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触控与显示驱动集成中的关键问题研究

张晋芳  
【摘要】:人机接口是人机交互领域的研究热点之一,其中触控技术是人机交互主要输入形式,显示是人机交互主要输出形式。触控与显示功能的全面集成是解决目前相对独立的驱动控制方式存在问题的唯一途径,在提高触控与显示集成度的同时,也会带来可靠性的提升、设计流程的简化等等优势。但由于触控与显示驱动的集成,也不可避免地产生两者之间的相互干扰等等关键技术问题,有效地解决这些问题将促进人机交互技术的快速发展。在此背景下,经查阅大量资料和求教于技术专家基础上,本文针对触控与显示驱动集成(Touch and Display Driver Integration,TDDI)中的一些关键问题进行了深入研究,取得的主要研究成果如下:(1)针对投射式电容触控自电容与互电容结合,给出了自互一体式的电容触摸屏检测电路。在研究自、互电容检测原理的基础上,设计软件可配置的自互一体式电容检测电路模块,并通过优化前端检测放大电路,提高了检测电路的抗干扰能力,降低了整体系统的功耗。仿真和测试实验验证了自互一体式电容触摸屏检测电路的有效性,获得更好的触控效果。(2)针对投射式电容触控检测精度与抗噪声性能,提出了一种基于多电极驱动的电容触摸屏驱动方法,以及IQ正交解调技术的检测方法。通过选取合适的驱动矩阵有效地降低了感应电极耦合信号的干扰噪声,消除了由信号传输路径不同所引入的相位差,仿真和测试实验结果表明其可有效地降低感应电极耦合信号的干扰噪声,获得了信噪比高、一致性好的电容检测解调数据。(3)针对液晶面板显示中的运动拖尾现象,给出了一种液晶显示过驱动优化算法。通过改进查找表结构,选用合适的寻址和遍历算法,经过插值得到最终结果。相对于传统实现,该优化算法既可有效提升液晶响应时间,又可减小75%以上的存储空间,获得更好的显示效果。(4)针对触控与显示驱动集成抗噪声性能,提出了一种基于液晶显示灰阶数据统计的触控电容补偿算法。通过触控模组获得干扰触控的显示单元灰阶数值,实时统计显示灰阶直方图分布与补偿系数以计算电容校正数值,实现由液晶电容变化带来的触控电容检测误差的补偿。仿真和测试实验结果验证了该算法能够有效地解决显示单元液晶电容对触控电容检测的干扰问题,实现了触控与显示集成环境中的高精度触控电容检测。(5)针对触控与显示驱动集成驱动电路扫描方式,提出了一种基于分时复用的显示扫描方法,以及全驱动的触控检测方法。通过在行线和列线上施加与电容检测同幅同相的驱动信号,以使得感应电极与行线、列线的寄生电容两端同步变化,从而基底电容不会计入最终的量化结果。仿真和测试实验结果表明其可减小显示驱动单元寄生电容对触控检测的影响,实现了高灵敏度的触控检测。该研究属于微电子学与信息科学的交叉学科,研究成果很好地解决了人机交互集成技术中存在的一些关键问题,实现了定性和定量分析,提高了人机交互的便利性和易用性。研究技术可以满足工程技术人员的迫切需要,自主安全可控,提高我国集成电路设计水平,具有良好的工程应用前景以及社会效益。


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