CN206388153U - 压力检测装置及电子终端 - Google Patents

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Abstract

本实用新型实施例提供了一种压力检测装置及电子终端，压力检测装置包括：参考电极、压力感应电极以及用于减弱在确定压力大小时负载电容对压力检测电容的影响的第一屏蔽电极；所述参考电极与所述压力感应电极之间形成用于检测压力的压力检测电容；所述第一屏蔽电极与相对所述第一屏蔽电极距离最近的导电面之间形成负载电容。本实用新型实施例减少或者阻断了负载电容对压力检测电容的影响，提高了电容的变化率，进而提高了压力检测准确率。

Description

压力检测装置及电子终端
技术领域
本实用新型实施例涉及电子技术领域，尤其涉及一种压力检测装置及电子终端。
背景技术
触控技术如应用在智能终端上，可以让使用者只要通过手势操作即可实现终端的操作，摆脱了传统的机械键盘，使人机交互更为直截了当。
在目前大部分电子产品终端中，用户手指触摸显示屏只会产生二维的坐标输入，但是，随着触控技术的发展，比如电容触控为例，单纯的手指触控已经不能满足用户更多维度输入的需求，在电容触摸屏中加入压力检测技术(Force Touch)能够增加一个输入维度，让触摸屏能够感知手指压力信息，感知轻压以及重压的力度，这样当用户手指按压显示屏时不仅会产生二维的坐标输入，也会产生第三维的压力输入，并调出不同的对应功能，从而提供更加良好的用户体验。比如在触摸屏的压力检测技术中，通常通过压力感应器来检测有效对参考电极的电容变化，与显示设备结合来实现触控显示。
在现有电容检测方式实施的结构中，存在两个电容，一个为压力检测电容，该压力检测电容由压力感应电极和参考电极之间形成，压力感应电极和参考电极之间存在受压发生形变的间隙，该电容的大小变化代表压力大小的变化。除了压力检测电容之外，还存在一个额外的负载电容，该负载电容由压力感应电极与一导电面之间形成，压力感应电极与导电面之间的间隙几乎不会受压而发生形变。
在实现本实用新型的过程中，发明人发现，对于负载电容来说，在压力的作用下，负载电容两极板(压力感应电极与一导电面)之间的距离几乎不变，故负载电容不随压力变化而变化，其增加了总电容，降低了电容变化率，从而导致压力检测的准确度较低。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的在于提供一种压力检测装置及电子终端，用以解决现有技术中负载电容的存在影响了压力检测效果的技术问题。
本实用新型实施例采用的技术方案如下：
本实用新型实施例提供一种压力检测装置，其包括：参考电极、压力感应电极以及用于减弱在确定压力大小时负载电容对压力检测电容的影响的第一屏蔽电极；所述参考电极与所述压力感应电极之间形成用于检测压力的压力检测电容；所述第一屏蔽电极与相对所述第一屏蔽电极距离最近的导电面之间形成所述负载电容。
本实用新型实施例还提供一种电子终端，其包括任一实施例中所述的压力检测装置。
本实用新型实施例的技术方案具有以下优点：通过设置用于减弱在确定压力大小时负载电容对压力检测电容的影响的第一屏蔽电极；所述参考电极与所述压力感应电极之间形成用于检测压力的压力检测电容；所述第一屏蔽电极与相对所述第一屏蔽电极距离最近的导电面之间形成所述负载电容，以屏蔽掉在确定所述压力大小时所述负载电容对所述压力检测电容的影响，减少或者阻断了负载电容对压力检测电容的影响，提高了电容的变化率，提高了压力检测准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。
图1为本实用新型实施例一压力检测装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例二压力检测装置的结构示意图；
图3为本实用新型实施例三压力检测装置等效电路结构示意图；
图4为本实用新型实施例四压力检测装置等效电路结构示意图；
图5为本实用新型实施例五压力检测装置平面示意图；
图6为图5中压力感应装置的剖视图；
图7为本实用新型实施例六压力检测装置平面示意图；
图8为图7中压力感应装置的剖视图；
图9为图7中压力感应装置的电场示意图；
图10为本实用新型实施例七压力检测装置的简要结构示意图；
图11为本实用新型实施例八压力检测装置的简要结构示意图；
图12-14分别为本实用新型实施例九-十一压力检测装置的平面示意图；
图15-17为本实用新型实施例十二-十四压力检测装置的平面示意图；
图18为本实用新型实施例十五压力检测装置的结构示意图；
图19为图18压力检测装置的平面示意图；
图20为本实用新型实施例十六压力检测装置的结构示意图；
图21为图20压力检测装置的平面示意图；
图22为本实用新型实施例十七压力检测装置的结构示意图；
图23为图22压力检测装置的平面示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
下述实施例中，将以自电容为例，对本实用新型的方案进行示意性说明。
图1为本实用新型实施例一压力检测装置的结构示意图；如图1所示，其包括：压力感应电极102、第一屏蔽电极103、参考电极104；所述参考电极104与所述压力感应电极102之间形成一可随压力发生形变的间隙，所述参考电极104与所述压力感应电极102之间形成压力检测电容，以确定所述压力的大小；所述第一屏蔽电极103与受压时相对所述第一屏蔽电极103距离不变的导电面之间形成一不随压力发生形变的间隙，所述第一屏蔽电极103与导电面101之间形成负载电容；所述第一屏蔽电极103与所述压力感应电极102的电势一致，以屏蔽掉在确定所述压力大小时所述负载电容对所述压力检测电容的影响。本实施例中，压力感应电极102和第一屏蔽电极103具体设置在一绝缘基板105的上下表面。
可选地，本实施例中，所述参考电极104为所述电子终端的导电中框，受压时相对所述第一屏蔽电极距离不变的导电面101为电子终端中显示模组上的导电电极如公共电极，该公共电极位于显示模组组件一106和显示模组组件二107的中间。
本实施例中，还包括对压力检测装置起保护作用的盖板108，在盖板108上的压力引起压力感应电极102和参考电极104之间间隙发生形变，比如压力越大，该间隙越小，相反该间隙越大。而导电面101和第一屏蔽电极103之间的间隙不会发生形变或者微小形变。
图2为本实用新型实施例二压力检测装置的结构示意图；如图2所示，导电面101与第一屏蔽电极103之间形成电容Csv，压力感应电极102和参考电极104之间形成电容Cfm，该电容Cfm作为压力检测电容，其包括平行板电容C1和边缘电容C2。压力感应电极与第一屏蔽电极之间存在电容Cfs，由于所述第一屏蔽电极103与所述压力感应电极102的电势一致，即等电位，因此，所述第一屏蔽电极103与所述压力感应电极102之间并没有电场分布，从而阻断了电容Csv对电容Cfm的影响，从而在压力检测时提高了电容的变化率。
图3为本实用新型实施例三压力检测装置等效电路结构示意图；如图3所示，本实施例中，以上述图1或者图2实施例结构应用于分压架构的自电容为例，盖板所施加压力增大，压力感应电极与导电中框之间的间距减小，电容CFM增大，压力驱动信号VD一般为单一频率弦波，根据分压原理可知节点VS的电势将会减小，根据VS的电势减小量可计算出压力值。压力感应电极通过分压电阻R0接压力驱动信号VD，第一屏蔽电极通过芯片内的分压电阻RS接相同的压力驱动信号VD，为保证节点VR与VS的电势始终近似相等，则
化简后可得
CFMR0＝CSVRS (2)
可知通过控制芯片内的分压电阻R0、RS使得第一屏蔽电极和压力感应电极始终都能保持相同电势。
可选地，在本实施例中，如果驱动通道的驱动能力较强，多个所述第一屏蔽电极103互联起来与同一个驱动通道电连接，以使所述第一屏蔽电极103与所述压力感应电极102的电势一致；或者，如果驱动通道的驱动能力较弱，一个所述第一屏蔽电极103连接一个驱动通道，以使所述第一屏蔽电极103与所述压力感应电极102的电势一致。
图4为本实用新型实施例四压力检测装置等效电路结构示意图；如图4所示，本实施例中，以上述图1或者图2实施例结构应用于电容充放电架构的自电容为例，第一阶段开关Φ1闭合，开关Φ2断开，电源Vpwr给电容CFM充电，第二阶段开关Φ1断开，开关Φ2闭合，电容CFM给积分电容Cint充电，两个阶段为一个充电周期，每经过一个充电周期，节点VS的电势都会降低一点，降低量ΔVS与电容CFM有关。
施加到盖板上的压力越大，电容CFM也越大，则固定N个充电周期后的总电势降低量ΔVS也越大，读取ΔVS即可计算出压力值，每次读取后需要闭合开关Sp，给积分电容Cint放电，为下一次读取做准备。为使压力感应电极与第一屏蔽电极的电势保持一致，需要电容CSV和CFM的充放电时间常数一致，即
τ＝CFMR0＝CSVRS (4)
可知通过控制芯片内的分压电阻R0、RS使得第一屏蔽电极和压力感应电极始终都能保持相同电势。
图5为本实用新型实施例五压力检测装置平面示意图；图6为图5中压力感应装置的剖视图；如图5、6所示，本实施例中，以有9个压力感应电极102和9个第一屏蔽电极103，其中一个压力感应电极102对应一个第一屏蔽电极103，单个第一屏蔽电极的面积大于单个压力感应电极的面积，其中一个第一屏蔽电极可以单独连接一个驱动通道，也可以多个第一屏蔽电极互连后再连接到一个驱动通道。
在另外一实施例中，多个所述压力感应电极共用一个所述第一屏蔽电极时，一个所述第一屏蔽电极的面积大于多个所述压力感应电极的面积总和，以完全屏蔽掉负载电容对压力检测电容的影响。
所述第一屏蔽电极和所述压力感应电极位于不同的面，所述第一屏蔽电极在所述压力感应电极采样时用于减弱或者消除在确定压力大小时负载电容对压力检测电容的影响，所述压力感应电极在所述第一屏蔽电极采样时复用为补偿因温度变化导致的所述压力检测电容的变化的温度补偿电极，所述补偿电极与所述参考电极之间形成温度补偿电容，该温度补偿电容对温度变化敏感，只有温度发生变化时才会引起该温度补偿电容的电容值发生变化，而受压不会引起该温度补偿电容发生变化。
图7为本实用新型实施例六压力检测装置平面示意图；图8为图7中压力感应装置的剖视图；图9为图7中压力感应装置的电场示意图；如图7、8、9所示，本实施例中，仍然以有9个压力感应电极为例进行说明，每一个压力感应电极102配置一个第一屏蔽电极103，单个第一屏蔽电极103的面积小于单个压力感应电极102的面积，其中一个第一屏蔽电极可以单独连接一个驱动通道，也可以多个第一屏蔽电极互连后再连接到一个驱动通道。
本实施例中，由于单个压力感应电极102的面积小于单个第一屏蔽电极103的面积，与上述实施例相比，阻断了部分负载电容，还残留了部分负载电容，该负载电容包括平行板电容C3和边缘电容C4。但是，与现有技术相比，还是减少了负载电容，提高了电容的变化率。
可替代地，对于上述图5-图9，第一屏蔽电极103为多个，所述压力感应电极102与第一屏蔽电极103一一对应，但是一个第一屏蔽电极可以单独连接一个驱动通道，也可以多个第一屏蔽电极互连后再连接一个驱动通道。
另外，多个所述压力感应电极可以共用一个所述第一屏蔽电极，一个所述第一屏蔽电极的面积大于多个所述压力感应电极的面积总和。
对上述实施例来说，可替代地，所述参考电极104为电子终端的导电中框；或者，所述参考电极104为电子终端的导电背壳；所述导电面101为电子终端的显示模组上的导电电极，或者，光学模组上的导电电极，所述压力感应电极102位于所述电子终端的显示模组下表面。
在上述实施例中，所述导电面、所述第一屏蔽电极、所述压力感应电极、及所述参考电极依次从上到下设置。
图10为本实用新型实施例七压力检测装置的简要结构示意图；如图10所示，本实施例中，与上述实施例的基础上增加了屏蔽环109，具体地，所述参考电极104为电子终端的导电中框，所述电子终端的导电中框与所述压力感应电极102之间形成可随压力发生形变的间隙。所述屏蔽环109电连接公共地以形成参考地电极。如果按照屏蔽环103围绕压力感应电极101设置，则参考地电极可以为地环。
本实施例中，压力感应电极102与参考电极104之间形成压力检测电容，该压力检测电容包括平行板电容C1和边缘电容C2，与现有技术相比，由于增加了屏蔽环103，在现有技术中原本压力感应电极102和参考电极104之间的边缘电容C2，转而绝大部转换成屏蔽环109与压力感应电极102之间的平行板电容C3，只剩余少量的边缘电容C2，从而降低了边缘电容在压力检测电容中的占比，相当于增加了平行板电容的占比，由于平行板电容的电容变化率大于边缘电容的电容变化率，从而增加了压力检测电容的变化率，提高了压力值计算的精度。
图11为本实用新型实施例八压力检测装置的简要结构示意图；如图11所示，与上述图10实施例不同的是，所述屏蔽环109电连接所述压力感应电极101的驱动信号。如果按照屏蔽环109围绕压力感应电极101设置，则屏蔽环109可以为等势环。
与上述图10实施例不同的是，本实施例中由于增加了电连接驱动信号的屏蔽环109，在现有技术中原本压力感应电极102和参考电极104之间的边缘电容C2，转而转换成屏蔽环109与参考电极102之间平行板电容或者近似平行板电容，从而降低了边缘电容在压力检测电容中的占比，相当于增加了平行板电容的占比，由于平行板电容的电容变化率大于边缘电容的电容变化率，从而增加了压力检测电容的变化率，提高了压力值计算的精度。
可替代，所述参考电极102为电子终端的导电背壳。所述导电面101为显示模组上的导电电极，或者为电子终端的光学模组上的导电电极。详细不再附图说明。
图12-14分别为本实用新型实施例九-十一压力检测装置的平面示意图；如图12-14所示，所述屏蔽环109环绕所述压力感应电极102设置，一个所述屏蔽环109环绕一个所述压力感应电极102，所述屏蔽环103之间相互独立，每一个屏蔽环连接一个驱动通道，或者相互之间电连接再与同一个驱动通道连接；或者，一个屏蔽环109环绕多个所述压力感应电极102。
图12-14的实施例中，所述压力感应电极102的外形可以为无棱角形状，比如为圆形、椭圆形或者经过倒角处理的矩形，用于辅助所述屏蔽环109消除所述边缘电容。
图15-17为本实用新型实施例十二-十四压力检测装置的平面示意图；如图15-17所示，如果把压力感应电极102的信号线作为压力感应电极102本身结构的一部分，也可以增加针对该信号线的屏蔽环109，比该屏蔽环109为顺着压力感应电极102的信号线的参考信号线；或者，直接将压力感应电极102的信号线作为该压力感应电极对应的屏蔽环109。图15-17中，实线为压力感应电极102的信号线，虚线为参考信号线。
可替代地，上述实施例中，也可以通过使相邻所述压力感应电极102之间互为彼此的所述屏蔽环109，相当于屏蔽环109和压力感应电极101复用。
图18为本实用新型实施例十五压力检测装置的结构示意图；图19为图18压力检测装置的平面示意图；本实施例中，压力检测装置包括：参考电极104、压力感应电极102、导电面101、上述第一屏蔽电极103，还包括温度补偿电极110，温度补偿电极110与压力感应电极102设置在同一面内，导电面101比如为显示模组中的公共电极，受压时相对所述压力感应电极距离不变的参考电极104为电子终端的导电背壳。
本实施例中，多个所述压力感应电极102构成一阵列，一个或多个所述温度补偿电极110穿插设置在所述阵列中，所述温度补偿电极110和所述压力感应电极位于同一面内，所述温度补偿电极110和所述参考电极104之间设置有使所述温度补偿电极110与所述参考电极104之间形成仅因温度变化引起补偿电容的第二屏蔽电极111。所述温度补偿电极与所述第二屏蔽电极具有相同的电势，以使所述温度补偿电极与所述参考电极之间形成仅因温度变化引起的一补偿电容。
在上述使用第二屏蔽电极111的实施例中，第二屏蔽电极111的面积要大于辅助电极和压力感应电极中面积最大的电极，减少或消除所述温度补偿电极110与所述参考电极104之间电容，使所述温度补偿电极110与所述参考电极104之间形成仅因温度变化引起补偿电容。
需要说明的是，还可以在温度补偿电极110之上设置第一屏蔽电极103，详细不再附图说明。
图20为本实用新型实施例十六压力检测装置的结构示意图；图21为图20压力检测装置的平面示意图；本实施例中，压力检测装置仍然包括：参考电极104、压力感应电极102、导电面101、温度补偿电极110以及第一屏蔽电极103，导电面101比如为显示模组中的公共电极，受压时相对所述压力感应电极距离不变的参考电极104为电子终端的导电背壳。
本实施例中，多个所述压力感应电极102构成一阵列，一个或多个所述温度补偿电极110设置在所述阵列***比如角落或者边缘，以使所述温度补偿电极110不随压力发生形变，以与所述参考电极104之间形成仅因温度变化引起的补偿电容。
本实施例中，由于温度补偿电极110设置在边缘位置，对于形变来说，敏感度不高，或者可理解为压力引起边缘位置形变比较微小，或者近似为温度补偿电极不会因受压发生形变，从而不会分别与导电面、辅助电极之间形成电容的变化，只有温度的变化，才会引起温度补偿电极与辅助电极之间形成电容的变化。
图22为本实用新型实施例十七压力检测装置的结构示意图；图23为图22压力检测装置的平面示意图；本实施例一中，以自电容为例进行说明。如图22、23所示，其包括：导电面101、压力感应电极102、参考电极104、温度补偿电极110，导电面101比如为电子终端的显示模组中的公共电极，受压时相对所述压力感应电极距离可变的参考电极104为电子终端的导电中框。所述参考电极104电连接与***地，所述参考电极104与所述压力感应电极102之间形成压力检测自电容。
本实施例中，多个所述压力感应电极102构成一阵列，一个或多个所述温度补偿电极110穿插设置在所述阵列中，所述温度补偿电极110和所述压力感应电极102位于不同的面比如位于所述压力感应电极102之上，所述温度补偿电极在所述压力感应电极采样时复用为减弱在确定压力大小时负载电容对压力检测电容的第一屏蔽电极，复用情形时的第一屏蔽电极和所述压力感应电极102具有相同的电势，以减少或消除所述压力感应电极102与导电面101之间形成的负载电容。所述压力感应电极102在所述温度补偿电极采样时复用为使所述温度补偿电极110与所述参考电极104之间形成仅因温度变化引起补偿电容的第二屏蔽电极111。
需要说明的是，可替代地，在其他实施例中，也可以使用显示模组中的其他导电层作为辅助电极，详细不再赘述。
上述实施例中，以环境中的温度为例进行说明，但是需要说明的是，在本实用新型实施例的启发下，本领域普通技术人员无须创造性劳动，也可以将本实用新型上述实施例的思想应用于其他环境变化的情形，详细不再赘述。
本实用新型实施例还提供一种电子终端，其包括上述任一实施例中的压力检测装置。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种压力检测装置，其特征在于，包括：参考电极、压力感应电极以及在确定压力大小时用于减弱负载电容对压力检测电容的影响的第一屏蔽电极；所述参考电极与所述压力感应电极之间形成用于检测压力的压力检测电容；所述第一屏蔽电极与相对所述第一屏蔽电极距离最近的导电面之间形成所述负载电容。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，多个压力感应电极共用一个第一屏蔽电极；或者所述第一屏蔽电极为多个，第一屏蔽电极与压力感应电极之间一一对应。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，多个所述压力感应电极共用一个所述第一屏蔽电极，一个所述第一屏蔽电极的面积大于多个所述压力感应电极的面积总和。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述参考电极为触控模组所在的电子终端的导电中框；或者，所述参考电极为触控模组所在电子终端的导电背壳。
5.根据权利要求1所述的压力检测装置，其特征在于，所述导电面、所述第一屏蔽电极、所述压力感应电极、及所述参考电极依次从上到下设置。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括用于减小或消除所述压力检测电容包括的边缘电容的屏蔽环，所述屏蔽环环绕所述压力感应电极设置。
7.根据权利要求6所述的压力检测装置，其特征在于，所述屏蔽环与地连接，或者所述屏蔽环电连接所述压力感应电极的驱动信号以形成等势屏蔽环。
8.根据权利要求6所述的压力检测装置，其特征在于，多个所述屏蔽环分别连接不同的驱动通道，或者连接同一驱动通道。
9.根据权利要求1-8任一项所述的装置，其特征在于，还包括：用于 补偿因环境变化导致的所述压力检测电容的变化的补偿电极，所述补偿电极与所述参考电极之间形成补偿电容。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，多个所述压力感应电极构成一阵列，一个或多个所述补偿电极穿插设置在所述阵列中，或者一个或多个所述补偿电极设置在所述阵列***，以使所述补偿电极与所述参考电极之间形成因环境变化而发生电容值变化的补偿电容。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述补偿电极与所述第一屏蔽电极具有相同的电势，以使所述补偿电极与所述参考电极之间形成因环境变化发生电容值变化的一补偿电容。
12.一种电子终端，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的压力检测装置。
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