CN101556521B

CN101556521B - 用于红外触摸屏的光电信号接收电路

Info

Publication number: CN101556521B
Application number: CN2008101035178A
Authority: CN
Inventors: 刘建军; 刘新斌; 叶新林
Original assignee: Beijing Unitop New Technology Co Ltd
Current assignee: Three wisdom education Polytron Technologies Inc
Priority date: 2008-04-08
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2028-04-08
Also published as: CN101556521A

Abstract

一种用于红外触摸屏的光电信号接收电路，包含有红外接收管、与红外接收管相串联的检测电阻、分别与检测电阻和红外光电信号放大器的输入端通过耦合元件相交连的隔直电容，该电路还包括一个接地开关，连接在所述隔直耦合电容与所述红外信号放大器的连接通道与输入信号的公共端之间；其控制端与控制整个红外触摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合连接。本发明利用接地开关，在开始检测红外信号之前，将放大器输入端的不确定的直流电位归零，克服了现有光电信号接收电路中的放大器需要预置直流工作点的问题，大大简化了放大器设计，并且还能保证当接收管的性能出现改变时，放大电路的适应性和工作的稳定性。

Description

用于红外触摸屏的光电信号接收电路

技术领域

本发明涉及一种用于红外触摸屏的光电信号接收处理电路，属于光电技术领域，尤其是红外触摸屏使用的光电信号处理技术领域。

背景技术

现有用于红外触摸屏的光电信号接收处理电路有多种结构，如使用价格高昂的仪表放大器直接作采样保持的放大的结构；以及用运放构建加法器，将输入信号相减得到光电信号的结构等等。还有一些其它电路，种类繁多不胜枚举。图1给出了一种比较常用的电路的原理，由多个相同的通道构成的红外信号接收电路，如8通道，通过切换开关TS来选择在某一时刻哪一路连接到主放大器Ap的输入端。以第一路为例，光电信号在与红外接收二极管或者三极管PT1相串联的检测电阻R1上产生压降，再通过耦合元件JL11、JL12以及多路选择开关TS相交连的隔直耦合电容Cin1传送到Ap。元件JL11、JL12等连接元件以及切换开关TS，均可以看作是信号通道上的耦合器件，能够通过直流信号；其中JL11、JL12一般包含有消振、防自激、箝位等功能，保证放大器稳定工作；在一些设计中，JL11部分还有取样保持的功能。

由图中的电路可知，当电路正常工作时，即当红外接收管的支路加上如图中波形101所示的电压时，因为电容两端的电压不能突变，所以隔直耦合电容Cin1的两端的电压相等，电路的波形如图2所示。单独就某一路而言，以第一路为例，假设通道切换切换到第一路，当给由红外接收管PT1和电阻R1所在的电路上电以后，放大器Ap的输入端将会出现一个高电平Vr1。在延迟一段时间后，光电接收电路接收到由红外发射管发射的红外线，这时接收管PT1的电阻减小，电阻R1两端的电压增加，于是会出现一个幅值为Vi1的脉冲凸起，表明接收电路接收到了红外发射管所发射的红外线。连续不间断地切换开关TS，放大器Ap的输入端就会出现如图2所示的连续波形。当然这个波形省略了开关切换时产生的瞬态脉冲和振铃，以及通过放大器的输入阻抗给电容Cin1～Cin8充电造成Vr1逐渐降低的情况，但是依然能说明基本的工作情况。

从图2的波形可以看到，因为不同的红外接收管PT1～PT8性能参数上的离散性，将会导致不同通道的管子被选通时，各个直流电平的波形201的不一致性。即便这里红外接收管输出的红外光电信号的幅值201都一样(一般不一样，因每一路发射管的效率和接收管的灵敏度也都有离散性)，那么输入到放大器Ap输入端的直流电平是不同的，这样放大器的设计就需要考虑在不同直流输入电平下正常工作，在具有较高的放大倍数以保证足够的信号放大量的同时，还要保证不出现饱和失真等问题。这样放大器的设计就会变得很困难。尤其目前红外触摸屏的放大器都是由单电源供电，这样设计起来更为困难。同时，当光电接收管随时间温度等条件变化而产生性能变化时，原来的放大器设计就更难以满足信号放大的需要。

发明内容

本发明的目的，就是针对现有用于红外触摸屏的红外光电信号接收电路的缺陷，公开了一种能够降低放大器设计难度和成本，并具有良好的稳定性的光电信号放大电路的技术方案。

本发明的光电信号接收电路，包含有红外接收管、与红外接收管相串联的检测电阻、分别与检测电阻的输出端和红外光电信号放大器的输入端通过耦合元件相交连的隔直耦合电容。为了在放大器的输入端保持一个恒定的直流电平，本发明在所述隔直耦合电容与所述红外光电信号放大器的连接通道上，还连接有一个接地开关，所述接地开关一端与所述3隔直耦合电容的、与所述红外光电信号放大器的输入端相耦合交连的一端相连接，另一端与输入信号的公共端相连接；所述接地开关还有一个控制端，与控制整个红外触摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合连接。

因为一般红外触摸屏的发射接收驱动电路都是矩阵结构的，因此常常是多个接收通道构成一组，如8个通道构成一组，即：所述红外接收管、检测电阻和隔直耦合电容所构成的输入电路有多个，因此可以在每一个信号通道中设置一个光电信号放大器，放大器的输出端，分别与控制触摸屏工作的微控制器系统的I/O端口相连接。更一般的方案，是各个通道都通过多通道的切换开关来切换到一个放大器的输入端，即：所述每一个输入电路的隔直耦合电容，都与所述多路切换开关的一个静触点相连接，红外光电信号放大器的输入端与所述多路切换开关的动触点相连；因此所述接地开关可以有两种连接形式，所用的接地开关的数量也不同。第一种，所述接地开关，连接在红外光电信号放大器的输入端与输入信号的公共端之间；所述多路切换开关的切换控制端，与控制整个红外触摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合连接；第二种，所述接地开关，连接在所述多路切换开关上的所述静触点与电源的地线端之间；所述多路切换开关的切换控制端，与控制整个红外触摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合连接。

在本发明中，所述的接地开关和通道切换开关，均为半导体材料制造的微电子模拟开关。

在本发明中，所述的耦合连接元件，是可以通过直流电的元件，如电阻、导线等。

这里所述的耦合连接或者交连，其含义是能通过模拟或者数字形式的光电信号的连接，其连接通道上可能是直接连接，但更多情况下包含有其它元件；所述控制触摸屏工作的I/O接口，可以是微控制器本身的I/O接口，也可以是由微控制器及其周边元件所构成的系统的I/O接口，如其它放大器或者A/D变换器的输入接口、触发器或者锁存器、脉冲分配器等外围部件的输出接口。

发明的益处：

根据上面对本发明的描述，可以看到本发明利用接地开关，在红外接收管上电后，首先将光电信号放大器的输入端接地，也就是将加在输入端的不确定的直流电位归零，克服了现有用于红外触摸屏的光电信号接收电路中的放大器需要预置直流工作点的问题，在大大简化了放大器设计的同时，还能保证当接收管的性能出现改变时，放大电路的适应性和工作的稳定性。

下面将借助附图，来说明本发明的一些实施方案。

附图说明

图1：现有用于红外触摸屏的光电信号放大电路的基本原理示意图；

图2：图1所示电路正常工作时放大器输入端的波形；

图3：本发明的基本电路原理示意图；

图4：一种多通道共用放大器和接地开关的实施方式的电路原理示意图；

图5：图4所示电路正常工作时放大器输入端的波形；

图6：一种多通道独立接地开关但共用放大器的实施方式的电路原理示意图；

图7：图6所示电路正常工作时放大器输入端的波形；

图8：一种各通道的接地开关和放大器均独立的实施方式的电路原理示意图。

图中除了图3所示的原理外，其余给出的都是8通道的接收电路的一些可实施的结构图，PT1～PT8是1～8通道的红外线接收管；R1～R8是与接收管串联匹配的采样电阻；JL11～JL81、JL12～JL82是各个通道上的交连耦合元件，Cin1～Cin8是各个红外信号接收通道上的隔直电容；101是接收电路正常工作时加在红外接收管支路上的脉冲电压；102是控制触摸屏系统工作的微控制器系统。

具体实施方式

图3给出了本发明最基本的电路原理示意图。如图所示，在光电信号放大通道的隔直耦合电容Cin与光电信号放大器Ap的输入端之间的连接通道上，设置了一个接地开关SW；所述发大器的输出端和接地开关的控制端都与控制触摸屏工作的微控制器系统的I/O接口相连接。图中的JL1和JL2依旧是交连耦合元件。

由于红外触摸屏的红外线发射和接收电路一般都是矩阵结构，常用的基本电路结构均基于号码为3,764,813、3,775,560和3,860,754的美国专利以及号码为00121462.4的中国专利申请中所公开的技术方案，因此接收电路也常常被分为若干组，也就是行列矩阵的一行或者一列，通常共用一个光电信号放大器。基于这种结构，可以有如下两个实施方案。

第一个实施方案如图4所示，8个接收通道共用一个光电信号放大器Ap，通过多路切换开关TS在不同时间将放大器与各个通道相连接；所述的接地开关SW连接在切换开关TS的动触点与放大器Ap的输入端之间。这个电路的工作原理是当选通电压101施加到由红外接收管PT1～PT8和检测电阻R1～R8构成的检测支路上以后，微控制器系统102通过其I/O端口控制多路切换开关TS按顺序将光电信号放大器Ap与各个通道相连接，在切换完成之后再通过I/O端口控制接地开关SW短暂闭合，将放大器Ap的输入端的电位下拉为零(本发明中公共端的一般电位)，然后当SW断开后，再控制红外发射管发射红外脉冲，以保证接收电路能够接收这个脉冲而不会被接地开关SW短路。这个实施方案的优点是节省元器件，电路板的布线也比较简单；缺点是在切换各个通道时，因为只有这一个接地开关来分别拉低放大器输入端的电平，因此会有一个如图5所示的瞬态过程：除了放大器的输入端除了会出现一个初始的高电平501以外，还会在其它通道切换的瞬间出现尖脉冲502。这样在接收起始时间T0和接收到的红外信号的脉冲宽度t2-t1的宽度一定的情况下，为了避免瞬态过程对放大器的影响，光电脉冲的读取、放大时间T2-T1就会比较长，完成一行或一列的扫描时间T8就会较长，降低整个红外触摸屏的响应速度。这个实施方案比较适用于尺寸较小、对电路板的尺寸要求较严格的应用。

第二个实施方案如图6所示，8个接收通道共用一个光电信号放大器Ap，通过多路切换开关TS在不同时间将放大器与各个通道相连接；所述的接地开关SW连接在隔直电容Cin1～Cin8与切换开关TS的静触点之间。这个电路的工作原理是当选通电压101施加到由红外接收管PT1～PT8和检测电阻R1～R8构成的检测支路上以后，微控制器系统102通过其I/O端口控制接地开关SW短暂闭合，将各个隔直电容Cin1～Cin8输出端(语光电信号放大器的输入端对应连接的一段)的电位下拉为零，然后断开SW以保证接收电路能够接收这个脉冲而不会被短路，再控制红外发射管发射第一个红外脉冲。在发射完第一个红外脉冲之后，微控制器系统再控制多路切换开关TS，按顺序将光电信号放大器Ap与各个通道相连接，依次放大其它通道的红外光电信号。这个实施方案的优点是响应速度快，因为如图7所示，这时放大器Ap的输入端已经没有图5中需要避让的放电尖脉冲502，在红外光电信号脉冲t2-t1的宽度一定的情况下，光电信号的读取、放大时间T2-T1就会更短一些，因此比较适合对电路板的尺寸要求不十分严格，但是要求较快的扫描和响应速度的大尺寸红外触摸屏。这个实施结构的缺点在于需要较多的模拟开关SW，电路板布线等设计工作比较复杂一些。

如果在上述的多通道接收电路的结构中使用多个光电信号放大器，如图8所示的8通道结构使用了八个放大器Ap1～Ap8，则不仅保留了上述第二种实施结构扫描时间短、速度快的优点，还可以再需要的时候通过微控制器系统的硬件和软件设计，实现多通道的并行接受检测，以实现更快的扫描速度或者检测精度。这种实施结构的基本原理与上述第二种实施方案相同，都是在接收发射管发射的红外脉冲之前将光电信号放大器的输入端的电位拉低到公共端的电位，然后再或者使用包含在微控制器102之内的多路选择开关切换的方式来实施顺序放大，或者实施多路并行的放大检测。如果实施多路并行检测的方案，则微控制器系统内需要包含有相应的数据存储等结构。因为这部分内容已经超出了本发明的放大电路的内容，故在此不再详细说明。

上述实施例所给出的电路结构，是本发明在一般红外发射和接收电路使用矩阵结构来驱动或者选通的结构的红外触摸屏上的应用实施例，因此并不是本发明接收电路的全部实施方案。因为任何结构的红外触摸屏的红外接收电路，都需要使用光电信号放大器来放大红外信号，都可以使用本发明的接收电路。因此，本发明的保护范围并不局限于上述的具体结构方案。

Claims

1.一种用于红外触摸屏的光电信号接收电路，包含有红外接收管、与红外接收管相串联的检测电阻、分别与检测电阻的输出端和红外光电信号放大器的输入端通过耦合元件相交连的隔直耦合电容，其特征在于：在所述隔直耦合电容与所述红外光电信号放大器的连接通道上，还连接有一个接地开关，所述接地开关一端与所述隔直耦合电容的、与所述红外光电信号放大器的输入端相耦合交连的一端相连接，另一端与输入信号的公共端相连接；所述接地开关还有一个控制端，与控制整个红外触摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合连接。

2.根据权利要求1所述的光电信号接收电路，其特征在于：所述红外接收管、检测电阻和隔直耦合电容所构成的输入电路有多个；并且每一路都包含有一个红外光电信号放大器；所述红外光电信号放大器的输出端，分别与控制触摸屏工作的微控制器系统的I/O端口相连接。

3.根据权利要求1所述的光电信号接收电路，其特征在于：所述红外接收管、检测电阻和隔直耦合电容所构成的输入电路有多个；所述隔直耦合电容与所述红外光电信号放大器的输入端相连接的耦合交连的通道上，连接有一个多路切换开关；所述每一个输入电路的隔直耦合电容，都与所述多路切换开关的一个静触点相连接，红外光电信号放大器的输入端与所述多路切换开关的动触点相连；所述接地开关，连接在红外光电信号放大器的输入端与输入信号的公共端之间；所述多路切换开关的切换控制端，与控制整个红外触摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合连接。

4.根据权利要求1所述的光电信号接收电路，其特征在于：所述红外接收管、检测电阻和隔直耦合电容所构成的输入电路有多个；所述隔直耦合电容与所述红外光电信号放大器的输入端相连接的耦合交连的通道上，连接有一个多路切换开关；所述每一个输入电路的隔直耦合电容，都与所述多路切换开关的一个静触点相连接，红外光电信号放大器的输入端与所述多路切换开关的动触点相连；所述接地开关，连接在所述多路切换开关上的所述静触点与电源的地线端之间；所述多路切换开关的切换控制端，与控制整个红外触摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合连接。

5.根据权利要求2所述的光电信号接收电路，其特征在于：所述的接地开关是由半导体材料制作的模拟开关。

6.根据权利要求3或4所述的光电信号接收电路，其特征在于：所述的接地开关和所述的多路切换开关都是由半导体材料制作的模拟开关。

7.根据权利要求1所述的光电信号接收电路，其特征在于：所述分别与检测电阻的输出端和红外光电信号放大器的输入端相交连的耦合元件，是能通过直流电的电子元件。