CN108614643A - 多芯片的大型触摸屏系统 - Google Patents

Abstract

一种多芯片大型触摸屏系统，至少1颗主芯片加多颗触摸检测芯片的构架协同工作方式实现屏幕检测或者无主芯片的多触摸芯片架构实现屏幕检测；所述的主芯片对各触摸检测芯片具备实时的程序更新和参数配置；主系统具备对所述的主芯片升级功能；所述的多芯片大型触摸屏系统FPC走线是多边走线。

Description

多芯片的大型触摸屏系统

技术领域

本发明属于一种多芯片连接设计、走线及提高抗干扰信号能力的大型触摸屏系统领域。

背景技术

当前触摸屏主要采用行列矩阵式的电极设计形式，即由多个横向检测通道与列向检测通道交错，在它们的交错处形成互耦电容，当人手触摸后互耦电容受到影响发生变化，进而被检测到。而为了实现比较良好的检测准确度，一般屏幕检测通道的尺寸宽度在4mm~4.5mm为最佳情况，而对于大型触摸屏，其通道数目就会变得非常多，一般的触摸IC通道数不够，从而产生了多芯片组合的方案，如专利CN201110103397提供的3触摸芯片+1处理器的多芯片方案；该专利采用多芯片组合方式后，虽然能够实现TP的检测精度要求，但其由于通道数目太多，须要留出足够大的尺寸边框来进行走线，这样的设计会导致走线边框很大；同时由于走线距离过长，容易受到外界的干扰。

针对上述问题，如专利CN201110103704采用在屏幕的上下部各用芯片分别连接屏幕上下区域，这样可以使两边的走线相比于从一边引出时减少一半，即而可以实现更窄的边框，并且最远的走线距离也能够缩短近一半，也能一定程度上减少噪声干扰等情况，但是当屏幕尺寸非常大而两颗芯片实现不了检测精度，以及通道数非常多的时候，专利CN201110103704所述的方案也是无法解决走线边框尺寸的。

尤其当屏幕的ITO阻抗比较大时，为了防止信号衰减，近制信噪比，一般都采用两边走线的形式将阻抗等效降为单边的四分之一形式，如图3即为专利CN201310117640的双边走线示意图，这种方案也会使边框很宽，并且容易受干扰影响。

发明内容

技术问题：为解决大型触摸屏系统芯片连接设计和边框走线过多长的问题及实现窄边框高质量信号的检测。

技术方案：本发明设计了一种大型触摸屏的多芯片连接设计和走线方案，用于解决触摸走线过多长的问题，实现窄边框高质量信号的检测。

为了要实现本发明目的，下文结合图1、图2进行说明以大型触摸屏系统的1+8芯片设计示意图来阐述发明方法。

图1所示为触摸屏的屏体基板及其上的检测电极。图中A基板由透明绝缘材质所做，如玻璃或亚克力等，图中B为触摸屏上的检测电极区域，一般由横向和纵向两种排布方式的电极组成，并且两个方向上的电极分别在两个不同的层面上，其中间用绝缘物质(如OCA或OCR胶等)隔开。其中一种电极负责检测时的驱动信号发射，另一个方向上的电极负责感应信号的接收，对于哪个方向上的检测电极作为驱动电极或感应电极，不做严格限定，可依据芯片本身资源中的驱动和感应通道数目等进行设计。但感应一般需设计在驱动极的上面，以便触摸信号检测。

图2为图1中大屏的1+8芯片设计示意图。其中C1~C4分别为从四边上绑定到触摸基板上的FPC，其上分别安置触摸检测芯片D1~D8，以及主处理芯片E，F1和F2分别为FPC的引出PIN，G为处理芯片和触摸检测芯片之间的通信、控制等相应信号连线，H为触摸检测芯片与触摸屏上检测电极之间的连线。

图中因为各检测电极的走线直接经各边的FPC与对应检测芯片连接，所以左右和上方的走线都不需要经过触摸基板将走线绕至底部的主FPC芯片上，这样基板上的走线变得很少(除了芯片之间必要的通信处理连接)，所以非检测区域可以做得很窄，进而可以实现很窄的边框设计。

图中不论是横向电极还是纵向电极，其两头分别连接了检测芯片，这种处理只是为了增强检测信号的质量，用来应对RC阻抗大，信号迟滞严重的情况，如果模组工艺将RC阻抗控制在合理范围之内，是不需要两头连接芯片这种方式的。

其余发明方法将结合实施例做进一步说明。

有益效果

1、本发明针对大型触摸屏设计，采用1个主芯片+N个触摸检测芯片的设计，即一个主芯片加多个触摸检测芯片的设计，在触摸检测芯片运算能力足够的情况下可以用其中的某一个芯片来代替主芯片的工作；这样，减少了主芯片的数量并节省了布线的空间。

2、本发明中，任意一颗检测芯片要么连接触摸屏的感应检测电极，要么连接驱动检测电极，只连接一个方向的电极，最大化减少两个方向上的电极同时往一个方向上走线，基板边框走线区域的最窄化。

3、1+N或N个芯片架构，由主芯片控制各触摸检测芯片的协同工作，进而实现屏幕的检测。

4、主芯片可以对各触摸检测芯片进行实时的程序更新和参数配置，实现功能的升级更新。

附图说明

图1：触摸屏的屏体基板及其上的检测电极。

图2：大型触摸屏系统1颗主芯片+8颗触摸检测芯片设计示意图；A，基板；B，触摸屏上的检测电极区域；图2中：C1，1号FPC；C2 ，2号FPC；C3，3号FPC；C4，4号FPC；D1，1号触摸检测芯片；D2，2号触摸检测芯片； D3，3号触摸检测芯片； D4，4号触摸检测芯片；D5，5号触摸检测芯片； D6，6号触摸检测芯片； D7，7号触摸检测芯片； D8，8号触摸检测芯片；E，主处理芯片；F1，1号PIN；F2，2号PIN；G，处理芯片和触摸检测芯片之间的信号连接线；H为触摸检测芯片与触摸屏上检测电极之间的连接线。

图3：1颗主芯片+2颗触摸检测芯片方案设计图一。

图4：无主芯片设计示意图。

图5：利用富余通道协同走线示意图。

图6：1颗主芯片+2颗触摸检测芯片方案设计图二。

图7：1颗主芯片+3颗触摸检测芯片方案设计图。

图8：1颗主芯片+5颗触摸检测芯片方案设计图。

图9：1颗主芯片+8颗触摸检测芯片方案设计图。

图10：信号处理流程图一。

图11：信号处理流程图二。

具体实施方式

实施例1：

图3为1颗主芯片+2颗触摸检测芯片方案，横向电极和纵向电极各通过左边和底部的FPC引出连接至触摸检测芯片。此方案中，左边FPC上的检测芯片只连接横向电极，底部FPC上的检测芯片只连接纵向电极，即两个检测芯片中，一个专门用来做驱动信号的发射，另一个只用来做感应信号的接收，各自只负责触摸检测中的其中一项功能，这样避免了同一个芯片即需要做发射又要做接收，而发射和接收电极又分别在两个方向上，所以就避免了必须通过触摸屏基板将一个方向的走线引至另一边FPC的触摸检测芯片上，从而使基板上的走线很少，边框可以设计得很窄。

图3中如果左边FPC的触摸检测芯片用于驱动信号的发射，则底部FPC上的触摸检测芯片用于感应信号的接收，最终主处理芯片只需对底部芯片的检测数据进行处理即可得到触摸位置。但是图中左侧芯片的发射信号和底部芯片的接收之间有严格的时序同步，这个由主控制芯片统一发出控制信号，然后两颗芯片按照预设的机制运行来保证同步。

图3可以看到主芯片分别与两颗检测芯片连接，图3中只有一根线，此处只是示例，实际中至少有VDD、GND、通信(如SPI、I2C、UART)和同步触摸IO等。左侧芯片与主芯片之间的连线是其通过FPC的金属走线，走至触摸基板，再由左侧触摸基板走(如银浆线)至底部，再转至底部FPC后通过金属走线与主芯片连通，而底部的触摸检测芯片因为与主芯片在同一FPC，所以可通过金属走线直接连通。

图4中，如果触摸检测芯片（IC）的运算能力足够，连接感应电极的触摸检测芯片可以直接取代主芯片，由其控制另一个触摸检测芯片的工作，以及自身的采样和后续的运算。

如果一个方向的检测通道刚好只比触摸检测芯片资源稍多一点，而另一个方向上的芯片却有资源多余的情况下，仍然可以通过将另一边走线进行补充。如图5所示，假设横向检测电极作为驱动发射，而纵向检测电极作为感应接收，当左侧触摸检测芯片的驱动通道不够，底部触摸检测芯片分配完感应通道后有一部分富余的通道可以用于作为驱动发射时，可以将底部此芯片的通道通过基板走线连接驱动通道，进而不必在左侧再增加一个触摸检测芯片，但又不至于使基板上的走线过多。

图6是图3中左侧触摸检测芯片与底部主芯片的另一种连通方式，即不通过触摸基板上的走线连通，而是在左侧FPC直接通过相应连线引出，最终通过主板PBC或者其它转接FPC最终引回至底部FPC的引出线，实现连通。

图7和图3本质相同，当横向电极的数目过多，单颗芯片提供不了足够的检测通道时，则将同一方向上的检测芯片由一颗增至两颗，如果资源仍然不够的情况下可以进一步增加至三颗以上，芯片数目由实际方案的需求而定。

图中左侧FPC上两颗触检测芯片与主芯片的连通方式与图3完全相同，即通过触摸基板走线，当然也可以采用图6中通过FPC先连接外部电路再引回的方法，此处不做限制。

图8是在图7的基础上将横向电极两边连通，比如横向电极作为驱动信号发射电极时这样可以增加驱动信号的强度和稳定性，或者横向电极作为感应信号的接收电极时，同一通道可以由两颗芯片接收后再参与运算，例如触摸检测芯片将检测数据统一传输给主芯片处理时，主芯片可以针对同一通道上的两份数据进行一定的加权后再行计算，这样可以提升信号的准确度和稳定性。

此处理虽然增加了很多芯片，但仍由于各检测通过直接与对应边上引出的FPC上触摸检测芯片连接，而触摸检测芯片仍只需通过少数信号线与主芯片连通，所以触摸基板上的走线数目可控，其宽度仍能保证很窄。

图9是在图8的基础上进一步将纵向电极也进行两端连接，然后顶部的检测芯片通过FPC外接的形式引回主芯片连通。当然也可以通过触摸基板直接连通至主芯片上。

以上示例对各个方向上都最多只用了两颗触摸检测芯片，实际应用中数目是不受限制的，完全依据屏幕大小和芯片资源而定。且各个方向上芯片与检测电极之间的连接顺序也并不是必须接照顺序和对称的，可以改成交错或者其它方式，这个只需要在设计初期预先设置好，后续主芯片处理时依据之些预设值进行解析即可。

实施例2

图10是基于实施例一硬件架构，在主芯片和各触摸检测芯片中于组装前各预置入相应的运行程序于其存储介质之中(如flash，EPROM，磁盘等)，当主芯片上电初始化之后，再控制各触摸芯片进行上电，并且依据触摸屏的方案设计将预置的参数通过通信线路(如SPI、I2C、UART等)分别下发给自触摸检测芯片，保证后续它们能够实现各自的特定功能，最终协同实现整个屏幕的检测。当各个触摸芯片接收完其配置信息后即进入等待主芯片启动工作的触发信号。此信号可以通过将主芯片上的一个IO连接至各检测芯片上的特定IO实现，然后此IO上电平的上升沿或下降沿进行启动，只要各芯片与主芯片之间线路的阻抗等控制精准，即能保证此触发信号能够让各芯片启动工作的时间点同步，进而保证后续采样中时序的严格同步。

当主芯片启动一次触发信号后，其它触摸检测芯片即自动协同进行一次完整的触摸检测动作，当检测结束之后，再通过某一个检测芯片通知主芯片已经完成检测，然后主芯片从与感应电极连通过检测芯片上获取采样信息(这些信息可以是原始的电容采样数据，也可以是这些芯片已经初步计算处理之后的坐标信息)，最后对这些信息进行综合处理后决定是否上报触摸信息给上层系统。当以上所有信息处理完成，主芯片进入下一个检测周期，继续触发各触摸检测芯片进行下一帧的采样。

图11与图10相似，不同之处如图中虚线框所示，采用此方案时，各触摸检测芯片不需要一开始即将需要运行的采样程序预置于其存储介质之中，而只需要在其存储介质之中预置一个简单的bootloader引导程序，当主芯片控制各检测芯片上电后进入引导程序后，再将各芯片需要运行的程序下发给各颗芯片，然后再配置参数使其工作。

主芯片下发给各触摸检测芯的程序必须预先存储于主芯片自身的存储介质之中，或者由上层系统通过主芯片转发给触摸检测芯片。

主芯片下发给各触摸检测芯片的程序，可以让其存储于各触摸检测芯片本身的永久存储介质(如FLASH，EPROM)中，也可以仅存储于其RAM中，不同之处在于如果存储于永久存储介质中，主芯片只需在触摸检测芯片运行的程序有变化后下发一次，而如果存储于RAM中则每次给触摸检测芯片上电初始化之后都需再重新下发。

此方案可以让主控制芯片对各触摸检测芯片灵活地进行升级，以实现功能更新后的程序代码的快速更新。

Claims (3)

1.一种多芯片大型触摸屏系统，包括：至少1颗主芯片、若干触摸检测芯片、连接线、屏幕；其特征在于：触摸检测芯片与主芯片通过单独走线方式或联合走线方式与屏幕连接；触摸检测芯片与主芯片单独检测屏幕和/或协同检测屏幕。

2.根据权利要求1所述的多芯片大型触摸屏系统，所述的主处理芯片对若干触摸检测芯片具备实时的程序更新和参数配置功能；主系统具备对所述的主处理芯片升级功能；所述的多芯片大型触摸屏系统FPC走线是多边走线。

3.根据权利要求1所述的多芯片大型触摸屏系统，FPC绑定到触摸基板上至少一边，主芯片及触摸检测芯片安置在任一FPC上，主芯片和触摸检测芯片之间的通信、控制通过信号线连接；触摸检测芯片与触摸屏上电极之间通过信号线连接；其特征在于各检测电极的走线直接经各边的FPC与对应检测芯片连接；任意一颗检测芯片连接触摸屏的感应检测电极或连接驱动检测电极。