CN118244922B - 一种双层压感触摸板及终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及触摸设备技术领域，尤其涉及一种双层压感触摸板，该双层压感触摸板包括：层叠设置的触控通道图案层和器件分布层；器件分布层包括：压感触控芯片，外围器件以及与压感触控芯片相连的压感线圈，外围器件和压感线圈均匀分布在器件分布层中，压感触控芯片为将压力检测芯片与触控芯片融合为一体的芯片；压感触控芯片包括前端检测模块，压感触控芯片通过前端检测模块连接触控通道图案层和压感线圈，前端检测模块用于检测压感线圈的电感值和触控通道图案层的互电容值和自电容值。双层压感触摸板简化压感触摸板的设计、降低设计复杂度、节省压感触摸板的设计成本，进而提高压感触摸板的控制能力和性能，避免压感触摸板中的各芯片的信号干扰。

Description

一种双层压感触摸板及终端设备

技术领域

本发明涉及触摸设备技术领域，尤其涉及一种双层压感触摸板及终端设备。

背景技术

在现有带压感功能的笔电触摸板技术应用中，压力检测方式一般分为压阻式压力检测方式，压电式压力检测方式和压感式压力检测方式。这三种压力检测原理各不相同，对压力信号的放大、采样、检测等方式也不一样。压阻式压力检测芯片需要支持惠斯通电桥线路，差分输入，多级预处理信号放大及高精度的模数转换器ADC（即16位以上的ADC）。压电式压力检测芯片需要支持电荷放大器。压感式压力检测芯片需要能输出带一定驱动能力的PWM信号及常规的ADC（即12位的ADC）。对压力传感器的要求，压阻式压力传感器可使用应变计或压阻传感器sensor作为压力传感器。压电式压力传感器需要压电陶瓷传感器，而压感式压力传感器可以将检测线圈直接设计在PCB板上，不需要专门的传感器器件。

在笔电压感触摸板的现有线路设计中，将压力检测芯片作为触摸板的主芯片，触控芯片、压力传感器等芯片作为从芯片，并将从芯片挂在主芯片下。现有线路设计虽然可以实现压感触摸板的功能，但在整个系统中，存在多个信号互相干扰的现象。例如，触控互容打码信号会干扰压力检测信号和从芯片的某些信号。由于各个芯片独立工作，对这些干扰出现的时间难以判断，滤除这些干扰也很困难。另外，由于笔电压感触摸板的功能模块多，线路复杂，相互干扰信号多，则导致笔电压感触摸板设计难度显著增加。同时，在PCB板的设计中，还需采用4层以上的板层设计满足压感触摸板的设计需求，增加压感触摸板的设计成本。

因此，现有的压感触摸板存在设计复杂且设计成本高的缺陷。

发明内容

本申请实施例通过提供一种双层压感触摸板及终端设备，解决了现有技术中压感触摸板存在设计复杂且设计成本高的技术问题，实现了简化压感触摸板的设计、降低设计复杂度、节省压感触摸板的设计成本，进而提高压感触摸板的控制能力和性能，避免压感触摸板中的各个芯片的信号干扰等技术效果。

第一方面，本发明实施例提供一种双层压感触摸板，包括：层叠设置的触控通道图案层和器件分布层；

所述器件分布层包括：压感触控芯片，外围器件以及与所述压感触控芯片相连的压感线圈，所述外围器件和所述压感线圈均匀分布在所述器件分布层中，其中，所述压感触控芯片为将压力检测芯片与触控芯片融合为一体的芯片；

所述压感触控芯片包括模拟前端检测模块，所述压感触控芯片通过所述模拟前端检测模块连接所述触控通道图案层和所述压感线圈，所述模拟前端检测模块用于检测所述压感线圈的电感值和所述触控通道图案层的互电容值和自电容值。

优选的，所述压感触控芯片包括：多组压感检测通道的信号引脚、多组触控检测通道的信号引脚、至少三组I2C引脚、以及每组所述I2C引脚两侧中的每侧分布至少2个GPIO引脚；每组压感检测通道的信号引脚包括一个压感检测通道的信号输入引脚和信号输出引脚，每组触控检测通道的信号引脚包括一个触控检测通道的信号输入引脚和信号输出引脚；

每组压感检测通道的信号引脚，用于连接所述压感线圈，获取所述压感线圈的电感值；

每组触控检测通道的信号引脚，用于连接所述触控通道图案层，获取所述触控通道图案层的电容值；

每组所述I2C引脚和每个GPIO引脚，用于连接与所述压感触控芯片相连的芯片。

优选的，所述外围器件包括：与所述压感触控芯片相连的NFC芯片、马达驱动芯片、加速度传感器，以及与所述马达驱动芯片相连的马达；

所述NFC芯片、所述马达驱动芯片、所述加速度传感器和所述马达均匀分布在所述器件分布层中，以减少所述器件分布层中的器件之间的交叉走线。

优选的，所述模拟前端检测模块包括：发送信号端和接收信号端，所述发送信号端通过所述触控通道图案层或所述压感线圈连接所述接收信号端，所述发送信号端用于产生发送信号，并将所述发送信号输出至所述触控通道图案层或所述压感线圈中，所述接收信号端用于接收所述触控通道图案层或所述压感线圈根据所述发送信号生成的反馈信号；

所述发送信号端包括：第一开关阵列S11和TX发生器，所述TX发生器的输出端连接所述第一开关阵列S11的一端，所述第一开关阵列S11的另一端为所述发送信号端的输出端；

所述接收信号端包括：第二开关阵列S12、放大器、电阻RI、可调电阻RT1、电容CF1、第三开关S2和模数转换器；

所述第二开关阵列S12的一端为所述接收信号端的输入端，另一端连接所述电阻RI的一端；所述放大器的反相输入端连接所述电阻RI的另一端、所述第三开关S2的一端、所述可调电阻RT1的一端，所述放大器的同相输入端连接偏置电压；所述第三开关S2的另一端连接所述电容CF1一端；所述放大器的输出端连接所述电容CF1的另一端、所述可调电阻RT1的另一端和所述模数转换器的输入端。

优选的，若所述发送信号端通过所述压感线圈连接所述接收信号端，则所述第三开关S2处于断开状态，并所述压感线圈与所述模拟前端检测模块相连的第一待测模块包括：所述压感线圈的待测电感L1、电容C1、二极管D1和电容C2；

所述电容C1的一端连接所述发送信号端的输出端，另一端连接所述待测电感L1的一端和二极管D1的正极；所述二极管D1的负极连接所述接收信号端的输入端，所述待测电感L1的另一端接地；所述电容C2的一端连接二极管D1的负极，另一端接地。

优选的，若所述发送信号端通过所述触控通道图案层连接所述接收信号端，则所述第三开关S2处于闭合状态，并所述触控通道图案层与所述模拟前端检测模块相连的第二待测模块包括：所述触控通道图案层的待测互电容；所述待测互电容的一端连接所述发送信号端的输出端，另一端连接所述接收信号端的输入端。

优选的，所述压感触控芯片用于：在所述双层压感触摸板处于非低功耗模式的每个检测周期内，通过所述模拟前端检测模块，按序检测所述压感线圈的电感值、所述触控通道图案层的互电容值和自电容值。

优选的，所述压感触控芯片用于：在所述双层压感触摸板处于低功耗模式下，仅检测所述触控通道图案层的自电容值。

优选的，所述压感线圈的数量为至少两个。

基于同一发明构思，第二方面，本发明还提供一种具有双层压感触摸板的终端设备，包括：第一方面所述的双层压感触摸板。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供了一种双层压感触摸板，包括：层叠设置的触控通道图案层和器件分布层。器件分布层包括：压感触控芯片，外围器件以及与压感触控芯片相连的压感线圈，外围器件和压感线圈均匀分布在器件分布层中。其中，压感触控芯片为将压力检测芯片与触控芯片融合为一体的芯片。压感触控芯片包括模拟前端检测模块，压感触控芯片通过模拟前端检测模块连接触控通道图案层和压感线圈，模拟前端检测模块用于检测压感线圈的电感值和触控通道图案层的互电容值和自电容值。

本双层压感触摸板采用压感式压力检测方案，将压力检测芯片与触控芯片融合为一个主控芯片，即压感触控芯片。利用压感式压力检测与互电容检测原理相类似的原理（每个检测点都是一个发射通道，一个接收通道，接收通道检测发射通道的耦合过来的信号大小判断压力或电容变化），主控芯片的检测通道可以配置为电容检测通道，也可以配置为压力检测通道。这样保证双层PCB板设计时，压力和电容的检测线路的走线通畅顺利，简化压感触摸板的设计、降低PCB板的设计复杂度、节省压感触摸板的设计成本。还能提高双层压感触摸板的控制能力和性能，避免双层压感触摸板中的各个芯片的信号干扰。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考图形表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明实施例中的压感触摸板的双层板结构示意图；

图2示出了本发明实施例中的器件分布层的压感触控芯片与其他芯片器件和触控通道图案层之间的连接关系的模块示意图；

图3示出了本发明实施例中的压感触控芯片的引脚结构示意图；

图4示出了本发明实施例中的模拟前端检测模块的电路示意图；

图5示出了本发明实施例中的第一待测模块与模拟前端检测模块的电路示意图；

图6示出了本发明实施例中的第二待测模块与模拟前端检测模块的电路示意图；

图7示出了本发明实施例中的一个检测周期下的电感、互电容和自电容的检测时序示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一

本发明第一实施例提供了一种双层压感触摸板，如图1所示，包括：层叠设置的触控通道图案层100和器件分布层200。

器件分布层200包括：压感触控芯片210，外围器件220以及与压感触控芯片210相连的压感线圈230，外围器件220和压感线圈230均匀分布在器件分布层200中，其中，压感触控芯片210为将压力检测芯片与触控芯片融合为一体的芯片。压感触控芯片210包括模拟前端检测模块，压感触控芯片210通过模拟前端检测模块连接触控通道图案层100和压感线圈230，模拟前端检测模块用于检测压感线圈230的电感值和触控通道图案层100的互电容值和自电容值。

本实施例的双层压感触摸板集成电容检测技术和压感压力检测技术。电容检测技术采用自互一体的电容检测技术。互容检测技术主要负责检测手指触摸和滑动，自容检测技术负责低功耗模式下的手指触摸感应和噪声干扰检测。压感压力检测技术负责检测手指的压力，进而根据手指的不同压力实现对应的功能。例如，具有双层压感触摸板的手机通过双层压感触摸板检测到手指的轻点两下的压力，该手机实现截图的功能。触控通道图案层100为多条感应电极通道和多条驱动电极通道形成的互电容传感阵列。所以，触控通道图案层100集成触控感应电极图块（感应通道图案）和触控驱动电极图块（驱动通道图案）。

本实施例的压感线圈230的数量为至少两个，优选四个压感线圈230。如图1所示，若压感线圈230的数量为四个，则将四个压感线圈230均分分布在器件分布层200中。如图1所示，四个压感线圈230分成两组，每组有两个压感线圈230，两组压感线圈230对称分布，且每组压感线圈230位于靠近器件分布层200的一侧短边的位置，以通过均匀分布的压感线圈230，精准检测、采集压力。并且，本实施例将压力检测芯片与触控芯片融合在一起，采用压感式压力检测方式，将压感线圈230设计在PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）板上，这样可以将压感触摸板的PCB板的成本大大降低。还能简化压感触摸板的设计、降低PCB板的设计复杂度、节省压感触摸板的设计成本。

如图2所示，外围器件220包括：与压感触控芯片210相连的NFC（Near FieldCommunication，近场通讯技术）芯片221、马达驱动芯片222、加速度传感器223，以及与马达驱动芯片222相连的马达224。马达224优选线性马达。NFC芯片221、马达驱动芯片222、加速度传感器223和马达224均匀分布在器件分布层200中，以减少器件分布层200中的器件之间的交叉走线。

具体地，外围器件220中的器件均与压感触控芯片210相连。在图2中，NFC芯片221通过压感触控芯片210的一组I2C引脚和NFC芯片221对应的引脚（如NFC INT引脚）连接压感触控芯片210，马达驱动芯片222通过压感触控芯片210的一组I2C引脚和马达驱动芯片222对应的引脚（如复位引脚RST引脚、触发Trig引脚）连接压感触控芯片210，加速度传感器223通过压感触控芯片210的另一组I2C引脚和加速度传感器223对应的引脚（如ACC INT引脚）连接压感触控芯片210。每个压感线圈230通过压感触控芯片210的一组压感检测通道的信号引脚连接压感触控芯片210。触控通道图案层100的每个互电容通过压感触控芯片210的一组触控检测通道的信号引脚连接压感触控芯片210。压感触控芯片210还可直接通过自身的PC端对应的引脚连接PC（Personal Computer，个人计算机或电脑）主控芯片225，如压感触控芯片210的另一组I2C引脚、LID引脚、INT引脚和RST引脚。

压感触控芯片210、压感线圈230、NFC芯片221、马达驱动芯片222、加速度传感器223和马达224均匀分布在器件分布层200中，使相互连接的器件根据PCB板的布局，走线方便、灵活配置。特别是压感触控芯片210的3组I2C都具有主从功能，每组I2C引脚两边都至少有2个GPIO脚。每个GPIO脚功能一样，这样可以保证压感触控芯片210与PC主控芯片225，NFC芯片221，马达驱动芯片222等外部设备可以根据走线顺序调配到任意一组I2C或GPIO引脚上。如此，可以保证PCB板的走线顺畅，减少因为走线交叉需要打孔过线的设计，简化压感触摸板的layout走线，降低PCB板的设计复杂度，实现压感触摸板的双层板方案，节省压感触摸板的设计成本。进而提供双层压感触摸板的控制能力和性能，避免双层压感触摸板中的各个芯片的信号干扰。

此外，规避NFC芯片221和马达224工作时产生干扰的方法，因为压感触控芯片210通过NFC芯片221的INT引脚获取到NFC的发场信号处于开启状态的信息，此时产生的干扰信号就能清楚知道来源。马达224工作的开启由压感触控芯片210直接控制，所以也清楚干扰产生的时序，方便软件算法滤除。

压感触控芯片210包括：多组压感检测通道的信号引脚、多组触控检测通道的信号引脚、至少三组I2C引脚、以及每组I2C引脚两侧中的每侧分布至少2个GPIO引脚。其中，相邻两组I2C引脚之间分布至少2个GPIO引脚。GPIO引脚可根据实际需求而设置成相应功能的引脚。

每组压感检测通道的信号引脚包括一个压感检测通道的信号输入引脚和信号输出引脚。每组压感检测通道的信号引脚，用于连接压感线圈230，获取压感线圈230的电感值。每组触控检测通道的信号引脚包括一个触控检测通道的信号输入引脚和信号输出引脚。每组触控检测通道的信号引脚，用于连接触控通道图案层100，获取触控通道图案层100的电容值。每组I2C引脚包括I2C_SDA引脚和I2C_SCL引脚，二者分别表示I2C总线的双向数据线和时钟线。每组I2C引脚和每个GPIO引脚，用于连接与压感触控芯片210相连的芯片。例如，在图2中，NFC芯片221通过压感触控芯片210的一组I2C引脚和NFC芯片221对应的引脚（如NFC INT引脚）连接压感触控芯片210。

一种优选示例，如图3所示，压感触控芯片210设有3组I2C引脚均匀分布，每一组I2C两边都至少有3个GPIO脚，这种引脚分布可以将连接到PC主控芯片225，马达驱动芯片222，NFC芯片221，加速度传感器223芯片的引脚根据PCB布局，走线方便灵活配置。特别是压感触控芯片210的3组I2C都具有主从功能，每组I2C引脚两边都至少有2个GPIO脚，每个GPIO脚功能一样，这样可以保证压感触控芯片210与PC主控芯片225，NFC芯片221，马达驱动芯片222等外部设备可以根据走线顺序调配到任意一组I2C或GPIO引脚上，如此，可以保证PCB板的走线顺畅，减少由走线交叉需要打孔过线的设计，进一步方便实现本实施例的双层板的设计。压感触控芯片210可以边界且高效地检测或控制NFC芯片221和马达驱动芯片222的工作和休眠。另外，本实施例的压感触摸板的双层板设计一面是触控的sensor图案层，即触控通道图案层100，另一面是用来放置器件与走线的器件分布层200。所以，必须保证各个模块器件的走线非常顺畅，I2C引脚和GPIO引脚可以灵活配置是实现双层压感触摸板的重要保证。

在图3所示的压感触控芯片210上，ADC1~4是四个压感检测通道的RX输入引脚，PWM1~4是四个压感检测通道的TX输出引脚。例如，ADC1为第一个压感检测通道的信号输入引脚，PWM1是第一个压感检测通道的信号输出引脚。RX0~RX26是触控检测通道的RX输入引脚，TX0~TX16是触控检测通道的TX输出引脚。例如，RX0是第一个触控检测通道的信号输入引脚，TX0是第一个触控检测通道的信号输出引脚。

对于触控和压力的检测通道，触控检测通道和压力检测通道的TX引脚RX引脚可以通过压感触控芯片210内部的开关阵列（如这里的开关阵列含有下文的第一开关阵列S11和第二开关阵列S12，或由第一开关阵列S11和第二开关阵列S12的组合或根据实际需求而变形形成）任意配置，不局限在固定引脚上，这样保证压感检测通道和触控检测通道的走线在一面PCB板上实现不交叉走线。因此，本实施例利用压感触控芯片210设计的灵活通道和IO配置，减少双层压感触摸板的交叉走线，实现压感触摸板的双层板设计。进一步简化压感触摸板的设计、降低PCB板的设计复杂度、节省压感触摸板的设计成本，进而提高双层压感触摸板的控制能力和性能，避免双层压感触摸板中的各个芯片的信号干扰。

本实施例的双层压感触摸板采用压感式压力检测方案，将压力检测芯片与触控芯片融合为一个主控芯片，即压感触控芯片210。利用压感式压力检测与互电容检测原理相类似的原理，主控芯片的检测通道可以配置为电容检测通道，即触控检测通道，也可以配置为压力检测通道，即压感检测通道。这样保证双层PCB板设计时，压力和电容的检测线路的走线通畅顺利。其中，该原理是：每个检测点都是一个发射通道，一个接收通道。在每个检测点中，接收通道检测发射通道的耦合过来的信号大小判断压力或电容变化。双层压感触摸板是通过模拟前端检测模块实现该原理的。

下面，对双层压感触摸板的模拟前端检测模块进行详细阐述：

如图4所示，模拟前端检测模块包括：发送信号端和接收信号端。后文将发送信号端称为TX端，接收信号端称为RX端。发送信号端TX端通过触控通道图案层100或压感线圈230连接接收信号端RX端。发送信号端TX端用于产生发送信号TX信号，并将发送信号输出至触控通道图案层100或压感线圈230中，接收信号端TX端用于接收触控通道图案层100或压感线圈230根据发送信号生成的反馈信号。其中，发生信号为发送信号端产生的信号，反馈信号为发送信号端至接收信号端耦合来的信号。

发送信号端包括：第一开关阵列S11和TX发生器。TX发生器的输出端连接第一开关阵列S11的一端，第一开关阵列S11的另一端为发送信号端的输出端。TX发生器为发送信号的发生器。

接收信号端包括：第二开关阵列S12、放大器CA1、电阻RI、可调电阻RT1、电容CF1、第三开关S2和模数转换器ADC。第二开关阵列S12的一端为接收信号端的输入端，另一端连接电阻RI的一端。放大器CA1的反相输入端连接电阻RI的另一端、第三开关S2的一端、可调电阻RT1的一端，放大器CA1的同相输入端连接偏置电压VBIAS。第三开关S2的另一端连接电容CF1一端。放大器CA1的输出端连接电容CF1的另一端、可调电阻RT1的另一端和模数转换器ADC的输入端。模数转换器ADC的输出端连接压感触控芯片210内部，以使压感触控芯片210根据转换出的电感值或电容值的数字信号进行处理分析。

需要说明的是，可调电阻RT1的作用与电阻RI一起控制运放放大倍数，调整信号量大小。第三开关S2的作用是控制压感触控芯片210的检测通道处于触控检测通道状态或压感检测通道状态。第三开关S2处于闭合状态，即控制压感触控芯片210的检测通道处于触控检测通道状态，表示此时的压感触控芯片210在进行触控检测，即检测电容值。第三开关S2处于断开状态，即控制压感触控芯片210的检测通道处于压感检测通道状态，表示此时的压感触控芯片210在进行压力检测，即检测电感值。

具体来讲，如图5所示，图5中的虚线框内表示模拟前端检测模块。若发送信号端通过压感线圈230连接接收信号端，表示压感触控芯片210和模拟前端检测模块在检测压感线圈230的电感值，则第三开关S2处于断开状态，并压感线圈230与模拟前端检测模块相连的第一待测模块包括：压感线圈230的待测电感L1、电容C1、二极管D1和电容C2。电容C1的一端连接发送信号端的输出端，另一端连接待测电感L1的一端和二极管D1的正极。二极管D1的负极连接接收信号端的输入端，待测电感L1的另一端接地。电容C2的一端连接D1的负极，另一端接地。

图5所示的第一待测模块和模拟前端检测模块的电路图的工作原理是，此时的放大器为可调增益的电压放大器，TX发生器一般可产生频率为8MHz以内的方波，目的是为了检测PCB板上设计电感线圈的电感值变化，当手指按压双层压感触摸板时，压感线圈230与附近金属块之间的距离变短，引起线圈电感量变小，从而电感两端的感应电压变小。经二极管D1、电容C2半波整流滤波后，进行电压放大，最终反馈到ADC端的电压变小，再通过压感触控芯片210检测、处理、还原成压力信号，进而判断出手指的压力。

如图6所示，图6中的虚线框内表示模拟前端检测模块。若发送信号端通过触控通道图案层100连接接收信号端，表示压感触控芯片210和模拟前端检测模块在触控通道图案层100中的触控通道的电容值，则第三开关S2处于闭合状态，在图6中第三开关S2闭合视作连通的导线，并触控通道图案层100与模拟前端检测模块相连的第二待测模块包括：触控通道图案层100的待测互电容CM；待测互电容CM的一端连接发送信号端的输出端，另一端连接接收信号端的输入端。

图6所示的第二待测模块和模拟前端检测模块的电路图的工作原理是，此时的放大器为电荷放大器，TX发生器一般可产生频率为1MHz以内的方波，通过检测RX端反馈回来的TX信号来计算待测互电容的大小，从而判断手指的触摸。

另外，电容值包括互电容值和自电容值，自电容值的检测电路结构和检测方式与互电容值的检测电路结构和检测方式一致。

电感检测的发送信号TX信号相比互电容的发送信号TX信号，要求频率更高和信号驱动能力更强，则电感检测的TX信号的频率最大到8MHz，驱动能力可到10mA。因此，在TX发生器中调整线路设计参数和增加部分电路就可以实现。而RX端可以在电容CF1串联一个开关，即第三开关S2，再调整可调电阻RT1的参数，就可以将电荷放大器变为电压放大器，从而实现电感，电容都可以检测的模拟前端线路。

本实施例的压感触控芯片210的工作方式：在双层压感触摸板处于非低功耗模式的每个检测周期内，通过模拟前端检测模块，按序检测压感线圈230的电感值、触控通道图案层100的互电容值和自电容值。在双层压感触摸板处于低功耗模式下，仅检测触控通道图案层100的自电容值。

具体来讲，本实施例的双层压感触摸板没有地线屏蔽层，触控检测和压力检测会出现相互干扰的情况。所以，在压感触控芯片210的设计中，在双层压感触摸板处于非低功耗模式下，设置多个检测周期。在每个检测周期内，按序检测压感线圈230的电感值、触控通道图案层100的互电容值和自电容值。其中，检测电感值、互电容值和自电容值的顺序可根据实际需求而设置。例如，依次检测电感值、互电容值和自电容值，或依次互电容值、电感值、自电容值。在双层压感触摸板处于低功耗模式下，仅检测触控通道图案层100的自电容值。检测周期的时长和产生序列可根据实际需求而设置。

一种优选示例，如图7所示，将一个检测周期设定为7ms左右（即双层压感触摸板要求报点率大于140Hz）。压感线圈230为4个，一个压感线圈230对应一组压感检测通道，则压感检测通道为4组。在一个检测周期中，在第一待测模块与模拟前端检测模块连接，且第二开关断开的情形下，模拟前端检测模块的TX发生器产生发送信号，即电感TX通道，压感触控芯片210检测电感值的检测时间在0.5ms左右，即电感检测执行时间为0.5ms。互电容和自电容的检测可以在剩余的6.5ms时间内完成。具体是，在第二待测模块与模拟前端检测模块连接，且第二开关闭合的情形下，模拟前端检测模块的TX发生器产生发送信号，即电容TX通道。

如此，分时检测电容和电感，即将互电容检测，自电容检测，压力检测分布在一个检测周期的不同时间段，分时工作，这样可以有效规避相互干扰。在低功耗模式下（即无手指按压的情形），只检测自电容。只有在有手指按压时，才开启互电容检测，只有在互电容检测到有手指真实按压时，才启动压感压力检测，这样可以有效降低功耗，减少干扰。

将NFC芯片221和马达驱动芯片222统一有压感触控芯片210控制，可以有效规避NFC芯片221和马达224工作时产生对触控的干扰，其方法是压感触控芯片210可以通过NFC芯片221的INT引脚信号电平变化得知NFC的发场信号处于开启状态的信息，此时NFC发场信号产生的干扰信号就能清楚知道来源和干扰时间长短，从而采用软件算法滤除或暂时关闭触控功能（NFC刷卡和手指触摸一般不会同时出现）。而马达224工作的开启完全由压感触控芯片210直接控制，所以也清楚马达224工作时产生的干扰时序，方便软件算法滤除。

将本实施例的双层压感触摸板与现有的压感触摸板相比：

现有的压感触摸板的PCB板须采用四层以上的PCB板设计，第一层布设触控感应电极图块（感应通道图案），第二层布设触控驱动电极图块（驱动通道图案），第三层覆网格铜接地设计，第四层为器件层，放置所有器件。现有的压感触摸板的触控检测，压力检测，NFC和马达各自独立工作，各个信号间非常容易串扰，还存在触摸走线、压力检测走线及NFC天线等走线layout复杂度高，成本高等弊端。

现有的压感触摸板都只能采用4层以上的PCB板设计，本发明可以实现双层板设计，并有效规避相互干扰。本压感触控芯片210的检测通道可以通过不同的软件配置实现电容、电感的检测，触控和压力检测的统一控制，还可以显著降低待机功耗。通过触控芯片和压力检测芯片的耦合设计，将原来必须的4层板变为双面板设计，可以使触摸板的成本大大降低。通过压感触控芯片210的引脚设计，降低各个器件之间的连接关系的设计复杂度，节省设计成本，避免器件芯片相互信号干扰，提高压感触控芯片210和其他器件芯片的工作能力和性能。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供了一种双层压感触摸板，包括：层叠设置的触控通道图案层和器件分布层。器件分布层包括：压感触控芯片，外围器件以及与压感触控芯片相连的压感线圈，压感线圈均匀分布在器件分布层200中。其中，压感触控芯片为将压力检测芯片与触控芯片融合为一体的芯片。压感触控芯片包括模拟前端检测模块，压感触控芯片通过模拟前端检测模块连接触控通道图案层和压感线圈，模拟前端检测模块用于检测压感线圈的电感值和触控通道图案层的互电容值和自电容值。

本双层压感触摸板采用压感式压力检测方案，将压力检测芯片与触控芯片融合为一个主控芯片，即压感触控芯片。利用压感式压力检测与互电容检测原理相类似的原理（每个检测点都是一个发射通道，一个接收通道，接收通道检测发射通道的耦合过来的信号大小判断压力或电容变化），主控芯片的检测通道可以配置为电容检测通道，也可以配置为压力检测通道。这样保证双层PCB板设计时，压力和电容的检测线路的走线通畅顺利，简化压感触摸板的设计、降低PCB板的设计复杂度、节省压感触摸板的设计成本。还能提高双层压感触摸板的控制能力和性能，避免双层压感触摸板中的各个芯片的信号干扰。

实施例二

基于相同的发明构思，本发明第二实施例还提供了一种具有双层压感触摸板的终端设备，包括：实施例一所述的双层压感触摸板。

该终端设备包括但不限于：手机、皮套键盘、妙控板、个人电脑、平板电脑、工控板等。

本领域内的技术人员应明白，尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种双层压感触摸板，其特征在于，包括：层叠设置的触控通道图案层和器件分布层；

所述器件分布层包括：压感触控芯片，外围器件以及与所述压感触控芯片相连的压感线圈，所述外围器件和所述压感线圈均匀分布在所述器件分布层中，其中，所述压感触控芯片为将压力检测芯片与触控芯片融合为一体的芯片；

所述压感触控芯片包括模拟前端检测模块，所述压感触控芯片通过所述模拟前端检测模块连接所述触控通道图案层和所述压感线圈，所述模拟前端检测模块用于检测所述压感线圈的电感值和所述触控通道图案层的互电容值和自电容值；

所述模拟前端检测模块包括：发送信号端和接收信号端，所述发送信号端通过所述触控通道图案层或所述压感线圈连接所述接收信号端，所述发送信号端用于产生发送信号，并将所述发送信号输出至所述触控通道图案层或所述压感线圈中，所述接收信号端用于接收所述触控通道图案层或所述压感线圈根据所述发送信号生成的反馈信号；

所述发送信号端包括：第一开关阵列S11和TX发生器，所述TX发生器的输出端连接所述第一开关阵列S11的一端，所述第一开关阵列S11的另一端为所述发送信号端的输出端；

所述接收信号端包括：第二开关阵列S12、放大器、电阻RI、可调电阻RT1、电容CF1、第三开关S2和模数转换器；

所述第二开关阵列S12的一端为所述接收信号端的输入端，另一端连接所述电阻RI的一端；所述放大器的反相输入端连接所述电阻RI的另一端、所述第三开关S2的一端、所述可调电阻RT1的一端，所述放大器的同相输入端连接偏置电压；所述第三开关S2的另一端连接所述电容CF1一端；所述放大器的输出端连接所述电容CF1的另一端、所述可调电阻RT1的另一端和所述模数转换器的输入端。

2.如权利要求1所述的双层压感触摸板，其特征在于，所述压感触控芯片包括：多组压感检测通道的信号引脚、多组触控检测通道的信号引脚、至少三组I2C引脚、以及每组所述I2C引脚两侧中的每侧分布至少2个GPIO引脚；每组压感检测通道的信号引脚包括一个压感检测通道的信号输入引脚和信号输出引脚，每组触控检测通道的信号引脚包括一个触控检测通道的信号输入引脚和信号输出引脚；

每组压感检测通道的信号引脚，用于连接所述压感线圈，获取所述压感线圈的电感值；

每组触控检测通道的信号引脚，用于连接所述触控通道图案层，获取所述触控通道图案层的电容值；

每组所述I2C引脚和每个GPIO引脚，用于连接与所述压感触控芯片相连的芯片。

3.如权利要求2所述的双层压感触摸板，其特征在于，所述外围器件包括：与所述压感触控芯片相连的NFC芯片、马达驱动芯片、加速度传感器，以及与所述马达驱动芯片相连的马达；

所述NFC芯片、所述马达驱动芯片、所述加速度传感器和所述马达均匀分布在所述器件分布层中，以减少所述器件分布层中的器件之间的交叉走线。

4.如权利要求1所述的双层压感触摸板，其特征在于，若所述发送信号端通过所述压感线圈连接所述接收信号端，则所述第三开关S2处于断开状态，并所述压感线圈与所述模拟前端检测模块相连的第一待测模块包括：所述压感线圈的待测电感L1、电容C1、二极管D1和电容C2；

所述电容C1的一端连接所述发送信号端的输出端，另一端连接所述待测电感L1的一端和二极管D1的正极；所述二极管D1的负极连接所述接收信号端的输入端，所述待测电感L1的另一端接地；所述电容C2的一端连接二极管D1的负极，另一端接地。

5.如权利要求1所述的双层压感触摸板，其特征在于，若所述发送信号端通过所述触控通道图案层连接所述接收信号端，则所述第三开关S2处于闭合状态，并所述触控通道图案层与所述模拟前端检测模块相连的第二待测模块包括：所述触控通道图案层的待测互电容；所述待测互电容的一端连接所述发送信号端的输出端，另一端连接所述接收信号端的输入端。

6.如权利要求5所述的双层压感触摸板，其特征在于，所述压感触控芯片用于：在所述双层压感触摸板处于非低功耗模式的每个检测周期内，通过所述模拟前端检测模块，按序检测所述压感线圈的电感值、所述触控通道图案层的互电容值和自电容值。

7.如权利要求6所述的双层压感触摸板，其特征在于，所述压感触控芯片用于：在所述双层压感触摸板处于低功耗模式下，仅检测所述触控通道图案层的自电容值。

8.如权利要求1所述的双层压感触摸板，其特征在于，所述压感线圈的数量为至少两个。

9.一种具有双层压感触摸板的终端设备，其特征在于，包括：如权利要求1-8中任一权利要求所述的双层压感触摸板。