专利名称：静电电容式触摸传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种静电电容式触摸传感器。
背景技术：
以往，静电电容式触摸传感器作为移动电话、便携式音响设备、便携式游戏机设备、电视机、个人计算机等各种电子设备的数据输入装置被人们所熟知。在静电电容式触摸传感器中，在人的手指或笔尖等(以下称为人的手指等)触摸或者接近触摸板时，静电电容式触摸传感器通过检测触摸板所具备的电容的容量值随着上述动作所产生的变化来进行接触检测。由于静电电容式触摸传感器的传感器输出值根据其使用环境(例如温度、湿度、 来自周围的电场等)而敏感地发生变化，所以需要对传感器的输入或输出进行偏移调整， 一般称其为校准(calibration)。专利文献1 日本特开2005-190950号公报
发明内容
发明要解决的问题关于校准，最好是在人的手指等没有触摸触摸板的状态下进行该校准，另外，最好是在使用环境稍微变化时进行该校准。然而，使用环境的变化在日常中是频繁发生的，静电电容式触摸传感器并不善于处理这种变化，而校准也需要相当多的时间。另外，在进行校准的过程中，一旦人的手指等触摸到触摸板就会反映出其状态，从而导致进行错误的校准。因此，本发明的目的在于提供一种如下的静电电容式触摸传感器，该静电电容式触摸传感器能够捕捉到人的手指等没有触摸触摸板的瞬间，并在短时间内进行校准。用于解决问题的方案本发明的静电电容式触摸传感器的特征在于，具备传感器电路，其检测触摸板的容量值的变化；校准寄存器，其用于对上述传感器电路的输出值的偏移进行调整；以及控制电路，其根据保存在上述校准寄存器中的校准数据使上述传感器电路进行动作来获取第一传感器输出值，根据上述第一传感器输出值对上述校准数据进行变更，根据变更后的校准数据使上述传感器电路进行动作来获取第二传感器输出值，根据变更前的校准数据使上述传感器电路进行动作来获取第三传感器输出值，在上述第一传感器输出值与上述第三传感器输出值之差小于第一阀值的情况下，对上述第二传感器输出值的偏移和上述第三传感器输出值的偏移的大小进行判断。发明的效果根据本发明的静电电容式触摸传感器，能够缩短校准时间，并且在人的手指等没有触摸到触摸板的瞬间进行与使用环境的变化对应的校准。
图1是表示本发明的实施方式的静电电容式触摸传感器的结构的图。图2是表示本发明的实施方式的静电电容式触摸传感器的信号处理电路的结构的图。图3是表示传感器电路的结构的图。图4是表示校准用的可变电容的结构的图。图5是说明传感器电路的动作的图。图6是示出传感器电路的输出波形的图。图7是静电电容式触摸传感器的动作时序图。图8是说明本发明的静电电容式触摸传感器的校准控制流程的流程图。图9是示出本发明的静电电容式触摸传感器的输出波形的图。图10是示出本发明的实施方式的静电电容式触摸传感器的信号处理电路的结构的图。图11是表示校准控制电路的结构的图。附图标记说明1 触摸面板；2X、2Y 信号处理电路；3 微计算机；4 串行时钟线；5 串行数据线； 10 选择电路；11 控制电路；12 驱动电路；13 反相器；14 差动放大器；15 第一反馈电容；16 第二反馈电容；17 :AD转换器；18 =I2C总线接口电路；19 校准寄存器；20 =EEPROM ； 22,23 布线；30 传感器电路；50 校准控制电路；51 =ADO锁存电路；52 =ADl锁存电路；53 计数器；54 运算电路；55 :AD2锁存电路；56 比较器；57、58、59 寄存器写入电路。
具体实施例方式基于附图对本发明的实施方式的静电电容式触摸传感器进行说明。该静电电容式触摸传感器是包括触摸面板和信号处理电路而构成的，首先对静电电容式触摸传感器的整体结构例进行说明，然后对作为本发明特征的校准控制的结构进行说明。[静电电容式触摸传感器的整体结构]如图1所示，静电电容式触摸传感器100构成为包括触摸面板1、信号处理电路 2X、2Y以及微计算机3。触摸面板1具有沿玻璃基板200上的X方向延伸的X感应线XLl XL4 (本发明的 “触摸板”的一例)和X驱动线DRXL。X驱动线DRXL邻接在各X感应线XLl XL4的两侧而进行配置。触摸面板1还具有沿玻璃基板200上的Y方向延伸并与X感应线XLl XL4 交叉的Y感应线YLl YL4 (本发明的“触摸板”的一例)和Y驱动线DRYL。Y驱动线DRYL 邻接在各Y感应线YLl YL4的两侧而进行配置。X感应线XLl XL4、X驱动线DRXL、Y 感应线YLl YL4以及Y驱动线DRYL之间通过电介质层等彼此电绝缘。信号处理电路2Χ、2Υ在玻璃基板200上被配置成与触摸面板1相邻。信号处理电路2Χ具有第一至第四输入端子Cim CIN4以及输出交流驱动信号的驱动端子⑶RV，第一输入端子Cim与X感应线XLl相连接，第二输入端子CIN2与X感应线XL3相连接，第三输入端子CIN3与X感应线XL2相连接，第四输入端子CIN4与X感应线XL4相连接。驱动端子⑶RV与X驱动线DRXL相连接。
同样地，信号处理电路2Y具有第一至第四输入端子Cim CIN4以及输出交流驱动信号(振幅电压Vref)的驱动端子CDRV，第一输入端子Cim与Y感应线YLl相连接，第二输入端子CIN2与Y感应线YL3相连接，第三输入端子CIN3与Y感应线YL2相连接，第四输入端子CIN4与Y感应线YL4相连接。驱动端子⑶RV与Y驱动线DRYL相连接。信号处理电路2X、2Y还分别具有串行时钟端子SCL和串行数据端子SDA。串行时钟端子SCL共同连接在串行时钟线4上，串行数据端子SDA共同连接在串行数据线5上。在这种情况下，串行时钟线4和串行数据线5形成I2C总线。在玻璃基板200外部的PCB基板(未图示)上设有作为主设备的微计算机3。串行时钟线4、串行数据线5通过FPC (Flexible Printed Circuit 挠性线路板)等连接在微计算机3上。由此，构成为能够在微计算机3与信号处理电路2X、2Y之间进行数据通信。能够通过执行微计算机3内所存储的程序来进行作为本发明的特征的校准控制。[信号处理电路的结构]基于图2对静电电容式触摸面板的信号处理电路2Χ、2Υ的详细结构进行说明。在这种情况下，由于信号处理电路2Χ、2Υ具有相同的结构，因此对信号处理电路2Υ进行说明。如图所示，信号处理电路2Υ构成为包括选择电路10、控制电路11、产生交流驱动信号的驱动电路12、反相器13、第三静电电容C3、第四静电电容C4、差动放大器14、第一反馈电容15、第二反馈电容16、AD转换器17、I2C总线接口电路18、校准寄存器19以及EEPROM 20。控制电路11是基于来自微计算机3的命令对信号处理电路2Y的整体动作(包括校准控制)进行控制的电路。选择电路10具有第一相和第二相，在第一相中选择来自第一输入端子Cim和第二输入端子CIN2的信号。即，第一输入端子Cim通过布线22与差动放大器14的非反相输入端子(+)相连接，第二输入端子CIN2通过布线23与差动放大器14的反相输入端子(_) 相连接。选择电路10在第二相中选择来自第三输入端子CIN3和第四输入端子CIN4的信号。即，第三输入端子CIN3通过布线22与差动放大器14的非反相输入端子(+)相连接， 第四输入端子CIN4通过布线23与差动放大器14的反相输入端子(_)相连接。 第三静电电容C3的一个端子连接在布线22上，第四静电电容C4的一个端子连接在布线23上。第三静电电容和第四静电电容各自的另外一个端子共同连接，这些另外一个端子上施加有反相交流驱动信号*SCDRV，该反相交流驱动信号*SCDRV是来自驱动电路12 的交流驱动信号SCDRV通过反相器13被反转后得到的。由此，如图3所示那样形成差动输入型的传感器电路30。图3表示选择电路10选择了来自第一输入端子cmi、第二输入端子CIN2的信号的情况(第一相)下的结构。在这种情况下，如图1所示，在与第一输入端子cmi相连接的Y感应线YLl和Y驱动线DRYL之间形成第一静电电容Cl，在与第二输入端子CIN2相连接的Y感应线YL3和Y驱动线DRYL 之间形成第二静电电容C2。于是，如图3所示，第一静电电容Cl与第三静电电容C3串联连接，第二静电电容 C2与第四静电电容C4串联连接。来自驱动电路12的交流驱动信号SCDRV被施加到第一静电电容Cl的共同连接节点、即Y驱动线DRYL上。而且，第一静电电容Cl与第三静电电容C3之间的连接节点N2连接在差动放大器14的非反相输入端子(+)上。第二静电电容C2与第四静电电容C4之间的连接节点m连接在差动放大器14的反相输入端子(_)上。差动放大器14的反相输出端子(_)与非反相输入端子(+)之间连接有第一反馈电容15、开关SW1，差动放大器14的非反相输出端子(+)与反相输入端子(_)之间连接有第二反馈电容16、开关SW2。优选的是使第一、第二反馈电容15、16具有相同的容量值Cf。上述差动输入型传感器电路30输出与第一静电电容Cl和第二静电电容C2的容量值之差相应的输出电压Vout。其详细动作在后面叙述。由于传感器电路30的输出电压Vout为模拟信号，因此无法直接进行数字信号处理。因此，AD转换器17将输出电压Vout转换为数字信号。AD转换器17的输出通过I2C总线接口电路18被转换为规定格式的串行数据，并经由串行时钟端子SCL、串行数据端子SDA 被发送到微计算机3。微计算机3对接收到的串行数据进行运算处理，来确定触摸面板1上的触摸位置。另外，通过I2C总线接口电路18将来自微计算机3的命令发送到控制电路11。控制电路11根据接收到的命令对信号处理电路2Y的整体动作(包含校准控制)进行控制。[校准的结构]基于图2至图4对上述传感器电路30的校准的结构进行说明。当初始状态(人的手指等离触摸面板1远到检测不到的程度的状态)下第一静电电容Cl和第二静电电容 C2的容量值存在不平衡、即两者的容量值存在差时，传感器电路30的输出电压Vout产生偏移。这种情况下，输出电压Vout的偏移是指偏离于作为输出电压Vout的中心值的OV 的偏差电压。当输出电压Vout产生偏移时，触摸传感器的检测精确度会变差。另外，如前所述，输出电压Vout会随着其使用环境(例如温度、湿度、来自周围的电场等)而敏感地发生变化，因此需要与使用环境的变化相应地进行偏移调整。因此，以可变电容构成第三静电电容C3和第四静电电容C4，从而构成为能够对输出电压Vout的偏移进行调整。即，基于写入到校准寄存器19的校准数据对第三静电电容 C3和第四静电电容C4的容量值进行调整，以使传感器电路30的输出电压Vout (优选的是进行AD转换后的数字值)的偏移变为所期望的值、优选为最小值。关于传感器电路30的参照图3的校准，优选的是，在初始状态下第一至第四静电电容Cl C4的容量值CAl CA4相等(CAl = CA2 = CA3 = CA4 = C)。但是，例如在由于使用环境的变化而第一静电电容Cl的容量值CAl比第二静电电容C2的容量值CA2大AC的情况(CAl = C+Δ C，CA2 = C)下，输出电压Vout产生偏移。 因此，在这种情况下，通过将第三静电电容C3的容量值CA3调整为比第四静电电容CA4大 Δ C，从而能够使偏移为最小值(OV)。(CA3 = C+ Δ C，CA4 = C)相反地，在第一静电电容Cl的容量值CAl比第二静电电容C2的容量值CA2小AC 的情况(CAl = C-AC,CA2 = C)下，将第三静电电容C3的容量值CA3调整为比第四静电电容 C4 的容量值 CA4 小 Δ C。(CA3 = C-AC, CA4 = C)在这种情况下，作为第三静电电容C3的结构例，如图4所示，第三静电电容C3构成为包括m个静电电容C31 C3m和开关S31 S3m。为使第三静电电容C3的容量值发生细微的变化，优选的是对静电电容C31 C3m的容量值进行加权。例如，如果将C31的容量值设为⑶，则 C32 = 1/2 ‘ C0.C33 = 1/4 'C0.C34 = 1/8 .CO、…C3m = l/2m_1 .CO。并且，根据来自校准寄存器19的对应的m位的校准数据，来对各个开关S31 S3m的接通或断开进行控制。第四静电电容C4也是一样的。根据这种结构，能够根据来自校准寄存器19的对应的2m位的校准数据对第三静电电容C3和第四静电电容C4的容量值进行调整。并且，能够基于传感器电路30的输出电压Vout确定出如该偏移变为所希望的值、优选为最小值这样的2m位的校准数据。所确定出的校准数据被写入并存储到能够电写入和电擦除的非易失性存储器、例如EEPROM 20中。[传感器电路30的动作]接下来，基于图5至图7对上述差动输入型传感器电路30的参照图3的动作进行说明。在这种情况下，设交流驱动信号为高电平(=Vref)和低电平(接地电压=0V)反复交替的时钟信号。另外，如果设来自差动放大器14的反相输出端子(_)的输出电压为Vom， 来自差动放大器14的非反相输出端子(+)的输出电压为Vop，则两者的差电压为输出电压 Vout ( = Vop-Vom)ο传感器电路30具有电荷蓄积模式和电荷传输模式这两种模式，这两种模式交替反复。首先，在执行图5的(a)的电荷蓄积模式时，对第一以及第二静电电容C1、C2施加 Vref。另外，对第三以及第四静电电容C3、C4施加接地电压(OV)。另外，开关SWl以及SW2接通。由此，差动放大器14的反相输出端子㈠与非反相输入端子(+)短接，非反相输出端子(+)与反相输入端子(_)短接。其结果，节点Nl (与反相输入端子(_)相连接的布线节点)、节点N2(与非反相输入端子(+)相连接的布线节
点)、反相输出端子(-)、非反相输出端子⑴的电压被分别设定为*Vref。在这种情况下， 设差动放大器14的普通模式电压为-Vref。接下来，在执行图5的(b)的电荷传输模式时，与电荷蓄积模式时相反地对第一及第二静电电容C1、C2施加接地电压(OV)。另外，对第三以及第四静电电容C3、C4施加Vref。 开关SWl以及SW2断开。并且，设初始状态下的各静电电容的容量值相等(CAl = CA2 = CA3 = CA4 = C)。 另外，设人的手指靠近触摸板的情况下的C1、C2的容量差为AC(CA1-CA2= AC)。在这种
情况下设CA1=C+|AC、CA2=C-|AC。在执行图5的(a)的电荷蓄积模式时，通过下面的式子给出节点W的电荷量。[式1]
节点 N1.的电荷量=(C 一丄 Δ€) ·(-丄 Vref) + C ·(丄 Vref) + Cf-O在此，(C-圣AC).(-去Vref)为C2的电荷量，C · Vref)为C4的电荷
量，Cf ·0( = 0)为Cf的电荷量。在执行图5的(b)的电荷传输模式时，通过下面的式子给出节点m的电荷量。
[式2]
节点 N1 的电荷量=(C —丄 Δ€) ■(丄 Yref) + C · (― | Vref) + Cf - (Vop - ~ Vref)在此，(C-全AC) ·(去Vref)为C2的电荷量，C . (_全Vref)为C4的电荷量，Cf . (Vop-去Vref)为Cf的电荷量。根据电荷守恒原则，电荷蓄积模式时与电荷传输模式时的节点m的电荷量是相等的，因此式1 =式2。当对该方程式求Vop的解时，得到下式。[式3]
权利要求
1.一种静电电容式触摸传感器，其特征在于，具备传感器电路，其检测触摸板的容量值的变化；校准寄存器，其用于对上述传感器电路的输出值的偏移进行调整；以及控制电路，其根据保存在上述校准寄存器中的校准数据使上述传感器电路进行动作来获取第一传感器输出值，根据上述第一传感器输出值对上述校准数据进行变更，根据变更后的校准数据使上述传感器电路进行动作来获取第二传感器输出值，根据变更前的校准数据使上述传感器电路进行动作来获取第三传感器输出值，在上述第一传感器输出值与上述第三传感器输出值之差小于第一阀值的情况下，对上述第二传感器输出值的偏移和上述第三传感器输出值的偏移的大小进行判断。
2.根据权利要求1所述的静电电容式触摸传感器，其特征在于，上述控制电路在上述第二传感器输出值的偏移小于上述第三传感器输出值的偏移的情况下允许变更上述校准数据，在上述第三传感器输出值的偏移小于上述第二传感器输出值的偏移的情况下不允许变更上述校准数据。
3.根据权利要求1所述的静电电容式触摸传感器，其特征在于，上述控制电路在上述第一传感器输出值与上述第三传感器输出值之差小于第一阀值、 且上述传感器电路的输出值的时间变化率小于第二阀值的情况下，判断上述第二传感器输出值和上述第三传感器输出值中哪一个的偏移更小。
4.根据权利要求2所述的静电电容式触摸传感器，其特征在于，上述控制电路在上述第一传感器输出值与上述第三传感器输出值之差小于第一阀值、 且上述传感器电路的输出值的时间变化率小于第二阀值的情况下，判断上述第二传感器输出值和上述第三传感器输出值中哪一个的偏移更小。
5.根据权利要求1 4中的任一项所述的静电电容式触摸传感器，其特征在于，上述第一阀值为上述传感器电路的输出值的最大值的1/10。
6.根据权利要求1 4中的任一项所述的静电电容式触摸传感器，其特征在于，上述控制电路在上述第一传感器输出值与上述第三传感器输出值之差大于第一阀值的情况下不允许变更上述校准数据。
7.根据权利要求5所述的静电电容式触摸传感器，其特征在于，上述控制电路在上述第一传感器输出值与上述第三传感器输出值之差大于第一阀值的情况下不允许变更上述校准数据。
全文摘要
本发明目的在于提供一种能够捕捉到人的手指等没有触摸触摸板的瞬间并在短时间内进行校准的静电电容式触摸传感器。在步骤S10中将第一输出电压(AD0)与第三输出电压(AD2)之差(AD0-AD2)的绝对值和第一阀值(Vtr1)进行比较。在输出电压差(AD0-AD2)的绝对值小于第一阀值(Vr1)的情况下，判断为没有被人的手指等碰到，进入步骤S11，判断第二输出电压(AD1)的偏移和第三输出电压(AD2)的偏移中哪个较小。在其结果为第二输出电压(AD1)的偏移小于第三输出电压(AD2)的偏移的情况下，允许变更为第二校准数据(X1)。
文档编号G06F3/044GK102169400SQ20111004122
公开日2011年8月31日 申请日期2011年2月17日 优先权日2010年2月18日
发明者伊藤浩也, 太田垣贵康, 市川淳启, 长谷川千洋 申请人:安森美半导体贸易公司