CN103713784A - 电容式触摸检测电路、装置及其防污渍致误识别的方法 - Google Patents

Abstract

一种电容式触摸检测电路、装置及其防污渍致误识别的方法，其中，电容式触摸检测电路包括用来选中触摸检测通道进行输入电容检测的多路开关阵列，产生并输出激励信号将输入电容的容值调制并转换成电压信号的激励信号源，接收并处理所述电压信号以输出检测结果的信号处理单元；电容式触摸检测电路装置还包括与该电容式触摸检测电路相接的电容式触摸单元及数字信号处理器；尤其是，本发明还采用虚拟感应技术来将所述电压信号复制输往部分或全部非选中的触摸检测通道。采用本发明可消除寄生耦合电容对测试的影响，避免了产生误识别触摸事件，具有简易易行的优点。

Description

电容式触摸检测电路、装置及其防污渍致误识别的方法

技术领域   本发明涉及输入检测技术，特别涉及触摸输入设备的输入检测，尤其涉及电容触摸输入电容的检测电路及方法。 

背景技术    随着生活水平提高和技术发展，人们生活的每一个角落都充斥着电子产品，尤其是计算机相关设备，如个人电脑、键盘、鼠标、游戏机、智能手机等大量涌现。出于显示屏最大化、输入界面更友善、外观更美观等各种需求，这些计算机相关设备普遍采用触摸产品作为其输入设备，因此各种触摸检测技术被诸多公司所研究并相继推出。 

早期触摸产品主要采用设计简单、价格低廉的电阻式触摸检测输入技术。该技术采用压敏电阻，利用外界压力产生的机械形变来改变压敏电阻的阻值，从而依据压敏电阻的变化来检测触摸。该技术需要在触摸屏上配置软的弹性装置，以便压力释放后机械形变得以恢复，因此该技术的不足之处在于：因弹性装置用久老化易导致按键失灵；且同一时刻只能检测到单点输入，不能识别多点触摸；同时电阻式触摸屏限于其制作材料使得屏幕的透光率不高。 

    基于电阻式触摸检测输入技术的诸多缺点，近几年人们转而研究电容触摸检测输入技术，使得各种电容式触摸屏或触摸键检测输入设备蜂拥而出。现有电容式触摸屏/键主要采用自电容检测触摸输入或互电容检测触摸输入技术。自电容检测是将电容的一端接地，从电容的另一端发送信号并接收回送信号来检测电容变化，从而判断识别是否有触摸输入。因此自电容检测在检测单个电容的变化只需要使用芯片的一个IO端口，具有IO端口占用少的优点；此外，使用该检测技术的触摸屏可以用单层导电材料来实现，屏的生产成本低。互电容检测则是在电容的一端发射信号，从电容的另一端接收信号来检测电容的变化，从而判断识别是否有触摸输入。因此互电容检测在检测单个电容的变化需要芯片的两个IO端口，占用IO端口相对较多；同时使用该检测技术的触摸屏需要用两层导电材料才可实现，制作屏的成本相对高昂。 

    上述现有技术的不足之处在于，使用电容检测技术的触摸屏都存在容易因触摸表面污渍（例如但不限于水或油污造成）导致误动作之通病，以水为例，除非触摸表面存在的是水雾或者该触摸表面有水但要将水擦除。正常情况下，触摸表面有水滴或一片水则能导致触摸检测设备误以为有触摸事件发生而产生误动作，这给终端用户带来使用上的不便，限制了触摸屏应用环境。与电阻式触摸检测输入技术相比，虽然采用电容触摸检测输入技术的输入设备具有可支持多点触摸识别、触摸信噪比高等优点，却也不易解决包括水或油污在内的污渍导致触摸误识别问题。如今触摸相关产品日趋成熟，对触摸检测技术要求越来越高，如何防止污渍致误识别及提高检测信噪比是电容触摸检测输入设备迫切需要解决的问题。 

发明内容    本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足之处，而提出一种电容式触摸检测电路、装置及方法，以达到防污渍致误识别之目的。 

为解决上述技术问题，本发明的基本构思为：基于电容检测过程中采用的是“扫描”式原理，同一时间被检测点与后端检测处理电路建立起选中通道的话，则该被检测点的周边各点处于非选中通道中，当该被检测点上方临接污渍边缘时，则容易在选中通道与非选中通道之间形成耦合电容，进而产生误识别，为此，消除污渍存在情况下耦合电容对检测的影响是本发明构思方向，从而提出采用虚拟感应技术来将正在检测的选中通道上的电压波形复制至其他暂时没有检测的非选中通道上，以消除选中通道与非选中通道的耦合电容。 

作为实现本发明构思的技术方案是，提供一种电容式触摸检测电路，包括多路开关阵列，连接有n个触摸输入节点来形成n个触摸检测通道并受控选中一触摸检测通道来连接激励信号源，n代表2或2以上的自然数；所述激励信号源产生并输出一激励信号往该被选中的触摸检测通道，来将输入电容的容值调制并转换成电压信号；信号处理单元，接收并处理所述电压信号及输出检测量结果；尤其是，所述多路开关阵列包括n个至少二选一开关，各个选择端与所述n个触摸输入节点一一对应连接，各个第一输入端并联连接所述激励信号源的输出端，各个控制端受控于输入该电容式触摸检测电路的控制数据；该各个第一输入端还并联连接一虚拟感应装置的输入端，所述n个至少二选一开关的各个第二输入端并联连接该虚拟感应装置的输出端，从而该虚拟感应装置复制所述电压信号并通过相应切换的开关送至全部或部分非选中通道上。 

上述方案中，所述多路开关阵列所包括的开关为三选一开关，各个第三输入端并联连接到地。所述信号处理单元包括低通滤波器，该低通滤波器的输入端连接并联着的所述各个第一输入端，该低通滤波器的输出端连接一模拟比较器的正输入端；该模拟比较器的负输入端接一参考电压，输出端连接一数字比较单元的输入端；该数字比较单元的输出所述检测量结果。所述激励信号源包括一数模转换器，该数模转换器的输入端连接所述数字比较单元的输出端，输出端连接并联着的所述各个第一输入端。所述数字比较单元的时钟端口连接一定时装置，由该定时装置提供当前电容检测的放电时间和积分时间。 

上述方案中，所述电容式触摸检测电路被集成于一集成电路中。 

作为实现本发明构思的技术方案还是，提供一种电容式触摸检测装置，包括具有n个触摸节点的电容式触摸单元，控制对该n个触摸节点的输入电容进行检测的数字信号处理器；尤其是，还包括本发明电容式触摸检测电路，该电容式触摸检测电路的n个触摸输入节点与所述n个触摸节点一一对应连接；所述数字信号处理器连接该电容式触摸检测电路以接收所述检测量结果及输送所述控制数据。 

具体地，所述电容式触摸检测装置为自电容触摸检测装置，所述电容式触摸单元的各个触摸节点的对应端均连接信号地。 

作为实现本发明构思的技术方案还是，提供一种电容式触摸检测装置防污渍致误识别的方法，用于电容式触摸检测电路或装置，包括步骤： 

       A.根据n个触摸输入节点来设置n路触摸检测通道，利用受控的多路开关阵列来连接各个所述触摸输入节点以使所述n路触摸检测通道分时复用一个电容检测电路，即，不同触摸检测通道通过该多路开关阵列的选择来轮流切换接入该电容检测电路进行检测；n代表2或2以上的自然数；

       B. 设置所述电容检测电路，利用激励信号源来产生并输出一个激励信号往被选中的触摸检测通道，来将输入电容的容值调制并转换成电压信号，利用信号处理单元来接收并处理该电压信号及输出检测量结果；

      尤其是，在步骤B中还通过虚拟感应来将所述电压信号复制输往部分或全部非选中的触摸检测通道。

     上述方案中，采用电压跟随器来实现所述虚拟感应，该电压跟随器的输入端接所述电压信号，输出端通过所述多路开关阵列接通部分或全部非选中的触摸检测通道。 

上述方案中，所述多路开关阵列包括n个至少二选一开关，各个选择端与所述n个触摸输入节点一一对应连接，各个第一输入端并联连接所述激励信号源的输出端，各个第二输入端并联连接所述虚拟感应装置的输出端，各个控制端受控于来自电容式触摸检测装置的数字信号处理器的控制数据。 

更为具体地，所述激励信号源采用数模转换器，将输入的数字数据转化为模拟量后以电流源的形式进行输出，来构建一个可调电流源。更进一步，多路开关阵列包括n个三选一开关，各个选择端与所述n个触摸输入节点一一对应连接，各个第一输入端并联连接所述激励信号源的输出端，各个第二输入端并联连接所述虚拟感应装置的输出端，各个第三输入端并联接地，各个控制端受控于来自电容式触摸检测装置的数字信号处理器的控制数据；所述控制数据控制各个三选一开关的切换操作，以对被选中通道的输入电容交替进行预定时间的积分和放电，将所述电压信号接入该被选中通道周边的各触摸检测通道，将其余各触摸检测通道接地；每次积分结束后均根据当前测试电压的大小调节所述数字数据来调节下次积分电流，直到确定所述输入电容的容值。 

上述方案中，将所述当前测试电压与一参考电压进行模拟比较，根据比较结果采用逐次逼近的算法来调节所述数字数据，具体为：每次积分时间结束时，所述当前测试电压若高于所述参考电压，则减小所述数字数据，否则加大该数字数据；经若干次积分和放电后，所述数字数据用作为该被选中通道的检测量结果。 

上述方案中，所述积分和放电的次数取决于所述数字数据的位数；所述逐次逼近的算法是由该数字数据的高位到低位进行逐位确定的。 

    这些措施均可以消除选中通道与非选中通道之间的耦合电容，使得检测电容在没有触摸时不受污渍影响，避免了产生误识别触摸事件；同时耦合电容的消除减小了选中通道的容性负载，检测触摸变化的信噪比得以提高。从技术实现上，这些措施还具有简易易行的优点。 

附图说明    图1为本发明电容式触摸检测电路/装置的结构示意框图； 

图2为现有一种典型的电容触摸屏结构示意图；          

图3A为图2中触摸屏的节点无触摸时的等效电路示意图，

图3B为该节点有触摸时的等效电路示意图，

图3C为该节点有水滴时的等效电路示意图，

图3D为该节点引入虚拟感应技术后无触摸时的等效电路示意图，

图3E为该节点引入虚拟感应技术后有触摸时的等效电路示意图，

图3F为该节点引入虚拟感应技术后有水滴时的等效电路示意图；

图4为图1中虚拟感应装置的一种具体实施电路示例图；

图5A为图1中定时装置的一种具体实施电路示例图，

图5B为图5A中部分节点的波形示意图；

图6为图1中数字比较单元的一种实施流程图；

图7为图1的改进实施例。

具体实施方式   下面，结合附图所示之最佳实施例进一步阐述本发明。 

图2为现有一种典型的电容触摸屏结构示意图。触摸屏100包括有n个触摸节点CH1~CHN，用通道总线111表示其与触摸检测电路或装置的连接，其中n代表2或2以上的自然数。对于自电容类型的结构，各个所述触摸节点的对应端均连接到地，因不属于本发明重点，接地连接端未标示于该图2中。该触摸屏100的每行均包括左右交替的两个用作为触摸节点的三角形电极110。每个三角形电极的节点电容Cx由两部分构成：每个三角形电极存在的对地电容和相邻三角形电极之间存在的寄生电容。 

图3A为图2中触摸屏不被触摸时各受测触摸节点的等效电路示意图。信号源104通过通道CH1连至触摸节点101的上极板，该触摸节点具有对地电容Cg。与触摸节点101相邻的另一节点的上极板通过通道CH2接地或悬空，为信号稳定及说明简单起见，本系列图示及阐述均以接地为例。由于相邻触摸节点间存在寄生电容，信号源104输出交流信号时会通过感应103引起相邻节点间寄生电容电荷改变，相当于增大了触摸节点101的电容值，使其实际电容值大于Cg。请参阅图3B所示的触摸节点101受触摸时的等效电路示意图，当人体手指106（具有一对地电容Cb）靠近通道CH1的触摸节点101时，从该上极板吸走了一部分电场，等效于增大了该触摸节点101的实际电容值，检测该通道CH1则将因为该实际电容值的增大而识别判断为有触摸事件发生。图3C示意了触摸节点101与相邻触摸节点上有水滴105时的等效电路图，水滴105将从触摸节点101的上极板吸走一部分电场并转移到通道CH2的触摸节点上，等效于增大触摸节点101的电容值，检测该通道CH1则会因此而误认为有触摸事件发生。图3D示意了为克服水滴影响而采用改进措施后的等效电路示意图，与图3A相比，该图3D通过通道CH2在触摸节点101相邻节点的上极板与地间引入信号源107。当检测触摸节点101时，若使信号源107与信号源104保持同频、同相、同幅，则两个触摸节点间耦合的寄生电容不会因信号源104的变化而使电荷发生转移，等效于耦合寄生电容消失了，因此可以认为该两相邻通道间的互相干扰消失了。图3E示意了在图3D基础上有触摸事件发生时的等效电路示意图，当人体手指106靠近通道CH1的触摸节点时，可从上极板吸走一部分电场，等效于增大触摸节点101的电容值，而因为信号源107与信号源104保持同频、同相、同幅，通道CH1的触摸检测将不会受到通道CH2的干扰。此外，由于通道间耦合寄生电容的等效消失，使得触摸事件引起的电容变化部分占通道CH1总体电容的比重增加，触摸信噪比得以增加。图3F为图3D基础上有水滴105存在时的等效电路示意图，因为水滴是悬浮的导体，其吸收的电场必然与发射的电场相等，保持信号源107与信号源104保持同频、同相、同幅，水滴就无法将通道CH1的电场转移至通道CH2，检测通道CH1时就不会因为水滴的引入而误认为有触摸事件发生。 

上述阐述中，水滴仅仅是一个例子，油、胶等其它东西也可能造成触摸误识别。为此，本发明提出用于电容式触摸检测电路或装置的一种防污渍致误识别方法，在所述电容式触摸检测电路或装置中，具有与电容式触摸单元（例如但不限于所述自电容触摸屏）的所述n个触摸节点一一对应连接的n个触摸输入节点。现有触摸检测方法包括步骤： 

      A．根据n个触摸输入节点来设置n路触摸检测通道，利用受控的多路开关阵列来连接各个所述触摸输入节点以使所述n路触摸检测通道分时复用一个电容检测电路，即，不同触摸检测通道通过该多路开关阵列的选择来轮流切换接入该电容检测电路进行检测。大部分情况下，一次只能检测一路触摸检测通道的待测电容，检测完当前通道的电容值后再通过选择切换至下一触摸检测通道继续检测，如此轮流直至n个触摸检测通道被检测完毕。当前正在检测的触摸检测通道为选中通道，其余暂时没有检测的为非选中通道。

　　　B．设置所述电容检测电路，利用激励信号源来产生并输出一个激励信号往被选中的触摸检测通道，来将输入电容的容值调制并转换成电压信号，利用信号处理单元来接收并处理所述电压信号及输出检测量结果。 

本发明方法以上述方法为基础，还在步骤B中通过虚拟感应来将所述电压信号复制输往部分或全部非选中的触摸检测通道，模拟如图3E的情况，把同频、同相、同幅的信号接入与正在检测着的触摸检测通道（选中通道）周边相邻的或全部的其它非选中通道，来消除耦合寄生电容的检测结果的影响。为此，将设置一个虚拟感应装置来实现所述虚拟感应。 

相应地，本发明电容式触摸检测电路200如图1所示，包括多路开关阵列201，连接有n个触摸输入节点来形成n个触摸检测通道并受控选中一触摸检测通道来连接激励信号源；激励信号源400，产生并输出一个激励信号往该被选中的触摸检测通道，来将输入电容的容值调制并转换成电压信号；信号处理单元，接收并处理所述电压信号以输出检测量结果，该检测量结果例如但不限于数字形式，具体取决于触摸检测装置的需要。其中，所述多路开关阵列201包括n个至少二选一开关，各个选择端与所述n个触摸输入节点一一对应连接，各个第一输入端并联连接所述激励信号源400的输出端，各个控制端受控于输入该电容式触摸检测电路的控制数据SEL。该各个第一输入端还并联连接本发明所提出的虚拟感应装置300的输入端，所述n个至少二选一开关的各个第二输入端并联连接该虚拟感应装置300的输出端，从而该虚拟感应装置300复制所述被选中的触摸检测通道的电压信号并通过相应切换的开关送至全部或部分非选中通道上。 

图4为虚拟感应装置300的最佳电路实施例，包括运算放大器301，该运算放大器301的正输入端为虚拟感应装置300的输入端口I，用来接所述电压信号；与负输入端相连接的输出端同时为虚拟感应装置300的输出端口O，用来通过多路开关阵列接通部分或全部非选中通道。使运算放大器301的带宽远大于输入信号的带宽，加强输出驱动能力，则输入端口I的电压信号就可以被精确复制到输出端口O上。实际上还可以用现有技术的其它电路来完成电压复制功能，只是本最佳实施例的电压跟随器具有电路较简单且易于被集成电路实现的优点。 

为了降低对虚拟感应装置驱动能力的要求，通过开关接入到该虚拟感应装置输出端的非选中通道越少越好，为此最好是将未被选择接通虚拟感应装置的剩余非选中通道接地。故本发明最佳实施例中所述多路开关阵列201包括的n个开关优选为三选一开关，各个第三输入端并联接地（一般取信号地）。具体如图1所示，数模转换器输出的电流经线网n1连接各个第一输入端（图示0号选择端子），多路开关阵列201受控选择一路触摸检测通道来接通0号选择端子与线网n1相连，其余检测通道选部分或全部接通1号选择端子来通过线网n2连接虚拟感应装置300的输出端口（O端），这样虚拟感应装置300将线网n1上电压复制到其输出端口连接的线网n2上；剩余的各检测通道则接通2号选择端子并通过线网n3接地。 

为适应不同的测试对象，激励信号源400最好选择为可调电流源，可以采用数模转换器来实现，将输入的数字数据转化为模拟量后以电流源的形式进行输出，以对所述被选中通道的输入电容进行积分。该输入的数字数据可以根据需要进行调整变化来构建所述可调电流源。 

当数模转换器输出的电流通过多路开关阵列向当前选中通道的待测电容进行积分，则积分后待测电容两端电压的大小由公式（1）决定： 

             （1）

其中，U₀为待测电容积分前的初始电压，一般为0；T为积分周期，在积分周期内，输出电流对选中通道的待测电容进行积分的同时，虚拟感应装置复制选中通道的电压信号至部分或全部非选中通道来消除耦合寄生电容的影响；C为待测电容的容值，也就是选中通道的输入电容Cx；i为数模转换器的输出电流，即积分电流。如果每次积分电流为常数，则每次积分周期结束时上述公式可化简为：

              （2）

根据该公式（2），电流i与容值C成正比，则数模转换器的输入数据Dout可记录为与待测电容容值等效的量化值。为此，需要确定一个电压作为可记录输入数据Dout的标准，该电压可以通过一个模拟比较器220设定为一参考电压Vref，当积分时间结束时电压比较结果为高则表明数模转换器的输出电流偏高，需将Dout减小从而将数模转换器的输出电流调低，反之则反之。本发明方法为了得到准确结果，本发明采用多次积分测算的方法，具体是对被选中通道的输入电容交替进行预定时间的积分和放电；每次在预定时间内完成所述积分后均根据积分结束时当前测试电压的大小通过调节所述输入的数字数据来调节下次积分时电流源输出电流，直到确定所述输入电容的容值。

因此，本发明方法测试过程信号的处理包括：将所述当前测试电压与一参考电压进行模拟比较，根据比较结果采用逐次逼近的算法来调节所述数字数据；经若干次积分和放电后，所述数字数据用作为该被选中通道的检测量结果。相应的电路如图1所示，所采用的信号处理单元通常包括低通滤波器210，用来滤除线网n1上电压信号的高频分量，该低通滤波器210可以使用有源滤波器也可使用无源滤波器来实现。该低通滤波器210的输入端连接所述激励信号源400的输出端，输出端通过线网n4连接一模拟比较器220的正输入端；该模拟比较器220的负输入端接所述参考电压Vref，输出端连接一数字比较单元600的输入端DI，在每次积分时间结束时，如果线网n4的电压高于参考电压Vref则DI为高，否则为低。该数字比较单元600的输出端口Dout即为所述信号处理单元的输出端，输出电容的检测量数据，往往经过多次调整，输出的该检测量数据才能被确定为等效Cx。显然，数模转换器的输入端连接所述数字比较单元600的输出端口Dout。该输出端口Dout的位宽可以根据需求而定，例如但不限于16位。 

数字比较单元600可以控制当前正在检测的电容是处于放电状态还是处于积分状态，并相应调整输出数据来调节电流。其单次放电时间和积分时间在图1实施例中可以由定时装置500决定，具体数值的设置取决于本发明电容式触摸检测电路或装置的应用环境。数字比较单元600调节电流的法则除了采用最为典型的逐次逼近算法，也可以采用顺序递增或递减的法则或者其他法则，因其为现有技术且非本发明重点，不在此赘述。由于进行一次电容测量需要数字比较单元600进行多次比较才能确定其数值，每次比较前均要对电容Cx放电，然后积分一个固定时间，这里的固定时间仅指在一次电容测量的多次积分比较时间为相同的一固定时间，在不同次的测量中或针对不同待测通道的电容该固定时间可以不同。一次放电时间和积分时间构成一个周期，一系列周期之后，待测电容的容值即被确定了下来。 

图1实施例是利用多路开关阵列来进行充放电控制的：多路开关阵列201包括的开关为三选一开关，各个控制端受控于来自所述数字信号处理器的控制数据，在一个选中通道的整个测试过程中，控制该选中通道对应开关的选择端在连接第一输入端与第三输入端之间切换即可实现对输入电容的积分和放电。此时数字信号处理器700可以通过控制定时装置500来控制积分和放电时间；或还可以利用该数字信号处理器700内部的定时计数器来传送定时信息给所述数字比较单元600，从而取消电路上设置定时装置500的必要。还可以利用数字比较单元600而非多路开关阵列来进行充放电控制，具体如：在积分时间段内设置数模转换器输出电流流向待测电容；在放电时间段，使该数模转换器输出电流流向地或者不输出，待测电容因此而放电。为此可以改进图1如图7所示，增加一个单控开关S0，该开关S0一端接激励信号源400的输出端，另一端接地；数字比较单元600还输出充放电控制信号DC通过线网n5来控制开关S0，当且仅当该开关S0受控闭合时待测电容对地放电。这些充放电控制因为现有技术，非本发明重点，不再一一详述其它可能变化方式。 

图1中连接所述数字比较单元600进行时间控制的定时装置500可以用数字电路设计一个定时计数器来完成，或采用振荡电路来设计完成。振荡电路的实现方式亦有多种，图5A示意了一种最佳实施例。该实施例中，定时装置500包括两个电流源I1和I2，分别通过线网n51和n52连接N型场效应管M1和M2的漏极，电容C1并接在场效应管M1的漏极与源级之间，C2并接在M2的漏极与源级之间，场效应管M1和M2的源级均接地；两个比较器501和502的正输入端分别接入线网n52和n51，负输入端均与参考电压Vs相接；比较器502的输出端接RS触发器503的置位端S，比较器501的输出端接RS触发器503的复位端R，RS触发器503的输出端Q端和

端分别连接场效应管M1和M2的栅极并分别用作为定时装置500的输出端口Tr和Tf。图5B为图5A中部分节点的波形示意图，下面结合图5B的波形来分析图5A电路的工作原理：假设初始时端口Tr的电平为低，端口Tf的电平为高，线网n51、n52的电压均为0V，参考电压Vs为1.25V，这样比较器501输出低电平，比较器502亦输出低电平，RS触发器处于保持状态，继续维持端口Tr连接的网络为低电平，端口Tf连接的网络为高电平，如此N型场效应管M1处于关闭状态，电流源I1通过线网n51对电容C1充电，N型场效应管M2处于导通状态，通过线网n52将电容C2的电荷泄放至地，随着电流源I1对C1的充电，线网n51上的电压逐渐上升，当电压超过参考电压Vs时，比较器502发生翻转，输出高电平送至RS触发器503的置位端S，RS触发器503的状态翻转为1状态，Q端为高，

端为低，从而端口Tr变高并通过线网n53开启N型场效应管M1使电容C1进入放电状态，端口Tf变低并通过线网n54关闭N型场效应管M2使电容C2进入充电状态；C1进入放电状态后，线网n51的电压变为0V，比较器502输出低，RS触发器503为保持状态，电容C2进入充电状态后发生的情况与电容C1充电的情况类似，当线网n52上的电压超过参考电压Vs时比较器501翻转促使RS触发器503进入复位状态，端口Tr变低、端口Tf变高触发新的一轮电容充电和放电过程。端口Tr和端口Tf交替变高，可以定义端口Tr为高时对应积分时间T2，端口Tf为高时对应放电时间T1。本实施例中，因非本发明重点，定时装置500的启动电路和关闭电路未加以标示。图5A中，用两个控制信号IADJ和CADJ分别来控制电流源I1、I2和电容C1、C2，从而可以调节所述积分时间T2和放电时间T1。本实施例中，该两控制信号IADJ和CADJ可以由图1中的数字信号处理器700提供。实际上也可以通过设置电容C1、C2为外接的可调电容来解决所述积分时间T2和放电时间T1的调节问题，故图1或图7中不对该两控制信号作标示。 

图6为数字比较单元600进行充放电控制及数据输出的一种流程实施例，以采用逐次逼近的算法为例，该算法具有转换速度快的优点。为便于该过程中开关控制的描述，以图7实施例为例：程序从开始601流向602进行初始化电流设置，例如设置需要逼近的位数N为16位，清空输出端口Dout，令DC=0来断开开关S0；接着执行603，设置Dout[N-1]=1，注意Dout[N-1:0]中最高有效位在位Dout[N-1]，位Dout[0]为最低有效位。数字比较单元600的输出端口Dout送往数模转换器进行转换，首次Dout的数据为8000H，对应着数模转换器输出一半电流；接着步入604，令DC=1来控制开关S0闭合，待测电容Cx对地放电；执行605来判断Tr是否等于1，如果不等于1，则表示放电周期没有结束，继续执行604，否则令DC=0来控制开关S0断开，放电结束执行606；用数模转换器输出电流对选中通道的电容Cx进行充电，同时虚拟感应装置300将正在检测的电容上的电压复制到部分或全部非选中通道的电容上，执行607，判断Tf是否等于1，如为1则电容Cx积分结束，否则继续积分；电容Cx积分结束后判断比较器220的输出DI是否为高，如果为低则表示模数转换器的输出电流偏小，需要调高该输出电流，跳到610；如果DI为高则表示模数转换器的输出电流偏高，执行609，设置Dout[N-1]为0来调低模数转换器的输出电流，然后执行610，将N减小1后执行611；如果N等于0则表示数字比较单元在一次电容检测时已执行完最后一位判断，跳到612将当前Dout作为本次检测结果输出，否则进入下一位的逼近而进入603；612输出结果后即完成一次完整的电容检测过程，进入613结束当前选中通道的触摸电容测试。 

经验证，本发明采用逐次调节电流定时积分的方式来检测电容，检测的触摸信噪比高，并降低了自电容触摸检测模块的平均功耗。 

本发明电容式触摸检测装置除了包括本发明电容式触摸检测电路外，还如图1所示包括检测载体如具有n个触摸节点的电容式触摸单元，以及控制对该n个触摸节点的输入电容进行检测的数字信号处理器700。该数字信号处理器700连接电容式触摸检测电路以接收检测量结果及输送各种控制信号，包括送往多路开关阵列201用来动态选择通道的所述控制数据SEL、送往定时装置500或数字比较单元600进行配置的配置参数、甚至对各参考电压进行设定的设定参数，从而协调各模块正常工作或进入休眠状态。经仿真验证，该数字信号处理器700可以由通用微处理器实现，而本发明电容式触摸检测电路可以被集成于一集成电路中。在自电容触摸检测装置中，所述电容式触摸单元的n个触摸节点与电容式触摸检测电路的n个触摸输入节点一一对应连接，各个触摸节点的对应端均连接到地。多路开关阵列201各个选择端与电容式触摸单元（例如触摸屏100）的相应触摸节点相连，如图3A~3F说示意，每个触摸节点均有一个节点电容Cx，当节点电容Cx上方有手指靠近时其容值会发生变化，对于自电容方式有触摸时节点电容Cx变大，触摸检测装置就是检测这些节点电容Cx的大小来判断是否发生触摸事件。 

综上所述，本发明的结构特征及各实施例皆已详细揭示，而可充分显示出本发明在目的及功效上均具有实施的进步性。 

以上说明仅为本发明的优选实施例而已，不能用来表达限定本发明所实施的范围，例如可调电流源改用其它方式来实现并相应调整其调控方式均为现有技术范畴，故凡根据本发明权利要求所作的等效变化与修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围内。 

Claims (15)

1.一种电容式触摸检测电路，包括多路开关阵列，连接有n个触摸输入节点来形成n个触摸检测通道并受控选中一触摸检测通道来连接激励信号源，n代表2或2以上的自然数；所述激励信号源产生并输出一激励信号往该被选中的触摸检测通道，来将输入电容的容值调制并转换成电压信号；信号处理单元，接收并处理所述电压信号及输出检测量结果；其特征在于：

所述多路开关阵列包括n个至少二选一开关，各个选择端与所述n个触摸输入节点一一对应连接，各个第一输入端并联连接所述激励信号源的输出端，各个控制端受控于输入该电容式触摸检测电路的控制数据；

该各个第一输入端还并联连接一虚拟感应装置的输入端，所述n个至少二选一开关的各个第二输入端并联连接该虚拟感应装置的输出端，从而该虚拟感应装置复制所述电压信号并通过相应切换的开关送至全部或部分非选中通道上。

2.根据权利要求1所述的电容式触摸检测电路，其特征在于：

　　　所述多路开关阵列所包括的开关为三选一开关，各个第三输入端并联连接到地。

3.根据权利要求1所述的电容式触摸检测电路，其特征在于：

       所述信号处理单元包括低通滤波器，该低通滤波器的输入端连接并联着的所述各个第一输入端，该低通滤波器的输出端连接一模拟比较器的正输入端；该模拟比较器的负输入端接一参考电压，输出端连接一数字比较单元的输入端DI；该数字比较单元输出所述检测量结果。

4.根据权利要求3所述的电容式触摸检测电路，其特征在于：

      所述激励信号源包括一数模转换器，该数模转换器的输入端连接所述数字比较单元的输出端，输出端连接并联着的所述各个第一输入端。

5.根据权利要求3所述的电容式触摸检测电路，其特征在于：

      所述数字比较单元的时钟端口连接一定时装置，由该定时装置来提供当前电容检测的放电时间和积分时间。

6.根据权利要求１～ 5任一项所述的电容式触摸检测电路，其特征在于：

　　　该电容式触摸检测电路被集成于一集成电路中。

7.一种电容式触摸检测装置，包括具有n个触摸节点的电容式触摸单元，控制对该n个触摸节点的输入电容进行检测的数字信号处理器；其特征在于：

　　　　还包括如权利要求１～６任一项所述的电容式触摸检测电路，该电容式触摸检测电路的n个触摸输入节点与所述n个触摸节点一一对应连接；所述数字信号处理器连接该电容式触摸检测电路以接收所述检测量结果及输送所述控制数据。

8.根据权利要求7所述的电容式触摸检测装置，其特征在于：

该电容式触摸检测装置为自电容触摸检测装置，所述电容式触摸单元的各个触摸节点的对应端均连接到地。

9.一种防污渍致误识别的方法，用于电容式触摸检测电路或装置，包括步骤：

       A．根据n个触摸输入节点来设置n路触摸检测通道，利用受控的多路开关阵列来连接各个所述触摸输入节点以使所述n路触摸检测通道分时复用一个电容检测电路，即，不同触摸检测通道通过该多路开关阵列的选择来轮流切换接入该电容检测电路进行检测；n代表2或2以上的自然数；

　　　B．设置所述电容检测电路，利用激励信号源来产生并输出一个激励信号往被选中的触摸检测通道，来将输入电容的容值调制并转换成电压信号，利用信号处理单元来接收并处理该电压信号及输出检测量结果；

　　　其特征在于：在步骤B中还通过虚拟感应来将所述电压信号复制输往部分或全部非选中的触摸检测通道。

10.根据权利要求9所述防污渍致误识别的方法，其特征在于：

       采用电压跟随器来实现所述虚拟感应，该电压跟随器的输入端接所述电压信号，输出端通过所述多路开关阵列接通部分或全部非选中的触摸检测通道。

11.根据权利要求9所述防污渍致误识别的方法，其特征在于：

       所述多路开关阵列包括n个至少二选一开关，各个选择端与所述n个触摸输入节点一一对应连接，各个第一输入端并联连接所述激励信号源的输出端，各个第二输入端并联连接所述虚拟感应装置的输出端，各个控制端受控于来自电容式触摸检测装置的数字信号处理器的控制数据。

12.根据权利要求9所述防污渍致误识别的方法，其特征在于：

       所述激励信号源采用数模转换器，将输入的数字数据转化为模拟量后以电流源的形式进行输出来构建一个可调电流源。

13.根据权利要求12所述防污渍致误识别的方法，其特征在于：

　　　　多路开关阵列包括n个三选一开关，各个选择端与所述n个触摸输入节点一一对应连接，各个第一输入端并联连接所述激励信号源的输出端，各个第二输入端并联连接所述虚拟感应装置的输出端，各个第三输入端并联接地，各个控制端受控于来自电容式触摸检测装置的数字信号处理器的控制数据；

　　　　所述控制数据控制各个三选一开关的切换操作，以对被选中通道的输入电容交替进行预定时间的积分和放电，将所述电压信号接入该被选中通道周边的各触摸检测通道，将其余各触摸检测通道接地；

        每次积分结束后均根据当前测试电压的大小调节所述数字数据来调节下次积分电流，直到确定所述输入电容的容值。

14.根据权利要求13所述防污渍致误识别的方法，其特征在于，

将所述当前测试电压与一参考电压进行模拟比较，根据比较结果采用逐次逼近的算法来调节所述数字数据，具体为：

每次积分时间结束时，所述当前测试电压若高于所述参考电压，则减小所述数字数据，否则加大该数字数据；经若干次积分和放电后，所述数字数据用作为该被选中通道的检测量结果。

15.根据权利要求14所述防污渍致误识别的方法，其特征在于：

      　　所述积分和放电的次数取决于所述数字数据的位数；所述逐次逼近的算法是由该数字数据的高位到低位进行逐位确定的。

Images