专利名称：增益时变声波接触板系统及其控制方法
技术领域：
本发明公开一种声波接触板系统及其控制方法，特别是一种涉及到接触位 置坐标的增益时变的声波接触板系统及其控制方法。
背景技术：
声波接触板装置可以应用在很多领域，较常见的应用是在计算机、电视机、 游戏机和各种专用设备上，作为一种人对机器的输入界面，可以对机器输入类
似按键、线、图形、文字等信息，在专利号CN86102275A文献中，介绍了现有触 摸板的主要技术。声波接触板装置具体的实现也有很多方法，请参看附图l，图 l是其中一种比较常见的声波接触板装置， 一般安装在计算机的显示屏幕的表 面，可以用作坐标、文字、图形等内容的输入。其中包括接触板120和控制板108， 接触板120包括透明材料的基板100， X轴发射换能器104， X轴接收换能器103， Y 轴发射换能器IOI， Y轴接收换能器102， X轴第一反射声栅llO， X轴第二反射声 栅112， Y轴第一反射声栅lll， Y轴第二反射声栅113。每个反射声栅均是由许 多反射单元115构成，并且反射单元115的排列必须为近换能器端疏，远换能器 端密。控制板108包括接收电路、扫描信号发生电路和微控制器，微控制器负责 控制扫描时序、接收时序、计算坐标并和计算机通讯等。在专利号CN86102275A 文献中已叙述了，在每一轴的检测中，近换能器端声波要走的路径短，远换能 器端声波要走的路径长，而声波在接触板上的传播过程中会不断衰减，导致近 换能器端和远换能器端之间的信号强度有数十dB的差别。为了得到检波后接收 周期401期间内有如图4A所展示的幅度比较平整的波形，现有技术采用了反射声 栅反射量变化的技术，即近换能器端反射量小，远换能器端反射量大，以平衡 因传输距离而造成的衰减损失。X轴和Y轴的检测一般是分时检测，同一时间只 有一轴的信号， 一般每一轴每秒钟测量数十次，其过程为由相应的发射换能 器发送声波，声波经过反射声栅扩散到基板，再由相应的反射声栅反射到接收 换能器上，转换出电信号。控制板控制声波的发送，放大接收到的信号，并检 测有没有被接触及接触点位置的坐标。图l所描述的装置，其中的控制板， 一般 都有图2结构的信号接收放大电路部分，X轴接收换能器输出的信号201，由X轴 前置放大器203放大，Y轴接收换能器输出的信号202，由Y轴前置放大器204放 大，X、 Y两轴经放大的信号合成后输入分时共用的主放大器205，信号被主放大器205放大后进入检波电路206，然后输出检波后的信号207。现有技术中，X 轴前置放大器203和Y轴前置放大器204的放大增益是固定的，而主放大器205是 可变放大增益的，这是因为X轴和Y轴需要的放大增益不同。现有技术中，主放 大器增益控制的结构如图3，前置放大器输出的信号301连接到主放大器306，放 大后输出信号302，由一微控制器303输出控制信号给一个数字电位器304，数字 电位器304输出一个增益控制电压305，该电压直接控制主放大器的放大增益。 图l所描述的反射声栅均采用了反射量变化的技术，具体为反射单元115之间的 间隔一端宽， 一端窄，间隔宽的反射声栅反射的声波少，信号能量小；间隔窄 的反射声栅反射的声波多，信号能量大。经上述处理后X轴接收换能器输出的信 号201或Y轴接收换能器输出的信号202强度相对平整，如图4B，最后得到的检波 信号如图4A。如果反射声栅的反射量是均匀的，即对路径远的声波不进行补偿， 则接收X轴换能器输出的信号201或X轴换能器输出的信号202将如有如图4C所 示，信号强度有随时间衰减的特征，最后将导致信号检波后大部分观察不到， 检波后将得到如图4D的信号波形，接收周期401里的大部分信号过小，不能使用。 现时的工艺技术，检波后的信号不能做到完全平整，靠后期微控制器算法处理 来补救， 一般要求能达到在接收周期里未被触摸时，检波出来的信号在最小值 大于1.2伏最大值小于2.3伏之间即可。需要强调的是，现有的信号接收放大电 路，在每一个接收周期401之前，需要预先设定增益控制电压305，整个接收周 期401期间都不变化。因此接收放大器的放大增益，接收周期401期间是固定的， 如图4E所示。而接收周期外的时间是可以调整放大增益的。在专利号02221458. 5 文献中，介绍了级连增大有效触摸区的技术，虽然发射换能器和接收换能器组 数增加了，但每一组的工作过程还是一样。总体而言，为了实现信号最终检波 出来信号比较平整，现有技术的特点是反射声栅反射量变化技术，使的进入 控制板的信号已经是比较平整的，接收放大器在接收周期401里放大增益是固定 的。采用现有技术做成的15寸声波触摸板，反射声栅反射量远端比近端的反射 量大9倍，但随着声波触摸板尺寸的增加，上述比值必须要增加，这在实际生产 中不容易实现。
发明内容
针对上述提到的现有技术中的声波接触板装置的放大增益值固定不变，使 用不方便，且不适合做成大尺寸结构缺点，本发明提供一种新的声波接触板系 统，其采用增益控制在一个接收周期内实时改变放大器的放大增益来满足一个接收周期内不同时间的接收换能器输出的信号对放大增益的要求，使检波后输 出的信号达到相对比较平整。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是 一种增益时变的声波接触板系 统的控制方法，该方法为将接收换能器输出的信号输入与之对应的前置放大 器放大，经前置放大器放大后的信号输入主放大器放大，主放大器放大后的信 号经检波电路检波后输出，如果接收换能器采用多路，多路接收换能器输出的 信号经与之对应的前置放大器放大后信号再，分时输入主放大器进行放大，或 多路接收换能器输出的信号先分时接入共用的前置放大器放大后，信号输入给 主放大器进行放大，增益控制电路控制放大器的放大增益在一个接收周期内随 接收换能器输入信号的变化而变化，以保持检波后的信号平整。
一种增益时变声波接触板系统，声波接触板系统包括接触板和控制板，所 述的接触板包括基板、发射换能器、接收换能器和反射声栅，基板上排列有一 个或一个以上的反射声栅，接收换能器安装在反射声栅一端，发射换能器安装 在反射声栅的一端；所述的控制板为包括一个或多个前置放大器、主放大器、 检波电路、增益控制电路、微控制器、声波产生电路，各个接收换能器输出信 号分别与其相对应的前置放大器输入端连接，各个前置放大器输出端连接在一 起输入给主放大器，或多路接收换能器输出的信号先分时接入共用的前置放大 器放大后，信号输入给主放大器进行放大，主放大器输出端与检波电路输入端 连接，增益控制电路输出端与放大器的增益控制端连接。
本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括
所述的增益控制电路控制主放大器的放大增益在一个接收周期内随接收换 能器输入信号的变化而变化，以保持检波后的信号平整。
所述的增益控制电路分别控制各个前置放大器的放大增益在一个接收周期 内随接收换能器输入信号的变化而变化，以保持检波后的信号平整。
所述的增益控制电路同时控制各个前置放大器和主放大器的放大增益在一 个接收周期内随接收换能器输入信号的变化而变化，以保持检波后的信号平整。
所述的增益控制电路为微控制器。
所述的微控制器控制数模转换器输出电压的变化，控制数模转换器输出电 压控制放大器的放大增益变化。
所述的增益控制电路输出端与主放大器的增益控制端连接。 所述的增益控制电路输出端分别与各个前置放大器的增益控制端连接。
6所述的增益控制电路输出端分别与各个前置放大器和主放大器的增益控制 端连接。
所述的反射声栅远换能器端排列比近换能器端排列紧密。)(改回您原先的 写法，问题不大，其他技术现已没人采用)
所述的增益控制电路为微控制器，微控制器数据输出端与数模转换器输入 端连接，数模转换器输出端与放大器增益控制端连接。
所述的数模转换器为微控制器里的一个功能模块。
本发明的有益效果是本发明通过实时改变放大器的放大增益来实现输出 检波信号的近似平整，其制作成本低，实现简单，而且还降低了声波接触板装 置机械设计的要求，还可方便的应用在大尺寸声波接触板装置上。
下面将结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明的接收电路结构框图。 图3为现有技术中主放大器及增益控制结构框图。 图4A为期望得到的检波输出信号示意图。 图4B为现有技术的接收电路输入信号示意图。 图4C为反射声栅反射量均匀的接收换能器输出的信号示意图。 图4D为反射声栅反射量均匀的接收换能器输出的信号用现有的放大器放 大后的检波信号示意图。
图4E为现有技术的放大器在接收周期的放大增益变化示意图。 图4F为本发明的放大器在接收周期的放大增益变化示意图。 图5为本发明的一种实现方案的结构框图。
图6A为本发明的时变的增益控制电路控制主放大器的放大增益的结构框图。
图6B为本发明的时变的增益控制电路控制前置放大器的放大增益的结构 框图。
图6C为本发明的时变的增益控制电路同时控制前置放大器和主放大器的 放大增益的结构框图。
具体实施例方式
本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。
本实施例中，以两组相对应的发射换能器和接收换能器为例对本发明进行 具体的说明，旨在说明增益控制电路的原理和工作方式，具体实施时，也可采 用多组发射换能器和接收换能器，区别只是在基板100上安装的发射换能器接 收换能的组数增加，对应的前置放大器增加，多路接收换能器输出的信号经与 之对应的前置放大器放大后，信号分时输入主放大器进行放大，或多路接收换 能器输出的信号先分时接入共用的前置放大器放大后，信号输入给主放大器进 行放大。采用了和两组一样的分时处理方法处理多组信号，其基本工作方式与 两组相同接收换能器出来的信号，都经过前置放大器和主放大器放大。
请参看附图1，本发明中的声波接触板系统的机械结构与现有技术中的声波 接触板机械结构大致相同，也是在采用透明材料制成的基板ioo作为主要器件， 基板100设计为长方形，基板100四个边上均设有反射单元115构成的反射声
栅，其中对称的两个边上分别设置为X轴第一反射声栅llO、 x轴第二反射声栅 112，另外两个对称的边上分别设置为Y轴第一反射声栅lll、 Y轴第二反射声 栅113。基板100四个角中，对称的两个角上分别设置有X轴发射换能器104和 Y轴发射换能器101，其余剩下的两个角中的一个角上同时设有X轴接收换能器 103和Y轴接收换能器102。 X轴发射换能器104和Y轴发射换能器101分时发 射出声波能量，经反射单元115反射后由X轴接收换能器103和Y轴接收换能 器102接收，并传输给控制器108。本发明中，反射单元115在基板100上可平 均排布，即反射单元115的间距相同。请参看附图5，附图5为本发明中控制器 108主体部分电路结构框图，接收换能器输出的信号501连接到接收放大电路部 分503，经接收放大电路部分503放大后输出到检波电路506，检波电路506检 波后输出信号502，时变的增益控制电路505输出增益控制信号506，控制接收 放大电路部分503的放大增益。由于声波信号在基板100上传播随时间衰减， 在一般的玻璃材料中，衰减速度大概为ldB/CM，衰减特性基本为线性，其衰 减特性曲线请参看附图4C所示，现以15寸的屏幕为例，对于15寸的屏幕的X 轴，采用反射声栅反射量均匀设计近换能器端和远换能器端将有60dB的信号强 度差，即图4C中接收周期401里接收换能器输出的信号501，信号最大最小的 差值为60dB左右，要使检波后信号比较平整，如图4A，必需要在一个接收周 期401里使放大器增益有60dB的增加量，增益增加要和收换能器输出的信号501 匹配，即基本呈现线性，则放大增益变化曲线如图4F所示，增益的变化量为60dB。不同尺寸的尺寸这增加量是不同的，简单来说即信号大的放大的少些，
信号小的放大的多些，从而得到检波后信号比较平整，如图4A。
对于有多个接收换能器的系统，可以采用分时操作来处理输入信号，即同 一时间只有一轴的信号， 一般每一轴每秒钟测量数十次。
本发明中，具体实施时，时变的增益控制电路对放大器的放大增益控制可
分为以下三种不同形式
第一种，时变的增益控制电路可以只控制主放大器的放大增益，来实现整
个接收放大器的增益变化。具体电路结构请参看附图6A， X轴接收换能器输入 信号601和Y轴接收换能器输入信号602，分别经过各自的X轴前置放大器603 和Y轴前置放大器604放大后输出到主放大器605，然后输出到检波器606输 出检波后的信号608，时变的增益控制电路607输出的控制信号控制主放大器 605的增益。
第二种，时变的增益控制电路可以只控制前置放大器的增益，来实现整个 接收放大器的增益变化。具体电路结构请参看附图6B， X轴接收换能器输入信 号601和Y轴接收换能器输入信号602，分别经过X轴前置放大器603和Y轴 前置放大器604放大后输出到主放大器605，然后输出到检波器606输出检波后 的信号607，时变的增益控制电路608输出的控制信号分别控制X轴前置放大 器603和Y轴前置放大器604的增益。
第三种，时变的增益控制电路还可以同时控制主放大器和前置放大器的增 益，来实现整个接收放大器的增益变化。具体电路结构请参看附图6C， X轴接 收换能器输入信号601和Y轴接收换能器输入信号602，分别经过X轴前置放 大器603和Y轴前置放大器604放大后输出到主放大器605，然后输出到检波 器606输出检波后的信号607，时变的增益控制电路608输出的控制信号分别控 制X轴前置放大器603、 Y轴前置放大器604以及主放大器605的增益。
本发明中，时变的增益控制电路可以通过控制板上的微控制器和一些外围 器件来实现，也可以由其他分立元件实现。时变的增益控制电路采用微控制器 实现时，可由微控制器控制DAC(数模转换器)，由微控制器通过程序来控制DAC 的输出电压，使电压随时间做出相应的变化，从而控制增益控制电路的增益大 小。时变的增益控制电路由分立元件实现时，如果所产生的控制信号的变化使 得放大器的增益变化不能和换能器输出的信号相互匹配时，也就是单纯通过时 变的增益控制电路控制放大器的增益变化不能满足使输出的检波信号达到预期的相对近似平整效果时，可通过修改反射声栅的反射量变化模式来纠正，即是 通过改变反射单元115在基板100上的排布疏密来改变反射量。
本发明还可以和现有技术中改变反射声栅排布疏密来改变反射量的技术结 合应用，这样反射声栅的反射量比值可以设计的比较小，而增益变化量也比较 小。二者结合，使得无论在机械设计还是电气设计上都比较容易实现。
本发明在工作时，在每次发送检测声波之后，接收电路开始接收返回的声
波期间，也就是在接收周期401期间，不断的调整接收放大器的增益随时间变 化，即在接收的时间段里，控制放大器的增益随时间由小变大，使放大后的信 号幅度相对比较平整，而不要求接收换能器输出的信号强度是平直的。从而， 可实现大尺寸声波接触板的设计。
本发明可作为一种人对机器的输入界面广泛应用在计算机、电视机、游戏 机和各种专用设备上，可以对机器输入类似按键、线、图形、文字等信息。
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权利要求
1、一种增益时变的声波接触板系统的控制方法，其特征是所述的该方法为将接收换能器输出的信号输入与之对应的前置放大器放大，经前置放大器放大后的信号输入主放大器放大，主放大器放大后的信号经检波电路检波后输出，如果接收换能器采用多路，多路接收换能器输出的信号经与之对应的前置放大器放大后信号再分时输入主放大器进行放大，或多路接收换能器输出的信号先分时接入共用的前置放大器放大后，信号输入给主放大器进行放大，增益控制电路控制放大器的放大增益在一个接收周期内随接收换能器输入信号的变化而变化，以保持检波后的信号平整。
2、 根据权利要求要求1所述的增益时变的声波接触板系统的控制方法，其特 征是所述的增益控制电路控制主放大器的放大增益在一个接收周期内随 接收换能器输入信号的变化而变化，以保持检波后的信号平整。
3、 根据权利要求要求1所述的增益时变的声波接触板系统的控制方法，其特 征是所述的增益控制电路分别控制各个前置放大器的放大增益在一个接 收周期内随接收换能器输入信号的变化而变化，以保持检波后的信号平 整。
4、 根据权利要求要求1所述的增益时变的声波接触板系统的控制方法，其特 征是所述的增益控制电路同时控制各个前置放大器和主放大器的放大增 益在一个接收周期内随接收换能器输入信号的变化而变化，以保持检波后 的信号平整。
5、 根据权利要求1至4中任意一项所述的增益时变的声波接触板系统的控制 方法，其特征是所述的增益控制电路为微控制器。
6、 根据权利要求5所述的增益时变的声波接触板系统的控制方法，其特征是 所述的微控制器控制数模转换器输出电压的变化，控制数模转换器输出电 压控制放大器的放大增益变化。
7、 实现如权利要求1所述的增益时变的声波接触板系统的控制方法的增益时 变声波接触板系统，其特征是所述的声波接触板系统包括接触板和控制 板，所述的接触板包括基板、发射换能器、接收换能器和反射声栅，基板 上排列有一个或一个以上的反射声栅，接收换能器安装在反射声栅一端， 发射换能器安装在反射声栅的一端；所述的控制板为包括各个前置放大 器、主放大器、检波电路、增益控制电路、微控制器、声波产生电路，各 个接收换能器输出信号分别与其相对应的前置放大器输入端连接，各个前置放大器输出端连接在一起输入给主放大器，或多路接收换能器输出的信 号先分时接入共用的前置放大器放大后，信号输入给主放大器进行放大， 主放大器输出端与检波电路输入端连接，增益控制电路输出端与放大器的 增益控制端连接。
8、 根据权利要求7所述的增益时变声波接触板系统，其特征是所述的增益 控制电路输出端与主放大器的增益控制端连接。
9、 根据权利要求7所述的增益时变声波接触板系统，其特征是所述的增益 控制电路输出端分别与各个前置放大器的增益控制端连接。
10、 根据权利要求7所述的增益时变声波接触板系统，其特征是所述的增益 控制电路输出端分别与各个前置放大器和主放大器的增益控制端连接。
11、 根据权利要求7至10中任意一项所述的增益时变声波接触板系统，其特 征是所述的反射声栅远换能器端比近换能器端排列紧密。(关于此处有 无一个更具体一点的提法，如此说法为一个技术效果，而不是一个技术方 案，恐审查员不能接受，能否给出一个概括性的技术方案的说法？比如排 列紧密的说法概括性不够，但是其是一个具体的技术方案，而换成现在的 说法应该说是一种能达到的技术效果，这样的说法在专利上按规定来说是 不允许的，专利只接受技术方案的说法)
12、 根据权利要求7至10中任意一项所述的增益时变声波接触板系统，其特 征是所述的增益控制电路为微控制器，微控制器数据输出端与数模转换 器输入端连接，数模转换器输出端与放大器增益控制端连接。
13、 根据权利要求12所述的增益时变声波接触板系统，其特征是所述的数 模转换器为微控制器里的一个功能模块。
全文摘要
本发明公开一种声波接触板系统及其控制方法，特别是一种涉及到接触位置坐标的增益时变的声波接触板系统及其控制方法。其采用增益控制在一个接收周期内实时改变放大器的放大增益来满足一个接收周期内不同时间的接收换能器输出的信号对放大增益的要求，使检波后输出的信号达到相对比较平整。本发明通过实时改变放大器的放大增益来实现输出检波信号的近似平整，其制作成本低，实现简单，而且还降低了声波接触板装置机械设计的要求，还可方便的应用在大尺寸声波接触板装置上。
文档编号G06F3/041GK101464755SQ20071012503
公开日2009年6月24日 申请日期2007年12月17日 优先权日2007年12月17日
发明者航 骆 申请人:骆 航;伍颖超;陈 松