[發明專利]電容式觸摸檢測裝置及其檢測方法

有效

• 申請號: 200810217924.1
• 申請日: 2008-11-28
• 公開（公告）號: CN101419522A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 柳玉平
• 申請（專利權）人: 深圳市匯頂科技有限公司
• 主分類號: G06F3/044
• 分類號: G06F3/044
• 代理公司: 深圳市萬商天勤知識產權事務所（普通合伙）
• 代理人: 王志明

技術領域

本發明涉及一種人體接近探測裝置，尤其是涉及基于電容檢測原理的觸摸探測裝置。

背景技術

近年來，電容式觸摸探測技術已經得到廣泛應用。采用這項技術的產品以其更長壽命、更美觀的結構和更舒適的操作方式得到了市場的認同，也代表著現代產品在人機交互方面的發展方向。

參見圖1，電容式觸摸探測技術的微觀原理是：人體組織中含有大量的電解液(淋巴液、血液等)，當人手靠近感應電極時，改變了原有電場的分布，從而改變了等效的分布電容參數。

參見圖2，目前的電容式觸摸探測技術方案，都是通過檢測感應電極上等效電容的電容量Cs隨著接近物體的特性和接近程度而發生的變化來判斷觸摸動作。但是，單純靠檢測電容容值的變化，使得現有的電容式觸摸檢測技術和產品面臨的普遍問題是抗干擾性能不夠好。首先，在存在水覆蓋情況下識別手觸摸，因為水和手(人體)都是容易被極化的物質，其實際表現出來的效果(檢測到的數值)是相似的，也就是無法可靠地區分手按鍵和水覆蓋。另一方面，在某些產品(如電磁爐)中，電磁干擾相當嚴重：大功率線圈輻射出來的能量容易耦合到觸摸檢測的電極和其它檢測回路上面，干擾到采樣數據，導致無法準確識別出觸摸按鍵動作。尤其是在面板上面還有水覆蓋時，由于水具有一定的導電能力，將使干擾信號引入觸摸檢測電路，表現出的干擾現象尤其明顯。此外，溫度與濕度變化到一定程度的時候，電容參數會產生較大的變化。如何適應這些環境引起的不確定性，是現有電容式觸摸檢測技術尚未解決好的問題。

可見，如果要求電容式觸摸檢測裝置適應高溫、高濕、水覆蓋、和強電磁輻射環境，可靠地應用到家電和工業產品領域中，就有必要提出新的技術方案。

發明內容

本發明要解決的技術問題是設計一種可以在比較惡劣的環境下可靠工作的電容式觸摸檢測裝置。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案是，設計一種電容式觸摸檢測裝置，包括：LC探測回路、振蕩控制電路和信號處理電路；其特征在于：所述LC探測回路由感應電極與感性元件以串聯或并聯模式組合而成；所述LC探測回路連接到振蕩控制電路。

所述信號處理電路通過頻率檢測電路和內阻檢測電路連接到振蕩控制電路。頻率檢測電路先將與感應電極等效電容Cs相關的頻率信號整形為脈沖信號，然后通過計數或計時的方法轉換為對頻率或者周期的檢測。內阻檢測電路在所述LC振蕩模塊中采樣，通過整形濾波，獲取代表振蕩回路內阻的模擬值，以間接的方式檢測LC探測回路的內阻變化。

對于觸摸檢測功能而言，上述的頻率和內阻檢測結果的相對變化才是真正有意義的。因此，所述的頻率檢測電路和內阻檢測電路的實質作用是其輸出量能夠反映出LC探測回路信號頻率以及回路內阻的變化量或變化的比例。試驗表明，通過對頻率和內阻這兩個參數的采集處理，可以區分水覆蓋和人體觸摸的情況，從而解決了已有觸摸檢測技術抗水覆蓋差的難題。

讓所述振蕩控制電路與所述LC探測回路組合構成自激諧振式振蕩電路。諧振信號的頻率和幅度可以反映出LC探測回路的物理特性，在人體接近和觸摸感應電極時將發生改變。在諧振情況下，LC探測回路內部的信號電壓或信號電流達到最大幅度，外來的電磁干擾對探測信號的影響被相對壓縮，因此具有良好的抗干擾能力。

作為自激振蕩方式的一種特例，應當考慮非平穩的阻尼振蕩方式。阻尼振蕩是LC探測回路在激發后自由振蕩情況下，由其中的電阻損耗造成衰減振蕩。LC探測回路的電阻越大，損耗就越大，振蕩信號的衰減越快。通過適當的控制電路也可以利用這個特性檢測內阻的變化。

所述LC探測回路中的感性元件通常為一電感器或等效電路模塊；在有些應用中，此感性元件采用晶體，可以明顯提高檢測靈敏度。

為了把單點的電容式觸摸檢測裝置擴展成為多點電容式觸摸檢測裝置，所?述感應電極為由多個感應電極單元所組成的感應電極組，該感應電極組經由多路選擇模擬開關接入觸摸檢測電路中的振蕩控制電路。通常所述模擬開關受MCU微處理器控制。

需要特別說明的是，整個觸摸檢測電路的各個部分電路都可以是獨立的電路模塊或組合制成專用的集成電路芯片。所述的信號處理電路還可以是集成在微處理器MCU或信號處理器DSP中的單元電路。當前的集成電路技術還允許將觸摸檢測電路、多路選擇模擬開關和MCU的部分或全部集成在一起。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案還包括基于上述電容式觸摸檢測裝置的電容式觸摸檢檢測方法，該檢測方法包括如下步驟：

i、所述振蕩控制電路讓所述LC探測回路實現諧振；