差分式互电容测量电路及方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于单片玻璃触控面板多点触摸的差分式互电容测量电路，包括差分放大器、开关电路、电容补偿电路、互补驱动电路、模数转换电路以及控制电路。与现有技术相比，本发明增加了电容补偿电路以及互补驱动电路，测量时补偿电容与驱动电极分别使用互补的第一脉冲和第二脉冲进行驱动，从而消除了自电容变化量对测量结果的影响，使测量结果仅对于互电容变化量敏感，提高单片玻璃触控面板多点触摸时的信噪比。本发明同时公开了一种用于单片玻璃触控面板多点触摸的差分式互电容测量方法。
【专利说明】差分式互电容测量电路及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种触摸屏信号测量方法，尤其涉及一种用于单片玻璃触控面板多点 触摸的差分式互电容测量电路及方法。
【背景技术】
[0002] 投射电容触摸屏与IXD显示屏通过特殊的工艺贴合在一起，可以形成一个完整的 触摸输入并显示输出的人机交互系统。为了使这种人机交互界面（触摸屏+显示屏）更轻 薄，成本更低，人们不断对电容触摸屏的结构进行改进。
[0003] 在传统的多点触摸领域，人们广泛使用如图1(a)所示的双片玻璃触控面板 (Sensor+Cover Lens)。这种结构的电容屏需要两层玻璃分别用作盖板玻璃（Cover Lens) 和传感器玻璃（Sensor Glass)，触摸屏的驱动电极和感应电极通过镀膜和光刻技术分别被 蚀刻在传感器玻璃的两个面上。加工时盖板玻璃、传感器玻璃、LCD面板之间通过光学透明 胶（0CA)粘合在一起，形成一种"三明治"结构的人机交互界面。为了降低LCD面板的显示 噪声（如AC VC0M电压的干扰）对触控面板的影响，触摸屏的感应电极通常被制造在传感 器玻璃远离LCD面板的一侧（外侧），而传感器玻璃靠近LCD面板的一侧（内侧）则被用来 制造驱动电极（驱动电极对噪声不敏感），这使得感应电极距离显示噪声源较远，受到的干 扰较小（有些面板在传感器玻璃和LCD面板贴合时加入专门的气隙（air gap)，以进一步增 大LCD面板与感应层的距离）；同时，为了进一步减少显示噪声的干扰，驱动电极通常会被 制造成宽的、紧密排列的条状结构，覆盖整个传感器玻璃内侧表面，以便于在IXD面板与感 应电极之间形成一个屏蔽层，阻断显示噪声的干扰路径。
[0004] 然而，上述双片玻璃触控面板虽然具有非常好的噪声屏蔽效果，但工艺复杂、成本 高，同时触摸屏较厚，不利于电子产品的轻薄化。针对以上问题，人们提出了采用如图1(b) 所示的单片玻璃触控面板（Touch on Lens)取代图1(a)所示的双片玻璃触控面板的方法。 这种技术方案是将传感器玻璃直接去掉，而将驱动电极和感应电极直接刻蚀在盖板玻璃的 背面，以减少厚度和工艺步骤，节约成本。但是，这种方案存在如下问题：
[0005] (1)需要在盖板玻璃的一个平面上同时制造相互垂直的两个方向上的ΙΤ0电极 (即驱动电极和感应电极）；
[0006] (2)触摸屏的感应电极直接贴合在LCD表面，距离显示噪声源非常近，且无法做出 屏蔽层来阻断干扰路径，从而通过常用的信号传输方式测量触摸信号时会产生严重的显示 噪声干扰。
[0007] 对于上述第一个问题，目前已有很多种解决办法。例如图2(a)是申请号为 201210260421. 9、发明名称为具有单层铟锡化合物电极的投射电容触摸屏面板的专利文件 中公开的技术方案，具体的，图2(a)公开了采用叉指结构避免电极相交的方法；图2(b)是 市场上使用较广泛的一种具有菱形图案的单层ΙΤ0电极的电容触摸面板的设计方案，即采 用金属"搭桥"的方式实现电极连接。上述两种方案都可以实现在单个平面上制造相互垂 直的两个方向上的ΙΤ0电极的目的。
[0008] 对于上述第二个问题，首先参考图3说明通过信号传输方式测量触摸信号时会产 生严重的显示噪声干扰的原理，如图3所示，在多点触摸应用中，我们需要逐个扫描触摸屏 上每个驱动电极和感应电极的交叉点的互电容，图3只是截取了其中一根驱动电极和一根 感应电极的交叉点。每次测量时，都要经历一个电荷初始化过程和测量过程。初始化时， RST开关闭合，驱动电极的初始电压为Vi，电荷被存储在电极交叉点的互电容(；上，存储的 电荷量记为Q?
[0009] QCm = (Vi-Vref)XCM (1)
[0010] 测量过程时，RST开关打开，驱动电压从Vi变化到Vd，存储电荷在互电容CM和参 考电容Cref之间重新分配，根据电荷守恒可知 ：
[0011] (Vd-Vi) XCM = (Vout-Vref) XCref (2)
[0012] 进而可以得到输出信号：
[0013]
【权利要求】
1. 一种用于单片玻璃触控面板多点触摸的差分式互电容测量电路，所述玻璃触控面板 包括多个横向排布的感应电极以及多个纵向排布的驱动电极，所述差分式互电容测量电路 包括差分放大器、开关电路和控制电路，所述差分放大器包括输入端S、输入端N以及差分 输出端，用于线性放大两输入端的电压差并输出差分信号，所述开关电路与所述感应电极、 控制电路、输入端S以及输入端N连接，所述开关电路用于在所述控制电路的控制下选择任 意相邻的两感应电极并分别与所述差分放大器输入端S和输入端N连接，其特征在于，所述 差分式互电容测量电路还包括电容补偿电路和互补驱动电路，所述电容补偿电路的一端与 所述互补驱动电路连接，另一端与所述输入端S以及输入端N连接，所述电容补偿电路用于 提供与所述玻璃触控面板电极间的初始互电容的电容值相同的补偿电容，所述互补驱动电 路与所述控制电路连接，用于提供波形极性互补的第一脉冲和第二脉冲，所述第一脉冲和 第二脉冲中的一者用于驱动所述补偿电容，另一者用于驱动所述驱动电极，所述控制电路 与所述开关电路、互补驱动电路、电容补偿电路以及差分放大器连接，用于控制所述互补驱 动电路驱动所述补偿电容和任一所述驱动电极，控制所述差分放大器将由于互补驱动所述 补偿电容和所述玻璃触控面板电极间的互电容所导致的电压差模量线性放大输出以得到 一差分电压信号。
2. 如权利要求1所述的用于单片玻璃触控面板多点触摸的差分式互电容测量电路，其 特征在于，所述差分放大器具体为可编程增益差分放大器，所述电容补偿电路具体为可编 程电容阵列，所述可编程电容阵列与所述控制电路连接，用于在所述控制电路的控制下自 动调节电容值以得到与所述玻璃触控面板感应电极与驱动电极间的初始互电容的电容值 相同的所述补偿电容。
3. 如权利要求1所述的用于单片玻璃触控面板多点触摸的差分式互电容测量电路，其 特征在于，所述开关电路具体为模拟多路开关电路，所述模拟多路开关电路包括多路开关， 多路所述开关的一端分别与多路所述感应电极连接，多路所述开关的另一端与所述输入端 S和输入端N连接，用于在所述控制电路的控制下选择任意相邻的两所述感应电极。
4. 如权利要求1所述的用于单片玻璃触控面板多点触摸的差分式互电容测量电路，其 特征在于，还包括参考电压产生电路和初始化开关，所述初始化开关的一端与所述参考电 压产生电路连接、另一端与所述差分放大器的输入端S和输入端N连接，所述参考电压产生 电路用于提供参考电压。
5. 如权利要求1所述的用于单片玻璃触控面板多点触摸的差分式互电容测量电路，其 特征在于，还包括差分数据转换电路与接口电路，所述差分数据转换电路的输入端与所述 控制电路及所述差分放大器的输出端连接，所述差分数据转换电路的输出端与所述接口电 路连接，所述差分数据转换电路用于将所述差分放大器输出的所述差分电压信号转换为数 字信号，并通过所述接口电路输出。
6. -种用于单片玻璃触控面板多点触摸的差分式互电容测量方法，所述玻璃触控面 板包括多个横向排布的感应电极以及多个纵向排布的驱动电极，其特征在于，包括以下步 骤： 选择相邻的两感应电极，两所述感应电极分别接入差分放大器的输入端S和输入端N ; 选择任一所述驱动电极并以极性互补的两驱动脉冲分别驱动补偿电容和所述驱动电 极，其中两补偿电容分别与差分放大器的输入端S和输入端N连接，两所述补偿电容与所述 玻璃触控面板电极间的初始互电容的电容值相同； 初始化阶段，将两所述感应电极、输入端S和输入端N以及两所述补偿电容预充到一参 考电压，所述补偿电容与所述玻璃触控面板电极间的互电容存储电荷； 测量阶段，所述补偿电容与所述互电容上存储的电荷重新分配，从而导致所述差分放 大器的输入端S和输入端N的电压变化，所述差分放大器将所述输入端S和输入端N间的 电压差模量线性放大输出以得到一差分电压信号； 根据所述差分电压信号计算当前互电容变化量。
7. 如权利要求6所述的用于单片玻璃触控面板多点触摸的差分式互电容测量方法， 其特征在于，在所述初始化阶段，所述补偿电容的驱动脉冲为VCC，所述驱动电极的驱动脉 冲为GND，在所述测量阶段，所述补偿电容的驱动脉冲为GND，所述驱动电极的驱动脉冲为 VCC。
8. 如权利要求6所述的用于单片玻璃触控面板多点触摸的差分式互电容测量方法，其 特征在于，所述"选择相邻的两感应电极"之前还包括： 调整电容补偿电路以使所述补偿电容与所述玻璃触控面板驱动电极与感应电极间的 初始互电容的电容值相同。
9. 如权利要求6所述的用于单片玻璃触控面板多点触摸的差分式互电容测量方法，其 特征在于，所述"所述差分放大器将所述输入端S和输入端N间的电压差模量线性放大输出 以得到一差分电压信号"之后还包括： 将所述差分电压信号转换为数字信号并通过接口电路输出。
【文档编号】G06F3/044GK104090698SQ201410329119
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】李博, 汪玉龙 申请人:东莞市乐升电子有限公司