CN106648268B

CN106648268B - 一种电容屏触摸检测电路和检测方法

Info

Publication number: CN106648268B
Application number: CN201611064509.8A
Authority: CN
Inventors: 杨岳明; 黄继成
Original assignee: SHANGHAI PANCHIP MICROELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI PANCHIP MICROELECTRONICS Co Ltd
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2020-03-20
Anticipated expiration: 2036-11-28
Also published as: CN106648268A

Abstract

本发明公开了一种电容屏触摸检测电路和检测方法，用于提高检测效率，涉及电容式触摸屏领域，本发明所述检测电路和检测方法能在一个时钟周期内，针对多路的屏电容模块，通过时序控制，共用检测模块，并行进行多路检测。时序控制通过高低电平或开关实现。本发明所述的屏电容模块包括多路第一电容，其中，在第一路的第一电容充电的同时，第二路的第一电容依次进行所述分享、所述被求差和采样，最后得到所述第一路的检测结果；在第二路的第一电容充电的同时，第一路的第一电容依次进行所述分享、所述被求差和采样，最后得到所述第二路的检测结果。本发明所述的技术方案在技术上实现了更高效的检测扫描；在经济上能够更好的带动触摸屏触控技术的发展。

Description

一种电容屏触摸检测电路和检测方法

技术领域

本发明涉及电容式触摸屏领域，尤其涉及一种电容屏触摸检测电路和检测方法。

背景技术

近几年来，随着智能手机、平板电脑的兴起，电容式触摸屏市场得到了较快的发展。从技术的角度来说，电容式触摸屏能取代电阻式触摸屏，是由于方便实现多点触控，电容式触摸屏在玻璃表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。当手指触摸在金属层上时，触点的电容就会发生变化，使得与之相连的振荡器频率发生变化，通过测量频率变化可以确定触摸位置获得信息。

公开号为CN101840297的中国发明专利申请，公开了一种电容式触摸屏的电容检测电路和检测方法，其检测电路如图1所示。分析这个检测电路可知，它是一个一路的电容检测器，即在一个时钟周期内实现一次对触摸信号的检测。其公开的检测方法既可同时检测两行或者两列，即按照差分的方式工作，也可以每次只检测一行或者一列，即单端工作模式。

随着电容式触摸屏的广泛使用以及应用程序，如游戏，对用户触摸体验的不断升级，因此，为了提高检测电路的检测效率，在智能手机的电容屏、PAD屏、笔记本触控板和触控遥控器等触摸屏上，本领域的技术人员致力于开发一种电容屏触摸检测电路和检测方法，极大地增加了检测的准确性和高效性。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提高检测电路的检测效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种电容屏触摸检测方法，用于提高检测效率，在一个时钟周期内，针对多路的屏电容模块，通过时序控制，共用检测模块，并行进行多路检测。

进一步地，所述时序控制通过高低电平或开关实现。

进一步地，所述检测方法包括以下步骤：

步骤1、对第一电容和第三电容进行充电；

步骤2、清空第二电容上的电荷；

步骤3、将所述第一电容和所述第二电容并联，所述第一电容的电荷分享至所述第二电容；

步骤4、将所述第二电容和所述第三电容反向对接，所述第二电容和所述第三电容的电容被求差；

步骤5、将参考电压接入所述反向对接的所述第二电容和所述第三电容进行采样；

步骤6、通过运算放大器和第四电容放大所述采样的信号，得到检测结果。

进一步地，所述屏电容模块包括两路所述第一电容，其中，在第一路的所述第一电容充电的同时，第二路的所述第一电容依次进行所述分享、所述被求差和采样，最后得到所述第一路的检测结果；在第二路的所述第一电容充电的同时，第一路的所述第一电容依次进行所述分享、所述被求差和采样，最后得到所述第二路的检测结果。

进一步地，所述屏电容模块包括四路所述第一电容，所述检测模块包括两路检测电路，其中，第一路所述检测电路与第一路和第二路所述第一电容配合，第二路所述检测电路与第三路和第四路所述第一电容配合；四路的检测结果在时序上相互错开输出。

本发明还提供了一种电容屏触摸检测电路，包括充电模块、电荷分享模块、电荷求差模块和采样放大模块，所述充电模块、电荷分享模块、电荷求差模块和采样放大模块依次级联，其特征在于，所述充电模块包括多组充电通道，每组所述充电通道包括第一开关和第一电容，驱动电压经所述第一开关连接所述第一电容的正极，所述第一电容的负极接地；所述充电模块还包括第二开关、第三电容和第四开关A，电源电压Vdd经过所述第二开关连接所述第三电容的负极，所述第三电容的正极经过所述第四开关A接地。

进一步地，所述电荷分享模块包括第三开关、第二电容和第四开关B，所述第三开关连接所述第一电容的正极和所述第二电容的正极，所述第二电容的负极通过所述第四开关B接地；所述电荷求差模块包括第二电容、第三电容和第六开关，所述第二电容和所述第三电容通过所述第六开关实现正负极反向连接，其中，所述第六开关包括第六开关A、第六开关B和第六开关C；所述第六开关A连接所述第二电容的正极和所述第三电容的负极，所述第六开关B和第六开关C串联后连接所述第二电容的负极和所述第三电容的正极；所述采样放大模块包括第七开关、第八开关、第四电容和运算放大器，参考电压Vref经过所述第七开关连接所述第三电容的负极，所述第三电容的正极连接所述运算放大器的负输入端，所述运算放大器的正输入端连接所述参考电压Vref，所述第八开关和所述第四电容均跨接于运算放大器的负输入端和输出端。

进一步地，所述电容屏触摸检测电路还包括清零模块，所述清零模块包括第五开关，所述第三开关和所述第二电容经过第五开关接地。

进一步地，所述充电模块包括两组充电通道。

进一步地，所述充电模块包括四组充电通道，并且，所述电容屏触摸检测电路包括两组所述电荷分享模块、两组所述电荷求差模块和两组所述采样放大模块，其中，两组所述充电通道与一组所述电荷分享模块、一组所述电荷求差模块和一组所述采样放大模块配合，另两组所述充电通道与另一组所述电荷分享模块、另一组所述电荷求差模块和另一组所述采样放大模块配合；所述电容屏触摸检测电路还包括第九开关和第十开关，所述第九开关和所述第十开关分别连接两组所述采样放大模块的输出端。

本发明在技术上实现了更高效的电路扫描；在经济上能够更好的带动触摸屏快速触控技术的发展，为产品带来更好的用户体验，从而带动相关产品的销售与推广，获得更大的经济效益；带动社会触控技术的革新与发展，使触控效率得到大大提高，激发触控领域的技术革新。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是现有技术中的一路电容检测电路的电路图；

图2是本发明的一个较佳实施例的一周期两次扫描的电路图；

图3是本发明的一个较佳实施例的一周期两次扫描的开关时序图；

图4是本发明的一个较佳实施例的对屏电容Ct充电的等效电路图；

图5是本发明的一个较佳实施例的对内置基准电容C3充电的等效电路图；

图6是本发明的一个较佳实施例的电荷分享等效电路图；

图7是本发明的一个较佳实施例的电荷求差的闭合回路图；

图8是本发明的一个较佳实施例的采样等效电路图；

图9是本发明的一个较佳实施例的放大等效电路图；

图10是本发明的另一个较佳实施例的一周期四次扫描的电路图；

图11是本发明的另一个较佳实施例的一周期四次扫描的开关时序图。

具体实施方式

现有技术中的一路电容检测电路如图1所示，这个电路可在一个时钟周期内实现一次对触摸屏电容信号的检测。这种检测方法既可同时检测两行或者两列，即按照差分的方式工作，也可以每次只检测一行或者一列，即单端工作模式。如果按照差分的工作模式，则图1中的C_t1和C_t2则为两行或者两列的触摸电容。如果按照单端工作模式，则图1中的C_t1和C_t2中有一个为内置基准电容，另一个为行或列的触摸电容。由于这两种模式的实施方式基本一样，下面只描述差分模式的工作原理，即同时检测两行或者两列。这种检测方法具体实现可以分为五步：充电、电荷分享、电荷求差、采样和放大。这样，当V_driver＝18V、C_t＝50pF、C_s＝50pF、δ＝-3％、C₀＝10pF时，图1中处于保持阶段时，V_out＝V_ref，处于放大阶段时，V_out＝V_ref+0.675V，即对应于3％的电容变化转换成了0.675V的电压变化。现有技术的一路传感电容扫描电路，无论是单端模式还是差分模式，一次只能识别一个电容传感器，识别效率低下。

实施例1

为了使得触控识别效率提高，本发明公开了“一路变两路”的电容传感器扫描电路，即一个时钟周期内对两路电容进行扫描检测，实现了一个周期内的两次扫描检测。具体电路图如图2所示。本电路采用不同的时序来对两路电容分别进行扫描检测，图3为两路并行扫描电路时序图。

简单来说，当第一路的第一开关S1_0处于高电平(开关闭合)时，第一路屏电容Ct0(第一电容)开始充电；于此同时，第二开关S2和第四开关A S4_1处于高电平(开关闭合)时，内置基准电容C3(第三电容)开始充电；接着，当第一路的第三开关S3_0和第四开关B S4_2处于高电平(开关闭合)时，第一路屏电容Ct0(第一电容)开始电荷分享，即将第一路的第一电容Ct0内储存的电荷分享给第二电容C2；再接着，第六开关S6(包括第六开关A S6_1、第六开关B S6_2和第六开关C S6_3)处于高电平(开关闭合)时，第二电容C2和第二电容C3正负极反向对接，第二电容C2和第二电容C3内的电荷被求差值，同时，当第七开关S7处于高电平(开关闭合)，运算放大器的负输入端采样到第二电容C2和第三电容C3求差后的输出电压，当第八开关S8处于低电平(开关打开)，通过放大电容C4(第四电容)使得运算放大器输出端取得放大后的电压。

再接着，当S6(包括S6_1、S6_2和S6_3)恢复到低电平(开关打开)时，C2和C3正负极被断开，这时，第五开关S5处于高电平(开关闭合)，C2上存储的电荷被清零，然后S5恢复处于低电平(开关打开)，第二路屏电容Ct1开始分享电荷至C2。后面第二路的求差、采样和放大的过程和第一路类似。

第二路屏电容Ct1的充电过程和第一路屏电容Ct0分享电荷至C2的过程是同时进行的，相应地，第一路屏电容Ct0的充电过程和第二路屏电容Ct1分享电荷至C2的过程也是同时进行的。

具体地说，第一步：先对第一路屏电容Ct0和内置基准电容C3充电

根据图3时序，第一路屏电容的开关S1_0、开关S2和开关S4闭合，实现对第一路电容Ct0和内部传感器电容C3的充电。连接后的简化电路图如图4和图5所示。

Ct0上的电荷量为：

Q_Ct0＝V_driver*C_t0

C3上的电荷量为：

Q₃＝-V_dd*C₃

第二步：清空电容C2里的电荷

当S5处于高电平时，即开关S5闭合，电容C2正极接地，C2中的电荷被清空。

第三步：再对第二路电容Ct1和内部传感器电容C3充电

根据图3时序第二路电容的开关S1_1、开关S2和开关S4闭合，实现对第二路电容Ct1和内部传感器电容C3的再充电。连接后的简化电路图和如图4和图5类似，第二路电容充电完成后紧随第一路电容进行如第四、第五、第六和第七步的步骤，此处不再赘述。

第四步：第一路电容进行电荷分享

将开关S2、S3和S4闭合，得到的电荷分享等效电路图如图6所示。此时将Ct0上的电荷转移到C2上，其中，C2上的电压为：

C2上的电荷量为：

第五步：第一路电容电荷求差和采样

将S6闭合，形成的闭合回路如图7所示。若规定向左为正方向，则得到的电荷差值为：

将S6、S7和S8闭合，则得到如图8所示的采样等效电路图，可以看出后面连接到一个电压跟随器，此时得出结论：

V_out＝V_ref

第六步：放大

将开关S6和S7闭合，将S8断开，即将可变电容C4接入反馈端，如图9所示。由于V＝Q/C，因此可以通过降低C4的电容值而达到放大电压的作用，

而∫i_fdt＝-ΔQ，因此

当第一路电容完成充电后，第二路电容紧随其后进行充电、电荷分享、电荷求差、采样和放大的过程，两路电容交替进行，大大提高了传感器检测的效率。

实施例2

如图10所示，本发明的另一个实施例公开了“一路变四路”的电容传感器扫描电路，使得触控识别效率更高，同时节省电容扫描传感电路的芯片面积。图11为四路并行扫描电路时序图。

简单地说，当sensor0的S1_0处于高电平(开关闭合)时，sensor0的第一路电容开始充电；当sensor1的S1_0处于高电平(开关闭合)时，sensor1的第一路电容开始充电；当sensor0的S1_1处于高电平(开关闭合)时，sensor0的第二路电容开始充电；，当sensor1的S1_1处于高电平(开关闭合)时，sensor1的第二路电容开始充电；当sensor0的S3_0和S4处于高电平(开关闭合)时，sensor0的第一路电容开始电荷分享；当sensor1的S3_0和S4处于高电平(开关闭合)时，sensor1的第一路电容开始电荷分享；当sensor0的S3_1和S4处于高电平(开关闭合)时，sensor0的第二路电容开始电荷分享；当sensor1的S3_1和S4处于高电平(开关闭合)时，sensor1的第二路电容开始电荷分享；当S5处于高电平(开关闭合)时，电容清空电荷并开始处于充电的状态；当S6、S7和S8处于高电平(开关闭合)时，电路进行求差和采样的过程；当S8处于低电平(开关断开)时，电路进行放大的过程。开关S9和S10分别用于控制Sensor0通道或Sensor1通道对ADC的输出。

具体过程如下：

第1步：先对sensor0的第一路电容Ct0和sensor0的内置基准电容C3充电

根据时序sensor0的第一路电容的开关S0、开关S2和开关S4闭合，实现对sensor0的第一路电容Ct0和sensor0的内部传感器电容C3的充电。

第2步：再对sensor1的第一路电容Ct0和sensor1的内部传感器电容C3充电。

第3步：在电荷清空后对sensor0的第二路电容Ct1和sensor0的内部传感器电容C3进行再充电。

第4步：在电荷清空后对sensor1的第二路电容Ct1和sensor1的内部传感器电容C3进行再充电。

第5步：在充电完成后sensor0的第一路电容进行电荷分享

将开关sensor0的S2、S3和S4闭合，得到的电荷分享等效电路图如图6所示。此时将sensor0的第一路电容Ct0上的电荷转移到C2上。

第6步：在充电完成后sensor1的第一路电容、sensor0的第二路电容和sensor1的第二路电容依次进行电荷分享。

第7步：将sensor0的S6闭合，sensor0的第一路电容进行电荷求差

第8步：sensor0的第一路电容进行采样

将sensor0的S6、S7和S8闭合，可以看出后面连接到一个电压跟随器。

第9步：sensor0的第一路电容进行电压放大

将sensor0的开关S6和S7闭合，将S8断开，即将可变电容C4接入反馈端。

当第一路电容完成充电后，第二路电容紧随其后进行充电、电荷分享、电荷求差、采样和放大的过程，两路电容交替进行；sensor1的第一路电容在进行电荷求差、采样和放大后，S9闭合，输出电压至ADC。

第10步：sensor1的第一路电容在电荷分享结束后进行电荷求差、采样和放大，然后，S10闭合，输出电压至ADC。

第11步：sensor0的第二路电容在电荷分享结束后进行电荷求差、采样和放大，然后，S9闭合，输出电压至ADC。

第12步：sensor1的第二路电容在电荷分享结束后进行电荷求差、采样和放大，然后，S10闭合，输出电压至ADC。

这样一个周期性的过程便实现了在一个时钟周期内进行四次采样的高效操作。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种电容屏触摸检测方法，在一个时钟周期内，针对屏电容模块，通过时序控制，共用检测模块，并行进行多路检测，其特征在于，所述屏电容模块包括第一路第一电容和第二路第一电容，所述检测模块包括第一路检测电路，所述第一路检测电路包括第一路第二电容和第一路第三电容，其中，在所述第一路第一电容和第一路第三电容充电的同时，所述第一路第二电容清空电荷后所述第二路第一电容依次进行分享、被求差、采样和放大，最后得到所述第二路的检测结果；在所述第二路第一电容和第一路第三电容充电的同时，所述第一路第二电容清空电荷后所述第一路第一电容依次进行分享、被求差、采样和放大，最后得到所述第一路的检测结果。

2.如权利要求1所述的电容屏触摸检测方法，其特征在于，所述屏电容模块还包括第三路第一电容和第四路第一电容，所述检测模块还包括第二路检测电路，所述第二路检测电路包括第二路第二电容和第二路第三电容，其中，在所述第三路第一电容和第二路第三电容充电的同时，所述第二路第二电容清空电荷后所述第四路第一电容依次进行分享、被求差、采样和放大，最后得到所述第四路的检测结果；在所述第四路第一电容和第二路第三电容充电的同时，所述第二路第二电容清空电荷后所述第三路第一电容依次进行分享、被求差、采样和放大，最后得到所述第三路的检测结果。

3.如权利要求1或2所述的电容屏触摸检测方法，其特征在于，所述时序控制通过高低电平或开关实现。

4.如权利要求1或2所述的电容屏触摸检测方法，其特征在于，所述屏电容对检测方法包括以下步骤：

步骤1、对所述第一电容和第三电容进行充电；

步骤2、清空所述第二电容上的电荷；

步骤4、将所述第二电容和所述第三电容反向对接，所述第二电容和所述第三电容的电荷被求差；

5.一种电容屏触摸检测电路，其特征在于，包括第一组充电模块、第一组电荷分享模块、第一组电荷求差模块、第一组采样放大模块和第一组清零模块，所述第一组充电模块、第一组电荷分享模块、第一组电荷求差模块和第一组采样放大模块依次级联，所述第一组充电模块包括第一组充电通道和第二组充电通道，每组所述充电通道包括第一开关和第一电容，驱动电压经所述第一开关连接所述第一电容的正极，所述第一电容的负极接地；所述充电模块还包括第二开关、第三电容和第四开关A，电源电压Vdd经过所述第二开关连接所述第三电容的正极，所述第三电容的负极经过所述第四开关A接地；所述电荷分享模块包括第三开关、第二电容和第四开关B，所述第三开关连接所述第一电容的正极和所述第二电容的正极，所述第二电容的负极通过所述第四开关B接地；所述电荷求差模块包括第二电容、第三电容和第六开关，所述第二电容和所述第三电容通过所述第六开关实现正负极反向连接，其中，所述第六开关包括第六开关A、第六开关B和第六开关C；所述第六开关A连接所述第二电容的正极和所述第三电容的负极，所述第六开关B和所述第六开关C串联后连接所述第二电容的负极和所述第三电容的正极；所述采样放大模块包括第七开关、第八开关、第四电容和运算放大器，参考电压Vref经过所述第七开关连接所述第三电容的负极，所述第三电容的正极经所述第六开关C连接所述运算放大器的负输入端，所述运算放大器的正输入端连接所述参考电压Vref，所述第八开关和所述第四电容均跨接于所述运算放大器的负输入端和输出端；所述清零模块包括第五开关，所述第三开关和所述第二电容经过第五开关接地；所述第一组充电通道和第二组充电通道通过时序控制交替工作，所述电荷分享模块、电荷求差模块和采样放大模块通过时序控制依次投入工作。

6.如权利要求5所述的电容屏触摸检测电路，其特征在于，所述电容屏触摸检测电路还包括第二组充电模块、第二组电荷分享模块、第二组电荷求差模块、第二组采样放大模块和第二组清零模块，所述第二组充电模块、第二组电荷分享模块、第二组电荷求差模块和第二组采样放大模块依次级联，所述第二组充电模块包括第三组充电通道和第四组充电通道，所述第一组充电通道、第二组充电通道、第三组充电通道和第四组充电通道通过时序控制交替工作。

7.如权利要求6所述的电容屏触摸检测电路，其特征在于，所述电容屏触摸检测电路还包括第九开关、第十开关和模数转换模块，所述第九开关的第一端与所述第一组采样放大模块的运算放大器输出端相连接，所述第十开关的第一端与所述第二组采样放大模块的运算放大器输出端相连接，所述第九开关和第十开关的第二端汇接于所述模数转换模块输入端。