CN103516329A - 一种基于电容屏触摸检测的降噪方法、设备和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种基于电容屏触摸检测的降噪方法、设备和系统，所述降噪方法包括：在检测时间段内，第一发送端向所有接收端发送第一扫描波形后，第二发送端向所有接收端发送第二扫描波形，所述第一扫描波形与第二扫描波形相位连续且频率相同；将所述接收端接收的信号经过解调后进行滤波。通过将扫描波形进行连续性处理，即相位连续且频率相同实现无间隙扫描，该扫描形式可在至少包含有两个扫描帧的检测时间段内形成一个连续的扫描信号，延长了扫描时间，提供给接收端连续稳定的信号量以提高滤波性能，克服了现有技术中加长发送端扫描时间的限制并在不增加发送端和接收端的设计复杂度的前提下实现降噪效果。

Description

一种基于电容屏触摸检测的降噪方法、设备和系统
技术领域
本发明涉及电容屏触摸检测技术领域，更具体地说，涉及一种基于电容屏触摸检测的降噪方法、设备和系统。
背景技术
电容屏是现阶段主流屏幕形式，广泛应用于手机、平板电脑等移动终端领域，电容屏的投射式电容屏类型中包含有自电容屏和互电容屏，以互电容屏为例，其结构中包括若干发送端TX和接收端RX，在对互电容屏进行触摸检测或检测互电容大小时，发送端发送一定幅度和频率的扫描波形，该扫描波形可为正弦波，方波或梯形波等，接收端接收到的信号将通过解调器进行信号幅度修整，所述幅度受发送端与接收端交汇点互电容大小的影响，所述互电容大小反映了触摸的位置。
当发送端的扫描波形混入干扰信号，如环境噪声、RF噪声或脉冲噪声后，将会传递到接收端影响接收端信号幅度的变化判断，从而导致测试结果不准确进而影响电容屏用户体验。正常的激励信号在接收端解调后输出固定频率的信号，如一直流信号，而所述干扰信号将会在解调后形成一定频率的交流信号，为了滤除所述交流信号，也就是针对电容屏的检测进行降噪的方法，一般是在解调前后进行滤波，滤波的性能决定了降噪的效果。
现有的一些滤波器通常被设计为累加器结构，由于累加器仅需要加法单元，滤波功能实现起来较为方便，累加器的性能取决于累和的时间长度，以低通滤波器中的累和器结构频谱特性分析结果可以获知，截止频率和高频衰减与累和时间的加长呈比例压缩，也就是随着累和时间的增长，滤波器性能将得到提升，而对于其他结构滤波器而言，由于带宽越窄的滤波器可达到较好的降噪性能，但因滤波器实现滤波功能需要经过一段时延后才能输出稳定数据，带宽越窄的滤波器时延越长，当输入的信号量相对较少时，滤波器将无法得到理想的滤波效果，影响输出信号的可靠性。基于上述情况，现有的降噪方法可通过加长发送端扫描时间或增加扫描通道的方式，即增加参与滤波过程的信号量来提高降噪性能，而所述加长发送端扫描时间由于扫描波形长度以及扫描帧长度的限制而使信号量增加受到限制，且所述增加扫描通道的方式由于需要控制同时扫描及解调等进程而存在增加发送端和接收端的设计复杂度的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于电容屏触摸检测的降噪方法、设备和系统，通过延长发送端扫描时间及改善滤波器结构，以实现增强滤波器的滤波性能从而提高电容屏触摸检测时的降噪效果。
一种基于电容屏触摸检测的降噪方法，包括：
在检测时间段内，第一发送端向所有接收端发送第一扫描波形后，第二发送端向所有接收端发送第二扫描波形，所述第一扫描波形与第二扫描波形相位连续且频率相同；
将所述接收端接收的信号经过解调后进行滤波。
为了完善上述方案，可优选：
所述检测时间段为若干扫描波形的组合、一个扫描帧或多个扫描帧。
所述各发送端发出的扫描波形时间均相同。
所述第一发送端与第二发送端为电容屏上的顺序发送端。
优选地：
将所述接收端接收的信号经过解调后进行滤波具体为：
将所述接收端接收的信号经过解调后进行一级预滤波，生成一级滤波信号；
将所述一级滤波信号发送至累和器中处理。
优选地：
将所述接收端接收的信号经过解调后进行滤波具体为：
将所述接收端接收的信号经过信号解调后进行一级预滤波，生成一级预滤波信号；
将所述一级预滤波信号依次经过第一累加器、二级预滤波器和第二累加器中进行处理。
优选地：
所述接收端将接收的信号经过解调后进行滤波具体为：
所述接收端接收的信号经过信号解调后进行一级预滤波，生成一级预滤波信号；
将所述一级预滤波信号依次经过第一累加器、二级预滤波器和第二累加器中进行处理，其中二级预滤波器具备低通特性和非线性滤波特性。
一种基于电容屏触摸检测的降噪设备，包括：
选通单元，用于控制在检测时间段内，第一发送端向所有接收端发送第一扫描波形后，第二发送端向所有接收端发送第二扫描波形，所述第一扫描波形与第二扫描波形相位连续且频率相同，所述检测时间段为若干扫描波形的组合、一个扫描帧或多个扫描帧；
解调器，用于将接收端接收到的信号进行解调；
滤波单元，用于将所述接收端接收的信号经过解调后进行滤波。
为了完善上述方案，可优选：
所述选通单元具体为选通开关并控制各发送端发出的扫描时间均相等。
优选地：
所述滤波单元包括：
一级预滤波器和累和器。
优选地：
所述滤波单元包括：一级预滤波器、第一累加器、二级预滤波器和第二累加器。
优选地：
所述滤波单元包括：一级预滤波器、第一累加器、二级预滤波器和第二累加器，其中：
所述二级预滤波器包括：非线性滤波单元和低通滤波单元。
一种基于电容屏触摸检测的降噪系统，其特征在于，包括：上述基于电容屏触摸检测的降噪设备。
从上述的技术方案可以看出，本发明实施例通过将扫描波形进行连续性处理，即相位连续且频率相同实现无间隙扫描，该扫描形式可在至少包含有两个扫描帧的检测时间段内形成一个连续的扫描信号，延长了扫描时间，提供给接收端连续稳定的信号量以提高滤波性能，克服了现有技术中加长发送端扫描时间的限制并在不增加发送端和接收端的设计复杂度的前提下实现降噪效果，进一步地，本发明实施例中公开了结构及性能改良的滤波器，配合上述降噪方法达到有效可靠的降噪效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种基于电容屏触摸检测的降噪方法流程图；
图2为本发明实施例公开的一种基于电容屏触摸检测的降噪方法波形图；
图3为本发明又一实施例公开的一种基于电容屏触摸检测的降噪方法流程图；
图4为本发明实施例公开的一种基于电容屏触摸检测的降噪设备结构示意图；
图5为本发明又一实施例公开的一种基于电容屏触摸检测的降噪设备结构示意图；
图6为本发明又一实施例公开的一种基于电容屏触摸检测的降噪设备结构示意图；
图7为本发明又一实施例公开的一种基于电容屏触摸检测的降噪设备结构示意图；
图8为本发明实施例公开的一种基于电容屏触摸检测的降噪系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种基于电容屏触摸检测的降噪方法、设备和系统，通过延长发送端扫描时间及改善滤波器结构，以实现增强滤波器的滤波性能从而提高电容屏触摸检测时的降噪效果。
在进行实施例的说明前需要明确的是：该降噪方法尤其适用于互电容型触摸响应的测试，但并不特别局限。
图1示出了一种基于电容屏触摸检测的降噪方法，包括：
步骤11：在检测时间段内，第一发送端向所有接收端发送第一扫描波形；
步骤12：第二发送端向所有接收端发送第二扫描波形，所述第一扫描波形与第二扫描波形相位连续且频率相同，所述检测时间段为若干扫描波形的组合、一个扫描帧或多个扫描帧；
在现有的检测方法场景下，以发送端TX顺序扫描的方式进行描述，也就是第一发送端与第二发送端为在电容屏的ITO层上顺序排列的两个发送端，假设总共有n个TX通道。那么TX1扫描之后，随后是TX2，TX3，，，，直至TXn。一个扫描帧的时间等于n个TX发送时间之和。对于现有的通道扫描情形来讲，每次扫描之间均会存在有间隙，在同一个接收端则不能构成连续信号，如果用滤波或其他方式处理该信号，也将无法得到滤波性能良好的输出，也就是降噪效果并不理想。在本实施例中，第一发送端和第二发送端在电容屏上的空间位置任意，需要用选通开关在合适的时间选通某个TX即可，每个TX的扫描时间可以相同也可以不同，只需要保持相位连续，频率相同即可。全部n个TX的扫描时间相加为一个扫描帧时间。需要说明的是，本实施例中可采取单个通道顺序扫描的形式，实现M个TX连续，M可以大于或者小于一个扫描帧TX总数量N，或者，TX的扫描顺序也可以是其他形式，即除顺序扫描TX1→TX2→TX3。。。之外，也可以是TX2→TX4→TX1。。。。等，并不特别局限。
如图2所示，第一扫描波形201和扫描波形202之间的扫描是完全相位连续的波形。对于同一个接收端RX上看来，接收到的扫描波形如203，是一个相位连续的，时间长度为一个扫描帧时间的扫描波。该波形经过解调器后，会成为一个直流信号205。如果在触摸信号下混入了噪声204，经过接收端解调器后，会变一个低频的交流信号206。传统的扫描方式，如果TX扫描之间有间隔，则直流信号205叠加交流信号206不构成连续信号，如果用滤波或其他方式处理该信号，还是无法得到正确的输出而影响检测的效果。
直流信号205叠加交流信号206构成了含有噪声的信号经过解调器后的输出。由于TX采用的是连续扫描，因此直流信号205叠加交流信号206的信号是一个连续信号，可以对其进行数字化滤波处理，如步骤13所述，由于直流信号205代表的直流分量是检测需要的波形，而交流信号206的交流成份是干扰检测结果的噪声，因而还需要进行滤波即可以达到降噪并输出正确波形的目的。
步骤13：将所述接收端接收的信号经过解调后进行滤波。
需要说明的是，所述接收端需要对发送端发出的扫描波形，也就是激励信号经对应通道触摸检测点耦合电容生成电荷信号，所述电荷信号转换放大后生成电压信号，所述电压信号将进行模数转换和信号解调，以及本步骤中所述的滤波。
对于滤波步骤13来说，滤波器是实现该步骤的硬件装置，结合背景技术中的累和器结构的滤波器或其他形式的滤波器来说，都需要足够的信号量才能保证良好的滤波性能，因而加长滤波器稳定输出的时间就达到了这一效果。即在无间隙扫描时可认为一个连续扫描信号，整个扫描帧以及不同帧间的数据，都可以无间隙连接起来用于恢复出连续稳定的噪声和有效信号，从而达到与延长扫描时间同样的效果。相比于现有技术中一些增加信号量的方法，本方法并不增加接收端和发送端的设计复杂度，而扫描时间则可以大大加长。
图3示出了又一种基于电容屏触摸检测的降噪方法，包括：
步骤31：在检测时间段内，第一发送端向所有接收端发送第一扫描波形；
步骤32：第二发送端向所有接收端发送第二扫描波形，所述第一扫描波形与第二扫描波形相位连续且频率相同；
步骤33：将所述接收端接收的信号经过解调后进行一级预滤波，生成一级滤波信号；
步骤34：将所述一级滤波信号发送至累和器中处理。
根据上述实施例的分析，如果噪声信号的频率非常接近TX的扫描频率，交流206的频率如果非常低将对低通滤波器的要求会非常高，则与滤波器对应的滤波过程也可能无法达到要求。本实施例中的滤波方法针对某些噪声的特点，进一步提升滤波过程来优化降噪功能。
进一步地，也可将所述一级滤波信号依次经过第一累加器、二级预滤波器和第二累加器中进行处理。
再进一步地，所述二级预滤波器具备低通特性和非线性滤波特性，所述特性的实现可通过软件实现也可通过硬件电路或模块实现，或软硬件结合的方式实现，然而并不局限。
上述针对滤波进程的硬件电路或模块实现机理将结合本说明书中图5-7的图示和说明进行详述分析。
图4示出了一种基于电容屏触摸检测的降噪设备，包括：
选通单元401，用于控制在检测时间段内，第一发送端向所有接收端发送第一扫描波形后，第二发送端向所有接收端发送第二扫描波形，所述第一扫描波形与第二扫描波形相位连续且频率相同，所述检测时间段为若干扫描波形的组合、一个扫描帧或多个扫描帧；
解调器402，用于将接收端接收到的信号进行解调；
滤波单元403，用于将所述接收端接收的信号经过解调后进行滤波。
从图7中可以看到其他配合上述部件完成检测的电路或模块，包括：放大器404、模数转换器ADC405，当然，解调器405也可以在模数转换器ADC之前设置，即，解调器也可以利用模拟方法实现，并不局限，对于本说明书中设备及系统的实施例均以数字方法（模数转换在先解调处理在后）阐述。
本设备中的选通单元可通过软件实现也可通过硬件电路或模块实现，或通过软硬件结合的方式实现，然而并不局限。所述滤波单元可采用累和器结构、在无间隙扫描时可认为一个连续扫描信号，整个扫描帧以及不同帧间的数据，都可以无间隙连接起来用于恢复出连续稳定的噪声和有效信号，从而达到与延长扫描时间同样的效果。相比于现有技术中一些增加信号量的方法，本方法并不增加接收端和发送端的设计复杂度，而扫描时间则可以大大加长。
图5示出了又一种基于电容屏触摸检测的降噪设备，包括：
选通单元501，用于控制在检测时间段内，第一发送端向所有接收端发送第一扫描波形后，第二发送端向所有接收端发送第二扫描波形，所述第一扫描波形与第二扫描波形相位连续且频率相同，所述检测时间段为若干扫描波形的组合、一个扫描帧或多个扫描帧；
解调器502，用于将接收端接收到的信号进行解调；
滤波单元503，用于将所述接收端接收的信号经过解调后进行滤波，所述滤波单元503包括：一级预滤波器5031和累和器5032。
如图所示，一级预滤波器5031和累和器5032串联后，滤波性能相比单独一级预滤波器的情况有所提高。在本实施例中由于信号量已经足够多，需要为滤波器提供必须的稳定时间，因此滤波器503可以采用累和器结构或者其他性能更优的滤波器，例如各种FIR或者IIR滤波器。可见，通过本发明方法，抗噪性能已经不再受扫描时间限制，从而能达到更好的抗噪效果。
图6示出了又一种基于电容屏触摸检测的降噪设备，包括：
选通单元601，用于控制在检测时间段内，第一发送端向所有接收端发送第一扫描波形后，第二发送端向所有接收端发送第二扫描波形，所述第一扫描波形与第二扫描波形相位连续且频率相同，所述检测时间段为若干扫描波形的组合、一个扫描帧或多个扫描帧；
解调器602，用于将接收端接收到的信号进行解调；
滤波单元603，用于将所述接收端接收的信号经过解调后进行滤波，所述滤波单元603包括：第一累加器6031、二级预滤波器6032和第二累加器6033，以及一级预滤波器6034。
在该实施例中，可以知道的是所述累和器一方面完成了一个低通滤波的作用，一方面也是一个降采样的过程，假设上一实施例中的累和器5032是一个N点累和，在该实施例中分解为第一累和器即P点累和器6031第二累和器6033即Q点累和器的串联，累和关系是N=P*Q。由于级联的滤波器交换位置不影响滤波效果，因此可以把其中第一累加器6031P点累和器提到二级预滤波器6032之前。由于第一累加器6031可以看做是一个P倍降采样，输入给二级预滤波器6032的信号采样率比输入给上一实施例中的累和器5032的信号采样率低了P倍，因此，二级预滤波器6032的复杂度会比上一实施例中的滤波单元503小，且功耗也会降低。通过本实施例的实现形式，在不影响整体降噪性能的基础上，将大大减少二级预滤波器6032的滤波器阶数，也降低了硬件开销。另外，根据级联特性，对第一累加器6031、二级预滤波器6032和第二累加器6033做任何调整或者合并的方式都是可行的。
采用本实施例的方法不但能对周期性噪声进行降噪，也能对脉冲噪声起作用（脉冲噪声在充电器中经常见到），经过第一预滤波的低通效果后脉冲噪声脉冲波形变得平滑，从而降低了脉冲干扰的影响降低其对触摸判断产生的影响。
图7示出了又一种基于电容屏触摸检测的降噪设备，包括：
选通单元701，用于控制在检测时间段内，第一发送端向所有接收端发送第一扫描波形后，第二发送端向所有接收端发送第二扫描波形，所述第一扫描波形与第二扫描波形相位连续且频率相同，所述检测时间段为若干扫描波形的组合、一个扫描帧或多个扫描帧；
解调器702，用于将接收端接收到的信号进行解调；
滤波单元703，用于将所述接收端接收的信号经过解调后进行滤波，所述滤波单元703包括：第一累加器7031、二级预滤波器7032和第二累加器7033，以及，一级预滤波器7034其中：所述二级预滤波器7032包括：非线性滤波单元70321和低通滤波单元70322。
为了加强二级预滤波器7032的预滤波效果，可使其兼具有低通特性和非线性滤波特性的混合滤波器。承接上一实施例中的脉冲噪声的例子进行说明，经过混合滤波后脉冲噪声的影响将被降到不会对正常电容屏产生影响的程度。同理，非线性滤波单元70321、低通滤波单元70322与第二累加器7033也可以合并或者交换设置。
图8示出了一种基于电容屏触摸检测的降噪系统，包括：基于电容屏触摸检测的降噪设备81和其他检测部件82。
所述降噪设备的结构和功能参见图1-7图示及其说明，不再赘述，其他检测设备可配合所述降噪设备完成触摸检测过程。
综上所述：
本发明实施例通过将扫描波形进行连续性处理，即相位连续且频率相同实现无间隙扫描，该扫描形式可在至少包含有两个扫描帧的检测时间段内形成一个连续的扫描信号，延长了扫描时间，提供给接收端连续稳定的信号量以提高滤波性能，克服了现有技术中加长发送端扫描时间的限制并在不增加发送端和接收端的设计复杂度的前提下实现降噪效果，进一步地，本发明实施例中公开了结构及性能改良的滤波器，配合上述降噪方法达到有效可靠的降噪效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的设备和系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (13)

1.一种基于电容屏触摸检测的降噪方法，其特征在于，包括：
在检测时间段内，第一发送端向所有接收端发送第一扫描波形后，第二发送端向所有接收端发送第二扫描波形，所述第一扫描波形与第二扫描波形相位连续且频率相同；
将所述接收端接收的信号经过解调后进行滤波。
2.如权利要求1所述的降噪方法，其特征在于，所述检测时间段为若干扫描波形的组合、一个扫描帧或多个扫描帧。
3.如权利要求1所述的降噪方法，其特征在于，所述各发送端发出的扫描波形时间均相同。
4.如权利要求1所述的降噪方法，其特征在于，所述第一发送端与第二发送端为电容屏上的顺序发送端。
5.如权利要求1所述的降噪方法，其特征在于，将所述接收端接收的信号经过解调后进行滤波具体为：
将所述接收端接收的信号经过解调后进行一级预滤波，生成一级滤波信号；
将所述一级滤波信号发送至累和器中处理。
6.如权利要求1所述的降噪方法，其特征在于，将所述接收端接收的信号经过解调后进行滤波具体为：
将所述接收端接收的信号经过信号解调后进行一级预滤波，生成一级预滤波信号；
将所述一级预滤波信号依次经过第一累加器、二级预滤波器和第二累加器中进行处理。
7.如权利要求1所述的降噪方法，其特征在于，所述接收端将接收的信号经过解调后进行滤波具体为：
所述接收端接收的信号经过信号解调后进行一级预滤波，生成一级预滤波信号；
将所述一级预滤波信号依次经过第一累加器、二级预滤波器和第二累加器中进行处理，其中二级预滤波器具备低通特性和非线性滤波特性。
8.一种基于电容屏触摸检测的降噪设备，其特征在于，包括：
选通单元，用于控制在检测时间段内，第一发送端向所有接收端发送第一扫描波形后，第二发送端向所有接收端发送第二扫描波形，所述第一扫描波形与第二扫描波形相位连续且频率相同，所述检测时间段为若干扫描波形的组合、一个扫描帧或多个扫描帧；
解调器，用于将接收端接收到的信号进行解调；
滤波单元，用于将所述接收端接收的信号经过解调后进行滤波。
9.如权利要求7所述的降噪设备，其特征在于，所述选通单元具体为选通开关并控制各发送端发出的扫描时间均相等。
10.如权利要求7所述的降噪设备，其特征在于，所述滤波单元包括：
一级预滤波器和累和器。
11.如权利要求7所述的降噪设备，其特征在于，所述滤波单元包括：一级预滤波器、第一累加器、二级预滤波器和第二累加器。
12.如权利要求7所述的降噪设备，其特征在于，所述滤波单元包括：一级预滤波器、第一累加器、二级预滤波器和第二累加器，其中：
所述二级预滤波器包括：非线性滤波单元和低通滤波单元。
13.一种基于电容屏触摸检测的降噪系统，其特征在于，包括：权利要求8-12任一项权利要求所述的降噪设备。
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