CN107621912A - 在不同触摸传感器之间的相关数据采集 - Google Patents

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Abstract

在此公开了一种电子装置，该电子装置包括有待耦合至第一触摸感测单元的第一触摸电路，该第一触摸感测单元具有第一驱动线和与这些第一驱动线相交的第一感测线。第二触摸电路有待耦合至第二触摸感测单元，该第二触摸感测单元具有第二驱动线和与这些第二驱动线相交的第二感测线。触摸力电路有待耦合至触摸力感测单元，该触摸力感测单元具有第三驱动线和与这些第三驱动线相交的第三感测线。该第一触摸电路、该第二触摸电路和该触摸力电路被配置成用于根据同步信号驱动这些第一、第二和第三驱动线，并且根据该同步信号从这些第一、第二和第三感测线采集数据。

Description

在不同触摸传感器之间的相关数据采集
技术领域
本公开总体上涉及电容式触摸屏控制器集成电路，并且更具体地涉及一种使用触摸屏控制器集成电路来以相关方式从不同触摸传感器采集触摸数据的技术。
背景技术
触摸屏显示器是可以检测与其接触或与其接近的物体的装置。触摸屏显示器包括覆盖有触敏矩阵的显示层，该触敏矩阵例如可以检测用户经由手指或触笔的触摸。触摸屏显示器用于各种应用中，如移动电话、平板计算机和智能手表。触摸屏显示器可以使各种类型的用户输入成为可能，如经由显示的虚拟键盘触摸选择项目或字母数字输入。触摸屏显示器可以测量用户触摸的各种参数，如位置、持续时间、压力等。
一种类型的触摸屏显示器是电容式触摸屏。电容式触摸屏可以包括覆盖在显示层上的导电行和列的矩阵，形成互电容传感器。在互电容传感器中，可以感测在矩阵的每行和列的相交处的互电容。行与列之间的互电容的变化可以指示对象(如手指)正在触摸屏幕或接近行和列的交叉区域附近的屏幕。
在一些电子装置中，电容式触摸屏可以具有呈堆叠安排的多层互电容传感器，其中一层用于确定触摸位置的X和Y坐标，并且另一层用于确定进行触摸的物体压靠电容式触摸屏所用的力或压力。这些不同的感测层可以包含不同数量的互电容传感器。由于不同数量的互电容传感器，这些不同感测层的间距不相等，这可能不利地影响所采集的触摸数据的准确性，因为如由不同感测层采集的给定触摸事件的数据可能在这些不同的感测层之间不是互相关的。
因此，在本领域中需要以下技术，通过这些技术从不同互电容传感器收集的触摸数据在采集时可以是互相关的。
发明内容
提供本概述以便引入以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用作限定所要求保护的主题的范围的辅助内容。
在此公开了一种电子装置，该电子装置包括有待耦合至第一触摸感测单元的第一触摸电路，该第一触摸感测单元具有第一驱动线和与这些第一驱动线相交的第一感测线。第二触摸电路有待耦合至第二触摸感测单元，该第二触摸感测单元具有第二驱动线和与这些第二驱动线相交的第二感测线。触摸力电路有待耦合至触摸力感测单元，该触摸力感测单元具有第三驱动线和与这些第三驱动线相交的第三感测线。该第一触摸电路、该第二触摸电路和该触摸力电路被配置成用于根据同步信号驱动这些第一、第二和第三驱动线，并且根据该同步信号从这些第一、第二和第三感测线采集数据。
在此公开的方法方面包括生成同步信号。响应于该同步信号，驱动第一、第二和第三驱动线，并且从与该第一、第二和第三驱动线相交的第一、第二和第三感测线采集数据。同步信号不是系统时钟信号。
在此还公开了一种电子装置，该电子装置包括有待耦合至第一触摸感测单元的第一触摸电路和有待耦合至第二触摸感测单元的第二触摸电路。该第一触摸电路和第二触摸集成电路之一被配置成用于生成同步信号。该第一和第二触摸电路被配置成用于响应于该同步信号的接收，分别同步地从该第一和第二触摸感测单元采集触摸数据。
附图说明
图1A展示了用于触摸位置感测的电容式触摸矩阵的一部分。
图1B展示了矩阵中的互电容交叉。
图1C是用于触摸压力感测的触摸屏系统的框图。
图1D展示了用于触摸压力感测的电容式触摸矩阵的一部分。
图2A是根据本公开的能够以相关方式采集触摸数据的电子装置的实施例的示意性框图。
图2B是根据本公开的能够以相关方式采集触摸数据的电子装置的另一实施例的示意性框图。
图3是图2A和图2B的触摸传感器和力传感器的实施例的示意性框图，示出了其不同的感测层。
图4是示出图2A和图2B的触摸传感器和力传感器在第一操作模式下的采集时间的时序图。
图5是示出图2A和图2B的触摸传感器和力传感器在第二操作模式下的采集时间的时序图。
图6是示出图2A和图2B的触摸传感器和力传感器在第三操作模式下的采集时间的时序图。
图7是示出图2A和图2B的触摸传感器和力传感器在第四操作模式下的采集时间的时序图。
图8是示出图2A和图2B的触摸传感器和力传感器在第五操作模式下的采集时间的时序图。
图9是示出当根据第五操作模式操作时，响应于同步信号生成用于触摸传感器和力传感器的驱动信号的时序图。
图10是示出当根据第四操作模式操作时，响应于同步信号生成用于触摸传感器和力传感器的驱动信号的另一个时序图。
具体实施方式
参照附图进行本描述，其中示出了示例实施例。然而，可以使用许多不同的实施例，并且因此本描述不应被解释为被限制到在此列出的实施例。而是，提供这些实施例从而使得本公开将是透彻的和完整的。贯穿全文相似的数字指代相似的元件，并且上撇号符号用于指示在替代实施例中的类似元件。
现在参考图1A，示出了用于触摸位置感测的电容式触摸矩阵10的一部分，该部分包括多个导电行12和多个导电列14。每个行12和列14由形成导电线或迹线的多个串连的菱形区域16形成。这些导电行12和导电列14在交叉点处在彼此上方或下方交叉，但彼此不电接触。由于菱形图案，这些导电列12和导电列14通过电容间隙18彼此分开。菱形图案可以提供在导电行12与导电列14之间减小的电容。当物体接触或接近矩阵10时，电容式触摸矩阵10可以感测修改电容间隙18上方的边缘电场的物体。
图1B示出了当通过开关矩阵44和46选择导电行12和导电列14时，在行导体与列导体之间形成的电容传感器的总电容是在选定的行和列的四个相邻的菱形区域16之间的四个电容20之和。可以感测选定的行导体12与列导体14之间的电容传感器的互电容，以确定物体是否接触或接近在其中形成这四个电容20的区域上方的矩阵10。可以连续地选择电容式触摸矩阵10的每个导电行12和导电列14以感测在触摸矩阵的每个交叉位置处的电容。
图1D中示出触摸屏系统100的一部分，该部分包括电容式触摸矩阵10(用于感测触摸位置)、以及电容式触摸力矩阵209(用于感测触摸压力)。电容式触摸力矩阵209包括由可压缩层竖直隔开但彼此交叉的列和行。用户手指在结合有电容式触摸力矩阵209的触摸屏上的压力改变行与列之间的距离，并且因此改变这两者之间的电容。
图1C是包括电容式触摸矩阵209和相关联的触摸力IC 120的触摸屏系统100的框图。触摸力IC 120包括用于选择电容式触摸力矩阵的行和列的行开关矩阵244和列开关矩阵246，进行这样的选择以在矩阵209内选择特定互电容用于感测。列开关矩阵246接收由驱动器248生成的驱动信号，并且以顺序方式选择性地将该驱动信号施加到每个列C1-C4。行开关矩阵244顺序地选择行R1-R3中的一个或多个用于连接到电容-数字转换器电路250，该电容-数字转换器电路运行以感测电容式触摸矩阵209的行R1-R3与列C1-C4之间的互电容的电荷，并将感测到的电荷转换为数字值以进行输出。
另外参考图2A-2B，现在给出触摸屏系统100的另外细节。触摸屏系统100可以结合到任何合适的电子装置中，诸如智能电话、平板计算机、智能手表、膝上计算机或车辆信息娱乐系统。触摸屏系统100包括用于与电子装置的处理器或片上系统(SoC)接口连接的主机设备102、用于从触摸传感器130(其包括电容式触摸矩阵10)操作和采集触摸位置数据的触摸位置IC 110和用于从触摸力传感器140(其包括类似于电容式触摸力矩阵209的电容式触摸矩阵)操作和采集触摸力数据的触摸力IC 120。
触摸IC 110包括与主机设备102双向通信的触摸屏控制器112。触摸屏控制器112操作触摸模拟前端114，该触摸模拟前端包括上述触摸IC 110的各个部件。类似地，力IC120包括与主机设备102双向通信的力控制器122。力控制器122操作力模拟前端124，该力模拟前端包括类似于以上关于触摸力IC 209所描述的那些部件。
图2A中示出的实施例的触摸控制器112或力控制器122在操作中生成同步信号，该同步信号通过主机102被馈送到另一方。下面将详细描述此同步信号的功能。
图2B中示出了替代实施例，其中力IC 120’缺少芯片上触摸控制器，而相反触摸IC本身110的触摸控制器112也用作力IC 120’的触摸控制器。在此，触摸控制器112生成同步信号并将其直接馈送到力IC 120’。
如图3中所示的触摸传感器130构成上感测层，并且说明性地包括四个触摸传感器或触摸传感器区域130a-130d。触摸力传感器140构成下感测层，并且说明性地包括两个力传感器或力传感器区域140a-140b。应当注意，力传感器140a-140b大于触摸传感器130a-130d，这意味着触摸传感器130具有的间距(其在此更大，但可以在某些应用中可能更小)不同于力传感器140的间距。
同步信号可以被触摸IC 110和力IC 120以各种操作模式使用以便以这种方式提供数据采集，使得来自每个触摸传感器130a-103d和每个触摸力传感器140a-140b的数据是相关且一致的。
在可以被称为单元同步模式的一种操作模式中，开始响应于同步信号的转变，来自触摸传感器130a-130d的数据各自被触摸控制器112按顺序采集。这在图4的时序图中示出。当在时间T1和T2从触摸传感器130a-130b顺序地采集触摸位置数据时，也在时间T1和T2从力传感器140a(其与触摸传感器130a-130b竖直对准)同时采集触摸力数据。类似地，当在时间T3和T4从触摸传感器130c-130d(其与力传感器140b竖直对准)顺序地采集触摸位置数据时，也在时间T3和T4同时从力传感器140b采集触摸力数据(在触摸位置数据的每次采集时)。
在替代单元同步模式中，开始响应于同步信号的转变，来自触摸传感器130a-130d的数据各自被触摸控制器112按顺序采集。这在图5的时序图中示出。当在时间T1从触摸传感器130a采集触摸位置数据时，也在时间T1从力传感器140a(其与触摸传感器130a竖直对准)同时采集触摸力数据。类似地，当在时间T3从触摸传感器130c顺序地采集触摸位置数据时，也在时间T3从力传感器140b(其与触摸传感器130c竖直对准)同时采集触摸力数据。
虽然在时间T2和T4不与触摸位置数据采集同时地采集触摸力数据，但如果触摸位置数据和触摸力数据的变化速率大大小于其采集速率，则准确且相关的触摸位置和触摸力数据可以以这种方式进行采集，同时由于触摸力数据采集的数量减少一半而降低功耗。
在替代单元同步模式中，开始响应于同步信号的转变，来自触摸传感器130a-130d的数据各自被触摸控制器112按顺序采集。这在图6的时序图中示出。当在时间T1和T2从触摸传感器130a和130b采集触摸位置数据时，在示出为从时间F1开始并从在T1开始触摸位置数据采集之后到在T2结束触摸位置数据采集之前经过的时间窗口期间，从力传感器140a采集触摸力数据。
类似地，当在时间T3和T4从触摸传感器130c和130d顺序地采集触摸位置数据时，在示出为从时间F2开始并且从在T3开始触摸位置数据采集之后到在T4结束触摸位置数据采集之前经过的时间窗口期间，同时从力传感器140b采集触摸力数据。
虽然在触摸传感器130a-130d和力传感器140a-140b的整个采集时间期间没有采集触摸力数据，但如果触摸位置数据和触摸力数据的变化速率大大小于其采集速率，则准确且相关的触摸位置数据和触摸力数据可以以这种方式进行采集，同时由于触摸力数据采集的数量减少一半而降低功耗。
在图7所示的另外的单元同步模式中，触摸位置数据在时间T1和T2从触摸传感器130a-130b和力传感器140a同时进行采集，并且在时间T3和T4从触摸传感器130c-130d和力传感器140b同时进行采集。
现在参考图10所示的时序图来描述此操作模式的矩阵10电平操作。如示出的，在时间T1的同步信号的下降沿处，至触摸传感器130a-130b的驱动信号以同步的方式施以脉冲，并且至力传感器140a的驱动信号以与至触摸传感器130a-130b的驱动信号同步的方式施以脉冲(以低得多的频率)。与这些各种驱动信号的脉冲同时，感测适当的感测线以便采集触摸位置数据和触摸力数据。如还示出的，在时间T2的同步信号的下一个下降沿处，至触摸传感器130c-130d的驱动信号以同步的方式施以脉冲，并且至力传感器140b的驱动信号以与至触摸传感器130c-130d的驱动信号同步的方式施以脉冲(以低得多的频率)。
在图8所示的可以被称为帧同步模式的另一模式中，响应于同步信号的转变，每个触摸传感器130a-130d和每个触摸力传感器140a-140b分别由触摸控制器112和力控制器122操作以同时采集数据帧。以这种方式，所产生的采集的触摸位置数据和触摸力数据是相关的，并且触摸力数据准确地对应于用户手指施加在采用触摸屏系统100的显示器上的压力或力。在触摸传感器130和力传感器140具有不同的采集时间的情况下，较慢的采集时间控制并且生成同步信号，以便允许适当的功能。
此帧同步模式的样例时序图如图9所示。如示出的，数据在时间T1由触摸传感器130a-130d和力传感器140a-140b同时进行采集。
现在参考图10所示的时序图来描述此操作模式的矩阵10电平操作。如示出的，在时间T1的同步信号的下降沿处，至触摸传感器130a-130d的驱动信号以同步的方式施以脉冲，并且至力传感器140a-140b的驱动信号以与至触摸传感器130a-130d的驱动信号同步的方式施以脉冲(以低得多的频率)。与这些各种驱动信号的脉冲同时，感测适当的感测线以便采集触摸位置数据和触摸力数据。
许多修改和其他实施例对于受益于前面的描述和附图中呈现的教导的本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，理解的是各种修改和实施例旨在被包括在所附权利要求书的范围之内。

Claims (25)

1.一种电子装置，包括：
第一触摸电路，所述第一触摸电路有待耦合至第一触摸感测单元，所述第一触摸感测单元包括第一驱动线和与所述第一驱动线相交的第一感测线；
第二触摸电路，所述第二触摸电路有待耦合至第二触摸感测单元，所述第二触摸感测单元包括第二驱动线和与所述第二驱动线相交的第二感测线；
触摸力电路，所述触摸力电路有待耦合至触摸力感测单元，所述触摸力感测单元包括第三驱动线和与所述第三驱动线相交的第三感测线；
其中，所述第一触摸电路、所述第二触摸电路和所述触摸力电路被配置成用于：
根据同步信号驱动所述第一、第二和第三驱动线，并且
根据所述同步信号从所述第一、第二和第三感测线采集数据。
2.如权利要求1所述的电子装置，
其中，所述第一触摸电路、所述第二触摸电路和所述触摸力电路响应于所述同步信号的转变，根据所述同步信号驱动所述第一、第二和第三驱动线：
驱动所述第一驱动线，
时间上在驱动所述第一驱动线之后驱动所述第二驱动线，并且
在驱动所述第一和第二驱动线期间驱动所述第三驱动线；
其中，所述第一触摸电路、所述第二触摸电路和所述触摸力电路响应于所述同步信号的转变，根据所述同步信号从所述第一、第二和第三驱动线采集数据：
从所述第一和第三感测线采集数据，并且
时间上在从所述第一感测线采集数据之后从所述第二感测线采集数据。
3.如权利要求1所述的电子装置，
其中，所述第一触摸电路、所述第二触摸电路和所述触摸力电路响应于所述同步信号的转变，根据所述同步信号驱动所述第一、第二和第三驱动线：
驱动所述第一驱动线，
时间上在驱动所述第一驱动线之后驱动所述第二驱动线，并且
在驱动所述第一驱动线期间驱动所述第三驱动线；
其中，所述第一触摸电路、所述第二触摸电路和所述触摸力电路响应于所述同步信号的转变，根据所述同步信号从所述第一、第二和第三驱动线采集数据：
从所述第一和第三感测线采集数据，并且
时间上在从所述第一感测线采集数据之后从所述第二感测线采集数据。
4.如权利要求1所述的电子装置，其中，从所述第一、第二和第三感测线采集数据的速率大于来自所述第一、第二和第三感测线的数据的变化速率。
5.如权利要求1所述的电子装置，
其中，所述第一触摸电路、所述第二触摸电路和所述触摸力电路响应于所述同步信号的转变，根据所述同步信号驱动所述第一、第二和第三驱动线：
驱动所述第一驱动线，
时间上在驱动所述第一驱动线之后驱动所述第二驱动线，并且
在时间上在开始驱动所述第一驱动线之后开始的并且时间上在结束驱动所述第二驱动线之前结束的时间窗口内驱动所述第三驱动线；
其中，所述第一触摸电路、所述第二触摸电路和所述触摸力电路响应于所述同步信号的转变，根据所述同步信号从所述第一、第二和第三驱动线采集数据：
从所述第一感测线采集数据，
时间上在从所述第一感测线采集数据之后从所述第二感测线采集数据，并且
在时间上在开始从所述第一驱动线采集数据之后开始的并且时间上在结束从所述第二驱动线采集数据之前结束的时间窗口内从所述第三感测线采集数据。
6.如权利要求1所述的电子装置，其中，所述第一和第二触摸感测单元具有与其相关联的第一采集时间；其中，所述触摸力感测单元具有与其相关联的第二采集时间；其中，所述第一和第二采集时间不相等；并且其中，所述同步信号是所述第一和第二采集时间中较慢采集时间的函数。
7.如权利要求1所述的电子装置，其中，由所述第一触摸电路从所述第一触摸感测单元采集的数据包括触摸位置数据；其中，由所述第二触摸电路从所述第二触摸感测单元采集的数据包括触摸位置数据；并且其中，由所述触摸力电路从所述触摸力感测单元采集的数据包括触摸力数据。
8.如权利要求1所述的电子装置，其中，由所述第一触摸电路从所述第一触摸感测单元采集的所述触摸数据包括触摸力数据。
9.如权利要求1所述的电子装置，其中，所述第一和第二触摸电路用具有第一和第二频率的第一和第二驱动信号来驱动所述第一和第二驱动线；其中，所述触摸力电路用具有第三频率的第三驱动信号来驱动所述第三驱动线；并且其中，所述第三频率小于所述第一和第二频率。
10.如权利要求9所述的电子装置，其中所述第一和第二频率相等。
11.如权利要求1所述的电子装置，其中，所述第一和第二触摸电路用具有第一和第二频率的第一和第二驱动信号来驱动所述第一和第二驱动线；其中，所述触摸力电路用具有第三频率的第三驱动信号来驱动所述第三驱动线；并且其中，所述第三频率等于所述第一和第二频率。
12.如权利要求1所述的电子装置，其中，所述第一触摸电路包括第一触摸集成电路；并且其中，所述第二触摸电路包括第二触摸集成电路。
13.一种方法，包括：
生成同步信号；并且
响应于所述同步信号：
驱动第一、第二和第三驱动线；并且
从与所述第一、第二和第三驱动线相交的第一、第二和第三感测线采集数据；
其中，所述同步信号不是系统时钟信号。
14.如权利要求13所述的方法，其中，驱动所述第一、第二和第三感测线包括响应于所述同步信号的转变：
驱动所述第一驱动线，
时间上在驱动所述第一驱动线之后驱动所述第二驱动线，并且
在驱动所述第一和第二驱动线期间驱动所述第三驱动线；
其中，从所述第一、第二和第三感测线采集数据包括响应于所述同步信号的转变：
从所述第一感测线采集数据，
时间上在从所述第一感测线采集数据之后从所述第二感测线采集数据，并且
在从所述第一和第二感测线采集数据期间从所述第三感测线采集数据。
15.如权利要求13所述的方法，其中，驱动所述第一、第二和第三感测线包括响应于所述同步信号的转变：
驱动所述第一驱动线，
时间上在驱动所述第一驱动线之后驱动所述第二驱动线，并且
在驱动所述第一驱动线期间驱动所述第三驱动线；
其中，从所述第一、第二和第三感测线采集数据包括响应于所述同步信号的转变：
从所述第一和第三感测线采集数据，并且
时间上在从所述第一感测线采集数据之后从所述第二感测线采集数据。
16.如权利要求15所述的方法，其中，从所述第一、第二和第三感测线采集数据的速率大于来自所述第一、第二和第三感测线的数据的变化速率。
17.如权利要求13所述的方法，其中，驱动所述第一、第二和第三感测线包括响应于所述同步信号的转变：
驱动所述第一驱动线，
时间上在驱动所述第一驱动线之后驱动所述第二驱动线，并且
在时间上在开始驱动所述第一驱动线之后开始的并且时间上在结束驱动所述第二驱动线之前结束的时间窗口内驱动所述第三驱动线；
其中，从所述第一、第二和第三感测线采集数据包括响应于所述同步信号的转变：
从所述第一感测线采集数据，
时间上在从所述第一感测线采集数据之后从所述第二感测线采集数据，并且
在时间上在开始从所述第一驱动线采集数据之后开始的并且时间上在结束从所述第二驱动线采集数据之前结束的时间窗口内从所述第三感测线采集数据。
18.如权利要求13所述的方法，其中，从所述第一感测线采集的数据包括触摸位置数据；其中，从所述第二感测线采集的数据包括触摸位置数据；并且其中，从所述第三感测线采集的数据包括触摸力数据。
19.一种电子装置，包括：
有待耦合至第一触摸感测单元的第一触摸电路；
有待耦合至第二触摸感测单元的第二触摸电路；
其中，所述第一触摸电路和所述第二触摸集成电路之一被配置成用于生成同步信号；
其中，所述第一和第二触摸电路被配置成用于响应于所述同步信号的接收，分别同步地从所述第一和第二触摸感测单元采集触摸数据。
20.如权利要求19所述的电子装置，其中，所述第一触摸感测单元具有与其相关联的第一采集时间；其中，所述第二触摸感测单元具有与其相关联的第二采集时间；其中，所述第一和第二采集时间不相等；并且其中，所述同步信号是所述第一和第二采集时间中较慢采集时间的函数。
21.如权利要求19所述的电子装置，其中，由所述第一触摸电路从所述第一触摸感测单元采集的触摸数据包括触摸位置数据。
22.如权利要求19所述的电子装置，其中，由所述第一触摸电路从所述第一触摸感测单元采集的所述触摸数据包括触摸力数据。
23.如权利要求19所述的电子装置，还包括耦合至触摸力感测单元的触摸力电路；其中，所述触摸力电路还被配置成用于响应于所述同步信号的接收，同步地从所述触摸力感测单元采集触摸数据，其中，从所述触摸力感测单元采集的触摸数据包括触摸力数据；并且其中，由所述第一和第二触摸电路从所述第一和第二触摸单元采集的所述触摸数据包括触摸位置数据。
24.如权利要求19所述的电子装置，其中，所述第一和第二感测单元包括电容式触摸传感器。
25.如权利要求19所述的电子装置，其中，由所述第一触摸电路从所述第一触摸感测单元采集的所述触摸数据包括触摸位置数据。
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