CN109358777B - 一种电容触摸屏多路驱动系统的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电容触摸芯片设计及应用技术领域，具体涉及一种电容触摸屏多路驱动系统的实现方法，方法主要包括：发射过程中以序列单位发射，极性反向时，整个序列反向；发射过程中，边积分边进行电荷补偿，避免饱和现象；计算过程不采用原始值进行运算，而采用信号进行运算。整个过程包括发射装置、信号补偿装置以及运算方法为一体，可以极大地提高发射效率、增强信号，提高信噪比，解决多个驱动信号同时发射时的饱和问题，具有很强的创造性。

Description

一种电容触摸屏多路驱动系统的实现方法

技术领域

本发明涉及电容触摸芯片设计及应用技术领域，具体涉及一种电容触摸屏多路驱动系统的实现方法。

背景技术

随着电容触摸技术应用的越来越广泛。不管是消费类产品对交互的需求，还是工控类新领域的广泛应用，都对触摸芯片的性能提出更高的要求，这些要求主要包括报点率、抗噪性能以及驱动能力。

在消费类产品中，屏幕的扫描时间，关系到报点率的高低，直接影响产品多指、滑动等交互的体验。而在工控领域，鲜明的特点是：屏幕大、走线阻抗高、通道多、环境苛刻。要达到良好的交互效果，扫描时间、噪声抑制以及信号的驱动能力必须满足要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种电容触摸屏多路驱动系统的实现方法，本发明可以实现降低扫描时间、提高信噪比、增强驱动能力的目的。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种电容触摸屏多路驱动系统的实现方法，所述方法包括以下步骤：

S1根据实际触摸屏的参数，设定发射脉冲的个数、幅值以及通道数；

S2同时发射N路驱动电压，形成脉冲序列，其中N是通道数；

S3打开补偿开关，进行反向电流补偿；

S4打开测量开关对脉冲序列进行测量；

S5根据测量值以及基准值，计算信号值；

S6通过正交矩阵特征，求出各节点的信号变化量。

优选的，所述S2中，所述N路驱动电压按正交的顺序进行驱动，其驱动信号形成正交。

优选的，所述S2中，若以发射的脉冲序列为单位，则该单位的脉冲个数，由实际的信号需求大小确定。

优选的，所述S2中，所述驱动电压由外部条件和信噪比要求确定。

一种电容触摸屏多路驱动系统，包括驱动控制模块、采样控制模块和解码模块。

优选的，所述驱动控制模块根据实际触摸屏的参数，设定发射脉冲的个数、幅值以及同时发射的通道数N，同时对N路施加驱动电压，按正交的顺序进行驱动。

优选的，所述采样控制模块电流设置反向补偿单元，对大部分的基础电荷进行补偿，其加入反向补偿的电流大小和时间由实际屏幕本有电容值大小、驱动信号的电压、驱动信号单位脉冲序列个数、同时发射多少路驱动信号、以及触摸芯片内部的积分电容共同决定。

优选的，所述解码模块对采样模块得到的触摸信号变化量，通过Walsh码矩阵的正交特性，根据公式进行解码，得到实际每个通道所对应信号变化量。

一种存储介质和计算机软件，所述存储介质上存储有所述计算机软件，所述计算机软件被处理器执行时，实现如上所述的电容触摸屏多路驱动系统的实现方法的步骤。

本发明的有益效果为：

本发明为了解决正交矩阵多信号发射的信号小、原始值却很大的问题，提出以脉冲序列发射，代替单个脉冲，可以增强信号的变化量；发射的信号，可以根据具体的硬件需求，调整发射电压幅值、发射脉冲个数。本发明多通道驱动过程中，既有高压、也有多通道同时正向驱动，而通过反向电流补偿，去除本身基底信号，保留真正的触摸信号。利用采样的原始数据以及在初始化过程中保存的基础数据进行比较运算，求得实际触摸的信号量，可以降低扫描时间、提高信噪比、增强驱动能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的整体流程图；

图2为本发明实施例中多通道驱动时序图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，提供一种电容触摸屏多路驱动系统的实现方法，包括以下步骤：

S101根据实际触摸屏的参数，设定发射脉冲的个数、幅值以及通道数；

S102同时发射N路驱动电压，形成脉冲序列，其中N是通道数；

S103打开补偿开关，进行反向电流补偿；

S104打开测量开关对脉冲序列进行测量；

S105根据测量值以及基准值，计算信号值；

S106通过正交矩阵特征，求出各节点的信号变化量。

S102中，所述N路驱动电压按正交的顺序进行驱动，其驱动信号形成正交。

S102中，若以发射的脉冲序列为单位，则该单位的脉冲个数，由实际的信号需求大小确定。

S102中，所述驱动电压由外部条件和信噪比要求确定。

本发明一个实施例中以脉冲序列发射，代替单个脉冲，可以增强信号的变化量；发射的信号，可以根据具体的硬件需求，调整发射电压幅值、发射脉冲个数。驱动序列的顺序以正交矩阵为基础，驱动的通道数也可以进行设定；多通道驱动过程中，既有高压、也有多通道同时正向驱动，而通过反向电流补偿，去除本身基底信号，保留真正的触摸信号；通过信号量形成一个新的矩阵，利用原有正交矩阵进行解码运算，得到各触摸节点实际信号的变化量可以降低扫描时间、提高信噪比、增强驱动能力。

在本发明的一个实施例中，还公开一种电容触摸屏多路驱动系统，包括驱动控制模块、采样控制模块和解码模块。

驱动控制模块：结合图1所示，S101根据实际触摸屏的参数，设定发射脉冲的个数、幅值以及同时发射的通道数N。S102根据S101设定的参数，同时对N路施加驱动电压，按正交的顺序进行驱动。其中在一个实施例中使用脉冲序列代替单个脉冲，可以很大地提高采样的信号量，以及增强抗噪的能力。

图2为脉冲序列的驱动过程，选取通道数N为4，脉冲的个数也为4，一般Walsh码矩阵完全正交，因此选取一个4*4的Walsh码矩阵进行驱动如下：

w1～w4代表通道，t1～t4代表时间，当t1时间给出设定的驱动电压以后，四个驱动波形如图2所示，四个通道都为正向驱动，整个设定的4个脉冲方向一致。其中S301为t1阶段驱动的波形；S302为t2阶段的驱动波形，可以发现整个脉冲序列w2、w4的通道，和w1、w3的通道完全相反，这就是按以上矩阵顺序输出的电压。同理，S303为t3阶段四个通道的驱动波形。S304为t4阶段驱动的波形。

假设t1时间所采样的原始数据为R1，而每个通道对整个原始数据所应有的贡献为R₁₁、R₂₁、R₃₁、R₄₁，可知R1＝R₁₁+R₂₁+R₃₁+R₄₁。

同理t2时间内R2＝R₁₂+R₂₂+R₃₂+R₄₂，t3时间内R3＝R₁₃+R₂₃+R₃₃+R₄₃，t4时间内R4＝R₁₄+R₂₄+R₃₄+R₄₄。

通过公式可以发现，R1、R2、R3、R4都是通过四个通道累积，并且本次实例驱动电压是脉冲序列，序列还可以根据实际需要的信号量进行设定。一般在采样过程中，这四个原始数据越大，电荷转移的越多，因此在采样过程中很容易导致内部电容出现饱和的情况，特别是t1阶段，四个通道全为正的情况下。

采样控制模块：由于以上面临的饱和问题，如S103设计采样时，增加电流反向补偿单元，对大部分的基础电荷进行补偿，而真正采样的电荷，完全可以反映实际触摸信号。

因此，如果考虑到补偿讯号，如t1、t2、t3、t4阶段的补偿讯号分别为C1、C2、C3、C4，那实际外部电容应该采样的数据为R1+C1、R2+C2、R3+C3、R4+C4。正是因为补偿掉一部分讯号，在解码计算时，不能按照一般使用采样原始数据进行，而是通过维持一个基准值B1、B2、B3、B4，通过基准值与原始数据运算，得到触摸时信号的变化量D1＝B1-R1、D2＝B2-R2、D3＝B3-R3、D4＝B4-R4。

整个测量过程中，R1、R2、R3、R4基本完全覆盖了信号的变化，使信号得到了充分的增强，而并不需要硬件过高的规格，提高了信噪比、运算、测量的精度。一次脉冲序列测量完成，还能极大的缩短采样时间。

解码模块：通过采样模块得到t1、t2、t3、t4的触摸信号变化量，通过Walsh码矩阵的正交特性，可以根据以下公式进行解码，得到实际每个通道所对应信号变化量d1、d2、d3、d4。

本发明一个实施例中，设计了驱动信号发生模块；为了解决正交矩阵多信号发射的信号小、原始值却很大的问题：提出以脉冲序列发射，代替单个脉冲，可以增强信号的变化量；发射的信号，可以根据具体的硬件需求，调整发射电压幅值、发射脉冲个数。驱动序列的顺序以正交矩阵为基础，驱动的通道数也可以进行设定。

本发明一个实施例中，设计了信号采样模块；一般在正交序列多通道驱动过程中，特别是第一拍全正序列发射时，往往存在内部积分电容饱和的问题。多通道驱动过程中，既有高压、也有多通道同时正向驱动，而通过反向电流补偿，去除本身基底信号，保留真正的触摸信号。

本发明一个实施例中，设计了解码模块；利用采样的原始数据以及在初始化过程中保存的基础数据进行比较运算，求得实际触摸的信号量；通过信号量形成一个新的矩阵，利用原有正交矩阵进行解码运算，得到各触摸节点实际信号的变化量。

在本发明的一个实施例中，还公开了一种存储介质和计算机软件，所述存储介质上存储有所述计算机软件，所述计算机软件被处理器执行时，实现如上所述的电容触摸屏多路驱动系统的实现方法的步骤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种电容触摸屏多路驱动系统的实现方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1根据实际触摸屏的参数，设定发射脉冲的个数、幅值以及通道数；

S2同时发射N路驱动电压，形成脉冲序列，其中N是通道数；

S3打开补偿开关，进行反向电流补偿；

S4打开测量开关对脉冲序列进行测量；

S5根据测量值以及基准值，计算信号值；

S6通过正交矩阵特征，求出各节点的信号变化量。

2.根据权利要求1所述电容触摸屏多路驱动系统的实现方法，其特征在于，所述S2中，所述N路驱动电压按正交的顺序进行驱动，其驱动信号形成正交。

3.根据权利要求1所述电容触摸屏多路驱动系统的实现方法，其特征在于，所述S2中，若以发射的脉冲序列为单位，则该单位的脉冲个数，由实际的信号需求大小确定。

4.根据权利要求1所述电容触摸屏多路驱动系统的实现方法，其特征在于，所述S2中，所述驱动电压由外部条件和信噪比要求确定。

5.一种电容触摸屏多路驱动系统，其特征在于，包括驱动控制模块、采样控制模块和解码模块，所述驱动控制模块根据实际触摸屏的参数，设定发射脉冲的个数、幅值以及同时发射的通道数N，同时对N路施加驱动电压，按正交的顺序进行驱动。

6.根据权利要求5所述电容触摸屏多路驱动系统，其特征在于，所述采样控制模块电流设置反向补偿单元，对大部分的基础电荷进行补偿，其加入反向补偿的电流大小和时间由实际屏幕本有电容值大小、驱动信号的电压、驱动信号单位脉冲序列个数、同时发射多少路驱动信号、以及触摸芯片内部的积分电容共同决定。

7.根据权利要求5所述电容触摸屏多路驱动系统，其特征在于，所述解码模块对采样模块得到的触摸信号变化量，通过Walsh码矩阵的正交特性，根据公式进行解码，得到实际每个通道所对应信号变化量。

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