触摸感应方法、触摸感应控制器及具有该控制器的触摸感应装置与流程

本发明的示例性实施方案涉及触摸感应方法、触摸感应控制器以及具有触摸感应控制器的触摸感应装置，尤其是涉及基于从触摸面板传感器接收的感测信号的频率幅度计算触摸坐标的触摸感应方法、触摸感应控制器以及具有触摸感应控制器的触摸感应装置。

背景技术：

触摸面板系统被设计用于当手指或物体触摸屏幕上显示的测试或屏幕的特定位置时，估计触摸的位置并处理特定的功能，而无需使用如键盘、鼠标等输入设备。触摸面板系统被广泛应用于各种设备中，例如移动手机、个人数字助理、笔记本电脑、导航仪、便携式媒体播放器、便携式游戏设备等。这种触摸面板系统有以下一些类型，如电阻式触控面板系统，表面声波触摸面板系统，红外屏蔽触摸面板系统，电磁感应触摸面板系统，以及电容式触控面板系统。

一种公知的触摸板技术使用如图1所示的表面电容触摸面板10。这种表面电容触摸面板10是一种设置在绝缘基板18(例如玻璃)上的导电固体片材16，其四角设置有传感器12。测量指向物体14的位置或表面电容触摸屏10上的触摸位置的传统方法是在触摸面板导电层16的全部四个角施加ac信号。导电层16可以由氧化铟锡(ito)等制成。

为了生产表面电容触摸面板10，首先在玻璃基板18的表面充满或覆盖基本均匀的电阻ito材料层从而形成薄膜电阻，然后将电介质施加覆盖在ito导电材料之上。

在导电ito材料16上施加ac信号之后，下一步是用流经每个角的电流对触摸位置进行三角测量。较常见的是应用正弦波或方形波。

当一个物体(如手指14)与表面电容触摸面板10的表面接触时，在ito表面16和指尖14之间会形成一个电容器。电容值非常小，一般在约50pf的级别。因此，需要测量的进入面板每个角12的电荷或电流量是非常小的。因为电流如此之小，所以该系统对杂散电容非常敏感。也正因为如此，表面电容触摸面板10的精度通常是问题所在。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种触摸感应方法，该方法通过对接收自触摸面板传感器的感测信号进行傅里叶变换基于感测信号的频率幅度来计算触摸坐标。

本发明的另一个目的在于提供一种执行上述触摸感应方法的触摸感应控制器。

本发明的另一个目的在于提供一种具有上述触摸感应控制器的触摸感应装置。

为了实现本发明的一个目的，提供了一种触摸感测方法。在本方法里，包括驱动信号和触觉信号的多个发送信号分别提供给设置在触摸面板上的多个传感器。然后，通过传感器感应到的感测信号将被放大。然后，对每个放大的感测信号进行数字转化。然后，对每个数字转换感测信号执行快速傅立叶变换(fft)以获得所述感测信号的频率幅度。然后，基于频率幅度计算触摸坐标。

在一个实施例中，驱动信号的每个频率可以是彼此相同的，触觉信号的每个频率可以是彼此相同的。

在另一个实施例中，触摸坐标的x值和y值可以通过下述方程计算：

其中k1代表偏移(offset)，k2代表放大率，i1代表触摸面板第1个角感测到的电流，i2代表触摸面板第2个角感测到的电流，i3代表触摸面板第3个角感测到的电流，i4代表触摸面板第4个角感测到的电流。

为了实现本发明的另一个目的，触摸感测控制器包括驱动部件和检测部件。驱动部件把包括驱动信号和触觉信号的多个发送信号分别提供给设置在触摸面板上的多个传感器。检测部件对对传感器感测到的感应信号执行快快速傅立叶变换(fft)以获得所述感测信号的频率幅度，并基于频率幅度计算触摸坐标。

在一个实施例中，触觉信号的频率可能比驱动信号的频率低。

在另一个实施例中，触摸感应控制器可以进一步包括高通滤波部件用于去除低频分量(每个传感器感测到的感应信号中的触觉信号)。

在另一个实施例中，传感部件可以包括电流检测部件用于检测感应信号；放大器部件用于放大电流检测部件输出的感应信号；模拟-数字转化部件用于数字转化放大的感应信号从而输出感应数据；快速傅里叶变换部件用于傅里叶变换感应数据；以及触摸测量部件用于基于傅里叶变换后的感应数据的频率幅度计算触摸坐标。

在另一个实施例中，传感部件可以进一步包括控制部件用于控制驱动信号的各频率和频率幅度以及控制触觉信号的各频率和频率幅度。

为了实现本发明的另一个目的，触摸感应装置包括触摸面板和触摸感应控制器。触摸面板包括多个传感器。触摸感应控制器把包括驱动信号和触觉信号的多个发送信号分别提供给各个传感器，把传感器感测的感应信号通过快速傅里叶变换(fft)转换到频域以获得感测信号的频率幅度，然后基于频率幅度计算触摸坐标。

在一个实施例中，驱动信号可能对应于高频信号，触觉信号可能对应于低频信号。

根据所述的触摸感应方法、触摸感应控制器和触摸感应装置，本发明将输出驱动信号到设置在触摸面板各角的传感器,并通过传感器接收感应信号以计算触摸坐标。在这里，本发明可以将快速傅里叶变换(fft)应用到感应信号,然后基于频率幅度计算触摸坐标。因此，既然感应信号中包括的噪音分量和触摸分量很容易与彼此区分，本发明可以增加触摸面板的精确。而且，进一步把具有低频分量的触觉信号与具有高频分量的触摸驱动信号提供给传感器将使触摸面板进一步具有触觉功能。

附图说明

本发明的以上及其他特征与方面将在更详细的实施例说明中结合附图而变得更加清楚，其中：

图1是传统表面电容触摸面板的概念图。

图2是对应于本发明实施例的触摸感应装置的结构图。

图3是表面电容触摸面板的一维原理概念图。

图4是在一维触摸发生时的等效电路图。

图5是图4所示电路图的等效电路图。

图6是表面电容触摸面板的二维原理概念图。

图7是图2所示触摸感应控制器实例的结构图。

图8是图7所示交流信号发生器的结构图。

图9a是图8所示交流信号发生器输出的发射信号以及传感器感测的感应信号的波形图。

图9b是图9a所示各信号的频谱图。

图10是图8所示信号加法器实例的电路图。

图11是图7所示触摸感应控制器操作的结构图。

图12是图2所示触摸感应控制器另一个实例的结构图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例，并参照附图，对本发明进行进一步详细说明。但需要说明的是，本发明可以通过许多不同形式进行实施，不应理解为对本发明实施例的限定。相反，提供这些实施例将使本发明公开地彻底和完整，并且将充分地传达本发明的范围给本领域技术人员。

当元件或层被称为“覆盖在”，“连接到”或“耦合到”另一元件或层时，可以理解为它直接覆盖、连接或耦合到另一个元件或层，或者存在中间元件或层。相反，当元件或层被称为“直接覆盖在”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一个元件或层时，不存在中间元件或层。相同的标号指代相同的元件。如文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意组合和所有组合。

虽然“第一”、“第二”、“第三”等术语可能在文中被用于描述各种元件、零件、区域、层和/或部件，但是这些术语不应理解为对这些元件、零件、区域、层和/或部件的限定。这些术语仅用于区别各个元件、零件、区域、层和/或部件。因此，下文所述的“第一”元件、零件、区域、层和/或部件在不偏离本发明教导的情况下同样可以被称为“第二”部件。

诸如“在…之下”，“在…下面”，“下方的”，“在…之上”，“上方的”等空间相关的术语在文中可以用于简要描述图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。可以理解为空间相关的术语意在包含除了附图中描述的方位之外在使用或操作中装置的其他不同取向。例如，如果附图中的装置被翻转，此时被描述为在其他元件或特征“之下”或“下面”的元件将位于它们的“上方”。因此，示例性术语“下面”可以包括上方和下方两个方位。装置可以被另外定位(旋转90度或者在其它方位)，并对在这里使用的空间相关的描述进行相应的解释。

文中使用的术语仅为了达到描述特定实施例的目的，不应理解为对本发明的限定。如文中所用，单数形式也意图包括复数形式，除非上下文清楚地补充说明。本说明书中使用的术语“包括”可以进一步理解为特指所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组件。

本发明的实施例在这里将通过参照本发明的理想化实施例(和中间结构)的示意剖面图来进行描述。因此，例如由于制造技术和/或公差导致的图示形状变化是可以预期的。所以，本发明的是实施例不局限于本说明书中展示的特定形状，而应该包括由于如制造工艺等所导致的形状偏差。例如，具有矩形形态的注入区域在其边缘处通常具有圆形或弯曲的特征和/或注入浓度的梯度，而不是从注入到非注入区的二元变化。同样的，通过注入形成的埋藏区可以在注入发生的埋藏区域表面之间形成一些该区域的注入。因此，附图中所示的区域是示意性的，它们的形状并非指示装置某区域的真实形状，且不应当理解为对本发明范围的限定。

除非另外说明，本说明书中使用的所有术语(包括技术术语与科学术语)具有本发明所属领域普通技术人员通常所理解的一样的含义。可以进一步理解为，诸如在常用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关领域上下文一致的含义，除非在此明确定义，否则不应当以理想化或过于正式的意义来解释。

以下将参考附图对本发明进行详细的说明。

图2是对应于本发明实施例的触摸感应装置的结构图。

参照图2，一种对应于本发明实施例的触摸感应装置包括表面电容触摸面板(以下表示为触摸面板)100和触摸感应控制器200。在本实施例中，该触摸感应装置在电容耦合型中计算触摸坐标。

触摸面板100包括多个传感器。触摸面板100通常基本上是透明的，以允许用户通过触摸面板100看到对象(计算机，手持设备，移动电话，或像素化显示器的其它外围设备等)。在本实施例中，传感器被设置在触摸面板100的各个角。当从图2的平面角度观察时，第一传感器110设置在触摸面板100的左上角，第二传感器120设置在触摸面板100的右上角，第三传感器130设置在触摸面板100的左下角，第四传感器140设置在触摸面板100的右下角。

触摸感应控制器200分别输出驱动信号到第一至第四传感器110,120,130和140。每个驱动信号可以同时输出到第一至第四传感器110,120,130和140。各个驱动信号之间的频率可以相同。

此外，触摸感应控制器200可以分别输出触觉信号到第一至第四传感器110,120,130和140。驱动信号和触觉信号可以同时输出到第一至第四传感器110,120,130和140。各个触觉信号之间的频率可以相同。而且，触觉信号的频率比驱动信号的低。也就是说，触觉信号对应于低频，而驱动信号对应于高频。

触摸感应控制器200基于对第一至第四个传感器110,120,130和140感测的各个传感信号进行快速傅里叶变换操作获得的传感信号频率幅度计算触摸坐标。在本实施例中，各个传感信号频率幅度可以与电流成正比。

下面将描述触摸感应控制器200的触摸坐标计算原理。

图3是表面电容触摸面板的一维原理概念图。

参照图3，交流信号“e”通过一个电流检测电阻“r”施加到触摸面板100的第一部分“a”，交流信号“e”通过一个电流检测电阻“r”施加到触摸面板100的第二部分“b”。触摸面板的电阻值是r。施加到触摸面板100第一部分和第二部分的交流电相频是相同的，触摸面板100第一部分和第二部分的电势也是相同的。

既然触摸面板100两个部分施加有相同电势的交流电，触摸面板100没有流过稳态电流。

当触摸到a与b之间的任意一c点，在a-b层与人体之间将会形成一个电容器，并会有细微电流通过这个电容器流入人体。这些显示在图4中。

图4是在一维触摸发生时的等效电路图。

参照图4，假设施加到触摸面板100第一端元的电流是第一电流“i1”，假设施加到触摸面板100第二端元的电流是第二电流“i2”，触摸面板100第一端元的触摸点“c”的电阻是第一电阻“r1”，触摸面板100第二端元的触摸点“c”的电阻是第二电阻“r2”，于是可以计算得到第一电流“i1”和第二电流“i2”。

图4所示的等效电路可以与图5所示的等效电路相同。

图5是图4所示电路图的一个等效电路图。

在图5中，电流“i”、电压“e”和触摸点电阻“总r”(totr)之间的关系通过下述方程1定义：

在这里，触摸点电阻“总r”通过下述方程2定义：

而且，第一电流“i1”通过下述方程3定义：

第二电流“i2”可以通过与第一电流“i1”相似的方法计算得到：

因此，触摸面板100两个部分的第一电流“i1”和第二电流“i2”可以通过下述方程4定义：

在这里,‘z’是包括触摸发生时形成的凝聚电容和人体电阻在内的阻抗。

通过方程4计算总电阻(r＝r1+r2)和电阻“r1”与触摸点“c”的比值。

既然方程4中的第一电流“i1”的电压源“e”与方程4中的第二电流“i2”的电压源“e”相同，可以得到下述方程5：

整合方程5，可以得到下述方程6：

i1(r+r1)＝i2(r+r2)[方程6]

为了获得方程6中r1/r2比值，用r-r1替代r2并整合，可以得到下述方程7：

在这里，比值可以用电阻的反比替代：

如果将方程9整理成r1，可以得到下述方程10：

在这里，为了得到r1/r2比值,如果将方程10除以r，可以得到下述方程11：

在这里，r1/r代表a-b之间触摸点c的一个位置。

方程11中没有z。也就是说，触摸点没有包括包含人体的阻抗。因此，可知触摸位置并不取决于z的大小。

在二维的情况下，将具有相同相频和电势的交流电信号施加到触摸面板100四个角的传感器，根据传感器感应到的电流值通过上述一维计算方法计算x坐标和y坐标。

图6是表面电容触摸面板100的二维原理概念图。

参照图6，将具有相同相频和电势的交流电信号施加到触摸面板100四个角的传感器，可以根据各个电流值通过与一维相同的方法计算x坐标和y坐标。一个例子与下述方程12相同：

在这里，k1代表偏移，k2代表放大。

图7是图2所示触摸感应控制器200的结构图。

参考图2和图7，一种触摸感应控制器200包括驱动部件210和感应部件220。

驱动部件210包括交流信号发生器212和多个电阻“r”，用于提供驱动信号给第一至第四传感器110、120、130和140。提供给第一至第四传感器110、120、130和140的每个驱动信号的频率是相同。驱动信号是具有相同相频和电势的交流电信号。驱动部件210提供驱动信号给第一至第四传感器110、120、130和140。

感应部件220将分别由第一至第四传感器110、120、130和140感测的时域感应信号转换为通过快速傅里叶变换(fft)得到的频域感应信号，然后基于获得的感应信号的频率幅度计算触摸坐标。

感应部件220包括电流检测部件221，放大部件222，模拟-数字转换部件223，快速傅里叶变换部件224和触摸测量部件225。

电流检测部件221包括多个电流变化检测电路cdc。电流检测部件221用于检测感应信号并将检测到的感应信号提供给放大部件222。

放大部件222包括多个放大器(amp)。放大部件222将从电流检测部件221输出的感应信号放大并将放大的感应信号提供给模拟-数字转换部件223。

模拟-数字转换部件223包括多个模拟-数字转换器。模拟-数字转换部件223将放大的感应信号转换成数字格式的感应数据，并将感应数据提供给快速傅里叶变换部件224。

快速傅里叶变换部件224包括多个快速傅里叶变换器fft。快速傅里叶变换部件224将时域感应信号转换为频域感应信号从而获得频率分量数据和频率幅度数据，并将频率分量数据和频率幅度数据提供给触摸测量部件225。在本实施例中，时域感应被转换成频域感应，因此它对于数字信号处理而言非常有用。

触摸测量部件225基于快速傅里叶变换得到的感应数据的频率幅度计算触摸坐标。在本实施例中，感应数据的频率幅度对应于感应的电流。也就是说，对应于触摸面板100第一个角的频率幅度是第一电流，对应于触摸面板100第二个角的频率幅度是第二电流，对应于触摸面板100第三个角的频率幅度是第三电流，对应于触摸面板100第四个角的频率幅度是第四电流。因此，将第一至第四电流代入方程12可以计算触摸坐标的x值和y值。

在本实施例中，触摸感应控制器200可以进一步包括高通滤波部件230。高通滤波部件230用于去除从第一至第四各个传感器110、120、130和140感测的感应信号中的低频分量，并将去除了低频分量的感应信号提供给感应部件220。

在本实施例中，当施加到第一至第四各个传感器110、120、130和140的发射信号包含触觉信号时，高通滤波部件230可以过滤掉可能包含在感应信号内的触觉信号。因此，对应于触觉信号的含有高频分量的信号可以从通过高通滤波部件230而被施加到电流检测部件221的感应信号中去除。

在本实施例中，触摸感应控制器200可以进一步包括控制部件240。所述控制部件240可以控制驱动信号的频率和频率幅度。在本实施例中，驱动部件210可以进一步提供触觉信号给从第一至第四各个传感器110、120、130和140。在这种情况下，所述控制部件240进一步控制触觉信号的频率和频率幅度。

在本实施例中，触觉感应控制器200可以进一步包括主机接口250。所述主机接口250用于把触摸测量部件225检测到的触摸位置提供给外部主机(未显示)。

触摸感应控制器200可以进一步包括一个或多个记忆装置(未显示)用于存储测量的大小和相关的参数，以及微处理器(未显示)用于完成必要的计算和控制功能。

为了完成一个或多个文中所述的功能，触摸感应控制器200和/或触摸感应装置的其他组件可以通过一个或多个专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)等来实现。

图8是图7所示交流信号发生器212的结构图。图9a是图8所示交流信号发生器212输出的发射信号以及传感器感测的感应信号的波形图。图9b是图9a所示各信号的频谱图。

参照图8、9a和9b，一种交流信号发生器212包括触觉信号发生器2122，驱动信号发生器2124和信号加法器2126。

触觉信号发生器2122形成具有低频分量的触觉信号，并将该触觉信号提供给信号加法器2126。在本实施例中，触觉信号具有第一频率分量“f1”。

驱动信号发生器2124形成具有高频分量的驱动信号，并将该驱动信号提供给信号加法器2126。在本实施例中，驱动信号具有第二频率分量“f2”。

信号加法器2126通过混合触觉信号和驱动信号形成发射信号，并将发射信号提供给从第一到第四传感器110，120，130和140。分别从第一至第四传感器110，120，130和140接收的各个感应信号通过高通滤波器过滤，第一频率“f1”分量将被去除。因此，在本实施例中，感应信号具有第二频率“f2”分量。

图10是图8所示信号加法器2126实例的电路图。

参照图10，信号加法器2126可以包括求和放大器。所述求和放大器包括第一电阻器r1，第二电阻器r2，运算放大器amp和反馈电阻器rf。

第一电阻器r1包括连接到触觉信号发生器2122输出终端的第一端口和连接到运算放大器amp负输入终端的第二端口。

第二电阻器r2包括连接到驱动信号发生器2124输出终端的第一端口和连接到运算放大器amp负输入终端的第二端口。

运算放大器amp包括一个连接到第一电阻r1第二端口和第二电阻r2第二端口的负输入终端，一个连接到大地的正输入终端，以及一个连接到各传感器的输出终端。

反馈电阻rf包括连接到运算放大器amp负输入终端的第一端口和连接到运算放大器amp输出终端的第二端口。

在本实施例中，求和放大器输出电压的虚拟输出以下述方程13表示：

在本实施例中，第一电压v1可以对应于触觉信号，第二电压可以对应于驱动信号。因此，输出电压的虚拟输出可以对应于混合了触觉信号和驱动信号的发射信号。

图11是图7所示触摸感应控制器操作的概念图。

参照图11，从第一至第四传感器110、120、130和140设置在触摸面板100的四个角。

为了感应触摸，触摸感应控制器200分别把含有第一驱动频率f0的驱动信号提供给第一传感器110，把含有第二驱动频率f1的驱动信号提供给第二传感器120，把含有第三驱动频率f2的驱动信号提供给第三传感器130，把含有第四驱动频率f3的驱动信号提供给第四传感器140。

当在触摸面板100上没有发生触摸时，从感应信号检测到的第一至第四频率f0、f1、f2和f3的幅度是相同的。

但当在触摸面板100上发生触摸时，从感应信号检测到的频率幅度是各不相同的。

例如，如图11所示，第三传感器130检测到的感应信号频率幅度与驱动信号频率幅度相等。但是，第二传感器120检测到的感应信号频率幅度比第一传感器110检测的感应信号频率幅度要低。第一传感器110检测到的感应信号频率幅度比第二传感器120检测的感应信号频率幅度要低。第四传感器140检测到的感应信号频率幅度比第一传感器110检测的感应信号频率幅度要低。

因此，触摸测量组件可以基于方程12计算x坐标和y坐标。

如上所述，对应于本实施例，既然可以通过检测感应信号中的已知驱动信号的频率分量的变化量感测触摸，也就很容易区分触摸分量和噪音分量。因此，通过使用仅经过快速傅里叶变换处理的结果，为在触摸屏的运算环境下生成的噪音分量单独测量期望频率的感应信号的变化量，所以本发明可以容易地解决由噪音产生的影响。

而且，可以通过在同一时间同时驱动多个传感器来加速触摸感应时间，达到高速响应的效果。

而且，将时域感应转化为频域感应，使得数字信号处理成为可能。

通常情况下，为了获得噪音频率的显著特征，触摸感应装置由驱动频率为约400khz的标型电压脉冲驱动。当触摸屏的大小增加或单一传感器的电阻分量和电容分量增加，触摸感应装置的rc时间常数将增大。因此，本发明不在具有大于400khz驱动频率的电压下驱动触摸感应装置，从而降低驱动频率以驱动触摸感应装置。当在低驱动频率下驱动触摸感应装置，感应触摸将由于电话噪音的干扰而变得困难。

但是，对应于本实施例，驱动驱动频率可以比时间常数慢(即传感器的时间常数)，因而对于诸如中大型传感器或单界面传感器等高电阻传感器的运算是比较有益的。

图12是图2所示触摸感应控制器200另一个实例的结构图。

参照图2和12，一种触摸感应控制器300包括驱动部件210，传感部件320，高通滤波部件230，控制部件240和主机接口250。除了传感部件320，图12所示的结构图基本上与图7所示的结构图相同，图12所示的相同或类似元件标示有与上面用来描述图7中的触摸感应控制器实施例相同的参考字符。任何重复的详细描述将在下文中省略。

传感部件320包括电流检测部件221，放大器部件222，带通滤波器部件326，模拟-数字转换部件223，快速傅里叶变换部件224和触摸测量部件225。除了带通滤波器部件326，图12所示的结构图基本上与图7所示的结构图相同。图12所示的相同或类似元件标示有与上面用来描述图7中的触摸感应部件320实施例相同的参考字符，任何重复的详细描述将在下文中省略。

带通滤波器部件包括多个带通滤波器。带通滤波器部件326把特定频带的感应信号提供给模拟-数字转换部件223。

如上所述，本发明输出驱动信号到每个设置在触摸面板各角的传感器，通过传感器接收感应信号并计算触摸坐标。在这里，可以对感应信号施加快速傅里叶变换(fft)，然后基于频率幅度计算触摸坐标。因此，既然感应信号中包括的噪音分量和触摸分量很容易与彼此区分，本发明可以增加触摸面板的精确。

而且，进一步把具有低频分量的触觉信号与具有高频分量的触摸驱动信号提供给传感器将使触摸面板进一步具有触觉功能。

而且，通过高通滤波器把触摸面板接收的感应信号中的低频分量触觉信号去除，所以能够单独获得具有高频分量的驱动信号，因此也就可以增加触摸面板的精确。

而且，既然感应数据通过快速傅里叶变换(fft)被转换到频域，除了中间频率的其余频率分量将会去除，于是驱动信号中包含的噪音可以被去除。

上述实施例可以应用到各种装置和系统中，包括触摸面板，尤其是诸如移动手机、智能手机、个人数字助理(pda)，便携式多媒体播放器(pmp),数码相机，摄像机、个人电脑(pc)，服务器、工作站、笔记本电脑、数字电视、机顶盒、音乐播放器、便携式游戏机、导航系统和/或打印机。

除了已经描述的本发明实施例，需要进一步指出的是，所述领域的技术人员应当理解：在所附权利要求书界限所定义的本发明的精神和原则之内，可以对本发明进行各种修改。