一种用于MCU的无需外挂电容的触摸检测电路的制作方法

一种用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路
技术领域
1.本实用新型涉及信号检测技术领域，尤其涉及一种用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路。


背景技术：

2.在集成电路设计中时常会使用到触摸检测电路，其通常应用于mcu中，图1所示为传统的触摸检测电路的电路结构。如图1所示，选择key时，key_en＝1开关闭合。当给c
l
充电时，用频率为f
sample
的反相非交叠时钟来分别控制t1和t2的开断，t1闭合时t2断开，ldo给c
key
充电，t2闭合时t1断开，c
key
上的电荷转移到外接的大电容c
l
上；当给c
l
放电时，则用频率为f
sample
的反相非交叠时钟来分别控制t3和t2的开断，t2闭合时t3断开，大电容c
l
上的电荷转移到c
key
上，t3闭合时t2断开，c
key
上的电荷转移到地。
3.假设没有触摸时，v
cl
从0充电到v
th
(v
th
《v
ldo
)的时间为t1；有触摸时，c
key
增大δc
key
，此时充电到v
th
的时间为t2，在t1和t2之间设定一个阈值时间t0，则可以通过比较充电时间t和t0的大小来判断是否存在触摸(实际中，可以用时钟数t*f
sample
来进行操作)。为了获得较高的精度，这种传统结构通常需要外挂一个大的电容(通常为nf级)，因而面积较大成本较高。
4.基于此，需要一种新的解决方案。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的在于针对现有的触摸检测电路通常需要外挂大电容因而成本较高的问题，提供一种用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路。
6.为实现上述目的，本实用新型提供一种用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路，包括触摸信号产生模块、线性稳压电路和触摸信号感测模块，所述触摸信号感测模块包括稳压电容、运算放大器、压控振荡器、计数器以及电流舵dac，所述稳压电容的一端连接于所述触摸信号产生模块、所述线性稳压电路、所述运算放大器的第一输入端、所述电流舵dac的输出端，所述运算放大器的输出端连接所述压控振荡器的输入端，所述压控振荡器的输出端连接所述计数器的第一输入端，所述计数器的输出端连接所述电流舵dac的输入端。
7.在本实用新型提供的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路中，所述触摸信号产生模块包括多个连接在触摸总线上的触摸信号产生单元，所述触摸信号产生单元包括按键、触摸电容和触摸开关。
8.在本实用新型提供的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路中，所述线性稳压电路通过第一开关连接所述触摸总线的一端，所述触摸总线的另一端通过第二开关接地。
9.在本实用新型提供的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路中，所述稳压电容通过第三开关连接所述触摸总线。
10.在本实用新型提供的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路中，所述电流舵dac包括多个并联连接的电流源。
11.在本实用新型提供的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路中，还包括连接在所述运算放大器的第一输入端和所述运算放大器的输出端之间的密勒电容。
12.本实用新型提供的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路具有以下有益效果：本实用新型提供的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路，包括由稳压电容、运算放大器、压控振荡器、计数器以及电流舵dac组成的触摸信号感测模块、触摸信号产生模块、线性稳压电路；使用时，线性稳压电路给稳压电容充电时，稳压电容的电压值v
cl
从0逐渐增大到v
th
(v
th
《v
ldo
)，v
cl
增大导致f
vco
变化，进而使得计数器输出的码值变化导致由其控制的电流舵dac的下拉电流变化，最终当v
cl
等于vth时，电流舵dac的下拉电流与外部按键key采样电流相等，此时电路达到稳定状态，v
cl
稳定在v
th
左右，根据v
cl
稳定在v
th
时计数器输出的码值变化情况即可判断是否存在触摸；由此，通过在触摸信号感测模块内置一个较小的稳压电容(通常为几百pf)来实现同样的功能，不再需要外挂一个大电容，极大降低了成本。
附图说明
13.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
14.图1所示为传统触摸检测电路的电路结构示意图；
15.图2所示为本实用新型一实施例提供的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路的电路结构示意图；
16.图3所示为本实用新型另一实施例提供的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路的电路结构示意图；
17.图4所示为图3所示的电路中的密勒电容的等效电路图。
具体实施方式
18.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。
19.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
20.本实用新型总的思路是：针对现有的触摸检测电路通常需要外挂大电容因而成本较高的问题，本实用新型提供一种用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路，包括由稳压电容、运算放大器、压控振荡器、计数器以及电流舵dac组成的触摸信号感测模块、触摸信号产生模块、线性稳压电路；使用时，线性稳压电路给稳压电容充电时，稳压电容的电压值v
cl
从0逐渐增大到v
th
(v
th
《v
ldo
)，v
cl
增大导致f
vco
变化，进而使得计数器输出的码值变化导致由其控制的电流舵dac的下拉电流变化，最终当v
cl
等于v
th
时，电流舵dac的下拉电流与外部按键key采样电流相等，此时电路达到稳定状态，v
cl
稳定在v
th
左右，根据v
cl
稳定在v
th
时计数器输
出的码值变化情况即可判断是否存在触摸；由此，通过在触摸信号感测模块内置一个较小的稳压电容(通常为几百pf)来实现同样的功能，不再需要外挂一个大电容，极大降低了成本。
21.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
22.实施例一
23.图2所示为本实用新型一实施例提供的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路的电路结构示意图。如图2所示，本实施例提供的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路包括触摸信号产生模块10、线性稳压电路ldo和触摸信号感测模块20。
24.具体地，在本实施例中，触摸信号产生模块10包括多个连接在触摸总线(touch_bus)上的触摸信号产生单元。每个触摸信号产生单元包括按键(key1、key2、key3、......、keyn)、触摸电容c
key
和触摸开关(key1_en、key2_en、key3_en、......、keyn_en)，触摸电容一端接地，另一端连接按键，触摸开关一端连接按键，另一端连接触摸总线。当选择某个按键key时，对应的触摸开关key_en＝1闭合，表示该路产生触摸信号。
25.具体地，在本实施例中，所述线性稳压电路ldo通过第一开关310连接所述触摸总线(touch_bus)的一端，所述触摸总线(touch_bus)的另一端通过第二开关320接地。
26.具体地，在本实施例中，触摸信号感测模块20包括稳压电容c
l
、运算放大器op、压控振荡器vco、计数器counter以及电流舵dac。所述稳压电容c
l
的一端连接于所述触摸信号产生模块、所述线性稳压电路、所述运算放大器的第一输入端、所述电流舵dac的输出端，所述稳压电容c
l
的一端的另一端接地。其中，所述稳压电容通过第三开关330连接所述触摸总线进而连接到所述触摸信号产生模块和所述线性稳压电路。所述运算放大器的第二输入端连接v
th
，所述运算放大器的输出端连接所述压控振荡器的输入端，用于比较v
cl
和v
th
，并将比较结果输出到压控振荡器vco。所述压控振荡器的输出端经由放大器210连接所述计数器的第一输入端，将运算放大器的比较结果转换为f
vco
后输入到所述计数器的第一输入端。所述计数器的第二输入端连接f
ref
，所述计数器的输出端连接所述电流舵dac的输入端，所述计数器将根据f
ref
和f
vco
生成的码值输出到电流舵dac以控制电流舵dac的下拉电流变化。所述电流舵dac包括多个并联连接的电流源。
27.本实用新型提供的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路实现触摸检测的原理是：线性稳压电路ldo给稳压c
l
充电时，v
cl
从0逐渐增大到v
th
(v
th
《v
ldo
)，v
cl
增大导致f
vco
变化，进而使得计数器counter输出的码值变化导致由其控制的电流舵dac的下拉电流变化，最终当v
cl
等于v
th
时，电流舵dac的下拉电流与外部key采样电流相等，即c
key
*f
sample
*(v
ldo-vth)＝idac＝i
total
*n(n为计数器counter输出的二进制码，由f
vco
决定；itotal为总输出电流)，此时电路达到稳定状态，v
cl
稳定在v
th
左右，根据v
cl
稳定在v
th
时计数器counter输出的码值变化情况即可判断是否存在触摸。
28.与传统触摸检测电路所不同的是，本实用新型提供的结构不再需要外挂一个大电容，而是通过在触摸感测模块内置一个较小的稳压电容(通常为几百pf)来实现同样的功能，极大的降低了成本。
29.实施例二
30.图3所示为本实用新型另一实施例提供的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路的电路结构示意图。如图3所示，与图2所示的实施例一的区别在于，本实施例提供的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路还包括连接在所述运算放大器的第一输入端和所述运算放大器的输出端之间的密勒电容c1。假设运放的增益为-a，由密勒定理可知，可以将电容c1等效成图4中的结构，这样就可以在不影响功能的情况下进一步减小电容，此时稳压电容仅为几十pf。相较于传统结构需要外挂一个nf级的电容，本实施例的结构仅需内置一个几十pf的电容即可实现相同的功能，这显著减小了芯片的面积，利于节省成本和市场应用。
31.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
32.类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。
33.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
34.应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

技术特征：
1.一种用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路，其特征在于，包括触摸信号产生模块、线性稳压电路和触摸信号感测模块，所述触摸信号感测模块包括稳压电容、运算放大器、压控振荡器、计数器以及电流舵dac，所述稳压电容的一端连接于所述触摸信号产生模块、所述线性稳压电路、所述运算放大器的第一输入端、所述电流舵dac的输出端，所述运算放大器的输出端连接所述压控振荡器的输入端，所述压控振荡器的输出端连接所述计数器的第一输入端，所述计数器的输出端连接所述电流舵dac的输入端。2.如权利要求1所述的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路，其特征在于，所述触摸信号产生模块包括多个连接在触摸总线上的触摸信号产生单元，所述触摸信号产生单元包括按键、触摸电容和触摸开关。3.如权利要求2所述的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路，其特征在于，所述线性稳压电路通过第一开关连接所述触摸总线的一端，所述触摸总线的另一端通过第二开关接地。4.如权利要求2所述的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路，其特征在于，所述稳压电容通过第三开关连接所述触摸总线。5.如权利要求1所述的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路，其特征在于，所述电流舵dac包括多个并联连接的电流源。6.如权利要求1所述的用于mcu的无需外挂电容的触摸检测电路，其特征在于，还包括连接在所述运算放大器的第一输入端和所述运算放大器的输出端之间的密勒电容。

技术总结
本实用新型公开了一种用于MCU的无需外挂电容的触摸检测电路，包括触摸信号产生模块、线性稳压电路和触摸信号感测模块，所述触摸信号感测模块包括稳压电容、运算放大器、压控振荡器、计数器以及电流舵DAC，所述稳压电容的一端连接于所述触摸信号产生模块、所述线性稳压电路、所述运算放大器的第一输入端、所述电流舵DAC的输出端，所述运算放大器的输出端连接所述压控振荡器的输入端，所述压控振荡器的输出端连接所述计数器的第一输入端，所述计数器的输出端连接所述电流舵DAC的输入端。由此，通过在触摸信号感测模块内置一个较小的稳压电容(通常为几百pF)来实现同样的功能，不再需要外挂一个大电容，极大降低了成本。极大降低了成本。极大降低了成本。


技术研发人员：梁毅坚 刘桂云
受保护的技术使用者：辉芒微电子（深圳）股份有限公司
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/7/21