CN102385463A - 用于驱动触摸传感器屏蔽体的触摸传感器控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于驱动触摸传感器屏蔽体的触摸传感器控制器。触摸板控制器(10)包括电压生成器(12)和选择器电路(14)。电压生成器(12)具有多个输出端子，所述多个输出端子中的每一个用于耦合到多个电容性触摸板(20)中的对应的触摸板。电压生成器(12)以预定的顺序向多个触摸板(20)中的每一个提供预定的电压。选择器电路(14)具有多个输入端子。所述多个输入端子中的每一个耦合到电压生成器(12)的多个输出端子中的一个输出端子。选择器电路(14)顺序地将电压生成器(12)的多个输出端子中的每一个输出端子耦合到触摸板屏蔽体(22和/或43)，以将触摸板屏蔽体(22和/或43)充电至预定的电压。

Description

用于驱动触摸传感器屏蔽体的触摸传感器控制器

技术领域

本公开内容总体上涉及触摸传感器，并且，更具体而言，涉及用于驱动触摸传感器屏蔽体的触摸传感器控制器。

背景技术

作为机械开关的一种相对便宜的代替物，触摸传感器已经用了很多年。一种通常称为电容性触摸传感器或者触摸板(pad)的触摸传感器类型检测当例如人的手指的物体触摸触摸板时电容的变化。在例如电话触摸板的应用中，多个电容性触摸板作为隔开的触摸板的阵列或者矩阵布置，并且按照电话的形状、大小和设计许可来布置。

触摸传感器控制器用于控制触摸传感器的操作并提供用于确定触摸板何时被触摸的检测电路。作为检测电路功能的一部分，可以确定在每个触摸板上的基线电容(baseline capacitance)。触摸触摸板改变了电容，并且该变化通过触摸传感器控制器检测。触摸板的触摸灵敏度至少部分地由该基线电容确定。基线电容的增加会减小灵敏度。

存在许多可能影响电容性触摸板的基线电容的环境和设计条件。例如，触摸板的基线电容可能由于存在靠近该触摸板的人手而增加。围绕触摸板的屏蔽体可以用于减小杂散电容的影响。一般来说，屏蔽体是作为围绕每个触摸板的环或者作为支撑该触摸板的印制电路板(PCB)背侧的平面或外壳形成的，或者二者兼有。屏蔽体可以接地。触摸板和屏蔽体之间的电位差可能导致屏蔽体和触摸板之间的寄生电容，由此改变基线电容并减小触摸灵敏度。

因此，所需要的是解决以上问题的触摸传感器控制器。

附图说明

本发明是通过示例来说明的而且不受附图限制，在附图中相同的标号指示相似的元件。图中的元件是为了简化和清晰而示出的，而且不一定按比例绘制。

图1以框图形式示出了根据一种实施方式的用于驱动触摸传感器屏蔽体的触摸传感器控制器。

图2示出了具有屏蔽环的多个电容性触摸传感器触摸板的俯视图。

图3示出了沿图2中线3-3的多个电容性触摸传感器触摸板的截面图。

图4示出了根据图3的另一种实施方式的截面图。

具体实施方式

总体而言，提供了包括用于驱动触摸板屏蔽体的电路的电容性触摸板控制器。该屏蔽体被充电至等于触摸板上的电压的电压。在一种实施方式中，多个触摸板按顺序每次一个触摸板地充电至预定的电压。触摸板控制器包括电压生成器、选择器电路和用于把触摸板的电压提供给屏蔽体的电压跟随器。当一个触摸板被充电时，除了触摸板之外，充电电压还提供给屏蔽体。屏蔽体可以采用围绕每个触摸板的屏蔽环或者是触摸板背侧上的屏蔽体的形式，或者二者兼有。通过把屏蔽体电压保持到与触摸板的电压相等，触摸板和屏蔽体之间的寄生电容显著减少，由此提高触摸灵敏度。

应当指出，如在此所使用的，术语触摸板、触摸传感器和电极将可以互换使用，指代感测电容变化并作为响应提供信号的电容性触摸传感器。而且，在此所讨论的导体可以参考单个导体、多个导体、单向导体或者双向导体来说明或描述。但是，不同的实施方式可以改变导体的实现方式。例如，可以使用单独的单向导体，而不是双向导体，反之亦然。而且，多个导体可以用串行地或者以时间复用方式传输多个信号的单个导体代替。同样地，传送多个信号的单个导体可以分成传送这些信号的子集的各个不同的导体。因此，针对信号传输，存在许多选择。

图1以框图形式示出了根据一种实施方式用于驱动触摸传感器屏蔽体的触摸传感器控制器10的一部分，其中所述触摸传感器屏蔽体用于屏蔽多个触摸传感器。在一种实施方式中，多个触摸传感器用在电话或者手机上。触摸传感器控制器10用于给多个电容性触摸传感器充电，以便确定在所述多个触摸传感器的每一个上的基线电容。所述多个触摸传感器是传统的、用于代替机械开关的电容性触摸传感器。所述多个触摸传感器中的每个触摸传感器被周期性地充电，并且所述多个触摸传感器是按顺序充电的。所示出的触摸传感器控制器10的部分包括电压生成器12、选择器电路14、充电控制电路16和电压跟随器18。触摸传感器控制器10中不用于给屏蔽体充电的其它部分，例如触摸检测电路，没有在图1中示出。电压生成器12包括标记为ELE0-ELEm的多个输出端子，其中m是整数。输出端子ELE0-ELEm中的每一个都与单个触摸板对应并连接到单个触摸板。触摸板的数量可以为任何数量，并且整数m等于触摸板的数量。在一种实施方式中，m等于12。电压生成器12用于在多个输出端子中的每一个上以预定的顺序提供预定的电压。在一种实施方式中，电压生成器12的特征在于其是传统的电容-电压转换器。在另一种实施方式中，电压生成器12可以以不同的方式生成电压。

选择器电路14包括以一对一的对应关系耦合到电压生成器12的多个输出端子的多个输入端子。选择器电路14还包括用于接收标记为S0-Sn的控制信号的多个控制端子，其中n是整数。所述多个控制信号S0-Sn使选择器电路14的多个输入端子中的一个连接到选择器电路14的输出端子。在一种实施方式中，选择器电路14是传统的多路复用器。多个控制信号S0-Sn是由充电控制电路16提供的。

电压跟随器18具有耦合到选择器电路14的输出的第一输入端子、用于提供标记为“SHIELD”的电压的输出端子和耦合到该电压跟随器的输出端子的第二输入端子。电压跟随器18是传统的电压跟随器电路，用于增大电压SHIELD的电流容量，而不改变电压SHIELD的电压电平。在一种实施方式中，电压跟随器是利用运算放大器实现的，其中第一输入端子是正输入而第二输入端子是负输入。

图2示出了具有屏蔽环22的多个电容性触摸传感器触摸板20的俯视图。触摸传感器触摸板20包括以栅格形式组织的触摸板24-32。仅仅是为了说明，在图2中提供了9个触摸传感器触摸板。依赖于应用，可以有任意数量的触摸传感器触摸板。例如，传统的电话可以包括12个触摸板。此外，触摸传感器触摸板20是矩形的。在其它实施方式中，触摸传感器触摸板20可以是任意形状。在所说明的实施方式中，屏蔽环22围绕触摸传感器触摸板24-32中的每一个提供。在另一种实施方式中，屏蔽环22可以具有不同的形状。例如，屏蔽环22可以包括多个单独的环，其中每个单独的环围绕一个触摸板，并且所有的屏蔽环都电连接到一起。

在操作中，电压生成器12把触摸板24-32中的每个触摸板充电至预定的电压。该预定的电压建立在每个触摸板上的基线电容。根据所说明的实施方式，用于给触摸传感器触摸板充电的多种不同技术中的任何一种都可以使用。在一种实施方式中，电压生成器12每次一个触摸板地顺序地向每个触摸板提供预定的电压。电压生成器12持续地通过该顺序循环，以便保持在每个触摸板上的基线电容。

同时，预定的电压ELE0-ELEm顺序地提供给触摸板，选择器电路14和控制电路16提供相同的电压，以对屏蔽体22进行充电并把屏蔽体22保持到相同的电压。通过将屏蔽环22充电至与提供给每个触摸板的电压相同的电压，在触摸板24-32和屏蔽环22之间不存在差分电压，并且在触摸板24-32和屏蔽环22之间不形成寄生电容。

图3示出了沿线3-3的图2中的多个电容性触摸传感器触摸板20的截面图。线3-3把图2的触摸板27、28和29截开。触摸板定位在印制电路板(PCB)34上。屏蔽环22可以在每个触摸板27、28和29之间看到。存在多种用于把触摸传感器控制器10电连接到触摸板27、28和29并连接到屏蔽环22的不同技术。在图3中，触摸板和屏蔽体利用通到PCB 34底部的通路连接到触摸传感器控制器10。例如，通路36将触摸板27连接到信号ELE0，通路38将触摸板28连接到信号ELE1，而通路40将触摸板29连接到信号ELE2。信号SHIELD利用通路42连接到屏蔽环22。在其它实施方式中，触摸板和屏蔽体可以不同的方式连接到触摸控制器10。例如，PCB 34可以包括多层，并且通路不需要通过PCB 34的全部。此外，在另一种实施方式中，触摸板和屏蔽体可以利用PCB 34与触摸板27、28和29相同侧上的导电迹线连接到触摸控制器10。

图4示出了根据图3另一种实施方式的图2触摸传感器触摸板20的截面图。图4与图3的不同之处在于图4包括在PCB 34底部的背侧屏蔽体42。在屏蔽体42中提供了孔44、46和48，以便允许信号ELE0、ELE1和ELE2提供给触摸板27、28和29。屏蔽体42和22利用通路42连接到一起。电压SHIELD提供给屏蔽体42，然后通过通路42提供给屏蔽体22。在另一种实施方式中，屏蔽体22和42可以不同的方式连接到一起。而且，电压SHIELD可以不同的方式提供给屏蔽体22和42。可选地，背侧屏蔽体42可以单独使用，而不是如图4中所示出的那样与屏蔽环22一起使用。

因为实现本发明的装置大部分是由本领域技术人员已知的电子部件和电路组成的，因此为了理解和认识本发明的基本概念而且为了不模糊或者分散本发明的教导，电路的细节将不以比如上所述的认为是需要的程度更具体地解释。

而且，如果有的话，本说明书和权利要求书中的词语“前”、“后”、“顶部”、底部”、“之上”、“之下”等用于描述性的目的，而不一定是为了描述永久性的相对位置。应当理解，如此使用的词语在适当的条件下是可以互换的，使得在此所描述的本发明的实施方式能够例如以除这里所示出或以其它方式描述之外的其它取向操作。

在一种实施方式中，所示出的触摸板控制器10的元件是位于单个集成电路上或者位于同一设备中的电路。可选地，触摸板控制器10可以包括任意数量的单独的集成电路或者彼此互连的单独的设备。此外，例如，触摸板控制器10或者其部分可以是物理电路或者可以转换成物理电路的逻辑表示的软件或代码表示。如此，触摸板控制器10可以以任何适当类型的硬件描述语言实施。

此外，本领域技术人员将认识到，以上所述操作的功能之间的界限仅仅是说明性的。多个操作的功能可以组合到单个操作中，和/或单个操作的功能可以分布到附加的操作中。而且，可选实施方式可以包括特定操作的多个实例，而且在各种其它实施方式中操作的次序可以改变。

尽管本发明在此参考特定实施方式进行了描述，但是在不背离如以下权利要求所阐述的本发明范围的情况下，可以进行各种修改和变化。相应地，说明书和附图应当认为是说明性而不是约束性意义的，而且所有这种修改都意图包括在本发明的范围之内。在此关于特定实施方式所述的任何好处、优点或者对问题的解决方案都不希望解释为任何或者全部权利要求的关键的、必需的或者基本的特征或者要素。

如在此所使用的，词语“耦合”不意图限制到直接耦合或者机械耦合。

而且，词语“一”(a)或“一个”(an)，如同在此所使用的，被定义为一个或多个。同样，诸如“至少一个”或“一个或多个”这样的引入性短语的使用在权利要求中不应当被认为暗指由不定冠词“一”(a)或“一个”(an)所引入的另一权利要求的要素将含有该引入的权利要求要素的任意特定的权利要求限定于仅含有一个这样的要素的发明，即使当同一的权利要求包括引入性短语“一个或多个”或“至少一个”和例如“一”(a)或“一个”(an)的不定冠词时也是如此。对于定冠词的使用同样如此。

除非另外规定，否则例如“第一”和“第二”这样的词语被用来任意区分此类词语所描述的要素。因而，这些词语并不一定意指此类要素的时间先后或其他优先级。

Claims (20)

1.一种触摸板控制器，包括：

电压生成器，具有多个输出端子，所述多个输出端子中的每一个输出端子都用于耦合到多个电容性触摸板中的对应的触摸板，所述电压生成器用于以预定的顺序向多个触摸板中的每一个提供预定的电压；以及

选择器电路，具有多个输入端子，所述多个输入端子中的每一个输入端子都耦合到所述电压生成器的多个输出端子中的一个输出端子，所述选择器电路用于顺序地把所述电压生成器的多个输出端子中的每一个输出端子耦合到触摸板屏蔽体，以便将所述触摸板屏蔽体充电至预定的电压。

2.如权利要求1所述的触摸板控制器，其中所述电压生成器的特征在于其是电容-电压转换器。

3.如权利要求1所述的触摸板控制器，其中所述触摸板屏蔽体包括围绕多个触摸板中的每一个触摸板的屏蔽环。

4.如权利要求1所述的触摸板控制器，还包括耦合到所述选择器电路的输出端子的电压跟随器。

5.如权利要求4所述的触摸板控制器，其中所述电压跟随器包括运算放大器，所述运算放大器具有耦合到所述选择器电路的输出端子的正输入、耦合到所述触摸板屏蔽体的输出和耦合到所述运算放大器的输出的负输入。

6.如权利要求1所述的触摸板控制器，其中所述选择器电路包括多路复用电路，所述多路复用电路包括耦合到所述电压生成器的多个输出端子的多个输入端子、多个控制端子和耦合到所述触摸板屏蔽体的输出端子。

7.如权利要求5所述的触摸板控制器，还包括耦合到所述多路复用电路的多个控制端子的控制电路，所述控制电路用于以预定的顺序使所述多路复用电路的多个输入端子中的每一个输入端子耦合到所述多路复用电路的输出端子。

8.如权利要求1所述的触摸板控制器，其中所述触摸板屏蔽体在触摸板的背侧。

9.如权利要求1所述的触摸板控制器，其中所述触摸板控制器是在单个集成电路上实现的。

10.一种触摸板控制器，包括：

电压生成器，具有多个输出端子，所述多个输出端子中的每一个输出端子都用于耦合到多个电容性触摸板中的对应的触摸板，所述电压生成器用于以预定的顺序向多个触摸板中的每一个触摸板提供预定的电压；

选择器电路，具有多个输入端子和一个输出端子，所述多个输入端子中的每一个输入端子都耦合到所述电压生成器的多个输出端子中的一个输出端子，所述选择器电路用于顺序地将所述电压生成器的多个输出端子中的每个输出端子耦合到触摸板屏蔽体，所述触摸板控制器用于将所述触摸板屏蔽体充电至基本上等于多个触摸板中的每一个触摸板的电压的电压；以及

电压跟随器，具有耦合到所述选择器电路的输出端子的输入端子和用于耦合到所述触摸板屏蔽体的输出端子。

11.如权利要求10所述的触摸板控制器，其中所述电压生成器的特征在于其是电容-电压转换器。

12.如权利要求10所述的触摸板控制器，其中所述电压跟随器包括运算放大器，所述运算放大器具有耦合到所述选择器电路的输出端子的正输入、耦合到所述触摸板屏蔽体的输出和耦合到所述运算放大器的输出的负输入。

13.如权利要求10所述的触摸板控制器，其中所述选择器电路包括多路复用电路，所述多路复用电路具有耦合到所述电压生成器的多个输出端子的多个输入端子、多个控制端子和用于耦合到所述触摸板屏蔽体的输出端子。

14.如权利要求13所述的触摸板控制器，还包括耦合到所述多路复用电路的多个控制端子的控制电路，所述控制电路用于以预定顺序使所述多路复用电路的多个输入端子中的每一个输入端子耦合到所述多路复用电路的输出端子。

15.如权利要求10所述的触摸板控制器，其中所述触摸板屏蔽体在触摸板的背侧。

16.如权利要求10所述的触摸板控制器，其中所述触摸板屏蔽体包括围绕多个触摸板中的每一个触摸板的屏蔽环。

17.如权利要求10所述的触摸板控制器，其中所述触摸板控制器是在单个集成电路上实现的。

18.一种集成电路触摸板控制器，包括：

电容-电压转换器，具有多个输出端子，所述多个输出端子中的每一个输出端子都用于耦合到多个电容性触摸板中的对应的触摸板，所述电容-电压转换器用于以预定的顺序向多个触摸板中的每一个触摸板提供预定的电压；

多路复用电路，具有多个输入端子、多个控制端子和一个输出端子，所述多个输入端子中的每一个输入端子都耦合到所述电容-电压转换器的多个输出端子中的一个输出端子，选择器电路用于响应于提供给所述多个控制端子的多个控制信号而把所述电容-电压转换器的多个输出端子中的每一个输出端子顺序地耦合到触摸板屏蔽体，触摸板控制器用于将所述触摸板屏蔽体充电至基本上等于所述多个触摸板中的每一个触摸板的电压的电压；以及

电压跟随器，具有耦合到所述选择器电路的输出端子的输入端子和耦合到所述触摸板屏蔽体的输出端子。

19.如权利要求18所述的触摸板控制器，其中所述触摸板屏蔽体在触摸板的背侧。

20.如权利要求18所述的触摸板控制器，其中所述触摸板屏蔽体包括围绕多个触摸板中的每一个触摸板的屏蔽环。

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