CN104655935B - 节点电容的测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节点电容测试方法及装置，用于对如电容触摸屏传感器一类具有大规模矩阵结构的节点电容进行测量，根据测量模式选通电容触摸屏对应的节点电容；加载激励信号至节点电容；采样测量所述激励信号及节点电容响应所述激励信号输出的电参量；根据采样所得的激励信号及电参量分析计算节点电容的电容值。并通过对空闲的驱动网络单元和空闲的接收网络单元的偏置方案，消除激励信号的分流现象，大大减小了空闲网络上的损耗，并降低了测量过程中被测节点和空闲网络之间的干扰，提高了测量精度。

Description

节点电容的测试方法及装置

技术领域

本发明涉及电容式触摸屏领域，尤其涉及一种节点电容的测试方法及装置。

背景技术

目前，电容式触摸屏传感器的电参量测量正在成为电容式触摸屏产业基本要求，对于电容式触摸屏传感器而言，其关键参数包括节点电容、通道间绝缘电阻、通道串联电阻等参数。其中，节点电容和绝缘电阻是产品本身特征参数，对于驱动网络和接收网络的设计和参数设定有决定性的影响。

目前，由于大部分情况下的驱动和接收网络都是单端引线，针对电容式触摸屏传感器的节点电容、绝缘电阻等部分参数的测量，一般采用单点测量方式，即在驱动和接收网络的一端施加探针；则对于传感器的驱动、接收网络的通道电阻的测量，将无法采用传统的V-I测量方式获得；尽管在理论上，可把通道串联电阻和节点电容作为一个等效RC网络，通过复阻抗测量方式，测出等效网络的实部阻抗和虚部阻抗，并由实部阻抗推算通道电阻，虚部阻抗推算节点电容。但通过上述方法主要用于一阶RC网络，而实际的触控屏传感器的每个驱动网络上存在多个节点电容，除了被测节点外，其它节点不论是浮空、接地或采用其它手段，在测量时的综合效应影响都要远大于实际被测节点的电容值，使得整个网络在用一阶RC网络等效时存在不可预测的误差，导致测量结果的精确度和可信度很低，无法满足实际应用的要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种节点电容的测试方法及装置，旨在解决测量大规模矩阵节点电容时，寄生效应严重，测量精度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种节点电容的测试方法，该节点电容的测试方法包括以下步骤：

选通电容触摸屏传感器的待测的节点电容；

加载激励信号至所述节点电容；

测量所述激励信号的参数值，以及节点电容响应所述激励信号输出的电参量；

根据测量所得的激励信号的参数值及电参量获得所述节点电容的电容值。

优选地，所述加载激励信号至节点电容的步骤具体包括：

通过所述节点电容对应的驱动网络单元的端口加载激励信号；

对空闲的驱动网络单元和空闲的接收网络单元的端口加载偏置信号。

优选地，所述测量所述激励信号的参数值，以及节点电容响应所述激励信号所输出的电参量的步骤具体包括：

通过所述节点电容对应的驱动网络单元的端口测量节点电容的驱动端激励信号；

通过所述节点电容对应的接收网络单元的端口测量所述节点电容响应驱动端激励信号所输出的电参量。

优选地，在所述加载激励信号至节点电容之前还包括：

将所述激励信号切换至所述节点电容对应的驱动网络单元端口；

将采样测量模块的采样端切换至所述节点电容对应的测量端口；

将所述空闲的驱动网络单元和接收网络单元根据预设的测量要求，分别切换至对应类型的偏置信号输出端。

此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种节点电容的测试装置，该节点电容的测试装置包括：

选通矩阵模块，用于选通电容触摸屏传感器的待测的节点电容；

信号发生器，用于加载激励信号至节点电容；

采样测量模块，用于测量所述激励信号的参数值，以及节点电容响应所述激励信号输出的电参量；

控制及数据处理单元，用于根据测量所得的激励信号的参数值及电参量获得所述节点电容的电容值。

优选地，所述信号发生器产生激励信号及偏置信号，所述信号发生器通过所述节点电容对应的驱动网络单元的端口加载激励信号；所述信号发生器对空闲的驱动网络单元和空闲的接收网络单元的端口加载偏置信号；所述偏置信号类型中的激励信号同步信号和接收信号同步信号，分别通过高速放大器单元，对激励端和接收端信号进行衰减或放大得到。

优选地，所述采样测量模块具体用于通过所述节点电容对应的驱动网络单元的端口测量节点电容的驱动端激励信号；通过所述节点电容对应的接收网络单元的端口测量所述节点电容响应驱动端的激励信号输出的电参量。

优选地，所述节点电容的测试装置还包括功能切换模块，所述功能切换模块用于将所述激励信号切换至所述节点电容对应的驱动网络单元端口，以及用于将所述采样测量模块的采样端切换至所述节点电容对应的测量端口。

本发明所提供的一种节点电容的测试方法及测试装置，在对如电容触摸屏传感器一类具有大规模矩阵结构节点电容进行测量时，通过对空闲的驱动网络单元和空闲的接收网络单元的偏置方案，消除激励信号的分流现象，大大减小了空闲网络上的寄生效应损耗，并降低了测量过程中被测节点和空闲网络之间的干扰，提高了测量精度。

附图说明

图1为本发明的节点电容的测试方法的第一实施例的流程示意图；

图2为本发明一实施例中电容触摸屏的节点电容分布结构示意图；

图3为图1中加载激励信号至节点电容的流程细化图；

图4为图1中采样测量所述激励信号及节点电容响应所述激励信号输出的电参量的流程细化图；

图5为本发明的节点电容的测试方法的第二实施例的流程示意图；

图6为本发明节点电容的测试装置的第一实施例的功能模块结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种节点电容的测试方法。

参照图1，图1为本发明的节点电容的测试方法的第一实施例的流程示意图。在本实施例中，该节点电容的测试方法包括以下步骤：

步骤S100：选通电容触摸屏传感器的待测的节点电容。

参照图2，图2为本发明一实施例中电容触摸屏的节点电容分布结构示意图。在本实施例中，节点电容为电容触控屏传感器中的重要电参量，电容触控屏传感器包括若干相互平行设置的驱动网络单元110及若干相互平行设置的接收网络单元120，且在驱动网络单元110与接收网络单元120垂直交错形成网格结构并在节点处通过上述节点电容连接；从而任一节点电容对应唯一的驱动网络单元110和接收网络单元120。在每一驱动网络单元110的同一侧的一端设有测量端口，在每一接收网络单元120的同一侧的一端也设有测量端口。

当处于节点电容测量模式时，此时，通过选通矩阵模块200选通一驱动网络单元与一接收网络单元，从而选通该驱动网络单元与接收网络单元交汇处的节点电容，在本实施例中，以选通节点电容C2为例进行说明，节点电容C2对应驱动网络单元Tx2与接收网络单元RxC，通过选通矩阵模块200选通驱动网络单元Tx2与接收网络单元RxC，即完成节点电容C2的选通。

具体地，该选通矩阵模块内部由若干个低阻抗模拟开关组成，此模拟开关形成若干个选通单元，每一选通单元对应连接至一驱动网络单元或接收网络单元的测量端口，且每一选通单元具有4组开关选项：激励信号输入端(Tx)、接收信号输出端(Rx)、第一偏置端(BS1)和第二偏置端(BS2)；激励信号输入端Tx经功能切换模块连接至信号发生器的激励信号输出端，第一偏置端BS1及第二偏置端BS2经功能切换模块连接至信号发生器的偏置信号输出端，接收信号输出端Rx经功能切换模块连接至采样测量模块。在控制及数据处理单元的控制下，将选通矩阵模块内部对应的开关闭合，选通对应的驱动网络单元Tx2与接收网络单元RxC，从而选通驱动网络单元Tx2与接收网络单元RxC交汇处的节点电容C2。

步骤S200：加载激励信号至所述节点电容。

具体地，参照图3，图3为图1中加载激励信号至节点电容的流程细化图。该步骤S200包括：

步骤S210：通过所述节点电容对应的驱动网络单元的端口加载激励信号；

激励信号由信号发生器产生，该信号发生器根据测量模式可以产生直流电平、方波信号、正弦波信号、锯齿波信号等激励信号，且信号参数(包括幅度、频率、占空比、斜率等)都可依据具体测量需求进行设定。信号发生器的激励信号输出端经功能切换模块连接至用于选通驱动网络单元Tx2的选通单元，并且将该激励信号输出端输出的激励信号通过驱动网络单元Tx2的激励信号输入端这一开关选项加载至节点电容C2，节点电容C2在该激励信号的作用下，将输出相应的电参量。

步骤S220:对空闲的驱动网络单元和空闲的接收网络单元的端口加载偏置信号。

电容触摸屏传感器的驱动网络单元及接收网络单元的阵列较大，因此，在将步骤S210中的激励信号加载至节点电容C2时，将会有部分激励信号被分流到空闲的网络单元，例如A2、B2、D2、E2等节点电容都会被分流得到激励信号的电流，导致实际加载在被测节点C2的激励信号发生变化，不再是直接输出的激励信号，导致采样信号发生器的激励信号输出端的电参数时出现比较大的误差。而且空闲网络单元数越大，测量采样的误差就会越大。

为了克服上述分流现象引起的误差，信号发生器还增加了偏置信号输出端，在加载激励信号的同时，偏置信号输出端输出可配置的偏置信号，并且将该偏置信号通过未被选通的接收网络单元的选通单元的第一偏置端或第二偏置端加载至空闲的驱动网络单元和接收网络单元。具体地，该偏置信号可配置为激励信号同步信号、接收信号同步信号、固定直流电平、接地信号、开路、浮空或其它信号；其中激励信号同步信号、接收信号同步信号分别通过高速放大器单元对激励端和接收端信号进行衰减或放大得到。

具体地，空闲驱动网络单元Tx1、Tx3、Tx4等，将接到对应的第一偏置端BS1，在该第一偏置端BS1中加载接地信号，避免对接收网络单元RxC产生干扰；

相邻的空闲接收网络单元RxB、RxD接到对应的第一偏置端BS1，在该第一偏置端BS1中加载接地信号，避免网络单元之间的耦合电容产生干扰；

非相邻的空闲接收网络单元RxA、RxE等，接到对应的第二偏置端BS2，在该第二偏置端BS2中加载与激励信号一致的信号，避免了激励信号的电流在节点电容A2、E2等上分流，减小激励信号在驱动网络单元Tx2上的串联电阻损耗，使得节点电容C2实际得到的驱动电压与采样测量模块在信号发生器的激励信号输出端的采集电压一致。

步骤S300：测量所述激励信号的参数值，以及节点电容响应所述激励信号输出的电参量。

具体地，参照图4，图4为图1中采样测量所述激励信号及节点电容响应所述激励信号输出的电参量的流程细化图。该步骤S300包括：

步骤S310：通过所述节点电容对应的驱动网络单元的端口测量节点电容的驱动端激励信号；

采样测量模块包括第一采样测量单元及第二采样测量单元，具体地，由于节点电容C2对应的驱动网络单元的端口经功能切换单元连接至信号发生器的激励信号输出端，从而第一采样测量单元经功能切换模块连接至信号发生器的激励信号输出端，采样测量激励信号的各项相关参数，并将采样测量所得的结果传递至控制及数据处理单元进行分析计算，在本实施例中，该第一采样测量单元优选电压采集模式。

步骤S320：通过所述节点电容对应的接收网络单元的端口测量所述节点电容响应驱动端的激励信号输出的电参量。

而节点电容对应的选通单元的接收信号输出端与第二采样测量单元连接，从而节点电容响应激励信号所输出的电参量经对应的接收网络单元的端口输出至第二采样测量单元，第二采样测量单元采样测量该响应激励信号后的电参量，并传递至控制及数据处理单元进行分析计算。在本实施例中，该第二采样测量单元优选电流采集模式。

具体地，第一采样测量单元与第二采样测量单元的采样频率相同。

步骤S400：根据测量所得的激励信号的参数值及电参量获得所述节点电容的电容值。

在本实施例中，控制及数据处理单元控制信号发生器输出指定频率和电压的正弦波信号加载至节点电容，根据电容的充电原理，当控制及数据处理单元将激励信号输出设定为特定频率及电压幅值的正弦波信号时，电容的最终输出电流也根据正弦波信号呈现规律变化，将控制及数据处理单元接收到第一采样测量单元采样测量的激励信号的电压参数与第二采样测量单元采样测量的响应激励信号后的电流参数，通过分析计算，即可得到节点电容的电容值。

具体地，在第一采样测量单元及第二采样测量单元完成采样测量后，控制及数据处理单元还能发出指令，控制采样测量模块停止对激励信号及节点电容响应激励信号的电参量的数据采样。

参照图5，图5为本发明的节点电容的测试方法第二实施例的流程示意图。

图5与图1的区别在于，在步骤S200之前还包括步骤S500：将所述激励信号切换至所述节点电容对应的驱动网络单元端口；将所述采样测量模块的采样端切换至所述节点电容对应的测量端口。

在功能切换模块内部根据预设的测量模式的设置有不同的测量电路，根据不同的测量模式，控制及数据处理单元将控制功能切换模块切换至对应的测量电路，当处于节点电容测量模式下时，该功能切换模块将控制上述激励信号、采样测量模块分别连接至对应的驱动网络单元或接收网络单元的测量端口，对相应的节点电容进行信号加载及数据采样，并且将所述空闲的驱动网络单元和接收网络单元根据测量要求，分别切换至对应类型的偏置信号输出端。

通过上述测试方法，实现对电容触控屏传感器等此类大规模矩阵结构节点电容的测量，且通过对空闲的驱动网络单元和空闲的接收网络单元的偏置方案，大大减小了空闲网络上的损耗，并降低了测量过程中被测节点和空闲网络之间的干扰，提高了测量精度。

本发明还提供一种节点电容的测试装置。

参照图6，图6为本发明节点电容的测试装置的第一实施例的功能模块结构示意图。在本实施例中，以选通图2中的节点电容C2为例进行说明，该测试装置包括选通矩阵模块200、信号发生器600、采样测量模块400、控制及数据处理单元500及功能切换模块300。

具体地，选通矩阵模块200用于选通电容触摸屏传感器的待测的节点电容。

该选通矩阵模块200内部由若干个低阻抗模拟开关组成，此模拟开关形成若干个选通单元210，每一选通单元210对应连接至一驱动网络单元110或接收网络单元120的测量端口，且每一选通单元210具有4组开关选项：激励信号输入端(Tx)、接收信号输出端(Rx)、第一偏置端(BS1)和第二偏置端(BS2)；激励信号输入端Tx经功能切换模块300连接至信号发生器600的激励信号输出端，第一偏置端BS1及第二偏置端BS2经功能切换模块300连接至信号发生器600的偏置信号输出端，接收信号输出端Rx经功能切换模块300连接至采样测量模块400。在控制及数据处理单元500的控制下，将选通矩阵模块200内部对应的开关闭合，选通对应的驱动网络单元Tx2与接收网络单元RxC，从而选通驱动网络单元Tx2与接收网络单元RxC交汇处的节点电容C2。

进一步地，信号发生器600用于加载激励信号至节点电容C2。

首先，通过所述节点电容C2对应的驱动网络单元Tx2的端口加载激励信号；激励信号由信号发生器600产生，该信号发生器600根据测量模式可以产生直流电平、方波信号、正弦波信号、锯齿波信号等激励信号，且信号参数(包括幅度、频率、占空比、斜率等)都可依据具体测量需求进行设定。信号发生器600的激励信号输出端经功能切换模块300连接至用于选通驱动网络单元Tx2的选通单元210，并且将该激励信号输出端输出的激励信号通过驱动网络单元Tx2的激励信号输入端这一开关选项加载至节点电容C2，节点电容C2在该激励信号的作用下，将输出相应的电参量。

其次，对空闲的驱动网络单元(Tx1、Tx3、Tx4)和空闲的接收网络单元(RxA、RxB、RxD、RxE)的端口加载偏置信号；电容触摸屏传感器100的驱动网络单元110及接收网络单元120的阵列较大，因此，在将激励信号加载至节点电容C2时，将会有部分激励信号被分流到空闲的网络单元，例如A2、B2、D2、E2等节点电容都会被分流得到激励信号的电流，导致实际加载在被测节点C2的激励信号发生变化，不再是直接输出的激励信号，导致采样信号发生器600的激励信号输出端的电参数时出现比较大的误差。而且空闲网络单元数越大，测量采样的误差就会越大。

为了克服上述分流现象引起的误差，信号发生器600还增加了偏置信号输出端，在偏置信号输出端输出可配置的偏置信号，并且将该偏置信号通过对应的选通单元210的第一偏置端BS1或第二偏置端BS2加载至空闲的驱动网络单元(Tx1、Tx3、Tx4)和接收网络单元(RxA、RxB、RxD、RxE)。具体地，该偏置信号可配置为与激励信号一致的信号、接地信号、浮空或其它信号。

具体地，空闲驱动网络单元Tx1、Tx3、Tx4等，将接到对应的第一偏置端BS1，在该第一偏置端BS1中加载接地信号，避免对接收网络单元RxC产生干扰；

相邻的空闲接收网络单元RxB、RxD接到对应的第一偏置端BS1，在该第一偏置端BS1中加载接地信号，避免网络单元之间的耦合电容产生干扰；

非相邻的空闲接收网络单元RxA、RxE等，接到对应的第二偏置端BS2，在该第二偏置端BS2中加载与激励信号同步信号，避免了激励信号的电流在节点电容A2、E2等上分流，减小激励信号在驱动网络单元Tx2上的串联电阻损耗，使得节点电容C2实际得到的驱动电压与采样测量模块在信号发生器600的激励信号输出端的采集电压一致。

当节点电容C2至接收网络单元RxC之间的电阻较大，且节点电容C3或C4出现异常增大时，此时空闲的网络单元将带来寄生损耗，在本实施例中，以节点电容C3异常增大为例进行说明，此时，接收网络单元RxC的信号将被节点电容C3分流，导致出现测量误差。在这种情况下，可以将驱动网络单元Tx3的偏置端BS2用接收信号的同步信号驱动，此时节点电容C3两端电压实现同步，分流将减小为零，从而可以保证接收信号测量的精度。

进一步地，采样测量模块400用于测量所述激励信号的参数值，以及节点电容C2响应所述激励信号输出的电参量。

该采样测量模块400具体用于通过所述节点电容C2对应的驱动网络单元Tx2的端口采样测量激励信号，以及通过所述节点电容C2对应的接收网络单元RxC的端口采样所述节点电容C2响应激励信号输出的电参量。

具体地，采样测量模块400包括第一采样测量单元410及第二采样测量单元420，具体地，由于节点电容C2对应的驱动网络单元Tx2的端口经功能切换单元300连接至信号发生器600的激励信号输出端，从而第一采样测量单元410经功能切换模块300连接至信号发生器600的激励信号输出端，采样测量激励信号的各项相关参数，并将采样测量所得的结果传递至控制及数据处理单元500进行分析计算，在本实施例中，该第一采样测量单元410优选电压采集模式。

而节点电容C2对应的选通单元210的接收信号输出端Rx与第二采样测量单元420连接，从而节点电容C2响应激励信号所输出的电参量经对应的接收网络单元RxC的端口输出至第二采样测量单元420，第二采样测量单元420采样测量该节点电容C2响应激励信号后的电参量，并传递至控制及数据处理单元500进行分析计算。在本实施例中，该第二采样测量单元420优选电流采集模式。

具体地，第一采样测量单元410与第二采样测量单元420的采样频率相同，且同时进行采样。

进一步地，控制及数据处理单元500用于根据测量所得的激励信号的参数值及电参量获得所述节点电容C2的电容值。

控制及数据处理单元500控制信号发生器600输出指定频率和电压的正弦波信号加载至节点电容C2，根据电容的充电原理，当控制及数据处理单元将激励信号输出设定为特定频率及电压幅值的正弦波信号时，电容的最终输出电流也根据正弦波信号呈现规律变化，将控制及数据处理单元500接收到第一采样测量单元410采样测量的激励信号的电压参数与第二采样测量单元420采样测量的响应激励信号后的电流参数，通过分析计算，即可得到节点电容C2的电容值。

具体地，在第一采样测量单元410及第二采样测量单元420完成采样测量后，控制及数据处理单元500还能发出指令，控制采样测量模块400停止对激励信号及节点电容C2响应激励信号的电参量的数据采样。

进一步地，功能切换模块300用于将所述激励信号切换至所述节点电容C2对应的驱动网络单元110端口，以及用于将测量模块400的采样端切换至所述节点电容C2对应的测量端口。

在功能切换模块内部具有不同测量模式的测量电路，根据不同的测量模式，控制及数据处理单元500将控制功能切换模块300切换至对应的测量电路，当处于节点电容测量模式下时，该功能切换模块300将控制上述激励信号、采样测量模块400分别连接至对应的驱动网络单元110或接收网络单元120的测量端口，对相应的节点电容进行信号加载及数据采样。

通过上述测试装置，实现对电容触控屏传感器等此类大规模矩阵结构节点电容的测量，且通过对空闲的驱动网络单元和空闲的接收网络单元的偏置方案，大大减小了空闲网络上的损耗，并降低了测量过程中被测节点和空闲网络之间的干扰，提高了测量精度。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种节点电容的测试方法，其特征在于，所述节点电容的测量方法包括以下步骤：

选通电容触摸屏传感器的待测的节点电容；

加载激励信号至所述节点电容；

测量所述激励信号的参数值，以及节点电容响应所述激励信号输出的电参量；

根据测量所得的激励信号的参数值及电参量获得所述节点电容的电容值；

其中，所述加载激励信号至所述节点电容的步骤具体包括：

通过所述节点电容对应的驱动网络单元的端口加载激励信号；

对空闲的驱动网络单元和空闲的接收网络单元的端口加载偏置信号。

2.如权利要求1所述的节点电容的测试方法，其特征在于，所述测量所述激励信号的参数值，以及节点电容响应所述激励信号输出的电参量的步骤具体包括：

通过所述节点电容对应的驱动网络单元的端口测量节点电容的驱动端激励信号；

通过所述节点电容对应的接收网络单元的端口测量所述节点电容响应驱动端激励信号所输出的电参量。

3.如权利要求1所述的节点电容的测试方法，其特征在于，在所述加载激励信号至节点电容之前还包括：

将所述激励信号切换至所述节点电容对应的驱动网络单元端口；

将采样测量模块的采样端切换至所述节点电容对应的测量端口。

4.一种节点电容的测试装置，其特征在于，所述节点电容的测试装置包括：

选通矩阵模块，用于选通电容触摸屏传感器的待测的节点电容；

信号发生器，用于加载激励信号至节点电容；

采样测量模块，用于测量所述激励信号的参数值，以及节点电容响应所述激励信号输出的电参量；

控制及数据处理单元，用于根据测量所得的激励信号的参数值及电参量获得所述节点电容的电容值；

其中，所述信号发生器具体包括：

所述信号发生器产生激励信号及偏置信号，所述信号发生器通过所述节点电容对应的驱动网络单元的端口加载激励信号；所述信号发生器对空闲的驱动网络单元和空闲的接收网络单元的端口加载偏置信号。

5.如权利要求4所述的节点电容的测试装置，其特征在于，所述采样测量模块具体用于通过所述节点电容对应的驱动网络单元的端口测量节点电容的驱动端激励信号；通过所述节点电容对应的接收网络单元的端口测量所述节点电容响应驱动端的激励信号输出的电参量。

6.如权利要求4所述的节点电容的测试装置，其特征在于，所述节点电容的测试装置还包括功能切换模块，所述功能切换模块用于将所述激励信号切换至所述节点电容对应的驱动网络单元端口，以及用于将所述采样测量模块的采样端切换至所述节点电容对应的测量端口。