[發明專利]基于壓電材料的電容觸屏系統及相應的壓力檢測方法

在審

• 申請號: 201710438469.7
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107272948A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 高碩;王偉寧;鞏浩
• 申請（專利權）人: 北京中碩眾聯智能電子科技有限公司
• 主分類號: G06F3/041
• 分類號: G06F3/041;G06F3/044;G01L1/14
• 代理公司: 石家莊科誠專利事務所13113
• 代理人: 張紅衛,劉蘭芳

技術領域

本發明屬于電子設備技術領域,用于提高電容觸屏系統的壓力檢測敏感度，具體地說是一種基于壓電材料的電容觸屏系統及相應的壓力檢測方法。

背景技術

壓力檢測已經成為觸屏電子產品的一項新的功能，現有的觸屏壓力檢測，基于檢測壓力產生的電容變化，這不能夠提供足夠的壓力檢測敏感度，還會增加觸摸屏的厚度、復雜度，同時增加產品能耗。

不論是壓力檢測敏感度的欠缺還是觸摸屏結構復雜程度的增加、能耗的增加，這都會造成觸屏電子產品的用戶體驗下降，減小市場競爭力。

因此，目前急需一種新技術，能夠在保證高敏感度的壓力檢測功能的同時不增加系統的復雜度。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述技術問題，本發明旨在提供一種基于壓電材料的電容觸屏系統；

本發明的另外一個目的是提供利用所述基于壓電材料的電容觸屏系統實現的壓力檢測方法。

本發明為實現上述目的，所采用的技術方案如下：

一種基于壓電材料的電容觸屏系統，它包括前端觸屏面板和后端電路；

①前端觸屏面板

所述前端觸屏面板包括三層信號采集層或者四層信號采集層；其中，

1）三層信號采集層

所述三層信號采集層包括自上而下依次設置的激勵電極層、壓電材料層和地電極層，所述壓電材料層作為介電層、與作為電極板的激勵電極層和地電極層一起組成電容檢測部分，壓電材料層作為壓力檢測層、與激勵電極層和地電極層一起組成壓力檢測部分；

2）四層信號采集層

所述四層信號采集層包括自上而下依次設置的壓電材料層、激勵電極層、絕緣層和地電極層，所述激勵電極層、絕緣層和地電極層一起構成電容檢測部分，所述壓電材料層和激勵電極層一起構成壓力檢測部分；

②后端電路

所述后端電路為第一后端電路或第二后端電路之一，其中：

A.第一后端電路

第一后端電路包括第一讀取電路和第一信號處理電路；

所述第一讀取電路包括依次串接的電荷放大器/電壓放大器、濾波單元、模數轉換單元、數據選擇器，其中濾波單元包括并聯的低通濾波單元和帶通濾波單元，模數轉換單元包括并聯的第一模數轉換單元和第二模數轉換單元；

所述電容檢測部分和壓力檢測部分的信號輸出端均與電荷放大器/電壓放大器的信號輸入端相連，低通濾波單元和帶通濾波單元的信號輸入端均與電荷放大器/電壓放大器的信號輸出端相連，低通濾波單元和帶通濾波單元的信號輸出端分別與第一模數轉換單元、第二模數轉換單元的模擬信號輸入端相連，第一模數轉換單元和第二模數轉換單元的數字信號輸出端均與數據選擇器的信號輸入端相連，數據選擇器的信號輸出端與第一信號處理電路的信號輸入端相連；

B.第二后端電路

第二后端電路包括第二讀取電路和第二信號處理電路；

所述第二讀取電路包括串聯的電荷放大器/電壓放大器和模數轉換單元；

所述電容檢測部分和壓力檢測部分的信號輸出端均與電荷放大器/電壓放大器的信號輸入端相連，電荷放大器/電壓放大器的信號輸出端與模數轉換單元的模擬信號輸入端相連，模數轉換單元的數字信號輸出端與第二信號處理電路的信號輸入端相連。

本發明還提供了利用上述基于壓電材料的電容觸屏系統實現的壓力檢測方法，當后端電路采用第一后端電路時該方法為方法一，當后端電路采用第二后端電路時該方法為方法二，其中，

I.方法一

方法一包括依次進行的以下步驟：

第一步，觸屏動作發生時，電荷放大器/電壓放大器收集激勵電極層、壓電材料層上產生的混合電信號后放大成混合模擬電壓信號并將結果輸出至低通濾波單元和帶通濾波單元；

第二步，低通濾波單元將收到的混合模擬電壓信號進行處理后得到模擬壓力信號并將結果輸出至第一模數轉換單元，帶通濾波器將收到的混合模擬電壓信號進行處理后得到模擬電容信號并將結果輸出至第二模數轉換單元；

第三步，第一模數轉換單元將收到的模擬壓力信號轉換成數字信號并將結果輸出至數據選擇器，同時第二模數轉換單元將收到的模擬電容信號轉化成數字信號并將結果輸出至數據選擇器；

第四步，數據選擇器將收到的數字信號選擇輸出至第一信號處理電路；

第五步，第一信號處理電路將收到的電信號進一步判斷處理后輸出至控制單元，控制單元根據收到的電信號輸出相對應的控制信號；

II.方法二

方法二包括依次進行的以下步驟：