CN113671258A - 一种触摸屏通道短路电阻测量电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种触摸屏通道短路电阻测量电路及方法，包括：多路待测通道，当前待测通道与相邻的待测通道之间连接有短路电阻；运算放大器，所述运算放大器的正相输入端连接有参考电压，其反相输入端与输出端之间连接有反馈电阻；模数转换器，连接至所述运算放大器的输出端；其中，当前待测通道连接所述运算放大器的反相输入端时，其他待测通道接地，所述运算放大器根据短路电阻、反馈电阻和参考电压，放大当前待测通道的电压信号，所述模数转换器将此电压信号转化为数字信号输出，根据输出的数字信号值确定该待测通道的短路电阻值。本发明精确测量触摸屏相邻通道之间的短路电阻。

Description

一种触摸屏通道短路电阻测量电路及方法
技术领域
本发明涉及触摸屏检测技术领域，具体涉及一种触摸屏通道短路电阻测量电路及方法。
背景技术
触摸屏目前广泛应用在各种移动终端、特别是智能手机等便携式设备中。目前触摸屏类型主要有电容式触摸屏。在触摸屏制造出厂前，需要对其电气特性进行测试，以检测触摸屏为良品或不良品，从而避免不良品投入市场使用。其中，检测触摸屏通道的短路短路可靠性极其重要，即如图2所示，需要测量通道RX两两之间的电阻和通道TX两两之间的电阻。
传统通过RC延迟时间估算短路的方式只能在全部短路的时候数据才明显，即要求短路电阻足够小，不能精确确认短路电阻阻值。
发明内容
本发明的目的是提供一种触摸屏通道短路电阻测量电路及方法，精确测量触摸屏相邻通道之间的短路电阻。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种触摸屏通道短路电阻测量电路，包括：
多路待测通道，当前待测通道与相邻的待测通道之间连接有短路电阻；
运算放大器，所述运算放大器的正相输入端连接有参考电压，其反相输入端与输出端之间连接有反馈电阻；
模数转换器，连接至所述运算放大器的输出端；
其中，当前待测通道连接所述运算放大器的反相输入端时，其他待测通道接地，所述运算放大器根据短路电阻、反馈电阻和参考电压，放大当前待测通道的电压信号，所述模数转换器将此电压信号转化为数字信号输出，根据输出的数字信号值确定该待测通道的短路电阻值。
作为本发明的进一步改进，当前待测通道正常时，其短路电阻的值无穷大，所述模数转换器输出的数字信号值等于参考电压值；当前待测通道全短路时，其短路电阻的值为零，所述模数转换器输出的数字信号值为运算放大器的供电电源最大电压值；当前待测通道微短路时，其短路电阻的值根据公式Vout＝(1+Rf/Rshort)Vcom得出，即Rshort＝Rf*Vcom/(Vout-Vcom)，其中，Rshort为短路电阻，Rf为反馈电阻，Vcom为参考电压，Vout为运算放大器输出电压值。
作为本发明的进一步改进，所述运算放大器包括镜像电流源、基准电流电路和负载反馈电路，所述基准电流电路分别连接所述镜像电流源和所述负载反馈电路，所述负载反馈电路为所述镜像电流源提供偏置电流，所述镜像电流源对称设置有所述反相输入端和所述正相输入端，且所述镜像电流源的静态电流为偏置电流的二分之一，所述基准电流电路为反馈电阻且其提供基准电流等于偏置电流。
作为本发明的进一步改进，所述镜像电流源包括NMOS管T1、NMOS管T2、PMOS管T3和PMOS管T4，所述负载反馈电路包括MOS管T8，所述基准电流电路包括MOS管T5、MOS管T6和MOS管T7，所述NMOS管T1的栅极连接当前待测通道，所述NMOS管T1的漏极与所述PMOS管T3的漏极连接，所述NMOS管T1的源极与所述NMOS管T2的源极共同连接所述MOS管T8的漏极；所述NMOS管T2的栅极连接参考电压，所述NMOS管T2的漏极与所述PMOS管T3的漏极连接并共同作为输出端连接模数转换器；所述PMOS管T3的源极和所述PMOS管T4的源极共同连接所述MOS管T5的漏极和电源VDD；所述MOS管T5的栅极连接自身漏极，所述MOS管T5的源极连接所述MOS管T6的漏极；所述MOS管T6的栅极连接自身漏极，所述MOS管T6的源极连接所述MOS管T7；所述MOS管T7的栅极连接自身漏极且连接所述MOS管T8的栅极，所述MOS管T7的源极连接所述MOS管T8的源极且共同连接有电源VSS。
作为本发明的进一步改进，所述当前待测通道微短路时，所述NMOS管T2的漏极与所述PMOS管T3的漏极共同输出电流为2倍的所述NMOS管T1的电流，根据闭环电压增益虚短虚断得到所述输出端输出电压由反馈电阻和短路电阻决定，即Vout＝(1+Rf/Rshort)Vcom，其中，Rshort为短路电阻，Rf为反馈电阻，Vcom为参考电压，Vout为运算放大器输出电压值。
作为本发明的进一步改进，所述模数转换器包括电压比较器、控制逻辑电路、时钟、移位寄存器、数据寄存器和D/A转换器，所述电压比较器的输入端连接所述运算放大器的输出端和所述D/A转换器的输出端，所述电压比较器的输入端连接所述控制逻辑电路，所述时钟为所述移位寄存器和所述数据寄存器提供时钟脉冲，所述控制逻辑电路输出连接所述移位寄存器和所述数据寄存器，所述数据寄存器输出数字量并输出连接所述D/A转换器，所述D/A转换器将所述数字量转化为模拟电压后送入所述比较电压器与所述运算放大器的输出电压比较，所述输出数字量与所述运算放大器的输出电压成正比。
作为本发明的进一步改进，所述移位寄存器设有并行置数端和高位串行输入端，所述并行置数端高电平有效。
作为本发明的进一步改进，所述数据寄存器包括若干触发器，所述触发器分别连接所述时钟、移位寄存器、控制逻辑电路和所述D/A转换器。
一种触摸屏通道短路电阻测量方法，采用如上所述的一种触摸屏通道短路电阻测量电路进行测量，包括以下步骤：
S1：当前待测通道与相邻的待测通道之间连接短路电阻，当前待测通道连接相放大器的反相输入端，其他待测通道接地；
S2：运算放大器根据短路电阻、反馈电阻和参考电压，放大当前待测通道的电压信号；
S3：模数转换器将此电压信号转化为数字信号输出，根据输出的数字信号值确定该待测通道的短路电阻值。
作为本发明的进一步改进，当前待测通道正常时，其短路电阻的值无穷大，所述模数转换器输出的数字信号值等于参考电压值；当前待测通道全短路时，其短路电阻的值为零，所述模数转换器输出的数字信号值为运算放大器的供电电源最大电压值；当前待测通道微短路时，其短路电阻的值根据公式Vout＝(1+Rf/Rshort)Vcom得出，即Rshort＝Rf*Vcom/(Vout-Vcom)，其中，Rshort为短路电阻，Rf为反馈电阻，Vcom为参考电压，Vout为运算放大器输出电压值。
本发明的有益效果：本发明通过运算放大器和模数转换器设计，放大当前待测通道的电压信号，模数转换器将此电压信号转化为数字信号输出，根据输出的数字信号值确定该待测通道的短路电阻值，解决触摸屏相邻通道之间的短路电阻的精准测量，并对微短路有一定的预测。
附图说明
图1是本发明短路电阻测量电路结构示意图；
图2是触摸屏通道示意图；
图3是本发明短路电阻测量电路简化结构示意图；
图4是本发明运算放大器电路示意图；
图5是本发明镜像电流源电路简化示意图；
图6是本发明模数转换器原理结构示意图；
图7是本发明模数转换器电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参考图1，本发明实施提供了一种触摸屏通道短路电阻测量电路，包括：
多路待测通道，当前待测通道与相邻的待测通道之间连接有短路电阻；
运算放大器，运算放大器的正相输入端连接有参考电压，其反相输入端与输出端之间连接有反馈电阻；
模数转换器，连接至运算放大器的输出端；
其中，当前待测通道连接运算放大器的反相输入端时，其他待测通道接地，运算放大器根据短路电阻、反馈电阻和参考电压，放大当前待测通道的电压信号，模数转换器将此电压信号转化为数字信号输出，根据输出的数字信号值确定该待测通道的短路电阻值。
具体的，如图2所示，需要测试RX两两之间的电阻，和TX两两之间的电阻，在检测RX短路时，会将RX(n)连接到一个运算放大器，其他RX接到ground，此时电路可以简化为图3，当前待测通道正常时，其短路电阻的值无穷大，即Rshort＝∞Ω，模数转换器输出的数字信号值等于参考电压值，即ADC＝Vcom；当前待测通道全短路时，其短路电阻的值为零，即Rshort＝0Ω，模数转换器输出的数字信号值为运算放大器的供电电源最大电压值，通常为3.3V，即ADC＝3.3V；当前待测通道微短路时，其短路电阻的值根据公式Vout＝(1+Rf/Rshort)Vcom得出，即Rshort＝Rf*Vcom/(Vout-Vcom)。
参考图1，本发明实施还提供了一种触摸屏通道短路电阻测量方法，采用如上所述的一种触摸屏通道短路电阻测量电路进行测量，包括以下步骤：
S1：当前待测通道与相邻的待测通道之间连接短路电阻，当前待测通道连接相放大器的反相输入端，其他待测通道接地；
S2：运算放大器根据短路电阻、反馈电阻和参考电压，放大当前待测通道的电压信号；
S3：模数转换器将此电压信号转化为数字信号输出，根据输出的数字信号值确定该待测通道的短路电阻值。
实施例一
参考图1，本发明实施例提供了一种触摸屏通道短路电阻测量电路，其中运算放大器如图4所示，由8只增强型的MOS管和正负电源组成，该电路有两组镜像电流源，上面一组有PMOS管T3、T4组成，用来做源极耦合差分电路的有源负载，下面一组电流源由NMOS管T1、T2组成，并由MOS管T8提供放大电路的偏置电流Io，其中MOS管T5、MOS管T6和MOS管T7构成基准电流电路，当电路对称时，通过NMOS管T1、NMOS管T2、PMOS管T3和PMOS管T4的静态电流必然等于Io/2，Io＝Iref,则NMOS管T1、NMOS管T2、PMOS管T3和PMOS管T4的静态电流等于Iref/2。
图4中g1接RX(n)端，g2接VCOM，当Rshort不为零且不为无穷大的时候，相当于在g1和g2接入较小的差模输入电压Vid,Vi1＝-Vi2＝1/2(Vid)，因此，T1电流增加，T2电流减小，iD1＝I0/2+id，iD2＝I0/2-id，其中id＝gm(vid/2)，gm为互导增益。由于T1和T3串联，可以得到iD3＝iD1＝I0/2+id、T3与T4组成的电流iD4＝iD3＝I0/2+id，因为得到Vo2端的输出电流，简化上面图，得到交路小信号通路如图5所示，由于流入电流源的电流I0不变，Vs＝0，id3＝id1，id4＝id3＝gm(Vid/2),id2＝-id1＝-gm(vid/2),得到单端输出电流io＝id4-id2＝2id1,由于输入电流动态电流id非常小，同时输出电流2id1也非常小，这样有闭环电压增益虚短虚断的方法可知输出电压由外部电阻决定，可以得出输出电压ADC＝Vout＝(1+Rf/Rshort)Vcom。
上述运算放大器电路设计，可以有效抑制共模干扰并兼顾静态功耗小。
实施例二
参考图1，本发明实施例提供了一种触摸屏通道短路电阻测量电路，其中模数转换器如图6所示，模数转换器电路启动后，第一个CP将移位寄存器置为1000，该数字经数据寄存器送入D/A转换器。输入模拟电压Vi首先与1000所对应的模拟电压Vref/2相比较，如果Vi>＝Vref/2,比较器输出1，若Vi<Vref/2,则输出0，此结果存储与数字寄存器D3；第二个CP将移位寄存器置为0100，如果最高位已经为1，数据寄存器将1100送入D/A转换器，输出电压Vo’＝3/4Vref,Vi在于3/4Vref相比较，如果Vi>＝3/4Vref,则次高位D2存1；如果最高位为0，数据寄存器将0100送入转换器，输出电压Vo’＝Vref/4,Vi与Vo’比较，如果vi>＝1/4Vref，则数据寄存器的D2存储1，以此类推得到所有的数字输出量，此模数转换器具有较高精度和较高转换速度，提高测量短路电阻的检测效率。
具体的，如图7所示，移位寄存器可以进行并入、并处操作，F为其并行置数端，高电平有效，S为高位串行输入端。5个D触发器组成数据寄存器，输出数字量为D3 D2 D1 D0＝Q4Q3 Q2 Q1；
启动脉冲上升沿FF0～FF4被清零，Q5置1，G2门打开，时钟CP脉冲进入移位寄存器。在第一个CP脉冲作用下，移位寄存器被置数QA QB QC QD QE＝01111；QA的低电平使数据寄存器的最高位置1，即Q4Q3Q2Q1＝1000；D/A转换器将数字量1000转换为模拟电压Vo’送入比较器C与输入模拟电压Vi比较，若输入电压Vi>Vo’,则比较器C输出1，否则0，比较结果送FF4～FF1的数据输入端D4～D1；
第二个CP脉冲到来后，移位寄存器QA变1，同时最高位向低位移动一位，Q3由0变1，这个正跳变作为有效触发信号加到FF4的CP端，使第一次比较的结果保存于Q4，此时其他触发器无脉冲正跳沿，保持状态不变。Q3变1后，建立新的D/A转换器的数据，输入电压在于此时的V0’相比较，比较的结果在第三个脉冲的作用下存储与Q3，如此进行，直到QE由1变0，使Q5由1变0后，将G2封锁，转换完毕。于是电路的输出端D3 D2 D1 D0得到与输入电压Vi成正比的数字量。
本发明通过反相放大器和模数转换器电路设计，解决触摸屏相邻通道之间的短路电阻的精准测量，并对微短路有一定的预测，测量范围可达1Mohm。对比传统通过RC延迟时间估算短路的方式，精确测量了短路电阻，精确确认短路电阻阻值为多大。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种触摸屏通道短路电阻测量电路，其特征在于：包括：
多路待测通道，当前待测通道与相邻的待测通道之间连接有短路电阻；
运算放大器，所述运算放大器的正相输入端连接有参考电压，其反相输入端与输出端之间连接有反馈电阻；
模数转换器，连接至所述运算放大器的输出端；
其中，当前待测通道连接所述运算放大器的反相输入端时，其他待测通道接地，所述运算放大器根据短路电阻、反馈电阻和参考电压，放大当前待测通道的电压信号，所述模数转换器将此电压信号转化为数字信号输出，根据输出的数字信号值确定该待测通道的短路电阻值。
2.如权利要求1所述的一种触摸屏通道短路电阻测量电路，其特征在于：当前待测通道正常时，其短路电阻的值无穷大，所述模数转换器输出的数字信号值等于参考电压值；当前待测通道全短路时，其短路电阻的值为零，所述模数转换器输出的数字信号值为运算放大器的供电电源最大电压值；当前待测通道微短路时，其短路电阻的值根据公式Vout＝(1+Rf/Rshort)Vcom得出，即Rshort＝Rf*Vcom/(Vout-Vcom)，其中，Rshort为短路电阻，Rf为反馈电阻，Vcom为参考电压，Vout为运算放大器输出电压值。
3.如权利要求1所述的一种触摸屏通道短路电阻测量电路，其特征在于：所述运算放大器包括镜像电流源、基准电流电路和负载反馈电路，所述基准电流电路分别连接所述镜像电流源和所述负载反馈电路，所述负载反馈电路为所述镜像电流源提供偏置电流，所述镜像电流源对称设置有所述反相输入端和所述正相输入端，且所述镜像电流源的静态电流为偏置电流的二分之一，所述基准电流电路为反馈电阻且其提供基准电流等于偏置电流。
4.如权利要求3所述的一种触摸屏通道短路电阻测量电路，其特征在于：所述镜像电流源包括NMOS管T1、NMOS管T2、PMOS管T3和PMOS管T4，所述负载反馈电路包括MOS管T8，所述基准电流电路包括MOS管T5、MOS管T6和MOS管T7，所述NMOS管T1的栅极连接当前待测通道，所述NMOS管T1的漏极与所述PMOS管T3的漏极连接，所述NMOS管T1的源极与所述NMOS管T2的源极共同连接所述MOS管T8的漏极；所述NMOS管T2的栅极连接参考电压，所述NMOS管T2的漏极与所述PMOS管T3的漏极连接并共同作为输出端连接模数转换器；所述PMOS管T3的源极和所述PMOS管T4的源极共同连接所述MOS管T5的漏极和电源VDD；所述MOS管T5的栅极连接自身漏极，所述MOS管T5的源极连接所述MOS管T6的漏极；所述MOS管T6的栅极连接自身漏极，所述MOS管T6的源极连接所述MOS管T7；所述MOS管T7的栅极连接自身漏极且连接所述MOS管T8的栅极，所述MOS管T7的源极连接所述MOS管T8的源极且共同连接有电源VSS。
5.如权利要求4所述的一种触摸屏通道短路电阻测量电路，其特征在于：所述当前待测通道微短路时，所述NMOS管T2的漏极与所述PMOS管T3的漏极共同输出电流为2倍的所述NMOS管T1的电流，根据闭环电压增益虚短虚断得到所述输出端输出电压由反馈电阻和短路电阻决定，即Vout＝(1+Rf/Rshort)Vcom，其中，Rshort为短路电阻，Rf为反馈电阻，Vcom为参考电压，Vout为运算放大器输出电压值。
6.如权利要求1所述的一种触摸屏通道短路电阻测量电路，其特征在于：所述模数转换器包括电压比较器、控制逻辑电路、时钟、移位寄存器、数据寄存器和D/A转换器，所述电压比较器的输入端连接所述运算放大器的输出端和所述D/A转换器的输出端，所述电压比较器的输入端连接所述控制逻辑电路，所述时钟为所述移位寄存器和所述数据寄存器提供时钟脉冲，所述控制逻辑电路输出连接所述移位寄存器和所述数据寄存器，所述数据寄存器输出数字量并输出连接所述D/A转换器，所述D/A转换器将所述数字量转化为模拟电压后送入所述比较电压器与所述运算放大器的输出电压比较，所述输出数字量与所述运算放大器的输出电压成正比。
7.如权利要求6所述的一种触摸屏通道短路电阻测量电路，其特征在于：所述移位寄存器设有并行置数端和高位串行输入端，所述并行置数端高电平有效。
8.如权利要求6所述的一种触摸屏通道短路电阻测量电路，其特征在于：所述数据寄存器包括若干触发器，所述触发器分别连接所述时钟、移位寄存器、控制逻辑电路和所述D/A转换器。
9.一种触摸屏通道短路电阻测量方法，其特征在于：采用如权利要求1-8中任一项所述的一种触摸屏通道短路电阻测量电路进行测量，包括以下步骤：
S1：当前待测通道与相邻的待测通道之间连接短路电阻，当前待测通道连接相放大器的反相输入端，其他待测通道接地；
S2：运算放大器根据短路电阻、反馈电阻和参考电压，放大当前待测通道的电压信号；
S3：模数转换器将此电压信号转化为数字信号输出，根据输出的数字信号值确定该待测通道的短路电阻值。
10.如权利要求9所述的一种触摸屏通道短路电阻测量方法，其特征在于：当前待测通道正常时，其短路电阻的值无穷大，所述模数转换器输出的数字信号值等于参考电压值；当前待测通道全短路时，其短路电阻的值为零，所述模数转换器输出的数字信号值为运算放大器的供电电源最大电压值；当前待测通道微短路时，其短路电阻的值根据公式Vout＝(1+Rf/Rshort)Vcom得出，即Rshort＝Rf*Vcom/(Vout-Vcom)，其中，Rshort为短路电阻，Rf为反馈电阻，Vcom为参考电压，Vout为运算放大器输出电压值。
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