CN107621900B - 包含行或列的双注入电子装置的大尺寸矩阵触摸表面 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种包含行或列的双注入电子装置的大尺寸矩阵触摸表面。本发明的一般领域是具有投射电容检测触摸表面的设备，包括：矩阵触摸屏(M)，其包括多个导电行(L)和导电列(C)，所述屏幕连接到为每个导电行和每个导电列产生发送信号的电子控制装置(E_LG，E_LD，E_C)；以及电子装置，其用于接收和分析来自每个导电行和每个导电列的接收信号。根据本发明的设备的每一行在其一端包括用于产生第一发送信号的第一装置(E_LG)和用于接收第一接收信号的第一装置，并且在其相反端包括用于产生第二发送信号的第二装置(E_LD)和用于接收第二接收信号的第二装置，所述第一发送信号和所述第二发送信号是同步的，其具有相同的频率，相同的幅度和相同的相位。

Description

包含行或列的双注入电子装置的大尺寸矩阵触摸表面

技术领域

本发明的领域是“投射电容”式矩阵触摸表面的技术领域。更特别地，所述技术领域是大尺寸矩阵的技术领域。

背景技术

“投射电容”式的矩阵触摸表面的运行的一般原理在于测量由待检测的触摸所引起的电容变化。通常使用两种扫描模式。在所谓的“自电容”模式下，测试所述矩阵的每行和每列的电容。在“互电容”模式下，测试不同行和列之间的所有交点。当触摸表面尺寸较大并且包括大量的行和列时，由于扫描时间太长，因而“互电容”模式不能单独使用。通常，其用于补充“自电容”类型的扫描。

在后一种模式中，信号的注入和测量可以用不同方式来完成。一个标准模式是在特定频率上注入正弦信号。该方法具有最小化辐射发射和允许同时使用若干所谓的“正交”频率的优点。明确地说，如果存在两个不是彼此的倍数的整数，使得第一个整数与第一个频率的乘积等于第二个整数与第二个频率的乘积，则两个频率被认为是正交的。

信号的测量可以通过电容电桥，通过注入电流和测量电压，或者相反地，通过注入电压和测量电流来完成。图1显示了后一种运行模式。该示意图图示地显示了包括多个行Li和多个列Cj的触摸矩阵M。行的寻址电子装置EL和列的寻址电子装置EC图示地包括：

-数模转换阶段DAC，其将V所表示的正弦高频电压注入到触摸表面的行或者列上

-模数转换阶段ADC，其用于测量接收的电流。

通过电子处理链来确保电流的测量，该电子处理链确定出触摸的位置或者触摸屏上的触摸，并通常确保在外部将经处理的信号重新发送到与触摸屏耦合的显示设备。取决于可用的硬件资源，所述测量可以在多个行上同时进行。同样地，在使用与行的第一频率F1不同的第二频率F2的情况下，所述测量可以在列上同时进行。所需的硬件资源取决于触摸表面的行和列的数量，并且取决于所期望的扫描时间。

当矩阵大小增加时，所述方法表现出与下列物理参数相关的一定数量的缺点：

-由于矩阵的微小宽度以及所使用的材料，行和列接入线路的电阻率；

-行和列的电容，其随着矩阵的尺寸而增加；

-由于使用了透明材料，实际行和列的电阻率。在一些应用中，光学性能要求禁止使用不但耐受性较差而且不透明的材料。

最终，在大尺寸的矩阵上，当触摸位于行的端部时，可以观察到灵敏度的损失。通常，如图2所示，为了解决该问题，将两个矩阵触摸屏M1和M2并排并列以形成双倍大小的触摸屏。通过从一个屏幕到另一个屏幕使用不同的频率F1、F2和F3、F4，避免了任何不可控的相互作用。该解决方案的主要缺点是两个触摸屏之间存在中心不连续性，这不利于整体图像的良好感觉。

发明内容

根据本发明的设备未呈现出上述缺点。其可以使用非常大尺寸的触摸屏，而不用通过注入和接收测量信号来对其进行较多更改。更具体地，本发明的主题是一种具有投射电容检测触摸表面的设备，其包括：矩阵触摸屏，其包括多个导电行和导电列，所述屏幕连接到电子控制装置，所述电子控制装置为每个导电行和每个导电列产生发送信号；以及电子装置，其用于接收和分析来自每个导电行和每个导电列的接收信号，

其特征在于，每个行在其一端包括用于产生第一发送信号的第一装置和用于接收第一接收信号的第一装置，并且在其相反端包括用于产生第二发送信号的第二装置和用于接收第二接收信号的第二装置，所述第一发送信号和所述第二发送信号是同步的，其具有相同的频率，相同的幅度和相同的相位。

有利地，第一接收装置和第二接收装置包括同步解调装置，以及用于储存以下信号的装置：

不存在称为参考信号的触摸的情况下解调的接收信号，来自行的左端的每个参考信号的值表示为M_REFG，并且来自相同行的右端的每个参考信号的值表示为M_REFD，

存在触摸的情况下所解调的接收信号，来自行的左端的每个信号的值表示为M_G，并且来自相同行的右端的每个信号的值表示为M_D。

有利地，当检测到触摸时，所述触摸的位置由信号M_D和M_REFD之间的差值与信号M_G和M_REFG之间的差值的原始比率R_B计算得出，即R_B＝(M_D-M_REFD)/(M_G-M_REFG)。

有利地，当检测到触摸时，所述触摸的位置由校正比率R_C乘以信号M_REFG与M_REFD的比率计算得出，即R_C＝R_B(M_REFG/M_REFD)。

有利地，当行被切割时，取决于切口的位置，或者信号M_D和M_G的值之间的比率，或者原始比率R_B，或者校正比率R_C被改变，使得可以检测到切口以及其位置。

有利地，在多个触摸的情况下，在行上所获得的解调的接收信号的值以及在列上所获得的解调的接收信号的值使得可以不含糊地确定出多个触摸的位置。

有利地，发送频率处于10kHz和300kHz之间。

附图说明

通过阅读以非限定性方式给出的以下描述并且利用所附附图，本发明将被更好地理解，并且其它的优点将变得显然，其中：

图1显示出根据现有技术的投射电容式矩阵触摸表面的运行原理；

图2显示出根据现有技术的包括两个矩阵触摸屏的大尺寸显示系统的运行；

图3显示出根据本发明的具有投射电容检测触摸表面的设备；

图4显示了在行的一端所接收的信号的差值与在另一端所接收的信号的差值的原始比率的对数，其作为触摸位置在行上的函数；

图5显示了检测幻影触摸的原理。

具体实施方式

根据本发明的触摸设备包括：

-矩阵触摸屏M，其包括多个导电行L和导电列C；

-电子控制装置，其为每个导电行和每个导电列产生发送信号，以及；

-电子装置，其用于接收和分析来自每个导电行和每个导电列的接收信号。

如前所述，根据本发明的设备大体上应用于至少一个尺寸是相当大的触摸屏。相当大的尺寸应当被理解为意味着大于30厘米的尺寸。其当然可以应用于更小尺寸的触摸屏，但是实用性较低。

在下文中，该设备应用于矩阵M的行L。其可以无倾向地应用于矩阵的列，或者同时应用于行和列。

在根据本发明的设备中，每个行L在其一端包括用于产生第一发送信号的第一装置E_LG和用于接收第一接收信号的第一装置，并且在其相反端包括用于产生第二发送信号的第二装置E_LD和用于接收第二接收信号的第二装置，所述第一发送信号和所述第二发送信号是同步的，其具有相同的频率、相同的幅度和相同的相位。

信号的测量可以通过电容电桥，通过注入电流和测量电压，或者相反地，通过注入电压和测量电流来完成。

例如，每个行的寻址电子装置图示地包括：

-数模转换阶段DAC，其将V所表示的正弦高频电压注入到触摸表面的行或者列上

-模数转换阶段ADC，其用于测量接收电流。

接收电流或者接收电压的测量通过电子处理链来确保，第一接收装置和第二接收装置包括同步解调装置。

应当理解的是，如果在行上执行触摸，该触摸必须位于距离行L的一端的最中间。因此，由一端所接收的两个信号的至少一个具有低噪声。在任何情况下，没有比长度短两倍的行的矩阵更好的了。因此，无论触摸的位置如何，所接收信号的至少一个具有低噪声。

已知在每个行L的两端所接收的信号的值，由此可以确定是否调用行。

根据本发明的设备还使得可以通过使用在每行的两端所接收的信号的比率，以良好的精确度确定出在所调用的行上的触摸的位置。为此，接收装置包括校准装置。实际上，用在每行的左侧和右侧上的电子线路的非对称性可以使得检测到的触摸的位置不准确。

所述接收装置包括存储装置，其可以确保该校准。后者存储：

-不存在称为参考信号的触摸的情况下解调的接收信号，来自行的左端的每个参考信号的值表示为M_REFG，并且来自相同行的右端的每个参考信号的值表示为M_REFD。所述信号可以对系统进行校准。

-存在触摸的情况下所解调的接收信号，来自行的左端的每个信号的值表示为M_G，并且来自相同行的右端的每个信号的值表示为M_D。

要实施的称为原始比率R_B的最简单的比率如下：

R_B＝(M_D-M_REFD)/(M_G-M_REFG)

可以使用考虑到参考信号的变化的校正比率R_C。那么：

R_C＝R_B(M_REFG/M_REFD)。

可以证明，作为在行上的触摸位置的函数的所述比率的对数几乎是直线，如图4所示，其显示出作为在行L上的触摸的位置函数的比率的对数LOG(R)。如果电子装置不显示出非对称性，则该曲线在中间行通过0，R在中间行基本上为1。

仅通过在行上的测量来简单确定出触摸的位置的可能性提供了诸多优点，在行上的测量通过由电子装置E_C实施的在列C上的测量来补充。

第一个优点是在存在多个并且同时的触摸的情况下，能够检测出幻影触摸。该问题如图5所示。使用者在矩阵M的两个点A1和A2上同时触摸。所述两个点A1和A2的坐标为A1(C1,L2)和A2(C2,L1)。如果该设备仅执行测量，使得可以检测出所调用的行和列，那么该设备检测出，列C1和C2已被调用，以及行L1和L2已被调用，即，四个可能的触摸。在A1和A2处的前两个是真实触摸，位于G1(C1,L1)和G2(C2,L2)的另外两个是幻影触摸，没有可能简单地将真实触摸与幻影触摸进行辨别。

而使用根据本发明的设备，该问题不复存在。事实上，大概知道在行L1和L2上的触摸的位置。因而可以非常简单地排除幻影触摸G1和G2。

根据本发明的设备的另一个优点是，其使得被切割的行和列的检测更容易。在一定数量的应用中，特别是在航空电子领域，触摸矩阵的完整性是确保系统安全性的基础。因此，确定矩阵是否包括被切割的行或者列是非常重要的。一般地，为了处理这种情况，必须采取三项行动。必须检测到切口，必须将其定位，并且如果可以，必须以这样的方式进行处理：即使存在切口，矩阵仍保持可操作性。

在扫描周期的停滞时间内，始终可以在一经加电时或者连续地作为后台任务执行测试，从而可以检测到任何切口。

该测试可以是在“互电容”模式下在交叉处的行列电耦合的测量的测试，或者可以是在“自电容”模式下测量阻抗或者穿过多个行和列的电流的测试，或者可以是两个前述测试的组合，以便更快地定位任何切口。

根据本发明的设备使得追踪切口的测试更容易。当该设备通过在行上双注入信号并且通过在列上单注入信号来运行时，通过在行的一侧注入信号并且通过在行的另一侧测量接收到的信号，使得检测行的切口显而易见。

然而，该设备的优点是本质上允许在运行模式下在任何时间检测切口。实际上，在例如航空电子系统的一些关键系统中，检测缺陷的时间至关重要。

当行被切割时，出现两种情况。在第一种情况下，切口位于行的中心区域的外侧。在这种情况下，即使考虑了电子元件的分散，M_D/M_G的比率也是异常的。切口的检测和大致定位是即时的。因为触摸表面的尺寸是相当大的，所以如果触摸发生在接近切口的行的较长部分，则有风险不能检测到触摸。然而，在相应的列上检测到该触摸，并且至少在“单触摸”模式下可以被确认。

在第二种情况下，切口位于行的中心区域，除非执行了校准以抵消电子元件的分散，否则M_D/M_G的比率不再是异常的。然而，行上的触摸的存在使得可以立即检测到行的切口。实际上，如果在切口的左侧进行触摸，则从该行的左端进行的测量是正确的，而从该行的右端进行的测量仅仅给出了背景噪声。对于在切口右侧的触摸，同样的推理是有效的。因此，M_D/M_G的比率是异常的，并且不符合在触摸的情况下预期的值。检测到触摸，同样检测到切口。

在被切割的列通过单注入来运行的情况下，如果切口接近注入器，则相对于在常态测量到的电容的明显变化使得可以检测到切口。当切口远离注入时，情况就不再如此，除非所装备的触摸表面已经校准过。在这种情况下，没有检测到在被切割的列上的触摸。然而，如果该行是完整的，则触摸被检测到并且位于通过双注入运行的行上。因此，触摸和被切割的列的区域都被检测到，如果执行了校准，甚至被切割的列也被检测到。在列的该区域上没有检测到触摸的事实，使得可以检测到有缺陷的列的存在。

Claims (4)

1.一种具有投射电容检测触摸表面的设备，其包括：矩阵触摸屏(M)，其包括多个导电行(L)和导电列(C)，所述触摸屏连接到电子控制装置(E_LG，E_LD，E_C)，所述电子控制装置(E_LG，E_LD，E_C)为每个导电行和每个导电列产生发送信号；以及电子装置，其用于接收和分析来自每个导电行和每个导电列的接收信号，

其特征在于，每个行在其一端包括用于产生第一发送信号的第一装置(E_LG)和用于接收第一接收信号的第一装置，并且在其相反端包括用于产生第二发送信号的第二装置(E_LD)和用于接收第二接收信号的第二装置，所述第一发送信号和所述第二发送信号是同步的，其具有相同的频率，相同的幅度和相同的相位；

其中，第一接收装置和第二接收装置包括同步解调装置，以及用于储存以下信号的装置：

不存在触摸的情况下所解调的接收信号，也称为参考信号，来自行的左端的每个参考信号的值表示为M_REFG，并且来自相同行的右端的每个参考信号的值表示为M_REFD，

存在触摸的情况下所解调的接收信号，来自行的左端的每个信号的值表示为M_G，并且来自相同行的右端的每个信号的值表示为M_D；

其中，当检测到触摸时，所述触摸的位置由比率R_C计算：

R_C＝R_B(M_REFG/M_REFD)，

其中R_B是信号M_D和M_REFD之间的差值与信号M_G和M_REFG之间的差值的比率，即R_B＝(M_D-M_REFD)/(M_G-M_REFG)。

2.根据权利要求1所述的具有投射电容检测触摸表面的设备，其特征在于，当行被切割时，取决于切口的位置，或者信号M_D和M_G的值之间的比率，或者原始比率R_B，或者校正比率R_C被改变，使得可以检测到切口以及其位置。

3.根据前述权利要求1或2项所述的具有投射电容检测触摸表面的设备，其特征在于，在多个触摸的情况下，在行上所获得的解调的接收信号的值以及在列上所获得的解调的接收信号的值使得可以不含糊地确定出多个触摸的位置。

4.根据前述权利要求1或2所述的具有投射电容检测触摸表面的设备，其特征在于，发送频率处于10kHz和300kHz之间。

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