CN108604145A - 压力检测方法、触控芯片以及压力检测模块 - Google Patents

压力检测方法、触控芯片以及压力检测模块 Download PDF

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Abstract

一种压力检测方法、触控芯片以及压力检测模块。压力检测方法包括：通过压力感测层感测用户按压操作产生的多个压力参数变化量(101)；根据多个压力参数变化量产生多个特征值(102)；从多个特征值中选择至少一个特征值作为当前特征值(103)；从多个感测单元的特征值与按压力的预设关系中，获取当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系(104)；根据当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系，计算当前特征值对应的当前按压力(105)。本发明还提供了一种触控芯片及一种压力检测模块。本发明能够利用原有的触控芯片进行压力检测；在不增加额外的控制芯片的基础上，实现精确的压力检测。

Description

压力检测方法、触控芯片以及压力检测模块 技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，特别涉及一种压力检测方法、触控芯片以及压力检测模块。
背景技术
移动电子设备为人们的日常生活工作带来了不少便利，已成为人们不可或缺的工具。用于移动电子设备的输入装置有多种，例如按键、鼠标、操纵杆、激光笔、触摸屏等。触摸技术因其良好的交互性被迅速地应用于各种电子设备，该技术已趋于成熟，基于该技术的各种可能应用也被充分挖掘。
随着技术的发展，用户对电子设备如手机、平板等的操作体验要求也越来越高，期待更便利的人机交互体验。压力检测技术在触控技术提供的位置信息基础上增加了另一维度信息，即按压力大小的信息。基于输入的压力信息可以开发各种应用，为人们使用电子设备带来一种全新的操作体验。例如，屏幕按压弹出下拉菜单或是“小圆球”，重压加快页面上下、左右的滚动速动，触觉反馈等效果。
目前，在移动电子设备中内置压力检测装置的技术还处于探索发展阶段，市场上有些压力检测方案需要在手机、平板等电子设备的边缘放置多个压力传感器，但这种方案成本高，且会增加设备的厚度。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种压力检测方法、触控芯片以及压力 检测模块，能够利用原有的触控芯片进行压力检测；在不增加额外的控制芯片的基础上，实现精确的压力检测。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种压力检测方法，包括：通过压力感测层感测用户按压操作产生的多个压力参数变化量；其中，所述多个压力参数变化量分别由所述压力感测层包括的多个感测单元产生；根据所述多个压力参数变化量产生多个特征值；从所述多个特征值中选择至少一个特征值作为当前特征值；其中，所述当前特征值对应的压力参数变化量由当前感测单元产生；从所述多个感测单元的特征值与按压力的预设关系中，获取所述当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系；根据所述当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系，计算所述当前特征值对应的当前按压力。
本发明的实施方式还提供了一种触控芯片，应用于上述压力检测方法；所述触控芯片包括：驱动单元、至少一检测单元以及计算单元；所述驱动单元用于连接至所述压力感测层的输入端；所述检测单元用于连接至所述压力感测层的输出端；所述检测单元用于接收所述多个压力参数变化量，并根据所述多个压力参数变化量产生所述多个特征值；所述计算单元的输入端连接于所述检测单元的输出端；所述计算单元用于从所述多个特征值中选择至少一个特征值作为当前特征值；所述计算单元还用于从所述多个感测单元的特征值与按压力的预设关系中，获取所述当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系，并根据所述当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系，计算所述当前特征值对应的当前按压力。
本发明的实施方式还提供了一种压力检测模块，包括：压力感测层、具有位置检测功能的基板以及上述触控芯片；所述压力感测层设置于所述具有位置检测功能的基板的下方，且所述压力感测层包括所述多个感测单元；所述驱动单元连接于所述具有位置检测功能的基板的输入端与所述压力感测层 的所述多个感测单元的输入端；所述检测单元的输入端连接于所述压力感测层的所述多个感测单元的输出端；所述计算单元还连接于所述具有位置检测功能的基板的输出端。
本发明实施方式相对于现有技术而言，将压力感测层增设于具有位置检测功能的基板的下表面，并利用触控芯片对通过压力感测层感测的压力参数变化量进行分析处理，实现压力检测功能。因此，实现了在不增加额外的控制芯片的基础上进行精确的压力检测的功能；从而可以避免为了增加压力检测功能而牺牲电子设备的厚度。
另外，所述当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系以关系式表示，所述关系式为：
其中，Rawdata为所述当前特征值；F为所述当前按压力；a、b、c、d均为常数。即，提供了根据当前特征值计算当前按压力的第一种具体计算方式。
另外，在根据当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系，计算所述当前特征值对应的当前按压力中，具体包括：将所述当前特征值与预设的多个特征值区间进行比对，获取所述当前特征值所属的特征值区间的下边界特征值与上边界特征值；根据预设的按压力-边界特征值对照表，获取所述下边界特征值对应的下边界按压力与所述上边界特征值对应的上边界按压力；采用线性近似的方法计算所述当前按压力，线性近似计算公式包括：step＝Fi+1–Fi。其中，F为所述当前按压力；Fi、Fi+1分别为所述下边界按压力与所述上边界按压力；yi、yi+1分别为所述下边界特征值与所述上边界特征值；y为所述当前特征值。即，提供了根据当前特征值计算当前按压力的第二种具体计算方式；相对于上述第一种方式，可以避 免触控芯片进行复杂的运算(上述公式中涉及平方、开方等运算)，从而可以相对提高速度且降低触控芯片的处理负担。
另外，在所述按压力-边界特征值对照表中，各特征值区间的下边界特征值与上边界特征值对应的下边界按压力与上边界按压力的压力差相等。即，从而可以便于线性近似的方法的计算。
另外，所述压力检测方法还包括：通过设置于所述压力感测层上的具有位置检测功能的基板，检测所述用户按压操作产生的当前按压位置；从所述多个感测单元的按压区域与校正参数的预设关系中，获取所述当前感测单元对应的按压区域与校正参数的预设关系；根据所述当前感测单元对应的按压区域与校正参数的预设关系，获取所述当前按压位置对应的当前校正参数；根据所述当前校正参数对所述当前按压力进行校正。由于以同一力度按压时，由于边缘区域比中心区域的形变量小，即在不同位置按压时，同一感测单元处的形变量可能会不同；通过上述方式对所述当前按压力进行校正，使得检测出的按压力在不同位置具有较好的一致性；避免由于不同按压区域的形变差异导致同一按压力在不同按压区域检测结果不同的情况。
另外，所述当前特征值的数目为一个，且所述当前特征值为所述多个特征值中具有最大绝对值的特征值。仅采用具有最大绝对值的特征值进行计算，能够极大地简化触控芯片的运算量，减轻处理负担；且由于具有最大绝对值的特征值对应的压力参数变化量实质上是由与当前按压位置距离较近的感测单元产生的，因此根据具有最大绝对值的特征值计算出的当前按压力相对精确。
附图说明
图1是根据第一实施方式的压力检测方法的流程图；
图2是第一实施方式中的感测单元的中心位置对应的rawdata-force曲线 图；
图3是根据第二实施方式的压力检测方法的流程图；
图4是根据第三实施方式的压力检测方法的流程图；
图5是根据第三实施方式中的电容感测层的示意图；
图6是图5中的感测单元S4在第6列不同位置的R-F曲线图；
图7a所示为在同一行的不同位置按压时，在S4处形变的校正系数相对于S4处按压时在S4处形变的校正系数的比；
图7b所示为在同一列的不同位置按压时，在S4处形变的校正系数相对于S4处按压时在S4处形变的校正系数的比；
图8a所示为根据第四实施方式的触控芯片的第一种电路结构示意图；
图8b所示为根据第四实施方式的触控芯片的第二种电路结构示意图；
图8c所示为根据第四实施方式的触控芯片的第三种电路结构示意图；
图9a所示为第五实施方式中显示单元与电容感测层的第一种位置关系的示意图；
图9b所示为第五实施方式中显示单元与电容感测层的第二种位置关系的示意图；
图9c所示为第五实施方式中显示单元与电容感测层的第三种位置关系的示意图；
图9d所示为第五实施方式中显示单元与电阻感测层的一种位置关系的示意图；
图10a所示为第五实施方式中触控板未受到按压力时的示意图；
图10b所示为第五实施方式中触控板受到按压力时的变形示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种压力检测方法，应用于压力检测模块。本实施例中，压力检测模块包括压力感测层、具有位置检测功能的基板以及触控芯片。压力感测层设置于具有位置检测功能的基板的下方，且压力感测层包括多个感测单元；触控芯片连接于压力感测层与具有位置检测功能的基板。然而，本实施方式对压力检测模块不作任何限制。
如图1所示为第一实施方式的压力检测方法的流程图；具体说明如下。
步骤101：通过压力感测层感测用户按压操作产生的多个压力参数变化量。
具体而言，触控芯片输出驱动信号至压力感测层。当用户按压具有位置检测功能的基板时，具有位置检测功能的基板带动压力感测层发生形变，从而使得压力感测层输出的压力参数变化量发生变化。其中，压力感测层包括多个感测单元，因此，实际上的，触控芯片会通过压力感测层感测多个感测单元产生的多个压力参数变化量。其中，当用户按压具有位置检测功能的基板时，不同的压力参数变化量反映具有位置检测功能的基板的不同区域的形变量。
其中，压力感测层可以为电容感测层或者电阻感测层。
当压力感测层为电容感测层时，压力参数变化量为电容变化量。具体而言，若具有位置检测功能的基板为触控板，则压力参数变化量为电容感测层与固定该触控板的金属中框的耦合电容的变化量；若具有位置检测功能的基 板为触控屏，压力检测模块还包括显示单元且显示单元设置于电容感测层与触控屏之间，此时，压力参数变化量为电容感测层与金属中框的耦合电容的变化量以及电容感测层与显示单元的耦合电容的变化量之和，其中，金属中框用于固定该触控屏及显示单元。
当压力感测层为电阻感测层时，压力参数变化量为电阻感测层的形变导致的电阻变化量。其中，若具有位置检测功能的基板为触控板，电阻感测层设置在触控板的下表面；若具有位置检测功能的基板为触控屏，压力检测模块还包括显示单元，显示单元可以设置于电阻感测层与触控屏之间，或者电阻感测层可以设置于显示单元和触控屏之间。
步骤102：根据多个压力参数变化量产生多个特征值。
具体而言，用户未按压时，每个感测单元会输出一个基础压力参数，比如，压力感测层为电容感测层时，基础压力参数为基础耦合电容；压力感测层为电阻感测层时，基础压力参数为基础电阻。触控芯片根据基础压力参数产生该基础压力参数对应的基础特征值。用户按压时，每个感测单元输出一个实测压力参数，触控芯片根据实测压力参数产生实测特征值；因此，压力参数变化量对应的特征值为实测特征值与基础特征值之差。其中，每个感测单元输出的基础压力参数可以相等也可以不相等(由结构本身决定)；当每个感测单元输出的基础特征值均为0时(即基础压力参数为0)，实测压力参数等同于压力参数变化量，即压力参数变化量对应的特征值即为由实测压力参数直接计算得到的实测特征值。
本实施方式中，对实测压力参数依次进行如下处理：放大处理、滤波处理以及解调处理；从而得到该实测压力参数对应的实测特征值(与基础特征值的产生方式类似)。当每个感测单元输出的基础特征值均为0时(即基础压力参数为0)，可以认为，对压力参数变化量依次进行如下处理：放大处理、滤波处理以及解调处理；从而得压力参数变化量对应的特征值。然本实 施方式对此不作任何限制。
步骤103：从多个特征值中选择至少一个特征值作为当前特征值。
其中，当前特征值对应的压力参数变化量由当前感测单元产生。
本实施方式中，较佳的可以包括以下两种实现方式：第一种实现方式：当前特征值的数目为一个，且所述当前特征值为所述多个特征值中具有最大绝对值的特征值；即根据具有最大绝对值的特征值计算当前按压力。其中，仅采用一个特征值进行计算，能够极大地简化触控芯片的运算量，减轻处理负担。并且，根据该具有最大绝对值的特征值计算出的当前按压力相对而言会比较精确，原因如下：具有位置检测功能的基板上用户按压位置的形变量比其他未按压位置的形变量相对较大，带动压力感测层中对应区域的形变相对较大，从而使得该对应区域的感测单元输出的压力参数变化量相对较大，对应的特征值也较大。因此，特征值越大，表示产生压力参数变化量的感测单元越靠近按压位置。
第二种实现方式：当前特征值的数目为多个，即根据所有的特征值计算当前按压力。然本实施方式对此不作任何限制，于其它实施方式中，还可以为：根据某几个特征值(大于1个但并非所有)计算当前按压力。
步骤104：从多个感测单元的特征值与按压力的预设关系中，获取当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系。
由于同一按压力作用在具有位置检测功能的基板上时，基板不同区域的形变量是不同的，而各感测单元对应于基板的不同区域，因此各感测单元对应的特征值与按压力的预设关系是不同的。
因此，触控芯片内预先储存有各感测单元对应的特征值与按压力的预设关系。于本步骤中，对应于第一种实现方式，当前感测单元的数目为一个。
本实施方式中，各感测单元对应的特征值与按压力的预设关系以函数关 系式表示，所述函数关系式可以为：
其中，Rawdata为所述当前特征值；F为所述当前按压力；a、b、c、d均为常数；
其中，对应于不同的感测单元，常数a、b、c、d的值是不同的，即不同的感测单元对应于不同的Rawdata-Force曲线(即公式(1)对应的曲线图形)。对应于每个感测单元而言，其常数a、b、c、d的拟合方法如下：
(1)用n个不同的按压力Force，以Fi表示，i＝1,2,...n依次对同一个感测单元进行按压，分别记下其对应的特征值Rawdata，以ri表示，i＝1,2,...n。其中，n大于或等于4(由于有四个未知数a，b，c，d需要求解，因此采样数据至少为四个)
(2)利用获取的n组数据(Fi,ri)，i＝1,2,...n，采取最小二乘的方法，拟合出公式(1)中的未知参数a，b，c，d。
(3)将a，b，c，d带入公式(1)，即得到该感测单元对应的常数a、b、c、d。
通过以上方式，建立各感测单元的Rawdata-Force曲线，即获取各感测单元对应的特征值与按压力的预设关系(也可称为特征值-按压力预设关系)。如图2所示为某一个感测单元对应的Rawdata-Force曲线，应当注意，其仅为示例性说明。
Rawdata与F的关系也可以用以下模型表达：Rawdata＝f(θ,F)；其中θ＝(θ1,θ2,…,θn)为n个参数，可以通过曲线拟合获取。
步骤105：根据当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系，产生 当前特征值对应的当前按压力。
于本步骤中，对应于第一种实现方式，根据公式(1)以及当前感测单元对应的常数a，b，c，d的值，将该当前特征值代入计算，即可计算出当前按压力。
以上即为第一种实现方式，根据一个当前特征值计算当前按压力的具体说明，所述当前特征值为所述多个特征值中具有最大绝对值的特征值。
如下以第二种实现方式为例，对步骤103至步骤105进行说明。此时：
此时，当前特征值的数目为多个，步骤104可以理解为，获取储存的多个感测单元对应的多个特征值与按压力的预设关系。
步骤105可以理解为，根据多个特征值与按压力的预设关系，产生多个当前特征值对应的当前按压力。实质上的，首先，根据多个特征值与按压力的预设关系(即根据公式(1))，分别产生多个当前特征值对应的多个单元分压力；然后，根据该多个单元分压力计算当前按压力。其中，当前按压力可以为该多个单元分压力的平均值；也可以为各单元分压力与各单元分压力的权值乘积后的和，各单元分压力的权值可以根据各单元分压力对应的感测单元与具有位置检测功能的基板的中心的远近关系设定，与触控板的中心越近，权值越大。
第二种实现方式中，采用多个特征值进行计算，使得计算出的当前按压力更加精确。
本发明的第二实施方式涉及一种压力检测方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，所述特征值与按压力的预设关系以函数关系式表示。而在本发明第二实施方式中，所述特征值与按压力的预设关系通过按压力-边界特征值对照表与线性近似计算公式表示。
如图3所述，为第二实施方式的压力检测方法的流程图。其中，步骤301至步骤304与第一实施方式中的步骤101至步骤104大致相同，此处不再赘述。不同之处在于，本实施方式的步骤305包括子步骤3051至子步骤3053具体说明如下。
子步骤3051：将当前特征值与预设的多个特征值区间进行比对，获取当前特征值所属的特征值区间的下边界特征值与上边界特征值。
子步骤3052：根据预设的按压力-边界特征值对照表，获取下边界特征值对应的下边界按压力与上边界特征值对应的上边界按压力。
子步骤3053：采用线性近似的方法计算当前按压力。
如下对上述子步骤3041至子步骤3043进行具体说明。
触控芯片(或者系统内存)内储存有预设的按压力-边界特征值(Force-Rawdata)对照表；如下表1所示。
表1
上述表1中的按压力与边界特征值的数据通过预先测试获得。具体方法如下：
以预设的多个按压力依次作用于触控板，并根据公式(1)计算出各按压力对应的特征值，从而建立关于Force-Rawdata对照表。表1中的各特征值Rawdata将特征值划分成多个特征值区间(y0，y1]、(y1，y2]、(y2，y3]……。本实施方式中，较佳的，多个按压力Fi(i为整数)依次增大，且相邻两个按压力之间的压力差相等，即，各特征值区间的下边界特征值与上边界特征值对应的下边界按压力与上边界按压力的压力差相等。例如，多个按压力Fi可以为F0＝0，F1＝50，F2＝100，F3＝150，F4＝200……，其中，压力差step＝Fi+1 –Fi＝50g。
本实施方式中，线性近似计算公式包括：
step＝Fi+1–Fi；       公式(3)
其中，F为所述当前按压力；Fi、Fi+1分别为所述下边界按压力与所述上边界按压力；yi、yi+1分别为所述下边界特征值与所述上边界特征值；y为所述当前特征值。
例如，若当前特征值y属于特征值区间(y1，y2]，特征值区间(y1，y2]的下边界特征值为y1、上边界特征值为y2。根据表1，获取下边界特征值y1对应的下边界按压力F1与上边界特征值y2对应的上边界按压力F2。然后，根据公式(2)和(3)，计算出当前按压力F的值。
由上述公式(2)可以看出，当各特征值区间的下边界特征值与上边界特征值对应的下边界按压力与上边界按压力的压力差相等时，即当压力差step为定值时，公式(2)中的step可以由该定值代替，而无需每次都用公式step＝Fi+1–Fi计算当前的压力差，因此可以节省计算量；然而，本实施方式对此不作任何限制，相邻两个按压力之间的压力差也可以不相等。
第二实施方式提供了根据当前特征值计算当前按压力的第二种具体计算方式。相较于第一实施方式而言，可以避免触控芯片进行复杂的运算(上述公式中涉及平方、开方等运算)，从而可以相对提高速度且降低触控芯片的处理负担；尤其是当采用第二种实现方式(第一实施方式中，若根据多个压力参数变化量计算当前按压力时，需要多次采用公式(1)计算多个单元分压力)时，能够较大程度地节省计算量。
本发明的第三实施方式涉及一种压力检测方法。第三实施方式是在第一或第二实施方式基础上的改进，主要改进之处在于：本实施方式还利用具有 位置检测功能的基板检测到的当前按压位置对当前按压力进行校正。
如图4所示，为第三实施方式中的压力检测方法的流程图。其中，以第一实施方式的步骤为例，本实施方式中的步骤401至步骤405与第一实施方式中的步骤101至步骤105大致相同，此处不再赘述；不同之处在于，本实施方式中新增了步骤406至步骤409，具体说明如下。
步骤406：通过具有位置检测功能的基板检测用户按压操作产生的当前按压位置。
即，触控芯片通过具有位置检测功能的基板检测该按压力的当前按压位置。
步骤407：从多个感测单元的按压区域与校正参数的预设关系中，获取当前感测单元对应的按压区域与校正参数的预设关系。
触控芯片(或系统内存)中储存有各感测单元对应的按压区域与校正参数的预设关系。以第一种实现方式为例，本步骤中，触控芯片需要获取一个当前感测单元对应的按压区域与校正参数的预设关系。
其中，各感测单元对应的按压区域与校正参数的预设关系的获取方式具体说明如下。请参考图5与图6。图5是根据第三实施方式中的压力感测层的示意图；图6是图5中的感测单元S4在第6列不同位置的Rawdata-Force曲线图；其中，图5、图6仅为示例性说明，不作任何限制。
(1)在压力感测层的各感测单元的中心处通过第一实施方式所述的曲线拟合的方法建立各感测单元的Rawdata-Force曲线；即获取各感测单元对应的公式(1)中的a、b、c、d的值。
如图5中，压力感测层包括9个感应单元S0、S1、……、S8；然本实施对此不作任何限制；可以根据需要设置感应单元的数目。
(2)将压力感测层(触控板或触控屏的触控区域)均匀的划分成N个 按压区域，各按压区域记为C0，C1，…，CN-1。
如图5中，虚线划分的每个矩形框表示一个按压区域，图5中的N＝77，即压力感测层被均匀地划分成77个按压区域。然本实施对此不作任何限制；可以根据需要划分按压区域的数目；按压区域越多，检测结果越精确。
(3)每个按压区域的中心以固定的按压力F进行按压，记录下各按压区域中按压力F作用于各感测单元后，各感测单元产生的压力参数变化量对应的特征值R00，R01，……，R08，R10，R11，……，R18，……，R(N-1)0，R(N-1)1，……R(N-1)8。
(4)将在各按压区域对应的特征值分别代入各感应单元对应的Rawdata-Force曲线计算压力，例如，对于按压区域Ci，将Ri0，Ri1，……，Ri8分别代入感应单元S0、S1、……、S8对应的Rawdata-Force曲线，计算各按压区域中按压力F作用于各感测单元后，各感测单元检测出的按压力Fi0，Fi1，……，Fi8。
(5)计算在各按压区域的中心处按压后在各感应单元中心处的形变弹性系数与在各感应单元中心处直接按压时的形变弹性系数之比(相对弹性系数)；相对弹性系数即为用于校正当前计算到的按压力的校正系数。按压区域Ci对应于各感应单元S0、S1、……、S8的校正系数μi0＝F/Fi0、μi1＝F/Fi1、……、μi8＝F/Fi8，其中，i＝0、1、2、……、N-1。
因此，对应于感测单元Sj，其按压区域与校正参数的预设关系可以按压区域-校正参数对照表表示，即Ci-μij对照表，其中，i＝0、1、2、……、N-1；j＝0、1、……、8。
步骤408：根据按压区域与校正参数的预设关系，获取当前按压位置对应的当前校正参数。
具体而言，首先，将当前按压位置与预设的多个按压区域进行比对，获 取当前按压位置所属的当前按压区域。其次，根据该当前感测单元对应的按压区域与校正参数的预设关系，获取当前按压区域对应的当前校正参数。
以第一实施方式中所述的第一种实现方式为例，若当前感测单元为S2，则获取当前感测单元S2对应的按压区域与校正参数的预设关系，即获取Ci-μi2对照表；若判断出当前按压位置属于按压区域C1，即当前按压位置为C1，则根据Ci-μi2对照表获取当前按压区域C1对应的当前校正参数μ12。
步骤409：根据当前校正参数对当前计算到的按压力进行校正。
即，将获取的当前校正参数与当前按压力作乘法运算，乘积即为校正后的当前按压力。
另外，当实际按压位置没有落在按压区域的中心时，输出的按压力会存在偏差，为了减少偏差可以增加划分按压区域的个数，考虑到诸如存储空间、量产效率等各种因素，实际划分的按压区域N是有限的。本发明提供了一种基于空间插值的方法来解决此问题。
图7a所示为在同一行的不同位置按压时在S4处的形变弹性系数相对于S4处按压时在S4处的形变弹性系数之比(相对弹性系数)，即校正系数，每一条曲线代表图5中某一行上的不同位置的校正系数，反映校正系数沿水平方向的变化规律。
图7b所示为在同一列的不同位置按压时在S4处的形变弹性系数相对于S4处按压时在S4处的形变弹性系数之比(相对弹性系数)，即校正系数，每一条曲线代表图5中某一列上的不同位置的校正系数，反映校正系数沿竖直方向的变化规律。
从图7a，图7b中可以看出，校正系数沿着水平方向或者竖直方向的变化都是连续的。因此，当实际按压位置没有落在按压区域的中心时，我们可以利用按压位置附近按压区域的校正系数估计出按压位置处的校正系数。图 5中的P点处的校正系数可以由C28，C29，C39，C40处的校正系数估计出，根据实施例的具体情况存在多种可能的估计方法(如双线性插值法)。
设P处的坐标(以左上角为坐标零点)为(x,y)，C28，C29，C39，C40处的坐标分别为(x28,y28)，(x29,y29)，(x39,y39)，(x40,y40)，以S4为参考时，C28，C29，C39，C40处的校正系数比为μ28，μ29，μ39，μ40。
Y方向插值：
X方向插值：
此外，我们也可以选取P处附近的多个按压区域通过曲面拟合的方法估计P处的校正系数，如图5中可以选取C16，C17，C18，C27，C28，C39，C38，C39，C40这9个按压区域利用二次曲面拟合估计校正系数。
以上即为第一种实现方式，根据一个当前特征值计算当前按压力的具体说明。
如下以第二种实现方式为例，对步骤407至步骤409进行说明。此时：
步骤407可以理解为：获取储存的多个感测单元分别对应的多个特征值与按压力的预设关系。
步骤408可以理解为：根据多个按压区域与校正参数的预设关系，获取当前按压位置对应多个感测单元的多个当前校正参数。
步骤409可以理解为：根据多个当前校正参数对多个单元分压力分别进行校正；然后根据多个校正后的单元分压力计算当前按压力。其中，根据多个校正后的单元分压力计算当前按压力与第一实施方式中所述的根据多个单元分压力计算当前按压力相似，此处不再赘述。并且，第二种实现方式中也可利用基于空间插值的方法来解决当实际按压位置没有落在按压区域的中心 时，输出的按压力会存在偏差的问题；与上述类似，此处不再赘述。
相较于第一或第二实施方式，第三实施方式中通过采用具有位置检测功能的基板检测的当前按压位置对所述当前按压力进行校正，使得检测出的按压力在不同位置具有较好的一致性；避免由于不同按压区域的形变差异导致同一按压力在不同按压区域检测结果不同的情况。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明第四实施方式涉及一种触控芯片。触控芯片包括：驱动单元、至少一检测单元以及计算单元。检测单元连接于驱动单元与计算单元之间。
驱动单元用于连接至压力感测层的输入端。检测单元用于连接至所述压力感测层的输出端，检测单元用于接收多个压力参数变化量，并根据多个压力参数变化量产生多个特征值。计算单元的输入端连接于所述检测单元的输出端。
计算单元用于从多个特征值中选择至少一个特征值作为当前特征值。计算单元还用于从多个感测单元的特征值与按压力的预设关系中，获取当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系，并根据当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系，计算当前特征值对应的当前按压力。
其中，检测单元包括放大电路、滤波电路以及解调电路；滤波电路的输入端与输出端分别连接于放大电路的输出端与解调电路的输入端；放大电路的输入端用于连接至压力感测层的输出端，且用于接收多个压力参数变化量中的至少一个压力参数变化量；解调电路的输出端连接于计算单元，且用于输出压力参数变化量对应的特征值。
具体而言，本实施方式的触控芯片具有多种电路实现方式。以下，以压力感测层为电容感测层时的三种实现方式示例性说明。
如图8a所示为触控芯片的第一种电路结构示意图。图8a中为RC分压结构；Tx为驱动信号，可以为正弦波、方波等各种形式的信号，驱动信号Tx由驱动单元(未示出)输出；Ctp为压力参数变化量的等效电容；C0为电容；r0、R0、R1为电阻。该电路的基本检测原理如下：
首先，驱动信号Tx经电阻R0耦合到等效电容Ctp；其次，等效电容输出的压力参数变化量Ctp的信号经放大电路进行放大处理；接着，将经放大电路放大后的信号送入滤波电路进行滤波处理；然后，将滤波电路的输出信号送入解调电路进行解调，获取压力参数变化量Ctp对应的特征值Rawdata，即原始信号的某特定特征；最后，将特征值Rawdata送入计算单元后，计算单元根据该特征值Rawdata计算出当前按压力。
需要说明的是，可以通用对电路的硬件设计使得每个感测单元输出的基础特征值均为0(即基础压力参数为0)，此时压力参数变化量即为实测压力参数Ctp，压力参数变化量对应的特征值即为由实测压力参数直接计算得到的实测特征值。
图8b所示为触控芯片的第二种电路结构示意图。图8b中采用电荷转移的方法进行电容检测；Tx为驱动信号，可以为正弦波、方波等各种形式的信号，驱动信号Tx由驱动单元(未示出)输出；Ctp为压力参数变化量的等效电容；C01、C02为电容；SWR为开关；Vref为参考电压。该电路的基本工作原理如下：
首先，将控制开关φ1闭合，控制开关φ2断开，对等效电容Ctp进行充电，同时对电容C01进行放电处理；其次，将控制开关φ2闭合，同时断开控制开关φ1，利用等效电容Ctp对电容C01进行分压充电，C02进行积分充电；接着，将积分电路的输出信号送入滤波电路进行滤波处理；然后，将滤波电路 的输出信号送入解调电路进行解调，获取等效电容输出的压力参数变化量对应的特征值Rawdata，即原始信号的某特定特征；最后，将特征值Rawdata送入计算单元后，计算单元根据该特征值Rawdata计算出当前按压力。
图8c所示为触控芯片的第三种电路结构示意图；图8c中为积分放大电路；Tx为驱动信号，可以为正弦波、方波等各种形式的信号；驱动信号Tx由驱动单元(未示出)输出；Ctp为压力参数变化量的等效电容；C0为电容；R0、R1为电阻。该电路的基本工作原理如下：
首先，驱动信号Tx经等效电容Ctp耦合到后端的放大电路；其次，将放大电路的输出信号送入滤波电路进行滤波处理；接着，将滤波电路的输出信号送入解调电路进行解调，获取等效电容输出的压力参数变化量对应的特征值Rawdata，即原始信号的某特定特征；最后，将特征值Rawdata送入后续的计算单元后，计算单元计算根据该特征值Rawdata计算出当前按压力。
另外，检测单元的数目也可以为多个，即多个检测单元的输入端分别连接于多个感测单元的输出端，以分别对多个感测单元输出的多个压力参数变化量进行处理，获取多个压力参数变化量对应的多个特征值。
需要强调的是，图8a、8b、8c中的Ctp为压力参数变化量的等效电容，图中只是要从原理上说明触控芯片电路的工作过程；而是实际应用中，触控芯片的检测单元实际上接收的是用户按压操作前的基础压力参数与按压操作后的实测压力参数(实测压力参数与基础压力参数之差为压力参数变化量)，并分别产生基础压力参数对应的基础特征值与实测压力参数产生的实测特征值，计算单元计算出实测特征值与基础特征值的差值作为压力参数变化量对应的特征值。然本实施方式对此不作任何限制；还可以直接根据实测压力参数产生的实测特征值进行后续计算(由于基础特征值是固定的，差值随压力的变化实质上就是实测特征值随压力的变化)。
以上所述的触控芯片为第一或第二实施方式所述的压力检测方法的执 行主体。
实际上的，触控芯片还连接于具有位置检测功能的基板。触控芯片通过具有位置检测功能的基板检测用户按压操作产生的当前按压位置；从多个感测单元的按压区域与校正参数的预设关系中，获取一个或多个当前感测单元对应的按压区域与校正参数的预设关系；根据获取的一个或多个按压区域与校正参数的预设关系，获取当前按压位置对应的一个或多个当前校正参数；根据一个或多个当前校正参数对当前按压力进行校正。
以上所述的触控芯片为第三实施方式所述的压力检测方法的执行主体。
不难发现，本实施方式为与第一至第三中任意一个实施方式所述的压力检测方法的执行主体实施例，本实施方式可与第一至第三中任意一个实施方式互相配合实施。第一至第三中任意一个实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一至第三中任意一个实施方式中。
值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各单元均为逻辑单元，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本发明第五实施方式涉及一种压力检测模块。压力检测模块包括压力感测层、具有位置检测功能的基板以及第四实施方式所述的触控芯片。
压力感测层设置于具有位置检测功能的基板的下方，且压力感测层包括多个感测单元；驱动单元连接于具有位置检测功能的基板的输入端与压力感测层的多个感测单元的输入端；检测单元的输入端连接于压力感测层的多个感测单元的输出端；计算单元还连接于具有位置检测功能的基板的输出端。
实际上的，压力检测模块应用于电子设备时，设置于电子设备(例如平 板电脑、手机)的金属中框。
本实施方式中，压力感测层为电容感测层或者电阻感测层。
本实施方式中，具有位置检测功能的基板可以为触控板，该触控板可以为笔记本电脑的触控板。当压力感测层为电容感测层时，压力参数变化量为电容感测层与金属中框的耦合电容；当压力感测层为电阻感测层时，压力参数变化量为电阻感测层的形变导致的电阻变化量。
具有位置检测功能的基板可以为触控屏，此时压力检测模块还包括显示单元，该触控屏与显示单元例如形成手机的触控显示单元。
当压力感测层为电容感测层时，显示单元设置于电容感测层与触控屏之间；此时，压力参数变化量为电容感测层与金属中框的耦合电容以及电容感测层与显示单元(公共电极层Vcom)的耦合电容之和。其中，根据显示单元的类型不同，电容感测层设置于显示单元的下表面的具体位置也可能不同。如下具体说明。
如图9a所示，显示单元为有机电激光显示单元，亦称有机发光二极管显示单元(OLED display)，显示单元包括由上到下依次排列的上玻璃层、Vcom层(公共电极层)、下玻璃层以及泡棉层，电容感测层通过胶层黏贴于泡棉层。其中，将电容感测层通过泡棉贴在显示单元的下表面。电容感测层与金属中框之间存在一定的间隙，间隙由具有较好压缩性的泡棉填充。系统通电工作后，显示单元的Vcom层与金属中框将接到系统地，电容感测层与显示单元的Vcom层存在电容C1，电容感测层与金属中框存在电容C2，C1与C2并联连接。当按压触控板时，触控屏产生形变并使得电容感测层与手机中框的距离减小，电容C2增大，此时C1的变化基本可以忽略，通过检测C2的变化即可确定当前按压力。其中，压力参数变化量Ctp＝C1+C2。
如图9b所示，显示单元为液晶显示单元，显示单元包括由上到下依次 排列的LCD叠层1、Vcom层(公共电极层)、LCD叠层2、背光组件以及反射膜。该结构中将电容感测层贴在金属中框上，电容感测层与显示单元的下表面(即反射膜)存在空气间隙。系统通电工作后，显示单元的Vcom层与金属中框将接到系统地，电容感测层与显示单元的Vcom层存在电容C1，电容感测层与金属中框存在电容C2，C1与C2并联连接。当按压触控屏时，触控屏产生形变并使得显示单元的Vcom层与电容感测层的距离减小，电容C1增大，此时C2的变化基本可以忽略，通过检测C1的变化即可确定当前按压力。其中，压力参数变化量Ctp＝C1+C2。
如图9c所示，显示单元为液晶显示单元，图9c中的显示单元的结构与图9b中的类似，此处不再赘述。该结构应用于显示单元具有金属背框的情况(此时，显示单元的金属背框相当于上述金属中框)，该结构与图2b所示的结构类似，只是将电容感测层贴在显示单元的金属背框上。其中，压力参数变化量Ctp＝C1+C2。
当压力感测层为电阻感测层时，显示单元设置于电阻感测层与触控屏之间，或者，电阻感测层设置于显示单元与触控屏之间；此时，压力参数变化量为电阻感测层的形变导致的电阻变化量。
其中，显示单元设置于电阻感测层与触控屏之间的结构形式，请参考图9a(只需将图9a中的电容感测层替换成电阻感测层即可)，电阻感测层与显示单元的下表面紧密接触。电阻感测层设置于显示单元与触控屏之间的结构形式，如图9d所示，电阻感测层通过OCA胶层黏贴在显示单元与触控屏之间，其中，显示单元可以是有机电激光显示单元或者液晶显示单元。
如下，以图8a、9a为例的结构，具体说明第一实施方式中公式(1)的推导方式。
压力参数变化量的等效电容Ctp＝C1+C2，按压过程中，C1基本认为是不 变的，C2随着压力的增大而增大，且在按压的局部区域C2可以等效为平行板电容，如图10a和10b所示。
假设驱动信号放大电路增益为G，解调电路采取幅度解调的方式，那么输出的Rawdata为
其中，Δd为一定压力F产生的形变量，本发明所涉及的实施例中压力产生的形变为微小形变，F与Δd近似满足胡克定律，即F＝kΔd，不同位置对应的k是不同的。公式(4)可以写为
记a＝AG，b＝wr0C1，c＝wr0C20kd0，d＝kd0，公式(5)可以改写为
如上，即可推导出上述公式(1)。
不难发现，本实施方式为与第一至第三中任意一个实施方式所述的压力检测方法的系统实施例，本实施方式可与第一至第三中任意一个实施方式互相配合实施。第一至第三中任意一个实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中 提到的相关技术细节也可应用在第一至第三中任意一个实施方式中。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (17)

  1. 一种压力检测方法，其特征在于，包括：
    通过压力感测层感测用户按压操作产生的多个压力参数变化量；其中，所述多个压力参数变化量分别由所述压力感测层的多个感测单元产生；
    根据所述多个压力参数变化量产生多个特征值；
    从所述多个特征值中选择至少一个特征值作为当前特征值；其中，所述当前特征值对应的压力参数变化量由当前感测单元产生；
    从所述多个感测单元的特征值与按压力的预设关系中，获取所述当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系；
    根据所述当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系，计算所述当前特征值对应的当前按压力。
  2. 根据权利要求1所述的压力检测方法，其特征在于，所述当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系以关系式表示，所述函数关系式为：
    其中，Rawdata为所述当前特征值；F为所述当前按压力；a、b、c、d均为常数。
  3. 根据权利要求2所述的压力检测方法，其特征在于，所述常数a、b、c、d通过曲线拟合方式计算得出。
  4. 根据权利要求1所述的压力检测方法，其特征在于，在根据所述当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系，计算所述当前特征值对应的当前按压力中，具体包括：
    将所述当前特征值与预设的多个特征值区间进行比对，获取所述当前特 征值所属的特征值区间的下边界特征值与上边界特征值；
    根据预设的按压力-边界特征值对照表，获取所述下边界特征值对应的下边界按压力与所述上边界特征值对应的上边界按压力；
    采用线性近似的方法计算所述当前按压力，线性近似计算公式包括：
    其中，F为所述当前按压力；Fi、Fi+1分别为所述下边界按压力与所述上边界按压力；yi、yi+1分别为所述下边界特征值与所述上边界特征值；y为所述当前特征值。
  5. 根据权利要求3或4所述的压力检测方法，其特征在于，在所述按压力-边界特征值对照表中，各特征值区间的下边界特征值与上边界特征值对应的下边界按压力与上边界按压力的压力差相等。
  6. 根据权利要求1至5中任意一项所述的压力检测方法，其特征在于，所述压力检测方法还包括：
    通过设置于所述压力感测层上的具有位置检测功能的基板，检测所述用户按压操作产生的当前按压位置；
    从所述多个感测单元的按压区域与校正参数的预设关系中，获取所述当前感测单元对应的按压区域与校正参数的预设关系；
    根据所述当前感测单元对应的按压区域与校正参数的预设关系，获取所述当前按压位置对应的当前校正参数；
    根据所述当前校正参数对所述当前按压力进行校正。
  7. 根据权利要求6所述的压力检测方法，其特征在于，在根据所述当前感测单元对应的按压区域与校正参数的预设关系，获取所述当前按压位置对应的当前校正参数中，具体包括：
    将所述当前按压位置与预设的多个按压区域进行比对，获取所述当前按压位置所属的当前按压区域；
    根据所述当前感测单元对应的按压区域与校正参数的预设关系，获取所述当前按压区域对应的当前校正参数。
  8. 根据权利要求1至7中任意一项所述的压力检测方法，其特征在于，所述当前特征值的数目为一个，且所述当前特征值为所述多个特征值中具有最大绝对值的特征值。
  9. 一种触控芯片，其特征在于，应用于权利要求1至8中任意一项所述的压力检测方法，所述触控芯片包括：驱动单元、至少一检测单元以及计算单元；
    所述驱动单元用于连接至所述压力感测层的输入端；
    所述检测单元用于连接至所述压力感测层的输出端；所述检测单元用于接收所述多个压力参数变化量，并根据所述多个压力参数变化量产生所述多个特征值；
    所述计算单元的输入端连接于所述检测单元的输出端；所述计算单元用于从所述多个特征值中选择至少一个特征值作为当前特征值；所述计算单元还用于从所述多个感测单元的特征值与按压力的预设关系中，获取所述当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系，并根据所述当前感测单元对应的特征值与按压力的预设关系，计算所述当前特征值对应的当前按压力。
  10. 根据权利要求9所述的触控芯片，其特征在于，所述检测单元包括放大电路、滤波电路以及解调电路；
    所述滤波电路的输入端与输出端分别连接于所述放大电路的输出端与所述解调电路的输入端；
    所述解调电路的输出端连接于所述计算单元的输入端；
    所述放大电路的输入端用于连接至所述压力感测层的输出端。
  11. 一种压力检测模块，其特征在于，包括：压力感测层、具有位置检测功能的基板以及权利要求9或10所述的触控芯片；
    所述压力感测层设置于所述具有位置检测功能的基板的下方，且所述压力感测层包括所述多个感测单元；
    所述驱动单元连接于所述具有位置检测功能的基板的输入端与所述压力感测层的所述多个感测单元的输入端；
    所述检测单元的输入端连接于所述压力感测层的所述多个感测单元的输出端；
    所述计算单元还连接于所述具有位置检测功能的基板的输出端。
  12. 根据权利要求11所述的压力检测模块，其特征在于，所述压力感测层为电容感测层或者电阻感测层。
  13. 根据权利要求11所述的压力检测模块，其特征在于，所述具有位置检测功能的基板为触控板。
  14. 根据权利要求11所述的压力检测模块，其特征在于，所述具有位置检测功能的基板为触控屏；所述压力检测模块还包括显示单元；
    所述显示单元设置于所述压力感测层与所述触控屏之间。
  15. 根据权利要求14所述的压力检测模块，其特征在于，所述压力感测层与所述显示单元的下表面紧密接触。
  16. 根据权利要求14所述的压力检测模块，其特征在于，所述显示单元为液晶显示单元；所述压力感测层为电容感测层；
    所述电容感测层与所述液晶显示单元之间存在间隙。
  17. 根据权利要求11所述的压力检测模块，其特征在于，所述具有位 置检测功能的基板为触控屏；所述压力感测层为电阻感测层；所述压力检测模块还包括显示单元；
    所述电阻感测层设置于所述显示单元与所述触控屏之间。
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