一种前端读出电路、触控模组及电子设备的制作方法

本技术涉及触控，尤其涉及一种前端读出电路、触控模组及电子设备。

背景技术：

1、随着微电子技术的不断进步，信息显示及相关的触控传感器、指纹识别器件等部件的集成度越来越高，由之形成的显示、传感一体化设备的结构更加紧凑，从而导致显示驱动电路与触控信号之间的相互串扰现象越来越严重。

2、以有机发光二极管(organic light emitting diode，oled)显示器为例，oled显示器中的显示模组和触控传感器集成于一体，可以大幅减小显示面板的封装厚度，以形成比较薄的封装层，使oled显示器整体的体积较小。然而，由于显示模组与触控传感器之间的距离大幅减小，触控传感器与显示驱动电路之间的耦合效应显著增强，显示噪声的功率大幅增加，导致触控传感器输出信号的信噪比(signal to noise ratio，snr)较低。

3、因此，如何提高触控传感器输出信号的信噪比是急需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种前端读出电路、触控模组及电子设备，用以提高触控传感器输出信号的信噪比。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种触控传感器的前端读出电路，本技术实施例提供的前端读出电路可以包括多个读出子电路，每一个读出子电路可以与触控传感器中的一个触控通道电连接。每一个读出子电路可以包括：第一噪声消除模块和第二噪声消除模块。第一噪声消除模块可以用于在第一输入端接收参考噪声信号，在第二输入端接收第一检测信号，在输出端输出第二检测信号。第二噪声消除模块与第一噪声消除模块的第一输入端和输出端电连接，第二噪声消除模块可以用于接收第二检测信号和参考噪声信号，根据第二检测信号和参考噪声信号输出触控信号。

3、本技术实施例提供的前端读出电路中，在每一个读出子电路中设置第一噪声消除模块和第二噪声消除模块。第一噪声消除模块可以消除各个读出子电路中显示噪声的共模部分，第二噪声消除模块可以进一步消除残余的显示噪声，从而提高触控信号的信噪比。

4、在本技术的实施例中，每一个读出子电路接收对应触控通道的第一检测信号后，第一噪声消除模块可以对第一检测信号进行积分放大，并根据参考噪声信号消除一部分显示噪声，得到第二检测信号。示例性地，第一噪声消除模块可以用于对第一检测信号和参考噪声信号进行作差，以消除第一检测信号中的部分噪声，即第二检测信号可以是第一检测信号中减掉参考噪声信号的至少一部分得到的。在一种可能的实现方式中，每一个读出子电路还可以包括：电流转换模块，电流转换模块的输入端与第一噪声消除模块的输出端电连接。前端读出电路还可以包括：电压反馈电路，电压反馈电路与各个读出子电路中电流转换模块的输出端电连接。电压反馈电路与各个读出子电路中第一噪声消除模块的第一输入端电连接，用于提供上述参考噪声信号。第一噪声消除模块可以将第一检测信号积分转换为电压信号，即第一噪声消除模块输出的第二检测信号为电压信号。电流转换模块可以将第二检测信号转换为电流信号，电压反馈电路与各个读出子电路中电流转换模块的输出端电连接，可以对各个读出子电路输出的电流信号进行求和平均、并转换为电压信号，以得到上述参考噪声信号。电压反馈电路还与各个读出子电路中第一噪声消除模块的第一输入端电连接，以向各个读出子电路中的第一噪声消除模块提供参考噪声信号。当然，在一些情况下，也可以采用其他方式向各个读出子电路提供参考噪声信号，此处不做限定。

5、在本技术的实施例中，第二噪声消除模块可以包括：第一采样单元、第二采样单元和第一运放单元。第一采样单元可以与第一噪声消除模块的第一输入端电连接，第一采样单元可以用于接收参考噪声信号，对参考噪声信号进行采样得到第一采样信号。第二采样单元可以与第一噪声消除模块的输出端电连接，第二采样单元可以用于接收第二检测信号，对第二检测信号进行采样得到第二采样信号。第一运放单元的第一输入端可以与第一采样单元电连接，第二输入端可以与第二采样单元电连接。第一运放单元可以用于对第二采样信号和第一采样信号进行作差，得到触控信号，并在输出端输出触控信号。在本技术实施例中，通过在每一个读出子电路中设置第二噪声消除模块，第二噪声消除模块可以对第二检测信号和参考噪声信号进行采样，并将采样得到的第二采样信号和第一采样信号进行作差，从而进一步消除第二检测信号中残留的显示噪声。

6、为了更准确地消除第二检测信号中的残余显示噪声，第一采样单元在对参考噪声信号进行采样的过程中，还可以对参考噪声信号的幅值和极性进行调节，以使采样得到的第一采样信号与第二检测信号中显示噪声的幅值和极性基本一致。具体地，可以采用以下方式对参考噪声信号的幅值和极性进行调节。

7、方式一：

8、在本技术的一些实施例中，第一采样单元可以包括：增益调节元件和第一电容，增益调节元件可以连接于第一噪声消除模块的第一输入端与第一电容之间。第一电容的第一极可以与增益调节元件电连接，第二极可以与第一运放单元的第一输入端电连接。增益调节元件可以用于接收参考噪声信号，对参考噪声信号的幅值和极性进行调节，以使调节后的参考噪声信号的幅值、极性与第二检测信号中显示噪声的幅值、极性基本保持一致。第一电容可以用于对调节后的参考噪声信号进行采样，采样得到的第一采样信号的幅值、极性也与第二检测信号中显示噪声的幅值、极性基本保持一致。第二采样单元可以包括：第二电容，第二电容的第一极与第一噪声消除模块的输出端电连接，第二极与第一运放单元的第二输入端电连接。第二电容可以用于对第二检测信号进行采样。第一运放单元接收第一采样信号和第二采样信号后，可以对第二采样信号和第一采样信号进行作差，由于第一采样信号的幅值、极性与第二检测信号中显示噪声的幅值、极性基本保持一致，从而，可以基本消除第二采样信号中的显示噪声，使第二噪声消除模块输出的触控信号的信号比较高。

9、在没有触控操作的情况下，各个触控通道输出的第一检测信号中没有触控信号、只包括显示噪声，第一噪声消除模块对第一检测信号和参考噪声信号作差后，得到的第二检测信号中也没有触控信号、只包括残留的显示噪声。在前端读出电路的测试过程中，可以在没有触控操作的情况下，检测各个读出子电路中第一噪声消除模块输出的第二检测信号，以确定各个读出子电路中第一噪声消除模块输出的残留显示噪声，并检测电压反馈电路反馈的参考噪声信号。这样，根据参考噪声信号和各个读出子电路中第一噪声消除模块输出的残留显示噪声，可以对各个读出子电路中增益调节元件的放大倍率进行调节，并将各读出子电路中增益放大元件的放大倍率固化于前端读出电路中。

10、在一种可能的实现方式中，增益调节元件可以为增益可变的信号放大元件，例如，增益调节元件可以包括运算放大器和反馈电阻。当然，增益调节元件也可以采用其他方式实现，此处不做限定。

11、在具体设置时，第一采样单元还可以包括：第三电容，第三电容的第一极可以与第一电容的第二极电连接，第三电容的第二极可以与参考电位电连接。第二采样单元还可以包括：第四电容，第四电容的第一极可以与第二电容的第二极电连接，第四电容的第二极可以与参考电位电连接。第一电容与第三电容的电容比值，和第二电容与第四电容的电容比值可以基本一致。也就是说，第二噪声消除模块中两个采样单元的电容比值一致，这样设置，可以使两个采样单元在信号采集过程中不会影响信号的幅值和极性。从而，可以使采样得到的第一采样信号的幅值、极性与第二采样信号中显示噪声的幅值、极性仍保持一致。

12、当然，在一些情况下，第二噪声消除模块中两个采样单元的电容比值也可以不同，可以结合增益调节元件的放大倍率，合理设置两个采样单元中的电容比值。

13、方式二：

14、在本技术的另一些实施例中，第一采样单元可以包括：第一电容和第三电容。第一电容的第一极与第一噪声消除模块的第一输入端电连接，第二极与第一运放单元的第一输入端电连接。第三电容的第一极与第一电容的第二极电连接，第三电容的第二极与参考电位电连接。第二采样单元可以包括：第二电容和第四电容。第二电容的第一极与第一噪声消除模块的输出端电连接，第二极与第一运放单元的第二输入端电连接。第四电容的第一极与第二电容的第二极电连接，第四电容的第二极与参考电位电连接。第三电容与第一电容的电容比值，可以大于第四电容与第二电容的电容比值。这样，第一采样单元对参考噪声信号进行采样的过程中，还可以对参考噪声信号进行放大，从而起到调节参考噪声信号的幅值和极性的作用，以使采样得到的第一采样信号的幅值、极性与第二检测信号中显示噪声的幅值、极性基本一致。

15、在一种可能的实现方式中，第一电容和第三电容中的至少之一为可调电容，第二电容和第四电容中的至少之一为可调电容。在前端读出电路的测试过程中，可以在没有触控操作的情况下，检测各个读出子电路中第一噪声消除模块输出的第二检测信号，以确定各个读出子电路中第一噪声消除模块输出的残留显示噪声，并检测电压反馈电路反馈的参考噪声信号。可以根据参考噪声信号和各个读出子电路中第一噪声消除模块输出的残留显示噪声，对第一采样单元和第二采样单元中的可调电容进行调节。

16、相比于上述方式一，方式二中通过调节第三电容与第一电容的电容比值，以及第四电容与第二电容的电容比值，可以调节第一采样信号和第二采样信号的幅值和极性，无需再设置其他增益调节元件，从而，不会增加额外的电路结构，可以减小前端读出电路的整体面积和功耗。

17、当然，在一些情况下，也可以采用其他方式对参考噪声信号的幅值和极性进行调节，此处不再一一举例说明。

18、进一步地，为了控制第二噪声消除模块的采样时间和作差时间，本技术实施例中的第二噪声消除模块还可以包括：第一开关组、第二开关组和第三开关组。

19、第一开关组可以控制第一采样单元对参考噪声信号进行采样的过程。具体地，第一开关组可以包括：第一开关和第二开关，第一开关可以连接于第一噪声消除模块的第一输入端与第一电容的第一极之间。第二开关可以连接于第一电容的第二极与参考电位之间。在第一开关和第二开关都导通时，第一噪声消除模块的第一输入端与第一电容的第一极导通，参考噪声信号被采样到第一电容中。第一开关和第二开关中的至少之一断开时，第一电容可以保存采样得到的信号。

20、第二开关组可以控制第二采样单元对第二检测信号进行采样的过程。具体地，第二开关组可以包括：第三开关和第四开关，第三开关可以连接于第一噪声模块21的输出端与第二电容的第一极之间，第四开关可以连接于第二电容与参考电位之间。第三开关和第四开关都导通时，第一噪声消除模块的输出端与第二电容的第一极导通，第二检测信号被采样到第二电容中。第三开关和第四开关中的至少之一断开时，第二电容可以保存采样得到的信号。

21、第三开关组可以控制第一运放单元对第二采样信号和第一采样信号进行作差的过程。具体地，第三开关组可以包括：第五开关、第六开关、第七开关和第八开关。第五开关可以连接于第一电容的第一极与参考电位之间，第六开关可以连接于第一电容的第二极与第一运放单元的第一输入端之间。第七开关可以连接于第二电容的第一极与参考电位之间，第八开关可以连接于第二电容的第二极与第一运放单元的第二输入端之间。第五开关和第六开关都导通时，第一电容的第二极与第一运放单元的第一输入端导通，第一电容将第一采样信号提供至第一运放单元的第一输入端。第七开关和第八开关都导通时，第二电容的第二极与第一运放单元的第二输入端导通，第二电容将第二采集信号提供至第一运放单元的第二输入端。第一运放单元接收到第一采集信号和第二采集信号后，对第二采样信号和第一采样信号进行作差，并输出触控信号。

22、在一种可能的实现方式中，第一开关组还可以包括：第九开关，第三开关组还可以包括：第十开关，第一采样单元还可以包括：第三电容。第三电容的第一极与第一电容的第二极电连接，第三电容的第二极通过第九开关与参考电位电连接，第三电容的第一极通过第十开关与参考电位电连接。当第二开关和第九开关都导通时，可以使第三电容的第一极和第二极都与参考电位导通，以使第三电容复位。当第六开关和第十开关都导通时，可以使第一运放单元的第一输入端连接至参考电位，以向第一运放单元提供基准电压。

23、在一种可能的实现方式中，第二开关组还可以包括：第十一开关，第三开关组还可以包括：第十二开关，第二采样单元还可以包括：第四电容。第四电容的第一极与第二电容的第二极电连接，第四电容的第二极通过第十一开关与参考电位电连接，第四电容的第二极通过第十二开关与第一运放单元的输出端电连接。当第四开关和第十一开关都导通时，第四电容的第一极和第二极都与参考电位导通，以使第四电容复位。第十二开关可以等效为增益电阻，可以使第一运放单元对第二采样信号和第一采样信号进行作差后，对作差后的结果进行放大。

24、在一种可能的实现方式中，第二噪声消除模块还可以包括：第五电容，第五电容的第一极与第一运放单元的第二输入端电连接，第二极与第一运放单元的输出端电连接。第四电容和第五电容并联于第一运放单元的第二输入端与输出端之间，可以对信号起到滤波的作用，并且，通过合理设置第四电容和第五电容的电容比值，还可以起到信号放大的作用。

25、为了解决因第一电容和第二电容的输入信号存在相位差，而导致无法完全抵消显示噪声的问题，本技术实施例提出了第一开关组、第二开关组和第三开关组的相位补偿优化时序。具体地，第一开关组、第二开关组和第三开关组中的各开关用于在电信号的控制下，按照多个开关周期导通或断开，每一个开关周期可以包括：采样时间段和作差时间段。第三开关组中的各开关用于在采样时间段断开、在作差时间段导通。第一开关组和第二开关组中的各开关用于在采样时间段内的至少部分时间导通，且第一开关组中各开关的导通时间与第二开关组中各开关的导通时间不同。第一开关组和第二开关组中的各开关用于在作差时间段断开。

26、在采样时间段，第一开关组中各开关的导通时间与第二开关组中各开关的导通时间不同，通过调节控制信号的占空比，可以使第一电容的采样时刻与第一电容的输入信号的峰值点对齐，使第二电容的采样时刻与第二检测信号的峰值点对齐。在作差时间段，第一开关组和第二开关组中的各开关断开，可以使第一电容和第二电容停止信号采样操作。第三开关组中的各开关导通，可以控制第一运放单元对第二电容和第一电容采集到的信号进行作差，从而，在作差过程中可以完全抵消显示噪声的峰值，有效消除第二采集信号中残留的显示噪声，进一步提高输出的触控信号的信噪比。

27、在本技术实施例中，第一噪声消除模块可以对第一检测信号进行积分放大，在具体设置时，第一噪声消除模块可以包括：第二运放单元、第六电容和第十三开关。第二运放单元的第一输入端可以用于接收参考噪声信号，第二输入端可以用于接收第一检测信号，输出端可以用于输出第二检测信号。第二运放单元可以用于对第一检测信号和参考噪声信号进行作差，从而消除第一检测信号中的部分噪声，以得到第二检测信号。第六电容的第一极与第二运放单元的第二输入端电连接，第六电容的第二极与第二运放单元的输出端电连接。第十三开关的第一端与第六电容的第一极电连接，第十三开关的第二端与第六电容的第二极电连接。这样设置，可以使第二运放单元驱动第六电容，对第一检测信号进行积分。第十三开关导通时，可以使第六电容复位，第十三开关可以在控制信号的驱动下，周期性地导通和断开，以控制第六电容周期性地进行积分和复位操作。当然，在一些情况下，第一噪声消除模块也可以采用其他结构实现，此处不再一一举例。

28、在一种可能的实现方式中，电压反馈电路可以包括：第一电阻和第三运放单元。第三运放单元的第一输入端与参考电位电连接，第三运放单元的第二输入端与输出端电连接。第一电阻的第一端与第三运放单元的输出端电连接，第二端与每一个读出子电路中的第一噪声消除模块的第一输入端、电流转换模块的输出端电连接。这样，各个读出子电路中电流转换模块输出的电流信号经过第一电阻后，第三运放单元可以驱动第一电阻，对各个读出子电路输出的电流信号进行求和平均、并转换为电压信号，得到参考噪声信号。第一电阻与各个读出子电路中的第一噪声消除模块电连接，可以向各个读出子电路中的第一噪声消除模块提供参考噪声信号。当然，在一些情况下，电压反馈电路也可以采用其他结构实现，此处不再一一举例。

29、第二方面，本技术实施例还提供了一种触控模组，本技术实施例提供的触控模组可以包括：上述第一方面中的任一前端读出电路以及触控传感器，前端读出电路与触控传感器电连接。由于上述第一方面中的前端读出电路的信噪比较高，因而包括上述前端读出电路的触控模组的信噪比也较高。

30、第三方面，本技术实施例还提供了一种电子设备，本技术实施例提供的电子设备可以为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手表等任何具备显示、触摸检测功能的设备。本技术实施例提供的电子设备可以包括：上述第二方面中的任一触控模组和壳体，触控模组可以位于壳体内部。在具体设置时，电子设备通常还可以包括显示模组，显示模组也可以位于壳体内部。本技术实施例中的显示模组可以为有机发光二极管显示模组、液晶显示模组等各种类型的显示模组。由于上述第二方面中的触控模组的信噪比较高，因而包括上述触控模组的电子设备的电学性能较好。