阅读说明：本技术 一种电荷放大器的复位电路及复位时间获取方法 (Reset circuit of charge amplifier and reset time acquisition method ) 是由 高益 于 2020-06-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电荷放大器的复位电路及复位时间获取方法,将复位期间的电荷放大器的复位电路拆分为两个或者多个子电路,对各个子电路进行独立的复位操作,因为拆分后各个子电路的RC时间常数明显比总复位电路的时间常数要小,因此复位所需要的时间也比较短；因为复位时间是扫描时间的重要组成部分,因此扫描时间也会变短,触摸驱动系统的报点率会提高。(The invention discloses a reset circuit of a charge amplifier and a reset time acquisition method, wherein the reset circuit of the charge amplifier during reset is divided into two or more sub-circuits, and each sub-circuit is subjected to independent reset operation; since the reset time is an important component of the scan time, the scan time is also shortened, and the hit rate of the touch driving system is increased.)

一种电荷放大器的复位电路及复位时间获取方法

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及的是一种电荷放大器的复位电路及复位时间获取方法。

背景技术

近年来，随着智能终端（智能手机、智能平板等）的快速普及，触摸屏控制技术迅速发展。触摸屏感知手指的触摸，将手指的触摸信号转换成电压信号，进行信号处理后送给上层控制系统，上层控制系统通过算法计算识别手指的动作并做出相应反馈。目前，广泛采用的触摸屏主要有两种：电阻屏和电容屏，随着技术日新月异的发展，电容屏越来越占据主导地位。在电容屏系统中，手指的触摸从电学特性上来说是电容的变化，电容是储存电荷的电路基本单元，因此，感知手指的触摸其实质就是感知电荷的变化量并将其转换成电压的变化量。电荷放大器就是将电荷信号转换成电压信号的一种器件、电路或者装置，已广泛应用于各种传感器中。

而在触摸屏驱动领域，报点率是非常重要的性能指标，报点率决定了触摸屏的触控灵敏度，影响用户体验。而报点率取决于完成一次触摸屏的所有坐标阵列扫描所需的时间。因为电荷放大器每个扫描周期都需要进行一次复位操作，因此复位时间作为以上扫描时间的重要组成部分，会影响触摸屏驱动系统的报点率。

如图1所示，TX driver为驱动芯片送给屏体TX电极（激励电极）的驱动信号，通常为频率10KHz~300KHz的方波，虚线框内部为简化的屏体模型，其中Rp为TX电极或者RX（感应电极）的线电阻，Cp为其到地电容，Cs为两电极之间的互电容，VREF为参考电压，OPA为运算放大器，Cf为反馈电容，S1为复位开关，Vo是电荷放大器的输出。

现有技术中，在每个TX检测周期内，将S1闭合一段时间，使Cs上电荷足够稳定，并且Cf上的电荷完全释放，实现电荷放大器的复位功能，其等效电路如图2所示。

由于制造成本优势和工艺制程限制以及屏幕尺寸的不断加大，采用高阻抗屏体和超薄屏体的终端厂商越来越多。对于高阻抗屏体和超薄屏体，简化屏体模型中的Rp或者Cp、Cs会比较大，例如高阻抗屏体的Rp可达几十K欧姆，或者上百K欧姆；而超薄屏体的Cp、Cs分别可达200pF、10pF。在以上两种屏体的应用中，屏体自然的RC时间常数（电阻电容时间常数，即电阻与电容的积）已经比较大，要使屏体电容（主要指Cs）上电荷全部达到稳定，复位时间会比普通屏体的复位时间要长的多，复位时间越长，在同样的检测周期的情况下，留给正常检测屏体互电容的时间就越短，对检测电路的性能指标要求会更高。如图3所示，在较短的复位时间情况下，A点电压在复位结束后没有稳定到预期值，导致Vo也偏离了正常输出范围。从另外一个角度来说，复位时间越长，在正常检测时间不变的情况下，需要更长的检测周期，而更长的检测周期则带来更低的报点率，影响终端用户体验。

因此，现有的技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电荷放大器的复位电路及复位时间获取方法，旨在解决高阻抗屏体和超薄屏体的RC时间常数过大导致的报点率降低的问题。

本发明的技术方案如下：一种电荷放大器的复位电路复位时间获取方法，其中，具体包括以下步骤：

S1：在电荷放大器复位期间，使电荷放大器的复位电路拆分为至少两个子电路；

S2：对各个子电路实现独立复位，并获得各个子电路的复位时间；

S3：比较各个子电路的复位时间的大小，整个电荷放大器的复位电路的复位时间即等于所有子电路复位时间中的最大值。

本技术方案中，整个电荷放大器的复位电路可以被拆分为2个、3个或多个子电路，然后对各个子电路进行独立的复位操作，因为拆分后各个子电路的RC时间常数明显比总电路的时间常数要小，因此复位所需要的时间也比较短。

一种采用如上述所述的方法的电荷放大器的复位电路，其中，包括复位电路本体，在电荷放大器复位期间，所述复位电路本体被拆分成至少两个独立的子电路。

根据实际需要，可以采用不同结构的电荷放大器的复位电路。

所述的电荷放大器的复位电路，其中，所述复位电路本体包括：

第一子电路，所述第一子电路包括屏体模型，所述屏体模型包括激励电极和感应电极，激励电极连接；

第二子电路，所述第二子电路包括第一开关、反馈电容和第一运算放大器，第一开关和反馈电容并联后的一端与第一运算放大器的输出端连接，第一开关和反馈电容并联后的另一端与第一运算放大器的反相输入端连接，第一运算放大器的正相输入端连接基准电压,第一运算放大器的输出端连接电荷放大器的输出端；

在电荷放大器复位期间，由第一子电路和第二子电路构成的整个电荷放大器复位电路被拆分成两个独立的电路，分别计算两个子电路的复位时间，整个复位电路的复位时间即等于两个子电路的复位时间中较大的一个。

其中，可以通过多种手段使由第一子电路和第二子电路构成的整个电荷放大器复位电路被拆分成两个独立的电路，如直接断开第一子电路和第二子电路之间的连接电线，或在第一子电路和第二子电路之间设置一个阻值足够大的电阻，使第一子电路和第二子电路之间形成断路的效果。

所述的电荷放大器的复位电路，其中，还包括第二开关和第三开关，所述第二开关的一端与第一运算放大器的反相输入端连接，第二开关的另一端与感应电极连接，第二开关的另一端还与第三开关一端连接，第三开关另一端连接基准电压；

在电荷放大器复位期间，第二开关为断开状态，第三开关为闭合状态，使由第一子电路和第二子电路构成的整个电荷放大器复位电路被拆分成两个独立的电路。

本技术方案中，通过设置第二开关和第三开关，将整个复位电路拆分为两个子电路，对各个子电路进行独立的复位操作，因为拆分后各个子电路的RC时间常数明显比整个复位电路的时间常数要小，因此复位所需要的时间也可相对缩短；采用开关拆分电路，结构简单，操作方便。

所述的电荷放大器的复位电路，其中，所述电荷放大器的复位电路还包括用于增强基准电压的驱动能力的电压缓冲电路，所述电压缓冲电路一端与第三开关另一端连接，电压缓冲电路另一端连接基准电压。

本技术方案中，所述电压缓冲电路在复位期间可为基准电压提供足够的驱动能力。

所述的电荷放大器的复位电路，其中，所述电压缓冲电路采用第二运算放大器实现，第二运算放大器的输出端与第三开关另一端连接，第二运算放大器的反向输入端与第三开关另一端连接，第二运算放大器的正向输入端连接基准电压。

所述的电荷放大器的复位电路，其中，所述屏体模型还包括互电容，所述激励电极一端与互电容一端连接，互电容另一端与感应电极一端连接，激励电极另一端连接TXdriver，感应电极另一端与第二开关的另一端连接。

所述的电荷放大器的复位电路，其中，所述激励电极包括第一线电阻、第二线电阻和第一地电容，所述第一线电阻一端与第二线电阻一端连接，第二线电阻另一端与互电容一端连接，第一线电阻另一端与连接TX driver，第一线电阻一端还与第一地电容一端连接，第一地电容另一端接地。

所述的电荷放大器的复位电路，其中，所述感应电极包括第三线电阻、第四线电阻和第二地电容，所述第三线电阻一端与第四线电阻一端连接，第四线电阻另一端与第二开关的另一端连接，第三线电阻另一端与互电容另一端连接，第三线电阻一端还与第二地电容一端连接，第二地电容另一端接地。

本发明具有以下优势：

（1）假设Buffer带宽与原放大器OPA的带宽相同，本复位电路的复位时间比现有技术的复位电路的复位时间要短；因为复位时间是扫描时间的重要组成部分，因此扫描时间也会变短，触摸驱动系统的报点率会提高。

（2）在复位时间与扫描时间与现有技术相同的情况下，本复位电路对于电荷放大器中的主运算放大器的带宽要求要低于现有技术对主放大器带宽的要求，而更低的放大器带宽则意味着更高的输出信噪比。

附图说明

图1是现有技术中带简化屏体模型的电荷放大器电路示意图。

图2是现有技术中复位期间电荷放大器的等效电路示意图。

图3是现有技术中屏体RC时间常数过大时电荷放大器各节点波形示意图。

图4是现有技术中复位期间Vo的等效负载示意图。

图5是本发明中电荷放大器的复位电路的连接示意图。

图6是本发明中复位期间的其中一个子电路示意图。

图7是本发明中复位期间的另一个子电路示意图。

图8是本发明中电荷放大器的复位电路的复位时间获取方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图8所示，本发明公开一种电荷放大器的复位电路复位时间获取方法，具体包括以下步骤：

S1：在电荷放大器复位期间，使电荷放大器的复位电路拆分为至少两个子电路；

S2：对各个子电路实现独立复位，并获得各个子电路的复位时间；

S3：比较各个子电路的复位时间的大小，整个电荷放大器的复位电路的复位时间即等于所有子电路复位时间中的最大值。

一种采用如上述所述的方法的电荷放大器的复位电路，包括复位电路本体，在电荷放大器复位期间，所述复位电路本体被拆分成至少两个独立的子电路。

根据上述所述的复位时间获取方法和电荷放大器的复位电路，现列举以下实施例加以说明：

如图5所示，一种电荷放大器的复位电路，包括：

屏体模型1，所述屏体模型1包括TX电极（激励电极）和RX电极（感应电极），TX电极连接TX driver；

第一开关S1、反馈电容Cf和第一运算放大器OPA，第一开关S1和反馈电容Cf并联后的一端与第一运算放大器OPA的输出端连接，第一开关S1和反馈电容Cf并联后的另一端与第一运算放大器OPA的反相输入端连接，第一运算放大器OPA的正相输入端连接基准电压VREF,第一运算放大器OPA的输出端连接电荷放大器的输出端Vo；

第二开关S2和第三开关S3，所述第二开关S2的一端与第一运算放大器OPA的反相输入端连接，第二开关S2的另一端与RX电极连接，第二开关S2的另一端还与第三开关S3一端连接，第三开关S3另一端连接基准电压VREF；

在电荷放大器复位期间，第二开关S2为断开状态，第三开关S3为闭合状态，整个复位电路以第二开关S2和第三开关S3为分界被拆分为两个子电路，分别计算两个子电路的复位时间，取大者为电荷放大器的复位时间。

其中，TX driver是指驱动芯片送给屏体模型1的TX电极的驱动信号。

在某些具体实施例中，所述电荷放大器的复位电路还包括用于增强基准电压VREF的驱动能力的电压缓冲电路Buffer，所述电压缓冲电路Buffer一端与第三开关S3另一端连接，电压缓冲电路Buffer另一端连接基准电压VREF。

在某些具体实施例中，所述电压缓冲电路Buffer可以根据实际需要采用不同的电路结构实现，只要可以增强基准电压VREF的驱动能力即可。本实施例中，所述电压缓冲电路Buffer采用第二运算放大器实现，所述第二运算放大器的输出端与第三开关S3另一端连接，第二运算放大器的反向输入端与第三开关S3另一端连接，第二运算放大器的正向输入端连接基准电压VREF。

在某些具体实施例中，VREF已经具备较强的驱动能力，无需再添加电压缓冲电路Buffer增加其驱动能力，因此，本技术方案中电压缓冲电路Buffer不是必须的。

在上述电荷放大器中，第一运算放大器OPA是核心部分，因此也被称为电荷放大器的主放大器。

在某些具体实施例中，所述屏体模型1还包括互电容Cs，所述TX电极一端与互电容Cs一端连接，互电容Cs另一端与RX电极一端连接，TX电极另一端连接TX driver，RX电极另一端与第二开关S2的另一端连接。

在某些具体实施例中，所述TX电极包括第一线电阻Rp1、第二线电阻Rp2和第一地电容Cp1，所述第一线电阻Rp1一端与第二线电阻Rp2一端连接，第二线电阻Rp2另一端与互电容Cs一端连接，第一线电阻Rp1另一端与连接TX driver，第一线电阻Rp1一端还与第一地电容Cp1一端连接，第一地电容Cp1另一端接地。

在某些具体实施例中，所述RX电极包括第三线电阻Rp3、第四线电阻Rp4和第二地电容Cp2，所述第三线电阻Rp3一端与第四线电阻Rp4一端连接，第四线电阻Rp4另一端与第二开关S2的另一端连接，第三线电阻Rp3另一端与互电容Cs另一端连接，第三线电阻Rp3一端还与第二地电容Cp2一端连接，第二地电容Cp2另一端接地。

为更好理解本发明，首先简单分析图2中的现有技术的复位时间，一般可认为TXdriver的驱动能力足够强，在复位期间，图2中Cs的左极板即B点的电压稳定时间忽略不计。电荷放大器的复位期间需要达到的目标是电容Cs的右端即A点电压稳定在VREF，以及电容Cf两端的电压也稳定在VREF。在电路未做拆分以前，复位所需要的电荷全部由电荷放大器中的主放大器来提供，复位时间取决于主放大器的带宽和输出负载的时间常数。图4为复位期间Vo的等效负载，其中Vo的等效负载为一个三阶RC网络，第一阶为S1闭合的等效电阻Ron和Cf，第二阶由Rp、Cp构成，最后一阶为Rp、Cs构成。A点的稳定时间取决于这个三阶RC结构的时间常数。当屏体参数Rp、Cp、Cs比较大时，这个时间常数也比较大。

而在本技术方案中，相较于现有技术，本技术方案在第一运算放大器OPA的反相输入端增加了第二开关S2和第三开关S3，在电荷放大器复位期间第二开关S2为断开状态，第三开关S3为闭合状态。由于S2是断开的，复位期间电荷放大器实际被拆分为两个子电路，如图6和图7所示。

被拆分为两个子电路之后，图5所示的复位电路的复位时间由图6和图7的两个子电路的复位时间中的最大者决定。

在本技术方案中，同样，假设TX driver的驱动能力足够强，图6中B点快速稳定，复位期间可视为交流地，电压缓冲电路Buffer的输出负载为一个二阶RC网络，A点的稳定时间取决于电压缓冲电路Buffer的带宽和二阶RC的时间常数。相较于现有技术，在电压缓冲电路Buffer的带宽与图2中电荷放大器的主运算放大器OPA带宽相同的情况下，图6电路的负载要比现有技术中电路的负载要轻，因此复位时间比现有技术的复位时间要短。同理，图7中，电荷放大器的主运算放大器OPA的输出负载为第一开关S1的导通电阻Ron和反馈电容Cf构成的一阶RC，显然，因为负载远比图4所示现有技术中的负载要轻，在放大器带宽相同的情况下，图7所示电路的复位时间也比现有技术的复位时间要短，本技术方案的复位电路的复位时间取决于图6和图7两个子电路的复位时间的最大者，综上所述，两个子电路的复位时间均比现有技术的复位时间要短，因此，本发明提出的技术方案可以缩短复位时间。从另一角度分析，如果复位时间要求相同，不管是电压缓冲电路Buffer带宽的要求，还是电荷放大器的主运算放大器OPA的要求，都会低于现有技术中对电荷放大器的主运算放大器OPA带宽的要求。这样，对于电路设计的压力会更小。更为重要的是，现有技术中，要实现较短的复位时间，需要增加电荷放大器的主运算放大器OPA带宽，而主放大器带宽的增加会使电荷放大器输出Vo的噪声显著增加，从而使输出的信噪比恶化，这在应用环境噪声比较大的场合（比如连接充电器时）是非常致命的。而图6中电压缓冲电路Buffer的大带宽则不会产生类似的问题，不会影响电荷放大器的输出信噪比。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。