CN113010040A - 一种可消除杂散电容的电容式触摸装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可消除杂散电容的电容式触摸装置，属于杂散电容侦测与消除技术领域。本发明一种可消除杂散电容的电容式触摸装置包括电容式触摸装置、自动控制开关器、可消除杂散电容模块、内置小电容、内置小电阻；在电容式触控技术上，习用技术的缺点以PCB版图来避免PCB之间产生的各种杂散电容,但在有限的PCB上实难达成，一方面要触控按键的区域面积，以取得较大的触控电容值，一方面又要有足够的面积铺地以减少外部干扰,而本发明创作解决了触控按键取得较大的区域面积，达到较大的触控电容值，而当不做触控按键时,触控按键区域又做为铺地面积以减少外部干扰。

Description

一种可消除杂散电容的电容式触摸装置
技术领域
本发明涉及杂散电容侦测与消除技术领域，具体为一种可消除杂散电容的电容式触摸装置。
背景技术
在产品市场上电容式触控已成为必要的功能,受限于按键次数与老化问题的传统按键,电容式触控势必成为产品市场上功能操作应用主流，但电容式触控应用市场产品多样,环境变化也多,因此电容式触控在产品设计上就会遇到许多问题,电容式触控感应是基于电容耦合原理的一种技术,因此在布板时就非常需要特别注意电容耦合时带来的干扰。
电容式触控在产品设计上就会遇到许多问题：
第一：一般电容式触控容易于外部环境的温度与湿度的变化,会影响电容式触控侦测的准确性,造成判断错误产生误动作,尤其是湿度变化最为明显。
第二：在PCB布板时就需要特别注意,主因是每个电容式触控位置不同,PCB走线的方式与走线的长度,以及走线易受接地端影响,造成CPCB电容值在每一个电容式触控按键都不同,因此产品设计时PCB布板设计困难度非常高。
第三：对触摸感应按键区域PCB板上的金属就是一个电容的极板，而周围金属铺地、金属地线、电源线、讯号线构成了另一个极板，而PCB材料本身或者PCB板上覆盖的介质,如玻璃,压克力板,塑料片等就是电容中间的绝缘体构成一个电容器,而电容式触控感应是基于侦测电容变化,因此PCB之间产生的各种杂散电容CS要特别注意。
习用解决上述问题,不外乎以消极的在PCB版图上来避免PCB之间产生的各种杂散电容,比如控制极板面积和极板距离。对触摸感应按键区域与新片之间走线的方式,触摸感应按键区域的大小、铺地的比例、感应走线的长度、宽度上，极板距离主要体现在走线与铺地的间距上。铺地形式及铺地间距铺地形式及铺地间距,以铺实地或网格地,触摸感应按键区域走线与信号线以及电源线要保持距离,不要在信号线附近保留死铜，避免意外的干扰。铺地比例增加降低了触摸灵敏度,建议在保证的触摸灵敏度下增加铺地比例。走线原则保证走线尽量细、短。触摸感应按键区域到芯片之间的连线,尽量避免与其它感应走线平行，防止触摸之间相互干扰。
习用解决方式如上述,皆以消极的在PCB版图上来避免PCB之间产生的各种杂散电容,而本发明之创作是以主动方式来消除杂散电容的一种装置与技术方法,降低CPCB杂散电容值增加触控感应Cfinger电容值的判断。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可消除杂散电容的电容式触摸装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种可消除杂散电容的电容式触摸装置，该装置包括电容式触摸装置、自动控制开关器、可消除杂散电容模块、内置小电容、内置小电阻；
所述电容式触摸装置用于进行触控侦测；所述自动控制开关器用于根据时序将相对应的脚位连接到电容式触摸装置，作为触控按键使用,并将剩余的触控按键对应的开关开启，连接到可消除杂散电容模块；所述可消除杂散电容模块用于根据自动控制开关器连接触摸按键到内置可消除杂散电容模块，减小PCB上的杂散电容，并使得每一个触控按键的杂散电容受到可消除杂散电容模块内串接内置小电容限制而接近；所述内置小电容用于与各种杂散电容形成串联对地，使各种杂散电容被减小并限制在内置小电容以下；
所述内置小电容为多个相同的小电容，记为Cin，所述内置小电阻为多个相同的小电阻，记为R，所述内置小电容与内置小电阻采取一对一方式进行并联连接；所述可消除杂散电容模块与自动控制开关器串联连接。
透过触摸自动控制开关器，当触控按键不做为电容侦测时,将自动控制开关器为开启状态，以达到消除杂散电容，进而得到较高的侦测分辨率。
根据上述技术方案，所述可消除杂散电容模块中设置有多个开关，分别记为SWA、SWB、SWC……；所述SWA、SWB、SWC……中的每个开关分别包括接触点1、接触点2；
所述接触点1为开关开启状态下的接触点，用于在其对应的触控按键不进行触控侦测时直接和电容Cin与并联的电组R导通落地；所述接触点2为其对应的触控按键进行触控侦测时的接触点。
根据上述技术方案，所述电容式触摸装置中设置有芯片，芯片中设置有多个引脚，分别记为TKA、TKB、TKC……；其中，每个引脚分别与可消除杂散电容模块中的多个开关SWA、SWB、SWC……对应连接。
根据上述技术方案，所述触控按键为电容式触摸装置中芯片的引脚，在芯片开启触控按键侦测前，需针对开启的触控按键先进行引脚选择，并告知自动控制开关器选择的脚位，自动开关器将依时序设置将相对应的脚位转为触控按键使用。
根据上述技术方案，所述触控按键不存在触控侦测的顺序，而是通过软件设置扫描时序来进行顺序控制。
根据上述技术方案，该装置进行消除杂散电容包括如下步骤：
S1、根据软件设置，芯片选择任一触控按键进行侦测，在侦测前，将选择的触控按键的脚位告知自动控制开关器；
S2、自动控制开关器将相对应的脚位转为触控按键使用,并将剩余的触控按键的开关开启直接与内置小电容和并联的内置小电阻导通落地；
S3、此时所有未进行触控侦测的触控按键区域，产生杂散电容Cs与Cpx将与对应的内置小电容Cin和并联的内置小电组R行成串联回路并导通落地；
S4、选定的触控按键进行侦测动作，芯片开启数模转换，将取得触摸的电容数值转换为数字信号；等待一段时间,触控按键侦测值完成并稳定后,芯片读取触控值；
S5、芯片关闭当前触控按键侦测动作，选择下一个触控按键侦测，并重复步骤S1到S4。
根据上述技术方案，在步骤S3中，所述杂散电容Cs为没有触控按键按下时,触控按键感应区域与电路板之间产生的各种杂散电容。
根据上述技术方案，在步骤S3中，所述Cpx为利用电路板制造的一个电容，将电容式触摸装置上的触控点与相邻的触控点更为紧密相邻，将电场电荷转换至Cpx,使得Cpx在杂散电容占比较高，而Cpx与可消除杂散电容装置中的内置小电容Cin与杂散电容Cs的串联对地回路，消除掉Cpx，提升信噪比效果明显。
根据上述技术方案，在步骤S3中，所述Cpx大于杂散电容Cs两倍或以上。
在PCB上,利用PCB Layout版图的方式，将电容式触摸装置上的触控点与相邻触控点之间，绘制出紧邻于相邻触控点，以此来创造出新增加寄生电容Cpx，其目的在于能将触控点与触控点之间的Cs杂散电容，更有效的将电场电核转移至Cpx上,同時也增加了单一时间侦测触控按键的区域,而绘制出紧邻于相邻触控点越长越好,Cpx与Cs为并联的方式,要消除杂散电容Cs需确保Cpx要远大于Cs，其效果更加显著。
根据上述技术方案，在步骤S4中，所述触控按键侦测值完成并稳定指利用软件对波形进行跟踪，当其在一定的通道内保持稳定且持续时间为T时，即可读取触控值。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1、整合于单一IC芯片内部之触控按键电容侦测装置,每一个触摸感应按键皆可消除杂散电容,当其中一个做为触摸感应按键时,其他的触摸感应按键与区域,将做为消除杂散电容装置；
2、利用消除杂散电容装置,使每一个做为触摸感应按键时,侦测触控值都能达到接近,不受PCB杂散电容影响；
3、当需要侦测的触控按键被开启时，其他的触控按键会自动开启消除杂散电容装置；
4、当使用多个触控按键形成一块矩形触摸感应区域，无须担心矩形触摸感应区域的整体寄生电容,在不同的位置上会有不同的结果；
5、不须固定铺地方式增加铺地面积，在其他的触控按键自动开启消除杂散电容装置时,在其他的触控按键的区域，将成为对地连接区域；
6、在触控按键的区域面积内，每个周期都同时具有一个触控有效感应面积及相邻的铺地面积，而每一个使用相邻触控通道互为铺地。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种可消除杂散电容的电容式触摸装置的示意图；
图2是本发明一种可消除杂散电容的电容式触摸装置在手指触摸时的电容示意图；
图3是本发明一种可消除杂散电容的电容式触摸装置的实施例中TKC为触控按键时的示意图；
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
请参阅图1-3，本发明提供技术方案：一种可消除杂散电容的电容式触摸装置，该装置包括电容式触摸装置、自动控制开关器、可消除杂散电容模块、内置小电容、内置小电阻；
所述电容式触摸装置用于进行触控侦测；所述自动控制开关器用于根据时序将相对应的脚位连接到电容式触摸装置，作为触控按键使用,并将剩余的触控按键对应的开关开启，连接到可消除杂散电容模块；所述可消除杂散电容模块用于根据自动控制开关器连接触摸按键到内置可消除杂散电容模块，减小PCB上的杂散电容，并使得每一个触控按键的杂散电容受到可消除杂散电容模块内串接内置小电容限制而接近；所述内置小电容用于与各种杂散电容形成串联对地，使各种杂散电容被减小并限制在内置小电容以下；
所述内置小电容为多个相同的小电容，记为Cin，所述内置小电阻为多个相同的小电阻，记为R，所述内置小电容与内置小电阻采取一对一方式进行并联连接；所述可消除杂散电容模块与自动控制开关器串联连接。
所述可消除杂散电容模块中设置有多个开关，分别记为SWA、SWB、SWC……；所述SWA、SWB、SWC……中的每个开关分别包括接触点1、接触点2；
所述接触点1为开关开启状态下的接触点，用于在其对应的触控按键不进行触控侦测时直接和电容Cin与并联的电组R导通落地；所述接触点2为其对应的触控按键进行触控侦测时的接触点。
所述电容式触摸装置中设置有芯片，芯片中设置有多个引脚，分别记为TKA、TKB、TKC……；其中，每个引脚分别与可消除杂散电容模块中的多个开关SWA、SWB、SWC……对应连接。
所述触控按键为电容式触摸装置中芯片的引脚，在芯片开启触控按键侦测前，需针对开启的触控按键先进行引脚选择，并告知自动控制开关器选择的脚位，自动开关器将依时序设置将相对应的脚位转为触控按键使用。
所述触控按键不存在触控侦测的顺序，而是通过软件设置扫描时序来进行顺序控制。
该装置进行消除杂散电容包括如下步骤：
S1、根据软件设置，芯片选择任一触控按键进行侦测，在侦测前，将选择的触控按键的脚位告知自动控制开关器；
S2、自动控制开关器将相对应的脚位转为触控按键使用,并将剩于的触控按键的开关开启直接与内置小电容和并联的内置小电阻导通落地；
S3、此时所有未进行触控侦测的触控按键区域，产生杂散电容Cs与Cpx将与对应的内置小电容Cin和并联的内置小电组R行成串联回路并导通落地；
S4、选定的触控按键进行侦测动作，芯片开启数模转换，将取得触摸的电容数值转换为数字信号；等待一段时间,触控按键侦测值完成并稳定后,芯片读取触控值；
S5、芯片关闭当前触控按键侦测动作，选择下一个触控按键侦测，并重复步骤S1到S4。
在步骤S3中，所述杂散电容Cs为没有触控按键按下时,触控按键感应区域与电路板之间产生的各种杂散电容。
在步骤S3中，所述Cpx为利用电路板制造的一个电容，将电容式触摸装置上的触控点与相邻的触控点更为紧密相邻，将电场电荷转换至Cpx,使得Cpx在杂散电容占比较高，而Cpx与可消除杂散电容装置中的内置小电容Cin与杂散电容Cs的串联对地回路，消除掉Cpx，提升信噪比效果明显。
在步骤S3中，所述Cpx大于杂散电容Cs两倍或以上。
在步骤S4中，所述触控按键侦测值完成并稳定指利用软件对波形进行跟踪，当其在一定的通道内保持稳定且持续时间为T时，即可读取触控值。
在本实施例中，如图3所示，设置有MCU芯片，选取其五个脚位，分别为TKA、TKB、TKC、TKD、TKE；相对应的开关SWA、SWB、SWC、SWD、SWE；内置小电容为Cin，内置小电阻为R；在本实施例中，所有触控按键并无要求触控侦测的顺序,其中MCU所指定的触控按键为TKC，并设置下一个触控按键为TKD；因此进行以下步骤：
1、在MCU开启TKC触控按键侦测前，对开启的触控按键先进行TKC选择,并告知自动控制开关器TKC所需侦测触控按键的脚位，自动控制开关器依设置将相对应的TKC脚位转为触控按键使用，并将剩于的触控按键的开关开启直接与内置小电容Cin与并联的内置小电组R导通落地；
2、此时所有未进行触控侦测的触控按键区域,所产生的杂散电容Cs与电路板制造的一个电容Cpx与电容Cin和并联的电组R行成串联回路并导通落地，由于电容Cin远小于杂散电容Cs与Cpx电容值，因此串联后的整个回路的电容值将小于电容Cin；
3、选定的触控按键TKC进行侦测动作，芯片开启数模转换，将取得触摸的电容数值转换为数字信号；等待一段时间,触控按键侦测值完成并稳定后,芯片读取触控值；
4、MCU关闭SWC触控按键侦测动作，指向下一个触控按键TKD侦测，并告知自动控制开关器TKD为侦测触控按键的脚位，自动控制开关器将依设置将相对应的TKD脚位转为触控按键使用，并将SWC的触控按键的开关开启直接与电容Cin与并联的电组R导通落地，重复步骤1-3即可。
本发明的工作原理：本发明一种可消除杂散电容的电容式触摸装置，可适用于一般的电容式触控架构,其工作原理在于电容式触摸装置内使用一内置小电容，利用内置小电容与各种杂散电容形成串联对地，利用内置小电容经过电容串联之后使各种杂散电容被减小，由于各种杂散电容需要透过其他触控按键感应区域来形成内置小电容与各种杂散电容串联对地,因此则需利用PCB制造一个电容Cpcb来完成这个回路，最后进行数模转换后，利用软件进行波形追踪，稳定后读取数值。
需要说明的是，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。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可消除杂散电容的电容式触摸装置，其特征在于：该装置包括电容式触摸装置、自动控制开关器、可消除杂散电容模块、内置小电容、内置小电阻；
所述电容式触摸装置用于进行触控侦测；所述自动控制开关器用于根据时序将相对应的脚位连接到电容式触摸装置，作为触控按键使用,并将剩余的触控按键对应的开关开启，连接到可消除杂散电容模块；所述可消除杂散电容模块用于根据自动控制开关器连接触摸按键到内置可消除杂散电容模块，减小PCB上的杂散电容，并使得每一个触控按键的杂散电容受到可消除杂散电容模块内串接内置小电容限制而接近；所述内置小电容用于与各种杂散电容形成串联对地，使各种杂散电容被减小并限制在内置小电容以下；
所述内置小电容为多个相同的小电容，记为Cin，所述内置小电阻为多个相同的小电阻，记为R，所述内置小电容与内置小电阻采取一对一方式进行并联连接；所述可消除杂散电容模块与自动控制开关器串联连接。
2.根据权利要求1所述的一种可消除杂散电容的电容式触摸装置，其特征在于：所述可消除杂散电容模块中设置有多个开关，分别记为SWA、SWB、SWC……；所述SWA、SWB、SWC……中的每个开关分别包括接触点1、接触点2；
所述接触点1为开关开启状态下的接触点，用于在其对应的触控按键不进行触控侦测时直接和电容Cin与并联的电组R导通落地；所述接触点2为其对应的触控按键进行触控侦测时的接触点。
3.根据权利要求2所述的一种可消除杂散电容的电容式触摸装置，其特征在于：所述电容式触摸装置中设置有芯片，芯片中设置有多个引脚，分别记为TKA、TKB、TKC……；其中，每个引脚分别与可消除杂散电容模块中的多个开关SWA、SWB、SWC……对应连接。
4.根据权利要求3所述的一种可消除杂散电容的电容式触摸装置，其特征在于：所述触控按键为电容式触摸装置中芯片的引脚，在芯片开启触控按键侦测前，需针对开启的触控按键先进行引脚选择，并告知自动控制开关器选择的脚位，自动控制开关器将依时序设置将相对应的脚位转为触控按键使用。
5.根据权利要求4所述的一种可消除杂散电容的电容式触摸装置，其特征在于：所述触控按键不存在触控侦测的顺序，而是通过软件设置扫描时序来进行顺序控制。
6.根据权利要求1所述的一种可消除杂散电容的电容式触摸装置，其特征在于：该装置进行消除杂散电容包括如下步骤：
S1、根据软件设置，芯片选择任一触控按键进行侦测，在侦测前，将选择的触控按键的脚位告知自动控制开关器；
S2、自动控制开关器将相对应的脚位转为触控按键使用,并将剩余的触控按键的开关开启直接与内置小电容和并联的内置小电阻导通落地；
S3、此时所有未进行触控侦测的触控按键区域，产生杂散电容Cs与Cpx将与对应的内置小电容Cin和并联的内置小电组R行成串联回路并导通落地；
S4、选定的触控按键进行侦测动作，芯片开启数模转换，将取得触摸的电容数值转换为数字信号；等待一段时间,触控按键侦测值完成并稳定后,芯片读取触控值；
S5、芯片关闭当前触控按键侦测动作，选择下一个触控按键侦测，并重复步骤S1到S4。
7.根据权利要求6所述的一种可消除杂散电容的电容式触摸装置，其特征在于：在步骤S3中，所述杂散电容Cs为没有触控按键按下时,触控按键感应区域与电路板之间产生的各种杂散电容。
8.根据权利要求6所述的一种可消除杂散电容的电容式触摸装置，其特征在于：在步骤S3中，所述Cpx为利用电路板制造的一个电容，将电容式触摸装置上的触控点与相邻的触控点更为紧密相邻，将电场电荷转换至Cpx,使得Cpx在杂散电容占比较高，而Cpx与可消除杂散电容装置中的内置小电容Cin与杂散电容Cs的串联对地回路，消除掉Cpx，提升信噪比效果明显。
9.根据权利要求6所述的一种可消除杂散电容的电容式触摸装置，其特征在于：在步骤S3中，所述Cpx大于杂散电容Cs两倍或以上。
10.根据权利要求6所述的一种可消除杂散电容的电容式触摸装置，其特征在于：在步骤S4中，所述触控按键侦测值完成并稳定指利用软件对波形进行跟踪，当其在一定的通道内保持稳定且持续时间为T时，即可读取触控值。
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