[发明专利]利用空间差异性的投射式电容触摸屏系统时域降噪方法

说明书

技术领域

本发明属于投射式电容触摸屏及触摸屏控制系统领域，具体的涉及一种利用空间差异性的时域降噪方法，用于精确消除噪声对触控系统的影响，提高电容屏抗干扰能力。

背景技术

投射式电容触摸屏系统，由投射式电容屏（以下简称“电容屏”）和触摸屏控制器（以下简称“触控电路”）组成。电容屏是由基材和传感器阵列构成。基材材料有玻璃，PET等，包括不透明的基材。传感器阵列是多条有特定形状的感应线有规则地排布形成的阵列，感应线是使用铟锡合金（ITO）或碳或其他导电材料制作的。电气连接上，传感器阵列的感应线与触控电路的端口直接连接。触控电路是由电路板，电子元器件构成的。电路板可以是普通电路板（PCB）或柔性电路板（FPC），用于连接电子元器件。电子元器件包含被动元器件，如阻容元件和功能器件，如专用触控集成电路芯片。功能器件含有模拟电路处理器，用于驱动传感器阵列的感应线，或从传感器阵列的感应线上读取信号。功能器件中还包含微处理器（MCU）或数字信号处理器（DSP），用于实现特定计算过程（相关算法），以确定得到传感器阵列的工作状态。触控电路中还包含存储器，用于存储程序（Firmware），状态数据和运算结果。触控电路还包含时钟发生器，产生高精度时钟信号供触控电路各功能模块之间同步，以及与宿主机信息交互过程的时序控制，时钟周期基本不随温度和电压的变化而变化，。触控电路与外部的连接，一边是传感器阵列的感应线，另一边是宿主（host）的电源线及其他通信信号。宿主指手机主板，电脑主板或其他应用系统。

投射式电容触摸屏系统的基本工作原理是，触控电路按照事先确定的时间和空间顺序，一组一组地驱动传感器阵列的感应线，并从驱动传感器阵列的感应线读取信号，然后进行算法处理。在某特定时刻，这一组模拟电路处理器驱动或读取的感应线或感应线组，称为“目标感应线”。控制这个时间空间顺序的电路，称为选择控制电路。当全部传感器阵列里面的感应线作为目标感应线被处理完成时，称为完成一帧（Frame）。投射式电容触摸屏系统的永远重复每帧的动作，除非宿主机命令投射式电容触摸屏系统停止动作。

在投射式电容触摸屏系统中，主要存在两种电子信号杂讯干扰影响，简称噪声。第一种是电磁干扰，英文是Electro Magnetic Interference，简称EMI，这种噪声干扰主要来自于周边电子器件对于电容式触摸屏的传感器的干扰。第二种噪声干扰是人手指接近或碰触到电容式触摸屏传感器时带来的。噪声干扰严重影响着触控系统的稳定度及操控性能。因此，对于电容式触摸屏系统的设计者来说，如何建立一个在实际应用环境中稳定有效可靠的触控系统，是一个挑战。

EMI噪声，例如从液晶显示屏耦合到触控系统的开关噪声，或源于手机射频电子器件的噪声，还有从应用处理器馈入的噪声等，这些杂讯显著降低了投射式电容触摸屏系统中和有效信号的效果，既信噪比。无论手指是否接近或碰触到触摸屏的传感器，这些EMI杂讯都会耦合到传感器信号通路当中。噪声大小与投射式电容触摸屏系统中传感器的电容值有关。图1显示了受到液晶显示屏开关噪声影响的传感器信号。图1的横轴是时钟周期数，相当于时间，纵轴表示21条感应线的信号，图1整体接近黑色，表示EMI干扰广泛分布在时间和触摸屏空间上。

另外有一些杂讯干扰，例如电源噪声，或器件特定的噪声，他们带有有特征的噪声频率，这些干扰也会被等比例地耦合到投射式电容触摸屏系统的传感器上，其比例关系是触摸的手指电容（Cf）比触控系统本征电容（Cs）.图2画出了在这样的干扰下，触摸屏系统中感应到的信号。图2的横轴是时钟数，相当于时间，纵轴表示了2个感应线的信号，由图中可以明显看到手指引入的外部杂讯的干扰。

目前大部分投射式自电容（self projective capacitance，简称self-PROCAP）系统或投射式互电容（mutual projective capacitance，简称mutual-PROCAP）系统中的采用了并列感应（parallel sensing）方法。这样的方法需要复杂的前端感应电路和繁琐的后续信号处理。在消耗处理能力，需要电路的复杂度，以及实现功能所消耗的功耗上面都需要改进。

在相关技术领域里，美国马克西姆综合产品公司在中国及海外提交了专利申请《用于使用差分感测的电容式触摸屏控制器的噪声消除技术》，其中国专利申请号为201110108199.6。该技术虽然使用到相邻差分的概念，但由于其使用的模拟处理器数目的限制，及存在相邻感应线不能有效消除手指引入噪声的限制等，其消除噪声的效果需进一步改进。

发明内容