CN102760015A - 电容式触控面板噪声滤除方法 - Google Patents

Abstract

一种电容式触控面板噪声滤除方法，对同一通道进行一次以上的扫描，比对扫描的结果，并辅以空扫描判定背景噪声。

Description

电容式触控面板噪声滤除方法

技术领域

本发明涉及一种触控面板噪声滤除方法，特别涉及利用关联多扫描、空扫描、跳频与长程扫描，有效地于电容式触控面板滤除噪声的方法。

背景技术

随着电容触控屏应用的广泛，用户对电容式触控屏也越来越容易接受。目前电容式触控系统非常昂贵，阻碍的市场进一步扩大。电容式触控屏对电源噪声，RF噪声和LCD噪声都比较敏感。电源噪声分两类，一类是工频噪声(50/60Hz)，一类是开关电源噪声。工频噪声幅度比较大，通常为数十伏甚至二百多伏，如果电路系统设计参数不对，在特定状态下，能使系统进入饱和状态，从而无法收发信号。开关电源噪声，对不同的开关电源其噪声不同，频率在数十KHz到数百KHz，与触控屏系统信号检测频率非常接近，非常容易干扰到检测信号。

RF噪声，是触控屏系统一个重要的干扰源。通常而言，频率在GHz以上的信号，是无法干扰到触控屏系统的，因为这样高频的信号，很快被电路衰减了。但这些GHz以上的信号的包络信号，频率较低，则有可能干扰到触控屏系统。

LCD噪声干扰，越来越成为一个重要的干扰源。现在结构设计，都尽量减少厚度。首先被减少的，就是触控屏与LCD之间的距离，其次就是减少触控屏本身的厚度。LCD的行驱动信号，频率为数十KHz，容易干扰到正常的电容扫描频率。电容触控屏噪声具有以下的特点：

确定性：一个终端系统，一旦完成，则部分噪声源是确定的。比如电源噪声，与所使用的电源转换器有紧密关系，包括工频噪声和开关噪声，都是由电源转换器决定的。终端与触控屏间的RF噪声是确定的，比如GSM，CDMA，WiFi，蓝牙(bluetooth)等；LCD的噪声基本上也是确定的。在确定性的特点下，触控屏系统的噪声幅度、频率基本上是固定的。由于使用触控屏的终端系统往往是便携式设备，在使用中，可能会出现在不同的外在环境。这些外在环境包括电源，RF噪声等。但这些环境，在一定程度上也是确定的。即只要在这个环境内，这些噪声都是相对固定的。由此可知，在正常时使用中，触控屏系统往往受确定性噪声的影响，只有极少数情况遇到非确定性噪声影响。在系统遇到非确定性噪声影响时，系统短暂时间失效(例如100mS以内)，是可以接受的，并没有影响触控的使用。

持续时间短：在某些干扰，比如开关噪声干扰中，尽管干扰的频率不高，例如数十KHz等干扰脉冲持续的时间非常短，例如只有数微秒。在噪声信号周期中，大部分时间是没有噪声的，仅仅非常短的时间有噪声。又比如LCD噪声。在LCD显示屏，刷新频率为数十Hz。但由于有数百条线，每条线在一次刷新周期中要翻转一次。因此，对于一条线而言，发出干扰的时间仅仅占整个翻转周期的数百分之一。在US20080162997A1的专利申请文件中，提到一种鉴别噪声的办法。即在扫描时，分别使用三种频率。然后对比三种频率的扫描结果，判断一个较好的数值作为可信扫描结果。

随着电容式触控屏应用的普及，市场应用越来越多，终端设备也越来越多。降低成本是一个非常重要的，也是环保的选择。但原有的技术，对电源的要求比较高，要求低频噪声和开关噪声都在一个非常小的范围内，增加了非常多的成本。

对于RF的干扰，需要在终端结构设计和电容式触控屏设计加以非常仔细的考虑。终端结构设计非常复杂，考虑因素非常多。为了减少对触控屏的RF干扰，结构上往往做了较多牺牲，或者增加厚度，或者增加成本，或者降低了可靠性等等。而触控屏的屏蔽，也增加了触控屏的成本和增加了触控屏结构的复杂度。

对于LCD噪声，目前采用的都是背面加入屏蔽层或者屏蔽电极的办法来解决。屏蔽层的加入，往往需要增加一层ITO玻璃或者ITO薄膜，大幅增加了触控屏成本，也增加了厚度。在US20080162997A1的专利申请文件中，提到的检测办法，实际应用中亦有缺陷。首先，多频率间的相关性不足。由于各种原因，不同频率检测结果本来就不一致，给比较带来很多困难。并且，带有确定性和多频率性。如果使用的某个频率已经确定被干扰，则这样的多频选择意义不大。

发明内容

本发明的通过改进扫描方式，提供系统的抗噪声性能。在不增加硬件成本的情况下，减少系统的设计限制，从而降低模块成本，提高模块性能，改善模块特性。

本发明以关联多次同频扫描并适时跳频扫描，必要时进行长程扫描或者采用变周期扫描来抑制噪声干扰，并通过空扫描来评估、提取背景噪声。本发明提出的噪声滤除办法，与触控屏系统把触控信号转换成数字信号所采用的转换方法无关。例如与是否为同步解调无关，与采用何种类型的ADC无关。本发明描述的是利用这些方法，通过关联采样的原理，发现和抑制噪声，必要时进行跳频、长程采样和变周期采样。本发明以关联多次同频扫描，就是以同样的频率，对同一信道或者节点进行多次连续扫描或者采样。由于采样的参数一致，并且时间间隔非常短，可以认为，采样的信号是非常相关的。如果没有高频信号存在，则可以认为采样的信号相同。特别注意，两次扫描，可以没有间隔，也可以间隔半个周期。比如第一次扫描，信号是200K，上升沿作为起始，则第二次则是下降沿作为起始，但要加一个反相器，转为上升沿。在某个频点被干扰时，换一个频点进行检测，能有效抑制某些确定频率噪声的影响，还能抑制因为环境转换带来的某些带有一定环境特征的确定性频率噪声影响，使系统的环境适应性更广泛。背景噪声以空扫描来检测，发射端不发送信号，接收端进行采样，采样到的信号就是背景噪声。

由于空间、时间和电路的高度关联，并且触控和部分非触控的信号，都是非常低频的信号，关联扫描检测到的数据是高度相关的，除非受到高频噪声或者特定频率的噪声干扰到信号。因此，可以对比关联扫描的信号，从而判断噪声。举例说明：假定正常触控信号强度为VT，触控值为0.4VT。可以选取0.2VT为噪声判断值。两次检测到信号VS1和VS2的差值≥0.2VS，则认为目前噪声比较大，并且干扰到正常的触控检测。可以采用同频多次关联扫描来判定噪声和抑制噪声，通过关联检测，可以了解到目前的信号是否收到噪声干扰，如果不被干扰，则为可信数据；如果被干扰，则重新进行检测。这样可以避免部分干扰周期长，但持续时间非常短的噪声，比如开关电源噪声和LCD显示屏噪声。

同频多次关联扫描，比如三次，还可以直接分离出噪声，提取可信度非常高的信号。例如一次检测中，得到三个检测数据。根据噪声干扰持续时间非常短的特点，通常仅有一次检测受到干扰，则另两次检测的数据非常接近，并且非常可靠。根据三个数据的分布，即可检测出噪声并分离出去。对于剩下两个可信度非常高的信号，可以采取取均值，或者任意取其中一个作为最终信号。

噪声的干扰具有一定的确定性，即使是不确定的噪声，在特定环境下，还是具有确定性。因此，这些确定性的噪声，频谱往往也是确定的。在一些检测方法中，比如正交解调检测，如果噪声恰好非常接近信号时，则会对信号造成干扰。如果改变检测信号的频率，则能避开干扰信号，抑制噪声对信号的影响。通过关联扫描发现噪声，如果这个噪声在多次关联扫描仍然存在，说明该噪声对该扫描信号频率形成确定性的干扰。这时，换一个频率进行检测。如果恰好换到一个有噪声干扰的频率，则需要再次换一个频率。在触控屏的干扰中，有相当多的干扰具有时间短的特性。在一个脉冲干扰周期中，仅仅有非常短的时间，比如百分之一的时间有干扰噪声存在。因此如果对同一信号，进行多次快速关联重复采样，然后对采样得到的信号进行滤波等信号处理，就有可能得到可信度较高的信号。比如低通滤波，就能把噪声的影响平均化。极值剔除就能把受噪声影响的信号剔除等等。

干扰往往是固定的频率。如果干扰频率与采样频率一致，则无法滤除干扰噪声。这时，如果改变采样的频率，也就是改变采样的周期，则可以把噪声的影响平均化，减少噪声的影响。周期的改变由多种办法，一种常用的办法就是通过伪随机序列来控制扫描信号的周期。

空扫描与正常扫描连续使用，可认为是一种关联扫描。假设一个触控屏模块，触控电容变化率为10％，触控判断值为电容变化率的40％，扫描频率为200KHz，周期为5uS。背景噪声为某一单频信号，频率为fn，采用空扫描+正常扫描办法进行检测：假设两次采样分别在t+2.5uS和t+7.5uS进行采样，假设触控为直流信号，即触控时，触控强度是不变的，触控改变的是电容的大小，本身并不产生信号。因此在空扫描时，仅仅计算背景噪声，触控值没有被检测。假设系统没有饱和，处于正常工作区间第一次采样为噪声，采样值为V_s1＝V_N·sin(2πf+φ₁)，第二次采样为信号加噪声，采样值为V_s2＝V_N·sin(2πf+φ₂)+V_s，假如没有触控发生时，通过这样机制，对噪声一致作用，则VS＝0，两次检测差值为

V_s2-V_S1＝V_N·(sin(2πf+φ₂)+sin(2πf+φ₁))

＝2V_N·cos[2πf+(φ₁+φ₂)/2]·sin(φ₂-φ₁)

由于Δt＝5uS，则φ₂-φ₁＝2πfΔt＝10^-5πf，当VS2-VS1＝0.4*VS时，即有误触控发生，则

V_N·cos[2πf+(φ₁+φ₂)/2]·sin(φ₂-φ₁)≤0.4V_S

$V_N\≤\frac{{2V}_S}{5\•\cos [2\mathrm{\πf}+({\mathrm{\φ}}_1+{\mathrm{\φ}}_2)/2]\•\sin \left({10}^{-5}\mathrm{\πf}\right)},$

假设

则

则

在左式中，可以知道COS函数必定≤1，则|VN|最小值的包络线为

由图可见，在低频时，即使VN很大，也会被衰减。

采用本发明，可以在不增加硬件成本的情况下，抑制噪声，从而放松对外界噪声的限制，可以采用噪声稍大，但成本更低的电源；可以放松对终端结构的设计限制，使结构更灵活可靠，可以减少屏蔽，甚至减少屏蔽层等，制造成本大幅降低。

附图说明

图1为本发明的实施流程图。

【主要组件符号说明】

步骤10     开始

步骤20     关联多扫描

步骤30     比对扫描结果

步骤301    存储扫描数据

步骤40     判断第几次扫描

步骤50    跳频

步骤60    判断第几次跳频

步骤70    长程扫描

步骤80    存储扫描数据

具体实施方式

图1为本发明的实施流程图，参见图示，本发明是一种触控面板噪声滤除方法，首先从步骤10开始进行步骤20关联多扫描，此关联多扫描系对同一信道进行一次以上的扫描，其扫描次数可为两次、三次、四次、五次、六次或更多，接着定义一差异值，在步骤30中比对多次扫描的结果，如果所有扫描的结果相互之间的差异均大于该给定的差异值，则执行步骤40；如果所有扫描的结果有任两个的差异小于该给定的差异值，则以差异最小的两结果为正确结果，取其平均值后，进入步骤301存储扫描数据。步骤40判断此为第几次扫描，如果是第一次扫描，则重新回到步骤20进行关联多扫描；如果是第二次或第三次扫描，依系统设定的不同，可分别于第二次或第三次扫描进入步骤50跳频，即改变发送端发送信号的频率，重新选定一个频率来扫描。步骤60判断目前为第几次跳频，如果是第一次或第二次跳频，则重新回到步骤20进行关联多扫描，如果是第三次跳频，则进入步骤70长程扫描，即对同一信号进行连续不断、多次的扫描，直到出现一组结果，其差异小于给定的差异值，将此组结果取平均值，进入步骤80存储扫描数据，则在步骤301或步骤80所存储的数值，即为依本发明的方法所取得滤除噪声后的正确数值。

在进行步骤20之前，尚可先进行一空扫描，即在发送端不发送信号时进行的扫描，此扫描所提取的信号，为背景噪音信号，往后关联多扫描所得的数值，可先减去空扫描所得的背景噪音值再进行比对。

以上所述仅为本发明的示范性实施例，本领域技术人员通过上述说明以及图式即能理解符合本发明的均等结构、材料、方法、手段与衍生变化。本说明书以文字及附图所列举的数个实施例用以阐述本发明的精神，实施例和附图中各组件的尺寸与位置仅为示意用，而非用于限缩本发明权利要求书要求保护的范围。

Claims (12)

1.一种触控面板噪声滤除方法，其包含下列步骤：

(a)对同一通道进行一次以上的扫描；

(b)比对扫描的结果；

(c)如果扫描的结果的差值大于一给定的差异值，则重新进行步骤a；

(d)如重新进行两次或两次以上的步骤a，其扫描结果差值仍大于上述给定差异值，则更换扫描频率，重新进行步骤a；

(e)如重新进行两次或两次以上的步骤d，其扫描结果仍均大于上述给定差异值，则进行长程扫描；

(f)取差异最小的两结果平均值，存盘扫描数据。

2.如权利要求1所述的触控面板噪声滤除方法，其中(a)为先进行空扫描，再对同一通道进行一次以上的扫描。

3.如权利要求1所述的触控面板噪声滤除方法，其中(a)对同一信道进行的扫描为两次。

4.如权利要求2所述的触控面板噪声滤除方法，其中(a)对同一信道进行的扫描为两次。

5.如权利要求1所述的触控面板噪声滤除方法，其中(a)对同一信道进行的扫描为三次，其中如有任意二或二以上结果的差异小于给定的差异值，则以此二或二以上结果的平均值为正确值，跳至(f)。

6.如权利要求2所述的触控面板噪声滤除方法，其中(a)对同一信道进行的扫描为三次，其中如有任意二或二以上结果的差异小于给定的差异值，则以此二或二以上结果的平均值为正确值，跳至(f)。

7.如权利要求1所述的触控面板噪声滤除方法，其中(a)对同一信道进行的扫描为四次，其中如有任意二或二以上结果的差异小于给定的差异值，则以此二或二以上结果的平均值为正确值，跳至(f)。

8.如权利要求2所述的触控面板噪声滤除方法，其中(a)对同一信道进行的扫描为四次，其中如有任意二或二以上结果的差异小于给定的差异值，则以此二或二以上结果的平均值为正确值，跳至(f)。

9.如权利要求1所述的触控面板噪声滤除方法，其中(a)对同一信道进行的扫描为五次，其中如有任意二或二以上结果的差异小于给定的差异值，则以此二或二以上结果的平均值为正确值，跳至(f)。

10.如权利要求2所述的触控面板噪声滤除方法，其中(a)对同一信道进行的扫描为五次，其中如有任意二或二以上结果的差异小于给定的差异值，则以此二或二以上结果的平均值为正确值，跳至(f)。

11.如权利要求1所述的触控面板噪声滤除方法，其中(a)对同一信道进行的扫描为六次，其中如有任意二或二以上结果的差异小于给定的差异值，则以此二或二以上结果的平均值为正确值，跳至(f)。

12.如权利要求2所述的触控面板噪声滤除方法，其中(a)对同一信道进行的扫描为六次，其中如有任意二或二以上结果的差异小于给定的差异值，则以此二或二以上结果的平均值为正确值，跳至(f)。

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