Brevet FR3009101A1 — publié le 20150130

Dispositif tactile capacitif comportant des moyens de simulation d'appuis Le domaine de l'invention est celui des surfaces tactiles ou « touchscreen » à détection capacitive et plus particulièrement des surfaces tactiles dites multitouches ou « multitouch » permettant la détection de deux appuis simultanés. Cette fonction est essentielle pour réaliser par exemple des « zooms » ou des rotations d'image. Le domaine plus particulier de l'invention est celui de la simulation d'appuis sur ladite surface tactile permettant de vérifier le bon fonctionnement de la chaîne électronique d'exploitation des mesures. Cette invention peut s'appliquer dans différentes utilisations mais elle est particulièrement bien adaptée aux contraintes du domaine aéronautique et des planches de bord d'aéronef ou la détection de dysfonctionnements est essentielle pour assurer la sécurité des vols. La détection capacitive dite « projetée » consiste à réaliser une matrice de détection composée de lignes et de colonnes conductrices agencées de façon à détecter les variations locales de capacité introduites par la proximité des doigts de l'utilisateur ou de tout autre objet de désignation conducteur. La technologie dite capacitive projetée se décline en deux variantes principales qui sont : Détection « Self capacitive » qui consiste à lire les lignes puis les colonnes du réseau de touches de la matrice ; Détection dite « Mutual capacitive » consistant à lire chaque intersection du réseau de touches de la matrice ; Le principe de fonctionnement d'une dalle tactile d'un système de détection d'appui en mode « self-capacitive » est le suivant. Lorsque l'on excite une ligne ou une colonne de cette dalle tactile à une fréquence donnée, on mesure la capacitance vue sur cette ligne ou cette colonne. Dans le cas d'un appui, la capacité de mode commun sur la ligne ou la colonne est augmentée. Cette variation est détectée grâce à un algorithme ayant mémorisé la situation de repos tout en éliminant les bruits ambiants. Dans ce type de système de détection d'appui par self capacitance, on balaye successivement les lignes puis les colonnes. Pour 3009 101 gagner en temps de latence, il est possible de mesurer plusieurs lignes ou plusieurs colonnes simultanément ou des ensembles comprenant des lignes et des colonnes simultanément à partir du moment où l'impédance de chaque ligne et de chaque colonne reste constante et que l'on utilise un 5 nombre de fréquences suffisant. Pour que les différentes fréquences ne se parasitent pas, elles doivent impérativement être orthogonales, c'est-à-dire que les bandes passantes respectives des signaux d'émission auxdites fréquences ne se recouvrent pas. L'avantage de la détection « Self capacitive » est que le système 10 nécessite uniquement un minimum d'acquisitions pour réaliser une lecture de la matrice. Cette dernière technique présente cependant un inconvénient. Il n'est pas toujours simple d'attribuer les lignes et les colonnes détectées aux bonnes intersections réellement touchées par les doigts de l'utilisateur. Les intersections possibles mais non réellement touchées sont généralement 15 appelées « ghosts ». Pour contrer cette dernière difficulté, la demanderesse a développé une technique consistant à réaliser un balayage de la matrice à deux fréquences d'acquisition différentes. Cette technique est décrite dans la publication « Eliminating Ghost Touches on a Self-Capacitive Touch-Screen » parue dans « SID 2012 DIGEST » de juin 2012. 20 Pour que les différentes fréquences ne se parasitent pas, elles doivent impérativement être orthogonales, c'est-à-dire que la valeur du spectre en sinus(x)/x de chacune est nulle aux fréquences des autres. Le synoptique de l'électronique de commande d'une dalle tactile est 25 représentée sur la figure 1. Une dalle tactile comporte un ensemble de lignes et de colonnes réalisées habituellement en « ITO », acronyme signifiant « indium Tin Oxide ». L'électronique de commande des lignes et des colonnes comporte quatre blocs principaux qui sont respectivement un bloc de commande 30 analogique AFE ou « Analog Front End », une interface numérique DH ou « Digital Hardware », une unité de traitement et de calcul P ou « Processing » et une unité de contrôle M ou « Monitoring ». Les différents blocs représentés dans le synoptique de la figure 1 peuvent être réalisés de diverses façons. Par exemple, la partie analogique ADE peut être faite avec 35 des composants génériques tels que des multiplexeurs ou des « AOPs », acronyme signifiant « Amplificateur Opérationnel », des « DACs », acronyme signifiant « Digital-to-Analog Converter », des « ADCs », acronyme signifiant « Analog-to-Digital Converter ». La fonction numérique OH peut être réalisée avec un « FPGA », acronyme signifiant « Field Programmable Gate Array », 5 le traitement logiciel peut être fait à l'aide d'un « DSP », acronyme signifiant « Digital Signal Processor » ou d'un microcontrôleur. Mais cette dernière fonction peut également être intégrée au FPGA. Enfin, un composant « ASIC », acronyme signifiant « Application Specific Integrated Circuit » peut couvrir l'ensemble des fonctions des blocs de la figure 1. Dans le cas d'une 10 application très critique, il est préférable que la fonction de « Monitoring » soit réalisée par un circuit indépendant. En mode opérationnel, l'électronique de commande est commandée cycliquement à une fréquence qui est typiquement de 60 hertz. Chaque cycle d'une durée d'environ 17 millisecondes comporte deux 15 phases, une phase de mesure pendant laquelle on cherche à détecter d'éventuels appuis et une phase de temps mort pendant laquelle il est possible d'effectuer différents tests dits « intégrés » dans le cadre d'un contrôle continu de type « C-BIT », acronyme signifiant « Continuous Built-InTest ». On cherche à minimiser cette phase de temps mort en exécutant des 20 tâches de contrôle C-BIT simultanément avec la mesure opérationnelle. Un test majeur à réaliser est la vérification électronique de l'état du bloc électronique de commande et de sa capacité à détecter et à traiter des appuis sur la dalle tactile. Ce test a un double intérêt. Il permet de tester l'électronique de commande lorsque celle-ci subit des essais 25 d'environnement durant lesquels un opérateur humain ne peut pas facilement intervenir sur la dalle tactile. On citera notamment les essais de susceptibilité rayonnée. Le second avantage est de permettre de tester la dalle tactile lorsqu'elle est en fonctionnement, de manière transparente pour l'opérateur humain. Ce test est particulièrement important dans les 30 applications nécessitant une grande fiabilité de la mesure comme les applications aéronautiques. Le système selon l'invention comporte des moyens de réaliser ce test sans adaptations électroniques importantes. Ce test repose sur 35 l'existence d'une capacité mutuelle entre lignes et colonnes et sur l'utilisation de la détection capacitive multifréquences. Il s'applique tout particulièrement à la détection tactile de type « Self capacitive ». Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif à écran tactile comprenant une dalle tactile matricielle comportant une pluralité de lignes conductrices et de colonnes conductrices, ladite dalle étant reliée à un ensemble électronique comprenant des moyens d'émission et de réception de signaux électriques de mesure périodiques émis à une première fréquence dite de travail, l'ensemble électronique comprenant des moyens de tests intégrés agencés de façon à simuler un appui à une intersection d'une ligne et d'une colonne déterminées, caractérisé en ce que lesdits moyens de test intégrés comportent des moyens agencés de façon à générer sur la ligne déterminée un premier signal électrique émis à une fréquence dite de simulation et sur la colonne déterminée un second signal électrique émis à la même fréquence de simulation et en opposition de phase avec le premier signal. Avantageusement, la fréquence de simulation est identique à la fréquence de travail, les signaux de mesure étant émis à des instants différents des signaux de simulation. Avantageusement, la fréquence de simulation est différente de la 20 fréquence de travail de façon à pouvoir discriminer simultanément les signaux de mesure des signaux de simulation. Avantageusement, l'ensemble électronique comprend des moyens d'émission et de réception de signaux électriques de mesure périodiques émis à une seconde fréquence dite de discrimination, ladite seconde 25 fréquence étant différente de la fréquence de travail et de la fréquence de simulation. Avantageusement, l'impédance des lignes et des colonnes est indépendante des moyens d'émission et de réception. Avantageusement, le mode de mesure du dispositif est du type 30 « self-capacitance ». Avantageusement, pour augmenter à volonté la capacité de mode commun, au moins une ligne et une colonne prédéterminées comportent des moyens électroniques agencés pour augmenter l'effet capacitif à leur intersection. Avantageusement, ces moyens comprennent un condensateur et un commutateur associé ou des moyens de modulation de gain. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages 5 apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 déjà commentée représente le synoptique de l'électronique de commande d'une dalle tactile ; La figure 2 représente un premier mode de réalisation de la partie 10 analogique de l'électronique de commande d'une ligne ; La figure 3 représente un second mode de réalisation de la partie analogique de l'électronique de commande d'une ligne ; La figure 4 représente la partie analogique des moyens de tests intégrés selon l'invention. 15 L'électronique de commande des lignes et des colonnes d'une dalle tactile comporte un bloc de commande analogique ou « Analog Front End ». La figure 2 représente un premier mode de réalisation de ce bloc 20 de commande permettant d'acquérir une ligne donnée de la dalle tactile. Chaque ligne L est représentée par une succession de résistances RL disposées en série, chaque résistance étant reliée à ta masse au travers de condensateurs CL. Par souci de clarté, une seule ligne L est représentée sur la figure 2. Un générateur haute fréquence sinusoïdal à fréquence variable 25 non représenté sur la figure 2 alimente un multiplexeur MUX avec une tension alternative VIN à la fréquence F au travers d'une capacité d'injection Co. Typiquement, les fréquences F sont comprises entre cent KHz et quelques MHz. Le multiplexeur applique la tension d'entrée VIN à la ligne L sélectionnée de la dalle tactile et dirige la tension de sortie VouT de cette 30 même ligne appliquée à travers un amplificateur vers la chaîne de traitement électronique non représentée sur la figure 2. L'avantage de cette commande comportant un pont capacitif est qu'au premier ordre la mesure est indépendante de la fréquence d'excitation. L'inconvénient est que, lorsque la ligne est sélectionnée, elle se trouve connectée à une impédance comportant 35 la capacité Co à laquelle s'ajoutent les capacitances parasites de l'électronique. Inversement lorsqu'elle n'est pas sélectionnée, la ligne se retrouve pratiquement « en l'air ». Un inconvénient d'être en l'air est l'accumulation d'une charge parasite due aux perturbations externes, charge qu'il faut éliminer en début de mesure avant intégration. Aussi, la figure 3 représente un second mode de réalisation du bloc de commande d'acquisition des lignes de la dalle tactile permettant, cette fois, de travailler à impédance constante pendant les mesures. Comme on le voit sur la figure 3, la tension d'excitation VIN est alors appliquée à travers un amplificateur A2 à la ligne et la mesure du courant de sortie 'OUT est effectuée aux bornes d'une résistance Rrvi. Avec ce principe de schéma électrique, l'impédance sur la ligne reste toujours la même, que la ligne soit excitée ou pas, mesurée ou pas. La réalisation de ce type de bloc de commande avec des composants discrets ou génériques tels que des amplificateurs opérationnels ou des multiplexeurs peut se révéler un peu plus complexe que le mode de réalisation précédent. Une bonne solution technique est l'implantation du bloc de commande analogique dans un composant « ASIC ». Les moyens de test intégrés selon l'invention peuvent être mis en 20 place quelque soit le mode de réalisation du bloc de commande. D'une façon générale, ces moyens de tests reposent sur l'existence d'une capacité mutuelle entre lignes et colonnes. Une dalle tactile est composée d'une matrice de lignes et de colonnes superposées. On notera, dans la suite de la description, Xi les 25 coordonnées des colonnes, i étant un entier variant de 1 à N, N étant le nombre total de colonnes et Yj les coordonnées des lignes, j étant un entier variant de 1 à M, M étant le nombre total de lignes. Il existe une capacité mutuelle CM entre lignes et colonnes de cette dalle tactile comme on le voit sur la figure 4 qui représente, dans le cas d'une détection en mode « self- 30 capacitance » le croisement d'une ligne Yj avec une colonne Xi. Les moyens de test comportent alors des moyens agencés de façon à générer sur la ligne déterminée Yj un premier signal électrique émis à une fréquence dite de simulation et sur la colonne déterminée Xi un second signal électrique émis à la même fréquence de simulation et en opposition de 35 phase avec le premier signal au moment de simuler l'appui. Il est à noter que, quand on ne simule pas l'appui, le signal sur la colonne peut être nul ou bien en phase avec celui de la ligne. La tension à la fréquence de simulation aux bornes de la capacité mutuelle Cm se trouve alors augmentée dans un rapport d'environ deux et donc le courant capacitif correspondant. Après traitement logiciel du signal issu de la démodulation à la fréquence de simulation, un appui léger est ainsi détecté. Pour augmenter l'effet de simulation ou pour effectuer la simulation d'appui, on peut également utiliser un moyen matériel simple pour augmenter à volonté la capacité de mode commun. On ajoute alors sur certaines lignes et colonnes prédéterminées, un condensateur de très faible valeur et un commutateur analogique. Le condensateur ajouté permet d'augmenter l'effet capacitif. Dans ce cas, les positions des appuis simulés sont fixées par construction. Si le bloc électronique comporte un ASIC, cette fonction peut être réalisée en modulant le gain de l'amplificateur qui excite la ligne ou la colonne de simulation et peut être implantable en n'importe quel point de la surface. Le signal de test peut être émis à la même fréquence que le signal d'excitation pour la mesure. Dans ce cas, pour ce type d'application, en mode opérationnel, la discrimination temporelle entre les signaux de simulation et les signaux de mesure est nécessaire de façon que les signaux de simulation ne parasitent pas les signaux de mesure. Bien entendu, si les signaux de simulation sont utilisés uniquement pour des essais d'environnement, cette discrimination n'est plus nécessaire dans la mesure où il ne peut y avoir d'appuis réels sur la dalle tactile pendant ces essais d'environnement. Il est toutefois souvent plus avantageux d'utiliser deux fréquences 30 différentes si les ressources électroniques le permettent. Dans un premier mode de réalisation, les moyens de simulation sont mis en oeuvre dans un dispositif du type de celui de la figure 2. L'inconvénient du dispositif de la figure 2 est la variation d'impédance associée à la sélection d'une ligne. Lorsque l'interrupteur du MUX est fermé 35 l'impédance de la ligne est baissée ce qui par le biais de la capacité mutuelle peut légèrement perturber la mesure effectuée sur des colonnes au même moment. Le même problème se pose dans le cas de la sélection d'une colonne. Dans le cas de la simulation d'appui, une solution technique 5 possible, permettant d'éviter les problèmes de variation d'impédance, consiste à imposer que la colonne Xi à tester reste toujours connectée, même lorsque le test n'est pas effectué. C'est-à-dire que, chaque fois que la ligne Yj est mesurée, la colonne Xi est toujours connectée. Ainsi, la mise à jour de la référence de seuils de détection d'appui pour la ligne Yj est faite 10 avec cette connexion. Lors de la simulation d'appui au point de coordonnées [Xi,Yjj, il n'y a pas d'effet pour les fréquences autres que la fréquence de simulation d'appui. Il convient de procéder de manière inverse lors de la mesure de la colonne Xi. 15 Chaque fois que l'on change les coordonnées [Xi, Yj] du point simulé il faut donc commencer par respecter cette contrainte pour que la connexion soit prise en compte dans la référence des seuils de détection. On a ainsi recréé les conditions de la discrimination fréquentielle. L'avantage de cette solution par rapport à la discrimination 20 temporelle est qu'il n'y a pas d'hypothèses à prendre concernant la durée et la vitesse de déplacement des appuis réels. L'inconvénient par rapport au schéma idéal est que ce contournement suppose que chaque changement de consignes [Xi, Yjj de simulation se fasse à l'occasion d'une mise à jour des références de seuils de détection, ce qui limite les possibilités 25 dynamiques de simulation, par exemple la simulation de mouvements rapides. Dans un second mode de réalisation, les moyens de simulation sont mis en oeuvre dans un dispositif du type de celui de la figure 3. Le problème de variation d'impédance disparaît. Que la ligne soit excitée ou 30 pas, mesurée ou pas, son impédance de connexion ne change pas. Les tâches effectuées à des fréquences différentes sont totalement indépendantes. Le changement du point d'appui simulé peut se faire indépendamment de la mise à jour des seuils de référence. Dans le cas simple où l'on n'utilise que deux fréquences de balayage, l'une de travail, l'autre de discrimination, il est avantageux que la fréquence de simulation soit différente des fréquences de travail et de discrimination comme illustrée en figure 4. Avec le front-end analogique à impédance constante, l'injection d'un signal à la fréquence F3 sur la colonne, comme représenté sur la figure 4, n'affecte pas les mesures d'impédance de ligne aux fréquences FI et F2 selon le principe du théorème de superposition pour les réseaux électriques linéaires. Excepté lors du cycle avec simulation d'appui, la tension appliquée à la colonne correspondant à l'appui que l'on veut simuler est nulle et les mesures sont enregistrées et filtrées pour donner une valeur de référence à la fréquence F3. Lors du cycle avec simulation d'appui, la colonne est excitée par un signal à fréquence F3 en opposition de phase par rapport à celui injecté sur la ligne. La tension à la fréquence F3 aux bornes de la capacité mutuelle Cm se trouve augmentée dans un rapport environ deux et donc le courant capacitif correspondant Après traitement logiciel du signal issu de la démodulation à fréquence F3, un appui est détecté. REVENDICATIONS1. Dispositif à écran tactile comprenant une dalle tactile matricielle comportant une pluralité de lignes (Yj) conductrices et de colonnes (Xi) conductrices, ladite dalle étant reliée à un ensemble électronique comprenant des moyens d'émission et de réception de signaux électriques de mesure périodiques émis à une première fréquence dite de travail, l'ensemble électronique comprenant des moyens de tests intégrés agencés de façon à simuler un appui à une intersection d'une ligne et d'une colonne déterminées, caractérisé en ce que lesdits moyens de test intégrés comportent des moyens agencés de façon à générer sur la ligne déterminée un premier signal électrique émis à une fréquence dite de simulation et sur la colonne déterminée un second signal électrique émis à la même fréquence de simulation et en opposition de phase avec le premier signal. 2. Dispositif à écran tactile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence de simulation est identique à la fréquence de travail, les 20 signaux de mesure étant émis à des instants différents des signaux de simulation. 3. Dispositif à écran tactile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence de simulation est différente de la fréquence de travail de 25 façon à pouvoir discriminer simultanément les signaux de mesure des signaux de simulation. 4. Dispositif à écran tactile selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ensemble électronique comprend des moyens d'émission et de 30 réception de signaux électriques de mesure périodiques émis à une seconde fréquence dite de discrimination, ladite seconde fréquence étant différente de la fréquence de travail et de la fréquence de simulation. 5. Dispositif à écran tactile selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'impédance des lignes et des colonnes est indépendante des moyens d'émission et de réception. 6. Dispositif à écran tactile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mode de mesure du dispositif est du type « self-capacitance ». 7. Dispositif à écran tactile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une ligne et une colonne prédéterminées comportent des 10 moyens électroniques agencés pour augmenter l'effet capacitif à leur intersection. 8. Dispositif à écran tactile selon la revendication 7, caractérisé en lesdits moyens électroniques comprennent un condensateur et un 15 commutateur associé ou des moyens de modulation de gain.