CN104254824B - 用于电容触摸屏系统的噪声补偿技术 - Google Patents

用于电容触摸屏系统的噪声补偿技术 Download PDF

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Abstract

用于电容触摸屏系统的噪声补偿技术。该技术可以包括测量操作，所述测量操作可以测量可能在电容触摸屏上感应的耦合噪声频率。噪声测量技术可以包括：将激励电压驱动到电容触摸屏的导体；以及对来自触摸屏导体的返回信号进行采样。噪声测量技术可以进一步包括：在不存在激励电压的下，对来自触摸屏导体的环境返回信号进行采样。耦合噪声频率还可以根据第一测量噪声频率来计算。触摸屏控制系统可以使用测量的或计算的耦合噪声频率来配置可以在电容触摸屏工作期间补偿耦合噪声的工作参数。

Description

用于电容触摸屏系统的噪声补偿技术
相关申请
本申请要求由序列号为61/553614、名称为“Noise Compensation TechniquesFor Capacitive Touch Screen Systems”、递交于2011年10月31日的美国临时专利申请提供的优先权的利益，该申请的全部内容合并于此。
背景技术
电容触摸屏是一种寄存在屏幕上执行的触摸操作的电子设备。一般地，电容触摸屏的结构是公知的。电容触摸屏可以包括具有导电特性的行导体和列导体。行和列可由介电材料分离，介电材料在每个行导体和列导体的相交处产生电容。
电容触摸屏的操作是通过控制系统管理的。控制系统射出电输入信号以激励导电的行或列。激励的行或列在触摸屏的表面周围产生了静电场。由于用户触摸触摸屏上的一个点或多个点，静电场变化。系统测量场变化并且处理测量值以确定触摸位置或触摸姿势。
电容触摸屏用于各种应用，包括汽车、航空、海运以及消费电子应用。在电容触摸屏系统上从各种源感应电磁噪声。这种噪声可以源自于各种源，包括开关电源、协同定位LCD显示面板的刷新周期、电容触摸屏的层之间的电耦合以及操作环境。噪声一般称为“耦合”噪声。在触摸屏上感应的耦合噪声会导致触摸屏控制系统识别错误的触摸或确定触摸操作的不正确的触摸位置或触摸姿势。由于触摸屏系统上的耦合噪声引起的负效应会随着屏幕的尺寸、屏幕的刷新或扫描率或显示在屏幕上的内容而在一定程度上增大。
因此，本领域中对于用于电容触摸屏系统的控制的噪声补偿技术存在需要。
附图说明
图1A-1B示出了根据本发明的实施方案的测量系统。
图2A-2B示出了根据本发明的实施方案的自测量电路。
图3示出了根据本发明的实施方案的用于执行电容触摸屏导体的自测量的方法。
图4示出了根据本发明的实施方案的互测量电路。
图5示出了根据本发明的实施方案的用于执行电容触摸屏导体的互测量的方法。
图6示出了根据本发明的实施方案的用于电容触摸屏的控制系统。
图7示出了根据本发明的实施方案的用于控制电容触摸屏系统的方法。
图8示出了根据本发明的实施方案的确定用于电容触摸屏系统的控制的最优积分时间的方法。
图9示出了根据本发明的实施方案的用于执行寄生电容校准的方法。
发明详述
本发明的实施例提供了用于电容触摸屏系统的噪声补偿技术。技术可以包括测量操作，测量操作可以测量可在电容触摸屏上感应的耦合噪声频率。噪声测量技术可以包括：将激励电压驱动到电容触摸屏的导体中；以及对来自触摸屏导体的返回信号进行采样。噪声测量技术还可以包括：在不存在激励电压的情况下，对来自触摸屏导体的环境返回信号进行采样。耦合噪声频率还可以根据第一测量噪声频率来计算。触摸屏控制系统可以使用测量的或计算的耦合噪声频率来配置工作参数，工作参数可以补偿电容触摸屏工作期间的耦合噪声。
图1A示出了根据本发明的实施例的自测量系统100。自测量系统100可具体实施在触摸屏控制系统中，用于测量来自电容触摸屏的导体的噪声。自测量系统100可以包括一对输入/输出(“I/O”)端子VIO1、VIO2、第一驱动与采样单元110.1、110.2以及第二驱动与采样单元120.1、120.2。第一驱动单元110.1可以将激励电压驱动到第一I/O端子VIO1。第一采样单元110.2可以捕获来自第一I/O端子VIO1的返回电荷。第二驱动单元120.1将激励电压驱动到第二I/O端子VIO2。第二采样单元120.2可以捕获来自第二I/O端子VIO2的返回电荷。
在图1A所示的配置中，第一I/O端子VIO1可以与第一触摸屏导体耦合，第一触摸屏导体显示为电容负载CSCREEN130。第一触摸屏导体CSCREEN130可以对应于电容触摸屏的任何行或列导体。第二I/O端子VIO2可以与第二触摸屏导体耦合，第二触摸屏导体显示为电容负载CSCREEN140。第二触摸屏导体CSCREEN140可以对应于电容触摸屏的任何行或列导体，或者其可以对应于与电容触摸屏耦合的基准电容。第一触摸屏导体CSCREEN130与第二触摸屏导体CSCREEN140的交接处可称为触摸屏的“交叉点”。系统100可以与触摸屏的任何导体连接以执行自测量操作。测量系统100可以经由诸如开关SWMUXA和SWMUXB的多路复用器开关与导体连接。显示为处理器150的处理器可以管理测量系统100的操作并且将系统所测量到的耦合噪声特征化。在测量操作期间，处理器150还可以通过控制线路(未示出)来控制多路复用器开关SWMUXA和SWMUXB。
在自测量操作过程中，第一激励电压可以从第一和第二驱动单元110.1、120.1中的每一个驱动到第一和第二I/O端子VIO1、VIO2。相应的第一激励电压可以对第一和第二触摸屏导体CSCREEN130、140进行充电。然后，可以通过可以存储第一返回电荷的相应的第一和第二采样单元110.2、120.2捕获来自第一和第二I/O端子VIO1、VIO2的第一返回电荷。第一和第二驱动单元110.1、120.1可以将第二激励电压驱动到第一和第二I/O端子VIO1、VIO2，第一和第二I/O端子VIO1、VIO2可以对第一和第二触摸屏导体CSCREEN130、140进行充电。可以通过可以存储第二返回电荷的第一和第二采样单元110.1、110.2捕获来自第一和第二I/O端子的第二返回电荷。每个采样单元110.1、110.2可以将其相应的第一和第二返回电荷传递给处理器150，处理器150可以根据第一和第二返回电荷来计算总体测量结果。
自测量系统100可以根据处理器150设定的预定积分时间来执行测量操作。积分时间可以与对于既定测量操作待测量的耦合噪声频率有关。根据操作模式，积分时间的逆可以等于待测量噪声频率。积分时间可用于控制用于测量操作的驱动与捕获时间段。下面参考图6论述了与触摸检测和测量操作有关的积分时间的进一步解释。
如图1(a)所示，系统包括耦合在屏幕导体CSCREEN130、140之间的互电容CMUTUAL160。互电容CMUTUAL可以表示第一触摸屏导体与第二触摸屏导体之间固有的交叉点电容。当用户触摸触摸屏时，互电容CMUTUAL会变化。
在实施方案中，每个驱动单元110.1、120.1可以包括开关系统，开关系统将相应的第一和第二激励电压与第一和第二I/O端子VIO1、VIO2。在另一实施方案中，每个驱动单元110.1、120.1可以包括将相应的第一和第二激励电压与第一和第二I/O端子VIO1、VIO2耦合的多路复用器。
在实施方案中，每个相应的采样单元110.2、120.2可以包括单端运算放大器(“op-amp”)，其捕获来自第一和第二I/O端子VIO1、VIO2的相应的第一和第二返回电荷。在另一实施方案中，每个相应的采样单元110.2、120.2可以包括采样保持单元，其捕获来自第一和第二I/O端子VIO1、VIO2的相应的第一和第二返回电荷。在又一实施方案中，第一和第二采样单元110.2、120.2可以利用差分op-amp组合为单个采样单元(未示出)以捕获来自第一和第二I/O端子VIO1、VIO2的相应的第一和第二返回电荷。
图1B示出了根据本发明的实施方案的互测量系统102。互测量系统100可以具体实施在触摸屏控制系统中，用于测量来自电容触摸屏的导体的噪声。互测量系统102可以包括一对I/O端子VIO1、VIO2、以及驱动与采样单元112.1、112.2。驱动单元112.1可以将激励电压驱动到第一I/O端子VIO1。采样单元112.2可以捕获来自第二I/O端子VIO1的返回电荷。
在图1B所示的配置中，第一I/O端子VIO1可以与第一触摸屏导体耦合，第一触摸屏导体显示为电容负载CSCREEN132。第二I/O端子VIO2可以与第二触摸屏导体耦合，第二触摸屏导体可显示为电容负载CSCREEN142。第一和第二触摸屏导体CSCREEN132、142可以对应于电容触摸屏的任何行或列导体。互测量系统102可以与触摸屏的任何导体连接以执行测量操作。互测量系统102可以经由诸如开关SWMUXA和SWMUXB的多路复用器开关与触摸屏导体连接。显示为处理器152的处理器可以管理测量系统100的操作并且将系统102所测量到的耦合噪声特征化。在测量操作期间，处理器152还可以通过控制线路(未示出)来控制多路复用器开关SWMUXA和SWMUXB。互电容CMUTUAL162可以耦合在屏幕导体CSCREEN132、142之间。
在互测量操作期间，第一激励电压可从驱动单元112.1驱动到第一I/O端子VIO1。第一激励电压可以对第一触摸屏导体CSCREEN132进行充电。电荷可以通过电容耦合(由CMUTUAL表示)传递到第二触摸屏导体CSCREEN142。可以通过可存储第一返回电荷的采样单元112.2来捕获来自第二I/O端子VIO2的第一返回电荷。驱动单元112.1随后可以将第二激励电压驱动到第一I/O端子VIO1，第一I/O端子VIO1可以对第一触摸屏导体CSCREEN132进行充电。电荷可以通过电容耦合被传递到第二触摸屏导体CSCREEN142。可以通过可存储第二返回电荷的采样单元112.2从第二I/O端子捕获第二返回电荷。第一返回电荷和/或第二返回电荷可用于计算屏幕导体CSCREEN132、屏幕导体CSCREEN142和/或互电容CMUTUAL的变化。来自第一返回电荷和/或第二返回电荷的输出可与互电容成比例。在一个实施方案中，采样单元112.2可以将第一和第二返回电荷传递到处理器152，处理器152可以计算互测量操作的总体测量结果。互测量系统102还可以根据由处理器152设定的预定积分时间来执行测量操作，以测量各耦合噪声频率。
在实施方案中，驱动单元112.1可以包括将第一和第二激励电压与第一I/O端子VIO1耦合的开关系统。在另一实施方案中，驱动单元112.1可以包括将第一和第二激励电压与第一I/O端子VIO1耦合的多路复用器。
在实施方案中，采样单元112.2可以包括捕获来自第二I/O端子VIO2的第一和第二返回电荷的一对单端op-amp。在另一实施方案中，采样单元112.2可以包括捕获来自第二I/O端子VIO2的第一和第二返回电荷的一对采样保持单元。在又一实施方案中，采样单元112.2可以包括捕获来自第二I/O端子VIO2的第一和第二返回电荷的差分op-amp。
图2(a)示出了根据本发明的实施方案的自测量电路200。自测量电路200可具体实施在触摸屏控制系统中，用于测量来自电容触摸屏的导体的噪声。如图2(a)所示，自测量电路200可以包括一对I/O端子VIO1、VIO2、差分op-amp210以及在开关控制器230的控制下操作的开关网络220。在图1所示的配置中，第一I/O端子VIO1可以与显示为电容负载CSCREEN240的所测量的第一触摸屏导体耦合。第二I/O端子VIO2可以与显示为电容负载CSCREEN250的第二触摸屏导体耦合。互电容CMUTUAL270可以耦合在电容负载CSCREEN240和电容负载CSCREEN250之间。
开关网络220可以包括各种开关。开关可以成对设置SW1A/SW1B、SW2A/SW2B、SW3A/SW3B以及SW4A/SW4B。在第一开关对内，开关SW1A可以将第一I/O端子VIO1与第一激励电压VSTIM1耦合。第二开关SW1B可以将第二I/O端子VIO2与第一激励电压VSTIM1耦合。在第二开关对内，开关SW2A可以将第一I/O端子VIO1与op-amp210的反相输入耦合。第二开关SW2B可以将第二I/O端子VIO2与op-amp210的非反相输入耦合。在第三开关对内，开关SW3A可以将第一I/O端子VIO1与第二激励电压VSTIM2耦合。第二开关SW3B可以将第二I/O端子VIO2与第二激励电压VSTIM2耦合。在第四开关对内，SW4A可以将第一I/O端子VIO1与op-amp210的非反相输入耦合。第二开关SW4B可以将第二I/O端子VIO2与op-amp210的反相输入耦合。开关控制器230可以通过控制线路(未示出)来管理各个开关SW1A、SW1B、SW2A、SW2B、SW3A、SW3B、SW4A和SW4B的打开/关闭正时。
op-amp210可以具有通过第一积分电容器C1与反相输出VOUTN耦合的非反相输入以及通过第二积分电容器C2与非反相输出VOUTP耦合的反相输入。C1和C2的电容可以近似相等。
如上文所论述的，触摸屏导体CSCREEN240可以对应于待由电路200测量的电容触摸屏的行或列导体。触摸屏导体CSCREEN250可以对应于另一行或列导体，或者可以是与电容触摸屏耦合的基准电容。
在工作期间，自测量电路200可以连接到电容触摸屏的任意导体，或者是测量导体上存在的耦合噪声或者利用其作为测量的基准导体。op-amp210的输出可以与电容负载CSCREEN240和/或电容负载CSCREEN250成比例。测量电路200可以经由诸如SWMUXA和SWMUXB的多路复用器开关连接到触摸屏导体。在自测量操作过程中，电容触摸屏控制系统(例如，图6的系统600)可以利用控制信号CTRLMUX来管理开关SWMUXA、SWMUXB的操作。
自测量电路200可以通过四个控制循环来执行自测量操作。对于第一控制循环，第一开关对SW1A、SW1B可以关闭以将第一激励电压VSTIM1驱动到第一I/O端子VIO1并且将第一激励电压VSTIM1驱动到第二I/O端子VIO2。这样可以将触摸屏导体CSCREEN240充电到第一激励电压VSTIM1并且将触摸屏导体CSCREEN250充电到第一激励电压VSTIM1。对于第二循环，第一开关对SW1A、SW1B可以打开，并且第二开关对SW2A、SW2B可以关闭。可以在op-amp210的反相输入端子处捕获来自触摸屏导体CSCREEN240的第一返回电荷，可以在op-amp210的非反相输入端子处捕获来自触摸屏导体CSCREEN250的第一返回电荷。op-amp210可以驱动跨非反相输出端子VOUTP和反相输出端子VOUTN的相应电压。来自各输出VOUTP和VOUTN的电压可以存储在相应的积分电容器C2和C1中。
对于第三循环，第二开关对SW2A、SW2B可以打开，并且第三开关对SW3A、SW3B可以关闭，以将第二激励电压VSTIM2驱动到第一I/O端子VIO1，并且将第二激励电压VSTIM2驱动到第二I/O端子VIO2。这样可以将触摸屏导体CSCREEN240充电到第二激励电压VSTIM2并且将触摸屏导体CSCREEN250充电到第二激励电压VSTIM2。对于第四循环，第三开关对SW3A、SW3B可以打开，并且第四开关对SW4A、SW4B可以关闭。可以在op-amp210的反相输入端子处捕获来自触摸屏导体CSCREEN240的第二返回电荷，并且可以在op-amp210的非反相输入端子处捕获来自触摸屏导体CSCREEN250的第二返回电荷。op-amp210可以驱动跨非反相输出端子VOUTP和反相输出端子VOUTN的相应电压。来自各输出VOUTP和VOUTN的电压可以存储在相应的积分电容器C2和C1中。
存储在积分电容器C1和C2中的电压可以表示在第二循环和第四循环期间捕获的累积电压。差分op-amp210的输出VOUTP和VOUTN之间的差值可以表示自测量操作的结果。显示为处理器260的处理器可以计算op-amp410输出VOUTP和VOUTN之间的差值。该差值可以与触摸屏导体CSCREEN240与触摸屏导体CSCREEN250的电容差值有关，并且可以与VSTIM1与VSTIM2之间的电压差值有关。该差值可以与积分电容器C1和/或C2(电容器C1和C2的尺寸近似相等)的电容差值成比例地缩放。
在每个测量循环过程中，还可以在触摸屏导体和/或基准导体CREF250上感应出由噪声源VNOISE1、VNOISE2所表示的耦合噪声引起的电压变动。耦合噪声可以包含在自测量操作的总结果(例如，VOUTP与VOUTN之间的差值)中。因为第一激励电压VSTIM1和第二激励电压VSTIM2对于每个测量设定是已知的，所以VOUTP与VOUTN之间的差值可进一步缩放以表示由VNOISE1和VNOISE2感应的电压变动。触摸屏控制系统(例如，图6的系统600)可以使用测量噪声来配置触摸检测操作的工作参数，该工作参数可以补偿测量噪声。
还可以由存在于触摸屏控制系统(例如，图6的系统600)中的大容量电容(未示出)在电路200上感应出耦合噪声。大容量电容可由于触摸屏控制系统的各部件之间的电容耦合而产生。可以利用可以接近来自这些噪声源的噪声贡献的其他缩放因素来解释在测量期间的这些系统噪声。在各个实施方案中，可以执行多个测量操作以细化电路200的噪声测量。可以通过积分电容器C1和C2的积分循环的顶点来细化噪声测量。
在图2(a)中，第一和第二激励电压VSTIM1、VSTIM2可以设定成共模电压(例如，AC接地电压)。因此，在每个循环中，共模电压可以与相应的触摸屏导体而不是耦合，而不是施加激励电压。
图2(b)示出了根据本发明的实施方案的自测量电路202。自测量电路202可以具体实施在触摸屏控制系统中，用于测量电容触摸屏的自电容。自测量电路202可以使用多个开关来将一个或多个基准电压提供给触摸屏导体并且利用op-amp的非反相输入和/或反相输入来测量触摸屏导体处的电压。自测量电路202可以包括将自测量电路202与触摸屏的第一和第二导体顺序地连接的开关，或者每个导体可设置有自测量电路202。
如图2(b)所示，自测量电路202可以包括I/O端子VIO1、差分op-amp212和在开关控制器232的控制之下操作的开关网络222。I/O端子VIO1可以与显示为电容负载CSCREEN242的触摸屏导体耦合。电压噪声VNOISE和/或电容噪声CNOISE可以与电容负载CSCREEN242耦合。电压噪声VNOISE和/或电容噪声可由于引入电路的开关模式电源噪声和/或LCD噪声引起。手指触摸电容触摸屏的效果可以改变电压噪声VNOISE和/或电容噪声CNOISE。
开关网络222可以包括各种开关。开关可以包括开关SW1A、SW1B、SW1C和SW1D。开关SW1A可以将第一激励电压VSTIM1与I/O端子VIO1耦合。开关SW1B可以将I/O端子VIO1与op-amp212的非反相输入耦合。开关SW1C可以将第二激励电压VSTIM2与I/O端子VIO1耦合。开关SW1D可以将I/O端子VIO1与op-amp212的反相输入耦合。开关控制器232可以通过控制线路(未示出)来管理各个开关SW1A、SW1B、SW1C和SW1D的打开/关闭正时。
op-amp212可以具有通过第一积分电容器C1与反相输出VOUTN耦合的非反相输入端子以及通过第二积分电容器C2与非反相输出VOUTP耦合的反相输入。C1和C2的电容可近似相等。
在工作期间，自测量电路202可以连接到电容触摸屏的一个导体，以测量导体上存在的耦合噪声。op-amp212的输出可以与电容负载CSCREEN242、电压噪声VNOISE和/或电容噪声CNOISE成比例。测量电路202可以经由诸如SWMUXA的多路复用器开关连接到触摸屏导体。在自测量操作期间，容触摸屏控制系统(例如，图6的系统600)可以利用控制信号CTRLMUX来管理开关SWMUXA的操作。
自测量电路202可以通过四个控制循环来执行自测量操作。对于第一循环，开关SW1A可以关闭，并且其余的开关SW1B、SW1C和SW1D可以打开。关闭开关SW1A可以将第一激励电压VSTIM1驱动到I/O端子VIO1。这样可以将与I/O端子VIO1耦合的触摸屏导体充电到第一激励电压VSTIM1。对于第二循环，开关SW1B可以关闭，并且其余的开关SW1A、SW1C和SW1D可以打开。关闭开关SW1B可以将I/O端子VIO1与op-amp212的非反相输入耦合。可以在op-amp212的非反相输入端子处捕获来自与I/O端子VIO1耦合的触摸屏导体的第一返回电荷。op-amp212可以驱动跨反相输出端子VOUTN的电压。来自反相输出端子VOUTN的电压可存储在积分电容器C1中。
对于第三循环，开关SW1C可关闭，并且其余的开关SW1A、SW1B和SW1D可以打开。关闭开关SW1C可以将第二激励电压VSTIM2驱动到I/O端子VIO1。这样可以将与I/O端子VIO1耦合的触摸屏导体充电到第二激励电压VSTIM2。对于第四循环，开关SW1D可以关闭，并且其余开关SW1A、SW1B和SW1C可以打开。关闭开关SW1D可以将I/O端子VIO1与op-amp212的反相输入耦合。可以在op-amp212的反相输入端子处捕获来自与I/O端子VIO1耦合的触摸屏导体的第二返回电荷。op-amp212可以驱动跨非反相输出端子VOUTP的电压。来自非反相输出端子VOUTP的电压可存储在积分电容器C2中。
存储在积分电容器C1和C2中的电压可以表示在测量循环期间所捕获的累积电压。差分op-amp212输出VOUTP与VOUTN之间的差值可以表示来自电容触摸屏的导体的噪声。显示为处理器262的处理器可以计算op-amp410输出VOUTP与VOUTN之间的差值。触摸屏控制系统(例如，图6的系统600)可以使用测量噪声来配置触摸检测操作的工作参数，这些工作参数可以补偿测量噪声。
在另一实施方案中，第一激励电压VSTIM1和/或第二激励电压VSTIM2可以是共模电压VCM(例如，AC接地电压)。因此，在每个循环中，共模电压VCM可以与触摸屏导体耦合，而不是施加第一激励电压VSTIM1和/或第二激励电压VSTIM2。在这样的配置中，不测量触摸电容，仅测量耦合噪声。
图3示出了根据本发明的实施方案的用于执行电容触摸屏导体的自测量的方法300。如块322和324所示，方法300可以将第一导体第一激励电压驱动到触摸屏以及将第二导体第一激励电压驱动到触摸屏。方法300可以捕获来自导体的第一相应返回电荷(块330)。如块342和344所示，该方法可以将第一导体第二激励电压驱动到触摸屏以及将第二导体第二激励电压驱动到触摸屏。该方法可以捕获来自导体的第二相应返回电荷(块350)。
在实施方案中，该方法可以根据相应的第一和第二返回电荷来估计噪声值(块360)。在实施方案中，该方法可以设定用于执行自测量操作的积分时间(块310)。积分时间可以与待测量的噪声频率有关。在实施方案中，该方法可以存储第二结果(块372)。存储的结果可用于后续处理操作。
图4示出了根据本发明的实施方案的互测量电路400。如图4所示，自测量电路400可以包括一对I/O端子VIO1、VIO2、差分op-amp410以及在控制器4230的控制之下操作的开关网络420。在图4所示的配置中，第一I/O端子VIO1可以与显示为电容负载CSCREEN440.2的第一触摸屏导体耦合。第二I/O端子VIO2可以与显示为电容负载CSCREEN440.2的第二触摸屏导体耦合。互电容CMUTUAL470可以耦合在电容负载CSCREEN440.1与电容负载CSCREEN440.2之间。
开关网络420可以包括各种成对设置的开关SW1A/SW1B和SW2A/SW2B。在第一开关对内，开关SW1A可以将第一I/O端子VIO1与第一激励电压VSTIM1耦合。第二开关SW1B可以将第二I/O端子VIO2与op-amp410的非反相输入耦合。在第二开关对内，SW2A可以将第一I/O端子VIO1与第二激励电压VSTIM2耦合。第二开关SW2B可以将第二I/O端子VIO2与op-amp410的反相端子耦合。开关控制器430可以通过控制线路(未示出)来管理各开关SW1A、SW1B、SW2A和SW2B的打开/关闭正时。
op-amp410非反相输入可以通过第一积分电容器C1与反相输出VOUTN耦合，并且反相输入可以通过第二积分电容器C2与非反相输出VOUTP耦合。C1和C2的电容可以近似相等。
如所论述的，第一触摸屏导体CSCREEN440.1可以对应于待由电路400测量的电容触摸屏的行或列导体。第二触摸屏导体CSCREEN440.1还可以对应于待由电路400测量的电容触摸屏的行或列导体。在工作期间，互测量电路400可以连接到触摸屏的任何导体以测量存在于导体上的耦合噪声。互测量电路400可以经由诸如开关SWMUXA和SWMUXB的多路复用器开关连接到触摸屏导体。电容触摸屏控制系统(例如，图6的系统600)可以在互测量操作期间利用控制信号CTRLMUX来管理开关SWMUXA、SWMUXB。
电路400可以通过两个循环来执行互测量操作。对于第一循环，第一开关对SW1A、SW1B可以关闭以将第一激励电压VSTIM1驱动到第一I/O端子VIO1。电压可以对第一触摸屏导体CSCREEN440.1进行充电。通过互电容CMUTUAL所表示的电容耦合，电荷可以传递到第二触摸屏导体CSCREEN440.2并且可以从第二I/O端子VIO2捕获并且施加到op-amp410的非反相输入端子。op-amp410可以跨第一积分电容器C1驱动来自其反相输出VOUTN的电压。
对于第二循环，第二开关对SW2A、SW2B可以关闭以将第二激励电压VSTIM2驱动到第一I/O端子VIO1。电压可以对第一触摸屏导体CSCREEN440.1进行充电。通过由互电容CMUTUAL表示的电容耦合，电荷可以传递到第二触摸屏导体CSCREEN440.2的返回电荷并且从第二I/O端子VIO2捕获并且施加到op-amp410的反相输入端子。op-amp410可以跨第二积分电容器C2驱动来自其非反相输出VOUTP的电压。
在第二循环结束时，op-amp410输出VOUTP与VOUTN之间的差值可以表示互测量操作的结果。该差值可以与互电容CMUTUAL470有关并且可以与通过第一和第二触摸屏导体CSCREEN440.1、440.2驱动的激励电压VSTIM1和VSTIM2之间的差值有关。该差值可以与积分电容器C1和/或C2(电容器C1与C2在尺寸上近似相等)之间的电容差值成比例缩放。显示为处理器460的处理器可以被包括以利用op-amp410的输出VOUTP和VOUTN处的信号来进行计算。
对于每个测量循环，可以由于在第一和第二触摸屏导体CSCREEN440.1,440.2上感应出由噪声源VNOISE1,VNOISE2所表示的耦合噪声引起的电压变动。在第二测量循环结束时计算出的互测量操作的总结果(VOUTP与VOUTN之间的差值)中可以包括耦合噪声。因为第一和第二激励电压VSTIM1和VSTIM2对于每个测量设定来说是已知的，所以VOUTP与VOUTN之间的差值可进一步缩放以表示由VNOISE1和VNOISE2招致的电压变动。触摸屏控制系统(例如，图6的系统600)可以使用测量噪声来配置触摸检测操作的工作参数，所述工作参数可以补偿测量噪声。
可能由于存在于触摸屏控制系统(例如，图6的系统600)中的大容量电容(未示出)而在电路400上招致另外的噪声。大容量电容会由于触摸屏控制系统的各部件之间的电容耦合而引起。可以利用可以近似来自这些噪声源的噪声贡献的其他缩放因素来解释在测量操作期间的这些系统噪声。在各个实施方案中，可以进行多次测量操作以细化电路200的噪声测量。可以通过积分电容器C1和C2的积分循环的顶点来细化噪声测量。
在另一实施方案中，图4所示的激励电压VSTIM1和VSTIM2可以均为共同电压VCM。通过施加到触摸屏的导体之一的共同电压VCM，该导体保持为共同电压VCM(例如，AC接地电压)，而另一导体连接到op-amp410的输入以测量耦合噪声。在这种配置中，不测量触摸电容。如果某噪声与未连接到op-amp410的输入之一的触摸屏导体(例如，第一触摸屏导体CSCREEN440.1)耦合，则其将被产生共同电压VCM的缓冲器的低输出阻抗抑制。因此，在连接到op-amp410的输入之一的触摸屏导体(例如，第二触摸屏导体CSCREEN440.2)处的噪声测量将不受另一导体上的噪声影响。能够在触摸屏的两个导体上进行这些测量，并且噪声的最大值能够用作表示触摸屏的噪声。
共模控制电路(未示于图4中)可用于提供共模电压。共模控制电路可用于将op-amp410的输入保持为AC接地电压。
图5示出了根据本发明的实施方案的用于执行互测量操作的方法500。如块520所示，方法可以将第一导体第一激励电压驱动到触摸屏。该方法500可以捕获第二触摸屏导体第一返回电荷(块530)。该方法可以将第一触摸屏导体第二激励电压驱动到触摸屏(块540)并且捕获第二触摸屏导体第二返回电荷(块550)。如上所述，第一激励电压和第二激励电压可以为相同的电压。第一和第二激励电压可以是共同电压VCM(例如，AC接地电压)。
在实施方案中，该方法可以通过第一和第二返回电荷来估计噪声值(块560)。在实施方案中，该方法可以设定用于执行互测量操作的积分时间(块510)。在实施方案中，该方法可以存储第一捕获返回电荷(块532)。在实施方案中，该方法可以存储第二捕获返回电荷(块552)。在另一实施方案中，该方法可以存储互测量操作的结果以便用于后续处理操作(块562)。
图6示出了根据本发明的实施方案的电容触摸屏650的控制系统600。该系统可以控制用于触摸屏650的控制测量操作和触摸检测操作。控制系统600可以包括处理器610、测量子系统620、检测子系统630和显示为多路复用器(“MUX”)640的路由结构。处理器610可以管理系统600的操作。路由结构MUX640可以通过I/O端子VIOCOL,VIOROW将控制系统600与触摸屏650的列导体和行导体耦合。处理器610可以通过用于测量和触摸检测操作的控制信号CTRLMUX来控制MUX640与触摸屏650的行导体或列导体的耦合。控制系统600可以合并到集成电路(“IC”)中。
测量子系统620可以包括用于如图1A和图2所论述的自测量电路和/或如图1B和图4所论述的互测量电路的关联电路系统。测量系统620可以将多个信号驱动到触摸屏650的导体并且可以接收来自触摸屏导体的返回电话以用于测量操作。
检测子系统630可以包括产生具有可被驱动到触摸屏650的导体的独特频谱特性的激励信号的信号发生器。检测子系统630还可以包括模拟数字转换器、数字滤波器、和/或模拟滤波器以对从触摸屏650的导体接收到的返回信号进行采样和调整。
处理器610可以管理测量子系统620和检测子系统630以执行触摸屏650的噪声补偿触摸检测操作。对于检测操作，检测系统630可以产生可被驱动到触摸屏650的导体的激励信号。通过控制MUX640，处理器610可以确定激励信号可以驱动哪些导体(行或列)。从触摸屏650返回的信号可以由检测系统630采样并且传送到处理器610。处理器610可以对信号进行译码，判定是否已发生触摸，和/或确定触摸位置。返回信号还可以包括可能在触摸屏650上招致的耦合噪声。系统600可以利用测量系统620来执行测量操作以测量耦合噪声。测量噪声可用于调节系统600的工作参数，所述工作参数可以补偿触摸检测操作期间的噪声。工作参数调节可以包括调节检测系统640可以产生并且驱动到触摸屏650的激励信号的频率。工作参数调节还可以包括调节接收器630可以对来自触摸屏650的返回信号进行采样的采样率(积分时间)。
例如，可由于开关模式电源而在触摸屏控制系统600上招致大约120Hz的噪声频率。检测子系统630可以除了120HZ之外的频率(例如，60HZ)下将激励信号驱动到触摸屏650以在干扰频率处添加缺口并且避免来自噪声频率的干扰。在接收侧，检测子系统630可以按与120Hz噪声频率成比例的速率或频率对从电容触摸屏650接收到的返回信号进行采样。以此方式对返回信号进行采样可以使得返回信号上所存在的120Hz噪声分量最小化。结果，采样信号可以更精确地表示由于在屏幕650上进行的触摸而引起的信号变化而不是由于耦合噪声频率引起的信号变化。
如所论述的，系统600可以利用预定积分时间进行检测和测量操作。对于检测操作，积分时间可以与可被驱动到触摸屏650的激励信号的频率和用于对从触摸屏650接收到的返回信号进行采样的采样率有关。对于测量操作，积分时间可以与系统600可测量的噪声的频率有关，积分时间的逆可等于待测量的噪声频率。积分时间可用于控制用于自测量电路和互测量电路的开关网络的开关率。积分时间还可以用于控制用于被动噪声测量操作的采样率。被动测量操作可以包括：在不驱动激励电压到屏幕的情况下，捕获来自触摸屏的导体的环境返回信号。
最优积分时间选择
在实施方案中，积分时间可以用于确定用于系统600的操作的最优积分时间。在最优积分时间，可以使得来自系统中的噪声的干扰最小化。通过测量各积分时间的噪声，并且选择得到最小测量噪声的积分时间，可以确定最优积分时间。一定的积分时间范围可为系统预先确定。系统600可以循环通过该范围以确定最优积分时间。
首先，系统可以测量初始积分时间的噪声。系统可以重复在渐增的积分时间的噪声测量。噪声的测量可以多个增量积分时间进行重复以求的用于测量噪声的局部最小值。在局部最小值处的积分时间可用作计算使得噪声效应最小化的其他可能的积分时间的起始点。
系统可以利用频率跳跃技术来计算后续积分时间并且测量在各偏移积分时间的噪声。系统600可以继续测量各计算的积分时间的噪声，直到耗尽预定范围的积分时间。测量计算的积分时间的噪声可提供以用于系统600的最优积分时间的细化。系统可以根据下列等式来执行频率跳跃计算：
对于等式1，Φ的每次计算可以代表积分阶段时间并且变量“N”可以与积分循环(测量操作)的数量有关。如上所述，多个积分循环可用于提高用于一定积分时间的噪声拒斥。如果在计算的积分时间的噪声测量可以低于临时噪声阈值，则系统可以更新临时噪声阈值并且存储对应于噪声测量的积分时间。系统600可以继续测量跨预定范围的积分时间的噪声。在预定范围的积分时间耗尽之后，最优积分时间可设定成来自噪声测量的存储积分时间。对于后续检测操作，最优积分时间可用于对触摸输入进行采样。
在实施方案中，系统600可以在触摸检测操作期间执行频率跳跃噪声测量。在触摸检测操作期间，可以从自电容触摸屏返回的信号主动地测量噪声。如果在返回信号中可以检测到噪声，则系统600可以执行频率跳跃计算以更新系统的最优积分时间。系统可以在频率跳跃噪声测量之后对导体交叉点的寄生电容进行校准。
寄生电容校准
在各个实施方案中，系统600可以基于存在于行和列导体之间的交叉点周围的寄生电容来调节触摸屏650的操作。寄生电容可由于导体的非固定活动而存在，因为系统可以利用不同积分时间来测量噪声。寄生电容校准可以在选择最优积分时间之后进行以确定用于触摸屏650的每个导体交叉点的寄生电容。如果导体未被触摸并且导体的噪声在预定噪声阈值以下，则可以执行对于每个导体交叉点的适当校准。通过使得每个导体交叉点的系统偏移误差最小化并且因此提供更精确的触摸测量，寄生电容因数可以用于更精确地解算触摸位置。
为了进行寄生电容校准，系统可以测量初始触摸屏导体的电容。电容可以与预定电容阈值相比较以判定导体是否正在被触摸。测量电容在阈值以上可以表示导体正在被触摸，在该情况下系统可以近似导体的每个交叉点的寄生电容(下文论述)。测量电容在电容阈值以下可表示导体未被触摸，在该情况下系统600可利用最优积分时间来测量导体的噪声。既定导体的噪声可与预定噪声阈值进行比较。可以测量导体的噪声并且将该噪声与判定为多个增量积分时间处的局部最小化的噪声进行比较。
如果噪声在阈值以下，则导体极可能未被触摸，并且系统600可以对沿着导体的每个交叉点的寄生电容因数进行校准。如果噪声在阈值以上，则导体极可能正在被触摸，在该情况下，可利用被评估为未触摸的其他触摸屏导体的寄生电容因数的平均值来近似每个交叉点的寄生电容因数。可以按此方式来调节用于每个触摸屏650的导体的寄生电容因数。如果传感器未被触摸且其无噪声，则通过系统执行的电容的测量是寄生电容本身，因此可以在opamp的输入处减去用于该电容器的等价电荷，从而补偿该电容值。
在实施方案中，系统600可以存储在寄生电容校准期间所测量到的每个导体的电容数据。在触觉检测操作期间可以使用噪声数据来为可在触摸操作期间触摸的各导体交叉点来提供适应性电容阈值。适应性阈值可为来自电容触摸屏的预处理返回信号提供以判定实际的触摸是否可以执行或者导体是否可以仅为有噪声的。可根据返回信号来计算导体交叉点的电容值。电容值可以与适应性电容阈值进行比较。如果计算出的返回信号的电容在阈值以上，则系统600可以判定导体正在被触摸。系统600随后可以解算触摸位置。如果其在阈值以下，则系统可以判定导体仅为有噪声的，在该情况下，可以绕过触摸位置的处理。在实施方案中，适应性阈值可与用于导体周围的预定组交叉点的平均电容阈值成比例。
系统600可允许自测量操作、互测量操作和/或被动测量操作与频率跳跃操作、寄生电容校准、和/或适应性阈值操作进行动态组合以补偿各种耦合噪声频率，这取决于触摸屏控制系统600的各种应用。
图7示出了根据本发明的实施方案的用于检测在电容触摸屏系统上执行的触摸操作的方法700。方法700可以检测触摸屏系统上的触摸，同时使得在触摸屏系统中检测到的效应噪声最小化。
如图7所示，方法700可以测量触摸屏系统的噪声(块710)。测量噪声可以与阈值进行比较(块720)。如果测量噪声等于或大于阈值(在块720中为是)，则判定检测到噪声并且能够进行噪声补偿。如果测量噪声在阈值以下(在块720中为否)，则判定噪声不显著(例如，无需确定新的积分阶段时间和/或执行寄生电容补偿)。如果检测到噪声(在块720中为是)，则可以计算新的积分阶段时间(块730)。方法700还可以包括对于寄生电容补偿的补偿(块740)。来自一个或多个触摸屏导体的信号可以被预处理以判定触摸是否存在(块750)。如果触摸存在，则方法700可以解算在电容触摸屏上发生的触摸操作的触摸位置(块750)。
计算新的积分阶段时间和/或寄生电容可以包括：将激励信号喷射到一个或多个触摸屏导体中；以及对来自一个或多个触摸屏导体的返回信号进行采样。在实施方案中，方法700可以在判定出最优积分时间之后对触摸屏的每个导体交叉点的寄生电容进行补偿。
在另一实施方案中，方法700可以利用适应性电容阈值对返回信号进行预处理以判定导体是否正在被触摸或者是否是有噪声的。如果预处理判定出导体正在被触摸，则方法700可以解算触摸位置。否则，该方法可以刷新检测(块752)。该方法700可以利用如上所示的互测量操作和/或自测量操作来执行频率跳跃测量和寄生电容校准。
在实施方案中，该方法可以刷新触摸操作的检测(块752)。在另一实施方案中，方法700可以更新系统的最优积分时间(块754)。
图8示出了根据本发明的实施方案的用于确定电容触摸屏系统的操作的最优积分时间的方法800。方法800可以通过测量跨预定范围的测试积分时间的噪声来确定最优积分时间。如果触摸屏系统的噪声超过预定阈值，则可以执行方法800。该方法可以包括：对于一定范围的积分时间确定噪声的全部的局部最小值；以及选择对应于最低噪声测量的积分时间。
如图8所示，方法800可以将积分时间设定为第一值(块810)。第一值可以是最小积分阶段时间。在第一积分时间，可以测量来自触摸屏导体的测量噪声(块812)。测量噪声可用于判定噪声是否是局部最小值(块820)。如果测量噪声不是局部最小值(在块820中为否)，则积分阶段时间可以增加(块822)并且执行另外的噪声测量操作(返回块810)。
如果测量噪声不是局部最小值(在块820中为是)，则方法800可以将噪声阈值设定为测量噪声电平并且将最优积分时间设定成对应于测量噪声的积分时间(块830)。该方法可以计算下一积分时间的新的噪声局部最小值(块840)。该方法可以根据计算的积分时间来测量来自一个或多个触摸屏导体的噪声(块850)。该方法可以将测量噪声与最佳噪声值进行比较(块860)。最佳值可以是具有最少量噪声的噪声值。
如果测量噪声低于最佳噪声值，则方法800可以将最佳噪声值设定成测量噪声和/或将最优阶段时间设定成当前阶段时间(块870)。如果积分时间超过最佳噪声值或者在设定最佳噪声值的新值之后(块870)，则方法可以判定是否已达到最大阶段时间(块880)。如果已达到最大阶段时间(在块880中为是)，则当前最优阶段时间可用于触摸屏系统的操作。如果尚未达到最大阶段时间(块880中为否)，则可以在下一阶段时间计算新的局部最小值(块840)。
图9示出了根据本发明的实施方案的用于执行寄生电容校准的方法900。该方法900可以测量第一触摸屏导体的电容(块910)。该方法900可以将测量电容与预定电容阈值进行比较(块920)。如果测量电容超过阈值，则该方法可以近似导体的每个交叉点的寄生电容因数(块960)。如果测量电容低于电容阈值，则方法900可以测量导体的噪声(块930)。方法900可以将测量噪声与预定噪声阈值进行比较(块940)。如果测量总as低于预定噪声阈值，则方法900可以对导体的每个交叉点的寄生电容因数进行校准(块950)。如果噪声超过预定阈值，则方法900可以近似导体每个交叉点的寄生电容因数(块960)。
方法900可以检查触摸屏导体是否等于触摸屏导体的最大数量(块970)。如果为否，则方法可以增量到后续触摸屏导体(块980)并且重复后续导体的测量电容和噪声(返回块910)。否则，方法900可以结束(块972)。
在实施方案中，预定噪声阈值可设定成在最优积分时间选择和/或频率跳跃噪声测量期间设定的噪声阈值。在实施方案中，方法900可以近似导体每个交叉点处的寄生电容因数。该近似可设定成具有在预定噪声阈值以下的测量噪声的导体的平均电容因数。在实施方案中，方法900执行自测量操作以测量每个触摸屏导体的噪声。
本文中特别地图示和描述了本发明的多个实施方案。然而，将理解的是，上述教导涵盖了本发明的各修改例和变型例。在其他实例中，未对公知的操作、部件和电路进行详细说明以免造成实施方案不清楚。能够理解的是，本文所公开的具体的结构和功能细节是代表性的，而不一定限制实施方案的范围。
本领域技术人员可以从前面的说明中理解，本发明可以各种形式来实施，并且各个实施方案可以单独实施或组合实施。因此，虽然结合本发明实施方案的特定实施例描述了本发明的实施方案，本发明的实施方案和/或方法的真正范围不应受此限制，因为在研究附图、说明书和随附的权利要求书之后其他的修改例对于本领域技术人员而言是显而易见的。

Claims (10)

1.一种用于检测在电容触摸屏系统上执行的触摸操作的方法，包括：
确定用于对触摸屏导体进行控制采样的最优积分时间，其中所述最优积分时间补偿所述触摸屏导体的噪声；
将激励信号射入所述电容触摸屏的导体；
对来自所述导体的返回信号进行采样；以及
基于所述返回信号的分布图来解算触摸位置，
其中确定用于对触摸屏导体进行控制采样的最优积分时间包括：
对于一系列积分时间内的多个积分时间，测量来自电容触摸屏的噪声；
确定在所述多个积分时间的测量噪声的一个或多个局部最小值；以及
将所述最优积分时间设定为与最低的局部最小值对应的积分时间。
2.如权利要求1所述的方法，还包括校准用于导体交叉点的寄生电容。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：将所述返回信号与适应性电容阈值进行比较以判定导体交叉点是否正在被触摸，
如果所述交叉点正在被触摸，则基于所述返回信号来解算触摸位置，以及
如果所述交叉点未被触摸，则绕过所述解算触摸位置并且重复射入和采样。
4.如权利要求3所述的方法，其中利用来自预定群组的导体交叉点的平均电容值来设定适应性电容阈值。
5.如权利要求1所述的方法，还包括对来自所述导体的返回信号执行频率跳跃噪声测量以用于更新所述最优积分时间。
6.如权利要求1所述的方法，还包括以预定数量的操作循环，重复射入、采样和解算触摸位置。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：以预定数量的操作循环，重复确定最优积分时间、射入、采样和解算触摸位置。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：将所述一系列积分时间内的所述积分时间从最小值增到最大值。
9.如权利要求1所述的方法，还包括：
对于所述触摸屏的每个导体，以重复的方式：
测量导体的电容；
将测量电容与预定电容阈值进行比较；
如果测量电容在所述阈值以上，则近似所述导体的每个交叉点处的寄生电容；
如果测量电容在所述预定电容阈值以下，
则测量所述导体的噪声，
将所述噪声与预定噪声阈值进行比较，
如果测量噪声在所述预定噪声阈值以上，则近似所述导体的每个交叉点处的寄生电容，以及
如果测量噪声在所述预定噪声阈值以下，则对所述导体的每个交叉点处的寄生电容进行校准。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述导体的每个交叉点处的近似寄生电容被设定为测量噪声在所述预定噪声阈值以下的其他导体交叉点的平均寄生电容值。
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