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