[发明专利]电容触摸检测电路及方法

说明书

技术领域   本发明涉及输入检测技术，特别涉及触摸输入设备的输入检测，尤其涉及电容触摸输入电容的检测电路及方法。

 背景技术    输入输出终端是如手机、MP3播放器、GPS导航仪、电脑等等电子设备必不可少的部分。较为常见的是以键盘为输入终端，以显示器为输出终端。传统的键盘多为机械按钮式键盘，其不足之处在于：按键生硬，需要一定力度，用久了容易被周边机械装置或尘粒卡住；且按键旁边多有缝隙，不防水；按动键盘时由于机械摩擦会发出一定程度的噪声，影响近距离人群的生活。其后出现的触摸输入法不仅免除上述烦恼，还提高了人机交互的互动性。尤其触摸屏的出现，使可视化输入变成现实，大大提高设备使用的友善性。

传统触摸屏输入终端以电阻式触摸屏最为常见，其价格低廉，采用压敏电阻来检测触摸，即靠外界压力产生机械形变来改变电阻阻值。其不足之处在于：触摸屏上需要有软的弹性装置，以便在压力释放后恢复形变，而弹性装置用久了容易老化，导致按键失灵；此外，该电阻式触摸屏不能识别多点触摸，同一时刻只能是单点输入，无法适应日益繁杂的界面输入需求；再者，其制作材料决定了屏幕的透光率无法得到提高。

电容式触摸输入技术由此应运而生，既消除了机械按键的诸多不便，又解决了电阻式触摸屏的透光率、老化问题，更为重要的是可支持多点触摸输入。现有电容式触摸屏/键主要采用自电容检测触摸输入和互电容检测触摸输入两种技术。自电容检测技术是将电容的一端接地，从电容的另一端发送和接收信号来检测电容的变化以识别是否有触摸输入。检测单个自电容的变化只需要一个IO端口即可，占用IO端口少。同时该类触摸屏可以用单层导电材料来生产实现，大大节约了屏的生产成本。互电容检测技术是在电容的一端发射信号，从电容的另一端接收信号来检测电容的变化以识别是否有触摸输入。因此检测单个互电容的变化需要两个IO端口，占用IO端口相对较多。同时该类触摸屏需要用两层导电材料来生产实现，屏的制作成本相对高昂。

现有自电容检测技术有多种检测方法。有的基于张驰振荡的原理将电容转化为频率或

周期信号进行测量，有的采用电阻、电容充放电的方法进单斜率或双斜率积分计数来测量电容，有的采用调节电容充放电电流大小进行逐次逼近的办法测量电容，等等。这些自电容检测办法存在一共同缺陷，即抗环境干扰能力很弱。尤其是对应用在手机上的触摸显示屏来说，面临来自LCD显示的干扰和来自手机射频信号的干扰，现有自电容检测办法所实现的触摸信号的信噪比不高，大部分都在30 :1以下，将导致出现触摸屏的分辨率低、触摸检测容易被误动作等现象。相对而言，互电容检测技术的触摸信号信噪比会较高，因此容易实现触摸动作的高分辨率检测，可以实现多点触摸的识别。

综上所述，现有电容检测技术的不足之处在于：自电容检测技术虽然方案成本低、占用芯片IO端口少，但抗环境干扰能力很弱；互电容检测方案虽然识别分辨率高、支持多点触摸的识别，但方案成本高、占用芯片IO端口多。随着电子产品日趋多样化，带有多个输出输入终端的电子产品也不少见，这些电子产品同时需要这两种电容检测技术，分别支持使用可多点触摸识别的触摸屏和可低成本实现的触摸键；而现有芯片不能兼容支持这两种电容检测技术，若同时采用两种芯片无疑会提高整个系统的硬件成本。此外，现有大部分电容检测技术，包括互电容检测技术，的抗电磁干扰能力不强，当被应用于手机触摸显示屏时，因LCD显示干扰和手机充电时交流电源干扰的存在，检测到的触摸信噪比将会大幅衰减。

 发明内容    本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种电容触摸检测电路及方法，根据不同应用场合，均能低成本地实现触摸信号信噪比的提高来加强触摸输入检测的准确度。

为解决上述技术问题，本发明的基本构思为：设计一个能同时支持自电容检测和互电容检测的电路，以根据不同应用场合来灵活选择电容检测方式，该电路可增强电容检测芯片的适用范围；另外为了克服电容检测技术抗电磁干扰弱的缺点，在该电路中采用混频技术来削弱混频频率之外的频率成分对电容检测结果的干扰，同时注意到触摸操作所带来的输入电容改变其实小于屏幕输入固有的电容，且该屏幕输入固有的电容不受触摸影响，故采用固定偏移去除技术来消除所述输入固有的电容，将大大提高触摸信号的信噪比；尤其是该信号提供给模数转换器进行模数转换，其动态范围得到拓宽。此外，为避免电子产品使用环境中固有频率对混频频率造成干扰，采用扩频技术使参与混频的频率动态变化，更有助于提高了触摸电容检测电路的抗干扰能力。