一種電容式觸摸按鍵的檢測(cè)電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種電容式觸摸按鍵的檢測(cè)電路，采用純模擬電路實(shí)現(xiàn)方波信號(hào)發(fā)生、信號(hào)自舉升壓及電容感應(yīng)采樣，并對(duì)采樣后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，實(shí)現(xiàn)電容式觸摸按鍵的信號(hào)檢測(cè)，該電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種電容式觸摸按鍵的檢測(cè)電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種電容式觸摸按鍵的檢測(cè)電路。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，越來(lái)越多的電子產(chǎn)品、家用電器都使用電容觸摸感應(yīng)按鍵替代傳統(tǒng)的機(jī)械式按鍵來(lái)進(jìn)行控制，傳統(tǒng)的機(jī)械式按鍵盡管價(jià)格便宜，但按壓易損，故障率較高，返修存在時(shí)間與金錢(qián)成本；而電容式觸摸按鍵具有靈敏度高，使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。電子元件產(chǎn)商也因此加大了對(duì)電容觸摸按鍵的應(yīng)用研究，并推出眾多電容感應(yīng)按鍵類(lèi)的專(zhuān)業(yè)芯片，但這些芯片價(jià)格較高，適用范圍局限性大，很難應(yīng)用到一些成本低的應(yīng)用中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種電容式觸摸按鍵的檢測(cè)電路，以解決電容式觸摸按鍵檢測(cè)設(shè)備成本高、應(yīng)用局限性大的問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種電容式觸摸按鍵的檢測(cè)電路，所述電路包括依次連接的方波信號(hào)發(fā)生電路單元、整形升壓電路單元、電容感應(yīng)采樣電路單元和信號(hào)采集處理單元，
[0006]所述方波信號(hào)發(fā)生電路單兀用于產(chǎn)生方波信號(hào)；
[0007]所述整形升壓電路單元用于根據(jù)所述方波信號(hào)對(duì)輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行升壓處理；
[0008]所述電容感應(yīng)采樣電路單元用于對(duì)電容兩端電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，
[0009]所述信號(hào)采集處理單元用于采樣的電容電壓進(jìn)行數(shù)字化處理，根據(jù)電容兩端電壓信號(hào)的變化量判斷按鍵是否被按下。
[0010]進(jìn)一步地，所述方波信號(hào)發(fā)生電路單元包括積分電路和比較電路，所述積分電路用于產(chǎn)生三角波，并將所述三角波信號(hào)作為所述比較電路的輸入信號(hào)，所述比較電路用于輸出方波信號(hào)，并將所述方波信號(hào)作為積分電路的輸入信號(hào)。
[0011]進(jìn)一步地，所述方波信號(hào)發(fā)生電路單元包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第一電容、第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器，所述第一運(yùn)算放大器的負(fù)向輸入端經(jīng)第一電阻與第二運(yùn)算放大器的輸出端連接，所述第一運(yùn)算放大器的輸出端經(jīng)第二電阻與第二運(yùn)算放大器的正相輸入端連接，所述第一電容的一端與第一運(yùn)算放大器的負(fù)向輸入端連接，另一端與第一運(yùn)算放大器的輸出端連接，所述第三電阻的一端與第二運(yùn)算放大器的輸入端連接，另一端與第二運(yùn)算放大器的輸出端連接，所述第一運(yùn)算放大器的正相輸入端接入控制信號(hào)，所述第二運(yùn)算放大器的負(fù)向輸入端接入控制信號(hào)。
[0012]進(jìn)一步地，所述方波信號(hào)發(fā)生電路單元產(chǎn)生占空比為50%的方波信號(hào)。
[0013]進(jìn)一步地，所述整形升壓電路單元包括自舉升壓電路。
[0014]進(jìn)一步地，所述整形升壓電路單元包括第四電阻、第一電感、三極晶體管和穩(wěn)壓二極管，所述三極晶體管的基極與第二運(yùn)算放大器的輸出端連接，所述三極晶體管的集電極經(jīng)第一電感與供電電源連接，所述三極晶體管的發(fā)射極接地，所述穩(wěn)壓二極管的一端與三極晶體管的發(fā)射極連接，另一端與集電極連接，所述第四電阻的一端與穩(wěn)壓二極管與第一電感的公共端連接，另一端與電容感應(yīng)采樣電路單元的輸入端連接。
[0015]進(jìn)一步地，所述電容感應(yīng)采樣電路單元包括第五電阻、第六電阻、第七電阻、第二電容、感應(yīng)按鍵、第一二極管和與第二二極管，所述第五電阻、第六電阻、第七電阻和第二電容依次連接，所述第一二極管與第五電阻并聯(lián)，所述第二二極管與第六電阻并聯(lián)，所述第五電阻的另一端與整形升壓電路單元的輸出端連接，所述第二電容的另一端接地，所述第二電容與第七電阻的公共端與信號(hào)采集處理單元的輸入單連接，所述第五電阻和第六電阻的公共端與感應(yīng)按鍵連接，其中，所述第一二極管與第二二極管的正極對(duì)接，或者第一二極管與第二二極管的負(fù)極對(duì)接。
[0016]進(jìn)一步地，所述第五電阻和第六電阻的電阻值相同，所述第一二極管和第二二極管電氣參數(shù)相同。
[0017]采用本發(fā)明的技術(shù)方案，采用純模擬電路實(shí)現(xiàn)方波信號(hào)發(fā)生、信號(hào)自舉升壓及電容感應(yīng)采樣，對(duì)采樣后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，對(duì)電容式觸摸按鍵進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，該電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]圖1為本發(fā)明電容式觸摸按鍵檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的電容式觸摸按鍵檢測(cè)電路的原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]電容式觸摸感應(yīng)按鍵的基本原理:當(dāng)人體(手指)接觸金屬感應(yīng)片的時(shí)候，由于人體相當(dāng)于一個(gè)接大地的電容，因此會(huì)在感應(yīng)片和大地之間形成一個(gè)電容，感應(yīng)電容量通常有幾PF到幾十pF。本發(fā)明依據(jù)上述原理，在外部搭建相關(guān)電路，根據(jù)金屬感應(yīng)片電容量的變化，檢測(cè)是否有人體接觸金屬感應(yīng)片。
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]圖1為本發(fā)明電容式觸摸按鍵檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，所述電路包括依次連接的方波信號(hào)發(fā)生電路單元101、整形升壓電路單元102、電容感應(yīng)采樣電路單元103，所述電容感應(yīng)采樣電路單元輸出的信號(hào)經(jīng)外接的信號(hào)采集單元進(jìn)行數(shù)字化處理；
[0024]所述方波信號(hào)發(fā)生電路單元101用于產(chǎn)生方波信號(hào)；
[0025]所述整形升壓電路單元102用于根據(jù)所述方波信號(hào)對(duì)輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行升壓處理；
[0026]所述電容感應(yīng)采樣電路單元103用于對(duì)電容兩端電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，
[0027]所述信號(hào)采集處理單元104用于采樣的電容電壓進(jìn)行數(shù)字化處理，根據(jù)電容兩端電壓信號(hào)的變化量判斷按鍵是否被按下。
[0028]本實(shí)施例中，所述方波信號(hào)發(fā)生電路單元101包括積分電路和比較電路，所述積分電路用于產(chǎn)生三角波，并將所述三角波信號(hào)作為所述比較電路的輸入信號(hào)，所述比較電路用于輸出方波信號(hào)，并將所述方波信號(hào)作為積分電路的輸入信號(hào)。
[0029]整形升壓電路單元102包括自舉升壓電路。所述自舉升壓電路根據(jù)方波信號(hào)發(fā)生電路單元輸出的方波信號(hào)控制三極管控制的導(dǎo)通或截止，從而控制電感線圈儲(chǔ)存能量或釋放能量。當(dāng)電感線圈釋放能量時(shí)，電感線圈上儲(chǔ)存的能量加上整形升壓電路的供電電源一起為后續(xù)電路提供電能。對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行整形升壓是為了提高信號(hào)檢測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確性。
[0030]電容感應(yīng)采樣電路單元103的采樣電容進(jìn)行儲(chǔ)存能量和釋放能量的更替，當(dāng)人體手指觸摸到感應(yīng)按鍵時(shí)，電容感應(yīng)按鍵由于內(nèi)在寄生電容發(fā)生改變，使得采樣電容兩端的電荷發(fā)生變化，相應(yīng)的采樣電容兩端的電壓信號(hào)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。通過(guò)對(duì)采樣電容外圍電路的選擇，使電容儲(chǔ)存能量和釋放能量的過(guò)程具有相同的電氣參數(shù)，如時(shí)間、電荷量坐寸ο
[0031]信號(hào)采集處理單元104對(duì)采樣電容兩端的電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，根據(jù)采樣電容兩端電壓信號(hào)的變化判斷按鍵是否被按下。所述信號(hào)采集處理單元104包括單片機(jī)的A/D采樣模塊，通過(guò)單片機(jī)的A/D采樣接口接入。
[0032]其中，所述方波信號(hào)發(fā)生電路單元產(chǎn)生占空比為50%的方波信號(hào)，使得電容感應(yīng)采樣電路單元中電容的充放電時(shí)間參數(shù)相同。
[0033]本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以完全采用純模擬電路實(shí)現(xiàn)電容式觸摸按鍵的信號(hào)檢測(cè)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
[0034]圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的電容式觸摸按鍵檢測(cè)電路的原理圖。如圖2所示，該電路包括依次連接的方波信號(hào)發(fā)生電路單元101、整形升壓電路單元102、電容感應(yīng)采樣電路單元103，電容感應(yīng)采樣電路單元輸出信號(hào)通過(guò)單片機(jī)的A/D采集接口進(jìn)行數(shù)字化處理。
[0035]其中，方波信號(hào)發(fā)生電路單元101包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一電容Cl、第一運(yùn)算放大器Ul和第二運(yùn)算放大器U2，所述第一運(yùn)算放大器Ul的負(fù)向輸入端經(jīng)第一電阻與第二運(yùn)算放大器U2的輸出端連接，所述第一運(yùn)算放大器Ul的輸出端經(jīng)第二電阻R2與第二運(yùn)算放大器U2的正相輸入端連接，所述第一電容Cl的一端與第一運(yùn)算放大器Ul的負(fù)向輸入端連接，另一端與第一運(yùn)算放大器Ul的輸出端連接，所述第三電阻R3的一端與第二運(yùn)算放大器U2的輸入端連接，另一端與第二運(yùn)算放大器U2的輸出端連接，所述第一運(yùn)算放大器Ul的正相輸入端接入頻率控制信號(hào)，所述第二運(yùn)算放大器U2的負(fù)向輸入端接入基準(zhǔn)電壓信號(hào)。
[0036]所述第一運(yùn)算放大器Ul、第一電阻Rl和第一電容Cl組成積分電路，用于產(chǎn)生三角波信號(hào)；第二運(yùn)算放大器U2和第二電容C2組成比較電路，用于產(chǎn)生信號(hào)方波信號(hào)，其中，所述積分電路產(chǎn)生的三角波信號(hào)作為比較電路的輸入信號(hào)，所述比較電路輸出的方波信號(hào)作為積分電路的輸入信號(hào)。
[0037]第一運(yùn)放Ul的正向輸入端接頻率控制信號(hào)Vbias,用于控制積分電路輸出三角波的上升沿及下降沿；第二運(yùn)放U2的負(fù)向輸入端接入基準(zhǔn)電壓信號(hào)，通過(guò)調(diào)整基準(zhǔn)電壓信號(hào)能夠調(diào)整輸出方波信號(hào)的占空比，本實(shí)施例中方波信號(hào)發(fā)生電路單元輸出占空比為50%的方波信號(hào)。
[0038]所述第一運(yùn)算放大器Ul和第二運(yùn)算放大器U2都采用信號(hào)為0P354的運(yùn)放。兩個(gè)放大器的接地端都并聯(lián)有小電容Cb進(jìn)行濾波。
[0039]整形升壓電路單元102采用自舉升壓電路。所述整形升壓電路單元包括第四電阻R4、第一電感L1、三極晶體管Tl和穩(wěn)壓二極管Z1，所述三極晶體管Tl的基極與第二運(yùn)算放大器U2的輸出端連接，所述三極晶體管Tl的集電極經(jīng)第一電感LI與供電電源連接，所述三極晶體管Tl的發(fā)射極接地，所述穩(wěn)壓二極管Zl的一端與三極晶體管Tl的發(fā)射極連接，另一端與集電極連接，所述第四電阻R4的一端與穩(wěn)壓二極管Zl與第一電感LI的公共端連接，另一端與電容感應(yīng)采樣電路單元的輸入端連接。
[0040]所述電容感應(yīng)采樣電路單元103包括第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第二電容C2、感應(yīng)按鍵J1、第一二極管D2和與第二二極管D1，所述第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7和第二電容C2依次連接，所述第一二極管D2與第五電阻R5并聯(lián)，所述第二二極管Dl與第六電阻R6并聯(lián)，所述第五電阻R5的另一端與整形升壓電路單元的輸出端連接，所述第二電容C2的另一端接地，所述第二電容C2與第七電阻R7的公共端與信號(hào)采集處理單元的輸入單連接，所述第五電阻R5和第六電阻R6的公共端與感應(yīng)按鍵Jl連接，其中，所述第一二極管與第二二極管的正極對(duì)接。
[0041]所述第二電容C2為采樣電容。
[0042]電容感應(yīng)采樣電路單元前增加自舉升壓電路，能夠提高信號(hào)檢測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確性。自舉升壓電路中穩(wěn)壓二極管Zl能夠保護(hù)三極晶體管Tl不被擊穿，以及保持升壓后的輸出的電壓波形的穩(wěn)定。
[0043]方波信號(hào)發(fā)生電路單元輸出占空比為50%、頻率為數(shù)百KHz的方波信號(hào)。當(dāng)方波信號(hào)為高電平時(shí)，整形升壓電路中三極晶體管導(dǎo)通，電感線圈LI儲(chǔ)存能量，在電感線圈中電路達(dá)到穩(wěn)定之前，電容感應(yīng)采樣電路的采樣電容C2通過(guò)電阻R7、電阻R6和電阻R4組成的回路進(jìn)行放電；當(dāng)方波信號(hào)為低電平時(shí)，整形升壓電路中三極晶體管截止，電感線圈LI儲(chǔ)存的能量進(jìn)行釋放，此時(shí)電感線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向與供電電源電壓方向相同，二者疊加使輸出電壓升高，所述升高后的電壓通過(guò)電阻R4、電阻R5和電阻R7為采樣電容充電。
[0044]為了使電容儲(chǔ)存能量和釋放能量的的充放電時(shí)間參數(shù)一致，第五電阻R5和第六電阻R6的電阻值相同，第一二極管D2和第二二極管Dl具有相同的電氣參數(shù)。占空比為50%的方波信號(hào)使得整個(gè)電路按照一致的充放電參數(shù)循環(huán)進(jìn)行充電和放電過(guò)程。當(dāng)有手指觸摸電容感應(yīng)按鍵Jl時(shí)，電容感應(yīng)按鍵由于內(nèi)在寄生電容的改變，使采樣電容C2上的電荷也隨之發(fā)生改變。因此采樣電容兩端的電壓將會(huì)改變，改變后的電壓通過(guò)單片機(jī)的A/D采樣口進(jìn)行數(shù)字化處理，根據(jù)采樣電容兩端電壓信號(hào)的變化來(lái)量，即可判斷觸摸按鍵是否被按下。
[0045]此外，本實(shí)施例中第一二極管D2和第二二極管Dl的正極對(duì)接的連接方式可以用第一二極管D2和第二二極管Dl的負(fù)端對(duì)接的連接方式進(jìn)行替代。這樣，在對(duì)采樣電容進(jìn)行充電或者放電時(shí)通過(guò)的回路會(huì)有所變化。
[0046]本發(fā)明的技術(shù)方案采用純模擬電路實(shí)現(xiàn)方波信號(hào)發(fā)生、信號(hào)自舉升壓及電容感應(yīng)采樣，對(duì)電容式觸摸按鍵進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
[0047]上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電容式觸摸按鍵的檢測(cè)電路，其特征在于，所述電路包括依次連接的方波信號(hào)發(fā)生電路單元、整形升壓電路單元、電容感應(yīng)采樣電路單元和信號(hào)采集處理單元， 所述方波信號(hào)發(fā)生電路單元用于產(chǎn)生方波信號(hào)； 所述整形升壓電路單元用于根據(jù)所述方波信號(hào)對(duì)輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行升壓處理； 所述電容感應(yīng)采樣電路單元用于對(duì)電容兩端電壓信號(hào)進(jìn)行采樣， 所述信號(hào)采集處理單元用于采樣的電容電壓進(jìn)行數(shù)字化處理，根據(jù)電容兩端電壓信號(hào)的變化量判斷按鍵是否被按下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式觸摸按鍵的檢測(cè)電路，其特征在于，所述方波信號(hào)發(fā)生電路單元包括積分電路和比較電路，所述積分電路用于產(chǎn)生三角波，并將所述三角波信號(hào)作為所述比較電路的輸入信號(hào)，所述比較電路用于輸出方波信號(hào)，并將所述方波信號(hào)作為積分電路的輸入信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容式觸摸按鍵的檢測(cè)電路，其特征在于，所述方波信號(hào)發(fā)生電路單元包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第一電容、第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器，所述第一運(yùn)算放大器的負(fù)向輸入端經(jīng)第一電阻與第二運(yùn)算放大器的輸出端連接，所述第一運(yùn)算放大器的輸出端經(jīng)第二電阻與第二運(yùn)算放大器的正相輸入端連接，所述第一電容的一端與第一運(yùn)算放大器的負(fù)向輸入端連接，另一端與第一運(yùn)算放大器的輸出端連接，所述第三電阻的一端與第二運(yùn)算放大器的輸入端連接，另一端與第二運(yùn)算放大器的輸出端連接，所述第一運(yùn)算放大器的正相輸入端接入控制信號(hào)，所述第二運(yùn)算放大器的負(fù)向輸入端接入控制信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電容式觸摸按鍵的檢測(cè)電路，其特征在于，所述方波信號(hào)發(fā)生電路單元產(chǎn)生占空比為50%的方波信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式觸摸按鍵的檢測(cè)電路，其特征在于，所述整形升壓電路單元包括自舉升壓電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容式觸摸按鍵的檢測(cè)電路，其特征在于，所述整形升壓電路單元包括第四電阻、第一電感、三極晶體管和穩(wěn)壓二極管，所述三極晶體管的基極與第二運(yùn)算放大器的輸出端連接，所述三極晶體管的集電極經(jīng)第一電感與供電電源連接，所述三極晶體管的發(fā)射極接地，所述穩(wěn)壓二極管的一端與三極晶體管的發(fā)射極連接，另一端與集電極連接，所述第四電阻的一端與穩(wěn)壓二極管與第一電感的公共端連接，另一端與電容感應(yīng)采樣電路單元的輸入端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電容式觸摸按鍵的檢測(cè)電路，其特征在于，所述電容感應(yīng)采樣電路單元包括第五電阻、第六電阻、第七電阻、第二電容、感應(yīng)按鍵、第一二極管和與第二二極管，所述第五電阻、第六電阻、第七電阻和第二電容依次連接，所述第一二極管與第五電阻并聯(lián)，所述第二二極管與第六電阻并聯(lián)，所述第五電阻的另一端與整形升壓電路單元的輸出端連接，所述第二電容的另一端接地，所述第二電容與第七電阻的公共端與信號(hào)采集處理單元的輸入單連接，所述第五電阻和第六電阻的公共端與感應(yīng)按鍵連接，其中，所述第一二極管與第二二極管的正極對(duì)接，或者第一二極管與第二二極管的負(fù)極對(duì)接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電容式觸摸按鍵的檢測(cè)電路，其特征在于，所述第五電阻和第六電阻的電阻值相同，所述第一二極管和第二二極管電氣參數(shù)相同。
【文檔編號(hào)】H03K17/96GK104079283SQ201310109419
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月29日
【發(fā)明者】張娜 申請(qǐng)人:北京誼安醫(yī)療系統(tǒng)股份有限公司