一種觸摸屏驅動電路、觸摸屏和電子終端的制作方法

一種觸摸屏驅動電路、觸摸屏和電子終端的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種觸摸屏驅動電路、觸摸屏和電子終端，其中，觸摸屏驅動電路包括：控制電路，其用于根據待驅動電極的位置，產生并輸出掃描信號和數據選擇信號；數據選擇電路，其輸入端與控制電路連接，輸出端分別與觸摸屏的各個掃描端口對應連接，用于根據數據選擇信號導通或斷開其輸入端與待驅動電極所對應的輸出端之間的連接，以利用掃描信號驅動待驅動電極。該驅動電路能夠有效降低掃描信號傳輸過程中所產生的衰減對后續觸摸點檢測的影響，從而保證了檢測結果的可靠性和準確性。
【專利說明】一種觸摸屏驅動電路、觸摸屏和電子終端

【技術領域】
[0001]本發明涉及觸摸屏【技術領域】，具體地說，涉及一種觸摸屏驅動電路、觸摸屏和電子終端。

【背景技術】
[0002]自從計算機問世以來，人們就一直研宄如何以更有效的方式來實現人與計算機的對話，也即所謂的人機交互技術。容式觸摸技術由于具有直接、高效、準確、流暢、時尚等特點，極大程度提高了人與計算機對話的效率和便利性。
[0003]投射電容屏可以分為自電容和互電容兩種形式。在玻璃基板表面用ITO(—種透明的導電材料)制作出橫向與縱向交錯排列的電極陣列，這些橫向電極和縱向電極就分別與地構成電容。而這種電容便是通常所說的自電容，也就是電極對地的電容。當手指觸摸到電容屏時，手指的電容會疊加到屏體電容上，從而使屏體電容量增加。
[0004]當進行觸摸檢測時，自電容屏依次檢測橫向與縱向電極陣列。根據觸摸前后電容的變化，便可以分別確定出變化電容的橫向坐標和縱向坐標。然后根據變化電容的橫向坐標和縱向坐標，便可以組合得到觸摸屏的觸摸坐標。自電容的掃描方式相當于把觸摸屏上的觸摸點分別投影到一坐標軸的X軸和Y軸方向，然后分別在X軸和Y軸方向計算出坐標，最后組合成觸摸點的坐標。
[0005]如果是單點觸摸，那么觸摸點在X軸和Y軸方向的投影是唯一的，組合出的坐標也是唯一的。而如果觸摸屏上存在兩個觸摸點并且這兩個點不在同一X軸方向或同一Y軸方向，那么著兩個觸摸點在X軸方向和Y軸方向則分別存在兩個投影，從而組合得到4個坐標。顯然，這4個坐標中只有2個是真實的，另外兩個坐標便是通常稱作的“鬼點”。因此，自電容屏很難實現真正意義上的多點觸摸。
[0006]互電容屏也是在玻璃基板表面用ITO制作出橫向電極和縱向電極。它與自電容屏的區別在于，兩組電容的交叉位置將會形成電容，也即這兩組電極分別構成了電容的兩極。手指觸摸到電容屏時，將會影響觸摸點附近兩個電極之間的耦合，從而改變了這兩個電極之間的電容量。
[0007]檢測互電容的電容量時，橫向電極依次發出掃描信號，對于每一個橫向電極的掃描信號，所有縱向電極均同時接收相應的響應信號。這樣也就可以得到所有橫向電極和縱向電極交匯點的電容值，即整個觸摸屏的二維平面的各個檢測點的電容值。根據觸摸屏二維電容變化量數據，便可以計算出每一個觸摸點的坐標。因此，屏上即使有多個觸摸點，互電容觸摸屏也能夠計算出每個觸摸點的真實坐標。
[0008]在互電容屏中，無論是橫向電極還是縱向電極，其均可以視為在玻璃基板上呈行列分布。由于構成電極的ITO和金屬材料均存在一定大小的電阻，加之結構中的其余影響因素，因此橫向電極與對應的縱向電極之間的信號傳輸將存在不同程度的衰減。這種衰減會對后續的觸摸檢測及檢測算法產生干擾，不僅會大大提高了檢測算法的復雜度，還可能導致誤檢測。


【發明內容】

[0009]本發明所要解決的問題是為了減小掃描信號在傳輸過程中所產生的衰減對后續觸摸檢測的干擾。為解決上述問題，本發明的實施例首先提供了一種觸摸屏驅動電路，其特征在于，所述驅動電路包括:
[0010]控制電路，其用于根據待驅動電極的位置，產生并輸出掃描信號和數據選擇信號;
[0011]數據選擇電路，其輸入端與所述控制電路連接，輸出端分別與觸摸屏的各個掃描端口對應連接，用于根據所述數據選擇信號導通或斷開其輸入端與所述待驅動電極所對應的輸出端之間的連接，以利用所述掃描信號驅動所述待驅動電極。
[0012]根據本發明的一個實施例，所述待驅動電極距離液晶屏的測試端口越遠，所述控制電路輸出的掃描信號的數值越大。
[0013]根據本發明的一個實施例，所述控制電路包括:
[0014]控制器，其用于根據待驅動電極的位置，產生并輸出相應的數字電壓信號和數據選擇信號；
[0015]數模轉換電路，其與所述控制器連接，用于將所述控制器輸出的數字電壓信號轉換為模擬電壓信號，得到掃描信號。
[0016]根據本發明的一個實施例，所述控制電路還包括:
[0017]基準電源電路，其與所述數模轉換電路連接，用于為所述數模轉換電路提供基準電壓。
[0018]根據本發明的一個實施例，所述數據選擇電路包括:
[0019]可控開關，其數據信號輸入端與所述數模轉換電路連接，控制信號輸入端與所述控制器連接，輸出端分別與觸摸屏的各個掃描端口對應連接，用于根據所述數據選擇信號導通或斷開數據信號輸入端與待驅動電極列所對應的輸出端之間的連接。
[0020]根據本發明的一個實施例，所述數據選擇電路還包括:
[0021]運算放大電路，其連接在所述數模轉換電路與可控開關之間，用于將掃描信號進行運算放大后輸出給所述可控開關。
[0022]根據本發明的一個實施例，所述可控開關包括FPGA。
[0023]根據本發明的一個實施例，所述可控開關包括單刀多擲開關。
[0024]本發明還提供了一種觸摸屏，所述觸摸屏包括如上任一項所述的觸摸屏驅動電路。
[0025]本發明還提供了一種電子終端，所述電子終端包括如上所述的觸摸屏。
[0026]本發明所提供的觸摸屏驅動電路向觸摸屏各個掃描端口輸出的掃描信號不再是相同的信號，而是根據掃描端口與測試端口的位置關系，為各個掃描端口分別提供不同的掃描信號。該驅動電路能夠有效降低掃描信號傳輸過程中所產生的衰減對后續觸摸點檢測的影響，從而保證了檢測結果的可靠性和準確性。同時，由于該驅動電路使得觸摸屏在未被觸摸時測試端口輸出的信號相同，這也有利于檢測算法的簡化，從而提高觸摸檢測效率。
[0027]本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]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的附圖做簡單的介紹:
[0029]圖1是現有觸摸屏的部分電極分布不意圖；
[0030]圖2是根據本發明一個實施例的減少信號衰減干擾的原理示意圖；
[0031]圖3是根據本發明一個實施例的液晶屏驅動電路的電路原理圖。

【具體實施方式】
[0032]以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，借此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。需要說明的是，只要不構成沖突，本發明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結合，所形成的技術方案均在本發明的保護范圍之內。
[0033]同時，在以下說明中，出于解釋的目的而闡述了許多具體細節，以提供對本發明實施例的徹底理解。然而，對本領域的技術人員來說顯而易見的是，本發明可以不用這里的具體細節或者所描述的特定方式來實施。
[0034]圖1示出了現有觸摸屏的電極分布示意圖。
[0035]以圖1所示的觸摸屏菱形結構區域為例，互容式觸摸屏采用逐行掃描的方式來驅動各個電容，即以逐列、同幅、同頻的方式向各個掃描端口(即各列激勵電極所對應的端口，包括Txl端口、Tx2端口、Τχ3端口和Τχ4端口)施加掃描信號。具體地，在驅動觸摸屏時，首先對某一掃描端口(即某列電極所對應的端口，例如Txl電極)施加預設電壓信號來對該列電極與各行響應電極(即分別與測試端口 Rxl?Rx5連接的電極)所形成的互電容進行充電。隨后對各行響應電極的電荷量大小進行檢測。之后再對下一掃描電極(例如Tx2電極)施加相同的預設電壓信號，以此類推。手指的觸摸將使觸摸屏觸摸位置處的互電容減小，所以檢測電路通過檢測電容變化便可以分析得到此時的觸摸位置。
[0036]從圖1中可以看出，無論激勵電極還是響應電極，其在圖1所示的區域中大體上都可以視為呈行列分布。由于構成電極的ITO和金屬材料均存在一定大小的電阻，加之觸摸屏結構中其他因素的影響，因此施加在不同掃描端口(即施加在不同列的激勵電極)上的掃描信號傳遞到響應電極的過程中將產生不同程度的衰減。
[0037]例如，假設檢測電路最終將從測試端口檢測到的信號轉換為電壓形式進行分析，那么如圖1所示，在觸摸屏無觸摸發生的情況下，分別以Δ'、AV2,八八表示施加到掃描端口 Txl、Τχ2、Τχ3和Τχ4上的掃描信號傳輸到測試端口后所產生的的信號衰減，則有AVf AV2< AV3< AV4O由此可以看出，距離測試端口越遠的激勵電極，施加到該激勵電極上的掃描信號傳輸到測試端口時所產生的衰減將越大。
[0038]為了抵消這種信號衰減，以便簡化后續的觸摸點檢測以及抗干擾的過程，如圖2所示，本實施例采用了對施加到激勵電極的掃描信號進行適量地抬升的方式，來彌補信號傳輸過程中所產生的衰減。
[0039]如圖2所示，當掃描信號被施加到某一掃描端口(即某一列激勵電極)時，那么該列激勵電極將均被施加上掃描信號。所以，在觸摸屏未被觸摸時，從各個測試端口(即端口Rxl?Rx5)測量得到的響應信號將是相同的。因此也就可以看出，信號衰減的差異性主要與激勵電極所處位置有關。由于第一列激勵電極(即與掃描端口 Txl連接的電極)距離測試端口最近，所以當掃描信號被施加到第一列激勵電極時，從各個測試端口測量得到的信號所產生的衰減將最小。而隨著激勵電極距離測試端口逐漸變遠，那么從各個測試端口測量得到的信號所產生的衰減將逐漸增大。
[0040]根據上述原理，如圖2所示，本實施例中，根據激勵電極距離測試端口的大小，分別對各列激勵電極(即各個掃描端口)施加不同的掃描信號，以此來抵消因傳輸線路不同而對掃描信號造成的不同程度的衰減。
[0041]具體地，假設當觸摸屏未被觸摸時，施加到各列激勵電極的掃描信號的電平為VTx，從測試端口測量得到的先后施加到各列激勵電極上的掃描信號所形成的響應信號的衰減分別為Λ'、AV2, AVjP AV4。那么，根據現有的驅動電路測量得到的各個響應信號的電平將是Vtx-AV1' Vtx-AV2, Vtx-AV3^PVtx-AV4O由此可以看出，觸摸屏未被觸摸，但對觸摸屏中的電極進行掃描時，得到的響應信號卻存在差異。這顯然會給后續的信號分析和檢測算法的運行造成干擾。
[0042]為了減少這種干擾，本實施例中，將施加到各個掃描端口的掃描信號分別進行了調整。具體地，將施加到掃描端口 Txl?Τχ4的掃描信號的電平分別調整為VtJAVpVtx+ Δ V2、Vtx+ Δ VjP Vtx+ Δ V4。這樣，從各個測試端口測量得到的響應信號的電平則均為VTx，從而使得在觸摸屏未被觸摸時，各個測試端口輸出相同的響應信號，這便消除了信號因傳輸線路不同所產生的不同程度的衰減對后續的信號分析和檢測算法的運行所造成的干擾。
[0043]基于上述原理，本實施例提供了一種新的觸摸屏驅動電路，如圖3所示，該驅動電路包括控制電路301和數據選擇電路302。其中，數據選擇電路302的輸入端與控制電路301連接，輸出端與觸摸屏的各個掃描端口(即端口 Txl?Tx4)對應連接。本實施例中，控制電路301能夠根據待驅動電極的位置，產生并輸出相應的掃描信號和數據選擇信號。
[0044]例如，如果第一列激勵電極(即與掃描端口 Txl連接的電極)需要被施加掃描信號時，控制電路301將產生第一掃描信號(其電平為Vtj^AV1)和第一數據選擇信號。數據選擇電路302根據第一數據選擇信號將控制電路301與掃描端口 Txl之間的連接導通，從而將第一掃描信號施加到第一列激勵電極上。
[0045]如果第二列激勵電極(即與掃描端口 Τχ2連接的電極)需要被施加掃描信號時，控制電路301將產生第二掃描信號(其電平為VTx+AV2)和第二數據選擇信號。數據選擇電路302根據第二數據選擇信號將控制電路301與掃描端口 Τχ2之間的連接導通，從而將第二掃描信號施加到第二列激勵電極上。以此類推，控制電路301根據所需要驅動的電極產生不同的掃描信號和數據選擇信號，并通過數據選擇信號控制數據選擇電路導通控制電路與相應掃描端口之間的連接，從而將掃描信號施加到對應的激勵電極上。
[0046]本實施例中，控制電路301包括控制器301a和數模轉換電路301b。其中，數模轉換電路301b連接在控制器301a與數據選擇電路302之間。控制器301a根據所需要施加掃描信號的掃描端口，產生相應的數字電壓信號。數模轉換電路301b根據該數字電壓信號產生相應的模擬電壓信號，該模擬電壓信號即為該掃描端口電極所需要的掃描信號。
[0047]在本發明的其他實施例中，控制電路還可以包括外部存儲器，該外部存儲器存儲有表征觸摸屏的各個掃描端口與各自所需要的掃描信號的對應關系的數據對應表。控制器通過訪問該外部存儲器來檢索數據對應表，從而直接獲得各個掃描端口所需要施加的掃描信號。這樣能夠減少對控制器的性能要求，從而提高了整個驅動電路的可靠性，降低了電路的成本。
[0048]數模轉換電路所產生的模擬電壓信號的信號質量與該電路的基準電壓和數模轉換器位數有關。基準電壓的質量(即基準電壓的準確性和穩定性)越穩定，產生得到的模擬電壓信號的準確性和穩定性也就越好。同時，數模轉換電路中數模轉換器的位數越高，數模轉換電路所產生的電壓也將越精確。所以，本實施例中，控制電路還包括基準電源電路，該基準電源電路與數模轉換電路連接，其能夠為數模轉換電路提供準確、穩定的基準電壓VrefO同時，數模轉換電路中采用了 8位數模轉換器，以確保所得到更為精確的掃描信號。當然，在本發明的其他實施例中，還可以采用其他合理位數(例如4位或12位等)的數模轉換器，以產生所需要的模擬電壓信號，本發明不限于此。
[0049]本實施例中，控制電路301產生一路模擬電壓信號，所以與控制電路301連接的數據選擇電路302便包括一路數據信號輸入端。對應于液晶屏的激勵電極的列數(即掃描端口的個數)，數據選擇電路302具有4路輸出端口。數據選擇電路302能夠根據來自控制器301a的數據選擇信號來將其輸入端與相應的輸出端之間的連接導通或斷開。
[0050]具體地，本實施例中，數據選擇電路302包括運算放大電路302a和可控開關302b。其中，運算放大電路302a連接在數模轉換電路301b與可控開關302b之間，其用于將數模轉換電路301b輸出的模擬電壓信號轉換為滿足觸摸屏中激勵電極要求的模擬電壓信號。
[0051]可控開關302b包括數據信號輸入端、控制信號輸入端和輸出端。其中，數據信號輸入端與運算放大電路302a連接，控制信號輸入端與控制器301a連接，輸出端分別與觸摸屏的各個掃描端口對應連接。可控開關302b能夠根據數據選擇信號導通或斷開數據信號輸入端與待驅動電極(即待施加掃描信號的電極)所對應的輸出端之間的連接。
[0052]本實施例所提供的驅動電路采用FPGA作為可控開關。由于FPGA具有豐富的端口資源，這使得FPGA能夠與大量的掃描端口連接，因此也就使得該驅動電路能夠滿足大尺寸的觸摸屏的使用要求。同時，FGPA響應速度較快，這也使得其能夠及時、快速地響應控制器301a所發出的數據選擇信號。
[0053]需要說明的是，在本發明的其他實施例中，可控開關還可以采用其他合理的電路來實現，例如采用單刀多擲開關等，本發明不限于此。同時，在本發明的其他實施例中，如果控制電路所輸出的掃描信號能夠滿足觸摸屏的要求，那么數據選擇電路中也就可以不再需要配置運算放大電路，以節省電路的體積與成本。
[0054]本發明還提供了一種包括如上所述的觸摸屏驅動電路的觸摸屏，以及包括該觸摸屏的電子終端。
[0055]從上述描述中可以看出，本實施例所提供的觸摸屏驅動電路向觸摸屏各個掃描端口輸出的掃描信號不再是相同的信號，而是根據掃描端口與測試端口的位置關系，為各個掃描端口分別提供不同的掃描信號。該驅動電路能夠有效降低掃描信號傳輸過程中所產生的衰減對后續觸摸點檢測的影響，從而保證了檢測結果的可靠性和準確性。同時，由于該驅動電路能夠使得觸摸屏在未被觸摸時測試端口輸出的信號相同，這也有利于簡化后續檢測算法，提高觸摸檢測效率。
[0056]應該理解的是，本發明所公開的實施例不限于這里所公開的特定結構、處理步驟或材料，而應當延伸到相關領域的普通技術人員所理解的這些特征的等同替代。還應當理解的是，在此使用的術語僅用于描述特定實施例的目的，而并不意味著限制。
[0057]說明書中提到的“一個實施例”或“實施例”意指結合實施例描述的特定特征、結構或特性包括在本發明的至少一個實施例中。因此，說明書通篇各個地方出現的短語“一個實施例”或“實施例”并不一定均指同一個實施例。
[0058]為了方便，在此使用的多個項目、結構單元和/或組成單元可出現在共同列表中。然而，這些列表應解釋為該列表中的每個元素分別識別為單獨唯一的成員。因此，在沒有反面說明的情況下，該列表中沒有一個成員可僅基于它們出現在共同列表中便被解釋為相同列表的任何其它成員的實際等同物。另外，在此還可以連同針對各元件的替代一起來參照本發明的各種實施例和示例。應當理解的是，這些實施例、示例和替代并不解釋為彼此的等同物，而被認為是本發明的單獨自主的代表。
[0059]雖然上述示例用于說明本發明在一個或多個應用中的原理，但對于本領域的技術人員來說，在不背離本發明的原理和思想的情況下，明顯可以在形式上、用法及實施的細節上作各種修改而不用付出創造性勞動。因此，本發明由所附的權利要求書來限定。
【權利要求】
1.一種觸摸屏驅動電路，其特征在于，所述驅動電路包括: 控制電路，其用于根據待驅動電極的位置，產生并輸出掃描信號和數據選擇信號； 數據選擇電路，其輸入端與所述控制電路連接，輸出端分別與觸摸屏的各個掃描端口對應連接，用于根據所述數據選擇信號導通或斷開其輸入端與所述待驅動電極所對應的輸出端之間的連接，以利用所述掃描信號驅動所述待驅動電極。
2.如權利要求1所述的驅動電路，其特征在于，所述待驅動電極距離液晶屏的測試端口越遠，所述控制電路輸出的掃描信號的數值越大。
3.如權利要求1或2所述的驅動電路，其特征在于，所述控制電路包括: 控制器，其用于根據待驅動電極的位置，產生并輸出相應的數字電壓信號和數據選擇信號; 數模轉換電路，其與所述控制器連接，用于將所述控制器輸出的數字電壓信號轉換為模擬電壓信號，得到掃描信號。
4.如權利要求3所述的驅動電路，其特征在于，所述控制電路還包括: 基準電源電路，其與所述數模轉換電路連接，用于為所述數模轉換電路提供基準電壓。
5.如權利要求3所述的驅動電路，其特征在于，所述數據選擇電路包括: 可控開關，其數據信號輸入端與所述數模轉換電路連接，控制信號輸入端與所述控制器連接，輸出端分別與觸摸屏的各個掃描端口對應連接，用于根據所述數據選擇信號導通或斷開數據信號輸入端與待驅動電極列所對應的輸出端之間的連接。
6.如權利要求5所述的驅動電路，其特征在于，所述數據選擇電路還包括: 運算放大電路，其連接在所述數模轉換電路與可控開關之間，用于將掃描信號進行運算放大后輸出給所述可控開關。
7.如權利要求5或6所述的驅動電路，其特征在于，所述可控開關包括FPGA。
8.如權利要求5或6所述的驅動電路，其特征在于，所述可控開關包括單刀多擲開關。
9.一種觸摸屏，其特征在于，所述觸摸屏包括如權利要求1?8中任一項所述的觸摸屏驅動電路。
10.一種電子終端，其特征在于，所述電子終端包括如權利要求9所述的觸摸屏。
【文檔編號】G06F3/041GK104503620SQ201410856598
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月31日 優先權日:2014年12月31日
【發明者】盧宇程, 譚小平, 楊翔 申請人:深圳市華星光電技術有限公司