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1、(10)申请公布号 CN 104079283 A (43)申请公布日 2014.10.01 CN 104079283 A (21)申请号 201310109419.6 (22)申请日 2013.03.29 H03K 17/96(2006.01) (71)申请人 北京谊安医疗系统股份有限公司 地址 100070 北京市丰台区科学城航丰路 4 号 (72)发明人 张娜 (74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司 11332 代理人 马晓亚 (54) 发明名称 一种电容式触摸按键的检测电路 (57) 摘要 本发明公开一种电容式触摸按键的检测电 路， 采用纯模拟电路实现方波信号发生、 信号自举 升。
2、压及电容感应采样， 并对采样后的信号进行数 字化处理， 实现电容式触摸按键的信号检测， 该电 路具有结构简单， 成本低、 适用范围广的优点。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104079283 A CN 104079283 A 1/1 页 2 1. 一种电容式触摸按键的检测电路， 其特征在于， 所述电路包括依次连接的方波信号 发生电路单元、 整形升压电路单元、 电容感应采样电路单元和信号采集处理单元， 所述方波信号发生电路单元用于。
3、产生方波信号 ； 所述整形升压电路单元用于根据所述方波信号对输入的电压信号进行升压处理 ； 所述电容感应采样电路单元用于对电容两端电压信号进行采样， 所述信号采集处理单元用于采样的电容电压进行数字化处理， 根据电容两端电压信号 的变化量判断按键是否被按下。 2. 根据权利要求 1 所述的电容式触摸按键的检测电路， 其特征在于， 所述方波信号发 生电路单元包括积分电路和比较电路， 所述积分电路用于产生三角波， 并将所述三角波信 号作为所述比较电路的输入信号， 所述比较电路用于输出方波信号， 并将所述方波信号作 为积分电路的输入信号。 3. 根据权利要求 2 所述的电容式触摸按键的检测电路 , 其。
4、特征在于， 所述方波信号发 生电路单元包括第一电阻、 第二电阻、 第三电阻、 第一电容、 第一运算放大器和第二运算放 大器， 所述第一运算放大器的负向输入端经第一电阻与第二运算放大器的输出端连接， 所 述第一运算放大器的输出端经第二电阻与第二运算放大器的正相输入端连接， 所述第一电 容的一端与第一运算放大器的负向输入端连接， 另一端与第一运算放大器的输出端连接， 所述第三电阻的一端与第二运算放大器的输入端连接， 另一端与第二运算放大器的输出端 连接， 所述第一运算放大器的正相输入端接入控制信号， 所述第二运算放大器的负向输入 端接入控制信号。 4. 根据权利要求 3 所述的电容式触摸按键的检测。
5、电路， 其特征在于， 所述方波信号发 生电路单元产生占空比为 50% 的方波信号。 5. 根据权利要求 1 所述的电容式触摸按键的检测电路， 其特征在于， 所述整形升压电 路单元包括自举升压电路。 6. 根据权利要求 5 所述的电容式触摸按键的检测电路， 其特征在于， 所述整形升压电 路单元包括第四电阻、 第一电感、 三极晶体管和稳压二极管， 所述三极晶体管的基极与第二 运算放大器的输出端连接， 所述三极晶体管的集电极经第一电感与供电电源连接， 所述三 极晶体管的发射极接地， 所述稳压二极管的一端与三极晶体管的发射极连接， 另一端与集 电极连接， 所述第四电阻的一端与稳压二极管与第一电感的公共。
6、端连接， 另一端与电容感 应采样电路单元的输入端连接。 7. 根据权利要求 6 所述的电容式触摸按键的检测电路， 其特征在于， 所述电容感应采 样电路单元包括第五电阻、 第六电阻、 第七电阻、 第二电容、 感应按键、 第一二极管和与第 二二极管， 所述第五电阻、 第六电阻、 第七电阻和第二电容依次连接， 所述第一二极管与第 五电阻并联， 所述第二二极管与第六电阻并联， 所述第五电阻的另一端与整形升压电路单 元的输出端连接， 所述第二电容的另一端接地， 所述第二电容与第七电阻的公共端与信号 采集处理单元的输入单连接， 所述第五电阻和第六电阻的公共端与感应按键连接， 其中， 所 述第一二极管与第二。
7、二极管的正极对接， 或者第一二极管与第二二极管的负极对接。 8. 根据权利要求 7 所述的电容式触摸按键的检测电路， 其特征在于， 所述第五电阻和 第六电阻的电阻值相同， 所述第一二极管和第二二极管电气参数相同。 权 利 要 求 书 CN 104079283 A 2 1/4 页 3 一种电容式触摸按键的检测电路 技术领域 0001 本发明涉及信号检测技术， 尤其涉及一种电容式触摸按键的检测电路。 背景技术 0002 目前， 越来越多的电子产品、 家用电器都使用电容触摸感应按键替代传统的机械 式按键来进行控制， 传统的机械式按键尽管价格便宜， 但按压易损， 故障率较高， 返修存在 时间与金钱成本。
8、 ； 而电容式触摸按键具有灵敏度高， 使用寿命长的优点。 电子元件产商也因 此加大了对电容触摸按键的应用研究， 并推出众多电容感应按键类的专业芯片， 但这些芯 片价格较高， 适用范围局限性大， 很难应用到一些成本低的应用中。 发明内容 0003 本发明要解决的技术问题在于提供一种电容式触摸按键的检测电路， 以解决电容 式触摸按键检测设备成本高、 应用局限性大的问题。 0004 本发明是通过以下技术方案来实现的 ： 0005 一种电容式触摸按键的检测电路， 所述电路包括依次连接的方波信号发生电路单 元、 整形升压电路单元、 电容感应采样电路单元和信号采集处理单元， 0006 所述方波信号发生电路。
9、单元用于产生方波信号 ； 0007 所述整形升压电路单元用于根据所述方波信号对输入的电压信号进行升压处 理 ； 0008 所述电容感应采样电路单元用于对电容两端电压信号进行采样， 0009 所述信号采集处理单元用于采样的电容电压进行数字化处理， 根据电容两端电压 信号的变化量判断按键是否被按下。 0010 进一步地， 所述方波信号发生电路单元包括积分电路和比较电路， 所述积分电路 用于产生三角波， 并将所述三角波信号作为所述比较电路的输入信号， 所述比较电路用于 输出方波信号， 并将所述方波信号作为积分电路的输入信号。 0011 进一步地， 所述方波信号发生电路单元包括第一电阻、 第二电阻、 。
10、第三电阻、 第一 电容、 第一运算放大器和第二运算放大器， 所述第一运算放大器的负向输入端经第一电阻 与第二运算放大器的输出端连接， 所述第一运算放大器的输出端经第二电阻与第二运算放 大器的正相输入端连接， 所述第一电容的一端与第一运算放大器的负向输入端连接， 另一 端与第一运算放大器的输出端连接， 所述第三电阻的一端与第二运算放大器的输入端连 接， 另一端与第二运算放大器的输出端连接， 所述第一运算放大器的正相输入端接入控制 信号， 所述第二运算放大器的负向输入端接入控制信号。 0012 进一步地， 所述方波信号发生电路单元产生占空比为 50% 的方波信号。 0013 进一步地， 所述整形升。
11、压电路单元包括自举升压电路。 0014 进一步地， 所述整形升压电路单元包括第四电阻、 第一电感、 三极晶体管和稳压二 极管， 所述三极晶体管的基极与第二运算放大器的输出端连接， 所述三极晶体管的集电极 说 明 书 CN 104079283 A 3 2/4 页 4 经第一电感与供电电源连接， 所述三极晶体管的发射极接地， 所述稳压二极管的一端与三 极晶体管的发射极连接， 另一端与集电极连接， 所述第四电阻的一端与稳压二极管与第一 电感的公共端连接， 另一端与电容感应采样电路单元的输入端连接。 0015 进一步地， 所述电容感应采样电路单元包括第五电阻、 第六电阻、 第七电阻、 第二 电容、 感。
12、应按键、 第一二极管和与第二二极管， 所述第五电阻、 第六电阻、 第七电阻和第二电 容依次连接， 所述第一二极管与第五电阻并联， 所述第二二极管与第六电阻并联， 所述第五 电阻的另一端与整形升压电路单元的输出端连接， 所述第二电容的另一端接地， 所述第二 电容与第七电阻的公共端与信号采集处理单元的输入单连接， 所述第五电阻和第六电阻的 公共端与感应按键连接， 其中， 所述第一二极管与第二二极管的正极对接， 或者第一二极管 与第二二极管的负极对接。 0016 进一步地， 所述第五电阻和第六电阻的电阻值相同， 所述第一二极管和第二二极 管电气参数相同。 0017 采用本发明的技术方案， 采用纯模拟。
13、电路实现方波信号发生、 信号自举升压及电 容感应采样， 对采样后的信号进行数字化处理， 对电容式触摸按键进行信号检测， 该电路具 有结构简单， 成本低、 适用范围广的优点。 附图说明 0018 下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。 0019 图 1 为本发明电容式触摸按键检测电路的结构框图 ； 0020 图 2 为本发明第一实施例的电容式触摸按键检测电路的原理图。 具体实施方式 0021 电容式触摸感应按键的基本原理 ： 当人体 （手指） 接触金属感应片的时候， 由于人 体相当于一个接大地的电容， 因此会在感应片和大地之间形成一个电容， 感应电容量通常 有几 pF 到几十 pF。本发。
14、明依据上述原理， 在外部搭建相关电路， 根据金属感应片电容量的 变化， 检测是否有人体接触金属感应片。 0022 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 0023 图1为本发明电容式触摸按键检测电路的结构框图。 如图1所示， 所述电路包括依 次连接的方波信号发生电路单元 101、 整形升压电路单元 102、 电容感应采样电路单元 103， 所述电容感应采样电路单元输出的信号经外接的信号采集单元进行数字化处理 ； 0024 所述方波信号发生电路单元 101 用于产生方波信号 ； 0025 所述整形升压电路单元 102 用于根据所述方波信号对输入的电压信号进行升压 处理 ； 0026 所述电容。
15、感应采样电路单元 103 用于对电容两端电压信号进行采样， 0027 所述信号采集处理单元 104 用于采样的电容电压进行数字化处理， 根据电容两端 电压信号的变化量判断按键是否被按下。 0028 本实施例中， 所述方波信号发生电路单元 101 包括积分电路和比较电路， 所述积 分电路用于产生三角波， 并将所述三角波信号作为所述比较电路的输入信号， 所述比较电 路用于输出方波信号， 并将所述方波信号作为积分电路的输入信号。 说 明 书 CN 104079283 A 4 3/4 页 5 0029 整形升压电路单元 102 包括自举升压电路。所述自举升压电路根据方波信号发 生电路单元输出的方波信号。
16、控制三极管控制的导通或截止， 从而控制电感线圈储存能量或 释放能量。当电感线圈释放能量时， 电感线圈上储存的能量加上整形升压电路的供电电源 一起为后续电路提供电能。 对输入信号进行整形升压是为了提高信号检测的灵敏度和准确 性。 0030 电容感应采样电路单元 103 的采样电容进行储存能量和释放能量的更替， 当人体 手指触摸到感应按键时， 电容感应按键由于内在寄生电容发生改变， 使得采样电容两端的 电荷发生变化， 相应的采样电容两端的电压信号也会发生相应的变化。通过对采样电容外 围电路的选择， 使电容储存能量和释放能量的过程具有相同的电气参数， 如时间、 电荷量 等。 0031 信号采集处理单。
17、元 104 对采样电容两端的电压信号进行数字化处理， 根据采样电 容两端电压信号的变化判断按键是否被按下。 所述信号采集处理单元104包括单片机的A/ D 采样模块， 通过单片机的 A/D 采样接口接入。 0032 其中， 所述方波信号发生电路单元产生占空比为 50% 的方波信号， 使得电容感应 采样电路单元中电容的充放电时间参数相同。 0033 本发明的技术方案中， 可以完全采用纯模拟电路实现电容式触摸按键的信号检 测， 具有结构简单， 成本低、 适用范围广的优点。 0034 图 2 为本发明第一实施例的电容式触摸按键检测电路的原理图。如图 2 所示， 该 电路包括依次连接的方波信号发生电路。
18、单元 101、 整形升压电路单元 102、 电容感应采样电 路单元 103， 电容感应采样电路单元输出信号通过单片机的 A/D 采集接口进行数字化处理。 0035 其中， 方波信号发生电路单元 101 包括第一电阻 R1、 第二电阻 R2、 第三电阻 R3、 第 一电容 C1、 第一运算放大器 U1 和第二运算放大器 U2， 所述第一运算放大器 U1 的负向输入 端经第一电阻与第二运算放大器 U2 的输出端连接， 所述第一运算放大器 U1 的输出端经第 二电阻 R2 与第二运算放大器 U2 的正相输入端连接， 所述第一电容 C1 的一端与第一运算放 大器 U1 的负向输入端连接， 另一端与第一。
19、运算放大器 U1 的输出端连接， 所述第三电阻 R3 的一端与第二运算放大器U2的输入端连接， 另一端与第二运算放大器U2的输出端连接， 所 述第一运算放大器 U1 的正相输入端接入频率控制信号， 所述第二运算放大器 U2 的负向输 入端接入基准电压信号。 0036 所述第一运算放大器U1、 第一电阻R1和第一电容C1组成积分电路， 用于产生三角 波信号 ； 第二运算放大器U2和第二电容C2组成比较电路， 用于产生信号方波信号， 其中， 所 述积分电路产生的三角波信号作为比较电路的输入信号， 所述比较电路输出的方波信号作 为积分电路的输入信号。 0037 第一运放 U1 的正向输入端接频率控制。
20、信号 Vbias， 用于控制积分电路输出三角波 的上升沿及下降沿 ； 第二运放 U2 的负向输入端接入基准电压信号， 通过调整基准电压信号 能够调整输出方波信号的占空比， 本实施例中方波信号发生电路单元输出占空比为 50% 的 方波信号。 0038 所述第一运算放大器 U1 和第二运算放大器 U2 都采用信号为 OP354 的运放。两个 放大器的接地端都并联有小电容 Cb 进行滤波。 0039 整形升压电路单元 102 采用自举升压电路。所述整形升压电路单元包括第四电阻 说 明 书 CN 104079283 A 5 4/4 页 6 R4、 第一电感 L1、 三极晶体管 T1 和稳压二极管 Z1。
21、， 所述三极晶体管 T1 的基极与第二运算放 大器 U2 的输出端连接， 所述三极晶体管 T1 的集电极经第一电感 L1 与供电电源连接， 所述 三极晶体管 T1 的发射极接地， 所述稳压二极管 Z1 的一端与三极晶体管 T1 的发射极连接， 另一端与集电极连接， 所述第四电阻 R4 的一端与稳压二极管 Z1 与第一电感 L1 的公共端连 接， 另一端与电容感应采样电路单元的输入端连接。 0040 所述电容感应采样电路单元103包括第五电阻R5、 第六电阻R6、 第七电阻R7、 第二 电容C2、 感应按键J1、 第一二极管D2和与第二二极管D1， 所述第五电阻R5、 第六电阻R6、 第 七电阻。
22、 R7 和第二电容 C2 依次连接， 所述第一二极管 D2 与第五电阻 R5 并联， 所述第二二极 管 D1 与第六电阻 R6 并联， 所述第五电阻 R5 的另一端与整形升压电路单元的输出端连接， 所述第二电容 C2 的另一端接地， 所述第二电容 C2 与第七电阻 R7 的公共端与信号采集处理 单元的输入单连接， 所述第五电阻 R5 和第六电阻 R6 的公共端与感应按键 J1 连接， 其中， 所 述第一二极管与第二二极管的正极对接。 0041 所述第二电容 C2 为采样电容。 0042 电容感应采样电路单元前增加自举升压电路， 能够提高信号检测的灵敏度和准确 性。自举升压电路中稳压二极管 Z1。
23、 能够保护三极晶体管 T1 不被击穿， 以及保持升压后的 输出的电压波形的稳定。 0043 方波信号发生电路单元输出占空比为50%、 频率为数百KHz的方波信号。 当方波信 号为高电平时， 整形升压电路中三极晶体管导通， 电感线圈 L1 储存能量， 在电感线圈中电 路达到稳定之前， 电容感应采样电路的采样电容 C2 通过电阻 R7、 电阻 R6 和电阻 R4 组成的 回路进行放电 ； 当方波信号为低电平时， 整形升压电路中三极晶体管截止， 电感线圈 L1 储 存的能量进行释放， 此时电感线圈的感应电动势方向与供电电源电压方向相同， 二者叠加 使输出电压升高， 所述升高后的电压通过电阻 R4、 。
24、电阻 R5 和电阻 R7 为采样电容充电。 0044 为了使电容储存能量和释放能量的的充放电时间参数一致， 第五电阻 R5 和第六 电阻R6的电阻值相同， 第一二极管D2和第二二极管D1具有相同的电气参数。 占空比为50% 的方波信号使得整个电路按照一致的充放电参数循环进行充电和放电过程。 当有手指触摸 电容感应按键J1时， 电容感应按键由于内在寄生电容的改变， 使采样电容C2上的电荷也随 之发生改变。因此采样电容两端的电压将会改变， 改变后的电压通过单片机的 A/D 采样口 进行数字化处理， 根据采样电容两端电压信号的变化来量， 即可判断触摸按键是否被按下。 0045 此外， 本实施例中第一。
25、二极管 D2 和第二二极管 D1 的正极对接的连接方式可以用 第一二极管 D2 和第二二极管 D1 的负端对接的连接方式进行替代。这样， 在对采样电容进 行充电或者放电时通过的回路会有所变化。 0046 本发明的技术方案采用纯模拟电路实现方波信号发生、 信号自举升压及电容感应 采样， 对电容式触摸按键进行信号检测， 具有结构简单， 成本低、 适用范围广的优点。 0047 上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理， 任何熟悉本技术领域的技术人 员在本发明披露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围 内。 说 明 书 CN 104079283 A 6 1/2 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 104079283 A 7 2/2 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 104079283 A 8 。