傳統(tǒng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，根據(jù)本發(fā)明電容感測(cè)電路所輸出的積分時(shí)間，即可判斷接觸電容的電容值。因此，本發(fā)明的電容感測(cè)電路具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路面積小、成本低以及低功耗的優(yōu)點(diǎn)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。