CN204904236U - 用于触摸屏的压力检测装置、触摸屏和移动终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于触摸屏的压力检测装置，包括：支架；设置在支架上的多个压电片；与多个压电片相连的电荷转换模块，用于检测多个压电片的电荷并根据电荷生成电压信号；与电荷转换模块相连的电压放大模块，用于对电压信号进行放大；以及控制模块，用于根据放大的电压信号生成压力信号。该装置采用电式压力检测克服了现有技术中其他压力检测方法的缺点，其实际检测的是电荷量，之后对电荷量进行转换，最终表征为检测力的变化，因此不受装机的影响，同时可以独立于触摸屏进行设计，降低了触摸屏的设计难度。本实用新型还公开了一种触摸屏和具有其的移动终端。

Description

用于触摸屏的压力检测装置、触摸屏和移动终端

技术领域

本实用新型涉及移动终端设备技术领域，尤其涉及一种用于触摸屏的压力检测装置、触摸屏以及一种具有该触摸屏的移动终端。

背景技术

触摸屏因具有易操作性、灵活性等优点，已成为个人移动通信设备和综合信息终端(如手机、平板电脑和超级笔记本电脑等)的主要人机交互手段。现有的电容触摸屏仅感知屏体所在平面的触摸位置及操作，难以支持垂直施加于屏体表面的压力变化带来的触摸参数。

相关技术中，苹果公司通过在触摸屏Touchsensor的侧面和盖板下方增加额外的力传感器，以实现设备的压力感应功能。此外，Synaptics(一家全球领先的移动计算、通信和娱乐设备人机界面交互开发解决方案设计制造公司)的笔记本电脑采用了压感式触控板，即通过多个力传感器和表面耦合以实现对多个施加在表面上的力的检测。另外，江苏物联网研究发展中心也采用了压力传感器辅助电容触摸屏的方式，通过电容屏获取触摸点数和触摸位置，再根据分布于电容屏背面的压力传感器接收到的压力值，计算出各个触摸点对应的压力值，以实现设备的压力感知。

虽然，将电容式压力检测法集成到电容触摸屏最为方便，但是由于电容变化微弱，需提高触控IC(IntegratedCircuit，集成电路)检测灵敏度才能够检测到电容的变化，然而这样会增加对触控芯片与触摸屏Pattern(模式)要求。此外，虽然应变电阻式压力检测能够检测绝对压力，但是这种检测方法容易受装机应力不同的影响，个体之间存在差异性，无法标准化。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的第一个目的在于提出一种用于触摸屏的压力检测装置。该装置采用电式压力检测克服了现有技术中其他压力检测方法的缺点，其实际检测的是电荷量，之后对电荷量进行转换，最终表征为检测力的变化，因此不受装机的影响，同时可以独立于触摸屏进行设计，降低了触摸屏的设计难度。

本实用新型的第二个目的在于提出一种触摸屏。

本实用新型的第三个目的在于提出一种移动终端。

为了实现上述目的，本实用新型第一方面实施例的触摸屏的压力检测装置，包括：支架；设置在所述支架上的多个压电片；与所述多个压电片相连的电荷转换模块，用于检测所述多个压电片的电荷并根据所述电荷生成电压信号；与所述电荷转换模块相连的电压放大模块，用于对所述电压信号进行放大；以及控制模块，用于根据所述放大的电压信号生成压力信号。

根据本实用新型实施例的触摸屏的压力检测装置，通过电荷转换模块检测多个压电片的电荷并根据该电荷生成电压信号，电压放大模块对电压信号进行放大，控制模块根据放大的电压信号生成压力信号从而可以根据该压力信号来实现触摸屏的压力的检测，即通过采用电式压力检测克服了现有技术中其他压力检测方法的缺点，其实际检测的是电荷量，之后对电荷量进行转换，最终表征为检测力的变化，因此不受装机的影响，同时可以独立于触摸屏进行设计，降低了触摸屏的设计难度。

根据本实用新型的一个实施例，所述支架为H型或Z型。

根据本实用新型的一个实施例，所述压电片为4个，所述4个压电片分别设置在所述H型或Z型支架的四角。

根据本实用新型的一个实施例，所述压力检测装置还包括：连接在所述电压放大模块和所述控制模块之间的滤波模块；以及分别与所述电荷转换模块、电压放大模块和滤波模块相连的电压基准，用于分别为所述电荷转换模块、电压放大模块和滤波模块提供偏置电压。

为了实现上述目的，本实用新型第二方面实施例的触摸屏，包括：本实用新型第一方面实施例的压力检测装置，所述压力检测装置设置在所述触摸屏之下；FPC，所述电荷转换模块和电压放大模块设置在所述FPC之中。

根据本实用新型实施例的触摸屏，通过将压力检测装置设置在触摸屏之下，将压力检测装置中的电荷转换模块和电压放大模块可设置在FPC之中，当用户的手指触摸触摸屏时，通过压力检测装置中的电荷转换模块检测多个压电片的电荷并根据该电荷生成电压信号，电压放大模块对电压信号进行放大，控制模块根据放大的电压信号生成压力信号从而可以根据该压力信号来实现触摸屏的压力的检测，即通过采用电式压力检测克服了现有技术中其他压力检测方法的缺点，其实际检测的是电荷量，之后对电荷量进行转换，最终表征为检测力的变化，因此不受装机的影响，同时可以独立于触摸屏进行设计，降低了触摸屏的设计难度。

根据本实用新型的一个实施例，所述FPC包括第一屏蔽层、第一信号层、第二信号层和第二屏蔽层。

根据本实用新型的一个实施例，所述多个压电片通过多个信号线与所述电荷转换模块相连。

根据本实用新型的一个实施例，所述多个信号线之间通过地线进行隔离。

为了实现上述目的，本实用新型第三方面实施例的移动终端，包括本实用新型第二方面实施例的触摸屏。

根据本实用新型实施例的移动终端，通过将压力检测装置设置在触摸屏之下，将压力检测装置中的电荷转换模块和电压放大模块可设置在FPC之中，当用户的手指触摸触摸屏时，通过压力检测装置中的电荷转换模块检测多个压电片的电荷并根据该电荷生成电压信号，电压放大模块对电压信号进行放大，控制模块根据放大的电压信号生成压力信号从而可以根据该压力信号来实现触摸屏的压力的检测，即通过采用电式压力检测克服了现有技术中其他压力检测方法的缺点，其实际检测的是电荷量，之后对电荷量进行转换，最终表征为检测力的变化，因此不受装机的影响，同时可以独立于触摸屏进行设计，降低了触摸屏的设计难度。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，

图1是根据本实用新型一个实施例的用于触摸屏的压力检测装置的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的电荷转换模块的电路示例图；

图3是根据本实用新型一个实施例的压电片在H型支架上的结构示意图；

图4(a)是根据本实用新型一个实施例的压电片在一个Z型支架上的结构示意图；

图4(b)是根据本实用新型一个实施例的压电片在多个Z型支架上的结构示意图；

图5是根据本实用新型另一个实施例的用于触摸屏的压力检测装置的结构示意图；

图6是根据本实用新型实施例的集成了电荷放大电路的FPC的示意图；

图7是根据本实用新型一个实施例的触摸屏的结构示意图；以及

图8是根据本实用新型一个实施例的FPC的结构示例图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述本实用新型实施例的用于触摸屏的压力检测装置、触摸屏和移动终端。

图1是根据本实用新型一个实施例的用于触摸屏的压力检测装置的结构示意图。如图1所示，该用于触摸屏的压力检测装置可以包括：支架110(图1中未示出)、多个压电片120、电荷转换模块130、电压放大模块140和控制模块150。其中，在本实用新型的实施例中，多个压电片120设置在支架110上，电荷转换模块130可与多个压电片120相连，电压放大模块140可与电荷转换模块130相连。

具体地，电荷转换模块130可用于检测多个压电片120的电荷并根据该电荷生成电压信号。为了使得本领域的技术人员能够更加地了解电荷转换模块130的工作原理，下面可结合电荷转换模块130的电路图分别进行介绍。例如，如图2所示，电荷转换模块130中的电路图主要由有比较器、比较器的反馈电容Cf和比较器的反馈电阻Rf组成，比较器将比较器输入端的电荷与比较器的反馈电容Cf进行比较，并根据比较结果输出0/1电平，从而实现将电荷转换成电压信号的目的。

电压放大模块140可用于对电压信号进行放大。控制模块150可用于根据放大的电压信号生成压力信号。可以理解，压电片120可为压电传感器。

例如，当用户的手指触摸触摸屏时，用户的手指针对触摸屏会有一定的压力，此时电荷转换模块130可检测压电片120受压时电荷的变换，并根据该电荷变换生成相应的电压信号。电压放大模块140可对该微弱的电压信号进行放大。控制模块150可根据该放大的电压信号生成压力信号，从而可以根据该压力信号来实现触摸屏的压力的检测。

其中，在本实用新型的一个实施例中，支架110可为H型或Z型。也就是说，支架110的形状可以是H形或Z形。其中，在本实用新型的实施例中，压电片120的个数可为4个，该4个压电片120可分别设置在H型支架110或Z型支架110的四角。例如，图3为本实用新型一个实施例的4个压电片120在H型支架110上的结构示意图，如图3所示，该4个压电片120分别设置在H型支架110的四个角上。又如，图4(a)为本实用新型一个实施例的4个压电片120在Z型支架110的结构示意图，如图4(a)所示，该4个压电片120分别设置在一个Z型支架110的四个角上；如图4(b)所示，具有多个Z型支架110，每个Z型支架110的四个角上均具有一个压电片120。需要说明的是，多个压电片120的分布式设置的组合方式具有多样性，不限于上述所示出的两种组合方式。由此，可以通过压电片120的分布式结构，实现多点压力的检测。

进一步的，在本实用新型的一个实施例中，如图5所示，该压力检测装置还可包括：滤波模块160和电压基准170。其中，在本实用新型的实施例中，滤波模块160连接在电压放大模块140和控制模块150之间，可用于减少噪声干扰。此外，电压基准170可分别与电荷转换模块130、电压放大模块140和滤波模块160相连，可用于分别为电荷转换模块130、电压放大模块140和滤波模块160提供偏置电压，从而可以使得压力检测装置工作在合适的静态工作点。

需要说明的是，在本实用新型的实施例中，电荷转换模块130、电压放大模块140、滤波模块160和电压基准170可组成一个适用于压力检测的微型化电荷放大电路，该电荷放大电路可集成到柔性电路板FPC之上。在本实用新型的实施例中，该FPC可采用单芯片+电阻/电容结构，通过接口与触控模组或者主板相连。例如，图6为本实用新型实施例的集成了电荷放大电路的FPC的示意图，如图6所示，压电片120可为压电传感器，电荷转换模块130、电压放大模块140、滤波模块160和电压基准170可组成一个处理电路，此外，该FPC还具有屏蔽结构，该屏蔽结构可用于屏蔽在检测过程中产生的噪声。这是因为，由于受玻璃盖板和显示屏的影响，实际检测的信号是非常微弱的，电压放大模块140在放大信号的同时也会放大噪声，尽管通过电路优化(如滤波模块160减少噪声干扰)可以提升信噪比，但是，若未做良好的屏蔽优化的效果，则放大的电压信号会被电磁干扰等因素所抵消。由此，屏蔽至关重要。

在本实用新型的实施例中，屏蔽的具体实现方式可如下：可结合移动终端结构进行屏蔽设计，如屏蔽结构的顶层和底层接地处理以屏蔽外界电磁干扰、信号线之间添加地线等，从而避免信号之间的干扰。

需要说明的是，图6中的FPC结构主要是考虑FPC制作工艺和成本而设计的，该结构FPC可以在单位面积材料内制作更多器件，也可扩展其他结构。

还需要说明的是，在本实用新型的实施例中，电压放大模块140可为高输入阻抗单芯片，该单芯片内含多个放大器以将电路精确化。同时，本实用新型实施例的压力检测装置可采用Pt电阻对温漂进行补偿以保证数据的准确性。

根据本实用新型实施例的用于触摸屏的压力检测装置，通过电荷转换模块检测多个压电片的电荷并根据该电荷生成电压信号，电压放大模块对电压信号进行放大，控制模块根据放大的电压信号生成压力信号从而可以根据该压力信号来实现触摸屏的压力的检测，即通过采用电式压力检测克服了现有技术中其他压力检测方法的缺点，其实际检测的是电荷量，之后对电荷量进行转换，最终表征为检测力的变化，因此不受装机的影响，同时可以独立于触摸屏进行设计，降低了触摸屏的设计难度。

为了实现上述实施例，本实用新型还提出了一种触摸屏。

图7是根据本实用新型一个实施例的触摸屏的结构示意图。如图7所示，该触摸屏可以包括用于触摸屏的压力检测装置100和FPC200。其中，在本实用新型的实施例中，压力检测装置100可设置在触摸屏之下。此外，压力检测装置100中的电荷转换模块和电压放大模块可设置在FPC200之中。需要说明的是，压力检测装置100中的电压基准和滤波模块也可设置在FPC200之中。

具体地，在本实用新型的实施例中，FPC200可包括第一屏蔽层、第一信号层、第二信号层和第二屏蔽层。例如，如图8所示，FPC200的层次结构可采用4层结构：1层gnd(Ground，代表地线或零线)屏蔽层、2层信号层、3层信号层、4层gnd屏蔽层。从图8中可以看出，2层信号层可以被集成电荷放大电路，该电荷放大电路可由压力检测装置100中的电荷转换模块、电压放大模块、滤波模块和电压基准组成，3层信号层可被集成分布式压电片，可以理解分布式压电片的组合方式具体多样性，可以是图8中的H型组合方式，也可以是图8中的Z型组合方式，需要说明的是，这里只是给出了分布式压电片的两种组合方式，具体组合方式不做具体限定。其中，在本实用新型的实施例中，多个压电片可通过多个信号线与电荷转换模块相连。

此外，在本实用新型的实施例中，多个信号线之间可通过地线进行隔离。由此，可起到屏蔽的目的，避免检测过程中信号之间的干扰。

需要说明的是，为了考虑FPC200制作工艺和成本，可将FPC200设计成如图6所示的结构，该结构FPC200可以在单位面积材料内制作更多器件，也可扩展其他结构。其中，从图6和图8中可以看出，该FPC200可具体屏蔽层，该屏蔽层主要用于屏蔽压力检测装置100在检测过程中产生的噪声。这是因为，由于受玻璃盖板和显示屏的影响，实际检测的信号是非常微弱的，电压放大模块在放大信号的同时也会放大噪声，尽管通过电路优化(如滤波模块减少噪声干扰)可以提升信噪比，但是，若未做良好的屏蔽优化的效果，则放大的电压信号会被电磁干扰等因素所抵消。由此，屏蔽至关重要。

在本实用新型的实施例中，屏蔽的具体实现方式可如下：可结合移动终端结构进行屏蔽设计，如屏蔽层的顶层和底层接地处理以屏蔽外界电磁干扰、信号线之间添加地线等，从而避免信号之间的干扰。

根据本实用新型实施例的触摸屏，通过将压力检测装置设置在触摸屏之下，将压力检测装置中的电荷转换模块和电压放大模块可设置在FPC之中，当用户的手指触摸触摸屏时，通过压力检测装置中的电荷转换模块检测多个压电片的电荷并根据该电荷生成电压信号，电压放大模块对电压信号进行放大，控制模块根据放大的电压信号生成压力信号从而可以根据该压力信号来实现触摸屏的压力的检测，即通过采用电式压力检测克服了现有技术中其他压力检测方法的缺点，其实际检测的是电荷量，之后对电荷量进行转换，最终表征为检测力的变化，因此不受装机的影响，同时可以独立于触摸屏进行设计，降低了触摸屏的设计难度。

为了实现上述实施例，本实用新型还提出了一种移动终端，该移动终端可包括上述任一个实施例所述的触摸屏。

根据本实用新型实施例的移动终端，通过将压力检测装置设置在触摸屏之下，将压力检测装置中的电荷转换模块和电压放大模块可设置在FPC之中，当用户的手指触摸触摸屏时，通过压力检测装置中的电荷转换模块检测多个压电片的电荷并根据该电荷生成电压信号，电压放大模块对电压信号进行放大，控制模块根据放大的电压信号生成压力信号从而可以根据该压力信号来实现触摸屏的压力的检测，即通过采用电式压力检测克服了现有技术中其他压力检测方法的缺点，其实际检测的是电荷量，之后对电荷量进行转换，最终表征为检测力的变化，因此不受装机的影响，同时可以独立于触摸屏进行设计，降低了触摸屏的设计难度。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以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，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种用于触摸屏的压力检测装置，其特征在于，包括：

支架；

设置在所述支架上的多个压电片；

与所述多个压电片相连的电荷转换模块，用于检测所述多个压电片的电荷并根据所述电荷生成电压信号；

与所述电荷转换模块相连的电压放大模块，用于对所述电压信号进行放大；以及

控制模块，用于根据所述放大的电压信号生成压力信号。

2.如权利要求1所述的用于触摸屏的压力检测装置，其特征在于，所述支架为H型或Z型。

3.如权利要求2所述的用于触摸屏的压力检测装置，其特征在于，所述压电片为4个，所述4个压电片分别设置在所述H型或Z型支架的四角。

4.如权利要求1所述的用于触摸屏的压力检测装置，其特征在于，还包括：

连接在所述电压放大模块和所述控制模块之间的滤波模块；以及

分别与所述电荷转换模块、电压放大模块和滤波模块相连的电压基准，用于分别为所述电荷转换模块、电压放大模块和滤波模块提供偏置电压。

5.一种触摸屏，其特征在于，包括：

如权利要求1-4中任一项所述压力检测装置，所述压力检测装置设置在所述触摸屏之下；

FPC，所述电荷转换模块和电压放大模块设置在所述FPC之中。

6.如权利要求5所述的触摸屏，其特征在于，所述FPC包括第一屏蔽层、第一信号层、第二信号层和第二屏蔽层。

7.如权利要求5所述的触摸屏，其特征在于，所述多个压电片通过多个信号线与所述电荷转换模块相连。

8.如权利要求7所述的触摸屏，其特征在于，所述多个信号线之间通过地线进行隔离。

9.一种移动终端，其特征在于，包括如权利要求5-8中任一项所述的触摸屏。