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申请/专利权人：广州巨晟微电子股份有限公司

摘要：本发明公开了电容式触摸按键的判键系统，涉及电容式触摸按键技术领域，包括开关电路、比较单元、信号处理单元；其特征在于：所述比较单元检测参考基准电容Cref是否完成充电或者放电；所述信号处理单元根据比较单元输出的充电完成放电完成信号控制相应的逻辑开关组工作，对参考基准电容Cref放电充电；使用本发明公开的判键系统，在应用分时复用IO的功能时，通过对参考基准电容Cref放电的控制控制，节省了参考基准电容Cref每次放电完成的等待时间，同时也提高了在固定的时间内触摸按键的寄生电容的充放电次数计数值，提高触摸按键扫描时间的有效利用率，从而最终提高触摸按键的触摸灵敏度，采用该方式实际放电的有效时间的利用率提高20％～50％。

主权项：1.电容式触摸按键的判键系统，包括：开关电路，包括第一逻辑控制开关、第二逻辑控制开关与第三逻辑控制开关；第一逻辑控制开关与第二逻辑控制开关以一定的频率F1交替呈现断开与闭合状态；其特征在于，还包括：比较单元，包括第一比较器、第二比较器以及一个RS触发器；所述第一比较器与所述第二比较器的正输入端为所述比较单元的第一输入端，所述第一输入端耦接一参考基准电容Cref；所述第一输入端通过所述第二逻辑控制开关与所述第一逻辑控制开关耦接一电源供应端；所述第一输入端通过所述第二逻辑控制开关耦接多个触摸按键端；所述比较单元检测所述参考基准电容Cref是否完成充电或者放电；所述第一比较器的负输入端连接一充电参考电压VTH_H；所述第二比较器的负输入端连接一放电参考电压VTH_L；所述第一比较器与第二比较器的输出端分别连接所述RS触发器的输入端，所述RS触发器的输出端连接下述信号处理单元的输入端；所述第一输入端通过所述第二逻辑控制开关与第三逻辑控制开关后接地；信号处理单元，控制参考基准电容Cref放电的过程为：参考基准电容Cref充电至充电参考电压VTH_H时，信号处理单元给出放电信号：第一逻辑控制开关不工作，第二逻辑控制开关关闭、第三逻辑控制开关打开，参考基准电容Cref电荷向触摸按键的寄生电容Cx进行转移，直至二者电压一致；第二逻辑控制开关打开、第三逻辑控制开关关闭，触摸按键的寄生电容Cx通过第三逻辑控制开关接地进行放电；参考基准电容Cref电荷向触摸按键的寄生电容Cx电荷再转移、触摸按键的寄生电容Cx再放电，直至参考基准电容Cref放电至放电参考电压VTH_L；其中，所述信号处理单元根据所述比较单元输出的充电完成信号，控制所述第二逻辑控制开关与所述第三逻辑控制开关以一定的频率F2交替断开与闭合。

全文数据：电容式触摸按键的判键系统〖技术领域〗本发明涉及触摸按键技术领域，特别是涉及电容式触摸按键的判键系统。〖背景技术〗电容式触摸按键一般分为两种，其中一种是基于振荡器型的结构；另一种是基于电荷式的充放电结构。基于电荷式的充放电结构如图1所示，其基本原理是，图1中Cx为触摸按键的寄生电容，通过控制第一逻辑控制开关SW1关闭、第二逻辑控制开关SW2打开，对触摸按键的寄生电容Cx进行充电，充电充到电源电压VDD后，再控制第一逻辑控制开关SW1打开、第二逻辑控制开关SW2关闭，然后触摸按键寄生电容Cx的电荷和参考基准电容Cref进行电荷转移，直到触摸按键寄生电容Cx和参考基准电容Cref上的电压一致。按照这样的方式，依次对触摸按键寄生电容Cx充电，电荷转移，再充电，再转移，直到参考基准电容Cref上的电压达到比较器输出的参考电压Vref，这样就完成了参考基准电容Cref一个充电周期的充电；再控制第三逻辑控制开关SW3关闭，对参考基准电容Cref的电荷进行放电操作。在参考基准电容Cref的一个充电周期内，用高频时钟来计给参考基准电容Cref充电的次数即第一逻辑控制开关SW1和第二逻辑控制开关SW2交替打开关闭的次数，当手触摸后触摸按键的寄生电容Cx会变大，给参考基准电容Cref充电的一个充电周期内其充电的次数变少，通过记录参考电容Cref充电的次数来区别触摸按键上是否有触摸。通过上面描述，由于只是记录了给参考基准电容Cref充电的次数，并没有记录参考基准电容Cref充电的时间，而且由于触摸按键的寄生电容Cx越大和手指触摸电容越大，对参考基准电容Cref的容值要求更大，同时对参考基准电容Cref放电的时间会更长。假设触摸按键10pF，为了达到千分之一的电容检测精度，需要参考基准电容Cref是10nF以上，对于一个10nF电容放电，由于是在芯片内部设计，放电电阻不能太小，太小会导致比较大的电流，放电电阻大会导致放电时间也会很长。现有技术中没有判断参考基准电容Cref何时放电完成并且控制第三逻辑控制开关SW3关闭的时间为固定的，为了确保参考基准电容Cref放电完成，该时间的设置会远高于参考基准电容Cref放电完成的实际时间，也就是在参考基准电容Cref放电完成后，会有一定的等待时间，才会进行下一次的参考基准电容Cref的充电，目的就是为了确保参考基准电容Cref完全放电完成。一般的应用中触摸按键情况下，触摸按键都是有若干个，这也就是会有触摸按键和其他功能口复用IO口的时候。比较常见的一种复用情况是分时，也就是某一个时间段，这个IO口应用作推矩形方波，也许是推一些LED灯之类；但下一个时间段，这个IO口也需要做为触摸按键进行按键检测。由于针对某些IO口是分时复用的应用，分给触摸按键的时间是有限的，所以如何合理利用有限时间内完成更多次的充电或者放电的计数统计，成为了这种结构下的触摸按键设计的关键。对于电荷式的充放电结构种放电时间利用率的优化，比较直接的方案是缩短参考基准电容Cref的放电时间，但这样的可能会导致参考基准电容Cref没有完全放完电，或者放电完成后没有达到稳定状态，而使得参考基准电容Cref的下一个充电周期中，其充电至参考电压Vref的次数不准确，从而造成判断上的误差，判键精度很难保证。〖发明内容〗本发明提供的电容式触摸按键的判键系统，能够有效的优化了参考基准电容Cref的放电时间，提高了时间的利用率。为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：电容式触摸按键的判键系统，包括：开关电路，包括第一逻辑控制开关、第二逻辑控制开关与第三逻辑控制开关；第一逻辑控制开关与第二逻辑控制开关以一定的频率F1交替呈现断开与闭合状态；其特征在于，还包括：比较单元，其第一输入端藕接一参考基准电容Cref；所述第一输入端通过所述第二逻辑控制开关与所述第一逻辑控制开关藕接一电源供应端；所述第一输入端通过所述第二逻辑控制开关藕接多个触摸按键端；所述比较单元检测所述参考基准电容Cref是否完成充电或者放电；所述第一逻辑控制开关与所述第二逻辑控制开关交替呈现断开与闭合给所述参考基准电容Cref充电；所述第三逻辑控制开关给所述参考基准电容Cref放电；信号处理单元，输入端连接所述比较单元的输出端；所述信号处理单元根据所述比较单元的输出结果控制所述开关电路给所述参考基准电容Cref充电或放电。作为改进的技术方案，所述比较单元的所述第一输入端藕接所述第三逻辑控制开关后接地；所述信号处理单元根据所述比较单元输出的放电完成信号，控制所述第一逻辑控制开关与所述第二逻辑控制交替断开与闭合；根据所述比较单元输出的充电完成信号，控制所述第三逻辑控制开关闭合。作为改进的技术方案，所述比较单元的第一输入端通过所述第二逻辑控制开关与第三逻辑控制开关后接地；所述第二逻辑控制开关与第三逻辑控制开关以一定的频率F2交替呈现断开与闭合状态，给所述参考基准电容Cref放电；所述第二逻辑控制开关以择一的方式与所述第一逻辑控制开关或所述第三逻辑控制开关配合动作；所述信号处理单元根据所述比较单元输出的放电完成信号，控制所述第一逻辑控制开关与所述第二逻辑控制交替断开与闭合；根据所述比较单元输出的充电完成信号，控制所述第二逻辑控制开关与所述第三逻辑控制开关交替断开与闭合。作为改进的技术方案，所述比较单元包括第一比较器与第二比较器，所述第一比较器与所述第二比较器的正输入端为所述比较单元的所述第一输入端，所述第一比较器的负输入端连接一充电参考电压；所述第二比较器的负输入端连接一放电参考电压；所述第一比较器与第二比较器的输出端分别连接所述信号处理单元的输入端。作为改进的技术方案，所述比较单元包括第一比较器、第二比较器以及一个RS触发器；所述第一比较器与所述第二比较器的正输入端为所述比较单元的所述第一输入端，所述第一比较器的负输入端连接一充电参考电压；所述第二比较器的负输入端连接一放电参考电压；所述第一比较器与第二比较器的输出端分别连接所述RS触发器的输入端，所述RS触发器的输出端连接所述信号处理单元的输入端。作为改进的技术方案，所述第一逻辑控制开关串联电阻R1；所述第三逻辑控制开关串联电阻R2。作为改进的技术方案，所述频率F1与频率F2固定频率的方波信号。作为改进的技术方案，所述频率F1与频率F2均为变频的方波信号，频率随着时间增长保持或者增大。作为改进的技术方案，所述变频的方波信号频率随时间增长呈阶梯状变化或线性变化。作为改进的技术方案，所述第一逻辑控制开关为PMOS开关管，所述第二逻辑控制开关为传输门开关，所述第三逻辑控制开关为NMOS开关管，所述比较单元的第一输入端与所述参考基准电容Cref之间设置有一常闭合的传输门开关；每个触摸按键端与所述第二逻辑控制开关与之间均设置有一个传输门开关。本发明的有益技术效果：现有技术的不足：参考基准电容Cref的放电，给其固定的时间一次放电完毕，但是无法得知何时放完，需要一定的等待时间，确保参考基准电容Cref电完全放完。本发明的有益效果：对参考基准电容Cref的一个放电周期内依次循环放电，所述电容式触摸按键的判键系统能够判断是否放电完毕，当放电完毕，进行下一次的对参考基准电容Cref充电动作，节省了现有技术中放电完成后的等待时间，同时也提高了在一个固定的时间内触摸按键的寄生电容的充放电次数计数值，提高触摸按键扫描时间的有效利用率，从而最终提高触摸按键的触摸灵敏度。采用该方式实际放电的有效时间的利用率提高20％～50％。〖附图说明〗图1是现有技术中电容式触摸按键的判键系统的结构框图。图2是现有技术中参考基准电容Cref充放电过程其电压波形。图3是本发明实施例一提供的电容式触摸按键的判键系统的结构框图。图4是本发明实施例一提供的参考基准电容Cref充放电过程其电压波形。图5是本发明实施例二提供的电容式触摸按键的判键系统的结构框图。图6是本发明实施例二提供的参考基准电容Cref充放电过程其电压波形。图7是本发明实施例提供的触发器RS的输入输出波形。图8是本发明实施例提供的充放电的变化频率的方波信号波形一及其频率时间曲线。图9是本发明实施例提供的充放电的变化频率的方波信号波形二及其频率时间曲线。〖具体实施方式〗为了更加清楚地理解本发明的技术方案，以下结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明。实施例一、如图3所示，电容式触摸按键的判键系统，包括：开关电路、比较单元和信号处理单元。所述比较单元包括第一比较器、第二比较器与RS触发器，其中第一比较器与第二比较器的正输入端共同通过一个常闭传输门开关100藕接一参考基准电容Cref；第一比较器的负输入端藕接一充电参考电压VTH_H，第二比较器的负输入端藕接一放电参考电压VTH_L；第一比较器与第二比较器的输出端分别连接RS触发器的输入端；RS触发器的输出端连接所述信号处理单元的输入端；第一比较器用于检测参考基准电容Cref是否完成充电，第二比较器用于检测参考基准电容Cref是否完成放电。充电参考电压VTH_H以及放电参考电压VTH_L可以确定参考基准电容Cref上高低电压的摆动范围，在能够确保第一比较器与第二比较器能够正常工作的条件下，可以提高充电参考电压VTH_H或降低放电参考电压VTH_L，从而使参考基准电容Cref完成充电或完成放电的计数次数增加，提高触摸灵敏度。所述开关电路包括第一逻辑控制开关SW1、第二逻辑控制开关SW2与第三逻辑控制开关SW3、电阻R1以及电阻R2。第一比较器与第二比较器的正输入端通过第一逻辑控制开关SW1与第二逻辑控制开关SW2藕接到电源供应端VDD；第一比较器与第二比较器的正输入端通过第二逻辑控制开关SW2与第三逻辑控制开关SW3接地；第一比较器与第二比较器的正输入端还通过第二逻辑控制开关SW2藕接多个触摸按键。电阻R1与第一逻辑控制开关SW1串联，设置第一逻辑控制开关SW1与第二逻辑控制开关SW2之间，作用是为了限制充电过程的电流过大，因为是在芯片内部完成电荷充放电，没有电阻R1限流，充电时间虽然变短，但是瞬时电流会很大，容易导致干扰或者金属过流过热；电阻R2与第三逻辑控制开关SW3串联，设置在第二逻辑控制开关SW2与第三逻辑控制开关SW3之间，作用是防止放电时电流太大，如果没有电阻R2，在放电开关闭合瞬间电流会很大，有可能会导致连线烧毁等影响。第一逻辑控制开关SW1与第二逻辑控制开关SW2以一定的频率F1交替呈现断开与闭合状态，用于给参考基准电容Cref充电；第二逻辑控制开关SW2与第三逻辑控制开关SW3以一定的频率F2交替呈现断开与闭合状态，用于给参考基准电容Cref放电；第二逻辑控制开关SW2以择一的方式与第一逻辑控制开关SW1或第三逻辑控制开关SW3配合动作；第二逻辑控制开关SW2为传输门开关。所述信号处理单元用高频时钟计数得到基准参考电容Cref一个充电放电周期内的充电放电次数，得到若干次的计数值后，由所述信号处理单元进行滤波去毛刺阈值判断等操作，最终得到是否有按键触摸动作的判断信号。信号处理单元的信号输出端分别连接第一逻辑控制开关SW1、第二逻辑控制开关SW2以及第三逻辑控制开关SW3的控制端；由于需要复用IO功能，所以每个触摸按键的IO都需要加传输门开关，开关外部才是金属PAD位置，多个通道在触摸按键使能条件下，只会有其中一个通道选通打开。由于参考基准电容Cref的充电过程与现有技术一致，此处不做说明，说明一下参考基准电容Cref的放电过程：参考基准电容Cref充电至充电参考电压VTH_H时，信号处理单元给出放电信号：第一逻辑控制开关SW1不工作，第二逻辑控制开关SW2关闭、第三逻辑控制开关SW3打开，参考基准电容Cref电荷向触摸按键的寄生电容Cx进行转移，直至二者电压一致；第二逻辑控制开关SW2打开、第三逻辑控制开关SW3关闭，触摸按键的寄生电容Cx通过第三逻辑控制开关SW3接地进行放电；参考基准电容Cref电荷向触摸按键的寄生电容Cx电荷再转移、触摸按键的寄生电容Cx再放电，直至参考基准电容Cref放电至放电参考电压VTH_L。第二逻辑控制开关SW2与第三逻辑控制开关SW3交替打开关闭的频率F2能够保证每一次参考基准电容Cref与触摸按键的寄生电容Cx电荷转移完成以及触摸按键的寄生电容Cx放电完成。本发明所公开的判键系统的具体的工作方式如下：如图5所示，第一比较器的输出为上升沿时RS触发器触发，信号翻转；第二比较器的输出为下降沿时，RS触发器触发，信号翻转。在参考基准电容Cref的第一个充电周期开始，参考基准电容Cref的电压为0，第一比较器输出低电平，第二比较器输出低电平，RS输出低电平；信号处理单元给出充电信号，控制第一逻辑控制开关SW1打开、第二逻辑控制开关SW2关闭以一定的频率F1交替打开与关闭，信号处理器内部设定的高频时钟计数，计数值为参考基准电容Cref充电次数；此时第三逻辑控制开关SW3不工作。参考基准电容Cref的电压充至充电参考电压VTH_H时，第一比较器输出高电平，第二比较器输出高电平，RS触发器触发，信号翻转，由高电平变为低电平，信号处理单元判断给出放电信号，控制第二逻辑控制开关SW2与第三逻辑控制开关SW3以一定的频率F2交替打开与关闭，其内高频时钟重新计数，计数值为参考基准电容Cref放电回数；此时第一逻辑控制开关SW1不工作。参考基准电容Cref的电压充至放电参考电压VTH_L时，第一比较器输出低电平，第二比较器输出低电平，RS触发器触发信号翻转，由低电平变为高电平，信号处理单元给出充电信号，控制第一逻辑控制开关SW1打开第二逻辑控制开关SW2关闭以一定的频率F1交替打开与关闭，其内高频时钟重新计数，计数值为参考基准电容Cref充电回数；依次循环给参考基准电容Cref充电、放电、再充电、放电。第一逻辑控制开关SW1与第二逻辑控制开关SW2交替打开关闭的频率F1以及第二逻辑控制开关SW2与第三逻辑控制开关SW3交替打开关闭的频率F2可以是固定频率的方波信号，也可以是变化频率的方波信号；当采用变化频率的方波信号时，其频率随时间增长保持或者增大，可以是随时间增长呈阶梯式变化，也可以随时间增长呈线性变化；无论是哪种信号都应该要保证参考基准电容Cref在充电时，每次电荷转移完成以及触摸按键的寄生电容Cx放电完成；放电时每次电荷转移完成以及触摸按键的寄生电容Cx放电完成。本实施中第一逻辑控制开关SW1为PMOS开关管，源极连接电源供应端VDD，漏极连接电阻R1的一端，栅极为控制端，连接信号处理单元的信号输出端；第三逻辑控制开关SW3为NMOS开关管，源极接地，漏极连接电阻R3的一端，栅极为控制端，连接所述信号处理单元的信号输出端。实施例二、如图5所示，其它部分与实施例一相同，区别在于对参考基准电容放电的第三逻辑控制开关SW3以及电阻R2设置的位置不同，第一比较器与第二比较器的正输入端藕接第三逻辑控制开关SW3后接地，电阻R2与第三逻辑控制开关SW3串联。本实施例中参考基准电容Cref的充电过程同实施例一，此处不做说明；参考基准电容Cref放电过程如下：参考基准电容Cref充电至充电参考电压VTH_H时，信号处理单元给出放电信号，第一逻辑控制开关SW1不工作、第二逻辑控制开关SW2不工作，第三逻辑控制开关SW3关闭，参考基准电容Cref通过第三逻辑控制开关SW3接地，对参考基准电容Cref进行放电；直至参考基准电容Cref放电至放电参考电压VTH_L；信号处理单元给出充电信号，参考基准电容Cref进入下一个充放电周期。充电过程中第三逻辑控制开关SW3不工作；放电过程中第三逻辑控制开关SW3始终处于关闭状态，第一逻辑控制开关SW1与第二逻辑控制开关SW2不工作。本实施例中参考基准电容Cref充放电过程1其电压波形如图6所示。同现有技术相比，本发明所公开的判键系统能够自动判断参考基准电容Cref何时放电完成，并给出充电信号，节约了现有技术放电完成后不确定的等待时间，放电时间利用率提高了20％～50％。以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，未经创造性劳动所作的等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.电容式触摸按键的判键系统，包括：开关电路，包括第一逻辑控制开关、第二逻辑控制开关与第三逻辑控制开关；第一逻辑控制开关与第二逻辑控制开关以一定的频率F1交替呈现断开与闭合状态；其特征在于，还包括：比较单元，其第一输入端藕接一参考基准电容Cref；所述第一输入端通过所述第二逻辑控制开关与所述第一逻辑控制开关藕接一电源供应端；所述第一输入端通过所述第二逻辑控制开关藕接多个触摸按键端；所述比较单元检测所述参考基准电容Cref是否完成充电或者放电；所述第一逻辑控制开关与所述第二逻辑控制开关交替呈现断开与闭合给所述参考基准电容Cref充电；所述第三逻辑控制开关给所述参考基准电容Cref放电；信号处理单元，输入端连接所述比较单元的输出端；所述信号处理单元根据所述比较单元的输出结果控制所述开关电路给所述参考基准电容Cref充电或放电。2.如权利要求1所述的电容式触摸按键的判键系统，其特征在于：所述比较单元的所述第一输入端藕接所述第三逻辑控制开关后接地；所述信号处理单元根据所述比较单元输出的放电完成信号，控制所述第一逻辑控制开关与所述第二逻辑控制交替断开与闭合；根据所述比较单元输出的充电完成信号，控制所述第三逻辑控制开关闭合。3.如权利要求1所述的电容式触摸按键的判键系统，其特征在于：所述比较单元的第一输入端通过所述第二逻辑控制开关与第三逻辑控制开关后接地；所述第二逻辑控制开关与第三逻辑控制开关以一定的频率F2交替呈现断开与闭合状态，给所述参考基准电容Cref放电；所述第二逻辑控制开关以择一的方式与所述第一逻辑控制开关或所述第三逻辑控制开关配合动作；所述信号处理单元根据所述比较单元输出的放电完成信号，控制所述第一逻辑控制开关与所述第二逻辑控制交替断开与闭合；根据所述比较单元输出的充电完成信号，控制所述第二逻辑控制开关与所述第三逻辑控制开关交替断开与闭合。4.如权利要求1-3任意一项所述的电容式触摸按键的判键系统，其特征在于：所述比较单元包括第一比较器与第二比较器，所述第一比较器与所述第二比较器的正输入端为所述比较单元的所述第一输入端，所述第一比较器的负输入端连接一充电参考电压；所述第二比较器的负输入端连接一放电参考电压；所述第一比较器与第二比较器的输出端分别连接所述信号处理单元的输入端。5.如权利要求1-3任意一项所述的电容式触摸按键的判键系统，其特征在于：所述比较单元包括第一比较器、第二比较器以及一个RS触发器；所述第一比较器与所述第二比较器的正输入端为所述比较单元的所述第一输入端，所述第一比较器的负输入端连接一充电参考电压；所述第二比较器的负输入端连接一放电参考电压；所述第一比较器与第二比较器的输出端分别连接所述RS触发器的输入端，所述RS触发器的输出端连接所述信号处理单元的输入端。6.如权利要求2-3任意一项所述的电容式触摸按键的判键系统，其特征在于：所述第一逻辑控制开关串联电阻R1；所述第三逻辑控制开关串联电阻R2。7.如权利要求3所述的电容式触摸按键的判键系统，其特征在于：所述频率F1与频率F2均为固定频率的方波信号。8.如权利要求3所述的电容式触摸按键的判键系统，其特征在于：所述频率F1与频率F2均为变频的方波信号，频率随着时间增长保持或者增大。9.如权利要求8所述的一种电容式触摸按键的判键系统，其特征在于：所述变频的方波信号频率随时间增长呈阶梯状变化或线性变化。10.如权利要求1所述的电容式触摸按键的判键系统，其特征在于：所述第一逻辑控制开关为PMOS开关管，所述第二逻辑控制开关为传输门开关，所述第三逻辑控制开关为NMOS开关管，所述比较单元的第一输入端与所述参考基准电容Cref之间设置有一常闭合的传输门开关；每个触摸按键端与所述第二逻辑控制开关与之间均设置有一个传输门开关。

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