傳統上，多半以機械式開關來實現使用者控制介面。由於使用者需直接接觸到傳統機械開關，傳統機械開關才可回應於使用者之控制指令而進行操作，傳統機械式裝置容易在使用者操作過程中發生壞損。目前，已發展出觸控式開關。觸控式開關例如是電容式開關等。
為了提升使用上的便利性，目前已研發出的觸控面板(touch panel)或顯示觸控面板(同時具有顯示與觸控的功能)可接受使用者的輸入、點選等操作。觸控面板或顯示觸控面板可應用於各樣電子裝置當中，例如行動電話中。如此，可讓使用者直接在觸控面板或顯示觸控面板上點選畫面來進行操作，藉此提供更為便捷且人性化的操作模式。觸控面板或顯示觸控面板有數種，電容式觸控面板，電容式顯示觸控面板係屬其中。
當使用者操作電容式觸控面板、電容式顯示觸控面板、或電容式開關時，其內部的待測電容的電容值會隨使用者操作而發生變化。故而，如果能偵測待測電容的電容值與其變化，即可偵測(感覺)使用者的操作。然而，如何設計出可有效地偵測待測電容之電容值與其變化之電容值測量電路，以提升電容式觸控面板、電容式顯示觸控面板、或電容式開關之性能乃為業界不斷致力的方向之一。
然而，以現有的電容值測量電路而言，如果在輸入電壓源出現雜訊，此雜訊會耦合至電容值測量電路的內部，進而影響到電容值的測量結果。
本發明之一例有關於一種電容值測量電路與其方法，其以差動方式進行電容值測量，故而可以提高抗雜訊能力。
根據本發明之一範例，提出一種電容值測量電路，其包括：一操作放大器，具有一第一輸入端，一第二輸入端與一輸出端；一參考電容，具有一第一端與一第二端，該第一端耦接該操作放大器之該第一輸入端，該第二端選擇性耦接一第一參考電壓或一第二參考電壓；一待測電容，具有一第一端與一第二端，該第一端耦接該操作放大器之該第二輸入端，該第二端選擇性耦接該第一參考電壓或該第二參考電壓；一逼近單元，具有一輸入端與一輸出端，該輸入端耦接該操作放大器之該輸出端；一轉換單元，具有一輸入端與一輸出端，該輸入端耦接該逼近單元之該輸出端；以及一耦合電容，具有一第一端與一第二端，該第一端耦接該操作放大器之該第一輸入端或該第二輸入端，該第二端耦接該轉換單元之該輸出端。
根據本發明之另一範例，提出一種電容值測量方法，其包括：透過一參考電容，耦合一第一電荷量至一比較器之一第一輸入端，以在該比較器之該第一輸入端形成一第一輸入電壓；透過該待測電容，耦合一第二電荷量至該比較器之一第二輸入端，以在該比較器之該第二輸入端形成一第二輸入電壓；差動式比較該第一輸入電壓與該第二輸入電壓；以及根據該比較結果，連續逼近一類比電壓，該類比電壓透過一耦合電容而耦合一第三電荷量至該比較器之該第一輸入端或該第二輸入端，使得該第一輸入電壓接近於該第二輸入電壓，其中，一連續逼近結果反應該待測電容之該電容值。
根據本發明之又另一範例，提出一種電容值測量方法，其包括：放電一比較器之一第一輸入端與一第二輸入端；耦接一參考電容之一第二端至一第一參考電壓，其中，該參考電容之一第一端耦接至該比較器之該第一輸入端；耦接一待測電容之一第二端至該第一參考電壓，其中，該待測電容之一第一端耦接至該比較器之該第二輸入端；停止放電該比較器之該第一輸入端與該第二輸入端；切換該參考電容之該第二端至一第二參考電壓；切換該待測電容之該第二端至該第二參考電壓；以及根據該比較器之一比較結果，連續逼近一類比電壓，該類比電壓透過一耦合電容而耦合至該比較器之該第一輸入端或該第二輸入端，使得該比較器之該第一輸入端之一第一輸入電壓接近於該第二輸入端之該第二輸入電壓，其中，一連續逼近結果反應該待測電容之該電容值。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本發明實施例之電容值測量電路與其方法中，以差動方式進行電容值測量，故而可以提高抗雜訊能力。
請參考第1圖，其顯示根據本發明第一實施例之電容值測量電路之電路示意圖。如第1圖所示，根據本發明第一實施例之電容值測量電路100包括：參考電容CR，待測電容(sensor capacitor)CS，耦合電容CC，操作放大器110，連續逼近暫存器(Successive Approximation Register,SAR)120，數位類比轉換器(DAC)130，開關S1、開關S2、開關SC1與開關SC2。此外，CP1與CP2代表此電容值測量電路100之寄生電容。而暫存器140是選擇性元件，其可暫存由SAR 120所輸出的數位信號，亦可輸入參數至SAR 120。
參考電容CR耦接於開關S1與操作放大器110之一輸入端(比如，非反相輸入端)之間。參考電容CR之電容值為已知。待測電容CS耦接於開關S2與操作放大器110之另一輸入端(比如，反相輸入端)之間。待測電容CS之電容值為未知，且其電容值可能隨著使用者之操作(比如按壓)而變化。在本發明其他實施例中，參考電容CR可耦接至操作放大器110之反相輸入端；而待測電容CS則耦接至操作放大器110之非反相輸入端。
耦合電容CC耦接於操作放大器110與DAC 130之間。於第1圖中，耦合電容CC耦接至操作放大器110之非反相輸入端；然而，於本發明其他實施例中，耦合電容CC可耦接至操作放大器110之反相輸入端。
操作放大器110之非反相輸入端耦接至參考電容CR與耦合電容CC；其反相輸入端耦接至待測電容CS；其輸出端則耦接至SAR 120。SAR 120接收操作放大器110之類比輸出電壓，並據以輸出數位信號給DAC 130。DAC 130接收SAR 120所輸出之數位信號，並將之轉換成類比電壓VDAC給耦合電容CC。
開關S1之一端耦接至參考電容CR，其另一端則選擇性耦接至參考電壓VREF與接地端GND之一。開關S2之一端耦接至待測電容CS，其另一端則選擇性耦接至參考電壓VREF與接地端GND之一。
開關SC1之一端耦接至操作放大器110之反相輸入端，其另一端則耦接至接地端。相似地，開關SC2之一端耦接至操作放大器110之非反相輸入端，其另一端則耦接至接地端。
現說明本發明第一實施例之電容值測量電路100之操作原理。首先，於初始狀態下，開關S1與S2皆耦合至接地端GND。開關SC1與SC2也耦合至接地端GND，使得節點電壓VX與VY皆為0(亦即，對操作放大器110之兩個輸入端放電至接地端GND)。在底下，VX與VY皆可同時代表節點與節點電壓。亦即，於初始狀態下，參考電容CR，待測電容CS與耦合電容CC皆被放電。
接著，於開始測量時，開關S1與S2要切換至參考電壓VREF；而開關SC1與SC2則斷路(停止對操作放大器之兩輸入端之放電)。由於開關S1切換至參考電壓VREF，透過參考電容CR之耦合效應，參考電容CR會耦合電荷量QR至節點VX，其中，電荷量QR如下式(1)所示：
QR=VREF*CR (1)
相似地，開關S2切換至參考電壓VREF，透過待測電容CS之耦合效應，待測電容CS會耦合電荷量QS至節點VY，其中，電荷量QS如下式(2)所示：
QS=VREF*CS (2)
如果待測電容CS與參考電容CR之電容值不同，則VX不等於VY。當成電壓比較器的操作放大器110會比較節點電壓VX與VY，並將其電壓差值傳送給SAR 120。根據操作放大器110之類比輸出電壓，SAR 120會調整(逼近)其數位輸出信號，並將調整後之數位輸出信號送至DAC 130。之後，DAC 130將SAR 120之數位輸出信號轉換成類比電壓VDAC。特別是，當參考電容CR的電容值大於待測電容CS時，VX>VY；反之亦然。
透過耦合電容CC之耦合效應，耦合電容CC會耦合電荷量QC至節點VX，其中，電荷量QC如下式(3)所示：
QC=VDAC*CC (3)
經由SAR 120的連續逼近，最後將使得節點電壓VX接近於VY，亦即，電荷電QR與QC之總和將等於QS。所以，VDAC可推導如下：
QR+QC=QS
VREF*CR+VDAC*CC=VREF*CS
VDAC=VREF(CS-CR)/CC (4)
由上式(4)可知，VDAC可以反應待測電容CS與參考電容CR間之差值。亦即，經由SAR 120之輸出數位信號，可以得知待測電容CS之電容值。
更甚者，於本發明其他實施例中，開關S1與S2之操作方式可改為，於初始狀態下，開關S1與開關S2皆耦接至參考電壓VREF，而於開始測量時，開關S1與開關S2則切換至接地端GND。
由於操作放大器110以差動方式比較節點電壓VX與VY，故而其抗雜訊能力較佳。第2圖顯示當參考電壓VREF有雜訊時的示意圖。如第2圖所示，當參考電壓VREF有雜訊時，參考電容CR與待測電容CS均會將此雜訊耦合至節點電壓VX與VY，造成節點電壓VX與VY之變動。但由於操作放大器110以差動方式比較節點電壓VX與VY，故而，節點電壓VX與VY之變動會彼此抵消，所以，SAR 120之輸出信號將較不受參考電壓VREF之雜訊影響。故而，電容值測量結果將較不受參考電壓VREF之雜訊影響。所以，可以得知，本發明上述實施例所揭露之電容值測量電路具有高抗雜訊能力。
請參考第3圖，其顯示根據本發明第二實施例之電容值測量電路之電路示意圖。相較於本發明第一實施例，根據本發明第二實施例之電容值測量電路更包括另一耦合電容CCS，以達到負載匹配。由於本發明第二實施例之操作原理基本上相同或相似於第一實施例，故其細節於此省略。耦合電容CCS耦接於操作放大器110之反相輸入端與接地端之間；然而，於本發明其他實施例中，耦合電容CCS可耦接至操作放大器110之反相輸入端與接地端之間。原則上，耦合電容CC與耦合電容CCS不會互相連接。當然，本發明第二實施例所揭露之電容值測量電路也具有高抗雜訊能力，如第2圖所示。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。