CN115220601A - 一种同时处理压感和电容触控信号的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同时处理压感和电容触控信号的系统及方法，所述系统具有SOC压触信号处理引擎单元；所述SOC压触信号处理引擎单元包括：阻容分离单元、触控算法单元、压感算法单元和计算比较单元，所述阻容分离单元用于分离出所述传感器的输入信号的电阻参数和电容参数，所述触控算法单元用于对电容参数处理得到触控点值，所述压感算法单元用于对电阻参数处理得到压感力度值；所述计算比较单元用于将触控点值、压感力度值与设置的参考阈值做比较。发明兼容了压感和电容触控的优势，克服了单独使用压感或者电容触控的问题，从而实现原来需要通过两个不同的数字接口分时采集两个独立的不同结构的传感器信号来分别实现压感和触控的功能。

Description

一种同时处理压感和电容触控信号的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种测量技术领域，具体为一种同时处理压感和电容触控信号的系统及方法。
背景技术
在芯片设计中，处理电容和压感触控信号时，一般使用电容触控信号技术和压感信号技术，单纯的电容触控信号技术在遇到水的情况下是失效的，且纯电容触控信号容易误触发；
单纯的压感信号技术通过检测物体表面的压力形变来判断是否有按压产生，这种技术能够弥补触控技术的遇水失效缺点，但是由于需要有一定的力度才能使得物体表面产生一定的压力形变，纯压感信号受物体表面的结构张力因素影响大，很容易出现按压物体表面的多个触点都能够使得该压感信号被检测为有效按压的情况，使得检测不准确。
现有技术已经不能满足现阶段人们的需求，基于现状，急需对现有技术进行改革。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时处理压感和电容触控信号的系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
一方面，本发明提供如下技术方案一种同时处理压感和电容触控信号的系统，包括：传感器、SOC(系统级芯片)压触信号处理引擎单元、SOC压感通道、SOC电容触摸控制器、数据总线、处理器；
所述传感器具有一由电阻R1、R2、R3和R4组成的电桥电阻网络；
优选的，所述电桥电阻网络中的电阻R1与电阻R2之间并联耦接精密电容C1；
优选的，所述电阻R3与电阻R4之间并联耦接精密电容C2；
所述精密电容C1的一端Vp1和精密电容C2的一端Vn1耦接到SOC压感通道上，将精密电容C1的另一端Vp1_r和精密电容C2的另一端Vn1_r耦接到SOC电容触摸控制器；
所述SOC压触信号处理引擎单元包括：阻容分离单元、触控算法单元、压感算法单元和计算比较单元；
所述阻容分离单元用于分离出所述传感器的输入信号的电阻参数和电容参数；
所述触控算法单元用于对电容参数进行滤波和基线跟踪的算法处理得到触控点值；
所述压感算法单元用于对电阻参数进行压感的窗口滑动滤波处理得到压感力度值；
所述计算比较单元通过触控点值、压感力度值与设置的参考阈值做比较，判断该按键是否有效。
所述SOC通过数据总线耦接到处理器，SOC的数据通过数据总线传输到处理器进行处理。
另一方面，本发明提供了另一技术方案，一种同时处理压感和电容触控信号的方法，用于提高系统的处理效率，步骤如下：
S1,设计同时带有电容和电阻特性的传感器；
S2,将所述传感器共同作为压感和触控的信号入口；
S3,通过SOC压触信号处理引擎单元分离出传感器输入信号的电容参数和电阻参数；
S4,通过处理引擎单元的触控算法单元分析所述输入信号的电容参数并进行滤波和基线跟踪的算法处理，来获取作用于该传感器的触控信号大小的触控点值；
S5,通过处理引擎单元的压感算法单元分析所述输入信号的电阻参数并进行压感的窗口滑动滤波处理，获取压感力度值；
S6,通过计算比较单元将触控点值或压感力度值与设置的参考阈值进行比较，判断出该按键触摸是否有效。
本发明具有如下有益效果：
本发明兼容了压感和电容触控的优势，克服了单独使用压感或者电容触控的问题，从而实现原来需要通过两个不同的数字接口分时采集两个独立的不同结构的传感器信号来分别实现压感和触控的功能；能够有效地解决单压感信号或者单电容触控信号串行处理的应用弊端，实现两种信号的并发处理，从而提高整体系统信号处理的实时性和准确性。
附图说明
图1为本技术领域现有技术方案示意图；
图2为同时处理压感和电容触控信号的系统示意图；
图3为本发明传感器的内部电路图；
图4为同时处理压感和电容触控信号的方法流程示意图。
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。
参考图1,本发明提供一可选实施例，用于说明目前处理压感和电容触控信号时的方法，目前，低功耗，低成本，高度集成是低功耗SOC芯片设计的一个发展方向，目前终端用户设计此类芯片通常是使用MCU分别对接压感传感器和电容触控PAD，通过软件方案分时采集不同的信号来进行处理，例如，先通过ADC模块采集压感传感器的信号获取到压感原始信号，然后再通过压感算法进行基线跟踪，通过比较实时信号和基线信号的大小是否超过特定的阈值来判断是否有按压产生；
处理完压感信号后，再通过电容触控接口对电容PAD的信号进行分析，获取电容信号的变化，如果有人手触摸，此时就能获取到该信号。
由此可见，在整个处理压感和电容触控信号的过程中，都需要软件的参与，每100毫秒就会唤醒CPU起来处理一次任务，这种方案的缺陷在于CPU串行处理时间太长，导致整个过程的实时性比较差，准确度也会根据软件算法的不同而不同，尽管有的算法会通过增大CPU工作时的频率来降低串行处理的时间长度，但是降低空间有限，还会从侧面增加了整体方案的功耗；并且需要外部接两种不同类型的传感器，压感传感器和触控传感器，然后分别通过MCU的ADC模块和触控处理模块通过软件的方式分时调用，串行处理这两种不同的信号，最后才能实现压感和触控的判断。
参考图2，为了克服上述方案的缺陷，本发明提供了另一可选实施方案，一种同时处理压感和电容触控信号的系统，用于优化CPU处理时间，将压感信号和电容触控信号的串行处理改为SOC并行处理，提高检测效率和准确性；
所述系统包括：传感器、SOC(系统级芯片)压触信号处理引擎单元、SOC压感通道、SOC电容触摸控制器、数据总线、处理器；
所述传感器具有一由电阻R1、R2、R3和R4组成的电桥电阻网络，且所述电桥电阻网络中的电阻R1与电阻R2之间并联耦接精密电容C1，且所述电阻R3与电阻R4之间并联耦接精密电容C2，且将精密电容C1的一端Vp1和精密电容C2的一端Vn1耦接到SOC压感通道上，将精密电容C1的另一端Vp1_r和精密电容C2的另一端Vn1_r耦接到SOC电容触摸控制器；
所述SOC压触信号处理引擎单元包括：阻容分离单元、触控算法单元、压感算法单元和计算比较单元；所述阻容分离单元用于分离出所述传感器的输入信号的电阻参数和电容参数；
优选的，所述触控算法单元用于对电容参数进行滤波和基线跟踪的算法处理得到触控点值；
优选的，所述压感算法单元用于对电阻参数进行压感的窗口滑动滤波处理得到压感力度值；
优选的，所述计算比较单元通过触控点值、压感力度值与设置的参考阈值做比较，判断该按键是否有效。
所述压触信号处理引擎单元、SOC压感通道、SOC电容触摸控制器共同设计在同一SOC上，SOC通过数据总线耦接到处理器，SOC的数据通过数据总线传输到处理器进行处理，所述处理器可以为ARM系列的cortex处理器，也可以为其他处理器，例如单片机、FPGA等能够实现接收和处理对SOC数据的处理器。
参考图3，本发明还提供另一实施例，阐述系统同时处理压感和电容触控信号的的过程；在传感器上R1、R2、R3、R4的电阻值在2到10K欧姆之间，精密电容C1和C2的电容值在20pF到50pF之间，所以整个传感器呈现的差分电压值(Vp1和Vn1之间)的范围为±400mV之内，即偏置电压值；
针对传感器的压感参数信号，本实施例中的SOC内部的ADC能够进行偏置电压的补偿校准，将传感器呈现的差分电压值的范围自动调整到ADC的工作量程内即±100mV之内；ADC的采集数据会进入到压感算法单元，压感算法单元会进行压感的窗口滑动滤波处理和动态温度补偿处理，并进行基线自动跟踪，经过SOC的压感算法单元处理之后的信号即体现为力的信号，是通过实时数据跟基线数据的差值进行算法处理得到的反应按压力度的一个值，即为压感力度值，整个力度值的范围在2牛到10牛之间。
针对传感器的电容参数信号，当手指跟传感器接触的时候，触控算法单元就会检测到外部电容的变化，芯片内部会根据该电容变化产生2MHz左右频率的震荡时钟f_osc,利用芯片内固定频率的参考时钟f_ref(16MHz)测量M个f_osc周期时间内f_ref的周期计数(Nx),当外部有触摸时，f_osc会变慢，f_ref的周期计数会变成Ny,当(Ny-Nx)大于设定的参考阈值时认为有触摸事件发生，进而触发SOC系统中断，通知处理器进行相应的处理，所以，可以通过同时检测电容触摸发生中断和压感按压发生中断来提高有效按压的准确性，减少误判，检测更准确。
参考图4，本发明提供了另一可选实施方案，一种同时处理压感和电容触控信号的方法，用于提高系统的处理效率，步骤如下：
S1,设计同时带有电容和电阻特性的传感器，具体步骤如下：在由电阻R1、R2、R3和R4组成的电桥电阻网络的基础上并联耦接精密电容C1和C2，且将精密电容C1的一端Vp1和精密电容C2的一端Vn1耦接到SOC芯片的压感通道上，将精密电容C1的另一端Vp1_r和精密电容C2的另一端Vn1_r耦接到SOC芯片的电容触摸控制器，这样即特定设计出了同时带有电容和电阻特性的传感器；
S2,将所述传感器共同作为压感和触控的信号入口；
S3,通过SOC压触信号处理引擎单元分离出传感器输入信号的电容参数和电阻参数；
S4,通过处理引擎单元的触控算法单元分析所述输入信号的电容参数并进行滤波和基线跟踪的算法处理，来获取作用于该传感器的触控信号大小的触控点值；
S5,通过处理引擎单元的压感算法单元分析所述输入信号的电阻参数并进行压感的窗口滑动滤波处理，获取压感力度值；
S6,通过计算比较单元将触控点值或压感力度值与设置的参考阈值进行比较，判断出该按键触摸是否有效；
当触控点值或压感力度值大于设置的参考阈值时，有触摸事件发生，即触摸按键被按下；
当触控点值或压感力度值小于设置的参考阈值时，无触摸事件发生，即触摸按键没有被按下。
本实施例兼容了压感和电容触控的优势，又克服了单独使用压感或者电容触控的问题，从而实现原来需要通过两不同的数字接口分时采集两个独立的不同结构的传感器信号来分别实现压感和触控的功能。
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 (7)

1.一种同时处理压感和电容触控信号的系统，包括：传感器、ADC模块、触控处理模块、数据总线和处理器，所述ADC模块、触控处理模块通过数据总线耦接到处理器，数据通过数据总线传输到处理器进行处理，其特征在于：实现对压感信号和电容触控信号的并行处理；
所述传感器包括：电桥电阻网络、精密电容C1和精密电容C2；
所述电桥电阻网络由电阻R1、R2、R3和R4组成，且所述电桥电阻网络中的电阻R1与电阻R2之间并联耦接精密电容C1，且所述电阻R3与电阻R4之间并联耦接精密电容C2；
所述系统还包括：SOC压触信号处理引擎单元；
所述SOC压触信号处理引擎单元包括：阻容分离单元、触控算法单元、压感算法单元和计算比较单元；
所述阻容分离单元用于分离出所述传感器的输入信号的电阻参数和电容参数；
所述触控算法单元用于对电容参数处理得到触控点值；
所述压感算法单元用于对电阻参数处理得到压感力度值；
所述计算比较单元用于将触控点值、压感力度值与设置的参考阈值做比较。
2.根据权利要求1所述的同时处理压感和电容触控信号的系统，其特征在于：所述系统还包括：SOC压感通道，所述精密电容C1的一端Vp1和精密电容C2的一端Vn1耦接到SOC压感通道上。
3.根据权利要求1所述的同时处理压感和电容触控信号的系统，其特征在于：所述系统还包括：SOC电容触摸控制器，所述精密电容C1的另一端Vp1_r和精密电容C2的另一端Vn1_r耦接到SOC电容触摸控制器。
4.一种同时处理压感和电容触控信号的方法，其特征在于：用于提高系统的处理效率，步骤包括：
设计同时带有电容和电阻特性的传感器；
将所述传感器共同作为压感和触控的信号入口；
通过SOC压触信号处理引擎单元分离出传感器输入信号的电容参数和电阻参数；
通过处理引擎单元的触控算法单元分析所述输入信号的电容参数并进行滤波和基线跟踪的算法处理，来获取作用于该传感器的触控信号大小的触控点值；
通过处理引擎单元的压感算法单元分析所述输入信号的电阻参数并进行压感的窗口滑动滤波处理，获取压感力度值；
通过计算比较单元将触控点值或压感力度值与设置的参考阈值进行比较，判断出该按键触摸是否有效。
5.根据权利要求4所述的同时处理压感和电容触控信号的方法，其特征在于：同时带有电容和电阻特性的传感器的设计步骤为：
在由电阻R1、R2、R3和R4组成的电桥电阻网络的基础上并联耦接精密电容C1和C2；
将精密电容C1的一端Vp1和精密电容C2的一端Vn1耦接到SOC芯片的压感通道上；
将精密电容C1的另一端Vp1_r和精密电容C2的另一端Vn1_r耦接到SOC芯片的电容触摸控制器。
6.根据权利要求4所述的同时处理压感和电容触控信号的方法，其特征在于：当触控点值或压感力度值大于设置的参考阈值时，有触摸事件发生。
7.根据权利要求4所述的同时处理压感和电容触控信号的方法，其特征在于：当触控点值或压感力度值小于设置的参考阈值时，无触摸事件发生。
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CN115951800A (zh) * 2023-03-10 2023-04-11 上海泰矽微电子有限公司 一种通过压感技术处理电容触摸防水系统
CN116339607A (zh) * 2023-05-29 2023-06-27 上海泰矽微电子有限公司 触控检测方法、装置、系统、触控设备和介质

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