一种触摸屏抗噪声方法及装置技术领域
本发明涉及触摸屏领域，尤其涉及一种用于抗噪声的触摸屏数据处理方法及触摸屏控制装置。
背景技术
触摸屏在便携式设备中得到了广泛的应用，例如手机，平板电脑等。触摸屏控制装置在工作时，容易受到各种噪声源的干扰，典型的噪声包括来源于充电设备或显示设备的共模噪声。在触摸屏数据处理系统中，共模噪声是影响系统性能的一个重要因素。随着充电设备的小型化和轻便化，其噪声干扰也越来越严重。较强的共模噪声，会明显影响系统对触摸控制的响应速度及精度，严重时会导致位置误报，使得触控失效，严重影响触摸屏的正常工作。
如图1所示，在一个典型的互电容触摸屏数据处理系统中，触摸屏控制电路通常包括如下单元：触摸屏驱动电路、触摸屏感应电路、模拟/数字转换单元(ADC)、时钟模块以及控制单元等。控制单元实时监测由模拟/数字转换单元(ADC，Analog-to-DigitalConverter)采集到的信号(如电容信号，在电阻式触摸屏中为电阻信号)，并转化为以数字信号形式存储的原始采样数据信息，并通过处理将原始数据转换为人体在触摸屏上触摸位置的信息并上报给系统主机。该控制电路的硬件实现可通过集成电路芯片实现。
当施加一正弦或余弦扫描信号作为激励施加到触摸屏传感器的驱动层时，在触摸屏的感应层收集到感应信号，并传送给触控屏数据处理系统进行处理，通过模数转换单元ADC完成采样保持，并得到一经过幅度调制的有利于处理或传输的正弦或余弦调制信号，如图2a所示。该信号经过解调，就可以还原出待检测的触摸信息，并用于触摸位置的计算。当受到共模噪声干扰时，在触摸屏的感应层得到的信号不再是单一正弦或余弦信号，而是一段包含了抖动的采样信号，如图2b所示，该信号经过解调后无法准确还原待检测的触摸信息。
现有的噪声消除方案包括设置硬件电路实现的数字滤波器来处理坐标数据，其滤波原理为传统的加权平均、取中间值算法、取算数平均值算法等，通过简单的数字滤波并不能较好的抑制共模噪声引起的干扰。此外，中国公开专利CN1503118A还提出了一种利用时钟电路来控制接收数据以减低噪声的方法，该方法实现成本高，结构复杂。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述缺陷，提供一种能够有效抑制共模噪声的触摸屏数据处理方法及应用该方法的触摸屏控制装置，其能够消除或有效减小共模噪声对触摸屏位置检测的影响。
本发明提出了一种抑制噪声的触摸屏数据处理方法，其包括如下步骤：
(1)向触摸屏施加一正弦或余弦驱动信号，接收触摸屏的模拟信号，对触摸屏的模拟信号进行采样得到数字信号；
(2)根据采样值计算该采样点对应的参考值；
(3)比较采样值和对应参考值的偏差，并将该偏差与预设阈值比较；
(4)如果偏差小于阈值，则保留该采样值，如果偏差大于阈值，则放弃该采样值，并用计算得到的对应的参考值代替该采样值；
(5)将步骤(4)得到的数据用于触摸信息处理，计算触摸位置。
本发明提出了一种应用上述数据处理方法的触摸屏控制装置，其包括触摸屏、模拟/数字转换单元(ADC)以及一个控制单元，模拟/数字转换单元(ADC)接收触摸屏的模拟信号并转换为数字信号，控制单元与模拟/数字转换单元(ADC)连接并将该数字信号用于触摸信息处理，计算得到触摸位置。
本发明提出的触摸屏数据处理方法及触摸屏控制装置，可以有效的抑制共模噪声，相对于现有的噪声消除方法，具有以下突出的优点，计算方法简单，在触控芯片实现时的硬件资源占用小，处理速度快，不受扫描信号长度影响，可以完成任意长度信号的计算。
附图说明
图1为现有的触摸屏数据处理系统的典型示意图。
图2为未受噪声干扰与受到噪声干扰的触摸屏扫描信号的波形比较示意图。其中图2a是未受噪声干扰的触摸屏扫描信号示意图，图2b是受到噪声干扰的触摸屏扫描信号示意图。
图3为本发明提出的有效抑制噪声的触摸屏数据处理方法的流程示意图。
图4为采用本发明提出的方法消除噪声后的信号波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图通过具体的实施例对本发明进行详细说明。
如图3所示，本发明提出的触摸屏数据处理方法包括如下步骤，下面对每个步骤的实现进行详细说明；
(1)向触摸屏施加一正弦或余弦驱动信号，接收触摸屏的模拟信号，对触摸屏的模拟信号进行采样；
在一个触摸屏数据处理系统中，用一组经过幅度调制的正弦或余弦信号作为激励施加到触摸屏传感器的驱动层，幅度调制可在触摸屏上实现，在触摸屏的感应层得到感应信号，该模拟形式的感应信号为包含触摸信息的信号，可以是电容值，也可以是电阻值，该感应信号由触摸屏数据处理系统接收并进行模拟/数字转换采样。例如在一个互电容触摸传感设备中，触控芯片通过触摸屏驱动电路将驱动信号传输至触摸屏的驱动层，并通过触摸屏感应电路接收来自触摸屏的感应信号；
(2)根据采样值计算该采样点对应的参考值；
(3)比较采样值和对应参考值的偏差，并将该偏差与预设阈值Th比较；
(4)如果偏差小于阈值Th，则保留该采样值，如果偏差大于阈值Th，则放弃该采样值，并用计算得到的对应的参考值代替该采样值；
(5)将步骤(4)得到的数据用于触摸信息处理，计算触摸位置。
下面对步骤(2)中的参考值的计算原理进行详细说明。
在无触摸状态下，由触控屏数据处理系统中的模数转换单元ADC采样得到的一组正弦采样信号为asinωt0+C，asinωt1+C，...，asinωtn+C，...，n为自然数，nε[0，+∞]，tn为采样时刻。
其中a是正弦波的幅度，C是模数转换单元ADC引入的直流失调值。由于模数转换单元ADC的每个采样点的采样时间间隔相等，因此对任意相邻两点，ψ＝ωtn+1-ωtn为定值，并且其值由模数转换单元ADC设定的采样时钟确定，因此在一个具体的触控屏控制系统中，该值为系统已知的预设值。因此可以对任意三个相邻的采样点作如下表示：
χ[n-1]＝asin(ωtn-ψ)+C(1)
χ[n]＝asin(ωtn)+C(2)
χ[n+1]＝asin(ωtn+ψ)+C(3)
由公式(1)-(3)，可以得出：
χ[n+1]＝2χ[n]cosψ-χ[n-1]+2C(1-cosψ)(4)
在式(4)中，参数C为模数转换单元ADC确定的直流失调值，参数C可以在触摸屏控制模组的量产测试中，通过ADC性能测试得到。首先测试在正常状态下，ADC输出正弦波的波峰、波谷，然后取平均值获得直流失调值C，并写入触控芯片的闪存(flash)中。
cosψ是相邻采样点相位差的余弦值，在触摸屏控制装置中，ψ值也由模数转换单元ADC的采样周期T确定，ψ＝ωtn+1-ωtn＝2πfT，其中f是扫描正弦波信号的频率。由此可见，在模数转换单元ADC的直流失调值和相邻两点相位差已知的情况下，只要得到任意相邻两点参考值χ[n-1]，χ[n]，就可以由公式(4)计算出相邻第三点χ[n+1]的参考值。即只要得到序列的前两个初始参考值χ[0]，χ[1]，则可以由递推公式(4)递推计算出所有采样点的参考值χ[n]，初始参考值χ[0]，χ[1]可预先获取并存储。由此可得到全部参考值并组成一个标准的参考值正弦波信号。
初始参考值χ[0]，χ[1]可通过正常工作模式中的扫描测试预先获取，获取每个感应通道的前两个初始采样数据并作为对应的参考值并存储到触控芯片的闪存flash中，如果触控芯片有多个工作频率，应该针对每一个频率都采集得到两个初始参考值。
参考值的计算可通过在触控芯片中设置参考值计算单元实现。正常工作模式下，在每次触摸检测之前，由芯片固件对该模块进行参数初始化配置。需要在初始化配置中保存到触控芯片闪存中的参数有：直流失调值C和两个初始标准参考值χ[0]，χ[1]，相邻采样点相位差的余弦值cosψ，以及用于偏离比较的阈值Th。参考值计算模块根据初始化配置的参数和公式(4)，在ADC采样得到每一个采样数据的基础上，计算得到该次采样的参考值。
由此可见，只需要预先存储两个初始采样点的参考数据，触控芯片就可以由公式(4)计算出所有采样点的参考数据，该方法不受扫描检测的正弦或余弦波长度影响，可以完成任意长度参考值的计算，能够以很小的代价实现时域上的噪声消除。另外，参考值的算法简单快速，在触控芯片中所需要占用的硬件资源也很小。
当没有共模噪声的干扰时，触摸引起的采样信号值波动范围相比于参考值较小，典型情况下为不超过10％的偏离；而当受到共模噪声的干扰时，共模噪声引起的变化量会较大，极端情况下，可能会达到参考值的100％或者更高。
步骤(3)的实施需要预设一个阈值Th，阈值Th的范围可以设定在参考正弦或余弦波信号幅度的20％～50％。模数转换单元ADC每次采样时，当ADC采样数据值与参考值的偏离小于阈值Th时，说明没有噪声或者噪声较小，则该采样值设为有效并保留；当发现ADC采样数据值比参考值的偏离超过阈值Th时，说明该采样数据包含较强噪声，丢弃该采样数据，而基于已得到的两个相邻采样点的参考值数据采用公式(4)计算该参考值，以计算结果代替原采样值，最后将得到的数据进行幅度解调并用于触摸信息处理，计算得到触摸位置。这种情况下，使用计算得到的参考值所引入的计算偏差要远小于噪声引入的偏差，从而实现减弱噪声的目的，有效消除了共模噪声引起的干扰。
具体阈值Th的选取可在实际设计中，综合考虑触摸屏数据处理系统的精度以及噪声情况等进行调整，阈值Th选取过小，有可能会引起触摸和噪声的误判断，阈值Th选取过大，有可能降低系统的抗噪能力。
如图4所示，本发明提出的触摸屏数据处理方法能够有效抑制共模噪声，经过处理的信号波形与图2b示出的受到噪声干扰的波形比较，有效消除了噪声。
在某些极限情况下，当噪声太大导致绝大部分采样值都有很大偏差时，这些采样都会被替换成计算得到的参考值，此时触摸屏数据处理系统将不会正常上报触摸位置，但是可以有效防止强噪声引起的乱报触摸位置的现象，避免位置误报导致的触控失效，从而防止触摸屏应用设备工作失常。