CN109582176A - 一种触摸屏抗噪声方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种触摸屏抗噪声方法及装置。所述触摸屏抗噪声方法包括：接收无触摸状态下的参考模拟信号，对所述参考模拟信号进行采样，得到参考采样值；根据任意相邻的至少三个所述参考采样值，得到参考函数；对模拟信号进行采样，并根据所述参考函数，计算得到采样点对应的参考值；计算所述采样点的采样值与所述对应的参考值的偏差，将所述偏差与偏差阈值比较；以及若所述偏差小于或等于所述偏差阈值，将所述采样值作为有效数据；若所述偏差大于所述偏差阈值，用所述参考值取代所述采样值并作为有效数据。上述方法操作简单、便于实现，占用硬件资源少，处理速度快，且不受扫描信号长度影响，可以完成任意长度信号的计算。

Description

一种触摸屏抗噪声方法及装置

技术领域

本发明涉及触控技术领域，特别涉及一种触摸屏抗噪声方法及装置。

背景技术

触控技术，是在移动终端设备中广泛使用的用于人机交互的技术。在触屏控制检测系统中，共模噪声是影响系统性能的一个重要问题。例如，移动终端设备的充电器，很容易产生共模噪声。较强的共模噪声，会明显影响系统对触摸控制的响应能力，更严重的，会导致触控失效。因此，抗噪声能力，直接影响着终端用户体验，是评价系统性能的一个重要指标。

在没有受到共模噪声的情况下，用一段正弦信号作为激励施加到触摸屏的驱动端，在触摸屏的感应端，经由触控芯片的模数转换器(ADC，Analog-to-Digital Converter)采样，就会接收到一组经过幅度调制的正弦信号。该信号经过解调，就可以还原出待检测的触摸信息。如果受到共模噪声，则在触摸屏的感应端，就可能无法接收到单一正弦信号，而是一段包含了抖动的采样信号。该信号经过解调，就可能无法准确还原待检测的触摸信息。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种触摸屏抗噪声方法及装置，从而消除或有效减小共模噪声，消除或降低共模噪声对触摸位置检测的影响。

根据本发明的一方面，提供一种触摸屏抗噪声方法，包括：接收无触摸状态下的参考模拟信号，对所述参考模拟信号进行采样，得到参考采样值；根据任意相邻的至少三个所述参考采样值，得到参考函数；对模拟信号进行采样，并根据所述参考函数，计算得到采样点对应的参考值；计算所述采样点的采样值与所述对应的参考值的偏差，将所述偏差与偏差阈值比较；以及若所述偏差小于或等于所述偏差阈值，将所述采样值作为有效数据；若所述偏差大于所述偏差阈值，用所述参考值取代所述采样值并作为有效数据。

优选地，所述参考采样值表示为：

a sinωt₀+C,a sinωt₁+C,…a sinωt_n+C,…；

其中，a表示正弦波的幅度，C是模拟/数字信号转换带来的直流失调值，n为采样时刻，n＝0、1、2…；a sinωt₀+C表示在t₀时刻的参考采样值，即在t₀时刻对所述参考模拟信号采样得到的所述参考采样值，为第一个所述参考采样值；a sinωt₁+C表示在t₁时刻的参考采样值，即在t₁时刻对所述参考模拟信号采样得到的所述参考采样值，为第二个参考采样值；a sinωt_n+C表示在t_n时刻的参考采样值，即在t_n时刻对所述参考模拟信号采样得到的所述参考采样值，为第n+1个所述参考采样值。

优选地，根据所述任意相邻的至少三个所述参考采样值 x_n＝a sin(ωt_n)+C、表示出相邻的下一个所述参考采样值为：

其中,f是扫描信号的频率，T为采样周期；表示在t_n-1时刻对所述参考模拟信号采样得到的所述参考采样值，用x_n-1表示；a sin(ωt_n)+C表示在t_n时刻对所述参考模拟信号采样得到的所述参考采样值，用x_n表示；表示在t_n-1时刻对所述参考模拟信号采样得到的所述参考采样值，用x_n+1表示；根据x_n-1、x_n、x_n+1三个相邻的所述参考采样值，在t_n+2时刻对所述参考模拟信号采样得到的所述参考采样值表示为用x_n+2表示。,

优选地，根据所述参考采样值，得到所述参考函数表示为：

asinωt+C

其中，t表示时刻。

优选地，根据所述参考模拟信号的前三个所述参考采样值，得到参考函数。

优选地，所述触摸屏抗噪声方法涉及到多个工作频率，根据不同的需求，选择不同的采样频率，在每种所述不同的采样频率下，会单独利用所述触摸屏抗噪声方法，生成独立的所述参考函数。

优选地，所述偏差阈值为可调参数，根据不同的需求，对所述偏差阈值进行设置。

优选地，根据所述有效数据进行触摸信息处理，得到触摸位置。

根据本发明的另一方面，提供一种触摸屏抗噪声装置，包括：采样模块，对参考模拟信号和模拟信号进行采样，并将采样得到的数据传输至运算模块；运算模块，接收所述采样模块传输来的所述数据并进行运算处理，并将通过运算得到的偏差传输至判断模块；判断模块，接收所述运算模块传输来的所述偏差，判断所述偏差是否超出偏差阈值；控制模块，用于控制所述采样模块、所述运算模块和所述判断模块中的至少一个模块。

优选地，所述运算模块包括：函数生成单元，根据参考采样值，生成参考函数；计算单元，计算采样点对应的参考值、计算采样值与参考值的偏差。

本发明提供的实施例具有以下优点或有益效果：通过生成参考函数以及进行相关运算，用参考值代替偏差大的采样数据来降低共模噪声的影响，该方法操作简单，占用硬件资源占用小。

本发明提供的实施例具有以下优点或有益效果：可以对偏差阈值进行设置，针对不同的实际情况，可以设置为不同的偏差阈值，适用性高。

本发明提供的实施例具有以下优点或有益效果：不需要直流失调值C参与计算，利用至少三个参考采样值生成参考函数，处理速度快，不受扫描信号长度影响，可以完成任意长度信号的计算，此外参考采样值可以准确的采集与获取，便于系统的实现。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的触摸屏抗噪声方法的流程图；

图2示出了根据本发明实施例的未受到噪声干扰的信号波形；

图3示出了根据本发明实施例的受到噪声干扰的信号波形；

图4示出了根据本发明实施例的经过噪声消除的信号波形；

图5示出了根据本发明实施例的抗噪声的效果对比图；

图6示出了根据本发明实施例的触摸屏抗噪声装置的示意图；

图7示出了根据本发明实施例的触摸屏抗噪声装置的示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

图1示出了根据本发明实施例的触摸屏抗噪声方法的流程图，具体包括以下步骤：

在步骤S101中，利用任意相邻三点参考采样值，生成参考函数；

在步骤S102中，利用参考函数为每一个模数转换器采样值计算参考值；

在步骤S103中，计算每个采样值和对应的参考值的偏差；

在步骤S104中，判断偏差是否大于偏差阈值，若是，则执行步骤S105；若否，执行步骤S106；

在步骤S105中，用参考值取代采样值，并作为有效数据；

在步骤S106中，采样值作为有效数据；

在步骤S107中，用有效数据进行触摸检测。

在本发明的一个实施例中，利用已知正弦信号(参考模拟信号)上任意相邻三点参考采样值，生成参考函数。利用参考函数为每一个模数转换器采样值计算参考值；计算每个采样值和对应的参考值的偏差，；利用计算得到的偏差判断当前数据是否受到较强噪声影响。如果偏差大于偏差阈值，则判断当前数据受到了较强噪声影响，用参考值取代采样值，并把参考值作为有效数据；如果偏差小于或等于偏差阈值，则判断当前数据没有受到较强噪声影响，将采样值作为有效数据。利用有效数据进行触摸检测。

在本发明的一个具体实施例中，在无触摸状态下，向触摸屏施加一正弦驱动信号，并接收触摸屏的模拟信号，由触控芯片中的模数转换器对触摸屏的模拟信号进行采样，得到一组正弦信号采样值。

该正弦信号可以表示为：

Asinωt+C

其中，A是正弦波的幅度，C是模拟/数字信号转换带来的直流失调值。

该正弦信号上的采样值可以表示为：

a sinωt₀+C,a sinωt₁+C,…a sinωt_n+C,…

由于模数转换器的每个采样点的采样时间间隔相等，所以对任意两个相邻的采样点，均有可以得知为一定值，且的值由模数转换器采样时钟决定，对于触控系统，是系统已知值。因此，可以对所有任意相邻的三个采样值作如下表示：

x_n＝a sin(ωt_n)+C (2)

根据上面四个公式(1)、(2)、(3)、(4)可以通过计算得到：

在公式(5)中，是相邻采样点之间的相位差。在模数转换器时钟频率确定的情况下，为一定值，其中，f是扫描正弦波的频率，T是模数转换器的采样周期，n为采样时刻。

也就是说，在已知相邻两个采样点的相位差的情况下，如果已知任意相邻的三个采样点的参考值，就可以由公式(5)计算得出第四点的参考值。进一步的推广，如果已知任意相邻的三个采样点的参考值，则可以由公式(5)递推计算出所有采样点的参考值。所有的参考值可以组成一个标准的参考正弦波。

上述实施例提供的触摸屏抗噪声方法，使用参考值取代偏差较大的采样值，算法简单，计算得到的参考值所引入的计算偏差要远小于噪声引入的偏差。而且该方法不受扫描检测长度的影响，可以完成任意长度参考值的计算，该方法以很小的代价实现了时域上的噪声消除。

在本发明的一个实施例中，向触摸屏施加一余弦驱动信号，接收无触摸状态下触摸屏反馈的参考模拟信号，模数转换器对参考模拟信号进行采样，得到一组余弦信号参考采样值，利用参考采样值生成参考函数。

在本发明的一个实施例中，触控芯片有多个工作频率。针对每一种工作频率，会有相应的采样频率，以及会单独生成一种参考函数。

在本发明的一个实施例中，采集参考值生成参考函数时的采样频率可以和使用时的采样频率不同。

在本发明的一个实施例中，通过前三个采样点的参考值，递推计算出所有采样点的参考值。所有的参考值可以组成一个标准的参考正弦波。前三个采样点的参考值称为初始参考值X₀、X₁、X₂。初始参考值可通过正常工作模式中的扫描测试预先获取，获取每个感应通道的前三个初始采样数据并作为初始参考值并进行存储。

在本发明的一个实施例中，偏差阈值为一个确定的数值，并且可以对偏差阈值的具体数值进行设定。计算采样值和对应的参考值的偏差，比较偏差和偏差阈值的数值大小，如果偏差大于偏差阈值，则判断当前数据受到了较强噪声影响，用参考值取代采样值，并把参考值作为有效数据；如果偏差小于或等于偏差阈值，则判断当前数据没有受到较强噪声影响，将采样值作为有效数据。

在本发明的一个实施例中，在无触摸状态下，得到参考函数。模数转换器对触摸屏的感应信号进行采样，采集到的数据为采样值。然后利用参考函数计算得到与采样值对应的参考值，每一个采样值都得到与之对应的参考值。进一步计算每个采样值与相应参考值的偏差大小，并得到偏离百分数。对于某个采样点来说，采样值数值与相应参考值数值的差值的绝对值，除以相应参考值数值的绝对值，得到的数值换算成百分数，就是该采样点的偏离百分数。在没有共模噪声的情况下,由触摸引起的变化量相比于参考值变化较小，典型情况下有不超过10％的偏离。即在没有噪声干扰的情况下，得到的偏离百分数应该均小于或等于百分之十。

在本发明的一个实施例中，偏差阈值以百分数的形式表示。具体偏差阈值的选取可在实际设计中，综合考虑触摸屏数据处理系统的精度以及噪声情况等进行调整，偏差阈值选取过小，抗噪声能力强，但有可能会引起触摸和噪声的误判断；偏差阈值选取过大，误判率低，但有可能降低系统的抗噪能力。选择偏差阈值的范围为参考正弦波幅度的20％～50％。在此范围内再选择合适的偏差阈值。将计算得到的偏离百分数与偏差阈值做比较，如果某个采样点的偏离百分数小于或等于设定的偏差阈值，则认为此时没有共模噪声，或共模噪声较小在可接受的范围。在这种情况下，保存采样数据并作为有效数据，等候进一步处理；如果某个采样点的偏离百分数大于设定的偏差阈值，则认为此时有较大的共模噪声，用对应的参考值取代采样值作为有效数据，等候进一步处理。

在本发明的一个实施例中，共模噪声足够强，致使绝大部分的偏离百分数大于设定的偏差阈值，这些点的采样值都会被替换成对应的参考值。在这种情况下，触控芯片将不会正常上报触摸点，但是可以有效防止强噪声引起的乱报触摸点现象，避免整个设备出现不可预知的问题。

在本发明的一个实施例中，将有效信息用于触摸信息处理，计算得到触摸位置。

图2示出了根据本发明实施例的未受到噪声干扰的信号波形。

图3示出了根据本发明实施例的受到噪声干扰的信号波形。

图4示出了根据本发明实施例的经过噪声消除的信号波形。

图5示出了根据本发明实施例的抗噪声效果对比图；

结合图2、图3、图4中的信号波形图以及图5的抗噪声效果对比图，对触摸屏抗噪声方法进行描述。其中，信号波形1表示在有触摸的情况下，且未受到噪声干扰时，触摸屏感应端获得的信号波形；信号波形2表示在有触摸的情况下，且存在有噪声干扰时，触摸屏感应端获得的信号波形；信号波形3表示信号波形2经过噪声消除后得到的信号波形。

在本发明的一个实施例中，在无触摸的情况下，得到参考函数，并设定偏差阈值。在有触摸的情况下，未受到噪声干扰时触摸屏的信号波形1如图2所示。当存在有噪声干扰时，触摸屏的信号波形2受到干扰，信号波形2如图3所示。模数转换器对图3所示的信号波形2按照固定的频率进行采样，得到采样值，采样值的大小表示该点波形的幅度。然后利用参考函数，为每一个模数转换器采样值计算对应的参考值，以及计算采样值与参考值的差值。比较差值与偏差阈值，如果偏差小于或等于设定的偏差阈值，则保留采样值并作为有效数据；如果偏差大于设定的偏差阈值，则用对应的参考值取代采样值作为有效数据。经过抗噪声处理得到的有效数据以波形图的方式体现，为如图4所示的经过噪声消除的信号波形3。将经过抗噪声处理的有效数据应用于触摸检测。

如图5所示，信号波形2为受到噪声干扰，未进行抗噪声处理的信号波形；信号波形3为对信号波形2进行抗噪声处理后得到的信号波形。可以看到，经过抗噪声处理的信号波形3更加接近如图2所示的未受到噪声干扰的信号波形1，实现减弱噪声的目的，有效消除了共模噪声引起的干扰。

图6示出了根据本发明实施例的触摸屏抗噪声装置的示意图。所述触摸屏抗噪声装置包括采样模块21、运算模块22、判断模块23和控制模块24。

在本发明的一个实施例中，触摸屏抗噪声装置包括有采样模块21、运算模块22、判断模块23和控制模块24。采样模块21用于采集信息。采样模块21在无触摸的状态下，对触摸屏传递过来的正弦信号进行采样。按照一固定的频率采集得到采样，这种情况下得到的采样数据称为参考值，将参考值数据传递给运算模块22。运算模块22使用任意三个相邻的参考值，通过运算得到触摸屏传递过来的正弦信号的表达函数，该表达函数称为参考函数。在得到参考函数后，采样模块21继续对触摸屏传递过来的信号进行采样。按照与之前相同的固定频率对信号进行采样得到采样值，并将采样值数据传递给运算模块22。运算模块22利用参考函数，为每一个采样值计算对应的参考值。得到采样值和对应的参考值后，运算模块22计算每一个采样值和对应的参考值的偏差。运算模块22将采样值、参考值以及采样值与参考值的偏差传递给判断模块23用于判断。对于抗噪声装置，会提前设置一个具体的偏差阈值，判断模块23会使用偏差阈值进行判断。判断模块23在接收到某一采样点采样值与参考值的偏差后，将偏差与偏差阈值进行比较，如果偏差小于或等于偏差阈值，则判定此时没有噪声或噪声处于可接受范围内，将采样值作为有效数据；如果偏差大于偏差阈值，则判定此时存在较为严重的噪声干扰，用参考值取代采样值，并将参考值作为有效数据。抗噪声装置中的控制模块24用于控制采样模块21、运算模块22以及判断模块23。

在本发明的一个实施例中，运算模块22计算每一个采样值和对应的参考值的偏差，并得到偏离百分数。对于某个采样点来说，采样值数值与相应参考值数值的差值的绝对值，除以相应参考值数值的绝对值，得到的数值换算成百分数，就是该采样点的偏离百分数。对于抗噪声装置，会提前设置一个具体的以百分数形式表示的偏差阈值，判断模块23会使用偏差阈值进行判断。判断模块23在接收到某一采样点的偏离百分数后，将偏离百分数与偏差阈值进行比较，如果偏离百分数小于或等于偏差阈值，则判定此时没有噪声或噪声处于可接受范围内，将采样值作为有效数据；如果偏离百分数大于偏差阈值，则判定此时存在较为严重的噪声干扰，用参考值取代采样值，并将参考值作为有效数据。

在本发明的一个实施例中，运算模块22对经过抗噪声处理得到的有效数据进行处理，通过运算确定出触摸位置。

在本发明的一个实施例中，在无触摸状态下，采样模块21对触摸屏传递过来的正弦信号进行采样，并将采样结果作为参考值传递给运算模块22。运算模块22使用序列中前三个参考值，通过运算生成参考函数。

在本发明的一个实施例中，采样模块21有多个工作频率，控制模块24会在采样模块21在进行采样前，确定具体的工作频率，并控制采样模块21以选定的工作频率工作。

图7示出了根据本发明实施例的触摸屏抗噪声装置的示意图。所述触摸屏抗噪声装置中的运算模块22包括有函数生成单元221和计算单元222。

在本发明的一个实施例中，触摸屏抗噪声装置包括有运算模块22。运算模块22又包括函数生成单元221和计算单元222。函数生成单元221根据参考值，通过运算生成参考函数。计算单元222运用函数生成单元221生成的参考函数，通过计算得到采样点对应的参考值；以及计算采样值与参考值的偏差和偏离百分数。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种触摸屏抗噪声方法，其特征在于，包括：

接收无触摸状态下的参考模拟信号，对所述参考模拟信号进行采样，得到参考采样值；

根据任意相邻的至少三个所述参考采样值，得到参考函数；

对模拟信号进行采样，并根据所述参考函数，计算得到采样点对应的参考值；

计算所述采样点的采样值与所述对应的参考值的偏差，将所述偏差与偏差阈值比较；以及

若所述偏差小于或等于所述偏差阈值，将所述采样值作为有效数据；若所述偏差大于所述偏差阈值，用所述参考值取代所述采样值并作为有效数据。

2.根据权利要求1所述的触摸屏抗噪声方法，其特征在于，所述参考采样值表示为：

a sinωt₀+C,a sinωt₁+C,…a sinωt_n+C,…；

其中，a表示正弦波的幅度，C是模拟/数字信号转换带来的直流失调值；n为采样时刻，n＝0、1、2…，t_n表示第n个采样时刻；

a sinωt₀+C表示在t₀时刻的参考采样值，即在t₀时刻对所述参考模拟信号采样得到的所述参考采样值，为第一个所述参考采样值；

a sinωt₁+C表示在t₁时刻的参考采样值，即在t₁时刻对所述参考模拟信号采样得到的所述参考采样值，为第二个参考采样值；

a sinωt_n+C表示在t_n时刻的参考采样值，即在t_n时刻对所述参考模拟信号采样得到的所述参考采样值，为第n+1个所述参考采样值。

3.根据权利要求2所述的触摸屏抗噪声方法，其特征在于，根据所述任意相邻的至少三个所述参考采样值x_n＝a sin(ωt_n)+C、表示出相邻的下一个所述参考采样值为：

其中,f是扫描信号的频率，T为采样周期；

表示在t_n-1时刻对所述参考模拟信号采样得到的所述参考采样值，用x_n-1表示；asin(ωt_n)+C表示在t_n时刻对所述参考模拟信号采样得到的所述参考采样值，用x_n表示；表示在t_n-1时刻对所述参考模拟信号采样得到的所述参考采样值，用x_n+1表示；根据x_n-1、x_n、x_n+1三个相邻的所述参考采样值，在t_n+2时刻对所述参考模拟信号采样得到的所述参考采样值表示为 用x_n+2表示。

4.根据权利要求3所述的触摸屏抗噪声方法，其特征在于，根据所述参考采样值，得到所述参考函数表示为：

a sinωt+C

其中，t表示时刻。

5.根据权利要求1所述的触摸屏抗噪声方法，其特征在于，根据所述参考模拟信号的前三个所述参考采样值，得到参考函数。

6.根据权利要求1所述的触摸屏抗噪声方法，其特征在于，所述触摸屏抗噪声方法涉及到多个工作频率，根据不同的需求，选择不同的采样频率，在每种所述不同的采样频率下，会单独利用所述触摸屏抗噪声方法，生成独立的所述参考函数。

7.根据权利要求1所述的触摸屏抗噪声方法，其特征在于，所述偏差阈值为可调参数，根据不同的需求，对所述偏差阈值进行设置。

8.根据权利要求1所述的触摸屏抗噪声方法，其特征在于，根据所述有效数据进行触摸信息处理，得到触摸位置。

9.一种触摸屏抗噪声装置，其特征在于，包括：

采样模块，对参考模拟信号和模拟信号进行采样，并将采样得到的数据传输至运算模块；

运算模块，接收所述采样模块传输来的所述数据并进行运算处理，并将通过运算得到的偏差传输至判断模块；

判断模块，接收所述运算模块传输来的所述偏差，判断所述偏差是否超出偏差阈值；

控制模块，用于控制所述采样模块、所述运算模块和所述判断模块中的至少一个模块。

10.根据权利要求9所述的抗噪声装置，其特征在于，所述运算模块包括：

函数生成单元，根据参考采样值，生成参考函数；

计算单元，计算采样点对应的参考值、计算采样值与参考值的偏差。