CN109039319B - 一种抗干扰的电容式触摸按键控制器及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种抗干扰的电容式触摸按键控制器及实现方法，属于触摸感应技术领域。该控制器包括触摸按键、电极电容、采样电容、防静电电阻、电子元器件、计数器和寄存器。触摸按键的一端通过电极电容接地，另一端通过防静电电阻分别与第一复位开关、充电开关、电荷转移开关相连；第一复位开关另一端接地；充电开关另一端连接电源VDD，电荷转移开关另一端连接采样电容、第二复位开关和电子元器件；采样电容和第二复位开关的另一端均接地，电子元器件输出到计数器，计数器连接寄存器。通过充放电频率可变的脉冲时钟，把触摸时的频谱能量均匀分布到一定范围频率内，避免跟高频干扰信号的能量峰值共振，提高电荷迁移采集检测的鲁棒性，提高抗干扰能力。

Description

一种抗干扰的电容式触摸按键控制器及实现方法

技术领域

本发明涉及触摸感应技术领域，特别涉及一种抗干扰的电容式触摸按键控制器及实现方法。

背景技术

近年来，随着触摸技术的广泛应用，用于按键应用的电容式触摸呈现出快速增长，电容式触摸按键不仅出现在电视、显示器、智能家居等高端产品中，亦已渗透到消费电子领域的各个方面。

触摸按键开关大多数是采用电容测量的方式，具体通过计算感应点处电容上电荷的变化来判断感应点电容值的变化，从而得出触摸动作是否产生。公开号为CN101060321A的文件公开了一种触摸感应方法，在具体实施时，通过计量电容Cs到电容Cc的电荷搬运次数的变化来判断触摸动作的产生。

随着通信技术的发展，电磁干扰和电磁兼容的问题越来越引起人们的重视，触摸按键在消费电子领域的应用，长期处在电磁辐射的环境中，很容易因为干扰引起错误的触摸动作。

当前很多应用方案采用金属屏蔽或在PCB上增加滤波电路的方式来避免干扰。但是，金属屏蔽无法将触摸感应端隔离，PCB上使用滤波电路会导致系统成本增加，而且在感应端的干扰足够强时仍然能够影响触摸按键的识别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗干扰的电容式触摸按键控制器及实现方法，以解决目前常因电磁干扰引起错误的触摸动作，且现有抗干扰手段效果不佳、且成本较高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种抗干扰的电容式触摸按键控制器，包括触摸按键、电极电容Cx、采样电容Cs、防静电电阻Rx、电子元器件、计数器和寄存器；其中，

所述触摸按键的一端通过所述电极电容Cx接地，另一端连接所述防静电电阻Rx的一端；所述防静电电阻Rx的另一端分别与第一复位开关S1、充电开关S3、电荷转移开关S4相连；所述第一复位开关S1另一端接地；所述充电开关S3另一端连接到充电电源VDD，所述电荷转移开关S4另一端连接所述采样电容Cs、第二复位开关S2和电子元器件；所述采样电容Cs和所述第二复位开关S2的另一端均接地，所述电子元器件输出到所述计数器，完成触摸过程的脉冲计数，并在寄存器REG中存储。

可选的，所述抗干扰的电容式触摸按键控制器还包括时钟发生器，所述时钟发生器包括依次相连的高速时钟分频器和扩频时钟计数器，所述高速时钟分频器产生的脉冲时钟PGC1和所述扩频时钟计数器产生的扩频时钟SSC组合产生可变频率脉冲时钟PGC2，并控制所述充电开关S3和所述电荷转移开关S4，来完成充电、电荷转移的过程。

可选的，所述电子元器件为比较器或反向器或施密特触发器。

可选的，所述电子元器件为比较器时，需要输入参考电压Vref。

本发明还提供了一种抗干扰的电容式触摸按键控制器的实现方法，包括：

步骤1、时钟发生器产生可变频率脉冲时钟PGC2；

步骤2、电源VDD对电极电容Cx充电；

步骤3、电极电容Cx的电荷向采样电容Cs转移，直到两个电容的端电压相等；

步骤4、测量采样电容Cs的端电压，若达到比较器的参考电压Vref，或反向器或施密特触发器的翻转电压，计数器输出，完成单次检测；

步骤5、控制器中断，读取寄存器转移次数，判断是否有触摸按键动作。

可选的，在所述步骤1之前，所述抗干扰的电容式触摸按键控制器的实现方法还包括：闭合第一复位开关S1和第一复位开关S2，清空电极电容Cx和采样电容Cs上的电荷，再断开第一复位开关S1和第一复位开关S2。

可选的，在所述步骤4中，若采样电容Cs的端电压小于比较器的参考电压，或反向器或施密特触发器的翻转电压，则重复步骤2~步骤4。

在本发明中提供了一种抗干扰的电容式触摸按键控制器及实现方法，该抗干扰的电容式触摸按键控制器包括触摸按键、电极电容Cx、采样电容Cs、防静电电阻Rx、电子元器件、计数器和寄存器；其中，所述触摸按键的一端通过所述电极电容Cx接地，另一端连接所述防静电电阻Rx的一端；所述防静电电阻Rx的另一端分别与第一复位开关S1、充电开关S3、电荷转移开关S4相连；所述第一复位开关S1另一端接地；所述充电开关S3另一端连接到充电电源VDD，所述电荷转移开关S4另一端连接所述采样电容Cs、第二复位开关S2和电子元器件；所述采样电容Cs和所述第二复位开关S2的另一端均接地，所述电子元器件输出到所述计数器，完成触摸过程的脉冲计数，并在寄存器REG中存储。通过充放电频率可变的脉冲时钟，把触摸时的频谱能量均匀分布到一定范围频率内，避免了跟高频干扰信号的能量峰值共振，提高了在噪声环境下电荷迁移采集检测的鲁棒性，同时可以限制感应信号扩散，极大地提高了电容式触摸按键控制器的抗干扰能力。

附图说明

图1是本发明提供的抗干扰的电容式触摸按键控制器的结构示意图；

图2是本发明提供的时钟发生器的结构示意图；

图3是本发明提供的抗干扰的电容式触摸按键控制器的实现方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种抗干扰的电容式触摸按键控制器及实现方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

本发明提供了一种抗干扰的电容式触摸按键控制器，其结构如图1所示。所述抗干扰的电容式触摸按键控制器包括触摸按键I0、电极电容Cx、采样电容Cs、防静电电阻Rx、电子元器件I1、计数器I2和寄存器REG。具体的，所述触摸按键I0的一端通过所述电极电容Cx接地，另一端连接所述防静电电阻Rx的一端；所述防静电电阻Rx的另一端分别与第一复位开关S1、充电开关S3、电荷转移开关S4相连；所述第一复位开关S1另一端接地；所述充电开关S3另一端连接到充电电源VDD，所述电荷转移开关S4另一端连接所述采样电容Cs、第二复位开关S2和电子元器件I1；所述采样电容Cs和所述第二复位开关S2的另一端均接地，所述电子元器件I1输出到所述计数器I2，完成触摸过程的脉冲计数，并在寄存器REG中存储。进一步的，所述电子元器件I1可以为比较器或反相器或施密特触发器；当所述电子元器件I1为比较器时，需要输入参考电压Vref（图1中已示出）；当所述电子元器件I1为反相器或施密特触发器时，该反相器和施密特触发器具有翻转电压，无需另外输入参考电压。

具体的，所述抗干扰的电容式触摸按键控制器还包括时钟发生器，如图2所示。所述时钟发生器包括依次相连的高速时钟分频器I3和扩频时钟计数器I4。所述高速时钟分频器I3产生脉冲时钟PGC1，扩频时钟SSC由所述扩频时钟计数器累加产生，脉冲时钟PGC1和扩频时钟SSC组合产生可变频率脉冲时钟PGC2，并控制所述充电开关S3和所述电荷转移开关S4，来完成充电、电荷转移的过程。

通过所述寄存器REG中两次脉冲计数的差值来判断是否有触摸动作发生。在闭合第一复位开关S1和第二复位开关S2进行控制器复位后，在时钟发生器中输入时钟CLK，分频后产生固定频率的脉冲时钟PGC1和可变频率的扩频时钟SSC，两个时钟叠加产生改进的可变频率脉冲时钟PGC2，频谱能量就均匀分布到一段频率范围上，很好地提高了抗干扰能力。在可变频率脉冲时钟PGC2前半周期时，所述充电开关S3导通，所述电荷转移开关S4关闭，给所述电极电容Cx充电到电压与电源VDD的电压持平；后半周期，所述充电开关S3关闭，所述电荷转移开关S4导通，所述电极电容Cx的电荷转移到采样电容Cs，重复充电转移，直到所述采样电容Cs的电压达到所述比较器的参考电压Vref，或者反相器或施密特触发器的翻转电压，标定脉冲计数，完成触摸检测。

实施例二

本发明提供了一种抗干扰的电容式触摸按键控制器的实现方法，流程示意图如图2所示，包括如下步骤：

步骤S31、时钟发生器产生可变频率脉冲时钟PGC2；

步骤S32、电源VDD对电极电容Cx充电；

步骤S33、电极电容Cx的电荷向采样电容Cs转移，直到两个电容的端电压相等；

步骤S34、测量采样电容Cs的端电压，若达到比较器的参考电压Vref，或反向器或施密特触发器的翻转电压，计数器输出，完成单次检测；

步骤S35、控制器中断，读取寄存器转移次数，判断是否有触摸按键动作。

具体的，步骤一：首先所述抗干扰的电容式触摸按键控制器处于待机状态，不进行触摸动作检测，主机判断是否启动控制器，其中主机一般为MCU微控制单元，协调控制器的运行；控制器启动，控制器闭合所述第一复位开关S1、所述第二复位开关S2，清空电极电容Cx和采样电容Cs上的电荷，控制器检测开始，第一复位开关S1、所述第二复位开关S2断开；时钟发生器接入该控制器，通过高速时钟分频器产生脉冲时钟PGC1，通过扩频时钟计数器累加产生扩频时钟SSC，扩频时钟SSC时钟根据寄存器计数等待扩频计数时间，结束后寄存器加1；脉冲时钟PGC1和扩频时钟SSC组合后产生可变频率脉冲时钟PGC2，作为电极电容Cx和采样电容Cs充电/电荷转移的时钟输入。

步骤二：一小段时间间隔后，闭合充电开关S3，断开电荷转移开关S4，电源VDD对电极电容Cx充电，时钟发生器根据配置的寄存器REG产生可变频率脉冲时钟PGC2。可变频率脉冲时钟PGC2根据配置的充电时间控制寄存器REG计数等待充电结束，寄存器REG在配置的充电时间内需要保证电极电容Cx充电到电压与电源VDD的电压持平。

步骤三：控制器断开充电开关S3，闭合电荷转移开关S4，电极电容Cx的电荷开始往采样电容Cs转移，可变频率脉冲时钟PGC2根据配置的转移时间控制寄存器REG计数等待电荷转移时间结束。在配置的转移时间，寄存器REG需要保证电荷转移后电极电容Cx和采样电容Cs端电压达到相等，控制器的充电-电荷转移次数计数器累加1。

步骤四：经过一小段时间后，电子元器件I2将采样电容Cs的端电压与比较器的参考电压或反向器或施密特触发器的翻转电压进行比较。若端电压小于参考电压或翻转电压，重复步骤二~步骤四；若端电压高于或等于参考电压或翻转电压，停止触摸动作检测，充电-电荷转移计数次数更新到寄存器REG，触发检测结束中断，完成单次检测，等待下一次启动。

步骤五：控制器中断后，寄存器的转移次数传送给主机，主机判定是否有触摸按键动作。在主机获取最近的一次转移次数后，执行触控算法，对多次检测得到的转移次数值进行处理，并与校准值比较，确定是否有真实有效的触控动作。

如果需要继续检测，则重复步骤一至步骤五。

本发明通过对输入的时钟进行分频，将得到的固定频率脉冲信号和可变频率脉冲信号组合产生新的脉冲频率信号，并且充放电频率范围可调，有很大的灵活性，很好地避开高频信号的谐波干扰，能够用来提高在噪声环境下电荷迁移采集检测的鲁棒性，同时可以限制感应信号扩散。基于此方法的触摸按键可以应用于不同场合，极大地提高了抗干扰能力。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (4)

1.一种抗干扰的电容式触摸按键控制器，其特征在于，包括触摸按键、电极电容Cx、采样电容Cs、防静电电阻Rx、电子元器件、计数器和寄存器；其中，

所述触摸按键的一端通过所述电极电容Cx接地，另一端连接所述防静电电阻Rx的一端；所述防静电电阻Rx的另一端分别与第一复位开关S1、充电开关S3、电荷转移开关S4相连；所述第一复位开关S1另一端接地；所述充电开关S3另一端连接到充电电源VDD，所述电荷转移开关S4另一端连接所述采样电容Cs、第二复位开关S2和电子元器件；所述采样电容Cs和所述第二复位开关S2的另一端均接地，所述电子元器件输出到所述计数器，完成触摸过程的脉冲计数，并在寄存器REG中存储；所述抗干扰的电容式触摸按键控制器还包括时钟发生器，所述时钟发生器包括依次相连的高速时钟分频器和扩频时钟计数器，所述高速时钟分频器产生的脉冲时钟PGC1和所述扩频时钟计数器产生的扩频时钟SSC组合产生可变频率脉冲时钟PGC2，并控制所述充电开关S3和所述电荷转移开关S4，来完成充电、电荷转移的过程；所述电子元器件为比较器或反向器或施密特触发器；所述电子元器件为比较器时，需要输入参考电压Vref。

2.一种基于权利要求1所述的抗干扰的电容式触摸按键控制器的实现方法，其特征在于，包括：

步骤1、时钟发生器产生可变频率脉冲时钟PGC2；

步骤2、电源VDD对电极电容Cx充电；

步骤3、电极电容Cx的电荷向采样电容Cs转移，直到两个电容的端电压相等；

步骤4、测量采样电容Cs的端电压，若达到比较器的参考电压Vref，或反向器或施密特触发器的翻转电压，计数器输出，完成单次检测；

步骤5、控制器中断，读取寄存器转移次数，判断是否有触摸按键动作。

3.如权利要求2所述的抗干扰的电容式触摸按键控制器的实现方法，其特征在于，在所述步骤1之前，所述抗干扰的电容式触摸按键控制器的实现方法还包括：闭合第一复位开关S1和第一复位开关S2，清空电极电容Cx和采样电容Cs上的电荷，再断开第一复位开关S1和第一复位开关S2。

4.如权利要求2所述的抗干扰的电容式触摸按键控制器的实现方法，其特征在于，在所述步骤4中，若采样电容Cs的端电压小于比较器的参考电压，或反向器或施密特触发器的翻转电压，则重复步骤2~步骤4。

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