五线电阻式触摸屏压力测量电路和方法.docx

五线电阻式触摸屏压力测量电路和方法专利名称：五线电阻式触摸屏压力测量电路和方法技术领域：本发明一般涉及五线触摸屏，且更具体地涉及精确地确定施加到五线触摸屏上的触摸压力/作用力的系统和方法背景技术：图I示出了常规五线电阻式触摸屏10的分解等距视图，该触摸屏包括涂覆有电阻膜16的透明底层14、可以连接到外侧接触端子的四个导电角(corner)焊盘15_1、15_2、15-3和15-4以及顶层12这些层需要是透明的，以便允许显示器或IXD (液晶显示器)背光穿过)图2示出了图I中触摸屏10的分解图的组装实施方式的剖视图，其中顶层12通常由聚酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)形成，并且被涂覆在高度导电(例如金属)的透明材料下方以形成接触电刷层11 (也被简单地称为“接触电刷11”)透明底层14也由PET 形成，其涂覆有透明电阻膜16 (通常是ITO (氧化铟锡))弹性绝缘垫片22分离顶层12和底层14，从而在二者之间维持薄空气间隙23垫片22通常是非常薄的，并且被用于避免触摸点接触电阻的较大差异，这依赖于触摸相对于垫片的位置处于何处，还用于避免触摸点相对于垫片的不同位置的“感觉”的实质性变化将触摸压力施加于顶层12的外表面将朝着电阻式ITO层16推动接触电刷11的一小部分触摸接触区。

当顶层12上不存在接触压力时，顶层12与底部电阻层14通过垫片22和空气间隙23分离一般通过常规五线触摸屏控制器检测触摸屏10的上表面上的触摸压力，该控制器控制施加于电阻层16的无源电阻的各种驱动信号，从而促进源于触摸触摸屏10的上表面的不同位置的不同电压的测量图3示出了图I和图2中描述的理想化五线电阻式触摸屏10的等效电路图2的透明电阻层16在图3中表示为在其左上角、右上角、左下角和右下角分别具有对应于图I中的导电焊盘15-1、15-2、15-4和15_3的导电端子UL、UR、LL和LR的等效电阻器的矩形网格因此接触电刷层11在电阻层16正上方，并且连接到接触电刷接触端子35导体或角端子15-1、15-2、15-4、15-3与接触电刷接触端子35是五线触摸屏10的五个易接近的导体或“电线”如图3的下部所示，如果通过导体27连接角端子UL和LL，并通过导体29连接端子UR和LR，则电阻层16表现为连接在导体27和29之间的电阻器，如图3的下部中的简化等效电路形式所示类似地，如果通过导体26将端子UL和UR连接在一起，并通过导体28将端子LL和LR连接在一起，则电阻层16表现为连接在导体26和28之间的电阻器。

当触摸被施加于触摸屏10时，顶部导电接触电刷11上的触摸点区31将触摸压力传递到电阻网格的点或区域30图4示出了与图3中所示的等效电路相似的等效电路，但是进一步包括在接触电刷11的接触区31和ITO电阻层16的接触区30之间具有触摸值Rz的“触摸电阻”33触摸接触区30和31均是由施加于顶层12上的触摸压力产生的较小接触区，该触摸压力朝着电阻层16的较小区域30挤压接触电刷层11的较小区域31应当注意，在图4的等效电路中假设接触电刷层11的电阻为零不利的是，对于通常利用触摸屏的LCD背光应用来说，提供充分透明的高度导电(例如金属)的接触电刷层11在当前是不太实际的顶层12的下表面上的接触电刷涂层11目前是由几乎透明的ITO电阻材料组成的，这和底层14的上表面的电阻层16相同因此，实际的五线触摸屏10的等效电路可能如图5所示，其中值为Rwipe,的电阻34表示触摸区31和接触电刷接触端子35之间的ITO电阻式接触电刷层11的电阻通常，两个ITO电阻层11和16中的每一个的透明度近似为90%因此，顶层12和底层14理论上的总体透明度是90%X90%=81%这是非常重要的，因为触摸屏的较低透明度导致在LCD背光电路中将消耗更多功率以提供充足的光强度。

图6A是在解释确定常规五线电阻式触摸屏上的触摸的y坐标的过程时有用的等效电路Y坐标的测量包括在导体26与导体28之间施加电压源38的电压VDD，其中导体26连接到端子UL (15-1)和UR (15-2)，而导体28连接到端子LL (15-4)和LR (15-3)在触摸点(未示出)处感测电接触的y坐标位置是通过接触电刷11的导电端子35实现的类似地，图6B是在解释确定触摸屏上的触摸的X坐标的过程时有用的等效电路X坐标的测量包括在导体29与导体27之间施加电压VDD，其中导体29连接到端子LR和UR，而导体27连接到端子UL和LL在触摸点处感测电接触的位置是通过接触电刷11的导电点35实现的更具体地，触摸屏10耦合到的上述触摸屏控制器首先在导体26与导体28之间施加电压源38的屏驱动电压VDD，在图6A中引起电流均匀地从顶部到底部流过触摸屏y坐标电压Vy从接触电刷11的接触端子35读取，并且由以下表达式给出 jjr公式=^xRy2其中导体26与导体28之间的y方向电阻Ry是能够容易测量的已知值Ry2是触摸点30与电压源38的负(_)端子之间的电阻Ry和Ry2在图7A中示出)类似地，在图6B中触摸屏控制器在导体29与导体27之间施加电压源38的屏驱动电压VDD，引起电流从右边到左边均匀地流过触摸屏。

X坐标电压Vx从接触电刷11的接触端子35读取，并且由以下表达式给出公式2 ^ K-Y其中导体29与导体27之间的X方向电阻Rx是能够容易测量的已知值Rx2是触摸点30与电压源38的负(_)端子之间的电阻Rx和Rx2在图7B中示出)除了前述的触摸屏之外，相信最接近的现有技术也包括美国专利US6，246，394和 US7, 215，3302001 年 6 月 12 日授予 Kalthoff 等人的专利 US6, 246，394 “Touchscreen Measurement Circuit and Method”公开了四线触摸屏数字化系统，并且展示了测量触摸位置的X坐标和y坐标的方法2007年5月8日授予Rantet的专利US7，215，330“Touch_Sensitive Surface Which Is Also Sensitive to Pressure Levels，，公开了一种四线触摸屏，其包括连接到沿着构成触摸感应屏的两个屏幕的边缘的电阻条的正交导电轨6和8，因此可以测量X坐标和y坐标以及所施加的压力该方法测量四线电阻式触摸屏上的压力或触摸点的第三或“z”坐标触摸屏用户可能意外地撞击附近的物品而对触摸屏施加机械振动，这可能导致相关联的触摸屏系统错误地解读触摸位置或将振动错误地解释为有意的触摸。

而且，用户可能意外触摸屏幕表面如果触摸屏和相关联的控制器能够测量触摸屏的接触电刷层和电阻层之间的触摸电阻，则可以建立“灵敏度”阈值，该阈值防止由于触摸屏表面上的机械振动或轻微外来触摸而导致的错误触摸解读在某些应用中，例如，解读写在触摸屏上的中文字符或绘制图形特性时，由铁笔施加于触摸屏表面的不同作用力/压力量可以被解读为表示不同宽度或暗度的线还存在这样的应用，其中上述灵敏度阈值可以被用于防止诸如EMI(电磁干扰)的电噪声引起触摸解读误差现有的五线触摸屏系统只能够测量X坐标和y坐标，缺少用于获取第三坐标或压力数据的任何方法，并且执行某些功能的能力有限，例如签名验证，其中提供有效签名所施加的压力可能是非常重要的对于五线触摸屏系统来说，如果没有本发明的压力测量，五线触摸屏系统只能够生成二维坐标，因此只支持触摸屏表面上的二维应用因此，存在对这样一种系统的未满足的需求，即该系统测量在五线触摸屏的接触电刷层和电阻层之间的触摸屏面板中形成的3个触摸点坐标电压，以分别表示X坐标、y坐 标和触摸点接触电阻坐标还存在对这样一种系统的未满足的需求，即该系统测量在五线触摸屏的接触电刷层和电阻层之间的触摸屏面板中形成的3个触摸点坐标电压，以分别表示X坐标、y坐标和触摸点接触电阻坐标，其中触摸点接触电阻被用于确定触摸点接触压力或作用力。

还存在对能够通过利用五线触摸屏中的触摸压力接触电阻来提供改进的签名验证的触摸屏系统的未满足的需求还存在对能够通过利用五线触摸屏上的触摸点接触电阻来提供触摸强度测量的触摸屏系统的未满足的需求还存在对能够通过利用五线触摸屏上的触摸点接触电阻来提供触摸灵敏度测量的触摸屏系统的未满足的需求，其中可以区分来自触摸屏的EMI (电磁干扰)和实际的触摸或压力还存在对能够通过利用五线触摸屏上的触摸点接触电阻来提供触摸强度测量的触摸屏系统的未满足的需求，其中可以确定触摸点尺寸信息发明内容本发明的一个目的是提供测量在五线触摸屏的接触电刷层和电阻层之间的触摸屏面板中形成的3个触摸点坐标电压以分别表示X坐标、y坐标和触摸点接触电阻坐标的系统本发明的另一个目的是提供测量在接触电刷层和电阻层之间的五线触摸屏面板中形成的3个触摸点坐标电压以分别表示X坐标、y坐标和触摸点接触电阻坐标的系统，其中触摸点接触电阻被用于确定触摸点接触压力或作用力本发明的另一个目的是提供能够通过利用五线触摸屏中的触摸点接触电阻提供改进的签名验证的触摸屏系统本发明的另一个目的是通过利用五线触摸屏中的触摸点接触电阻提供触摸灵敏度测量本发明的另一个目的是通过利用五线触摸屏中的触摸点接触电阻提供触摸灵敏度测量，其中可以区分来自触摸屏的EMI (电磁干扰)和实际的触摸或压力。

本发明的另一个目的是通过利用五线触摸屏中的触摸点接触电阻提供触摸灵敏度测量，其中可以确定触摸点尺寸简 而言之，根据一个实施例，本发明提供一种五线触摸屏系统，其包括触摸屏(10)，该触摸屏包括接触电刷(11)和与该接触电刷对齐的电阻层(16)以及第一(UL)电阻层触点、第二(UR)电阻层触点、第三(LR)电阻层触点和第四(LL)电阻层触点，其中触摸屏上的触摸朝着电阻层挤压一小部分接触电刷，在电阻层的触摸点处产生在电阻层和一小部分接触电刷之间的接触电阻(Rz)接触电刷和不同的触点分别选择性地耦合到第一参考电压(Vdd)和第二参考电压(GND)，从而在触摸点处产生模拟触摸电压(Vz)接触电刷和不同的触点选择性地耦合到ADC (48)的模拟输入(56)和参考电压输入，以便将触摸电压(Vz)转换为数字形式通过ADC将触摸点处的模拟电压(Vx)和(Vy)转换为相应的数字形式在一个实施例中，本发明提供一种五线触摸屏系统(40),其包括五线触摸屏传感器(10)、充分透明且充分导电的接触电刷层(11)、与接触电刷层(11)对齐的充分透明的电阻层(16)以及分离接触电刷层(11)与电阻层(16)的多个薄垫片(22)，其中电阻层(16)包括第一接触端子(UL)、第二接触端子(UR)、第三接触端子(LL)和第四接触端子(LR)，其中接触电刷层(11)上的触摸朝着电阻层(16)挤压接触电刷层(11)的一小部分(31)，从而形成在接触电刷层(11)和电阻层(16)之间具有触摸电阻(Rz)的电阻接触区(30)，触摸电阻(Rz)与触摸强度(Pt_h)成反比。

耦合到触摸屏传感器(10)的控制器(41)包括分别将接触电刷层(11)和不同的接触端子(UL，UR，LR，LL)选择性地耦合到第一参考电压(Vdd)和第二参考电压(GND)的触摸屏驱动器电路(42)，从而在电阻接触区(30)的电阻层(16)上产生第一模拟触摸位置电压(Vx)、第二模拟触摸位置电压(Vy)及模拟触摸电压(Vz)模拟-数字转换电路(48)具有耦合到触摸屏驱动器电路(42)的输入(56)控制器(41)中的多路复用电路(44)将接触电刷层(11)和各个接触端子(UL，UR, LR，LL)选择性地耦合到模拟数字转换电路(48)的输入(56),从而使其将第一(Vx)模拟触摸位置电压和第二(Vy)模拟触摸位置电压以及模拟触摸电压(Vz)分别转换为其各自的数字表示(60 )在一个实施例中，第一(UL)接触端子、第二(UR)接触端子、第三(LL)接触端子和第四(LR)接触端子是角接触端子。