CN102955627B - 一种电容式触摸屏检测电路及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电容式触摸屏检测电路及检测方法，属于电容检测领域。所述电容触摸屏包括由多个相互间隔的驱动电极和多个相互间隔的接收电极构成的电极阵列，所述检测电路包括：产生激励信号的激励信号产生单元、检测模块、电压跟随器；所述激励信号连接待测驱动电极，检测模块依次连接接收电极并对接收激励电极与接收电极之间形成的互电容进行检测，剩余驱动电极均连接电压跟随器的输出端，所述电压跟随器的输入端连接待测接收电极。本发明的电容检测电路增加了电压跟随器，减小了剩余驱动电极产生的杂散电容对待测互电容的影响，提高了输出检测信号的信噪比。

Description

一种电容式触摸屏检测电路及检测方法

技术领域

本发明属于电容检测领域，尤其涉及一种电容式触摸屏检测电路及检测方法。

背景技术

互电容触摸屏技术具有直接、高效、准确、流畅、时尚等特点，极大程度的提高了人机对话的效率和便利性，未来必将替代鼠标和键盘，成为消费的主流。例如：现有手机、笔记本、PDAs（Personal Digital Assistant System，个人数字助手系统）、键盘等领域已经具有极其广泛的应用。

现有电容触摸技术已经趋于成熟，电容式触摸屏由多元的传感阵列组成，而传感阵列则由多元的传感元件组成行列矩阵。如图1所示，一个电容触摸屏包含彼此不相接触的十字交叉结构的驱动电极X和接收电极Y，包含m 个驱动电极X和n个接收电极Y的传感列阵，则组成Xm×Yn电极矩阵。如图2和3所示，驱动电极和接收电极间形成被测互电容Cx。其被测互电容两端存在寄生杂散电容Ｃa和Cｂ，Ｃa一端接激励源信号，另一端接地；Cｂ一端接驱动电极，另一端接地。

现有电容式触摸屏检测电路如图4所示，电容式触摸屏包括彼此不相接触的十字交叉结构的m 个驱动电极X和n个接收电极Y。检测电路包括：激励信号产生单元42和检测电路41，激励信号产生单元42扫描待测的驱动电极X1，检测电路连接待测的接收电极Y1，未被扫描的第二驱动电极X2、第三驱动电极X3···第m驱动电极Xm均接地。检测电路的检测规则如下：激励信号产生单元首先给第一驱动电极X1加激励信号，检测电路依次检测第一接收电极Y1、第二接收电极Y2、第三接收电极Y3…第n接收电极Yn的电容值，并将其转换为与之对应的电压信号；接着激励信号产生单元给第二驱动电极X2加激励信号，检测电路依次检测第一接收电极Y1、第二接收电极Y2、第三接收电极Y3…第n接收电极Yn的电容值，并将其转换为与之对应的电压信号；同理，激励信号产生单元依次给第三接收电极X3、第四接收电极X4···第m接收电极Xm加激励信号，检测电路依次检测第一接收电极Y1、第二接收电极Y2、第三接收电极Y3…第n接收电极Yn的电容值，并将其转换为与之对应的电压信号，完成扫描过程。通过此方法扫描检测，可以同时满足单点或多点检测的需求。

导体触摸互电容触摸屏时，导体不仅仅会影响此时添加激励信号的通道互电容Cx的大小，也会对其他没有添加激励信号的通道产生影响，没被激励的驱动电极会与导体产生自电容，影响互电容Cx变化量的检测。

导体触摸互电容触摸屏前后，电容触摸屏输出互电容Cx的变化量很小，达到飞法级，其它通道产生的杂散自电容C2、C3···Cm的存在，对测量电路提出更高的要求，而且杂散自电容会随温度、位置、内外电场分布等诸多因素影响而变化，干扰甚至淹没被测互电容信号Cx，减小性噪比，降低检测精度。

发明内容

本发明为解决现有电容式触摸屏检测电路中杂散电容对待测电容造成影响而影响检测电容精度的技术问题，提供一种高精度的电容式触摸屏检测电路。

一种电容式触摸屏检测电路，所述电容式触摸屏包括由多个相互间隔的驱动电极和多个相互间隔的接收电极构成的电极阵列，所述检测电路包括：产生激励信号的激励信号产生单元、检测模块、电压跟随器；

所述激励信号连接待测驱动电极，检测模块依次连接接收电极并对待测驱动电极与接收电极之间形成的互电容进行检测，剩余驱动电极均连接电压跟随器的输出端，所述电压跟随器的输入端连接待测接收电极。

另外，本发明还提供了一种电容式触摸屏检测方法，所述电容式触摸屏包括由多个相互平行的驱动电极和多个相互平行的接收电极构成的电极阵列，所述电容式触摸屏检测方法包括如下步骤：

S1、将激励信号产生单元产生的激励信号扫描待测驱动电极，将其它驱动电极连接电压跟随器的输出端，所述电压跟随器的输入端连接待测接收电极；

S2、检测模块依次检测多个接收电极与待测驱动电极间的互电容；

S3、将所述激励信号产生单元产生的激励信号依次扫描下一待测驱动电极，重复步骤S1~S2，直至检测完所有驱动电极与接收电极间的互电容。

本发明的电容式触摸屏检测电路在现有检测电路的基础上添加了电压跟随器，在检测模块检测待测驱动电极与接收电极间形成的互电容的同时，电压跟随器使剩余驱动电极的电压与接收电极的电压一致，减小了剩余驱动电极产生的杂散电容对待测互电容的影响，提高了输出检测信号的信噪比。

附图说明

图1是现有技术提供的电容式触摸屏电极阵列结构示意图。

图2是现有技术提供的电极阵列的驱动电极和接收电极之间形成互电容的结构示意图。

图3是现有技术提供的驱动电极与接收电极间形成互电容的等效模型示意图。

图4是现有技术提供的电容式触摸屏检测电路示意图。

图5是本发明实施例提供的电容式触摸屏检测电路示意图。

图6是本发明实施例提供的集成运算放大器电路图。

图7是本发明实施例提供的由集成运算放大器构成电压跟随器的电路图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图5所示，本发明提供了一种电容式触摸屏检测电路， 所述电容式触摸屏包括由多个相互间隔的驱动电极X1、X2、···、Xm和多个相互间隔的接收电极Y1（其他接收电极图5中省略）构成的电极阵列，所述驱动电极及接收电极均为多个感测单元依次连接构成，所述感测单元均为菱形、六边形、圆形、矩形等形状，图5中为矩形。所述检测电路包括：产生激励信号的激励信号产生单元52、检测模块51、电压跟随器53。

所述激励信号连接待测驱动电极，检测模块51依次连接接收电极并对待测驱动电极与接收电极之间形成的互电容Cx进行检测，所述剩余驱动电极X2、···、Xm均连接电压跟随器53的输出端b，所述电压跟随器53的输入端a连接待测接收电极。

所述激励信号依次循环输入多个驱动电极，激励信号输入某个驱动电极时，检测模块依次对每个接收电极进行检测，直至检测完所有驱动电极与接收电极间互电容值。

检测模块具体包括如下几个部分：第一转换电路，将互电容值转换为电流信号并对电流信号进行放大；

第二转换电路，将所述放大后的电流信号转换成电压信号；

所述第二转换电路与第一转换电路连接。

所述检测模块还包括：对所述放大后的电流信号进行倍增益和全波整流的整流电路；所述整流电路连接在第一转换电路和第二转换电路之间。对电流信号进行全波整流后，将交流电流转化成了单一方向的电流，使电流的波动幅度变小。

由于后端电路需要对检测到的电压信号进行判断，来确定电容式触摸屏上触摸点的位置。而后端电路需判断数字电压信号，故所述检测模块还包括第三转换电路，所述第三转换电路对所述电压信号进行采样和保持，采样保持是把时间上、幅值上都连续的模拟电压信号，在采样频率的作用下转成时间上离散、幅值上仍连续的离散模拟信号，就是把模拟电压信号转换成数字信号。

如图6所示，为同相比例集成运算放大器电路。同相比例集成运算放大器工作在线性区时，放大器输出电压与其两输入端的电压之间存在着线性放大关系，即Uo=Aod（U+ - U-），其中U+和U-分别是其同相输入端和反相输入端电压，Aod是集成运算放大器的开环差模电压增益，Uo为集成运算放大器的输出电压。理想的集成运算放大器的开环差模电压增益Aod=∞，所以得出U+=U-。由于理想的集成运算放大器差模输入电阻Rid=∞，所以在两个输入端均没有电流流过。

由此可以得知Uo=（1+RF/R1）UI，同相比例集成运算放大器的比例系数总大于或者等于1，当RF=0或者R1=∞时，U0=UI，即等效为图7电路。由于这种电路的输出电压与输入电压不仅幅相相等而且相位相同，两者是跟随关系，所以又称电压跟随器。即电压跟随器为反相输入端与输出端短接的集成运算放大器。

本发明涉及的电容触摸屏为单层互电容触摸屏，为了使驱动电极和接收电极交叉部分不会接触，所述驱动电极通过搭桥连接，搭桥处设有绝缘模，避免驱动电极和接收电极直接连接，也可以使接收电极搭桥连接，达到同样的效果。

本发明的电容式触摸屏检测电路在现有检测电路的基础上添加了电压跟随器，在检测模块检测待测驱动电极与接收电极间形成的互电容的同时，电压跟随器使剩余接收电极与触摸导体间产生的杂散电容两端的电压一致，减小了杂散电容对待测互电容的影响，提高了输出检测信号的信噪比。

另外，本发明还提供了一种电容式触摸屏检测方法，所述待检测的电容式触摸屏由多个相互平行的驱动电极和多个相互平行的接收电极构成的电极阵列，所述电容检测方法包括如下步骤：

S1、将激励信号产生单元产生的激励信号扫描待测驱动电极，将其它个驱动电极连接电压跟随器的输出端，所述电压跟随器的输入端连接待测接收电极；

S2、检测模块依次检测多个接收电极与待测驱动电极间的互电容值；

S3、将所述激励信号产生单元产生的激励信号依次扫描下一待测驱动电极，重复步骤S1~S2，直至检测完所有驱动电极与接收电极间的互电容。

进一步的，所述步骤S2包括：

S21、将驱动电极与接收电极间形成的待测电容信号转换为电流信号，并对电流信号进行放大；

S22、将所述放大后的电流信号转换成电压信号；

倍增益是扩大检测模块检测的互电容值的范围。检测模块只可以检测单一的互电容值，如果超过后端的检测范围就会溢出，如果加上倍增益，则测出的电容值就除以倍数，即缩小电容值不会溢出。全波整流将交流电流转化成了单一方向的电流，使电流的波动幅度变小。故在所述步骤S21和步骤S22之间还包括如下步骤S211：对所述放大后的电流信号进行倍增益和全波整流。

由于后端电路需要对检测到的电压信号进行判断，来确定电容式触摸屏上触摸点的位置。而后端电路需判断数字电压信号，故所述步骤S2还包括如下步骤S23：对所述电压信号进行采样和保持，采样保持是把时间上、幅值上都连续的模拟电压信，在采样频率的作用下转成时间上离散、幅值上仍连续的离散模拟信号，就是把模拟电压信号转换成数字信号。

该电容式触摸屏检测方法涉及的电容式触摸屏为单层互电容触摸屏，为了使驱动电极和接收电极交叉部分不会接触，所述驱动电极通过搭桥连接，搭桥处设有绝缘模，避免驱动电极和接收电极直接连接，也可以使接收电极搭桥连接，达到同样的效果。

本发明的电容式触摸屏检测方法在现有检测方法的基础上：添加了电压跟随器对未被检测的驱动电极与接收电极间产生的杂散电容两端电压进行跟随的步骤，使剩余驱动电极的电压与接收电极的电压一致，减小了杂散电容对待测互电容的影响，提高了输出检测信号的信噪比。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种电容式触摸屏检测电路，所述电容式触摸屏包括由多个相互间隔的驱动电极和多个相互间隔的接收电极构成的电极阵列，其特征在于：所述检测电路包括：产生激励信号的激励信号产生单元、检测模块、电压跟随器；

所述激励信号产生单元连接待测驱动电极，检测模块依次连接接收电极并对待测驱动电极与接收电极之间形成的互电容进行检测，剩余驱动电极均连接电压跟随器的输出端，所述电压跟随器的输入端连接待测接收电极。

2.如权利要求1所述的电容式触摸屏检测电路，其特征在于：所述驱动电极及接收电极均为多个感测单元依次连接构成。

3.如权利要求2所述的电容式触摸屏检测电路，其特征在于：所述感测单元均为菱形、六边形、圆形、矩形。

4.如权利要求1所述的电容式触摸屏检测电路，其特征在于：所述激励信号依次循环输入多个待测驱动电极。

5.如权利要求1所述的电容式触摸屏检测电路，其特征在于：所述检测模块包括：

第一转换电路，将互电容值转换为电流信号并对电流信号进行放大；

第二转换电路，将所述放大后的电流信号转换成电压信号；

所述第二转换电路与第一转换电路连接。

6.如权利要求5所述的电容式触摸屏检测电路，其特征在于：所述检测模块还包括：对所述放大后的电流信号进行倍增益和全波整流的整流电路；所述整流电路连接在第一转换电路和第二转换电路之间。

7.如权利要求5或6所述的电容式触摸屏检测电路，其特征在于：所述检测模块还包括第三转换电路，所述第三转换电路对所述电压信号进行采样和保持，所述第三转换电路连接所述第二转换电路。

8.如权利要求1所述的电容式触摸屏检测电路，其特征在于：所述电压跟随器为反相输入端与输出端短接的运算放大器。

9.如权利要求1所述的电容式触摸屏检测电路，其特征在于：所述驱动电极或接收电极通过搭桥连接。

10.一种电容式触摸屏检测方法，所述电容式触摸屏包括由多个相互间隔的驱动电极和多个相互间隔的接收电极构成的电极阵列，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将激励信号产生单元产生的激励信号扫描待测驱动电极，将其它驱动电极连接电压跟随器的输出端，所述电压跟随器的输入端连接待测接收电极；

S2、检测模块依次检测多个接收电极与待测驱动电极间的互电容；

S3、将所述激励信号产生单元产生的激励信号依次扫描下一待测驱动电极，重复步骤S1~S2，直至检测完所有驱动电极与接收电极间的互电容。

11.如权利要求10所述的电容式触摸屏检测方法，其特征在于：所述步骤S2包括：

S21、将驱动电极与接收电极间形成的待测电容信号转换为电流信号，并对电流信号进行放大；

S22、将所述放大后的电流信号转换成电压信号。

12.如权利要求11所述的电容式触摸屏检测方法，其特征在于：在所述步骤S21和步骤S22之间还包括步骤S211：对所述放大后的电流信号进行倍增益和全波整流。

13.如权利要求11或12所述的电容式触摸屏检测方法，其特征在于：所述步骤S2还包括如下步骤S23：对所述电压信号进行采样和保持。

14.如权利要求10所述的电容式触摸屏检测方法，其特征在于：所述驱动电极或接收电极通过搭桥连接。