CN210109773U - 基于柔性传感器可折叠的触摸屏 - Google Patents

Abstract

本实用新型所涉及一种基于柔性传感器可折叠的触摸屏，包括显示面板，触摸片，以及绝缘透明胶；因显示面板与触摸片之间相交处设置有连接端，显示面板底面设置有电极板，与电极板相互连接的传感器芯片，串联连接在传感器芯片两端之间的采样电容器；传感器芯片内部设置有与连接端相互连接的自互电容检测电路，自互电容检测电路包括电容检测电路，与电容检测电路相互连接的前端检测放电优化电路，输出级偏置电路；在此结构中，通过电容检测电路和前端检测放大优化电路相互结合在一起，提高了检测抗干扰能力的同时降低了整个自互电容检测电路的消耗。

Description

基于柔性传感器可折叠的触摸屏

【技术领域】

本实用新型涉及一种用于触摸与显示方面的基于柔性传感器可折叠的触摸屏。

【背景技术】

目前主流的触控与显示技术对应驱动控制器仍然是相对独立的集成电路器件。在消费者技术领域中，所述触控与显示驱动应用的面板呈现轻薄化的趋势，触摸显示面板的改进，带动元器件等半导体技术发生相应的变化，使得人机交互行业相应集成度更高，性能更优的技术。触控与先显示驱动集成技术符合技术发展趋势。所述触控技术在智能手机领域得到了广泛的应用。触控技术是人机交互主要输入形式，显示是人机交互主要输出形式。为实现人机交互动作，触控技术与显示技术是相辅相成缺一不可。而所述触控技术存在技术问题为自电容与互电容检测电路的融合，检测精度与抗噪能力的提高；而液晶显示驱动方面关键技术难点在于缩短液晶响应时间以及优化存储空间等技术问题。

【实用新型内容】

有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有提高检测抗干扰能力，降低系统消耗的基于柔性传感器可折叠的触摸屏。

为此解决上述技术问题，本实用新型中的技术方案所提供一种基于柔性传感器可折叠的触摸屏，其包括显示面板，安装在显示面板上面的触摸片，以及将显示面板与触摸片粘合一起的绝缘透明胶；所述的显示面板与触摸片之间相交处设置有连接端，所述显示面板底面设置有电极板，与电极板相互连接的传感器芯片，串联连接在传感器芯片两端之间的采样电容器；所述传感器芯片内部设置有与连接端相互连接的自互电容检测电路。

进一步限定，所述自互电容检测电路包括电容检测电路，与电容检测电路相互连接的前端检测放电优化电路，输出级偏置电路；所述的电容检测电路包括驱动管脚Tx，芯片感应管脚Rx，并联连接在驱动管脚Tx与芯片感应管脚Rx之间的开关Ks2，连接在开关Ks2一端上的二极管D1，连接于开关Ks2一端上的开关Kc，连接在芯片感应管脚Rx与开关Ks2公有端上的开关Ks1，连接在开关Ks1另一端上的开关Ks3，开关Ks4，所述的开关Ks3的另一端接地，开关Ks4的另一端接地，安装在开关Ks3与开关Ks4之间的电容C1，连接于电容C1一端的电荷放大器OP，连接于电荷放大器OP输出端上的混频器MIXER，连接于混频器MIXER另一端的信号转化器ADC，连接于信号转化器ADC一端的数字电路MCU，所述的数字电路MCU输出端与混频器MIXER连接，并联连接在电荷放大器OP输入端与输出端之间的电容C2，电阻R1，开关KS5。

进一步限定，所述前端检测放电优化电路是由共模反馈环路中的差分放大电路，复数个MOS管M1至MOS管M27并联或串联连接而成。

进一步限定，所述输出级偏置电路是由复数个MOS管MB1至MOS管MB8串联连接之后并联而构成。

本实用新型的有益技术效果：因所述的显示面板与触摸片之间相交处设置有连接端，所述显示面板底面设置有电极板，与电极板相互连接的传感器芯片，串联连接在传感器芯片两端之间的采样电容器；所述传感器芯片内部设置有与连接端相互连接的自互电容检测电路，所述自互电容检测电路包括电容检测电路，与电容检测电路相互连接的前端检测放电优化电路，输出级偏置电路；在此结构中，通过电容检测电路和前端检测放大优化电路相互结合在一起，提高了检测抗干扰能力的同时降低了整个自互电容检测电路的消耗，实现了此电路与外设配重软件的自互一体式电容检测电路模块，达到具有提高检测抗干扰能力，降低系统消耗的目的。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

【附图说明】

图1为本实用新型中基于柔性传感器可折叠的触摸屏的示意图；

图2为本实用新型中基于柔性传感器可折叠的触摸屏的侧面示意图；

图3为本实用新型中基于柔性传感器可折叠的触摸屏的结构示意图；

图4为本实用新型中自电容式触摸屏触摸方式的示意图；

图5为本实用新型中的互电容式触摸屏触摸方式的示意图；

图6为本实用新型中电容检测电路的电路示意图；

图7为本实用新型中前端检测放电优化电路的触摸屏的示意图；

图8为本实用新型中输出级偏置电路的触摸屏的侧面示意图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参考图1至图8所示，下面结合实施例说明一种基于柔性传感器可折叠的触摸屏，其包括显示面板1，安装在显示面板1上面的触摸片2，以及将显示面板1与触摸片2粘合一起的绝缘透明胶3。所述的显示面板1与触摸片2之间相交处设置有连接端4，所述显示面板1底面设置有电极板，与电极板相互连接的传感器芯片，串联连接在传感器芯片两端之间的采样电容器。

触摸屏是利用人体的电流感应而进行工作的一种输入交互技术。所述显示面板1是一块多层结构的复合玻璃屏，其包括玻璃屏的内表面夹层，涂有钢锡氧化物，所述触摸片2是由最外层的由0.0015厚的玻璃保护层覆盖构成。所述表面夹层ITO涂层作为工作面，从触摸片的四个角各引出一个连接端，所述显示面板1与触摸片2之间内层布置为ITO屏幕层保证触控良好的工作环境。

当用户使用手指触摸触摸片时，由于人体电场的存在，用户手指和工作面形成耦合电容，工作面上接有高频信号，而手指吸收走一个很小的电流，该个电流分别从触摸片2上面的触摸屏的四个角中电极流出，流经四个电极的电流与手指头到四角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的精密计算得出触控点的位置。

触摸屏是在玻璃表面用一层或多层ITO制作成X轴电极矩阵和Y轴电极矩阵。当手指触摸时，手指和ITO表面形成耦合电容，引起触摸屏中的电流的微弱变化，通过扫描X轴电极矩阵和Y轴电极矩阵，检测触摸点电容量的变化，而计算出手指触摸所在的位置。所述触摸屏一般采用多层带透明导电物的基层，按照一定的图案横纵两个不同方向形成矩阵分布，由此排布生成电容矩阵，该电容矩阵的电极可分为驱动电极，接收电极或感应电极。如驱动电极上施加低压高频信号，并投射到接收电极形成电场。手指触碰屏幕时构成的耦合电容，使接收电极电荷量减小，减小程度与该等效耦合电容大小有关，通过对X轴电极矩阵和Y轴电极矩阵的扫描，可检测到触碰位置电容变化，根据接收端电流而得知。

利用触摸片2上的透明电极镶上电容传感阵列，触摸屏经电路检测人体靠近时的电容阵列电容值改变实现检测触摸，即为自电容或互电容结构的电容触摸屏，在此结构中，所述自电容式的开放电场原理，以手指或导体来触摸屏幕，属于开放式的。当感应通道本身对地电容CS1，人体触摸到感应电极，感应电极和人体间产生电容CfS，可以理解为人体电位等同大地电位，则感应通道对地电容CS为电容CfS和电容CS1之和。

而互电容式的封闭电场，不仅可以直接使用手指触摸，而且换可以带上手套来触摸屏幕。在互电容检测中，所述双层触摸屏触摸电容阵列由横纵交叉的上层感应电极和底层的驱动电极组成，感应电极和驱动电极交叉点形成交叠电容，底层驱动电极和上层感应电极形成的磁力线，该磁力线形成的交叠电容大小为Cc。当使用者手触摸后一部分原来流到感应电极上表面的磁力线，流到手指上。磁力线总数基本不变且正比于电容大小，则感应电极和驱动电极之间的电容将会减小Ct，即从Cc变为Cc-Ct。Ct大小表征触摸强度，Ct在Cc中所占比例称为有效电容率。在检测电容电压变化中，所述前端检测放电优化电路将感应电极和驱动电极之间的电容与电压变化量之乘积代表电荷量转化成电压值。

本技术方案由此，结合自电容检测方法和互电容检测方法的优点，而所述传感器芯片内部设置有与连接端相互连接的自互电容检测电路。所述自互电容检测电路包括电容检测电路，与电容检测电路相互连接的前端检测放电优化电路，输出级偏置电路；所述的电容检测电路包括驱动管脚Tx，芯片感应管脚Rx，并联连接在驱动管脚Tx与芯片感应管脚Rx之间的开关Ks2，连接在开关Ks2一端上的二极管D1，连接于开关Ks2一端上的开关Kc，连接在芯片感应管脚Rx与开关Ks2公有端上的开关Ks1，连接在开关Ks1另一端上的开关Ks3，开关Ks4，所述的开关Ks3的另一端接地，开关Ks4的另一端接地，安装在开关Ks3与开关Ks4之间的电容C1，连接于电容C1一端的电荷放大器OP，连接于电荷放大器OP输出端上的混频器MIXER，连接于混频器MIXER另一端的信号转化器ADC，连接于信号转化器ADC一端的数字电路MCU，所述的数字电路MCU输出端与混频器MIXER连接，并联连接在电荷放大器OP输入端与输出端之间的电容C2，电阻R1，开关KS5。

自电容检测时，兴平感应管脚Rx接对地电容Cs，驱动管脚Tx悬空。Vx为固定电压，Vx可为VDD也可为其他任意电压。在第1周期开关Ks2闭合，开关Ks1断开，自电容Cs充电到Vx电压。在第2周期，开关Ks2断开，开关Ksi闭合，开关Ksi时序和开关Ksi相同，自电容Cs上电荷在自电容Cs和电容Cl上重新分配，电容Cl上电压为VC1＝Vx*Cs/(Cs+C1)。在第3周期，开关Ks2闭合，开关Ks1断开，开关电容电路将C1上电荷转移到C2，开关电容电路输出电压Vochg＝VC1*C1/C2＝Vx*CS*C1/((CS+C1)*C2)，此电压为和自电容CS成正比，可反应出自电容的大小。

所述混频器MIXER将开关电容电路输出电压和数字信号进行混频，相当于窄带滤波，可以将电容触摸触摸屏耦合的噪声滤除；混频器MIXER输出信号经过信号转换器ADC量化后输入到数字电路MCU中处理。

所述前端检测放电优化电路是由共模反馈环路中的差分放大电路，复数个MOS管M1至MOS管M27并联或串联连接而成。在共模反馈环路中的差分放大电路，VGS为输出共模电压Vocom与基准电压Vr1的差值。若手指施加在MOS管M21上，MOS管M21，MOS管M12，M14的栅极，则VGS转化为MOS管M12和MOS管M14的电流，这个电流再转化为MOS管M22和MOS管M23的电压变化，从而改变输出共模电压。在前端检测放电优化电路中，I表示MOS管源漏电流，VGS表示MOS管栅源电压，VG表示MOS管栅极电压，参数I，VGS和VG下标序号与MOS管的下标序号相同。如MOS管M21其源电流为I21，栅源电压VGS-M21，栅极电压为VG-M21.

运放电路具体工作过程如下：当输出共模电压Vocom大于电压VR1时，MOS管M21的栅端电压变小，因此，MOS管M12和MOS管M14的栅端电压也变小，所以，节点电压VN1和节点电压VN2变大，即为MOS管M22和MOS管M23栅端电压变大，则使MOS管M22和MOS管M23的电流变大，导致输出共模电压Vocom拉低，从而实现输出共模反馈。此输出共模电压反馈电路是用来消除失调而引起的输出共模电压不确定的情况，因此，反馈电路是不能改变主电路的静态工作点。所述的MOS管M1，MOS管M2，MOS管M3，MOS管M4构成轨到轨输入电路。当输入电压VP和输入电压VN的共模电压都小于输入电压VINR时，MOS管M1和MOS管M1处于截止状态，MOS管M24电流源的电流全部流入MOS管M3和MOS管M4，因化在该折叠共源共栅放大器的第1级的电流镜负载中，流出PMOS电流镜的电流I18加上流过输入差分对的电流I24等于流入NMOS电流源的电流I12。

当输入电压VP和输入电压VN的共模电压都大于输入电压VINR时，MOS管M3和MOS管M4截止，I24全部流入MOS管M5，并且MOS管M1和MOS管M2打开，因此，流出PMOS电流镜的电流I18等于流过差分输入对的电流I24与流入NMOS电流镜的电流I12之和。

第1级负载电流镜的电流关系是随着差分输入的共模电压变化而变化的，因此，当流过MOS管M18或MOS管M20和MOS管M12或MOS管M14的电流出现差值时，节点电压VN1和节点电压VN2的电压就会发生变化，从而输出共模电压就会发生变化，在此过程中，虽有输出共模反馈电压，但是这个输出共模反馈电路却会导致折叠共源共栅放大器偏离静态工作点，严重时可能不工作，因此，若要保证输出共模电压不变，只有使得流过MOS管M12的电流在任何情况下都等于MOS管M18的电流，MOS管M6到MOS管M20能够实现提高检测信号抗干扰能力。所述输出级偏置电路是由复数个MOS管MB1至MOS管MB8串联连接之后并联而构成。MOS管M28和MOS管M23的栅源电压等于偏置电路的VGS-MB3，通过输出级偏置电路的电路，可W使得输出级的MOS管M28或MOS管M27，MOS管M23，或MOS管M22在静态时的低电流，从而降低了芯片的功耗。

基于本实施例中所述的触摸检测电路实现了软件配置的自互一体式电容检测电路模块的设计，结合前端检测放电优化电路的放大电路的优化，提高了检测抗干扰能力的同时可有效降低整个系统的功耗。

综上所述，因所述的显示面板1与触摸片2之间相交处设置有连接端，所述显示面板1底面设置有电极板，与电极板相互连接的传感器芯片，串联连接在传感器芯片两端之间的采用电容器；所述传感器芯片内部设置有与连接端4相互连接的自互电容检测电路，所述自互电容检测电路包括电容检测电路，与电容检测电路相互连接的前端检测放电优化电路，输出级偏置电路；在此结构中，通过电容检测电路和前端检测放大优化电路相互结合在一起，提高了检测抗干扰能力的同时降低了整个自互电容检测电路的消耗，实现了此电路与外设配重软件的自互一体式电容检测电路模块，达到具有提高检测抗干扰能力，降低系统消耗的目的。

以上参照附图说明了本实用新型的优选实施例，并非因此局限本实用新型的权利范围。本领域技术人员不脱离本实用新型的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本实用新型的权利范围之内。

Claims (4)

1.一种基于柔性传感器可折叠的触摸屏，其包括显示面板，安装在显示面板上面的触摸片，以及将显示面板与触摸片粘合一起的绝缘透明胶；其特征在于：所述的显示面板与触摸片之间相交处设置有连接端，所述显示面板底面设置有电极板，与电极板相互连接的传感器芯片，串联连接在传感器芯片两端之间的采样电容器；所述传感器芯片内部设置有与连接端相互连接的自互电容检测电路。

2.根据权利要求1所述基于柔性传感器可折叠的触摸屏，其特征在于：所述自互电容检测电路包括电容检测电路，与电容检测电路相互连接的前端检测放电优化电路，输出级偏置电路；所述的电容检测电路包括驱动管脚Tx，芯片感应管脚Rx，并联连接在驱动管脚Tx与芯片感应管脚Rx之间的开关Ks2，连接在开关Ks2一端上的二极管D1，连接于开关Ks2一端上的开关Kc，连接在芯片感应管脚Rx与开关Ks2公有端上的开关Ks1，连接在开关Ks1另一端上的开关Ks3，开关Ks4，所述的开关Ks3的另一端接地，开关Ks4的另一端接地，安装在开关Ks3与开关Ks4之间的电容C1，连接于电容C1一端的电荷放大器OP，连接于电荷放大器OP输出端上的混频器MIXER，连接于混频器MIXER另一端的信号转化器ADC，连接于信号转化器ADC一端的数字电路MCU，所述的数字电路MCU输出端与混频器MIXER连接，并联连接在电荷放大器OP输入端与输出端之间的电容C2，电阻R1，开关KS5。

3.根据权利要求2所述基于柔性传感器可折叠的触摸屏，其特征在于：所述前端检测放电优化电路是由共模反馈环路中的差分放大电路，复数个MOS管M1至MOS管M27并联或串联连接而成。

4.根据权利要求2所述基于柔性传感器可折叠的触摸屏，其特征在于：所述输出级偏置电路是由复数个MOS管MB1至MOS管MB8串联连接之后并联而构成。

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