CN118819345A - 一种多芯片级联触摸屏扫描同步装置、方法及触摸屏结构 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种多芯片级联触摸屏扫描同步装置、方法及触摸屏结构，所述多芯片级联触摸屏扫描同步装置包括多个触控芯片和中央控制单元；每两个触控芯片协同控制一个选定的子触摸屏区域，且子触摸屏区域中的每个TX通道的两端分别由两个触控芯片同时激励，以实现扫描波形的同步；中央控制单元用于接收来自触控芯片的扫描数据，并根据扫描数据执行任务。本发明能够实现触摸屏面积的大幅扩展，进而达到触摸屏的高效扫描与同步，且扫描时间仅需增加一根驱动通道的扫描时间。
Description
技术领域
本发明涉及触摸屏技术和多芯片级联技术领域，特别是涉及一种多芯片级联触摸屏扫描同步装置、方法及触摸屏结构。
背景技术
近年来，大尺寸触摸屏在商业、信息服务终端、互动娱乐和智能家居等领域的应用日益广泛。然而，随着触摸屏面积的增大，对触控芯片的存储空间、通道数量和处理速度等硬件资源的需求也随之增加。增加触控芯片的硬件资源不仅会导致芯片面积的增加和良率的降低，还会带来扫描时间增加的问题，从而影响触摸屏的响应速度和整体性能。
尽管单一高性能触控芯片能够满足大尺寸触摸屏的需求，但其高昂的成本和复杂的制造工艺限制了其大规模应用。此外，单一芯片顺序扫描，或多芯片级联顺序扫描在处理大面积触摸屏时均容易出现性能瓶颈，导致响应时间延长，影响用户体验。因此，如何在保证触摸屏性能的前提下，通过优化设计来降低触摸屏模组的成本，成为了一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种多芯片级联触摸屏扫描同步装置、方法及触摸屏结构，能够实现触摸屏面积的大幅扩展，进而达到触摸屏的高效扫描与同步，且扫描时间仅需增加一根驱动通道的扫描时间。
为解决上述技术问题，本发明提供一种多芯片级联触摸屏扫描同步装置，包括：多个触控芯片和中央控制单元；
每两个所述触控芯片协同控制一个选定的子触摸屏区域，且所述子触摸屏区域中的每个TX通道的两端分别由两个所述触控芯片同时激励；
所述中央控制单元用于接收来自所述触控芯片的扫描数据，并根据所述扫描数据执行任务。
进一步的，所述触控芯片包括TXBUS总线和RXBUS总线；所述TXBUS总线用于驱动连接至TX通道的TX电极；所述RXBUS总线用于感应连接至RX通道的RX电极。
进一步的，多个所述触控芯片包括第一触控芯片、第二触控芯片、第三触控芯片和第四触控芯片；
所述第一触控芯片的TXBUS总线用于连接第一子触摸屏区域中TX通道的一端，所述第一触控芯片的RXBUS总线用于连接第一子触摸屏区域中的部分RX通道；
所述第二触控芯片的TXBUS总线用于连接第一子触摸屏区域中TX通道的另一端，所述第二触控芯片的RXBUS总线用于连接第一子触摸屏区域中的剩余RX通道；
所述第三触控芯片的TXBUS总线用于连接第二子触摸屏区域中的TX通道的一端，所述第三触控芯片的RXBUS总线用于连接第二子触摸屏区域中的部分RX通道；
所述第四触控芯片的TXBUS总线用于连接第二子触摸屏区域中的TX通道的另一端，所述第四触控芯片的RXBUS总线用于连接第二子触摸屏区域中的剩余RX通道；
所述第一触控芯片和所述第二触控芯片通过第一同步总线进行同步；所述第三触控芯片和所述第四触控芯片通过第二同步总线进行同步；所述第一触控芯片和所述第三触控芯片通过第三同步总线进行同步。
进一步的，所述第一同步总线和所述第二同步总线皆包括多个第一GPIO引脚，其中一部分所述第一GPIO引脚用于纳秒级的扫描相位同步，其中另一部分所述第一GPIO引脚用于微秒级的工作流程同步。
进一步的，所述第三同步总线包括多个第二GPIO引脚，用于分时扫描第一子触摸屏区域与第二子触摸屏区域相邻的TX通道。
进一步的，所述第一触控芯片、第二触控芯片、第三触控芯片和第四触控芯片皆通过REPORTBUS总线与所述中央控制单元相连。
进一步的，所述任务包括坐标计算、手指ID跟踪和手势识别中的至少一种。
此外，本发明还提出一种触摸屏结构，包括如上述所述的多芯片级联触摸屏扫描同步装置，还包括多个TX通道和多个RX通道；所述TX通道与所述RX通道交错排布，并形成触摸屏区域；所述触摸屏区域通过物理断开或非物理接触方式被分割为多个独立的子触摸屏区域；所述子触摸屏区域中的每个所述TX通道的两端分别通过两个触控芯片同时激励。
进一步的，所述触摸屏区域上设有分隔线，根据所述分隔线所述触摸屏区域被分割为第一子触摸屏区域和第二子触摸屏区域；多个所述触控芯片包括第一触控芯片、第二触控芯片、第三触控芯片和第四触控芯片；
位于第一区域中的TX通道两端分别与相对设置的所述第一触控芯片和所述第二触控芯片相连；其中一些所述RX通道中位于所述第一区域的一端与所述第一触控芯片相连，另一些所述RX通道中位于所述第一区域的一端与所述第二触控芯片相连；其中一些所述RX通道中位于第二区域的另一端与所述第三触控芯片相连，另一些所述RX通道中位于所述第二区域的一端与所述第四触控芯片相连。
进一步的，所述第一子触摸屏区域与所述第二子触摸屏区域之间具有预定间距，且所述预定间距的范围介于10μm-50μm。
此外，本发明还提出一种多芯片级联触摸屏扫描同步方法，使用如上述所述的多芯片级联触摸屏扫描同步装置，或者使用如上述所述的触摸屏结构，具体包括如下：
断开触摸屏结构，形成多个子触摸屏区域，每两个触控芯片协同控制一个选定的子触摸屏区域，实现扫描波形的同步和分时扫描策略，并获取扫描数据；
中央控制单元根据所述扫描数据协调所述触控芯片的工作。
进一步的，所述断开触摸屏结构，形成多个子触摸屏区域，每两个触控芯片协同控制一个选定的子触摸屏区域，实现扫描波形的同步和分时扫描策略，具体包括：
断开所述触摸屏结构，形成第一子触摸屏区域和第二子触摸屏区域；每个所述子触摸屏区域中的每个TX通道的两端分别由两个所述触控芯片同时激励；对所述第一子触摸屏区域和所述第二子触摸屏区域交界处的TX通道进行分时扫描。
进一步的，所述对所述第一子触摸屏区域和所述第二子触摸屏区域交界处的TX通道进行分时扫描，具体包括：所述第一子触摸屏区域中与所述第二子触摸屏区域相邻的末端TX通道在时间段T1内进行扫描，所述第二子触摸屏区域中与所述第一子触摸屏区域相邻的首端TX通道在时间段T2内进行扫描。
进一步的，所述第一子触摸屏区域中的末端TX通道需要实现扫描波形的同步时，第一触控芯片启动后，对所述末端TX通道进行配置，然后进入等待状态，等待第二触控芯片启动；所述第二触控芯片启动后，对所述末端TX通道进行配置，并通过第一同步总线通知所述第一触控芯片准备同步；所述第一触控芯片收到同步信号后触发所述末端TX通道的扫描，同时，还通过所述第一同步总线实现与所述第二触控芯片的纳秒级扫描同步。
进一步的，所述第二子触摸屏区域中首端TX通道需要实现扫描波形的同步时，第一触控芯片通过第三同步总线通知第三触控芯片准备所述首端TX通道的同步；所述第三触控芯片对所述首端TX通道进行配置，然后进入等待状态，等待第四触控芯片启动；所述第四触控芯片启动后，对所述首端TX通道进行配置，并通过第二同步总线通知所述第三触控芯片准备同步；所述第三触控芯片收到同步信号后，等待所述第一触控芯片完成所述末端TX通道的扫描通知，在收到所述扫描通知后，所述第三触控芯片触发所述首端TX通道的扫描，同时，还通过所述第二同步总线实现与所述第四触控芯片的纳秒级扫描同步。
进一步的，所述第一子触摸屏区域和所述第二子触摸屏区域中剩余TX通道需要实现扫描波形的同步时，所述第一子触摸屏区域中的末端TX通道扫描完成后，第一触控芯片通过第一同步总线与第二触控芯片同步扫描所述第一子触摸屏区域中的剩余TX通道；其中，每次扫描完成后，所述第二触控芯片通过所述第一同步总线通知所述第一触控芯片准备下一个TX通道的扫描；
所述第二子触摸屏区域中的首端TX通道扫描完成后，第三触控芯片通过第二同步总线与第四触控芯片同步扫描所述第二子触摸屏区域的剩余TX通道；其中，每次扫描完成后，所述第四触控芯片通过所述第二同步总线通知所述第三触控芯片准备下一个TX通道的扫描。
进一步的，所述中央控制单元根据所述扫描数据协调所述触控芯片的工作，具体包括：所述中央控制单元接收来自所述触控芯片所上报的扫描数据，进行任务处理；如果存在所述触控芯片未上报所述扫描数据，则所述中央控制单元将依次复位并重新启动所有所述触控芯片，即初始化操作。
通过上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本实施例通过将每两个触控芯片协同控制一个选定的子触摸屏区域，且子触摸屏区域中的每个TX通道的两端分别由两个触控芯片同时激励，以实现扫描波形的同步；中央控制单元用于接收来自触控芯片的扫描数据，并根据扫描数据执行任务。能够实现触摸屏面积的大幅扩展，进而达到触摸屏的高效扫描与同步，且扫描时间仅需增加一个驱动通道（即TX通道）的扫描时间。
此外，本发明通过物理断开或非物理接触设计，将触摸屏结构分割为多个独立部分，即子触摸屏区域，每部分由单独的触控芯片控制，实现了扫描波形的同步和整体扫描效率的提升。
另外，本发明对于上下两部分，即第一子触摸屏区域和第二子触摸屏区域，交界处的TX通道，采用分时扫描策略，以有效避免信号干扰，确保扫描的准确性和稳定性。
因此，本发明能够将触摸屏的面积扩大多倍，例如四倍，而且相较于传统的单个大量通道芯片或多芯片级联顺序扫描方法，整体扫描时间得到了显著缩短。能够为后续的通讯处理、中央控制单元的坐标计算、手指ID跟踪以及手势识别等高级算法的执行预留了充足的时间资源；使得本发明在大型触摸屏、多分区触摸屏以及需要高精度触摸操作的电子设备领域中具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为现有技术中一个触控芯片所管理的触摸屏的整体结构示意图；
图2为本发明一实施例中多芯片级联触摸屏扫描同步装置的整体结构示意图；
图3为本发明一实施例中多芯片级联触摸屏扫描同步方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的一种多芯片级联触摸屏扫描同步装置、方法及触摸屏结构进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
以菱形搭桥电极为例，图1和图2中虚线部分为省略未示出的TX电极或RX电极，其中，每个TX通道负责驱动一个或多个TX电极，每个RX通道通常连接到一个RX电极，图1展示了一个触控芯片可以管理的27.5寸触摸屏结构。图2展示了用4个触控芯片级联实现的55寸触摸屏结构。尽管本实施例屏幕面积增大4倍，但扫描时间相对27.5寸触摸屏仅增加一根TX的扫描时间。其中，增加的一根TX扫描时间是由于上下两个区域（即第一子触摸屏区域和第二子触摸屏区域）末端和首端的两个TX分时扫描所造成。
如图2所示，本发明实施例提出了一种多芯片级联触摸屏扫描同步装置，包括：多个触控芯片和中央控制单元。
更为具体的，每两个所述触控芯片协同控制一个选定的子触摸屏区域，且所述子触摸屏区域中的每个TX通道的两端分别由两个所述触控芯片同时激励，以实现扫描波形的同步，即同步激励技术，电极增长，阻抗变大，从而能够增强驱动能力，并避免干扰。
所述中央控制单元用于接收来自所述触控芯片的扫描数据，并根据所述扫描数据执行任务。
其中，中央控制单元（MCU）可以采用型号为GD32F407的产品。触控芯片可以是具备扫描相位同步功能的各种触控芯片。
在本实施例中，所述中央控制单元通过主触控芯片协调触控芯片的扫描时序，确保扫描过程的同步性和无干扰性。
在本实施例中，所述触控芯片包括TXBUS总线和RXBUS总线；所述TXBUS总线用于驱动连接至TX通道的TX电极；所述RXBUS总线用于感应（或检测）连接至RX通道的RX电极。
以四个触控芯片和两个子触摸屏区域为例，继续参考图2所示，多个所述触控芯片包括第一触控芯片TC1、第二触控芯片TC2、第三触控芯片TC3和第四触控芯片TC4。
具体的，所述第一触控芯片TC1的TXBUS总线用于连接第一子触摸屏区域中TX通道的一端，所述第一触控芯片TC1的RXBUS总线用于连接第一子触摸屏区域中的部分RX通道；所述第二触控芯片TC2的TXBUS总线用于连接第一子触摸屏区域中TX通道的另一端，所述第二触控芯片TC2的RXBUS总线用于连接第一子触摸屏区域中的剩余RX通道；所述第三触控芯片TC3的TXBUS总线用于连接第二子触摸屏区域中的TX通道的一端，所述第三触控芯片TC3的RXBUS总线用于连接第二子触摸屏区域中的部分RX通道；所述第四触控芯片TC4的TXBUS总线用于连接第二子触摸屏区域中的TX通道的另一端，所述第四触控芯片TC4的RXBUS总线用于连接第二子触摸屏区域中的剩余RX通道。
其中，所述第一触控芯片TC1和所述第二触控芯片TC2通过第一同步总线SYNCBUS12进行同步；所述第三触控芯片TC3和所述第四触控芯片TC4通过第二同步总线SYNCBUS34进行同步；所述第一触控芯片TC1和所述第三触控芯片TC3通过第三同步总线SYNCBUS13进行同步。
在本实施例中，多个触控芯片能够通过GPIO引脚协调自己和其他触控芯片的扫描时序，确保同步扫描和数据上报。具体的，所述第一同步总线SYNCBUS12和所述第二同步总线SYNCBUS34皆包括多个第一GPIO引脚，其中一些所述第一GPIO引脚用于纳秒级的扫描相位同步，其中一些所述第一GPIO引脚用于微秒级的工作流程同步。
进一步的，所述第三同步总线SYNCBUS13包括多个第二GPIO引脚，用于分时扫描第一子触摸屏区域与第二子触摸屏区域相邻的TX通道。
在一实施例中，所述第一触控芯片TC1、第二触控芯片TC2、第三触控芯片TC3和第四触控芯片TC4皆通过REPORTBUS总线与所述中央控制单元相连。
在本实施例中，所述任务包括坐标计算、手指ID跟踪和手势识别中的至少一种。
此外，本实施例还提出一种触摸屏结构，包括如上述所述的多芯片级联触摸屏扫描同步装置，还包括多个TX通道和多个RX通道。
具体的，所述TX通道与所述RX通道交错排布呈网格状结构，并形成触摸屏区域；所述触摸屏区域通过物理断开或非物理接触方式被分割为多个独立的子触摸屏区域；所述子触摸屏区域中的每个所述TX通道的两端分别通过两个触控芯片同时激励。
在一实施例中，所述触控芯片分别设置在所述TX通道两端；所述TX通道的两端分别与相对设置的所述触控芯片相连；所述RX通道的两端分别与相邻的所述触控芯片相连，且相邻的所述触控芯片位于所述TX通道同侧。通过这种布局方式能够允许触控芯片控制和检测与其相连的TX通道和RX通道，实现触摸屏的扫描和触摸检测功能。在电容式触摸屏中，TX通道负责发送信号，而RX通道负责接收信号。触控芯片通过控制TX通道发出的信号，并检测RX通道接收到的信号变化，来确定触摸的位置。
在一具体实施例中，以两个子触摸屏区域和四个触控芯片为例，具体的，所述触摸屏区域上设有分隔线，根据所述分隔线所述触摸屏区域被分割为第一子触摸屏区域和第二子触摸屏区域；多个所述触控芯片包括第一触控芯片TC1、第二触控芯片TC2、第三触控芯片TC3和第四触控芯片TC4。
具体的，位于所述第一区域中的TX通道两端分别与相对设置的所述第一触控芯片TC1和所述第二触控芯片TC2相连；其中一些所述RX通道中位于所述第一区域的一端与所述第一触控芯片TC1相连，另一些所述RX通道中位于所述第一区域的一端与所述第二触控芯片TC2相连；其中一些所述RX通道中位于所述第二区域的另一端与所述第三触控芯片TC3相连，另一些所述RX通道中位于所述第二区域的一端与所述第四触控芯片TC4相连。
优选的，所述第一子触摸屏区域与所述第二子触摸屏区域之间具有预定间距，且所述预定间距的范围介于10μm-50μm。本实施例运用精密微加工技术，对生产触摸屏传感器（即触摸屏结构）进行精确的物理断开处理，或预先将所述触摸屏传感器设计为断开状态。具体的，驱动通道（即TX通道）的长度均为单个触控芯片可管理长度的两倍，感应通道（即RX通道）的数量和长度均为单个触控芯片可管理数量的两倍，可通过精密微加工技术将触摸屏感应通道一分为二，或设计成断开状态。断开宽度可被严格控制在10μm至50μm之间，以确保在物理断开后，两部分之间仍能保持有效的电容信号耦合。驱动通道的长度和可管理数量也相应设置为两倍。
继续参考图2所示，在一具体实施例中，触摸屏结构在分隔线（Seperator）处，分为如图2所示的上下两部分，即上文所述的第一子触摸屏区域和第二子触摸屏区域，在上半部分中，即在第一子触摸屏区域中，对于TX电极，同一个TX电极的左端由第一触控芯片TC1的TXBUS1总线驱动，TXBUS1总线由第一触控芯片TC1的48个TX通道组成。同一个TX电极的右端由第二触控芯片TC2的TXBUS2总线驱动，TXBUS2总线由第二触控芯片TC2的48个TX通道组成。对于RX通道，上半部分左侧72个RX电极由第一触控芯片TC1的RXBUS1总线管理，RXBUS1总线由第一触控芯片TC1的72个RX通道组成。上半部分右侧72个RX由TC2的RXBUS2总线管理，RXBUS2总线由第二触控芯片TC2的72个RX通道组成。需要同步时，第一触控芯片TC1和第二触控芯片TC2通过第一同步总线SYNCBUS12进行同步。第一同步总线SYNCBUS12包含4个GPIO引脚，其中两个用于触控芯片扫描模块的纳秒级扫描相位同步；另外两个用于微秒级的工作流程同步，同步协议可以通过I2C等两线协议和相互检测电平状态等自定义协议实现。
在下半部分中，即第二子触摸屏区域中，对于TX电极，同一根TX电极的左端由第三触控芯片TC3的TXBUS3总线驱动，TXBUS3总线由第三触控芯片TC3的48个TX通道组成。同一个TX电极的右端由第四触控芯片TC4的TXBUS4总线驱动，TXBUS4总线由第四触控芯片TC4的48个TX通道组成。对于RX通道，下半部分左侧72个RX通道由第三触控芯片TC3的RXBUS3总线管理，RXBUS3总线由第三触控芯片TC3的72个RX通道组成。下半部分右侧72个RX通道由第四触控芯片TC4的RXBUS4总线管理，RXBUS4总线由第四触控芯片TC4的72个RX通道组成。需要同步时，第三触控芯片TC3和第四触控芯片TC4通过第二同步总线SYNCBUS34进行同步。第二同步总线SYNCBUS34包含4个GPIO引脚，其中两个用于触控芯片扫描模块的纳秒级扫描相位同步，另外两个用于微秒级的工作流程同步，同步协议可以通过I2C等两线协议和相互检测电平状态等自定义协议实现。
当需要上下两部分同步时，上下两部分通过第一触控芯片TC1和第三触控芯片TC3之间的第三同步总线SYNCBUS13进行同步。第三同步总线SYNCBUS13包含两个GPIO引脚，主要用于分时扫描上下两部分相邻的两个TX电极，即图2中所示的上半部分的TX48电极和下半部分的TX1电极，避免扫描时的噪声干扰，本文中称之为分时扫描策略。通过分时扫描策略能够有效避免信号干扰，确保扫描的准确性和稳定性。
各触控芯片通过REPORTBUS总线将扫描数据上报至中央控制单元（MCU）：第一触控芯片TC1通过REPORTBUS1总线上报数据；第二触控芯片TC2通过REPORTBUS2总线上报数据；第三触控芯片TC3通过REPORTBUS3总线上报数据；第四触控芯片TC4通过REPORTBUS4总线上报数据。
在本实施例中，每个REPORTBUS总线包含中断引脚、复位引脚和通讯总线，通讯总线可以包括I2C、SPI或串口等。
综上所述，本实施例通过创新的触摸屏传感器设计方法和高效的扫描同步策略，实现了触摸屏面积的大幅扩展和扫描同步性能的显著提升。使得本实施例在大型触摸屏、多分区触摸屏以及需要高精度触摸操作的电子设备领域中具有广泛的应用前景。
本实施例具有如下优势：
实现高效扫描与同步：采用分时扫描策略和同步激励技术，确保了扫描波形的精确同步，同时整体扫描时间仅增加一根驱动通道的扫描时间，相较于传统的多芯片级联顺序扫描方法，显著缩短了扫描时间。
提升扫描准确性和稳定性：分时扫描策略有效避免了上下两部分交界处TX通道的信号干扰，确保了扫描的准确性和稳定性，提高了触摸屏的使用体验。
优化性能并预留时间资源：扫描时间的缩短为后续的通讯处理、中央控制单元的坐标计算、手指ID跟踪以及手势识别等高级算法的执行预留了充足的时间资源，为触摸屏的高级功能提供了更好的支持。
广泛的应用前景：本实施例在大型触摸屏、多分区触摸屏以及需要高精度触摸操作的电子设备领域中具有广泛的应用前景，能够满足不同场景和需求下的高精度、高效率触摸操作要求。
此外，结合图3所示，本发明另一实施例还提出一种多芯片级联触摸屏扫描同步方法，使用如上述所述的多芯片级联触摸屏扫描同步装置，或者使用如上述所述的触摸屏结构，具体包括如下步骤：
S1、断开所述触摸屏结构，形成多个子触摸屏区域，每两个触控芯片协同控制一个选定的子触摸屏区域，实现扫描波形的同步和分时扫描策略，并获取扫描数据；
S2、中央控制单元根据所述扫描数据协调所述触控芯片的工作。
在本实施例中，中央控制单元仅控制触控芯片的上电时序、接收扫描数据、计算坐标、手指ID匹配以及防止触控芯片死机等其他异常，并不直接协调扫描时序，扫描时序由本实施例的四个触控芯片通过同步总线同步。
在步骤S1中，所述断开所述触摸屏结构，形成多个子触摸屏区域，每两个触控芯片协同控制一个选定的子触摸屏区域，实现扫描波形的同步和分时扫描策略，具体包括：断开所述触摸屏结构，形成第一子触摸屏区域和第二子触摸屏区域；每个所述子触摸屏区域中的每个TX通道的两端分别由两个所述触控芯片同时激励；对所述第一子触摸屏区域和所述第二子触摸屏区域交界处的TX通道进行分时扫描。
在本实施例中，所述对所述第一子触摸屏区域和所述第二子触摸屏区域交界处的TX通道进行分时扫描，具体包括：所述第一子触摸屏区域中与所述第二子触摸屏区域相邻的末端TX通道在时间段T1内进行扫描，所述第二子触摸屏区域中与所述第一子触摸屏区域相邻的首端TX通道在时间段T2内进行扫描。
在一具体示例中，所述第一子触摸屏区域中的末端TX通道需要实现扫描波形的同步时，第一触控芯片TC1启动后，对所述末端TX通道进行配置，然后进入等待状态，等待第二触控芯片TC2启动；所述第二触控芯片TC2启动后，对所述末端TX通道进行配置，并通过第一同步总线SYNCBUS12通知所述第一触控芯片TC1准备同步；所述第一触控芯片TC1收到同步信号后触发所述末端TX通道的扫描，同时，还通过所述第一同步总线SYNCBUS12实现与所述第二触控芯片TC2的纳秒级扫描同步。
在本实施例中，由于触控芯片的扫描模块通常都具有扫描波形（相位）同步功能，能够使多个芯片之间进行扫描波形（也就是扫描信号的相位）同步。具体来说，当主芯片（主机）和从芯片（从机）都启用了这一同步功能后，从机会首先准备就绪。当主机发出扫描触发信号时，通过两个通用输入输出（GPIO）引脚，主从芯片会协同工作，完成一次同步的波形扫描。这样，多个芯片可以协调一致地进行触控扫描，提高了触控系统的稳定性和响应速度。
在一具体示例中，所述第二子触摸屏区域中首端TX通道需要实现扫描波形的同步时，第一触控芯片TC1通过第三同步总线SYNCBUS13通知第三触控芯片TC3准备所述首端TX通道的同步；所述第三触控芯片对所述首端TX通道进行配置，然后进入等待状态，等待第四触控芯片TC4启动；所述第四触控芯片TC4启动后，对所述首端TX通道进行配置，并通过第二同步总线SYNCBUS34通知所述第三触控芯片TC3准备同步；所述第三触控芯片TC3收到同步信号后，等待所述第一触控芯片TC1完成所述末端TX通道的扫描通知，在收到所述扫描通知后，所述第三触控芯片TC3触发所述首端TX通道的扫描，同时，还通过所述第二同步总线SYNCBUS34实现与所述第四触控芯片TC4的纳秒级扫描同步。
在一具体示例中，所述第一子触摸屏区域和所述第二子触摸屏区域中剩余TX通道需要实现扫描波形的同步时，所述第一子触摸屏区域中的末端TX通道扫描完成后，第一触控芯片TC1通过所述第一同步总线SYNCBUS12与所述第二触控芯片TC2同步扫描所述第一子触摸屏区域中的剩余TX通道；其中，每次扫描完成后，所述第二触控芯片TC2通过所述第一同步总线SYNCBUS12通知所述第一触控芯片TC1准备下一个TX通道的扫描。所述第二子触摸屏区域中的首端TX通道扫描完成后，第三触控芯片TC3通过所述第二同步总线SYNCBUS34与第四触控芯片TC4同步扫描所述第二子触摸屏区域的剩余TX通道；其中，每次扫描完成后，所述第四触控芯片TC4通过所述第二同步总线SYNCBUS34通知所述第三触控芯片TC3准备下一个TX通道的扫描。
在步骤S2中，所述中央控制单元根据所述扫描数据协调所述触控芯片的工作，具体包括：所述中央控制单元接收来自所述触控芯片所上报的扫描数据，进行任务处理；如果存在所述触控芯片未上报所述扫描数据，则所述中央控制单元将依次复位并重新启动所有所述触控芯片，即初始化操作。在一具体实施例中，当检测到某个触控芯片出现异常时，主触控芯片启动冗余处理机制，复位所有触控芯片，重新调整扫描时序，以确保系统正常运行。
在本实施方式中，初始化和配置：MCU依次复位并启动第一触控芯片TC1、第二触控芯片TC2、第三触控芯片TC3和第四触控芯片TC4；第一触控芯片TC1启动后对TX48通道进行配置，进入等待状态，等待第二触控芯片TC2启动。
上半部分TX48通道同步：第二触控芯片TC2启动后对TX48通道进行配置，并通过第一同步总线SYNCBUS12的流程同步引脚通知第一触控芯片TC1准备同步。第一触控芯片TC1收到同步信号后，触发TX48通道的扫描，同时通过第一同步总线SYNCBUS12的相位同步引脚实现与第二触控芯片TC2的纳秒级扫描同步。
下半部分TX1通道同步：TC1通过SYNCBUS13通知TC3，准备同步下半部分TX1。第三触控芯片TC3进行TX1通道配置，进入等待状态，等待第四触控芯片TC4启动。第四触控芯片TC4启动后对TX1通道配置，并通过第二同步总线SYNCBUS34的流程同步引脚通知第三触控芯片TC3准备同步。第三触控芯片TC3收到同步信号后，等待第一触控芯片TC1完成TX48通道的扫描通知。收到通知后，第三触控芯片TC3触发TX1通道的扫描，同时通过第二同步总线SYNCBUS34的相位同步引脚实现与第四触控芯片TC4的纳秒级扫描同步。
上半部分和下半部分的其他通道同步：上半部分中的TX48通道扫描完成后，第一触控芯片TC1通过第一同步总线SYNCBUS12继续与第二触控芯片TC2同步扫描上半部分的TX1至TX47通道。在这个过程中，第一触控芯片TC1和第二触控芯片TC2通过第一同步总线SYNCBUS12的相位同步引脚实现纳秒级同步，通过流程同步引脚实现微秒级同步，每次扫描完成后，第二触控芯片TC2通过流程同步引脚通知第一触控芯片TC1，准备下一个TX通道的扫描。下半部分中的TX1通道扫描完成后，第三触控芯片TC3通过第二同步总线SYNCBUS34继续与第四触控芯片TC4同步扫描下半部分的TX2至TX48通道。在这个过程中，第三触控芯片TC3和第四触控芯片TC4通过第二同步总线SYNCBUS34的相位同步引脚实现纳秒级同步，通过流程同步引脚实现微秒级同步，每次扫描完成后，第四触控芯片TC4通过流程同步引脚通知第三触控芯片TC3，准备下一个TX通道的扫描。上下部分同时扫描：除了上半部分的TX48通道和下半部分的TX1通道需要分时扫描外，其他部分可以同时扫描，上下部分的触控芯片在相位同步和流程同步引脚的协调下可以实现同步扫描，避免相互干扰。
其中，上半部分同步时，第一触控芯片TC1为主机，第二触控芯片TC2为从机。下半部分同步时，第三触控芯片TC3为主机，第四触控芯片TC4为从机。上下部分同步时，第一触控芯片TC1为主机，第三触控芯片TC3为从机。
数据上报：第一触控芯片TC1、第二触控芯片TC2、第三触控芯片TC3和第四触控芯片TC4依次通过各自的同步总线REPORTBUS向MCU上报扫描数据。MCU在一个周期内必须收到4个触控芯片的数据上报。如果一个周期内有触控芯片未上报数据，MCU将依次复位并重新启动第一触控芯片TC1、第二触控芯片TC2、第三触控芯片TC3和第四触控芯片TC4，以确保系统正常运行。
因此，本实施例通过优化的同步时序和流程，确保了大尺寸触摸屏的高效、准确的扫描和数据处理。不仅能够避免相邻电极之间的干扰，还能够充分利用同步机制，实现高效的触摸检测。
综上所述，本发明提出的一种多芯片级联触摸屏扫描同步装置、方法及触摸屏结构，具有如下优势：
本实施例通过将每两个触控芯片协同控制一个选定的子触摸屏区域，且子触摸屏区域中的每个TX通道的两端分别由两个触控芯片同时激励，以实现扫描波形的同步；中央控制单元用于接收来自触控芯片的扫描数据，并根据扫描数据执行任务。能够实现触摸屏面积的大幅扩展，进而达到触摸屏的高效扫描与同步，且扫描时间仅需增加一个驱动通道的扫描时间。
此外，本发明通过物理断开或非物理接触设计，将触摸屏结构分割为多个独立部分，即子触摸屏区域，每部分由单独的触控芯片控制，实现了扫描波形的同步和整体扫描效率的提升。
另外，本发明对于上下两部分交界处的TX通道，采用分时扫描策略，以有效避免信号干扰，确保扫描的准确性和稳定性。
因此，本发明能够将触摸屏的面积扩大多倍，而且相较于传统的单个大量通道芯片或多芯片级联顺序扫描方法，整体扫描时间得到了显著缩短。能够为后续的通讯处理、中央控制单元的坐标计算、手指ID跟踪以及手势识别等高级算法的执行预留了充足的时间资源；使得本发明在大型触摸屏、多分区触摸屏以及需要高精度触摸操作的电子设备领域中具有广泛的应用前景。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (17)
1.一种多芯片级联触摸屏扫描同步装置，其特征在于，包括：多个触控芯片和中央控制单元；
每两个所述触控芯片协同控制一个选定的子触摸屏区域，且所述子触摸屏区域中的每个TX通道的两端分别由两个所述触控芯片同时激励；
所述中央控制单元用于接收来自所述触控芯片的扫描数据，并根据所述扫描数据执行任务。
2.如权利要求1所述的多芯片级联触摸屏扫描同步装置，其特征在于，所述触控芯片包括TXBUS总线和RXBUS总线；所述TXBUS总线用于驱动连接至TX通道的TX电极；所述RXBUS总线用于感应连接至RX通道的RX电极。
3.如权利要求2所述的多芯片级联触摸屏扫描同步装置，其特征在于，多个所述触控芯片包括第一触控芯片、第二触控芯片、第三触控芯片和第四触控芯片；
所述第一触控芯片的TXBUS总线用于连接第一子触摸屏区域中TX通道的一端，所述第一触控芯片的RXBUS总线用于连接第一子触摸屏区域中的部分RX通道；
所述第二触控芯片的TXBUS总线用于连接第一子触摸屏区域中TX通道的另一端，所述第二触控芯片的RXBUS总线用于连接第一子触摸屏区域中的剩余RX通道；
所述第三触控芯片的TXBUS总线用于连接第二子触摸屏区域中的TX通道的一端，所述第三触控芯片的RXBUS总线用于连接第二子触摸屏区域中的部分RX通道；
所述第四触控芯片的TXBUS总线用于连接第二子触摸屏区域中的TX通道的另一端，所述第四触控芯片的RXBUS总线用于连接第二子触摸屏区域中的剩余RX通道；
所述第一触控芯片和所述第二触控芯片通过第一同步总线进行同步；所述第三触控芯片和所述第四触控芯片通过第二同步总线进行同步；所述第一触控芯片和所述第三触控芯片通过第三同步总线进行同步。
4.如权利要求3所述的多芯片级联触摸屏扫描同步装置，其特征在于，所述第一同步总线和所述第二同步总线皆包括多个第一GPIO引脚，其中一部分所述第一GPIO引脚用于纳秒级的扫描相位同步，其中另一部分所述第一GPIO引脚用于微秒级的工作流程同步。
5.如权利要求3所述的多芯片级联触摸屏扫描同步装置，其特征在于，所述第三同步总线包括多个第二GPIO引脚，用于分时扫描第一子触摸屏区域与第二子触摸屏区域相邻的TX通道。
6.如权利要求4所述的多芯片级联触摸屏扫描同步装置，其特征在于，所述第一触控芯片、第二触控芯片、第三触控芯片和第四触控芯片皆通过REPORTBUS总线与所述中央控制单元相连。
7.如权利要求1所述的多芯片级联触摸屏扫描同步装置，其特征在于，所述任务包括坐标计算、手指ID跟踪和手势识别中的至少一种。
8.一种触摸屏结构，包括如权利要求1-7中任一项所述的多芯片级联触摸屏扫描同步装置，其特征在于，还包括多个TX通道和多个RX通道；所述TX通道与所述RX通道交错排布，并形成触摸屏区域；所述触摸屏区域通过物理断开或非物理接触方式被分割为多个独立的子触摸屏区域；所述子触摸屏区域中的每个所述TX通道的两端分别通过两个触控芯片同时激励。
9.如权利要求8所述的触摸屏结构，其特征在于，所述触摸屏区域上设有分隔线，根据所述分隔线所述触摸屏区域被分割为第一子触摸屏区域和第二子触摸屏区域；多个所述触控芯片包括第一触控芯片、第二触控芯片、第三触控芯片和第四触控芯片；
位于第一区域中的TX通道两端分别与相对设置的所述第一触控芯片和所述第二触控芯片相连；其中一些所述RX通道中位于所述第一区域的一端与所述第一触控芯片相连，另一些所述RX通道中位于所述第一区域的一端与所述第二触控芯片相连；其中一些所述RX通道中位于第二区域的另一端与所述第三触控芯片相连，另一些所述RX通道中位于所述第二区域的一端与所述第四触控芯片相连。
10.如权利要求9所述的触摸屏结构，其特征在于，所述第一子触摸屏区域与所述第二子触摸屏区域之间具有预定间距，且所述预定间距的范围介于10μm-50μm。
11.一种多芯片级联触摸屏扫描同步方法，使用如权利要求1-7中任一项所述的多芯片级联触摸屏扫描同步装置，或者使用如权利要求8-10中任一项所述的触摸屏结构，其特征在于，具体包括如下：
断开触摸屏结构，形成多个子触摸屏区域，每两个触控芯片协同控制一个选定的子触摸屏区域，实现扫描波形的同步和分时扫描策略，并获取扫描数据；
中央控制单元根据所述扫描数据协调所述触控芯片的工作。
12.如权利要求11所述的多芯片级联触摸屏扫描同步方法，其特征在于，所述断开触摸屏结构，形成多个子触摸屏区域，每两个触控芯片协同控制一个选定的子触摸屏区域，实现扫描波形的同步和分时扫描策略，具体包括：
断开所述触摸屏结构，形成第一子触摸屏区域和第二子触摸屏区域；每个所述子触摸屏区域中的每个TX通道的两端分别由两个所述触控芯片同时激励；对所述第一子触摸屏区域和所述第二子触摸屏区域交界处的TX通道进行分时扫描。
13.如权利要求12所述的多芯片级联触摸屏扫描同步方法，其特征在于，所述对所述第一子触摸屏区域和所述第二子触摸屏区域交界处的TX通道进行分时扫描，具体包括：所述第一子触摸屏区域中与所述第二子触摸屏区域相邻的末端TX通道在时间段T1内进行扫描，所述第二子触摸屏区域中与所述第一子触摸屏区域相邻的首端TX通道在时间段T2内进行扫描。
14.如权利要求13所述的多芯片级联触摸屏扫描同步方法，其特征在于，所述第一子触摸屏区域中的末端TX通道需要实现扫描波形的同步时，第一触控芯片启动后，对所述末端TX通道进行配置，然后进入等待状态，等待第二触控芯片启动；所述第二触控芯片启动后，对所述末端TX通道进行配置，并通过第一同步总线通知所述第一触控芯片准备同步；所述第一触控芯片收到同步信号后触发所述末端TX通道的扫描，同时，还通过所述第一同步总线实现与所述第二触控芯片的纳秒级扫描同步。
15.如权利要求13所述的多芯片级联触摸屏扫描同步方法，其特征在于，所述第二子触摸屏区域中首端TX通道需要实现扫描波形的同步时，第一触控芯片通过第三同步总线通知第三触控芯片准备所述首端TX通道的同步；所述第三触控芯片对所述首端TX通道进行配置，然后进入等待状态，等待第四触控芯片启动；所述第四触控芯片启动后，对所述首端TX通道进行配置，并通过第二同步总线通知所述第三触控芯片准备同步；所述第三触控芯片收到同步信号后，等待所述第一触控芯片完成所述末端TX通道的扫描通知，在收到所述扫描通知后，所述第三触控芯片触发所述首端TX通道的扫描，同时，还通过所述第二同步总线实现与所述第四触控芯片的纳秒级扫描同步。
16.如权利要求13所述的多芯片级联触摸屏扫描同步方法，其特征在于，所述第一子触摸屏区域和所述第二子触摸屏区域中剩余TX通道需要实现扫描波形的同步时，所述第一子触摸屏区域中的末端TX通道扫描完成后，第一触控芯片通过第一同步总线与第二触控芯片同步扫描所述第一子触摸屏区域中的剩余TX通道；其中，每次扫描完成后，所述第二触控芯片通过所述第一同步总线通知所述第一触控芯片准备下一个TX通道的扫描；
所述第二子触摸屏区域中的首端TX通道扫描完成后，第三触控芯片通过第二同步总线与第四触控芯片同步扫描所述第二子触摸屏区域的剩余TX通道；其中，每次扫描完成后，所述第四触控芯片通过所述第二同步总线通知所述第三触控芯片准备下一个TX通道的扫描。
17.如权利要求11所述的多芯片级联触摸屏扫描同步方法，其特征在于，所述中央控制单元根据所述扫描数据协调所述触控芯片的工作，具体包括：所述中央控制单元接收来自所述触控芯片所上报的扫描数据，进行任务处理；如果存在所述触控芯片未上报所述扫描数据，则所述中央控制单元将依次复位并重新启动所有所述触控芯片，即初始化操作。
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