具有平衡的并联驱动的电容触控面板制造技术

一种电容式触摸感测器包括电极元件的阵列，每个电极元件包括驱动电极和感测电极，驱动电极和感测电极在每个电极元件中形成至少一个互耦电容器。一控制器可操控地连接所述电极元件的阵列，所述控制器用于测量至少一个测量周期至少一个互耦电容。此外，在所述至少一个测量周期期间施加的激励信号是平衡的以减少基准电容的影响。

A capacitive touch panel with a balanced parallel drive

A capacitive touch sensor includes an array of electrode elements. Each electrode element includes a driving electrode and a sensing electrode. The driving electrode and the sensing electrode form at least one mutual coupling capacitor in each electrode element. A controller is manipulable to connect an array of the electrode elements, which is used to measure at least one mutual coupling capacitance of at least one measurement period. In addition, the excitation signals applied during the at least one measurement period are balanced to reduce the influence of the reference capacitance.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有平衡的并联驱动的电容触控面板
本专利技术涉及触控面板装置。特别地，本专利技术涉及电容式触控面板。这种电容式触控面板装置可在消费电子产品，包括，例如移动电话、平板和台式个人电脑、电子书阅读器和数字标牌产的范围内发现应用。
技术介绍
触控面板近来已被广泛应用于高端便携式电子产品诸如智能手机和平板电脑的输入设备。尽管许多不同的技术可用以创建这些触控面板，电容系统由于其精确性、耐用性以及能够很少或无需作动力来侦测触摸输入事件的能力，已被证明是最受欢迎的。对于触控面板最基本的电容式感测方法是表面电容法(也称为自容)，如US4293734(Pepper，1981年10月6日)中所公开的。表面电容式触控面板的典型实施方案示出在图1中，且包括透明基板10，其表面涂覆有形成感测电极11的导电材料。一个或多个电压源12，例如在每个角落，与所述感测电极连接，并且用于在基板上产生静电场。当导电的输入物体13，诸如人的手指，紧邻感测电极时，电容器14动态地形成在感测电极11和输入物体13之间，并且该电场受到干扰。电容器14导致从电压源12获取的电流的量的变化，其中电流变化的幅值跟手指位置与电压源和感测电极连接的点之间的距离有关。提供电流感测器15以测量从每个电压源12获取的电流，并且通过比较在每个源处测量的电流的幅值来计算触摸输入事件的位置。虽然构造和操作简单，但是表面电容式触控面板不能侦测当发生多个同时的触摸输入事件，例如当两个或更多个手指与触控面板接触时。应用于触控面板的另一种众所周知的电容式感测方法是投射电容法，也称为互电容。在该方法中，如图2所示，在透明基板(图未示)上形成驱动电极20和感测电极21。变化的电压或激励信号从电压源22施加于驱动电极20。然后利用由形成在驱动电极20和感测电极之间的互耦电容器23的电容耦合，使信号产生在相邻的感测电极21上。电流测量装置24与感测电极21连接，并提供互耦电容器23的大小测量。当输入物体13靠近所述两种电极时，与驱动电极20形成第一动态电容27且与感测电极21形成第二动态电容28。如果输入物体接地，例如与连接人体的人类手指的情况相同，这些动态形成的电容的效果则表现为作为驱动和感测电极之间的耦合电容量的减少，且因此降低了与感测电极21连接的电流测量装置24测量的信号的幅度。众所周知且被公开在，例如US7663607(Hotelling，2010年2月6日)中，通过将多个驱动和感测电极布置成网格状以形成电极阵列，该投射电容感测方法可用于形成触控面板装置。投射电容感测方法相对于表面电容法的优点是可侦测多个同时的触摸输入事件。在常规互容触控面板中使用的示例性电极阵列的示意图如图3A所示。电极阵列包括多个驱动电极20和多个感测电极21，含有的互电容器23形成在任意驱动电极和任意感测电极之间的每个交叉处。驱动电极20连接单独的电压源22，每个电压源可以向相应的驱动电极提供电压激励信号。感测电极连接电流测量装置24，电流测量装置24通过施加于驱动电极的电压激励信号来测量在每个感测电极上产生的电流。根据驱动顺序测量电极阵列中所有互电容器的电容，其时序图如图3B所示。一帧周期(TFRAME)由四个测量周期(tS1、tS2、tS3和tS4)组成。为了测量互耦电容器的电容，相同的电压激励信号被逐一施加给驱动电极，使得在第一测量周期期间，电压激励信号被施加给第一电极，在第二测量周期期间相同的电压激励信号被施加给第二驱动电极，以此类推。当电压激励信号被施加给电极阵列的最后一个电极时，时序从初始处开始，以获得操作的下一帧的数据。在操作的一帧期间被施加的电压激励信号的模式可以被表示为矩阵36，该矩阵36是本示例中的单位矩阵。众所周知，可以通过增加与阵列中的互耦电容器的电容的测量相关联的信噪比(SNR)来提高导电物体位置的估算精度。增加采用投射电容感测方法的系统的SNR的已知方法公开在，例如US20100060591(Yousefpor，2008年9月10日申请，且2010年3月11日公开)中。根据该方法，在测量期间所有的驱动电极被同时激发。每个驱动电极被提供具有幅值或相位彼此不同，或者两者都不同的两个(或更多)可能类型的信号中的一个。图4中示出了替代的驱动序列的时序图。如前所述，在由四个测量周期(tS1、tS2、tS3和tS4)组成的一帧周期(TFRAME)期间测量电极阵列中所有的互电容器的电容。在一个测量周期期间，电压激励信号被施加于电极阵列的所有驱动电极，且在感测电极中产生的电流被测量。每个测量周期内施加于驱动电极的电压激励信号的模式是不同的。在操作的一帧期间施加的电压激励信号的模式可以表示为矩阵41。然而，该方法的限制是在进行电容测量的同时电流测量装置24可能饱和。例如，互电容器的电容可包括由于物体的存在而改变的部分和对输入物体的存在不敏感的固定偏移。偏移信号(也称为基准信号)可能显著大于最大的变化信号。由于存在大的基准电容信号，电流测量装置处于饱和态的可能性升高。结果，感测器的动态范围会减小且触控面板的性能会降低。上述问题的已知解决方案是以对应于最大长度序列或M序列的模式去激发驱动电极。这样的系统被描述在例如US8730197(Hamaguchi，2012年1月23日申请，且2014年5月20日公开)中。然而，由于M序列的长度被限制为等于2n-1的值，其中n是整数，所以该方法不适用于驱动电极的数量不等于2n-1的触控面板。在电容触控面板的进一步应用中，如果感测器的灵敏度足够高，则可侦测到与感测器基板相距一定距离处的物体。计算输入物体的表面上方的位置和高度的方法被公开在US20140009428(Coulson，2014年1月9日)中。然而，这种系统的信噪比和动态范围要求可能比常规应用更严格。因此，寻求一种手段来操作触控面板，以能最大化电容测量的信噪比而不会不利地影响动态范围。引用清单专利文献[专利文献1]US4293734(Pepper，1981年10月6日)[专利文献2]US7663607(Hotelling，February6，2010)[专利文献3]US20100060591(Yousefpor，2008年9月10日申请)[专利文献4]US8730197(Hamaguchi，2014年5月20日)[专利文献5]US20140009428(Coulson，2014年1月9日申请)
技术实现思路
根据一个实施例，一种电容式触摸感测器，包括：电极元件的阵列，每个电极元件包括驱动电极和感测电极，所述驱动电极和所述感测电极在每个电极元件中形成至少一个互耦电容器；和控制器，可操控地连接所述电极元件的阵列，所述控制器用于在至少一个测量周期向所述电极元件的阵列提供激励信号，并在所述至少一个测量周期测量所述至少一个耦合电容，其中在所述至少一个测量周期期间施加的多个激励信号为平衡的以减小基准电容的影响。为了实现前述相关目的，本专利技术接着包括下面充分描述并在权利要求中具体指出的特征。以下描述和附图详细阐述了本专利技术的某些说明性实施例。然而，这些实施例仅仅是可以采用本专利技术的原理的各种方式中的一些。当结合附图考虑时，本专利技术的其它目的、优点和新颖特征将从下面对本专利技术的详细描述中变为可见的。技术问题常规电容式触摸屏的信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式触摸感测器，包括：电极元件的阵列(100)，每个电极元件包括驱动电极(101)和感测电极(103)，所述驱动电极和所述感测电极在每个电极元件中形成至少一个互耦电容(105)；和控制器(591)，可操控地连接所述电极元件的阵列，所述控制器用于在至少一个测量周期向所述电极元件的阵列提供激励信号，并在所述至少一个测量周期测量所述至少一个耦合电容，其中在所述至少一个测量周期期间施加的多个激励信号为平衡的以减小基准电容的影响。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.16 US 14/6886661.一种电容式触摸感测器，包括：电极元件的阵列(100)，每个电极元件包括驱动电极(101)和感测电极(103)，所述驱动电极和所述感测电极在每个电极元件中形成至少一个互耦电容(105)；和控制器(591)，可操控地连接所述电极元件的阵列，所述控制器用于在至少一个测量周期向所述电极元件的阵列提供激励信号，并在所述至少一个测量周期测量所述至少一个耦合电容，其中在所述至少一个测量周期期间施加的多个激励信号为平衡的以减小基准电容的影响。2.如权利要求1所述的触摸感测器，其特征在于：所述至少一个测量周期包括第一测量周期和第二测量周期，并且在所述第一测量周期期间施加的所述激励信号不同于在所述第二测量周期期间施加的所述激励信号。3.如权利要求2所述的触摸感测器，其特征在于：在所述第一测量周期期间由所述激励信号激励的驱动电极的数量基本等于在所述第二测量周期期间被激励的驱动电极的数量。4.如权利要求1-3中任意一项所述的触摸感测器，其特征在于：所述激励信号包括具有第一振幅和第一相位的第一电压信号和具有第二振幅和第二相位的第二电压信号或恒定电压中的至少一个。5.如权利要求1-4中任意一项所述的触摸感测器，其特征在于：所述控制器用于将一帧上施加于所述驱动电极的所述激励信号表示为N×T维的驱动矩阵D，其中N是所述电极元件的阵列中的驱动电极的数量，T是所述一帧中测量周期的数量，所述矩阵的每一行表示在一个测量周期期间施加于驱动电极的激励信号的模式，所述矩阵的每一列表示在单一帧的过程中施加于一个驱动电极的激励信号的模式。6.如权利要求5所述的触摸感测器，其特征在于：所述控制器用于将所述一帧期间每个感测电极的测量值表示为具有维度为T×M的感测矩阵S，其中M是感测电极的数量。7.如权利要求6所述的触摸感测器，其特征在于：所述控制器用于通过将所述感测矩阵S乘以所述驱动矩阵D的倒数来确定所述互耦电容器的电容。8.如权利要求5-7中任意一项所述的触摸感测器，其特征在于：第一激励信号在所述驱动矩阵D中表示为1，第二激励信号在所述驱动矩阵D中表示为-1，并且其中所述驱动矩阵D被选择为使得所述驱动矩阵的每行的和大约为0。9.如权利要求1-8中任意一项所述的触摸感测器，其特征在于：所述控制器用于测量在包括多个测量周期的一帧周期期间所述阵列中的互电容。10.如权利要求1-9中任意一项所述的触摸感测器，其特征在于：所述触摸感测器进一步包括：与所述电极元件的阵列连接的驱动单元，所述驱动单元用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·斯拉姆库尔，C·J·布朗，安德鲁·凯，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP