CN102339185A

CN102339185A - 一种用于触摸屏控制芯片的抗噪声方法

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Publication number: CN102339185A
Application number: CN2011102517432A
Authority: CN
Inventors: 余佳
Original assignee: SHENZHEN BETTERLIFT ELECTRONIC TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SHENZHEN BETTERLIFT ELECTRONIC TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2012-02-01

Abstract

本发明涉及电容触摸屏控制芯片领域，更具体的说，涉及到透射式多点电容屏控制芯片对RF噪声、电源噪声、LCD噪声等噪声的抑制。其包括电荷放大器以及分别连接在所述电荷放大器的输入端和输出端的电阻及电容，所述电荷放大器的输入端和输出端还连接有开关，所述开关为NMOS开关、PMOS开关或者为CMOS开关。本发明采用重置技术，使电荷放大器在重置期间就将噪声电荷放掉，消除噪声电荷在反馈电容上的积累，从而防止放大器的输出由于反馈电容的电荷积累而饱和，使输出在一个合理的范围，而达到一个滤波的作用，可以完全消除电源噪声、LCD驱动噪声和部分RF噪声，适用范围广泛，实现的方法简单，同时占用的芯片面积最小。

Description

一种用于触摸屏控制芯片的抗噪声方法

【技术领域】

本发明涉及电容触摸屏控制芯片领域，更具体的说，涉及到透射式多点电容屏控制芯片对RF噪声、电源噪声、LCD噪声等噪声的抑制。

【背景技术】

随着计算机的普及，在20世纪90年代初，出现了一种新的人机交互技术---触摸屏技术。该技术只需使用者触碰计算机显示屏的图符或文字就能实现对主机的操作，它摆脱了键盘和鼠标束缚，使人机交互更加直接。它也是目前最简单、最方便的一种人机交互方式。触摸屏技术发展到今天，主要有四种：电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线式触摸屏、表面声波触摸屏。其中电容式触摸屏又分为表面式电容屏和透射式电容屏。由于透射式电容触摸屏其透光率高，手指与触控屏的接触几乎没有磨损，性能稳定，使用寿命长，已经逐步取代了电阻屏，成为目前市场的主流。

但是，目前的电容式触摸屏技术具有抗噪声能力低的缺点，易于受到来自充电器的交流电源干扰、或来自手机基带芯片的RF干扰，或LCD显示驱动信号等的干扰。这些噪声通过前端的信号接收电路窜扰进触控芯片内部，从而出现错误的报点。也就是说用户没有触摸某一位置，但检测电路(sensor)却告诉主机(host)用户已经触摸过该点，这是一个很严重的问题。

如图1所示为触摸屏检测电路的内部结构示意图，它的工作原理为：由芯片产生的方波信号作用于电容屏的电容C_sig，由于人的手指、手掌或其它导电物体可以引起该电容值的变化，电容值的变化意味着存储在该电容上的电荷发生了变化。电荷放大器的目地就是将变化的电荷转化成变化的方波信号，变化的方波信号最终被ADC所采样，采样值送入数字部分，数字电路对采样值进行滤波处理。数字电路完成对数据的处理，并将处理后的数据送给主机。

来自外部的干扰信号将通过前端的电荷放大器进入电路内部，如果干扰信号幅度过大，它将引起电荷放大器的输出端饱和，从而使该架构电路无法正常工作。图2所示为目前普遍采用的电荷放大器的输入电路结构图，图3为电荷放大器的幅频特性，在频域上分析该放大器：

假如R_f＝1MΩ，C_fb＝30Pf，R_t＝5k，C_sig＝1Pf，那么

\frac{1}{2 π \cdot R_{fb} \cdot C_{fb}} = \frac{1}{2 \cdot 3.14 \cdot 1 \cdot 10^{6} \cdot 30 \cdot 10^{- 12}} = 5.3 K

\frac{1}{2 π \cdot R_{T} \cdot C_{sig}} = \frac{1}{2 \cdot 3.14 \cdot 2 \cdot 10^{3} \cdot 1 \cdot 10^{- 12}} = 150 M

\frac{C_{sig}}{C_{fb}} = \frac{1}{30}

从上面的公式可以看出信号在5.3K到150M时，信号可以没有任何衰减的通过电荷放大器。在通带附近的信号，将会被衰减而通过放大器。例如有一个50Hz，幅度是300V的交流信号，它通过放大器后的幅度就约为3V，但是在2.8V的电源下，放大器已经出现饱和。

当用户在有噪声的环境下使用触摸屏，那么噪声就会耦合进芯片，其噪声等效模型如图4所示，电荷放大器输出为：

Vout = V_{sig} \cdot \frac{C_{sig}}{C_{fb}} + V_{noise} \cdot \frac{C_{couple}}{C_{fb}}

从上面的公式可以看出，电荷放大器的输出是有用信号和噪声信号的叠加。在正常情况下，没有噪声或噪声很小，该放大器的输出不会超过设定范围。但是，如果噪声信号幅度很大或频率很高，在放大器的输出端就有大量的电荷积累，从而使放大器的输出饱和。

为了降低乃至消除触摸屏的噪声，许多解决方案已经被提出，如中国公开专利CN1503118A“用于防止触摸屏的噪声装置和方法”的发明申请就提出了一种利用时钟电路来控制接收数据来降低噪声的解决方案，但是该发明申请使用了一整套特定的装置来降低触摸屏的噪声，实现相对复杂，而且成本高；如中国公开专利CN101246407“一种电阻式触摸屏中控制静电噪声的方法以及相应的触摸屏”需要采用特定的扫描信号来扫描触摸屏来控制减低静电噪声的解决方案，通用性不强；如中国公开专利CN101498975“一种处理触摸屏飞点的数字滤波方法”公开了一种利用限幅取平均值的算法来减低噪声的解决方案，但该解决方案利用处理器通过软件的方式来实现，增加处理器的处理负担，且通过限幅取平均值的算法取得的数据仍不能较好的减低噪声的影响；如中国公开专利CN102004574“一种防止触摸屏装置电源噪声的方法”采用一种在触摸屏装置上增加一个反向器的方法，该反向器一端连接到液晶显示屏面的电极上，另一端连接到铟锡氧化物层上，那么该铟锡氧化物层将产生与之相反的交变电压，此时可将液晶显示屏面工作时产生的交变电压与该相反的交变电压相互抵消，从而克服了液晶显示屏面上产生的电源噪声。但是，该方法仅针对于电源噪声，对于其他噪声类型如RF噪声、LCD噪声等就没办法进行消除。

【发明内容】

从目前普遍采用的电路来看，造成放大器饱和的根本原因在于：1.通带太宽；2.电荷在放大器的反馈电容上过多的积累，针对该问题，本发明提出一种用于触摸屏控制芯片的抗噪声方法--重置技术，该方法具有结构简单，适用性强，抗噪声效果好等优点。

本发明为实现该目的，采取如下的技术方案来进行：

一种用于触摸屏控制芯片的抗噪声方法，包括电荷放大器以及分别连接在所述电荷放大器的输入端和输出端的电阻及电容，所述电荷放大器的输入端和输出端还连接有开关，所述开关为NMOS开关、PMOS开关或者为CMOS开关，开关信号来自数字电路部分，它在输入方波的下降沿或上升沿到来前将所述电荷放大器重置一次，且重置的时间长度可调。

本发明采用重置技术，使电荷放大器在重置期间就将噪声电荷放掉，消除噪声电荷在反馈电容上的积累，从而防止放大器的输出由于反馈电容的电荷积累而饱和，使输出在一个合理的范围，而达到一个滤波的作用，可以完全消除电源噪声、LCD驱动噪声和部分RF噪声，适用范围广泛，实现的方法简单，同时占用的芯片面积最小。

【附图说明】

图1是现有触摸屏检测电路的内部结构示意图。

图2为现有电荷放大器的输入电路结构图。

图3为现有电荷放大器的幅频特性坐标图。

图4为现有电荷放大器噪声模型图。

图5为本发明电荷放大器的输入电路结构图。

图6为本发明重置电路时序图。

图7为本发明实施例1输入电路结构图。

图8为本发明实施例1交流电源信号等效处理坐标图。

【具体实施方式】

下面结合附图及实施例对本发明结构及其工作原理进行说明。

如图5所示，本发明与现有的电荷放大器相比，除了电荷放大器的输入端和输出端连接的电阻及电容以外，还连接有一个开关，所述开关为NMOS开关、PMOS开关或者为CMOS开关。该开关可以在每半个周期(这里周期是指输入方波信号的周期)，也可以在一个周期，甚至多个周期被关闭一次，然后迅速的打开，即重置一次。

下面以开关在每半个周期重置一次为例，它的时序图如图6所示。电荷放大器的输入信号通常是一个方波信号，频率在几十K到几百K之间。重置开关信号来自数字电路部分，它在输入方波的下降沿和上升沿到来前就将放大器重置一次。这里是当输入信号幅度为高时开关就表示被重置一次。重置开关的重置时间T1长度是可调的，同时与沿的时间长度T2也是可以调节的。该方法可以让放大器在重置期间就将噪声电荷放掉，消除噪声电荷在反馈电容上的积累，从而防止放大器的输出由于反馈电容的电荷积累而饱和，达到抗噪声的目地。

实施例1

假如一个交流电源信号耦合进入芯片，如图7示，该电源噪声信号频率是50Hz，幅度是300V。驱动方波信号是200K，重置时间是500nS，耦合电容C_couple是1pF，C_sig是1pF，反馈电容C_fb是30pF。将该交流电源噪声信号线性化，等效为一个三角波信号来计算，如图8所示：

采用重置技术，该交流信号在输出端引入的信号幅度为，

Vout = V_{noise} \cdot \frac{C_{couple}}{C_{fb}} \cdot \frac{T_{reset}}{\frac{1}{4} \cdot T_{period}} = 300 \cdot \frac{1}{30} \cdot \frac{2.5 uS - 0.5 uS}{5 mS} = 4 mV .

相比未采用该重置技术，噪声输出幅度高达3V，本发明大大的减小了电源噪声的影响。

实施例2

假如一个LCD驱动信号耦合进入芯片.驱动方波信号是200K，重置时间是500ns，耦合电容C_couple是1pF，C_sig是1pF，反馈电容是30pF。LCD驱动信号通常是一个方波信号，该方波信号是基波信号和其谐波的叠加，在此我们只考虑基波信号，并假设该噪声信号基波频率是20K，幅度是20V。

未采用重置技术，该噪声信号在输出端表现的幅度是

Vout = V_{noise} \cdot \frac{C_{couple}}{C_{fb}} \cdot = 20 \cdot \frac{1}{30} = 0.67 V

采用重置技术，该交流信号在输出端引入的信号幅度为，

Vout = V_{noise} \cdot \frac{C_{couple}}{C_{fb}} \cdot \frac{T_{reset}}{\frac{1}{4} \cdot T_{period}} = 20 \cdot \frac{1}{30} \cdot \frac{2.5 uS - 0.5 uS}{0.05 mS} = 26.8 mV .

可以看出，该技术对LCD噪声信号仍然有很好的抑制作用。

实施例3

假如一个RF信号耦合进入芯片，其噪声RF信号基波频率是100K，幅度是10V.驱动方波信号是200K，重置时间是500ns，耦合电容C_couple是1pF，C_sig是1pF，反馈电容是30pF.

未采用重置技术，该噪声信号在输出端表现的幅度是

Vout = V_{noise} \cdot \frac{C_{couple}}{C_{fb}} \cdot = 10 \cdot \frac{1}{30} = 0.34 V

采用重置技术，该交流信号在输出端引入的信号幅度为，

Vout = V_{noise} \cdot \frac{C_{couple}}{C_{fb}} \cdot \frac{T_{reset}}{\frac{1}{4} \cdot T_{period}} = 10 \cdot \frac{1}{30} \cdot \frac{2.5 uS - 0.5 uS}{0.01 mS} = . 68 mV .

可以看出，该技术对RF噪声信号仍然有很好的抑制作用。但随着RF噪声信号接近驱动方波频率，抑制能力逐渐减弱。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下所做出的任何推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于触摸屏控制芯片的抗噪声方法，包括电荷放大器以及分别连接在所述电荷放大器的输入端和输出端的电阻及电容，其特征在于，所述电荷放大器的输入端和输出端还连接有开关。

2.根据权利要求1所述的用于触摸屏控制芯片的抗噪声方法，其特征在于，所述开关为NMOS开关。

3.根据权利要求1所述的用于触摸屏控制芯片的抗噪声方法，其特征在于，所述开关为PMOS开关。

4.根据权利要求1所述的用于触摸屏控制芯片的抗噪声方法，其特征在于，所述开关为CMOS开关。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的用于触摸屏控制芯片的抗噪声方法，其特征在于，所述开关信号来自数字电路部分，它在输入方波的下降沿或上升沿到来前将所述电荷放大器重置一次。

6.根据权利要求5所述的用于触摸屏控制芯片的抗噪声方法，其特征在于，所述开关的重置时间长度可调。

7.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的用于触摸屏控制芯片的抗噪声方法，其特征在于，所述开关在每半个输入方波信号周期内重置一次。

8.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的用于触摸屏控制芯片的抗噪声方法，其特征在于，所述开关在每个输入方波信号周期内重置一次。

9.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的用于触摸屏控制芯片的抗噪声方法，其特征在于，所述开关在多个输入方波信号周期内重置一次。