本發(fā)明涉及一種電容感測電路，尤其涉及一種電路構(gòu)造簡單的電容感測電路。

背景技術(shù)：

隨著科技日新月異，移動電話、數(shù)字相機、平板計算機、筆記本電腦等越來越多攜帶型電子裝置已經(jīng)成為了人們生活中必備的工具。由于攜帶型電子裝置一般為個人使用，而具有一定的隱私性，因此其內(nèi)部儲存的數(shù)據(jù)，例如電話簿、相片、個人信息等等為私人所有。若電子裝置一旦丟失，則這些數(shù)據(jù)可能會被他人所利用，而造成不必要的損失。雖然目前已有利用密碼保護的方式來避免電子裝置為他人所使用，但密碼容易泄露或遭到破解，具有較低的安全性。并且，用戶需記住密碼才能使用電子裝置，若忘記密碼，則會帶給使用者許多不便。因此，目前發(fā)展出利用個人指紋識別系統(tǒng)的方式來達到身份認證的目的，以提升數(shù)據(jù)安全性。

一般來說，指紋識別系統(tǒng)中利用一電容感測電路接受手指的接觸，電容感測電路用來接受手指的接觸并與手指之間形成一接觸電容，電容感測電路可將接觸電容的電容值轉(zhuǎn)換成一模擬電壓信號，模擬電壓信號需轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號后，再傳送至后端的指紋判斷模塊以判斷電容感測電路對應(yīng)于指紋的紋蜂(Finger Ridge)或紋谷(FingerValley)。換句話說，模擬電壓信號通過一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Convertor，ADC)以轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號。然而，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且占據(jù)大幅電路面積，同時增加生產(chǎn)成本，且消耗較高功率。因此，如何提供一種電路結(jié)構(gòu)簡單、電路面積小、成本低且低功耗的電容感測電路也就成為業(yè)界所努力的目標之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的主要目的即在于提供一種電路構(gòu)造簡單的電容感測電路。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一電容感測電路，包含有一取樣保持電路，耦接于所述接觸電容；一積分電路，包含有一積分輸入端，耦接于所述取樣保持電路；以及一積分輸出端，用來輸出一積分輸出電壓；一比較器，包含有一第一輸入端，耦接于所述積分輸出端；一第二輸入端，用來接收一參考電壓；以及一比較輸出端；一計數(shù)器，耦接于所述比較輸出端，用來累計所述比較器轉(zhuǎn)態(tài)的一累計次數(shù)；一電壓抬升電路，耦接于所述積分輸入端，用來于所述比較器轉(zhuǎn)態(tài)時，將所述積分輸出電壓增加一特定值；以及一邏輯電路，耦接于所述計數(shù)器，當所述累計次數(shù)等于一預(yù)定次數(shù)時，所述邏輯電路輸出所述積分電路的一積分時間；其中，所述積分時間相關(guān)于所述接觸電容的一電容值。

優(yōu)選地，當所述累計次數(shù)等于所述預(yù)定次數(shù)時，所述邏輯電路產(chǎn)生控制信號，以終止所述積分電路的積分操作。

優(yōu)選地，所述積分時間為所述積分電路自開始進行積分操作至終止積分操作所經(jīng)歷的時間。

優(yōu)選地，所述取樣保持電路包含一第一開關(guān)，其一端接收一正電壓，另一端耦接于所述接觸電容；以及一第二開關(guān)，其一端耦接于所述接觸電容，另一端耦接于所述積分輸入端；其中，于一第一時間，所述第一開關(guān)導(dǎo)通而所述第二開關(guān)斷開；以及于一第二時間，所述第一開關(guān)斷開而所述第二開關(guān)導(dǎo)通。

優(yōu)選地，所述積分電路包含有一放大器；一第三開關(guān)，耦接于所述積分輸入端與所述積分輸出端之間；一積分電容，耦接于所述積分輸入端與所述積分輸出端之間；以及一第四開關(guān)，其一端耦接于所述積分電容，另一端耦接于所述積分輸出端。

優(yōu)選地，于所述電容感測電路的一重置模式時，所述第三開關(guān)及所述第四開關(guān)導(dǎo)通；以及于所述積分電路進行積分操作時，所述第三開關(guān)斷開而所述第四開關(guān)導(dǎo)通。

優(yōu)選地，所述電壓抬升電路包含一抬升電容，耦接于所述積分輸入端；一第五開關(guān)，其一端接收一正電壓，另一端耦接于所述抬升電容；以及一第六開關(guān)，其一端接收一接地電壓，另一端耦接于所述抬升電容。

優(yōu)選地，所述電容感測電路另包含一控制電路，其中于一第一時間，所述控制電路控制所述第五開關(guān)導(dǎo)通而控制所述第六開關(guān)斷開；以及于一第二時間，所述控制電路控制所述第五開關(guān)斷開而控制所述第六開關(guān)導(dǎo)通。

本發(fā)明提供的電容感測電路可將接觸電容中所儲存的電荷轉(zhuǎn)換成一時間信號，其具有電路結(jié)構(gòu)簡單、電路面積小、成本低以及低功耗的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一電容感測電路的示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例積分輸出電壓的波形圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的電容感測電路將接觸電容中所儲存的電荷轉(zhuǎn)換成一時間信號，以精準地判讀接觸電容的電容值，同時降低電容感測電路的電路復(fù)雜度。具體來說，請參考圖1，圖1為本發(fā)明實施例一電容感測電路10的示意圖。電容感測電路10，用來感測一接觸電容Cf，其包含一取樣保持電路SH、一積分電路100、一比較器comp、一計數(shù)器cntr、一電壓抬升電路104、一邏輯電路102以及一控制電路106。積分電路100包含開關(guān)S3、S4、一放大器Amp及一積分電容C_INT，放大器Amp的一輸入端即為積分電路100的一積分輸入端，放大器Amp的一輸出端即為積分電路100的一積分輸出端，其中積分輸出端用來輸出一積分輸出電壓V_OUT。另外，比較器comp的一正輸入端(標示有「+」號)耦接于積分電路100的積分輸出端，用來接收積分輸出電壓V_OUT，比較器comp的一負輸入端(標示有「－」號)接收一參考電壓V_REF。計數(shù)器cntr耦接于比較器comp的一比較輸出端，用來累計比較器comp轉(zhuǎn)態(tài)的一累計次數(shù)N_OUT。邏輯電路102可利用數(shù)字電路來實現(xiàn)，其耦接于計數(shù)器cntr及積分電路100之間，當累計次數(shù)N_OUT等于一預(yù)定次數(shù)N_TH時，邏輯電路102輸出所述積分電路的一積分時間T_OUT，且邏輯電路102產(chǎn)生一控制信號(未繪示于圖1)至積分電路100，以終止積分電路100的積分操作，其中，積分時間T_OUT即可代表/反映接觸電容Cf的一電容值。

詳細來說，取樣保持電路SH包含開關(guān)S1及開關(guān)S2，開關(guān)S1的一端接收一正電壓V_DD，開關(guān)S1的另一端電性連接于接觸電容Cf；開關(guān)S2的一端電性連接于接于接觸電容Cf，開關(guān)S2的另一端電性連接于積分電路100的積分輸入端。另外，在積分電路100中，開關(guān)S3耦接于積分電路100的積分輸入端與積分輸出端之間，積分電容C_INT與開關(guān)S4串接，且積分電容C_INT及開關(guān)S4也耦接于積分電路100的積分輸入端與積分輸出端之間。藉由控制開關(guān)S3、S4的導(dǎo)通狀態(tài)，即可控制積分電路100(或電容感測電路10)的一操作模式。舉例來說，于電容感測電路10的一重置(Reset)模式中，開關(guān)S3、S4皆導(dǎo)通；而于電容感測電路10的一積分模式中(即當積分電路100進行積分操作時)，開關(guān)S3斷開而開關(guān)S4導(dǎo)通。若需終止積分電路100的積分操作，邏輯電路102可產(chǎn)生控制信號使開關(guān)S4斷開。

當積分電路100進行積分操作(即積分電路100操作于積分模式)時，于一時脈(Clock)周期T中的一前半周期(對應(yīng)第一時間)，開關(guān)S1導(dǎo)通(ON)而開關(guān)S2斷開(OFF)，接觸電容Cf充電至正電壓V_DD；于時脈周期T中的一后半周期(對應(yīng)第二時間)，開關(guān)S1斷開而開關(guān)S2導(dǎo)通，儲存于接觸電容Cf的電荷流至積分電容C_INT，換句話說，當積分電路100進行積分操作時，積分輸出電壓V_OUT會隨時間遞減。

另外，電壓抬升電路104包含開關(guān)S5、S6以及一抬升電容C_DAC，抬升電容C_DAC的一端耦接于積分輸入端，另一端耦接于開關(guān)S5、S6。開關(guān)S5及開關(guān)S6分別接收正電壓V_DD及一接地電壓GND。另外，控制電路106耦接于電壓抬升電路104與比較器comp的比較輸出端之間，當積分輸出電壓V_OUT小于參考電壓V_REF時，比較器comp轉(zhuǎn)態(tài)，此時控制電路106產(chǎn)生控制信號(未繪示于圖1)來控制開關(guān)S5、S6，使得積分輸出電壓V_OUT增加特定電壓值V_K(即積分輸出電壓V_OUT增加至一電壓V_REF+V_K)。具體來說，于積分輸出電壓V_OUT遞減以至于積分輸出電壓V_OUT小于參考電壓V_REF后的下一個時脈周期T’中，控制電路106控制開關(guān)S5于時脈周期T’的一前半周期(對應(yīng)第一時間)導(dǎo)通且于時脈周期T’的一后半周期(對應(yīng)第二時間)斷開，控制電路106控制而開關(guān)S6于時脈周期T’的前半周期斷開且于時脈周期T’的后半周期導(dǎo)通。也就是說，于積分輸出電壓V_OUT因積分而遞減，以至于積分輸出電壓V_OUT小于參考電壓V_REF后的瞬間(即時脈周期T’中)，積分輸出電壓V_OUT即可增加至電壓V_REF+V_K。如此一來，積分輸出電壓V_OUT的值將會被限制在電壓V_REF+V_K與電壓V_REF之間。

另一方面，當積分電路100進行積分操作(即積分電路100操作于積分模式)，積分輸出電壓V_OUT遞減以至于積分輸出電壓V_OUT小于參考電壓V_REF時，比較器comp轉(zhuǎn)態(tài)，計數(shù)器cntr的值就會加1，此時控制電路106產(chǎn)生控制信號，使得積分輸出電壓V_OUT增加特定電壓值V_K(即積分輸出電壓V_OUT增加至電壓V_REF+V_K)。接著，積分電路100即可由增加后的電壓V_REF+V_K繼續(xù)進行積分，即積分輸出電壓V_OUT自電壓V_REF+V_K持續(xù)遞減，直到下一次積分輸出電壓V_OUT小于參考電壓V_REF時，計數(shù)器cntr的值再次加1，控制電路106再次產(chǎn)生控制信號，使得積分輸出電壓V_OUT再次增加特定電壓值V_K。如此周而復(fù)始，直到邏輯電路102判斷計數(shù)器cntr所輸出的累計次數(shù)N_OUT等于預(yù)定次數(shù)N_TH時，邏輯電路102產(chǎn)生控制信號以終止積分電路100的積分操作，并輸出積分時間T_OUT。

由于接觸電容Cf的電容值與積分時間T_OUT-呈反比，對相同的預(yù)定次數(shù)N_TH而言，積分時間T_OUT越小代表接觸電容Cf的電容值越大。因此，電容感測電路10的一后端電路(未繪示于圖1)即可根據(jù)積分時間T_OUT判斷接觸電容Cf的電容值。

具體來說，請參考圖2，圖2為電容感測電路10分別對一接觸電容Cf_1及一接觸電容Cf_2進行電容感測所產(chǎn)生的一積分輸出電壓V_{OUT_1}及一積分輸出電壓V_{OUT_2}的波形圖，其中接觸電容Cf_1與接觸電容Cf_2具有不同的電容值，虛線代表積分輸出電壓V_{OUT_1}的波形圖，而實線代表積分輸出電壓V_{OUT_2}的波形圖。由圖2可知，電容感測電路10于一時間t₀開始進行積分操作(或開始進入積分模式)，當電容感測電路10對接觸電容Cf_1進行電容感測時，隨著積分電路100持續(xù)積分，比較器comp一次又一次地轉(zhuǎn)態(tài)，直到一時間t₁，即當計數(shù)器cntr所累計(對應(yīng)于接觸電容Cf_1)的一累計次數(shù)N_{OUT_1}達到預(yù)定次數(shù)N_TH時，邏輯電路102輸出一積分時間T_{OUT_1}(其中積分時間T_{OUT_1}即積分電路100開始進行積分操作的時間t₀到終止積分操作的時間t₁)。同樣地，當電容感測電路10對接觸電容Cf_2進行電容感測時，隨著積分電路100持續(xù)積分，比較器comp一次又一次地轉(zhuǎn)態(tài)，直到一時間t₂，即當計數(shù)器cntr所累計(對應(yīng)于接觸電容Cf_2)的一累計次數(shù)N_{OUT_2}達到預(yù)定次數(shù)N_TH時，邏輯電路102輸出一積分時間T_{OUT_2}(其中積分時間T_{OUT_1}即積分電路100開始進行積分操作的時間t₀到終止積分操作的時間t₂)。在此情形下，電容感測電路10的后端電路即可根據(jù)積分時間T_{OUT_1}、T_{OUT_2}分別判斷接觸電容Cf_1、Cf_2的電容值。

簡言之，本發(fā)明利用電壓抬升電路104及控制電路106，將積分輸出電壓V_OUT的值限制在電壓V_REF+V_K與電壓V_REF之間；利用計數(shù)器cntr，計算比較器comp轉(zhuǎn)態(tài)的次數(shù)；利用邏輯電路102，判斷計數(shù)器cntr所輸出的累計次數(shù)N_OUT是否達到預(yù)定次數(shù)N_TH，當累計次數(shù)N_OUT達到預(yù)定次數(shù)N_TH時，邏輯電路102輸出積分時間T_OUT，而電容感測電路10的后端電路即可根據(jù)積分時間T_OUT判斷接觸電容Cf的電容值。

習(xí)知電容感測電路需將接觸電容中所儲存的電荷轉(zhuǎn)換成一模擬電壓信號，并透過一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Convertor，ADC)將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號，然而，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且占據(jù)大幅電路面積。相較之下，本發(fā)明的電容感測電路在不使用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的情況下，將接觸電容中所儲存的電荷轉(zhuǎn)換成時間信號(即積分時間T_OUT)，而后端電路即可根據(jù)積分時間T_OUT判斷接觸電容的電容值，進而判斷有無觸控事件發(fā)生，或判斷電容感測電路對應(yīng)于指紋的紋蜂(Finger Ridge)或紋谷(FingerValley)，以進行指紋辨識。

綜上所述，本發(fā)明的電容感測電路可將接觸電容中所儲存的電荷轉(zhuǎn)換成時間信號，而不需使用傳統(tǒng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，根據(jù)本發(fā)明電容感測電路所輸出的積分時間，即可判斷接觸電容的電容值。因此，本發(fā)明的電容感測電路具有電路結(jié)構(gòu)簡單、電路面積小、成本低以及低功耗的優(yōu)點。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。