專利名稱：用于紅外觸摸屏的光電信號(hào)接收電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于紅外觸摸屏的光電信號(hào)接收處理電路，屬于光電技術(shù)領(lǐng)域， 尤其是紅外觸摸屏使用的光電信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有用于紅外觸摸屏的光電信號(hào)接收處理電路有多種結(jié)構(gòu)，如使用價(jià)格高昂的儀 表放大器直接作采樣保持的放大的結(jié)構(gòu)；以及用運(yùn)放構(gòu)建加法器，將輸入信號(hào)相減得 到光電信號(hào)的結(jié)構(gòu)等等。還有一些其它電路，種類繁多不勝枚舉。圖1給出了一種比 較常用的電路的原理，由多個(gè)相同的通道構(gòu)成的紅外信號(hào)接收電路，如8通道，通過(guò) 切換開(kāi)關(guān)TS來(lái)選擇在某一時(shí)刻哪一路連接到主放大器Ap的輸入端。以第一路為例， 光電信號(hào)在與紅外接收二極管或者三極管PT1相串聯(lián)的檢測(cè)電阻Rl上產(chǎn)生壓降，再 通過(guò)耦合元件JLll、 JL12以及多路選擇開(kāi)關(guān)TS相交連的隔直耦合電容Cinl傳送到 Ap。元件JLll、 JL12等連接元件以及切換開(kāi)關(guān)TS，均可以看作是信號(hào)通道上的耦合 器件，能夠通過(guò)直流信號(hào)；其中JLll、 JL12—般包含有消振、防自激、箝位等功能， 保證放大器穩(wěn)定工作；在一些設(shè)計(jì)中，JL11部分還有取樣保持的功能。 .一
由圖中的電路可知，當(dāng)電路正常工作時(shí)，即當(dāng)紅外接收管的支路加上如圖中波形 101所示的電壓時(shí)，因?yàn)殡娙輧啥说碾妷翰荒芡蛔?，所以隔直耦合電容Cinl的兩端的 電壓相等，電路的波形如圖2所示。單獨(dú)就某一路而言，以第一路為例，假設(shè)通道切 換切換到第一路，當(dāng)給由紅外接收管PT1和電阻R1所在的電路上電以后，放大器Ap 的輸入端將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)高電平Vrl。在延遲一段時(shí)間后，光電接收電路接收到由紅外發(fā) 射管發(fā)射的紅外線，這時(shí)接收管PT1的電阻減小，電阻R1兩端的電壓增加，于是會(huì) 出現(xiàn)一個(gè)幅值為Vil的脈沖凸起，表明接收電路接收到了紅外發(fā)射管所發(fā)射的紅外線。 連續(xù)不間斷地切換開(kāi)關(guān)TS，放大器Ap的輸入端就會(huì)出現(xiàn)如圖2所示的連續(xù)波形。當(dāng) 然這個(gè)波形省略了開(kāi)關(guān)切換時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖和振鈴，以及通過(guò)放大器的輸入阻抗給 電容Cinl Cin8充電造成Vrl逐漸降低的情況，但是依然能說(shuō)明基本的工作情況。
從圖2的波形可以看到，因?yàn)椴煌募t外接收管PT1 PT8性能參數(shù)上的離散性， 將會(huì)導(dǎo)致不同通道的管子被選通時(shí)，各個(gè)直流電平的波形201的不一致性。即便這里 紅外接收管輸出的紅外光電信號(hào)的幅值201都一樣(一般不一樣，因每一路發(fā)射管的 效率和接收管的靈敏度也都有離散性)，那么輸入到放大器Ap輸入端的直流電平是不同的，這樣放大器的設(shè)計(jì)就需要考慮在不同直流輸入電平下正常工作，在具有較高的 放大倍數(shù)以保證足夠的信號(hào)放大量的同時(shí)，還要保證不出現(xiàn)飽和失真等問(wèn)題。這樣放 大器的設(shè)計(jì)就會(huì)變得很困難。尤其目前紅外觸摸屏的放大器都是由單電源供電，這樣 設(shè)計(jì)起來(lái)更為困難。同時(shí)，當(dāng)光電接收管隨時(shí)間溫度等條件變化而產(chǎn)生性能變化時(shí)， 原來(lái)的放大器設(shè)計(jì)就更難以滿足信號(hào)放大的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是針對(duì)現(xiàn)有用于紅外觸摸屏的紅外光電信號(hào)接收電路的缺陷， 公開(kāi)了一種能夠降低放大器設(shè)計(jì)難度和成本，并具有良好的穩(wěn)定性的光電信號(hào)放大電 路的技術(shù)方案。
本發(fā)明的光電信號(hào)接收電路，包含有紅外接收管、與紅外接收管相串聯(lián)的檢測(cè)電 阻、分別與檢測(cè)電阻的輸出端和紅外信號(hào)放大器的輸入端通過(guò)耦合元件相交連的隔直 耦合電容。為了在放大器的輸入端保持一個(gè)恒定的直流電平，本發(fā)明在所述隔直耦合 電容與所述紅外信號(hào)放大器的連接通道上，還連接有一個(gè)接地開(kāi)關(guān)，所述接地開(kāi)關(guān)一 端與所述3隔直耦合電容的、與所述紅外信號(hào)放大器的輸入端相耦合交連的一端相連 接，另一端與輸入信號(hào)的公共端相連接；所述接地開(kāi)關(guān)還有一個(gè)控制端，與控制整個(gè) 紅外觸摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合連接。
因?yàn)橐话慵t外觸摸屏的發(fā)射接收驅(qū)動(dòng)電路都是矩陣結(jié)構(gòu)的，因此常常是多個(gè)接收 通道構(gòu)成一組，如8個(gè)通道構(gòu)成一組，g卩所述紅外接收管、檢測(cè)電阻和隔直電容所 構(gòu)成的輸入電路有多個(gè)，因此可以在每一個(gè)信號(hào)通道中設(shè)置一個(gè)光電信號(hào)放大器，放 大器的輸出端，分別與控制觸摸屏工作的微控制器系統(tǒng)的I/O端口相連接。更一般的 方案，是各個(gè)通道都通過(guò)多通道的切換開(kāi)關(guān)來(lái)切換到一個(gè)放大器的輸入端，g卩所述
每一個(gè)輸入電路的隔直電容，都與所述多路切換開(kāi)關(guān)的一個(gè)靜觸點(diǎn)相連接，紅外信號(hào)
放大器的輸入端與所述多路切換開(kāi)關(guān)的動(dòng)觸點(diǎn)相連；因此所述接地開(kāi)關(guān)可以有兩種連 接形式，所用的接地開(kāi)關(guān)的數(shù)量也不同。第一種，所述接地開(kāi)關(guān)，連接在紅外信號(hào)放 大器的輸入端與輸入信號(hào)的公共端之間；所述多路切換開(kāi)關(guān)的切換控制端，與控制整 個(gè)紅外觸摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合連接;第二種，所述接地開(kāi)關(guān)，連接 在所述多路切換開(kāi)關(guān)上的所述靜觸點(diǎn)與電源的地線端之間；所述多路切換開(kāi)關(guān)的切換 控制端，與控制整個(gè)紅外觸摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合連接。
在本發(fā)明中，所述的接地開(kāi)關(guān)和通道切換開(kāi)關(guān)，均為半導(dǎo)體材料制造的微電于模 擬開(kāi)關(guān)。在本發(fā)明中，所述的耦合連接元件，是可以通過(guò)直流電的元件，如電阻、導(dǎo)線等。 這里所述的耦合連接或者交連，其含義是能通過(guò)模擬或者數(shù)字形式的光電信號(hào)的 連接，其連接通道上可能是直接連接，但更多情況下包含有其它元件；所述控制觸摸 屏工作的I/0接口，可以是微控制器本身的I/0接口，也可以是由微控制器及其周邊元 件所構(gòu)成的系統(tǒng)的I/0接口，如其它放大器或者A/D變換器的輸入接口、觸發(fā)器或者 鎖存器、脈沖分配器等外圍部件的輸出接口。 發(fā)明的益處
根據(jù)上面對(duì)本發(fā)明的描述，可以看到本發(fā)明利用接地開(kāi)關(guān)，在紅外接收管上電后， 首先將光電信號(hào)放大器的輸入端接地，也就是將加在輸入端的不確定的直流電位歸零， 克服了現(xiàn)有用于紅外觸摸屏的光電信號(hào)接收電路中的放大器需要預(yù)置直流工作點(diǎn)的問(wèn) 題，在大大簡(jiǎn)化了放大器設(shè)計(jì)的同時(shí)，還能保證當(dāng)接收管的性能出現(xiàn)改變時(shí)，辟本電 路的適應(yīng)性和工作的穩(wěn)定性。
下面將借助附圖，來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的一些實(shí)施方案。


圖1:現(xiàn)有用于紅外觸摸屏的光電信號(hào)放大電路的基本原理示意圖； 圖2:.圖1所示電路正常工作時(shí)放大器輸入端的波形； 圖3:本發(fā)明的基本電路原理示意圖4: 一種多通道共用放大器和接地開(kāi)關(guān)的實(shí)施方式的電路原理示意圖； 圖5:圖4所示電路正常工作時(shí)放大器輸入端的波形；
圖6: —種多通道獨(dú)立接地開(kāi)關(guān)但共用放大器的實(shí)施方式的電路原理示意圖； 圖7:圖6所示電路正常工作時(shí)放大器輸入端的波形；
圖8: —種各通道的接地開(kāi)關(guān)和放大器均獨(dú)立的實(shí)施方式的電路原理示意圖。 圖中除了圖3所示的原理外，其余給出的都是8通道的接收電路的一些可實(shí)施的 結(jié)構(gòu)圖，PT1 PT8是1 8通道的紅外線接收管；R1 R8是與接收管串聯(lián)匹配的采樣電 阻；幾11 JL81、幾12 JL82是各個(gè)通道上的交連耦合元件，Cinl~Cin8是各個(gè)紅外信 號(hào)接收通道上的隔直電容；101是接收電路正常工作時(shí)加在紅外接收管支路上的脈沖電 壓；102是控制觸摸屏系統(tǒng)工作的微控制器系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
圖3給出了本發(fā)明最基本的電路原理示意圖。如圖所示，在光電信號(hào)放大通道的 隔直耦合電容Cin與光電信號(hào)放大器Ap的輸入端之間的連接通道上，設(shè)置了一+接地開(kāi)關(guān)SW;所述發(fā)大器的輸出端和接地開(kāi)關(guān)的控制端都與控制觸摸屏工作的微控制器系
統(tǒng)的I/O接口相連接。圖中的JL1和幾2依舊是交連耦合元件。
由于紅外觸摸屏的紅外線發(fā)射和接收電路一般都是矩陣結(jié)構(gòu)，常用的基本電路結(jié)構(gòu)
均基于號(hào)碼為3,764,813、 3，775，560和3,860,754的美國(guó)專利以及號(hào)碼為00121462.4的 中國(guó)專利申請(qǐng)中所公開(kāi)的技術(shù)方案，因此接收電路也常常被分為若干組，也就是行列 矩陣的一行或者一列，通常共用一個(gè)光電信號(hào)放大器?；谶@種結(jié)構(gòu)，可以有如下兩 個(gè)實(shí)施方案。
第一個(gè)實(shí)施方案如圖4所示，8個(gè)接收通道共用一個(gè)光電信號(hào)放大器Ap，通過(guò)多 路切換開(kāi)關(guān)TS在不同時(shí)間將放大器與各個(gè)通道相連接；所述的接地開(kāi)關(guān)SW連接在切 換開(kāi)關(guān)TS的動(dòng)觸點(diǎn)與放大器Ap的輸入端之間。這個(gè)電路的工作原理是當(dāng)選通電壓101 施加到由紅外接收管PT1 PT8和檢測(cè)電阻R1 R8構(gòu)成的檢測(cè)支路上以后，微控制器系 統(tǒng)102通過(guò)其I/O端口控制多路切換開(kāi)關(guān)TS按順序?qū)⒐怆娦盘?hào)放大器Ap與各個(gè)通道 相連接，在切換完成之后再通過(guò)I/0端口控制接地開(kāi)關(guān)SW短暫閉合，將放大器Ap的 輸入端的電位下拉為零(本發(fā)明中公共端的一般電位)，然后當(dāng)SW斷開(kāi)后，再控制紅 外發(fā)射管發(fā)射紅外脈沖，以保證接收電路能夠接收這個(gè)脈沖而不會(huì)被接地開(kāi)關(guān)SW短 路。這個(gè)實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省元器件，電路板的布線也比較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是在切換各 個(gè)通道時(shí)，因?yàn)橹挥羞@一個(gè)接地開(kāi)關(guān)來(lái)分別拉低放大器輸入端的電平，因此會(huì)有一個(gè) 如圖5所示的瞬態(tài)過(guò)程除了放大器的輸入端除了會(huì)出現(xiàn)一個(gè)初始的高電平501以外， 還會(huì)在其它通道切換的瞬間出現(xiàn)尖脈沖502。這樣在接收起始時(shí)間TO和接收到的紅外 信號(hào)的脈沖寬度t2-tl的寬度一定的情況下，為了避免瞬態(tài)過(guò)程對(duì)放大器的影響，光電 脈沖的讀取、放大時(shí)間T2-T1就會(huì)比較長(zhǎng)，完成一行或一列的掃描時(shí)間T8就會(huì)較長(zhǎng)， 降低整個(gè)紅外觸摸屏的響應(yīng)速度。這個(gè)實(shí)施方案比較適用于尺寸較小、對(duì)電路板的尺 寸要求較嚴(yán)格的應(yīng)用。
第二個(gè)實(shí)施方案如圖6所示，8個(gè)接收通道共用一個(gè)光電信號(hào)放大器Ap，瑪過(guò)多 路切換開(kāi)關(guān)TS在不同時(shí)間將放大器與各個(gè)通道相連接；所述的接地開(kāi)關(guān)SW連接在隔 直電容Cinl Cin8與切換開(kāi)關(guān)TS的靜觸點(diǎn)之間。這個(gè)電路的工作原理是當(dāng)選通電壓 101施加到由紅外接收管PT1 PT8和檢測(cè)電阻R1 R8構(gòu)成的檢測(cè)支路上以后，微控制 器系統(tǒng)102通過(guò)其I/O端口控制接地開(kāi)關(guān)SW短暫閉合，將各個(gè)隔直電容Cinl Cin8 輸出端(語(yǔ)光電信號(hào)放大器的輸入端對(duì)應(yīng)連接的一段)的電位下拉為零，然后斷開(kāi)SW 以保證接收電路能夠接收這個(gè)脈沖而不會(huì)被短路，再控制紅外發(fā)射管發(fā)射第一個(gè)紅外脈沖。在發(fā)射完第一個(gè)紅外脈沖之后，微控制器系統(tǒng)再控制多路切換開(kāi)關(guān)TS，按順序 將光電信號(hào)放大器Ap與各個(gè)通道相連接，依次放大其它通道的紅外光電信號(hào)。這個(gè)實(shí) 施方案的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快，因?yàn)槿鐖D7所示，這時(shí)放大器Ap的輸入端已經(jīng)沒(méi)有圖5 中需要避讓的放電尖脈沖502，在紅外光電信號(hào)脈沖t2-tl的寬度一定的情況下，光電 信號(hào)的讀取、放大時(shí)間T2-T1就會(huì)更短一些，因此比較適合對(duì)電路板的尺寸要求不十 分嚴(yán)格，但是要求較快的掃描和響應(yīng)速度的大尺寸紅外觸摸屏。這個(gè)實(shí)施結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn) 在于需要較多的模擬開(kāi)關(guān)SW，電路板布線等設(shè)計(jì)工作比較復(fù)雜一些。 '
如果在上述的多通道接收電路的結(jié)構(gòu)中使用多個(gè)光電信號(hào)放大器，如圖8所示的8 通道結(jié)構(gòu)使用了八個(gè)放大器Apl Ap8，則不僅保留了上述第二種實(shí)施結(jié)構(gòu)掃描時(shí)間短、 速度快的優(yōu)點(diǎn)，還可以再需要的時(shí)候通過(guò)微控制器系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多通 道的并行接受檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)更快的掃描速度或者檢測(cè)精度。這種實(shí)施結(jié)構(gòu)的基本原理 與上述第二種實(shí)施方案相同，都是在接收發(fā)射管發(fā)射的紅外脈沖之前將光電信號(hào)放大 器的輸入端的電位拉低到公共端的電位，然后再或者使用包含在微控制器102之內(nèi)的 多路選擇開(kāi)關(guān)切換的方式來(lái)實(shí)施順序放大，或者實(shí)施多路并行的放大檢測(cè)。如果實(shí)施 多路并行檢測(cè)的方案，則微控制器系統(tǒng)內(nèi)需要包含有相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@ 部分內(nèi)容已經(jīng)超出了本發(fā)明的放大電路的內(nèi)容，故在此不再詳細(xì)說(shuō)明。 "
上述實(shí)施例所給出的電路結(jié)構(gòu)，是本發(fā)明在一般紅外發(fā)射和接收電路使用矩陣結(jié) 構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)或者選通的結(jié)構(gòu)的紅外觸摸屏上的應(yīng)用實(shí)施例，因此并不是本發(fā)明接收電路 的全部實(shí)施方案。因?yàn)槿魏谓Y(jié)構(gòu)的紅外觸摸屏的紅外接收電路，都需要使用光電信號(hào) 放大器來(lái)放大紅外信號(hào)，都可以使用本發(fā)明的接收電路。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并 不局限于上述的具體結(jié)構(gòu)方案。
權(quán)利要求
1.一種用于紅外觸摸屏的光電信號(hào)接收電路，包含有紅外接收管、與紅外接收管相串聯(lián)的檢測(cè)電阻、分別與檢測(cè)電阻的輸出端和紅外光電信號(hào)放大器的輸入端通過(guò)耦合元件相交連的隔直耦合電容，其特征在于在所述隔直耦合電容與所述紅外信號(hào)放大器的連接通道上，還連接有一個(gè)接地開(kāi)關(guān)，所述接地開(kāi)關(guān)一端與所述隔直耦合電容的、與所述紅外信號(hào)放大器的輸入端相耦合交連的一端相連接，另一端與輸入信號(hào)的公共端相連接；所述接地開(kāi)關(guān)還有一個(gè)控制端，與控制整個(gè)紅外觸摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電信號(hào)接收電路，其特征在于所述紅外接收管、檢測(cè)電 阻和隔直電容所構(gòu)成的輸入電路有多個(gè)；并且每一路都包含有一個(gè)紅外信號(hào)放大器; 所述紅外信號(hào)放大器的輸出端，分別與控制觸摸屏工作的微控制器系統(tǒng)的IZO端口 相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電信號(hào)接收電路，其特征在于所述紅外接收管、檢測(cè)電 阻和隔直電容所構(gòu)成的輸入電路有多個(gè)；所述隔直電容與所述紅外信號(hào)放大器的輸 入端相連接的耦合交連的通道上，連接有一個(gè)多路切換開(kāi)關(guān)；所述每一個(gè)輸入電路 的隔直電容，都與所述多路切換開(kāi)關(guān)的一個(gè)靜觸點(diǎn)相連接，紅外信號(hào)放大器的輸入 端與所述多路切換開(kāi)關(guān)的動(dòng)觸點(diǎn)相連；所述接地開(kāi)關(guān)，連接在紅外信號(hào)放大器的輸 入端與輸入信號(hào)的公共端之間；所述多路切換開(kāi)關(guān)的切換控制端，與控制整個(gè)紅外 觸摸屏工作的微控制器的1/0端口相耦合連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電信號(hào)接收電路，其特征在于所述紅外接收管、檢測(cè)電 阻和隔直電容所構(gòu)成的輸入電路有多個(gè)；所述隔直電容與所述紅外信號(hào)放大器的輸 入端相連接的耦合交連的通道上，連接有一個(gè)多路切換開(kāi)關(guān)；所述每一個(gè)輸入電路 的隔直電容，都與所述多路切換開(kāi)關(guān)的一個(gè)靜觸點(diǎn)相連接，紅外信號(hào)放大器的輸入 端與所述多路切換開(kāi)關(guān)的動(dòng)觸點(diǎn)相連；所述接地開(kāi)關(guān)，連接在所述多路切換開(kāi)關(guān)上 的所述靜觸點(diǎn)與電源的地線端之間；所述多路切換開(kāi)關(guān)的切換控制端，與控制整個(gè) 紅外觸摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3、 4所述的光電信號(hào)接收電路，其特征在于所述的開(kāi)關(guān)都是由 半導(dǎo)體材料制作的模擬開(kāi)關(guān)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電信號(hào)接收電路，其特征在于所述分別與檢測(cè)電阻的輸 出端和紅外信號(hào)放大器的輸入端相交連的耦合元件，是能通過(guò)直流電的電子元件。
全文摘要
一種用于紅外觸摸屏的光電信號(hào)接收電路，包含有紅外接收管、與紅外接收管相串聯(lián)的檢測(cè)電阻、分別與檢測(cè)電阻和紅外光電信號(hào)放大器的輸入端通過(guò)耦合元件相交連的隔直電容，該電路還包括一個(gè)接地開(kāi)關(guān)，連接在所述隔直耦合電容與所述紅外信號(hào)放大器的連接通道與輸入信號(hào)的公共端之間；其控制端與控制整個(gè)紅外觸摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合連接。本發(fā)明利用接地開(kāi)關(guān)，在開(kāi)始檢測(cè)紅外信號(hào)之前，將放大器輸入端的不確定的直流電位歸零，克服了現(xiàn)有光電信號(hào)接收電路中的放大器需要預(yù)置直流工作點(diǎn)的問(wèn)題，大大簡(jiǎn)化了放大器設(shè)計(jì)，并且還能保證當(dāng)接收管的性能出現(xiàn)改變時(shí)，放大電路的適應(yīng)性和工作的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G06F3/041GK101556521SQ20081010351
公開(kāi)日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者劉建軍, 劉新斌, 葉新林 申請(qǐng)人:北京匯冠新技術(shù)股份有限公司