一种自适应按键触摸检测系统及方法与流程

本发明涉及触控检测技术。

背景技术：

随着触控产品在市场上的应用范围越来越广泛，其应用环境也变得复杂，随之带来了一些问题。

例如，在触摸应用产品中，各感应通道的走线长度、感应区域尺寸存在差异，使得每个感应通道上的寄生电容不同，从而导致各感应通道在检测数据上的一致性变差，影响触摸按键应用开发(如滑动触摸定位等)。

例如，针对不同材质、厚度的触控面板，需要根据手动触摸得到的数据对判键参数进行调整，这种调整有时需要重复数次才能达到较好的触摸效果，过程繁复耗费人力。同时，由于参数调整过程中需要人工触摸，而人手每次触摸时的接触面积、位置无法保证完全相同，会引入人为误差，造成各按键灵敏度不同，影响触摸效果的一致性。

又例如，环境温度变化、空间电磁干扰等会引起感应按键的误动作或不动作，影响触摸产品的正常使用。

再例如，触控面板表面覆水会导致触摸功能出现异常，影响使用。

因此，亟需一种具有自适应环境变异以及具有抗干扰能力的触摸检测方案。

技术实现要素：

本发明提出一种通过在ic内部增加可变电容阵列的方法来提高触摸按键对环境变异的适应能力以及抗干扰能力，从而解决目前触摸产品中存在的上述问题。

本发明提供了一种自适应按键触摸检测方法，所述方法包括以下步骤：

a:提供可变电容阵列；

b:将内部基准通道的检测数据与各外部感应通道的检测数据进行比较；

c:根据各比较结果，计算对应于各外部感应通道的待补偿的补偿电容大小；

d:根据各待补偿的补偿电容大小确定所述可变电容阵列的投切逻辑；

e:根据所述投切逻辑对各外部感应通道的寄生电容分别进行电容补偿；

f:将内部基准通道与电容补偿后的各外部感应通道的检测数据进行比较，若两者的差异小于一阈值，则认为电容补偿结束，记录所述投切逻辑；否则，则执行步骤c～f。

在一个实施例中，所述方法还包括：

g:提供可变的手指电容；

h:令所述手指电容在各外部感应通道间切换，模拟手指对感应按键的触摸，并得到所述手指电容并入前后的各外部感应通道的检测数据，以此为依据配置触摸状态参数。

在一个实施例中，所述步骤h包括：

根据触摸面板实际情况及用户灵敏度要求设定手指电容参数；

获取无触摸状态下各外部感应通道的检测数据，重复此步骤x次，得到x组无触摸状态的检测数据；

将所述手指电容依次并入各外部感应通道，获取模拟触摸后的检测数据，重复此步骤y次，得到y组并入模拟触摸后的检测数据；

根据所述x组无触摸状态的检测数据与y组模拟触摸后的检测数据，选取并计算出触摸按键参数。

在一个实施例中，所述方法还包括：

在完成步骤a-h之后，经过一预先设定的时间后，对内部基准通道和外部感应通道再次进行检测，当内部基准通道的检测数据改变量超出一预设的正常范围值时，根据该变量对所检测到的外部感应通道的检测数据进行修正，从而达到对环境变化和/或干扰的自适应。

在一个实施例中，所述环境变化包括温度变化。

在一个实施例中，所述干扰包括电磁干扰。

本发明还提供了一种自适应按键触摸检测系统，所述系统与多个外部按键耦接，每个外部按键对应一个外部感应通道，所述系统包括：

内部基准通道电路，包括一可调节的内部基准电容，所述内部基准电容对应所述内部基准通道；

触摸检测电路，获取内部基准通道和外部感应通道的检测数据，所述检测数据与对应通道的电容值相关联；

补偿电路，根据投切逻辑对各外部感应通道的电容进行补偿，其中，该补偿电路包括可变电容阵列，该可变电容阵列包括多个并联的电容和与多个开关，每个电容与一个开关串联；

补偿电路投切控制逻辑，根据各外部感应通道与内部基准通道的检测数据的差值确定每个外部感应通道需要补偿的电容大小，并根据该需要补偿的电容大小确定所述补偿电路中所述多个开关的投切逻辑，并存储每个外部感应通道所对应的补偿电容的投切逻辑。

在一个实施例中，所述触摸检测电路还被配置成将内部基准通道与经过电容补偿后的各外部感应通道的检测数据进行比较，若两者的差异小于一阈值，则电容补偿结束；否则，所述补偿电容投切控制逻辑根据所述两者的差异再次改变所述投切逻辑，以便所述补偿电路对各外部感应通道的电容值进行微调整。

在一个实施例中，所述系统还包括：

手指电容模块，包括手指电容，所述手指电容模拟人的手指电容大小；以及

手指电容控制逻辑，用于控制所述手指电容与各外部感应通道的电连接，模拟手指与各按键的触摸过程，以供所述触摸检测电路获得所述手指电容接入前后的各外部感应通道的检测数据，用于校准触摸按键参数。

在一个实施例中，所述系统还包括：

多路选择器，与所述多个按键耦接，当需要扫描某一按键对应的外部感应通道的检测数据时，多路选择器与该按键接通。

在一个实施例中，所述系统还包括：

基准通道调整控制逻辑，所述基准通道调整控制逻辑根据各外部感应通道与内部基准通道的检测数据的差值对所述基准电容的大小进行调节，以使得内部基准通道的检测数据与外部感应通道的检测数据尽量保持一致。

在一个实施例中，所述触摸检测电路在所述电容补偿完成后，经过一预先设定的时间后，对内部基准通道和外部感应通道再次进行检测，当内部基准通道的检测数据改变量超出一预设的正常范围值时，根据该变量对所检测到的外部感应通道的检测数据进行修正，从而达到对环境变化和/或干扰的自适应。

本发明所提出的自适应按键触摸检测系统及方法具有以下技术效果：

首先，本发明的可变电容阵列可对感应通道寄生电容进行有针对性的补偿，从而保证各通道检测数据的一致性，以便后续开发应用。

其次，通过增加可变小电容(即手指电容)在通道间自动切换，可实现对触摸相关参数的自动配置，在保证了各按键的灵敏度及一致性的同时还可满足不同的应用需求。

再次，增加的可变电容阵列可实现对外部环境变化及干扰的检测，为软件处理提供有效的数据从而减小算法的复杂度，且外部无需增加额外的滤波电路，降低了硬件成本。

最后，由于可变电容阵列存在于ic内部，完全不会受到外部覆水的影响，从而可以快速鉴别出水干扰，并进行有针对性地处理。

因此，本发明可极大提高感应按键对环境的适应能力以及抗干扰能力。

附图说明

本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1示出根据本发明一实施例的自适应触摸检测系统；

图2示出根据本发明一实施例的电容补偿流程图；

图3示出根据本发明一实施例的触摸按键参数校准流程图；

图4示出根据本发明一实施例的温漂检测修正流程图；

图5示出根据本发明一实施例的检测干扰并调整基准线的流程图。

具体实施方式

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

常规的触摸产品存在以下主要问题：

1.在触摸应用产品中，各感应通道的走线长度、感应区域尺寸存在差异，使得每个感应通道上的寄生电容不同，从而导致各感应通道在检测数据上的一致性变差，影响触摸按键应用开发(如滑动触摸定位等)。

2.针对不同材质、厚度的触控面板，需要根据手动触摸得到的数据对判键参数进行调整，这种调整有时需要重复数次才能达到较好的触摸效果，过程繁复耗费人力。同时，由于参数调整过程中需要人工触摸，而人手每次触摸时的接触面积、位置无法保证完全相同，会引入人为误差，造成各按键灵敏度不同，影响触摸效果的一致性。

3.环境温度变化、空间电磁干扰等会引起感应按键的误动作或不动作，影响触摸产品的正常使用。

4.触控面板表面覆水会导致触摸功能出现异常，影响使用。

本发明提出一种通过在ic内部增加可变电容阵列的方法解决以上问题。

针对问题1，本发明的可变电容阵列可对感应通道寄生电容进行有针对性的补偿，从而保证各通道检测数据的一致性，以便后续开发应用。针对问题2，通过电容阵列中的可变小电容在通道间自动切换，可实现对触摸相关参数的自动配置，在保证了各按键的灵敏度及一致性的同时还可满足不同的应用需求。针对问题3，增加的电容阵列可实现对外部环境变化及干扰的检测，为软件处理提供有效的数据从而减小算法的复杂度，且外部无需增加额外的滤波电路，降低了硬件成本。针对问题4，由于可变电容阵列存在于ic内部，完全不会受到外部覆水的影响，从而可以快速鉴别出水干扰，并进行有针对性地处理。

因此，本发明可提高感应按键对环境的适应能力以及抗干扰能力。

图1示出根据本发明一实施例的自适应触摸检测系统。该自适应触摸检测系统包括多路选择器101、补偿电路102、内部基准通道电路103、手指电容模块104、补偿电路投切控制逻辑105、触摸检测电路106、手指电容控制逻辑107、基准通道调整控制逻辑108。

多路选择器101与多个外部按键key1～keyn耦接。每个按键具有一等效寄生电容，其对应一路外部感应通道。当需要扫描某一按键对应的感应通道的检测数据(该检测数据表示该路感应通道对应的按键的寄生电容大小)时，多路选择器101与该按键接通。

触摸检测电路106与多路选择器101、补偿电路102、手指电容模块104、内部基准通道电路103耦接，用于获取内部基准通道和外部感应通道的检测数据。例如，触摸检测模块106可检测内部基准通道的基准电容的电容大小和/或外部感应通道对应的按键的寄生电容的大小，并将其转换成数字信号。在一个实施例中，本文中所提到感应通道的检测数据、内部基准通道的检测数据即指的是该数字信号。

补偿电路102与多路选择器101和补偿电路投切控制逻辑105耦接。补偿电路102根据投切逻辑向各外部感应通道提供需要补偿的电容。

在一个实施例中，该补偿电路102包括一可变电容阵列，该可变电容阵列包括多个并联的电容，且每个电容与一开关耦接。整个补偿电路的等效电容即为补偿电容。每个按键对应有各自的补偿电容值。如图1所示，该补偿电路102具有8个并联的补偿电容，但本领域技术人员应理解，该补偿电路102的补偿电容并不限于8个，例如，可以少于或者大于8个。

补偿电路投切控制逻辑105根据各外部感应通道与内部基准通道的检测数据的差值确定每个外部感应通道需要补偿的电容大小，并根据该需要补偿的电容大小决定该补偿电路中各开关的投切逻辑，并存储每个感应通道所对应的补偿电容的投切逻辑。

内部基准通道电路103包括一可调节的内部基准电容cref。该内部基准电容cref对应本文中所述的内部基准通道。

基准通道调整控制逻辑108用于调整内部基准电容的大小。在必要时，基准通道调整控制逻辑108根据各外部感应通道与内部基准通道的检测数据的差值对基准电容的大小进行调节，以使得内部基准通道的检测数据与外部感应通道的检测数据尽量保持一致。

在本发明中，通过可变电容阵列对每个按键电容进行电容补偿，并可选择性地通过调节内部基准电容的大小，实现内部通道与外部感应通道的检测数据的一致性。

手指电容模块104包括手指电容以及与该手指电容串联的开关，该手指电容模拟人的手指电容大小。在一个实施例中，该手指电容的大小为可调节的。

手指电容控制逻辑107用于控制手指电容与各外部感应通道的电连接，模拟手指触摸过程，以供所述触摸检测电路获得所述手指电容接入前后的各外部感应通道的检测数据，用于校准触摸按键参数。在一个实施例中，手指电容控制逻辑107可以通过控制与该手指电容串联的开关的闭合来控制手指电容与各外部感应通道的电连接。在正常扫描情况下，手指电容与各外部感应通道断开。在校正或配置触摸按键参数的模式下，手指电容控制逻辑107需要分别将手指电容与各外部感应通道进行电连接，模拟手指与各按键的触摸，以供触摸检测电路106获得手指电容接入前后的各外部感应通道的检测数据datatouch。

下面主要从五个方面说明本发明的自适应触摸检测系统是如何提高触摸按键对环境的自适应能力以及抗干扰能力的。

1.本发明的自适应触摸检测系统能实现对外部感应通道寄生电容的补偿，解决由寄生电容引起的感应数据一致性差的问题，大幅减小通道间数据差异，适应不同pcb布局(包括但不限于由pcb走线引起的寄生电容差异)。

图2示出根据本发明一实施例的电容补偿流程图。在一个实施例中，该流程仅在首次上电执行。

步骤201：系统上电。

步骤202：扫描内部基准通道，获取内部基准通道的检测数据datastander。其中，内部基准通道的检测数据datastander反应了内部基准电容的大小。

步骤203：依此扫描各外部感应通道并获取各外部感应通道的初始状态的检测数据datakey(n)。其中，datakey(n)表示第n个外部感应通道的初始状态检测数据，该检测数据反应了该外部感应通道所对应的按键的寄生电容大小，其中，n属于1到n。

步骤204：分别比较内部基准通道的检测数据与扫描后所获得的各外部感应通道通道的检测数据之间的差异，并通过计算得到各外部感应通道所需补偿电容的初始值。补偿电容的初始值的计算公式如下：

ccompensate(n)＝|datastander-datakey(n)|*k

其中：电容单位为pf，k为补偿系数(表征检测数据与电容容值的关系)，ccompensate(n)表示第n个外部感应通道对应的补偿电容初始值。

步骤204中还包括：按补偿电容的计算结果推算出各外部感应通道相应的开关投切逻辑(即补偿电路中各开关的闭合逻辑)，并配置到补偿电路投切控制逻辑105中。

步骤205：使能补偿电路，根据每个外部通道对应的补偿电容初始值对各通道进行电容补偿，并再次对内部基准通道及各外部感应通道进行检测，获取补偿后的各通道的检测数据data1stander、data1key(n)。

步骤206：重新对比内部基准通道与各扫描后的外部感应通道的检测数据之间的差异，判断是否满足要求。若该差异小于一预先设定的阈值，则认为满足要求。否则，认为未满足要求。若满足要求，则执行步骤207。若未满足要求，则对该通道对应的补偿电容进行微调(参见步骤208－210)。

步骤207：记录并保存当前补偿电容投切逻辑。

步骤208：判断比较次数(也就是补偿电容调整次数)，若比较次数小于一预先设定的次数，则对补偿电容进行微调，即执行步骤209。若大于或等于该预先设定的次数，即经多次调整仍无法将外部通道寄生电容值补偿至设定的误差范围内，则停止对补偿电容的微调，记录误差最小的补偿参数，同时保存差异数据，以备后续调用，即执行步骤210。

在一个实施例中，该预先设定的次数可以是10。

步骤209：微调补偿电容大小，即，重复步骤204，并相应地调整投切逻辑。微调的计算公式如下：

δc＝|data1stander-data1key(n)|*k1

其中k1是k的函数，k1的设定可以根据微调的精度来设计。例如，k1＝2k。

若data1stander>data1key(n)，则进行正向微调，反之则进行反相微调。需要注意的是，调整方向会因检测数据含义(例如：频率、周期、脉冲个数、充电时间、除法放大后的数据等)而改变。

步骤210：计算微调后的各外部感应通道的检测数据与内部基准通道的检测数据之间的最小差异或比例，并保存，以备后续调用。

步骤211：完成电容补偿参数配置。

上述电容补偿流程可以使得外部感应按键的扫描数据与内部基准通道基本一致，不但提高了感应数据的一致性，还为后续环境变异及干扰的判别、处理提供了便利。

2.本发明的自适应触摸检测系统能利用手指电容阵列校准触摸按键参数，适应不同材质、厚度的触摸面板，保证各感应通道灵敏度(触摸效果)的一致性。

图3示出根据本发明一实施例的触摸按键参数校准流程图。该流程通过手指电容在各感应通道间切换，模拟手指对感应按键的触摸，获取触摸状态参数。该流程可以在进行了电容补偿(参见图3的第一个步骤，即寄生补偿参数配置，其对应图2的整个流程)之后进行，也可以在未进行电容补偿的情况下进行。

具体参数校准过程如下：

步骤301：根据触摸面板实际情况及用户灵敏度要求设定手指电容参数；

步骤302：启动对各外部感应通道的检测。

步骤303：获取无触摸状态数据。

步骤304：判断检测次数，若检测次数小于或等于预先设定的次数x，则重复步骤302、303，得到x组数据datanotouch(n)。若检测次数大于预先设定的次数x，则执行步骤305。

步骤305：投入手指电容，将手指电容依次并入各外部感应通道。

步骤306：获取模拟触摸后的各外部感应通道的检测数据。

步骤307：判断检测次数，若检测次数小于或等于预先设定的次数y，则重复步骤305和306y次，得到y组数据datatouch(n)。若检测次数大于预先设定的次数y，则根据datanotouch(n)、datatouch(n)的差异计算出触摸按键参数(即判键参数)。

该校准流程通过电容阵列中的手指电容(可变小电容)在通道间自动切换，可实现对触摸相关参数的自动配置，在保证了各按键的灵敏度及一致性的同时还可满足不同的应用需求。

此校准过程可在上电完成电容补偿配置(即图2的流程)后执行，但若在运行过程中调整了电容补偿参数，则为保证灵敏度不发生改变，需再次执行此校准过程。

3.本发明的自适应触摸检测系统还能提高外部感应通道对环境变化的自适应能力。所述环境变化包括，但不限于，温度变化。

图4示出根据本发明一实施例的温漂检测修正流程图，其中δdatanormal表示内部基准通道的检测数据在正常范围的波动幅度。应注意的是，温度漂移检测修正流程建立在寄生电容补偿流程已经完成的前提下。

首先，环境温度改变对内外感应通道的影响在趋势上是相同的。通过前述1中所述寄生电容补偿配置，已使外部感应通道与内部基准通道在特性上达到了较高程度的一致(此种特性的一致包括但不限于检测数据、灵敏度的一致)。利用此特点，可通过以下步骤实现外部感应通道对环境温度的自适应。

正常情况下，内部基准通道以及各外部感应通道的状态数据基本保持稳定，为data2stander、data2key(n)。

当环境温度发生改变后，基准通道及外部感应通道的状态数据发生改变，设此时内外通道状态数据为data3stander/data3key(n)，经计算可知基准通道数据变化量为δdatastander，该变化量也体现了外部感应通道受环境影响的数据特征。

以基准通道获取的环境变化特征量δdatastander为基准，对外部感应通道状态数据进行修正，使其最终的检测结果不随外部温度变化的改变而产生较大波动。从而达到对环境的自适应。

4.本发明的自适应触摸检测系统还能通过内部基准通道的基准电容监测外部干扰，提高触摸按键抗干扰能力(以电磁干扰为例)。

电磁干扰通常会严重影响触摸按键检测数据的稳定性，使其出现无规律的抖动或跳变，从而引起软件对触摸按键状态的误判，最终导致按不动或误触发问题产生。一般电磁干扰会通过影响系统电源或是从空间上进行辐射影响触摸检测。因此，其对各个感应通道的影响体现在检测数据上通常是相似的。故通过对基准通道扫描数据的实时监测，可快速识别出干扰的存在。同样地，经过1中所述补偿配置，内外感应通道特性基本一致。因此，通过基准通道可检测到干扰的存在，同时利用其检测数据，可提取出干扰给触摸检测带来的数据抖动/跳变量δdatajump。将此跳变量δdatajump作为补偿因子对外部感应通道的基准线进行同步调整，可大大减小甚至消除干扰对按键判别带来的影响。

图5示出根据本发明一实施例的检测干扰并调整基准线的流程图。这里所述的干扰包括但不限于电磁干扰。基准线指的是没有进行任何触摸第一次采集到的外部感应通道的检测数据。作为图5的流程的一个变型，该流程也可以只计算内部基准通道的数据变异量，而不计算外部感应通道的数据变异量，通过判断该内部基准通道的数据变异量是否超出正常抖动范围来判断是否存在干扰的存在，并以该内部基准通道的数据变异量作为补偿因子对外部感应通道的基准线进行同步调整。

5.本发明的自适应触摸检测系统还能结合内部基准通道和外部基准通道的检测数据，识别面板覆水情况。

当触摸面板被水雾/水层覆盖后，各外部通道检测数据会出现不同程度、不规律的增长或波动，影响正常判键。由于针对感应按键覆水的处理方法与其它干扰的处理方法是不同的，因此将其与其它干扰区分开来进行相应的处理就显得尤为重要了。由于本方案中的基准通道存在于芯片内部，故其不会受到水的影响，利用这一点即可实现对外部覆水与否的鉴别。当外部通道检测数据出现明显波动而内部基准通道检测数据保持稳定，则可判断出外部通道可能有水覆盖，从而可以立即开启防水算法。

综上所述，本发明提供了一种自适应触摸检测方法，该方法包括以下步骤：

a:提供可变电容阵列；

b:将内部基准通道的检测数据与各外部感应通道的检测数据进行比较；

c:根据各比较结果，计算对应于各外部感应通道的待补偿的补偿电容大小；

d:根据各待补偿的补偿电容大小确定所述可变电容阵列的投切逻辑；

e:根据所述投切逻辑对各外部感应通道的寄生电容分别进行电容补偿；

f:将内部基准通道与电容补偿后的各外部感应通道的检测数据进行比较，若两者的差异小于一阈值，则认为电容补偿结束，记录所述投切逻辑；否则，则执行步骤c～f。

所述方法还包括以下步骤：

g:提供可变的手指电容；

h:令所述手指电容在各外部感应通道间切换，模拟手指对感应按键的触摸，并得到所述手指电容并入前后的各外部感应通道的检测数据，以此为依据配置触摸状态参数。

其中，所述步骤h包括：

根据触摸面板实际情况及用户灵敏度要求设定手指电容参数；

获取无触摸状态下各外部感应通道的检测数据，重复此步骤x次，得到x组无触摸状态的检测数据；

将所述手指电容依次并入各外部感应通道，获取模拟触摸后的检测数据，重复此步骤y次，得到y组并入模拟触摸后的检测数据；

根据所述x组无触摸状态的检测数据与y组模拟触摸后的检测数据，选取并计算出触摸按键参数。

此外，所述方法还包括：

以步骤a-f为基础，经过一预先设定的时间后，对内部基准通道和外部感应通道再次进行检测，当内部基准通道的检测数据改变量超出一预设的正常范围值时，根据该变量对所检测到的外部感应通道的检测数据进行修正，从而达到对环境变化和/或干扰的自适应。

本发明所提出的自适应按键触摸检测系统及方法具有以下技术效果：

首先，本发明的可变电容阵列可对感应通道寄生电容进行有针对性的补偿，从而保证各通道检测数据的一致性，以便后续开发应用。

其次，通过增加可变小电容(即手指电容)在通道间自动切换，可实现对触摸相关参数的自动配置，在保证了各按键的灵敏度及一致性的同时还可满足不同的应用需求。

再次，增加的可变电容阵列可实现对外部环境变化及干扰的检测，为软件处理提供有效的数据从而减小算法的复杂度，且外部无需增加额外的滤波电路，降低了硬件成本。

最后，由于可变电容阵列存在于ic内部，完全不会受到外部覆水的影响，从而可以快速鉴别出水干扰，并进行有针对性地处理。

因此，本发明可极大提高感应按键对环境的适应能力以及抗干扰能力。

这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。