一种基于红外二极管的触控测试装置及方法与流程

1.本发明涉及触控测试的技术领域，具体涉及一种基于红外二极管的触控测试装置及方法。


背景技术：

2.目前主流的tws耳机均采用电容触控(cap touch)作为人机交互方式；批量生产电容触控或不同触控方案之间的耳机触控灵敏度差异较大，有的太过灵敏容易导致误触发，有的灵敏度较低需要触发多次才成功，最终导致用户体验舒适性大大下降；因此，目前行业内生产的tws耳机，普遍存在因灵敏度偏差太大导致客诉或客退的现象。
3.导致灵敏度差异的原因主要分为两部分，第一部分是不同触控电路之间的灵敏度差异较大，但又无法筛选出不良品；第二部分为耳机结构误差导致；如果在设计时考虑结构误差后，同时将触控电路的灵敏度控制在一个合理的范围内，那么最终tws耳机成品的触摸灵敏度可以得到有效的控制，但是目前的触控测试装置需要模拟触摸装置（机械装置驱动或通过人工去触摸）进行测试，且存在灵敏度不能调节，如调节灵敏度，需要更换结构装置的缺陷，而且目前的触控测试装置还存在制作复杂且成本高等问题。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种基于红外二极管的触控测试装置，该装置能达到有效测试和管控触控电路灵敏度的目的。
5.本发明的第二个目的是提供一种基于红外二极管的触控测试方法。
6.本发明所采用的第一个技术方案是：一种基于红外二极管的触控测试装置，包括测试信号发生电路和可控电容模块；所述测试信号发生电路用于接收测试设备发出的控制指令，并基于所述控制指令生成电流信号；所述可控电容模块用于接收电流信号，并输出与该电流信号对应的pn结电容容值，所述可控电容模块通过探针连接到待测试产品的触摸板，从而基于所述pn结电容容值触发与触摸板连接的触控电路；其中，所述可控电容模块包括红外发射二极管和红外接收二极管；所述红外发射二极管用于接收所述测试信号发生电路输出的电流信号，并基于该电流信号输出具有相应光照强度的红外光；所述红外接收二极管与探针连接，用于接收所述红外发射二极管输出的红外光并输出与该光照强度对应的pn结电容容值。
7.优选地，所述测试信号发生电路包括压控电流电路、pwm控制电压电路和mcu系统电路，其中，所述mcu系统电路用于接收测试设备发出的控制指令，并基于所述控制指令生成pwm信号；所述pwm控制电压电路用于接收所述pwm信号，并将所述pwm信号转换为直流电压
信号输出；所述压控电流电路用于接收所述直流电压信号，并将所述直流电压信号转换为电流信号输出。
8.优选地，所述测试信号发生电路还包括usb转uart电路，所述usb转uart电路用于接收测试设备输出的usb控制指令，将usb控制指令转换为uart控制指令，并输出至所述mcu系统电路；以及接收待检测产品通过串口发出的数据，并将该数据发送至测试设备。
9.优选地，所述压控电流电路基于以下公式生成电流信号：if=vin/r1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）式中，if为红外接收二极管的正向扩散电流直流分量；vin为压控电流电路的输入电压；r1为比例电阻。
10.优选地，所述红外发射二极管输出的红外光的光照强度基于以下公式计算得到：l=a
×
ifꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）式中，l为光照强度；if为红外接收二极管的正向扩散电流直流分量；a为比例因子。
11.优选地，所述红外接收二极管输出的pn结电容容值基于以下公式计算得到：
ꢀꢀꢀꢀ
（3）式中，c
pn
为红外接收二极管输出的pn结电容容值；cd为扩散电容容值；e为单位电荷；k为玻尔兹曼常数；t为温度；if为红外接收二极管的正向扩散电流直流分量；τ为少数载流子的产生与复合所需要的时间。
12.本发明所采用的第二个技术方案是：一种基于红外二极管的触控测试方法，包括以下步骤：s100：接收测试设备发出的控制指令；s200：基于所述控制指令输出电压信号；s300：将所述电压信号转换为电流信号，并输入至可控电容模块以获得相应的pn结电容容值，基于该pn结电容容值触发待检测产品的触控电路以获得触控电路的读值；s400：当所述触控电路的读值达到设定触发阈值时，触控电路被触发，获得触控电路被触发时所对应的触控电压值；s500：基于所述触控电压值设置触控电压上限值和触控电压下限值，基于触控电压上限值和触控电压下限值判断触控电路的灵敏度；其中，所述步骤s300进一步包括：通过红外发射二极管接收电流信号并基于该电流信号输出具有相应光照强度的红外光，利用红外接收二极管接收所述红外光并输出与该光照强度对应的pn结电容容值，基于pn结电容容值通过探针触发待检测产品的触控电路以获得待检测产品触控电路的读值。
13.优选地，所述步骤s500包括：若输入电压值低于触控电压下限值时，触控电路被触发，则判定触控电路的灵敏度太高；若输入电压值高于触控电压上限值时，触控电路未被触发，则判定触控电路的灵敏
度太低。
14.优选地，所述光照强度是基于以下公式计算得到：l=a
×
ifꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）式中，l为光照强度；if为红外接收二极管的正向扩散电流直流分量；a为比例因子。
15.优选地，所述红外接收二极管输出的pn结电容容值是基于以下公式计算得到：
ꢀꢀꢀꢀ
（3）式中，c
pn
为红外接收二极管输出的pn结电容容值；cd为扩散电容容值；e为单位电荷；k为玻尔兹曼常数；t为温度；if为红外接收二极管的正向扩散电流直流分量；τ为少数载流子的产生与复合所需要的时间。
16.上述技术方案的有益效果：（1）本发明公开的一种基于红外二极管的触控测试装置能达到有效测试和管控触控电路灵敏度的目的。
17.（2）本发明利用红外接收二极管受光照时pn结电容（主要为扩散电容）发生变化的特性，实现了一个隔离型的电压控制电容容值的电路方案，从而达到触控电路灵敏度测试的目的。
18.（3）本发明公开的可控电容（隔离型电压控制电容容值）装置产生的电容容值范围包含了人手指耦合电容容值的范围，因此它可以完整模拟出不同人的手指和点击面积带来耦合电容的差异。
19.（4）相较于目前采用普通结构治具进行测试，本发明基于红外二极管进行测试，不需要模拟触摸装置（机械装置驱动或通过人工去触摸），而且在不更换结构装置的情况下，能实现灵敏度的调节，即本发明基于红外二极管进行触控测试的装置可方便调节触控灵敏度，且制作简单成本低，不需要复杂的结构装置可自动化测试。
附图说明
20.图1为本发明的一个实施例提供的一种基于红外二极管的触控测试装置的结构示意图；图2为本发明一个实施例提供的红外接收二极管与触摸pad触发电容触控的示意图；图3为本发明一个实施例提供的隔离型的电压控制电容容值模型的结构示意图；图4为本发明一个实施例提供的压控电流电路的示意图；图5为本发明一个实施例提供的压控电流电路输出电流信号的大小随输入电压大小而发生变化的示意图；图6为本发明一个实施例提供的电流信号控制光照强度发生变化的示意图；图7为本发明一个实施例提供的电压控制触控电路读值的示意图；图8为本发明一个实施例提供的基于红外二极管的触控测试装置检测tws耳机灵敏度的工作过程的示意图；图9为本发明的一个实施例提供的一种基于红外二极管的触控测试方法的流程示
意图。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.实施例一如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种基于红外二极管的触控测试装置，包括基于红外二极管的可控电容模块、压控电流电路、脉冲宽度调制（pwm）控制电压电路、微控制单元（mcu）系统电路和通用串行总线（usb）转串口（uart）电路；其中，基于红外二极管的可控电容模块用于接收电流信号，并输出pn结电容容值，输出的pn结电容容值通过探针连接到待测试产品的电容触控（cap touch）模块上的触摸pad（触摸板），即控制探针模拟不同人手指点击触摸pad时的状态（耦合电容），以基于pn结电容容值触发与触摸板连接的触控电路；压控电流电路（v/i电路）用于接收pwm控制电压电路输出的直流电压信号，并将直流电压信号转换为电流信号以输出；pwm控制电压电路用于接收mcu系统电路输出的pwm信号，并将pwm信号转换为精准的直流电压信号以输出；mcu系统电路用于接收并解析uart指令，然后输出pwm信号，并根据反馈信号控制pwm信号，从而使pwm控制电压电路输出精准的电压；usb转uart电路用于接收测试设备输出的usb控制指令，并将usb控制指令转换为uart控制指令以输出，实现测试设备与mcu系统电路的通信；还用于接收待检测产品（例如蓝牙耳机）通过串口（uart）发出的数据，并将该数据发送至测试设备；测试设备例如为测试电脑，用于触控测试装置的控制以及数据的分析。
24.基于红外二极管的可控电容模块包括红外发射二极管和红外接收二极管，红外发射二极管用于接收测试信号发生电路输出的电流信号，并输出光照强度；红外接收二极管与探针连接，如图2和图3所示，红外接收二极管用于接收红外发射二极管输出的光照强度，并输出pn结电容容值（红外接收二极管的pn结电容）；红外接收二极管输出的pn结电容通过探针连接到待测试产品的电容触控（cap touch）模块（芯片）上的触摸pad，即触控电路模块上的触摸pad，即实现了用红外二极管的pn结电容来模拟不同人的手指点击触摸pad以形成的耦合电容；当红外接收二极管输出的pn结电容容值达到一定值时，触控（cap touch）电路被触发，输出一个有效控制信号；cap touch电路的工作原理是人手指与触摸pad间形成一个耦合电容，当这个耦合电容容值达到一定值时，cap touch电路就会输出一个有效控制信号；即本发明通过探针模拟不同人的手指点击触摸pad时的状态（耦合电容）。
25.如图3所示，本发明通过基于红外二极管的可控电容模块和压控电流电路构成了隔离型的电压控制电容容值装置（模型），其中，压控电流电路如图4所示，压控电流电路（v/i电路）输出的电流通过以下公式表示：if=vin/r1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）式中，if为红外接收二极管的正向扩散电流直流分量，即驱动红外发射二极管的
电流，压控电流电路输出的电流；vin为压控电流电路的输入电压；r1为比例电阻；如图5所示，压控电流电路（v/i电路）输出电流信号的大小随着输入电压大小而发生变化，其等效于电压控制电流模型。
26.如图6所示，红外发射二极管输出的光照强度随着输入的电流信号的大小而发生变化，即红外发射二极管等效于电流控制光照强度的模型；红外发射二极管输出的光照强度通过以下公式表示：l=a
×
ifꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）式中，l为光照强度；if为红外接收二极管的正向扩散电流直流分量；a为比例因子。
27.如图2所示，本发明的红外接收二极管采用正偏电压(电源正极连接红外接收二极管的正极)接法，当红外接收二极管受到红外发射二极管发射的红外光照射时，会产生扩散电流（以扩散电容变化为主）；它不同于常见红外接收电路（例如遥控器、红外通信电路等）采用反偏电压(电源正极连接红外接收二极管的负极)接法，当受到红外光照射时，pn结电容以势垒电容为主；因此，本发明的红外接收二极管的pn结电容的变化仅考虑扩散电容的变化；红外接收二极管输出的pn结电容容值c
pn
通过以下公式表示：
ꢀꢀꢀꢀ
（3）式中，c
pn
为红外接收二极管输出的pn结电容容值；cd为扩散电容容值；e为单位电荷，e=1.6
×
10-19
c；k为玻尔兹曼常数；t为温度；if为红外接收二极管的正向扩散电流直流分量；τ为少数载流子的产生与复合所需要的时间（即空穴的平均寿命）；由于if∝
（光照强度，pn结照射面积），当元件和负载（if反比于负载）确定后，pn结照射面积和负载也就固定了；因此，c
pn
∝
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）式中，c
pn
为红外接收二极管输出的pn结电容容值；l为光照强度；红外接收二极管输出的pn结电容容值随着输入的光照强度的大小而发生变化，即红外接收二极管等效于光照强度控制电容容值模型。
28.通过上述公式（1）、公式（2）和公式（4）可以推导出以下公式：c
pn
∝
vin
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（5）式中，c
pn
为红外接收二极管输出的pn结电容容值（输出：被控制参数）；vin为压控电流电路的输入电压，即输入电压信号（输入：控制参数）；红外接收二极管输出的pn结电容（模拟手指耦合电容）容值正比于输入电压信号。
29.用户实际使用过程中，不同人手指大小和点击轻重不同(即手指与触控pad的接触面积不同)，会使手指与触摸pad的耦合电容不一样；耦合电容通过以下公式表示：c=εs/4πkd
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（6）式中，c为耦合电容容值（输出：被控制参数）；s为手指接触面积(输入：控制参数)；ε为相对介电常数；k为静电力常量；d为电容极板间距离；从公式（6）可以看出耦合电容正比于接触面积。
30.上述公式（6）等效于以下公式：c
pn
∝sꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（7）
式中，c
pn
为红外接收二极管输出的pn结电容容值（输出：被控制参数）；s为手指接触面积(输入：控制参数)。
31.基于红外二极管的可控电容模块产生的pn结电容容值（红外接收二极管受红外光照时的pn结电容）范围包含了人手指耦合电容容值的范围，因此本发明的基于红外二极管的可控电容模块能完整模拟出不同人的手指和点击面积带来耦合电容的差异。
32.本发明能通过不断调节输入电压控制pn结电容容值变化，当pn结电容容值变化到一定值时，触控（cap touch）电路就会被触发，从而输出一个有效信号，此时pn结电容容值对应的输入电压值就能作为反应触控电路灵敏度的参数。
33.如图7所示，通过对基于红外二极管的可控电容模块进行实测，可以得出触控电路的读值随输入电压信号的变化而变化，当触控电路的读值达到设定触发阈值时，触控电路输出一个高电平以表示已经被触发，此时触发点对应的输入电压值可用来表示触控电路的灵敏度参数，如果将这个参数设置一个上限值(例如1.1v)和下限值(例如0.9v)，就可以管控触控电路的灵敏度了；如果输入电压值低于下限值(例如0.9v)就触发了，则说明灵敏度太高了；如果输入电压值高于上限值(例如1.1v)还没有被触发，则说明电路的灵敏度太低了，只有输入电压值介于上限值和下限值之间，才说明电路的灵敏度是合适的。
34.如图8和图1所示，基于红外二极管的触控测试装置检测tws耳机（真正无线立体声耳机）灵敏度的工作过程如下：测试设备app（例如电脑app）向mcu系统电路发出产生电压的控制指令，mcu系统电路解析测试电脑发出的控制指令后，通过软件算法产生pwm信号（pwm波形），并经过pwm控制电压电路输出直流电压以控制红外接收二极管输出的pn结电容容值，pn结电容容值通过探针连接到tws耳机上电容触控模块（触控电路）的触摸pad，pn结电容模拟了不同人的手指点击tws耳机触摸pad以形成的耦合电容，基于pn结电容容值触发tws耳机上的触控电路，tws耳机将触控电路的读值和触发状态通过串口（uart通信模块）发送给测试电脑，测试电脑接收tws耳机发送的数据并进行分析，然后显示测试结果。
35.本发明的基于红外二极管的触控测试装置能应用于以下场景：应用场景1：设计阶段触控方案的选型和调试；不同厂商生产的触控芯片触摸灵敏度是存在较大差异的，通常需要调节软件参数和硬件参数，才能达到我们的设计要求；目前行业内通常需要生产大量的产品并大量的测试体验，才能评估方案的合理性，这种方式通常需要大量的人力物力和时间等各项成本；而通过本发明的基于红外二极管的触控测试装置可以帮助工程师快速的调试软硬件参数，以及快速的评估方案的合理性，同时这种方式可以为公司节省很多的人力物力和时间成本。
36.应用场景2：设计阶段的可靠性测试；目前行业内触控电路的可靠性测试，通常是通过大量的人力或自动化动力装置的方式进行测试，这种方式的成本较高（人力或机械结构动力装置成本较高），效率低（测试相对较慢）且可靠性不高（不能实时测试灵敏度）；而通过本发明的基于红外二极管的触控测试装置能实现自动化的测试方式，其具有成本较低（只需少数便宜的电子元件即可实现），高效（测试过程快）且可靠性较高(能实时测试灵敏度)的优点。
37.应用场景3：产品制造过程中触控灵敏度的质量控制；目前行业内制造过程中，触摸功能的测试只能简单的测试触控功能有没有，而不
能测试触控灵敏度，因此产品流入市场后，出现了部分人使用时触控灵敏度过低或过高的现象，从而严重影响了用户的使用体验；而通过本发明的基于红外二极管的触控测试装置能筛选出触控灵敏度过低和过高的产品，进而保证了产品的出货质量，有效减少了客户的投诉率和退货率。
38.实施例二如图9所示，本发明的一个实施例提供了一种基于红外二极管的触控测试方法，包括以下步骤：s100：接收测试设备发出的控制指令；接收测试设备发出的输出电压信号的usb指令，将usb指令转换为uart指令并解析。
39.s200：基于所述控制指令输出电压信号；基于解析的指令输出pwm信号，基于pwm信号获得直流电压信号。
40.s300：将所述电压信号转换为电流信号，并输入至可控电容模块以获得相应的pn结电容容值，基于该pn结电容容值触发待检测产品的触控电路以获得触控电路的读值；通过红外发射二极管接收电流信号并基于该电流信号输出具有相应光照强度的红外光，利用红外接收二极管接收所述红外光并输出与该光照强度对应的pn结电容容值，基于pn结电容容值通过探针触发待检测产品的触控电路以获得待检测产品触控电路的读值。
41.s400：当所述触控电路的读值达到设定触发阈值时，触控电路被触发，获得触控电路被触发时所对应的触控电压值；当触控电路的读值达到设定触发阈值时，触控（cap touch）电路就会被触发，触控电路输出一个高电平以表示已经被触发，此时触控电路被触发时触控电路读值所对应的直流电压信号即为触控电压值，其用来表示触控电路的灵敏度参数。
42.s500：基于所述触控电压值设置触控电压上限值和触控电压下限值，基于触控电压上限值和触控电压下限值判断触控电路的灵敏度；基于触控电压值设置触控电压上限值(例如1.1v)和触控电压下限值(例如0.9v)，就可以管控触控电路的灵敏度了；如果输入电压值低于触控电压下限值(例如0.9v)时，触控电路就被触发了，则判定触控电路的灵敏度太高了；如果输入电压值高于触控电压上限值(例如1.1v)，触控电路还未被触发，则判定触控电路的灵敏度太低了，只有输入电压值介于上限值和下限值之间，才说明触控电路的灵敏度是合适的。
43.如上所述，本发明公开的基于红外二极管的触控测试装置和方法能获得有效测试和管控触控电路灵敏度的技术效果。本发明利用红外接收二极管受光照时pn结电容（主要为扩散电容）发生变化的特性，实现了一个隔离型的电压控制电容容值的电路方案，从而实现对触控电路灵敏度测试的目的。本发明公开的可控电容（隔离型电压控制电容容值）装置产生的电容容值范围包含了人手指耦合电容容值的范围，因此它可以完整模拟出不同人的手指和点击面积带来耦合电容的差异。相较于目前采用普通结构治具进行测试，本发明基于红外二极管进行测试，不需要模拟触摸装置（机械装置驱动或通过人工去触摸），而且在不更换结构装置的情况下，能实现灵敏度的调节，即本发明基于红外二极管进行触控测试的装置可方便调节触控灵敏度，且制作简单成本低，不需要复杂的结构装置可自动化测试。
44.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
45.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
46.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
47.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
48.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。