專利名稱：五線電阻式觸摸屏壓力測量電路和方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明一般涉及五線觸摸屏，且更具體地涉及精確地確定施加到五線觸摸屏上的觸摸壓力/作用力的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
圖I示出了常規(guī)五線電阻式觸摸屏10的分解等距視圖，該觸摸屏包括涂覆有電阻膜16的透明底層14、可以連接到外側(cè)接觸端子的四個導電角(corner)焊盤15_1、15_2、15-3和15-4以及頂層12。(這些層需要是透明的，以便允許顯示器或IXD (液晶顯示器)背光穿過。)圖2示出了圖I中觸摸屏10的分解圖的組裝實施方式的剖視圖，其中頂層12通常由聚酯或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)形成，并且被涂覆在高度導電(例如金屬)的透明材料下方以形成接觸電刷層11 (也被簡單地稱為“接觸電刷11”)。透明底層14也由PET 形成，其涂覆有透明電阻膜16 (通常是ITO (氧化銦錫))。彈性絕緣墊片22分離頂層12和底層14，從而在二者之間維持薄空氣間隙23。墊片22通常是非常薄的，并且被用于避免觸摸點接觸電阻的較大差異，這依賴于觸摸相對于墊片的位置處于何處，還用于避免觸摸點相對于墊片的不同位置的“感覺”的實質(zhì)性變化。將觸摸壓力施加于頂層12的外表面將朝著電阻式ITO層16推動接觸電刷11的一小部分觸摸接觸區(qū)。當頂層12上不存在接觸壓力時，頂層12與底部電阻層14通過墊片22和空氣間隙23分離。一般通過常規(guī)五線觸摸屏控制器檢測觸摸屏10的上表面上的觸摸壓力，該控制器控制施加于電阻層16的無源電阻的各種驅(qū)動信號，從而促進源于觸摸觸摸屏10的上表面的不同位置的不同電壓的測量。圖3示出了圖I和圖2中描述的理想化五線電阻式觸摸屏10的等效電路。圖2的透明電阻層16在圖3中表示為在其左上角、右上角、左下角和右下角分別具有對應于圖I中的導電焊盤15-1、15-2、15-4和15_3的導電端子UL、UR、LL和LR的等效電阻器的矩形網(wǎng)格。因此接觸電刷層11在電阻層16正上方，并且連接到接觸電刷接觸端子35。導體或角端子15-1、15-2、15-4、15-3與接觸電刷接觸端子35是五線觸摸屏10的五個易接近的導體或“電線”。如圖3的下部所示，如果通過導體27連接角端子UL和LL，并通過導體29連接端子UR和LR，則電阻層16表現(xiàn)為連接在導體27和29之間的電阻器，如圖3的下部中的簡化等效電路形式所示。類似地，如果通過導體26將端子UL和UR連接在一起，并通過導體28將端子LL和LR連接在一起，則電阻層16表現(xiàn)為連接在導體26和28之間的電阻器。當觸摸被施加于觸摸屏10時，頂部導電接觸電刷11上的觸摸點區(qū)31將觸摸壓力傳遞到電阻網(wǎng)格的點或區(qū)域30。圖4示出了與圖3中所示的等效電路相似的等效電路，但是進一步包括在接觸電刷11的接觸區(qū)31和ITO電阻層16的接觸區(qū)30之間具有觸摸值Rz的“觸摸電阻”33。觸摸接觸區(qū)30和31均是由施加于頂層12上的觸摸壓力產(chǎn)生的較小接觸區(qū)，該觸摸壓力朝著電阻層16的較小區(qū)域30擠壓接觸電刷層11的較小區(qū)域31。應當注意，在圖4的等效電路中假設接觸電刷層11的電阻為零。
不利的是，對于通常利用觸摸屏的LCD背光應用來說，提供充分透明的高度導電(例如金屬)的接觸電刷層11在當前是不太實際的。頂層12的下表面上的接觸電刷涂層11目前是由幾乎透明的ITO電阻材料組成的，這和底層14的上表面的電阻層16相同。因此，實際的五線觸摸屏10的等效電路可能如圖5所示，其中值為Rwipe,的電阻34表示觸摸區(qū)31和接觸電刷接觸端子35之間的ITO電阻式接觸電刷層11的電阻。通常，兩個ITO電阻層11和16中的每一個的透明度近似為90%。因此，頂層12和底層14理論上的總體透明度是90%X90%=81%。這是非常重要的，因為觸摸屏的較低透明度導致在LCD背光電路中將消耗更多功率以提供充足的光強度。圖6A是在解釋確定常規(guī)五線電阻式觸摸屏上的觸摸的y坐標的過程時有用的等效電路。Y坐標的測量包括在導體26與導體28之間施加電壓源38的電壓VDD，其中導體26連接到端子UL (15-1)和UR (15-2)，而導體28連接到端子LL (15-4)和LR (15-3)。在觸摸點(未示出)處感測電接觸的y坐標位置是通過接觸電刷11的導電端子35實現(xiàn)的。類似地，圖6B是在解釋確定觸摸屏上的觸摸的X坐標的過程時有用的等效電路。X坐標的測量包括在導體29與導體27之間施加電壓VDD，其中導體29連接到端子LR和UR，而導體27連接到端子UL和LL。在觸摸點處感測電接觸的位置是通過接觸電刷11的導電點35實現(xiàn)的。更具體地，觸摸屏10耦合到的上述觸摸屏控制器首先在導體26與導體28之間施加電壓源38的屏驅(qū)動電壓VDD，在圖6A中引起電流均勻地從頂部到底部流過觸摸屏。y坐標電壓Vy從接觸電刷11的接觸端子35讀取，并且由以下表達式給出
jjr公式=^xRy2其中導體26與導體28之間的y方向電阻Ry是能夠容易測量的已知值。Ry2是觸摸點30與電壓源38的負(_)端子之間的電阻。(Ry和Ry2在圖7A中示出。)類似地，在圖6B中觸摸屏控制器在導體29與導體27之間施加電壓源38的屏驅(qū)動電壓VDD，引起電流從右邊到左邊均勻地流過觸摸屏。X坐標電壓Vx從接觸電刷11的接觸端子35讀取，并且由以下表達式給出公式2 ^
K-Y其中導體29與導體27之間的X方向電阻Rx是能夠容易測量的已知值。Rx2是觸摸點30與電壓源38的負(_)端子之間的電阻。(Rx和Rx2在圖7B中示出。)除了前述的觸摸屏之外，相信最接近的現(xiàn)有技術(shù)也包括美國專利US6，246，394和 US7, 215，330。2001 年 6 月 12 日授予 Kalthoff 等人的專利 US6, 246，394 “Touchscreen Measurement Circuit and Method”公開了四線觸摸屏數(shù)字化系統(tǒng)，并且展示了測量觸摸位置的X坐標和y坐標的方法。2007年5月8日授予Rantet的專利US7，215，330“Touch_Sensitive Surface Which Is Also Sensitive to Pressure Levels，，公開了一種四線觸摸屏，其包括連接到沿著構(gòu)成觸摸感應屏的兩個屏幕的邊緣的電阻條的正交導電軌6和8，因此可以測量X坐標和y坐標以及所施加的壓力。該方法測量四線電阻式觸摸屏上的壓力或觸摸點的第三或“z”坐標。
觸摸屏用戶可能意外地撞擊附近的物品而對觸摸屏施加機械振動，這可能導致相關聯(lián)的觸摸屏系統(tǒng)錯誤地解讀觸摸位置或?qū)⒄駝渝e誤地解釋為有意的觸摸。而且，用戶可能意外觸摸屏幕表面。如果觸摸屏和相關聯(lián)的控制器能夠測量觸摸屏的接觸電刷層和電阻層之間的觸摸電阻，則可以建立“靈敏度”閾值，該閾值防止由于觸摸屏表面上的機械振動或輕微外來觸摸而導致的錯誤觸摸解讀。在某些應用中，例如，解讀寫在觸摸屏上的中文字符或繪制圖形特性時，由鐵筆施加于觸摸屏表面的不同作用力/壓力量可以被解讀為表示不同寬度或暗度的線。還存在這樣的應用，其中上述靈敏度閾值可以被用于防止諸如EMI(電磁干擾)的電噪聲引起觸摸解讀誤差?，F(xiàn)有的五線觸摸屏系統(tǒng)只能夠測量X坐標和y坐標，缺少用于獲取第三坐標或壓力數(shù)據(jù)的任何方法，并且執(zhí)行某些功能的能力有限，例如簽名驗證，其中提供有效簽名所施加的壓力可能是非常重要的。對于五線觸摸屏系統(tǒng)來說，如果沒有本發(fā)明的壓力測量，五線觸摸屏系統(tǒng)只能夠生成二維坐標，因此只支持觸摸屏表面上的二維應用。因此，存在對這樣一種系統(tǒng)的未滿足的需求，即該系統(tǒng)測量在五線觸摸屏的接觸電刷層和電阻層之間的觸摸屏面板中形成的3個觸摸點坐標電壓，以分別表示X坐標、y坐 標和觸摸點接觸電阻坐標。還存在對這樣一種系統(tǒng)的未滿足的需求，即該系統(tǒng)測量在五線觸摸屏的接觸電刷層和電阻層之間的觸摸屏面板中形成的3個觸摸點坐標電壓，以分別表示X坐標、y坐標和觸摸點接觸電阻坐標，其中觸摸點接觸電阻被用于確定觸摸點接觸壓力或作用力。還存在對能夠通過利用五線觸摸屏中的觸摸壓力接觸電阻來提供改進的簽名驗證的觸摸屏系統(tǒng)的未滿足的需求。還存在對能夠通過利用五線觸摸屏上的觸摸點接觸電阻來提供觸摸強度測量的觸摸屏系統(tǒng)的未滿足的需求。還存在對能夠通過利用五線觸摸屏上的觸摸點接觸電阻來提供觸摸靈敏度測量的觸摸屏系統(tǒng)的未滿足的需求，其中可以區(qū)分來自觸摸屏的EMI (電磁干擾)和實際的觸摸或壓力。還存在對能夠通過利用五線觸摸屏上的觸摸點接觸電阻來提供觸摸強度測量的觸摸屏系統(tǒng)的未滿足的需求，其中可以確定觸摸點尺寸信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供測量在五線觸摸屏的接觸電刷層和電阻層之間的觸摸屏面板中形成的3個觸摸點坐標電壓以分別表示X坐標、y坐標和觸摸點接觸電阻坐標的系統(tǒng)。本發(fā)明的另一個目的是提供測量在接觸電刷層和電阻層之間的五線觸摸屏面板中形成的3個觸摸點坐標電壓以分別表示X坐標、y坐標和觸摸點接觸電阻坐標的系統(tǒng)，其中觸摸點接觸電阻被用于確定觸摸點接觸壓力或作用力。本發(fā)明的另一個目的是提供能夠通過利用五線觸摸屏中的觸摸點接觸電阻提供改進的簽名驗證的觸摸屏系統(tǒng)。本發(fā)明的另一個目的是通過利用五線觸摸屏中的觸摸點接觸電阻提供觸摸靈敏
度測量。
本發(fā)明的另一個目的是通過利用五線觸摸屏中的觸摸點接觸電阻提供觸摸靈敏度測量，其中可以區(qū)分來自觸摸屏的EMI (電磁干擾)和實際的觸摸或壓力。本發(fā)明的另一個目的是通過利用五線觸摸屏中的觸摸點接觸電阻提供觸摸靈敏度測量，其中可以確定觸摸點尺寸。簡 而言之，根據(jù)一個實施例，本發(fā)明提供一種五線觸摸屏系統(tǒng)，其包括觸摸屏
(10)，該觸摸屏包括接觸電刷(11)和與該接觸電刷對齊的電阻層(16)以及第一(UL)電阻層觸點、第二(UR)電阻層觸點、第三(LR)電阻層觸點和第四(LL)電阻層觸點，其中觸摸屏上的觸摸朝著電阻層擠壓一小部分接觸電刷，在電阻層的觸摸點處產(chǎn)生在電阻層和一小部分接觸電刷之間的接觸電阻(Rz)。接觸電刷和不同的觸點分別選擇性地耦合到第一參考電壓(Vdd)和第二參考電壓(GND)，從而在觸摸點處產(chǎn)生模擬觸摸電壓(Vz)。接觸電刷和不同的觸點選擇性地耦合到ADC (48)的模擬輸入(56)和參考電壓輸入，以便將觸摸電壓(Vz)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。通過ADC將觸摸點處的模擬電壓(Vx)和(Vy)轉(zhuǎn)換為相應的數(shù)字形式。在一個實施例中，本發(fā)明提供一種五線觸摸屏系統(tǒng)(40),其包括五線觸摸屏傳感器(10)、充分透明且充分導電的接觸電刷層(11)、與接觸電刷層(11)對齊的充分透明的電阻層(16)以及分離接觸電刷層(11)與電阻層(16)的多個薄墊片(22)，其中電阻層(16)包括第一接觸端子(UL)、第二接觸端子(UR)、第三接觸端子(LL)和第四接觸端子(LR)，其中接觸電刷層(11)上的觸摸朝著電阻層(16)擠壓接觸電刷層(11)的一小部分(31)，從而形成在接觸電刷層(11)和電阻層(16)之間具有觸摸電阻(Rz)的電阻接觸區(qū)(30)，觸摸電阻(Rz)與觸摸強度(Pt_h)成反比。耦合到觸摸屏傳感器(10)的控制器(41)包括分別將接觸電刷層(11)和不同的接觸端子(UL，UR，LR，LL)選擇性地耦合到第一參考電壓(Vdd)和第二參考電壓(GND)的觸摸屏驅(qū)動器電路(42)，從而在電阻接觸區(qū)(30)的電阻層(16)上產(chǎn)生第一模擬觸摸位置電壓(Vx)、第二模擬觸摸位置電壓(Vy)及模擬觸摸電壓(Vz)。模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)具有耦合到觸摸屏驅(qū)動器電路(42)的輸入(56)?？刂破?41)中的多路復用電路(44)將接觸電刷層(11)和各個接觸端子(UL，UR, LR，LL)選擇性地耦合到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)的輸入(56),從而使其將第一(Vx)模擬觸摸位置電壓和第二(Vy)模擬觸摸位置電壓以及模擬觸摸電壓(Vz)分別轉(zhuǎn)換為其各自的數(shù)字表示(60 )。在一個實施例中，第一(UL)接觸端子、第二(UR)接觸端子、第三(LL)接觸端子和第四(LR)接觸端子是角接觸端子。觸摸屏驅(qū)動器電路(42)將第二(UR)接觸端子和第三(LR)接觸端子耦合到第一參考電壓(Vm)，將第一(UL)接觸端子和第四(LL)接觸端子耦合到第二參考電壓(GND)，以及將接觸電刷層(11)耦合到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)的輸入(56),從而在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)的輸入(56)上產(chǎn)生模擬X坐標電壓(Vx)。觸摸屏驅(qū)動器電路(42)將第一(UL)接觸端子和第二(UR)接觸端子耦合到第一參考電壓(VDD)，將第三(LR)接觸端子和第四(LL)接觸端子耦合到第二參考電壓(GND)，以及將接觸電刷層(11)耦合到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)的輸入(56),從而在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)的輸入(56)上產(chǎn)生模擬I坐標電壓(Vy)。觸摸屏驅(qū)動器電路(42 )將接觸電刷層(11)耦合到第一參考電壓(VDD)，將第三(LR)接觸端子和第四(LL)接觸端子耦合到第二參考電壓(GND)，以及將第一(UL)接觸端子和第二(UR)接觸端子耦合到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)的輸入(56)，從而在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)的輸入(56)上產(chǎn)生模擬觸摸電壓(Vz)，作為模擬z坐標電壓(Vz)。在描述的實施例中，控制器(41)的數(shù)字輸出通過至少一個數(shù)字總線(64)耦合到主機處理器(66)，其中主機處理器(66)計算對應于模擬y坐標電壓(Ry)、模擬z坐標電壓(Vz)和觸摸屏電阻預定值(Ry)的觸摸電阻值(Rz)。主機處理器(66)基于觸摸電阻(Rz)和觸摸強度(Pt_h)之間的預定關系從觸摸電阻值(Rz)計算觸摸強度值(Pt_h)。在描述的實施例中，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)將模擬X坐標電壓(Vx)轉(zhuǎn)換為表示電阻式接觸區(qū)域(30)的X坐標的數(shù)字X坐標位置數(shù)。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)還將模擬y坐標電壓(Vy)轉(zhuǎn)換為表示電阻式接觸區(qū)域(30)的y坐標的數(shù)字y坐標位置數(shù)。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)還將模擬z坐標電壓(Vz)轉(zhuǎn)換為表示接觸區(qū)域(30)觸摸電阻(Rz)的z坐標位置數(shù)。在描述的實施例中，主機處理器(66)將數(shù)字X坐標位置數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字X坐標電壓值(Vx)，將數(shù)字γ坐標位置數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字I坐標電壓值(VY)。主機處理器(66)將數(shù)字z坐標位置數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字z坐標電壓值(Vz),還將數(shù)字z坐標電壓值(Vz)轉(zhuǎn)換為觸摸電阻的數(shù)字值(Rz)。主機處理器(66)基于觸摸電阻的數(shù)字值(Rz)計算觸摸強度值(Pt_h)。在描述的實施例中，觸摸屏驅(qū)動電路(42)包括第一(Ql)P溝道開關晶體管、第二(Q2)P溝道開關晶體管、第三(Q3)P溝道開關晶體管和第四(Q5)P溝道開關晶體管，其源極耦合第一參考電壓(VDD)，漏極分別耦合接觸電刷層(11)、第二接觸端子(UR)、第三接觸端子(LR)和第一接觸端子(UL)。第五(Q4) N溝道開關晶體管和第六(Q6) N溝道開關晶體管的源極耦合第二參考電壓(GND)，漏極分別耦合第三接觸端子(LR)和第四接觸端子(LL)。第一開關晶體管的柵極、第二開關晶體管的柵極、第三開關晶體管的柵極、第四開關晶體管的柵極、第五開關晶體管的柵極和第六開關晶體管的柵極耦合到觸摸屏驅(qū)動器控制電路(68)，用于控制觸摸屏驅(qū)動電路(42)測量模擬X坐標電壓(Vx)、模擬γ坐標電壓(Vy)和模擬z坐標電壓(Vz)。在描述的實施例中，預處理電路(50)耦合在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)的輸出(60)和數(shù)字總線(64)之間，從而執(zhí)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)的輸出(60)上的數(shù)字信號的過濾。在一個實施例中，本發(fā)明提供了操作五線觸摸屏系統(tǒng)(40)的方法，包括提供包括接觸電刷層(11)和與接觸電刷層(11)對齊的電阻層(16)，還包括第一(UL)接觸端子、第二(UR)接觸端子、第三(LR)接觸端子和第四(LL)接觸端子，其中接觸電刷層(11)上的觸摸朝著電阻層(16)擠壓一小部分(31)接觸電刷層(11)，因而引起或充分改變接觸電刷層
(11)的接觸區(qū)域(31)和電阻層(16 )的電阻式接觸區(qū)域(30 )之間的觸摸電阻(Rz)，觸摸電阻(Rz)與觸摸強度(Ptweh)成反比；分別將接觸電刷層(11)和各個接觸端子(UL，UR, LR，LL)選擇性地耦合到第一(Vdd)參考電壓和第二(GND)參考電壓，從而在電阻式接觸區(qū)域(30)的電阻層(16)產(chǎn)生模擬觸摸電壓(Vz)，模擬觸摸電壓(Vz)是觸摸電阻(Rz)的函數(shù)；以及將接觸電刷層(11)和各個接觸端子(UL，UR，LR，LL)選擇性地耦合到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)的輸入(56)，并且通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)將模擬觸摸電壓(Vz)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式(60)。在一個實施例中，方法包括將第一(UL)接觸端子和第二(UR)接觸端子耦合到第一參考電壓(VDD)，將第四(LL)接觸端子和第三(LR)接觸端子耦合到第二參考電壓(GND)，以及將接觸電刷層(11)耦合到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48 )的輸入(56 )，從而在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)的輸入(56)上產(chǎn)生模擬γ坐標電壓(Vy);將第二(UR)接觸端子和第三(LR)接觸端子耦合到第二參考電壓(GND)，以及將接觸電刷層(11)耦合到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)的輸入(56),從而在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)的輸入(56)上產(chǎn)生模擬X坐標電壓(Vx);以及將第三(LR)接觸端子和第四(LL)接觸端子耦合到第二參考電壓(GND)，將接觸電刷(11)耦合到第一參考電壓(VDD)，以及將第一(UL)接觸端子和第二(UR)接觸端子耦合到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)的輸入(56),從而在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)的輸入(56)上產(chǎn)生模擬觸摸電壓(Vz)，作為模擬z坐標電壓。在一個實施例中，方法包括通過至少一個數(shù)字總線(64)將模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)的輸出(60)耦合到主機處理器(66)，從而計算觸摸電阻值(Rz)，其對應于模擬y坐標電壓(Vx)、模擬z坐標(Vz)和觸摸屏電阻預定值(Ry)。在一個實施例中，方法包括操作模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)，將模擬X坐標電壓(Vx)轉(zhuǎn)換為表示電阻式接觸區(qū)域(30)的X坐標的數(shù)字X坐標位置數(shù)，將模擬y坐標電壓(Vy)轉(zhuǎn)換為表示電阻式接觸區(qū)域(30)的y坐標的數(shù)字y坐標位置數(shù)，以及將模擬z坐標電壓(Vz)轉(zhuǎn)換為表示電阻式接觸區(qū)域(30)的z坐標的數(shù)字y坐標位置數(shù)，其中主機處理器(66)基于z坐標位置數(shù)計算觸摸電阻值(Rz)。在一個實施例中，主機處理器(66)基于觸摸電阻(Rz) 和觸摸強度(Pt_h)之間的預定關系從觸摸電阻值(Rz)計算觸摸強度值(Pt_h)。在一個實施例中，本發(fā)明提供了包括五線觸摸屏傳感器(10)的五線觸摸屏系統(tǒng)
(40)，其包括接觸電刷(11)和與接觸電刷(11)對齊的電阻層(16)，并且包括第一(UL)接觸端子、第二(UR)接觸端子、第三(LR)接觸端子和第四(LL)接觸端子，其中接觸電刷(11)的觸摸朝著電阻層(16)擠壓一小部分接觸電刷(11)，從而在接觸電刷(11)的接觸區(qū)域
(31)和電阻層(16)的電阻式接觸區(qū)域(30)之間產(chǎn)生觸摸電阻(Rz)，觸摸電阻與觸摸強度(Ptouch)成反比；裝置(42)將接觸電刷層(11)和各個接觸端子(UL，UR, LR，LL)分別選擇性地耦合到第一(Vdd)參考電壓和第二(GND)參考電壓，從而在電阻式接觸區(qū)域(30)的電阻層(16)產(chǎn)生模擬觸摸電壓(Vz)，模擬觸摸電壓(Vz)是觸摸電阻(Rz)的函數(shù)；以及裝置(44)將接觸電刷層(11)和各個接觸端子(UL，UR, LR，LL)耦合到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(48)的輸入(56 ),用于將模擬觸摸電壓(Vz)轉(zhuǎn)換為其數(shù)字表不(60 )。


圖I是常規(guī)的五線電阻式觸摸屏的分解等距圖。圖2是圖I的常規(guī)五線電阻式觸摸屏的剖視圖。圖3是示出了圖I和圖2中所示的常規(guī)五線電阻式觸摸屏的等效電路的圖。圖4是示出了圖I和圖2中所示的常規(guī)五線電阻式觸摸屏的等效電路的圖，其中顯示觸摸點接觸電阻Rz。圖5是示出了圖4中所示的常規(guī)五線電阻式觸摸屏的等效圖。圖6A是在說明測量圖I-圖5中描述的常規(guī)五線電阻式觸摸屏的觸摸y坐標中有用的等效電路圖。圖6B是在說明測量圖I-圖5中描述的常規(guī)五線電阻式觸摸屏的觸摸X坐標中有用的等效電路圖。圖7A是等效電路圖，其中假設接觸電刷電阻為零，該等效電路在說明測量表示施加于圖1-4中描繪的理想化五線電阻式觸摸屏的觸摸點的觸摸壓力的z坐標作為I坐標參數(shù)的函數(shù)時是有用的。圖7B是等效電路圖，其中如圖4中假設接觸電刷電阻為零，該等效電路在說明測量表示施加于圖1-4中描繪的理想化五線電阻式觸摸屏的觸摸點的觸摸壓力的z坐標作為X坐標參數(shù)的函數(shù)時是有用的。圖8A是表示圖7A中所示的電路的更加簡化的等效電路圖。圖8B是表示圖7B中所示的電路的更加簡化的等效電路圖。圖9是圖8A中所示的等效電路圖進一步包括圖5中的接觸電刷電阻效果的圖，并且在說明測量表示施加于圖I-圖5中所描述的常規(guī)五線電阻式觸摸屏的觸摸點的觸摸壓力的z坐標時是有用的。圖10是觸摸屏系統(tǒng)的方框圖，其中實現(xiàn)本發(fā)明的觸摸壓力接觸區(qū)域電阻測量方法和觸摸壓力測量方法。
具體實施方式
圖7A和圖7B示出了觸摸屏10 (圖I)的等效電路，其中觸摸壓力已經(jīng)施加于接觸電刷層11的小部分區(qū)域31，由此朝著頂層12的表面擠壓它，從而在電阻層16上形成電阻式觸摸壓力接觸區(qū)域30。觸摸壓力接觸區(qū)域30和31在接觸電刷層11和電阻層16之間產(chǎn)生接觸電阻Rz(或接觸電阻Rz的非常顯著的改變)。虛線33包圍觸摸壓力接觸區(qū)域電阻Rz，如圖7A和圖7B中示意所示。電阻層16 (也可以參考圖2)被表示為離散電阻器的矩形網(wǎng)格，其中在其左上角、右上角、左下角和右下角的端子UL、UR、LL和LR分別對應于導電焊盤15-1、15-2、15-4和15_3，如圖I中的分解圖所示。壓力接觸區(qū)域電阻Rz串聯(lián)連接在電阻層16和接觸電刷11之間。參考電壓源38的(+ )端子在如圖7A中所示的接觸電刷11的接觸端子35和導體28之間產(chǎn)生電壓Vdd或在如圖7B中所示的接觸電刷11的接觸端子35和導體27之間產(chǎn)生電壓VDD。在這種情況下，假設接觸電刷電阻(圖5和圖9中的RwipJ為零。圖7A示出了導體26和導體28之間的電阻層16的電阻Ry等于Ryi和Ry2的和，其中Ryi是導體26和觸摸壓力接觸區(qū)域30之間的電阻層16的電阻，Ry2是觸摸壓力接觸區(qū)域30和導體28之間的電阻。圖8A的簡化等效電路比圖7A更清晰地示出了導體26通過電阻Ryi與觸摸壓力接觸區(qū)域30的耦合。觸摸壓力接觸區(qū)域30通過電阻Ry2耦合到導體28。接觸區(qū)域30和31之間的電阻Rz (在圖7A和圖7B中由虛線33包圍)是電阻層16和接觸電刷層11之間的接觸電阻。為了測量五線電阻式觸摸屏10的觸摸壓力接觸電阻Rz(參考圖I和圖2)，在接觸電刷11的接觸端子35和導體28之間施加Vdd (參考圖7和圖8)。朝著電阻層16的觸摸壓力接觸區(qū)域30的位置處的觸摸壓力電壓VZ_Y是電阻Ry2上的電壓。導體26上的電壓等于VZ_Y，因為流過電阻Ryi的電流為零，因為導體26是電“懸浮”的。因此，可以通過測量在導體26和導體28之間測量的觸摸壓力電壓值VZ_Y可以確定觸摸電阻Rz。(注意到，根據(jù)定義，壓力等于每單位面積的力，無論觸摸強度表示為力還是壓力，都可以適用本發(fā)明的描述。)注意到，VZ_Y是由電阻&和Ry2組成的分壓器生成的電壓，并且可以通過公式3表示
D公式3 Vζ—γ = [K.......H X Voa
(Rz + Rn)為了求解觸摸壓力接觸Rz，公式3可以重寫為公式4
公式權(quán)利要求
1.一種五線觸摸屏系統(tǒng)，其包括 Ca)五線觸摸屏傳感器，其包括 基本透明且基本導電的接觸電刷層； 與所述接觸電刷層對齊的基本透明的電阻層，所述電阻層包括第一接觸端子、第二接觸端子、第三接觸端子和第四接觸端子；和 分離所述接觸電刷層和所述電阻層的多個薄墊片；其中所述接觸電刷層上的觸摸朝著所述電阻層擠壓一小部分接觸電刷層，從而形成在所述接觸電刷層和所述電阻層之間具有觸摸電阻的電阻觸摸區(qū)，所述觸摸電阻與觸摸強度成反比；以及(b)耦合到所述觸摸屏傳感器的控制器，其包括 觸摸屏驅(qū)動器電路，用于分別選擇性地耦合所述接觸電刷層和各個接觸端子到第一參考電壓和第二參考電壓，從而生成第一模擬觸摸位置電壓和第二模擬觸摸位置電壓以及所述電阻觸摸區(qū)的電阻層上的模擬觸摸電壓； 模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，其具有耦合到所述觸摸屏驅(qū)動器電路的輸入；和所述控制器中的多路復用電路，用于選擇性地耦合所述接觸電刷層和各個接觸端子到所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的所述輸入，從而使其將所述第一模擬觸摸位置電壓和所述第二模擬觸摸位置電壓以及所述模擬觸摸電壓分別轉(zhuǎn)換為各自的數(shù)字形式。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中 所述第一接觸端子、所述第二接觸端子、所述第三接觸端子和所述第四接觸端子是角接觸端子，所述觸摸屏驅(qū)動器電路將所述第二接觸端子和所述第三接觸端子耦合到所述第一參考電壓，將所述第一接觸端子和所述第四接觸端子耦合到所述第二參考電壓，并將所述接觸電刷層耦合到所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的所述輸入，從而在所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的所述輸入上生成模擬X坐標電壓； 所述觸摸屏驅(qū)動器電路將所述第一接觸端子和所述第二接觸端子耦合到所述第一參考電壓，將所述第三接觸端子和所述第四接觸端子耦合到所述第二參考電壓，并將所述接觸電刷層耦合到所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的所述輸入，從而在所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的所述輸入上生成模擬I坐標電壓；以及 所述觸摸屏驅(qū)動器電路將所述接觸電刷層耦合到所述第一參考電壓，將所述第三接觸端子和所述第四接觸端子耦合到所述第二參考電壓，并將所述第一接觸端子和所述第二接觸端子耦合到所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的所述輸入，從而在所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的所述輸入上生成所述模擬觸摸電壓，作為模擬z坐標電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述控制器的數(shù)字輸出通過至少一個數(shù)字總線耦合到主機處理器，其中所述主機處理器計算對應于所述模擬I坐標電壓、所述模擬z坐標電壓和觸摸屏電阻預定值的觸摸電阻值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述主機處理器基于觸摸電阻和觸摸強度之間的預定關系用所述觸摸電阻值計算觸摸強度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路將所述模擬X坐標電壓轉(zhuǎn)換為表示所述電阻觸摸區(qū)的X坐標的數(shù)字X坐標位置數(shù)，其中所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路還將所述模擬I坐標電壓轉(zhuǎn)換為表示所述電阻觸摸區(qū)的I坐標的數(shù)字I坐標位置數(shù)，并且所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路還將所述模擬Z坐標電壓轉(zhuǎn)換為表示所述觸摸區(qū)的所述觸摸電阻的Z坐標位置數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述主機處理器將所述數(shù)字X坐標位置數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字X坐標電壓值,并將所述數(shù)字I坐標位置數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字I坐標電壓值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述主機處理器將所述數(shù)字z坐標位置數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字Z坐標電壓值，并且還將所述數(shù)字Z坐標電壓值轉(zhuǎn)換為所述觸摸電阻的數(shù)字值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述主機處理器基于所述觸摸電阻的所述數(shù)字值計算觸摸強度值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中根據(jù)以下公式計算所述觸摸強度值
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述觸摸屏驅(qū)動器電路包括 第一 P溝道開關晶體管、第二 P溝道開關晶體管、第三P溝道開關晶體管和第四P溝道開關晶體管，其源極耦合到所述第一參考電壓并且漏極分別耦合到所述接觸電刷層、所述第二接觸端子、所述第三接觸端子和所述第一接觸端子； 第五N溝道開關晶體管和第六N溝道開關晶體管，其源極耦合到所述第二參考電壓并且漏極分別耦合到所述第三接觸端子和所述第四接觸端子；以及 所述第一開關晶體管、所述第二開關晶體管、所述第三開關晶體管、所述第四開關晶體管、所述第五開關晶體管和所述第六開關晶體管的柵極耦合到所述觸摸屏驅(qū)動器控制電路，用于控制所述觸摸屏驅(qū)動器電路的操作，以測量所述模擬X坐標電壓、所述模擬I坐標電壓和所述模擬ζ坐標電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述觸摸屏驅(qū)動器控制電路包括狀態(tài)機。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其包括觸摸檢測器電路，用于響應于從所述接觸電刷層接收的觸摸檢測信號生成中斷信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其包括耦合在所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的輸出和所述數(shù)字總線之間的預處理電路，用于執(zhí)行過濾所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的所述輸出上的數(shù)字信號的功能。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述墊片是有彈性的。
15.一種操作五線觸摸屏系統(tǒng)的方法，其包括 提供五線觸摸屏傳感器，所述五線觸摸屏傳感器包括接觸電刷層和與所述接觸電刷層對齊的電阻層，并且包括第一接觸端子、第二接觸端子、第三接觸端子和第四接觸端子，其中所述接觸電刷層上的觸摸朝著所述電阻層擠壓一小部分接觸電刷層，從而改變所述接觸電刷層的接觸區(qū)和所述電阻層的電阻接觸區(qū)之間的觸摸電阻，所述觸摸電阻與觸摸強度成反比； 將所述接觸電刷層和各個接觸端子分別選擇性地耦合到第一參考電壓和第二參考電壓，從而在所述電阻接觸區(qū)的電阻層上生成模擬觸摸電壓，所述模擬觸摸電壓是所述觸摸電阻的函數(shù)；以及 將所述接觸電刷層和各個接觸端子選擇性地耦合到模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的輸入，并通過所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路將所述模擬觸摸電壓轉(zhuǎn)換為其數(shù)字形式。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，包括將所述第一接觸端子和所述第二接觸端子耦合到所述第一參考電壓，將所述第三接觸端子和所述第四接觸端子耦合到所述第二參考電壓，并將所述接觸電刷層耦合到所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的所述輸入，從而在所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的所述輸入上生成模擬y坐標電壓； 該方法還包括將所述第二接觸端子和所述第三接觸端子耦合到所述第一參考電壓，將所述第一接觸端子和所述第四接觸端子耦合到所述第二參考電壓，并將所述接觸電刷層耦合到所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的所述輸入，從而在所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的所述輸入上生成模擬X坐標電壓；以及 該方法還包括將所述第三接觸端子和所述第四接觸端子耦合到所述第二參考電壓，將所述接觸電刷層耦合到所述第一參考電壓，并將所述第一接觸端子和所述第二接觸端子耦合到所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的所述輸入，從而在所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的所述輸入上生成所述模擬觸摸電壓，作為模擬z坐標電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，包括通過至少一個數(shù)字總線將所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的輸出耦合到主機處理器，并且操作所述主機處理器以計算對應于所述模擬y坐標電壓、所述模擬z坐標電壓和觸摸屏電阻預定值的觸摸電阻值。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，包括操作所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路將所述模擬X坐標電壓轉(zhuǎn)換為表示所述電阻接觸區(qū)的X坐標的數(shù)字X坐標位置數(shù)，將所述模擬I坐標電壓轉(zhuǎn)換為表示所述電阻接觸區(qū)的I坐標的數(shù)字I坐標位置數(shù)，將所述模擬z坐標電壓轉(zhuǎn)換為表示所述電阻接觸區(qū)的z坐標的數(shù)字z坐標位置數(shù)，并且其中所述主機處理器基于所述z坐標位置數(shù)計算所述觸摸電阻值。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述主機處理器基于觸摸電阻和觸摸強度之間的預定關系用所述觸摸電阻值計算觸摸強度值。
20.—種五線觸摸屏系統(tǒng),其包括 五線觸摸屏傳感器，其包括接觸電刷層和與所述接觸電刷層對齊的電阻層，并且包括第一接觸端子、第二接觸端子、第三接觸端子和第四接觸端子，其中所述接觸電刷層上的觸摸朝著所述電阻層擠壓一小部分接觸電刷層，從而改變所述接觸電刷層的接觸區(qū)和所述電阻層的電阻接觸區(qū)之間的觸摸電阻，所述觸摸電阻與觸摸強度成反比； 用于將所述接觸電刷層和各個接觸端子分別選擇性地耦合到第一參考電壓和第二參考電壓以便在所述電阻接觸區(qū)的電阻層上生成模擬觸摸電壓的裝置，所述模擬觸摸電壓是所述觸摸電阻的函數(shù)；以及 用于將所述接觸電刷層和各個接觸端子選擇性地耦合到模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置的輸入以便將所述模擬觸摸電壓轉(zhuǎn)換為其數(shù)字形式的裝置。
全文摘要
一種包括觸摸屏(10)的五線觸摸屏系統(tǒng)，該觸摸屏(10)包括接觸電刷(11)和與接觸電刷對齊的電阻層(16)以及第一電阻層觸點(UL)、第二電阻層觸點(UR)、第三電阻層觸點(LR)和第四電阻層觸點(LL)，其中屏幕上的觸摸朝著電阻層擠壓一小部分接觸電刷，在它們之間的電阻層上的觸摸點處生成觸摸電阻(RZ)。接觸電刷和各種觸點分別選擇性地耦合第一參考電壓(VDD)和第二參考電壓(GND)，從而在觸摸點處生成模擬觸摸電壓(VZ)。接觸電刷和各種觸點選擇性地耦合模擬輸入(56)和ADC(48)的參考電壓輸入，用于將觸摸電壓(VZ)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。通過ADC將觸摸點處的模擬電壓(VX)和(VY)轉(zhuǎn)換為相應的數(shù)字形式。
文檔編號G06F3/045GK102792251SQ201080065406
公開日2012年11月21日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月13日
發(fā)明者I-Y·J·王, W·X·方 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司