CN100573427C - 触摸式感应装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种触摸式感应装置。该装置包括：一差分信号源，两个导电体，一感应器，一触发器，一信号源，一第一积分电路，一负载元件。该负载元件与由该感应器与该两个导电体构成的电容构成一第二积分电路，该信号源产生的初始信号经由该第二积分电路其电平跳变的延迟时间为Td，该信号源产生的信号经由该第一积分电路其电平跳变延迟时间为Tck，当物体触摸该感应器时，经由该第二积分电路的初始信号的电平跳变延迟时间为Ts，且Ts＞Tck＞＝Td，或者Ts＞＝Tck＞Td，如此可使该触发器在物体触摸前后其输出端的转态发生变化，以此确定物体的触摸。使用该装置，可提高感应杂讯的灵敏度，且电路简单，可降低成本。

Description

触摸式感应装置

【技术领域】

本发明是关于一种触摸式感应装置，特别是关于一种在物体触摸时，感应物体所带杂讯的感应装置。

【背景技术】

现在已有各种类型的感应装置，且已应用于计算机系统和其它应用中，这种装置中人们最为熟悉的一种是计算机的“鼠标器”。尽管鼠标器作为位置指示设备极其普遍，惟其具有机械部件，并且要求有一个平面，使得位置球能在其上滚动，并且，为了有合理的分辨率，鼠标器通常需要滚动较长的距离，最后鼠标器需要用户抬起手以使得光标移动，从而干扰了人们从计算机上键入的主要目的。

人们经过多种尝试，试图提供一种装置，以检测用作指示设备的拇指或其它手指的位置，以代替鼠标器，这种设备的理想特性是低功耗、高分辨率、低成本。现在已有多种类型的触摸式感应装置，如电阻式、电感式及电容式。

如美国专利商标局2003年3月18日公告的专利号为6534970的专利，其揭示了一种利用电感技术的旋转式位置检测技术，所述技术包括两部分，第一部分通过空间上围绕旋转轴的旋转运动产生变化的磁场，第二部分包括两个感应器用来感应第一部分所产生的磁场，并产生相应的信号，上述信号随着第一部分与第二部分的相对角度的变化而变化，则根据变化的信号即可测出第一部分与第二部分的相对位置。

如美国专利商标局2003年4月8日公告的专利号为6545614的专利。其揭示了一种电阻感应装置，该装置包括一振荡电路单元及一电子节点单元，所述振荡电路单元为电子节点单元提供一高频率信号，如果侦测器侦测到物体如手指的触摸，电子节点单元的阻抗将随之变化，当手指触摸电子节点时则产生的电阻与电子节电的输入端的电阻相匹配，反射波变小，通过检测反射波并将其与一鉴别器单元比较若反射度变小即可确定物体触摸。

再如美国专利商标局1996年2月27日公告的专利号为5495077的专利，其揭示了一种电容位置感应器，所述感应器在与感应焊盘相连的垂直及水平方向上的导线上具有一特性电容。所述电容将随着物体的触摸的活动或者物体相对于感应矩阵的运动而发生变化，矩阵中X及Y方向的每个交点的电容的变化被转换为X及Y方向上的电压，这些电压经分析电路处理后产生代表物体中心位置的电子信号。

上述专利技术虽然在性能上有了改进，如响应速度快，分辨率高，操作简单，但是其结构及电路均比较复杂，生产成本亦较高，且其耗电较大，手指感应的准确度不高易产生误操作。

【发明内容】

基于上述内容，本发明的目的在于提供一种触摸式感应装置，该感应装置可通过触摸感应物体的杂讯，从而实现预期的功能。

本发明的目的是通过以下方案实现的，提供一种触摸式感应装置，该装置包括：一感应器，连接于该触发器的第二输入端，用于接收物体触摸该感应器时所带杂讯；一触发器，有一第一输入端及第二输入端；一信号源，有一第一输出端及第二输出端；一第一积分电路，该第一积分电路连接于该信号源的第一输出端与该触发器的第一输入端之间；一第一负载元件，连接于该信号源的第二输出端与该触发器的第二输入端之间；该信号源产生的初始信号经由该第一积分电路及第一负载元件之后，电平跳变均发生延迟，当物体触摸该感应器时，经由该第一负载元件的初始信号的电平跳变延迟时间延长，使该触发器的输出状态发生改变。

相较于现有技术，所述触摸式感应装置采用触发器，可有效提高感应的灵敏度，其简单的电路亦可降低制造成本。

【附图说明】

图1为触摸式感应装置的实施方式一的电路图。

图2为触摸式感应装置的实施方式一的物体触摸该感应器前后该触发器输入输出的脉冲变化图。

图3为触摸式感应装置的实施方式二的电路图。

图4为触摸式感应装置的实施方式二的物体触摸该感应器前后该触发器输入输出的脉冲变化图。

图5为触摸式感应装置的实施方式三的电路图。

图6为触摸式感应装置的实施方式三的物体触摸该感应器前后该触发器输入输出的脉冲变化图。

图7为触摸式感应装置的实施方式四的电路图。

图8为触摸式感应装置的实施方式四的物体触摸该感应器前后该触发器输入输出的脉冲变化图。

图9为触摸式感应装置的实施方式五的电路图。

图10为触摸式感应装置的实施方式五的物体触摸该感应器前后该触发器输入输出的脉冲变化图。

图11为触摸式感应装置的实施方式六的电路图。

图12为触摸式感应装置的实施方式六的物体触摸该感应器前后该触发器输入输出的脉冲变化图。

【具体实施方式】

请参阅图1，为触摸式感应装置的实施方式一的电路图。该触摸式感应装置包括一差分信号源11、两个导电体12、一感应器13、一信号源14、一第一电阻18、一第一积分电路19、一触发器15、一侦测器16及一信号处理电路17，该第一积分电路19由一第二电阻20及一电容21构成，该触发器15有两个输入端及一输出端，一输入端为数据输入端(输入端D)，另一输入端为时钟信号输入端(输入端CK)，该输出端为输出端Q。该差分信号源11的正负两极分别与该两个导电体12其中之一连接；该感应器13位于该两个导电体12之间，与该两个导电体12构成两个虚拟电容，该信号源14有两个输出端，其中一输出端连接该第一电阻18，该第一电阻18与该感应器13共同连接至该触发器15的输入端D，且该第一电阻18与该两个虚拟电容构成一第二积分电路，该信号源14的另一输出端连接该第二电阻20，该第二电阻20与该电容21共同连接至该触发器15的输入端CK，该电容21另一端接地，该触发器15的输出端连接该侦测器16的输入端，该侦测器16的输出端连接该信号处理电路17。本实施方式中构成该第一积分电路19的第二电阻20与构成该第二积分电路的第一电阻18可以是其他可与该电容21或该虚拟电容构成积分电路的任一负载元件，以下各实施方式相同。

该差分信号源11用于产生两个频率相等，相位相反的交流信号，在该触摸式感应装置所处的环境中，都会有杂讯的影像，这些杂讯可由一些带电体产生，如灯管、电脑等。这些杂讯为一些具有不规则波形之讯号。当这些杂讯作用于上述由该差分信号源11与该两个导电体12构成的虚拟电容时，由于该两个导电体12分别与该差分信号源11的正极与负极相连，则经由该两个电容的杂讯的正半波可被该差分信号源11的负极产生的讯号抵消，而经由该两个电容的杂讯的负半波可被差分信号源11的正极产生的讯号抵消，如此可减少周围环境杂讯对电路的影响。该信号源14产生的初始信号经由该第一积分电路19后，其电平的跳变发生延迟，延迟时间为Tck1，该初始信号经由该第二积分电路后，其电平跳变的延迟时间为Td1，当物体触摸该感应器13时，该感应器13感应物体所带杂讯，使经由该第二积分电路的初始信号电平跳变延迟时间延长，记为Ts1，若Td1＜＝Tck1，Tck1＜Ts1，或者Td1＜Tck1，Tck1＜＝Ts1，则该触发器15输出状态改变(具体变化过程参阅图2)，由此可判定物体的触摸。侦测器16侦测到该变化，即可将其传输至信号处理电路17，以实现相应的控制。本实施方式的触摸动作可为物体直接触摸该感应器13，亦可为感应器13上覆盖有其它介质，物体隔着该介质触摸该感应器13，该介质可为塑料板等材料。本实施方式中采用的触发器为D触发器，其为边沿触发器，在上升沿触发，其输出端Q的状态与其输入端D的状态保持一致。

请参阅图2，为触摸式感应装置的实施方式一的物体触摸该感应器前后该触发器输入输出的脉冲变化图。脉冲Sig1为由信号源14输出的初始信号的脉冲图，脉冲D1为该初始信号经由该第二积分电路其电平跳变延迟的脉冲图，其延迟时间为Td1。其中Vm为该信号的阀值电压，其与该脉冲的交点A1为该脉冲的转态点，当时钟信号采样该脉冲D1的状态时，若采样点落在高于或者等于该转态点A1的区域，则其状态可默认为高电平，若该采样点落在低于该转态点A1的区域，则其状态可默认为低电平。脉冲CK1为信号源14产生的信号经由该第一积分电路19其电平跳变延迟的脉冲图，其延迟时间为Tck1，其中，Vm与该脉冲的交点A1’为该时钟信号的采样点，可通过调节该第一电阻18，第二电阻20及电容21的值使得Td1＜＝Tck1或者Td1＜Tck1，如此该脉冲CK1在采样点A1’采样该脉冲D1的状态时，使该采样点A1’落在转态点A1以上的区域，根据D触发器的特点，可知其输出端Q亦为高电平，如脉冲Q1所示，脉冲D-S1为物体触摸该感应器时，该初始信号经由该第二积分电路电平跳变延迟的脉冲图，其延迟时间为Ts1，且若Td1＜＝Tck1，则Ts1＞Tck1，若Td1＜Tck1，则Ts1＞＝Tck1，其转态点为A1”点，脉冲CK1在采样点A1’采样脉冲D-S1的状态，该采样点A1’落在该转态点A1”以下的区域，即为低电平，由此可知该触发器15输出端Q的状态应为低电平，该触发器15的输出端Q的状态应在B1点发生跳变，即从原来的高电平跳变至低电平，但实际上由于电路本身的延迟，其跳变时间会延迟Tsd1，即在C1点发生跳变，Tsd1的大小由具体的电路决定。侦测器16侦测到该触发器15输出端Q的状态变化，即可确定物体的触摸。

请参阅图3，为触摸式感应装置的实施方式二的电路图。本实施方式中，该装置所包括的元件与实施方式一相同，其不同之处在于该第一电阻18一端连接于该信号源14的一输出端，另一端与该感应器13共同连接至该触发器15的输入端CK，该第一电阻18与该感应器13构成第二积分电路，该第二电阻20与该电容21共同连接至该触发器15的输入端D，该第二电阻20与该电容21构成第一积分电路19。

请参阅图4，为触摸式感应装置的实施方式二的物体触摸该感应器前后该触发器输入输出的脉冲变化图。脉冲Sig2为该信号源14输出的初始信号脉冲，脉冲D2为该初始信号经由该第一积分电路19其电平跳变延迟的脉冲图，A2点为其转态点，初始信号经由该第一积分电路其电平跳变的延迟时间为Td2；脉冲CK2为该初始信号经由该第二积分电路其电平跳变延迟的脉冲图，A2’点为该时钟信号的采样点，其电平跳变的延迟时间为Tck2，调节该第一电阻18、第二电阻20及第三电阻21的值，可使Td2＞＝Tck2或者Td2＞Tck2，脉冲CK2在采样点A2’采样脉冲D2的状态，该采样点A2’落在脉冲D的转态点A2以下区域，根据本实施方式中采用的D触发器的特点，其输出端Q的状态应为低电平，如脉冲Q2所示；脉冲CK-S2为物体触摸该感应器13后，该初始信号经由该第二积分电路其电平跳变延迟的脉冲图，A2”为其采样点，其延迟时间为Ts2，且若Td2＞＝Tck2，则Ts2＞Td2，若Td2＞Tck2，则Ts2＞＝Td2，脉冲CK-S2在该采样点A2”采样该脉冲D2的状态，该采样点A2”落在该脉冲D2的转态点A2以上区域，则根据D触发器的特点，其输出端Q即在B2点发生转态，由于电路本身延迟，其在延迟Tsd2时间后再C2点发生转态，具体如脉冲CK-S2所示，根据该触发器在物体触摸前后其输出状态的改变即可确定物体的触摸。

请参阅图5，为触摸式感应装置的实施方式三的电路图。本实施方式中，信号源14采用差分信号源14’，即该差分信号源14’提供的信号为两列频率相同，相位相反的信号，其它元件与实施方式一相同。本实施方式中，该差分信号源14’的负输出端连接于该该第一积分电路19的第二电阻20，该第二电阻20与该电容21共同连接至该触发器15的输入端CK；该差分信号源14’的正输出端连接于第二积分电路的第一电阻18，该第一电阻18与该感应器13共同连接至该触发器15的输入端D，其余元件的连接与实施方式一相同。

请参阅图6，为触摸式感应装置的实施方式三的物体触摸该感应器前后该触发器输入输出的脉冲变化图。脉冲SigA3为由该差分信号源14’正输出端输出的初始信号脉冲，脉冲SigB3为由该差分信号源14’负输出端输出的信号脉冲，脉冲D3为初始信号SigB3经由该第二积分电路其电平跳变延迟的脉冲图，A3为其转态点，Td3为其电平跳变延迟时间；脉冲CK3为初始信号SigA3经由该第一积分电路19其电平跳变延迟的脉冲图，点A3’为该脉冲CK3的采样点，Tck3为其电平跳变延迟时间，且Tck3＞Td3或者Tck3＞＝Td3，脉冲CK3在采样点A3’采样脉冲D3的状态，该采样点落在脉冲D3的转态点A3以下区域，则根据D触发器的特点，该触发器15的输出端Q为低电平，如脉冲Q3所示，脉冲D-S3为物体触摸该感应器13之后，该初始信号SigB3经由该第二积分电路其电平跳变延迟的脉冲图，点A3”为其转态点，Ts3为其电平跳变延迟时间，且若Tck3＞Td3，则Ts3＞＝Tck3，若Tck3＞＝Td3，则Ts3＞Tck3，脉冲CK3在A3’点采样脉冲D-S3的状态，该采样点A3’落在脉冲D-S3转态点A3”以上区域，则该D触发器15的输出端Q的电平在B3点发生跳变，但由于电路本身延迟，其跳变时间延迟Tsd3，再C3点发生跳变，如脉冲Q-S3所示。

请参阅图7，为触摸式感应装置的实施方式四的电路图。本实施方式中所采用电路元件与实施方式三相同，其不同点在于：该差分信号源14’的正输出端连接于该第一积分电路19的第二电阻20，该第二电阻20与该电容21共同连接至该触发器15的输入端CK；该差分信号源14’的负输出端连接于该第二积分电路的第一电阻18，该第一电阻18与该感应器13共同连接至该触发器的输入端D，其余元件的连接与实施方式一相同。

请参阅图8，为触摸式感应装置的实施方式四的物体触摸该感应器前后该触发器输入输出的脉冲变化图。脉冲SigA4为由该差分信号源14’正输出端输出的初始信号脉冲，脉冲SigB4为由该差分信号源14’负输出端输出的信号脉冲，脉冲D4为初始信号SigB4经由该第二积分电路其电平跳变延迟的脉冲图，A4为其转态点，Td4为其电平跳变延迟时间，脉冲CK4为初始信号SigA4经由该第一积分电路19其电平跳变延迟的脉冲图，点A4’为该脉冲CK4的采样点，Tck4为其电平跳变延迟时间，且Tck4＞Td4或者Tck4＞＝Td4，脉冲CK4在采样点A4’采样脉冲D4的状态，该采样点落在脉冲D4的转态点A4以下区域，则根据D触发器的特点，该触发器15的输出端Q应为低电平，如脉冲Q4所示，脉冲D-S4为物体触摸该感应器13之后，该初始信号SigB4经由该第二积分电路其电平跳变延迟的脉冲图，点A4”为其转态点，Ts4为其电平跳变延迟时间，若Tck4＞Td4，则Ts4＞＝Tck4，若Tck4＞＝Td4，则Ts4＞Tck4，脉冲CK4在A4’点采样脉冲D-S4的状态，该采样点A4’落在脉冲D-S4转态点A4”以上区域，则该D触发器15的输出端Q的电平在B4点发生跳变，但实际上，由于电路本身延迟，其跳变时间延迟Tsd4，在C4点发生跳变，如脉冲Q-S4所示。

请参阅图9，为触摸式感应装置的实施方式的电路图。本实施方式中所采用电路元件与实施方式三相同，其不同点在于：该差分信号源14’的正输出端连接于该第二积分电路的第一电阻18，该第一电阻18与该感应器13共同连接至该触发器的输入端CK，该差分信号源14’的负输出端连接于该第一积分电路19的第二电阻20，该第二电阻20与该电容21共同连接至该触发器15的输入端D，其余元件的连接与实施方式一相同。

请参阅图10，为触摸式感应装置的实施方式五的物体触摸该感应器前后该触发器输入输出的脉冲变化图。脉冲SigA5为由该差分信号源14’正输出端输出的初始信号脉冲，脉冲SigB5为与该差分信号源14’负输出端输出的信号脉冲，脉冲D5为初始信号SigB5经由该第一积分电路19其电平跳变延迟的脉冲图，A5为其转态点，Td5为其电平跳变延迟时间，脉冲CK5为初始信号SigA5经由该第二积分电路其电平跳变延迟的脉冲图，点A5’为该脉冲CK5的采样点，Tck5为其电平跳变延迟时间，且Td5＞＝Tck5或者Td5＞Tck5脉冲CK5在采样点A5’采样脉冲D5的状态，该采样点落在脉冲D5的转态点A5以上区域，则根据D触发器的特点，该触发器15的输出端Q应为高电平，如脉冲Q5所示，脉冲CK-S5为物体触摸该感应器13之后，该初始信号SigA5经由该第二积分电路其电平跳变延迟的脉冲图，点A5”为其采样点，Ts5为其电平跳变延迟时间，若Td5＞＝Tck5，则Ts5＞Td5，若Td5＞Tck5，则Ts5＞＝Td5，脉冲CK-S5在A5”点采样脉冲D5的状态，该采样点A5”落在脉冲D5转态点A5以下区域，则该触发器15输出端Q的电平在B5点发生跳变，但实际上，由于电路本身延迟，其跳变时间延迟Tsd5，在C5点发生跳变，如脉冲Q-S5所示。

请参阅第图11，为触摸式感应装置的实施方式六的电路图。本实施方式中所采用电路元件与实施方式三相同，其不同点在于：该差分信号源14’的负输出端连接于该第二积分电路的第一电阻18，该第一电阻18与该感应器13共同连接至该触发器的输入端CK，该差分信号源14’的正输出端连接于该第一积分电路19的第二电阻20，该第二电阻20与该电容21共同连接至该触发器15的输入端D，其余元件的连接与实施方式一相同。

请参阅图12，为触摸式感应装置的实施方式六的物体触摸该感应器前后该触发器输入输出的脉冲变化图。脉冲SigA6为由该差分信号源14’负输出端输出的初始信号脉冲，脉冲SigB6为该差分信号源14’正输出端输出的信号脉冲，脉冲D6为初始信号SigB6经由该第一积分电路19其电平跳变延迟的脉冲图，A6为其转态点，Td6为其电平跳变延迟时间，脉冲CK6为初始信号SigB6经由该第二积分电路其电平跳变延迟的脉冲图，点A6’为该脉冲CK6的采样点，Tck6为其电平跳变延迟时间，且Td6＞＝Tck6或者Td6＞Tck6，脉冲CK6在采样点A6’采样脉冲D6的状态，该采样点A6’落在脉冲D6的转态点A6以上区域，则根据D触发器的特点，该触发器15的输出端Q应为高电平，如脉冲Q6所示，脉冲CK-S6为物体触摸该感应器13之后，该初始信号SigA6经由该第二积分电路其电平跳变延迟的脉冲图，点A6”为其采样点，Ts6为其电平跳变延迟时间，且若Td6＞＝Tck6，则Ts6＞Td6，若Td6＞Tck6，则Ts6＞＝Td6，脉冲CK-S6在A6”点采样脉冲D6的状态，该采样点A6”落在脉冲D6转态点A6以下区域，则该触发器15输出端Q的电平在B6点发生跳变，但实际上，由于电路本身延迟，其跳变时间延迟Tsd6，在C6点发生跳变，如脉冲Q-S6所示。

Claims (7)

1.一种触摸式感应装置，其特征在于，该装置包括：

一第一差分信号源；

两个导电体，该两个导电体分别与该差分信号源的两个输出端连接；

一触发器，有一第一输入端及第二输入端；

一感应器，连接于该触发器的第二输入端，用于接收物体触摸时所带杂讯，且位于该两个导电体之间，并与该两个导电体构成两个虚拟电容；

一信号源，有一第一输出端及第二输出端；

一第一积分电路，该第一积分电路由一电容及一第二电阻构成，该第一积分电路连接于该信号源的第一输出端与该触发器的第一输入端之间；

一第一负载元件，该第一负载元件连接于该信号源的第二输出端与该触发器的第二输入端之间，与两个虚拟电容构成一第二积分电路；

该信号源产生的初始信号经由该第一积分电路及第二积分电路之后，电平跳变均发生延迟，当物体触摸该感应器时，经由该第二积分电路的初始信号的电平跳变延迟时间延长，使该触发器的输出状态发生改变。

2.如权利要求1所述的触摸式感应装置，其特征在于，当该触发器的第一输入端为时钟信号输入端时，该第二输入端为数据信号输入端，当该触发器的第一输入端为数据信号输入端时，该第二输入端为时钟信号输入端。

3.如权利要求1所述的触摸式感应装置，其特征在于，该信号源为一第二差分信号源。

4.如权利要求1所述的触摸式感应装置，其特征在于，该信号源的第一输出端及第二输出端输出两个相同的信号。

5.如权利要求1所述的触摸式感应装置，其特征在于，该触摸式感应装置还包括一侦测器，用于侦测由该触发器输出的信号。

6.如权利要求5所述的触摸式感应装置，其特征在于，该触摸式感应装置还包括一信号处理电路，用于处理该侦测器侦测的信号。

7.如权利要求1所述的触摸式感应装置，其特征在于，该触发器可为D触发器。

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