CN106155430A - 条形自容式触摸板及触控*** - Google Patents

条形自容式触摸板及触控*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种条形自容式触摸板及触控***,所述触摸板包括:感应电极、PCB板及器件走线层,其中,所述感应电极设于所述PCB板的上表面,所述器件走线层设于所述PCB板的下表面,所述器件走线层中设置有触摸板控制器及多根第一电互连线,所述触摸板控制器通过所述第一电互连线连接所述感应电极,为所述感应电极提供电信号,并监测所述感应电极中手指触摸或靠近的各区域所对应电容的电容改变量及其最大电容改变量的变化次序。本发明中的PCB板只需设计成两层结构,因而可显著降低触摸板的制造工艺复杂度和制造成本。

Description

条形自容式触摸板及触控***
技术领域
本发明涉及一种触摸板及触控***,尤其涉及一种条形自容式触摸板及触控***。
背景技术
可穿戴设备越来越普及,其操作方式也不断受到易用性的挑战。条形电容式触摸板因具有操作方便、交互自然、抗误触发能力强等优点,而成为可穿戴设备中的主流触控板。现有条形电容式触控板的主要是通过互容式技术实现,即通过在条形触摸区域布置上下两层网格线感应手指的触摸动作,以得到用户的操作手势。其一般采用四层PCB结构制成,分别为行扫描线、列扫描线、接地层和器件层,当手指触碰行列扫描线交叉处时,交叉处感应电极的电容发生变化,以此可计算得到手指的触摸位置。
然而,互容式技术对触摸板控制器的要求很高,需要选用支持互容扫描的触摸板控制器,并配置相应的互容扫描控制软件。另外,层数较多的PCB板使得触摸板制造成本高、制造工艺复杂,不易在低成本的可穿戴设备中普及。
为了实现高精度扫描,互容式触摸板扫描线需要具有较高密度,而且相应的通道数也急剧增加,这进一步增加了触摸板控制器的设计复杂度,进而提高了互容式触摸板的成本。此外,互容式触摸板的纵向操作,由于宽度尺寸受限,最多布置三行扫描线,并最多只能利用三个点代表手指的纵向滑动,致使触控精度差,且容易因跳点触控而产生纵向误操作。
现有自容式触摸板的感应电极通常由多个楔形电极组成,且主要用于大尺寸触摸板或触摸屏上。图1是现有自容式触摸板的感应电极的结构示意图,如图1所示,当手指触碰到感应电极100中的楔形电极101的较宽处和较窄处时,触摸板中电容呈非线性变化,在任何微观状态下,均需要两个楔形电极101协同工作才能消除这种非线性,这样一来,触摸板控制器控制软件的矫正算法会比较复杂,且单位面积触摸板需要的楔形电极数量也较多。
发明内容
本发明提供一种条形自容式触摸板及触控***,以降低现有可穿戴设备中条形触摸板的制造成本,提高其感应精度,并降低其制造工艺复杂度。
本发明提供一种条形自容式触摸板,所述触摸板包括:感应电极、PCB板及器件走线层,其中,所述感应电极设于所述PCB板的上表面,所述器件走线层设于所述PCB板的下表面,所述器件走线层中设置有触摸板控制器及多根第一电互连线,所述触摸板控制器通过所述第一电互连线连接所述感应电极,为所述感应电极提供电信号,并监测所述感应电极中手指触摸或靠近的各区域所对应电容的电容改变量及其最大电容改变量的变化次序。
一个实施例中,所述感应电极包括:至少两个矩形的金属电极,所述金属电极排列成至少一行;每一所述金属电极分别通过一根第一电互连线与所述触摸板控制器连接;当手指触摸或靠近所述金属电极时,所述金属电极所对应电容的电容量发生改变。
一个实施例中,相邻的金属电极之间的间距相等。
一个实施例中,所述金属电极的长宽尺寸比例为7.2:4.3,所述间距为0.2~0.8mm。
一个实施例中,所述金属电极的个数为16个,排成两行,使所述感应电极呈矩形结构。
一个实施例中,所述金属电极的长宽尺寸为7.2mm×4.3mm,所述间距为0.4mm,以及所述PCB板的长宽尺寸为63mm×10mm。
一个实施例中,所述触摸板还包括:多根第二电互连线,由所述触摸板控制器引出,部分所述第二电互连线连接一应用处理器,另一部分所述第二电互连线连接一电源管理芯片,所述应用处理器和所述电源管理芯片相连接。
一个实施例中,每根所述第二电互连线分别连接金属指,部分所述第二电互连线通过与其连接的所述金属指连接所述应用处理器;另一部分所述第二电互连线通过与其连接的所述金属指连接所述电源管理芯片。
本发明还提供一种触控***,其包括:一条形自容式触摸板、一应用处理器及一电源管理芯片;其中,所述条形自容式触摸板包括:感应电极、PCB板、器件走线层;所述感应电极设于所述PCB板的上表面,所述器件走线层设于所述PCB板的下表面,所述器件走线层中设置有触摸板控制器、多根第一电互连线及多根第二电互连线;所述触摸板控制器通过所述第一电互连线连接所述感应电极,为所述感应电极提供电信号,并监测所述感应电极中手指触摸或靠近的各区域所对应电容的电容改变量及其最大电容改变量的变化次序;所述触摸板控制器通过部分所述第二电互连线连接所述应用处理器,并通过另一部分所述第二电互连线连接所述电源管理芯片,所述应用处理器和所述电源管理芯片相连接;所述应用处理器用于控制所述电源管理芯片为所述触摸板控制器供电,所述应用处理器还用于初始化所述触摸板控制器。
一个实施例中,所述感应电极包括:至少两个矩形的金属电极,所述金属电极排列成至少一行,相邻的金属电极之间的间距相等;每一所述金属电极分别通过一根第一电互连线与所述触摸板控制器连接;当手指触摸或靠近所述金属电极时,所述金属电极所对应电容的电容量发生改变。
本发明实施例的触摸板可以只采用两层结构的PCB板,简化了PCB板的制造工艺,显著降低了触摸板的制造工艺复杂度和制造成本。进一步,本发明实施例中触摸板的感应电极使用矩形金属电极,金属电极所对应的电容呈非线性变化,无需设置高密度电极,不要求高通道数,显著减小了触摸板控制器的设计复杂度,进而降低了条形触摸板的制造成本。本发明方案用极低的成本实现了一种自感应电容式条形触摸板的手势识别,具有成本低、精度高、易于生产等优势。本发明实施例的触控***,因含有低成本的条形自容式触摸板,而具有较低的设备总成本,更具市场竞争力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中:
图1是现有自容式触摸板的感应电极的结构示意图;
图2是本发明实施例的触控***的结构示意图;
图3是本发明实施例的触摸板的感应电极的结构示意图;
图4是本发明实施例与图3中感应电极对应的器件走线层的结构示意图。
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明白,下面结合图2至图4对本发明实施例作进一步详细说明。在此,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
图2是本发明实施例的触控***的结构示意图。如图2所示,该触控***包括应用处理器(Application Processor,AP)、电源管理芯片(Power Management IC,PMIC),以及触摸板(Touch Panel,TP)。其中,触摸板TP上设置有触摸板控制器(Touch PanelController,TPC),触摸板控制器TPC与触摸板TP上的感应电极连接。
应用处理器AP与电源管理芯片PMIC连接,电源管理芯片PMIC又与触摸板控制器TPC连接,以使应用处理器AP通过控制命令使电源管理芯片PMIC供电给触摸板控制器TPC;应用处理器AP通过I2C接口与触摸板控制器TPC电连接,以通过I2C接口初始化触摸板控制器TPC并使其进入正常工作模式。
在正常工作模式下,触摸板控制器TPC为触摸板TP的感应电极提供电压等电信号,并设定初始工作参数,例如电压阈值、噪声等;初始化完成后,触摸板控制器TPC进入监听模式;在监听模式下,触摸板控制器TPC监听或监测触摸板TP中的感应电极所对应电容的电容量改变情况,以此判断手指触摸或靠近的位置,以及手指的触摸手势。
本发明实施例的触摸板TP包括感应电极、PCB板及器件走线层。其中,该感应电极设于PCB板的上表面,该器件走线层设于PCB板的下表面。该器件走线层中设置有触摸板控制器TPC及与其连接的多根电互连线。触摸板控制器TPC通过其中一部分电互连线连接该感应电极,通过另外一部分电互连线连接应用处理器AP,通过剩余部分电互连线连接电源管理芯片PMIC,即触摸板控制器TPC通过不同的电互连线分别与感应电极、应用处理器AP及电源管理芯片PMIC连接。该触摸板控制器为该感应电极提供电信号,并监听或监测该感应电极中手指触摸或靠近的各区域所对应电容的电容改变量及其最大电容改变量的变化次序。触摸板中还可包括接地层,该接地层可外附于上述器件走线层外侧,以为感应电极提供电容对电极。
本发明实施例中,上述连接应用处理器AP和触摸板控制器TPC的电互连线,在靠近应用处理器AP的一端,可连接金属指,以通过插接方式简便地将应用处理器AP和触摸板控制器TPC连接起来。同样地,上述连接电源管理芯片PMIC和触摸板控制器TPC的电互连线,在靠近电源管理芯片PMIC的一端,也可连接金属指,以通过插接方式简便地将电源管理芯片PMIC和触摸板控制器TPC连接起来。
本发明实施例中,感应电极和器件走线层分别设于上述PCB板的两个外表面,即上表面和下表面,而该接地层可外附于该器件走线层远离该PCB板的一侧。如此一来,该PCB板只需设计成两层结构,而无需设计成如现有自容式触摸板中的PCB板的四层结构,因而本发明实施例的自容式触摸板具有更简化的制造工艺。
本发明实施例的触摸板中特别设计的感应电极是由多个金属电极排列构成。该金属电极的形状为矩形并可由金属片制作而成。金属电极通过排列成一行或多行的方式布置,以进行宽边、纵向感应。当金属电极通过排列成多行的方式布置时,每行金属电极的个数可以相同,也可以不同。
每一金属电极分别通过器件走线层中的一根电互连线与所述触摸板控制器连接。当手指触摸或靠近上述金属电极时,上述金属电极所对应电容的电容量发生改变。
在不同的实施例中,感应电极中的各个金属电极可以是各种尺寸、间距的组合。
一实施例中,相邻的金属电极(包括同一行中相邻的金属电极及不同行中相邻的金属电极)之间的间距相等,且所述多个间距可在0.2~0.8mm范围内变动。
一实施例中,相邻的金属电极之间的间距相等,并且所有金属电极可具有相同的长宽尺寸或其比例,长宽尺寸比例可为7.2:4.3,本发明不以此为限。
上述金属电极的总个数也可有多种选择,例如8个、16个或者更多,具体个数可视条形自容式触摸板的需求而定。
现有条形自容式触摸板的感应电极的纵向最多设置三行,而本发明实施例的触摸板的感应电极可通过在纵向设置多行或调整金属电极的纵向宽度,来调节触摸板的纵向感应宽度,因而其感应电极的纵向设置更灵活,更能适应条形自容式触摸板的多样化需求。
在一实施例中,当矩形的金属电极通过排列成多行的方式布置时,每行金属电极可具有相同个数,并且相邻的金属电极之间的间距相等,使得整个感应电极呈矩形结构。金属电极的数目、尺寸、排布等均可作不同程度的调整,具体可视触控***需要而定。
当然,为适应条形自容式触摸板的形状需求,或为了达到其他目的,感应电极中的部分金属电极可以是其他形状,例如三角形或平行四边形。换言之,感应电极由不同形状的金属电极排列而成。
本发明实施例中,手指与每个金属电极的相对位置决定了金属电极所对应电容的电容改变量。当手指触碰或靠近某个金属电极时,各个金属电极与接地层所构成电容的电容量均发生变化,且距离被触碰或靠近金属电极越近的金属电极的电容改变量越大。应用处理器通过分析触摸板控制器所记录的各金属电极所对应电容的改变量及最大电容改变量的变化次序,可得知感应电极中的手指触碰或靠近的位置及手指的触摸姿势。
下面将以一具体实施例来说明本发明的条形自容式触摸板的优点。在该具体实施例中,感应电极和器件走线层分别设于PCB板的上表面和下表面。感应电极中的金属电极具有相同的形状、尺寸,并对齐排成矩形。金属电极的长宽尺寸比为7.2:4.3,相邻金属电极的间距在0.2~0.8mm范围内变动,以及触摸板具有与感应电极尺寸相配合的尺寸。为使触摸板具有较大的触摸灵敏度和感应精度,较佳地,在下述具体实施例中,PCB板的长宽尺寸为63mm×10mm,金属电极的长宽尺寸为7.2mm×4.3mm,各相邻金属电极的间距为0.4mm。
图3是本发明实施例的触摸板的感应电极的结构示意图。如图3所示,设于PCB板上表面的感应电极200包括16个矩形金属电极201,各个金属电极201具有相同的长宽尺寸,16个金属电极201排成两行,使感应电极200呈长条矩形。
图4是本发明实施例与图3中感应电极对应的器件走线层的结构示意图。如图4所示,设于PCB板下表面的器件走线层300包括电互连线302和触摸板控制器301,其中,16条电互连线302分别将16个金属电极201电连接至触摸板控制器301,还有8条电互连线302由触摸板控制器301引出并分别延伸至设于器件走线层300一侧的8个金属指303,其中,至少4个金属指303用于接入应用处理器(可连接应用处理器AP的I2C接口),至少2个金属指303用于接入电源管理芯片。在其他实施例中,电互连线302和金属指303的数目可以有所调整,例如金属指的个数至少为6个。
本领域技术人员应该知道上述各电互连线、金属指、器件的数量、种类及位置等均不限于上述实施例中的描述。
本发明实施例触摸板的感应电极可仅设置少量的金属电极,从而可省去大量走线,进而可节省大量走线空间。
对于包含图3所示感应电极和图4所示器件走线层的条形自容式触摸板,当其触摸板控制器为监听模式时,应用处理器通过接收并分析触摸板控制器所监听的触摸板中的电容量改变情况可得到手指的触摸位置和触摸姿势。
具体而言,例如,手指触碰或靠近一个金属电极201,比如手指触碰到图3中的3号金属电极(图3中的编号3),16个金属电极201与接地层所构成电容的电容量均发生改变,其中,3号金属电极的电容量改变最大,距离3号金属电极最远的16号金属电极的电容量改变最小,则应用处理器接收到触摸板控制器所监听的上述电容量改变情况,即可分析得知手指触碰了3号金属电极。
再例如,手指同时触碰或靠近多个金属电极201,比如同时触碰到图3中的3号和4号金属电极,手指与3号和4号金属电极的接触面积不同,3号和4号金属电极所对应电容的电容改变量也不同,例如3号金属电极的电容改变量较大,则应用处理器通过分析电容改变量可知手指触碰到3号金属电极并靠近4号金属电极的位置。
又例如,手指触碰或靠近感应电极200,并滑过一段距离时,比如手指沿直线从图3中的3号金属电极滑至7号金属电极,3号、5号、7号金属电极依次具有最大电容改变量,则应用处理器通过分析最大电容改变量的变化次序,可知手指从3号金属电极经过5号金属电极滑动至7号金属电极。除此之外,其他各种触摸手势,例如双击、长按等,也均可通过触摸板控制器监听的金属电极的电容改变量及最大电容改变量的变化次序分析得知。
本发明实施例的触摸板只需两层结构的PCB板,使得触摸板制造成本显著降低,适用于可穿戴触控设备的低成本要求。进一步,本发明实施例的触摸板,因包含特别设计的感应电极,当手指触碰或靠近其中的矩形金属电极的不同位置时,金属电极所对应电容具有相同的电容改变量,电容量线性变化,以此可简化触摸板控制器的设计复杂度,可降低触摸板制造成本和触摸板控制器技术要求,而且该感应电极适用于各种自容式触摸板,尤其适用于条形自容式触摸板,可使条形自容式触摸板具有各种横向、纵向尺寸。此外,现有条形互容式触摸板中的感应电极是由行列扫描线的交叉点构成,而本发明实施例的感应电极是由面结构的金属电极构成,所以本发明实施例可以增加手指与感应电极的接触面积,从而可显著增加触摸板的触摸灵敏度和精度。
本发明实施例的触控***可以是各种可穿戴式触控设备,因含有低成本的条形自容式触摸板,而具有较低的设备总成本,更具市场竞争力。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种条形自容式触摸板,其特征在于,所述触摸板包括:感应电极、PCB板及器件走线层,其中,所述感应电极设于所述PCB板的上表面,所述器件走线层设于所述PCB板的下表面,所述器件走线层中设置有触摸板控制器及多根第一电互连线,所述触摸板控制器通过所述第一电互连线连接所述感应电极,为所述感应电极提供电信号,并监测所述感应电极中手指触摸或靠近的各区域所对应电容的电容改变量及其最大电容改变量的变化次序。
2.如权利要求1所述的条形自容式触摸板,其特征在于,所述感应电极包括:至少两个矩形的金属电极,所述金属电极排列成至少一行;每一所述金属电极分别通过一根第一电互连线与所述触摸板控制器连接;当手指触摸或靠近所述金属电极时,所述金属电极所对应电容的电容量发生改变。
3.如权利要求2所述的条形自容式触摸板,其特征在于,相邻的金属电极之间的间距相等。
4.如权利要求3所述的条形自容式触摸板,其特征在于,所述金属电极的长宽尺寸比例为7.2:4.3,所述间距为0.2~0.8mm。
5.如权利要求4所述的条形自容式触摸板,其特征在于,所述金属电极的个数为16个,排成两行,使所述感应电极呈矩形结构。
6.如权利要求5所述的条形自容式触摸板,其特征在于,所述金属电极的长宽尺寸为7.2mm×4.3mm,所述间距为0.4mm,以及所述PCB板的长宽尺寸为63mm×10mm。
7.如权利要求1至6任一项所述的条形自容式触摸板,其特征在于,所述触摸板还包括:多根第二电互连线,由所述触摸板控制器引出,部分所述第二电互连线连接一应用处理器,另一部分所述第二电互连线连接一电源管理芯片,所述应用处理器和所述电源管理芯片相连接。
8.如权利要求7所述的条形自容式触摸板,其特征在于,每根所述第二电互连线分别连接金属指,部分所述第二电互连线通过与其连接的所述金属指连接所述应用处理器;另一部分所述第二电互连线通过与其连接的所述金属指连接所述电源管理芯片。
9.一种触控***,其特征在于,包括:一条形自容式触摸板、一应用处理器及一电源管理芯片;其中,
所述条形自容式触摸板包括:感应电极、PCB板、器件走线层;所述感应电极设于所述PCB板的上表面,所述器件走线层设于所述PCB板的下表面,所述器件走线层中设置有触摸板控制器、多根第一电互连线及多根第二电互连线;所述触摸板控制器通过所述第一电互连线连接所述感应电极,为所述感应电极提供电信号,并监测所述感应电极中手指触摸或靠近的各区域所对应电容的电容改变量及其最大电容改变量的变化次序;
所述触摸板控制器通过部分所述第二电互连线连接所述应用处理器,并通过另一部分所述第二电互连线连接所述电源管理芯片,所述应用处理器和所述电源管理芯片相连接;所述应用处理器用于控制所述电源管理芯片为所述触摸板控制器供电,所述应用处理器还用于初始化所述触摸板控制器。
10.如权利要求9所述的触控***,其特征在于,所述感应电极包括:至少两个矩形的金属电极,所述金属电极排列成至少一行,相邻的金属电极之间的间距相等;每一所述金属电极分别通过一根第一电互连线与所述触摸板控制器连接;当手指触摸或靠近所述金属电极时,所述金属电极所对应电容的电容量发生改变。
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