[發(fā)明專利]利用空間差異性的投射式電容觸摸屏系統(tǒng)時域降噪方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210180772.9
• 申請日: 2012-06-04
• 公開（公告）號: CN102750060A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉彥甫;李狄納
• 申請（專利權(quán)）人: 天津昌立微電子技術(shù)有限公司
• 主分類號: G06F3/044
• 分類號: G06F3/044
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉;賈玉忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于投射式電容觸摸屏及觸摸屏控制系統(tǒng)領(lǐng)域，具體的涉及一種利用空間差異性的時域降噪方法，用于精確消除噪聲對觸控系統(tǒng)的影響，提高電容屏抗干擾能力。

背景技術(shù)

投射式電容觸摸屏系統(tǒng)，由投射式電容屏（以下簡稱“電容屏”）和觸摸屏控制器（以下簡稱“觸控電路”）組成。電容屏是由基材和傳感器陣列構(gòu)成。基材材料有玻璃，PET等，包括不透明的基材。傳感器陣列是多條有特定形狀的感應(yīng)線有規(guī)則地排布形成的陣列，感應(yīng)線是使用銦錫合金（ITO）或碳或其他導(dǎo)電材料制作的。電氣連接上，傳感器陣列的感應(yīng)線與觸控電路的端口直接連接。觸控電路是由電路板，電子元器件構(gòu)成的。電路板可以是普通電路板（PCB）或柔性電路板（FPC），用于連接電子元器件。電子元器件包含被動元器件，如阻容元件和功能器件，如專用觸控集成電路芯片。功能器件含有模擬電路處理器，用于驅(qū)動傳感器陣列的感應(yīng)線，或從傳感器陣列的感應(yīng)線上讀取信號。功能器件中還包含微處理器（MCU）或數(shù)字信號處理器（DSP），用于實現(xiàn)特定計算過程（相關(guān)算法），以確定得到傳感器陣列的工作狀態(tài)。觸控電路中還包含存儲器，用于存儲程序（Firmware），狀態(tài)數(shù)據(jù)和運算結(jié)果。觸控電路還包含時鐘發(fā)生器，產(chǎn)生高精度時鐘信號供觸控電路各功能模塊之間同步，以及與宿主機信息交互過程的時序控制，時鐘周期基本不隨溫度和電壓的變化而變化，。觸控電路與外部的連接，一邊是傳感器陣列的感應(yīng)線，另一邊是宿主（host）的電源線及其他通信信號。宿主指手機主板，電腦主板或其他應(yīng)用系統(tǒng)。

投射式電容觸摸屏系統(tǒng)的基本工作原理是，觸控電路按照事先確定的時間和空間順序，一組一組地驅(qū)動傳感器陣列的感應(yīng)線，并從驅(qū)動傳感器陣列的感應(yīng)線讀取信號，然后進(jìn)行算法處理。在某特定時刻，這一組模擬電路處理器驅(qū)動或讀取的感應(yīng)線或感應(yīng)線組，稱為“目標(biāo)感應(yīng)線”。控制這個時間空間順序的電路，稱為選擇控制電路。當(dāng)全部傳感器陣列里面的感應(yīng)線作為目標(biāo)感應(yīng)線被處理完成時，稱為完成一幀（Frame）。投射式電容觸摸屏系統(tǒng)的永遠(yuǎn)重復(fù)每幀的動作，除非宿主機命令投射式電容觸摸屏系統(tǒng)停止動作。

在投射式電容觸摸屏系統(tǒng)中，主要存在兩種電子信號雜訊干擾影響，簡稱噪聲。第一種是電磁干擾，英文是Electro?Magnetic?Interference，簡稱EMI，這種噪聲干擾主要來自于周邊電子器件對于電容式觸摸屏的傳感器的干擾。第二種噪聲干擾是人手指接近或碰觸到電容式觸摸屏傳感器時帶來的。噪聲干擾嚴(yán)重影響著觸控系統(tǒng)的穩(wěn)定度及操控性能。因此，對于電容式觸摸屏系統(tǒng)的設(shè)計者來說，如何建立一個在實際應(yīng)用環(huán)境中穩(wěn)定有效可靠的觸控系統(tǒng)，是一個挑戰(zhàn)。

EMI噪聲，例如從液晶顯示屏耦合到觸控系統(tǒng)的開關(guān)噪聲，或源于手機射頻電子器件的噪聲，還有從應(yīng)用處理器饋入的噪聲等，這些雜訊顯著降低了投射式電容觸摸屏系統(tǒng)中和有效信號的效果，既信噪比。無論手指是否接近或碰觸到觸摸屏的傳感器，這些EMI雜訊都會耦合到傳感器信號通路當(dāng)中。噪聲大小與投射式電容觸摸屏系統(tǒng)中傳感器的電容值有關(guān)。圖1顯示了受到液晶顯示屏開關(guān)噪聲影響的傳感器信號。圖1的橫軸是時鐘周期數(shù)，相當(dāng)于時間，縱軸表示21條感應(yīng)線的信號，圖1整體接近黑色，表示EMI干擾廣泛分布在時間和觸摸屏空間上。

另外有一些雜訊干擾，例如電源噪聲，或器件特定的噪聲，他們帶有有特征的噪聲頻率，這些干擾也會被等比例地耦合到投射式電容觸摸屏系統(tǒng)的傳感器上，其比例關(guān)系是觸摸的手指電容（Cf）比觸控系統(tǒng)本征電容（Cs）.圖2畫出了在這樣的干擾下，觸摸屏系統(tǒng)中感應(yīng)到的信號。圖2的橫軸是時鐘數(shù)，相當(dāng)于時間，縱軸表示了2個感應(yīng)線的信號，由圖中可以明顯看到手指引入的外部雜訊的干擾。

目前大部分投射式自電容（self?projective?capacitance，簡稱self-PROCAP）系統(tǒng)或投射式互電容（mutual?projective?capacitance，簡稱mutual-PROCAP）系統(tǒng)中的采用了并列感應(yīng)（parallel?sensing）方法。這樣的方法需要復(fù)雜的前端感應(yīng)電路和繁瑣的后續(xù)信號處理。在消耗處理能力，需要電路的復(fù)雜度，以及實現(xiàn)功能所消耗的功耗上面都需要改進(jìn)。

在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域里，美國馬克西姆綜合產(chǎn)品公司在中國及海外提交了專利申請《用于使用差分感測的電容式觸摸屏控制器的噪聲消除技術(shù)》，其中國專利申請?zhí)枮?01110108199.6。該技術(shù)雖然使用到相鄰差分的概念，但由于其使用的模擬處理器數(shù)目的限制，及存在相鄰感應(yīng)線不能有效消除手指引入噪聲的限制等，其消除噪聲的效果需進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容