具有反相积分器和非反相积分器的积分器电路.pdf

本发明公开了一种开关电容积分器电路。所述开关电容积分器电路包括反相开关电容积分器电路以及与所述反相开关电容积分器电路连接的非反相开关电容积分器电路。所述反相开关电容积分器电路的取样电容被所述非反相开关电容积分器电路共享。

权利要求书一种积分器电路，其包括：
第一运算放大器、第二运算放大器和电容器，
其中所述第一和第二运算放大器的反相输入端子被配置成分别通过第一开关和第二开关连接到所述电容器的第一端子，
所述电容器的第二端子被配置成分别通过第三开关和第四开关连接到第一电位和第二电位， 
所述第一运算放大器的所述反相输入端子和输出端子被配置成通过第一反馈电容器相互连接，所述第二运算放大器的所述反相输入端子和输出端子被配置成通过第二反馈电容器相互连接，并且
所述第一和第二运算放大器的非反相输入端子被配置成连接到第三电位。
 如权利要求1所述的积分器电路，其中所述第一开关和所述第三开关由第一时钟驱动，并且所述第二开关和所述第四开关由第二时钟驱动。
 如权利要求2所述的积分器电路，其中所述第一时钟和所述第二时钟的接通间隔在时间轴上交替表示。
 如权利要求1所述的积分器电路，其中所述电容器由形成在电容型触摸屏中的感测图案和驱动图案形成。
 如权利要求4所述的积分器电路，其中所述电容器的两个端子中的一个对应于所述感测图案，所述两个端子中的所述一个连接到所述第一运算放大器和第二运算放大器。
 如权利要求5所述的积分器电路，其中所述感测图案相较于所述驱动图案被设置在所述触摸屏的外侧。
 如权利要求1所述的积分器电路，其中连接到所述第一和第二运算放大器的所述电容器的两个端子中的一个是通过电缆或无线输入的噪声的流入路径。
 如权利要求1所述积分器电路，其中所述第二电位与所述第三电位相同。
 一种电容型触摸屏的输入感测电路，感测图案和驱动图案被形成在所述电容型触摸屏中，所述输入感测电路包括：
第一运算放大器；以及
第二运算放大器，
其中所述感测图案被配置成分别通过第一开关连接到所述第一运算放大器的反相输入端子以及通过第二开关连接到所述第二运算放大器的反相输入端子，
所述驱动图案被配置成分别通过第三开关和第四开关连接到第一电位和第二电位，
所述第一运算放大器的所述反相输入端子和输出端子被配置成通过第一反馈电容器相互连接，并且所述第二运算放大器的所述反相输入端子和输出端子被配置成通过第二反馈电容器相互连接，并且
所述第一和第二运算放大器的非反相输入端子连接到第三电位。
 如权利要求9所述的输入感测电路，其中所述第一开关和所述第三开关由第一时钟驱动，并且所述第二开关和所述第四开关由第二时钟驱动。
 如权利要求9所述的输入感测电路，其中所述第二电位与所述第三电位相同。
 一种开关电容积分器电路，其包括：
反相开关电容积分器电路；以及
与所述反相开关电容积分器电路连接的非反相开关电容积分器电路，
其中所述反相开关电容积分器电路的取样电容被所述非反相开关电容积分器电路共享。
 如权利要求12所述的开关电容积分器电路，其中所述反相开关电容积分器电路求在所述取样电容中充入的电荷对时间的积分以输出负电压，并且
所述非反相开关电容积分器电路求在所述取样电容中充入的电荷对时间的积分以输出正电压。
 如权利要求12所述的开关电容积分器电路，其中所述反相开关电容积分器电路的积分时间间隔的至少一部分与所述非反相开关电容积分器电路的积分时间间隔没有重叠。
 如权利要求12所述的开关电容积分器电路，其中所述取样电容由形成在电容型触摸屏中的感测图案和驱动图案形成。
 如权利要求12所述的开关电容积分器电路，其中连接到所述反相开关电容积分器电路和所述非反相开关电容积分器电路的所述取样电容的两个端子中的一个是通过电缆或无线输入的噪声的流入路径。
 如权利要求12所述的开关电容积分器电路，其中所述第二电位与所述第三电位相同。
 一种积分器电路，其包括：
电容器；
与所述电容器连接以为所述电容器充电/放电的充电/放电电路；
与所述充电/放电电路连接的反相积分器电路；以及
与所述充电/放电电路连接的非反相积分器电路。
 如权利要求18所述的积分器电路，其中所述反相积分器电路求在所述电容器中充入的电荷对时间的积分以输出负电压，并且
所述非反相积分器电路求在所述电容器中充入的电荷对时间的积分以输出正电压。
 如权利要求18所述的积分器电路，其中所述电容器由形成在电容型触摸屏中的感测图案和驱动图案形成。
 如权利要求18所述的积分器电路，其中连接到所述反相积分器电路和所述非反相积分器电路的所述电容器的两个端子中的一个是通过电缆或无线输入的噪声的流入路径。
 如权利要求18所述的积分器电路，其中所述反相积分器电路的积分时间间隔的至少一部分与所述非反相积分器电路的积分时间间隔没有重叠。
 如权利要求18所述积分器电路，其中所述第二电位与所述第三电位相同。
 一种积分器电路，其包括：
第一运算放大器、第二运算放大器和电容器，
其中所述第一和第二运算放大器的反相输入端子被配置成分别连接到所述电容器的第一端子，
所述第一运算放大器的所述反相输入端子和输出端子被配置成通过串联连接的第一反馈电容器和第一开关相互连接，并且所述第二运算放大器的所述反相输入端子和输出端子被配置成通过串联连接的第二反馈电容器和第二开关相互连接，
所述电容器的第二端子被配置成分别通过第三开关和第四开关连接到第一电位和第二电位，并且
所述第一和第二运算放大器的非反相输入端子连接到第三电位。
 如权利要求24所述积分器电路，其中所述第二电位与所述第三电位相同。

说明书具有反相积分器和非反相积分器的积分器电路
技术领域
本公开内容涉及积分器电路，并且更具体地，涉及抗噪声的积分器电路。
背景技术
诸如液晶显示器和有机发光显示器的显示装置、便携式通信装置以及信息处理装置等使用各种输入装置来执行其功能。作为一类这样的输入装置，触摸屏装置被广泛地用在便携式电话、智能电话、掌上PC和自动柜员机(ATM)中。
触摸屏通过手指、触笔或手写笔与其屏幕的接触来执行所需的命令以书写文本或绘画，并且通过选择图标来运行程序。触摸屏装置能够感测手指或触笔是否与它们自己的表面接触并且确定接触位置。
触摸屏按照其触摸感测方法可被分成电阻型和电容型触摸屏。
电阻型触摸屏具有电阻材料被涂覆在玻璃或透明塑料板上并且聚酯膜进而被覆盖在其上的构造。电阻型触摸屏检测电阻变化以感测在其屏幕被触摸时的触摸点。电阻型触摸屏具有在触摸压力较弱时不能感测触摸输入的限制。
可通过在玻璃或透明塑料板的两侧或一侧形成电极来提供电容型触摸屏。电容型触摸屏能够通过在两个电极之间施加电压并且进而在诸如手指的物体触摸其屏幕时分析两个电极之间的电容变化来检测触摸点。
电容型触摸屏要求用于测量形成在一个电极处或两个电极之间的电容的电路，以感测触摸点。这样的电容测量电路主要被用于测量各种电路或装置的电容。但是，由于各种便携式装置现在提供触摸输入界面，所以用于感测用户的接触或接近的电容测量电路的应用范围在扩大。
用于典型的便携式电话的触摸屏的电容测量电路的限制在于故障由于周围环境的变化所引起的各种噪声而产生。
发明内容
技术问题
本发明的实施例是要提供电容型的抗噪声积分器电路以及提供使用所述积分器电路中的一个的输入感测电路。
问题解决方案
按照本发明的一个方面，一种输入感测方法被提供用于通过将抗噪声的积分器电路应用于感测触摸屏输入的传感器块来降低由于产生自触摸输入的噪声所引起的输入感测误差。
按照本发明的一个方面，在此所提供的是一种积分器电路，其包括：第一运算放大器、第二运算放大器和电容器。所述第一和第二运算放大器的反相输入端子被配置成分别通过第一开关和第二开关连接到所述电容器的第一端子。所述电容器的第二端子被配置成分别通过第三开关和第四开关连接到第一电位和第二电位。所述第一运算放大器的所述反相输入端子和输出端子被配置成通过第一反馈电容器相互连接。所述第二运算放大器的所述反相输入端子和输出端子被配置成通过第二反馈电容器相互连接。并且所述第一和第二运算放大器的非反相输入端子被配置成连接到第三电位。
所述第三电位可与所述第二电位相同。
第一重置开关可被配置成与所述第一反馈电容器并联连接在所述第一运算放大器的反相输入和输出端子之间，并且第二重置开关可被配置成与所述第二反馈电容器并联连接在所述第二运算放大器的反相输入和输出端子之间。
所述第一开关和所述第三开关可由第一时钟驱动，并且所述第二开关和所述第四开关可由第二时钟驱动。
所述第一时钟和所述第二时钟的接通间隔可在时间轴上交替表示。所述第一时钟的接通间隔的部分和所述第二时钟的接通间隔的部分可同时出现。备选地，当所述第一时钟和所述第二时钟中的一个处于接通状态时，另一个可处于断开状态。
所述电容器可由形成在电容型触摸屏中的感测图案和驱动图案形成。
连接到所述第一运算放大器和第二运算放大器的电容器的两个端子中的一个可对应于所述感测图案。
所述感测图案相较于所述驱动图案可以被设置在所述触摸屏的外侧。换言之，所述感测图案可以被设置成比所述驱动图案更接近例如手指的触摸物体。
连接到所述第一和第二运算放大器的电容器的两个端子中的一个可以是通过电缆或无线输入的噪声的流入路径。
按照本发明的另一方面，在此所提供的是电容型触摸屏的输入感测电路，感测图案和驱动图案被形成在所述电容型触摸屏中。所述输入感测电路包括：第一运算放大器；以及第二运算放大器。所述感测图案被配置成分别通过第一开关连接到所述第一运算放大器的反相输入端子以及通过第二开关连接到所述第二运算放大器的反相输入端子。所述驱动图案被配置成分别通过第三开关和第四开关连接到第一电位和第二电位。所述第一运算放大器的所述反相输入端子和输出端子被配置成通过第一反馈电容器相互连接，并且所述第二运算放大器的所述反相输入端子和输出端子被配置成通过第二反馈电容器相互连接。并且所述第一和第二运算放大器的非反相输入端子连接到第三电位。
所述第一开关和所述第三开关可由第一时钟驱动，并且所述第二开关和所述第四开关由第二时钟驱动。
按照本发明的又一方面，一种开关电容积分器电路被提供。所述开关电容积分器电路包括反相开关电容积分器电路；以及与所述反相开关电容积分器电路连接的非反相开关电容积分器电路。所述反相开关电容积分器电路的取样电容被所述非反相开关电容积分器电路共享。
所述反相开关电容积分器电路可求在所述取样电容中充入的电荷对时间的积分以输出负电压，并且所述非反相开关电容积分器电路可求在所述取样电容中充入的电荷对时间的积分以输出正电压。
所述反相开关电容积分器电路的积分时间间隔的至少一部分可以与所述非反相开关电容积分器电路的积分时间间隔没有重叠。
所述取样电容可由形成在电容型触摸屏中的感测图案和驱动图案形成。
连接到所述反相开关电容积分器电路和所述非反相开关电容积分器电路的取样电容的两个端子中的一个可以是通过电缆或无线输入的噪声的流入路径。
按照本发明的又一方面，一种积分器电路被提供。所述积分器电路包括：电容器；与所述电容器连接以为所述电容器充电/放电的充电/放电电路；与所述充电/放电电路连接的反相积分器电路；以及与所述充电/放电电路连接的非反相积分器电路。
所述反相积分器电路可求在所述电容器中充入的电荷对时间的积分以输出负电压，并且所述非反相积分器电路可求在所述电容器中充入的电荷对时间的积分以输出正电压。
所述电容器可由形成在电容型触摸屏中的感测图案和驱动图案形成。
连接到所述反相积分器电路和所述非反相积分器电路的电容器的两个端子中的一个可以是通过电缆或无线输入的噪声的流入路径。
所述反相积分器电路的积分时间间隔的至少一部分可以与所述非反相积分器电路的积分时间间隔没有重叠。
连接到所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的电容器的两个端子中的一个可对应于所述感测图案。
所述感测图案相较于所述驱动图案可以被设置在所述触摸屏的外侧。
按照本发明的又一方面，一种积分器电路被提供。所述积分器电路包括：第一运算放大器、第二运算放大器和电容器。所述第一和第二运算放大器的反相输入端子被配置成分别连接到所述电容器的第一端子。所述第一运算放大器的所述反相输入端子和输出端子被配置成通过串联连接的第一反馈电容器和第一开关相互连接，并且所述第二运算放大器的所述反相输入端子和输出端子被配置成通过串联连接的第二反馈电容器和第二开关相互连接。所述电容器的第二端子被配置成分别通过第三开关和第四开关连接到第一电位和第二电位。并且所述第一和第二运算放大器的非反相输入端子连接到第三电位。
所述第三电位可与所述第二电位相同。
第一重置开关可被配置成与所述第一反馈电容器并联连接在所述第一运算放大器的反相输入和输出端子之间，并且第二重置开关可被配置成与所述第二反馈电容器并联连接在所述第二运算放大器的反相输入与输出端子之间。
本发明的有利效果
按照本发明的一个实施例，当使用来自开关电容型积分器电路的输出时，噪声积分影响能够被降低。
附图说明
从与附图相结合的下述说明中能够更详细地理解示范性的实施例，其中：
图1至图4示出适用于本发明的一个实施例的示范性的触摸屏装置的构造；
图5是示出按照本发明的一个实施例的、可被用于驱动触摸屏的驱动电路的示意图；
图6示出按照本发明的一个实施例的积分器的构造；
图7是示出按照本发明的一个实施例的、积分器随时间的各节点状态的时序图；
图8至图10示出按照本发明的实施例的积分器的构造；
图11至图14是用于描述按照本发明的实施例的、消除可能被输入积分器的噪声的原理的图；
图15示出按照本发明的一个实施例的积分器对噪声的频率响应；
图16示出可用于本发明的一个实施例的反相积分器电路的示例；
图17示出可用于本发明的一个实施例的非反相积分器电路的示例；
图18和图19示出按照本发明的另一实施例的积分器电路；以及
图20示出与按照本发明的一个实施例的积分器的操作有关的仿真结果。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本发明的一些实施例。虽然参照具体实施例描述了本发明，但本发明的范围并不局限于此。因此，本领域的技术人员将容易地理解的是，可对其进行各种修改和变化而不背离由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。在下述说明中，技术术语仅被用于说明具体的示范性实施例，而不是限制本发明。单数形式的术语可包括复数形式，除非提及相反的情况。
图1示出应用本发明的一个实施例的触摸屏装置。
如图1所示，触摸屏装置可包括触摸面板1、电容测量电路200和触摸确定部分300。
触摸面板1可包括形成为相互绝缘的多个感测信号线Y1、Y2、Y3、…、Yn和驱动信号线X1、X2、X3、…、Xn。感测信号线和驱动信号线为了方便起见而在图1中被指示为线，但实际上可以被实现为电极图案。术语‘感测信号线’可与术语‘感测线’和‘感测电极’互换地使用，并且术语‘驱动信号线’可与术语‘驱动线’和‘驱动电极’互换地使用。在图1中，多个感测信号线和驱动信号线被指示为相互绝缘并且相交，但本发明并不局限于此。感测信号线和驱动信号线可以不彼此相交，这取决于具体实现。
指示触摸点的感测节点110可被定义为一根感测信号线和一根驱动信号线的组合，并且每个感测节点110包括节点电容器112。节点电容器112可由相互绝缘并且分开的感测信号线和驱动信号线形成。在图1中，由第i根驱动信号线和第j根感测信号线形成的节点电容器112的电容被指示为Cij。
电容测量电路200与多个感测信号线Y1、Y2、Y3、…、Yn和驱动信号线X1、X2、X3、…、Xn电连接以测量节点电容器112的电容Cij。
触摸确定部分300基于电容测量电路200所测得的节点电容器112的电容来分析电容变化以感测用户触摸的触摸点。
图2示出图1的触摸屏装置的示例。
图2是用于描述在整个触摸屏装置中用于确定触摸输入是否通过物体进行的、直接被触摸的触摸屏面板的操作的概念性构造图。感测图案100和驱动图案101可由导电材料形成，并且电连接到触摸屏驱动电路和附加装置，以在确定触摸输入是否被进行时使用。相应地，可按照感测图案100和驱动图案101的形状来提供各种触摸屏面板。介电层102可设置在感测图案100与驱动图案101之间。相应地，由导电材料形成的感测图案100和驱动图案101能够形成电容器，在它们之间有介电层102。保护窗103可形成在感测图案100上，以保护感测图案100、驱动图案101和电介质102。当触摸物体处于保护窗103之上或附近时，感测图案100与驱动图案101之间的电容可发生变化。
图3是图2的触摸屏装置的概念性构造图的平面视图。
图3同时示出感测图案100和驱动图案101。
多个宽矩形驱动图案101可形成在触摸屏装置中。当电压被施加至驱动图案101时，在感测图案100与驱动图案101之间产生电场。感测图案100可具有比驱动图案101窄的形状。相应地，当电压被施加至驱动图案101时，感测图案100不能完全覆盖驱动图案101。电场从驱动图案101流向感测图案100。当触摸输入发生时，电场的至少一部分流向触摸物体，换言之，电场在触摸输入发生时发生变化。因此，形成在感测图案100与驱动图案101之间的电场随触摸输入变化。电场的这种变化引起形成在感测图案100与驱动图案101之间的电容的变化。传感器可感测电容值，以确定触摸输入是否被进行。
为了描述方便和清晰起见，图3的图案是触摸屏的各种电极图案的示例。将理解的是，本发明的精神和范围局限于此。
图4是沿图3的线203所取的截面视图。
参照图4，在向保护窗103上的电场(即点线)所占据的区域进行触摸输入时，电容器中积聚的电荷的总量与没有触摸输入时相比被降低，因为通过该区域进入感测图案100的电场路径的至少部分发生变化。因此，如果感测到驱动图案101与感测图案100之间的电容降低，则可确定在那个点上已发生触摸输入。
至此，用于确定触摸输入是否向触摸屏进行的原理之一已被描述。下面将描述用于测量电容变化的本发明的一些实施例。
图5是示出按照本发明的一个实施例的、可被用于驱动触摸屏的驱动电路的示意图。
如图5所示，驱动电路10可包括充电/放电电路11、感测部分12以及电容器Cij。由于‘感测部分’12具有积分功能，所以在本说明书中其可被称作‘积分部分’。充电/放电电路11可电连接到电容器Cij的两个端子，作为用于将电容器Cij充电到电源电压Vcc以及将电容器Cij放电到地电压GND的电路。在下文中，‘电容器Cij’可被称作‘取样电容’。
如果驱动电路10被用于驱动触摸屏，则图5的电容器Cij可对应于上述节点电容器112。换言之，电容器Cij可电连接到驱动信号线Xi和感测信号线Yj，并且充电/放电电路11可N次多次重复充电/放电操作。
噪声可通过感测信号线Yj输入图5的驱动电路。在这种情况下，噪声可被感测部分12积分，从而不合需要地影响感测部分12的输出。下面将描述按照本发明的一个实施例的抗噪声的积分器的构造。
图6示出按照本发明的一个实施例的积分器的构造。
参照图6，该积分器包括第一运算放大器OA1、第二运算放大器OA2和电容器Cij。第一运算放大器OA1和第二运算放大器OA2的反相输入端子分别通过第一开关S1和第二开关S2连接到电容器Cij的第一端子Yj。电容器Cij的第二端子Xi通过第三开关S1’连接到第一电位Vcc并且通过第四开关S2’连接到第二电位GND。在下文中，为了方便起见，假定第二电位GND为零。第一运算放大器OA1的反相输入端子和输出端子可通过第一反馈电容器Cfb1相互连接。第二运算放大器OA2的反相输入端子和输出端子可通过第二反馈电容器Cfb2相互连接。第一运算放大器OA1和第二运算放大器OA2的非反相输入端子可连接到第三电位。第三电位可以是地电位GND，但并不局限于此。
重置开关S3可连接在第一运算放大器OA1的反相输入端子与输出端子之间。重置开关S3’可连接在第二运算放大器OA2的反相输入端子与输出端子之间。当重置开关S3和S3接通时，在第一反馈电容器Cfb1和第二反馈电容器Cfb2中充入的电荷全部被释放，以使跨两个端子的电压变为零。按照实施例，重置开关S3和S3’可以相同的时序操作。
开关S1和S1’以及开关S2和S2’可分别同步地切换到图7(a)的第一时钟CLK1和图7(b)的第二时钟CLK2的时序。但是，本发明并不局限于此。
图7是示出图6的积分器随时间的各节点状态的时序图。
图7(a)示出开关S1和S1’的通‑断时序。图7(b)示出开关S2和S2’的通‑断时序。图7(c)示出第二端子Xi的电位。图7(d)示出第一运算放大器OA1的输出电压Vo1。图7(e)示出第二运算放大器OA2的输出电压Vo2。
参照图7(a)和图7(b)，开关S1和S1’以及开关S2和S2’可在不重叠的时间间隔期间交替处于接通状态。换言之，开关S1和S1’可在时间间隔[t1,t2]和[t1’,t2’]期间处于接通状态而在时间间隔[t2,t1’]期间处于断开状态。开关S2和S2’可在时间间隔[t3,t4]和[t3’,t4’]期间处于接通状态而在时间间隔[t4,t3’]期间处于断开状态。开关S1和S1’以及开关S2和S2’在时间间隔[t1,t1’]期间的操作状态可连续地重复。在图7中，时间间隔[t2,t3]和[t4,t1’]不为零，但可大体上被设置为接近零。
在本说明书的下文中，紧接在时间t之前的时间可被称作‘t‑’，而紧接在时间t之后的时间可被称作‘t+’。例如，紧接在时间t1之前的时间可被称作‘t1‑’，而紧接在时间t1之后的时间可被称作‘t1+’。下面将参照图8至图10所示的积分器的操作状态图来描述按照本发明的一个实施例的积分器在图7的每个时间点上的操作。
图8至图10是示出积分器分别在图7的时间t1+、在图7的时间t2+和t4+以及在图7的时间t3+处的操作的操作状态图。在这点上，假定电容器Cfb1、Cfb2和Cij全都在时间t1‑处放电，即初始条件是在所有电容器上都没有积聚电荷。
参照图7和图8，在时间t1+处，开关S1和S1’处于接通状态，而开关S2和S2’处于断开状态。电容器Cij的第一端子Yj连接到第一运算放大器OA1的反相输入端子。然后，由于第一运算放大器OA1的非反相输入端子连接到第二电位GND，所以第一端子Yj处的电位与第二电位相同。由于电容器Cij的第二端子Xi处的电位为第一电位Vcc，所以跨电容器Cij的两个端子的电位差与第一电位Vcc相同。
由于流经电容器Cij的电流流经第一反馈电容器Cfb1，所以第一运算放大器OA1的输出端子o1处的电位Vo1，1被表示为等式1。
等式1