非正交码调制的触摸屏扫描控制系统和方法

技术领域

本发明涉及触摸屏技术领域，尤其涉及一种非正交码调制的触摸屏扫描控制系统和方法。

背景技术

随着智能手机，平板电脑和穿戴设备等便携式移动电子设备大规模的普及，触摸屏输入装置广泛用于多种电子系统中。触摸屏是一种输入设备，用户通过手指选择显示屏上的指示来输入命令或者通过手指移动形成手势输入各种指令，触摸屏能够使用户与屏幕上显示的内容快速和容易地交互。投射式电容触摸屏中，当手指触摸面板时，触摸面板中的多个感应单元的电容值改变，通过利用改变的电容值来感测触摸的产生以及触摸的位置。

早期的电容触摸刷新率基本在100Hz以内，随着电子产品的更新换代以及各种新的应用产生，对触摸屏的刷新率要求不断提高。目前的趋势是高端的产品需要触摸屏具备高刷新率的性能，刷新率需要满足240Hz，以后对刷新率的要求可能会更高。为了满足高刷新率的需求，现有技术中大多采用正交编码调制的多路扫描方案。然而，正交编码调制的多路扫描方案对电路驱动能力要求较高，提高了电路设计难度。

发明内容

本发明提供一种非正交码调制的触摸屏扫描控制系统和方法，用以解决现有技术中正交编码调制的多路扫描方案对电路驱动能力要求较高，提高了电路设计难度的缺陷。

本发明提供一种非正交码调制的触摸屏扫描控制系统，包括驱动扫描电路和多个接收电极检测电路；

所述驱动扫描电路，用于使用非正交调制码矩阵对扫描信号进行调制，将调制后的扫描信号加载于驱动电极；其中，所述非正交调制码矩阵每一列的元素取值之和以及元素幅度相同，所述非正交调制码矩阵的转置逆矩阵中的每一列元素取值为零或

所述接收电极检测电路，用于检测每一列接收电极的电容变化数据以确定触摸情况，其中，所述接收电极的电容变化数据基于调制后的扫描信号和触摸情况确定。

根据本发明提供的一种非正交码调制的触摸屏扫描控制系统，所述非正交调制码矩阵包括y列元素以对y个所述扫描信号进行调制，y为正整数。

根据本发明提供的一种非正交码调制的触摸屏扫描控制系统，若所述扫描信号的数量少于y，则利用已使用的所述扫描信号构成y个所述扫描信号；所述接收电极检测电路从检测的电容变化数据中剔除已使用的所述扫描信号对应的电容变化数据。

根据本发明提供的一种非正交码调制的触摸屏扫描控制系统，y为7或者2

根据本发明提供的一种非正交码调制的触摸屏扫描控制系统，所述非正交调制码矩阵的每一个元素为1或-1，若元素为1，则所述扫描信号保持不变，若元素为-1，则将所述扫描信号进行180度相移。

根据本发明提供的一种非正交码调制的触摸屏扫描控制系统，所述接收电极检测电路包括积分电路、ADC电路和数字处理电路；

所述积分电路用于获取每一列接收电极的电荷数据并进行积分处理；

所述ADC电路用于将积分处理的电荷数据转换为数字信号；

所述数字处理电路用于采用数字下变频对数字信号进行解调，得到每一列接收电极的电容变化数据。

根据本发明提供的一种非正交码调制的触摸屏扫描控制系统，所述数字处理电路用于采用4倍频的数字下变频对数字信号进行解调，得到每一列接收电极的电容变化数据。

本发明还提供一种非正交码调制的触摸屏扫描控制方法，包括：

使用非正交调制码矩阵对扫描信号进行调制，将调制后的扫描信号加载于驱动电极；其中，所述非正交调制码矩阵每一列的元素取值之和以及元素幅度相同，所述非正交调制码矩阵的转置逆矩阵中的每一列元素取值为零或

检测每一列接收电极的电容变化数据以确定触摸情况，其中，所述接收电极的电容变化数据基于调制后的扫描信号和触摸情况确定。

本发明提供的非正交码调制的触摸屏扫描控制系统和方法，使用非正交调制码矩阵，每一列的取值之和以及幅度相等，非正交调制码矩阵转置的逆矩阵每个元素为零或

附图说明

为了更清楚地说明本发明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。

图1是本发明实施例提供的非正交码调制的触摸屏扫描控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的触摸屏的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的在有触摸的情况下耦合电力线的变化示意图；

图4是本发明实施例提供的扫描信号调制的示意图；

图5是本发明实施例提供的非正交调制码矩阵的示意图；

图6是本发明实施例提供的解调过程示意图；

图7是本发明实施例提供的非正交码调制的触摸屏扫描控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

图1是本发明实施例提供的非正交码调制的触摸屏扫描控制系统的结构示意图，参照图1，本发明提供一种非正交码调制的触摸屏扫描控制系统，包括驱动扫描电路100和多个接收电极检测电路200；

所述驱动扫描电路100，用于使用非正交调制码矩阵对扫描信号进行调制，将调制后的扫描信号加载于驱动电极；其中，所述非正交调制码矩阵每一列的元素取值之和以及元素幅度相同，所述非正交调制码矩阵的转置逆矩阵中的每一列元素取值为零或

所述接收电极检测电路200，用于检测每一列接收电极的电容变化数据以确定触摸情况，其中，所述接收电极的电容变化数据基于调制后的扫描信号和触摸情况确定。

可选的，驱动扫描电路100和多个接收电极检测电路200集成在一起，构成集成电路。

驱动电极和接收电极是触摸屏的组成部分，驱动电极以TX表示，接收电极以RX表示，触摸屏TX通道按行排列，RX通道按列排列，在TX和RX交叉点形成了互电容Cm，扫描信号通过TX通道进行发射，通过Cm耦合到RX通道。当在触摸屏上有触摸时，将会影响Cm的大小，从而会影响到耦合信号的幅度大小，通过RX检测电路可以检测到Cm的电容的变化大小来确定触摸的存在以及其位置等。其中，触摸屏的结构和图案有多种不同的形式，例如：TX和RX采用两层结合，使用矩形图案，中间采用一层绝缘层隔开，TX和RX采用ITO材料。TX,RX也可采用一层结构，图案采用棱形结构，通过架桥的工艺连接各个RX的棱形块，TX和RX可以使用ITO材料，或者其他材料，如MetalMesh等。结构和图案以及材料组合类型非常丰富，不同的结构，图案以及材料将会产生不同的触摸屏的性能参数以及成本。

下面以棱形结构为例进行说明，如图2所示，TX和RX在每个交叉点出形成了一个互电容，TX通道和RX通道形成一个二维的电容矩阵。

图3示意了在有触摸的情况下的耦合电容的变化，由于在有触摸的情况下，TX驱动电极发出的一部分耦合电力线被手指吸收了，TX和RX之间的耦合电场减小，所以在有触摸的情况下互电容会减小。

可以理解的是，本发明使用非正交调制码矩阵，每一列的取值之和以及幅度相等，非正交调制码矩阵转置的逆矩阵每个元素为零或

作为一个实施例，所述非正交调制码矩阵包括y列元素以对y个所述扫描信号进行调制，y为正整数。

可选的，若所述扫描信号的数量少于y，则利用已使用的所述扫描信号构成y个所述扫描信号；所述接收电极检测电路从检测的电容变化数据中剔除已使用的所述扫描信号对应的电容变化数据。具体的，y为7或者2

具体的，本发明实施例采用了7个TX同时发射扫描信号的方法，如果实际的TX数量不是7的倍数，若同时扫描的TX个数小于7，则RX的扫描信号的幅度将不均匀，有的通道幅度比较大，这样不利于电路设计，为了保证所有code扫描后RX信号的幅度近似相等，需要重复使用前一组的部分TX通道，求解出后选取所需要的数据，上一组通道的数据可以舍去不用。

可选的，扫描信号可采用方波或者正弦波，产生正弦波比方波的电路设计复杂，功耗大，一般采用方波扫描信号。鉴于方波可以按照傅里叶级数展开为正弦波的叠加，且系统为线性系统，对正弦波适用的处理方法对方波也适用，因此，本发明将以正弦波举例说明。

具体的，方波的表达式如下：

因不同频率的正弦波是正交的，可推导出如下公式：

其中，Q：quadrature-phase，I：in-phase，I和Q分别表示同相位和正交相位，T是两个ω,ω

图4是本发明实施例提供的扫描信号调制的示意图，如图4所示，作为一个实施例，所述非正交调制码矩阵的每一个元素为1或-1，若元素为1，则所述扫描信号保持不变，若元素为-1，则将所述扫描信号进行180度相移。

可选的，扫描信号是由扫描信号发生器产生，驱动扫描电路100根据预先设置的频率(一般会指定多个频点)对同源的扫描信号进行调制，如果编码码字为1，则保持原有的信号不变，如果编码码字为-1，这对原有信号进行上下翻转(相当于180度相移)，然后根据TX扫描顺序规则，扫描触摸屏的TX通道。

下表是本发明实施例提供的非正交调制码矩阵的一个实施例。

图5是本发明实施例提供的非正交调制码矩阵的示意图，如图5所示，矩阵的列和行均为15，即长度为15的非正交码。非正交调制码矩阵可由正交walsh码演变而来，去除正交walsh码均为1的第一行和第一列的矩阵元素，即可得到2

可以理解的是，本发明使用非正交调制码矩阵，减少了耦合量，防止电路积分器饱和，降低电路设计难度。因为如果使用正交walsh码，则第一列的码，都是1，这样就需要对所有TX同向驱动，对所有的节点电容同时充电和放电，这样对电路驱动能力要求较高，由于第一列Code都是1，其加和为8，其他的列的加和为0，第一列的耦合量和其他列的耦合量相比大很多，这样为了防止电路积分器饱和，就需要使用不同的gain，这样就给电路设计提出了较大的难度。

作为一个实施例，所述接收电极检测电路包括积分电路、ADC电路和数字处理电路；

所述积分电路用于获取每一列接收电极的电荷数据并进行积分处理；

所述ADC电路用于将积分处理的电荷数据转换为数字信号；

所述数字处理电路用于采用数字下变频对数字信号进行解调，得到每一列接收电极的电容变化数据。

7个TX信号经过调制后，通过相应的节点电容耦合到RX上，RX上的信号为TX上耦合信号的叠加，累加信号经过触摸屏和积分电路处理，将会产生一定的延时，也就是相移φ。积分处理后的信号经过ADC电路进行采样，得到离散的数据信号。

对于离散的数据信号进行解调处理，解调需进行正交解调处理。具体包括，先进行I、Q两路的下变频，然后进行积分，最后对I、Q两路进行求幅度计算。

假设每个code扫描的周期数为m，则时间长度为mT

对于7个TX同时扫描的系统，编码矩阵有7列，每一列作为一个code的作为各个TX的扫描信号的调制码，每个TX扫描的相位根据对应的code的值为1或-1，分别取0或者180度。

第i个code所对应的RX信号的解调运算的公式如下：

/>

对于7个code进行同样处理得到：

同理可得：

/>

其中的M矩阵为扫描调制码矩阵，其转置的逆为：

根据上述运算过程即可计算出每个节点的电容。由于M和(M

作为一个实施例，所述数字处理电路用于采用4倍频的数字下变频对数字信号进行解调，得到每一列接收电极的电容变化数据。

图6示意了I、Q两路的数字解调过程，其中I、Q分别采用cos(2*π*f

下面对本发明提供的非正交码调制的触摸屏扫描控制方法进行描述，下文描述的非正交码调制的触摸屏扫描控制方法与上文描述的非正交码调制的触摸屏扫描控制系统可相互对应参照。

图7是本发明实施例提供的非正交码调制的触摸屏扫描控制方法的流程示意图，如图7所示，本发明还提供一种非正交码调制的触摸屏扫描控制方法，包括：

S710，使用非正交调制码矩阵对扫描信号进行调制，将调制后的扫描信号加载于驱动电极；其中，所述非正交调制码矩阵每一列的元素取值之和以及元素幅度相同，所述非正交调制码矩阵的转置逆矩阵中的每一列元素取值为零或

S720，检测每一列接收电极的电容变化数据以确定触摸情况，其中，所述接收电极的电容变化数据基于调制后的扫描信号和触摸情况确定。

本发明提供的非正交码调制的触摸屏扫描控制方法，使用非正交调制码矩阵，每一列的取值之和以及幅度相等，非正交调制码矩阵转置的逆矩阵每个元素为零或

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发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。