信号处理电路、显示装置及信号处理方法与流程

1.本技术涉及半导体技术领域，具体而言，本技术涉及一种信号处理电路、显示装置及信号处理方法。


背景技术：

2.在显示装置中，信号处理电路主要包括电荷放大器、积分器、采样电路和模数转换器等，这些电路或模块均为单端输出，或者说单向放大方式。目前，信号处理电路在一个周期的信号内只采样一次，使得采样数据中低频的噪声较大，降低了采样数据的准确性。
3.同时，现有的信号处理电路需要采用两个采样与保持放大器实现，但是由于采样电容和保持电容本身需要较大的面积，往往带来功耗和面积都比较大的问题，对于功耗和面积有较高要求的应用条件不太适用。


技术实现要素：

4.本技术针对现有方式的缺点，提出一种信号处理电路、显示装置及信号处理方法，用以解决现有技术存在的信号处理电路在一个周期的信号内只采样一次，使得采样数据中低频的噪声较大，降低了采样数据的准确性或者信号处理电路放任功耗和面积都比较大技术问题。
5.第一方面，本技术实施例提供一种信号处理电路，包括：第一开关单元和电荷采样转换单元；
6.第一开关单元的第一端、第二端，分别用于接收第一电压、激励电压信号，第一开关单元的第三端、第四端分别与电荷采样转换单元的反向输入端、正向输入端电连接；第一电压是基于感测生物信号产生的电荷得到；
7.电荷采样转换单元，用于在激励电压信号为第一电平，第一开关单元的第一端与第三端且第二端与第四端导通时，根据激励电压信号和第一电压，从电荷采样转换单元的第一输出端和第二输出端对应输出第一组差分信号；在激励电压信号为第二电平，第一开关单元的第一端与第四端且第二端与第三端导通时，根据激励电压信号和第一电压，从电荷采样转换单元的第一输出端和第二输出端对应输出第二组差分信号。
8.在一个可能的实现方式中，信号处理电路，还包括：
9.控制单元，与第一开关单元电连接，用于在激励电压信号为第一电平时，控制第一开关单元的第一端与第三端且第二端与第四端导通；在激励电压信号为第二电平时，控制第一开关单元的第一端与第四端且第二端与第三端导通。
10.在一个可能的实现方式中，第一开关单元包括第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关和第四控制开关；
11.第一控制开关的第一端和第三控制开关的第一端，共同作为第一开关单元的第二端；
12.第一控制开关的第二端和第二控制开关的第二端，共同作为第一开关单元的第三
端；
13.第二控制开关的第一端和第四控制开关的第一端，共同作为第一开关单元的第一端；
14.第三控制开关的第二端和第四控制开关的第二端，共同作为第一开关单元的第四端；
15.控制单元与第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关和第四控制开关的控制端均电连接，用于控制第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关和第四控制开关的导通和断开。
16.在一个可能的实现方式中，电荷采样转换单元，包括：差分电荷放大器、第一复位模块和第二复位模块；
17.差分电荷放大器的正向输入端、反向输入端、第一输出端、第二输出端，分别作为电荷采样转换单元的正向输入端、反向输入端、第一输出端、第二输出端；
18.第一复位模块的第一端、第二端，分别与差分电荷放大器的反向输入端、第一输出端电连接；
19.第二复位模块的第一端、第二端，分别与差分电荷放大器的正向输入端、第二输出端电连接；
20.第一复位模块包括第一复位电容和第一复位开关，第一复位电容的第一端和第一复位开关的第一端，共同作为第一复位模块的第一端；第一复位电容的第二端和第一复位开关的第二端，共同作为第一复位模块的第二端；
21.第二复位模块包括第二复位电容和第二复位开关，第二复位电容的第一端和第二复位开关的第一端，共同作为第二复位模块的第一端；第二复位电容的第二端和第二复位开关的第二端，共同作为第二复位模块的第二端；
22.控制单元与第一复位开关、第二复位开关均电连接，用于控制第一复位开关、第二复位开关的导通和断开。
23.在一个可能的实现方式中，信号处理电路，还包括：去噪电容；
24.去噪电容的第一端与电荷采样转换单元的反向输入端电连接；
25.去噪电容的第二端用于接收激励电压信号。
26.在一个可能的实现方式中，信号处理电路，还包括：共模电平反馈单元和运算放大器；
27.共模电平反馈单元的第一输入端、第二输入端，分别与电荷采样转换单元的第一输出端、第二输出端电连接；共模电平反馈单元的输出端与运算放大器的输入端电连接；
28.共模电平反馈单元，用于基于一组差分信号、预定共模电压和栅极偏置电压，输出共模电平反馈信号；一组差分信号包括第一组差分信号或第二组差分信号，栅极偏置电压为运算放大器的输入端连接的开关器件的栅极偏置电压。
29.在一个可能的实现方式中，运算放大器，用于基于共模电平反馈信号，从运算放大器的第一输出端、第二输出端对应输出第三组差分信号或第四组差分信号；第三组差分信号的差分信号的平均值为预定共模电压；第四组差分信号的差分信号的平均值为预定共模电压。
30.在一个可能的实现方式中，共模电平反馈单元，包括：第一共模电平反馈子电路；
31.第一共模电平反馈子电路包括第五控制开关、第六控制开关、第七控制开关、第八控制开关、第一电容和第二电容；
32.第五控制开关的第一端、第六控制开关的第一端、第七控制开关的第一端，分别用于接收预定共模电压、栅极偏置电压、一组差分信号中的一个差分信号；
33.第五控制开关的第二端、第七控制开关的第二端与第一电容的第一端均电连接；第六控制开关的第二端、第八控制开关的第二端与第一电容的第二端均电连接；
34.第二电容的第一端与第七控制开关的第一端电连接，第二电容的第二端与第八控制开关的第一端、共模电平反馈单元的输出端均电连接。
35.在一个可能的实现方式中，共模电平反馈单元，还包括：第二共模电平反馈子电路；
36.第二共模电平反馈子电路包括第九控制开关、第十控制开关、第十一控制开关、第十二控制开关、第三电容和第四电容；
37.第九控制开关的第一端、第十控制开关的第一端、第十一控制开关的第一端，分别用于接收预定共模电压、栅极偏置电压、一组差分信号中的另一个差分信号；
38.第九控制开关的第二端、第十一控制开关的第二端与第四电容的第一端均电连接；第十控制开关的第二端、第十二控制开关的第二端与第四电容的第二端均电连接；
39.第三电容的第一端与第十一控制开关的第一端电连接，第三电容的第二端与第十二控制开关的第一端、共模电平反馈单元的输出端均电连接。
40.在一个可能的实现方式中，信号处理电路，还包括：信号转换单元；
41.信号转换单元的第一输入端、第二输入端，分别用于与电荷采样转换单元的第一输出端、第二输出端电连接；
42.信号转换单元，用于将第三组差分信号进行比较或将第四组差分信号进行比较，得到比较结果，将比较结果转换为数字信号。
43.第二方面，本技术实施例提供一种显示装置，包括：显示面板和如第一方面的信号处理电路；
44.显示面板包括多个触控电极，触控电极与第一开关单元的第一端电连接。
45.第三方面，本技术实施例提供一种信号处理方法，应用于第一方面的信号处理电路，包括：
46.在第一电荷采样转换阶段，在激励电压信号为第一电平时，在激励电压信号为第一电平时，控制第一开关单元的第一端与第三端且第二端与第四端导通，使得根据激励电压信号和第一电压，从电荷采样转换单元的第一输出端和第二输出端对应输出第一组差分信号；
47.在第二电荷采样转换阶段，在激励电压信号为第二电平时，控制第一开关单元的第一端与第四端且第二端与第三端导通，使得根据激励电压信号和第一电压，从电荷采样转换单元的第一输出端和第二输出端对应输出第二组差分信号。
48.在一个可能的实现方式中，控制第一开关单元的第一端与第三端且第二端与第四端导通，包括：
49.控制第一开关单元的第二控制开关和第三控制开关均导通，第一开关单元的第一控制开关和第四控制开关均断开；
50.控制第一开关单元的第一端与第四端且第二端与第三端导通，包括：
51.控制第一开关单元的第二控制开关和第三控制开关均断开，第一开关单元的第一控制开关和第四控制开关均导通。
52.在一个可能的实现方式中，信号处理方法，还包括：
53.基于一组差分信号、预定共模电压和栅极偏置电压，输出共模电平反馈信号；一组差分信号包括第一组差分信号或第二组差分信号，栅极偏置电压为运算放大器的输入端连接的开关器件的栅极偏置电压；
54.基于共模电平反馈信号，从运算放大器的第一输出端、第二输出端对应输出第三组差分信号或第四组差分信号；第三组差分信号的差分信号的平均值为预定共模电压；第四组差分信号的差分信号的平均值为预定共模电压。
55.本技术实施例提供的技术方案带来的有益技术效果包括：
56.本技术实施例的信号处理电路包括第一开关单元和电荷采样转换单元，可以在激励电压信号为第一电平，第一开关单元的第一端与第三端且第二端与第四端导通，基于激励电压信号，将第一电压转换为第一组差分信号，进行一次采样；在激励电压信号为第二电平，第一开关单元的第一端与第四端且第二端与第三端导通，基于激励电压信号，将第一电压转换为第二组差分信号，进行第二次采样。因此，本技术实施例通过第一开关单元的不同端的导通，可以实现电荷采样转换单元复用两次，在一个激励电压周期内可以采样两次，生成两组差分信号，便于后续处理，大大降低了采样数据中低频的噪声，提高了采样数据的准确性，也方便后续灵活进行信号处理。
57.同时，本技术实施例可以直接采用电荷采样转换单元，省去了现有的信号处理电路的结构中的采用积分器和采样电路，使得信号处理电路需要的功耗或面积大大降低。
58.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
59.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
60.图1为本技术实施例提供的一种信号处理电路的结构示意图；
61.图2为本技术实施例提供的另一种信号处理电路的结构示意图；
62.图3为本技术实施例提供的一种信号处理电路的第一开关单元和电荷采样转换单元的结构示意图；
63.图4为本技术实施例提供的一种信号处理电路应用的触控前端的结构示意图；
64.图5为本技术实施例提供的一种信号处理电路的共模电平反馈单元的结构示意图；
65.图6为本技术实施例提供的一种信号处理电路的运算放大器的结构示意图；
66.图7为本技术实施例提供的一种信号处理电路应用于触控前端的应用场景的结构示意图
67.图8为本技术实施例提供的一种信号处理方法的流程图。
68.附图标记：
69.1-信号处理电路；
70.10-第一开关单元、8-第一控制开关、7-第二控制开关、6-第三控制开关、5-第四控制开关；
71.20-电荷采样转换单元、9-差分电荷放大器、21-第一复位模块、22-第二复位模块、10-第一复位电容、11-第一复位开关、12-第二复位电容、13-第二复位开关、4-去噪电容；
72.30-控制单元；
73.14-共模电平反馈单元；
74.141-第五控制开关、142-第六控制开关、143-第七控制开关、144-第八控制开关、145-第九控制开关、146-第十控制开关、147-第十一控制开关、148-第十二控制开关；
75.17-信号转换电路，171-模数转换器，15-第十三控制开关、16-第十四控制开关；
76.410-触控电容、420-寄生电容、430-触控节点
77.18-运算放大器、181-第一电流源模块、182-第二电流源模块、183-差分对管模块、184-浮空电流模块、185-第一电流镜模块、186-第二电流镜模块。
具体实施方式
78.下面详细描述本技术，本技术的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本技术的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。
79.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
80.本技术的发明人进行研究发现，在显示装置中，信号处理电路主要包括电荷放大器、积分器、采样电路和模数转换器等，这些电路或模块均为单端输出，或者说单向放大方式。采用现有信号处理电路及其系统框架时，其特点为模拟数据处理及整合，适合采用高频率的模拟数字转换器adc，对源数据加数字滤波处理的话比较困难。相关性双采样一开始提出于光电相关的技术领域，但在触控采样系统中没有成熟的相关技术应用。之前提出过一种基本的相关性双采样具体实例，采用两个采样与保持放大器实现，但是由于采样电容和保持电容本身需要较大的面积，因此虽然该种方式匹配性较好，但功耗和面积都比较大，对于功耗和面积有较高要求的应用条件不太适用。
81.本技术提供的信号处理电路、显示装置及信号处理方法，旨在解决现有技术的如上技术问题。
82.下面以具体地实施例对本技术的技术方案以及本技术的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
83.本技术实施例提供一种信号处理电路，参见图1所示，该信号处理电路1包括：第一
开关单元10和电荷采样转换单元20。
84.第一开关单元10的第一端、第二端，分别用于接收第一电压、激励电压信号，第一开关单元10的第三端、第四端分别与电荷采样转换单元20的反向输入端、正向输入端电连接；第一电压是基于感测生物信号产生的电荷得到。
85.电荷采样转换单元20，用于在激励电压信号为第一电平，第一开关单元10的第一端与第三端且第一开关单元10的第二端与第四端导通时，根据激励电压信号和第一电压，从电荷采样转换单元20的第一输出端和第二输出端对应输出第一组差分信号；在激励电压信号为第二电平，第一开关单元10的第一端与第四端且第一开关单元10的第二端与第三端导通时，根据激励电压信号和第一电压，从电荷采样转换单元20的第一输出端和第二输出端对应输出第二组差分信号。
86.可选地，第一组差分信号包括两个差分信号；第二组差分信号包括两个差分信号。电荷采样转换单元20是基于电荷放大器的原理，对第一电压进行采样和转换得到表征第一电压信息的差分信号。
87.可选地，本技术实施例的第一电平低于第二电平，即第一电平为低电平，第二电平为高电平。同理，第一电平为高电平，第二电平为低电平，第一开关单元10的各端导通的原理一样。
88.可选地，生物信号是与生物的身体相关的信号，生物信号可以是用户下意识地控制的自主信号，例如：手指接触触控屏；生物信号也可以是用户自主身体功能生成的信号，例如：包括心电图信号、脑电图信号、肌电图信号、眼电图信号、皮电电势或任何其他合适类型的生物电信号中的至少一种。
89.可选地，第一电压可以是对应显示面板的触控电极接受的输出电荷c得到，实现了电荷c转换为电压信号。
90.本技术实施例通过第一开关单元10的不同端的导通，可以实现电荷采样转换单元复用两次，在一个激励电压周期内可以采样两次，生成两组差分信号，大大降低了采样数据中低频的噪声，提高了采样数据的准确性，也方便后续灵活进行信号处理。
91.同时，本技术实施例可以直接采用电荷采样转换单元20，省去了现有的信号处理电路的结构中的采用积分器和采样电路，使得信号处理电路需要的功耗或面积大大降低。
92.本技术实施例是在一个激励电压信号周期内，通过不同控制开关断开和导通的组合，实现电荷采样转换单元20被二次复用，包括但不限于开关组合逻辑控制的改变，均在本专利保护范围之内。
93.在一些实施例中，参见图2所示，信号处理电路1，还包括：控制单元30。
94.控制单元30与第一开关单元10电连接，控制单元30用于在激励电压信号为第一电平时，控制第一开关单元10的第一端与第三端且第二端与第四端导通；在激励电压信号为第二电平时，控制第一开关单元10的第一端与第四端且第二端与第三端导通。
95.可选地，第一开关单元10为多个控制开关的组合，通过控制部分控制开关断开和部分控制开关导通的形式，使得第一开关单元10的不同端导通，使得对应的信号输入电荷采样转换单元20。
96.在一些实施例中，参见图3所示，第一开关单元10包括第一控制开关8、第二控制开关7、第三控制开关6和第四控制开关5。
97.第一控制开关8的第一端和第三控制开关6的第一端，共同作为第一开关单元10的第二端。
98.第一控制开关8的第二端和第二控制开关7的第二端，共同作为第一开关单元10的第三端。
99.第二控制开关7的第一端和第四控制开关5的第一端，共同作为第一开关单元10的第一端。
100.第三控制开关6的第二端和第四控制开关5的第二端，共同作为第一开关单元10的第四端。
101.控制单元30与第一控制开关8、第二控制开关7、第三控制开关6和第四控制开关5的控制端均电连接，用于控制第一控制开关8、第二控制开关7、第三控制开关6和第四控制开关5的导通和断开。
102.可选地，控制单元30基于激励电压信号和采样信号，控制第一开关单元10的不同端的导通。采样信号为触发电荷采样转换单元20进行第一电压的信号采样的信号。
103.可选地，控制单元30可以为逻辑控制电路，逻辑控制电路接收激励电压信号和采样信号，并根据接收到的激励电压信号和采样信号输出控制信号至第一开关单元10的各个控制开关。本领域技术人员可根据实际设计选择控制单元30输入端连接的信号，使得控制单元30输出的控制信号满足上述条件即可。
104.可选地，本技术实施例中出现的控制开关的控制端均可与控制单元30电连接，通过控制单元30的控制时序控制各控制开关的导通和断开。
105.可选地，第一开关单元10也可以只包括两个控制开关，一个控制开关可以控制两条通路。例如，一个控制开关的一端与电荷采样转换单元20的正向输入端电连接，另一端可以与第一开关单元10的第一端或第二端电连接；一个控制开关的一端与电荷采样转换单元20的反向输入端电连接，另一端可以与第一开关单元10的第一端或第二端电连接。
106.可选地，参见图3所示，vex表示激励电压信号，high表示高电平(对应第二电平)，low表示低电平(对应第一电平)。激励电压信号vex是具有高低电平的矩形波信号。v
op
表示电荷采样转换单元20的第一输出端输出的信号，v
on
表示电荷采样转换单元20的第二输出端输出的信号，v
op
和v
on
形成一组差分信号。在激励电压信号为第一电平时，输出的一组差分信号为第一组差分信号；在激励电压信号为第二电平时，输出的一组差分信号为第二组差分信号。
107.参见图3所示，当激励电压信号vex为一个周期内的低电平时，第二控制开关7和第三控制开关6导通，第一控制开关8和第四控制开关5断开，激励电压信号vex连接至电荷采样转换单元20的正向输入端，第一电压vi信号连接至电荷采样转换单元20的反向输入端。因为激励电压信号vex此时为低电平且连接在电荷采样转换单元20的正向输入端，从而产生v
op
大于v
on
的差分信号输出，即第一组差分信号输出。
108.反之，当激励电压信号vex信号为一个周期内的高电平时，开关部件第二控制开关7和第三控制开关6断开，第一控制开关8和第四控制开关5导通，激励电压信号vex连接至电荷采样转换单元20的反向输入端，第一电压vi信号连接至电荷采样转换单元20的正向输入端。因为激励电压信号vex此时为高电平且连接在电荷采样转换单元20的反向输入端，从而产生v
op
小于v
on
的差分信号输出，即第二组差分信号输出。
109.在一些实施例中，参见图3所示，电荷采样转换单元20，包括：差分电荷放大器9、第一复位模块21和第二复位模块22。
110.差分电荷放大器9的正向输入端、反向输入端、第一输出端、第二输出端，分别作为电荷采样转换单元20的正向输入端、反向输入端、第一输出端、第二输出端。
111.第一复位模块21的第一端、第二端，分别与差分电荷放大器9的反向输入端、第一输出端电连接。
112.第二复位模块22的第一端、第二端，分别与差分电荷放大器9的正向输入端、第二输出端电连接。
113.第一复位模块21包括第一复位电容10和第一复位开关11，第一复位电容10的第一端和第一复位开关11的第一端，共同作为第一复位模块21的第一端；第一复位电容10的第二端和第一复位开关11的第二端，共同作为第一复位模块21的第二端。
114.第二复位模块22包括第二复位电容12和第二复位开关13，第二复位电容12的第一端和第二复位开关13的第一端，共同作为第二复位模块22的第一端；第二复位电容12的第二端和第二复位开关13的第二端，共同作为第二复位模块22的第二端。
115.控制单元30与第一复位开关11、第二复位开关13均电连接，用于控制第一复位开关11、第二复位开关13的导通和断开。
116.可选地，参见图3所示，ca表示分电荷放大器9，cfb1表示第一复位电容10，cfb2表示第二复位电容12，reset1表示第一复位开关11，reset2表示第二复位开关13。
117.可选地，第一电压vi信号通过第四控制开关5和第二控制开关7分别连接至差分电荷放大器9的正向输入端和反向输入端，差分电荷放大器9的正向输入端和反向输入端再通第三控制开关6和第一控制开关8开关连接激励电压信号vex。差分电荷放大器9的反向输入端和差分信号v
op
之间连接电容cfb1和复位开关reset1，差分电荷放大器9的正向输入端和差分信号v
on
之间连接电容cfb2和复位开关reset2。第一电压vi到差分电荷放大器9的输出部分实现的功能为将电荷转换成电压，实现检测信号的产生。
118.参见图3所示，当激励电压信号vex在一个周期内的低电平阶段，进行第一次电荷采样处理，由于差分电荷放大器9的两端输入均为激励电压信号vex的低电平，在第一复位开关11和第二复位开关13复位后，电容cfb2作用于差分电荷放大器9的正向输入端和第二输出端，开始由于第二复位开关13导通，电容cfb2上的电荷为0，当第二复位开关13断开后，由于差分电荷放大器9的反向输入端与正向输入端存在电压差，经过差分电荷放大器9放大后，得到v
op
和v
on
的信号。因为激励电压信号vex此时为低电平且接在正向输入端，从而产生v
op
大于v
on
的差分信号。反之，当激励电压信号vex在一个周期内的高电平阶段，进行第二次电荷采样处理，与第一次电荷采样处理的原理类似。因为激励电压信号vex此时为高电平且接在反向输入端，从而产生v
op
小于v
on
的差分信号。
119.可选地，参见图4所示，作为一种示例，第一电压vi是基于手指触摸触控屏产生电荷c得到，第一开关单元10的第一端与触控前端结构的触控输出端电连接，触控前端结构包括触控电容410、寄生电容420和触控节点430。在图4中，cf代表触控电容410，cp代表寄生电容420。手指触摸时触摸屏会产生触控节点430到地的触控电容cf，同时因为电子器件不可避免存在寄生电容cp，寄生电容cp指触控节点430到信号线以及到其他触控节点的寄生电容总和，这里的信号线例如为触控触控面板中的栅极(gate)线或数据(data)线。实际应用
中，可以将触控输出端输出的电压vi视作因触控产生的电荷c。
120.可选地，触控检测的电容主要是触控节点到地的电容，参考图3和图4所示，即触控检测的电容主要是触控电容cf，这个电容不算大，如果加入寄生电容cp，那就会将最终检测的电荷c的总量变大，从而导致触控检测错误。
121.基于上述分析，在一些实施例中，信号处理电路1还包括：去噪电容4。
122.去噪电容4的第一端与电荷采样转换单元20的反向输入端电连接；
123.去噪电容4的第二端用于接收激励电压信号。
124.可选地，激励电压信号vex为了观测一个电路系统的特性而输入到电路中的各种电信号，激励电压信号vex也被称作保护信号(guard signal)，它可以有效消除寄生电容带来的对触控电容大小的负面影响。
125.参见图3所示，ccancle表示去噪电容4，vcancle表示去噪电容4的第二端接收的电压信号，vcancle可以为激励电压信号vex。
126.本技术具体实施例设置去噪电容4(即电容ccancle)激励电压信号v
ex
端，可以有效消除寄生电容cp带来的对触控电容cf大小的影响，从而降低触控检测错误。
127.本技术实施例的第一复位电容10、第二复位电容12和去噪电容4的电容均可调节大小，因此当相应的改变其容值大小时，电荷采样转换单元20的输出电压幅值也会相应的改变，从而对于电荷采样转换单元20和信号处理电路的输出信号实现动态可调。
128.在一些实施例中，结合图5和图6所示，信号处理电路1还包括：共模电平反馈单元14和运算放大器18。
129.共模电平反馈单元14的第一输入端、第二输入端，分别与电荷采样转换单元20的第一输出端、第二输出端电连接；共模电平反馈单元14的输出端与运算放大器18的输入端电连接。
130.共模电平反馈单元14，用于基于一组差分信号、预定共模电压和栅极偏置电压，输出共模电平反馈信号；一组差分信号包括第一组差分信号或第二组差分信号，栅极偏置电压为运算放大器18的输入端连接的开关器件的栅极偏置电压。
131.在一些实施例中，参见图5所示，共模电平反馈单元14，包括：第一共模电平反馈子电路。
132.第一共模电平反馈子电路包括第五控制开关141、第六控制开关142、第七控制开关143、第八控制开关144、第一电容和第二电容。
133.第五控制开关141的第一端、第六控制开关142的第一端、第七控制开关143的第一端，分别用于接收预定共模电压、栅极偏置电压、一组差分信号中的一个差分信号。
134.第五控制开关141的第二端、第七控制开关143的第二端与第一电容的第一端均电连接；第六控制开关142的第二端、第八控制开关144的第二端与第一电容的第二端均电连接。
135.第二电容的第一端与第七控制开关143的第一端电连接，第二电容的第二端与第八控制开关144的第一端、共模电平反馈单元14的输出端均电连接。
136.可选地，预定共模电压为后级模数转换器adc的输入共模电平。
137.在一些实施例中，参见图5所示，共模电平反馈单元14，还包括：第二共模电平反馈子电路。
138.第二共模电平反馈子电路包括第九控制开关145、第十控制开关146、第十一控制开关147、第十二控制开关148、第三电容和第四电容。
139.第九控制开关145的第一端、第十控制开关146的第一端、第十一控制开关147的第一端，分别用于接收预定共模电压、栅极偏置电压、一组差分信号中的另一个差分信号。
140.第九控制开关145的第二端、第十一控制开关147的第二端与第四电容的第一端均电连接；第十控制开关146的第二端、第十二控制开关148的第二端与第四电容的第二端均电连接。
141.第三电容的第一端与第十一控制开关147的第一端电连接，第三电容的第二端与第十二控制开关148的第一端、共模电平反馈单元14的输出端均电连接。
142.可选地，参见图5所示，vcm表示预定共模电压、vbn1表示栅极偏置电压、vop1(即对应差分电荷放大器9输出的一个差分信号)表示一组差分信号中的一个差分信号、von1表示一组差分信号中的一个差分信号即(对应差分电荷放大器9输出的另一个差分信号)，vcmfb表示共模电平反馈信号。电容c1、电容c2、电容c3、电容c4分别为第一电容、第二电容、第三电容、第四电容。
143.可选地，参见图5所示，vop1和von1作为共模电平反馈单元14的输入信号，通过对称的电容连接至输出信号vcmfb。vcm为后级模数转换器adc的输入共模电平，也就是本技术实施例的预定共模电压。vbn1为栅极偏置电压(对应图7中mn7和mn8的栅极的偏置电压)，通过第六控制开关142、第七控制开关143、第八控制开关144、第九控制开关145、第十控制开关146、第十一控制开关147和第十二控制开关148将所有电压信号端和电容相连。在相位内，即第五控制开关141和第六控制开关142导通，第九控制开关145和第十控制开关146导通，两个电容c1和电容c4的下极板被充电至vbn1原偏置电压电位，两个电容c1和电容c4的上极板被充电至期望的vcm共模电平电位，这个相位内vcm和偏置电压节点是连接在一起的。在相位内，即第七控制开关143和第八控制开关144导通，第十一控制开关147和第十二控制开关148导通，电容c1和电容c2并联，电容c3和电容c4并联，由于电容上的电压不能突变，假设相位周期足够小，则电容上的电压基本不变。因此vbn1被传至vcmfb，vop1和von2通过已被充电的电容c1、电容c4，将其共模电位连至vcm，得到共模电平反馈信号vcmfb，向运算放大器18的输入端输出。
144.本领域技术人员应该想到的是其他与本技术实施例的共模电平反馈单元14技术或其他同本技术专利原理上类似，但实现方式有区别的，均在本专利保护范围之内。
145.在一些实施例中，参见图6所示，运算放大器18，用于基于共模电平反馈信号，从运算放大器18的第一输出端、第二输出端对应输出第三组差分信号或第四组差分信号；第三组差分信号的差分信号的平均值为预定共模电压；第四组差分信号的差分信号的平均值为预定共模电压。
146.可选地，参见图6所示，第一电流源模块181、第二电流源模块182分别为p型电流源、n型电流源，第一电流源模块181和第二电流源模块182可以选用共源共栅结构放大器cascode形式，提供电流给差分对管模块183。第一电流源模块181由mp3、mp4两个pmos管串联构成，第二电流源模块182由mn3、mn4两个nmos管串联构成差分对管模块183包括mp1、mn1，以及mp2、mn2。mp1和mp2源端相连至第一电流源模块181，mn1和mn2源端相连至第二电
流源模块82，当输入电压inn和inp都较低时，pmos差分对管导通，nmos差分对管关断或弱导通。当输入电压inn和inp都较高时，nmos差分对管导通，pmos差分对管关断或弱导通。第一电流镜模块185、第二电流镜模块186分别为p型和n型的共源共栅结构放大器cascode电流镜，作为折叠共源共栅差分对管的负载。浮空电流模块184为浮空电流部分，本技术实施例的这种基础的电荷放大器结构由于具有n型和p型输入差分对管，因此输入信号的共模范围非常大，可以从地到电源。
147.可选地，参见图6所示，本技术实施例的运算放大器18是轨对轨运算放大器基础实例，第一电流源模块181和第一电流镜模块185为pmos构成的cascode电流镜，提供电流负载。第二电流源模块182和第二电流镜模块186为nmos构成的cascode电流镜，提供电流负载。mp3和mp4的栅端电压为偏置电压vbp1和vbp2，mp5和mp6共栅，栅端电压为偏置电压vbp3，mp7和mp8共栅，栅端电压为偏置电压vbp4。mn3和mn4的栅端电压为偏置电压vbn2和vbn1，mn5和mn6共栅，栅端电压为偏置电压vbn3，mn7和mn8共栅，栅端电压为偏置电压vbn4。差分对管模块183由两对输入对管构成，mn1、mn2以及mp1、mp2，他们的栅端输入电压分别为inp、inn以及inp、inn。mn1、mn2共源，源端信号nvg连接至第二电流源模块182。mp1、mp2共源，源端信号pvg连接至第一电流源模块181。mn1、mn2的漏端电压p12、p11分别连接至mp6、mp5的漏端。mp1、mp2的漏端电压n12、n11分别连接至mn8、mn7的漏端。第一电流镜模块185和第二电流镜模块186之间加入浮空电流模块184，由mp9、mn9以及mp10、mn10构成浮动电流floating current，电流大小由其栅端输入的偏置电压决定。pmg、nmg分别连接至mp7、mn5的漏端，pog、nog分别连接至mp8、mn6的漏端。第二电流镜模块186中nmos电流镜主镜像管mn7和mn8的栅端共同作为运算放大器18的输入端接收共模电平反馈信号vcmfb。
148.可选地，基于图5和图6所示的电路结构，是将差分电荷放大器9是将第一组差分信号和第二组差分信号(对应von1和vop1)基于预定共模电平vcm进行调整后，得到第三组差分信号和第四组差分信号(对应von2和vop2)输出进行后续处理。第三组差分信号的差分信号的平均值为预定共模电压vcm；第四组差分信号的差分信号的平均值为预定共模电压vcm。
149.可选地，运算放大器18可以位于电荷采样转换单元20内。
150.在一些实施例中，信号处理电路1，还包括：信号转换单元17。
151.信号转换单元17的第一输入端、第二输入端，分别用于与电荷采样转换单元20的第一输出端、第二输出端电连接。
152.信号转换单元17，用于将第三组差分信号进行比较或将第四组差分信号进行比较，得到比较结果，将比较结果转换为数字信号。
153.可选地，信号转换单元17，包括：比较器和转换器。
154.比较器的第一输入端、第二输入端，分别作为信号转换电路17的第一输入端、第二输入端。
155.比较器的输出端与转换器的输入端电连接。
156.比较器，用于将第一组差分信号进行比较或将第二组差分信号进行比较，得到比较结果，并向转换器输出比较结果。
157.转换器，用于将比较结果转换为数字信号。
158.考虑到现有技术的信号处理电路均为单端输出，或者说单向放大方式。采用现有
信号处理电路及其系统框架时，其特点为模拟数据处理及整合，适合采用高频率的模数转换器，对源数据加数字滤波处理比较困难。
159.基于现有技术存在的上述问题，本技术的信号处理电路是通过电荷采样转换单元20在一个激励电压周期内进行两次采样，在模数转换器后得到两组采样数据，通过数字电路对源数据的进一步滤噪、整合、处理，能够有效的减小中低频的噪声对采样数据所造成的影响。
160.本技术实施例采用数字滤波时，单个模数转换器的面积可以做的更小，并且模数转换器产生的源数据可以非常容易的通过数字滤波进行算法处理，这样出来的数据应用起来灵活性更高，数据发生偏差的错误会明显减少，采用数字滤波能很好的应用在对模数转换器速度要求不高，但需要面积小，数据更灵活的信号处理电路。
161.由于本技术实施例的信号处理电路可以动态可调的输入电压范围对于模数转换器的性能有着很大的帮助。当模数转换器的性能在某些极端情况下恶化时，减小其输入电压范围的幅值，能够有效提升模数转换器的实际转换有效位数。而且，一个激励电压周期内实现两次采样的双采样概念在触控采样领域的应用能够有效滤除中低频率的噪声，提高整个芯片的抗噪性能、稳定性、灵敏度以及准确性。
162.可选地，比较器和转换器的功能可以通过模数转换器adc的设计得到。
163.可选地，数字前端单元包括转换器，具有将比较结果转换为数字信号的功能。转换器位于数字前端单元内。比较器输出的比较结果直接输出至数字前端单元，在数字前端单元进行比特位数的转换。数字前端单元可以采用数字前端模块(digital front end，dfe)。
164.可选地，本技术实施例的信号转换电路在模拟端，输入信号通过电荷转换电路后，不经过函数int，直接接入模数转换器adc进行模数转换，转换后的数字信号送到数字前端模块dfe部分进行数字积分处理及整合。本技术实施例的信号转换电路基于数字信号处理及整合，比较容易对源数据进行数字滤波处理，适合采用中等频率模数转换器adc进行实现，缺点在于模拟和数字间的交互信号数量太多。
165.可选地，本技术实施例的两组差分信号经模数转换器后得到两组采样数据，通过数字电路对源数据的进一步滤噪、整合、处理，能够有效的减小中低频的噪声对采样数据所造成的影响。
166.本领域技术人员可以理解：本技术实施例能够实现在一个周期内采样两次，从而在模数转换器后得到两组数据信号，因此能够使用的数字滤噪方式可以非常灵活。如采用一种积分式算法、采用平均、加权平均、加权后再积分等等，还可以根据实际需求采用高通滤波、低通滤波等方法，本技术实施例能够有效的降低噪声影响，提升信噪比。
167.在一些实施例中，转换器包括多个数字信号输出端。
168.转换器，用于将比较结果转换为设计位数的多个并行的数字信号，并将多个数字信号通过多个数字信号输出端一一对应输出。
169.可选地，因为本技术信号处理电路1未进行积分处理，因此对于n个触控节点，使用了n个模数转换器(analog to digital converter，adc)。参见图7所示，模数转换器adc有多个数字信号输出端，每个模数转换器adc输出10位数据，总共交互信号变成了10*n个，会使得数字与模拟电路之间的交互端口过多。每个转换器的输出变为串行的数据，即每个转换器输出信号只有1个。可以将比较器输出(即串行数据)直接输入到数字前端单元，将串行
数据在数字前端单元中转为10比特位数的并行数据，这样就可以将n个d[9:0]的数字信号削减为n个d[0]的数字信号，减小了10倍交互信号数量。
[0170]
可选地，本技术实施例模数转换器生成数字数据在数字前端单元可以自由选择数字滤波方式，如图中进行积分，或进行平均、加权平均、加权后再积分等等，并且模数转换器产生的数字数据可以非常容易的通过数字滤波进行算法处理，这样出来的数据应用起来灵活性更高，数据容错纠错即数据发生偏差的错误会明显减少。
[0171]
可选地，参见图7所示，示出一种信号处理电路1的应用场景以及信号处理电路1的具体结构。该信号处理电路1包括依次电连接的第一开关单元10、电荷采样转换单元20、共模电平反馈单元14以及信号转换电路17。图7中，cmfb表示共模电平反馈单元14，adc表示模数转化器171，信号转换电路17包括模数转化器171。运算放大器18未示出，可以位于电荷采样转换单元20的差分电荷放大器9内，差分电荷放大器9输出的第一组差分信号或第二组差分信号输入共模电平反馈单元14，共模电平反馈单元14的输出端与电荷采样转换单元20内的运算放大器18输入端电连接，将共模电平反馈信号vcmfb输出到运算放大器18，经运算放大器18生成的第三组差分信号或第四组差分信号再由电荷采样转换单元20的第一输出端和第二输出端输出，运算放大器18的第一输出端、第二输出端对应与电荷采样转换单元20的第一输出端、第二输出端电连接，也可以是与差分电荷放大器9的第一输出端、第二输出端电连接。
[0172]
可选地，参见图7所示，第一开关单元10和电荷采样转换单元20的电路结构与图3所示的电路结构相同，图7中共模电平反馈单元14可以选用图5所示的共模电平反馈单元14的电路结构，运算放大器18未示出，可以采用图6所述的运算放大器18结构，再此不再赘述。
[0173]
可选地，参见图7所示，信号转换电路17包括模数转化器171、第十三控制开关15和第十四控制开关16，第十三控制开关15的第一端、第十四控制开关16的第一端，分别与电荷采样转换单元20的第二输出端、第一输出端电连接(即分别与运算放大器18的第二输出端、第一输出端电连接)，第十三控制开关15的第二端、第十四控制开关16的第二端，分别与模数转换器的第一输入端、第二输入端电连接，模数转换器的第一输入端(正向输入端)、第二输入端(负向输入端)，分别作为比较器的第一输入端、第二输入端。模数转换器包括比较器和转换器，转换器包括多个数字信号输出端，可以将比较结果转换为设计位数的多个并行的数字信号。
[0174]
可选地，v
inn
和v
inp
是与v
op
和v
on
相对应的一组差分信号，也就是第三差分信号或第四差分信号，第十三控制开关15的控制端和第十四控制开关16的控制端与控制单元130电连接，控制单元130用于控制第十三控制开关15和第十四控制开关16的同步导通和断开。
[0175]
基于同一发明构思，本技术实施例提供一种显示装置，包括：显示面板和如本技术任一实施例的信号处理电路1；
[0176]
显示面板包括多个触控电极，触控电极与第一开关单元10的第一端电连接。
[0177]
可选地，触控电极与触控输出端连接，每一个触控电极通过一条触控引线与触控输出端连接。
[0178]
可选地，参见图7所示，提供一种信号处理电路触控技术领域的应用场景，显示面板包括触控屏，触控屏多个触控电极，触控电极对应触控节点430，通过人体与触控节点430接触，产生电荷变化，形成触摸信息，将手指的触摸信息通过采样电路、转换电路、放大电路
等技术转成可以识别的数字信息，进行下一步的显示及反应处理。
[0179]
本技术实施例的显示装置可以广泛应用在手机、平板电脑、车载屏幕、触控电视、触控电子等多种具有触控功能的领域。同时，本技术实施例的信号处理电路也可以应用于其他类似的通过感测生物信号得到相关信息的装置。
[0180]
本技术实施例的显示装置包括信号处理电路，因此具有与上述信号处理电路相同的有益效果，这里不再赘述。
[0181]
基于同一发明构思，本技术实施例提供一种信号处理方法，应用于本技术任一实施例的信号处理电路1，参见图8所示，该信号处理方法包括：步骤s801至步骤s802。
[0182]
s801、在第一电荷采样转换阶段，在激励电压信号为第一电平时，控制第一开关单元10的第一端与第三端且第一开关单元10的第二端与第四端导通，使得电荷采样转换单元20根据激励电压信号和第一电压，从电荷采样转换单元20的第一输出端和第二输出端对应输出第一组差分信号。
[0183]
可选地，第一电平为低电平，第二电平为高电平。
[0184]
可选地，控制单元30接收激励电压信号vex，并根据接收到的激励电压信号vex和采样信号sha输出控制信号至第一开关单元10的各个控制开关，控制各个控制开关对应导通和断开，实现不同的信号输入电荷采样转换单元20。
[0185]
可选地，控制单元30在激励电压信号为第一电平时，控制第一开关单元10的第一端与第三端且第二端与第四端导通，使得电荷采样转换单元20根据激励电压信号和第一电压，从电荷采样转换单元20的第一输出端和第二输出端对应输出第一组差分信号。
[0186]
s802、在第二电荷采样转换阶段，在激励电压信号为第二电平时，控制第一开关单元10的第一端与第四端且第一开关单元10的第二端与第三端导通，使得电荷采样转换单元20根据激励电压信号和第一电压，从电荷采样转换单元20的第一输出端和第二输出端对应输出第二组差分信号。
[0187]
可选地，控制单元30控制第一开关单元10的第一端与第四端且第二端与第三端导通，使得电荷采样转换单元20根据激励电压信号和第一电压，从电荷采样转换单元20的第一输出端和第二输出端对应输出第二组差分信号。
[0188]
可选地，第一电荷采样转换阶段对应激励电压信号的前半个周期，第二电荷采样转换阶段对应激励电压信号的后半个周期。
[0189]
可选地，可以在执行步骤s801之后，执行步骤s802；也可以在执行步骤s802之后，执行步骤s801。
[0190]
在一些实施例中，参见图3所示，控制第一开关单元10的第一端与第三端且第二端与第四端导通，包括：
[0191]
控制第一开关单元10的第二控制开关7和第三控制开关6均导通，第一开关单元10的第一控制开关8和第四控制开关5均断开。
[0192]
控制第一开关单元10的第一端与第四端且第二端与第三端导通，包括：
[0193]
控制第一开关单元10的第二控制开关7和第三控制开关6均断开，第一开关单元10的第一控制开关8和第四控制开关5均导通。
[0194]
可选地，信号处理方法，还包括：
[0195]
在第一电荷采样转换阶段，在激励电压信号为第一电平时，通过第二复位模块22
与差分电荷放大器9的正向输入端、第一输出端的导通和断开，使得差分电荷放大器9的反向输入端与正向输入端存在电压差，经过差分电荷放大器9放大后，得到第一组差分信号。
[0196]
可选地，结合图3所示，当激励电压信号vex在一个周期内的低电平阶段，进行第一次电荷采样处理，由于差分电荷放大器9的两端输入均为激励电压信号vex的低电平，在第一复位开关11和第二复位开关13复位后，电容cfb2作用于差分电荷放大器9的正向输入端和第二输出端，开始由于第二复位开关13导通，电容cfb2上的电荷为0，当第二复位开关13断开后，由于差分电荷放大器9的反向输入端与正向输入端存在电压差，经过差分电荷放大器9放大后，得到v
op
和v
on
的信号。因为激励电压信号vex此时为低电平且接在正向输入端，从而产生v
op
大于v
on
的差分信号。
[0197]
在第二电荷采样转换阶段，在激励电压信号为第二电平时，通过第一复位模块21与差分电荷放大器9的反向输入端、第一输出端的导通和断开，使得差分电荷放大器9的反向输入端与正向输入端存在电压差，经过差分电荷放大器9放大后，得到第二组差分信号。
[0198]
可选地，第二电荷采样转换阶段与第一电荷采样转换阶段原理类似，当激励电压信号vex在一个周期内的高电平阶段，进行第二次电荷采样处理，与第一次电荷采样处理的原理类似。因为激励电压信号vex此时为高电平且接在反向输入端，从而产生v
op
小于v
on
的差分信号。
[0199]
在一些实施例中，信号处理方法，还包括：
[0200]
基于一组差分信号、预定共模电压和栅极偏置电压，输出共模电平反馈信号；一组差分信号包括第一组差分信号或第二组差分信号，栅极偏置电压为运算放大器18的输入端连接的开关器件的栅极偏置电压。
[0201]
基于共模电平反馈信号，从运算放大器18的第一输出端、第二输出端对应输出第三组差分信号或第四组差分信号；第三组差分信号的差分信号的平均值为预定共模电压；第四组差分信号的差分信号的平均值为预定共模电压。
[0202]
可选地，参见图5所示，基于共模电平反馈单元14的电路，基于一组差分信号、预定共模电压和栅极偏置电压，输出共模电平反馈信号，包括：
[0203]
控制第五控制开关141和第六控制开关142导通，第九控制开关145和第十控制开关146导通，使得第一电容和第四电容的下极板被充电至vbn1原偏置电压电位，两个第一电容和第四电容的上极板被充电至期望的vcm共模电平电位。
[0204]
控制第七控制开关143和第八控制开关144导通，第十一控制开关147和第十二控制开关148导通，第一电容和第二电容并联，第三电容和第四电容并联。
[0205]
可选地，上述开关控制之后，vbn1被传至vcmfb，vop1和von1通过已被充电的第一电容、第四电容，将其共模电位连至vcm，得到共模电平反馈信号vcmfb，向运算放大器18的输入端输出。
[0206]
可选地，信号处理方法还包括：信号转换阶段，控制单元30控制第十三控制开关15和第十四控制开关16同步导通。结合图7所示，以转换器位于数字前端单元dfe为例，进行具体的信号转换说明。
[0207]
可选地，控制单元30控制第十三控制开关15和第十四控制开关16同步导通之后，还包括：
[0208]
将每个转换器的输出变为串行的数据，将串行数据在数字模块中转为10比特位数
的并行数据。
[0209]
经过上述信号转换过程，可以将n个d[9:0]的数字信号削减为n个d[0]的数字信号，减小10倍交互信号数量，从而基于第一组差分信号和第二组差分信号得到两组数据信号。
[0210]
应用本技术实施例，至少能够实现如下有益效果：
[0211]
(1)本技术实施例的电荷采样转换单元20可以实现一个周期内电荷采样转换为差分输出电压信号，通过交叉变换输入端开关采样通道的电路架构，开启不同的开关组合，可以实现在一个周期内电荷采样两次，便于后续模数转化器171后得到两组采样数据，通过数字电路对源数据的进一步滤噪、整合、处理，能够有效的减小中低频的噪声对采样数据所造成的影响。
[0212]
(2)本技术实施例没有采用采样保持放大器，省去了采样放大器以及相关采样电容和保持电容的面积，同时由于只使用一个差分电荷放大器9，使得信号处理电路1的部分的功耗也可以减小很多。
[0213]
(3)本技术实施例采用共模反馈电路的实现方法，使得电荷能够在一个周期内直接被两次采样转换为具有预定共模电压的差分信号，这种双采样概念在触控采样领域的应用能够有效滤除中低频率的噪声，提高整个芯片的抗噪性能、稳定性、灵敏度以及准确性。
[0214]
(4)本技术实施例的模数转化器171可以通过其转换器的输出变为串行的数据，将串行数据在数字模块中转为10比特位数的并行数据，减小10倍交互信号数量，从而基于第一组差分信号和第二组差分信号得到两组数据信号。
[0215]
本技术领域技术人员可以理解，本技术中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本技术中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本技术中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
[0216]
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0217]
以上所述仅是本技术的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。