CN219143422U - 一种压力测量和震动反馈系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压力测量和震动反馈系统，该系统由触摸面向下，依次是盖板、PCB板，盖板和PCB板叠合后通过结合胶固定，PCB板，其背向盖板的一面分布有若干一体化传感器以及防止压力过大的缓冲垫层，若干一体化传感器分布于缓冲垫层的避让缺口区域内且缓冲垫层的厚度小于一体化传感器，一体化传感器上设有一体化传感器电路；PCB板，其背向盖板的一面还设有对称分布的若干连接器，若干一体化传感器和若干连接器一对一电性连接，若干连接器电连接至PCB板上的传感电路。本实用新型使用了多个一体化传感器、触摸板、压力测量芯片和升压电路等实现了用户在触摸板上手指压力的精确测量和宽广的震动反馈系统。

Description

一种压力测量和震动反馈系统

技术领域

本实用新型涉及触觉反馈技术领域，具体的说是涉及一种压力测量和震动反馈系统。

背景技术

触觉反馈是当前热门的技术，其中压力的测量和震动反馈是此技术的核心部分。

压力触控板利用压力检测代替物理按键检测，实现确认和调出菜单等操作，解决了传统触控板只能在物理按键附近局部按压的问题。压力触控板可以根据用户的使用习惯，调节对用户按压动作的响应力度和震动反馈强度，为用户提供更便捷且舒适的操作体验。其中，用户体验的好坏很大程度上取决于触控板结构的设计。

因此，有必要对压力触控技术做出改进。

实用新型内容

针对现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题在于提供了一种压力测量和震动反馈系统，设计该压力测量和震动反馈系统及该系统的目的是对手指压力的精确测量和宽广的震动反馈。

为解决上述技术问题，本实用新型通过以下方案来实现：本实用新型的一种压力测量和震动反馈系统，由触摸面向下，依次是盖板、PCB板，所述盖板和所述PCB板叠合后通过结合胶固定，其特征在于，所述PCB板，其背向所述盖板的一面分布有若干一体化传感器以及防止压力过大的缓冲垫层，所述缓冲垫层具有避让缺口；

所述若干一体化传感器分布于所述缓冲垫层的避让缺口区域内且所述缓冲垫层的厚度小于所述一体化传感器，所述一体化传感器上设有一体化传感器电路；

所述PCB板，其背向所述盖板的一面还设有对称分布的若干连接器，所述若干一体化传感器和所述若干连接器一对一电性连接，所述若干连接器电连接至所述PCB板上的传感电路；

所述传感电路包括：

触摸板芯片，通过第一通信接口接入主机的输出端；

压力检测和升压控制芯片，通过第二通信接口连接所述触摸板芯片的输出端，所述压力检测和升压控制芯片作为所述触摸板芯片的从设备，接收由所述主机透过所述触摸板芯片发送的配置信息且能够升级固件；

IO扩展芯片，通过第三通信接口连接所述压力检测和升压控制芯片的输出端、通过第二通信接口与所述触摸板芯片的输出端连接，所述IO扩展芯片还与一体化传感器电路电连接；

一驱动电路，所述驱动电路电连接至所述压力检测和升压控制芯片，所述压力检测和升压控制芯片作为所述IO扩展芯片的主设备，并控制驱动电路的运行，一体化传感器电路产生多路压力数据，该多路压力数据形成差分数据输出到所述压力检测和升压控制芯片中；

所述一体化传感器电路包括多组惠斯通电桥电路，一个一体化传感器中设置一组惠斯通电桥电路。

进一步的，所述第一通信接口、第二通信接口和第三通信接口均是I2C通信接口。

进一步的，所述驱动电路包括6个电路模块，该6个电路模块分别是升压开关和保护电路、反激式开关电路、反馈电路、放电电路、开关电路、PWM切换电路，其中：

所述升压开关和保护电路、反馈电路、放电电路以及PWM切换电路均接至所述压力检测和升压控制芯片上；

所述反激式开关电路和所述PWM切换电路连接；

所述开关电路分别连接至所述IO扩展芯片、一体化传感器电路；

所述升压开关和保护电路的输出端连接所述反激式开关电路，所述反激式开关电路输出端分别连接反馈电路、放电电路。

更进一步的，所述升压开关和保护电路包括负载开关芯片U10、电容C10、电容C11、电容C12以及电阻R10，所述电容C11一端接地，其另一端接至所述负载开关芯片U10的VIN脚，所述负载开关芯片U10的VIN脚还接入5V电压，所述电容C10一端接至所述压力检测和升压控制芯片的DCDC_EN脚，其另一端接至所述负载开关芯片U10的EN脚、电阻R10，所述电阻R10的另一端接地，所述负载开关芯片U10的GND脚接地，其VOUT脚连接电容C12、5V_A电压，所述电容C12的另一端接地，所述负载开关芯片U10的VOUT脚连接所述反激式开关电路。

更进一步的，所述电容C10和所述电阻R10组成微分电路，根据时间常数τ=RC，调整电容C10和电阻R10的数值，能够控制所述负载开关芯片U10的EN端在所述DCDC_EN脚的高电平下的导通时间，保证在DCDC_EN一直为高电平时，U10的EN端也只能导通数毫秒时间，保护后面的升压电路避免过热损坏。

更进一步的，所述反激式开关电路包括变压器L10、电阻R11、电容C13、电容C14、电容C15、二极管D10、二极管D11以及N-MOS管Q10；

所述变压器L10的初级线圈一端接至所述升压开关和保护电路的输出端、电容C13的一端、电阻R11的一端，所述变压器L10的初级线圈的另一端接至所述二极管D10的正极、N-MOS管Q10的源极，所述二极管D10的负极分别连接所述电容C13的另一端、电阻R11的另一端，所述N-MOS管Q10的漏极接地，其栅极接至所述PWM切换电路的PWM1端；

所述升压开关和保护电路的输出端的变压器L10初级线圈对应的次级线圈同名端接地，其另一端连接所述二极管D11的正极，所述二极管D11的负极分别连接电容C14、电容C15以及一体化传感器电路的HV电路，所述电容C14、电容C15的另一端分别接地，所述二极管D11的负极接至所述反馈电路。

更进一步的，所述反馈电路包括串联的电阻R12和电阻R13，所述电阻R12和电阻R13之间的电路节点上接至所述压力检测和升压控制芯片的HV_FB脚，所述电阻R12，其与所述电阻R13的非连接端接至所述反激式开关电路的输出端，所述电阻R13另一端接地。

更进一步的，所述放电电路包括电阻R14、NPN三极管Q11以及电阻R15，所述电阻R14的一端与所述NPN三极管Q11的基极连接，所述电阻R14的另一端和所述PWM切换电路的PWM2端连接，所述NPN三极管Q11的发射极接地，其集电极连接所述电阻R15，所述电阻R15的另一端接至所述反激式开关电路的输出端。

更进一步的，所述开关电路包括多个开关电路单元，多个开关电路单元和多个一体化传感器配对连接。

更进一步的，在一个开关电路单元的电路中，连接有一个NPN三极管Q2n,该NPN三极管Q2n的发射极接地，其集电极连接至所述一体化传感器电路的PZTn脚，其基极串联电阻RZn连接至所述IO扩展芯片的PZT_CNTLn脚。

更进一步的，所述PWM切换电路的电路中连接有模拟开关芯片U13，该模拟开关芯片U13的选择脚S与PWM_SW连接，该模拟开关芯片U13的公共脚A与PWM0相连，该模拟开关芯片U13的B0脚与PWM1相连，该模拟开关芯片U13的B1脚与PWM2相连；PWM0端、PWM_SW端接至所述压力检测和升压控制芯片，其中，所述模拟开关芯片U13的PWM1脚连接所述反激式开关电路，所述模拟开关芯片U13的PWM2脚连接至所述放电电路。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型使用了多个一体化压力和震动模组、触摸板、压力测量芯片和升压电路等实现了用户在触摸板上手指压力的精确测量和宽广的震动反馈系统。其中压力测量使用集成化了多路的压力测量的芯片。而压电陶瓷所需要特定波形的高压波形, 则由压力测量芯片的PWM0口与外置的NMOS管和变压器组成的反激式升压电路调制实现. 并且压力芯片由触摸主控芯片的I2C总线控制。这一系统可对多路压力实现超过100Hz的精准压力测量，并且实现100V到300V的压电陶瓷单路／多路调制波形输出，可实现宽广的震感反馈。并且此系统包含玻璃在内的总模组只有2.0mm厚度的超薄优点。

2.本实用新型使用类似电子称惠斯通电桥原理进行压力测试，实现了压力缓慢变化和压力保持不变时的压力测量的准确性。在实际产品体验中，可发现手指不松手多次＂按键＂操作或者缓慢加力的＂按键＂操作，使用压电陶瓷形变的压电效应作为压力检测的设计，无法准确识别每一次的力度接下，并且不断压下的＂按键＂力度越来越重；而使用本实用新型设计，每一次都可以用同样的力度准确识别＂按键＂的按下。

3.本实用新型的一体化传感器把形变巧妙粘合在压电陶瓷背面铜片上，准确识别出压力，使产品轻薄化。

4.本实用新型使用了反激式升压电路，可以直接从5V升到100V到300V或以上。驱动电压更高，震感更强更宽广。同时使初级驱动的NMOS耐压要求更低，其栅极驱动电压可用3.3V直接驱动，也无需二极管/电容多次倍压。

5.在本实用新型中，压力的全部裸数据全部由压力检测和升压控制芯片内部计算和比较，不外发到触摸板芯片和主机上处理，减小触摸板芯片的通讯时间、触摸板芯片和压力检测和升压控制芯片的运行时间，减小整体的功耗。

6.在升压开关和保护电路中，只使用了电阻R10和电容C10两件RC元件，限制负载开关芯片U10的最大导通时间为数毫秒，就可以实现了反激式开关电路长时间导通会过热烧毁的保护。

7.在本实用新型中，把手指触摸信号和松手信号由触摸板芯片通知压力检测和升压控制芯片，一方面动态实时地调整压力芯片的扫描速度，使松手后的功耗为有手指的功耗1/10左右或更低，同时也保证了有手指触摸时压力检测有更快的反应速度。另一方面，从手指松手SIG_TOUCH_OFF的信号，压力检测和升压控制芯片可保证识别到手指松手，及时清零各个压力基线数值，保证系统的长时间运行，压力检测不会出现零飘问题。

8.触摸板芯片可通过I2C2/I2C3控制压力芯片和IO扩展芯片，可以达到压力芯片故障及时恢复和固件升级的功能。

9.充分利用压力芯片的内部资源，集成了反激式升压电路的升压控制、放电控制和反馈输入，极大地减小了设计元件。

附图说明

图1为本实用新型具有六个一体化传感器的触控板爆炸图。

图2为图1的组装图。

图3为本实用新型具有八个一体化传感器的触控板组装图。

图4为本实用新型压力测量和震动反馈系统的电路原理总框图。

图5为本实用新型压力测量和震动反馈系统的各功能模块的电路原理框图。

图6为本实用新型一体化传感器电路图。

图7为本实用新型压力测量和震动反馈系统的PWM1信号的Ton和Toff关系导图。

图8为现有技术中常见的Boost电路图。

图9为本实用新型驱动电路中各电路模块的连接结构图。

图10为本实用新型的开关电路图。

图11为本实用新型的PWM切换电路图。

图12为本实用新型具有4组一体化传感器的压力测量和震动反馈系统。

图13为本实用新型具有5组一体化传感器的压力测量和震动反馈系统。

附图中标记：盖板1、结合胶2、PCB板3、一体化传感器4、连接器5、反装式锁定螺母6、缓冲垫层7、传感电路8、主机10、触摸板芯片11、压力检测和升压控制芯片12、IO扩展芯片13、驱动电路14、一体化传感器电路15、电容扫描和手指识别16、升压开关和保护电路100、反激式开关电路101、反馈电路102、放电电路103、开关电路104、PWM切换电路105。

实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，本实用新型所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1：本实用新型的具体结构如下：

如图1-11所示，本实用新型的一种压力测量和震动反馈系统，由触摸面向下，依次是盖板1、PCB板3，所述盖板1和所述PCB板3叠合后通过结合胶2固定，所述PCB板3，其背向所述盖板1的一面分布有若干一体化传感器4以及防止压力过大的缓冲垫层7，所述缓冲垫层7具有避让缺口，所述结合胶2为双面胶；

所述若干一体化传感器4分布于所述缓冲垫层7的避让缺口区域内且所述缓冲垫层7的厚度小于所述一体化传感器4，所述一体化传感器4上设有一体化传感器电路15；

所述一体化传感器4采用专利号为2022113279120的传感器模组，或采用专利号为2022229043397的传感器模组，或采用专利号为202223407896.4的传感器模组。

所述PCB板3，其背向所述盖板1的一面还设有对称分布的若干连接器5，所述若干一体化传感器4和所述若干连接器5一对一电性连接，所述若干连接器5电连接至所述PCB板3上的传感电路；

所述传感电路包括：

触摸板芯片11，通过第一通信接口接入主机10的输出端；

压力检测和升压控制芯片12，通过第二通信接口连接所述触摸板芯片11的输出端，所述压力检测和升压控制芯片12作为所述触摸板芯片11的从设备，接收由所述主机10透过所述触摸板芯片11发送的配置信息且能够升级固件；

IO扩展芯片13，通过第三通信接口连接所述压力检测和升压控制芯片12的输出端、通过第二通信接口与所述触摸板芯片11的输出端连接，所述IO扩展芯片13还与一体化传感器电路15电连接；

一驱动电路14，所述驱动电路14电连接至所述压力检测和升压控制芯片12，所述压力检测和升压控制芯片12作为所述IO扩展芯片13的主设备，并控制驱动电路14的运行，一体化传感器电路15产生多路压力数据，该多路压力数据形成差分数据输出到所述压力检测和升压控制芯片12中；

所述一体化传感器电路15包括多组惠斯通电桥电路，一个一体化传感器4中设置一组惠斯通电桥电路。

本实施例的一种优选技术方案：所述第一通信接口、第二通信接口和第三通信接口均是I2C通信接口。

本实施例的一种优选技术方案：所述驱动电路14包括6个电路模块，该6个电路模块分别是升压开关和保护电路100、反激式开关电路101、反馈电路102、放电电路103、开关电路104、PWM切换电路105，其中：

所述升压开关和保护电路100、反馈电路102、放电电路103以及PWM切换电路105均接至所述压力检测和升压控制芯片12上；

所述反激式开关电路101和所述PWM切换电路105连接；

所述开关电路104分别连接至所述IO扩展芯片13、一体化传感器电路15；

所述升压开关和保护电路100的输出端连接所述反激式开关电路101，所述反激式开关电路101输出端分别连接反馈电路102、放电电路103。

实施例

如图9所示，本实施例的一种优选技术方案：所述升压开关和保护电路100包括负载开关芯片U10、电容C10、电容C11、电容C12以及电阻R10，所述电容C11一端接地，其另一端接至所述负载开关芯片U10的VIN脚，所述负载开关芯片U10的VIN脚还接入5V电压，所述电容C10一端接至所述压力检测和升压控制芯片12的DCDC_EN脚，其另一端接至所述负载开关芯片U10的EN脚、电阻R10，所述电阻R10的另一端接地，所述负载开关芯片U10的GND脚接地，其VOUT脚连接电容C12、5V_A电压，所述电容C12的另一端接地，所述负载开关芯片U10的VOUT脚连接所述反激式开关电路101。

本实施例的一种优选技术方案：所述电容C10和所述电阻R10组成微分电路，根据时间常数τ=RC，调整电容C10和电阻R10的数值，能够控制所述负载开关芯片U10的EN端在所述DCDC_EN脚的高电平下的导通时间，保证在DCDC_EN一直为高电平时，U10的EN端也只能导通数毫秒时间，保护后面的升压电路避免过热损坏。

实施例

如图9所示，本实施例的一种优选技术方案：所述反激式开关电路101包括变压器L10、电阻R11、电容C13、电容C14、电容C15、二极管D10、二极管D11以及N-MOS管Q10；

所述变压器L10的初级线圈一端接至所述升压开关和保护电路100的输出端、电容C13的一端、电阻R11的一端，所述变压器L10的初级线圈的另一端接至所述二极管D10的正极、N-MOS管Q10的源极，所述二极管D10的负极分别连接所述电容C13的另一端、电阻R11的另一端，所述N-MOS管Q10的漏极接地，其栅极接至所述PWM切换电路105的PWM1端；

所述升压开关和保护电路100的输出端的变压器L10初级线圈对应的次级线圈同名端接地，其另一端连接所述二极管D11的正极，所述二极管D11的负极分别连接电容C14、电容C15以及一体化传感器电路15的HV电路，所述电容C14、电容C15的另一端分别接地，所述二极管D11的负极接至所述反馈电路102。

反激式开关电路101，从N-MOS管Q10的栅极输入经过特定波形的PWM1信号序列，经过变压器L10的初级线圈耦合，经过变压器L10的次级线圈放大，可以使HV电路的电压按要求输出高达300V的电压。

变压器L10的次/初级匝数比为5:1到20:1，更高的匝数有利于输出更高的电压。

电阻R11、电容C13和二极管D10组成尖峰吸收电路，降低开关尖峰电压，保护NMOSN-MOS管Q10不被开关的高压击穿。

二极管D11为变压器L10次级的整流二极管，经电容C14和电容C15的滤波后，得到平滑的HV波形。

理想情况下，反激式开关电源的输出电压Uo计算公式如下：

Uo = N2/N1 *Ui*Ton/Toff

其中Uo为输出电压，对应本实用新型中的HV。Ui为输入电压，对应本实用新型中的5V。N2/N1为变压器L10的次级/初级匝数比。Ton为PWM1的高电平时间，Toff为PWM1的低电平时间。

因此在N2/N1和Ui都为确定数值的情况下，通过动态调整Ton/Toff的比值，可以动态输出HV的特定波形序列。

为了达到更好的压电陶瓷震动效果，压电陶瓷的两端驱动电压至少要达到200V左右。在本实用新型中，选用反激式开关电路的好处有：

1）、反激式开关电路通过调整次级/初级的匝数比，可以直接输出高达300V或以上的电压，比直接升压的Boost电路更容易达到更高的电压。因此不需要再经过二极管和电容的倍压，电路更简单，更省电。在同类专利中，比申请号为201910581397 的设计：经boost电路升压后再经多级二极管/电容倍压电路，更简单。

2）、由于开关管在初级上，次级和初级有较高比值，所需要的NMOS开关管N-MOS管Q10的耐压只需要100V左右即可。因此开关管N-MOS管Q10比直接Boost的开关管耐压更低，更省电，容易选取和购买。

3）、相比直接Boost电路，由于N-MOS管Q10的耐压较低，相应的所需要导通开关的栅极电压也更低，可直接用压力检测和升压控制芯片12的3.3V电平直接驱动，而不需要为提高驱动电平而增加大量的驱动电路。

实施例

本实施例的一种优选技术方案：所述反馈电路102包括串联的电阻R12和电阻R13，所述电阻R12和电阻R13之间的电路节点上接至所述压力检测和升压控制芯片12的HV_FB脚，所述电阻R12，其与所述电阻R13的非连接端接至所述反激式开关电路101的输出端，所述电阻R13另一端接地。

反馈电路102，通过电阻R12和电阻R13的分压，输出HV_FB信号，直接输入到压力检测和升压控制芯片12。这样压力检测和升压控制芯片12通过ADC运算，就可以实时地知道HV的电压，通过调整PWM1的占空比，就可以实现HW的特定电压和波形的输出。

由于HV的电压很高，最高可达300V，为了减少功耗和影响电路，分压电阻R12至少大于等于1M欧姆。由于压力检测和升压控制芯片12内置PGA(可编程增益放大)，输入阻抗达100M欧姆以上，因此可以直接把分压信号HV_FB直接输入到压力检测和升压控制芯片12中，而无需要再增加电压跟随的运放电路，电路更简洁。

实施例

本实施例的一种优选技术方案：所述放电电路103包括电阻R14、NPN三极管Q11以及电阻R15，所述电阻R14的一端与所述NPN三极管Q11的基极连接，所述电阻R14的另一端和所述PWM切换电路105的PWM2端连接，所述NPN三极管Q11的发射极接地，其集电极连接所述电阻R15，所述电阻R15的另一端接至所述反激式开关电路101的输出端。

放电电路103，在HW的波形达到最高点后，要进行特定流程的放电，才能使HV形成特定的输出波形，比如类似正弦波波形。因此需要使用PWM2通过耐高压的三极管Q11通过电阻R15进行放电。为了使HV的下降电压的波形符合要求，PWM2的信号也需要进行特定的PWM波形进行调制。另外，电阻R15的功率较大，需要使用较大体积的电阻，或使用多个电阻进行串/并联使用。

实施例

本实施例的一种优选技术方案：所述开关电路104包括多个开关电路单元，多个开关电路单元和多个一体化传感器配对连接。

本实施例的一种优选技术方案：在一个开关电路单元的电路中，连接有一个NPN三极管Q2n,该NPN三极管Q2n的发射极接地，其集电极连接至所述一体化传感器电路15的PZTn脚，其基极串联电阻RZn连接至所述IO扩展芯片13的PZT_CNTLn脚。

开关电路104，用于对一体化传感器电路15的HV电极形成对地回路。需要哪一路电路导通，将打开那一路开关。根据手指的位置，为了达到更好的震动效果，可能需要同时打开多路的开关进行震动。

实施例

本实施例的一种优选技术方案：所述PWM切换电路105的电路中连接有模拟开关芯片U13，该模拟开关芯片U13的选择脚S与PWM_SW连接，该模拟开关芯片U13的公共脚A与PWM0相连，该模拟开关芯片U13的B0脚与PWM1相连，该模拟开关芯片U13的B1脚与PWM2相连；PWM0端、PWM_SW端接至所述压力检测和升压控制芯片12，其中，所述模拟开关芯片U13的PWM1脚连接所述反激式开关电路101，所述模拟开关芯片U13的PWM2脚连接至所述放电电路103。

PWM切换电路105，由于压力检测和升压控制芯片12资源有限，只有一个PWM端口，需要通过PWM_SW信号分时复用压力检测和升压控制芯片12内部的一个PWM：在升压时切换到PWM1，在放电时切换到PWM2。

实施例

本实施例的一种优选技术方案：所述压力检测和升压控制芯片12，其在升压时，配置PWM_SW脚为低电平，使模拟开关芯片U13上的PWM0与PWM1导通。

本实施例的一种优选技术方案：所述压力检测和升压控制芯片12，其在放电时，配置PWM_SW脚为高电平，使PWM0与PWM2导通。

本实施例的一种优选技术方案：通过PWM切换电路105，使得只有一个PWM0的压力检测和升压控制芯片12通过分时复用，实现了升压过程和放电过程调制波的输出和控制。

实施例

出厂校准：

由于一体化传感器4是通过印刷的压感电阻形变来得到压力数值，则于各个压感电阻都有细微差别，粘合在各个压电陶瓷的位置有细微偏差，以及橡胶薄片的位置也有细微偏差，所有的一体化传感器的压力和电压系数ａ和ｂ都不一样。

F = aV+b；

因此，需要在出厂前对所有和一体化传感器计算出ａ和ｂ。

通过在各个一体化传感器上放置100克和200克的砝码，即可计算出ａ和ｂ，并把各个系数保存到压力检测和升压控制芯片12的Flash中。待计算各个一体化传感器压力时使用。

本实用新型的一种压力测量和震动反馈系统的运行方法，包括实施例1中所述的压力测量和震动反馈系统。

所述运行方法包括以下步骤：

步骤一，传感器校准：在上电时，压力检测和升压控制芯片12自动校准和清零压力数值，触摸板芯片11通过第二通信接口传送所需要的震动级别FORCE_LEVEL、识别手指按下的压力数值FORCE_SEN和松手压力数值FORCE_SEN_REL，松手的压力FORCE_SEN_REL小于按下的压力FORCE_SEN；

无手指触摸盖板1时，压力检测和升压控制芯片12通过多组惠斯通电桥电路的多路差分电压进行慢速的压力检测，并动态校准各个一体化传感器4的基线数值；

当手指有触摸盖板1时，触摸板芯片11通过电容扫描和计算，识别出手指坐标和手指数，上报主机10各个手指的坐标信息，并把有手指触摸的信息SIG_TOUCH_ON通过第二通信接口传输给所述压力检测和升压控制芯片12；

步骤二，所述压力检测和升压控制芯片12收到有手指存在的信息SIG_TOUCH_ON后，提高压力检测速度，所述压力检测和升压控制芯片12不断比较各个一体化传感器4的压力数值，以及比较全部一体化传感器4的压力和，当达到设定的压力数值FORCE_SEN，则识别为有“按键”按下，将拉低Button信号线，通过所述触摸板芯片11；

同时，压力检测和升压控制芯片12把DCDC_ON 输出高电平，使负载开关芯片U10的负载开关导通，所述反激式开关电路101得到输入电压5V；

步骤三，压力检测和升压控制芯片12通过查找前3个所受压力最大的一体化传感器4，确认手指所在区域，通过第三通信接口向IO扩展芯片13发送1个或多个压电陶瓷导通的信号PZT_CNTLN；

步骤四，压力检测和升压控制芯片12通过设定的震动级别FORCE_LEVEL，查找到对应的震动电压数值HV_VOL1，控制PWM_SW为低电平 ，使压力检测和升压控制芯片12的PWM0信号导通到PWM1上；

压力检测和升压控制芯片12通过查找升压表格，输出一系列的PWM1波形信号，使HV的电压达到设定的HV_VOL1；

压力检测和升压控制芯片12通过HW_FB实时检测HV电压，当已达到HV_VOL1时，通过PWM_SW配置为高电平，使PWM0与PWM2导通；并且设定DCDC_ON为低电平，停止反激式开关电路101的5V_A电源输入；

压力检测和升压控制芯片12再通过查找放电表格，从PWM2输出特定的放电波形，使HV的下降电压形成所需的波形；

压力检测和升压控制芯片12通过HV_FB确认放电完成，PWM0输出为低，放电完成，手指压下的震动过程完成；

步骤五，触摸板芯片11收到Button下拉的信号，识别为有“按键”按下，在上报给主机10的数据中增加“按键”按下的标志；

主机10识别到“按键”按下的标志后，在电脑中输出左键或右键。

当手指的压力一直保持大于设定的压力数值FORCE_SEN，压力检测和升压控制芯片12将一直保持输出Button为低电平，触摸板芯片11也上报“按键”一直按下，主机10也保持左键或右键一直按下状态。

所述压力检测和升压控制芯片12按输出的最高电压由HV_VOL1更改为HV_VOL2，以作为松手的震动效果，以区别于按下的震动；

当手指离开触摸板表面时，触摸板芯片11上报给主机10，手指已离开，并通过第二通信接口通知压力检测和升压控制芯片12的信号脚SIG_TOUCH_OFF；

压力检测和升压控制芯片12收到信号SIG_TOUCH_OFF后，降低压力扫描速度，并同时把压力基线的数值清零。

当手指的压力小于松手的压力FORCE_SEN_REL时，压力检测和升压控制芯片12将把Button设为高电平，触摸板芯片11识别为“按键”已松手，上报主机10的数据中增加“按键”松开标志。

实施例10的步骤三中，所述压力检测和升压控制芯片12已内置调校好的震动表格，该震动表格的输入为前3个最大压力的位置索引和压力数值，输出为对应的多个压电陶瓷导通的信号PZT_CNTLN。

本实施例的一种优选技术方案：所述运行方法还包括固件升级方法，所述固件升级方法是：所述触摸板芯片11通过第二通信接口和第三通信接口，发信息给IO扩展芯片13，能够使IO扩展芯片13输出到压力检测和升压控制芯片12的RESET信号，RESET信号用于触摸板芯片11对压力检测和升压控制芯片12的异常恢复，再结合从触摸板芯片11通过第二通信接口发送数据给压力检测和升压控制芯片12，实现压力检测和升压控制芯片12的固件升级。

如图12所示，图12为本实用新型具有4组一体化传感器的压力测量和震动反馈系统，PCB板3上设有4组一体化传感器4，4组一体化传感器4分居于PCB板3的四角。

图13为本实用新型具有5组一体化传感器的压力测量和震动反馈系统。PCB板3上设有5组一体化传感器4，5组一体化传感器4的中4组分居于PCB板3的四角，第五个一体化传感器4设于PCB板3的中心处。

综上所述，本实用新型使用了多个模组、触摸板、压力测量芯片和升压电路等实现了用户在触摸板上手指压力的精确测量和宽广的震动反馈系统。其中压力测量使用集成化了多路的压力测量的芯片。而压电陶瓷所需要特定波形的高压波形, 则由压力测量芯片的PWM0口与外置的NMOS管和变压器组成的反激式升压电路调制实现. 并且压力芯片由触摸主控芯片的I2C总线控制。这一系统可对多路压力实现超过100Hz的精准压力测量，并且实现100V到300V的压电陶瓷单路／多路调制波形输出，可实现宽广的震感反馈。并且此系统包含玻璃在内的总模组只有2.0mm厚度的超薄优点。

本实用新型使用类似电子称惠斯通电桥原理进行压力测试，实现了压力缓慢变化和压力保持不变时的压力测量的准确性。在实际产品体验中，可发现手指不松手多次＂按键＂操作或者缓慢加力的＂按键＂操作，使用压电陶瓷形变的压电效应作为压力检测的设计，无法准确识别每一次的力度接下，并且不断压下的＂按键＂力度越来越重；而使用本实用新型设计，每一次都可以用同样的力度准确识别＂按键＂的按下。

本实用新型的一体化传感器把形变巧妙粘合在压电陶瓷背面铜片上，准确识别出压力，使产品轻薄化。

本实用新型使用了反激式升压电路，可以直接从5V升到100到300V或以上。驱动电压更高，震感更强更宽广。同时使初级驱动的NMOS耐压要求更低，其栅极驱动电压可用3.3V直接驱动，也无需二极管/电容多次倍压。

在本实用新型中，压力的全部裸数据全部由压力检测和升压控制芯片内部计算和比较，不外发到触摸板芯片和主机上处理，减小触摸板芯片的通讯时间、触摸板芯片和压力检测和升压控制芯片的运行时间，减小整体的功耗。

在升压开关和保护电路中，只使用了电阻R10和电容C10两件RC元件，限制负载开关芯片U10的最大导通时间为数毫秒，就可以实现了反激式开关电路长时间导通会过热烧毁的保护。

在本实用新型中，把手指触摸信号和松手信号由触摸板芯片通知压力检测和升压控制芯片，一方面动态实时地调整压力芯片的扫描速度，使松手后的功耗为有手指的功耗1/10左右或更低，同时也保证了有手指触摸时压力检测有更快的反应速度。另一方面，从手指松手SIG_TOUCH_OFF的信号，压力检测和升压控制芯片可保证识别到手指松手，及时清零各个压力基线数值，保证系统的长时间运行，压力检测不会出现零飘问题。

触摸板芯片可通过I2C2/I2C3控制压力芯片和IO扩展芯片，可以达到压力芯片故障及时恢复和固件升级的功能。

充分利用压力芯片的内部资源，集成了反激式升压电路的升压控制、放电控制和反馈输入，极大地减小了设计元件。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种压力测量和震动反馈系统，由触摸面向下，依次是盖板（1）、PCB板（3），所述盖板（1）和所述PCB板（3）叠合后通过结合胶（2）固定，其特征在于，所述PCB板（3），其背向所述盖板（1）的一面分布有若干一体化传感器（4）以及防止压力过大的缓冲垫层（7），所述缓冲垫层（7）具有避让缺口；

所述若干一体化传感器（4）分布于所述缓冲垫层（7）的避让缺口区域内且所述缓冲垫层（7）的厚度小于所述一体化传感器（4），所述一体化传感器（4）上设有一体化传感器电路（15）；

所述PCB板（3），其背向所述盖板（1）的一面还设有对称分布的若干连接器（5），所述若干一体化传感器（4）和所述若干连接器（5）一对一电性连接，所述若干连接器（5）电连接至所述PCB板（3）上的传感电路；

所述传感电路包括：

触摸板芯片（11），通过第一通信接口接入主机（10）的输出端；

压力检测和升压控制芯片（12），通过第二通信接口连接所述触摸板芯片（11）的输出端，所述压力检测和升压控制芯片（12）作为所述触摸板芯片（11）的从设备，接收由所述主机（10）透过所述触摸板芯片（11）发送的配置信息且能够升级固件；

IO扩展芯片（13），通过第三通信接口连接所述压力检测和升压控制芯片（12）的输出端、通过第二通信接口与所述触摸板芯片（11）的输出端连接，所述IO扩展芯片（13）还与一体化传感器电路（15）电连接；

一驱动电路（14），所述驱动电路（14）电连接至所述压力检测和升压控制芯片（12），所述压力检测和升压控制芯片（12）作为所述IO扩展芯片（13）的主设备，并控制驱动电路（14）的运行，一体化传感器电路（15）产生多路压力数据，该多路压力数据形成差分数据输出到所述压力检测和升压控制芯片（12）中；

所述一体化传感器电路（15）包括多组惠斯通电桥电路，一个一体化传感器（4）中设置一组惠斯通电桥电路。

2.根据权利要求1所述的一种压力测量和震动反馈系统，其特征在于，所述第一通信接口、第二通信接口和第三通信接口均是I2C通信接口。

3.根据权利要求1所述的一种压力测量和震动反馈系统，其特征在于，所述驱动电路（14）包括6个电路模块，该6个电路模块分别是升压开关和保护电路（100）、反激式开关电路（101）、反馈电路（102）、放电电路（103）、开关电路（104）、PWM切换电路（105），其中：

所述升压开关和保护电路（100）、反馈电路（102）、放电电路（103）以及PWM切换电路（105）均接至所述压力检测和升压控制芯片（12）上；

所述反激式开关电路（101）和所述PWM切换电路（105）连接；

所述开关电路（104）分别连接至所述IO扩展芯片（13）、一体化传感器电路（15）；

所述升压开关和保护电路（100）的输出端连接所述反激式开关电路（101），所述反激式开关电路（101）输出端分别连接反馈电路（102）、放电电路（103）。

4.根据权利要求3所述的一种压力测量和震动反馈系统，其特征在于，所述升压开关和保护电路（100）包括负载开关芯片U10、电容C10、电容C11、电容C12以及电阻R10，所述电容C11一端接地，其另一端接至所述负载开关芯片U10的VIN脚，所述负载开关芯片U10的VIN脚还接入5V电压，所述电容C10一端接至所述压力检测和升压控制芯片（12）的DCDC_EN脚，其另一端接至所述负载开关芯片U10的EN脚、电阻R10，所述电阻R10的另一端接地，所述负载开关芯片U10的GND脚接地，其VOUT脚连接电容C12、5V_A电压，所述电容C12的另一端接地，所述负载开关芯片U10的VOUT脚连接所述反激式开关电路（101）。

5.根据权利要求3所述的一种压力测量和震动反馈系统，其特征在于，所述反激式开关电路（101）包括变压器L10、电阻R11、电容C13、电容C14、电容C15、二极管D10、二极管D11以及N-MOS管Q10；

所述变压器L10的初级线圈一端接至所述升压开关和保护电路（100）的输出端、电容C13的一端、电阻R11的一端，所述变压器L10的初级线圈的另一端接至所述二极管D10的正极、N-MOS管Q10的源极，所述二极管D10的负极分别连接所述电容C13的另一端、电阻R11的另一端，所述N-MOS管Q10的漏极接地，其栅极接至所述PWM切换电路（105）的PWM1端；

所述升压开关和保护电路（100）的输出端的变压器L10初级线圈对应的次级线圈同名端接地，其另一端连接所述二极管D11的正极，所述二极管D11的负极分别连接电容C14、电容C15以及一体化传感器电路（15）的HV电路，所述电容C14、电容C15的另一端分别接地，所述二极管D11的负极接至所述反馈电路（102）。

6.根据权利要求3所述的一种压力测量和震动反馈系统，其特征在于，所述反馈电路（102）包括串联的电阻R12和电阻R13，所述电阻R12和电阻R13之间的电路节点上接至所述压力检测和升压控制芯片（12）的HV_FB脚，所述电阻R12，其与所述电阻R13的非连接端接至所述反激式开关电路（101）的输出端，所述电阻R13另一端接地。

7.根据权利要求3所述的一种压力测量和震动反馈系统，其特征在于，所述放电电路（103）包括电阻R14、NPN三极管Q11以及电阻R15，所述电阻R14的一端与所述NPN三极管Q11的基极连接，所述电阻R14的另一端和所述PWM切换电路（105）的PWM2端连接，所述NPN三极管Q11的发射极接地，其集电极连接所述电阻R15，所述电阻R15的另一端接至所述反激式开关电路（101）的输出端。

8.根据权利要求3所述的一种压力测量和震动反馈系统，其特征在于，所述开关电路（104）包括多个开关电路单元，多个开关电路单元和多个一体化传感器配对连接。

9.根据权利要求8所述的一种压力测量和震动反馈系统，其特征在于，在一个开关电路单元的电路中，连接有一个NPN三极管Q2n,该NPN三极管Q2n的发射极接地，其集电极连接至所述一体化传感器电路（15）的PZTn脚，其基极串联电阻RZn连接至所述IO扩展芯片（13）的PZT_CNTLn脚。

10.根据权利要求3所述的一种压力测量和震动反馈系统，其特征在于，所述PWM切换电路（105）的电路中连接有模拟开关芯片U13，该模拟开关芯片U13的选择脚S与PWM_SW连接，该模拟开关芯片U13的公共脚A与PWM0相连，该模拟开关芯片U13的B0脚与PWM1相连，该模拟开关芯片U13的B1脚与PWM2相连；PWM0端、PWM_SW端接至所述压力检测和升压控制芯片（12），其中，所述模拟开关芯片U13的PWM1脚连接所述反激式开关电路（101），所述模拟开关芯片U13的PWM2脚连接至所述放电电路（103）。

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