CN114967982B - 一种改进的信号接收电路、扫描方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的信号接收电路、扫描方法及系统，涉及触控屏和触控按键技术领域，解决了触控屏和触控按键的报点率与准确度无法同时兼顾的技术问题。本发明的改进的信号接收电路，包括a个接收电极、b个电荷放大器；每个电荷放大器与每个接收电极均连接；a个接收电极划分为k个区块，每个区块内相邻的两个接收电极相互连接。本发明还公开了基于改进的信号接收电路的扫描方法及系统。本发明能够有效、快速判别干扰信号，提升了触摸或悬浮感应的抗干扰性能；另外，本发明的接收电极组合方式灵活，可以实现多种分区形状；其扫描方法及系统在减少扫描时间，提高报点率的同时，能增强信噪比，提升触摸准确度。

Description

一种改进的信号接收电路、扫描方法及系统

技术领域

本发明涉及触控屏和触控按键技术领域，尤其涉及一种改进的信号接收电路、扫描方法及系统。

背景技术

触摸控制已成为主要的人机交互方式之一，在一些应用场景下，还需要实现较远距离的悬浮感应和手势识别。常用的触摸屏终端包括智能手机、智能手表、平板电脑、笔记本电脑等。另外，触摸及悬浮感应在智能家居，尤其智能家电中得到广泛应用，比如电饭煲、电水壶、电冰箱等。

报点率和准确度是衡量触摸性能的重要指标，两者往往是矛盾的。在实现高触摸性能的同时，还需实现低功耗。图1为触摸屏的一个示例，包括16个接收电极(S00、S01、…S32、S33)。图2为一种传统的触控电路结构，包含4个电荷放大器(CA0、CA1、CA2、CA3)和16个选择开关。每个CA可以通过开关连接4个接收电极(例如，CA0可以连接S00、S01、S02、S03)。如图3所示，一次扫描周期包含多次(M次)信号周期，一次信号周期又包含多次(N次)时钟周期。现有扫描方法的流程如图4所示，在一次常规扫描周期中，一个CA处理一个接收电极的信号。由于有4个CA，一次常规扫描周期可以同时处理4个接收电极的信号。现有方法扫描一帧(完成一次全触控屏扫描)的时序如图5所示，第一次扫描S00、S10、S20、S30，第二次扫描S01、S11、S21、S31，以此类推，共需要4次常规扫描周期。现有方法中每次常规扫描周期的时间参数相同。一次扫描周期包含的信号周期数越多，则扫描一帧所需的时间就越长，每秒能完成的帧数越少，报点率就越低。但是，一次扫描周期的信号周期越多，则触摸电路信噪比越高，准确度越高。以图5为例，假定M0为32，N为10，则完成一帧扫描的时间为1280T。若为了提升信噪比，将M0增加为48，则完成一帧扫描的时间为1920T，报点率降低。

中国公开专利CN114461094A“一种触控显示面板和显示装置”提出一种将至少两个触控单元组合在一起构成一个大面积的触控感应结构，增加触控感应量的装置。该方案在硬件板级(触控驱动芯片之外)将多个触控单元组合，连接灵活性受限。组合的触控单元与没有组合的触控单元一起扫描，没有进行分区和分级。另外，该方案只用于实现更远距离的悬浮感应和手势操作。中国公开专利CN113487768A“一种智能门锁触摸按键检测装置及方法”提出将智能门锁的触控电极全部连接在一起，增加NFC卡的感应距离，缩短检测时间，降低待机功耗，解决了智能门锁中NFC芯片低功耗唤醒的问题。但是，该方案将所有触控电极连接在一起，没有进行分区，也没有进行分级扫描，只用于待机状态下的唤醒，不用于非待机状态下的常规触控检测。中国公开专利CN112578941A“一种触控设备及扫描方法”划分触控分区进行扫描。该方案检测到某分区有触控时先对该分区进行多次扫描后再扫描整体触控区块，在硬件板级提升了大屏触控设备的快速书写或者划线体验。该方案并没有将分区内的触控电极组合连接。

因此，亟需一种能提高报点率，又能提高准确度；同时，还有利于降低触控的功耗，并增加悬浮感应的距离方法或系统，来改进现有技术的上述不足。

发明内容

本发明的目的在于提供的一种改进的信号接收电路、扫描方法及系统，以解决现有触控屏和触控按键的报点率与准确度无法同时兼顾以及功耗高的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种改进的信号接收电路，其特征在于，用于接收远距离悬浮感应信号，包括a个接收电极、b个电荷放大器；每个所述电荷放大器与每个所述接收电极均连接，每个所述接收电极均同时连接b个所述电荷放大器；a个所述接收电极划分为k个区块，每个区块内仅仅相邻的两个所述接收电极相互连接，不相邻的所述接收电极互不连接；分区后对所述接收电极采用分区分级扫描，确定接收到悬浮信号的所述接收电极的坐标；包括区块扫描周期的信号周期M1和电极扫描周期的信号周期M2，且M1<M2。

根据本发明的另一方面，还提供了一种改进的扫描方法，用于对上文所述的一种改进的信号接收电路的接收信号进行扫描，获取悬浮感应的坐标，包括如下步骤：

S10、对划分的所有区块进行扫描，获取每个区块的悬浮感应数据，确定悬浮感应所在的区块；

S20、调整扫描参数；

S30、对确定悬浮感应所在区块内的所述接收电极进行扫描，获取每个所述接收电极的悬浮感应数据，确定接收到悬浮信号的所述接收电极的坐标；

S40、调整所述扫描参数，返回步骤S10，进行下一次信号扫描。

进一步地，步骤S10包括如下步骤：

S100、在区块扫描周期内，对划分的k个所述区块的每个区块进行扫描；

S101、所有区块是否均完成扫描；如是，执行步骤S102；否则，返回步骤S100；

S102、计算每个区块的电荷差值，搜索所述电荷差值的峰值所在区块，所述峰值所在区块即为悬浮感应所在的区块。

进一步地，在执行步骤S100前，还需设置扫描参数，包括设置区块扫描周期的信号周期M1，一次信号周期的时钟周期N；

步骤S20中，所述调整扫描参数是将所述区块扫描周期的信号周期M1调整为电极扫描周期的信号周期M2；且M1<M2；

步骤S40中，所述调整扫描参数是将所述电极扫描周期的信号周期M2调回为所述区块扫描周期的信号周期M1。

进一步地，步骤S30包括如下步骤：

S300、在所述电极扫描周期内，对确定悬浮感应所在区块内的全部所述接收电极进行扫描；

S301、悬浮感应所在区块的所述接收电极是否均完成扫描；如是，执行步骤S302；否则，返回步骤S300；

S302、计算悬浮感应所在区块内每个接收电极的电荷差值，在悬浮感应区块内搜索所述电荷差值的峰值对应的坐标，所述峰值对应的坐标即为悬浮感应的坐标。

根据本发明的再一方面，还提供了一种扫描系统，运行权利上文所述的一种改进的扫描方法，包括：扫描参数配置模块，用于设置或调整扫描参数；区块扫描控制模块，能够根据所述扫描参数配置模块设置或调整的扫描参数，扫描每个区块，获取每个区块的感应数据；第一计算模块，能够根据每个区块的感应数据，计算每个区块的电荷差值，搜索所述电荷差值的峰值所在的区块位置，并将峰值所在区块的位置信息发送给第二计算模块；电极扫描控制模块，能够根据所述扫描参数配置模块调整的扫描参数以及所述第一计算模块发送的区块位置信息，扫描所述区块位置信息对应的区块中每个所述接收电极，获取每个所述接收电极的感应数据；所述第二计算模块，能够根据每个所述接收电极的感应数据，计算每个所述接收电极的电荷差值，搜索所述电荷差值的峰值所在的所述接收电极的坐标，并将所述峰值对应的所述接收电极的坐标确定为悬浮感应所在位置。

进一步地，一种扫描系统还包括主控模块，所述主控模块与所述扫描参数配置模块、区块扫描控制模块、第一计算模块、电极扫描控制模块以及第二计算模块均连接，用于协调管理各模块的工作。

进一步地，一种扫描系统还包括功耗管理模块；所述功耗管理模块与所述主控模块、扫描参数配置模块、区块扫描控制模块、第一计算模块、电极扫描控制模块以及第二计算模块均连接，用于为各模块提供低功耗电源及待机与唤醒管理。

实施本发明上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果：

本发明改进的信号接收电路的接收电极组合方式灵活，可以实现多种分区形状。

本发明改进的扫描方法及系统通过分区分级扫描，在减少扫描时间，提高报点率的同时，能增强信噪比，提升触摸以及感测的准确度；本方法及系统不仅能在待机状态下实现低功耗唤醒，还能在正常触摸报点状态下降低功耗，降低了算法实现的复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，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，附图中：

图1现有技术的一种触控屏示意图；

图2现有技术的一种典型的触摸电路示意图；

图3现有技术一种典型的触摸电路的扫描周期、信号周期和时钟周期示意图；

图4现有技术触摸电路的扫描方法流程图；

图5现有扫描方法对应的时序图；

图6本发明实施例的一种改进的信号接收电路示意图；

图7本发明实施例的一种接收电极正方形分区示意图；

图8本发明实施例的一种接收电极矩形分区示意图；

图9本发明实施例的一种改进的扫描方法的流程图；

图10本发明实施例的一种改进的扫描方法中步骤S10的流程图；

图11本发明实施例的一种改进的扫描方法中步骤S30的流程图；

图12本发明提出扫描方法对应的一种时序周期图；

图13本发明实施例的一种扫描系统的结构图。

1、扫描参数配置模块；2、区块扫描控制模块；3、第一计算模块；4、电极扫描控制模块；5、第二计算模块；6、主控模块；7、功耗管理模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种示例性实施例。除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的流程、方法和装置等的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”等指示的是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有的特定的方位、以特定的方位构造和操作。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。术语“多个”的含义是两个或两个以上。术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接、一体连接、机械连接、电连接、通信连接、直接相连、通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

实施例一：

如图6-图8所示，本发明的实施例提供了一种改进的信号接收电路，用于接收触摸信号以及用于接收远距离悬浮感应信号，包括a个接收电极、b个电荷放大器。每个电荷放大器与每个接收电极均连接，a个接收电极划分为k个区块，每个区块内相邻的两个接收电极相互连接。其中，b<a，即，在现有技术中a/b个接收电极对应一个电荷放大器。本实施例提供了16个接收电极(如图7或图8中的S00-S33)、4个电荷放大器(如图6中的CA0-CA3)，将现有技术中每个电荷放大器只与部分接收电极连接，改进为每个电荷放大器均通过开关与所有的接收电极连接，这样使得触控分区非常灵活；另外，在现有技术中，有些对接收电极进行分区，但每个区域内的接收电极是不连接的，本发明对此进行了改进，将区块内的接收电极进行连接，相互连接后进行分级扫描，才能在区块扫描时判断接收电极所在的区块，同时不遗漏任何一个接收电极。这样有利于进行分区分级扫描和计算，根据精度要求调整扫描时间，既缩短了整体扫描时间，又提升了精度。

本实施例中，可以将16个接收电极划分为4个正方形区块每个区块编号为(A00、A01、A10、A11)，每个区块有4个接收电极，如A00(S00、S01、S10、S11)、A01(S02、S03、S12、S13)、A10(S20、S21、S30、S31)、A11(S22、S23、S32、S33)；当然，也可将16个接收电极划分为2个矩形区块每个区块编号为(A0、A1)，其中，A0(S00、S01、S02、S03、S10、S11、S12、S13)、A1(S20、S21、S22、S23、S30、S31、S32、S33)。当然，不仅限上述正方形、矩形分块，还可以是矩形与正方形分块的组合，以及其他形状的分区。

本实施例从分区、计算精度等方面对现有技术中信号接收电路(如应用于智能家居的触控电路、悬浮感应电路)进行了改进，进而提升了分区的灵活性、以及提升识别触控坐标或悬浮感应坐标的精准度。

实施例二：

如图9-图11所示，本发明的实施例还提供了一种改进的扫描方法，用于对实施例一所述的一种改进的信号接收电路的接收信号进行扫描，获取触摸或悬浮感应的坐标，包括如下步骤：

S10、对划分的所有区块进行扫描，获取每个区块的触摸或悬浮感应数据，确定触摸或悬浮感应所在的区块。进一步地，更为具体的步骤如下：

S100、在区块扫描周期内，对划分的k个区块的每个区块进行扫描。

在执行此步骤前，还需对区块扫描设置扫描参数，包括设置区块扫描周期的信号周期M1，一次信号周期的时钟周期N。设置好参数后，便可进行以区块为单元的扫描；

S101、所有区块是否均完成扫描；如是，执行步骤S102；否则，返回步骤S100；

S102、计算每个区块的电荷差值，搜索电荷差值的峰值所在区块，峰值所在区块即为触摸或悬浮感应所在的区块；

需说明的是，每个区块均对应有编码，通过编码即可确定相应区块的位置。进一步地，如果a个接收电极是分级划分区块的，如第一级划分了k个区块，在k个区块的每个区块中又划分了h个二级子区块，在h个二级子区块中的每一个区块又划分j个孙区块，如此等等。对此，需依次对每一级中的区块进行扫描，按照步骤S100-S102找出每一级区块中触摸或悬浮感应所在的区块，直到最后一级区块中找出触摸或悬浮感应所在的区块。另外，电荷差值的计算方法采用现有技术即可实现，在此不再赘述。

S20、调整扫描参数；此步骤是为电极扫描设置参数。

具体的，调整扫描参数是将区块扫描周期的信号周期M1调整为电极扫描周期的信号周期M2。由于区块扫描不需要较高准确度，而对接收电极的扫描，是需要确定触摸或悬空感应所在具体电极坐标，因而，且M1<M2。在确定好电极扫描的参数，便可进行以接收电极为单位的扫描。

S30、对确定触摸或悬浮感应所在区块内的接收电极进行扫描，获取每个接收电极的触摸数据或悬浮感应数据，确定接收到触摸信号或悬浮信号的接收电极的坐标。具体步骤为：

S300、在电极扫描周期内，对确定触摸或悬浮感应所在区块内的全部接收电极进行扫描；

S301、触摸或悬浮感应所在区块的接收电极是否均完成扫描；如是，执行步骤S302；否则，返回步骤S300；

S302、计算触摸或悬浮感应所在区块内每个接收电极的电荷差值，在触摸或悬浮感应区块内搜索电荷差值的峰值对应的坐标，峰值对应的坐标即为触摸或悬浮感应的坐标。

需说明的是，本步骤的坐标可以是触摸或悬浮感应所在区块内X、Y轴体系下的坐标，当然也可以是触摸或悬浮感应所在区块内接收电极的X、Y轴坐标或接收电极的编号。

S40、调整所述扫描参数，返回步骤S10，进行下一次信号扫描。此步骤需要将电极扫描周期的信号周期M2调回为区块扫描周期的信号周期M1。

以分区为正方形为例，具体说明如下：

按照图12的分区扫描时序以及本发明的步骤，第一次扫描周期为区块扫描周期，依次扫描区块A00、A01、A10、A11。由于只有4个分区，一次区块扫描周期即可完成一帧扫描。当第一次扫描确定触摸或悬浮感应的区块如为A00，则，第二次扫描周期为常规扫描周期，扫描子区块A00内的4个电极S00、S01、S10、S11。由于只有4个电极，一次常规扫描周期即可完成子区块扫描。所以，2次(分区为多级时，需进行多次区块扫描)扫描周期即可完成扫描。第一次扫描周期只需要确定触摸或悬浮感应所在子区块，不需要较高准确度，M1可以设为较小数值。第二次扫描周期需要确定触摸所在具体电极坐标，需要较高的准确度，M2需要设为较大数值。M2决定了分区分级扫描最终的准确度。假定M1为16，M2为32，N为10，此时新扫描方法可以实现现有扫描方法中M0为32时同样的准确度，但一帧扫描时间只需要480T((16+32)*10)，远低于现有扫描的1280T。若将M2设置为64，可以实现比现有扫描方法中M0为48时更高的准确度，但一帧扫描时间只需要800T((16+64)*10)，远低于现有扫描的1920T。也就是说，本发明提出的扫描方法既可以提升准确度，又可以减少一帧扫描时间，提升报点率。另一方面，由于本发明的扫描时间少、报点率高，因而，可以做到低功耗(配置低功耗的硬件)，进而本方法能够降低现有技术的功耗。

实施例三：

如图13所示，本发明还提供了一种扫描系统，运行实施例二所述的一种改进的扫描方法，包括：扫描参数配置模块1，用于设置或调整扫描参数；区块扫描控制模块2，能够根据扫描参数配置模块1设置或调整的扫描参数，扫描每个区块，获取每个区块的触摸数据或感应数据；第一计算模块3，能够根据每个区块的触摸数据或感应数据，计算每个区块的电荷差值，搜索电荷差值的峰值所在的区块位置，并将峰值所在区块的位置信息发送给第二计算模块5；电极扫描控制模块4，能够根据扫描参数配置模块1调整的扫描参数以及所述第一计算模块3发送的区块位置信息，扫描区块位置信息对应的区块中每个接收电极，获取每个接收电极的触摸数据或感应数据；第二计算模块5，能够根据每个接收电极的触摸数据或感应数据，计算每个接收电极的电荷差值，搜索电荷差值的峰值所在的接收电极的坐标，并将峰值对应的接收电极的坐标确定为触摸或悬浮感应所在位置。

本实施例的系统还包括主控模块6，主控模块6与扫描参数配置模块1、区块扫描控制模块2、第一计算模块3、电极扫描控制模块4以及第二计算模块5均连接，用于协调管理各模块的工作。本实施例的系统还包括功耗管理模块7；功耗管理模块7与主控模块6、扫描参数配置模块1、区块扫描控制模块2、第一计算模块3、电极扫描控制模块4以及第二计算模块5均连接，用于为各模块提供低功耗电源及待机与唤醒管理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种改进的信号接收电路，其特征在于，用于接收远距离悬浮感应信号，包括a个接收电极、b个电荷放大器；

每个所述电荷放大器与每个所述接收电极均连接，每个所述接收电极均同时连接b个所述电荷放大器；

a个所述接收电极划分为k个区块，每个区块内仅仅相邻的两个所述接收电极相互连接，不相邻的所述接收电极互不连接；分区后对所述接收电极采用分区分级扫描，确定接收到悬浮信号的所述接收电极的坐标；包括区块扫描周期的信号周期M1和电极扫描周期的信号周期M2，且M1<M2。

2.一种改进的扫描方法，其特征在于，用于对权利要求1所述的一种改进的信号接收电路的接收信号进行扫描，获取悬浮感应的坐标，包括如下步骤：

S10、对划分的所有区块进行扫描，获取每个区块的悬浮感应数据，确定悬浮感应所在的区块；

S20、调整扫描参数；

S30、对确定悬浮感应所在区块内的所述接收电极进行扫描，获取每个所述接收电极的悬浮感应数据，确定接收到悬浮信号的所述接收电极的坐标；

S40、调整所述扫描参数，返回步骤S10，进行下一次信号扫描。

3.根据权利要求2所述的一种改进的扫描方法，其特征在于，步骤S10包括如下步骤：

S100、在区块扫描周期内，对划分的k个所述区块的每个区块进行扫描；

S101、所有区块是否均完成扫描；如是，执行步骤S102；否则，返回步骤S100；

S102、计算每个区块的电荷差值，搜索所述电荷差值的峰值所在区块，所述峰值所在区块即为悬浮感应所在的区块。

4.根据权利要求3所述的一种改进的扫描方法，其特征在于，在执行步骤S100前，还需设置扫描参数，包括设置区块扫描周期的信号周期M1，一次信号周期的时钟周期N；

步骤S20中，所述调整扫描参数是将所述区块扫描周期的信号周期M1调整为电极扫描周期的信号周期M2；且M1<M2；

步骤S40中，所述调整扫描参数是将所述电极扫描周期的信号周期M2调回为所述区块扫描周期的信号周期M1。

5.根据权利要求4所述的一种改进的扫描方法，其特征在于，步骤S30包括如下步骤：

S300、在所述电极扫描周期内，对确定悬浮感应所在区块内的全部所述接收电极进行扫描；

S301、悬浮感应所在区块的所述接收电极是否均完成扫描；如是，执行步骤S302；否则，返回步骤S300；

S302、计算悬浮感应所在区块内每个接收电极的电荷差值，在悬浮感应区块内搜索所述电荷差值的峰值对应的坐标，所述峰值对应的坐标即为悬浮感应的坐标。

6.一种扫描系统，其特征在于，运行权利要求2-5任一项所述的一种改进的扫描方法，包括：

扫描参数配置模块，用于设置或调整扫描参数；

区块扫描控制模块，能够根据所述扫描参数配置模块设置或调整的扫描参数，扫描每个区块，获取每个区块的感应数据；

第一计算模块，能够根据每个区块的感应数据，计算每个区块的电荷差值，搜索所述电荷差值的峰值所在的区块位置，并将峰值所在区块的位置信息发送给第二计算模块；

电极扫描控制模块，能够根据所述扫描参数配置模块调整的扫描参数以及所述第一计算模块发送的区块位置信息，扫描所述区块位置信息对应的区块中每个所述接收电极，获取每个所述接收电极的感应数据；

所述第二计算模块，能够根据每个所述接收电极的感应数据，计算每个所述接收电极的电荷差值，搜索所述电荷差值的峰值所在的所述接收电极的坐标，并将所述峰值对应的所述接收电极的坐标确定为悬浮感应所在位置。

7.根据权利要求6所述的一种扫描系统，其特征在于，还包括主控模块，所述主控模块与所述扫描参数配置模块、区块扫描控制模块、第一计算模块、电极扫描控制模块以及第二计算模块均连接，用于协调管理各模块的工作。

8.根据权利要求7所述的一种扫描系统，其特征在于，还包括功耗管理模块；

所述功耗管理模块与所述主控模块、扫描参数配置模块、区块扫描控制模块、第一计算模块、电极扫描控制模块以及第二计算模块均连接，用于为各模块提供低功耗电源及待机与唤醒管理。