CN116243825B - 一种基于电容检测的触控检测芯片及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于电容检测的触控检测芯片及装置，它包括电容检测模块、单端单元和计算单元，电容检测模块包括m+1个电容检测RX引脚和m个差分单元；每两个电容检测RX引脚与一个差分单元连接，接收电容式触摸装置的电容变化量信号，通过对应连接差分单元将两个电容检测RX引脚接收的信号相减，得到差分信号结果，将m个差分信号结果通过计算单元对进行还原处理，通过计算将电容变化量计算转换为触摸的坐标。本发明通过差分单元对来自与触控检测装置上的共模噪声进行抑制，同时能保留有用信号；使用差分单元降低共模噪声的同时，通过辅助差分单元，对差分单元引入的噪声叠加效应进行了有效抑制，解决了触控差分方案噪声叠加的行业难题。
Description
技术领域
本发明涉及触控检测技术领域，尤其涉及一种基于电容检测的触控检测芯片及装置。
背景技术
目前电容式触控装置需要克服大量的共模干扰，尤其在柔性显示器普及之后，解决底层显示器引起的共模干扰成为触控行业的难题，并且传统差分降噪技术存在通道叠加效应，如果不对该效应进行抑制将会大幅降低差分方案的信噪比，因此，如何在降低触控装置通道间共模干扰的同时，保留有用信号并实现对有用信号的放大，是目前需要考虑的问题。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息只用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于电容检测的触控检测芯片及装置，解决了现有技术存在的不足。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于电容检测的触控检测芯片，它包括电容检测模块和计算单元，所述电容检测模块包括m+1个电容检测RX引脚、多个电容检测TX引脚和m个差分单元；
每两个电容检测RX引脚与一个差分单元连接，每个电容检测RX引脚接收电容式触摸装置的电容变化量信号，并通过对应连接差分单元将两个电容检测RX引脚接收的信号相减，得到差分信号结果以达到降噪的目的，最后将m个差分信号结果通过计算单元对进行还原处理得到原始的每个电容检测RX引脚的电容变化量结果，并通过计算将电容变化量计算转换为触摸的坐标。
还包括单端单元，单端单元与第一个电容检测RX引脚连接，得到该电容检测RX引脚的检测结果RX0_S并发送给计算单元，为计算单元提供一个参考电压，计算单元通过RX0_S并结合m个差分信号结果依序进行还原处理，实现对共模噪声的抑制。
还包括第一辅助差分单元，所述第一辅助差分单元与第一个电容检测RX引脚和第m个电容检测RX引脚连接，对第一个电容检测RX引脚和第m个电容检测RX引脚进行差分检测，得到差分噪声nA并发送给计算单元，使得差分单元从第m个电容检测RX引脚处只叠加了差分噪声nA，降低m个差分单元叠加噪声的数量，实现对还原处理结果的优化。
还包括第二辅助差分单元，所述第二辅助差分单元与第一个电容检测RX引脚和第m/2个电容检测RX引脚连接，对第一个电容检测RX引脚和第m/2个电容检测RX引脚进行差分检测，得到差分噪声nA2并发送给计算单元，使得差分单元从第m/2个电容检测RX引脚处只叠加了差分噪声nA2，再次降低m个差分单元叠加噪声的数量，实现对还原处理结果的优化。
一种基于触控检测芯片的电容检测装置，它包括所述的触控检测芯片；
以及电容式触摸模块，所述电容式触摸模块用于将触摸动作转换为相应位置的电容变化量，并发送给所述电容检测模块。
所述电容式触摸模块包括多条呈纵向依次等间距排布的TX走线和多条呈横向依次等间距排布的RX走线，所述TX走线和RX走线之间不接触，每条TX走线和RX走线垂直交叉的位置形成一个节点电容；TX走线的数量与触控检测芯片中的电容检测TX引脚的数量一致，每条TX走线与触控检测芯片中对应的电容检测TX引脚连接RX走线的数量与触控检测芯片中的电容检测RX引脚的数量一致，每条RX走线与触控检测芯片中对应的电容检测RX引脚连接。
本发明具有以下优点：一种基于电容检测的触控检测芯片及装置，通过差分单元对来自与触控检测装置上的共模噪声进行抑制，同时能保留有用信号；使用差分单元降低共模噪声的同时，设计了辅助差分单元，对差分单元引入的噪声叠加效应进行了有效抑制，可以解决触控差分方案噪声叠加的行业难题，并且可以根据电容检测RX引脚的数量灵活配置辅助差分单元的数量，提供方案的灵活性。
附图说明
图1 为本发明装置的结构示意图；
图2 为触控检测芯片与电容式触摸模块的内部连接示意图；
图3 为电容式触摸模块的结果示意图；
图4 为触控检测芯片的结构示意图；
图5 为添加单端单元后的触控检测芯片的结构示意图；
图6 为差分单元噪声叠加数量示意图；
图7 为添加一个辅助差分单元后的触控检测芯片的结构示意图；
图8 为添加一个辅助差分单元后的差分单元噪声叠加数量示意图；
图9 为添加两个辅助差分单元后的触控检测芯片的结构示意图；
图10为添加两个辅助差分单元后的差分单元噪声叠加数量示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
本发明提供了一种电容式触控检测技术，该技术使用了可配置通道的差分降噪技术，能够利用相邻通道抵消通道间共模干扰，在抵消噪声的同时仍能保留有用信号，并对有用信号进行放大。可配置通道方案能灵活配置辅助差分通道，降低差分叠加噪声，提高了差分方案的信噪比和适配通用性。
如图1所示，包括一个触控检测芯片和电容式触摸装置。电容式触摸装置是被检测单元，可以将触摸动作转化为电容变化的一个转换装置。触控检测芯片是检测的主体，用于感知电容式触摸装置的电容变化量，并将变化量转换成触摸的坐标。
如图2所示，电容式触摸板内部电路结构为横纵交错的导电走线。其中一个方向为多条TX走线，以及与TX走线垂直的多条RX走线。TX走线和RX走线之间不接触，每个TX走线和RX走线交叉的位置，两个走线之间形成了节点电容。TX走线和RX走线通过导电连接线分别连接到检测芯片的电容检测TX引脚和电容检测RX引脚。
如图3所示，具体的，节点电容是由TX走线和RX走线的交叉区域形成的电容，每个节点电容区域被触摸后，节点电容的容值就会发生变化。进而引起达到电容检测RX引脚的信号发生变化。
如图4所示，每个电容检测RX引脚在触控检测芯片内部，与差分的单元相连接。比如，电容检测引脚RX0和电容检测引脚RX1连接到了差分单元1。差分单元的功能是将两个电容检测RX引脚的信号相减。比如RX0和RX1经过差分单元1后将会得到（RX0-RX1）的差分信号结果。该结果将会送到计算单元做进一步处理。当该电容检测引脚RX0和电容检测引脚RX1上的信号叠加了共模噪声（CommonNoise）后，那么RX0信号将变成（RX0+CommonNoise），而RX1信号将变成（RX1+CommonNoise）。两个受干扰地RX0和RX1信号经过差分单元后，就能得到（RX0-RX1）的差分信号结果，这样就通过差分单元起到了降噪的效果。
当有m+1个电容检测RX引脚，就能得到m个差分信号结果。这m个差分信号结果送到计算单元后对信号进行还原处理。还原处理就是将差分信号结果还原成原始的每个通道的电容检测RX引脚的结果。
如图5所示，进一步地，为了还原每个通道的结果，需要增加一个单端单元。这个单端单元能直接得到电容检测引脚RX0的结果，成为RX0_S。计算单元将能通过RX0_S以及所有差分信号结果进行还原处理，通过单端单元提供一个参考电压值，通过一个参考值，加上后续所有通道的两两差值，就可以还原所有通道。具体为：
RX[0]=RX[0]_S；
RX[1]=RX[0]-(RX[0]-RX[1])=RX[0]_S-(RX[0]-RX[1])；
RX[2]=RX[1]-(RX[1]-RX[2])=RX[0]_S-(RX[0]-RX[1])-(RX[1]-RX[2])；
…
RX[m]=RX[0]_S-(RX[0]-RX[1])-(RX[1]-RX[2])-…-（RX[m-1]-RX[m]）；
通过以上方法就实现了通过多个差分单元和一个单端的单元对每一个电容检测RX引脚的信号检测，并在这个过程中通过差分单元对共模噪声进行了抑制。
由于差分单元在差分过程一定会引入噪声，并且每个差分单元引入的噪声不同。将差分单元1引入差分单元噪声记为n[1]，将差分单元2引入差分单元噪声记为n[2]，依次类推差分单元m引入的差分单元噪声记为n[m]。在还原结果中就会得到增加多个差分单元噪声项：
RX[0]=RX[0]_S；
RX[1]=RX[0]-(RX[0]-RX[1])=RX[0]_S-(RX[0]-RX[1])+n[1]；
RX[2]=RX[0]_S-(RX[0]-RX[1])-(RX[1]-RX[2])+n[2]+n[1]=
…
RX[m]=RX[0]_S-(RX[0]-RX[1])-(RX[1]-RX[2])-…-(RX[m-1]-RX[m])+n[m]+…+n[2]+n[1]。
由上式可得最后一个电容检测RX引脚上叠加了m个差分单元噪声，导致信号质量变差。该效应就是由差分方案引入的噪声叠加效应。噪声叠加个数如图6所示。
如图7所示，为了解决噪声叠加效应设计了辅助差分单元。该辅助差分单元将会对RX0和RXm进行差分检测，得到差分结果（RX0-RXm），该辅助差分单元引入差分噪声记为nA。所有触控检测RX通道的还原结果可以优化为如下结果：
RX[0]=RX[0]_S；
RX[1]=RX[0]_S-(RX[0]-RX[1])+n[1]；
RX[2]=RX[0]_S-(RX[0]-RX[1])-(RX[1]-RX[2])+n[2]+n[1]；
…
RX[m-1]=RX[0]_S-(RX[0]-RX[m])+(RX[m-1]-RX[m])+nA+n[m-1]；
RX[m]=RX[0]_S-(RX[0]-RX[m])+nA；
通过该方法，从RX[m]只叠加了1个差分单元噪声nA，RX[m-1]叠加了2个差分噪声（nA+n[m-1]），叠加噪声的数量大大降低，信号质量有极大的提高。最大的差分单元噪声叠加位置出现在电容检测RX引脚中最中间的通道，叠加了约m/2个差分单元噪声，如图8所示。
如图9所示，为了进一步降低差分单元噪声叠加个数，可以增加辅助差分单元。使用两个辅助差分单元，增加了一个辅助差分单元2，该差分辅助单元引入差分噪声记为nA2。使用2个辅助差分单元后，所有触控检测RX通道的还原结果可以优化为如下结果：
RX[0]=RX[0]_S；
RX[1]=RX[0]_S-(RX[0]-RX[1])+n[1]；
RX[2]=RX[0]_S-(RX[0]-RX[1])-(RX[1]-RX[2])+n[2]+n[1]；
…
RX[m/2]=RX[0]_s-(RX[0]-RX[m/2])+nA2；
…
RX[m-1]=RX[0]_S-(RX[0]-RX[m])+(RX[m-1]-RX[m])+nA+n[m-1]；
RX[m]=RX[0]_S-(RX[0]-RX[m])+nA；
通过该方法，从RX[m/2]只叠加了1个差分单元噪声nA。最大的差分单元噪声叠加位置出现在电容检测RX引脚中1/4和3/4处，叠加了约m/4个差分单元噪声，如图10所示，可以在1/4m和3/4m电容检测RX引脚处继续增加辅助差分单元，可以进一步降低叠加的差分单元噪声。
本发明通过增加辅助差分通道，可以有效抑制差分方案中差分单元噪声叠加效应，提供了还原后的触控检测RX通道的还原信号质量。抑制噪声叠加效应的程度取决于增加辅助差分单元的数量，使用更多的辅助差分单元，就能将最大叠加差分单元噪声叠加数量降到更低的水平。可以根据触控检测芯片的控检测RX通道数量，决定差分辅助单元的数量，提高了触控检测的灵活性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于电容检测的触控检测芯片，其特征在于：它包括电容检测模块、单端单元和计算单元，所述电容检测模块包括m+1个电容检测RX引脚、多个电容检测TX引脚和m个差分单元；
每两个电容检测RX引脚与一个差分单元连接，每个电容检测RX引脚接收电容式触摸装置的电容变化量信号，并通过对应连接差分单元将两个电容检测RX引脚接收的信号相减，得到差分信号结果以达到降噪的目的，最后将m个差分信号；
所述单端单元与第一个电容检测RX引脚连接，得到该电容检测RX引脚的检测结果RX0_S并发送给计算单元，为计算单元提供一个参考电压，计算单元通过RX0_S并结合m个差分信号结果依序进行还原处理，到原始的每个电容检测RX引脚的电容变化量结果，并通过计算将电容变化量计算转换为触摸的坐标；
还包括第一辅助差分单元，所述第一辅助差分单元与第一个电容检测RX引脚和第m个电容检测RX引脚连接，对第一个电容检测RX引脚和第m个电容检测RX引脚进行差分检测，得到差分噪声nA并发送给计算单元，使得差分单元从第m个电容检测RX引脚处只叠加了差分噪声nA，降低m个差分单元叠加噪声的数量，实现对还原处理结果的优化。
2.根据权利要求1所述的一种基于电容检测的触控检测芯片，其特征在于：还包括第二辅助差分单元，所述第二辅助差分单元与第一个电容检测RX引脚和第m/2个电容检测RX引脚连接，对第一个电容检测RX引脚和第m/2个电容检测RX引脚进行差分检测，得到差分噪声nA2并发送给计算单元，使得差分单元从第m/2个电容检测RX引脚处只叠加了差分噪声nA2，再次降低m个差分单元叠加噪声的数量，实现对还原处理结果的优化。
3.一种基于触控检测芯片的电容检测装置，其特征在于：它包括如权利要求1或2所述的触控检测芯片；
以及电容式触摸模块，所述电容式触摸模块用于将触摸动作转换为相应位置的电容变化量，并发送给所述电容检测模块。
4.根据权利要求3所述的一种基于触控检测芯片的电容检测装置，其特征在于：所述电容式触摸模块包括多条呈纵向依次等间距排布的TX走线和多条呈横向依次等间距排布的RX走线，所述TX走线和RX走线之间不接触，每条TX走线和RX走线垂直交叉的位置形成一个节点电容；TX走线的数量与触控检测芯片中的电容检测TX引脚的数量一致，每条TX走线与触控检测芯片中对应的电容检测TX引脚连接RX走线的数量与触控检测芯片中的电容检测RX引脚的数量一致，每条RX走线与触控检测芯片中对应的电容检测RX引脚连接。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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