一種終端設備的觸摸檢測系統及終端設備的制作方法
【專利摘要】本發明實施例公開了終端設備的觸摸檢測系統及終端設備，應用于電子設備【技術領域】。本發明實施例提供的觸摸感應系統中，系統中在電容充/放電電路分別對互電容和自電容進行充電后；對于互電容和自電容的檢測電路可以復用，即該電容充/放電電路連接到放大器，則自電容或互電容中的電荷通過放大器的輸出端和一個輸入端之間的電容轉移到輸出端，且通過放大器另一輸入端連接的基準信號源，使得信號處理單元能有效地根據放大器輸出端輸出的電壓，確定對終端設備電容觸摸屏的觸摸。使得在觸摸檢測的過程中，不需要用不同電路來檢測互電容和自電容，這樣簡化了終端設備中對用戶觸摸電容觸摸屏進行檢測的結構。
【專利說明】一種終端設備的觸摸檢測系統及終端設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子設備【技術領域】，特別涉及終端設備的觸摸檢測系統及終端設備。【背景技術】
[0002]現有的電容式觸摸屏的終端設備中包括電容觸摸屏和觸摸檢測電路，該電容觸摸屏中包括露在終端設備外面且用戶可見的觸摸外殼和用來感應用戶對電容觸摸屏觸摸的感應電極，其中感應電極與終端設備的系統地之間形成自電容，不同極的感應電極之間形成互電容，這樣當用戶對觸摸外殼觸摸時，在該觸摸外殼下設置的感應電極的自電容和互電容會發生變化，而觸摸檢測電路則通過對感應電極的自電容和/或互電容的變化的檢測，從而確定用戶對終端設備的電容觸摸屏的觸摸。但是現有技術中在對自電容和互電容檢測時，需要通過不同的觸摸檢測電路進行檢測，這樣會占用終端設備的一定空間，且結構繁瑣。
【發明內容】
[0003]本發明實施例提供終端設備的觸摸檢測系統及終端設備，簡化了終端設備中對用戶觸摸電容觸摸屏進行檢測的結構。
[0004]本發明實施例提供一種終端設備的觸摸檢測系統，應用于包括電容觸摸屏的終端設備中，所述電容觸摸屏包括多對感應電極和觸摸外殼，所述觸摸檢測系統包括:電容充/放電電路，放大器、信號處理單元和控制電路；
[0005]所述電容充/放電電路包括連接所述感應電極的電極連接端，用于對所述感應電極的自電容和互電容進行充電和放電；
[0006]所述電容充/放電電路的一個電極連接端連接到所述放大器的一個輸入端，所述放大器的輸出端通過一個電容連接到所述放大器的一個輸入端，所述放大器的另一個輸入端連接基準信號源；
[0007]所述放大器的輸出端連接到所述信號處理單元，所述信號處理單元用于根據所述放大器輸出端輸出的信號，確定對所述電容觸摸屏的觸摸；
[0008]所述控制電路，用于控制所述電容充/放電電路對所述感應電極的自電容和/或互電容的充電和放電。
[0009]本發明實施例提供一種終端設備，包括電容觸摸屏和觸摸檢測系統的終端設備中，所述電容觸摸屏包括多對感應電極和觸摸外殼，所述多對感應電極中的一對感應電極分別連接所述觸摸檢測系統的兩個電極連接端；
[0010]所述觸摸檢測系統包括:電容充/放電電路，放大器、信號處理單元和控制電路；
[0011]所述電容充/放電電路包括連接所述感應電極的電極連接端，用于對所述感應電極的自電容和互電容進行充電和放電；
[0012]所述電容充/放電電路的一個電極連接端連接到所述放大器的一個輸入端，所述放大器的輸出端通過一個電容連接到所述放大器的一個輸入端，所述放大器的另一個輸入端連接基準信號源；
[0013]所述放大器的輸出端連接到所述信號處理單元，所述信號處理單元用于根據所述放大器輸出端輸出的信號，確定對所述電容觸摸屏的觸摸；
[0014]所述控制電路，用于控制所述電容充/放電電路對所述感應電極的自電容和/或互電容的充電和放電。
[0015]本發明實施例提供的觸摸感應系統中，通過電容充/放電電路的電極連接端可以連接終端設備中觸摸外殼下設置的感應電極，能對連接的感應電極的自電容和互電容進行充電和放電；該電容充/放電電路連接到放大器，則自電容或互電容中的電荷通過放大器的輸出端和一個輸入端之間的電容轉移到輸出端，且通過放大器另一輸入端連接的基準信號源，使得信號處理單元能有效地根據放大器輸出端輸出的電壓，確定對終端設備電容觸摸屏的觸摸；且系統中由控制電路控制電容充/放電電路對感應電極的自電容和/或互電容的充電和放電。系統中在電容充/放電電路分別對互電容和自電容進行充電后，對于互電容和自電容的檢測電路可以復用，使得在觸摸檢測的過程中，不需要用不同電路來檢測互電容和自電容，這樣簡化了終端設備中對用戶觸摸電容觸摸屏進行檢測的結構；同時不會出現由于采用不同電路檢測互電容和自電容時，兩個電路會產生電荷分享而導致對互電容和自電容的檢測相互影響的問題，采用本發明實施例的觸摸檢測系統可以提高檢測的靈敏度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1是本發明實施例提供的終端設備中電容觸摸屏的結構示意圖；
[0018]圖2是本發明實施例提供的一種終端設備的觸摸檢測系統的結構示意圖；
[0019]圖3是本發明實施例提供的另一種終端設備的觸摸檢測系統的結構示意圖；
[0020]圖4是本發明實施例提供的觸摸檢測系統中濾波電路的結構示意圖；
[0021]圖5是本發明實施例提供的另一種終端設備的觸摸檢測系統的結構示意圖；
[0022]圖6是本發明實施例的觸摸檢測系統中控制電路進行控制的示意圖；
[0023]圖7是本發明實施例提供的一種終端設備的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0025]本發明實施例提供一種觸摸檢測系統，主要應用于電容式的觸摸屏終端設備，這類終端設備包括如圖1所示的電容觸摸屏，該電容觸摸屏可以包括觸摸外殼101，及多對感應電極102和103,每一對感應電極的極性互異且能形成互電容,在觸摸外殼101下的空間中，在X方向設置有上述的多個感應電極102，在Y方向設置有上述的多個感應電極103。
[0026]其中某一感應電極102和與其位置相近的且極性互異的另一個感應電極103之間形成互電容(圖1中虛線畫的電容表示不是實際的電容，是由于實際器件的位置所形成的電容)，而感應電極102和103分別與終端設備的系統地之間形成自電容。這樣當觸摸體100 (可以是手指或觸摸筆等)對觸摸外殼101觸摸時，由于觸摸體100也連接地，則設置于觸摸外殼101之下的感應電極102和103分別與觸摸體100連接的地之間也會形成電容，使得感應電極102和103的自電容發生變化，采用本發明實施例提供的觸摸檢測系統可以對自電容進行檢測，從而確定對電容觸摸屏的觸摸；同時，當觸摸體100對觸摸外殼101觸摸時,觸摸體100與地之間的電容會吸收感應電極102和103之間電場的一部分電力線，使得感應電極102和103之間的互電容減小，采用本發明實施例提供的觸摸檢測系統還可以對互電容進行檢測，從而確定對電容觸摸屏的觸摸。
[0027]參考圖2所示，本發明實施例提供的觸摸檢測系統可以包括:電容充/放電電路200、放大器201、信號處理單元202和控制電路203，其中:
[0028]電容充/放電電路200包括連接上述感應電極的電極連接端，用于對感應電極的自電容和互電容進行充電和放電。
[0029]電容充/放電電路200的一個電極連接端連接到(這里的連接到可以指直接連接或間接連接)放大器201的其中一個輸入端a，放大器201的輸出端b通過一個電容204連接到放大器201的一個輸入端a,放大器201的另一個輸入端連接基準信號源205。
[0030]可以理解，上述電容充/放電電路200可以包括自電容充/放電電路和互電容充/放電電路，在自電容充/放電電路中第一輸入信號源連接到電極連接端，這樣第一輸入信號源即可對電極連接端連接的感應電極102 (或103)與終端設備中的系統地之間形成的自電容充電；在互電容充/放電電路中第二輸入信號源連接到一個電極連接端，則與該電極連接端連接的感應電極102 (或103)，和與該電容充/放電電路200中連接到放大器201的電極連接端連接的感應電極103(或102)的極性互異且形成互電容，這樣第二輸入信號源可以對感應電極102和103之間形成的互電容充電。
[0031]放大器201是為了在自電容或互電容放電的過程中，將與放大器201的一個輸入端a連接的電壓拉到與基準信號源205的電壓相等或近似相等，又由于放大器201的輸出端與該輸入端a之間連接了電容204，在電容204充電和放電的過程中使得該輸入端a的電荷變化量可以轉移到放大器201輸出端，從而使得放大器201輸出的電壓是在基準信號源205的電壓基礎上變化的，且起到電壓放大的作用，這樣信號處理單元202就可以有效地根據放大器201輸出端輸出的信號進行相應的處理，而不會由于轉移到信號處理單元202的信號過于微弱而無法進行處理。上述基準信號源205是一個直流的電壓信號源。
[0032]放大器201的輸出端連接到信號處理單元202，該信號處理單元202用于根據放大器201輸出端輸出的信號,確定對上述終端設備中電容觸摸屏的觸摸。由于電容充/放電電路200包括的電極連接端連接的感應電極的自電容和互電容是隨著觸摸體100對電容觸摸屏的觸摸而變化的，則在觸摸和未觸摸的兩種情況下轉移到放大器201輸出端的電荷量不同，具體體現為在同一段時間內，在未觸摸電容觸摸屏時放大器201輸出電壓的變化量，與在觸摸電容觸摸屏時放大器201輸出電壓的變化量不同。因此信號處理單元202可以對放大器201輸出端在一段時間內輸出的電壓變化量進行檢測，如果該電壓變化量在預置的范圍內，則說明有觸摸體100對終端設備的電容觸摸屏進行觸摸，且根據發生變化的互電容或自電容對應感應電極在觸摸外殼101下設置的位置來確定觸摸體100對電容觸摸屏觸摸的位置。
[0033]且信號處理單元202在確定對上述終端設備中電容觸摸屏的觸摸前，可以將放大器201輸出的信號進行模數轉換后，轉化為數字信號，然后再根據數字信號來確定。
[0034]控制電路203，用于控制電容充/放電電路200對感應電極的自電容和/或互電容的充電和放電，比如可以控制當電容充/放電電路200中連接的感應電極102 (或103)的自電容充電時，不對該感應電極的互電容充電等，或者控制電容充/放電電路200對感應電極的自電容和互電容同時進行充電。
[0035]可以理解，上述電容充/放電電路200對自電容和/或互電容進行充電之后，控制電路203可以控制電容充/放電電路200對自電容和/或互電容進行放電，進一步地，為了方便控制電路203進行放電的控制，可以在電容充/放電電路200的一個電極連接端與放大器201的一個輸入端之間可以連接一個放電選擇電路(圖中未示出)，這樣控制電路203可以控制該放電選擇電路選擇電容充/放電電路200對感應電極形成的自電容或互電容進行放電，具體實現過程中可以通過連接在電路中的開關來實現放電選擇電路。控制電路203可以控制放電選擇電路分時地選擇，比如讓放電選擇電路在一段時間內選擇電容充/放電電路200對自電容放電，另一段時間內選擇電容充/放電電路200對互電容放電。
[0036]進一步地，在具體實現的過程中，可以在電容204上并聯一個開關206，這樣控制電路203還需要連接到該開關206的控制端，控制開關206閉合后，對電容204進行復位，即使得電容204放電歸零。如果在與電容充/放電電路200連接的感應電極的自電容或互電容進行放電轉移電荷的過程中，控制電路203可以控制開關206斷開，使得通過放大器201和電容204形成電荷轉移電路。
[0037]需要說明的是，上述的觸摸檢測系統中從電容充/放電電路200到放大器201輸出端之間的結構只是針對終端設備的觸摸外殼101下設置的形成互電容的一對感應電極102和103來說明的，在實際應用中在觸摸外殼101下需要設置多對這樣的感應電極，則可以在每一對感應電極上連接如上述電容充/放電電路200到放大器201輸出端的結構。為了簡化終端設備的結構，可以將一個電容充/放電電路200可以連接多對感應電極，則在電容充/放電電路200中包括多對感應電極的自電容和互電容的充/放電電路，而控制電路203控制電容充/放電電路200分時為不同感應電極的自電容或互電容充電，然后再通過放大器201和電容204來轉移自電容或互電容中的電荷，最終由信號處理單元202分別對與各個感應電極相對的觸摸外殼101的觸摸進行檢測，這樣多對感應電極對應上述電容充/放電電路200到放大器201的結構。
[0038]可見，本發明實施例提供的觸摸感應系統中，通過電容充/放電電路的電極連接端可以連接終端設備中觸摸外殼下設置的感應電極，能對連接的感應電極的自電容和互電容進行充電和放電；該電容充/放電電路連接到放大器，則自電容或互電容中的電荷通過放大器的輸出端和一個輸入端之間的電容轉移到輸出端，且通過放大器另一輸入端連接的基準信號源，使得信號處理單元能有效地根據放大器輸出端輸出的電壓，確定對終端設備電容觸摸屏的觸摸；且系統中由控制電路控制電容充/放電電路對感應電極的自電容和/或互電容的充電和放電。系統中在電容充/放電電路分別對互電容和自電容進行充電后，對于互電容和自電容的檢測電路可以復用，使得在觸摸檢測的過程中，不需要用不同電路來檢測互電容和自電容，這樣簡化了終端設備中對用戶觸摸電容觸摸屏進行檢測的結構；同時不會出現由于采用不同電路檢測互電容和自電容時，兩個電路會產生電荷分享而導致對互電容和自電容的檢測相互影響的問題，采用本發明實施例的觸摸檢測系統可以提高檢測的靈敏度。
[0039]參考圖3所示，在一個具體的實施例中，觸摸檢測系統出了可以包括如圖2所示的結構外，還可以包括電荷分擔電容207和濾波電路209，其中:
[0040]電荷分擔電容207的一端連接上述放大器201的一個輸入端即連接電容充/放電電路200的電極連接端的一個輸入端，電荷分擔電容207的另一端連接參考信號源208 ;而控制電路203需要控制參考信號源208的高低電壓切換，具體地，當互電容或自電容開始放電時，控制電路203可以控制參考信號源208從高電壓切換為低電壓，使得自電容或互電容的一部分電荷由電荷分擔電容207來分擔,這樣轉移到放大器201輸出端的電荷減小,貝Ij通過電荷分擔電容207可以將放大器201輸出端的電壓變化量控制在一定的范圍內，信號處理單元202可以更有效地確定對電容觸摸屏的觸摸。
[0041]系統中的放大器201是通過上述的濾波電路209連接到信號處理單元202的，該濾波電路209可以對放大器201輸出的信號進行濾波。放大器201輸出信號21的波形圖如圖4所示，在剛開始的一段時間內，信號幅度Vl大，越到后面幅度V2越小，假設這段時間內噪聲的干擾幅度是一樣的，則后面的采樣點的信噪比會比前面的采樣點的差，通過濾波電路209的濾波器信號29對前面的采樣點響應增益大，后面的采樣點響應增益小來保證多次采樣的信噪比，濾波電路209在具體濾波時，可以通過如高斯窗、塔基窗(Tukey)等濾波處理方法，在此不進行贅述。
[0042]以下以一個具體的實施例來說明本發明實施例提供的觸摸檢測系統進行說明，參考圖5所示，觸摸檢測系統中的電容充/放電電路包括電極連接端c和d，且電容充/放電電路中包括自電容充/放電電路主要由第一輸入信號源300和開關301組成,該第一輸入信號源300通過開關301連接電極連接端C，該電極連接端c是用來連接感應電極102的，且自電容充/放電電路用來對感應電極102與終端設備的系統地之間形成的自電容401進行充電和放電；電容充/放電電路中的互電容充/放電電路主要包括第二輸入信號源302，該第二輸入信號源302連接到一個電極連接端C，另一電極連接端d連接到放大器201的一個輸入端a，該電極連接端d是用來連接感應電極103的，且互電容充/放電電路用來對感應電極102和103之間形成的自電容402進行充電和放電。
[0043]系統中在電容充/放電電路的一個電極連接端c與放大器201的一個輸入端a之間連接有放電選擇電路，該放電選擇電路包括開關304，用來選擇通過自電容401或互電容402進行放電；且系統中在濾波電路209與信號處理單元202之間還包括數模轉化器(A/D)210，用于將濾波電路209輸出的模擬信號轉化為數字信號。系統中的其它結構如上述實施例中所述，在此不進行贅述，系統中的控制電路(圖5中未示出)可以對開關301、開關304和開關206的斷開和閉合進行控制，且可以對第一輸入信號源300和第二輸入信號源302、參考信號源208和基準信號源205的信號源進行控制，在控制電路的控制下，該系統可以對互電容402和自電容401進行檢測，從而確定觸摸體100對終端設備的電容觸摸屏的觸摸。具體地:[0044](I)當控制電路控制第二輸入信號源302不提供信號源，則系統進入自電容的檢測模式。
[0045]在自電容的檢測模式中，控制電路可以按照如圖6所示的示意圖進行控制，在tl時間段，控制電路控制開關304斷開，開關301閉合和開關206閉合，且控制參考信號源208為高電壓VMfp，第一輸入信號源300提供信號源，這種情況下，通過第一輸入信號源300對自電容401進行充電，電容204進行復位，這樣在自電容401上儲存電荷Qt = Vddh.Ct，其中Vddh為第一輸入信號源300的電壓值，Ct為自電容401的電容值。
[0046]在t2時間段，控制電路控制開關301斷開，開關304閉合和開關206斷開，并將參考信號源208拉到低電壓V,efn。則在接下來的t3時間段，自電容401放電，且自電容401上的電荷變化量為AQt = (Vddh-Vref).Ct，其中VMf為基準信號源205的電壓值；自電容401上的一部分電荷轉移到電荷分擔電容207上,另一部分通過放大器201的一個輸入端a及電容204轉移到放大器201的輸出端b，則在電荷分擔電容207上電荷的變化量為=AQb =(Vrefp-Vrefn).(；，其中Cb為電荷分擔電容207的電容值，在電容204上的電荷變化量為:AQf=AQt-AQb = (Vddh-Vref).Ct-(Vrefp-Vrefn).Cb，最終得到放大器201輸出端b的電壓變化
量為
【權利要求】
1.一種終端設備的觸摸檢測系統，其特征在于，應用于包括電容觸摸屏的終端設備中，所述電容觸摸屏包括多對感應電極和觸摸外殼，所述觸摸檢測系統包括:電容充/放電電路，放大器、信號處理單元和控制電路； 所述電容充/放電電路包括連接所述感應電極的電極連接端，用于對所述感應電極的自電容和互電容進行充電和放電； 所述電容充/放電電路的一個電極連接端連接到所述放大器的一個輸入端，所述放大器的輸出端通過一個電容連接到所述放大器的一個輸入端，所述放大器的另一個輸入端連接基準信號源； 所述放大器的輸出端連接到所述信號處理單元，所述信號處理單元用于根據所述放大器輸出端輸出的信號，確定對所述電容觸摸屏的觸摸； 所述控制電路，用于控制所述電容充/放電電路對所述感應電極的自電容和/或互電容的充電和放電。
2.如權利要求1所述的觸摸檢測系統，其特征在于，所述系統還包括電荷分擔電容，所述電荷分擔電容的一端連接所述放大器的一個輸入端，另一端連接參考信號源； 所述控制電路，還用于控制所述參考信號源的高低電壓切換。
3.如權利要求1或2所述的觸摸檢測系統，其特征在于，所述電容充/放電電路包括自電容充/放電電路和互電容充/放電電路； 所述自電容充/放電電路包括第一輸入信號源，所述第一輸入信號源連接到一個電極連接端； 所述互電容充/放電電路包括第二輸入信號源，所述第二輸入信號源連接到一個電極連接端，與該電極連接端連接的感應電極，和與連接到所述放大器一個輸入端的電極連接端連接的感應電極的極性互異。
4.如權利要求1或2所述的觸摸檢測系統，其特征在于，所述系統還包括放電選擇電路，其中: 所述電容充/放電電路的一個電極連接端通過所述放電選擇電路連接到所述放大器的一個輸入端； 所述控制電路，還用于控制所述放電選擇電路選擇所述電容充/放電電路對所述感應電極形成的自電容或互電容進行放電。
5.如權利要求1或2所述的觸摸檢測系統，其特征在于，還包括濾波電路，所述放大器的輸出端通過所述濾波電路連接到信號處理單元； 所述濾波電路對所述放大器輸出的信號進行濾波。
6.一種終端設備，其特征在于，包括電容觸摸屏和觸摸檢測系統的終端設備中，所述電容觸摸屏包括多對感應電極和觸摸外殼，所述多對感應電極中的一對感應電極分別連接所述觸摸檢測系統的兩個電極連接端； 所述觸摸檢測系統是如權利要求1至5任一項所述的觸摸檢測系統。
【文檔編號】G06F3/044GK103593097SQ201210502006
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年11月29日 優先權日:2012年11月29日
【發明者】莫良華, 胡海軍, 劉衛平 申請人:敦泰科技有限公司