具有降低对射频干扰的敏感性的触摸屏

摘要

本发明公开了用于降低触摸屏对RF干扰的敏感性、进而减少对因RF干扰而导致的触摸位置错误的敏感性的系统和方法。在具有不带后部防护罩的触摸传感器的触摸屏系统中，控制器电子元件的后部防护罩驱动可以单独地电容连接到触摸信号驱动，从而对触摸信号驱动施加电容负载，该电容负载模拟了或由后部防护罩提供的电容负载。该电容负载对RF干扰进行补偿，所述RF干扰(如得不到补偿)将趋向于错误地朝向触摸屏中央来偏移触摸位置确定。

权利要求

1.一种触摸屏系统，包括：

触摸传感器，其包含触敏层；

控制器电子元件，所述控制器电子元件被构造为能将基本等同的信号施加到多个触摸信号驱动和一个辅助驱动，其中每个触摸信号驱动都通过相关电容器耦合到所述辅助驱动，所述控制器电子元件进一步被构造为能根据响应于耦合到触敏层的触摸而接收到的信号来确定触摸输入位置；以及多条触摸信号线，所述触摸信号线将触摸信号驱动耦合到触敏层。

2.根据权利要求1所述的触摸屏系统，其中选择相关电容器以降低对因RF干扰而导致的触摸位置确定错误的敏感性。

3.根据权利要求1所述的触摸屏系统，其中每个触摸信号驱动都通过相关电容器的一个各自的电容器连接到所述辅助驱动以模拟将会发生在触敏层和一个后部防护罩之间的电容耦合并从而降低了系统对射频干扰的敏感性，并且其中相关电容器位于触摸传感器上。

4.根据权利要求1所述的触摸屏系统，其中相关电容器位于将控制器电子元件连接到触敏层的电尾上。

5.根据权利要求1所述的触摸屏系统，其中相关电容器位于与控制器电子元件分离的电路板上。

6.根据权利要求1所述的触摸屏系统，其中相关电容器位于与控制器电子元件相关联的电路板上。

7.根据权利要求1所述的触摸屏系统，其中相关电容器的电容在大约1000nF至

3000nF的范围内。

8.根据权利要求1所述的触摸屏系统，其中触摸传感器为电容式触摸传感器。

9.根据权利要求1所述的触摸屏系统，其中触摸传感器没有后部防护罩。

10.根据权利要求1所述的触摸屏系统，其中触摸传感器进一步包括基板，在该基板上设置有触敏层，并且其中在该基板上与触敏层相对的一个表面上设置了后部防护罩。

11.一种在触摸屏系统中用于降低对因RF干扰而导致的触摸位置确定错误的敏感性的方法，包括：提供触摸屏系统的触摸传感器，所述触摸传感器包含设置在基板上的触敏层，并且所述触摸传感器没有后部防护罩；

提供耦合到所述触摸传感器的控制器电子元件，所述控制器电子元件被构造为能将基本等同的信号施加到多个触摸信号驱动和一个辅助驱动，并进一步被构造为根据响应于耦合到触敏层的触摸而接收到的信号来确定触摸输入位置；以及通过相关的电容器单独将每个触摸信号驱动连接到所述辅助驱动。

12.一种在没有后部防护罩的电容式触摸传感器中模拟后部防护罩的效果的方法，包括：将多条触摸信号驱动线的每一条连接到一条辅助驱动线，其中每个连接都是通过电容器进行的；以及将基本等同的信号施加到所述触摸信号驱动线和辅助驱动线。

说明书

具有降低对射频干扰的敏感性的触摸屏

技术领域

[0001] 本发明涉及触摸屏，并涉及降低触摸屏中RF的敏感性。

背景技术

[0002] 触摸输入装置可为使用者提供一种便捷直观的方法来与电子系统(诸如电脑、电子游戏、公共信息亭、车用导航系统等等)进行互动。其中的许多系统包括放置在触摸传感器后面的显示器，并且显示器紧邻触摸传感器，以使得用户可通过触摸传感器查看显示器。各种触敏技术包括那些在本领域中已为人们所知的电容式、投射电容式、电阻式、表面声波式以及红外光式。

发明内容

[0003] 本专利申请公开一种触摸屏系统，该系统包括一个设置在触摸屏基板上的触敏层、构造为能将基本等同的信号施加到多个触摸信号驱动和一个辅助驱动的控制器电子元件，其中每个触摸信号驱动都通过一个相关电容器连接到辅助驱动。控制器电子元件还被进一步构造为根据接收到的信号(作为对耦合到触敏层的触摸进行响应而接收到的信号)确定触摸输入位置。多条触摸信号线将触摸信号驱动耦合到触敏层，以使得触摸信号能传送到控制器。可以选择相关电容器以降低对RF干扰作用所导致的触摸位置确定错误的敏感性，并且在某些实施例中，相关电容器可以位于触摸屏基板、将控制器电子元件连接到触敏层的电尾(electrical tail)、与控制器电子元件分开的电路板、与控制器电子元件相连的电路板等等之上。除了降低那些没有后部防护罩的触摸屏中的RF敏感性，电容器还可进一步降低已包括后部防护罩的触摸屏中的RF敏感性。

[0004] 本发明所公开的方法还可降低触摸屏系统中对因RF干扰而导致的触摸位置确定错误的敏感性。所述方法包括以下步骤：提供触摸屏系统的触摸传感器，所述触摸传感器包含设置在基板上的触敏层并且没有后部防护罩；提供耦合到所述触摸传感器的控制器电子元件，所述控制器电子元件被构造为能将基本等同的信号施加到多个触摸信号驱动和一个辅助驱动，并进一步被构造为能根据接收到的信号(作为对耦合到触敏层的触摸进行响应而接收到的信号)确定触摸输入位置；以及通过相关电容器单独将每个触摸信号驱动连接到所述辅助驱动。

[0005] 本发明还公开了在没有后部防护罩的电容式触摸传感器中用来模拟后部防护罩的效果的方法，所述方法包括：将多条触摸信号驱动线中的每一条连接到一条辅助驱动线，每个连接都是通过电容器进行的；以及将基本等同的信号施加到所述信号驱动线和所述辅助驱动线。

[0006] 上述概述并非旨在进行限制，也并非旨在描述受权利要求书保护的本发明的每个实施例或每个实行方案。通过参考与附图结合的下列具体实施方式和权利要求，本发明的优点和成效以及对其更完整的理解将显而易见并为人所认识。

附图说明

[0007] 图1为一个包括后部防护罩的电容式触摸屏系统的示意图。

[0008] 图2为一个电容式触摸屏系统的示意图，该系统包括连接到控制器电子元件的辅助驱动以模拟电容的电容器，所述电容也可由后部防护罩提供。

[0009] 图3为一个触摸屏控制器的角驱动和辅助驱动之间电容连接的电路示意图。

[0010] 图4为一个触摸传感器和具有多条角驱动线和一条辅助驱动线的电尾的示意图。

[0011] 虽然本发明可修改为各种变化形式和替代形式，但其细节已通过举例的方式在附图中示出并且将会作详细描述。然而，应当明白，其目的并不是将本发明限定于所描述的具体实施例。相反，其目的在于涵盖所附权利要求限定的本发明范围内的所有修改形式、等同形式和可供选择的形式。

具体实施方式

[0012] 本专利申请的教导内容可用于降低触摸输入系统对辐射的射频(RF)干扰的敏感性，尤其是在集成了电容式触摸传感器的触摸输入系统中，所述电容式触摸传感器没有可帮助降低RF敏感性的防护层，本专利申请的教导内容还可用于进一步降低包括后部防护罩的触摸输入系统中的RF敏感性。可通过例如提供电容器将后部防护罩驱动(对于没有后部防护罩的触摸屏系统为辅助驱动)耦合到感应层触摸信号驱动以模拟发生在感应层和后部防护罩之间并且消除了至少一部分RF信号的电容耦合，从而能够模拟趋于降低RF敏感性的后部防护罩的效果。降低RF敏感性会减少可由RF干扰导致的触摸位置错误。

[0013] 触摸屏控制器易受导入到电源电缆、视频电缆、串行电缆或USB电缆中的RF的影响，还易受辐射到触摸屏中的RF的影响。具体地讲，已经注意到，与连接到具有后部防护罩层的电容传感器的同样的控制器相比，连接到没有后部防护罩层的电容传感器的某些电容式触摸屏控制器易受RF影响的程度可能为前者的两倍。为了在不丧失一般性的同时表述清楚起见，将在随后的描述中使用电容式触摸屏的实例，但是读者应该理解，本申请的教导内容可应用于对RF干扰所导致的错误具有敏感性的其他类型触摸屏。

[0014] 后部防护罩在电容式触摸屏的触敏表面生成若干毫微法(nF)电容。后部防护罩通常作为触摸屏背部(面对显示器)表面上的透明导电涂层提供。后部防护罩连接到触摸屏控制器上的一个后部防护罩驱动。后部防护罩驱动将角(触摸信号)驱动上被发送到触敏层的信号复制。由于后部防护罩和角驱动信号为等同物(即相同波形、相同电压)，因此控制器角驱动不经受来自后部防护罩的任何额外负载。仅当外部噪音信号注入触摸屏时才检测到电容，此类检测可用于帮助降低所述外部噪音的任何不良影响。

[0015] 由于没有后部防护罩，RF信号可直接耦合到电容式触摸屏控制器的四个角输入中。该RF信号对所有四个输入作用相等，因而被称为“共模”信号。一般来讲，控制器不会将此类共模信号视为噪音，因此，在触摸位置确定中会意外地包括这些信号，从而导致错误。当使用者触摸电容式触摸屏时，该使用者会成为RF信号的负载并从该触摸屏的每个角牵引电流。根据触摸的位置(如果未直接在中央)，使用者将从最接近触摸位置的一个或几个角牵引更多电流，导致控制器上出现一个差分RF信号。该RF信号导致触摸位置的偏移，这取决于信号电压电平和具体频率。

[0016] 通过在控制器的后部防护罩驱动(不存在后部防护罩时为辅助驱动)和每个触摸信号驱动之间加入滤波电容器，可以大大降低RF敏感性。通过上述操作，即使触摸传感器上可能不存在后部防护罩，加入的电容器也可模拟可由触摸屏后部防护罩产生的电容。

[0017] 图1示出电容式触摸屏系统100的示意性框图，该系统包括具有触敏层110和后部防护罩层120的触摸屏，以及被定位成可通过触摸屏查看的可选显示器装置190。触摸屏控制器130通过四个角驱动112A-112D将信号施加到触敏层110，并通过后部防护罩驱动114将信号施加到后部防护罩120。使用与四个角驱动112A-112D相同的波形和电压(即等同信号)来驱动后部防护罩120。使用者140对触敏层110的电容耦合式触摸142通过触敏层110的每个角来牵引电流，电流量与触摸位置和角之间的距离成比例。控制器130可以使用该信息来确定触摸位置。

[0018] 可进行射频传导抗扰度(CRFI)测试以确定RF干扰的敏感性。在CRFI测试中，分别和同时地将某个范围内(例如，150KHZ到80MHZ)各种频率下的RF电压(按照商业规格为3V/M)的受控电平注入到控制器电源和信号线中。RF还可注入到显示器的视频电缆和电源电缆中，因为控制器被安装在显示器装置壳体内。然后使用者对触摸屏进行操作，绘制出连续的垂直线和水平线。由于频率在其范围内例如以0.1％的增量成阶跃状，因此会监控线位置中的任何偏移。可根据超出某个可接受量的线偏差来定义故障状况，例如超出屏幕对角的+/-1％的量。如果察觉到某个敏感频率点，则会手动调整频率以找出峰值偏差。

[0019] 再次参考图1，在CRFI测试期间，共用接地136由各种频率下3V/M的电压下的RF信号134驱动。该RF是一个共模信号，因为该RF平等地驱动每个部件。共用接地136、角驱动112A-112D和后部防护罩驱动114上均有相同的RF信号。当使用者140触摸屏幕时，该使用者以地132为基准，并因此作为对RF信号134的负载以及对控制器130的触摸信号。在使用者触摸屏幕之前，RF不被视为信号。当触摸发生时，作用于角驱动上的RF信号导致屏幕上的触摸位置发生偏移，并且由于该RF对所有角作用相同，所以偏移将明显的触摸位置移向屏幕的中央。然而，在具有后部防护罩的电容式触摸屏中，例如图1所示，触敏层110和后部防护罩层120之间的电容会作为对RF干扰的低阻抗。RF电流由触摸信号角驱动提供，还由后部防护罩驱动通过触摸屏后部防护罩的耦合电容提供。该隔离壁作用会降低进入角驱动的RF并减小由于RF干扰而产生的位置偏移。

[0020] 一些电容式触摸屏不使用后部防护罩，尽管它们仍可使用支承后部防护罩驱动的电子平台。在此类触摸屏中，角驱动会看到所有RF信号，从而可观察到相对较大的触摸位置偏移。在屏幕边缘或边缘附近进行触摸或追踪时偏移最大，并在接近中央时减小。根据本发明，可在控制器外部添加电容器，这些电容器将后部防护罩驱动单独连接到每个角驱动以模拟触摸屏上的后部防护罩电容。这些电容器为RF信号提供低阻抗路径，从而减小进入触摸屏角的RF诱导电流并相应减小触摸位置偏移。

[0021] 图2示出电容式触摸屏系统200的示意性框图，该系统包括一个设置在可选显示器装置290前面的触摸屏的触敏层210，其中所述触摸屏不包括后部防护罩。控制器230通过角驱动212A-212D连接到触敏层210。该控制器还包括一个辅助驱动214，它将为具有后部防护罩的触摸屏驱动后部防护罩。如此，该辅助驱动使用与角驱动大体上等同的信号来被驱动。每个角驱动212A-212D通过电容器218A-218D连接到辅助驱动214。图2还标示了一位施加触摸242的使用者240(所述触摸电容耦合到触敏层210)、地232、RF信号234、以及系统共用接地236。

[0022] 以举例的方式，对于17英寸的对角电容式触摸屏，所述触摸屏不带连接到触摸屏控制器电子元件(诸如以商业标号EX II购自3M Touch Systems的电子元件)的后部防护罩，在角驱动和后部防护罩驱动之间添加具有约1000pF到3000pF(最好为约1500pF)电容的电容器，可充分模拟本可由后部防护罩提供的电容。如果在角驱动和辅助(即后部防护罩)驱动之间使用相同(或几乎相同)的波形进行驱动，则控制器不会将额外电容视为负载，因而不需要额外电源，而且所添加的电容器仅会驱动所述触摸的负载。在最多两倍于TM正常RF测试电压(即6V/M)下对一个商业标号为MicroTouch Cleartek II购自3M Touch Systems的17英寸电容式触摸屏进行了测试，所述触摸屏不具有后部防护罩并在EX II控制器的角驱动和后部防护罩驱动之间使用1500pF电容器，并且该触摸屏通过了CRFI测试。
这一性能优于配有后部防护罩的典型电容式触摸屏的性能，因而，如本发明中所述的添加此类电容器还可用于改进包括后部防护罩的触摸屏系统的性能。

[0023] EX II控制器使用窄带信号来测量电容，因而易受基本控制器操作频率的谐波影响。RF敏感性测试以0.1％的增量在RF频带内成阶跃状，因此会发现控制器的大部分谐波。该测试要求对RF频率做出调整，以使发现共振时的影响增加到最大限度。EX II控制器中包括一些电路部件来降低此类影响，此类部件包括一个接地的解耦电容器和每个角驱动上的串联铁氧体元件。这些电路元件有助于RF信号在被接收到EX II ASIC中之前被降低。
与具有后部防护罩的电容式触摸屏配合使用时，这些电路已足够。

[0024] 图3示出电路一部分的示意图，所述电路包括触摸屏角驱动312A-312D、后部防护罩驱动314以及在后部防护罩驱动和每个相应角驱动之间添加的用以模拟后部防护罩所具有的RF降低效果的电容器318A-318D。角驱动电路中还示出铁氧体317A-317D和解耦电容器319A-319D，诸如EX II控制器中已存在的标准铁氧体和100pF滤波电容器。

[0025] 图4示出触摸传感器410，该传感器包括角驱动线412A-412D，所述角驱动线412A-412D从电尾440通向角电极413A-413D。角电极向电极图案(未示出)提供信号，所述电极图案被设计为在整个传感器表面形成线性电场。电尾440和传感器410还包括辅助驱动线414。电尾可包括用于连接到控制器电子元件(未示出)的连接器442。根据本发明，当使用电容器将角驱动连接到辅助驱动以模拟后部防护罩电容时，所述电容器可位于各种位置，包括位于触摸传感器基板(例如邻近电尾440耦合到该传感器的位置)、电尾
440、连接器442、电尾440和控制器电子元件之间(例如扩展电路板、挠性电路、连接器等等)的位置之上，或者直接位于控制器电子板上。一种示例性实行方案涉及在控制器电路板背面附连表面安装电容器并布线到传感器连接器上的适当管脚。

[0026] 上述本发明各种实施例的描述是出于举例说明和描述的目的。并非旨在面面俱到或将本发明限定于本发明所公开的精确形式。按照上述教导内容，可以有许多修改形式和变化形式。本发明的范围不受本具体实施方式限制，而是受此处所附权利要求限制。