CN116048294A - 触控检测装置及电子设备、触控检测方法 - Google Patents

触控检测装置及电子设备、触控检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种触控检测装置及电子设备、触控检测方法。所述触控检测装置及方法采用打码及解码来获取涵盖n*m个电容节点的一帧触控相关数据，n*m个耦合信号经过打码多址累加处理、减共模处理、模数转换处理以及解码处理，并且，通过获取先后两帧所述触控相关数据并对两帧所述触控相关数据进行差分相减，形成n*m个电容节点的触控分布信息，可以实现较高的触控灵敏度，此外，解码处理后得到的单帧所述触控相关数据在进行差分相减之前，被减共模处理减去的共模模拟电压量可不作还原，避免了还原操作产生的误差，有助于缩减电路面积，降低功耗。所述电子设备包括所述触控检测装置。

Description

触控检测装置及电子设备、触控检测方法
技术领域
本发明涉及触控领域，尤其涉及触控检测装置、电子设备以及触控检测方法。
背景技术
电容式触控是目前智能终端常采用的触控技术，该技术将根据电容变化来感知触摸的电容式触控传感器附接在显示设备(如液晶显示器或者有机发光二极管显示器)上或者内置在显示设备中。电容式触控传感器通常包括驱动端和感应端，所述驱动端包括复数个驱动通道，感应端包括复数个感应通道，驱动通道和感应通道相交形成多个电容节点。当导电体(例如人体或指示笔)触摸所述电容式触控传感器时，通过使少量电荷移动到电容节点而产生的电容变化来感知触摸。
为了提高触摸感知的精度和准确性，需要降低来自人体或者其它电路的噪声以及相邻行或列的串扰对感应信号的影响，一种触控检测装置中，利用码序列对驱动信号进行打码处理，其中，码序列对应于各个驱动通道的码片按照设定的时间间隔加载到相应的驱动通道，每个感应通道接收到耦合信号(电容极板的电压或电压变化)后，对该感应通道上电容节点的耦合信号作打码多址累加，可以得到多个模拟电压累加值，所述模拟电压累加值叠加了由各驱动通道的码片数据构成的共模量，将其作为检测信号(模拟电压信号)输出，通过模数转换器(ADC)将该模拟电压信号转换为数字电压信号，再进行解码处理，例如对与每个感应通道关联的多个所述数字电压信号和每个驱动通道采用的完整码片作内积运算，生成每个电容节点的触控相关值。最后进行报点计算，例如使不同感应通道的数据以差分方式输出，通过对差分信号的矩阵进行积分还原来得到各个电容节点的触控分布信息。
上述触控检测装置中，在通过打码多址累加获得多个模拟电压累加值后，由于模数转换器的输入信号范围有限，所述模拟电压累加值可能会超出模数转换器的输入信号范围导致信号过饱和而降低触控检测的灵敏度。因此常需要对所述模拟电压累加值进行减共模(或称减直流，减DC)操作，使得要转换的模拟电压信号落在模数转换器的输入量程范围内。但是，由于各次打码对应的共模量可能不同，减共模操作如果对各次打码都减去相同的直流量，会导致解码后得到的触控检测结果不准确，降低了触控灵敏度。如何提高触控检测装置打码累加后解码结果的准确性是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种触控检测装置及一种触控检测方法，在驱动端利用码序列对驱动信号进行打码处理，在感应端获取触摸检测信号，并且不需要执行减共模的还原操作，触控灵敏度高，电路功耗低。本发明另外提供一种包括所述触控检测装置的电子设备。
一方面，本发明提供一种触控检测装置，用于对m个驱动通道和n个感应通道形成的n*m个电容节点的电容变化进行检测，m和n为正整数，所述触控检测装置包括帧处理模块和报点计算模块；所述帧处理模块用于在每个打码周期内向各个所述驱动通道加载打码驱动信号，并通过各个感应通道获取在各个所述电容节点形成的n*m个耦合信号，经过打码多址累加处理、减共模处理、模数转换处理及解码处理，获得涵盖n*m个电容节点的一帧触控相关数据，其中，所述减共模处理用于使所述打码多址累加处理后的n个模拟电压累加值在所述模数转换处理要求的输入范围内；所述报点计算模块用于获取先后两帧的所述触控相关数据，并对两帧所述触控相关数据进行差分相减，形成n*m个电容节点的触控分布信息。
可选的，所述报点计算模块在对两帧所述触控相关数据进行差分相减之前，每帧所述触控相关数据中，被所述减共模处理减去的共模模拟电压量未被还原。
可选的，所述帧处理模块包括：
打码单元，用于产生应用于各个所述驱动通道的码片，并根据所述码片产生每次打码的m个所述打码驱动信号；
打码累加单元，用于通过各个所述感应通道获取对m个驱动通道在各个电容节点形成的n*m个耦合信号，并对n个所述感应通道的每个感应通道上的m个电容节点的耦合信号与每次打码的m个所述打码驱动信号进行打码多址累加，得到所述n个模拟电压累加值；
减共模单元，用于对所述n个模拟电压累加值进行处理，对应减去超出所述模数转换处理要求的输入范围的共模模拟电压量，并生成n个待解码模拟电压信号；
模数转换单元，用于将n个所述待解码模拟电压信号转换为n个待解码数字电压信号；以及，
解码单元，用于基于n个所述待解码数字电压信号和m个所述驱动通道采用的码片进行解码，生成所述一帧触控相关数据中n*m个所述电容节点的触控相关值。
可选的，所述打码累加单元进行k次打码，形成n*k个所述模拟电压累加值，所述解码单元将对应的n*k个所述待解码数字电压信号和k*m个所述驱动通道采用的码片进行乘加实现解码，生成所述一帧触控相关数据中n*m个所述电容节点的触控相关值，k为正整数。
可选的，所述减共模单元包括设置于n个所述感应通道的每一者的输出节点的至少一档电流源，以通过抽电流或加电流的方式使n个模拟电压累加值在所述模数转换处理要求的输入范围内。
可选的，所述减共模单元及所述打码累加单元包括：
积分器，用于对n个所述感应通道的每一者的输出节点的电荷作积分，生成未超过所述模数转换处理要求的输入范围的所述n个待解码模拟电压信号并输入至所述模数转换单元。
可选的，所述打码累加单元进行k次打码，所述共模模拟电压量由每次打码时的m个所述打码驱动信号累加的共模量决定，k为正整数。
可选的，所述先后两帧分别为无触摸帧触控相关数据和有触摸帧触控相关数据。
一方面，本发明提供一种触控检测方法，由触控芯片执行，用于对m个驱动通道和n个感应通道形成的n*m个电容节点的电容变化进行检测，m和n为正整数，所述触控检测方法包括：
在每个打码周期内向各个所述驱动通道加载打码驱动信号，并通过各个感应通道获取在各个所述电容节点形成的n*m个耦合信号，经过打码多址累加处理、减共模处理、模数转换处理及解码处理，获得涵盖n*m个电容节点的一帧触控相关数据，其中，所述减共模处理用于使所述打码多址累加处理后的n个模拟电压累积值在所述模数转换处理要求的输入范围内；以及，
获取先后两帧的所述触控相关数据，并对两帧所述触控相关数据进行差分相减，形成n*m个电容节点的触控分布信息。
一方面，本发明提供一种电子设备，包括上述触控检测装置。
本发明提供的触控检测装置中，帧处理模块采用打码及解码来获取涵盖n*m个电容节点的一帧触控相关数据，其中，n*m个耦合信号经过打码多址累加处理、减共模处理、模数转换处理以及解码处理，所述减共模处理用于使所述打码多址累加处理后的n个模拟电压累加值在所述模数转换处理要求的输入范围内，报点计算模块用于获取先后两帧所述触控相关数据，并对两帧所述触控相关数据进行差分相减，形成n*m个电容节点的触控分布信息，可以实现较高的触控灵敏度。此外，解码处理后得到的单帧所述触控相关数据在进行差分相减之前，被所述减共模处理减去的共模模拟电压量可不作还原，避免了还原操作产生的误差，有助于缩减电路面积，降低功耗。
本发明提供的触控检测方法以及电子设备与上述触控检测装置具有类似的构思，因而具有类似的优点。
附图说明
图1是本发明实施例的触控检测装置的结构示意图。
图2是本发明实施例的触控检测装置的硬件连接示意图。
图3是本发明实施例的帧处理模块进行打码、打码多址累加和解码的示意图。
图4是本发明实施例的触控检测方法的流程示意图。
附图标记说明：
100-触控检测装置；110-帧处理模块；120-报点计算模块；111-打码单元；112-打码累加单元；113-减共模单元；114-模数转换单元；115-解码单元；212-电流源；214-积分器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的本发明的触控检测装置及电子设备、触控检测方法作进一步详细说明。根据下面的说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明实施例涉及一种触控检测装置，所述触控检测装置用于对m个驱动通道和n个感应通道形成的n*m个电容节点的电容变化进行检测，m和n为正整数，所述触控检测装置例如是触控芯片或者能够实现其功能的其它装置(如电容式触控传感器、触控检测电路)。所述驱动通道例如包括附接在显示设备(如液晶显示器或者有机发光二极管显示器)上或者内置在显示设备中的驱动电极，而所述感应通道包括与驱动电极相对设置的感应电极，m个所述驱动通道可连接一触控驱动装置以及一打码单元以将打码后的驱动信号施加在驱动电极上，该打码驱动信号会耦合到对应的感应电极，即在n个感应通道产生耦合信号，通过对耦合信号进行处理，实现触控检测。
图1是本发明实施例的触控检测装置的结构示意图。图2是本发明实施例的触控检测装置的硬件连接示意图。参照图1和图2，本发明实施例的触控检测装置100包括帧处理模块110和报点计算模块120，其中，所述帧处理模块110用于在每个打码周期内向各个所述驱动通道加载打码驱动信号，并通过各个感应通道获取在各个所述电容节点形成的n*m个耦合信号，经过打码多址累加处理、减共模处理、模数转换处理及解码处理，获得涵盖n*m个电容节点的一帧触控相关数据，其中，所述减共模处理用于使所述打码多址累加处理后的n个模拟电压累加值在所述模数转换处理要求的输入范围内。所述报点计算模块120用于获取先后两帧的所述触控相关数据，并对两帧所述触控相关数据进行差分相减，形成n*m个电容节点的触控分布信息。
图3是本发明实施例的帧处理模块进行打码、打码多址累加和解码的示意图。以下结合图1至图3，以设定数量的驱动通道和感应通道作为例子，对本发明具体实施例中的帧处理模块110的结构以及其实现打码、打码多址累加、减共模、模数转换和解码的过程进行说明。
帧处理模块110可包括打码单元111，所述打码单元111用于产生应用于m个驱动通道(以Tx表示)的码片，并根据所述码片产生每次打码的m个打码驱动信号。作为示例，驱动通道的数目为21(即m＝21)，感应通道(以Rx表示)的数目为42(即n＝42)。打码单元111采用m码打码，但不限于此，本发明实施例对各个驱动通道进行打码的码片可以是各种PN(pseudorandomnoise)码或正交码，例如还可以是walsh码。此处以m码为例，由于m码的码长通常为(2y-1)位(y为正整数)，21个驱动通道需要21个m码，所以举例而言：如果采用31位的m码，31位的m码有31个，完整打码一遍(共31次)即可；如果采用15位的m码，15位的m码有15个，需要21个通道分段打码两遍(例如先对1～15通道进行完整15次打码，再从这15个m码中选5个对剩余的16～21通道进行完整15次打码)。以下实施例以采用31码长的m码打码31次(完整打码一遍)进行说明。
参照图3，帧处理模块110在打码时，31次打码对应的时刻分别记为t1、t2、...、t31，在t1时刻向第1个至第21个驱动通道配置的码片向量分别为m11、m21、...以及m211，在t2时刻向第1个至第21个驱动通道配置的码片向量分别为m12、m22、...以及m212，依此类推，在t31时刻向第1个至第21个驱动通道配置的码片向量分别为m131、m231、...以及m2131，每个码片向量(如m2131)取值为1或者-1。21个驱动通道中每一者的完整码片序列为31次打码向量的组合，分别记为M1、M2、...、M20以及M21，例如第一个驱动通道(Tx1)的码片序列M1＝(m11，m12，...，m131)。当驱动通道加载打码数据时，每个驱动通道的驱动信号即经过了相应的码片序列编码，而每次打码施加到驱动电极上的打码驱动信号是该时刻对应的m个(m＝21)驱动通道上的码片向量的组合，例如t1的打码驱动信号为(m11,m21、...,m211),t2的打码驱动信号为(m12,m22、...,m212)，依此类推，在t31时刻的打码驱动信号为(m131,m231、...,m2131)。
经过电容耦合，n个感应通道作为接收端，在感应通道端口(Rx端口)，首先对采集的耦合数据进行打码多址累加处理。所述帧处理模块110可包括打码累加单元112，所述打码累加单元112用于通过各个所述感应通道获取对m个驱动通道在各个电容节点形成的n*m个耦合信号，并对n个所述感应通道的每一者上的m个电容节点的耦合信号与每次打码的m个(m＝21)打码驱动信号进行打码多址累加，得到n个模拟电压累加值。例如Rx1通道在t1打码时，是将Rx1对应的21个耦合信号与t1的打码驱动信号(m11,m21、...,m211)进行乘加运算。其中，每次对m个驱动通道打码时的码片向量之和为该次打码的共模量。
具体的，参照图3，帧处理模块110在进行打码多址累加之前，先通过各个所述感应通道获取对m个驱动通道在各个电容节点形成的n*m个耦合信号，并对n个所述感应通道的每一者上的m个电容节点的耦合电压数据进行打码并累加。以感应通道采集到的耦合信号的电压数据为9V为例，以mti表示第i个驱动通道(i＝1，2，...，或21)在其中一次打码时的码片向量，则同一感应通道上的21个电容节点在该次打码时的多址累加结果表示为：
Figure BDA0003327115020000071
每次打码，42个(n＝42)感应通道得到42个(n＝42)模拟电压累加值，利用该方法，经过31次打码后可以得到42行31列的数据组，其中，第一行的数据为第一个感应通道(Rx1)上的21个电容节点分别对应于t1、t2、...以及t31时刻打码的多址累加结果，分别记为C11、C21、...以及C311，第二行的数据为第二个感应通道(Rx2)上的21个电容节点分别对应于在t1、t2、...以及t31时刻打码的多址累加结果，分别记为C12、C22、...以及C312，依此类推。简便起见，将通过打码多址累加处理得到的矩阵(此处示例为42行31列的矩阵)称为打码累加矩阵。在打码累加矩阵中，行的数量为感应通道数n，列的数量为打码次数k(k为正整数)，即打码累加矩阵为一n*k(n行k列)矩阵。每列数据对应每次打码的时刻，42个(n＝42)感应通道得到42个(n＝42)模拟电压累加值，其中第一列的数据为t1时刻42个感应通道(Rx1～Rx42)的21个(m＝21)电容节点分别与t1时刻的打码驱动信号进行打码多址累加的结果，分别记为C11、C12、...以及C142，第二列的数据为t2时刻42个感应通道(Rx1～Rx42)的21个(m＝21)电容节点分别与t2时刻的打码驱动信号进行打码多址累加的结果，分别记为C21、C22、...以及C242，依次类推。
在通过打码多址累加处理后，为了避免模数转换时输入的模拟电压信号的数值超过模数转换单元114的输入量程，以及模拟电压信号过饱和对触控灵敏度造成的影响，上述帧处理模块110还根据设定范围(该设定范围基于模数转换单元114要求的输入范围设定，此处设置为模数转换处理要求的输入范围)对打码累加矩阵中各元素对应的模拟电压累加值进行处理，使超出设定范围的模拟电压累加值降低，称为减共模处理(或称减DC处理)。具体的，所述帧处理模块110可包括减共模单元113，所述减共模单元113用于对打码累加单元112得到的n个模拟电压累加值进行处理，对应减去超出模数转换单元114要求的输入范围的共模模拟电压量，并生成n个待解码模拟电压信号。
参照图2，一实施例中，图1的减共模单元113可包括设置于每个所述感应通道的输出节点的至少一档电流源212，以通过抽电流或加电流(电流方向如图2中的I1或I2所示)的方式实现减去超出设定范围的共模模拟电压量，从而使上述n个模拟电压累加值在模数转换处理要求的输入范围内。利用所述电流源212，所述减共模单元113基于电压电容公式V＝i*t/C(V为要减去的共模模拟电压量，i为电流，t为时间，C为积分电容的电容值)，可以选择不同的电流i来设置不同的减DC值，n*k个减DC值构成一减共模矩阵(或称减DC矩阵)，该减DC矩阵为n*k(n行k列)矩阵，以分别对上述打码累加矩阵(n行k列)中各个元素的模拟电压累加值进行处理，将超过设定范围的模拟电压量减去。在一实施例中，减DC矩阵的每一列各行数值可能相同，该数值称为“共模模拟电压量”，减DC矩阵各列的该数值与每次打码的共模量(即该次打码时刻，m个驱动通道的码片向量之和)相关。在其它实施例中，减DC矩阵的每一列各行数值也可能不相同，这是由于当某一个感应通道有触摸动作时，每一列上的其中几行的响应值可能数值会偏小。但DC矩阵的每一列各行数值是否相同并不影响本发明实施例描述的解码后两帧相减后的值。
另外，减共模单元113还可包括如图2所示的积分器214，该积分器214可将图2所示中的至少一档电流源处理后的电荷量做积分运算，从而得到待解码模拟电压信号。值得注意的是，在对本发明实施例的触控检测装置进行硬件设置时，积分器214同时还可用于实现图1所示的打码累加单元112，以实现前述打码累加操作，即是说，积分器214可用于实现减共模单元113的部分功能及打码累加单元112的功能，本实施例中，所述积分器114用于对n个所述感应通道的每一者的输出节点的电荷作积分，生成未超过设定范围的n个待解码模拟电压信号并输入至模数转换单元114。另一实施例中，n个感应通道中，各个感应通道的输出节点的电荷可以采用各自独立的积分器进行积分，可以生成未超过所述设定范围的n个待解码模拟电压信号并输入至模数转换单元114。
电流源212和积分器214之间设置有一开关(S1)。所述积分器214包含一运算放大器，其具有连接至地的第一输入和连接电流源212输出(S1的一端)的第二输入，且还包括一积分电容(Cf)，该积分电容设置于该运算放大器的第二输入和电流源212的输出节点之间，所述积分器214还包括设置于运算放大器的第二输入和输出端之间的开关(rst)。利用上述电流源212，通过抽电流(减电荷)或加电流(加电荷)的方式减去超出设定范围的模拟电压量，具体通过抽取积分器214的积分电容里面的电荷，使得电荷量发生变化，来改变积分器214输出的电压，从而实现减共模处理。具体而言，积分器214输出的每个待解码模拟电压信号可根据下述公式求得：
ΔVout＝-N*ΔVin*Cm/Cf+d*Qdc/Cf，
其中N为每次打码的共模量(即该次打码时刻，m个驱动通道的码片向量之和)，ΔVin为每个所述感应通道上的m个电容节点的耦合电压数据(例如为9V)，Cm为前述电容节点的电容值，Cf为积分器214中的积分电容值，d为减DC值，Qdc为单位电荷量，根据不同的N值(即打码的共模量)可确定出不同的d值(即减DC值)，通过积分器214输出的待解码模拟电压信号ΔVout被调整到后续模数转换单元114的工作范围内。
参照图1和图2，所述帧处理模块110可包括模数转换单元114，所述模数转换单元114用于将未超过设定范围的所述模拟电压累加值转换为数字信号，即，将上述n个待解码模拟电压信号转换为n个待解码数字电压信号。所述模数转换单元114具有一定的输入电压范围，在所述输入电压范围内，输入所述模数转换单元114的n个待解码模拟电压信号被转换为相应范围的n个待解码数字电压信号。所述模数转换单元114可采用本领域公开的结构。
参照图2，所述模数转换单元114例如包括一可编程增益放大器(PGA)和将模拟信号转数字信号的组件(ADC)。由于输入模数转换单元114的待解码模拟电压信号经过了减共模处理，不会超过模数转换单元114的输入量程，因此可以避免电压信号过饱和对触控灵敏度的影响。模数转换单元114输出的42个(n＝42)待解码数字电压信号用于解码处理，以得到各个电容节点的触控相关值。具体的，31次(k＝31)打码形成图3所示的上述42行31列(n行k列，k为打码次数)的数据组(即一打码累加矩阵)，经过减共模处理以及模数转换处理后，对应的可以得到一42行31列的待解码数字矩阵，该矩阵中，每个元素为由该位置的模拟电压累加值经减共模和模数转换得到的待解码数字电压信号。
参照图1和图2，所述帧处理模块110可包括解码单元115，所述解码单元115用于基于n个(示例的，n＝42)待解码数字电压信号和m个(示例的，m＝21)所述驱动通道采用的码片进行解码，生成上述n*m个电容节点的触控相关值。图3所示的打码累加矩阵是由31次(k＝31)次打码累加操作得到的，该打码累加矩阵经过减共模以及模数转换处理后得到的对应的42行31列(n*k，n＝42，k＝31)的待解码数字矩阵，在解码时，利用该42行31列(n*k，n＝42，k＝31)的待解码数字矩阵的各行数据与21(m＝21)个驱动通道的码片序列(即k*m个码片向量)作内积，从而得到每个感应通道上各个电容节点的触控相关值。参照图3，对应于第i个驱动通道(i＝1，2，...，或21)，第j个感应通道的解码数据(j＝1，2，...，或42)可表示为
Figure BDA0003327115020000111
k表示打码次数。
为了进一步清楚说明上述打码解码过程，以下以简化的方式对2个驱动通道(m＝2)和4个感应通道(n＝4)的打码解码过程进行说明。该实施例中，驱动通道TX施加的电压数据可表示为
Figure BDA0003327115020000112
其中两列数据分别对应于两个驱动通道，以共进行3次打码(k＝3)为例，对应于左列电压的驱动通道的码片向量为(1，1，-1)，对应于右列电压的驱动通道的码片向量为(-1，1，1)，其中，1对应上升沿，表示积分从-3V至6V，即相应的编码数据为9V，-1对应下降沿，表示积分从9V至-3V，即相应的编码数据为-9V。在接收端(感应通道)RX，首先利用上述过程进行打码多址累加，得到如下4行3列的数据组：
Figure BDA0003327115020000113
其中左、中、右三列数据分别为三次打码对应的累加值(t1时刻，9-9＝0；t2时刻，9+9＝18；t3时刻，-9+9＝0)。经过减共模以及模数转换，进行解码，计算多址累加向量和码片向量的内积，如将(0，18，0)与(1，1，-1)计算内积，结果作为对应于左列电压的驱动通道耦合的第一个感应通道的解码数据，具体计算过程为：0*1+18*1+0*(-1)＝18，从而可得到一4行2列的解码数据组：
Figure BDA0003327115020000121
上述帧处理模块110可以在每帧数据处理时间内，执行上述打码处理、打码多址累加处理、减共模处理以及模数转换处理，得到涵盖n*m个电容节点的一帧触控相关数据。每帧所述触控相关数据可以用一个n*m的矩阵表示，其中每一行对应于一感应通道，每一列对应于一驱动通道，位于行和列交叉点处元素代表相应感应通道和驱动通道交叉处的电容节点的触控相关值。
前述减共模处理在k次打码减去的共模模拟电压量与该次打码的共模量有关(即对m个驱动通道打码时的码片向量之和)，因此每次打码所减的共模模拟电压量可能会不同，在通过模数转换器转换为数字电压信号之后且解码之前，常需要先将减共模的数据还原(将减掉的部分加回)，再作解码处理。由于减共模是在模数转换前采用模拟量实现，而还原过程是在模数转换后进行，因此还原操作需先通过计算将减去的共模模拟电压量转换为数字量，再加到模数转换器输出的数字电压信号中。在本发明一实施例中，可以采用单帧触控相关数据作进一步处理来获得n*m个电容节点的触控分布信息，例如使不同感应通道的数据以差分方式输出，通过对差分信号的矩阵进行积分还原来得到n*m个电容节点的触控分布信息。并且，该技术中，如果在获得单帧触控相关数据时，采用了减共模处理，在处理单帧触控相关数据以生成n*m个电容节点的触控分布信息之前，需要先将减共模处理减去的模拟电压量转换数字电压量，并补充到单帧触控相关数据中，但是本发明的发明人通过研究发现，这种减共模及还原的过程存在如下问题：还原操作所加的数字量和通过模数转换器转换得到的数字电压信号可能存在较大的误差，导致还原后得到的数字电压信号不够准确，会降低触控灵敏度，另外，执行该还原操作需要在模数转换器和解码单元之间设置加法器或减法器，以进行大面阵的多比特(bit)逻辑运算，会增大电路面积及功耗。为了避免该还原过程引入的误差，减小电路面积以及降低功耗，本发明另一实施例的触控检测装置，不是通过单帧触控相关数据来获得n*m个电容节点的触控分布信息，而是采用了两帧数据进行操作。
具体的，参照图1，本发明实施例的触控检测装置包括报点计算模块120，所述报点计算模块120用于获取先后两帧的上述触控相关数据，并对两帧所述触控相关数据进行差分相减，具体使两帧所述触控相关数据中处于同一位置的两个元素相减，作为同一位置电容节点的触控分布信息，对于n*m矩阵形式的单帧触控相关数据，通过两帧相减，可以形成n*m个电容节点的触控分布信息。所述报点计算模块120可采用硬件电路或者软件实现。例如，一实施例的报点计算模块120包括处理器，所述报点计算模块120的对两帧所述触控相关数据进行差分相减的过程由所述处理器采用软件实现。值得注意的是，在一实施例中，进行差分相减的两帧可以分别为无触摸操作的帧和有触摸操作的帧，在另一实施例中，两帧也可以分别为相邻的前后两帧，并且可以均是有触摸的帧。
优选的，所述报点计算模块120获取的并进行差分相减的两帧所述触控相关数据中，由于减共模处理而减去的模拟电压量未被还原，也即所述报点计算模块在对两帧所述触控相关数据进行差分相减之前，每帧所述触控相关数据中，被所述减共模处理减去的共模模拟电压量未被还原。实验表明，对于接收端，采用本发明实施例的不进行减共模还原的方式(即在获得打码累加矩阵后，并作减共模和模数转换之后，不对减去的共模模拟电压量作还原，而是直接利用上述模数转换处理得到的待解码数字矩阵做解码分别得到两帧触控相关数据，再计算该两帧触控相关数据的差值)，和直接采集每个感应通道各电压节点的模拟电压信号得到的两帧数据(不作打码多址累加)，并对该两帧数据作差值，所得到的信号分布是一致的，说明采用本发明实施例的不进行减共模还原的方式不影响触控的灵敏度，因此可以不作还原处理，这样可以避免还原操作产生的误差，确保实现较高的触控灵敏度，并且由于读出电路不需要设置还原模块，有助于缩减电路面积，降低功耗。
本发明实施例还涉及一种触控检测方法，用于对m个驱动通道和n个感应通道形成的n*m个电容节点的电容变化进行检测，m和n为正整数。该触控检测方法可以由触控芯片实现，该触控芯片内例如可设置有数字电压信号处理(DigitalSignalProcessing，DSP)模块或微处理器(MCU)，以执行所述触控检测方法。图4是本发明实施例的触控检测方法的流程示意图。参照图4，所述触控检测方法主要包括如下第一步骤和第二步骤：
第一步骤S1，在每个打码周期内向各个所述驱动通道加载打码驱动信号，并通过各个感应通道获取在各个所述电容节点形成的n*m个耦合信号，经过打码多址累加处理、减共模处理、模数转换处理及解码处理，获得涵盖n*m个电容节点的一帧触控相关数据，其中，所述减共模处理用于使所述打码多址累加处理后的n个模拟电压累积值在所述模数转换处理要求的输入范围内；
第二步骤S2，获取先后两帧的所述触控相关数据，并对两帧所述触控相关数据进行差分相减，形成n*m个电容节点的触控分布信息。
本发明的所述触控检测方法与触控检测装置采用了一个总的构思，上述对本发明实施例的触控检测装置的说明也适用于该触控检测方法。该触控检测方法的优选方案中，在对两帧所述触控相关数据进行差分相减之前，每帧所述触控相关数据中，被所述减共模处理减去的模拟电压量未被还原，以避免还原操作产生的误差，确保实现较高的触控灵敏度，并且由于读出电路不需要设置还原模块，有助于缩减电路面积，降低功耗。以下通过具体实验数据来说明本发明实施例的不进行减共模还原的方式不影响触控的灵敏度。
作为示例，假设前述m＝4，n＝4，k＝4，即对4个驱动通道(记为Tx1、Tx2、Tx3、Tx4)和4个感应通道(记为Rx1、Rx2、Rx3、Rx4)组成的16个电容节点的触控分布信息通过4次打码进行分析。4次打码的码片数据(即打码矩阵)如下：
Figure BDA0003327115020000151
该m*k(m行k列，此处为4*4)的打码矩阵中，每行为各驱动通道的码片数据，一个完整的码片数据分别于t1、t2、t3、t4时刻对相应驱动通道的驱动信号进行打码。每个时刻向四个驱动通道时间的码片向量之和为该次打码的共模量，因此该打码矩阵中，t1、t2、t3、t4时刻四次打码的共模量分别为-2、2、2、2。减共模处理的值与该共模量有关。可以看出，打码矩阵中，各列(不同时刻)的共模量可以是不同的。
利用上述打码矩阵，对所有驱动通道都进行4次(k＝4，即假设1个完整打码周期进行四次打码)打码操作后，在接收端，通过各个感应通道获取各个触摸电容的电容节点的模拟电压值，可以得到一帧n*m(n行m列，这里是4*4)的触控相关数据，该帧触控相关数据为原始触控数据，前后相邻两帧原始触控数据之差可以反映出触控信号的差异，从而可以反映出触控信号的分布。此处将在没有触摸信号的情况下(untouch)得到的一帧原始触控数据记为不打码原始数据矩阵1，将在有触摸信号的情况下(touch)得到的一帧原始触控数据记为不打码原始数据矩阵2，其中，各行分别代表不同的感应通道，各列分别代表不同的驱动通道，见下表所示。值得注意的是，在前述图3的实施例中是假设感应通道采集到的耦合信号的电压数据都为9V，而本发明的触控检测方法并不需要限制在n*m个原始触控数据相同的情况，这里示出的不打码原始数据矩阵1和2中各个触摸电容的电容节点的模拟电压值各不相同。
(不打码原始数据矩阵1)
Figure BDA0003327115020000161
(不打码原始数据矩阵2)
Figure BDA0003327115020000162
下面进行前述的打码累加操作：对前述不打码原始数据矩阵1和不打码原始数据矩阵2，对4个(n＝4)所述感应通道(R1、R2、R3、R4)的每个感应通道上的4个(m＝4)电容节点的耦合信号与每次打码的4个(m＝4)打码驱动信号(即前述打码矩阵的一列，t1～t4分别用不同的列)进行打码多址累加，得到4个(n＝4)模拟电压累加值作为打码累加矩阵一列的值，t1～t4四次打码的打码多址累加得到打码累加矩阵四列的值，则可以得到如下所示的分别在没有触摸信号的情况和有触摸信号的情况得到的打码累加矩阵1和打码累加矩阵2。其中打码累加矩阵1中第一列的元素由不打码原始数据矩阵1中Rx的数据(不打码原始数据矩阵1的一行)与t1打码时刻每个不同Tx的码片(即上述打码矩阵的一列)对应相乘再求和而得到。打码累加矩阵2中第一列的元素由不打码原始数据矩阵2中Rx的数据(不打码原始数据矩阵2的一行)与t1打码时刻每个不同Tx的码片(即上述打码矩阵的一列)对应相乘再求和而得到。打码累加矩阵1和2中，各行分别代表不同的感应通道，各列分别代表不同的打码时刻，矩阵中每个元素为打码多址累加处理后的模拟电压累加值。因此打码累加矩阵为n*k(n行k列，这里是4*4)的矩阵。
(打码累加矩阵1)
Figure BDA0003327115020000171
(打码累加矩阵2)
Figure BDA0003327115020000172
接着对打码累加矩阵1和打码累加矩阵2分别作减共模处理，设定采用如下所示的减共模矩阵来打码信号矩阵中的元素进行处理。根据前面的描述可知，减共模处理可采用对积分电容加电流或抽电流的方式实现，因而减共模矩阵的元素可设置为要减去的共模模拟电压量，减共模单元113则可根据i*t＝C*V来选择不同的电流i来实现减共模矩阵中每个元素要减去的共模模拟电压量。减共模矩阵中每个元素的设置与码片的共模量有关。例如，如前所示的打码矩阵中，t1、t2、t3、t4时刻共四次打码的共模量分别为-2、2、2和2，因此理论上来说，减共模矩阵每列的各行元素的减DC值应该是相同的，但是由于当某一个感应通道有触摸时，每一列驱动通道上的其中几行电容节点的响应值可能数值会偏小，因此减共模矩阵每列的各行元素的减DC值也可能不同。
(减共模矩阵)
Figure BDA0003327115020000181
利用该减共模矩阵，上述打码累加矩阵1经减共模处理后，得到一减共模后打码矩阵1，上述打码累加矩阵2经减共模处理后，得到一减共模后打码矩阵2，如下所示。
(减共模后打码矩阵1)
Figure BDA0003327115020000182
(减共模后打码矩阵2)
Figure BDA0003327115020000183
接着，利用上述打码矩阵，对减共模后打码矩阵1和减共模后打码矩阵2进行解码，此处采用前面描述对各行数据与各个驱动通道的码片向量作内积的方法。减共模后打码矩阵1和2和打码累加矩阵一样为n*k(n行k列，这里是4*4)的矩阵，解码操作是将减共模后打码矩阵的n*k个待解码数字电压信号和k*m个驱动通道采用的码片(即m个驱动通道的码片序列构成的k行m列的矩阵)进行乘加。经过解码后，由减共模后打码矩阵1得到解码矩阵1，由减共模后打码矩阵2得到解码矩阵2。
(解码矩阵1)
Figure BDA0003327115020000191
(解码矩阵2)
Figure BDA0003327115020000192
解码矩阵1和解码矩阵2是分别与上述原始不打码原始数据矩阵1和不打码原始数据矩阵2对应的两帧触控相关数据。此处利用本发明实施例描述的方法，将解码矩阵1和解码矩阵2差分相减，所得到的4*4个电容节点的触控分布信息如下方的打码差分矩阵所示。
(打码差分矩阵)
Figure BDA0003327115020000193
为了检验该打码差分矩阵体现的触控分布信息是否准确，对前述的原始不打码原始数据矩阵1和不打码原始数据矩阵2也作差分相减，可得到如下所示的原始不打码差分矩阵。
(原始不打码差分矩阵)
Figure BDA0003327115020000201
比较上面的打码差分矩阵和原始不打码差分矩阵，可以看出，二者体现的触控分布信息是一致的，该结果表明，采用本发明优选实施例的触控显示装置或触控显示方法，即使在减共模处理后不作还原，直接做解码得到的两帧数据的差值信号分布和原始两帧数据的差值信号分布是一致的，因而不影响触控的灵敏度，而且，这样可以避免还原操作产生的误差，确保实现较高的触控灵敏度，并且由于读出电路不需要设置还原模块，有助于缩减电路面积，降低功耗。
本发明实施例涉及一种电子设备，所述电子设备包括本发明实施例上述的触控检测装置。所述电子设备例如为具有触控和显示功能的显示器，所述显示器具有显示屏和设置于显示屏上的触控层，利用对该触控层的触摸，显示屏的显示内容会发生变化，所述显示屏可以采用OLED、LED或LCD等显示方式。所述电子设备可以是手机、个人计算机、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、电话手表、媒体播放器、导航设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备、防门禁电子系统、汽车无钥进入电子系统或汽车无钥启动电子系统等等。
本发明提供的触控检测装置、触控检测方法及电子设备中，采用打码及解码来获取涵盖n*m个电容节点的一帧触控相关数据，其中，n*m个耦合信号经过打码多址累加处理、减共模处理、模数转换处理以及解码处理，并且，通过获取先后两帧所述触控相关数据，并对两帧所述触控相关数据进行差分相减，形成n*m个电容节点的触控分布信息，可以实现较高的触控灵敏度。此外，解码处理后得到的单帧所述触控相关数据在进行差分相减之前，被所述减共模处理减去的共模模拟电压量可不作还原，避免了还原操作产生的误差，有助于缩减电路面积，降低功耗。
本实施例中的方法及结构采用递进的方式描述，在后的方法及结构重点描述说明的是与在前的方法及结构的不同之处，相关之处可以参照理解。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种触控检测装置，用于对m个驱动通道和n个感应通道形成的n*m个电容节点的电容变化进行检测，m和n为正整数，其特征在于，所述触控检测装置包括：
帧处理模块，用于在每个打码周期内向各个所述驱动通道加载打码驱动信号，并通过各个感应通道获取在各个所述电容节点形成的n*m个耦合信号，经过打码多址累加处理、减共模处理、模数转换处理及解码处理，获得涵盖n*m个电容节点的一帧触控相关数据，其中，所述减共模处理用于使所述打码多址累加处理后的n个模拟电压累加值在所述模数转换处理要求的输入范围内；以及，
报点计算模块，用于获取先后两帧的所述触控相关数据，并对两帧所述触控相关数据进行差分相减，形成n*m个电容节点的触控分布信息。
2.如权利要求1所述的触控检测装置，其特征在于，所述报点计算模块在对两帧所述触控相关数据进行差分相减之前，每帧所述触控相关数据中，被所述减共模处理减去的共模模拟电压量未被还原。
3.如权利要求1所述的触控检测装置，其特征在于，所述帧处理模块包括：
打码单元，用于产生应用于各个所述驱动通道的码片，并根据所述码片产生每次打码的m个所述打码驱动信号；
打码累加单元，用于通过各个所述感应通道获取对m个驱动通道在各个电容节点形成的n*m个耦合信号，并对n个所述感应通道的每个感应通道上的m个电容节点的耦合信号与每次打码的m个所述打码驱动信号进行打码多址累加，得到所述n个模拟电压累加值；
减共模单元，用于对所述n个模拟电压累加值进行处理，对应减去超出所述模数转换处理要求的输入范围的共模模拟电压量，并生成n个待解码模拟电压信号；
模数转换单元，用于将n个所述待解码模拟电压信号转换为n个待解码数字电压信号；以及，
解码单元，用于基于n个所述待解码数字电压信号和m个所述驱动通道采用的码片进行解码，生成所述一帧触控相关数据中n*m个所述电容节点的触控相关值。
4.如权利要求3所述的触控检测装置，所述打码累加单元进行k次打码，形成n*k个所述模拟电压累加值，所述解码单元将对应的n*k个所述待解码数字电压信号和k*m个所述驱动通道采用的码片进行乘加实现解码，生成所述一帧触控相关数据中n*m个所述电容节点的触控相关值，k为正整数。
5.如权利要求3所述的触控检测装置，其特征在于，所述减共模单元包括设置于n个所述感应通道的每一者的输出节点的至少一档电流源，以通过抽电流或加电流的方式使n个模拟电压累加值在所述模数转换处理要求的输入范围内。
6.如权利要求5所述的触控检测装置，其特征在于，所述减共模单元及所述打码累加单元包括：
积分器，用于对n个所述感应通道的每一者的输出节点的电荷作积分，生成未超过所述模数转换处理要求的输入范围的所述n个待解码模拟电压信号并输入至所述模数转换单元。
7.如权利要求3所述的触控检测装置，其特征在于，所述打码累加单元进行k次打码，所述共模模拟电压量由每次打码时的m个所述打码驱动信号累加的共模量决定，k为正整数。
8.如权利要求1所述的触控检测装置，其特征在于，所述先后两帧分别为无触摸帧触控相关数据和有触摸帧触控相关数据。
9.一种触控检测方法，由触控芯片执行，用于对m个驱动通道和n个感应通道形成的n*m个电容节点的电容变化进行检测，m和n为正整数，所述触控检测方法包括：
在每个打码周期内向各个所述驱动通道加载打码驱动信号，并通过各个感应通道获取在各个所述电容节点形成的n*m个耦合信号，经过打码多址累加处理、减共模处理、模数转换处理及解码处理，获得涵盖n*m个电容节点的一帧触控相关数据，其中，所述减共模处理用于使所述打码多址累加处理后的n个模拟电压累积值在所述模数转换处理要求的输入范围内；以及，
获取先后两帧的所述触控相关数据，并对两帧所述触控相关数据进行差分相减，形成n*m个电容节点的触控分布信息。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的触控检测装置。
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