CN103294295B - 一种互感式电容性触摸屏 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种互感式电容性触摸屏，包括：复数条驱动线和与驱动线直交的复数条感应线；信号输出单元设置于驱动线的输入端，用于同时为所有的驱动线输出不同频率的驱动信号；前置放大器设置于感应线的输出端，用于采集感应线上的感应信号，并将感应信号放大后输出给信号分离单元；信号分离单元与前置放大器连接，用于分离出不同频率的感应信号，获得感应信号对应的驱动线的地址。这样不必像现有技术那样将一种特定频率的驱动信号逐个输入到驱动线的输入端。利用本发明提供的信号输出单元可以同时发送给不同的驱动线不同频率的驱动信号，本发明提供的触摸屏可以达到电路简单，控制方便的目的。

Description

一种互感式电容性触摸屏
技术领域
本发明涉及触摸屏技术领域，特别涉及一种互感式电容性触摸屏。
背景技术
电容性触摸屏可以按照探测感应信号的模式分为两类：自感电容式和互感电容式。
一个互感式电容触摸屏由复数条驱动线（如Y1-Y4）和与其直交的复数条感应线（如X1-X4）构成，如图1所示。虚线方框内是一个触摸屏的子像素。驱动线和感应线之间的交叠部分电容是无法由外界触摸物体所改变的，但是会对前置放大器A输出一个稳定的背景噪声，或者直流分量。驱动线和感应线之间的非电极交叠部分产生的空间边缘电场形成的互感电容Cm，则受到外界触摸物体的直接影响。
图1所示的典型的互感式电容性触摸屏的等效电路，其工作原理可以简单描述如下：特定频率的驱动信号逐个从驱动线的一端输入，感应线的一端连接到前置放大器A，接收和放大驱动线和感应线之间的互感电容Cm感应的同一频率的信号。当手指接触到触摸屏的表面时，形成手指和驱动线以及手指和感应线的寄生电容。部分信号将从此寄生电容直接通过人体或者接地物体泄漏到地，前置放大器A所能接收到的信号则被衰减。根据触摸屏电极的设计，驱动频率以及手指和触摸屏电极的距离，驱动信号也有可能通过手指的媒介，从驱动线耦合到感应线，从而使得前置放大器A所能接收到的信号增大。在这两种信号感应模式中，通过逐个检测感应线上的信号变化，则可以发现手指T触摸的具体位置。
现有技术中将一种特定频率的驱动信号逐个输入到驱动线的输入端。当手指触摸到触摸屏的时候，驱动线到感应线的互感电容发生变化，从而检测装置接收到感应线上的该特定频率信号的幅度就会随之变化。由于需要对每条驱动线逐个地输入这种特定的频率信号，或者说对驱动线用特定脉冲的信号做扫描。现有技术中的这种方法，当驱动线条数很多时，或者在需要高速检测时，则电路变得很复杂，成本很高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种互感式电容性触摸屏，具有同步驱动每条驱动线，达到高速驱动，并且电路简单，能够降低整个触摸屏的成本。
本发明实施例提供一种互感式电容性触摸屏，包括：复数条驱动线和与所述驱动线直交的复数条感应线、前置放大器、信号输出单元、信号分离单元；
所述信号输出单元设置于所述驱动线的输入端，用于同时为所有的驱动线输出不同频率的驱动信号；
所述前置放大器设置于所述感应线的输出端，用于采集感应线上的感应信号，并将所述感应信号放大后输出给所述信号分离单元；
所述信号分离单元与所述前置放大器连接，用于分离出不同频率的感应信号，获得感应信号对应的驱动线的地址。
优选地，每条所述感应线的输出端连接一个所述前置放大器。
优选地，还包括移位寄存器，以及与所述感应线数目相等的选择开关；
每个所述前置放大器的输出端连接一个所述选择开关的第一端，每个所述选择开关的第二端均连接信号分离单元；
所述移位寄存器的输出信号分别连接每个所述选择开关的控制栅极。
优选地，所述前置放大器的正相输入端连接偏置电压，所述前置放大器的反相输入端连接对应感应线的输出端。
优选地，还包括移位寄存器，以及与所述感应线数目相等的选择开关，所述前置放大器为一个；
每个所述感应线的输出端串联一个所述选择开关，所述移位寄存器的输出信号分别连接每个所述选择开关的控制栅极，通过控制选择开关的导通和断开来选择感应线输出的感应信号，所述感应线输出的感应信号输入所述前置放大器的反相输入端，所述前置放大器的正相输入端连接偏置电压。
优选地，每条所述感应线输出感应信号的端子通过薄膜晶体管基板上的过孔或者导电金球连接到所述选择开关的第一端，所有选择开关的第二端连接所述前置放大器的反相输入端。
优选地，所述信号输出单元为一个，用于为所有的驱动线输出不同频率的驱动信号；
或，
所述信号输出单元为多个，用于为对应的驱动线输出不同频率的驱动信号。
优选地，所述信号输出单元每隔预定时间跳变每列驱动线上驱动信号的频率。
优选地，所述前置放大器还包括反馈网络，所述反馈网络包括并联的至少两个反馈支路，其中一个反馈支路包括电阻，其余反馈支路包括串联的电阻和开关，通过控制开关的导通和断开来改变该反馈网络的电阻值。
优选地，所述前置放大器还包括补偿网络，所述补偿网络包括补偿电阻，所述前置放大器的反相输入端通过所述补偿电阻连接补偿信号源。
优选地，所述信号分离单元为带通滤波器，每个前置放大器的输出端连接的所述带通滤波器的个数与所述驱动线的个数相等。
优选地，所述信号输出单元为信号发生器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的互感式电容性触摸屏，信号输出单元输出不同频率的驱动信号分别给每条驱动线，这样不必像现有技术那样将一种特定频率的驱动信号逐个输入到驱动线的输入端，当驱动线的条数很多时，利用本发明提供的信号输出单元可以同时发送给不同的驱动线不同频率的驱动信号，而现有技术需要逐一发送，这样不但时间上有延迟，而且控制起来也比较复杂，需要逐一连接导通需要发送驱动信号的驱动线。本发明提供的触摸屏可以达到电路简单，控制方便的目的。
附图说明
图1是现有技术中典型的互感式电容性触摸屏的电路图；
图2是本发明提供的互感式电容性触摸屏实施例一示意图；
图3是本发明提供的互感式电容性触摸屏实施例二电路图；
图4是本发明提供的互感式电容性触摸屏实施例三电路图；
图5是本发明提供的互感式电容性触摸屏实施例四电路图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参见图2，该图为本发明提供的互感式电容性触摸屏实施例一示意图。
本实施例提供的互感式电容性触摸屏，包括：复数条驱动线Y和与所述驱动线直交的复数条感应线X、前置放大器A、信号输出单元100、信号分离单元200；
所述信号输出单元100设置于所述驱动线Y的输入端，用于同时为所有的驱动线Y输出不同频率的驱动信号；
所述前置放大器A设置于所述感应线X的输出端，用于采集感应线X上的感应信号，并将所述感应信号放大后输出给所述信号分离单元200；
所述信号分离单元200与所述前置放大器A连接，用于分离出不同频率的感应信号，获得感应信号对应的驱动线Y的地址。
本发明提供的互感式电容性触摸屏，信号输出单元100输出不同频率的驱动信号分别给每条驱动线Y，这样不必像现有技术那样将一种特定频率的驱动信号逐个输入到驱动线Y的输入端，当驱动线Y的条数很多时，利用本发明提供的信号输出单元100可以同时发送给不同的驱动线Y不同频率的驱动信号，最终需要信号分离单元200对感应信号进行分离进而确定感应信号的具体位置来判断具体是来自哪一条驱动线。而现有技术需要逐一发送，这样不但时间上有延迟，而且控制起来也比较复杂，需要逐一连接导通需要发送驱动信号的驱动线Y。本发明提供的触摸屏可以达到电路简单，控制方便。由于本发明实施例提供的方案中输给每列驱动线的驱动信号的频率不相同，因此，各个驱动线上的驱动信号不会相互干扰。
需要说明的是，本发明实施例提供的所述信号输出单元100可以为一个，用于为所有的驱动线Y输出不同频率的驱动信号；
或者，
本发明实施例提供的所述信号输出单元100可以为多个，用于为对应的驱动线Y输出不同频率的驱动信号。例如，其中的第一信号输出单元为第一条至第M条驱动线输出驱动信号，第二信号输出单元为第（M+1）条至第N条驱动线输出驱动信号；其中M，N为整数，M小于N。当然，也可以每条驱动线对应一个信号输出单元。
需要说明的是，所述信号输出单元100可以为信号发生器。可以通过设定信号发生器的参数来获得不同频率的驱动信号。
参见图3，该图为本发明提供的互感式电容性触摸屏实施例二电路图。
本实施例提供的互感式电容性触摸屏中，每条所述感应线X的输出端连接一个所述前置放大器A。
如图3所示，本实施例中以三条驱动线，分别为Y1、Y2和Y3；两条感应线X1和X2，为例来进行介绍。
从图中可以看出，每条感应线的输出端连接一个前置放大器，例如，X1的输出端连接第一前置放大器A1，X2的输出端连接第二前置放大器A2。
需要说明的是，本实施例中的所述前置放大器还包括反馈网络，所述反馈网络包括并联的至少两个反馈支路，其中一个反馈支路包括电阻，其余反馈支路包括串联的电阻和开关，控制开关的导通和断开以改变该反馈网络的电阻值。
下面以第一前置放大器A1为例进行说明。参见图3，第一前置放大器A1中包括的反馈网络为包括两个反馈支路，第一反馈支路包括第一电阻Rf1；第二反馈支路包括串联的第二电阻Rf2和第一开关Sf2。当第一开关Sf2闭合时，该反馈网络包括并联的两个电阻（第一电阻Rf1和第二电阻Rf2）；当第一开关Sf2断开时，该反馈网络第一电阻Rf1。即，通过控制第一开关Sf2的导通和断开以改变该反馈网络的电阻值。
所述前置放大器还包括补偿网络，所述补偿网络包括补偿电阻Rref，所述前置放大器的反相输入端通过所述补偿电阻Rref连接补偿信号源。
补偿网络的作用主要是为了当触摸屏的感应线没有信号输出时，补偿前置放大器的输出信号，以防止前置放大器的输出端有信号输出，造成误判触摸屏有感应信号。
第二前置放大器A2的反馈网络与第一前置放大器A1的相同，在此不再赘述。
本实施例中所述前置放大器的正相输入端连接偏置电压Vref，所述前置放大器的反相输入端连接对应感应线的输出端。
需要说明的是，所述信号分离单元200可以为带通滤波器，带通滤波器将其他频率的信号滤除，只允许驱动信号对应的频率的信号通过。
每个前置放大器的输出端连接的所述带通滤波器的个数与所述驱动线的个数相等。如图所示，第一前置放大器A1的输出端连接的带通滤波器分别为第一带通滤波器F1、第二带通滤波器F2、第三带通滤波器F3。第二前置放大器A2的输出端连接的带通滤波器分别为第四带通滤波器F4、第五带通滤波器F5、第六带通滤波器F6。
从图3可以看出，每个感应线的输出端连接一个前置放大器，当感应线的条数很多时，电路结构将非常复杂，为了降低电路结构的复杂性，本发明还提供了一种实施例。参见图4，该图为本发明提供的互感式电容性触摸屏实施例三电路图。
与实施例二相比，本实施例在所有感应线的前置放大器的输出端，通过与感应线数目相等的选择开关连接至一移位寄存器，降低了带通滤波器的个数。
如图4所示，本实施例中包括三条驱动线Y1、Y2、Y3，两条感应线X1、X2，与感应线输出端连接的第一前置放大器A1和第二前置放大器A2，与前置放大器输出端串连的第一选择开关S1、第二选择开关S2，以及移位寄存器SR。
所述移位寄存器SR的输出信号分别连接每个所述选择开关的控制栅极，如图连接第一选择开关S1和第二选择开关S2的控制栅极；移位寄存器SR通过控制第一选择开关S1和第二选择开关S2的导通和断开来选择通过前置放大器放大的感应线X1和X2的感应信号。通过移位寄存器SR输出的脉冲信号的相位依次延迟预定的周期，依次选通选择开关，这样感应线的感应信号仅通过一组带通滤波器F1、F2、F3即可，用一组带通滤波器F1、F2、F3分离出三条驱动线Y1、Y2、Y3上的不同频率。这样可以省去图3中的A2对应的三个带通滤波器F3、F4、F5，即仅需要一组带通滤波器即可实现检测触摸位置的目的，降低了电路的复杂性，同时也降低了控制难度，节省了成本。
为进一步降低电路结构的复杂性，本发明还提供了一种实施例。参见图5，该图为本发明提供的互感式电容性触摸屏实施例四电路图。
本实施例在感应线的输出端添加了移位寄存器SR，这样所有感应线的输出端仅连接同一个前置放大器即可，同时也降低了带通滤波器的个数。
如图5所示，本实施例提供的触摸屏还包括移位寄存器SR，以及与所述感应线数目相等的选择开关；本实施例中有两条感应线X1和X2，因此对应两个选择开关，分别是第一选择开关S1和第二选择开关S2，所述前置放大器为一个；如图所示的前置放大器A。
每个所述感应线的输出端串联一个所述选择开关，如图所示的感应线X1的输出端串联第一选择开关S1，感应线X2的输出端串联第二选择开关S2；
所述移位寄存器SR的输出信号分别连接每个所述选择开关的控制栅极，如图连接第一选择开关S1和第二选择开关S2的控制栅极；SR通过控制第一选择开关S1和第二选择开关S2的导通和断开来选择感应线X1和X2输出的感应信号，所述感应线X1和X2输出的感应信号输入所述前置放大器A的反相输入端，所述前置放大器A的正相输入端连接偏置电压Vref。
移位寄存器SR输出的脉冲信号的相位依次延迟预定的周期，这样可以依次选通选择开关，使得感应线上的信号输出给前置放大器的反相输入端。因此，这样就可以节省前置放大器的数目，仅在所有感应线的输出端设置一个前置放大器即可。这样大大降低了电路的复杂性，同时也降低了控制难度，节省了成本。
同理，由于前置放大器数目的减少，连接在前置放大器输出端的带通滤波器的数目也随之减少。
需要说明的是，本实施例提供的互感式电容性触摸屏，每条所述感应线输出感应信号的端子通过薄膜晶体管基板上的过孔或者导电金球连接到所述选择开关的第一端，所有选择开关的第二端连接所述前置放大器的输入端。
下面结合图5来介绍一下本发明的工作原理。
例如第一列驱动线Y1上的驱动信号的频率f1为50kHz；
第二列驱动线Y2上的驱动信号的频率f2为60kHz；
第三列Y3上的驱动信号的频率f3为70kHz。
如果，带通滤波器分离出来的信号发现是60kHz的信号的幅度有变化，则可以推测出触摸的是第二列驱动线Y2上的某个位置。
如果此时的感应线的信号是来自第二选择开关S2，则可以判断出触摸的是第二行的感应线X2。因此，可以得出手指触摸的具体位置的坐标是（2，2）。
为了得到更宽的频率响应特性，本发明以上实施例中所述信号输出单元可以每隔预定时间跳变每列驱动线上驱动信号的频率。但是保持每次添加在每一列驱动线上的驱动信号和其他列驱动线上的驱动信号的频率都有足够的差别，使得后续的带通滤波器可以分离出不同频率的信号而没有来自其他列信号的串扰和干涉。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种互感式电容性触摸屏，其特征在于，包括：复数条驱动线和与所述驱动线直交的复数条感应线、前置放大器、信号输出单元、信号分离单元；
所述信号输出单元设置于所述驱动线的输入端，用于同时为所有的驱动线输出不同频率的驱动信号；
所述前置放大器设置于所述感应线的输出端，用于采集感应线上的感应信号，并将所述感应信号放大后输出给所述信号分离单元；
所述信号分离单元与所述前置放大器连接，用于分离出不同频率的感应信号，获得感应信号对应的驱动线的地址；
所述前置放大器还包括反馈网络，所述反馈网络包括并联的至少两个反馈支路，其中一个反馈支路包括电阻，其余反馈支路包括串联的电阻和开关，通过控制开关的导通和断开来改变该反馈网络的电阻值；
所述前置放大器还包括补偿网络，所述补偿网络包括补偿电阻，所述前置放大器的反相输入端通过所述补偿电阻连接补偿信号源。
2.根据权利要求1所述的互感式电容性触摸屏，其特征在于，每条所述感应线的输出端连接一个所述前置放大器。
3.根据权利要求2所述的互感式电容性触摸屏，其特征在于，还包括移位寄存器，以及与所述感应线数目相等的选择开关；
每个所述前置放大器的输出端连接一个所述选择开关的第一端，每个所述选择开关的第二端均连接信号分离单元；
所述移位寄存器的输出信号分别连接每个所述选择开关的控制栅极。
4.根据权利要求1所述的互感式电容性触摸屏，其特征在于，所述前置放大器的正相输入端连接偏置电压，所述前置放大器的反相输入端连接对应感应线的输出端。
5.根据权利要求1所述的互感式电容性触摸屏，其特征在于，还包括移位寄存器，以及与所述感应线数目相等的选择开关，所述前置放大器为一个；
每个所述感应线的输出端串联一个所述选择开关，所述移位寄存器的输出信号分别连接每个所述选择开关的控制栅极，通过控制选择开关的导通和断开来选择感应线输出的感应信号，所述感应线输出的感应信号输入所述前置放大器的反相输入端，所述前置放大器的正相输入端连接偏置电压。
6.根据权利要求5所述的互感式电容性触摸屏，其特征在于，每条所述感应线输出感应信号的端子通过薄膜晶体管基板上的过孔或者导电金球连接到所述选择开关的第一端，所有选择开关的第二端连接所述前置放大器的反相输入端。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的互感式电容性触摸屏，其特征在于，所述信号输出单元为一个，用于为所有的驱动线输出不同频率的驱动信号；
或，
所述信号输出单元为多个，用于为对应的驱动线输出不同频率的驱动信号。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的互感式电容性触摸屏，其特征在于，所述信号输出单元每隔预定时间跳变每列驱动线上驱动信号的频率。
9.根据权利要求1所述的互感式电容性触摸屏，其特征在于，所述信号分离单元为带通滤波器，每个前置放大器的输出端连接的所述带通滤波器的个数与所述驱动线的个数相等。
10.根据权利要求1所述的互感式电容性触摸屏，其特征在于，所述信号输出单元为信号发生器。
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