CN103080997B - 通过轴交换降低互电容触摸板中的噪声敏感性 - Google Patents

Abstract

本发明包括用于降低触摸板上噪声的系统和方法，该触摸板使用在横向电极的X轴和Y轴网格上的互电容，该横向电极在一个轴上用作激励或驱动电极并且在另一轴上用作输入或感应电极，其中，存在影响触摸板操作的显著噪声，以及其中期望通过同时采样一组感应电极来最小化该噪声的影响，其中通过同时采样感应电极，在每根电极上的噪声级别应该类似，并且因此能够从测量的信号中减去该噪声，从而更精确地确定被感应的物体在触摸板上的位置。

Description

通过轴交换降低互电容触摸板中的噪声敏感性

相关申请的交叉参考

本申请要求案号4835.CIRO.PR、序号61/368,494的临时专利申请的优先权，包含在该申请中的所有主题通过引用并入于此。

技术领域

本发明一般涉及包括触摸板和触摸屏的触摸感应装置。更加具体地，本发明是一种降低互电容触摸感应装置中噪声的方法，该感应装置在传感器中使用X和Y电极的横向网格。

背景技术

对于电容感应触摸板，存在几种设计。能够被修改从而与本发明一起使用的其中一种现存触摸板设计是由公司制造的触摸板。因此，检测基础技术从而更好地理解如何修改任何电容感应触摸板以与本发明一起使用是有用的。

公司的触摸板是互电容感应装置，并且一个示例在图1中以方框图示出。在该触摸板10中，感应电极16以及设置在同一个平面内但是彼此交叉或彼此横向的X(12)和Y(14)电极的网格被用于定义触摸板的触摸感应区域18。典型地，当存在空间限制时，触摸板10是近似16×12电极的矩形网格，或者8×6电极的矩形网格。与这些X(12)和Y(14)(或者行和列)电极交错的是单个感应电极16。通过感应电极16进行所有位置测量。

公司的触摸板10测量在感应线16上的电荷失衡。当触摸板10上或其附近不存在指向对象时，触摸板电路20处于平衡状态，并且在感应线16上不存在电荷失衡。当有指向对象靠近或触摸触摸表面(触摸板10的感应区域18)时，该对象由于电容耦合而产生失衡，在电极12、14上会发生电容变化。测量的是电容的变化，而不是电极12、14上的绝对电容值。通过测量必须注入到感应线16上从而重新建立或重新获得感应线上的电荷平衡的电荷量，触摸板10确定电容变化。

利用上述系统以如下方式确定在触摸板10上或在其附近的指状物的位置。该示例描述了行电极12，并且对于列电极14，以同样的方式重复。从行和列电极测量获得的值确定交点，该交点是在触摸板10上或在其附近的指向对象的质心。

在第一步骤中，使用来自P、N发生器22的第一信号驱动第一组行电极12，以及使用来自P、N发生器的第二信号驱动不同的但相邻的第二组行电极。使用互电容测量装置26，触摸板电路20从感应线16获得表示哪一行电极与该指向对象最近的值。然而，在某处理器28控制下的触摸板电路20还不能确定指向对象位于行电极的那一侧，触摸板电路20也不能确定该指向对象距离电极有多远。因此，系统移位一组电极12中的一根电极而驱动。换句话说，增加该组一侧上的电极，同时不再驱动在该组相对侧上的电极。然后，通过P、N发生器22驱动新的组，并且进行感应线16的第二次测量。

通过这两次测量，能够确定指向对象位于行电极的哪一侧，以及有多远。然后，通过使用比较测得的两个信号的强度的方程式进行指向对象位置的确定。

公司触摸板的灵敏度或分辨率比16×12网格的行和列电极表现出的高得多。分辨率典型地是每英寸960个像素点的级别或更高。精确的分辨率是通过组件的灵敏度、在同一行和列上的电极12、14之间的间隔以及对本发明来说不重要的其它因素确定的。

使用P、N发生器24，对Y或列电极14重复上述过程。

尽管上述的触摸板使用了X和Y电极12、14的网格以及分开的单独的感应电极16，然而，通过使用多路复用技术，该感应电极实际上是X或Y电极12、14。两个设计中的任何一个都能够使本发明发挥作用。

应该理解，触摸板和触摸屏被定义为在本申请中使用的触摸感应装置。因此，下文中任何触摸感应装置指的都是触摸板，但是应该将其视为包括使用任何类型触摸输入技术的任何类型的触摸感应装置，并且不应该将其视为限于互电容技术、触摸板或触摸屏。

公司更早的互电容触摸板技术不使用专用的感应线来接收表示对象的存在或位置的信号。在美国专利U.S.5,305,017和U.S.5,565,658中描述的该更早的技术中，一组电极(例如X电极)是驱动电极，并且Y电极是感应电极。X轴和Y轴电极(下文中称为X和Y电极)的功能根据需要而互换。因此，在一组测量中，X电极能够用作驱动电极并且Y电极用作感应电极，在另一组的测量中角色互换，X电极用作感应电极并且Y电极用作驱动电极。

因此，对于现有技术的改进是提供了一种用于降低互电容触摸板的噪声的系统和方法，该互电容触摸板不使用专用的感应电极，而是仅使用能够在驱动和接收触摸板电路信号的功能之间切换的X和Y电极。

发明内容

在第一个实施例中，本发明是一种降低触摸板上噪声的系统和方法，该触摸板在横向电极的X轴和Y轴网格上使用互电容，该横向电极在一个轴上用作激励或驱动电极，并且在另一轴上用作输入或感应电极，其中存在影响触摸板操作的显著噪声，并且其中期望通过同时采样一组感应电极来最小化该噪声的影响，其中通过同时采样感应电极，在每根感应电极上的噪声级别应该是类似的，并且因此能够从测得的感应信号中去掉该噪声，从而更精确地确定被感应到的物体在触摸板上的位置。

通过考虑下述结合附图的详细描述，本发明的这些和其它目标、特征、优点和可选方面对于本领域的技术人员来说是显而易见的。

附图说明

图1是现有技术中存在的触摸板第一实施例的操作的框图，该触摸板适于在本发明中使用。

图2是显示触摸板被联接到X和Y电极、联接到激励源和感应输入二者，但是每次仅联接一个轴。

图3显示了互电容传感器，其具有在一个轴上的驱动电极以及在另一个轴上的感应电极。

具体实施方式

现在参考附图，其中，本发明的各种元件会被赋予数字标记，并且会讨论本发明从而使本领域技术人员能够实施和使用本发明。应该理解，下述说明仅仅是本发明原理的示例，不应该被视为缩小了随附权利要求的范围。

本发明应用于在横向电极的X和Y网格中使用互电容的触摸板，其中激励或驱动电极位于一个轴上并且输入或感应电极位于另一个轴上。当在指状物上或与指状物相当的系统中存在显著噪声时，期望通过同时采样所有的或大量的感应通道(感应电极)来最小化该噪声的影响。如果同时采样感应电极，那么在每根感应电极上的噪声级别应该是类似的，并且因此能够从测量的信号中减去该噪声，由此提高对触摸板上物体位置的确定的精确度。

图2是本发明实质特征的框图。在第一个实施例中，所显示的触摸板网格30联接至用于产生激励触摸板网格上驱动电极的信号的激励源32。如所示，驱动电极可以是行或X电极34，或者它们可以是列或Y电极36。

触摸板网格30还显示为联接至模数转换器(ADC)38，该转换器接收来自触摸板网格30的信号作为输入。如所示，感应电极可以是行或X电极34，或者它们可以是列或Y电极36。

特别要注意的是，每次仅有一个轴，或者是X或者是Y，能够用作驱动电极。类似地，因此另一个轴的电极必须在该时刻用作感应电极。在本发明中重要的是，可以根据需要转换电极的角色。因此，当X电极34用作驱动电极时，Y电极36用作感应电极。

对于触摸板领域中那些技术人员来说已知的是，X和Y电极34、36能够在功能上转换。然而，对于待被确定的指状物位置，使用单组测量是普遍做法。换句话说，对于待被确定的指状物的X和Y位置，使用单组测量是通常做法。例如，当激励电极是X电极34并且驱动电极是Y电极36时，通过使用来自驱动电极的激励，能够由感应电极的测量来确定指状物在X和Y两个坐标轴中的位置。类似地，单组测量能够来自激励电极是Y电极36并且驱动电极是X电极的情形。

通过要求进行两组测量来确定指状物的位置，本发明具有降低触摸板噪声敏感性的能力。特别地，每次仅确定指状物在一个轴上的位置。无论哪个轴用作激励轴都可以确定该位置。因此，如果X电极用作驱动电极，那么仅在Y轴中确定位置信息，因为Y电极用作激励电极。然后，下一个步骤会转换X电极34和Y电极36的功能从而确定指状物在X轴中的位置，因为X电极现在用作激励电极。

在第一个实施例中，本发明因此提供了设置在横向布置中的X轴和Y轴的共平面网格，从而形成触摸板网格30。触摸板电路包括激励该触摸板网格30所需的所有电路，该触摸板电路接收来自触摸板网格的信号，并且从该信息确定正与触摸板网格30接触的指状物的位置。

ADC 38联接至其它采用测量信息并确定指状物位置的触摸板电路。应该理解，该第一实施例的触摸板是互电容感应装置，当指状物与触摸板接触时，其检测驱动和感应电极之间的互电容的降低。互电容性能也意味着本发明能够同时检测和跟踪触摸板上多个指状物的位置。

触摸板电路选择X轴或Y轴中的电极用作驱动电极，并且选择另一个轴用作感应电极，然后使用适当的信号激励至少一个驱动电极。每次或以任何组合激励一个驱动电极，直到所有驱动电极同时被激励。

重要的是能够同时测量多于一个的感应电极。这对于从感应电极中减去噪声是重要的，假定该噪声存在于所有正被测量的感应电极之上。因此，所有感应电极能够被同时测量并且能够从信号中消除噪声。然而，联接至每个感应电极的ADC38使得触摸板电路更加昂贵。因此，降低触摸板总成本的有效方法是使用有限数量的ADC 38。例如，公司的触摸板在典型配置中使用四个ADC 38。

典型地，指状物每次不会影响多于四个的感应电极。因此，在本实施例中，方案中使用四个ADC 38以用于确定指状物的位置。应该理解，能够使用更大或更小数量的ADC 38，并且其仍然落入本发明权利要求的范围内。但是该四个ADC的限制仅仅是个示例，并且不应该被认为是权利要求的限制因素。

本发明能够确定哪根感应电极正受到指状物的存在的影响，以及能够使用联接至那些感应电极的ADC 38计算指状物位置。确定哪根感应电极正在受影响的方法不是对本发明的限制。

在感应电极被识别后，使用本领域技术人员所知的各种计算来确定指状物的位置。重要的是那些计算能够消除假定存在并因此正在所有感应电极上被测量的噪声。作为示例，能够使用的其中一种方法是在本发明中将会阐释的加权和算法。

该步骤实质是仅确定指状物在用作感应电极的轴中的位置。在确定该位置之后，X和Y电极的功能被交换。对于该示例，可以假定Y电极34正用作感应电极并且因此确定指状物在Y轴中的位置。

如前所述进行该方法，直到确定哪个新感应电极现在正受到指状物的影响。在查找到受影响的电极之后，使用ADC 38对新的感应电极进行测量，由此确定指状物在X轴中的位置。

在该第一实施例中，用于确定指状物位置的第一方法是加权和算法。该方法简单并精确，并阐释了能够从测量中消除噪声的方面。

在此定义下述变量:

S＝来自感应电极的信号

Ax＝指状物和给定感应电极的共有区域

N＝来自指状物(或系统)的噪声

Kx＝指状物与感应电极的偏差百分率VS指状物对互电容变化的影响

Mx＝对给定ADC的测量

Ma＝Aa(S+KaN)

Mb＝Ab(S+KbN)

Mc＝Ac(S+KcN)

Md＝Ad(S+KdN)

Wx＝Mx×电极数量，加权和

Px＝电极数量

Wa＝Ma×Pn

Wb＝Mb×Pn+1

Wc＝Mc×Pn+2

Wc＝Md×Pn+3

图3是一个示例，其表示如何使用四个ADC通过加权和方法来确定指状物40在触摸板上的位置。在由较大数量的X和Y电极组成的较大触摸板中，仅显示了四个X电极(电极6至电极9)34和四个Y电极(电极1至电极4)36，对于该示例，Pn＝6，其给出：

Wa＝Ma×6

Wb＝Mb×7

Wc＝Mc×8

Wd＝Md×9

用于单个轴中的指状物的位置方程式如下给出：

方程式1

位置＝(Wa+Wb+Wc+Wd)/(Ma+Mb+Mc+Md)

代入数值，方程式1展开为如下：

方程式2

如果假定来自指状物的噪声以与指状物对互电容的影响相同的比率结合至感应电极，(Kx＝Kx+1)，那么能够求出S和N，如方程式3所示。

方程式3

通过划去(S+K_xN)以完全取消噪声和信号强度，方程式3被简化。这意味着位置独立于噪声和信号强度。

然而，在实际系统中，K_x不等于K_x+1。从指状物至感应电极的耦合数量基于共同区域，并且稍微不同于指状物区域对互电容的影响。可优化传感器模式从而最大化指状物到感应电极的耦合与指状物对驱动电极至感应电极的影响之间的相似性。

该方法能够极好地降低感应轴中的噪声，但是对驱动轴中位置的确定易受噪声的影响。因此，本发明进行两次测量并且仅使用从感应电极获得的而不是从驱动电极的轴上获得的那些测量值。

还观察到，用于确定驱动电极轴中的位置的普通方法是激励比指状物宽度更少的驱动电极。下一个步骤是在移位该激励的位置处进行另一个测量并观察感应电极轴中的信号强度。当在系统或指状物中不存在噪声时，其运行良好。然而，当存在噪声时，每次测量会具有不同量的噪声，因此改变了每个驱动电极激励模式中感应电极的总电平。如果每次测量感应电极都改变，那么将极难确定驱动电极轴中的位置。

本发明电气交换驱动电极轴与感应电极轴，从而提供在第二轴中的改进的位置数据。特别地，在第一种情况中是感应电极的电极在第二种情况中是驱动电极，并且在第一种情况中是驱动电极的电极在第二种情况中是感应电极。这导致了大大改进的噪声免疫指状物位置报告。

应该理解，上述布置仅仅是本发明原理应用的阐释。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员能够设计出多种修改和可选择布置。随附权利要求书旨在覆盖这些修改和布置。

Claims (12)

1.一种降低触摸感应装置对噪声敏感性的方法，所述方法包括以下步骤：

1)提供具有设置在横向布置中的X轴和Y轴电极的共平面网格；

2)提供联接至X轴和Y轴电极的网格的互电容感应触摸板电路，其中，当指状物与触摸感应装置接触时，触摸感应电路对驱动电极提供激励信号，并接收来自感应电极的信号，以及检测在驱动电极和感应电极之间互电容的降低；

3)选择X轴或Y轴电极用作驱动电极，并选择另一个轴用作感应电极；

4)使用合适的信号激励一个驱动电极，并同时从所有感应电极采样信号由此采集受相同噪声影响的数据；

5)仅测定指状物在用作感应电极的轴中的位置，其中，使用独立于噪声强度和感应电极上的信号强度的方法确定位置；

6)交换X轴和Y轴电极的功能，使得用作驱动电极的轴现在用作感应电极，反之亦然；以及

7)重复确定指状物在现在用作感应电极的轴中的位置的步骤，由此仅使用当X轴和Y轴用作感应电极时从其采集的数据来确定指状物的位置信息。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述从感应电极采样信号的步骤进一步包括仅使用来自受指状物影响的感应电极的数据的步骤，以及其中，同时从受影响的感应电极采集所述数据，以使所述感应电极都受到相同噪声的影响。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述方法进一步包括以下步骤：

1)确定哪根感应电极是受指状物影响的；以及

2)使用来自仅联接至受指状物影响的感应电极的模数转换(ADC)的测量。

4.如权利要求1所述的方法，其中，使用独立于噪声强度和感应电极上的信号强度的方法确定指状物位置的步骤进一步包括使用加权和算法的步骤。

5.如权利要求1所述的方法，其中，对于每一个被触摸感应电路检测到的指状物，所述方法进一步包括重复步骤3)至7)的步骤。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括从由触摸板和触摸屏组成的触摸感应装置的组中选择触摸感应装置的步骤。

7.一种在检测到触摸感应装置上存在多个指状物时降低互电容触摸感应装置对噪声敏感性的方法，所述方法包括以下步骤：

1)提供具有设置在横向布置中的X轴和Y轴电极的共平面网格；

2)提供联接至X轴和Y轴电极的网格的互电容感应触摸板电路，其中，当多个指状物与触摸感应装置接触时，触摸感应电路对驱动电极提供激励信号，并接收来自感应电极的信号，以及检测在驱动电极和感应电极之间互电容的降低；

3)选择X轴或Y轴电极用作驱动电极，并选择另一个轴用作感应电极；

4)使用多个指状物与触摸感应表面接触；

5)使用合适的信号激励一个驱动电极，以及同时采样来自所有感应电极的信号由此采集受相同噪声影响的数据；

6)仅确定多个指状物中的每个指状物在用作感应电极的轴中的位置，其中使用独立于噪声强度和感应电极上的信号强度的方法确定位置；

7)交换X轴和Y轴电极的功能，使得用作驱动电极的轴现在用作感应电极，反之亦然；以及

8)重复确定多个指状物中的每个指状物在现在用作感应电极的轴中的位置的步骤，由此仅使用当X轴和Y轴用作感应电极时从其采集的数据来确定多个指状物中每个指状物的位置信息。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述从感应电极采样信号的步骤进一步包括仅使用来自受多个指状物影响的感应电极的数据的步骤，以及其中，同时从所述受影响的感应电极采集所述数据，以使所述感应电极都受到相同噪声的影响。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述方法进一步包括以下步骤：

1)确定那个感应电极受多个指状物影响；以及

2)使用来自仅联接至受多个指状物影响的感应电极的模数转换器(ADC)的测量。

10.如权利要求7所述的方法，其中，使用独立于噪声强度和感应电极上的信号强度的方法确定多个指状物位置的步骤进一步包括使用加权和算法的步骤。

11.如权利要求7所述的方法，其中，对于每一个被触摸感应电路通过步骤8)检测到的指状物，所述方法进一步包括重复步骤3)至7)的步骤。

12.如权利要求7所述的方法，其中，所述方法进一步包括从由触摸板和触摸屏组成的触摸感应装置的组中选择触摸感应装置的步骤。