CN107765930A - 电容感应检测电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电容感应检测电路及方法，该电路包括设置在显示屏上的多个电极，包括多个横向电极及多个纵向电极，电极均连接至感应电路，感应电路包括互容感应电路与自容感应电路；互容感应电路具有第一震荡信号源与第一检测电路，第一震荡信号源向电极加载信号，第一检测电路检测纵向电输出的信号；自容感应电路具有第二震荡信号源与第二检测电路，第二震荡信号源向电极加载信号，第二检测电路检测电极输出的信号，第二震荡信号源与电极之间连接有第一开关阵列，每一电极与一个第一开关连接，同一时刻下多个相邻的电极对应的第一开关闭合。该方法应用上述电路实现触摸检测。本发明可以实现较远距离的触摸检测以及触摸屏上多点检测。

Description

电容感应检测电路及方法

技术领域

本发明涉及电子设备领域，尤其涉及一种电容感应检测电路及使用这种电路实现的检测方法。

背景技术

现在的电子设备越来越智能化，例如具有触摸屏的电子设备是最常见的电子设备，如智能手机、平板电脑等。电子设备的触摸屏经历了最初的电阻式触摸屏到电容式触摸屏的发展，如图1所示，现在的电容屏大多具有一个显示屏10，显示屏10用于显示画面，如显示图像、文字等。在显示屏10上设置都多个电极，例如纵向延伸的电极11以及横向延伸的电极12，横向电极12与纵向电极11纵横交错的设置在显示屏10的上方。

现有的电容屏包括自感式电容屏以及互感式电容屏，如图2所示，互感式电容屏的电路包括一个震荡信号源13，震荡信号源13向多个横向电极12加载电信号，例如具有固定震荡频率的电压信号。当用户手指点击在触摸屏的某一个点上时，该点上的横向电极12与纵向电极11接触并短接，检测电路14接收多个纵向电极11输出的电信号，从而确定哪一个横向电极12与纵向电极11接触，进而确定触摸点的位置。然而，互感式电容屏的感应距离为毫米量级，不能用于远距离感应。

参见图3，自感式电容屏则不区分横向电极12与纵向电极11，震荡信号源17向每一个电极输出震荡的信号，并且由检测电路18接收每一个电极输出的信号。当用户手指接近某一电极12的上方时，电极与手指之间的电容将发生变化，从而引起电极12输出的信号的震荡频率的变化，因此，自感式电容屏是通过检测电极12上的电容变化情况来判断触摸点的位置。

为了精确检测触摸点的位置，震荡信号源并不是同时向多个电极加载信号，而是轮流的向多个电极加载信号，因此震荡信号源17与电极之间设置开关，每一个电极与震荡信号源之间设置一个开关，如开关S1、S2、S3、S4等，每一个开关均连接至一个电极。通过控制开关的轮流导通，震荡信号源17轮流的向每一个电极加载信号，检测电路18也就轮流的检测每一个电极输出的信号，进而确定哪一个电极上的电容发生变化，从而确定触摸点。

虽然自感式电容屏的感应距离远大于互感式电容屏，但是自感式电容屏如果应用行列式电极，即应用在如图1所示的行列式的电极排列方式中，则不能进行多点触控，也就是只能检测一个触摸点，这样不利于触摸屏的多点控制。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种感应距离较远且能够实现多点感应的电容感应检测电路。

本发明的另一目的是提供一种感应距离较远且能够实现多点感应的电容感应检测方法。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的电容感应检测电路包括显示屏，显示屏上设置多个电极，多个电极包括多个横向电极以及多个纵向电极，横向电极与纵向电极交叉布置，并且，电极均连接至感应电路，感应电路包括互容感应电路与自容感应电路；互容感应电路具有第一震荡信号源与第一检测电路，第一震荡信号源向电极加载信号，第一检测电路检测纵向电输出的信号；自容感应电路具有第二震荡信号源与第二检测电路，第二震荡信号源向电极加载信号，第二检测电路检测电极输出的信号，第二震荡信号源与电极之间连接有第一开关阵列，第一开关阵列包括多个第一开关，每一电极与一个第一开关连接，且同一时刻下至少两个相邻的电极对应的第一开关闭合。

一个优选的方案是，显示屏的上方设有屏蔽层，电极设置于屏蔽层的上方，感应电路通过第一电压缓冲器向屏蔽层输出震荡信号。

进一步的方案是，第一电压缓冲器向感应电路的接地端输出震荡信号。

更进一步的方案是，电极通过连接线与第一检测电路或者第二检测电路连接，连接线设置在电极的下方，且连接线外包裹有金属层。

更进一步的方案是，第二震荡信号源与电极之间设有第二电压缓冲器以及第二开关阵列，第二开关阵列包括多个并联连接的第二开关，每一电极与一个第二开关串联连接，且第二开关与电压缓冲器的输出端电连接。

为实现上述的另一目的，本发明提供的电容感应检测方法应用上述的的电容感应检测电路，该方法包括：感应电路的第二震荡信号源向电极加载信号，第二检测电路接收电极输出的信号，感应电路根据第二检测电路接收的信号判断手指与电极之间的距离是否小于阈值，如是，由第一震荡信号源向横向电极加载信号，第一检测电路接收纵向电极输出的信号，感应电路根据第一检测电路所接收的信号确定触摸点的位置。

一个优选的方案是，感应电路根据第一检测电路输出的确定触摸点消失后，由第二震荡信号源向电极加载信号，并由第二检测电路接收电极输出的信号。

进一步的方案是，第二震荡信号源同时向至少两个相邻的电极加载信号，第二检测电路同时接收至少两个电极输出的信号。

更进一步的方案是，显示屏的上方设有屏蔽层，电极设置于屏蔽层的上方；感应电路的第二震荡信号源向电极加载信号时，还通过第一电压缓冲器向屏蔽层输出震荡信号。

更进一步的方案是，感应电路的第二震荡信号源向电极加载信号时，第一电压缓冲器向感应电路的接地端输出震荡信号。

由上述方案可见，感应电路设置有自容感应电路以及互容感应电路，当用户手指与触摸屏之间的距离较远时，采用自容感应电路对电极的信号进行检测，从而确保远距离的感应。当用户的手指与电极之间的距离较小，例如用户手指触碰到触摸屏时，采用互容式，从而确保对多个触摸点进行有效的检测。

此外，在用户手指与电极之间的距离较大时，同时有多个第一开关闭合，也就是震荡信号源同时向多个电极加载信号，第一检测电路可以检测到多个电极上的信号。这样，第一检测电路所检测的信号更强，有利于增加检测的距离。

并且，将在触摸屏的上方设置屏蔽层，尤其是将屏蔽层设置在电极的下方，可以有效的将干扰源隔离，从而减小干扰源对电极输出信号的影响，使得电极有效的电场感应距离更远，这样电极能够感应更远距离。并且，向屏蔽层加载震荡信号，可以确保屏蔽层上的信号的震荡频率与电极上的震荡频率相同，更有利于对显示屏的干扰进行屏蔽，增加感应的距离。

另外，使用金属层包裹连接线，可以屏蔽连接线对电极的电磁干扰，有利于提高电极的感应精确性。

另一方面，电压缓冲器通过第二开关阵列上的多个第二开关向多个电极输出电压信号，从而确保多个电极上加载的电压信号的震荡频率相同，有利于对电极上的信号进行检测。

应用本发明的电容感应检测方法，可以在用户手指与触摸屏之间的距离较远时，采用自容感应电路对电极的信号进行检测，从而确保远距离的感应。而在用户的手指与电极之间的距离较小，例如用户手指触碰到触摸屏时，采用互容式进行检测，从而确保对多个触摸点进行有效的检测。

附图说明

图1是电容屏的示意图。

图2是现有互容屏的电原理图。

图3是现有自容屏的电原理图。

图4是本发明电容感应检测电路实施例的电原理图。

图5是本发明电容感应检测电路实施例中电极与屏蔽层的电连接示意图。

图6是本发明电容感应检测电路实施例中自容感应电路的电原理图。

图7是本发明电容感应检测电路实施例中互容感应电路的电原理图。

图8是本发明电容感应检测方法的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的电容感应检测电路应用在诸如智能手机、平板电脑等具有触摸屏的电子设备上，既能够感应较远距离的触摸动作，又能够在用户手指触摸到触摸屏后，实现多点检测。本发明的电容感应检测方法应用上述的电容感应检测电路，并且实现触摸检测。

电容感应检测电路实施例：

参见图4，本实施例的电容感应检测电路用于在智能手机、平板电脑上，在显示屏23上设置有透明屏蔽层21，屏蔽层21的上方设置有触摸面板20，触摸面板20上设置有多个电极，包括多个横向延伸的横向电极28、29，还包括多个纵向延伸的纵向电极24、25、26、27。当然，图4仅仅示意性显示若干个电极，实际应用时，触摸面板20上设置成百上千个电极。

电容感应检测电路设有感应电路30，本实施例中，感应电路30包括两套电路，即自容感应电路以及互容感应电路，自容感应电路以及互容感应电路均设置有震荡信号源，用于向电极加载震荡的电信号。并且，自容感应电路以及互容感应电路均设置有检测电路，用于检测电极输出的信号。

由于显示屏23产生一定的电场，显示屏23所产生的电场将对电极的感应造成影响。利用等电势物体间不存在电场耦合的原理，本发明在干扰源（例如显示屏23）与电极之间加入屏蔽层，即本实施例中在显示屏23与触摸面板20之间设置了屏蔽层。本实施例中，屏蔽层21可以选择ITO材料制成，即使用氧化铟锡制成。由于屏蔽层21将遮挡在显示屏23上，因此屏蔽层21需要使用透明的材料制成。由于氧化铟锡具有透明特性，因此是制造屏蔽层21的优良材料。

为了增加电极的感应距离，本实施例中，感应电路30通过电压缓冲器31向屏蔽层21加载震荡信号，优选的，向屏蔽层21加载的震荡信号的频率与加载到电极上的信号的震荡频率相同。这样，可以有效的对显示屏23的干扰信号进行屏蔽。此外，为了增加感应电路接地端的信号的频率，电压缓冲器31的输出端还连接至感应电路30的接地端，这样，电压缓冲器31输出的信号将叠加到感应电路30接地端上，从而增加感应电路30接地端的频率。此外，电压缓冲器31的输出端还连接至显示屏23的接地端，向显示屏23的接地端输出震荡信号，因此显示屏23接地端也接收到与加载到电极相同震荡频率的信号。

由于多个电极均需要通过连接线连接到检测电路，但是电极与检测电路之间的连接线也是产生干扰信号的干扰源，为了减小连接线对电极的影响，本实施例中，将电极与检测电路之间的连接线设置在电极的下方。利用同样的等势体无耦合的原理，本发明采用非工作的电极当作屏蔽层。如图5所示，电极24、28通过连接线35连接至感应电路上的检测电路，本实施例中，在连接线的外侧包裹一层金属层，例如，在连接线35的外侧包裹一层金属层36，并且利用工作的电极的电压加载到连接线35上，这样就可以屏蔽连接线35对电极的影响了。

本实施例中，感应电路设置有自容感应电路以及互容感应电路，其中，自容感应电路用于感应用户手指与触摸面板之间的距离，当自容感应电路检测用户手指触摸到触摸面板后，将停止工作，由互容感应电路对用户手指的触摸点进行检测。当互容感应电路检测用户的触摸点消失后，互容感应电路停止工作，由自容感应电路检测用户手指与触摸面板之间的距离。

参见图6，自容感应电路包括第二震荡信号源40以及第二检测电路42，并且设置有第一开关阵列，第一开关阵列包括多个第一开关，如第一开关S11、S12、S13、S14等，每一个第一开关连接在第二震荡信号源40与一个电极之间，例如，第一开关S11连接在第二震荡信号源40与电极24之间，第一开关S12连接在第二震荡信号源40与电极25之间，第一开关S13连接在第二震荡信号源40与电极26之间，第一开关S14连接在第二震荡信号源40与电极27之间。

在现有技术中，通过控制多个第一开关S11、S12、S13、S14轮流闭合与断开，第二震荡信号源40可以依次向电极24、25、26、27加载震荡的信号，多个电极24、25、26、27依次向第二检测电路42输出信号。然而，由于现有技术中，第二震荡信号源40每次只向一个电极加载信号，第二检测电路每次只检测到一个电极上的信号，导致电极感应的电场距离较短，难以实现对用户手指远距离的检测。

因此，本实施例中，在同一时刻下同时闭合多个第一开关，从而增加被加载电信号的电极的数量，第二检测电路42也能够检测到多个电极同时输出的信号，从而增加电极的感应距离。例如，当前需要感应的电极是电极25，则可以同时闭合第一开关S11、S12以及S13，此时，第二震荡信号源40同时向电极24、25、26加载震荡信号，第二检测电路42也将同时接收到多个电极24、25、26输出的信号，第二检测电路42所接收的信号将比仅仅接收一个电极输出的感应信号更强，从而增加电极的感应距离。

优选的，第一开关S11、S12、S13、S14为三极管或者场效应管等可控的开关器件，并且，同时闭合的多个第一开关是相邻电极对应的第一开关，例如，第一开关S11、S12以及S13同时闭合，或者第一开关S12、S13以及S14同时闭合，以便于相邻的多个电极被加载震荡信号。当然，同时闭合的第一开关的数量可以根据实际情况选择，如检测用户手指是否位于最上端的电极24上方时，可以同时闭合第一开关S11以及S12。或者，同时闭合相邻的5个第一开关等等。

被第二震荡信号源40直接加载震荡信号的电极为当前工作的电极，未被加载第二震荡信号源40直接加载震荡信号的电极为非工作的电极。例如，当第一开关S11、S12闭合，则电极24、25为当前工作的电极，而电极26、27为非工作的电极。

为了减小非工作电极对当前工作的电极造成影响，本实施例中，需要对非工作电极加载相同频率的震荡信号。例如，第二震荡信号源40通过电压缓冲器41可以向电极24、25、26、27加载电压信号。当然，电压缓冲器41通过第二开关阵列向多个电极24、25、26、27加载电压信号输出电压信号。

本实施例中，第二开关阵列包括多个第二开关S15、S16、S17、S18，其中，第二开关S15连接在电压缓冲器41的输出端与电极24之间，第二开关S16连接在电压缓冲器41的输出端与电极25之间，第二开关S17连接在电压缓冲器41的输出端与电极26之间，第二开关S18连接在电压缓冲器41的输出端与电极27之间。

这样，当前工作的电极为电极24、25时，第二开关S17、S18闭合，而第二开关S15、S16将断开，以便于电压缓冲器41向非工作的电极26、27加载震荡信号，所加载的震荡信号与加载到工作的电极24、25上的震荡信号的频率相同。

当然，为了避免第二检测电路42接收到非工作的电极26、27输出的信号，在电极与第二检测电路42之间还设置第三开关阵列，第三开关阵列包括多个第三开关，如第三开关S19、S20、S21以及S22，第三开关S19连接在电极24与第二检测电路42之间，第三开关S20连接在电极25与第二检测电路42之间，第三开关S21连接在电极26与第二检测电路42之间，第三开关S22连接在电极27与第二检测电路42之间。

当前工作的电极为电极24、25时，则闭合第三开关S19以及S20，这样第二检测电路42仅接收到电极24、25输出的信号，而不会接收到非工作的电极输出的信号。

参见图7，互容感应电路包括第一震荡信号源45以及第一检测电路46，第一震荡信号源45向横向电极，如电极28、29加载震荡信号，第一检测电路46则接受纵向电极24、25、26、27输出的信号。例如，当用户点击电极24与电极28交叉的位置时，电极28输出的信号将发生变化，此时，第一检测电路46接收到电极28输出的信号变化即可以确定用户手指按压的位置。

一个可选的方案是，第一震荡信号源45通过第四开关阵列向多个横向电极加载信号，例如通过第四开关S31、S32、S33以及S34分别向多个横向电极加载震荡信号，这样，四个第四开关依次闭合，也就是同一时刻下只有一个第四开关闭合，这样可以确保同一时刻下只有一个横向电极被加载信号。

或者，第一震荡信号源45也可以同时向对个横向电极加载信号，例如，当用户两个手指触摸到触摸面板时，有两个横向电极分别于两个纵向电极短接，第一检测电路46接收到的信号将发生变化，从而确定两个触摸点的位置。互容感应电路的工作原理与现有的互感式电容屏的工作原理相同，在此不再赘述。

下面结合图8介绍应用上述的电容感应检测电路实现的电容感应方法。首先，自容感应电路先检测用户手指是否接近触摸面板，即先执行步骤S1，由第二震荡信号源向电极加载信号。为了增加电极的感应距离，第二震荡信号源同时向相邻的多个电极加载信号，例如，将多个相邻电极对应的开关闭合，从而使得多个相邻的电极被加载信号。

然后，执行步骤S2，第二检测电路接收电极输出的信号，确定用户的手指是否接近触摸面板。由于用户手指接近触摸面板时，电极上的电容将发生变化，第二检测电路接收的信号将发生变化。例如，用户手指与触摸面板距离较远时，用户手指与电极之间的电容较小，电极被加载震荡信号后，输出的震荡信号的震荡频率较大。当用户手指接近触摸面板后，用户手指与触摸面板之间的电容增大，电极输出的信号的震荡频率减小。因此，第二检测电路通过接收电极输出的信号的震荡频率可以确定用户手指与触摸面板之间的距离。

接着，执行步骤S3，判断用户手指与触摸面板之间的距离是否小于预设的阈值，也就是第二检测电路根据所检测的信号的震荡频率判断手指与触摸面板之间的距离，当手指与触摸面板之间的距离小于预设阈值时，则切换至互容感应电路检测手指的位置。如果手指与触摸面板之间的距离大于预设阈值时，则返回执行步骤S1，继续判断手指与触摸面板之间的距离。

互容感应电路检测手指的触摸点时，首先执行步骤S4，由第一信号源向横向电极加载信号，然后，执行步骤S5，由第一检测电路接收纵向电极输出的信号，并且执行步骤S6，根据接收到的信号确定手指在触摸面板上的位置，也就是根据纵向电极输出的信号确定手指触摸点的位置。

然后，互容感应电路判断触摸点是否消失，也就是第一检测电路是否检测不到触摸点的存在，如果检测不到触摸点的存在，则表示用户的手指远离触摸面板，返回执行步骤S1，由自容感应电路检测手指与触摸面板之间的距离。

最后，判断电子设备的电源是否关闭，如果关闭电源，则结束流程，如果没有关闭，则继续返回步骤S6。

可见，本发明在感应电路上设置自容感应电路以及互容感应电路，并使用自容感应电路检测用户手指与触摸面板之间的距离，而使用互容感应电路检测用户手指在触摸面板上形成的触摸点，这样既可以增加手指感应距离，又能够精确检测用户多个手指在触摸面板上的移动。并且，自容感应电路通过同时闭合多个第一开关来增加电极的感应距离，相当于将多个电极合并以增加第二检测电路所接收的信号的强度，当用户手指与触摸面板之间的距离较大时，即使在一个电极上形成微弱的信号，但将多个电极的信号合并，即多个电极并联并且输出的信号将被叠加，从而增加第二检测电路所接收的信号的强度，电容感应电路所感应的距离更远。

当然，上述的方案只是本发明优选的实施方案，实际应用是还可以有更多的变化，例如，在显示屏上所设置的电极的数量的改变、多个电极的排布的改变等，这些改变都不影响本发明的实施，也应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.电容感应检测电路，包括：

显示屏，所述显示屏上设置多个电极，多个所述电极包括多个横向电极以及多个纵向电极，所述横向电极与所述纵向电极交叉布置；

其特征在于：

所述电极均连接至感应电路，所述感应电路包括互容感应电路与自容感应电路；

所述互容感应电路具有第一震荡信号源与第一检测电路，所述第一震荡信号源向所述横向电极加载信号，所述第一检测电路检测所述纵向电输出的信号；

所述自容感应电路具有第二震荡信号源与第二检测电路，所述第二震荡信号源向所述电极加载信号，所述第二检测电路检测所述电极输出的信号，所述第二震荡信号源与所述电极之间连接有第一开关阵列，所述第一开关阵列包括多个第一开关，每一所述电极与一个所述第一开关连接，且同一时刻下至少两个相邻的所述电极对应的所述第一开关闭合。

2.根据权利要求1所述的电容感应检测电路，其特征在于：

所述显示屏的上方设有屏蔽层，所述电极设置于所述屏蔽层的上方，所述感应电路通过第一电压缓冲器向所述屏蔽层输出震荡信号。

3.根据权利要求2所述的电容感应检测电路，其特征在于：

所述第一电压缓冲器向所述感应电路的接地端输出震荡信号。

4.根据权利要求1至3任一项所述的电容感应检测电路，其特征在于：

所述电极通过连接线与所述第一检测电路或者所述第二检测电路连接，所述连接线设置在所述电极的下方，且所述连接线外包裹有金属层。

5.根据权利要求1至3任一项所述的电容感应检测电路，其特征在于：

所述第二震荡信号源与所述电极之间设有第二电压缓冲器以及第二开关阵列，所述第二开关阵列包括多个并联连接的第二开关，每一所述电极与一个所述第二开关串联连接，且所述第二开关与所述电压缓冲器的输出端电连接。

6.电容感应检测方法，应用于如权利要求1所述的电容感应检测电路，其特征在于，该方法包括：

感应电路的第二震荡信号源向电极加载信号，第二检测电路接收所述电极输出的信号，所述感应电路根据所述第二检测电路接收的信号判断手指与电极之间的距离是否小于阈值，如是，由第一震荡信号源向所述横向电极加载信号，所述第一检测电路接收所述纵向电极输出的信号，所述感应电路根据所述第一检测电路所接收的信号确定触摸点的位置。

7.根据权利要求6所述的电容感应检测方法，其特征在于：

所述感应电路根据所述第一检测电路输出的确定触摸点消失后，由所述第二震荡信号源向所述电极加载信号，并由所述第二检测电路接收所述电极输出的信号。

8.根据权利要求6或7所述的电容感应检测方法，其特征在于：

所述第二震荡信号源同时向至少两个相邻的所述电极加载信号，所述第二检测电路同时接收至少两个所述电极输出的信号。

9.根据权利要求6或7所述的电容感应检测方法，其特征在于：

所述显示屏的上方设有屏蔽层，所述电极设置于所述屏蔽层的上方；

感应电路的第二震荡信号源向所述电极加载信号时，还通过第一电压缓冲器向所述屏蔽层输出震荡信号。

10.根据权利要求6或7所述的电容感应检测方法，其特征在于：

感应电路的第二震荡信号源向所述电极加载信号时，所述第一电压缓冲器向所述感应电路的接地端输出震荡信号。