电容器电容充电

电容式触控晶片的设计方法

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电容式触控IC的作用从根本上说就是通过一定的电路结构量测出相应的电容量，因此如何能够精确的量测电容值成为电容式触控IC设计的关键，下面将接受几种在电容式触控IC设计中常用的方法。

1）开关电容式（Switched Capacitor Method）

  开关电容方式的原理，首先将电容器与开关切换器连接，并使开关切换器按照一定频率进行开关。当店员与电容相通时会将Q=CV的电荷储存在容量C的电容器中，当电容器与地相通时会将储存的电荷全部释放。反复是电容器充电放电时，电荷就会不断由电源移动到地。假设1秒钟充电放电N次，就会有Q=NCV的电荷完成移动。

因此上述充电放电过程呈现出类似电阻的作用，他们都是完成了在一定时间内将一定量的电荷搬移的动作。

当电阻器R的两端如果施加一电压V，根据欧姆定律流动电阻的电流I=V/R。I是指1秒钟从电源到移动的电荷量。如果两种方式移动的电荷量相同，那么得出等式NCV=V/R，从而可以得到NC=1/R.也就是说如果开关以每秒钟N次的速度进行切换那就相当于电路中连接了一个阻值为1/NC电阻器。

通过开关电容等效电阻的原理，我们就可以利用开关电容等效电阻在电路中分压从而通过计算电压值的大小来缺点电容的变化。如图就是一种利用开关电容原理实现触控侦测的一种电路结构。

当手指靠近感应电极时C变化，因此图中的Vout就会变小。所以通过侦测Vout的变化就会推算出感应电容的变化。

2）充电转换法（Charge Transfer Method） 充电转换方式的基本结构如图所示，主要是有开关切换器，比较器与电容器构成。

充电转换器的方式的主要操作如图所示，首先连接Vdd与感应电极，接着转换开关切换器，储存在Cp中的电荷会移动到Cs中，同时Cs的电压会上升，上升的幅度则由Cp与Cs的容量比决定，此时只要通过计算超过一定电压所需要的时间就可以推算出Cp的值。量测结束后通过开关切换器使Cp和Cs放电回到初始化状态。

Cp充电阶段由于电极直接与电源相连，因此阻抗较低，但由于人体存在电阻，当人体触碰电极时使Cp电极部位的阻抗会变高，不过由于Cp的容量比Cs大，而且电荷的转移瞬间就结束，所以容易受杂讯影响的电极在电路中连接的时间非常短，因此可以将杂讯的影响抑制在很小的范围内。

  3)弛张振荡法（Relexation Oscillator Method）

我们知道弛张震荡电路（Relaxation Oscillator）的一种典型应用就是量测电容值。弛张震荡电路通过电阻给电容器充电，充电时间主要是由电阻R和电容C决定。因此通过计算电容器的充电时间就可以计算出被充电电容的大小。当手指触控面板时，电容器的容量就会变大，所以充电时间就会变长。

通过电力的知识我们知道电容器的充电时间t≈RC，因此在计算上是相当容易。下图就是利用上述特性构成的弛张震荡电路。仔细分析这种电力会出现一个问题，由于手指之间的容量很小，如果要求充电时间要达到一定值时就必须增加R，然而这样就会造成触控点阻抗的增加，从而使这种电路结构容易受杂讯的影响。

4）串联电容分压法（Series Capacitor Voltage）

  串联电容分压方式与充电转换方式的原理大体相同，都是利用电荷的转移特性。

如图，串联电容分压方式是由电阻器，充电用电容器Cs（较大）、基准用电容器Cref（较小）及电压比较器构成。基准用电容器Cref与感应电极的感应电容Cp串联，此种方法就是利用类比开关是电容Cs充电和放电，由于手指的触碰改变了Cp的大小从而改变了Cs的放电时间，通过量测电压降至一定电压时所需要的时间就可以计算出感应电容Cp的大小.

串联电容分压方式的只要操作步骤如图所示，首先对充电用电容器Cs，基准用电容器Cref和感应电容器Cp进行充电，然后对充电用电容器Cs，基准用电容器Cref与感应电容器Cp放电。由于基准用电容器Cref容量很小所以被完全放电，最后充电用电容器Cs给基准用电容器Cref和感应电容器Cp进行充电。所以就可以通过计算比较器输出电压推算感应电容Cp的大小。