专利名称：用于红外触摸屏的光电信号接收电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于红外触摸屏的光电信号接收处理电路，属于光电技术领域， 尤其是红外触摸屏使用的光电信号处理技术领域。
背景技术：
现有用于红外触摸屏的光电信号接收处理电路有多种结构，如使用价格高昂的仪 表放大器直接作采样保持的放大的结构；以及用运放构建加法器，将输入信号相减得 到光电信号的结构等等。还有一些其它电路，种类繁多不胜枚举。图1给出了一种比 较常用的电路的原理，由多个相同的通道构成的红外信号接收电路，如8通道，通过 切换开关TS来选择在某一时刻哪一路连接到主放大器Ap的输入端。以第一路为例， 光电信号在与红外接收二极管或者三极管PT1相串联的检测电阻Rl上产生压降，再 通过耦合元件JLll、 JL12以及多路选择开关TS相交连的隔直耦合电容Cinl传送到 Ap。元件JLll、 JL12等连接元件以及切换开关TS，均可以看作是信号通道上的耦合 器件，能够通过直流信号；其中JLll、 JL12—般包含有消振、防自激、箝位等功能， 保证放大器稳定工作；在一些设计中，JL11部分还有取样保持的功能。 .一
由图中的电路可知，当电路正常工作时，即当红外接收管的支路加上如图中波形 101所示的电压时，因为电容两端的电压不能突变，所以隔直耦合电容Cinl的两端的 电压相等，电路的波形如图2所示。单独就某一路而言，以第一路为例，假设通道切 换切换到第一路，当给由红外接收管PT1和电阻R1所在的电路上电以后，放大器Ap 的输入端将会出现一个高电平Vrl。在延迟一段时间后，光电接收电路接收到由红外发 射管发射的红外线，这时接收管PT1的电阻减小，电阻R1两端的电压增加，于是会 出现一个幅值为Vil的脉冲凸起，表明接收电路接收到了红外发射管所发射的红外线。 连续不间断地切换开关TS，放大器Ap的输入端就会出现如图2所示的连续波形。当 然这个波形省略了开关切换时产生的瞬态脉冲和振铃，以及通过放大器的输入阻抗给 电容Cinl Cin8充电造成Vrl逐渐降低的情况，但是依然能说明基本的工作情况。
从图2的波形可以看到，因为不同的红外接收管PT1 PT8性能参数上的离散性， 将会导致不同通道的管子被选通时，各个直流电平的波形201的不一致性。即便这里 红外接收管输出的红外光电信号的幅值201都一样(一般不一样，因每一路发射管的 效率和接收管的灵敏度也都有离散性)，那么输入到放大器Ap输入端的直流电平是不同的，这样放大器的设计就需要考虑在不同直流输入电平下正常工作，在具有较高的 放大倍数以保证足够的信号放大量的同时，还要保证不出现饱和失真等问题。这样放 大器的设计就会变得很困难。尤其目前红外触摸屏的放大器都是由单电源供电，这样 设计起来更为困难。同时，当光电接收管随时间温度等条件变化而产生性能变化时， 原来的放大器设计就更难以满足信号放大的需要。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有用于红外触摸屏的红外光电信号接收电路的缺陷， 公开了一种能够降低放大器设计难度和成本，并具有良好的稳定性的光电信号放大电 路的技术方案。
本发明的光电信号接收电路，包含有红外接收管、与红外接收管相串联的检测电 阻、分别与检测电阻的输出端和红外信号放大器的输入端通过耦合元件相交连的隔直 耦合电容。为了在放大器的输入端保持一个恒定的直流电平，本发明在所述隔直耦合 电容与所述红外信号放大器的连接通道上，还连接有一个接地开关，所述接地开关一 端与所述3隔直耦合电容的、与所述红外信号放大器的输入端相耦合交连的一端相连 接，另一端与输入信号的公共端相连接；所述接地开关还有一个控制端，与控制整个 红外触摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合连接。
因为一般红外触摸屏的发射接收驱动电路都是矩阵结构的，因此常常是多个接收 通道构成一组，如8个通道构成一组，g卩所述红外接收管、检测电阻和隔直电容所 构成的输入电路有多个，因此可以在每一个信号通道中设置一个光电信号放大器，放 大器的输出端，分别与控制触摸屏工作的微控制器系统的I/O端口相连接。更一般的 方案，是各个通道都通过多通道的切换开关来切换到一个放大器的输入端，g卩所述
每一个输入电路的隔直电容，都与所述多路切换开关的一个静触点相连接，红外信号
放大器的输入端与所述多路切换开关的动触点相连；因此所述接地开关可以有两种连 接形式，所用的接地开关的数量也不同。第一种，所述接地开关，连接在红外信号放 大器的输入端与输入信号的公共端之间；所述多路切换开关的切换控制端，与控制整 个红外触摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合连接;第二种，所述接地开关，连接 在所述多路切换开关上的所述静触点与电源的地线端之间；所述多路切换开关的切换 控制端，与控制整个红外触摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合连接。
在本发明中，所述的接地开关和通道切换开关，均为半导体材料制造的微电于模 拟开关。在本发明中，所述的耦合连接元件，是可以通过直流电的元件，如电阻、导线等。 这里所述的耦合连接或者交连，其含义是能通过模拟或者数字形式的光电信号的 连接，其连接通道上可能是直接连接，但更多情况下包含有其它元件；所述控制触摸 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边元 件所构成的系统的I/0接口，如其它放大器或者A/D变换器的输入接口、触发器或者 锁存器、脉冲分配器等外围部件的输出接口。 发明的益处
根据上面对本发明的描述，可以看到本发明利用接地开关，在红外接收管上电后， 首先将光电信号放大器的输入端接地，也就是将加在输入端的不确定的直流电位归零， 克服了现有用于红外触摸屏的光电信号接收电路中的放大器需要预置直流工作点的问 题，在大大简化了放大器设计的同时，还能保证当接收管的性能出现改变时，辟本电 路的适应性和工作的稳定性。
下面将借助附图，来说明本发明的一些实施方案。
图1:现有用于红外触摸屏的光电信号放大电路的基本原理示意图； 图2:.图1所示电路正常工作时放大器输入端的波形； 图3:本发明的基本电路原理示意图4: 一种多通道共用放大器和接地开关的实施方式的电路原理示意图； 图5:图4所示电路正常工作时放大器输入端的波形；
图6: —种多通道独立接地开关但共用放大器的实施方式的电路原理示意图； 图7:图6所示电路正常工作时放大器输入端的波形；
图8: —种各通道的接地开关和放大器均独立的实施方式的电路原理示意图。 图中除了图3所示的原理外，其余给出的都是8通道的接收电路的一些可实施的 结构图，PT1 PT8是1 8通道的红外线接收管；R1 R8是与接收管串联匹配的采样电 阻；几11 JL81、几12 JL82是各个通道上的交连耦合元件，Cinl~Cin8是各个红外信 号接收通道上的隔直电容；101是接收电路正常工作时加在红外接收管支路上的脉冲电 压；102是控制触摸屏系统工作的微控制器系统。
具体实施例方式
图3给出了本发明最基本的电路原理示意图。如图所示，在光电信号放大通道的 隔直耦合电容Cin与光电信号放大器Ap的输入端之间的连接通道上，设置了一+接地开关SW;所述发大器的输出端和接地开关的控制端都与控制触摸屏工作的微控制器系
统的I/O接口相连接。图中的JL1和几2依旧是交连耦合元件。
由于红外触摸屏的红外线发射和接收电路一般都是矩阵结构，常用的基本电路结构
均基于号码为3,764,813、 3，775，560和3,860,754的美国专利以及号码为00121462.4的 中国专利申请中所公开的技术方案，因此接收电路也常常被分为若干组，也就是行列 矩阵的一行或者一列，通常共用一个光电信号放大器。基于这种结构，可以有如下两 个实施方案。
第一个实施方案如图4所示，8个接收通道共用一个光电信号放大器Ap，通过多 路切换开关TS在不同时间将放大器与各个通道相连接；所述的接地开关SW连接在切 换开关TS的动触点与放大器Ap的输入端之间。这个电路的工作原理是当选通电压101 施加到由红外接收管PT1 PT8和检测电阻R1 R8构成的检测支路上以后，微控制器系 统102通过其I/O端口控制多路切换开关TS按顺序将光电信号放大器Ap与各个通道 相连接，在切换完成之后再通过I/0端口控制接地开关SW短暂闭合，将放大器Ap的 输入端的电位下拉为零(本发明中公共端的一般电位)，然后当SW断开后，再控制红 外发射管发射红外脉冲，以保证接收电路能够接收这个脉冲而不会被接地开关SW短 路。这个实施方案的优点是节省元器件，电路板的布线也比较简单；缺点是在切换各 个通道时，因为只有这一个接地开关来分别拉低放大器输入端的电平，因此会有一个 如图5所示的瞬态过程除了放大器的输入端除了会出现一个初始的高电平501以外， 还会在其它通道切换的瞬间出现尖脉冲502。这样在接收起始时间TO和接收到的红外 信号的脉冲宽度t2-tl的宽度一定的情况下，为了避免瞬态过程对放大器的影响，光电 脉冲的读取、放大时间T2-T1就会比较长，完成一行或一列的扫描时间T8就会较长， 降低整个红外触摸屏的响应速度。这个实施方案比较适用于尺寸较小、对电路板的尺 寸要求较严格的应用。
第二个实施方案如图6所示，8个接收通道共用一个光电信号放大器Ap，瑪过多 路切换开关TS在不同时间将放大器与各个通道相连接；所述的接地开关SW连接在隔 直电容Cinl Cin8与切换开关TS的静触点之间。这个电路的工作原理是当选通电压 101施加到由红外接收管PT1 PT8和检测电阻R1 R8构成的检测支路上以后，微控制 器系统102通过其I/O端口控制接地开关SW短暂闭合，将各个隔直电容Cinl Cin8 输出端(语光电信号放大器的输入端对应连接的一段)的电位下拉为零，然后断开SW 以保证接收电路能够接收这个脉冲而不会被短路，再控制红外发射管发射第一个红外脉冲。在发射完第一个红外脉冲之后，微控制器系统再控制多路切换开关TS，按顺序 将光电信号放大器Ap与各个通道相连接，依次放大其它通道的红外光电信号。这个实 施方案的优点是响应速度快，因为如图7所示，这时放大器Ap的输入端已经没有图5 中需要避让的放电尖脉冲502，在红外光电信号脉冲t2-tl的宽度一定的情况下，光电 信号的读取、放大时间T2-T1就会更短一些，因此比较适合对电路板的尺寸要求不十 分严格，但是要求较快的扫描和响应速度的大尺寸红外触摸屏。这个实施结构的缺点 在于需要较多的模拟开关SW，电路板布线等设计工作比较复杂一些。 '
如果在上述的多通道接收电路的结构中使用多个光电信号放大器，如图8所示的8 通道结构使用了八个放大器Apl Ap8，则不仅保留了上述第二种实施结构扫描时间短、 速度快的优点，还可以再需要的时候通过微控制器系统的硬件和软件设计，实现多通 道的并行接受检测，以实现更快的扫描速度或者检测精度。这种实施结构的基本原理 与上述第二种实施方案相同，都是在接收发射管发射的红外脉冲之前将光电信号放大 器的输入端的电位拉低到公共端的电位，然后再或者使用包含在微控制器102之内的 多路选择开关切换的方式来实施顺序放大，或者实施多路并行的放大检测。如果实施 多路并行检测的方案，则微控制器系统内需要包含有相应的数据存储等结构。因为这 部分内容已经超出了本发明的放大电路的内容，故在此不再详细说明。 "
上述实施例所给出的电路结构，是本发明在一般红外发射和接收电路使用矩阵结 构来驱动或者选通的结构的红外触摸屏上的应用实施例，因此并不是本发明接收电路 的全部实施方案。因为任何结构的红外触摸屏的红外接收电路，都需要使用光电信号 放大器来放大红外信号，都可以使用本发明的接收电路。因此，本发明的保护范围并 不局限于上述的具体结构方案。
权利要求
1.一种用于红外触摸屏的光电信号接收电路，包含有红外接收管、与红外接收管相串联的检测电阻、分别与检测电阻的输出端和红外光电信号放大器的输入端通过耦合元件相交连的隔直耦合电容，其特征在于在所述隔直耦合电容与所述红外信号放大器的连接通道上，还连接有一个接地开关，所述接地开关一端与所述隔直耦合电容的、与所述红外信号放大器的输入端相耦合交连的一端相连接，另一端与输入信号的公共端相连接；所述接地开关还有一个控制端，与控制整个红外触摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合连接。
2. 根据权利要求1所述的光电信号接收电路，其特征在于所述红外接收管、检测电 阻和隔直电容所构成的输入电路有多个；并且每一路都包含有一个红外信号放大器; 所述红外信号放大器的输出端，分别与控制触摸屏工作的微控制器系统的IZO端口 相连接。
3. 根据权利要求1所述的光电信号接收电路，其特征在于所述红外接收管、检测电 阻和隔直电容所构成的输入电路有多个；所述隔直电容与所述红外信号放大器的输 入端相连接的耦合交连的通道上，连接有一个多路切换开关；所述每一个输入电路 的隔直电容，都与所述多路切换开关的一个静触点相连接，红外信号放大器的输入 端与所述多路切换开关的动触点相连；所述接地开关，连接在红外信号放大器的输 入端与输入信号的公共端之间；所述多路切换开关的切换控制端，与控制整个红外 触摸屏工作的微控制器的1/0端口相耦合连接。
4. 根据权利要求1所述的光电信号接收电路，其特征在于所述红外接收管、检测电 阻和隔直电容所构成的输入电路有多个；所述隔直电容与所述红外信号放大器的输 入端相连接的耦合交连的通道上，连接有一个多路切换开关；所述每一个输入电路 的隔直电容，都与所述多路切换开关的一个静触点相连接，红外信号放大器的输入 端与所述多路切换开关的动触点相连；所述接地开关，连接在所述多路切换开关上 的所述静触点与电源的地线端之间；所述多路切换开关的切换控制端，与控制整个 红外触摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合连接。
5. 根据权利要求2或3、 4所述的光电信号接收电路，其特征在于所述的开关都是由 半导体材料制作的模拟开关。
6. 根据权利要求1所述的光电信号接收电路，其特征在于所述分别与检测电阻的输 出端和红外信号放大器的输入端相交连的耦合元件，是能通过直流电的电子元件。
全文摘要
一种用于红外触摸屏的光电信号接收电路，包含有红外接收管、与红外接收管相串联的检测电阻、分别与检测电阻和红外光电信号放大器的输入端通过耦合元件相交连的隔直电容，该电路还包括一个接地开关，连接在所述隔直耦合电容与所述红外信号放大器的连接通道与输入信号的公共端之间；其控制端与控制整个红外触摸屏工作的微控制器的I/O端口相耦合连接。本发明利用接地开关，在开始检测红外信号之前，将放大器输入端的不确定的直流电位归零，克服了现有光电信号接收电路中的放大器需要预置直流工作点的问题，大大简化了放大器设计，并且还能保证当接收管的性能出现改变时，放大电路的适应性和工作的稳定性。
文档编号G06F3/041GK101556521SQ20081010351
公开日2009年10月14日 申请日期2008年4月8日 优先权日2008年4月8日
发明者刘建军, 刘新斌, 叶新林 申请人:北京汇冠新技术股份有限公司