CN105677083A - 一种提高电容式触摸按键抗电磁干扰性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高电容式触摸按键抗电磁干扰性能的方法，所述方法包括：提供多个开关频点，选择其中一个开关频点作为当前按键判别用频点；判断所述当前按键判别用频点下的键值的斜率是否超出一预先设定的范围；若所述按键判别用频点下的键值的斜率超出所述预先设定的范围，则判断所述按键判别用频点下的键值被干扰，并停止采用所述频点进行按键判别；改用其他未受干扰的频点进行按键判别。

Description

一种提高电容式触摸按键抗电磁干扰性能的方法

技术领域

本发明涉及触摸技术，尤其涉及电容式触摸按键。

背景技术

近年来，随着触摸技术特别是电容式触摸技术的发展，电容式触摸按键应用呈现出快速增长态势，替代机械式按键广泛用于家电、影音设备、计算机外设及汽车仪表盘等各个方面。

电容式触摸按键的基本原理就是通过检测触摸点等效电容的变化来判断触摸动作是否产生。常用电路主要有：张弛振荡电路、电荷转移电路及CDC(电容转换为数字信号)电路。三种电路各有其优缺点，其中电荷转移电路由于外围电路简单，无需外围设置电阻，原理较CDC电路明显也要简单，并且还解决了现有电容式触摸按键系统温漂大、成本高、调节复杂等问题，故被广泛采用。申请号为201010235737.3的中国专利，就是在电荷转移电路的基础上，引进了熵系数的设定，使判键以及调节更为灵活方便，其公开的主要判键方法是通过求取充放电电容C1的充电时间相对变化量来对按键进行判断的。

随着应用环境的越来越复杂，对触摸按键抗电磁干扰性能也提出了越来越高的要求。强电磁干扰下，要求触摸按键既不能误触发，同时还要能灵敏的响应按键。电容式的触摸按键由于要做到对触摸点很小等效电容变化敏感检测，故对电磁干扰相对也较为敏感，特别是对传导干扰更为敏感。

当前很多应用方案采用在PCB上增加电源滤波电路的方式来避免电磁干扰的影响，有的甚至以牺牲检测到电磁干扰时的触摸灵敏度来抑制电磁干扰。前者会增加系统成本(例如电源模块的成本)，后者在持续电磁干扰环境下，虽然保证了不误触发，但响应触摸按键迟钝，或者根本不响应触摸按键。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述缺陷和不足，本发明提供了一种提高电容式触摸按键抗电磁干扰性能的方法，其原理简单，未增加系统成本而提高了电容式触摸按键对电磁干扰的耐受性，安全可靠。

在一个实施例中，一种提高电容式触摸按键抗电磁干扰性能的方法，其特征在于，所述方法包括：

a.提供多个开关频点，并选择其中一个开关频点为当前频点以作按键判别之用；

b.获取每个开关频点所对应的按键基值；

c.采集所述当前频点下的一键值；

d.将采集到的所述键值限制在预设的键值范围内；

e.将经步骤d处理后的键值进行m级滑动平均；

f.判断经步骤e处理后的所述键值的斜率是否超出一预设范围，若所述键值的斜率超出所述预设范围，则标示所述当前频点为受干扰频点，并将所述当前频点切换至所述多个开关频点中的其他频点使得该其他频点成为当前频点，并重复步骤c-f。

在一个实施例中，所述方法还包括：

g.若所述键值的斜率未超出所述预设范围，则将所述键值减去所述当前频点所对应的按键基值，得到差值，并判断所述差值是否大于零；若不大于零，则将记录按键次数的变量清零、标志按键为非按下状态、调整所述按键基值、将所述当前频点切换至所述多个开关频点中的其他频点使得该其他频点成为当前频点、并重复步骤c-g。

在一个实施例中，所述方法还包括：

h.若所述差值大于零，则判断所述差值是否大于一预设阈值；若所述差值不大于所述预设阈值，则将记录按键次数的变量清零、标志按键为非按下状态、调整所述按键基值、将所述当前频点切换至所述多个开关频点中的其他频点使得该其他频点成为当前频点、并重复步骤c-h。

在一个实施例中，所述方法还包括：

i.若所述差值大于所述预设阈值，则判断所述按键次数的变量是否小于一预设的计数值；若所述按键次数的变量小于所述预设的计数值，则将所述按键次数的变量自加1、将所述当前频点切换至所述多个开关频点中的其他频点使得该其他频点成为当前频点、并重复步骤c-i。

在一个实施例中，所述方法还包括：

j.若所述按键次数的变量不小于所述预设的计数值，则判断所述当前频点是否已被标示为受干扰频点；若是，将所述当前频点切换至所述多个开关频点中的其他频点使得该其他频点成为当前频点、并重复步骤c-j；若不是，则标志所述按键为按下状态，采集下一键值。

在一个实施例中，在步骤a之前，所述方法还包括：

对触摸按键系统中所用到的寄存器以及变量等进行赋初值，提供一个初始状态。

在一个实施例中，所述多个开关频点包括一个高频点和一个低频点。

在一个实施例中，所述高频点为1.9MHz，所述低频点为0.75MHz。

本发明还提供了一种提高电容式触摸按键抗电磁干扰性能的方法，其特征在于，所述方法包括：

提供多个开关频点，选择其中一个开关频点作为当前按键判别用频点；

判断所述当前按键判别用频点下的键值的斜率是否超出一预先设定的范围；

若所述按键判别用频点下的键值的斜率超出所述预先设定的范围，则判断所述按键判别用频点下的键值被干扰，并停止采用所述频点进行按键判别；

改用其他未受干扰的频点进行按键判别。

附图说明

本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1示出电容式触摸按键系统的结构框图。

图2a示出正常触摸情况下的按键差值图。

图2b示出传导干扰情况下的按键差值图。

图3示出根据本发明一实施例的滤波方法的流程图。

图4示出根据本发明又一实施例的滤波方法流程图。

图5示出H＝1.9MHz，L＝0.75MHz，在1.9MHz附近的CSI测试环境下不停触摸按键时，交替采集到的原始键值数据。

图6a示出H开关频点上采集的原始键值。

图6b示出L开关频点上采集的原始键值。

图6c示出判键用键值。

图6d示出判键用基值。

图6e示出判键用差值。

图6f示出按键状态，其中“1”为按下，“0”为松开。

具体实施方式

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

图1示出电容式触摸按键系统的结构框图。Cx为触摸按键等效电容，与逻辑控制开关SW1、SW2组成开关电容电路。fs为触摸按键系统的开关频率，其可周期性切换逻辑控制开关SW1、SW2，并使其交替呈现闭合和断开状态。根据开关电容特性，逻辑控制开关SW1、SW2和触摸按键等效电容Cx可等效为电阻Rx＝1/(fs×Cx)。Vchg为充电电压，其通过开关等效电阻Rx对充放电电容C1进行周期性充电。当C1充电至比较器CMP负向输入端电压高于正向输入端参考电压Vref时，比较器输出低电平。对应比较器的输出，系统通过逻辑控制开关SW3控制充放电电容C1端电压的放电。在触摸按键功能打开后正常工作的情况下，比较器输出高电平的维持时间即为充放电电容C1的充电时间，也是SW3维持断开状态的时间。

申请号为201010235737.3的中国专利申请详细介绍了图1结构框图的工作原理以及判键方法，此处不再详细介绍。总之，通过图1所示的电容式触摸按键系统，可以测得反映触摸按键等效电容相对量的键值。判键时，首先测出无触摸时的键值(基值)，然后将每次测得的键值减去基值，得出差值，并利用差值进行判键。

在图1的工作原理下，其判键滤波方法的特征在于对采集到的原始按键数据，进行了大小限制，滑动平均，多次确认去抖等一系列的处理，同时还在没有按键按下的情况下进行了基值调整，以确保基值能时时准确的跟随。

但是该判键滤波方法也存在缺陷。即，无法区分差值变化是由电磁干扰所引起，还是正常触摸所引起，会导致误触发(即，明明没有触摸，但由于电磁干扰而产生触摸按键动作)。

图2示出正常触摸以及传导干扰情况下的按键差值图。图2是未加斜率约束、但进行了大小限制及8级滑动平均的按键差值图，其中横轴是键值序号，纵轴是差值。从图2中可以看出，正常触摸的差值曲线，非常平滑，且斜率在一定范围之内；而传导扰动情况下的差值曲线，抖动严重，斜率变化明显比前者大。因此，本发明对传统的判键滤波方法进行改动，加上斜率约束进行滤波，可以很容易的区分出大的按键差值是由传导干扰所引起，还是由正常触摸所引起，从而可以避免误触发。

图3示出根据本发明一实施例的滤波方法的流程图。

步骤301：对触摸按键系统中所用到的寄存器以及变量等进行赋初值，提供一个初始状态。

步骤302：在无触摸时多次采集按键值并求平均，获取基值；

步骤303：采集键值；

步骤304：将采集到的键值限制在预设的最大/最小键值范围内；

步骤305：将经步骤304处理后的键值进行m级滑动平均；

步骤306：限制m级滑动平均后的键值的斜率在某一预设的范围内；

步骤307：将经步骤306处理后的键值减去当前基值，得到差值，并判断差值是否大于零？若大于零，跳到步骤309；若不大于零，跳到步骤308；

步骤308：将记录按键次数的变量key_flag清零，标志按键为非按下状态；并以一定的跟随算法进行基值调整，更新当前基值，然后跳到步骤303，采集下一键值；

步骤309：差值是否大于预设的阈值？若大于，跳到步骤310；若不大于，跳到步骤308；

步骤310：判断键值斜率是否在相应的范围之内？若是，跳到步骤312；若否，跳到步骤311；

步骤311：将记录按键次数的变量key_flag清零，标志按键为非按下状态，并跳到步骤303，采集下一键值；

步骤312：判断key_flag是否小于预设的计数值n？若是，key_flag自加1，并跳到步骤303，采集下一键值；若否，标志按键为按下状态，并跳到步骤303，采集下一键值。

增加了斜率约束后的滤波方法能有效抑制传导扰动所引起的误触发。但该方法对传导扰动期间的正常触摸无法响应或响应迟钝。主要是由于此时触摸对键值的影响完全被扰动所淹没，再经滤波处理，该触摸信号已被抑制掉了，故给人的感觉是，此时不会响应触摸按键，直到传导扰动引起的按键抖动消失，才会正常响应触摸按键。本发明对上述方法又进行了进一步改进。

研究发现，电容式触摸按键系统对开关频点fs及其倍频点附近的传导扰动最为敏感。分析整个CSI(ConductedSusceptibilityImmunity，传导抗扰度)测试频率范围(150KHz～80MHz)内测得的原始键值数据，发现在1倍，3倍，4倍开关频点附近受传导干扰最为严重，已无法正常响应触摸按键，其它频率范围基本没有影响。

鉴于以上所发现的规律，本发明提出了一种多频滤波方法，大大提高了电容式触摸按键系统抗传导干扰能力。在10VCSI测试环境下，该多频滤波系统既不会误触发，同时还能正常响应按键。

“多频”是指键值采集在多个开关频率点上依次进行。但按键判别只采用其中一个频点上采集到的数据，另外频点上采集到的数据只做该频点基值动态校准用。当按键判别用频点受干扰时，则自动以另外一个未受干扰的频点数据来进行按键判别。由此来避开干扰。当然是基于多个频点中任何时候都至少有一个频点不会受干扰的前提。故对频点的选择非常重要，一定要确保任何时候至少有一个频点不会受干扰。

鉴于以上研究所发现的规律，本实施例中，选用H、L两个开关频率点可满足此要求。例如：选择H＝1.9MHz，L＝0.75MHz，就满足此要求。

图4示出根据本发明又一实施例的滤波方法流程图。

步骤401：对触摸按键系统中所用到的寄存器以及变量等进行赋初值，提供一个初始状态；

步骤402：分别获取两频点基值；

步骤403：采集当前频点键值；

步骤404：将采集到的键值限制在预设的最大/最小键值范围内；

步骤405：将经步骤404处理后的键值进行m级滑动平均；

步骤406：判断经步骤405处理后的键值，其斜率是否有超出预设的范围？若超出，则执行步骤407。

步骤407：限制其斜率在某一预定的范围之内并标示当前频点为受干扰频点；

步骤408：将经步骤406处理后的键值减去当前基值，得到差值，并判断差值是否大于零？若大于零，跳到步骤410；若不大于零，跳到步骤409；

步骤409：将记录按键次数的变量key_flag清零，标志按键为非按下状态；并以一定的跟随算法进行基值调整，更新当前基值，然后跳到步骤413；

步骤410：差值是否大于预设的阈值？若大于，跳到步骤411；若不大于，跳到步骤409；

步骤411：判断key_flag是否小于预设的计数值n？若是，key_flag自加1，并跳到步骤413；若否，跳到步骤412；

步骤412：判断当前频点是否已被标示为受干扰频点？若是，跳到步骤413；若否，标志按键为按下状态，并跳到步骤413；

步骤413：切换开关频点，同时将指针指向切换后的开关频点所使用的相关变量，并跳到步骤403，采集下一键值。

表1列出了H＝1.9MHz，L＝0.75MHz时，系统受传导干扰最为严重的频点，从表中可以看出，H、L两组受传导干扰严重的频点中离的最近的两个频点，都达到了10％以上的间隔，故H、L两个开关频率点上采集到的键值数据不会同时受传导干扰。

表1受传导干扰最为严重的频点单位：MHz

图5是H＝1.9MHz，L＝0.75MHz，在1.9MHz附近的CSI测试环境下不停触摸按键时，交替采集到的原始键值数据。通过对该原始键值数据进行多频滤波处理，得到图6所示的处理效果。

从图6-a、6-b可以看出，H开关频点上的键值数据有被严重干扰，已无法正常判键；而L开关频点上的键值数据未受传导干扰影响，可以用来判键。从图6-c可以看出，首先选用了H键值进行判键，然后当H键值被干扰时，及时检测出了干扰，并切换到以L键值进行判键。图6-d是对应的判键用基值。图6-e由键值减去基值而得出的差值，然后根据预设的阈值来进行判键。判键后的按键状态如图6-f所示。

显然，改进后的滤波方法可以完美解决之前电磁干扰环境下，电容式触摸按键系统所存在的误触发或对触摸按键不响应或响应迟钝等等问题。

综上所述，本发明提出的滤波方法，采用多频采集键值数据并分别处理，通过斜率差异，判断各频点键值数据是否被干扰，若当前判键用频点键值数据被干扰，就停止继续使用该频点判键，而改用另一未受干扰的频点键值数据进行按键判别，可在不改变原有系统元器件的情况下有效增强电容式触摸按键系统的抗电磁干扰性能。

本领域技术人员应了解，本发明所提到的“多频”是指至少两个频点，本领域技术人员在了解了本申请的技术方案后，应了解本发明还可以应用于三个甚至更多频点。此外，针对辐射干扰，本发明的多频滤波方法也同样适用。

这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.一种提高电容式触摸按键抗电磁干扰性能的方法，其特征在于，所述方法包括：

a.提供多个开关频点，并选择其中一个开关频点为当前频点以作按键判别之用；

b.获取每个开关频点所对应的按键基值；

c.采集所述当前频点下的一键值；

d.将采集到的所述键值限制在预设的键值范围内；

e.将经步骤d处理后的键值进行m级滑动平均；

f.判断经步骤e处理后的所述键值的斜率是否超出一预设范围，若所述键值的斜率超出所述预设范围，则标示所述当前频点为受干扰频点，并将所述当前频点切换至所述多个开关频点中的其他频点使得该其他频点成为当前频点，并重复步骤c-f。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

g.若所述键值的斜率未超出所述预设范围，则将所述键值减去所述当前频点所对应的按键基值，得到差值，并判断所述差值是否大于零；若不大于零，则将记录按键次数的变量清零、标志按键为非按下状态、调整所述按键基值、将所述当前频点切换至所述多个开关频点中的其他频点使得该其他频点成为当前频点、并重复步骤c-g。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

h.若所述差值大于零，则判断所述差值是否大于一预设阈值；若所述差值不大于所述预设阈值，则将记录按键次数的变量清零、标志按键为非按下状态、调整所述按键基值、将所述当前频点切换至所述多个开关频点中的其他频点使得该其他频点成为当前频点、并重复步骤c-h。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

i.若所述差值大于所述预设阈值，则判断所述按键次数的变量是否小于一预设的计数值；若所述按键次数的变量小于所述预设的计数值，则将所述按键次数的变量自加1、将所述当前频点切换至所述多个开关频点中的其他频点使得该其他频点成为当前频点、并重复步骤c-i。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

j.若所述按键次数的变量不小于所述预设的计数值，则判断所述当前频点是否已被标示为受干扰频点；若是，将所述当前频点切换至所述多个开关频点中的其他频点使得该其他频点成为当前频点、并重复步骤c-j；若不是，则标志所述按键为按下状态，采集下一键值。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a之前，所述方法还包括：

对触摸按键系统中所用到的寄存器以及变量等进行赋初值，提供一个初始状态。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个开关频点包括一个高频点和一个低频点。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述高频点为1.9MHz，所述低频点为0.75MHz。

9.一种提高电容式触摸按键抗电磁干扰性能的方法，其特征在于，所述方法包括：

提供多个开关频点，选择其中一个开关频点作为当前按键判别用频点；

判断所述当前按键判别用频点下的键值的斜率是否超出一预先设定的范围；

若所述按键判别用频点下的键值的斜率超出所述预先设定的范围，则判断所述按键判别用频点下的键值被干扰，并停止采用所述频点进行按键判别；

改用其他未受干扰的频点进行按键判别。