一种触控检测系统及其方法和一种显示模组与流程

本发明属于触控检测技术领域，特别公开了一种触控检测系统及其方法和一种显示模组。

背景技术：

随着时代的不断进步，特别是智能设备的不断进步，人们对触控检测的精度和及时性提出了更高的要求。在现有技术中，互容式的触控检测技术则广泛应用于各种应用领域。互容式触控检测需要一组信号发送端tx用于信号发送，另外一组信号接收端rx用于信号接收。由于信号发送端tx和信号接收端rx之间存在寄生电容cm，rx信号接收端接收到的信号量始终保持一个稳定的值，而当有手指触摸时，则会造成寄生电容cm的容值变小，从而造成信号接收端rx接收到的信号量发送变化，当信号的变化量超过一定阀值后，则判断是有手指触摸。

然而手指触摸在此寄生电容cm的容值改变量通常较小，当遇到较厚的盖板时，寄生电容cm的容值改变量会更小，因此造成信号接收端接收道德信号变化量也随之减小，从而会增加触摸检测的难度与精度。

传统的互容式触控检测的原理是利用两组正向交叉的信号输入端tx和信号输出端rx实现对手指触控的检测，当启动触控检测时。tx会依次发送方波信号，rx则实时检测tx发送来的信号，并根据检测到的信号量大小来判断是否有手指触摸，图1中示出了传统互容式触控检测的架构原理图，如图1所示，n条tx依次发送方波信号，m条rx同时进行信号采集，其中tx1与rx1之间的寄生电容命名为cm11，tx1与rx2之间的寄生电容命名为cm12，以此类推。n条tx与m条rx在触摸屏上形成n*m个交点，m条rx同时对信号进行采集，当没有手指触摸时，m条rx采集到的信号量始终保持一个固定的值，也就是说多次采集的信号量不厚有太大的差异，而当有手指触摸时，比如在tx1与rx2交叉位置，那么cm12的容值就会由于手指触摸的原因减小，这样当tx1产生方波信号后，rx2接收到的信号量就会相对于没有手指触摸是接收到的信号量要小，从而产生信号量差异。

传统的触控互容检测采用的是双边采样检测的方式对信号进行处理，图2示出了传统互容检测的架构图。如图2所示，cm是tx与rx之间的寄生电容，cmb则是内部用于补偿cm电容的base电容，通常情况下cmb容值可调，在实际应用中，需要将cmb电容调整到与cm电容容值相当，传统电容的检测原理如下：

当启动互容检测时，tx不断发送方波信号，rx接收tx传递来的方波信号，并通过后续的电路处理产生vout电压，之后模数转换单元对vout电压进行模数转换，产生对应的转换码值传输到数字端进行后续判断与处理。传统的互容检测通常采用双边采样的检测方式，其对应的时序控制图3和图4所示。图3中示出了没有手指触摸时rx的电压变化。如图3所示，当没有手指触摸时，在一个tx的扫描周期内，模数转换单元会对vout电压采样两次，采样电压分别为正沿采样电压vout1和负沿采样电压vout2，模数转换单元将两个模拟信号非别转换为code1与code2，之后在数字端将这两组数字码值做差得到△code并且保存，当上述信号采样重复n次之后，模数转换单元也重复n次数据处理，这样得到n次累和值n*code，此时，如果有手指触摸造成对应的cm电容容值发生改变，则可以得到另外一组vout电压，图4示出了有手指触摸时的电压变化。如图4所示，当有手指触摸时，在一个tx周期内，正沿采样电压会从vout1变成vout1＇，而负沿采样电压则会从vout2变成vout2＇,这样经过模数转换单元处理后，将两个模拟信号分别转换为对应的两组数字码值code1＇和code2＇，之后在数字端将两组数字码值做差得到△code＇保存。当上述信号采样重复n次之后，模数转换单元也会重复n次的数据转换，这样可以得到n次的累和值n*△code＇。当n*(△code＇-△code)大于一个设定的检测阀值时，则会判断是有手指触摸，反之则判断没有手指触摸。

传统的互容检测方式需要对vout电压采样多次，并且每次需要在数字端将采样得到的正沿数据与负沿采样数据做差值处理。而当手指触摸所造成的cm电容容值变化较小时，对应的vout电压的变化量也就会相应变小，这样进行模数处理后单次的码值差异也会随之变小。因此为了提高检测的精度，当手指触摸所造成的cm电容容值变化量较小时，特别是在后盖板的应用条件下，传统的互容检测方式需要增加对vout电压的采样次数n，从而将n*(△code＇-△code)的差异放大，以正确的判断手指是否存在触碰，这无疑会增加系统的扫描时间以及功耗损失。

为了解决这一问题，现在急需一种全新的互容检测架构，旨在保证手指检测精度的前提下，还能降低系统的扫描时间与功耗损失。

技术实现要素：

本发明公开了一种触控检测系统，所述触控检测系统包括发送端tx、接收端rx、放大单元、模数转换单元、数字端和时序控制单元；

所述发送端tx用于发送方波信号；

所述接收端rx用于接收所述发送端tx发送的方波信号；

所述接收端rx与所述放大单元连接，所述放大单元用于对所述接收端rx接收到的信号进行放大；

所述模数转换单元用于接收放大后的电压，并进行转换结果输出；

所述数字端用于接收所述转换结果，并进行后续判断与处理；

所述时序控制单元用于对所述放大单元的工作时序进行控制。

进一步的，所述发送端tx与所述接收端rx之间存在寄生电容cm，所述寄生电容的容值当检测到有手指触摸的时候会发生变化。

进一步的，所述放大单元包括第一放大单元、第二放大单元和第三放大单元，所述第一放大单元对所述接收端rx接收到的信号进行处理，生成电压v1，通过所述时序控制单元的控制，所述第二放大单元和第三放大单元对电压v1进行后续处理，产生电压v3。

进一步的，所述电压v3的值等于(v2-v1)*(r2/r1)+v1；

其中r2为可调电阻，r1为定值电阻。

进一步的，所述第一放大单元包括第一运算放大器op1、所述第二放大单元包括第二运算放大器op2，所述第三放大单元包括第三运算放大器op3；

所述第一运算放大器op1的负输入端与所述接收端rx的输出端连接，所述第一运算放大器op1的正输入端输入参考电压vref，所述第一运算放大器op1的输出端输出电压v1；

所述第二运算放大器op2的正输入端与所述第一运算放大器op1的输出端连接，并且在连接线路中设置第一开关p1，所述第二运算放大器op2的正输入端输入参考电压vref，并且通过第二开关p2控制参考电压vref是否接入；

所述第一运算放大器op1的输出端还与所述第三运算放大器op3的负输入端连接，并且在连接之间串联接入电阻r1，所述第二运算放大器op2的负输入端和输出端短接，所述第二运算放大器op2的输出端输出电压v2，并且所述第二运算放大器op2的输出端与所述第三运算放大器op3的正输入端连接，并且之间串联接入电阻r1，所述第三运算放大器op3的负输入端和输出端之间串联接入可调电容r2；所述第三运算放大器op3的输出端输出电压v3，并与模数转换单元adc连接。

进一步的，在没有手指触控的情况下，所述时序控制单元的控制逻辑如下：

t1时刻v1＝v2＝v3＝vref；

t2时刻v1电压从vref开始变化，产生对应的正沿电压，v2与v3电压则跟随v1电压变化；

t3时刻v1电压变化到vout1，v2与v3电压则跟随v1电压变化到vout1；

t4时刻v1电压被重新复位到vref，v2电压则继续保持vout1电压，v3电压则保持在一个中间的电压值(vout1－vref)×(r2/r1)+vref；

t5时刻v1电压继续从vref电压开始变化，产生对应的负沿电压，v2电压则继续保持vout1电压，v3电压则随着v1电压的逐渐变小继续增大；

t6时刻v1电压变化到vout2，v2电压则继续保持vout1电压，v3电压则变化到(vout1－vout2)×(r2/r1)+vout1，此时adc_sh对t6时刻的v3电压进行采样并保持，之后adc启动模数转换，将这个电压值转换为对应的数字码值code，当上述信号采样重复n次之后，adc也会相应重复n次的数据处理，这样可以得到n次的累和值n×code；

t7时刻v1电压被重新复位到vref，v2电压也会被重新复位到vref，v3电压也重新回到vref电压；

t8时刻保持t7的状态；

t9时刻之后又开始下一周期的tx扫描，依次循环。

进一步的，在有手指触控的情况下，所述时序控制单元的控制逻辑如下：

t1时刻v1＝v2＝v3＝vref；

t2时刻v1电压从vref开始变化，产生对应的正沿电压，v2与v3电压则跟随v1电压变化；

t3时刻v1电压变化到vout1＇，v2与v3电压则跟随v1电压变化到vout1＇；

t4时刻v1电压被重新复位到vref，v2电压则继续保持vout1＇电压，v3电压则保持在一个中间的电压值(vout1＇－vref)×(r2/r1)+vref；

t5时刻v1电压继续从vref电压开始变化，产生对应的负沿电压，v2电压则继续保持vout1＇电压，v3电压则随着v1电压的逐渐变小继续增大；

t6时刻v1电压变化到vout2＇，v2电压则继续保持vout1＇电压，v3电压则变化到(vout1＇－vout2＇)×(r2/r1)+vout1＇，此时adc_sh对t6时刻的v3电压进行采样并保持，之后adc启动模数转换，将这个电压值转换为对应的数字码值code＇，当上述信号采样重复n次之后，adc也会相应重复n次的数据处理，这样可以得到n次的累和值n×code＇，当n×(code＇－code)大于一个设定的检测阈值时，则会判断是有手指触摸，反之则判断没有手指触摸；

t7时刻v1电压被重新复位到vref，v2电压也会被重新复位到vref，v3电压也重新回到vref电压；

t8时刻保持t7的状态；

t9时刻之后又开始下一周期的tx扫描，依次循环。

进一步的，本发明还公开了一种触控检测系统的控制方法，通过调节可调电阻r2的阻值来调节所述触控检测的灵敏度。

进一步的，本发明还公开了一种显示模组，所述显示模组包括所述触控检测系统和触控显示面板，所述触控显示系统的寄生电容cm均匀排布在所述触控显示面板下方，所述数字端与所述触控显示面板连接。

本发明的优点在于：本发明中通过对接收端rx所接收的信号进行放大，可以有效减少为了保证检测准确度而需要多次重复操作的情况，在保证精准度的前提下，有效降低系统功耗，减少扫描时间。

附图说明

图1示出了互容式触控检测的架构原理图；

图2示出了传统互容检触控测的架构图；

图3中示出了现有技术中互容触控检测系统中没有手指触摸时rx的电压变化；

图4中示出了现有技术中互容触控检测系统中手指触摸时rx的电压变化；

图5示出了本发明实施例中的互容检测电路架构图；

图6示出了本发明实施例中没有手指触摸时的电压变化时序控制图；

图7示出了本发明实施例中有手指触摸时的电压变化时序控制图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种触控检测系统，所述触控检测系统包括发送端tx、接收端rx、放大单元、模数转换单元、数字端和时序控制单元。所述发送端tx用于发送方波信号，所述接收端rx用来接收所述发送端tx发送的方波信号。具体的，所述发送端tx与所述接收端rx之间存在寄生电容cm，所述寄生电容cm的容值当检测到有手指触摸的时候容值会发生变化，随着所述寄生电容cm的容值发送变化，所述接收端rx所接收到的信号也会发生变化。进一步的，所述接收端rx和发送端rx之间还存在内部补偿电容cmb，实例性的，所述内部补偿电容cmb为base电容，作用是与外部的cm电容进行电荷平衡，并且其容值可调。

所述接收端rx与所述放大单元连接，所述放大单元对所述接收端rx接收到的信号进行放大。

具体的，所述放大单元包括第一放大单元、第二放大单元和第三放大单元，所述第一放大单元对所述接收端rx接收到的信号进行处理，生成电压v1，通过所述时序控制单元的控制，所述第二放大单元和第三放大单元对电压v1进行后续处理，产生电压v3。

所述模数转换单元对所述放大后的信号进行模数转换。具体的，所述模数转换单元对电压v3进行模数转换，并且将转换后的码值发送给所述数字端进行后续判断与处理。

本发明在接收端rx与模数转换单元之间添加放大单元，能够避免在寄生电容cm容值变化量较小时，必须要对接收端rx的信号进行多次采样才能正确的判断是否存在手指触摸的情况，节约了系统的扫描时间以及大大降低了功耗，同时使得对触摸更加准确快速的检测，检测也更加精准。

示例性的，图5示出了本发明实施例中的互容检测电路架构图。如图5所示，所述寄生电容cm位于所述发送端tx与所述接收端rx之间。进一步的，寄生电容cm并联连接有内部补偿电容base电容，所述base电容cmb的容值可调，此时cmb的容值与cm的容值相同。cmb电容支路上还串联连接二极管，所述二极管的正极靠近所述发送端tx，所述二极管的负极靠近所述放大单元。

所述第一放大单元包括第一放大运算器op1、复位组件rst和反馈电容cf，所述第一放大运算器op1、复位组件rst和反馈电容均并联连接，所述复位组件rst用于所述第一运算放大器op1的复位，所述反馈电容cf用于调节ca的电荷放大系数，所述第一运算放大器op1的负输入端与所述接收端rx的输出端连接，所述第一运算放大器op1的正输入端输入参考电压vref，所述第一运算放大器op1的输出端输出电压v1。所述第二放大单元包括第一开关p1、第二开关p2、保持电容ch、第二运算放大器op2。具体的，所述第二运算放大器的正输入端与所述第一运算放线路大器op1的输出端连接，并且在连接中设置第一开关p1。所述第一开关p1与所述第二运算放大器之间设置所述保持电容ch，并且所述保持电容ch接地。所述第二运算放大器op2的正输入端与参考电压vref的输入端连接，并且通过所述第二开关p2控制是否接入。所述第三放大单元包括第三运算放大器op3和可调电容r2，所述可调电容r2两端分别与所述第三运算放大器op3的负输入端和输出端连接。所述第一运算放大器op1的输出端还与所述第三运算放大器的负输入端连接，并且在连接之间串联接入电阻r1。所述第二运算放大器op2的负输入端和输出端短接，所述第二运算放大器op2的输出端输出电压v2，并且所述第二运算放大器op2的输出端与所述第三运算放大器op3的正输入端连接，并且之间串联接入电阻r1。所述第三运算放大器op3的输出端输出电压v3，所述电压v3的值等于(v2-v1)*(r2/r1)+v1。所述第三运算放大器op3的输出端与模数转换单元adc连接，所述模数转换单元adc接入采样保持信号adc-sh。所述模数转换单元对电压进行模数转换，并与所述数字端连接。

所述时序控制单元为整个触控检测系统提供时序控制。

具体的，图6示出了没有手指触摸时的电压变化时序控制图。如图6所示，不同时刻下v1/v2/v3在没有手指触摸条件下的电压变化如下：

t1时刻v1＝v2＝v3＝vref；

t2时刻v1电压从vref开始变化，产生对应的正沿电压，v2与v3电压则跟随v1电压变化；

t3时刻v1电压变化到vout1，v2与v3电压则跟随v1电压变化到vout1；

t4时刻v1电压被重新复位到vref，v2电压则继续保持vout1电压，v3电压则保持在一个中间的电压值(vout1－vref)×(r2/r1)+vref；

t5时刻v1电压继续从vref电压开始变化，产生对应的负沿电压，v2电压则继续保持vout1电压，v3电压则随着v1电压的逐渐变小继续增大；

t6时刻v1电压变化到vout2，v2电压则继续保持vout1电压，v3电压则变化到(vout1－vout2)×(r2/r1)+vout1，此时adc_sh对t6时刻的v3电压进行采样并保持，之后adc启动模数转换，将这个电压值转换为对应的数字码值code，当上述信号采样重复n次之后，adc也会相应重复n次的数据处理，这样可以得到n次的累和值n×code；

t7时刻v1电压被重新复位到vref，v2电压也会被重新复位到vref，v3电压也重新回到vref电压；

t8时刻保持t7的状态；

t9时刻之后又开始下一周期的tx扫描，依次循环。

如果有手指触摸造成相应的cm电容容值发送改变，则可以得到另外一组vout电压。

具体的，图7示出了有手指触摸时的电压变化时序图。如图所示，不同时刻下v1/v2/v3在有手指触摸条件下的电压变化如下：

t1时刻v1＝v2＝v3＝vref；

t2时刻v1电压从vref开始变化，产生对应的正沿电压，v2与v3电压则跟随v1电压变化；

t3时刻v1电压变化到vout1＇，v2与v3电压则跟随v1电压变化到vout1＇；

t4时刻v1电压被重新复位到vref，v2电压则继续保持vout1＇电压，v3电压则保持在一个中间的电压值(vout1＇－vref)×(r2/r1)+vref；

t5时刻v1电压继续从vref电压开始变化，产生对应的负沿电压，v2电压则继续保持vout1＇电压，v3电压则随着v1电压的逐渐变小继续增大；

t6时刻v1电压变化到vout2＇，v2电压则继续保持vout1＇电压，v3电压则变化到(vout1＇－vout2＇)×(r2/r1)+vout1＇，此时adc_sh对t6时刻的v3电压进行采样并保持，之后adc启动模数转换，将这个电压值转换为对应的数字码值code＇，当上述信号采样重复n次之后，adc也会相应重复n次的数据处理，这样可以得到n次的累和值n×code＇，当n×(code＇－code)大于一个设定的检测阈值时，则会判断是有手指触摸，反之则判断没有手指触摸；

t7时刻v1电压被重新复位到vref，v2电压也会被重新复位到vref，v3电压也重新回到vref电压；

t8时刻保持t7的状态；

t9时刻之后又开始下一周期的tx扫描，依次循环。

对比传统的互容检测方式与本发明专利所提出的互容检测方式，可以看到传统的互容检测方式下adc需要在每一个tx扫描周期内依次采样处理正沿采样电压与负沿采样电压，然后在数字端对其转换的码值做差，产生对应的△code，并且需要经过n次重复采样，才能将对应的差值进行n次放大以利于判断是否有手指触摸，而本发明专利所提出的互容检测方式，adc可以在一个tx扫描周期内直接对正沿采样电压与负沿采样电压的差值的r2/r1倍进行采样处理，从而可以将有手指触摸与没有手指触摸的信号差异在一次的信号处理中放大r2/r1倍。假定当r2/r1取值为10时，本发明专利所提出的互容检测方式可以在一次采样过程中实现传统互容检测方式采样10次的效果，从而可以大大提高手指触摸检测的精度，同时大幅降低系统的扫描时间以及功耗损失。

在此基础上，本发明还公开了一种触控检测方法，通过调节可调电阻r2的电阻值来调节触控检测的灵敏度，当电阻r1为定值时，电阻r2的阻值越高，触控检测的灵敏度越高，反之则灵敏度越低。

本发明实施例中还公开了一种显示模组，所述显示模组包括所述触控检测系统和触控显示面板，所述触控显示系统与所述触控显示面板连接。多个寄生电容cm均匀排布在所述触控显示面板下方，所述数字端与所述触控显示面板连接，将检测结果输出到所述触控显示面板上。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。