CN103593097A - 一种终端设备的触摸检测系统及终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了终端设备的触摸检测系统及终端设备，应用于电子设备技术领域。本发明实施例提供的触摸感应系统中，系统中在电容充/放电电路分别对互电容和自电容进行充电后；对于互电容和自电容的检测电路可以复用，即该电容充/放电电路连接到放大器，则自电容或互电容中的电荷通过放大器的输出端和一个输入端之间的电容转移到输出端，且通过放大器另一输入端连接的基准信号源，使得信号处理单元能有效地根据放大器输出端输出的电压，确定对终端设备电容触摸屏的触摸。使得在触摸检测的过程中，不需要用不同电路来检测互电容和自电容，这样简化了终端设备中对用户触摸电容触摸屏进行检测的结构。

Description

一种终端设备的触摸检测系统及终端设备

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，特别涉及终端设备的触摸检测系统及终端设备。

背景技术

现有的电容式触摸屏的终端设备中包括电容触摸屏和触摸检测电路，该电容触摸屏中包括露在终端设备外面且用户可见的触摸外壳和用来感应用户对电容触摸屏触摸的感应电极，其中感应电极与终端设备的系统地之间形成自电容，不同极的感应电极之间形成互电容，这样当用户对触摸外壳触摸时，在该触摸外壳下设置的感应电极的自电容和互电容会发生变化，而触摸检测电路则通过对感应电极的自电容和/或互电容的变化的检测，从而确定用户对终端设备的电容触摸屏的触摸。但是现有技术中在对自电容和互电容检测时，需要通过不同的触摸检测电路进行检测，这样会占用终端设备的一定空间，且结构繁琐。

发明内容

本发明实施例提供终端设备的触摸检测系统及终端设备，简化了终端设备中对用户触摸电容触摸屏进行检测的结构。

本发明实施例提供一种终端设备的触摸检测系统，应用于包括电容触摸屏的终端设备中，所述电容触摸屏包括多对感应电极和触摸外壳，所述触摸检测系统包括：电容充/放电电路，放大器、信号处理单元和控制电路；

所述电容充/放电电路包括连接所述感应电极的电极连接端，用于对所述感应电极的自电容和互电容进行充电和放电；

所述电容充/放电电路的一个电极连接端连接到所述放大器的一个输入端，所述放大器的输出端通过一个电容连接到所述放大器的一个输入端，所述放大器的另一个输入端连接基准信号源；

所述放大器的输出端连接到所述信号处理单元，所述信号处理单元用于根据所述放大器输出端输出的信号，确定对所述电容触摸屏的触摸；

所述控制电路，用于控制所述电容充/放电电路对所述感应电极的自电容和/或互电容的充电和放电。

本发明实施例提供一种终端设备，包括电容触摸屏和触摸检测系统的终端设备中，所述电容触摸屏包括多对感应电极和触摸外壳，所述多对感应电极中的一对感应电极分别连接所述触摸检测系统的两个电极连接端；

所述触摸检测系统包括：电容充/放电电路，放大器、信号处理单元和控制电路；

所述电容充/放电电路包括连接所述感应电极的电极连接端，用于对所述感应电极的自电容和互电容进行充电和放电；

所述电容充/放电电路的一个电极连接端连接到所述放大器的一个输入端，所述放大器的输出端通过一个电容连接到所述放大器的一个输入端，所述放大器的另一个输入端连接基准信号源；

所述放大器的输出端连接到所述信号处理单元，所述信号处理单元用于根据所述放大器输出端输出的信号，确定对所述电容触摸屏的触摸；

所述控制电路，用于控制所述电容充/放电电路对所述感应电极的自电容和/或互电容的充电和放电。

本发明实施例提供的触摸感应系统中，通过电容充/放电电路的电极连接端可以连接终端设备中触摸外壳下设置的感应电极，能对连接的感应电极的自电容和互电容进行充电和放电；该电容充/放电电路连接到放大器，则自电容或互电容中的电荷通过放大器的输出端和一个输入端之间的电容转移到输出端，且通过放大器另一输入端连接的基准信号源，使得信号处理单元能有效地根据放大器输出端输出的电压，确定对终端设备电容触摸屏的触摸；且系统中由控制电路控制电容充/放电电路对感应电极的自电容和/或互电容的充电和放电。系统中在电容充/放电电路分别对互电容和自电容进行充电后，对于互电容和自电容的检测电路可以复用，使得在触摸检测的过程中，不需要用不同电路来检测互电容和自电容，这样简化了终端设备中对用户触摸电容触摸屏进行检测的结构；同时不会出现由于采用不同电路检测互电容和自电容时，两个电路会产生电荷分享而导致对互电容和自电容的检测相互影响的问题，采用本发明实施例的触摸检测系统可以提高检测的灵敏度。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的终端设备中电容触摸屏的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种终端设备的触摸检测系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种终端设备的触摸检测系统的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的触摸检测系统中滤波电路的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种终端设备的触摸检测系统的结构示意图；

图6是本发明实施例的触摸检测系统中控制电路进行控制的示意图；

图7是本发明实施例提供的一种终端设备的结构示意图。

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。

本发明实施例提供一种触摸检测系统，主要应用于电容式的触摸屏终端设备，这类终端设备包括如图1所示的电容触摸屏，该电容触摸屏可以包括触摸外壳101，及多对感应电极102和103，每一对感应电极的极性互异且能形成互电容，在触摸外壳101下的空间中，在X方向设置有上述的多个感应电极102，在Y方向设置有上述的多个感应电极103。

其中某一感应电极102和与其位置相近的且极性互异的另一个感应电极103之间形成互电容(图1中虚线画的电容表示不是实际的电容，是由于实际器件的位置所形成的电容)，而感应电极102和103分别与终端设备的系统地之间形成自电容。这样当触摸体100(可以是手指或触摸笔等)对触摸外壳101触摸时，由于触摸体100也连接地，则设置于触摸外壳101之下的感应电极102和103分别与触摸体100连接的地之间也会形成电容，使得感应电极102和103的自电容发生变化，采用本发明实施例提供的触摸检测系统可以对自电容进行检测，从而确定对电容触摸屏的触摸；同时，当触摸体100对触摸外壳101触摸时，触摸体100与地之间的电容会吸收感应电极102和103之间电场的一部分电力线，使得感应电极102和103之间的互电容减小，采用本发明实施例提供的触摸检测系统还可以对互电容进行检测，从而确定对电容触摸屏的触摸。

参考图2所示，本发明实施例提供的触摸检测系统可以包括：电容充/放电电路200、放大器201、信号处理单元202和控制电路203，其中：

电容充/放电电路200包括连接上述感应电极的电极连接端，用于对感应电极的自电容和互电容进行充电和放电。

电容充/放电电路200的一个电极连接端连接到(这里的连接到可以指直接连接或间接连接)放大器201的其中一个输入端a，放大器201的输出端b通过一个电容204连接到放大器201的一个输入端a，放大器201的另一个输入端连接基准信号源205。

可以理解，上述电容充/放电电路200可以包括自电容充/放电电路和互电容充/放电电路，在自电容充/放电电路中第一输入信号源连接到电极连接端，这样第一输入信号源即可对电极连接端连接的感应电极102(或103)与终端设备中的系统地之间形成的自电容充电；在互电容充/放电电路中第二输入信号源连接到一个电极连接端，则与该电极连接端连接的感应电极102(或103)，和与该电容充/放电电路200中连接到放大器201的电极连接端连接的感应电极103(或102)的极性互异且形成互电容，这样第二输入信号源可以对感应电极102和103之间形成的互电容充电。

放大器201是为了在自电容或互电容放电的过程中，将与放大器201的一个输入端a连接的电压拉到与基准信号源205的电压相等或近似相等，又由于放大器201的输出端与该输入端a之间连接了电容204，在电容204充电和放电的过程中使得该输入端a的电荷变化量可以转移到放大器201输出端，从而使得放大器201输出的电压是在基准信号源205的电压基础上变化的，且起到电压放大的作用，这样信号处理单元202就可以有效地根据放大器201输出端输出的信号进行相应的处理，而不会由于转移到信号处理单元202的信号过于微弱而无法进行处理。上述基准信号源205是一个直流的电压信号源。

放大器201的输出端连接到信号处理单元202，该信号处理单元202用于根据放大器201输出端输出的信号，确定对上述终端设备中电容触摸屏的触摸。由于电容充/放电电路200包括的电极连接端连接的感应电极的自电容和互电容是随着触摸体100对电容触摸屏的触摸而变化的，则在触摸和未触摸的两种情况下转移到放大器201输出端的电荷量不同，具体体现为在同一段时间内，在未触摸电容触摸屏时放大器201输出电压的变化量，与在触摸电容触摸屏时放大器201输出电压的变化量不同。因此信号处理单元202可以对放大器201输出端在一段时间内输出的电压变化量进行检测，如果该电压变化量在预置的范围内，则说明有触摸体100对终端设备的电容触摸屏进行触摸，且根据发生变化的互电容或自电容对应感应电极在触摸外壳101下设置的位置来确定触摸体100对电容触摸屏触摸的位置。

且信号处理单元202在确定对上述终端设备中电容触摸屏的触摸前，可以将放大器201输出的信号进行模数转换后，转化为数字信号，然后再根据数字信号来确定。

控制电路203，用于控制电容充/放电电路200对感应电极的自电容和/或互电容的充电和放电，比如可以控制当电容充/放电电路200中连接的感应电极102(或103)的自电容充电时，不对该感应电极的互电容充电等，或者控制电容充/放电电路200对感应电极的自电容和互电容同时进行充电。

可以理解，上述电容充/放电电路200对自电容和/或互电容进行充电之后，控制电路203可以控制电容充/放电电路200对自电容和/或互电容进行放电，进一步地，为了方便控制电路203进行放电的控制，可以在电容充/放电电路200的一个电极连接端与放大器201的一个输入端之间可以连接一个放电选择电路(图中未示出)，这样控制电路203可以控制该放电选择电路选择电容充/放电电路200对感应电极形成的自电容或互电容进行放电，具体实现过程中可以通过连接在电路中的开关来实现放电选择电路。控制电路203可以控制放电选择电路分时地选择，比如让放电选择电路在一段时间内选择电容充/放电电路200对自电容放电，另一段时间内选择电容充/放电电路200对互电容放电。

进一步地，在具体实现的过程中，可以在电容204上并联一个开关206，这样控制电路203还需要连接到该开关206的控制端，控制开关206闭合后，对电容204进行复位，即使得电容204放电归零。如果在与电容充/放电电路200连接的感应电极的自电容或互电容进行放电转移电荷的过程中，控制电路203可以控制开关206断开，使得通过放大器201和电容204形成电荷转移电路。

需要说明的是，上述的触摸检测系统中从电容充/放电电路200到放大器201输出端之间的结构只是针对终端设备的触摸外壳101下设置的形成互电容的一对感应电极102和103来说明的，在实际应用中在触摸外壳101下需要设置多对这样的感应电极，则可以在每一对感应电极上连接如上述电容充/放电电路200到放大器201输出端的结构。为了简化终端设备的结构，可以将一个电容充/放电电路200可以连接多对感应电极，则在电容充/放电电路200中包括多对感应电极的自电容和互电容的充/放电电路，而控制电路203控制电容充/放电电路200分时为不同感应电极的自电容或互电容充电，然后再通过放大器201和电容204来转移自电容或互电容中的电荷，最终由信号处理单元202分别对与各个感应电极相对的触摸外壳101的触摸进行检测，这样多对感应电极对应上述电容充/放电电路200到放大器201的结构。

可见，本发明实施例提供的触摸感应系统中，通过电容充/放电电路的电极连接端可以连接终端设备中触摸外壳下设置的感应电极，能对连接的感应电极的自电容和互电容进行充电和放电；该电容充/放电电路连接到放大器，则自电容或互电容中的电荷通过放大器的输出端和一个输入端之间的电容转移到输出端，且通过放大器另一输入端连接的基准信号源，使得信号处理单元能有效地根据放大器输出端输出的电压，确定对终端设备电容触摸屏的触摸；且系统中由控制电路控制电容充/放电电路对感应电极的自电容和/或互电容的充电和放电。系统中在电容充/放电电路分别对互电容和自电容进行充电后，对于互电容和自电容的检测电路可以复用，使得在触摸检测的过程中，不需要用不同电路来检测互电容和自电容，这样简化了终端设备中对用户触摸电容触摸屏进行检测的结构；同时不会出现由于采用不同电路检测互电容和自电容时，两个电路会产生电荷分享而导致对互电容和自电容的检测相互影响的问题，采用本发明实施例的触摸检测系统可以提高检测的灵敏度。

参考图3所示，在一个具体的实施例中，触摸检测系统出了可以包括如图2所示的结构外，还可以包括电荷分担电容207和滤波电路209，其中：

电荷分担电容207的一端连接上述放大器201的一个输入端即连接电容充/放电电路200的电极连接端的一个输入端，电荷分担电容207的另一端连接参考信号源208；而控制电路203需要控制参考信号源208的高低电压切换，具体地，当互电容或自电容开始放电时，控制电路203可以控制参考信号源208从高电压切换为低电压，使得自电容或互电容的一部分电荷由电荷分担电容207来分担，这样转移到放大器201输出端的电荷减小，则通过电荷分担电容207可以将放大器201输出端的电压变化量控制在一定的范围内，信号处理单元202可以更有效地确定对电容触摸屏的触摸。

系统中的放大器201是通过上述的滤波电路209连接到信号处理单元202的，该滤波电路209可以对放大器201输出的信号进行滤波。放大器201输出信号21的波形图如图4所示，在刚开始的一段时间内，信号幅度V1大，越到后面幅度V2越小，假设这段时间内噪声的干扰幅度是一样的，则后面的采样点的信噪比会比前面的采样点的差，通过滤波电路209的滤波器信号29对前面的采样点响应增益大，后面的采样点响应增益小来保证多次采样的信噪比，滤波电路209在具体滤波时，可以通过如高斯窗、塔基窗(Tukey)等滤波处理方法，在此不进行赘述。

以下以一个具体的实施例来说明本发明实施例提供的触摸检测系统进行说明，参考图5所示，触摸检测系统中的电容充/放电电路包括电极连接端c和d，且电容充/放电电路中包括自电容充/放电电路主要由第一输入信号源300和开关301组成，该第一输入信号源300通过开关301连接电极连接端c，该电极连接端c是用来连接感应电极102的，且自电容充/放电电路用来对感应电极102与终端设备的系统地之间形成的自电容401进行充电和放电；电容充/放电电路中的互电容充/放电电路主要包括第二输入信号源302，该第二输入信号源302连接到一个电极连接端c，另一电极连接端d连接到放大器201的一个输入端a，该电极连接端d是用来连接感应电极103的，且互电容充/放电电路用来对感应电极102和103之间形成的自电容402进行充电和放电。

系统中在电容充/放电电路的一个电极连接端c与放大器201的一个输入端a之间连接有放电选择电路，该放电选择电路包括开关304，用来选择通过自电容401或互电容402进行放电；且系统中在滤波电路209与信号处理单元202之间还包括数模转化器(A/D)210，用于将滤波电路209输出的模拟信号转化为数字信号。系统中的其它结构如上述实施例中所述，在此不进行赘述，系统中的控制电路(图5中未示出)可以对开关301、开关304和开关206的断开和闭合进行控制，且可以对第一输入信号源300和第二输入信号源302、参考信号源208和基准信号源205的信号源进行控制，在控制电路的控制下，该系统可以对互电容402和自电容401进行检测，从而确定触摸体100对终端设备的电容触摸屏的触摸。具体地：

(1)当控制电路控制第二输入信号源302不提供信号源，则系统进入自电容的检测模式。

在自电容的检测模式中，控制电路可以按照如图6所示的示意图进行控制，在t1时间段，控制电路控制开关304断开，开关301闭合和开关206闭合，且控制参考信号源208为高电压V_refp，第一输入信号源300提供信号源，这种情况下，通过第一输入信号源300对自电容401进行充电，电容204进行复位，这样在自电容401上储存电荷Q_t＝V_ddh·C_t，其中V_ddh为第一输入信号源300的电压值，C_t为自电容401的电容值。

在t2时间段，控制电路控制开关301断开，开关304闭合和开关206断开，并将参考信号源208拉到低电压V_refn。则在接下来的t3时间段，自电容401放电，且自电容401上的电荷变化量为ΔQ_t＝(V_ddh-V_ref)·C_t，其中V_ref为基准信号源205的电压值；自电容401上的一部分电荷转移到电荷分担电容207上，另一部分通过放大器201的一个输入端a及电容204转移到放大器201的输出端b，则在电荷分担电容207上电荷的变化量为：ΔQ_b＝(V_refp-V_refn)·C_b，其中C_b为电荷分担电容207的电容值，在电容204上的电荷变化量为：ΔQ_f＝ΔQ_t-ΔQ_b＝(V_ddh-V_ref)·C_t-(V_refp-V_refn)·C_b，最终得到放大器201输出端b的电压变化量为 $\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{out}}=(V_{\mathrm{ddh}}-V_{\mathrm{ref}})\·\frac{C_t}{C_f}-(V_{\mathrm{refp}}-V_{\mathrm{refn}})\·\frac{C_b}{C_f},$ 其中C_f为电容204的电容值。

当触摸体100对电容触摸屏的触摸外壳101进行触摸时，在触摸外壳101的触摸点下设置感应电极102的自电容401发生变化，其电容值记为Cty，假设在触摸体100没有触摸该触摸外壳101的触摸点时，感应电极102的自电容401的电容值记为Ctn。则触摸体100对电容触摸屏无触摸时，放大器201输出端b的电压变化量为 $\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{outn}}=(V_{\mathrm{ddh}}-V_{\mathrm{ref}})\·\frac{C_{\mathrm{tn}}}{C_f}-(V_{\mathrm{refp}}-V_{\mathrm{refn}})\·\frac{C_b}{C_f}$ (称为raw data)；触摸体100对电容触摸屏触摸时，放大器201输出端b的电压变化量为 $\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{ouy}}=(V_{\mathrm{ddh}}-V_{\mathrm{ref}})\·\frac{C_{\mathrm{ty}}}{C_f}-(V_{\mathrm{refp}}-V_{\mathrm{refn}})\·\frac{C_b}{C_f},$ 则信号处理单元202检测到电压变化值在一定的范围内(ΔV_outy附近)变化时，则说明触摸体100对终端设备的电容触摸屏进行触摸；在触摸和未触摸的两种情况下输出端b的电压变化差值(称为differ值)为

则该differ值越大，自电容401在两种情况下的变化越大，则对触摸的检测也越精确。

为了增大differ值，一种方法是增加第一输入信号源300的电压值Vddh，这就需要高压工艺，会增加芯片的成本；另外一个方法是减小电容204的电容值，同时可以减小芯片的面积，但抗噪声的能力会减弱，放大器201的输出容易饱和，因此，上述两种方法需要折中考虑。但是不管采用哪种方法，在增加differ值的同时，也会增加raw data的值，而通过电荷分担电容207分担部分自电容的电荷的方法，可以减小raw data的值，最终将differ值和raw data的值控制在合理的范围内。

(2)当控制电路控制第一输入信号源300不提供信号源，第二输入信号源302提供信号源，且开关304断开，则系统进入互电容的检测模式，对于互电容402的检测过程与自电容401的检测过程类似，在此不进行赘述。

综上所述，本发明实施例的触摸检测系统中对于自电容和互电容的检测电路的复用，简化了对终端设备中电容触摸屏的触摸进行检测的结构。

本发明实施例还提供一种终端设备，结构示意图如图7所示，包括电容触摸屏和触摸检测系统的终端设备中，电容触摸屏包括多对感应电极，及触摸外壳101，多对感应电极中的一对感应电极101和102的极性互异能形成互电容，且分别连接触摸检测系统的两个电极连接端，该触摸检测系统的具体结构如上述实施例中的触摸检测系统所示，在此不进行赘述。

以上对本发明实施例所提供的终端设备的触摸检测系统及终端设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种终端设备的触摸检测系统，其特征在于，应用于包括电容触摸屏的终端设备中，所述电容触摸屏包括多对感应电极和触摸外壳，所述触摸检测系统包括：电容充/放电电路，放大器、信号处理单元和控制电路；

所述电容充/放电电路包括连接所述感应电极的电极连接端，用于对所述感应电极的自电容和互电容进行充电和放电；

所述电容充/放电电路的一个电极连接端连接到所述放大器的一个输入端，所述放大器的输出端通过一个电容连接到所述放大器的一个输入端，所述放大器的另一个输入端连接基准信号源；

所述放大器的输出端连接到所述信号处理单元，所述信号处理单元用于根据所述放大器输出端输出的信号，确定对所述电容触摸屏的触摸；

所述控制电路，用于控制所述电容充/放电电路对所述感应电极的自电容和/或互电容的充电和放电。

2.如权利要求1所述的触摸检测系统，其特征在于，所述系统还包括电荷分担电容，所述电荷分担电容的一端连接所述放大器的一个输入端，另一端连接参考信号源；

所述控制电路，还用于控制所述参考信号源的高低电压切换。

3.如权利要求1或2所述的触摸检测系统，其特征在于，所述电容充/放电电路包括自电容充/放电电路和互电容充/放电电路；

所述自电容充/放电电路包括第一输入信号源，所述第一输入信号源连接到一个电极连接端；

所述互电容充/放电电路包括第二输入信号源，所述第二输入信号源连接到一个电极连接端，与该电极连接端连接的感应电极，和与连接到所述放大器一个输入端的电极连接端连接的感应电极的极性互异。

4.如权利要求1或2所述的触摸检测系统，其特征在于，所述系统还包括放电选择电路，其中：

所述电容充/放电电路的一个电极连接端通过所述放电选择电路连接到所述放大器的一个输入端；

所述控制电路，还用于控制所述放电选择电路选择所述电容充/放电电路对所述感应电极形成的自电容或互电容进行放电。

5.如权利要求1或2所述的触摸检测系统，其特征在于，还包括滤波电路，所述放大器的输出端通过所述滤波电路连接到信号处理单元；

所述滤波电路对所述放大器输出的信号进行滤波。

6.一种终端设备，其特征在于，包括电容触摸屏和触摸检测系统的终端设备中，所述电容触摸屏包括多对感应电极和触摸外壳，所述多对感应电极中的一对感应电极分别连接所述触摸检测系统的两个电极连接端；

所述触摸检测系统是如权利要求1至5任一项所述的触摸检测系统。

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