CN206877301U - 用于控制触摸屏显示器中的触摸感测的触摸屏控制器 - Google Patents

用于控制触摸屏显示器中的触摸感测的触摸屏控制器 Download PDF

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Abstract

本文公开了一种用于控制触摸屏显示器中的触摸感测的触摸屏控制器，该触摸屏显示器具有：显示层，根据水平同步信号和垂直同步信号控制该显示层；以及电容式触摸阵列，该电容式触摸阵列包括驱动线和感测线。该触摸屏控制器包括驱动器和控制电路系统。该控制电路系统被配置成用于使该驱动器在对该水平同步信号的确立期间在该驱动线上生成驱动信号，并且使该驱动器在对该垂直同步信号的确立期间在该驱动线上生成该驱动信号。模拟触摸感测电路系统被配置成用于根据该感测线上的信号生成模拟触摸数据，该感测线上的该信号由于在该驱动线上生成该驱动信号而产生。

Description

用于控制触摸屏显示器中的触摸感测的触摸屏控制器
技术领域
本公开涉及触摸屏显示器领域，并且更具体地涉及通过在触摸屏显示器的垂直同步信号和水平同步信号的边沿时间期间(解除确立期间)进行采样来降低触摸数据样本中的显示噪声。
背景技术
手持式电子设备(比如智能电话、平板计算机和智能手表)受到消费者的欢迎并且被大量销售。这些设备大多数采用既用于向用户显示输出又用于从用户处接收数据作为输入的触敏显示器。这些触敏显示器大多数利用电容式触摸感测。
典型的这种触敏显示器包括通过如LCD、IPS或者AMOLED等技术构造的显示层以及感测层。典型的感测层包括多条平行的驱动线以及多条平行的感测线。感测线与驱动线电容性地相交。在操作中，使用波(比如具有通常2.5μs的周期的方波或正弦波)来驱动单条驱动线。在感测线与驱动线相交的点处感测它们之间的电容。人类手指或者导电物体的存在改变了交点处的预期电容，并且通过测量电容的变化可以检测到手指或者物体与触敏显示器之间的触摸。
消费者对这些手持式电子设备的期望是期望设备变得越来越薄。这因而导致期望使触敏显示器越来越薄。然而，随着这种触敏显示器变得越来越薄，由于更薄的设计导致将来自显示层的噪声耦合直至感测层的更大的寄生电容，因此来自显示层的噪声已经变成感测层的日益突出问题。在耦合直至感测层时，此噪声降低了由感测层执行的触摸感测的精确度，这在商业上是不期望的。
帮助避免触摸感测中的噪声的一种方式是在存在较少噪声期间执行触摸感测(采样)。然而，因为这涉及对可用于进行采样的每秒时间长度的约束，所以该方式由于较少数量的样本被采集而可能使触摸感测性能降级。
因此，提供采集数量增加的样本的降噪技术是令人期望的。
实用新型内容
提供本概述以引入在以下详细描述中进一步描述的一系列概念。本概述并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或者必要特征。
本公开的实施例提供一种用于控制触摸屏显示器中的触摸感测的触摸屏控制器，其降低触摸数据样本中的显示噪声。
本文公开了一种用于控制触摸屏显示器中的触摸感测的触摸屏控制器，该触摸屏显示器具有：显示层，根据水平同步信号和垂直同步信号控制该显示层；以及电容式触摸阵列，该电容式触摸阵列包括驱动线和感测线。该触摸屏控制器包括驱动器和控制电路系统。该控制电路系统被配置成用于使该驱动器在对该水平同步信号的确立期间在该驱动线上生成驱动信号，并且使该驱动器在对该垂直同步信号的确立期间在该驱动线上生成该驱动信号。模拟触摸感测电路系统被配置成用于根据该感测线上的信号生成模拟触摸数据，该感测线上的该信号由于在该驱动线上生成该驱动信号而产生。
所述控制电路系统被配置成用于在某个时段内在所述驱动线上生成所述驱动信号，所述时段在对所述垂直同步信号的确立开始之后的第一等待时间开始，并且在对所述垂直同步信号的确立结束时结束；并且其中，所述控制电路系统被配置成用于在某个时段内在所述驱动线上生成所述驱动信号，所述时段在对所述水平同步信号的确立开始之后的第二等待时间开始，并且在对所述水平同步信号的确立结束时结束。
所述第一等待时间和所述第二等待时间不相等。
所述第一等待时间比所述第二等待时间长。
所述触摸屏控制器进一步包括模数转换器，所述模数转换器被配置成用于将所述模拟触摸数据转换成数字触摸数据，并且用于对所述数字触摸数据执行降噪。
所述水平同步信号和所述垂直同步信号是组合的垂直-水平同步信号的分量。
所述控制电路系统使所述驱动器通过在对所述垂直-水平同步信号的确立期间按第一设定次数在所述驱动线上生成所述驱动信号从而在对所述水平同步信号的确立期间在所述驱动线上生成所述驱动信号；并且其中，所述控制电路系统使所述驱动器基于在按所述第一设定次数生成所述驱动信号之后对所述垂直-水平同步信号的解除确立的缺少，通过按第二设定次数在所述驱动线上生成所述驱动信号从而在对所述垂直同步信号的确立期间在所述驱动线上生成所述驱动信号。
所述触摸屏控制器进一步包括或门，所述或门接收所述水平同步信号和所述垂直同步信号并且从其中生成垂直-水平同步信号，所述垂直-水平同步信号表示所述水平同步信号与所述垂直同步信号的逻辑或。
所述控制电路系统使所述驱动器通过在对所述垂直-水平同步信号的确立期间按第一设定次数在所述驱动线上生成所述驱动信号从而在对所述水平同步信号的确立期间在所述驱动线上生成所述驱动信号；并且其中，所述控制电路系统使所述驱动器基于在按所述第一设定次数生成所述驱动信号之后对所述垂直-水平同步信号的解除确立的缺少，通过按第二设定次数在所述驱动线上生成所述驱动信号从而在对所述垂直同步信号的确立期间在所述驱动线上生成所述驱动信号。
本文还公开了一种用于控制触摸屏显示器中的触摸感测的触摸屏控制器，根据水平同步信号和垂直同步信号来控制该触摸屏显示器。该触摸屏控制器包括：驱动器；以及或门，该或门接收该水平同步信号和该垂直同步信号作为输入并且根据该水平同步信号和该垂直同步信号的逻辑或从其中生成垂直-水平同步信号。控制电路系统被配置成用于使该驱动器在检测到对该垂直-水平同步信号的确立之后按第一次数生成触摸感测驱动信号；并且使该驱动器基于在按该第一次数生成该触摸感测驱动信号之后对该垂直-水平同步信号的解除确立的缺少，在按该第一次数生成该触摸感测驱动信号之后按第二次数生成该触摸感测驱动信号。
所述触摸屏控制器进一步包括模拟触摸感测电路系统，所述模拟触摸感测电路系统被配置成用于根据感测线上的信号生成模拟触摸数据，所述感测线上的所述信号由于在所述驱动线上生成所述驱动信号而产生。
所述触摸屏控制器进一步包括模数转换器，所述模数转换器被配置成用于将所述模拟触摸数据转换成数字触摸数据，并且用于对所述数字触摸数据执行降噪。
所述控制电路系统被配置成用于在某个时段内生成所述触摸感测驱动信号，所述时段在对所述垂直-水平同步信号的确立开始之后的某个等待时间开始，并且在对所述垂直-水平同步信号的解除确立结束时结束。
根据本公开的实施例的用于控制触摸屏显示器中的触摸感测的触摸屏控制器能够降低触摸数据样本中的显示噪声。
附图说明
图1A是触摸屏的示意性框图，其中，显示噪声耦合直至多条感测线，并且其中，本公开的采样和降噪技术通过直接利用垂直同步信号和水平同步信号来执行。
图1B是触摸屏的示意性框图，其中，显示噪声耦合直至多条感测线，并且其中，本公开的采样和降噪技术通过直接利用组合的垂直-水平同步信号来执行。
图1C是触摸屏的示意性框图，其中，显示噪声耦合直至多条感测线，并且其中，本公开的采样和降噪技术通过利用组合的垂直-水平同步信号来执行，该组合的垂直-水平同步信号由垂直同步信号和水平同步信号生成。
图2是图1的触摸屏的示意性横截面图，示出了显示层、VCOM层和感测层的安排，以及将显示噪声耦合至显示层的寄生电容。
图3是曲线图，示出了组合的垂直-水平同步信号。
图4是曲线图，示出了当以自由运行方式连续地执行采样时对显示噪声的耦合。
图5是曲线图，示出了垂直同步信号、水平同步信号以及组合的垂直-水平同步信号的“边沿”时间。
图6是曲线图，示出了用于在水平同步信号的“边沿”时间期间对触摸信号进行采样的采样技术。
图7是曲线图，示出了图6中展示的采样技术的缺点。
图8是曲线图，示出了用于在垂直同步信号和水平同步信号两者的“边沿”时间期间对触摸信号进行采样的采样技术。
图9是曲线图，示出了图8的采样技术如何解决图7中示出的图6的采样技术的缺点。
图10是曲线图，示出了图6的采样技术的进一步缺点。
图11是曲线图，示出了图8的采样技术如何解决图10中示出的图6的采样技术的缺点。
图12是曲线图，示出了在垂直同步和水平同步边沿时间期间的噪声估计。
具体实施方式
参照附图进行本描述，图中示出了示例实施例。然而，可以使用许多不同的实施例，并且因此本描述不应被解释为被限制于本文中所阐述的实施例。而是，提供这些实施例从而使得本公开将是透彻和完整的。贯穿全文，相同的编号指代相同的元件。
初始地参照图1A，现在描述用于电子设备的触敏显示器100。电子设备可以是智能电话、智能手表、平板计算机、膝上型计算机或者其他适当的便携式电子设备。触敏显示器100包括其上具有公共电压层(VCOM)104的显示层102。触摸感测层106在VCOM层104上方。
如图2中最佳示出的，触摸感测层106包括触摸层衬底105，该触摸层衬底具有形成于其上的触摸传感器107。触摸感测器107本身由电容性地相交的感测线101a和驱动线109形成。尽管为了简化起见示出了单条感测线101a，但是可以存在任何数量的这种感测线101a至101n。尽管为简洁起见示出了一条驱动线109，但是也可以存在任何数量的这种驱动线。
经由测量感测线101a与驱动线109之间的电容来检测触摸。VCOM层104为显示层102的显示阵列中的所有像素提供公共电压，并且电容性地耦合至感测层106。公共电压基于基准电压Vcom。
由于此VCOM层104，如以下将详细解释的，寄生电容Cp1至Cpn形成于感测层106与VCOM层104之间，并且寄生电容Cp形成于VCOM层104与显示层102之间。可以存在形成于感测层106与VCOM层104之间以及VCOM层104与显示层102之间的任何数量的寄生电容。
显示层102包含被扫描以便形成供显示给用户的图像的像素行和像素列。显示层102耦合至显示驱动器110，该显示驱动器使用水平同步信号Hsync和垂直同步信号Vsync来控制显示层102。Hsync是使对显示行的扫描的开始同步的信号，并且Vsync是使对新帧的显示的开始同步的信号。
在操作中，使用周期性信号(比如方波)来驱动该驱动线109。在驱动线109与感测线101a之间的交点处，感测线101a引发与在驱动线109处的电压以及在该相交点处在感测线101a与驱动线109之间的电容成比例的电荷注入。此电容靠近导电物体(比如人类手指)而变化，并且由触摸屏控制器(TSC)150进行测量和处理以生成供电子设备使用的触摸数据。
触摸屏控制器150包括耦合至驱动线109并由来自数字框114的驱动(或者“强制”)信号Tx控制的驱动器122。感测线101a耦合至积分器116。积分器116耦合至累加器118。累加器118耦合至模数转换器120，该模数转换器进而耦合至数字块114。
现在将描述触摸数据的生成。在数字框114的控制下，由驱动器122使用周期性信号来驱动该驱动线109。在驱动线109与感测线101a之间的交点处，感测线101a引发与在驱动线109处的电压以及在该相交点处在感测线101a与驱动线109之间的电容成比例的电荷注入。积分器116对感测线109上的信号进行积分。累加器118对从该积分器116接收到的信号进行求和，并将该总和传送到模数转换器120。模数转换器120将该总和转换到数字域并将其传送到数字块114。数字块114处理该总和以便产生其输出的触摸数据。
诸位发明人已经发现，在每个Hsync脉冲处以及在每个Vsync脉冲处，噪声经由寄生电容Cp从显示层102电容性地耦合到VCOM层104中。然后，噪声经由寄生电容Cp1从VCOM层104电容性地耦合到感测层106中。此噪声引起将降级触摸屏控制器150生成的触摸数据的精确度和性能的不想要的电荷注入。
在一些情况下，如在图1B的电路中所示出的，以及如在图3的曲线图中所示出的采样信号中所示出的，显示层102可以不基于单独的Vsync和Hsync信号而基于组合的VHsync信号进行操作。
在显示层102被驱动的时间期间，显示噪声最大，并且在对Vsync和Hsync信号的确立(或者对VHsync信号的确立)期间，显示层102未被驱动。因此，如果在对Vsync和Hsync(或者VHsync)信号的解除确立期间，驱动线109被驱动器122连续驱动(如图4所示出的，在该图中，驱动信号被称为Tx脉冲)并且执行采样，则一些样本将在高噪声期间被采集。这将产生不期望的结果。
因此，期望在Vsync和Hsync信号(或者VHsync信号)被确立的时间期间进行采样。这些时间段可以被称为“边沿时间”，并且在图5的曲线图中被展示。
如图6中所示出的，对触摸数据进行采样的一种方法是由数字块114使驱动器122在Hsync边沿时间期间对驱动线109进行驱动。在这种操作模式下，当数字块114检测到对开始采样控制信号的确立(比如来自电子设备的片上系统)时，数字模114等待接受下一个Vsync脉冲，并且然后在对该Vsync脉冲的确立之后的Hsync边沿时间期间完成采样，在接收下一个Vsync脉冲之前的最后一个Hsync边沿时间之后停止采样。如所解释的，通过使驱动器122驱动该驱动线109来完成采样。
这种操作模式具有不在特别嘈杂期间进行采样的优点，尽管如图12中所示出的，在Hsync边沿时间开始时在感测线101a上仍然存在一些残余噪声。应该注意的是，在Vsync边沿时间开始期间存在的残余显示噪声与在Hsync边沿时间开始期间存在的残余显示噪声不同，例如，以比在Hsync边沿时间开始期间存在的残余噪声更小的速率进行衰减。由于这种差异并且由于在一些情况下在模拟域中执行降噪可能更简单的事实，这种操作模式不在Vsync边沿时间期间进行采样(即生成Tx脉冲)。
虽然这是简单的实施方式，但是在图7中示出了这种操作模式的缺点。在此，在第一Vsync脉冲结束之前，不对开始采样控制信号进行确立，并且因此数字块114在Hsync边沿时间期间等待下一个Vsync脉冲以便开始采样。如所示，这导致在采样开始前的相当大的延迟时间，以及采集更少的数据点。这最终可能导致电子设备的用户界面性能令人不满。
因此，如图8中所示出的，另一种操作模式是数字块114等待或者下一个Vsync脉冲或者下一个Hsync脉冲，并且在这之后通过使驱动器122使用Tx脉冲来驱动该驱动线109从而开始进行采样。如图中9所示出的(在该图中，在第一Vsync脉冲结束之前，不对开始采样控制信号进行确立)，相比于在Hsync边沿时间期间而不是在Vsync边沿时间期间进行采样，这种操作模式极大地减少了延迟时间。
用于对在Vsync和Hsync边沿时间开始时存在的残余显示噪声进行管理一种方式是在边沿时间开始之后延迟给定时间段进行采样(即延迟由驱动器122对驱动线109进行的驱动)。由于残余显示噪声在Vsync边沿时间期间可能比在Hsync边沿时间期间存在更长时间，所以在Vsync边沿时间期间开始采样前的采样延迟可能比在Hsync边沿时间期间开始采样前的采样延迟更大。然而，在一些情况下，该延迟可以相等。
可以由数字块114在数字域中执行附加的降噪。因此，在一些情况下，除了在Vsync和Hsync边沿时间开始之后的以上所述采样延迟以外，不使用任何其他模拟降噪，由数字块114在数字域中执行所有其他降噪。在其他情况下，相反可以在转换到数字域之前在模拟域中执行部分或全部其他降噪。
上述操作模式可以由图1A中所示出的触敏显示器100执行，其中，Vsync和Hsync是单独的信号，并且其中，数字块114接收那些Vsync和Hsync信号并且基于该信号进行操作。
但是，如图3至图12中所示出的各种曲线图中所示出的，数字块114相反可以基于组合的VHsync信号进行操作。此VHsync信号可以直接从如图1B中所示出的显示驱动器110接收，或者其可以由或门151基于Vsync与Hsync的逻辑或生成。
在数字块114基于组合的VHsync信号进行操作的情况下，Vsync和Hsync脉冲可以具有不同的持续时间，例如，Vsync脉冲具有比Hsync脉冲更长的持续时间。在此，数字块114可以在VHsync从解除确立转变到确立之后，通过使驱动器122生成第一数量(例如，两个)的Tx脉冲来进行操作。在生成该第一数量的Tx脉冲之后，如果没有接收到VHsync从确立到解除确立的转变，则数字块114使驱动器122生成第二数量(例如，三个)的Tx脉冲，从而使得在Vsync边沿时间期间已经生成总数量个期望脉冲。例如，计数第一数量个Tx脉冲和第二数量个Tx脉冲，可能总共存在五个样本。
如图5中所示出的，对于1920×2560显示分辨率，Vsync脉冲的持续时间可以为约127.3μs，并且Hsync脉冲的持续时间可以为5.6μs，在两个Hsync脉冲之间具有2560个Vsync脉冲。因此，在此示例中，Vsync边沿时间是127.3μs，而Hsync边沿时间是5.6μs。例如，在此分辨率下，Vsync脉冲间隔16.67ms。
如图11中所示出的，典型的采样长度(驱动器122生成Tx脉冲的持续时间)约为11ms。因此，如果在Hsync边沿时间期间而不是在Vsync边沿时间期间执行采样，则将每16.67ms地执行一次完整采样。这将采样约束到60Hz。为了能够以90Hz进行采样，可以执行两个7.5ms的采样周期。然而，由于每采样周期更少数量的样本，这降低了信噪比(SNR)。通过在Vsync边沿时间和Hsync边沿时间两者期间进行采样，可以执行11ms采样周期，而无需考虑下一个Vsync脉冲的位置。因此，采样频率不受约束，并且减少了对SNR的影响。
受益于前面的描述和相关联附图中呈现的教导的本领域技术人员将想到许多修改和其他实施例。因此，要理解的是，各种修改和实施例旨在被包括在所附权利要求书的范围之内。

Claims (13)

1.一种用于控制触摸屏显示器中的触摸感测的触摸屏控制器，其特征在于，所述触摸屏显示器具有根据水平同步信号和垂直同步信号被控制的显示层以及包括驱动线和感测线的电容式触摸阵列，所述触摸屏控制器包括：
驱动器；
控制电路系统，所述控制电路系统被配置成用于：
使所述驱动器在对所述水平同步信号的确立期间在所述驱动线上生成驱动信号，并且
使所述驱动器在对所述垂直同步信号的确立期间在所述驱动线上生成所述驱动信号；以及
模拟触摸感测电路系统，所述模拟触摸感测电路系统被配置成用于根据所述感测线上的信号生成模拟触摸数据，所述感测线上的所述信号由于在所述驱动线上生成所述驱动信号而产生。
2.如权利要求1所述的触摸屏控制器，其特征在于，所述控制电路系统被配置成用于在某个时段内在所述驱动线上生成所述驱动信号，所述时段在对所述垂直同步信号的确立开始之后的第一等待时间开始，并且在对所述垂直同步信号的确立结束时结束；并且其中，所述控制电路系统被配置成用于在某个时段内在所述驱动线上生成所述驱动信号，所述时段在对所述水平同步信号的确立开始之后的第二等待时间开始，并且在对所述水平同步信号的确立结束时结束。
3.如权利要求2所述的触摸屏控制器，其特征在于，所述第一等待时间和所述第二等待时间不相等。
4.如权利要求2所述的触摸屏控制器，其特征在于，所述第一等待时间比所述第二等待时间长。
5.如权利要求1所述的触摸屏控制器，其特征在于，进一步包括模数转换器，所述模数转换器被配置成用于将所述模拟触摸数据转换成数字触摸数据，并且用于对所述数字触摸数据执行降噪。
6.如权利要求1所述的触摸屏控制器，其特征在于，所述水平同步信号和所述垂直同步信号是组合的垂直-水平同步信号的分量。
7.如权利要求6所述的触摸屏控制器，其特征在于，所述控制电路系统使所述驱动器通过在对所述垂直-水平同步信号的确立期间按第一设定次数在所述驱动线上生成所述驱动信号从而在对所述水平同步信号的确立期间在所述驱动线上生成所述驱动信号；并且其中，所述控制电路系统使所述驱动器基于在按所述第一设定次数生成所述驱动信号之后对所述垂直-水平同步信号的解除确立的缺少，通过按第二设定次数在所述驱动线上生成所述驱动信号从而在对所述垂直同步信号的确立期间在所述驱动线上生成所述驱动信号。
8.如权利要求1所述的触摸屏控制器，其特征在于，进一步包括或门，所述或门接收所述水平同步信号和所述垂直同步信号并且从其中生成垂直-水平同步信号，所述垂直-水平同步信号表示所述水平同步信号与所述垂直同步信号的逻辑或。
9.如权利要求8所述的触摸屏控制器，其特征在于，所述控制电路系统使所述驱动器通过在对所述垂直-水平同步信号的确立期间按第一设定次数在所述驱动线上生成所述驱动信号从而在对所述水平同步信号的确立期间在所述驱动线上生成所述驱动信号；并且其中，所述控制电路系统使所述驱动器基于在按所述第一设定次数生成所述驱动信号之后对所述垂直-水平同步信号的解除确立的缺少，通过按第二设定次数在所述驱动线上生成所述驱动信号从而在对所述垂直同步信号的确立期间在所述驱动线上生成所述驱动信号。
10.一种用于控制触摸屏显示器中的触摸感测的触摸屏控制器，其特征在于，根据水平同步信号和垂直同步信号来控制所述触摸屏显示器，所述触摸屏控制器包括：
驱动器；
或门，所述或门接收所述水平同步信号和所述垂直同步信号作为输入并且根据所述水平同步信号和所述垂直同步信号的逻辑或从其中生成垂直-水平同步信号；以及
控制电路系统，所述控制电路系统被配置成用于：
使所述驱动器在检测到对所述垂直-水平同步信号的确立之后按第一次数生成触摸感测驱动信号；并且
使所述驱动器基于在按所述第一次数生成所述触摸感测驱动信号之后对所述垂直-水平同步信号的解除确立的缺少，在按所述第一次数生成所述触摸感测驱动信号之后按第二次数生成所述触摸感测驱动信号。
11.如权利要求10所述的触摸屏控制器，其特征在于，进一步包括模拟触摸感测电路系统，所述模拟触摸感测电路系统被配置成用于根据感测线上的信号生成模拟触摸数据，所述感测线上的所述信号由于在所述驱动线上生成所述驱动信号而产生。
12.如权利要求11所述的触摸屏控制器，其特征在于，进一步包括模数转换器，所述模数转换器被配置成用于将所述模拟触摸数据转换成数字触摸数据，并且用于对所述数字触摸数据执行降噪。
13.如权利要求10所述的触摸屏控制器，其特征在于，所述控制电路系统被配置成用于在某个时段内生成所述触摸感测驱动信号，所述时段在对所述垂直-水平同步信号的确立开始之后的某个等待时间开始，并且在对所述垂直-水平同步信号的解除确立结束时结束。
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