CN105022538A - 用于跟踪触摸检测的基线信号的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供用于跟踪触摸检测的基线信号的系统和方法。该系统包括：比较网络，被配置为确定输入基线信号是否在跟踪范围内；滤波网络，被配置为根据一个或多个滤波参数、至少部分地基于输入基线信号产生用于触摸检测的输出基线信号；以及信号处理部件，被配置为至少部分地基于输入基线信号是否在跟踪范围内的确定来更新该一个或多个滤波参数。

Description

用于跟踪触摸检测的基线信号的系统和方法

相关申请的交叉参考

本发明要求于2014年02月24日提交的美国临时专利申请No.61/943,956的优先权和权益，其公开内容通过引用的方式全文并入于此。

技术领域

本专利文献中所述的技术总体上涉及电子电路，并且更具体地涉及触摸检测电路。

背景技术

触屏已经组合到许多电子设备中。例如，在某些应用中，将触屏与显示器进行组合，该显示器例如是液晶显示器(LCD)，从而形成便携式电子设备的用户界面。触屏可响应于用户的触摸，并将用户触摸的信息汇聚到该便携式设备的控制电路上。在其他应用中，触摸板通常是设备的用户界面部分，该设备例如是个人计算机，从而采用屏幕上的图案替代了用户界面的独立鼠标。

触屏设备可实现为电容式触敏矩阵，并且通过手指或者触针可将电容测量值执行为检测触摸事件。例如，将电容测量值数据与无触摸数据进行比较经常在触摸检测中执行。

发明内容

根据本文所述的教导，提供用于跟踪触摸检测的基线信号的系统和方法。该系统包括：比较网络，被配置为确定输入基线信号是否在跟踪范围内；滤波网络，被配置为根据一个或多个滤波参数、至少部分地基于输入基线信号产生用于触摸检测的输出基线信号；以及信号处理部件，被配置为至少部分地基于该输入基线信号是否在跟踪范围内的确定更新该一个或多个滤波参数。

在一个实施例中，提供了一种用于跟踪触摸检测的基线信号的方法。确定输入基线信号是否在跟踪范围内。根据一个或多个滤波参数、至少部分地基于输入基线信号产生用于触摸检测的输出基线信号。至少部分地基于该输入基线信号是否在跟踪范围内的确定来输出该一个或多个滤波参数。

在另一个实施例中，一种用于跟踪触摸检测的基线信号的系统，包括：一个或多个数据处理器，以及采用用于命令该数据处理器执行特定操作的指令进行编码的计算机可读取存储介质。确定输入基线信号是否在跟踪范围内。根据一个或多个滤波参数、至少部分地基于输入基线信号产生用于触摸检测的输出基线信号。至少部分地基于输入基线信号是否在跟踪范围内的确定来输出该一个或多个滤波参数。

附图说明

图1示出实例电容型触摸检测系统。

图2示出基线跟踪系统的实例图。

图3示出另一基线跟踪系统的实例图。

图4示出低通滤波器的实例图。

图5示出基线跟踪系统的另一实例图。

图6示出用于触摸检测的跟踪基线信号的实例流程图。

图7示出用于触摸检测的跟踪基线信号的另一实例流程图。

具体实施方式

在触屏设备中，基线信号(例如，对应于没有任何触摸事件的电容测量数据)通常用作触摸检测的标准。例如，响应于触摸事件的电容测量数据相较于基线信号(即，无触摸数据)明显减小。用户触摸的检测取决于该基线信号的精度。然而，基线信号通常受到许多因素的影响，例如热噪声(例如，高斯噪声)、污染(例如，水滴)、温度和湿度变化。例如，热噪声可使得基线信号在特定值上下波动。污染(例如，水滴)可使得基线信号快速增加或减小。温度和湿度变化可使得基线信号逐渐增加或减小。常规地，并不能迅速并有效地跟踪基线信号的改变，使得基线信号不精确，并且因此使得触摸检测结果不精确。

图1示出了实例电容式触摸检测系统。如图1所示，模拟模块102通过电容测量值检测触摸事件，并产生模拟检测信号104(例如，包括原始电容测量数据)。模数转换器106将该模拟检测信号104转换为数字信号108。基线信号发生器110提供基线信号112给触摸检测部件114，该触摸检测部件114将基线信号112与数字信号108进行比较，以产生检测结果116。

例如，触摸检测部件114将基线信号112与数字信号108相减，以产生检测结果116，该检测结果116表示是否发生触摸事件。可在基线信号发生器110内实现基线跟踪系统，从而跟踪基线信号112的变化，以便维持检测结果116的精确性。

图2示出了基线跟踪系统的实例图。如图2所示，滤波网络206根据一个或多个滤波参数处理输入基线信号204，并产生输出基线信号208(例如，基线信号112)。比较网络202确定输入基线信号204是否在跟踪范围内。信号处理部件210根据输入基线信号204是否在跟踪范围内而更新该一个或多个滤波参数。例如，该输入基线信号204对应于一个像素、一组像素或者整个电容型触摸板的原始的无触摸或者任意电容测量数据。该输出基线信号208用于检测结果(例如，检测结果116)的随后确定。

图3示出了基线跟踪系统的另一实例图。如图3所示，级联积分梳状(CIC)滤波器302和低通滤波器(LPF)304被包含在滤波网络206中，用于根据该一个或多个滤波参数处理该输入基线信号204。包含在比较网络202中的比较器306将输入基线信号204与上阈值308和下阈值310进行比较，并产生比较结果312，存储在缓冲器314中。求和部件320计算存储在缓冲器314中的数据的和。信号处理部件210采用查找表316根据所计算的和确定一个或多个值317，其中该一个或多个值317对应于查找表316中所计算的和。然后，采用所确定的一个或多个值317更新CIC滤波器302的当前向下采样率(CDSR)以及LPF 304的一个或多个当前LPF系数(CCOEF)。LPF 304产生用于触摸检测的输出基线信号208。在某些实施例中，信号处理部件210中不包括查找表316。在特定实施例中，比较器网络202中不包括求和部件320。

特别是，上阈值(upper threshold)308和下阈值(lower threshold)310分别确定如下：

upper_threshold＝baseline+delta       (方程1)

lower_threshold＝baseline-delta

其中，“baseline”表示预定基线值，并且“delta”表示距离参数。例如，如果输入基线信号204跌落为低于下阈值310，那么比较结果312等于-1。如果输入基线信号204上升为高于上阈值308，比较结果312等于1。如果输入基线信号204落在上阈值308和下阈值310之间，那么比较结果312等于0。

在特定实施例中，缓冲器314可以存储从比较器306输出的共计八个比较结果(例如，以先进先出方式操作)。求和部件320将存储在缓冲器314中的全部比较结果相加以计算出和。向下采样速率值和LPF系数值的组合对应于查找表316中所计算的和，如下所示：

查找表

和	组合
		8	(4，0.5)
7	(4，0.5)
		6	(8，0.25)
5	(8，0.25)
		4	(16，0.125)
3	(16，0.125)
		2	(64，0.0625)
1，0	(64，0.0625)
		-1	(64，0.0625)
-2	(64，0.0625)
		-3	(16，0.125)
-4	(16，0.125)
		-5	(8，0.25)
-6	(8，0.25)
		-7	(4，0.5)
-8	(4，0.5)

例如，如果所计算的和等于0，其可表示输入基线信号204的八个连续采样值全部在上阈值308和下阈值310之间，那么，向下采样速率值和LPF系数值的对应组合从查找表316中确定为(64，0.0625)。也就是说，向下采样速率值等于64，LPF系数值等于0.0625。

如果所计算的和等于8，其表示输入基线信号204的八个连续采样值全部大于上阈值308，那么，向下采样速率值和LPF系数值的对应组合从查找表316中确定为(4，0.5)。也就是说，向下采样速率值等于4，LPF系数值等于0.5。较低的向下采样速率值对应于较高的采样频率(例如，高速基线跟踪)，并且LPF 304动作得更频繁，其结果导致功耗相对较高。另一方面，较高的向下采样速率值对应于较低的采样频率(例如，低速基线跟踪)，LPF 304动作较不频繁，其结果导致功耗相对较低。基线跟踪系统200根据输入基线信号204是否落入由上阈值308和下阈值304所限定的跟踪范围内而调节跟踪速度和精度。

向下采样速率值和LPF系数值所确定的组合用于更新CIC滤波器302的CDSR和/或LPF 304的CCOEF。例如，CIC滤波器302的CDSR更新为N(例如，整数)，其表示CIC滤波器302采样输入基线信号204N次(例如，CIC滤波器302的周期)，并计算输入基线信号204的N次采样值的移动平均值。然后，CIC滤波器302输出滤波后的信号322，其由LPF 304进行处理。

LPF 304的转移函数如下：

$H\left(z\right)=\frac{a}{1-(1-a)z^{-1}}$       (方程2)

其中，a表示LPF 304的CCOEF。例如，如果a是一个较小的值，那么输入的更新权重较小，LPF 304的通带宽度较小，结果是精度相对较高。如果a是较大的值，那么输入的更新权重较大，LPF 304的通带宽度较大，结果是精度相对较低。在特定实施例中，CIC滤波器302的CDSR和/或LPF 304的CCOEF在CIC滤波器302的当前周期结束之后根据向下采样速率值和LPF系数值所确定的组合来更新。

图4示出了低通滤波器的实例图。如图4所示，LPF 304包括延迟部件330，其为两个求和部件332和334提供延迟的在先输出基线信号340。此外，LPF 304包括与CCOEF相关的乘法部件336。在某些实施例中，LPF 304产生输出基线信号208作为滤波信号322和延迟的在先输出基线信号340的加权和。

例如，CIC滤波器302的CDSR等于8，LPF304的CCOEF等于0.25。参考图3，以采样频率f_s来采样输入基线信号204。CIC滤波器302接收输入基线信号204的多个采样值，并且每隔八个采样时钟周期输出滤波后的信号，该采样时钟周期与采样频率f_s相关。滤波后的信号322和延迟的在先输出基线信号340的加权和被计算成输出基线信号208，其中对滤波后的信号322指定0.25的加权，对延迟的在先输出基线信号340指定0.75的加权。

基线跟踪系统200可包括多层结构。图5示出基线跟踪系统的另一实例图。如图5所示，滤波网络406根据一个或多个滤波参数处理输入基线信号204，并产生输出基线信号208。比较网络402确定输入基线信号204是否在一个或多个跟踪范围内。信号处理部件410根据输入基线信号204是否在该一个或多个跟踪范围内来更新该一个或多个滤波参数。CIC滤波器404和LPF 408被包含在滤波网络406中，用于根据该一个或多个滤波参数处理该输入基线信号204。

特别是，第一层包括比较器412、求和部件414、比较网络402中的缓冲器416以及信号处理部件410中的查找表418。比较器412将输入基线信号204与第一上阈值422和第一下阈值420进行比较，并产生将要存储在缓冲器416中的第一比较结果424。例如，如果输入基线信号204跌落为低于第一下阈值420，那么第一比较结果424等于-1。如果输入基线信号204上升为高于第一上阈值422，那么第一比较结果424等于1。如果输入基线信号204落入第一上阈值422和第一下阈值420之间，那么第一比较结果424等于0。缓冲器416可以存储比较器412的多个(例如八个)输出。求和部件414计算存储在缓冲器416中的全部数据的和426。采用查找表418，基于所计算的和426将一个或多个第一值440输出到一个或多个乘法器(例如，乘法器446和448)中，其中该一个或多个第一值440对应于查找表418中所计算的和427。作为一个实例，该一个或多个第一值440包括第一向下采样速率值和第一LPF系数值的组合。

在某些实施例中，所计算的和426等于0，其可表示输入基线信号204的连续采样值全部在第一上阈值422和第一下阈值420之间。然后激励第二层，该第二层包括比较网络402中的比较器432、缓冲器434以及求和部件436以及信号处理部件410中的查找表438。例如，非门428输出信号430，以激励比较器432并因此激励第二层。该第二层操作与第一层类似。采用查找表438将一个或多个第二值442输出到该一个或多个乘法器(例如，乘法器446和448)。作为实例，该一个或多个第二值440包括第二向下采样速率值和第二LPF系数值的组合。当激励第二层时，该一个或多个乘法器可选择该一个或多个第二值442来代替该一个或多个第一值440。在特定实施例中，如果求和部件436计算的和444等于0，那么第三层(未示出)可类似地被激励，并产生一个或多个第三值，以输出到该一个或多个乘法器(例如，乘法器446和448)。因此，图5所示的结构可进一步扩展为更多的层。

CIC滤波器404的CDSR以及LPF 408的CCOEF采用该一个或多个乘法器(例如，乘法器446和448)的输出来进行更新。例如，采用乘法器446的输出来更新CIC滤波器404的CDSR，采用乘法器448的输出来更新LPF 408的CCOEF。在某些实施例中，CIC滤波器404以及LPF 408分别与CIC滤波器302以及LPF304相同。

例如，第一上阈值(upper threshold1)422和第一下阈值(lowerthreshold1)420分别确定如下：

upper_threshold1＝baseline0+delta1     (方程3)

lower_threshold1＝baseline0-delta1

其中，“baseline0”表示基线值，“delta1”表示第一距离参数。与第二层中的比较器423相关的第二上阈值(upper threshold2)452和第二下阈值(lowerthreshold2)450分别确定如下：

upper_threshold2＝baseline0+delta2     (方程4)

lower_threshold2＝baseline0-delta2

其中，“baseline0”表示基线值，“delta2”表示第一距离参数。在某些实施例中，第一距离参数大于第二距离参数。也就是说，由第一上阈值422和第一下阈值420限定的第一跟踪范围比由第二上阈值452和第二下阈值450限定的第二跟踪范围更宽。此外，与查找表438中相对于和444的那些相比，查找表418具有相对于和426更大的存储值(例如，向下采样速率值)的变量。因此，与第二层相比，第一层可使得跟踪速度更快变化。如此，基线跟踪系统200可采用多层来实现不同的跟踪速度变化。

图6示出用于跟踪触摸检测的基线信号的实例流程图。在602，确定输入基线信号是否在跟踪范围内。在604，根据一个或多个滤波参数、至少部分地基于输入基线信号来产生触摸检测的输出基线信号。在606，至少部分地基于输入基线信号是否在跟踪范围内的确定来输出该一个或多个滤波参数。例如，该输出基线信号用作与触摸检测信号进行比较以确定是否发生触摸事件的参考。该一个或多个滤波参数的适应性更新提高了输出基线信号的精度。

图7示出了用于跟踪触摸检测的基线信号的另一实例流程图。在702，将输入基线信号(例如，一个像素、一组像素或者整个电容性触摸板的原始的未触摸的或者任意电容测量值)与下阈值进行比较。在704，如果输入基线信号小于该下阈值，产生比较结果-1，并存储到缓冲器中，该缓冲器包括多个(例如，八个)数据入口并以先进先出方式操作。在706，如果输入基线信号不小于该下阈值，将输入基线信号与上阈值进行比较。在708，如果输入基线信号不大于该上阈值，产生比较结果0，并存储到缓冲器中。在710，如果输入基线信号大于上阈值，产生比较结果1，并存储到缓冲器中。在712，计算存储在缓冲器中的全部数据。在714，采用查找表确定与所计算的和对应的值(例如，向下采样速率值，LPF系数)的组合。在716，采用所确定的值的组合来更新CIC滤波器以及LPF的滤波参数。

所撰写的这个说明书采用实例来公开了本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员可以制造和使用该发明。本发明可专利的范围可包括对本领域技术人员来说出现的其他实施例。然而，也可采用其他实现方式，诸如配置成执行本文所述的方法和系统的固件或适当设计的硬件。例如，本文中所述的系统和方法可以在单独的处理工程例如作为共处理器，或者作为固件加速器来实现。在又一实施例中，本文所述的系统和方法可设置在不同类型的计算机可读取介质上，其包括包含用于由一个或多个处理器在执行中执行本文所述的方法的操作以及实现本文所述的系统的存储机构(例如，CD-ROM，磁盘，RAM，闪存，计算机硬件驱动，等等)。

Claims (20)

1.一种用于跟踪用于触摸检测的基线信号的系统，所述系统包括：

比较网络，被配置为确定输入基线信号是否在跟踪范围内；

滤波网络，被配置为根据一个或多个滤波参数、至少部分地基于所述输入基线信号产生用于触摸检测的输出基线信号；以及

信号处理部件，被配置为至少部分地基于所述输入基线信号是否在所述跟踪范围内的确定更新所述一个或多个滤波参数。

2.权利要求1的系统，其中：

所述跟踪范围包括上阈值和下阈值，

所述比较网络进一步被配置为：

确定所述输入基线信号是否低于所述下阈值；

响应于所述输入基线信号低于所述下阈值，产生第一比较结果；

响应于所述基线信号高于所述下阈值，确定所述基线信号是否高于所述上阈值；

响应于所述基线信号高于所述上阈值，产生第二比较结果；以及

响应于所述基线信号不低于所述下阈值并且不高于所述上阈值，产生第三比较结果。

3.权利要求1的系统，其中所述滤波网络包括：

级联积分梳状滤波器，被配置为根据一个或多个采样速率参数采样所述输入基线信号、并且至少部分地基于所述输入基线信号的采样值产生滤波后的信号，所述一个或多个采样速率参数包含在所述一个或多个滤波参数中。

4.权利要求3的系统，其中所述级联积分梳状滤波器进一步被配置为根据所述一个或多个采样速率参数多次采样所述输入基线信号。

5.权利要求3的系统，其中所述滤波后的信号对应于所述输入基线信号的采样值的平均值。

6.权利要求3的系统，其中所述滤波网络进一步包括：

低通滤波器，被配置为根据一个或多个系数、至少部分地基于所述滤波后的信号产生所述输出基线信号，所述一个或多个系数包含在所述一个或多个滤波参数中。

7.权利要求6的系统，其中所述低通滤波器进一步被配置为产生所述输出基线信号作为所述滤波后的信号和所述低通滤波器的在先输出信号的加权和。

8.权利要求6的系统，其中所述低通滤波器包括：

延迟部件，被配置为提供所述低通滤波器的在先输出信号；

第一求和部件，被配置为至少部分地基于所述滤波后的信号和所述在先输出信号产生第一求和信号；

乘法部件，被配置为根据所述一个或多个系数、至少部分地基于所述第一求和信号产生乘法信号；以及

第二求和部件，被配置为至少部分地基于所述乘法信号产生所述输出基线信号。

9.权利要求1的系统，其中：

所述比较网络进一步被配置为产生表示所述输入基线信号是否在所述跟踪范围内的比较结果；

所述信号处理部件进一步被配置为：

采用查找表至少部分地基于所述比较结果确定一个或多个预定值；以及

采用所述一个或多个预定值更新所述一个或多个滤波参数。

10.权利要求9的系统，其中所述信号处理部件进一步被配置为将所述比较结果存储在缓冲器中，并且产生存储在所述缓冲器中的数据的和，所述数据的和对应于所述查找表中的所述一个或多个预定值。

11.权利要求1的系统，其中：

所述比较网络包括：

第一比较器，被配置为确定所述输入基线信号是否在所述跟踪范围内；以及

第二比较器，被配置为，响应于所述输入基线信号处于所述跟踪范围内，确定所述输入基线信号是否在第二范围内；以及

所述信号处理部件进一步被配置为至少部分地基于所述输入基线信号是否在所述第二范围内的确定更新所述一个或多个滤波参数。

12.权利要求11的系统，其中：

所述比较网络进一步包括：第三比较器，被配置为，响应于所述输入基线在所述第二范围内，确定所述输入基线信号是否在第三范围内；以及

所述信号处理部件进一步被配置为至少部分地基于所述输入基线信号是否在所述第三范围内的确定来更新所述一个或多个滤波参数。

13.一种用于跟踪用于触摸检测的基线信号的方法，所述方法包括：

确定输入基线信号是否在跟踪范围内；

根据一个或多个滤波参数、至少部分地基于所述输入基线信号产生用于触摸检测的输出基线信号；以及

至少部分地基于所述输入基线信号是否在所述跟踪范围内的确定来更新所述一个或多个滤波参数。

14.权利要求13的方法，其中：

所述跟踪范围包括上阈值和下阈值，

所述方法进一步包括：

确定所述输入基线信号是否低于所述下阈值；

响应于所述输入基线信号低于所述下阈值，产生第一比较结果；

响应于所述基线信号高于所述下阈值，确定所述基线信号是否高于所述上阈值；

响应于所述基线信号高于所述上阈值，产生第二比较结果；以及

响应于所述基线信号不低于所述下阈值并且不高于所述上阈值，产生第三比较结果。

15.权利要求13的方法，还包括：

采用级联积分梳状滤波器根据一个或多个采样速率参数采样所述输入基线信号；以及

至少部分地基于所述输入基线信号的采样值产生滤波后的信号，所述一个或多个采样速率参数包含在所述一个或多个滤波参数中。

16.权利要求15的方法，还包括：

采用低通滤波器根据一个或多个系数、至少部分地基于所述滤波后的信号来产生所述输出基线信号，所述一个或多个系数包含在所述一个或多个滤波参数中。

17.权利要求15的方法，其中所述滤波后的信号对应于所述输入基线信号的采样值的平均值。

18.权利要求13的方法，还包括：

产生表示所述输入基线信号是否在所述跟踪范围内的比较结果；

其中至少部分地基于所述输入基线信号是否在所述跟踪范围内的确定更新所述一个或多个滤波参数包括：

采用查找表至少部分地基于所述比较结果确定一个或多个预定值；以及

采用所述一个或多个预定值更新所述一个或多个滤波参数。

19.权利要求13的方法，还包括：

响应于所述输入基线处于所述跟踪范围内，确定所述输入基线信号是否在第二范围内；以及

至少部分地基于所述输入基线信号是否在所述第二范围内的确定更新所述一个或多个滤波参数。

20.一种用于跟踪用于触摸检测的基线信号的系统，所述系统包括：

一个或多个数据处理器；以及

采用用于命令所述数据处理器执行操作的指令进行编码的计算机可读取存储介质，所述操作包括：

确定输入基线信号是否在跟踪范围内；

根据一个或多个滤波参数、至少部分地基于所述输入基线信号产生用于触摸检测的输出基线信号；以及

至少部分地基于所述输入基线信号是否在所述跟踪范围内的确定更新所述一个或多个滤波参数。