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2020年08月04日 | 解密中科蓝讯 电容式触摸按键读取电路
2020-08-04 来源：爱集微
深圳市中科蓝讯科技有限公司创立于2016年，是一家专注于智能应用处理器SoC、高性能模拟器件和无线互联芯片的设计厂商。同时还为软件开发提供一站式的应用解决方案。
该公司的产品和解决方案主要应用于：高性能耳机、音箱、AI智能、万物互联等领域。其部分品牌服务的客户有：Newmine纽曼、QCY、Toshiba、Sony、Lenovo、KitSound、iHip等。公司成立至今，已有多颗芯片量产，并获得优异的市场成绩。
而最新曝光的一项专利显示，中科蓝讯发明了一种电容式触摸按键读取电路以及方法。现有电容式触摸按键的读取电路一般分为两种，一种是基于振荡器型的结构，另一种是基于电荷分享型的充放电结构。
基于振荡器型的触摸按键读取电路主要通过振荡器产生震荡频率从而完成计算，但其抗干扰能力差。而基于电荷分享型触摸按键读取电路通过内部基准电压对触摸按键电容进行充电以及电荷分享的方式完成触摸时间的判断，这种方法虽然具有较强的抗干扰能力，但是在体积较小的芯片内部要实现大电容是非常困难的，这就需要通过额外的引脚连接外部大电容，既浪费了引脚也增加了成本。
因此，中科蓝讯在2020年3月日申请了一项名为“一种电容式触摸按键读取电路”的发明专利（申请号：202010142845.X），申请人为深圳市中科蓝讯科技有限公司。
根据该专利目前公开的专利资料，让我们一起来看看这项电容式触摸按键读取电路吧。
如上图，为该专利中发明的电容式触摸按键读取电路的模块构造示意图，该电路包括：信号输入读取模块、波形发生模块、积分模块、采样模块、比较模块和信号输出模块。
波形发生模块用于产生波形信号，从而输出至积分模块；积分模块用于将信号输入读取模块输出的第一信号和波形信号的差值进行积分，以输出第二信号至采样模块；采样模块用于将连续的第二信号采样为离散的第三信号，以输出第三信号至比较模块。
比较模块用于将第三信号与参考基准电压做比较处理，以输出第四信号至信号输出模块，并且将第四信号反馈至输入信号模块；信号输出模块用于将第四信号进行滤波输出。
这里的波形发生模块实质上就是正弦波发生电路，、其所生成的波形信号具有固定的频率和幅度，通过与第一信号在积分模块中进行差动积分，从而可以消除异常干扰的第一信号，提高读取电路的信号抗干扰能力。
我们进一步来看看该电路的具体模块构造示意图：信号输入读取模块包括输入引脚、第一输入电流调整模块和第二输入电流调整模块，第一输入电流调整模块的输出端与第二输入电流调整模块的输入端连接，输入引脚连接第一输入电流调整模块的输出端并与积分模块的第一信号输入端连接。
当触摸事件未发生时，第一输入电流调整模块和第二输入电流调整模块结合产生的总电流对触摸等效电容CT进行充电，由于环路负反馈的作用，触摸电容上的电压波形会跟随波形发生电路产生的波形变换，此时输出模块会输出一组数据DATA1。
当触摸事件发生时，触摸等效电容发生变化CT’,由于环路负反馈的作用,触摸电容上的电压波形仍然需要跟随波形发生电路产生的波形变换，而此时波形发生电路产生的波形和未触摸时是一样的，由于触摸等效电容CT’发生了变化，导致第一输入电流调整模块和第二电流调整模块结合产生的总电流也会相应的变化，从而使得电路满足触摸电容的电压波形跟随波形发生电路产生的波形变换。
此时由于第一输入电流调整模块和第二电流调整模块结合产生的总电流发生了变化，比较输出模块的数据也会发生变化，可以记为DATA2。通过对比DATA1和DATA2的变化就可以分析出触摸事件是否发生。
上图为读取电路的输出信号幅度A随触摸电容CT变化的曲线图，由图中可知输出信号的幅度Amp随触摸电容CT的变化而变化，且两者的变化率近似一条为斜率为1的直线，因此该读取电路能够有效读取触摸按键信息，且经过数字滤波器之后就可以直接进行判决。
由此可见，在触摸按键存在干扰时，由于环路具有低通滤波特性，对一些高频干扰具有天然的滤波效果。对于低频干扰造成的影响，由于此触发读取电路需要获取的有效信息是与信号产生电路产生的波形信号同频的，因此可以在信号输出模块中加入带通滤波器，滤除高频低频的干扰。
以上就是中科蓝讯发明的电容式触摸按键读取方法，该方法通过波形发生模块生成的正弦波信号与信号输入读取模块的输出信号进行差值和积分运算，利用干扰信号可以被积分模块所平均的特点，有效的提高了信号的抗干扰能力。同时由于是直接读取触摸按键上的变化电荷，不需要额外的电容，因此相对于现有技术中的基于电荷分享型读取电路方案，可以节省下外部大电容的成本。
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