201241714 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 種電容式觸摸屏的 本發明涉及電容式觸摸屏,尤其是— 觸摸檢測方法和檢測電路。 【先前技術】 第1圖為電容觸摸的檢測一般流程圖,发 11 〇為等放 電容觸摸屏。為了降低微處理器的負載, t双 电夺觸摸屏一般拾 照逐行或者逐列的方式進行掃描,也即每個時刻掃— 者一列。為了表徵觸摸前後電容大小的蠻彳卜 仃或 〜|’需要將掃梅 行或者列的電容值線性轉換成類比電路可以分辨的旦 間或者頻率,然後在對這個量進行模數轉換,將^結=時 給微處理器來判斷是否有觸摸的發生。 、 目前電容式觸摸屏的觸摸檢測方法有兩種,一種以 Si 1 iconLab為代表,利用RC作振盪器的時間常數,不同的電 容c對應不同的週期或者辨。具體實現電路見第2圖(摘 自Silicon Lab 的公司網站 www. si labs. com/MarcoraDocuments/Training Documents /Capacitive Touch Sense—Technology-SPKR.pdf )。另一種 以Cypress為代表,利用開關電容等效電阻的特性先將觸 摸電容轉換成電阻,然後利用該電阻對恒定電容充電或者放 電,檢測對應電壓的變化。具體實現電路見第4圖(摘自 Cypress 公司網站 www. cypress, com 的資料 201241714 csa_csd_chinesel. zip) ° 第2圖中,Ct為待檢測電容。當比較器vout輪出高電壓 Vdd時,比較器正端電壓為2/3Vdd,Vdd通過R4對Ct充電。 當Ct上電壓充至2/3Vdd時,比較器Vout輸出零電壓,此時 比較器正端電壓為l/3Vdd,Ct通過R4對地放電。當Ct上電 壓放電至l/3Vdd時,Vout輸出Vdd,重複上面的過程。第3 圖為vout和Ct電壓波形。 第4圖中,Ct為待檢測電容,等效電阻% = (f為 開關頻率),Cm為固定電容,iref為恒定充電電流^以越大,
Rt越小,在相同時間Cm充電電壓越低。這樣即將Ct的大小 轉換成了對應電壓。
SiliconLab和Cypress的兩種觸摸檢測方法將觸摸電容 的變化轉換成頻率或者週期或者電壓的變化,通過這些變化 來判斷觸摸電容的變化。這兩種檢測方法在每個時間都只能 針對單行或者單列進行操作,而屏的干擾在每個時間段不一 樣,可能將觸摸被當作未觸摸、未觸摸當作觸摸或者檢測座 標相對觸摸點漂移,導致抗干擾性能差,產生誤判別。 【發明内容】 本發明要解決的技術問題是提供一種電容式觸摸屏能夠 提高抗干擾能力的觸摸檢測方法。 本發明另一個要解決的技術問題是提供一種實現上述方 201241714 法的檢測電路。 為了解決上述技術問題,本發明採用的技術方案是,一種 電容式觸顯_摸檢測方法,包括相對賴屏電容矩陣的 行和列進_,在_屏找鱗物翻断掃描時, 或母次_掃描兩行或兩列,獲取兩行或兩列的電容差值,或 每次掃描—行或―列’獲取行或列與基準電容的電容差值;然 後對獲取的電容差值資料進行處理^ 乂上所述的電谷式觸摸屏的觸摸檢測方法,所述的獲取的 電谷差值#料進行處理包括取得各行和各列的輯電容等效 值,在每次同時掃指兩行或兩列,任一行或列的絕對電容等效 值等於另-料顺絕對電容輯值與兩行或兩列之間的電 合差值的代數和;當每次掃描-行或-列時,任-行或列的絕 對電谷等效鮮於基準電容值⑽述的行或列與基準電容的 電谷差值的代數和。 以上所述的電容式觸摸屏的觸撗檢測方法,包括取得行和 列的相對電容等效值的步驟:任一行成列的相對電容等效值等 於某一行或列的相對電容等效值與這兩行或兩列之間電容差 值的代數和。 以上所述的電容式觸摸屏的觸模檢測方法,所述獲取電容 差值的步驟包括充電步驟、電荷分享少驟、電荷求差步驟、採 樣和放大步驟。 以上所述的電容式觸摸屏的觸撗檢測方法,所述的充電步 201241714 驟由電源向第一電容和第二電容充電,所述的電荷分享步驟將 第一電容和第二電容充電的電量分享到分別與第一電容和第 二電容並接的2個中間電容上,所述的電荷求差步驟將2個中 間電容在與第一電容和第二電容斷開的情況下反接保留剩餘 電荷;所述的採樣和放大步驟將剩餘電荷值轉換為與剩餘電荷 值成正比的電壓值輸出;所述的第一電容為行或列的觸摸電 容,所述的第二電容為另一行或另一列的觸摸電容或基準電 容。 以上所述的電容式觸摸屏的觸摸檢測方法,包括自校驗步 驟’所述的自校驗步驟在觸摸屏沒有觸摸發生時,獲取行或列 的電容差值作為她電容值;在有職發生時,獲取行或列的 電容差值作為過渡電容差值,將過渡電容差值減去對應的初始 電容差值制有效電容纽,然撕有效電容差錄料進行處 理。 以上所述的電容式觸摸屏的觸摸檢測方法,包括取平均步 驟’所述的取平均步驟為對麵屏電容矩_行和顺行掃描 至少進行2錢,對各行和各列的獲取的至少2個電容差值資 料的平均值作為電容差值資料終值進行處理。 以上所述的電容式觸摸屏_摸檢測方法,包括以下步 驟: 7獲取初始電容_ ’將各行和各_贿雜等效值資 +刀別麵初始電容賊後,得到各行各_計算電容值; 201241714 802) 判斷行和列計算電容值鱗巾是骑在電容值大於零的 曲線段如有’則計算每段電容值大於零的曲線段的重心作為 該曲線段對應的接觸點座標;如無,則認定為沒有觸摸; 803) 將各接觸點列座標和行座標發送給處理器進行處理。 一種上述方法的檢測電路的技術方案是,包括第一電 谷、第一電容,第一中間電容、第二中間電容,第一開關、 帛二開關、第三開關、第四開關,第五開關、第六開關,第 七開關、第八開關,第九開關;第一電容的第一端經第一開 關接電源,第二電容的第一端經第二開關接電源;第一電容 . 的第一端經第五開關接第一中間電容的第一端,第二電容的 . 第一端經第六開關接第二中間電容的第一端;第一電容的第 二端和第二電容的第二端分別接地,第一中間電容的第二端 經第七開關接地,第二中間電容的第二端經第八開關接地; 第一中間電容的第一端、第三開關、第四開關、第二中間電 容的第二端依次串接,第一中間電容的第二端經第九開關接 第一中間電容的第一端;第一開關、第二開關、第三開關、 第四開關在第一時段和第二時段接通;第五開關、第六開關, 第七開關、第八開關在第三時段接通;第九開關在第一時段 接通。 以上所述的檢測電路,包括運算放大器、第五電容、第 十開關、第十一開關和第十二開關;所述的第五電容、第十 開關並接後,一端接運算放大器的反相輸入端,另一端接運 201241714 算放大器的輸出端;運算放大器的反相輸入端接第三開關與 第四開關的接點’運算放大器的同相輸入端接基準電平;第 一中間電容第二端與第九開關的接點經第十一開關接基準 電平,第二中間電容第一端與第九開關的接點經第十二開關 接基準電平;第十關在第—時段接通;第十—開關和第十 二開關在第二時段接通。 本發明的方法在對觸摸屏電容矩陣的行進行掃描時,戒 每次同時掃描兩行或兩列’獲取兩行或兩列的電容差值威 每次掃描—行或—列’獲取行或列與基準電容的電容差值; 然後對獲取的電容差值㈣進行触,為消除越干擾創造 了條件’極大程度的增加了電容聰屏的抗干擾能力。 下面結合關和具體實施方式對本發明作進—步詳細的 說明。 L貫施方式】 檢測方法。二中::20’提出了-種新的電容大小 照差分的方式J:也兩行或_ ^ 端工作模式。如咖細㈣’即單 和⑽則為兩行或者兩列的觸摸電容\ W第10圖中的⑴ 式’則第10圖中ctl和ct2 。如果按照單端工作模 一個為行或列的觸摸電容 固^内置的基準電容,另 、’_柄實施方式基本 201241714 者兩、U田述差分模式的卫作原理,即同時檢測兩行咬 者兩列。懸實現可 叫丁$ 差、採樣和放大。&步.充電、電荷分享、電荷求 第一步,充電步驟: 如第5圖所示,電源觸摸電容⑴ 電,充電完成後= 充 , e -c 和Ct2上的電荷分別為 〜,和K-C,2*cnver 〇 第二步,電荷分享步驟: 如第6圖所示’將Ctl和ct2的電荷分 (Csl=Ct,=c、 , 〇,如下第6圖,根據電荷守恆, U (c" + c) = c * κ y〇ut\=Yj〇ve/^ct s ’ /1 driver j
QsX = j^ygr * Qv * CtX +ς ,也即Csl上的電荷為
KtiVcr*Cx*C,. C"+C' ’同理,CS2上的電荷為1 第二步:電荷求差步驟: 如第7圖所示,斷開叫⑽,將㈤的正極接w 、極’將CSl的負極接Cs2的正極。這樣Csl和Cs2上剩 τ 厶0 = (λ., ~ ρ _ 匕".咖 * C,· * c ι/」* r * 广 餘電荷為 y'2一 AO = ^ver*Cy2*(Cn -〇£> (c,丨+<^)(ς2+ς) AV =, ^driver * Q * (Ql ~ 2(C/1+CJ(C(2+Cs) Q., CI2 + Cs 化簡為 則Csl正極相對於負極的電壓差為 對於自電 為了提高電路的㈣比,應盡可能的提高Δν 201241714 容觸摸屏,c"-c,^±(2〜5)%C"或者c"-Q«:t(2〜5)%c,2,可以作 如下工程荨效:+ G = C,2 + = c, + C v,Q Q =尤 V , *sc *c
Av= 2*(Cl + 'c^,求導可以得到當Cs=Ct時,Δν具有最大值 湯,其中占為觸摸電容的變化比例。這個求差的過 程,可以減去外接信號對觸摸屏干擾。 第四步’採樣步驟: 如第8圖所示,由於Csl和Cs2沒有電流通路,兩端的 電壓差Δν將不會改變,此時匕。 第五步,放大步驟: 如第9圖所示,由於運放的“虛短,’作用在⑸和w 上的繼電荷全部轉_ c。上,見下第9圖,兩端壓差為 AV〇=z ~ ^driver * Cv * (Cfl ~ Cf2 ) ^ C。^i+Cv)(C/24-CJ*C0 , ~AV ~V f ——^river CA *(C" -C,,) ref (Cn+Cs)(Cl2+Cs)*C〇 根據上面的分析,當C,=c,、C,|-C,2=<5D、c, +c ~r * driver t C,+Cs、
Cl2 + Cs K C, + Cs 時,V°ul = Vre,_ AV° = - 4C 看出,電容的變化量與Vout的變化成正比,立 從這個等式可以 檢測Vout的大小來檢測觸摸電容的變化大 這樣,當匕⑽、C, =50/?F、C5 =50p_p、J 時,K/ ’處於放大階段時’ L=〜+〇.675p 3%的電容變化轉換成了 0.675V的電壓變化 境樣即可以通過 3%、C0 = ΐ〇ρ厂 ’即對應於 201241714 本發明電容式觸摸屏的觸摸檢測方法檢測電路的單元電 路如第10圖所示:包括運算放大器,第一電容Ctb第二電 谷Ct2 (若為單端模式,則Ctl和Ct2中一個為觸摸電容一 個為内置的基準電容;若為差分模式’⑴和⑽都是觸摸電 谷)。第-中間電容CS卜第二中間電容Cs2和第五電容c〇 , 第一開關Pla、第二開關Plb、第三開關pic、第四開關㈣, 第五開關P2a、第六開關p2b,第七開關p3a、第八開關咖, 第九開關P4a;第十開關P4b、第十—開關.和第十二開關 p% m ctl '第二電容ct2,分別是顧屏電容矩陣 相鄰的兩行或兩列的觸摸電容。 第—電容Ctl的第—端經第-開關Pla接電源Vdriver, 第一電容Ct2的第—端經第二開關Plb接電源Vdriver;第-電容cti的第一端經第五開關p2a接第一中間電容Csi的第 端’第一電容Ct2的第-端經第六開關p2b接第二中間電 容Cs2的第一端;第一電容ω的第二端和第二電容⑽的 第-端刀別接地’第一中間電容Csl的第二端經第七開關卩如 接地’第一中間電容Cs2的第二端經第八開關P3b接地;第 中間電容Csl的第-端、第三開關pic、第四開關ρΜ、第 -中間電谷Cs2的第二端依次串接,第—中間電容Csl的第 :端經第九開關P4a接第二中間電容Cs2的第—端;第五電 合C0第十開關p4b並接後,一端接運算放大器的反相輸入 端另端接運算放大器的輸出端;運算放大器的反相輸入 201241714 端接第三開關Pic與第四開關Pld的接點,運算放大器的同 相輸入端接基準電平Vref ;第一中間電容Csl第二端與第九 開關P4a的接點經第十一開關p5a接基準電平Vref ’第二中 間電谷Cs2第一端與第九開關p4a的接點經第十二開關p北 接基準電平Vref。 第-開關Pla、第二開關plb、第三開關pic、第四開關 Pld在第-時段tl和第二時段t2接通;第五開關p2a、第六 開關P2b ’第七開關P3a、第八開關p3b在第三時段13接通; 第九開關P4a和第十開關P4b在第—時段接通;第十—開 關P5a和第十二開關P5b在第二時段乜接通。 第-開關至第十二開關可為廳管,其通斷由時序電路 控制’當開騎控制端為高電平時,該關導通,對應的時 序圖如第11圖所示。 、 在第一時段U和第二時段t2電源Vdriver向相鄰2行 或2列觸摸電容ctl和⑽充電;在第三時段刺摸電容如 和Ct2的電量分享到分別與2觸摸電容並接的2個中間電容 Csl和CS2上(電荷分享);,在下一個週期的第一時段^, 2個中間電容Csl和Cs2在與2觸摸電容⑴和⑽斷開的情 況下反接保留剩餘電荷(電荷求差,同時採樣);在下—個週 ΙϋΓ段射輸叫Gs2上嶋電荷值轉換為 與剩餘電荷值成正比的轉Vout輸出。 第1圖中的130主要由模數轉換器構成,考慮到觸摸屏 201241714 檢測需要的精度,可以選擇8位以上的ADC。配合圖u的時 序,可以在P3高電平期間進行採樣,p4高電平期間進行轉換 和輸出。為了提高信噪比,可以多次轉換,然後對轉換結果 取平均值。 為了防止電容觸摸屏由於生產工藝導致的行或(和)列 電容的不-致’和對電容初值進行自校驗即沒有觸摸時, 記錄檢測的兩行或者兩舰道_差值如xG,觸摸時這兩個 通道的差值為xi ’則由於觸摸導致的有效差值為m 差分模式實施例: 如結構第1圖中所示,共η行m列。首先掃描行電容矩 陣,每次掃描兩行,得到相鄰行電容之間的差值,對於η行, 需要知描η]次,得到η-1個資料,同理對於列電容矩陣, 可以得到m-Ι個資料。如果沒有觸摸,則這n+m_2個資料為 行列電谷失配數據。如果有觸摸,則這n+m_2個資料減去未 觸摸時的n+m-2個資料即為蝴摸導致的鴻行或者列之間 的電容差值。 設掃描第n-1行和n行電容的差值為^ (n n,第n行的絕 對電容等效值為Rn ’則可以通過下述方法縣各行的絕對電 容等效值: 如第12圖所示,以第一行絕對電容等效值R1為基準, 可以得到第二行的絕對電容等效值為R2=R1+R2_R1=R1+R2i, 第三行的絕對電容等效值為R3=R2+R3_R2=R1+R2i+R32,第四行 13 201241714 的絕對電料錄物=R3+R4_R3=R1+R2感2说3, 第η行的絕對電容等效值為Rn=Rn士
Rl+R2-.+R3-2-fR4_3+Rn-〇H)’如第12圖所示,即代表對鹿 行的絕對電容等效值。 W 如第12圖所不’對於自電料,觸摸後的電容值大於觸 摸則的電雜。只要有—行棚翻該行即具有最小電容 值121〇 ’即對應第12圖中的121()。以121G為基準求值可 以得到第13圖的相對電容資料、刪、卿。採用下面 的辦法’可以求出列座標,將行列座標組合即可以得到觸摸 座標。 、 上面的掃描模式中,為了方便描述,每次掃描時均選擇 相鄰的兩行或者_,其實也可峨f與行之間或者列與列 之間進行任意組合’只要每行或者糊均掃糾,都可以獲 得需要的資料。 & 在對電容資料進行處理時,為了減小㈣的處理量可 以首先獲取-個初始電容_,初始電容·大於上述的最 小電容值。將各行和各列_對電料録資料分別減去初 始電容閾值後’得到各行各列的計算電容值,保留大於零的 計算電容值。然後觸行和列計算電容值曲線巾是否存在電 容值大於零的曲線段’如有’則計算每段電容值大於零的曲 線段的重心作為該曲線段制的接觸點座標;如無,、則認定 為沒有觸摸;最後,將各闕點列座標和行座標發送給處理 201241714 器進行處理。因為觸摸點的資料量很少,通過初始電容閾值 的篩選後,處理器最後處理的資料大為減少。 【圖式簡單說明】 第1圖是現有技術電容觸摸屏檢測方法流程圖 第2圖是現有技術SiliconLab觸摸電容大小檢測方法的電 路圖。 第3圖疋第2圖方法Vout和Ct的電壓波形圖。 第4圖是現有技術Cypress觸摸電容大小檢測方法的電路 圖。 第5圖是本發明觸摸檢測方法充電階段的電路圖。 第6圖是本發_驗财法麵分享階制電路圖。 第7圖是树_機财輯荷求差階電路圖。 第8圖是本發_纖财法雜隨的電路圖。 第9圖是發_機射法龍从陳的電路圖。 第10圖是本發明顧檢測方法實現電路的單元電路圖。 第11圖是本發明觸摸檢測方法的時序圖。 第12圖是本發明觸摸檢測方法絕對電容等效值圖。 第13圖是本發明觸摸檢測方法相對電容值圖。 【主要元件符號說明】 110 等效電容觸摸屏 120 將電容線性轉化為可測量 201241714 130 模擬-數字轉換