CN103827795A - 用于感测和扫描电容式触摸面板的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供一种装置和方法。在第一间隔期间向触摸面板（102）内的第一组列电极（X-j）施加第一电压（EXCITE[j]）并在该第一间隔期间向触摸面板内第二组列电极（X-(j+1)）施加第二电压（EXCITE[j+1]）。第一和第二组电极彼此相邻，并且第二电压具有与第一电压相反的极性。在第一间隔期间从触摸面板中的一组行电极（Y-i）接收第一测量信号，并对第一测量信号求积分以产生第一积分信号。在第二间隔期间向触摸面板内的第二组列电极（X-(j+1)）施加第一电压（EXCITE[j]）并在该第二间隔期间向触摸面板内的所述第一组列电极（X-j）施加第二电压（EXCITE[j+1]）。在第二间隔期间从触摸面板中的一组行电极（Y-i）接收第二测量信号，并对第二测量信号求积分以产生第二积分信号。然后，对第一和第二积分信号进行组合以产生输出信号。

Description

用于感测和扫描电容式触摸面板的方法和装置

技术领域

本发明总体涉及电容式触摸面板，并且更特别地，涉及执行扫描和感测操作的触摸面板控制器。

背景技术

许多电容式触摸面板或电容式触摸屏采用投影的电容式感测来确定触摸位置。通常，触摸面板内的每个触摸传感器都由透明板极（即，塑料）下的两个电极组成，并且当电介质（即，手指）接近两个板极时（一个板极是激励板极，一个板极是检测板极），两个板极之间的电容减小。为了确定触摸事件的定位（即，手指在哪里增加了电容），触摸屏控制器通常将“扫描”激励和检测板极以及计算的触摸事件的位置。然而，这些系统的一个问题是噪声。通常，触摸事件导致电容增加约0.1pF，并且当手指触摸面板时会注入噪声（即，60-循环噪声）。因此，触摸事件会在噪声中丢失。因此，需要改善触摸面板控制器。

在美国专利No.5526294、No.5565658和No.6366099中描述了常规电路的一些其它示例。

发明内容

因此，实施例提供一种装置。该装置包括：具有第一组终端和第二组终端的接口，其中第一和第二组终端被配置为耦合到触摸面板，其中该接口在扫描周期的第一部分期间向第一组终端中的第一终端提供第一激励电压，并且其中该接口在扫描周期的第一部分期间向第一组终端中的第二终端提供第二激励电压，并且其中该接口在扫描周期的第二部分期间向第一组终端中的第二终端提供第一激励电压，并且其中该接口在扫描周期的第二部分期间向第一组终端中的第一终端提供第二激励电压，并且其中第二激励电压具有与第一激励电压相反的极性，并且其中接口分别在扫描周期的第一部分和第二部分期间从第二组终端中的第一终端接收第一和第二测量信号；以及耦合到接口从而接收测量信号的模拟前端（AFE），其中AFE对第一和第二测量信号求积分以产生第一和第二积分信号，并且其中AFE对第一和第二积分信号进行组合以产生输出信号。

根据实施例，接口进一步包括：多路复用器，其耦合到第二组终端中的每个终端并耦合到AFE；激励器，其耦合到第二组终端中的每个终端。

根据实施例，AFE进一步包括：耦合到多路复用器的积分器；耦合到积分器的模数转换器（ADC）；和耦合到ADC的求和电路。

根据实施例，积分器进一步包括：放大器，其具有第一输入终端、第二输入终端以及输出终端，其中放大器的第一输入终端接收参考电压，并且其中放大器的第二输入终端耦合到多路复用器，并且其中放大器的输出终端耦合到ADC；电容器，其耦合在放大器的第二输入终端和放大器的输出终端之间；以及开关，其耦合在放大器的第二输入终端和放大器的输出终端之间，其中开关受采样信号控制。

根据实施例，求和电路进一步包括：延迟电路，其耦合到ADC；以及加法器，其耦合到ADC和延迟电路。

根据实施例，触摸面板控制器进一步包括：数字前端（DFE），其耦合到AFE；以及控制逻辑，其耦合到DFE和AFE。

根据实施例，提供一种装置。该装置包括触摸面板和触摸面板控制器；该触摸面板具有：排列成多个列的多个列传感器电极；第一组带状电极，其中第一组带状电极中的每个带状电极耦合到多个列中的至少一个列内的每个列电极；排列成多个行的多个行传感器电极；第二组带状电极，其中第二组带状电极中的每个带状电极耦合到多个行中的至少一个行内的每个行电极；触摸面板控制器具有：耦合到第一和第二组带状电极中的每个带状电极的接口，其中该接口在扫描周期的第一部分期间向第一组带状电极中的第一带状电极提供第一激励电压，并且其中该接口在扫描周期的第一部分期间向第一组带状电极中的第二带状电极提供第二激励电压，并且其中该接口在扫描周期的第二部分期间向第一组带状电极中的带状电极提供第一激励电压，并且其中该接口在扫描周期的第二部分期间向第一组带状电极中的第二带状电极提供第二激励电压，并且其中第二激励电压具有与第一激励电压相反的极性，并且其中该接口分别在扫描周期的第一和第二部分期间从第二组带状电极中的第一带状电极接收第一和第二测量信号；以及耦合到接口从而接收测量信号的模拟前端（AFE），其中AFE对第一和第二测量信号求积分以产生第一和第二积分信号，并且其中AFE对第一和第二积分信号进行组合以产生输出信号。

根据实施例，接口进一步包括：多路复用器，其耦合到第二组带状电极中的每个带状电极并耦合到AFE；以及激励器，其耦合到第二组带状电极中的每个带状电极。

根据实施例，提供一种方法。该方法包括：在第一间隔期间向触摸面板内的第一组列电极施加第一电压；在第一间隔期间向触摸面板内第二组列电极施加第二电压，其中第一组列电极和第二组列电极彼此相邻，并且其中第二电压具有与第一电压相反的极性；在第一间隔期间从触摸面板中的一组行电极接收第一测量信号；对第一测量信号求积分以产生第一积分信号；在第二间隔期间向触摸面板内的第二组列电极施加第一电压；在第二间隔期间向触摸面板内的第一组列电极施加第二电压；在第二间隔期间从触摸面板中的一组行电极接收第二测量信号；对第二测量信号求积分以产生第二积分信号；以及对第一和第二积分信号进行组合以产生输出信号。

根据实施例，组合步骤进一步包括：对第一和第二积分信号进行数字化以产生第一和第二数字化信号；延迟第一数字化信号；以及将第一和第二数字化信号相加到一起。

根据实施例，方法进一步包括：在第一间隔期间为第一采样周期激活积分器并在第二间隔期间为第二采样周期激活积分器。

根据实施例，方法进一步包括：对每一对相邻的列电极组和每一组列电极重复以下步骤：在第一间隔期间施加第一电压，在第一间隔期间施加第二电压，接收第一测量信号，对第一测量信号求积分，在第二间隔期间施加第一电压，在第二间隔期间施加第二电压，接收第二测量信号，对第二测量信号求积分，对第一和第二积分信号进行组合；以及产生触摸面板的电容曲线。

根据实施例，方法进一步包括：通过对每一对相邻的列电极组和每一组列电极重复以下步骤来扫描触摸面板：在第一间隔期间施加第一电压，在第一间隔期间施加第二电压，接收第一测量信号，对第一测量信号求积分，在第二间隔期间施加第一电压，在第二间隔期间施加第二电压，接收第二测量信号，对第二测量信号求积分，对第一和第二积分信号进行组合；以及至少部分基于扫描步骤和电容曲线确定触摸事件的位置。

根据实施例，提供一种装置。该装置包括：用于在第一间隔期间向触摸面板内的第一组列电极施加第一电压的器件；用于在第一间隔中向触摸面板内第二组列电极施加第二电压的器件，其中第一组列电极和第二组列电极彼此相邻，并且其中第二电压具有与第一电压相反的极性；用于在第一间隔期间从触摸面板中的一组行电极接收第一测量信号的器件；用于对第一测量信号求积分以产生第一积分信号的器件；用于在第二间隔期间向触摸面板内的第二组列电极施加第一电压的器件；用于在第二间隔期间向触摸面板内的第一组列电极施加第二电压的器件；用于在第二间隔期间从触摸面板中的一组行电极接收第二测量信号的器件；用于对第二测量信号求积分以产生第二积分信号的器件；以及用于对第一和第二积分信号进行组合以产生输出信号的器件。

根据实施例，用于组合的器件进一步包括：用于对第一和第二积分信号进行数字化以产生第一和第二数字化信号的器件；用于延迟第一数字化信号的器件；以及用于将第一和第二数字化信号相加到一起的器件。

根据实施例，装置进一步包括用于在第一间隔期间为第一采样周期激活积分器并在第二间隔期间为第二采样周期激活积分器的器件。

附图说明

图1是根据实施例的系统的示例的图示；

图2是更加详细地描述图1中的触摸面板、接口和模拟前端（AFE）的示例的图示；

图3是描述图2的AFE和接口的操作的示例的时序图；以及

图4是带有触摸事件的触摸面板、接口和AFE的图示。

具体实施方式

图1描述实现示例性实施例的系统100。如所示的，触摸面板102通常包含：一组列电极（即，电极105），其中每一列的每个电极都通过带状电极（即，带状电极107）耦合到一起；以及一组行电极（即，电极109），其中每一行的每个电极都通过带状电极（即带状电极107）耦合到一起。每一列的带状电极（即，带状电极107）接着通过终端X-1至X-N耦合到触摸面板控制器104的接口或I/F106，而每一行的带状电极（即，带状电极109）通过终端Y-1至Y-M耦合到接口106。接口106能够与AFE108通信，并且AFE能够将数据传送到数字前端（DFE）110。AFE108和DFE110中的每一个也从控制逻辑114接收控制信号（即，时钟信号），并且主机控制器104能够从DFE110接收数据。如图2中更详细示出的，接口106通常包含多路复用器或MUX202和激励器，而AFE108通常包含积分器（其通常包含放大器206、电容器CINT和开关S）、模数转换器（ADC）208以及求和电路（其通常包括延迟电路210和加法器212）。

在操作中，接口106（其通常由控制逻辑114控制）选择并激励电极（即，电极103）的各列并且“扫描”行电极（即电极105）的各行，使得触摸位置能够被解析。在图2和图3所示的示例中，接口204通过终端X-j和X-(j+1)用激励信号EXCITE[j]和EXCITE[j+1]激励两个相邻的列，并且接口106从与终端Y-i相关联的行接收测量信号。该激励的结果是，在与终端X-j和X-(j+1)相关联的列和与Y-i相关联的行的交叉点处形成两个电容器C_i,j和C_i,j+1。

最初，这种类型的操作可以被用来校准触摸面板102。由于触摸传感器的基电容（base capacitance）（即，C_i,j）依赖于触摸面板（即，触摸面板102）的特性，这些电容会随面板的不同而变化，并且会随着时间的推移而变化，因此触摸面板控制器104能够通过激励行电极对来构造触摸面板的电容曲线（profile）。优选地，激励器204提供相反极性的信号，使得电容器对（即，电容器C_i,j和C_i,j+1）能够以差分布置操作。如图3所示，激励器204使用激励时钟信号CLK（其可以由控制逻辑114提供）。在T1时刻，扫描周期TSCAN开始，并且在扫描周期TSCAN开始期间，电容器C_i,j和C_i,j+1分别接收电压+V_PLS和-V_PLS。在T1时刻和T2时刻之间的间隔期间，采样信号SAMPLE（来自控制逻辑114）为逻辑低，这表明开关S为“断开”，使得积分器能够在该间隔内对测量信号求积分。然后，在T2时刻产生的输出电压V_OUT（来自积分器）为：

$V_{\mathrm{OUT}}\left(T2\right)=-V_{\mathrm{PLS}}\frac{C_{i,j}-C_{i,j+1}}{C_{\mathrm{INT}}}+\mathrm{REF}.---\left(1\right)$

随后，在T3时刻处以及在扫描周期TSCAN的另一部分期间，电容器C_i,j和C_i,j+1分别接收电压-V_PLS和+V_PLS，而积分器从T3时刻到T4时刻执行积分，在T4时刻产生的输出电压V_OUT为：

$V_{\mathrm{OUT}}\left(T5\right)=V_{\mathrm{PLS}}\frac{C_{i,j}-C_{i,j+1}}{C_{\mathrm{INT}}}+\mathrm{REF}.---\left(2\right)$

T2时刻和T5时刻的输出电压中的每一个都被ADC208数字化（例如，其可以是逐次逼近寄存器或SAR ADC）。由于T2时刻的输出电压V_OUT发生在T4时刻的输出电压V_OUT之前，因此其被延迟电路210延迟，然后被加法器212从T2时刻的输出电压V_OUT中减去，形成：

$V_{\mathrm{OUT}}\left(T4\right)-V_{\mathrm{OUT}}\left(T2\right)={2V}_{\mathrm{PLS}}\frac{C_{i,j}-C_{i,j+1}}{C_{\mathrm{INT}}}.---\left(3\right)$

通过使用公式（3），电容器C_i,j和C_i,j+1之间的电容差值可以被确定，如下列公式所示：

$C_{i,j}-C_{i,j+1}=C_{\mathrm{INT}}\frac{V_{\mathrm{OUT}}\left(T4\right)-V_{\mathrm{OUT}}\left(T2\right)}{{2V}_{\mathrm{PLS}}}.---\left(4\right)$

触摸面板102上的每一对电容器之间的电容差值可以被执行来产生电容曲线，该电容曲线可以被用来在随后的触摸面板102的扫描中插入触摸事件的位置。

触摸屏控制器（即，触摸屏控制器104）和触摸面板（即，触摸面板102）的一个问题是触摸事件期间注入的噪声，但是接口106和AFE108能够补偿该噪声（即，60-循环噪声）。如图4的示例所示，触摸事件发生在由电容器C_i,j和C_i,j+1表示的位置处，该触摸事件由电容器C_F表示并且可以被称为触摸电容。由于触摸事件，噪声V_NOISE也被引入，并且可以被表示如下：

V_NOSISE=V_nsin(ωt)。  （5）

因此，从AFE108产生的输出噪声V_NOUT为：

$V_{\mathrm{NOUT}}=V_n\frac{C_F}{C_{\mathrm{INT}}}(\sin \left(\mathrm{\ω}(t+\frac{1}{{2F}_{\mathrm{CLK}}})\right)-\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)),---\left(6\right)$

其中F_CLK是信号CLK的频率，如果选择频率F_CLK使得

$\frac{\mathrm{\ω}}{{2F}_{\mathrm{CLK}}}\≈0,---\left(7\right)$

则噪声V_NOUT变为近似等于零。因此，通过使用相邻的电容器（即，电容器C_i,j和C_i,j+1）的差分激励，噪声抑制基本上可以被增强。

本领域的技术人员将理解，在要求保护的发明的范围内可以对所描述的实施例进行修改，并且许多其它实施例也是可能的。

Claims (18)

1.一种装置，该装置包括：

具有第一组终端和第二组终端的接口，其中所述第一组终端和第二组终端被配置为耦合到触摸面板，其中所述接口在扫描周期的第一部分期间向所述第一组终端中的第一终端提供第一激励电压，并且其中所述接口在所述扫描周期的所述第一部分期间向所述第一组终端中的第二终端提供第二激励电压，并且其中所述接口在所述扫描周期的第二部分期间向所述第一组终端中的所述第二终端提供所述第一激励电压，并且其中所述接口在所述扫描周期的所述第二部分期间向所述第一组终端中的所述第一终端提供所述第二激励电压，并且其中所述第二激励电压具有与所述第一激励电压相反的极性，并且其中所述接口分别在所述扫描周期的所述第一部分和第二部分期间从所述第二组终端中的第一终端接收第一和第二测量信号；以及

耦合到所述接口从而接收所述测量信号的模拟前端即AFE，其中所述AFE对所述第一和第二测量信号求积分以产生第一和第二积分信号，并且其中所述AFE对第一和第二积分信号进行组合以产生输出信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述接口进一步包括：

多路复用器，其耦合到所述第二组终端中的每个终端并耦合到所述AFE；以及

激励器，其耦合到所述第二组终端中的每个终端。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述AFE进一步包括：

积分器，其耦合到所述多路复用器；

模数转换器即ADC，其耦合到所述积分器；以及

求和电路，其耦合到所述ADC。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述积分器进一步包括：

放大器，其具有第一输入终端、第二输入终端以及输出终端，其中所述放大器的所述第一输入终端接收参考电压，并且其中所述放大器的所述第二输入终端耦合到所述多路复用器，并且其中所述放大器的所述输出终端耦合到所述ADC；

电容器，其耦合在所述放大器的所述第二输入终端和所述放大器的所述输出终端之间；以及

开关，其耦合在所述放大器的所述第二输入终端和所述放大器的所述输出终端之间，其中所述开关由采样信号控制。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述求和电路进一步包括：

延迟电路，其耦合到所述ADC；以及

加法器，其耦合到所述ADC和延迟电路。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述触摸面板控制器进一步包括：

数字前端即DFE，其耦合到所述AFE；以及

控制逻辑，其耦合到所述DFE和AFE。

7.一种装置，该装置包括：

触摸面板，所述触摸面板具有：

排列成多个列的多个列传感器电极；

第一组带状电极，其中所述第一组带状电极中的每个带状电极耦合到所述多个列中的至少一个列内的每个列电极；

排列成多个行的多个行传感器电极；

第二组带状电极，其中所述第二组带状电极中的每个带状电极耦合到所述多个行中的至少一个行内的每个行电极；以及触摸面板控制器，所述触摸面板控制器具有：

耦合到所述第一和第二组带状电极中的每个带状电极的接口，其中所述接口在扫描周期的第一部分期间向所述第一组带状电极中的第一带状电极提供第一激励电压，并且其中所述接口在所述扫描周期的所述第一部分期间向所述第一组带状电极中的第二带状电极提供第二激励电压，并且其中所述接口在所述扫描周期的第二部分期间向所述第一组带状电极中的所述带状电极提供所述第一激励电压，并且其中所述接口在所述扫描周期的所述第二部分期间向所述第一组带状电极中的所述第二带状电极提供所述第二激励电压，并且其中所述第二激励电压具有与所述第一激励电压相反的极性，并且其中所述接口分别在所述扫描周期的所述第一和第二部分期间从所述第二组带状电极中的第一带状电极接收第一和第二测量信号；以及

耦合到所述接口从而接收所述测量信号的模拟前端即AFE，其中所述AFE对所述第一和第二测量信号求积分以产生第一和第二积分信号，并且其中所述AFE对第一和第二积分信号进行组合以产生输出信号。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述接口进一步包括：

多路复用器，其耦合到所述第二组带状电极中的每个带状电极并耦合到所述AFE；以及

激励器，其耦合到所述第二组带状电极中的每个带状电极。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述AFE进一步包括：

积分器，其耦合到所述多路复用器；

模数转换器即ADC，其耦合到所述积分器；以及

求和电路，其耦合到所述ADC。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述积分器进一步包括：

放大器，其具有第一输入终端、第二输入终端以及输出终端，其中所述放大器的所述第一输入终端接收参考电压，并且其中所述放大器的所述第二输入终端耦合到所述多路复用器，并且其中所述放大器的所述输出终端耦合到所述ADC；

电容器，其耦合在所述放大器的所述第二输入终端和所述放大器的所述输出终端之间；以及

开关，其耦合在所述放大器的所述第二输入终端和所述放大器的所述输出终端之间，其中所述开关由采样信号控制。

11.一种方法，该方法包括：

在第一间隔期间向触摸面板内的第一组列电极施加第一电压；

在所述第一间隔期间向所述触摸面板内第二组列电极施加第二电压，其中所述第一组列电极和所述第二组列电极彼此相邻，并且其中所述第二电压具有与所述第一电压相反的极性；

在所述第一间隔期间从所述触摸面板中的一组行电极接收第一测量信号；

对所述第一测量信号求积分以产生第一积分信号；

在第二间隔期间向所述触摸面板内的所述第二组列电极施加所述第一电压；

在所述第二间隔期间向所述触摸面板内的所述第一组列电极施加所述第二电压；

在所述第二间隔期间从所述触摸面板中的所述一组行电极接收第二测量信号；

对所述第二测量信号求积分以产生第二积分信号；以及

对所述第一和第二积分信号进行组合以产生输出信号。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述组合步骤进一步包括：

对所述第一和第二积分信号进行数字化以产生第一和第二数字化信号；

延迟所述第一数字化信号；以及

将所述第一和第二数字化信号相加到一起。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括在所述第一间隔期间为第一采样周期激活积分器并在所述第二间隔期间为第二采样周期激活所述积分器。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法进一步包括：

对每一对相邻的列电极组和每一组列电极重复以下步骤：在所述第一间隔期间施加第一电压，在所述第一间隔期间施加所述第二电压，接收所述第一测量信号，对所述第一测量信号求积分，在所述第二间隔期间施加所述第一电压，在所述第二间隔期间施加所述第二电压，接收所述第二测量信号，对所述第二测量信号求积分，以及对所述第一和第二积分信号进行组合；以及

产生所述触摸面板的电容曲线。

15.根据权利要求16所述的方法，其中所述方法进一步包括：

通过对每一对相邻的列电极组和每一组列电极重复以下步骤来扫描所述触摸面板：在所述第一间隔期间施加第一电压，在所述第一间隔期间施加所述第二电压，接收所述第一测量信号，对所述第一测量信号求积分，在所述第二间隔期间施加所述第一电压，在所述第二间隔期间施加所述第二电压，接收所述第二测量信号，对所述第二测量信号求积分，对所述第一和第二积分信号进行组合；以及

至少部分基于所述扫描步骤和所述电容曲线确定触摸事件的位置。

16.一种装置，该装置包括：

用于在第一间隔期间向触摸面板内的第一组列电极施加第一电压的器件；

用于在所述第一间隔期间向所述触摸面板内第二组列电极施加第二电压的器件，其中所述第一和第二组电极彼此相邻，并且其中所述第二电压具有与所述第一电压相反的极性；

用于在所述第一间隔期间从所述触摸面板中的一组行电极接收第一测量信号的器件；

用于对所述第一测量信号求积分以产生第一积分信号的器件；

用于在第二间隔期间向所述触摸面板内的所述第二组列电极施加所述第一电压的器件；

用于在所述第二间隔期间向所述触摸面板内的所述第一组列电极施加所述第二电压的器件；

用于在所述第二间隔期间从所述触摸面板中的所述一组行电极接收第二测量信号的器件；

用于对所述第二测量信号求积分以产生第二积分信号的器件；以及

用于对所述第一和第二积分信号进行组合以产生输出信号的器件。

17.根据权利要求16所述的装置，其中用于组合的器件进一步包括：

用于对所述第一和第二积分信号进行数字化以产生第一和第二数字化信号的器件；

用于延迟所述第一数字化信号的器件；以及

用于将所述第一和第二数字化信号相加到一起的器件。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述装置进一步包括用于在所述第一间隔期间为第一采样周期激活积分器并在所述第二间隔期间为第二采样周期激活积分器的器件。

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