使用互电容和自电容感测数据的混合处理计算触摸坐标的制作方法

本申请要求于2017年8月14日提交的美国临时专利申请第62/545,171号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

本公开总体上涉及电容式感测面板，并且更具体地涉及一种用于在互电容数据受到由多个同时触摸引起的串扰干扰的情况下计算触摸坐标的方法。

背景技术：

触摸屏面板通常并入各种电子设备中以检测用户输入(例如，用户触摸或悬停)和显示内容。触摸屏面板既可以用于通过显示面板来显示内容，也可以用于通过电容式感测面板来检测用户触摸/悬停。电容式感测面板通常安装在显示面板之上。显示面板可以利用多种显示技术中的任何一种，包括led、lcd、oled等。电容式感测面板包括以图案布置的电容式感测电路系统的多个层。例如，如图1所示，菱形图案是一种公知的传感器图案，其中互连的菱形结构12的行10与互连的菱形结构16的列14交错。图1中示出了具有3×3阵列布置的这样的电容式感测面板的一小部分。第一组线20连接到行，并且第二组线22连接到列。线20和22耦合到包括驱动电路系统和感测电路系统两者的触摸屏控制器(tsc)电路26。驱动电路系统用于向线20和22中的个体线或组施加信号，并且感测电路系统用于感测线20和22中的个体线或组处的信号。

本领域已知以至少两种不同的模式操作电容式感测面板。

在本文中称为自电容感测模式的第一模式中，tsc电路26操作以感测任何给定行10或列14与面板参考之间的自电容。通过感测给定行10或列14的自电容的变化，tsc电路26可以检测用户在给定行或列处或在其附近触摸或悬停。

在本文中称为互电容感测模式的第二模式中，tsc电路26操作以感测每行10和列12之间的交叉点处的互电容。通过感测行和列之间的给定交叉点处的互电容的变化，tsc电路26可以检测用户在该给定交叉点处或在其附近触摸或悬停。

用于处理收集的电容数据以确定触摸/悬停位置的技术通常使用以下步骤：a)使用固定阈值来对收集的电容数据进行滤波；b)定义仅包括超过固定阈值的电容数据的岛；以及c)计算定义的岛的质心，其提供检测到的触摸/悬停的坐标。

图2a至2d中示出了用于所收集的互电容数据帧的该过程的实现的示例。为了收集该互电容数据，tsc电路26使用驱动电路系统顺序地向行10的每条线20施加ac信号，并且使用耦合到每条线22的感测电路系统来感测行10和列12之间的交叉点处的互电容。行和列的一次完整扫描产生表示在行10和列12之间的每个交叉点处的感测到的电容的互电容数据帧。在图2a的示例中，仅示出了电容式感测面板的行5-13和列21-30的互感测电容数据的子集(应当理解，电容式感测面板可以包括数十或甚至数百个行和列)。该过程中的下一步骤是使用固定的滤波器阈值对互电容数据进行滤波。在这种情况下，例如使用55的滤波器阈值，并且将帧中值低于阈值的所有互电容数据设置为0，如图2b所示。在滤波之后的剩余的互电容数据定义具有边界30的数据岛，如图2c所示。接下来，计算数据岛的质心x，以生成检测到的触摸/悬停的坐标，如图2d所示。在这个示例中，质心x的坐标为psffg＝(25.6，9.13)。

用于定义数据岛并且计算其质心的数学过程是本领域技术人员所公知的。

重要的是，注意，图2a至2d的示例的互电容数据仅涉及对面板的单次触摸。上面对“sffg”的引用表示“单指浮动地面”，其简单地指示所计算的触摸质心p涉及单个(一个)手指触摸。然而，在浮动地面条件下，在发生面板的多个同时触摸的情况下，互感测电容数据将由于串扰而失真。这在图3a至3d的示例中说明。假定对于这个示例，做出与产生图2a的电容数据相同的触摸，以及在某个远离位置(未明确示出)处的在面板上的第二触摸。另外，tsc电路26收集互电容数据。行和列的一次完整扫描产生互电容数据帧，其表示在行10和列12之间的每个交叉点处的感测到的互电容。另外，在图3a的示例中，仅示出了可以包括很多行和列的电容式感测面板的行5-13和列21-30的互感测电容数据的子集。应当注意，即使触摸位于同一位置，由于第二触摸(位于某个远离位置处；未明确示出)的存在而引起的串扰，图3a的互电容数据的值不同于图2a的互电容数据的值。该过程的下一步骤是使用固定的阈值来对电容数据进行滤波。在这种情况下，使用例如55的上述滤波器阈值，并且将帧中值低于阈值的所有互电容数据设置为0，如图3b所示。在滤波之后的剩余的互电容数据定义具有边界30的数据岛，如图3c所示。接下来，计算数据岛的质心x以生成检测到的触摸/悬停的坐标，如图3d所示。在这个示例中，质心x的坐标为pdffg＝(25.7，8.75)。对“dffg”的引用表示“双指浮动地面”，其简单地指示所计算的触摸质心p涉及双(两个)手指触摸。

在双指场景中的质心pdffg＝(25.7，8.75)的计算的坐标明显不同于在单指场景中的质心psffg＝(25.6，9.13)的计算的坐标。因此，清楚的是，互感测电容数据的串扰失真在所计算的触摸坐标中产生误差。本领域需要解决这个问题。

技术实现要素：

在一个实施例中，一种用于处理包括互电容数据和自电容数据的帧的方法包括：使用第一固定阈值对帧的互电容数据进行滤波，以定义仅包括超过第一固定阈值的互电容数据的互电容岛；使用第二固定阈值对帧的自电容数据进行滤波，以定义仅包括超过第二固定阈值的自电容数据的行自电容岛和列自电容岛；计算互电容岛的第一质心；计算行和列自电容岛的第二质心；以及对第一质心和第二质心进行加权混合，以计算提供检测到的触摸/悬停的坐标的混合质心。

结合附图阅读以下对实施例的详细描述，本公开的前述和其他特征和优点将变得更加明显。详细描述和附图仅仅是对本公开的说明，而不是限制由所附权利要求及其等同物限定的本发明的范围。

附图说明

在附图中通过示例的方式示出了实施例，附图不必按比例绘制，附图中的相同的数字指示相似的部分，并且在附图中：

图1示出了现有技术的配置的电容式感测面板和控制电路；

图2a至图2d示出了在单触摸浮动地面条件下由图1中的控制电路实现的用于触摸坐标确定的过程；

图3a至图3d示出在双触摸浮动地面条件下由图1的控制电路进行的触摸坐标确定中引入的误差；

图4示出了使用互电容数据和自电容数据的混合处理来实现用于触摸坐标计算的过程的电容式感测面板和控制电路；以及

图5a至图5d示出了由图4中的控制电路实现的用于使用互电容数据和自电容数据的混合处理的触摸坐标确定的过程。

具体实施方式

图4示出了电容式感测面板和控制电路26'。图4中的控制电路26'与图1中的控制电路26的不同之处在于，控制电路26'执行用于互电容数据和自电容数据的混合处理的数据处理技术28，以解决上述双触摸浮动地面场景中的计算出的触摸坐标中引入误差的问题。本文中公开的用于触摸坐标计算的改进的过程有利地处理用于触摸坐标计算的互电容数据和自电容数据。

使用控制电路26'，根据本领域技术人员公知的并且如本文中一般性讨论的操作，收集互电容数据和自电容数据。用于根据本文中的改进的处理来处理收集的电容数据以确定触摸/悬停位置的技术使用以下步骤：a)使用第一固定阈值对互电容数据进行滤波并且使用第二固定阈值对自电容数据进行滤波；b)定义仅包括超过第一固定阈值的互电容数据的互容岛，并且定义仅包括超过第二固定阈值的自电容数据的两个自电容岛(一个用于行，一个用于列)；c)计算定义的互电容岛的第一质心，并且计算定义的自电容岛的第二质心；d)测量互电容岛的互区域；e)测量两个自电容岛的自交叉区域；f)根据互区域和自交叉区域来定义互权重和自权重；g)根据互权重和自权重来混合第一质心和第二质心以计算提供检测到的触摸/悬停的坐标的混合质心。

图5a至图5d中示出了用于互电容数据和自电容数据的收集的帧的该过程的实现示例。为了收集互电容数据，tsc电路26'使用驱动电路系统向行10的每条线20顺序地施加ac信号，并且使用耦合到每条线22的感测电路系统来感测行10和列12之间的交叉点处的互电容。为了收集自电容数据，tsc电路26'使用感测电路系统来感测每个行线20和列线22处的自电容。行和列的一次完整扫描产生互电容数据和自电容数据的帧，这个帧表示在行10和列12之间的每个交叉点处的感测到的互电容以及每个行10和列12的感测到的自电容。在图5a的示例中，做出与产生图2a的电容数据相同的触摸，以及产生图3a的电容数据的在某个远离位置处的在面板上的相同的第二触摸。在图5a中，仅示出了电容式感测面板的行5-14和列21-30的互感测电容数据和自电容感测数据的子集(再次，应当理解，面板可以包括很多行和列)。互电容数据值在行/列的交叉点处没有下划线地示出，并且自电容数据值针对每行和列以下划线示出(sr指示自电容行数据，而sc指示自电容列数据)。

该过程中的下一步骤是使用固定阈值来对互电容和自电容数据进行滤波。在这种情况下，例如，针对互电容数据使用55的第一滤波器阈值，并且将帧中值低于第一阈值的所有互电容数据设置为0，如图5b所示。此外，针对自电容数据使用例如30的第二滤波器阈值，并且将帧中值低于第二阈值的所有自电容数据也设置为0，也如图5b所示。

滤波后的剩余的电容数据定义数据岛。如图5c所示，剩余的互电容数据定义具有边界36的互数据岛。剩余的自电容数据定义具有边界38r和38c的第一和第二自数据岛(一个用于行，一个用于列)，也如图5c所示。

接下来，计算互信息岛的质心x以生成检测到的触摸/悬停的坐标，如图5d所示。在这个示例中，互数据岛质心x的坐标为pmut＝(25.7，8.75)。如上面结合图3a至3d的psffg所讨论的，由于互电容数据已经在浮动地面条件下被同时的第二触摸扰动，所以这个互数据岛重心x不能准确地反映触摸的位置。此外，计算自数据岛的质心χ以生成检测到的触摸/悬停的坐标，如图5d所示。在这个示例中，自数据岛质心χ的坐标为pself＝(25.8，9.64)。这种自电容质心同样不能准确地反映触摸的位置。本文中公开的过程将混合这些质心以获取更准确的触摸/悬停位置确定。

然后，通过在滤波之后包含在互数据岛内的数据点的数目来确定互电容岛的互区域。在图5d的示例中，互区域等于21。然后，通过由两个自电容数据岛交叉的多个数据点覆盖的区域40来确定自交叉区域。换言之，自交叉区域是行数据岛(边界38r)中的数据点的数目与列数据岛(边界38c)中的数据点的数目的乘积。在图5d的示例中，行数据岛中有8个数据点，并且列数据岛中有7个数据点；因此，自交叉区域等于56。

在一个实现中，互区域可以等于也位于自交叉区域40内的互电容岛内的数据点的数目。在图5d的示例中，互区域的这个不同的计算不会产生差值。然而，可以想象，值高于第一阈值的互电容数据点可以存在于自交叉区域40的外部，并且在这种情况下，这些数据点不会在互区域的计算中作为因素被考虑在内。作为其一个示例，考虑到第9行和第22列之间的交叉点处的互电容值是60而不是15(参见图5d中的括号内的值(60))。该互电容值60将满足第一阈值以被包括在互数据岛的边界36内，但是在自交叉区域40的外部。因此该数据点将不被包括在互区域的确定中。

然后，将互权重值定义为互区域的函数。在一个示例实施例中，互权重(wmut)的值等于互区域的值。因此，wmut＝21。

然后，将自权重值定义为互权重和自交叉区域的函数。在一个示例实施例中，自权重(wself)的值等于自交叉区域减去互权重值。因此，wself＝56-21＝28。

以上仅举例说明了权重值选择技术的一个示例。权重值选择过程的目标是在确定实际触摸位置时选择反映互电容数据和自电容数据的相对可靠性的权重值。如果互区域和自交叉区域40之间的关系指示互电容数据的高等级失真，则自权重wself将相对较高。相反，如果互区域和自交叉区域40之间的关系指示互电容数据的低等级失真，则互权重wmut将相对较高。

可以使用其他权重值选择技术作为替代。作为一个示例，另一权重值选择技术可以使用峰值电容强度的比率来选择权重值。在这种技术中，自权重wself将等于经滤波的电容数据(或自或互)内的最大值，并且互权重wmut将等于自交叉区域40内的经滤波的互电容数据的最大值。作为这种技术在如图5d所示的该经滤波的数据的上下文中的示例，自权重wself＝1056并且互权重wmut＝390。另一示例技术可以使用平均强度来选择权重值。在这种技术中，自权重wself将等于经滤波的自电容值的平均值，并且互权重wmut将等于自交叉区域40内的经滤波的互电容数据的平均值。作为这种技术在如图5d所示的经滤波的数据的上下文中的示例，自权重wself＝480(平均值为480.70)并且互权重wmut＝224(平均值为224.03)。另一示例技术可以使用强度的总和来选择权重值。在这种技术中，自权重wself将等于在自交叉区域内的低于0的未经滤波的互电容数据的总和的绝对值，并且互权重wmut将等于在自交叉区域40内的未经滤波的互电容数据的总和。作为这种技术在具有图5d所示的自交叉区域的如图5a所示的未经滤波的数据的上下文中的示例，自权重wself＝4965并且互权重wmut＝1730(绝对值为-1730)。

该过程的最后的步骤是根据互权重值和自权重值来混合第一和第二质心以计算混合质心。可以使用任何合适的技术来混合质心。作为一个示例，混合质心phyb根据下面的公式通过加权混合来确定：

在一个实施例中，用于混合质心的数学运算如下：

混合质心phyb的坐标为xhyb和yhyb。互电容数据岛质心pmut的坐标为xmut和ymut。自电容数据岛质心pself的坐标为xself和yself。

混合质心phyb的x坐标xhyb通过考虑所确定的互权重(wmut)和自权重(wself)的以下公式来计算：

混合质心phyb的y坐标yhyb通过考虑所确定的互权重(wmut)和自权重(wself)的以下公式来计算：

在如图5a所示的具有互电容数据和自电容数据的示例中，互数据岛质心x的坐标为pmut＝(25.7，8.75)，并且自数据岛质心χ的坐标为pself＝(25.8，9.64)。使用等式(1)和(2)，混合质心+的坐标为phyb＝(25.7，9.30)，其产生如图5d所示的触摸位置。

现在再次参考用于单触摸浮动地面条件的图2a至2d的计算。根据现有技术的用于质心计算单独使用互电容数据，质心x的触摸坐标为psffg＝(25.6，9.13)。混合质心phyb＝(25.7，9.30)坐标与单触摸质心坐标psffg＝(25.6，9.13)的比较表明，计算的混合质心比pmut＝(25.7，8.75)或pself＝(25.8，9.64)更接近于实际触摸坐标。phyb与psffg之间的误差可以如下计算：

将pmut和psffg的x和y坐标值应用于误差等式(3)得到误差值error＝0.38。将phyb和psffg的x和y坐标值应用于误差等式(3)得到误差值error＝0.16。因此，该过程有效地解决了在浮动地面条件下由同时第二触摸引入的触摸坐标计算的误差。

以上描述已经通过示例性和非限制性示例提供了本发明的一个或多个示例性实施例的完整且信息性的描述。然而，当结合附图和所附权利要求阅读时，鉴于前面的描述，各种修改和适应对于相关领域的技术人员来说可以变得很清楚。然而，对本发明的教导的所有这样的和类似的修改仍然落入如所附权利要求限定的本发明的范围内。