CN101359906B - 电容式触控面板的物件定位侦测器及物件定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关一种电容式触控面板的物件定位侦测器及物件定位方法。该电容式触控面板的物件定位侦测器，包括复数电容感应元件、一基本负电容补偿单元、一模拟数字转换器以及一微处理器；基本负电容补偿单元对电容感应元件的基本电容值进行补偿，得到电容值变化量；微处理器根据电容值变化量计算出触控物件位置；其具有定位简单的优点。该电容式触控面板的物件定位方法，包括以下步骤：设定感测器初始值；输入通道的负电容补偿量；输入通道的感应电容增益量；量测通道的电容值；以及根据通道的电容值对触控物件进行定位。本发明的对电容式触控面板的物件进行定位的方法，无需采用复杂的演算法对触控面板物件进行定位，使触控面板物件定位更加简单。

Description

电容式触控面板的物件定位侦测器及物件定位方法

技术领域

本发明涉及一种电容式触控面板，特别是涉及一种采用负电容补偿单元对基本电容进行补偿，从而降低基本电容对模拟数字转换器的操作动态区间影响，使得对触控面板的物件定位更容易的电容式触控面板的物件定位侦测器及物件定位方法。

背景技术

随着社会的发展和技术的进步，各类触控面板被广泛应用于对个人电脑及移动电话等设备中。其中，电容式触控面板的应用越来越广泛。

在以往现有的电容式触控面板中，进行物件(如手指)定位时，往往通过对前级针对组成触控面板所有的电容感应元件侦测出的一组类比数字(数字即数位，以下均称为数字)转换值，根据基本电容的变化判断出物件的位置。但是基本电容通常远大于其变化值，从而导致经过模拟数字转换器的转换操作后，基本电容值不容易被正确补偿，无法准确的读出其变化量。当应用在不同感应电容值或整片触控版感应电容不均匀时，会造成类比数字转换有严重的直流偏移和不一致的信号最大强度，因此需要采用后端复杂的演算技术进而正确判断物件定位，导致存在有物件定位复杂的问题。

由此可见，上述现有的电容式触控面板与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但是长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品及方法又没有适切的结构及方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的电容式触控面板的物件定位侦测器及物件定位方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的电容式触控面板存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的电容式触控面板的物件定位侦测器及物件定位方法，能够改进一般现有的电容式触控面板，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的电容式触控面板存在的缺陷，而提供一种新型结构的电容式触控面板的物件定位侦测器，所要解决的技术问题是使其具有定位简单的优点，且可以降低基本电容对模拟数字转换器的操作动态区间的影响，非常适于实用。

本发明的另一目的在于，克服现有的电容式触控面板存在的缺陷，而提供一种新的电容式触控面板的物件定位方法，所要解决的技术问题是使其无需采用复杂的演算法来对触控面板的物件进行定位，使触控面板的物件定位更简单，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种电容式触控面板的物件定位侦测器，其包括：多个电容感应元件，用于感应触控面板的物件；一基本负电容补偿单元，用于对电容感应元件的基本电容值进行补偿，从而得到电容值的变化量，该基本负电容补偿单元包括一传感器、一加法器及一负电容回馈补偿器，该传感器耦接于该电容感应元件，传感器用于将感应电容值转换为一量测信号，该负电容回馈补偿器针对不同电容感应元件的基本电容回馈一相对应值，该加法器用于将该传感器感应到的信号和该负电容回馈补偿器所回馈的该相对应值相加，从而得到该电容值的变化量；一模拟数字转换器，耦接于该基本负电容补偿单元，用于对该电容值的变化量进行模数转换；以及一微处理器，耦接于该模拟数字转换器，用于根据数字化的电容值的变化量计算出触控物件的位置。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的电容式触控面板的物件定位侦测器，其更包括一多工器，耦接于该些电容感应元件与该基本负电容补偿单元之间。

前述的电容式触控面板的物件定位侦测器，其中所述的基本负电容补偿单元进一步包括一附属偏移模拟数字转换器，耦接于该负电容回馈补偿器，其用于当该传感器无负载值时萃取出数字化的基本电容资料。

前述的电容式触控面板的物件定位侦测器，其更包括一信号放大器，耦接于该基本负电容补偿单元与该模似数字转换器之间，以将该基本负电容补偿单元的输出信号放大。

前述的电容式触控面板的物件定位侦测器，其更包括一最大负载增益调整器，耦接于该信号放大器与该微处理器之间，用于针对不同电容感应元件的最大负载物件的信号强度状况回馈一相对应值。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种电容式触控面板的物件定位方法，包括以下的步骤：设定感测器的初始值；输入通道的负电容补偿量；输入通道的感应电容增益量；量测通道的电容值；以及根据该通道的电容值对触控物件进行定位。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的电容式触控面板的物件定位方法，其中在所述的设定感测器的初始值之前，更包括一萃取该负电容补偿量的步骤，该萃取该负电容补偿量的步骤包括：感应一通道的基本电容信号；读取该基本电容信号；以及计算并存储此通道电容值。

前述的电容式触控面板的物件定位方法，其中在所述的设定感测器的初始值之前，进一步包括一萃取电容的感应增益量的步骤，该萃取感应增益量的步骤包括：输入一通道的基本电容补偿量；量测标准负载下的电容感应量；以及对该电容感应量进行计算，从而得到电容的感应增益量。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：

为了达到上述目的，本发明提出一种电容式触控面板的物件定位侦测器，其包括：多个电容感应元件，用于感应触控面板的物件；一基本负电容补偿单元，耦接于该电容感应元件，用于对电容感应元件的基本电容值进行补偿，从而得到电容值的变化量；一模拟数字转换器，耦接于前述的基本负电容补偿单元，用于对电容值的变化量进行类比/数字转换；以及一微处理器，耦接于模拟数字转换器，用于根据数字化的电容值的变化量计算出触控物件的位置。

另外，为了达到上述目的，本发明另提出一种电容式触控面板的物件定位方法，其步骤包括：设定感测器的初始值；输入通道的负电容补偿量；输入通道的感应电容增益量；量测通道电容；根据该通道电容对触控物件进行定位。

借由上述技术方案，本发明电容式触控面板的物件定位侦测器及物件定位方法至少具有下列优点及有益效果：本发明采用负电容补偿单元对基本电容进行补偿，从而降低了基本电容对模拟数字转换器的操作动态区间的影响，而无需采用复杂的演算法来对触控面板的物件进行定位，而使得对触控面板的物件定位更简单。

综上所述，本发明是有关于一种电容式触控面板的物件定位侦测器及物件定位方法。该电容式触控面板的物件定位侦测器，包括复数电容感应元件、一基本负电容补偿单元、一模拟数字转换器以及一微处理器。该基本负电容补偿单元用于对电容感应元件的基本电容值进行补偿，从而得到电容值的变化量。该微处理器用于根据电容值的变化量计算出触控物件的位置。本发明的对物件定位简单的电容式触控面板的物件定位侦测器，具有定位简单的优点，且可降低基本电容对模拟数字转换器的操作动态区间的影响。本发明的电容式触控面板的物件定位方法，无需采用复杂的演算法来对触控面板的物件进行定位，使触控面板的物件定位更加简单。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在产品结构、方法或功能上皆有较大改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的电容式触控面板具有增进突出功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的电容式触控面板的物件定位侦测器的电路方块图。

图2是根据本发明一实施例的电容式触控面板的物件定位侦测器进行负电容萃取时的信号流向图。

图3是图1的内部侦测信号变化图。

图4是根据本发明一实施例以实现基本负电容补偿功能的一电路图。

图5是根据本发明另一实施例以实现基本负电容补偿功能的另一电路图。

图6是根据本发明一实施例的电容式触控面板的物件定位方法的流程图。

图7是根据本发明一实施例的负电容补偿参数萃取的流程图。

图8是根据本发明一实施例的电容感应量增益校正的流程图。

10：电容感应元件                 12：多工器

14：基本负电容补偿单元           14a：传感器

14b：负电容回馈补偿器            14c：加法器

14d：附属偏移模拟数字转换器      16：信号放大器

18：最大负载增益调整器           20：模拟数字转换器

22：微处理器                     24：比较器

31：附属模拟数字转换器控制线路

32：负电容补偿数字模拟转换电容阵列

33：电荷传感器                   34：运算放大器

35：增益控制数字模拟转换电容阵列

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的电容式触控面板的物件定位侦测器及物件定位方法其具体实施方式、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

请参阅图1所示，是根据本发明一实施例的电容式触控面板的物件定位侦测器的方块图。该电容式触控面板的物件定位侦测器，包括多个电容感应元件10、多工器12、基本负电容补偿单元14、信号放大器16、最大负载增益调整器18、模拟数字转换器20以及微处理器22。

该电容感应元件10，即为电容式触控面板的电容感测单元，其用于感应触控面板的对应按键的电容C_n+ΔC_n。其中，C_n为基本电容值，ΔC_n为增益电容值，这些电容感应元件10可为阵列方式排列，或以不同形式排列出电容式触控面板。

该多工器12，耦接于电容感应元件10，用于控制电容感应元件10与后续负电容补偿单元14等侦测器的连接与否，可以同时为多通道或单一通道。

该基本负电容补偿单元14，其耦接于多工器12，用于定位时对电容感应元件10的基本电容值进行补偿，从而得到电容值的变化量。在本实施例中，该基本负电容补偿单元14，包括传感器14a、负电容回馈补偿器14b以及加法器14c。该传感器14a，是用于将感应电容值C_n转换为量测信号强度H(C_n+ΔC_n)，而H为C_n+ΔC_n的函数，可以依传感器14a线路不同为电荷、电压、电流或频率等信号形式；该负电容回馈补偿器14b，可针对不同电容感应元件10的基本电容来回馈相对应的值-H(C_n)；该加法器14c，用于将传感器14a感应到的信号强度H(C_n+ΔC_n)和负电容回馈补偿器14b的基本电容回馈值-H(C_n)相加，从而得到电容感应量的增益值H(ΔC_n)。

该信号放大器16，耦接至加法器14c，其用于将基本负电容补偿单元14的输出信号放大，以提供最佳化信号强度至模拟数字转换器20，其可为一可调增益式信号放大器。

该最大负载增益调整器18，其耦接于信号放大器16与微处理器22之间，用于针对不同电容感应元件的最大负载物件的信号强度状况回馈一个相对应值，使得在所有通道与物件接触面积相同时，可以不受通道误差影响而输出相同的数字值。

该模拟数字转换器20，耦接于信号放大器16，用于将信号放大器16放大的类比信号转换成数字信号。

该微处理器22，耦接于模拟数字转换器20，其用来控制电容感应元件10的切换与回馈基本负电容和增益值，并且处理所有电容值以计算物件定位。

本发明的该电容式触控面板的物件定位侦测器，其在对物件进行定位前，需要对电容感应元件10的基本电容进行萃取，以得到基本负电容补偿单元14的负电容补偿参数。请参阅图2所示，是电容式触控面板的物件定位侦测器进行负电容萃取时的信号流向图。此时，基本负电容补偿单元14进一步包括一个附属偏移模拟数字转换器14d，其用于萃取出电容感应元件10无负载时的数字化资料，以得到负电容补偿所需的资讯，并且避免后级的信号放大器饱和。比较器24和负电容回馈补偿器14b组合成一校正回路。

请参阅图3所示，是图1的内部侦测信号变化图。第一栏表示不同电容感应元件CT_n有不同的基本电容C_n和不同的变化量ΔC_n。第二栏表示经过传感器14a后的信号为H(C_n+ΔC_n)。第三栏表示经过负基本电容补偿以及进行增益放大调整后，信号放大器16的输出值为G(ΔC_nmax)*H(ΔC_n)，如此可以控制不同电容感应元件皆在最大变化量或无物件状况下，达到相当的强度。第四栏中，ADC输出值D(C_n+ΔC_nmax)表示模拟数字转换器20的输出，其可由微处理器22来加以运算。

请参阅图4所示，是根据本发明一实施例以实现基本负电容补偿功能的电路方块图。此电路可将电容感应元件10的电容量转变为电荷量，并实现负电容补偿以及增益调整和加法器的功能。此电路，包括附属模拟数字转换器控制线路31、负电容补偿数字模拟转换电容阵列32、电荷传感器33、运算放大器34、增益控制数字模拟转换电容阵列35、开关S1及S2。

该负电容补偿数字模拟转换电容阵列32，耦接于附属模拟数字转换器控制线路31与电荷传感器33之间；

该电荷传感器33，进一步耦接至运算放大器34的负输入端；

该增益控制数字模拟转换电容阵列35，耦接于运算放大器34的负输入端与输出端之间。

在此电路中，负电容补偿数字模拟转换电容阵列32用于实现图1所示的负电容回馈补偿器14b的功能，附属模拟数字转换器控制线路31可等效为图2所示的附属偏移模拟数字转换器14d，用于根据萃取到的基本电容值来设置负电容补偿数字模拟转换电容阵列32的电容。电荷传感器33相当于图1所示的传感器，参考电压VREFN和VREFP大小相等，极性相反，当S1闭合时，VREFN和VREFP分别对电容感应元件及补偿负电容C_cmp充入相反极性的电荷，从而当S1断开且S2闭合时，使电容感应元件的电容与补偿负电容以电荷的信号形式在二者的接点B做出加法运算。运算放大器34与增益控制数字模拟转换电容阵列35组合在一起，其分别相当于图1所示的信号放大器16和最大负载增益调整器18。

上述电路的输出信号经过模拟数字转换器后，输出的值为

$\mathrm{ADOUT}=\frac{C_n+\mathrm{\Δ}{C}_n+C_{\mathrm{cmp}}}{C_G}/C_{\mathrm{LSB}}$

上式中，其中，C_LSB为模拟数字转换器的I_LSB对应的电容值，C_n为基本电容，ΔC_n为电容值的变化量，C_cmp为补偿负电容，当C_cmp与C_n的大小相等时，可以完全补偿掉基本电容的影响。

请参阅图5所示，是根据本发明另一实施例以实现基本负电容补偿功能的另一电路图，是实现基本负电容补偿功能的另一范例电路，与图4所示电路的不同在于，图5是采用差动电路的方式来实现该功能。在此电路中，可以同时实现两个电容感应元件C_nx及C_ny的基本电容的补偿。

在进行定位前，需取得负电容补偿参数和电容的感应增益参数，以在进行感应定位的过程中对负电容进行补偿及增益调整。请参阅图6所示，是根据本发明一实施例的电容式触控面板的物件定位方法的流程图。本发明较佳实施例的对电容式触控面板的物件进行定位的方法，其主要包括以下的步骤：在开始进行定位时，首先设定感测器的初始值，再输入通道的负电容补偿量和感应增益量，然后量测对应通道的电容并存储与该电容相应的资讯，当完成所有通道的电容量测后，微处理器22根据存储的电容资讯对物件放置的位置进行定位。如此技术领域技术人员所知，前述对所有通道进行的电容量测可以只进行一次，并在以后的定位过程中使用此次所得的电容资讯；相对的，为使定位能够更精准，也可以在每次要定位的时候都对所有通道进行一次电容量测，并根据当下所得的电容资讯来进行定位。

在触控板起始前需先经过负电容补偿萃取程式，针对每一电容感应元件进行萃取。请参阅图7所示，是根据本发明一实施例的负电容补偿参数萃取的流程图，并请结合参阅图1所示，首先移除所有置于触控面板上的物件，开始对一通道进行负电容校正，再由传感器14a将基本电容值Cn转变为函数H(Cn)，接着附属偏移模拟数字转换器14d读取基本电容值H(Cn)并转换为Daux(Cn)，然后由微处理器22计算并储存此通道电容值，接下来切换触控面板通道，对下一通道进行负电容校正，直到完成所有通道的负电容校正，从而获得所有的基本电容补偿参数。

再者，进行电容感应量增益校正时，可针对每一电容感应元件在最大标准负载下的情形，萃取并校正每一电容感应元件相对应的增益值。请参阅图8所示，是根据本发明一实施例的电容感应量增益校正的流程图。首先放置标准物件于触控面板，开始进行这一通道的电容感应量增益校正，接着输入此一通道的基本电容补偿偏移量，对基本电容进行补偿，然后量测标准负载下的电容感应量，接下来微处理器22计算并储存此通道的电容值，接下来切换触控面板的通道，对下一个通道进行电容感应量增益校正，直到完成所有通道的电容感应量增益校正。

综上所述，本发明的电容式触控面板的物件定位侦测器及物件定位方法，采用负电容补偿单元对基本电容进行补偿，从而降低了基本电容对模拟数字转换器的操作动态区间的影响，而无需采用复杂的演算法来对触控面板的物件进行定位，使得对触控面板的物件定位更容易。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种电容式触控面板的物件定位侦测器，其特征在于其包括：

多个电容感应元件，用于感应触控面板的物件；

一基本负电容补偿单元，用于对电容感应元件的基本电容值进行补偿，从而得到电容值的变化量，该基本负电容补偿单元包括一传感器、一加法器及一负电容回馈补偿器，该传感器耦接于该电容感应元件，传感器用于将感应电容值转换为一量测信号，该负电容回馈补偿器针对不同电容感应元件的基本电容回馈一相对应值，该加法器用于将该传感器感应到的信号和该负电容回馈补偿器所回馈的该相对应值相加，从而得到该电容值的变化量；

一模拟数字转换器，耦接于该基本负电容补偿单元，用于对该电容值的变化量进行模数转换；以及

一微处理器，耦接于该模拟数字转换器，用于根据数字化的电容值的变化量计算出触控物件的位置。

2.根据权利要求1所述的电容式触控面板的物件定位侦测器，其特征在于其更包括一多工器，耦接于该些电容感应元件与该基本负电容补偿单元之间。

3.根据权利要求1所述的电容式触控面板的物件定位侦测器，其特征在于其中所述的基本负电容补偿单元进一步包括一附属偏移模拟数字转换器，耦接于该负电容回馈补偿器，其用于当该传感器无负载值时萃取出数字化的基本电容资料。

4.根据权利要求1所述的电容式触控面板的物件定位侦测器，其特征在于其更包括一信号放大器，耦接于该基本负电容补偿单元与该模似数字转换器之间，以将该基本负电容补偿单元的输出信号放大。

5.根据权利要求4所述的电容式触控面板的物件定位侦测器，其特征在于其更包括一最大负载增益调整器，耦接于该信号放大器与该微处理器之间，用于针对不同电容感应元件的最大负载物件的信号强度状况回馈一相对应值。

6.一种电容式触控面板的物件定位方法，其特征在于其包括以下步骤：

设定感测器的初始值；

输入通道的负电容补偿量；

输入通道的感应增益量；

量测通道的电容值；以及

根据该通道的电容值对触控物件进行定位。

7.根据权利要求6所述电容式触控面板的物件定位方法，其特征在于其中在所述的设定感测器的初始值之前，更包括一萃取该负电容补偿量的步骤，该萃取该负电容补偿量的步骤包括：

感应一通道的基本电容信号；

读取该基本电容信号；以及

计算并存储此通道电容值。

8.根据权利要求6所述电容式触控面板的物件定位方法，其特征在于其中在所述的设定感测器的初始值之前，进一步包括一萃取电容的感应增益量的步骤，该萃取感应增益量的步骤包括：

输入一通道的基本电容补偿量；

量测标准负载下的电容感应量；以及

对该电容感应量进行计算，从而得到电容的感应增益量。

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