CN107037352B - 一种电容式触控按键芯片检测标定系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容式触控按键芯片检测标定系统及方法，该系统包括有插入检测及标定模块、通信控制及寄存器配置模块、数据存储模块、按键处理模块、对比分析模块、差错处理模块、电源控制模块和终端控制模块；该检测系统及方法能够对多个触控按键芯片进行灵敏度性能测量及时钟标定，具备芯片插入检测、双层模式下终端图形化性能显示、对比分析、多电压输出控制、控制软件实时记录保存数据和系统差错处理等功能。

Description

一种电容式触控按键芯片检测标定系统及方法

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，特别涉及一种触控按键芯片的检测系统及方法。

背景技术

为了满足触控按键高可靠性和耐久性的应用需要，对电容触控按键产品的性能指标应用场景提出了很高的要求。传统的电容触控按键芯片测试系统局限于可操作性与通用性较差，且模块化耦合程度较高，每种配置需要不同的硬件设计，成本较高；采用外搭电路的方法，使得电路不稳定和测试数据不可靠；缺乏相同指标的业界对比分析；测试数据需要人工手动记录，操作不当容易引进人为干扰，重复性工作量较大，人力成本和时间成本较高；没有专用的触控按键芯片测试系统，对于测试人员来说，如何才能设计出一个稳定的测试系统将触控芯片性能指标准确的检测出来，以提高芯片设计的可靠性及稳定性，显得非常重要。

如专利申请201210082956.1公开了一种测试触控面板的方法包括下列步骤：提供该触控面板；提供触控面板测试软件，其包含数据可变参数，该数据可变参数包括接口设定可变参数、触控芯片可变参数、自动测试可变参数及手动测试可变参数中的至少一种；以及决定对应于该触控面板的数据可变参数，以对该触控面板进行测试。

然而，目前的电容触控按键检测装置在进行灵敏度性能指标测量及标定时可靠性和稳定性差，测试实现困难且通用性差，需要搭建电路实现，人为操作加进干扰存在，使得测试数据在一定程度上真实性降低，复测造成测试重复劳动量大，不同项目的电容触控按键芯片测试需要重新搭建测试平台而造成通用性较差，且无法对芯片进行在线接触性检测，只能进行单颗芯片测试，模块之间的耦合性太强，模块无法进行快速的移植。

发明内容

基于此，因此本发明的首要目地是提供一种电容式触控按键芯片检测标定系统及方法，该检测系统及方法能够对多个触控按键芯片进行灵敏度性能测量及时钟标定，具备芯片插入检测、双层模式下终端图形化性能显示、对比分析、多电压输出控制、控制软件实时记录保存数据和系统差错处理等功能。

本发明的另一个目地在于提供一种电容式触控按键芯片检测标定系统及方法，该检测系统及方法利用软硬件协同设计的方法，最大程度的节省硬件成本和软件设计周期，利用板载集成设计思想避免外搭电路带来的不稳定因素，系统利用率高，结合控制终端统一控制增加自动化元素，研发测试和批量测试两种用户体验模式，给芯片设计提供更多的参考依据，同时提高人员工作效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种电容式触控按键芯片检测标定系统，其特征在于该系统包括有插入检测及标定模块、通信控制及寄存器配置模块、数据存储模块、按键处理模块、对比分析模块、差错处理模块、电源控制模块和终端控制模块，

所述插入检测及标定模块，主要是对所接触芯片管脚的电气连接特性进行检测，对被检测芯片的烧录接口及其他通信管脚进行连接性检查即开短路测试，分为管脚开路和管脚短路两种方式的检测，两种检测方式以提示用户烧录接口的电气连接是否正常，以保证后续测试和操作的有效性；

所述数据存储模块是存放文件索引表、客户hex的代烧录程序文件、触控按键检测hex文件、芯片型号及标识信息及芯片设计指标等相关数据，系统收到数据存储命令，进行存储模块初始化，将数据存储于数据存储模块，在研发测试阶段准备接收hex烧录及测试文件，并将数据存储到外部存储器模块，同时反馈数据传输信息以提示，在批量测试阶段从存储模块读取触控按键专用测试hex数据；

所述通信控制及寄存器配置模块，包含研发测试模式下和批量模式下的人机交互处理和寄存器配置的功能，研发测试模式下主要是接收PC端发送的控制命令，利用ARM处理器内置的USB模块实现对USB电源管理、USB描述符、USB枚举、USB读写传输、端点分配管理、命令解析和数据传输等功能，调试根据解析的数据提取出命令和数据，然后将配置数据通过寄存器配置模块对被测芯片进行相应的读写操作；批量模式下主要是接收按键信息，提取出相应的功能及配置数据，然后根据配置数据进行寄存器的读写操作，完成此模式下的功能配置；

所述按键处理模块，主要包含触摸芯片按键检测和输入按键检测两个部分，触摸芯片按键检测是检测触控按键的灵敏度，进而根据分析对比方法来判断芯片触控指标性能的优劣；输入按键是检测在批量测试模式下人机接口，主要完成用户输入的命令和数据的操作，完成批量测试模式下触控按键芯片性能的激励输入等功能；

所述对比分析模块，主要是对利用标准模块和被测芯片的触控按键依据检测原理对检测到的数据进行对比分析，被测芯片按键处理模块将采集到的数据传送给对比分析模块，对比分析模块运行标准检测单元采集同源触控信息，然后将触控信息和设计标准进行对比分析，进而得到在不同模式下所需要的触控按键性能差别信息；

差错处理模块，主要是检测上下位机之间通信数据帧是否正确、判断USB插入的错误处理、被测芯片管脚是否接触良好和触控按键时钟频率标定出错处理等，差错处理实现各功能模块在程序运行过程的错误处理机制、数据的效验机制，数据出错处理及数据重传，超时处理等。系统与DUT在通信中数据的读写需要相应的等待时间，如果超出程序设定的时间则会进行溢出处理；效验处理，当接收到的效验码与计算出的效验码不匹配时丢弃本次数据重新接收。

所述电源控制模块包含被测DUT烧录电压控制和DUT供电电压控制等，被测DUT烧录电压控制是PC端通过发送指令实现对不同ID类型芯片输出不同烧录电压的操作；DUT供电电压控制是控制多个芯片中哪一个芯片供电或者掉电的控制，作为被测芯片进入烧录模式的一个自动控制方式；

所述终端控制模块，包含PC控制和LCD显示终端等两个部分，负责不同模式下测试执行的人机接口，不同工作模式下系统可自动切换显示方式，也可以在研发测试阶段由PC控制选择显示方式，

此时PC端使能控制，负责命令的收发、数据接收和处理、图形绘制及模式选择等功能，主要功能描述为(1)寄存器配置区，是被测芯片选择，选择范围为1到4，初始值为0，即默认选择全部测量，以轮训的方式遍历；被测芯片读写寄存器是写入或读取指定寄存器的数据，配置参数组成消息帧通过通信接口下发给底层检测装置；(2)被测芯片指标测试区，是根据采集到的触控按键信息，利用相关方法计算参数，并将计算得到的相关参数显示；C/F是测试按键电容变化对RC震荡频率的影响；按键测试是测试多按键大小、按键形式情况下的指标；按键切换速度测试是指与使能的按键数量之间的关系指标；电源测试是指电器设备长期工作会被电网上的噪声干扰，尤其是打雷和附近有较大的电器设备启、停时更是有强烈的干扰；(3)触控按键数据及图形显示区，是将接收到的触控按键数据、灵敏度图像(标称图像、对比图像及实测图像)等信息显示。

一种电容式触控按键芯片检测标定方法，该方法包括如下步骤：

101、检测标定系统(简称系统)上电，配置系统内部启动寄存器，接着系统时钟、外部接口、复用端口、IO端口、USB通信、对比分析模块、插入检测和通信接口等模块初始化，进而进行系统外设模块自检，完成自检后调用显示报警模块蜂鸣器警示、LED绿灯常亮指示启动完成。

102、系统启动完成后，系统自动判断此时有没有接入PC端，如果接入PC端，系统会通过上下位机通信数据包判定进入研发测试模式，如果用户没有进入研发测试模式，系统在此阶段会给予用户提示，在研发测试模式下可以强制进入批量测试模式，系统在研发测试模式，开始执行研发测试步骤。否则执行批量测试步骤。

103、进入研发测试模式后，PC端下发通信握手信号给测试装置(上位机)建立通信连接，若握手不成功，则进行差错处理后下位机再次尝试与上位机握手，若握手成功，系统发送通信握手成功信息，上位机等待接收选择测试芯片种类和所需测试芯片的编号等信息命令，PC端提示用户选择测试类型和所需测试的芯片；然后，检查没有客户配置文件信息，如果没有检查到配置文件，提示用户将配置文件输入到指定位置，直到文件检查完成才继续执行。

进一步，所述103步骤中，包括：

1031、对所需测试的芯片进行插入检测，按照预先设定的芯片编号顺序依次进行检测，对被测芯片在检测过程中放置是否放置正确的结果记录下来，等全部检测完成后将结果发送给PC端显示并提示用户重新放置被测芯片，直到检测全部被测芯片正确放置；插入检测完成后，判断被测试及标定芯片的类型，将芯片类型信息保存，接着将配置文件及相关信息按照文件种类建立索引表，包含测试hex、温度点列表、芯片信息及设计指标文件等信息数据，按照索引表文件序列组装成传输数据包根式打包发送，顺序存放至数据存储单元。

1032、系统从存储单元获取温度设定列表，设置温度点，直到温度达到设定的温度点，系统根据被测芯片类型信息控制电压输出系统输出相应的烧录电压和供电电压，同时对芯片进行上掉电操作使得芯片进入烧录模式，检查DUT被测芯片程序存储区，判断是否为空片，如果非空，发送非空信息，同时检测程序存储器类型，如果是OTP型，对比测试HEX数据和程序存储器数据，如果不一致，则结束整个测试及标定过程，否则执行下一步；芯片为空，系统从数据存储单元获取测试hex，同时根据标定算法计算出时钟频率标定值，将测试hex和标定值一起烧录进DUT被测芯片。

1033、系统启动内部定时计数器和对比分析模块，利用电容式触控按键检测原理获取充放电时间数据，进而判断触控按键是否被按下，从而获取对比分析模块触控按键信息，并保存；同时系统触发被测DUT获取被测芯片触控按键采集数据，根据上述检测原理计算出被测芯片触控按键信息；标杆对比模块和被测DUT输出的触控按键信息属于统一检测信号输入源，两个数据分别保存；系统对获取到的触控按键信息进行比较，根据数据计算出相关指标，将被测DUT触控按键设计指标和实测指标对比，在设计范围执行下一步，不在设计范围，小于三次获取被测DUT和标准模块触控按键信息不在设计范围，继续重新检测，否则执行下一步。

1034、被测触控按键指标信息在设计范围内，系统将设计指标数据、标杆测试数据和被测数据发送给PC端，PC端根据接收到的数据，利用相关指标算法计算出数据对于的指标值，绘制图像显示性能优劣，供设计人员对比分析；没有完成全温度高低温测试，继续设置高低温湿度试验箱测试，重复1032、1033、1034等步骤。全温度测试完成，绘制全温度湿度图像，显示性能优劣，结束测试。

104、进入批量测试模式，为方便用户观察测试及标定的整个过程，在LCD显示终端中进行信息显示，如果是代烧录，系统检测存储单元有无配置，提示用户需要联机下载配置文件信息，下载完成配置文件后，将代烧录与否的信息写入芯片配置文件中，将配置文件信息发送给系统保存，继而执行本步骤；不需要代烧录，系统初始化LCD显示模块，执行下列步骤：

1041、对所需测试的芯片进行插入检测，按照预先设定的芯片编号顺序依次进行检测，对被测芯片在检测过程中放置是否放置正确的结果记录下来，等全部检测完成后将结果发送给PC端显示并提示用户重新放置被测芯片，直到检测全部被测芯片正确放置；插入检测完成后，判断被测试及标定芯片的类型，将芯片类型信息保存，接着将配置文件及相关信息按照文件种类建立索引表，包含测试hex、温度点列表、芯片信息及设计指标文件等信息数据，按照索引表文件序列组装成传输数据包根式打包发送，顺序存放至数据存储单元。

1042、系统从存储单元获取温度设定列表，设置温度点，直到温度达到设定的温度点，系统根据被测芯片类型信息控制电压输出系统输出相应的烧录电压和供电电压，同时对芯片进行上掉电操作使得芯片进入烧录模式，检查DUT被测芯片程序存储区，判断是否为空片，如果非空，发送非空信息，同时检测程序存储器类型，如果是OTP型，对比测试HEX数据和程序存储器数据，如果不一致，则结束整个测试及标定过程，否则执行下一步；芯片为空，系统从数据存储单元获取测试hex，同时根据标定算法计算出时钟频率标定值，将测试hex和标定值一起烧录进DUT被测芯片。

然后，提示用户插入检测、电压调整及时钟频率标定等过程，则继续执行以下步骤。

105、根据用户的不同需要，系统的按键命令输入端给用户提供了启动对比分析的需要，如果用户需要启动对比分析模块，启动内部定时计数器，利用电容式触控按键检测原理获取充放电时间数据，获取检测到的触控按键信息并保存；否则，执行下一步。

106、被测芯片DUT启动触控按键模块，开启内部定时器捕捉触控按键检测信息，将检测到的数据信息按照一定格式发送给系统处理，并将计算出的指标结果保存。

107、获取设计指标值，将设计指标值与测试指标值进行对比分析，不在设计范围内且小于三次获取测试灵敏度指标，则进行差错处理，重复检测，三次以上判断测试灵敏度指标不在设计范围内，LCD显示被测芯片为不良品，系统控制handler将偏差较大的芯片投入坏BIN，同时LCD模块显示出现问题的芯片信息并计数，结束本次标定进入下次标定；被测芯片指标在设计范围内，系统控制handler将在设计范围内的被测芯片投入好BIN，LCD显示成功标定的个数，结束本次标定进入下次标定；新一次的批量测试不断重复105、106、107等步骤，直至批量测试完成。

系统对芯片的检测标定过程是每次对芯片是否测试及标定的循环查询工作状态的一个过程，不断的查询和状态判断，命令的解析，目的是把研发测试模式、批量测试模式、对比分析、智能设备控制、数据比较、信息提示、固件更新及PC机特点结合，实现自动化的检测及标定系统。

本发明可以实现在较少的成本下对集成性或者专业性的触控按键芯片的灵敏度指标的测试，引入双层测试模式设计思想与方法进行触控按键指标测试及时钟频率标定，使用插入检测以降低因接触不良问题而导致的测试数据不可靠的问题，融入自动化测试的理念智能控制外部温湿度控制装置得到多种温湿度情况下的灵敏度指标数据，实现对高灵敏度触控按键芯片的测试需求，解决在少投入大效益下满足客户使用需求，携带方便，方便客户使用，同时节省芯片设计成本和提高开发效率。

附图说明

图1是本发明所实施的系统架构图。

图2是本发明所实施的硬件结构示意图。

图3是本发明所实施插入检测及标定模块的控制流程图。

图4是本发明所实施通信控制及寄存器配置模块的控制流程图。

图5是本发明所实施电容式触摸按键基本原理示意图。

图6是本发明所实施电容式触摸按键放电时间示意图。

图7是本发明所实施差错处理模块的控制流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

参见图1、图2所示，为本发明所实现的测试及标定系统(简称系统)，其系统构成主要有插入检测及标定模块、通信控制及寄存器配置模块、数据存储模块、按键处理模块、对比分析模块、差错处理模块、电源控制模块和终端控制模块，所述插入检测及标定模块、通信控制及寄存器配置模块、数据存储模块、按键处理模块、对比分析模块、差错处理模块、电源控制模块、终端控制模块集成于ARM处理器中，PC端通过USB接口和串口与ARM处理器进行通讯。

除了能给开发人员和客户购置的触控按键芯片做自动化测试和标定，提高工作效率外；另一方面，可以作为一套展示系统给客户做芯片性能参数展示，通过双模式终端控制，可以向设计人员或客户展示触控按键的芯片性能参数并绘制灵敏度测试指标图像。系统支持研发测试和批量测试的用户等不同需求，研发测试是芯片设计阶段的样片测试，是对芯片设计指标的全面评估，用户将装载芯片的检测及标定终端连接至PC端，系统根据需要进行固件程序在线更新或升级，完成芯片的标定，并对标定后的芯片进行触控按键灵敏度性能测试，绘制测试结果呈现性能差异性；批量测试模式是对触控按键芯片进行批量生产的测试模式，根据用户的需求通过操作PC端发送控制命令实现对芯片实施检测及标定的方式。

其中，插入检测及标定模块，主要是对所接触芯片管脚的电气连接特性进行检测，对被检测芯片的烧录接口及其他通信管脚进行连接性检查即开短路测试，分为管脚开路和管脚短路两种方式的检测，两种检测方式以提示用户烧录接口的电气连接是否正常，以保证后续测试和操作的有效性；插入检测完成后，就会进行触控按键芯片时钟频率校正流程，以保证芯片触控模块精准工作的时钟频率更为准确，获取配置文件和检测芯片ID以确定相应的标定方式和标定值写入位置，根据相关算法计算出标定值，继而测试写入表定植后的时钟频率的准确性，循环往复以确定最接近标称频率的标定值。

图3所示，其处理流程为：

101、初始化插入检测及标定模块的芯片检测单元；

102、检测芯片的管脚是否正常连接；

103、根据芯片的类型选择输出电压，使芯片进入烧录模式；

104、读取芯片ID，确定芯片类型，然后退出烧录模式，进入用户模式；

105、进入时钟频率测量单元，获取时钟频率；

106、根据标定算法，算出标定值；

107、判断芯片是否是空片，是则进入到110步骤，否则继续下一步；

108、判断芯片是否是OTP类型，是则提升用户更换芯片，否则继续下一步；

109、判断芯片是否是FLASH类型；

110、控制电压选择系统，输出相应的电压；

111、被测芯片掉电再上电，发送烧录模式指令，使芯片进入烧录模式；

112、将标定值写入校正区域；

113、关闭烧录电压，使芯片进入工作模式；

114、测量时钟频率和标定值，对比两个数据的偏差，发送给PC；

115、判断偏差是否在范围内；否则发送成功标识，继续下一步，是则进一步判断是否大于三次，大于三次则返回103步骤，否则发送标定识别信息，进城差错处理；

116、判断温箱的温度序列是否完成，完成则将标定值发送给PC端进行显示，否则返回114步骤。

117、结束扫描。

数据存储模块是存放文件索引表、客户hex的代烧录程序文件、触控按键检测hex文件、芯片型号及标识信息及芯片设计指标等相关数据，接收到数据存储命令，进行存储模块初始化，将数据存储于数据存储模块，在研发测试阶段准备接收hex烧录及测试文件，并将数据存储到外部存储器模块，同时反馈数据传输信息以提示，在批量测试阶段从存储模块读取触控按键专用测试hex数据，并在显示终端给以相应的提示。

通信控制及寄存器配置模块，包含研发测试模式下和批量模式下的人机交互处理和寄存器配置的功能，研发测试模式下主要是接收PC端发送的控制命令，利用ARM处理器内置的USB模块实现对USB电源管理、USB描述符、USB枚举、USB读写传输、端点分配管理、命令解析和数据传输等功能，调试根据解析的数据提取出命令和数据，然后将配置数据通过寄存器配置模块对被测芯片进行相应的读写操作；批量模式下主要是接收按键信息，提取出相应的功能及配置数据，然后根据配置数据进行寄存器的读写操作，已完成此模式下的功能配置。两种方式考虑到了在不同需求模式下应用的场景，可以满足不同的客户需求，尤其在研发测试阶段可以参考ARM官方提供的通用的API函数类及相关开发库，开发人员可以根据需要对USB类函数进行相应的修改以满足开发需求，如可以利用它定义数据包格式、通信协议、设备类型及数据种类等方面的信息，缩短开发时间和降低升级维护复杂度。

如图4所示，其具体的处理流程为：

201、选择测试模式；

202、判断是研发测试模式还是批量测试模式；如果是研发测试模式，则进入下一步，如果是批量测试模式，则进入210步骤；

203、USB端口初始化，并进行USB枚举；

204、与上位机握手；

205、USB端口接收PC通讯标志位，解析数据格式；

206、判断帧头是否正确，是则接收指令、数据和数据长度，否则进行纠错处理重新发送指令；

207、计算校验码，读出接收到的校验；

208、判断校验码是否一致，是则保存相应的命令和数据，否则进行下一步；

209、解析读写命令；执行214步骤；

210、判断是否有按键按下；

211、消抖处理；

212、解析输入命令；

213、保存命令和数据；

214、写相应寄存器，一直到读写完成，结束。

按键处理模块，主要包含触摸芯片按键检测和输入按键检测两个部分，触摸芯片按键检测是检测触控按键的灵敏度，进而根据分析对比方法来判断芯片触控指标性能的优劣；输入按键是检测在批量测试模式下人机接口，主要完成用户输入的命令和数据的操作，完成批量测试模式下触控按键芯片性能的激励输入等功能。

对比分析模块，所述对比分析模块，主要是对利用标准模块和被测芯片的触控按键依据检测原理对检测到的数据进行对比分析，被测芯片按键处理模块将采集到的数据传送给对比分析模块，对比分析模块运行标准检测单元采集同源触控信息，然后将触控信息和设计标准进行对比分析，进而得到在不同模式下所需要的触控按键性能差别信息。如图5所示，电容式触摸按键硬件构成是一个焊盘连接至被测芯片的触控按键检测管脚，与地构成一个感应电容，在周围环境不变的情况下电容值固定为微小值，具有固定的充放电时间，而当有一个导体向电极靠近时，会形成耦合电容，这样就会改变固有的充放电时间，而手指就是这样的导体，通过测量充放电时间的改变即可检测是否有按键被按下，充放电时间的判定过程为开关在断开的状态下该按键被下拉电阻拉低，电压为0V，这时开关闭合开始对按键充电，等充满电稳定后再断开开关，这时按键开始放电，并用定时器记录这段放电时间t1，反复该过程。当有手指触碰按键时，放电时间会改变为t2，如图6所示，由此即可判断出手指是否触摸到该按键。

差错处理模块，主要是检测上下位机之间通信数据帧是否正确、判断USB插入的错误处理、被测芯片管脚是否接触良好和触控按键时钟频率标定出错处理等，差错处理实现各功能模块在程序运行过程的错误处理机制、数据的效验机制，数据出错处理及数据重传，超时处理等。系统与DUT在通信中数据的读写需要相应的等待时间，如果超出程序设定的时间则会进行溢出处理；效验处理，当接收到的效验码与计算出的效验码不匹配时丢弃本次数据重新接收。

如图7所示，其具体的纠错处理流程为：

301、进入差错处理模块；

302、对各模块中的错误类型进行分类编号；

303、判断是否是系统发送错误，否则结束，是则进行下一步；

304、读取系统状态；

305、保存当前的系统状态信息到差错处理区，进入错误查找模式；

306、针对各种错误类型进行判断，并执行纠错。

对于接收数据帧错误，保存错误编号，发送错误类型信息给PC端；PC端接收到错误类型信息后进行显示，并重新发送信息帧，如果通信故障大于3次，则通知PC端重新传输。

对于USB通信故障，USB重新枚举、握手，发送错误类型信息给PC端并提示用户；如果通信故障大于3次，则发送USB初始化失败或枚举失败或握手失败信息给PC端，并提示检查。

对于插入检测错误，重新初始化检测连接总线接口，然后判断通信故障是否大于3次，大于次则重新判断插入检测错误，小于3次则发送握手失败信息给PC端显示，并提示检查。

对于时钟频率标定错误，重新初始化通信接口，重新获取数据、计算标定数据、对比标定数据，然后判断设计指标偏离大于3次与否，大于则发送标定失败信息PC端显示，并提示检查。

电源控制模块包含被测DUT烧录电压控制和DUT供电电压控制等，被测DUT烧录电压控制是PC端通过发送指令实现对不同ID类型芯片输出不同烧录电压的操作；DUT供电电压控制是控制多个芯片中哪一个芯片供电或者掉电的控制，作为被测芯片进入烧录模式的一个自动控制方式；电源控制是根据系统运行的方式的设置和客户不同种类的ID确定哪一个芯片在什么时间段进入烧录模式，通过对烧录电源和供电电源的协调运作，以确保对需要测试及标定的芯片绩效有效的控制。

终端控制模块，负责不同模式下测试执行的人机接口，不同工作模式下系统可自动切换显示方式，也可以在研发测试阶段由PC端选择显示方式，此时PC端使能控制，负责命令的收发、数据接收和处理、图形绘制及模式选择等功能，主要功能描述为(1)寄存器配置区，是被测芯片选择，选择范围为1到4，初始值为0，即默认选择全部测量，以轮训的方式遍历；被测芯片读写寄存器是写入或读取指定寄存器的数据，配置参数组成消息帧通过通信接口下发给底层检测装置；(2)被测芯片指标测试区，是根据采集到的触控按键信息，利用相关方法计算参数，并将计算得到的相关参数显示；C/F是测试按键电容变化对RC震荡频率的影响；按键测试是测试多按键大小、按键形式情况下的指标；按键切换速度测试是指与使能的按键数量之间的关系指标；电源测试是指电器设备长期工作会被电网上的噪声干扰，尤其是打雷和附近有较大的电器设备启、停时更是有强烈的干扰；(3)触控按键数据及图形显示区，是将接收到的触控按键数据、灵敏度图像(标称图像、对比图像及实测图像)等信息显示。

本发明所实现检测标定方法，包括如下步骤：

401、检测标定系统上电，配置系统内部启动寄存器，接着系统时钟、外部接口、复用端口、IO端口、USB通信、对比分析模块、插入检测和通信接口等模块初始化，进而进行系统外设模块自检，完成自检后调用显示报警模块蜂鸣器警示、LED绿灯常亮指示启动完成。

402、系统启动完成后，系统自动判断此时有没有接入PC端，如果接入PC端，系统会通过上下位机通信数据包判定进入研发测试模式，如果用户没有进入研发测试模式，系统在此阶段会给予用户提示，在研发测试模式下可以强制进入批量测试模式，系统在研发测试模式，开始执行403、404、405、406、407等步骤。否则执行408等步骤。

403、进入研发测试模式后，PC端下发通信握手信号给测试装置(上位机)建立通信连接，若握手不成功，则蜂鸣器鸣响，LED红灯点亮提示用户系统出现问题，进行差错处理后下位机再次尝试与上位机握手，若握手成功，系统发送通信握手成功信息，上位机等待接收选择测试芯片种类和所需测试芯片的编号等信息命令，PC端提示用户选择测试类型和所需测试的芯片；然后，检查没有客户配置文件信息，如果没有检查到配置文件，提示用户将配置文件输入到指定位置，直到文件检查完成才继续执行。

404、系统对所需测试的芯片进行插入检测，按照预先设定的芯片编号顺序依次进行检测，对被测芯片在检测过程中放置是否放置正确的结果记录下来，等全部检测完成后将结果发送给PC端显示并提示用户重新放置被测芯片，直到检测全部被测芯片正确放置；插入检测完成后，判断被测试及标定芯片的类型，将芯片类型信息保存，接着将配置文件及相关信息按照文件种类建立索引表，包含测试hex、温度点列表、芯片信息及设计指标文件等信息数据，按照索引表文件序列组装成传输数据包根式打包发送，顺序存放至数据存储单元。

405、系统从存储单元获取温度设定列表，设置温度点，直到温度达到设定的温度点，系统根据被测芯片类型信息控制电压输出系统输出相应的烧录电压和供电电压，同时对芯片进行上掉电操作使得芯片进入烧录模式，检查DUT被测芯片程序存储区，判断是否为空片，如果非空，发送非空信息，同时检测程序存储器类型，如果是OTP型，对比测试HEX数据和程序存储器数据，如果不一致，则结束整个测试及标定过程，否则执行406；芯片为空，系统从数据存储单元获取测试hex，同时根据标定算法计算出时钟频率标定值，将测试hex和标定值一起烧录进DUT被测芯片。

406、系统启动内部定时计数器和对比分析模块，利用电容式触控按键检测原理获取充放电时间数据，进而判断触控按键是否被按下，从而获取对比分析模块触控按键信息，并保存；同时系统触发被测DUT获取被测芯片触控按键采集数据，根据上述检测原理计算出被测芯片触控按键信息；标杆对比模块和被测DUT输出的触控按键信息属于统一检测信号输入源，两个数据分别保存；系统对获取到的触控按键信息进行比较，根据数据计算出相关指标，将被测DUT触控按键设计指标和实测指标对比，在设计范围执行407步骤，不在设计范围，小于三次获取被测DUT和标准模块触控按键信息不在设计范围，继续重新检测，否则执行407步骤。

407、被测触控按键指标信息在设计范围内，系统将设计指标数据、标杆测试数据和被测数据发送给PC端，PC端根据接收到的数据，利用相关指标算法计算出数据对于的指标值，绘制图像显示性能优劣，供设计人员对比分析；没有完成全温度高低温测试，继续设置高低温湿度试验箱测试，重复405、406、407等步骤。全温度测试完成，绘制全温度湿度图像，显示性能优劣，结束测试。

408、进入批量测试模式，为方便用户观察测试及标定的整个过程，在LCD显示终端中进行信息显示，如果是代烧录，系统检测存储单元有无配置，提示用户需要联机下载配置文件信息，下载完成配置文件后，将代烧录与否的信息写入芯片配置文件中，将配置文件信息发送给系统保存，继而执行本步骤；不需要代烧录，系统初始化LCD显示模块，重复404、405等步骤，提示用户插入检测、电压调整及时钟频率标定等过程，则继续执行以下步骤。

409、根据用户的不同需要，系统的按键命令输入端给用户提供了启动对比分析的需要，如果用户需要启动对比分析模块，启动内部定时计数器，利用电容式触控按键检测原理获取充放电时间数据，获取检测到的触控按键信息并保存；否则，执行410步骤。

410、被测芯片DUT启动触控按键模块，开启内部定时器捕捉触控按键检测信息，将检测到的数据信息按照一定格式发送给系统处理，并将计算出的指标结果保存。

411、获取设计指标值，将设计指标值与测试指标值进行对比分析，不在设计范围内且小于三次获取测试灵敏度指标，则进行差错处理，重复检测，三次以上判断测试灵敏度指标不在设计范围内，LCD显示被测芯片为不良品，系统控制handler将偏差较大的芯片投入坏BIN，同时LCD模块显示出现问题的芯片信息并计数，结束本次标定进入下次标定；被测芯片指标在设计范围内，系统控制handler将在设计范围内的被测芯片投入好BIN，LCD显示成功标定的个数，结束本次标定进入下次标定；新一次的批量测试不断重复409、410、411等步骤，直至批量测试完成。

系统对芯片的检测及标定是每次对芯片是否测试及标定的循环查询工作状态的一个过程，不断的查询和状态判断，命令的解析，目的是把研发测试模式、批量测试模式、对比分析、智能设备控制、数据比较、信息提示、固件更新及PC机特点结合，实现自动化的检测及标定系统。

总之，本发明实现的电容触控按键检测系统及方法，使用外置触控检测模块作为标杆对比评估，提高系统检测的精确度，使用32位嵌入式微处理器开发，利用积累的设计经验和方法提高开发效率节省开发时间，嵌入式微处理器具备较高的工作频率高，且内涵丰富的硬件外设接口，软件开发采取层次化的设计方法，特别是基于库函数开发的软件架构；能够进行多个芯片的测试及标定，收集更多供设计参考的测试数据；终端图形化性能显示功能可在研发测试和批量测试两种不同的模式下进行实时数据采集、显示和保存，方便在不同场景下使用；引入双层模式开发理念即研发测试模式和批量生产模式设计思想解决不同场景应用需求，自动化测量及标定方法，实现对触控按键芯片测量及标定的自动化控制，同时测控系统操作外部设备实现温湿度同步控制，解决人员重复劳动和效率低下问题；芯片插入检测实现对被测芯片进行在线检测并提示，保证测试有效性；引入对比分析，更大程度的强化业界标杆作用，通过性能指标的分析，充分强化用户体验时的芯片设计指标的精确度和技术优势；采用内部集成度较高的嵌入式处理器作为主控芯片，有效的节省了硬件设计成本，增加系统的可靠性，同时在一定程度上减少了系统误差，增加了系统的可靠性和稳定性，使得整个系统具有高度的集成性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电容式触控按键芯片检测标定系统，其特征在于该系统包括有插入检测及标定模块、通信控制及寄存器配置模块、数据存储模块、按键处理模块、对比分析模块、差错处理模块、电源控制模块和终端控制模块，所述插入检测及标定模块、通信控制及寄存器配置模块、数据存储模块、按键处理模块、对比分析模块、差错处理模块、电源控制模块、终端控制模块集成于ARM处理器中；

所述插入检测及标定模块，是对所接触芯片管脚的电气连接特性进行检测，对被测芯片的烧录接口及其他通信管脚进行连接性检查即开短路测试；

所述数据存储模块是存放文件索引表、客户hex的代烧录程序文件、触控按键检测hex文件、芯片型号及标识信息及芯片设计指标数据；

所述通信控制及寄存器配置模块，包含研发测试模式下和批量测试模式下的人机交互处理和寄存器配置的功能；

所述按键处理模块，包含触摸芯片按键检测和输入按键检测两个部分，触摸芯片按键检测是检测触控按键的灵敏度，进而根据分析对比方法来判断芯片触控指标性能的优劣；输入按键检测是检测在批量测试模式下人机接口，主要完成用户输入的命令和数据的操作，完成批量测试模式下触控按键芯片性能的激励输入；

所述对比分析模块，是对利用标准模块和被测芯片的触控按键依据检测原理对检测到的数据进行对比分析，被测芯片按键处理模块将采集到的数据传送给对比分析模块，对比分析模块运行标准检测单元采集同源触控信息，然后将触控信息和设计标准进行对比分析，进而得到在不同模式下所需要的触控按键性能差别信息；

所述差错处理模块，是检测上下位机之间通信数据帧是否正确、判断USB插入的错误处理、被测芯片管脚是否接触良好和触控按键时钟频率标定出错处理；

所述电源控制模块，包含被测芯片烧录电压控制和被测芯片供电电压控制，被测芯片烧录电压控制是PC端通过发送指令实现对不同ID类型芯片输出不同烧录电压的操作；被测芯片供电电压控制是控制多个芯片中指定芯片供电或者掉电的控制；

所述终端控制模块，包含PC控制和LCD显示终端等两个部分，负责不同模式下测试执行的人机接口，不同工作模式下系统可自动切换显示方式，也能够在研发测试阶段由PC控制选择显示方式。

2.如权利要求1所述的电容式触控按键芯片检测标定系统，其特征在于所述插入检测及标定模块的开短路测试，分为管脚开路和管脚短路两种方式的检测，两种检测方式以提示用户烧录接口的电气连接是否正常，以保证后续测试和操作的有效性。

3.如权利要求1所述的电容式触控按键芯片检测标定系统，其特征在于所述通信控制及寄存器配置模块，研发测试模式下主要是接收PC端发送的控制命令，利用ARM处理器内置的USB模块实现对USB电源管理、USB描述符、USB枚举、USB读写传输、端点分配管理、命令解析和数据传输，调试根据解析的数据提取出命令和数据，然后将配置数据通过寄存器配置模块对被测芯片进行相应的读写操作；批量测试模式下主要是接收按键信息，提取出相应的功能及配置数据，然后根据配置数据进行寄存器的读写操作，完成此模式下的功能配置。

4.如权利要求1所述的电容式触控按键芯片检测标定系统，其特征在于所述差错处理模块实现各功能模块在程序运行过程的错误处理机制、数据的效验机制，数据出错处理及数据重传，超时处理；系统与被测芯片在通信中数据的读写需要相应的等待时间，如果超出程序设定的时间则会进行溢出处理；效验处理，当接收到的效验码与计算出的效验码不匹配时丢弃本次数据，重新接收。

5.根据权利要求1所述的一种电容式触控按键芯片检测标定系统的标定方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

101、电容式触控按键芯片检测标定系统启动；

102、系统启动完成后，系统自动判断此时有没有接入PC端，如果接入PC端，系统会通过上下位机通信数据包判定进入研发测试模式，如果用户没有进入研发测试模式，则在研发测试模式下可以强制进入批量测试模式，系统在研发测试模式，开始执行研发测试步骤，否则执行批量测试步骤；

103、进入研发测试模式后，PC端下发通信握手信号给测试装置建立通信连接，若握手不成功，则进行差错处理后下位机再次尝试与上位机握手，若握手成功，系统发送通信握手成功信息，上位机等待接收选择测试芯片种类和所需测试芯片的编号命令，PC端提示用户选择测试类型和所需测试的芯片；然后，检查有没有客户配置文件信息，如果没有检查到配置文件，提示用户将配置文件输入到指定位置，直到文件检查完成才继续执行；

104、进入批量测试模式，为方便用户观察测试及标定的整个过程，在LCD显示终端中进行信息显示，如果是代烧录，系统检测存储单元有无配置，提示用户需要联机下载配置文件信息，下载完成配置文件后，将代烧录与否的信息写入芯片配置文件中，将配置文件信息发送给系统保存，继而执行本步骤；

105、根据用户的不同需要，系统的按键命令输入端给用户提供了启动对比分析的需要，如果用户需要启动对比分析模块，启动内部定时计数器，利用电容式触控按键检测原理获取充放电时间数据，获取检测到的触控按键信息并保存；否则，执行下一步；

106、被测芯片启动触控按键模块，开启内部定时器捕捉触控按键检测信息，将检测到的数据信息按照一定格式发送给系统处理，并将计算出的指标结果保存；

107、获取设计指标值，将设计指标值与测试指标值进行对比分析，被测芯片指标在设计范围内，结束本次标定进入下次标定。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于步骤101中，系统启动是指检测标定系统上电，配置系统内部启动寄存器，接着系统时钟、外部接口、复用端口、IO端口、USB通信、对比分析模块、插入检测和通信接口初始化，进而进行系统外设模块自检。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于进一步，所述步骤103中，包括：

1031、对所需测试的芯片进行插入检测，按照预先设定的芯片编号顺序依次进行检测，对被测芯片在检测过程中是否放置正确的结果记录下来，等全部检测完成后将结果发送给PC端显示并提示用户重新放置被测芯片，直到检测全部被测芯片正确放置；插入检测完成后，判断被测试及标定芯片的类型，将芯片类型信息保存，接着将配置文件及相关信息按照文件种类建立索引表，包含测试hex、温度点列表、芯片信息及设计指标文件数据，按照索引表文件序列组装成传输数据包格式打包发送，顺序存放至数据存储单元；

1032、系统从存储单元获取温度设定列表，设置温度点，直到温度达到设定的温度点，系统根据被测芯片类型信息控制电压输出系统输出相应的烧录电压和供电电压，同时对被测芯片进行上掉电操作使得芯片进入烧录模式，检查被测芯片程序存储区，判断是否为空片，如果非空，发送非空信息，同时检测程序存储器类型，如果是OTP型，对比测试HEX数据和程序存储器数据，如果不一致，则结束整个测试及标定过程，否则执行下一步；被测芯片为空，系统从数据存储单元获取测试hex，同时根据标定算法计算出时钟频率标定值，将测试hex和标定值一起烧录进被测芯片；

1033、系统启动内部定时计数器和对比分析模块，利用电容式触控按键检测原理获取充放电时间数据，进而判断触控按键是否被按下，从而获取对比分析模块触控按键信息，并保存；同时系统触发被测芯片获取被测芯片触控按键采集数据，根据上述检测原理计算出被测芯片触控按键信息；标杆对比模块和被测芯片输出的触控按键信息属于统一检测信号输入源，两个数据分别保存；系统对获取到的触控按键信息进行比较，根据数据计算出相关指标，将被测芯片触控按键设计指标和实测指标对比，在设计范围执行下一步，不在设计范围，小于三次获取被测芯片和标准模块触控按键信息不在设计范围，继续重新检测，否则执行下一步；

1034、被测触控按键指标信息在设计范围内，系统将设计指标数据、标杆测试数据和被测数据发送给PC端，PC端根据接收到的数据，利用相关指标算法计算出数据对比的指标值，绘制图像显示性能优劣，供设计人员对比分析；没有完成全温度高低温测试，继续设置高低温湿度试验箱测试，重复步骤1032、1033、1034，全温度测试完成，绘制全温度湿度图像，显示性能优劣，结束测试。

8.如权利要求5所述方法，其特征在于步骤104中，如果不需要代烧录，系统初始化LCD显示模块，执行下列步骤：

1041、对所需测试的芯片进行插入检测，按照预先设定的芯片编号顺序依次进行检测，对被测芯片在检测过程中是否放置正确的结果记录下来，等全部检测完成后将结果发送给PC端显示并提示用户重新放置被测芯片，直到检测全部被测芯片正确放置；插入检测完成后，判断被测试及标定芯片的类型，将芯片类型信息保存，接着将配置文件及相关信息按照文件种类建立索引表，包含测试hex、温度点列表、芯片信息及设计指标文件数据，按照索引表文件序列组装成传输数据包格式打包发送，顺序存放至数据存储单元；

1042、系统从存储单元获取温度设定列表，设置温度点，直到温度达到设定的温度点，系统根据被测芯片类型信息控制电压输出系统输出相应的烧录电压和供电电压，同时对芯片进行上掉电操作使得被测芯片进入烧录模式，检查被测芯片程序存储区，判断是否为空片，如果非空，发送非空信息，同时检测程序存储器类型，如果是OTP型，对比测试HEX数据和程序存储器数据，如果不一致，则结束整个测试及标定过程，否则执行下一步；被测芯片为空，系统从数据存储单元获取测试hex，同时根据标定算法计算出时钟频率标定值，将测试hex和标定值一起烧录进被测芯片。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于完成步骤1042后，提示用户插入检测、电压调整及时钟频率标定过程，然后继续执行后续的步骤。

10.如权利要求5所述的方法，其特征在于步骤107中，将设计指标值与测试指标值进行对比分析，如果不在设计范围内且小于三次获取测试灵敏度指标，则进行差错处理，重复检测，三次以上判断测试灵敏度指标不在设计范围内，LCD显示被测芯片为不良品，系统控制handler将偏差较大的芯片投入坏BIN，同时LCD模块显示出现问题的芯片信息并计数，结束本次标定进入下次标定；如果被测芯片指标在设计范围内，系统控制handler将在设计范围内的被测芯片投入好BIN，LCD显示成功标定的个数，结束本次标定进入下次标定；新一次的批量测试不断重复步骤105、106、107，直至批量测试完成。

Images