一種觸摸屏控制電路的檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電容式觸摸屏控制芯片領域，提出了一種觸摸屏控制電路的檢測系統(tǒng)，利用電容充電、電荷共享、電荷相減和電荷轉(zhuǎn)移四部分，其中電荷充電階段由差分運放以及與運放的反相輸入端相連的電容和開關(guān)組成，電荷共享則是通過內(nèi)部的檢測電容檢測外部的電荷變化；電荷相減則實現(xiàn)失調(diào)電荷的抵消；電荷轉(zhuǎn)移是將電荷轉(zhuǎn)換成電壓并被內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器所量化。本發(fā)明采用的檢測系統(tǒng)可以檢測到掃描通道對地之間的電容容值的變化，該檢測系統(tǒng)實現(xiàn)簡單，適用范圍廣，占用芯片面積少，成本低，具有更好抗噪聲性能。
【專利說明】一種觸摸屏控制電路的檢測系統(tǒng)

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于觸摸屏控制領域，尤其涉及一種電容式觸摸屏控制電路的檢測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 世界上第一個觸摸傳感器由美國人SamHurst發(fā)明，這被視為現(xiàn)代觸摸屏技術(shù)研 發(fā)的開端。2007年iphone手機的推出，成為觸控行業(yè)發(fā)展的一個里程碑。觸摸屏技術(shù)已 經(jīng)成為最簡單、最快捷、最人性化的一種人機交互方式。目前，市場上出現(xiàn)的觸摸屏技術(shù)主 要有以下四種：電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏，紅外式觸摸屏、表面聲波式觸摸屏。其中電容 式觸摸屏又分為表面是電容屏和透射式電容屏，由于透射式電容屏透光率高、無磨損、壽命 長、性能穩(wěn)定，所以透射式電容屏技術(shù)已經(jīng)成為目前市場上主流的觸摸屏技術(shù)。
[0003] 從目前市場上主流的電容檢測技術(shù)來看，他們很多都是只能檢測橫向電極與縱向 電極交叉的地方所形成的電容容值的變化，但是無法檢測到橫向電極與縱向電極分別與地 之間形成的電容容值的變化，即電極與地之間的電容容值的變化無法檢測到。
[0004] 但是目前市場上主流的透射式電容屏觸控技術(shù)大多采用的是互電容檢測原理，互 電容具有同時支持多點的優(yōu)勢，但成本相對較高。而自電容通常只支持兩點加手勢，成本相 對互電容具有很大的優(yōu)勢，主要用于中低端市場。而目前自電容的檢測方式，檢測方式復 雜，動態(tài)范圍小，抗噪聲能力低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種觸摸屏控制電路的檢測系統(tǒng)，旨在解決自電容的檢測方式中檢測 復雜、動態(tài)范圍小、抗噪聲能力低的問題。
[0006] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種觸摸屏控制電路的檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)包括屏體電 容CT、模擬電路及數(shù)字電路，所述屏體電容CT 一端連接所述模擬電路輸入端，所述模擬電 路輸出端連接所述數(shù)字電路輸入端，所述模擬電路包括電荷檢測單元及模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，所 述電荷檢測單元輸出端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸入端，所述數(shù)字電路包括濾波單元、處理 器單元及端口單元，所述處理器單元輸出端連接所述濾波單元輸入端，所述濾波單元輸出 端連接端口單元輸入端，所述電荷檢測單元，用于對觸摸屏中的檢測通道與地之間的電容 容值變化完成對觸摸屏控制電路的檢測；所述屏體電容CT另一端接地。
[0007] 本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述電荷檢測單元包括開關(guān)SW1、開關(guān)SW2、開關(guān) SW3、開關(guān)SW4、開關(guān)SW5、開關(guān)SW6、開關(guān)SW7、開關(guān)SW8、開關(guān)SW9、開關(guān)SW10、開關(guān)SW11、開 關(guān)SW12、開關(guān)SW13、開關(guān)SW14、開關(guān)SW15、補償電容CC、失調(diào)抵消電容CM、檢測電容CS、電 容CA、反饋電容CF及放大器A1，所述開關(guān)SW1 -端分別連接所述開關(guān)SW2、開關(guān)SW4及開 關(guān)SW5的一端，所述開關(guān)SW1的另一端接VDD，所述開關(guān)SW3與所述補償電容CC并聯(lián)后的一 端連接所述開關(guān)SW4的另一端，所述開關(guān)SW3與所述補償電容CC并聯(lián)后的另一端接地，所 述開關(guān)SW5的另一端分別連接所述開關(guān)SW15、開關(guān)SW7、開關(guān)SW9、開關(guān)SW12、開關(guān)SW11、開 關(guān)SW10、檢測電容CS的一端及檢測電容CS的另一端，所述檢測電容CS的另一端還分別連 接所述開關(guān)SW10及開關(guān)SW11的一端，所述開關(guān)SW15的另一端連接所述開關(guān)SW6的一端， 所述開關(guān)SW6的一端還連接所述失調(diào)抵消電容CM的一端，所述失調(diào)抵消電容CM的另一端 分別連接所述開關(guān)SW7的另一端及開關(guān)SW8的一端，所述開關(guān)SW8的另一端接地，所述開關(guān) SW10的另一端接Vref，所述開關(guān)SW11、開關(guān)SW12、開關(guān)SW8的另一端接地，所述開關(guān)SW9的 另一端連接所述開關(guān)SW13與所述電容CA并聯(lián)后的一端，所述開關(guān)SW13與所述電容CA并 聯(lián)后的另一端分別連接所述放大器A1的負輸入端及所述開關(guān)SW14與所述反饋電容CF并 聯(lián)后的一端，所述放大器A1的正輸入端接Vref，所述開關(guān)SW14與所述反饋電容CF并聯(lián)后 與所述放大器A1的輸入端至輸出端并聯(lián)。
[0008] 本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述電荷檢測單元包括電容充電階段、電荷共享階 段、電荷相減階段及電荷轉(zhuǎn)移階段；
[0009] 所述電容充電階段，該階段用于在設定時間內(nèi)對相應的電容充電至需要的電壓， 其相應電容包括屏體電容CT、補償電容CC及失調(diào)抵消電容CM ;
[0010] 所述電荷共享階段，該階段用于通過屏體電容CT和補償電容CC的電荷被檢測電 容CS共享，部分電荷轉(zhuǎn)移到檢測電容CS上來檢測屏體電容CT的電荷；
[0011] 所述電荷相減階段，該階段用于檢測電容CS上的電荷被失調(diào)抵消電容CM減掉增 加信號的動態(tài)范圍；
[0012] 所述電荷轉(zhuǎn)移階段，該階段用于將轉(zhuǎn)移到反饋電容CF的電荷信號進行積累，產(chǎn)生 電壓信號。
[0013] 本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述電荷充電階段中所述開關(guān)SW1、開關(guān)SW4、開關(guān) SW6、開關(guān)SW8、開關(guān)SW11、開關(guān)SW12、開關(guān)SW13、開關(guān)SW14均閉合，其他開關(guān)均斷開構(gòu)成充 電電路完成屏體電容CT、補償電容CC及失調(diào)抵消電容CM充電。
[0014] 本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述電荷共享階段中所述開關(guān)SW4、開關(guān)SW5、開關(guān) SW6、開關(guān)SW8、開關(guān)SW11、開關(guān)SW13、開關(guān)SW14均閉合，其余開關(guān)均斷開構(gòu)成電荷共享電路 來完成屏體電容CT和補償電容CC上的電荷被檢測電容CS共享，部分電荷轉(zhuǎn)移到檢測電容 CS上來測量屏體電容CT的電荷。
[0015] 本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述電荷相減階段中所述開關(guān)SW2、開關(guān)SW3、開關(guān) SW7、開關(guān)SW11、開關(guān)SW15均閉合，其余開關(guān)均斷開構(gòu)成電荷相減電路完成檢測電容CS上的 電荷被失調(diào)抵消電容CM減掉增加信號的動態(tài)范圍。
[0016] 本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述電荷轉(zhuǎn)移階段中所述開關(guān)SW7、開關(guān)SW9、開關(guān) SW10、開關(guān)SW15均閉合，其余開關(guān)均斷開構(gòu)成電荷轉(zhuǎn)移電路完成檢測電容CS和失調(diào)抵消電 容CM上的電荷被轉(zhuǎn)移到反饋電容CF進行積累產(chǎn)生電壓信號。
[0017] 本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述電荷檢測單元中的開關(guān)均采用的C-M0S管或 N-M0S 管或 P-M0S 管。
[0018] 本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述電荷檢測單元中開關(guān)信號的時間長度可按需要 調(diào)整。
[0019] 本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述處理器單元采用的80c51單片機或Cortex-M0 單片機或Cortex_M3單片機。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：采用電荷檢測原理，對自電容檢測相對其他檢測方式具有 檢測簡單，動態(tài)范圍大的特點，而且采用多次取平均和周期可調(diào)節(jié)的方式，大大的增強抗噪 聲能力。該檢測系統(tǒng)實現(xiàn)簡單，適用范圍廣，占用芯片面積少，成本低，效率高。采用開關(guān)控 制的方式實現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)簡單，并且由于只需要幾個開關(guān)就可以實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換，所以占用 的芯片面積很小。由于電路中包含失調(diào)電荷減法模塊，使得輸入信號的范圍大幅度增加，這 樣可以增加屏體的兼容性，可以讓更多的屏體可以使用該電路。利用該電路采用多次采樣 取平均的方法可以大大的增強系統(tǒng)的抗噪聲能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明實施例提供的觸摸屏控制電路的檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明實施例提供的電荷檢測單元電路原理圖；
[0023] 圖3是本發(fā)明實施例提供的電容充電階段示意圖；
[0024] 圖4是本發(fā)明實施例提供的電容充電階段等效電路圖；
[0025] 圖5是本發(fā)明實施例提供的電荷共享階段示意圖；
[0026] 圖6是本發(fā)明實施例提供的電荷共享階段等效電路圖；
[0027] 圖7是本發(fā)明實施例提供的電荷相減階段示意圖；
[0028] 圖8是本發(fā)明實施例提供的電荷相減階段等效電路圖；
[0029] 圖9是本發(fā)明實施例提供的電荷轉(zhuǎn)移階段示意圖；
[0030] 圖10是本發(fā)明實施例提供的電荷轉(zhuǎn)移階段等效電路圖；
[0031] 圖11是本發(fā)明實施例提供的電荷檢測單元的采樣時序圖。

【具體實施方式】
[0032] 附圖標記：10_模擬電路20-數(shù)字電路101-電荷檢測單元102-數(shù)模轉(zhuǎn)換單元 201-濾波單元202-處理器單元203-端口單元
[0033] 如圖1-11所示，本發(fā)明提供的觸摸屏控制電路的檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)包括屏體 電容CT、模擬電路10及數(shù)字電路20,所述屏體電容CT 一端連接所述模擬電路10輸入端， 所述模擬電路10輸出端連接所述數(shù)字電路20輸入端，所述模擬電路10包括電荷檢測單元 101及模數(shù)轉(zhuǎn)換單元102,所述電荷檢測單元101輸出端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元102輸入 端，所述數(shù)字電路20包括濾波單元201、處理器單元202及端口單元203,所述處理器單元 202輸出端連接所述濾波單元201輸入端，所述濾波單元201輸出端連接端口單元203輸入 端，所述電荷檢測單元101，用于檢測觸摸屏中的檢測通道與地之間的電容容值變化完成對 觸摸屏控制電路的檢測；所述屏體電容CT另一端接地。采用電荷檢測原理，對自電容檢測 相對其他檢測方式具有檢測簡單，動態(tài)范圍大的特點，而且采用多次取平均和周期可調(diào)節(jié) 的方式，大大的增強抗噪聲能力。該檢測系統(tǒng)實現(xiàn)簡單，適用范圍廣，占用芯片面積少，成本 低，效率高。
[0034] 所述電荷檢測單元包括開關(guān)SW1、開關(guān)SW2、開關(guān)SW3、開關(guān)SW4、開關(guān)SW5、開關(guān) SW6、開關(guān)SW7、開關(guān)SW8、開關(guān)SW9、開關(guān)SW10、開關(guān)SW11、開關(guān)SW12、開關(guān)SW13、開關(guān)SW14、開 關(guān)SW15、補償電容CC、失調(diào)抵消電容CM、檢測電容CS、電容CA、反饋電容CF及放大器A1，所 述開關(guān)SW1 -端分別連接所述開關(guān)SW2、開關(guān)SW4及開關(guān)SW5的一端，所述開關(guān)SW1的另一 端接VDD，所述開關(guān)SW3與所述補償電容CC并聯(lián)后的一端連接所述開關(guān)SW4的另一端，所述 開關(guān)SW3與所述補償電容CC并聯(lián)后的另一端接地，所述開關(guān)SW5的另一端分別連接所述開 關(guān)SW15、開關(guān)SW7、開關(guān)SW9、開關(guān)SW12、開關(guān)SW11、開關(guān)SW10、檢測電容CS的一端及檢測電 容CS的另一端，所述檢測電容CS的另一端還分別連接所述開關(guān)SW10及開關(guān)SW11的一端， 所述開關(guān)SW15的另一端連接所述開關(guān)SW6的一端，所述開關(guān)SW6的一端還連接所述失調(diào)抵 消電容CM的一端，所述失調(diào)抵消電容CM的另一端分別連接所述開關(guān)SW7的另一端及開關(guān) SW8的一端，所述開關(guān)SW8的另一端接地，所述開關(guān)SW10的另一端接Vref，所述開關(guān)SW11、 開關(guān)SW12、開關(guān)SW8的另一端接地，所述開關(guān)SW9的另一端連接所述開關(guān)SW13與所述電容 CA并聯(lián)后的一端，所述開關(guān)SW13與所述電容CA并聯(lián)后的另一端分別連接所述放大器A1的 負輸入端及所述開關(guān)SW14與所述反饋電容CF并聯(lián)后的一端，所述放大器A1的正輸入端接 Vref，所述開關(guān)SW14與所述反饋電容CF并聯(lián)后與所述放大器A1的輸入端至輸出端并聯(lián)。
[0035] 所述電荷檢測單元包括電容充電階段、電荷共享階段、電荷相減階段及電荷轉(zhuǎn)移 階段；
[0036] 所述電容充電階段，該階段用于在設定時間內(nèi)對相應的電容充電至需要的電壓， 其相應電容包括屏體電容CT、補償電容CC及失調(diào)抵消電容CM ;
[0037] 所述電荷共享階段，該階段用于通過屏體電容CT和補償電容CC的電荷被檢測電 容CS共享，部分電荷轉(zhuǎn)移到檢測電容CS上來檢測屏體電容CT的電荷；
[0038] 所述電荷相減階段，該階段用于檢測電容CS上的電荷被失調(diào)抵消電容CM減掉增 加信號的動態(tài)范圍；
[0039] 所述電荷轉(zhuǎn)移階段，該階段用于將轉(zhuǎn)移到反饋電容CF的電荷信號進行積累，產(chǎn)生 電壓信號。
[0040] 所述電荷充電階段中所述開關(guān)SW1、開關(guān)SW4、開關(guān)SW6、開關(guān)SW8、開關(guān)SW11、開關(guān) SW12、開關(guān)SW13、開關(guān)SW14均閉合，其他開關(guān)均斷開構(gòu)成充電電路完成屏體電容CT、補償電 容CC及失調(diào)抵消電容CM充電。在該階段，相應的電容將在設定時間內(nèi)被充電至需要的電 壓，其中相應的電容包括屏體電容CT、補償電容CC和失調(diào)抵消電容CM。在該階段中，屏體 電容CT和補償電容CC被充電至目標電壓VDD，其他電容上的電荷被完全放掉。在該階段， 開關(guān)SW1閉合，SW4閉合，SW6閉合，SW8閉合，SW11閉合，SW12閉合，SW13閉合，SW14閉合。 其他開關(guān)都斷開。充電完成后，屏體電容CT、補償電容CC和失調(diào)抵消電容CM上面存儲的額 電荷量分別為QCT、QCC和QCM，其中

【權(quán)利要求】
1. 一種觸摸屏控制電路的檢測系統(tǒng)，其特征在于，該檢測系統(tǒng)包括屏體電容CT、模擬 電路及數(shù)字電路，所述屏體電容CT 一端連接所述模擬電路輸入端，所述模擬電路輸出端連 接所述數(shù)字電路輸入端，所述模擬電路包括電荷檢測單元及模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，所述電荷檢測 單元輸出端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸入端，所述數(shù)字電路包括濾波單元、處理器單元及端 口單元，所述處理器單元輸出端連接所述濾波單元輸入端，所述濾波單元輸出端連接端口 單元輸入端，所述電荷檢測單元，用于對觸摸屏中的檢測通道與地之間的電容容值變化完 成對觸摸屏控制電路的檢測；所述屏體電容CT另一端接地。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷檢測單元包括開關(guān)SW1、開 關(guān)SW2、開關(guān)SW3、開關(guān)SW4、開關(guān)SW5、開關(guān)SW6、開關(guān)SW7、開關(guān)SW8、開關(guān)SW9、開關(guān)SW10、開 關(guān)SW11、開關(guān)SW12、開關(guān)SW13、開關(guān)SW14、開關(guān)SW15、補償電容CC、失調(diào)抵消電容CM、檢測 電容CS、電容CA、反饋電容CF及放大器A1，所述開關(guān)SW1 -端分別連接所述開關(guān)SW2、開關(guān) SW4及開關(guān)SW5的一端，所述開關(guān)SW1的另一端接VDD，所述開關(guān)SW3與所述補償電容CC并 聯(lián)后的一端連接所述開關(guān)SW4的另一端，所述開關(guān)SW3與所述補償電容CC并聯(lián)后的另一端 接地，所述開關(guān)SW5的另一端分別連接所述開關(guān)SW15、開關(guān)SW7、開關(guān)SW9、開關(guān)SW12、開關(guān) SW11、開關(guān)SW10、檢測電容CS的一端及檢測電容CS的另一端，所述檢測電容CS的另一端 還分別連接所述開關(guān)SW10及開關(guān)SW11的一端，所述開關(guān)SW15的另一端連接所述開關(guān)SW6 的一端，所述開關(guān)SW6的一端還連接所述失調(diào)抵消電容CM的一端，所述失調(diào)抵消電容CM的 另一端分別連接所述開關(guān)SW7的另一端及開關(guān)SW8的一端，所述開關(guān)SW8的另一端接地，所 述開關(guān)SW10的另一端接Vref，所述開關(guān)SW11、開關(guān)SW12、開關(guān)SW8的另一端接地，所述開 關(guān)SW9的另一端連接所述開關(guān)SW13與所述電容CA并聯(lián)后的一端，所述開關(guān)SW13與所述電 容CA并聯(lián)后的另一端分別連接所述放大器A1的負輸入端及所述開關(guān)SW14與所述反饋電 容CF并聯(lián)后的一端，所述放大器A1的正輸入端接Vref，所述開關(guān)SW14與所述反饋電容CF 并聯(lián)后與所述放大器A1的輸入端至輸出端并聯(lián)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷檢測單元包括電容充電階 段、電荷共享階段、電荷相減階段及電荷轉(zhuǎn)移階段； 所述電容充電階段，該階段用于在設定時間內(nèi)對相應的電容充電至需要的電壓，其相 應電容包括屏體電容CT、補償電容CC及失調(diào)抵消電容CM ; 所述電荷共享階段，該階段用于通過屏體電容CT和補償電容CC的電荷被檢測電容CS 共享，部分電荷轉(zhuǎn)移到檢測電容CS上來檢測屏體電容CT的電荷； 所述電荷相減階段，該階段用于檢測電容CS上的電荷被失調(diào)抵消電容CM減掉增加信 號的動態(tài)范圍； 所述電荷轉(zhuǎn)移階段，該階段用于將轉(zhuǎn)移到反饋電容CF的電荷信號進行積累，產(chǎn)生電壓 信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷充電階段中所述開關(guān)SW1、 開關(guān)SW4、開關(guān)SW6、開關(guān)SW8、開關(guān)SW11、開關(guān)SW12、開關(guān)SW13、開關(guān)SW14均閉合，其他開關(guān) 均斷開構(gòu)成充電電路完成屏體電容CT、補償電容CC及失調(diào)抵消電容CM充電。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷共享階段中所述開關(guān)SW4、 開關(guān)SW5、開關(guān)SW6、開關(guān)SW8、開關(guān)SW11、開關(guān)SW13、開關(guān)SW14均閉合，其余開關(guān)均斷開構(gòu)成 電荷共享電路來完成屏體電容CT和補償電容CC上的電荷被檢測電容CS共享，部分電荷轉(zhuǎn) 移到檢測電容CS上來測量屏體電容CT的電荷。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷相減階段中所述開關(guān)SW2、 開關(guān)SW3、開關(guān)SW7、開關(guān)SW11、開關(guān)SW15均閉合，其余開關(guān)均斷開構(gòu)成電荷相減電路完成檢 測電容CS上的電荷被失調(diào)抵消電容CM減掉增加信號的動態(tài)范圍。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷轉(zhuǎn)移階段中所述開關(guān)SW7、 開關(guān)SW9、開關(guān)SW10、開關(guān)SW15均閉合，其余開關(guān)均斷開構(gòu)成電荷轉(zhuǎn)移電路完成檢測電容CS 和失調(diào)抵消電容CM上的電荷被轉(zhuǎn)移到反饋電容CF進行積累產(chǎn)生電壓信號。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2-7任一項所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷檢測單元中的開 關(guān)均采用的C-MOS管或N-MOS管或P-MOS管。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷檢測單元中開關(guān)信號的時 間長度可按需要調(diào)整。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器單元采用的80c51單片 機或Cortex-MO單片機或Cortex_M3單片機。
【文檔編號】G06F3/044GK104049822SQ201410273191
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】余佳, 朱歡 申請人:深圳貝特萊電子科技有限公司