[發明專利]用于電容感應識別系統的裝置和方法

有效

• 申請號: 201610677526.2
• 申請日: 2016-08-16
• 公開（公告）號: CN106293299B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 李卓
• 申請（專利權）人: 北京集創北方科技股份有限公司
• 主分類號: G06F3/044
• 分類號: G06F3/044;G06K9/00
• 代理公司: 北京成創同維知識產權代理有限公司11449
• 代理人: 蔡純,張靖琳

技術領域

本發明涉及用于電容感應識別系統的裝置和方法，更具體地，涉及用于調節電容感應識別系統的動態范圍的裝置和方法。

背景技術

目前，電容感應識別系統廣泛應用于投射電容式觸摸屏、觸摸板以及指紋識別等人機交互應用中，其原理是通過前端檢測電路將電容值轉化為電信號量(電壓、電流等)。對于觸摸屏應用來說，手指按壓會引起相應位置感應電容的大小發生變化，前端檢測電路輸出的電信號大小也相應地與無觸摸時不同，從而判斷是否發生觸摸及其位置信息。對于電容式指紋識別傳感器來說，指紋谷和脊與傳感器形成的電容大小不同，前端檢測電路檢測到的電信號輸出也不相同。

電容感應識別系統在無觸摸時會存在一個固有電容，本發明中稱為“背景電容”。發生觸摸后，感應電容的電容值會在固有電容的基礎上發生相應的變化。從以上原理可以看出，電容感應識別系統的有效動態范圍為檢測電容的變化量。觸摸屏系統為觸摸前后電容的差值，而指紋識別系統為指紋谷和脊電容的差值。提高前端檢測電路的增益可以增大系統的有效動態范圍。

在某些應用下，前端檢測電路會先后檢測不同狀態下的電容值，即分別檢測背景電容和觸摸發生后引入的感應電容，并且通過后續處理電路或者軟件進行差值處理。

在另一些應用下，前端檢測電路會同時檢測不同條件下的電容值，即同時檢測背景電容和觸摸發生后引入的感應電容。

假設背景電容為C_b,需要檢測的電容變化量為C_Δ,前端檢測電路將電容轉換為電壓的轉換關系可以簡單表示為：

VOUT＝A*(C_b+C_Δ)(1)

由于前端檢測電路輸出幅值受限，VOUT<＝V_{h_limit},因此前端檢測電路的轉換增益A的最大值為：

可以看到，由于存在“背景電容”，前端檢測電路并不能直接放大檢測電容的變化量，如果僅僅增加前端檢測電路的增益，會使前端檢測電路飽和。在檢測電容的變化量相對于電容的絕對值很小的時候，這通常會使得系統有效動態范圍變小，前端檢測電路無法有效地通過增大增益來提高系統的輸入信號量。

因此，需要調節電容感應識別系統的動態范圍的新的裝置和方法。

發明內容

為此，本發明的實施例提供了一種用于電容感應識別系統的裝置和方法，可以有效地調節電容感應識別系統的動態范圍。

根據本發明的一方面，提供了一種用于電容感應識別系統的裝置，包括：

放大器模塊，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端；

激勵信號源，用于經由電容感應識別系統的感應電容向放大器模塊的第一輸入端提供激勵信號；

前端反饋電容器，連接在所述放大器模塊的第一輸入端與輸出端之間；以及

補償模塊，連接在所述放大器模塊的第二輸入端與輸出端之間，用于向放大器模塊的第二輸入端提供輸入差電壓，從放大器模塊的輸出端接收輸出電壓，并且在放大器模塊的輸出端提供的輸出電壓不在預定范圍內時，根據電容感應識別系統中的背景電容的大小來調整提供給放大器模塊的第二輸入端的輸入差電壓。

在一些實施例中，所述補償模塊包括：

模擬數字轉換器，連接到所述放大器模塊的輸出端；

數字模擬轉換器，連接到所述放大器模塊的第二輸入端；以及

數字控制單元，連接在模擬數字轉換器與數字模擬轉換器之間，用于經由數字模擬轉換器向放大器模塊的第二輸入端提供輸入差電壓，經由模擬數字轉換器從放大器模塊的輸出端接收輸出電壓，并且在接收到的輸出電壓不在預定范圍內時，根據背景電容的大小來調整提供給放大器模塊的第二輸入端的輸入差電壓。

在一些實施例中，所述補償模塊還用于在調整提供給放大器模塊的第二輸入端的輸入差電壓的同時，調整前端反饋電容器的電容。

在一些實施例中，所述調整提供給放大器模塊的第二輸入端的輸入差電壓是在背景電容量化階段進行的。

在一些實施例中，用于電容感應識別系統的裝置，還包括：復位開關，與所述前端反饋電容器并聯，用于在復位時使所述放大器模塊輸出所述輸入差電壓。

在一些實施例中，所述電容感應識別系統用于指紋識別裝置，在所述背景電容量化階段將指紋谷與指紋識別裝置的觸摸表面之間的電容量化為背景電容。

在一些實施例中，所述電容感應識別系統用于觸摸屏，在所述背景電容量化階段將觸摸屏的觸摸表面在未被觸摸時的耦合電容量化為背景電容。