CN116306725A - 一种双层触控板及其nfc功能的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层触控板及其NFC功能的控制方法，涉及触摸电子产品技术领域，解决了现有的触控板难以在减少制作成本的同时减少设备功耗的技术问题。该触控板包括层叠设置的触摸层和器件层，设置于所述器件层上的触控芯片、NFC芯片、NFC天线和主控连接端口；所述触控芯片分别与所述主控连接端口和NFC芯片连接；所述NFC天线与所述NFC芯片连接；所述触摸芯片用于获取所述触摸层的电容信号和对所述NFC芯片进行控制。本发明采用双层板设计就能避免NFC信号对触控扫描时的干扰，而且在减小主控端的负担、缩短反应时间、降低设备功耗，使资源和功耗最小化的同时，还大大降低了触控板的制作成本，缩短了制作工期。

Description

一种双层触控板及其NFC功能的控制方法

技术领域

本发明涉及触控电子产品技术领域，尤其涉及一种双层触控板及其NFC功能的控制方法。

背景技术

随着NFC（Near Field Communication，近场通信）技术的发展，以及用户体验要求的提升，Windows 笔记本触控板整合NFC技术，NFC 功能是一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC和智能控件工具间进行近距离无线通信，应用越来越广泛。

目前不带NFC功能的触控板的PCB板都采用双面板设计，而带NFC功能的触控板的PCB板一般采用4层板设计，如公开号为CN110442250A的中国发明专利，其中第一层布设N条触控感应电极图块，第二层布设M条触控驱动电极图块，第三层铺设计GND走线，第四层布设触控通道走线、放置触摸芯片、NFC芯片及NFC天线等。采用4层板的第三层GND走线设计可以隔离NFC天线信号对触控电容检测的干扰，但4层板工艺复杂，会延长生产工期，增加制作成本。

而若不采用4层板工艺，现有技术通常采用主控端的被动分时扫描，即由主控MCU分别控制触控芯片和NFC芯片，来避免NFC芯片对触控芯片的干扰，如公开号为CN110806815 A的发明专利，就运用了被动分时扫描，是由主控端分别控制触控板的开启、关闭和NFC的开启、关闭，也就是主控端一旦控制一方工作，需要发出4个命令，4个命令之间也需要时间间隙等待，不仅会加大设备功耗，还会占用更多时间和资源。

因此，现有触控板若采用四层板工艺就会增加制作成本，若不采用4层板工艺，就会需要更多的设备功耗，难以在节约成本和节约功耗之间达到平衡。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有的触控板难以在减少制作成本的同时减少设备功耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双层触控板及其NFC功能的控制方法，以解决现有技术中存在的触控板难以在减少制作成本的同时减少设备功耗的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种双层触控板，包括层叠设置的触摸层和器件层，设置于所述器件层上的触控芯片、NFC芯片、NFC天线和主控连接端口；所述触控芯片分别与所述主控连接端口和NFC芯片连接，所述触控芯片通过所述主控连接端口与主控MCU连接；所述主控MCU为外接的主控端；所述NFC天线与所述NFC芯片连接；所述触控芯片用于获取所述触摸层的电容信号和控制所述NFC芯片的分时扫描；所述触摸层上设置有由多条感应电极通道和多条驱动电极通道组成的互电容传感阵列。

优选的，所述触控芯片包括从I2C和主I2C；所述触控芯片的从I2C与所述主控连接端口连接的主I2C，所述触控芯片的主I2C与所述NFC芯片的从I2C连接。

优选的，所述互电容传感阵列包括多个电极节点单元，所述电极节点单元上设置有导电过孔，至少存在有两个所述电极节点单元上的所述导电过孔之间的水平距离大于所述器件层上器件的最大布线宽度。

优选的，所述电极节点单元包括一个感应电极块和两个驱动电极块；所述感应电极块的形状为“S”型；两个所述驱动电极块咬合在所述感应电极块的左右两侧。

优选的，所述感应电极通道和所述驱动电极通道均通过所述导电过孔与所述触控芯片连接。

优选的，所述NFC芯片与所述主控MCU的数据传输由所述触控芯片控制。

一种双层触控板NFC功能的控制方法，用于控制以上任一所述的一种双层触控板，包括：

所述触控芯片上电工作即进行互电容检测和控制所述NFC芯片进行NFC设备靠近检测；

若一段时间内所述触控芯片互电容检测的电容变化值没有达到阈值且所述NFC芯片没有检测到所述NFC设备的靠近，则所述触控芯片进入合并通道自电容检测模式，并控制所述NFC芯片进入睡眠模式；

当有手指或所述NFC设备靠近触控板时，所述触控芯片互电容检测的电容变化值达到所述阈值或所述NFC芯片检测到NFC设备的靠近，则所述触控芯片控制所述NFC芯片扫描读卡的开启与关闭，完成分时扫描。

优选的，所述分时扫描包括：

当所述触控芯片互电容检测到的电容变化值达到所述阈值时，产生触摸数据，触控芯片控制所述NFC芯片关闭读卡扫描，所述触控芯片将所述触摸数据上报给所述主控MCU；

当所述NFC芯片检测到所述NFC设备的靠近时，产生读卡数据，所述触控芯片控制所述NFC芯片开启读卡扫描，所述NFC芯片将所述读卡数据通过所述触控芯片上报给所述主控MCU。

优选的，所述触控芯片的合并通道自电容检测模式为：依次分别对所述感应电极通道、驱动电极通道分区合并后进行检测扫描，用于增加自电容被检测时的灵敏度和检测范围。

实施本发明上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果：

本发明触控板的NFC芯片直接与触控芯片连接，由触控芯片直接控制NFC芯片，不但避免了NFC信号对触控扫描时的干扰，还降低了设备功耗，缩短了反应时间，减小主控端的负担，使资源和功耗最小化；进而降低了该触控板使用NFC功能时的抗干扰设计要求，从原有的4层板工艺优化为双层板工艺，从而显著降低***成本和 PCB板的制作工艺。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，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，附图中：

图1是本发明实施例的双层触控板的结构示意图；

图2是本发明实施例的触控芯片的电路图；

图3是本发明实施例的电极节点单元的结构示意图；

图4是本发明实施例的没有采用分时扫描的触控扫描波形图和NFC天线端发射波形图；

图5是本发明实施例的没有采用分时扫描触控板的电容变化值图；

图6是本发明实施例的采用分时扫描的触控扫描波形图和NFC天线端发射波形图；

图7是本发明实施例的采用分时扫描触控板的电容变化值图；

图中：100、触摸层；110、感应电极块；120、驱动电极块；130、导电过孔；200、器件层；210、触控芯片；220、NFC芯片；230、NFC天线；240、主控连接端口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种示例性实施例。除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的流程、方法和装置等的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”等指示的是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有的特定的方位、以特定的方位构造和操作。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。术语“多个”的含义是两个或两个以上。术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接、一体连接、机械连接、电连接、通信连接、直接相连、通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

实施例一：如图1所示，本发明提供了一种双层触控板，包括层叠设置的触摸层100和器件层200，设置于器件层200上的触控芯片210、NFC芯片220、NFC天线230和主控连接端口240；触控芯片210分别与主控连接端口240和NFC芯片220连接，触控芯片210通过主控连接端口240与主控MCU连接；主控MCU为外接的主控端；NFC天线230与NFC芯片220连接；触控芯片210用于获取触摸层100的电容信号和控制NFC芯片220的分时扫描；触摸层100上设置有由多条感应电极通道和多条驱动电极通道组成的互电容传感阵列。本实施例触控板的NFC芯片220直接与触控芯片210连接，采用由触控芯片210直接控制NFC芯片220的主动分时扫描，不仅避免了NFC信号对触控扫描时的干扰，还降低了设备功耗，缩短了反应时间，减小主控端的负担，使资源和功耗最小化；且触控板采用双层工艺即可避免NFC信号对触控扫描时的干扰，减少制作工艺的步骤，缩短了制作工期，大大减小了制作成本。

作为可选择的实施方式，如图2所示，触控芯片210包括从I2C和主I2C；触控芯片210的从I2C与主控连接端口240的主I2C连接，触控芯片210的主I2C与NFC芯片220的从I2C连接。给触控芯片210多增加一路主I2C与NFC芯片220的从I2C连接，可使触控芯片210直接控制NFC芯片220开启和关闭读卡扫描，从而实现主动分时扫描。NFC芯片220与主控MCU的数据传输由触控芯片210控制，即NFC芯片220的读卡数据由触控芯片210传递给主控MCU，主控MCU也通过触控芯片210控制NFC芯片220向自己传递读卡数据。

作为可选择的实施方式，互电容传感阵列包括多个电极节点单元，电极节点单元上设置有导电过孔130，至少存在有两个电极节点单元上的导电过孔130之间的水平距离大于器件层200上器件的最大布线宽度。如图3所示，电极节点单元包括一个感应电极块110和两个驱动电极块120；每个驱动电极块上都设置有导电过孔130（图中导电过孔有10种放置方法，只需选其中一种放置）；感应电极块110的形状为“S”型；两个驱动电极块120咬合在感应电极块110的左右两侧。感应电极通道和驱动电极通道均通过导电过孔130与触控芯片210连接。得益于电极节点单元图案的设计，驱动电极块120上的导电过孔位置设置灵活，使得布线空间充足，有足够的空间可避开NFC天线放置导电过孔，只使用双层结构，即可保证NFC天线的完整性，且双层板工艺比起四层板工艺，减少制作工艺的步骤，缩短了制作工期，大大减小了制作成本。

实施例仅是一个特例，并不表明本发明就这样一种实现方式。

实施例二：本实施例二与实施例一的不同点在于：一种双层触控板NFC功能的控制方法，用于控制以上的一种双层触控板，包括：

触控芯片210上电工作即进行互电容检测和控制NFC芯片220进行NFC设备（如NFC读卡器、手机等）靠近检测；

若一段时间内触控芯片210互电容检测的电容变化值没有达到阈值且NFC芯片220没有检测到NFC设备的靠近，则触控芯片210进入合并通道自电容检测模式，并控制NFC芯片220进入睡眠模式，此模式下可以降低设备的功耗；在合并通道自电容检测模式时，触控芯片210进行低功耗的检测扫描自电容变化，可在一个扫描周期设置扫描次数和每次扫描时长，如设置一个扫描周期扫描100次，每次扫描检测持续20ms，直到检测到明显的自电容变化，说明有手指或NFC设备的靠近；

当有手指或NFC设备靠近触控板时，触控芯片210检测到的电容变化值达到阈值或NFC芯片220检测到NFC设备的靠近，则触控芯片210控制NFC芯片220扫描读卡的开启与关闭，完成分时扫描。

传统主控控制时序所采用的被动分时扫描，需要主控端控制触控端和NFC端两个从设备的开启与关闭，需要下发4个命令，而下发和执行4个命令是很占时间的，还会更耗功耗，占用更多***资源；而本实施例所采用的由触控芯片210直接控制NFC芯片220的主动分时扫描，主控端只控制触控芯片的开启与关闭，即只需要下发2个命令，所占时间更短，又因为触控芯片210直接控制NFC芯片220，可实时知道NFC芯片220的工作情况，触控芯片210不扫描时，立马让NFC芯片220扫描，使控制时序更简单，这样节省了传统控制时序命令的等待间隙时间，减小主控端的负担，降低设备功耗，使资源和功耗最小化。

作为可选择的实施方式，分时扫描包括：

当触控芯片210互电容检测到的电容变化值达到阈值时，产生触摸数据，触控芯片210控制NFC芯片220关闭读卡扫描，触控芯片210将触摸数据上报给主控MCU；

当NFC芯片220检测到NFC设备的靠近时，产生读卡数据，触控芯片210控制NFC芯片220开启读卡扫描，NFC芯片220将读卡数据通过触控芯片210上报给主控MCU；在此过程中，没有手指靠近，不会产生互电容变化的干扰。由触控芯片210控制NFC芯片220读卡扫描的开启与关闭，从而控制分时时序，实现主动分时扫描，不仅使得触摸信号和NFC读卡信号互不干扰，还降低了设备功耗，缩短了反应时间，减小主控端的负担，使资源和功耗最小化。

触控芯片210的合并通道自电容检测模式为：依次分别对感应电极通道、驱动电极通道分区合并后进行检测扫描，用于增加自电容被检测时的灵敏度和检测范围。该触控芯片210内置有多个电极通道的开关阵列，可以控制分区合并电极通道，即将任意电极通道组合合并或将合并通道拆分为独立通道。根据平行板电容计算公式C=ε*S/4π*K*D，其中，S是电极通道中电极图案的面积，电极图案的面积越大其自电容值C也就越大，所能被感应的有效电容值就越大，也就是自电容被检测时的灵敏度和检测范围越大；而采用分区合并电极通道的方式能够增大电极图案的面积。

如图4所示，为没有做分时扫描的双层触控板的扫描波形，其中，a为触控扫描波形，b为NFC天线端的发射波形，从波形可以看出，NFC天线端的发射波形干扰到了触控扫描的波形。如图5所示，为没有做分时扫描的双层触控板在进行NFC读卡扫描时，触控板的电容变化值，其中，虚线区域的数值明显变大，最大甚至达到了1500以上，即电容变化值明显增大，说明触控芯片受NFC天线干扰误触导致电容数据被抬起，被触控芯片误认为有人体手指做触模动作的数据。从此看出没有做分时扫描的双层触控板的触控芯片严重收到NFC天线的干扰。

如图6所示，为采用本实施例方法得到的双层触控板的扫描波形，其中，a’为触控扫描波形，b’为NFC天线端的发射波形，从波形可以看出触控板做了分时扫描，与NFC天线端的发射波形错开，没有受到干扰。如图7所示，为采用本实施例方法进行NFC读卡扫描时，触控板的电容变化值，可以看出整个触控板检测的电容数据都没有明显变化，图中虚线区域的数值变化非常小，数值都在-20~10之间，进一步说明触控芯片没有受到NFC天线的干扰。

本实施例的方法通过采用触控芯片控制NFC芯片实现了触控板的主动分时扫描，不但避免了NFC信号对触控扫描时的干扰，还降低了设备功耗，缩短了反应时间，减小主控端的负担，使资源和功耗最小化。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种双层触控板，其特征在于，包括层叠设置的触摸层和器件层，设置于所述器件层上的触控芯片、NFC芯片、NFC天线和主控连接端口；所述触控芯片分别与所述主控连接端口和NFC芯片连接，所述触控芯片通过所述主控连接端口与主控MCU连接；所述主控MCU为外接的主控端；所述NFC天线与所述NFC芯片连接；所述触控芯片用于获取所述触摸层的电容信号和控制所述NFC芯片的分时扫描；所述触摸层上设置有由多条感应电极通道和多条驱动电极通道组成的互电容传感阵列。

2.根据权利要求1所述的一种双层触控板，其特征在于，所述触控芯片包括从I2C和主I2C；所述触控芯片的从I2C与所述主控连接端口的主I2C连接，所述触控芯片的主I2C与所述NFC芯片的从I2C连接。

3.根据权利要求1所述的一种双层触控板，其特征在于，所述互电容传感阵列包括多个电极节点单元，所述电极节点单元上设置有导电过孔，至少存在有两个所述电极节点单元上的所述导电过孔之间的水平距离大于所述器件层上器件的最大布线宽度。

4.根据权利要求3所述的一种双层触控板，其特征在于，所述电极节点单元包括一个感应电极块和两个驱动电极块；所述感应电极块的形状为“S”型；两个所述驱动电极块咬合在所述感应电极块的左右两侧。

5.根据权利要求3所述的一种双层触控板，其特征在于，所述感应电极通道和所述驱动电极通道均通过所述导电过孔与所述触控芯片连接。

6.根据权利要求1所述的一种双层触控板，其特征在于，所述NFC芯片与所述主控MCU的数据传输由所述触控芯片控制。

7.一种双层触控板NFC功能的控制方法，其特征在于，用于控制权利要求1-6任一所述的一种双层触控板，包括：

所述触控芯片上电工作即进行互电容检测和控制所述NFC芯片进行NFC设备靠近检测；

若一段时间内所述触控芯片互电容检测的电容变化值没有达到阈值且所述NFC芯片没有检测到所述NFC设备的靠近，则所述触控芯片进入合并通道自电容检测模式，并控制所述NFC芯片进入睡眠模式；

当有手指或所述NFC设备靠近触控板时，所述触控芯片互电容检测的电容变化值达到所述阈值或所述NFC芯片检测到NFC设备的靠近，则所述触控芯片控制所述NFC芯片扫描读卡的开启与关闭，完成分时扫描。

8.根据权利要求7所述的一种双层触控板NFC功能的控制方法，其特征在于，所述分时扫描包括：

当所述触控芯片互电容检测到的电容变化值达到所述阈值时，产生触摸数据，触控芯片控制所述NFC芯片关闭读卡扫描，所述触控芯片将所述触摸数据上报给所述主控MCU；

当所述NFC芯片检测到所述NFC设备的靠近时，产生读卡数据，所述触控芯片控制所述NFC芯片开启读卡扫描，所述NFC芯片将所述读卡数据通过所述触控芯片上报给所述主控MCU。

9.根据权利要求7所述的一种双层触控板NFC功能的控制方法，其特征在于，所述触控芯片的合并通道自电容检测模式为：依次分别对所述感应电极通道、驱动电极通道分区合并后进行检测扫描，用于增加自电容被检测时的灵敏度和检测范围。

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