阅读说明：本技术 一种触摸传感器 (Touch sensor ) 是由 白胜天 席望 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种触摸传感器,至少包括：模数转换器以及控制器。该模数转换器包括：第一开关SW0、第二开关SW1、第三开关SW2、采样电容Cadc和第一参考电压Va、第二参考电压Vb以及该模数转换器的共模电压Vcm；其中,第一开关SW0的第一端耦接该采样电容Cadc的第二端,以及耦接第二开关SW1的第一端,第一开关SW0的第二端耦接第三开关SW2的第二端,以及耦接一触摸电极的一端；第二开关SW1的第一端耦接该采样电容Cadc的第二端,第二开关SW1的第二端耦接第二参考电压Vb；第三开关SW2的第一端耦接第一参考电压Va,第三开关SW2的第二端耦接第一开关SW0的第二端。该采样电容Cadc的第一端耦接该共模电压Vcm,该采样电容Cadc的第二端耦接该第一开关SW0的第一端。(The present invention provides a touch sensor, at least comprising: an analog-to-digital converter and a controller. The analog-to-digital converter includes: a first switch SW0, a second switch SW1, a third switch SW2, a sampling capacitor Cadc, a first reference voltage Va, a second reference voltage Vb and a common mode voltage Vcm of the analog-to-digital converter; a first terminal of the first switch SW0 is coupled to the second terminal of the sampling capacitor Cadc and to a first terminal of the second switch SW1, and a second terminal of the first switch SW0 is coupled to a second terminal of the third switch SW2 and to a terminal of a touch electrode; a first terminal of the second switch SW1 is coupled to the second terminal of the sampling capacitor Cadc, and a second terminal of the second switch SW1 is coupled to the second reference voltage Vb; a first terminal of the third switch SW2 is coupled to the first reference voltage Va, and a second terminal of the third switch SW2 is coupled to the second terminal of the first switch SW 0. A first terminal of the sampling capacitor Cadc is coupled to the common mode voltage Vcm, and a second terminal of the sampling capacitor Cadc is coupled to a first terminal of the first switch SW 0.)

一种触摸传感器

技术领域

本发明涉及模拟集成电路或者数模混合集成电路技术领域，尤其涉及触摸传感器。

背景技术

触摸传感器(Touch Key Sensor)电路的主要作用是检测触摸电极的电学(如电容、电阻)变化，实现对触摸动作的感应。触摸传感器是微控制器(MCU)系统的重要功能模块，广泛应用于模拟集成电路和数模混合集成电路领域。

传统的触摸传感器主要由开关电容运放器、模数转换器、控制器等部件组成。其中，开关电容运放器是必不可少的器件，其作用是将触摸电极的等效电容转换为电压信号输出至模数转换器，以供控制器进行触摸判断。

然而，随着对触摸传感器的性能要求的不断提高，亟需一种工作速度更快、芯片面积更小、功耗更低的触摸传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种触摸传感器结构，通过特定结构的模数转换器(ADC)，直接检测触摸电极上电容值的变化情况，实现对触摸的感应。相比于现有技术，本发明提供的触摸传感器无需使用开关电容运放，具有工作速度快，芯片面积小，功耗低的优点，且该触摸传感器可对不同电容值的触摸电极进行校准，实现一致的触摸效果，并有极强的抗共模干扰能力。本发明提供的触摸传感器能广泛应用于微控制器、触摸屏等单片式集成电路芯片中。

本发明提供了一种触摸传感器，所述触摸传感器包括：

模数转换器；以及

与控制该模数转换器的转换过程的控制器；

该模数转换器包括：

第一开关SW0、第二开关SW1、第三开关SW2、采样电容Cadc和第一参考电压Va、第二参考电压Vb以及该模数转换器的共模电压Vcm；

其中，第一开关SW0、第二开关SW1、第三开关SW2以及该采样电容Cadc各自具有第一端和第二端；

第一开关SW0的第一端耦接该采样电容Cadc的第二端，以及耦接第二开关SW1的第一端，第一开关SW0的第二端耦接第三开关SW2的第二端，以及耦接一触摸电极的一端,第一开关SW0的第二端与该触摸电极耦接处的电压为V1；

第二开关SW1的第一端耦接该采样电容Cadc的第二端，第二开关SW1的第二端耦接第二参考电压Vb；

第三开关SW2的第一端耦接第一参考电压Va，第三开关SW2的第二端耦接第一开关SW0的第二端。

该采样电容Cadc的第一端耦接该共模电压Vcm，该采样电容Cadc的第二端耦接该第一开关SW0的第一端，该采样电容的第二端处的电压为Vs。

在一个实施例中，该触摸传感器还包括一多路转换器，该多路转换器外接多个触摸电极，该多路转换器通过该控制器的控制选择其中一触摸电极与第一开关的第二端耦接。

在一个实施例中，该触摸传感器的工作电源电压为VDD，电源地为GND，第一参考电压Va、第二参考电压Vb为介于并包含VDD与GND之间的任意两个不同电压；共模电压Vcm为介于VDD与GND之间的任意电压，即

为介于0～1之间任意值。

在一个实施例中，该控制器被配置成执行以下步骤：

步骤401：将第一开关SW0断开，第二开关SW1和第三开关SW2均闭合，以令该电压V1以及该电压Vs分别充电至第一参考电压Va和第二参考电压Vb；

步骤402：将第一开关SW0闭合，第二开关SW1和第三开关SW2均断开，以令所述电压V1点的等效电容Ceff与该采样电容Cadc进行电荷分享，并得到新的电压Vs:

步骤403：将第一开关SW0、第二开关SW1、第三开关SW2均断开，该模数转换器将该电压Vs转换为数字值Data；

步骤404：重复步骤401－403，得到多个数字值Data；根据该多个数字值Data的变化是否大于一预先设定的触摸阈值来判断是否发生触摸动作；若判断结果为发生了触摸动作，则触发触摸事件并返回执行步骤401－404；若小判断结果为未发生触摸动作，则返回执行步骤401－404。

在一个实施例中，该模数转换器还包括校准单元，该校准单元与该采样电容Cadc的两端耦接，以及与第一参考电压Va耦接。

在一个实施例中，该校准单元包括第四开关SW3、第五开关SW4、第六开关SW5、第七开关SW6、校准电容C2、第一校准电压Vc，其中，该校准电容C2的电容值可变，该校准电容C2的电容值由该控制器调节；

其中，第四开关SW3、第五开关SW4、第六开关SW5、第七开关SW6、该校准电容C2各自具有第一端和第二端；

第四开关SW3的第一端与该校准电容C2的第二端耦接，第四开关SW3的第二端与该采样电容Cadc的第二端耦接；

第五开关SW4的第一端与该校准电容C2的第一端耦接，第五开关SW4的第二端与该采样电容Cadc的第一端耦接；

第六开关SW5的第一端与第一校准电压Vc耦接，该第六开关SW5的第二端与该校准电容C2的第一端耦接；

第七开关SW6的第一端与第一参考电压Va耦接，该第七开关SW6的第二端与该校准电容C2的第二端耦接。

在一个实施例中，该第一校准电压Vc的电压值为介于VDD与GND之间的任意电压，即

为介于0～1之间任意值。

在一个实施例中，该控制器被配置成执行以下步骤，其中以下步骤包括两个阶段：校准阶段以及检测阶段：

该校准阶段包括以下步骤：

步骤601：令该校准电容C2电容取初始化值；

步骤602：令第二开关SW1、第三开关SW2、第四开关SW3、第七开关SW6闭合，令第一开关SW0、第五开关SW4、第六开关SW5断开，以使得电压V1处的电容Ceff、该采样电容Cadc、该校准电容C2完成预充电；

步骤603：令第一开关SW0、第四开关SW3、第五开关SW4闭合，令第二开关SW1、第三开关SW2、第六开关SW5、第七开关SW6断开，以使得该电压V1处的电容Ceff与该采样电容Cadc、该校准电容C2电荷分享；

步骤604：令第五开关SW4、第六开关SW5闭合，令第一开关SW0、第二开关SW1、第三开关SW2、第四开关SW3、第七开关SW6均断开，令该模数转换器将该电压Vs转换为数字值Data1；

步骤605：将数字值Data1与第一校准电压Vc对应的数字值Data0进行比较，若差值大于一校准阈值d_Data，则调整该校准电容C2的电容值，并重复步骤602-605；若差值小于等于该校准阈值d_Data，则校准结束，并进入检测阶段；

该检测阶段包括以下步骤：

步骤606：令第二开关SW1、第三开关SW2、第四开关SW3、第七开关SW6闭合，令第一开关SW0、第五开关SW4、第六开关SW5断开，以使得该电压V1处的电容Ceff、该采样电容Cadc、该校准电容C2完成预充电；

步骤607：令第一开关SW0、第四开关SW3、第五开关SW4闭合，令第二开关SW1、第三开关SW2、第六开关SW5、第七开关SW6断开，以使得该电压V1处的电容Ceff与该采样电容Cadc、该校准电容C2进行电荷分享；

步骤608：令第五开关SW4、第六开关SW5闭合，令第一开关SW0、第二开关SW1、第三开关SW2、第四开关SW3、第七开关SW6均断开，令该模数转换器将该电压Vs转换为数字值Data2；

步骤609：重复步骤606-608，得到多个数字值Data2，根据该多个数据值Data2的变化是否大于一预先设定的触摸阈值来判断是否发生触摸动作判断；如果判断结果为发生了触摸动作，则触发触摸事件并返回执行步骤606-609；若判断结果为未发生触摸动作，则直接返回执行步骤606-609。

在一个实施例中，所述模数转换器还包括：第一多路选择器；第二多路选择器；以及第三多路选择器；

其中：

该第一多路选择器的第一输入端耦接第三参考电压Vp，第二输入端耦接第四参考电压Vn，该第一多路选择器的输出端耦接该第一参考电压Va；

该第二多路选择器的第一输入端耦接第四参考电压Vn，第二输入端耦接第三参考电压Vp，该第二多路选择器的输出端耦接该第二参考电压Vb；

该第三多路选择器的第一输入端耦接第二校准电压Vcp，第二输入端耦接第三校准电压Vcn，该第三多路选择器的输出端耦接该第一校准电压Vc。

在一个实施例中，第一参考电压Va在第三参考电压Vp与第四参考电压Vn中选择，第二参考电压Vb在第四参考电压Vn与第三参考电压Vp中选择，其中，第三参考电压Vp以及第四参考电压Vn为介于并包含VDD与GND之间的任意两个不同电压；第一校准电压Vc在第二校准电压Vcp与第三校准电压Vcn中选择，其中，第二校准电压Vcp为介于VDD与GND之间的任意电压，即

为介于0～1之间任意值，第三校准电压Vcn＝VDD-Vcp。

在一个实施例中，该控制器被配置成执行以下步骤，其中，以下步骤包括校准阶段以及检测阶段，该检测阶段还可进一步包括正极性检测阶段和负极性检测阶段：

所述校准阶段包括以下步骤：

步骤801：令校准电容C2取初始化值；

步骤802：将第一、第二、第三多路选择器分别配置为：Va＝Vp，Vb＝Vn，Vc＝Vcp；令第二开关SW1、第三开关SW2、第四开关SW3、第七开关SW6闭合，令第一开关SW0、第五开关SW4、第六开关SW5断开，以使得电压V1处的电容Ceff、该采样电容Cadc、该校准电容C2完成预充电；

步骤803：令第一开关SW0、第四开关SW3、第五开关SW4闭合，令第二开关SW1、第三开关SW2、第六开关SW5、第七开关SW6断开，以使得该电压V1处的电容Ceff与该采样电容Cadc、该校准电容C2电荷分享；

步骤804：令第五开关SW4、第六开关SW5闭合，令第一开关SW0、第二开关SW1、第三开关SW2、第四开关SW3、第七开关SW6均断开，令该模数转换器将该电压Vs转换为数字值Data1；

步骤805：将数字值Data1与第二校准电压Vcp对应的数字值Data0进行比较，若差值大于一校准阈值d_Data，则调整该校准电容C2的电容值，并重复步骤802-805；若差值小于等于该校准阈值d_Data，则校准结束，并进入检测阶段；

该正极性检测阶段包括以下步骤：

步骤806：令第二开关SW1、第三开关SW2、第四开关SW3、第七开关SW6闭合，令第一开关SW0、第五开关SW4、第六开关SW5断开，以使得电压V1处的电容Ceff、该采样电容Cadc、该校准电容C2完成预充电；

步骤807：令第一开关SW0、第四开关SW3、第五开关SW4闭合，令第二开关SW1、第三开关SW2、第六开关SW5、第七开关SW6断开，以使得该电压V1处的电容Ceff与该采样电容Cadc、该校准电容C2电荷分享；

步骤808：令第五开关SW4、第六开关SW5闭合，令第一开关SW0、第二开关SW1、第三开关SW2、第四开关SW3、第七开关SW6均断开，令该模数转换器将该电压Vs转换为数字值Data2；

该负极性检测阶段包括以下步骤：

步骤809：将第一、第二、第三多路选择器配置为：Va＝Vn，Vb＝Vp，Vc＝Vcn；令第二开关SW1、第三开关SW2、第四开关SW3、第七开关SW6闭合，令第一开关SW0、第五开关SW4、第六开关SW5断开，以使得电压V1处的电容Ceff、该采样电容Cadc、该校准电容C2完成预充电；

步骤810：令第一开关SW0、第四开关SW3、第五开关SW4闭合，令第二开关SW1、第三开关SW2、第六开关SW5、第七开关SW6断开，以使得该电压V1处的电容Ceff与该采样电容Cadc、该校准电容C2电荷分享；

步骤811：令第五开关SW4、第六开关SW5闭合，令第一开关SW0、第二开关SW1、第三开关SW2、第四开关SW3、第七开关SW6均断开，令该模数转换器将该电压Vs转换为数字值Data3；

步骤812：根据数据值Data2与数据值Data3的差值变化是否大于一预先设定的触摸阈值来判断是否发生触摸动作判断；如果判断结果为发生了触摸动作，则触发触摸事件，将第一、第二、第三多路选择器分别配置为：Va＝Vp，Vb＝Vn，Vc＝Vcp，并随后返回执行步骤806-812；若判断结果为未发生触摸动作，则直接将第一、第二、第三多路选择器分别配置为：Va＝Vp，Vb＝Vn，Vc＝Vcp，并随后返回执行步骤806-812。

本发明的触摸传感器具有极为有益的技术效果。本发明利用特定结构的模数转换器直接实现对触摸电极的电容值检测，无需额外的开关电容运放等***电路，相对于现有技术，有效地降低了芯片面积、功耗和成本，提高了工作速度。同时，本发明利用内部校准电容可对不同触摸电容进行校准，不同触摸通道可实现一致的触摸效果；最后，本发明还通过正、负极性转换做减法的方式，进一步提升抗共模干扰能力，避免环境干扰引起的误触发。

附图说明

本发明的以上发明内容以及下面的

具体实施方式

在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1示出一种现有技术的电容式触摸传感器的结构图；

图2示出根据本发明一实施例的触摸传感器的总体架构图；

图3示出根据本发明一实施例的触摸传感器结构图；

图4示出根据图3的触摸传感器结构的工作流程图；

图5示出根据本发明又一实施例的触摸传感器结构图；

图6示出根据图5的触摸传感器结构的工作流程图；

图7示出根据本发明又一实施例的触摸传感器结构图；以及

图8示出根据图7的触摸传感器结构的工作流程图。

具体实施方式

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

图1示出一种现有技术的电容式触摸传感器的结构图。电容C1(101)为电容式触摸电极，电容Cf(102)代表手指的等效寄生电容。触摸传感器(103)包括开关电容运放器SC-OpAmp(104)、模数转换器ADC(105)、控制器(106)、存储器(107)。开关电容运放器(104)将V1点的电容值Ceff转换为电压信号Vs，输出至模数转换器ADC(105)的输入端。模数转换器ADC(105)将电压信号Vs转换为对应数字值Data。未触摸时，V1点电容Ceff＝C1；当发生触摸时，V1点电容为Ceff＝C1+Cf。控制器(106)对数字值Data进行判断，确定是否发生触摸动作。

在上述的触摸传感器结构中，需要至少一个开关电容运放器将V1处的电容值转换为电压信号Vs，该开关电容运放器的面积、功耗较大。

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种触摸传感器结构，通过特定结构的模数转换器(ADC)，直接检测触摸电极上电容值的变化情况，实现对触摸的感应。本发明提供了触摸传感器无需使用开关电容运放，具有工作速度快，芯片面积小，功耗低的优点，且该触摸传感器可对不同电容值的触摸电极进行校准，实现一致的触摸效果。本发明提供的触摸传感器能广泛应用于微控制器、触摸屏等单片式集成电路芯片中。

图2示出根据本发明一实施例的触摸传感器的总体架构图。该触摸传感器(203)包含模数转换器ADC(205)、控制器(206)、存储器(207)、多路选择器MUX(208)。其中，电容C1～Cn为电容式触摸电极，电容Cf为手指的等效寄生电容。

多路选择器MUX(208)外接一个或多个触摸电极C1～n，且与控制器(206)耦接。多路选择器MUX(208)通过控制器(206)的控制，选择任意触摸电极接入模数转换器ADC(205)的输入端。

模数转换器ADC(205)用于将电压Vs转换为数据值。

在一个实施例中，模数转换器ADC(205)可以为电容式的逐次逼近型(SAR：Successive Approximation Register)ADC。

在又一实施例中，模数转换器ADC(205)可以为基于电容式SAR的混合结构ADC。

控制器(206)控制多路选择器MUX(208)从一个或多个触摸电极中选择一个触摸电极，并控制模数转换器ADC(205)转换过程。

存储器(207)存储触摸判定信息和校准单元的校准信息。

图3示出根据本发明一实施例的触摸传感器结构图。下文主要针对模数转换器ADC的内部结构进行详细描述。该触摸传感器中的其他部件的连接关系与图2相似，再次不再赘述。

需要指出的是，图3中的触摸电极C1为经图2的多路选择器MUX选择后的触摸电极，虽然其图示以C1标示，但是，本领域技术人员可以理解的是，其可以是图2中的多个触摸电极C1～Cn中的任意一个。

模数转换器ADC(305)包括第一开关SW0、第二开关SW1、第三开关SW2、采样电容Cadc和第一参考电压Va、第二参考电压Vb以及模数转换器的共模电压Vcm。其中，触摸传感器的工作电源电压为VDD，电源地为GND，第一参考电压Va、第二参考电压Vb为介于(包含)VDD与GND之间的任意两个不同电压；共模电压Vcm为介于VDD与GND之间的任意电压，即

为介于0～1之间任意值。

采样电容Cadc为模数转换器ADC(305)的采样电容，其具有第一端和第二端。

该第一开关SW0、第二开关SW1、第三开关SW2各自具有第一端和第二端。

该第一开关SW0的第一端耦接该采样电容Cadc的第二端，以及耦接该第二开关SW1的第一端。该第一开关SW0的第二端耦接该第三开关SW2的第二端，以及耦接该触摸电极的一端。

该第二开关SW1的第一端耦接该采样电容Cadc的第二端，该第二开关SW1的第二端耦接该第二参考电压Vb。

该第三开关SW2的第一端耦接第一参考电压Va，该第三开关SW2的第二端耦接该第一开关SW0的第二端。

该采样电容Cadc的第一端耦接共模电压Vcm，该采样电容Cadc的第二端耦接该第一开关SW0的第一端。

该模数转换器ADC(305)将该采样电容Cadc的第二端的电压转换为一数据值，该控制器根据该数据值进行触摸判断。

在一个实施例中，第一参考电压Va可以为电源电压VDD，第二参考电压Vb可以为电源地GND，共模电压Vcm可以取0.5VDD。

图4示出根据图3的触摸传感器结构的工作流程图。其中，各开关的闭合和断开由控制器(306)控制。

触摸传感器的工作流程(即采用本实施例的触摸传感器的触摸判断方法)包括以下步骤：

步骤401：SW0断开，SW1和SW2均闭合，V1、Vs分别充电至Va、Vb。

步骤402：SW0闭合，SW1和SW2均断开，V1点的电容Ceff与Cadc电荷分享，得到新的Vs电压：

步骤403：SW0、SW1、SW2均断开，模数转换器ADC(305)将Vs转换为数字值Data。

步骤404：重复401－403的过程，得到多个数字值Data；控制器(306)根据若干次得到的Data的变化情况，判断是否发生触摸动作。如果判断结果为发生了触摸动作，则执行步骤405，即触发触摸事件，并返回执行步骤401-404；若判断结果为未发生触摸动作，则直接返回执行步骤401-404。

判断是否发生触摸的具体步骤为：发生触摸时的数字值为Data_yes，未触摸时的数字值为Data_no，则触摸引起的变化量(基于假设Cf<<C1)：

当ΔData的绝对值大于存储器内储存的预设的触摸阈值ΔData_th时，判定发生触摸。

从图3以及图4可知，本发明通过特定结构的模数转换器(ADC)，能够直接检测触摸电极上电容值的变化情况来实现对触摸的感应，相对于现有技术，本发明无需使用开关电容运放，具有工作速度快，芯片面积小，功耗低的优点。

该结构还存在进一步优化的空间。例如，根据式(1)可知，当触摸电极的电容C1增大时，ΔData的绝对值减小，故不同C1下ΔData不同。因此，需要根据C1的变化，调整存储器内的触摸阈值ΔData_th，以得到一致的触摸效果。

为了克服触摸电极C1的电容变化时，需要调整存储器内的触摸阈值ΔData_th的情况，本发明又提出一种优化的触摸传感器，如图5所示。

图5示出根据本发明又一实施例的触摸传感器结构图。下文主要针对模数转换器ADC的内部结构进行详细描述。该触摸传感器中的其他部件的连接关系与图2相似，再次不再赘述。

需要指出的是，图5中的触摸电极C1为经图2的多路选择器MUX选择后的触摸电极，虽然其图示以C1标示，但是，本领域技术人员可以理解的是，其可以是图2中的多个触摸电极C1～Cn中的任意一个。

如图5所示，在图3的基础上，该模数转换器ADC(505)增加了校准单元(510)。该校准单元耦接在该采样电容Cadc的两端，且与第一参考电压耦接。

具体而言，该校准单元包括第四开关SW3、第五开关SW4、第六开关SW5、第七开关SW6、校准电容C2、第一校准电压Vc。其中，该校准电容C2的电容值可变，该电容值可由控制器(506)控制。

第四开关SW3、第五开关SW4、第六开关SW5、第七开关SW6、校准电容C2各自具有第一端和第二端。

该第四开关SW3的第一端与校准电容C2的第二端耦接，该第四开关SW3的第二端与该采样电容Cadc的第二端耦接。

该第五开关SW4的第一端与校准电容C2的第一端耦接，该第五开关SW4的第二端与该采样电容Cadc的第一端耦接。

该第六开关SW5的第一端与第一校准电压Vc耦接，该第六开关SW5的第二端与该校准电容C2的第一端耦接。

该第七开关SW6的第一端与第一参考电压Va耦接，该第七开关SW6的第二端与该校准电容C2的第二端耦接。

该第一校准电压Vc的电压值为介于VDD与GND之间的任意电压，即

为介于0～1之间任意值，同时，共模电压Vcm为介于VDD与GND之间的任意电压，即为介于0～1之间任意值。

图6示出根据图5的触摸传感器结构的工作流程图。其中，各开关的闭合和断开可由控制器(506)控制。

该触摸传感器的工作流程(即采用本实施例的触摸传感器的触摸判断方法)至少包括两个阶段：校准阶段以及检测阶段。

校准阶段(无触摸动作)可包括以下步骤：

步骤601：C2电容取初始化值。

步骤602：SW1/2/3/6闭合，SW0/4/5断开，V1点电容Ceff、采样电容Cadc、校准电容C2完成预充电。

步骤603：SW0/3/4闭合，SW1/2/5/6断开，V1点电容Ceff与Cadc、C2电荷分享。

步骤604：SW4/5闭合，SW0/1/2/3/6均断开，模数转换器ADC(505)将Vs转换为数字值Data1。

步骤605：控制器(506)将Data1与Vc对应数字值Data0进行比较，若差值|Data1-Data0|大于存储器内校准阈值d_Data，则调整校准电容C2电容值(步骤611)，重复步骤602-605；若差值|Data1-Data0|小于等于该校准阈值d_Data，则校准结束，C2容值如下，并进入检测阶段。

检测阶段可包括以下步骤：

步骤606：SW1/2/3/6闭合，SW0/4/5断开，Ceff、Cadc、C2完成预充电。

步骤607：SW0/3/4闭合，SW1/2/5/6断开，V1点电容Ceff与Cadc、C2电荷分享。

步骤608：SW4/5闭合，SW0/1/2/3/6均断开，模数转换器ADC(505)将Vs转换为数字值Data2。

步骤609：重复步骤606-608的过程，得到多个数字值Data2，控制器(506)根据若干次得到的数据值Data2的变化情况判断是否发生触摸动作。如果判断结果为发生了触摸动作，则执行步骤610，即触发触摸事件，并返回执行步骤606-609；若判断结果为未发生触摸动作，则直接返回执行步骤606-609。

具体触摸判断过程如下：假设发生触摸时的数字值为Data2_yes，未触摸时的数字值为Data2_no，则触摸引起的变化量(基于假设Cf<<C1)：

当ΔData2的绝对值大于存储器内储存的触摸阈值ΔData_th时，则判定发生触摸。

由上可知，当C1增大时，校准阶段得到的C2增大，ΔData2表达式中第一项减小，而第二项增大，二者抵消，ΔData2基本不变。从而保证不同C1时，无需调整存储器内的触摸阈值ΔData_th。

为了进一步提高抗干扰能力，本发明还提出一种优化的触摸电容器结构，如图7所示。

图7示出根据本发明又一实施例的触摸传感器结构图。下文主要针对模数转换器ADC的内部结构进行详细描述。该触摸传感器中的其他部件的连接关系与图2相似，再次不再赘述。

需要指出的是，图7中的触摸电极C1为经图2的多路选择器MUX选择后的触摸电极，虽然其图示以C1标示，但是，本领域技术人员可以理解的是，其可以是图2中的多个触摸电极C1～Cn中的任意一个。

在图5的结构基础上，本实施例中的模数转换器ADC(705)还增加了三个多路选择器(711)：第一多路选择器、第二多路选择器以及第三多路选择器。

该第一多路选择器的第一输入端耦接第三参考电压Vp，第二输入端耦接第四参考电压Vn，该第一多路选择器的输出端耦接该第一参考电压Va。即，第一参考电压Va在第三参考电压Vp与第四参考电压Vn中选择。其中，第三参考电压Vp以及第四参考电压Vn为介于并包含VDD与GND之间的任意两个不同电压

该第二多路选择器的第一输入端耦接第四参考电压Vn，第二输入端耦接第三参考电压Vp，该第二多路选择器的输出端耦接该第二参考电压Vb。即，第二参考电压Vb在第四参考电压Vn与第三参考电压Vp中选择。

该第三多路选择器的第一输入端耦接第二校准电压Vcp，第二输入端耦接第三校准电压Vcn，该第三多路选择器的输出端耦接该第一校准电压Vc。即，第一校准电压Vc在第二校准电压Vcp与第三校准电压Vcn中选择。第二校准电压Vcp为介于VDD与GND之间的任意电压，即为介于0～1之间任意值，第三校准电压Vcn＝VDD-Vcp。

在一个实施例中，Vp可以为电源电压VDD，Vn可以为电源地GND，共模电压Vcm可以取值为0.5VDD，Vcp与Vcn可分别取k·VDD与(1-k)VDD。

图8示出根据图7的触摸传感器结构的工作流程图。其中，各开关的闭合和断开以及多路选择器的选择控制均可由控制器(706)控制。

该触摸传感器的工作流程(即采用本实施例的触摸传感器的触摸判断方法)至少包括两个阶段：校准阶段以及检测阶段。其中，该检测阶段还可进一步包括正极性检测阶段和负极性检测阶段。

校准阶段(无触摸动作)可包括以下步骤：

步骤801：C2电容取初始化值，将第一、第二、第三多路选择器分别配置为：Va＝Vp，Vb＝Vn，Vc＝Vcp。

步骤802：SW1/2/3/6闭合，SW0/4/5断开，Ceff、Cadc、C2完成预充电。

步骤803：SW0/3/4闭合，SW1/2/5/6断开，V1点电容Ceff与Cadc、C2电荷分享。

步骤804：SW4/5闭合，SW0/1/2/3/6均断开，ADC将Vs转换为数字值Data1。

步骤805：控制器将Data1与Vcp对应数字值Data0进行比较，若差值|Data1-Data0|大于存储器内校准阈值d_Data，则调整C2电容值(步骤815)，重复步骤802-805；若差值|Data1-Data0|小于或等于校准阈值d_Data，则校准结束，C2容值为如下，并进入检测阶段。

检测阶段可包括正极性检测阶段和负极性检测阶段。

该正极性检测阶段包括以下步骤：

步骤806：SW1/2/3/6闭合，SW0/4/5断开，Ceff、Cadc、C2完成预充电；

步骤807：SW0/3/4闭合，SW1/2/5/6断开，V1点电容Ceff与Cadc、C2电荷分享。

步骤808：SW4/5闭合，SW0/1/2/3/6均断开，ADC将Vs转换为数字值Data2。

该负极性检测阶段包括以下步骤：

步骤809：将第一、第二、第三多路选择器分别配置为：Va＝Vn，Vb＝Vp，Vc＝Vcn；SW1/2/3/6闭合，SW0/4/5断开，Ceff、Cadc、C2完成预充电。

步骤810：SW0/3/4闭合，SW1/2/5/6断开，V1点电容Ceff与Cadc、C2电荷分享。

步骤811：SW4/5闭合，SW0/1/2/3/6均断开，ADC将Vs转换为数字值Data3。

步骤812：控制器根据Data2与Data3的差值判断是否发生触摸动作。如果判断结果为发生了触摸动作，则执行步骤813，即触发触摸事件，并执行步骤814，随后返回执行步骤806-812；若判断结果为未发生触摸动作，则执行步骤814，并随后返回执行步骤806-812。

步骤814：将第一、第二、第三多路选择器分别配置为：Va＝Vp，Vb＝Vn，Vc＝Vcp。

判断是否发生触摸动作的过程具体如下：

设发生触摸时正、负极性连接的数字值为Data2_yes、Data3_yes，未触摸时正、负极性的数字值为Data2_no、Data3_no，触摸引起的变化量(基于假设Cf<<C1)：

当ΔDual_Data的绝对值大于存储器内储存的触摸阈值ΔData_th时，判定发生触摸。

由上式(3)可知，ΔDual_Data明显增大，该值是图5的触摸传感器结构中ΔData2的两倍，正、负极性减法运算可实现对共模干扰的抑制，提升灵敏度。

本发明的触摸传感器具有极为有益的技术效果。本发明利用特定结构的模数转换器直接实现对触摸电极的电容值检测，无需额外的开关电容运放等***电路，相对于现有技术，有效地降低了芯片面积、功耗和成本，提高了工作速度。同时，本发明利用内部校准电容可对不同触摸电容进行校准，不同触摸通道可实现一致的触摸效果；最后，本发明还通过正、负极性转换做减法的方式，进一步提升抗共模干扰能力，避免环境干扰引起的误触发。

本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。

此外，本领域技术人员可以理解，本申请的处理器可以执行程序指令完成在此申请中所描述的任何过程、步骤、功能、组件、模块、单元、子单元等。处理器可以由一个或多个处理器组成。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的装置或系统可以通过硬件设备实现，但是也存在通过软件的解决方案得以实现的可能性。

这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。