CN105117078B - 用于电容性触摸检测的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了系统和方法用于触摸检测。该系统包括：感测电容性网络，被配置为至少部分地基于触摸面板电容来生成触摸感测信号；内部电容性网络，被配置为至少部分地基于预定的内部电容来生成输入信号；比较性网络，被配置为将该触摸感测信号与参考信号相比较以生成第一比较结果，并且将该输入信号与该参考信号相比较以生成第二比较结果；以及信号处理组件，被配置为至少部分地基于第一比较结果和第二比较结果来生成检测结果，以指示在该触摸面板上是否发生触摸事件。

Description

用于电容性触摸检测的系统和方法

相关申请的交叉引用

本公开内容要求对2014年4月25日提交的美国临时专利申请No.61/984,272的优先权以及来自该美国临时专利申请的权益，其整体通过引用并入本文。

技术领域

本专利文档中所描述的技术一般性地涉及电子电路并且更特别地涉及触摸检测电路。

背景技术

触摸屏广泛地被使用在各种应用中，诸如自动柜员机、移动电话、膝上型计算机、台式计算机等。触摸屏被用于检测不同类型的用户输入。与外部输入设备(例如，键盘、鼠标)相比较，触摸屏经常被考虑为是在便利性、灵活性和成本方面更加有效的接口。可以通过各种方法，诸如电容感测方法，来感测触摸屏上的触摸事件。例如，用户触摸到触摸按钮(或者触摸垫、触摸屏)上的点。用户的手指在触摸按钮附近的存在或运动，扰动或者改变了与触摸按钮的电容相关联的电场，并且因此修改了触摸按钮的电容。因此，可以根据电容改变来检测触摸事件。

发明内容

根据本文所描述的教导，提供了系统和方法用于触摸检测。该系统包括：感测电容性网络，被配置为至少部分地基于触摸面板电容来生成触摸感测信号；内部电容性网络，被配置为至少部分地基于预定的内部电容来生成输入信号；比较性网络，被配置为将该触摸感测信号与参考信号相比较以生成第一比较结果，并且将该输入信号与该参考信号相比较以生成第二比较结果；以及信号处理组件，被配置为至少部分地基于第一比较结果和第二比较结果来生成检测结果，以指示在该触摸面板上是否发生触摸事件。

在一个实施例中，提供了一种方法用于触摸检测。至少部分地基于触摸面板电容来生成触摸感测信号。至少部分地基于预定的内部电容来生成输入信号。该触摸感测信号与参考信号相比较以生成第一比较结果。该输入信号与该参考信号相比较以生成第二比较结果。至少部分地基于第一比较结果和第二比较结果来生成检测结果，以指示在该触摸面板上是否发生触摸事件。

在另一实施例中，一种用于触摸检测的系统包括：触摸面板，与触摸面板电容相关联；内部电容性网络，被配置为至少部分地基于预定的内部电容来生成输入信号；比较性网络，被配置为将触摸感测信号与参考信号相比较以生成第一比较结果，并且将该输入信号与该参考信号相比较以生成第二比较结果，该触摸感测信号与该触摸面板电容相关联；以及信号处理组件，被配置为至少部分地基于第一比较结果和第二比较结果来生成检测结果，以指示在该触摸面板上是否发生触摸事件。

附图说明

图1描绘了示出用于触摸检测的系统的示例示图。

图2描绘了如图1中所示出的触摸检测单元的示例示图。

图3描绘了如图1中所示出的触摸检测单元的另一示例示图。

图4描绘了如图3中所示出的触摸检测单元的示例定时示图。

图5描绘了用于触摸检测的示例流程图。

具体实施方式

在一些常规的电容感测方法，诸如电容感测逐次逼近(CSA)测量和电容感测Σ-Δ(CSD)测量中，对于电容测量而言，经常需要参考电压。然而，参考电压可能被供电电压中的噪声等所影响。参考电压的变化可能引起不准确的电容测量并且因此引起不准确的检测结果。可以采用具有增强型电源抑制(PSR)的参考生成器，以在噪声性供电电压之下生成稳定的参考信号。然而，这样的增强型参考生成器通常占用更大的芯片面积，这在一些情形中可能不是合意的。

图1描绘了示出用于触摸检测的系统100的示例示图。如图1中所示出的，驱动单元104将扫描信号112应用到触摸面板102，触摸面板102包括在触摸面板102的显示区域上所覆盖的导电行108和导电列110的矩阵。电容测量在触摸面板102上被执行。触摸检测单元106响应于来自触摸面板102的输入信号114而生成触摸检测结果116。触摸检测结果116指示了在触摸面板102上是否发生触摸事件。

具体地，驱动单元104将扫描信号112应用到导电行108和/或导电列110。如果与一个导电行或一个导电列相关联的感测电容改变，则包括原始电容测量数据的输入信号114相对应地改变。触摸检测单元106通过将输入信号114与基线信号相比较，来确定是否发生触摸事件。例如，导电行108和导电列110可以在各自不同的层中形成图案，并且彼此不接触。

图2描绘了如图1中所示出的触摸检测单元的示例示图。如图2中所示出的，感测电容性网络202生成触摸感测信号210，触摸感测信号210指示触摸面板102的电容。内部电容性网络204生成与预定的内部电容相关联的输入信号214。比较性网络206将参考信号212与触摸感测信号210相比较以生成比较结果216，并且将参考信号212与输入信号214相比较以生成另一比较结果218。信号处理组件208使用比较结果216和218来确定检测结果116。

具体地，感测电容性网络202包括与触摸面板102的电容相关联的一个或多个感测电容器，触摸面板102的电容响应于触摸事件(例如，用户的手指触摸在触摸面板102上)而改变。内部电容性网络204包括与预定的内部电容相关联的一个或多个内部电容器。在一些实施例中，比较性网络206包括：用以将触摸感测信号210与参考信号212相比较的一个或多个第一比较器、以及用以将输入信号214与参考信号212相比较的一个或多个第二比较器。此外，参考信号生成器222生成参考信号212。在某些实施例中，参考信号生成器222没有被包括在触摸检测单元106中。

图3描绘了如图1中所示出的触摸检测单元的另一示例示图。如图3中所示出的，在感测电容性网络202中，当开关314被闭合(例如，被接通)时，感测电容器302由来自电流源组件306的电流I₁所充电。比较性网络206内的比较器310将感测电容器302所生成的触摸感测信号210与参考信号212相比较，以生成第一比较结果332。此外，在内部电容性网络204中，当开关316被闭合(例如，被接通)时，内部电容器304由来自电流源组件308的电流I₀所充电。比较性网络206内的另一比较器312将内部电容器304所生成的输入信号214与参考信号212相比较，以生成第二比较结果334。检测结果116基于第一比较结果332和第二比较结果334而被生成。

具体地，触发器322响应于第一比较结果332而在Clk终端处输出信号328(即，CAP_TIME)。另一触发器324响应于第二比较结果334而在Clk终端处输出信号330(即，CLK)。计数器组件326确定信号328(即，CAP_TIME)与信号330(即，CLK)之间的频率差异，并且生成检测结果116。

非门336使用第一比较结果332来生成控制信号350，以使开关314闭合或者开路。例如，当触摸感测信号210在量值上变得比参考信号212大时，比较器310以逻辑高电平生成第一比较结果332。非门336以逻辑低电平生成控制信号350以使开关314开路(即，关断)，并且感测电容器302的充电停止。开关354响应于第一比较结果332而被闭合(即，被接通)，从而感测电容器302被放电。

类似地，另一非门338生成控制信号352来使开关316闭合或者开路。例如，当输入信号214在量值上变得比参考信号212大时，比较器312以逻辑高电平生成第二比较结果334。非门338以逻辑低电平生成控制信号352以使开关316开路(即，关断)，并且内部电容器304的充电停止。开关356响应于第二比较结果334而被闭合(即，被接通)，从而内部电容器304被放电。

在一些实施例中，感测电容器302表示与触摸面板102的一个或多个导电行或导电列相关联的自电容。在某些实施例中，感测电容器302表示触摸面板102的导电行与导电列之间的互电容。例如，内部电容器304的电容是2pF，其近似是感测电容器302在没有触摸事件发生时的电容的十分之一。当来自电流源组件308的电流I₀在量值上近似等于来自电流源组件306的电流I₁的十分之一时，信号328(即，CAP_TIME)的频率近似等于信号330(即，CLK)的频率。

当触摸事件发生(例如，用户的手指触摸到触摸面板102)时，感测电容器302的电容改变。信号328(即，CAP_TIME)的周期时间随着感测电容器302的电容而(例如，线性地)改变，并且信号330(即，CLK)的周期时间保持恒定。信号328和信号330的周期时间被确定如下：

其中C_sense表示感测电容器302的电容，C_internal表示内部电容器304的电容，并且V_ref表示参考信号212。

图4描绘了如图3中所示出的触摸检测单元的示例定时示图。如图4中所示出的，计数器组件326确定信号330(例如，如由波形402所示出)在预定时间段t期间的周期的数目。例如，信号330(即，CLK)在时间段t中具有N个周期。进一步地，计数器组件326确定信号328(例如，如由波形404所示出)在预定时间段t期间的周期的数目。信号328(即，CAP_TIME)在时间段t中的周期的数目被确定如下：

其中N表示信号330在时间段t中的周期的数目。在时间段t中的信号330的周期的数目与信号328的周期的数目之间的比较被执行，以用于确定检测结果116。

参考回到图2和图3，相同的参考信号212被用于分别与感测电容性网络202的输出和内部电容性网络204的输出的比较，并且因此检测结果116不被过程变化、供电电压中的噪声、温度改变等所影响。例如，如果参考信号212响应于噪声性供电电压而变化，则信号328(即，CAP_TIME)和信号330(即，CLK)两者都将(例如，同步地)被影响，并且检测结果116可以不被影响。在另一示例中，当温度改变时，电流I₀和电流I₁可能被影响。但是电流I₀和电流I₁被匹配，并且因此电流I₀和电流I₁以近似相同的比率而改变。所以检测结果116可以不被温度改变所影响。在一些实施例中，参考信号生成器222不需要具有高PSR，并且因此它可以恰当地被设计以节省芯片面积。

图5描绘了用于触摸检测的示例流程图。在604处，至少部分地基于触摸面板电容来生成触摸感测信号。在606处，至少部分地基于预定的内部电容来生成输入信号。在608处，该触摸感测信号与参考信号相比较以生成第一比较结果。在610处，该输入信号与该参考信号相比较以生成第二比较结果。在612处，至少部分地基于第一比较结果和第二比较结果来生成检测结果，以指示在触摸面板上是否发生触摸事件。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的技术人员能够做出并使用本发明。本发明的可专利范围可以包括本领域的技术人员想到的其他示例。然而，其他的实施方式也可以被使用，诸如被配置为执行本文所描述的方法和系统的固件或适当地被设计的硬件。例如，本文所描述的系统和方法可以被实施在独立的处理引擎中、被实施为协处理器、或者被实施为硬件加速器。在又另一实施例中，本文所描述的系统和方法可以被提供在许多不同类型的包括计算机存储机构(例如，CD-ROM、磁盘、RAM、闪存、计算机的硬驱动器等)的计算机可读介质上，这些计算机存储机构包含指令(例如，软件)，这些指令用于使用在由一个或多个处理器的执行中以执行各方法的操作并且实施本文所描述的系统。

Claims (20)

1.一种用于触摸检测的系统，所述系统包括：

感测电容性网络，被配置为至少部分地基于触摸面板电容来生成触摸感测信号；

内部电容性网络，被配置为至少部分地基于预定的内部电容来生成输入信号；

比较性网络，被配置为将所述触摸感测信号与参考信号相比较以生成第一比较结果，并且将所述输入信号与所述参考信号相比较以生成第二比较结果；以及

信号处理组件，被配置为至少部分地基于所述第一比较结果和所述第二比较结果来生成检测结果，以指示在所述触摸面板上是否发生触摸事件。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述感测电容性网络包括与所述触摸面板电容相关联的一个或多个感测电容器，所述触摸面板电容响应于所述触摸事件而改变。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述感测电容性网络进一步包括电流源组件，所述电流源组件被配置为生成电流来至少部分地基于所述第一比较结果对所述一个或多个感测电容器进行充电，以生成所述触摸感测信号。

4.根据权利要求2所述的系统，其中所述感测电容性网络进一步被配置为至少部分地基于所述第一比较结果来对所述一个或多个感测电容器进行放电。

5.根据权利要求2所述的系统，其中所述感测电容性网络进一步包括：

第一开关，被配置为传导第一电流以对所述一个或多个感测电容器进行充电；以及

第二开关，被配置为传导第二电流以对所述一个或多个感测电容器进行放电。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述内部电容性网络包括与所述预定的内部电容相关联的一个或多个内部电容器。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述内部电容性网络进一步包括电流源组件，所述电流源组件被配置为至少部分地基于所述第二比较结果来对所述一个或多个内部电容器进行充电，以生成所述输入信号。

8.根据权利要求6所述的系统，其中所述内部电容性网络进一步被配置为至少部分地基于所述第二比较结果来对所述一个或多个内部电容器进行放电。

9.根据权利要求6所述的系统，其中所述内部电容性网络进一步包括：

第一开关，被配置为传导第一电流以对所述一个或多个内部电容器进行充电；以及

第二开关，被配置为传导第二电流以对所述一个或多个内部电容器进行放电。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述比较性网络包括：

第一比较器，被配置为将所述触摸感测信号与所述参考信号相比较；以及

第二比较器，被配置为将所述输入信号与所述参考信号相比较。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述信号处理组件包括：

第一触发器组件，被配置为至少部分地基于所述第一比较结果来生成触摸检测信号；以及

第二触发器组件，被配置为至少部分地基于所述第二比较结果来生成时钟信号。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述信号处理组件进一步被配置为：

确定所述时钟信号在预定时间段内的周期的第一数目；

确定所述触摸检测信号在所述预定时间段内的周期的第二数目；以及

至少部分地基于周期的所述第一数目和周期的所述第二数目来生成所述检测结果。

13.一种用于触摸检测的方法，所述方法包括：

至少部分地基于触摸面板电容来生成触摸感测信号；

至少部分地基于预定的内部电容来生成输入信号；

将所述触摸感测信号与参考信号相比较以生成第一比较结果；

将所述输入信号与所述参考信号相比较以生成第二比较结果；以及

至少部分地基于所述第一比较结果和所述第二比较结果来生成检测结果，以指示在所述触摸面板上是否发生触摸事件。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

生成电流以至少部分地基于所述第一比较结果来对与所述触摸面板电容相关联的一个或多个感测电容器进行充电，以生成所述触摸感测信号。

15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

至少部分地基于所述第一比较结果来对与所述触摸面板电容相关联的一个或多个感测电容器进行放电。

16.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

至少部分地基于所述第二比较结果来对与所述预定的内部电容相关联的一个或多个内部电容器进行充电，以生成所述输入信号。

17.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

至少部分地基于所述第二比较结果来对与所述预定的内部电容相关联的一个或多个内部电容器进行放电。

18.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

至少部分地基于所述第一比较结果来生成触摸检测信号；以及

至少部分地基于所述第二比较结果来生成时钟信号。

19.根据权利要求18所述的方法，其中至少部分地基于所述第一比较结果和所述第二比较结果来生成所述检测结果包括：

确定所述时钟信号在预定时间段内的周期的第一数目；

确定所述触摸检测信号在所述预定时间段内的周期的第二数目；以及

至少部分地基于周期的所述第一数目和周期的所述第二数目来生成所述检测结果。

20.一种用于触摸检测的系统，所述系统包括：

触摸面板，与触摸面板电容相关联；

内部电容性网络，被配置为至少部分地基于预定的内部电容来生成输入信号；

比较性网络，被配置为将触摸感测信号与参考信号相比较以生成第一比较结果，并且将所述输入信号与所述参考信号相比较以生成第二比较结果，所述触摸感测信号与所述触摸面板电容相关联；以及

信号处理组件，被配置为至少部分地基于所述第一比较结果和所述第二比较结果来生成检测结果，以指示在所述触摸面板上是否发生触摸事件。