CN101770309A - 感测装置及其扫描驱动方法 - Google Patents
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Abstract
一种感测装置及其扫描驱动方法。感测装置包括第一电极、第二电极、感测元件阵列、第一电极扫描驱动电路、第二电极扫描驱动电路及控制电路。感测元件阵列位于第一电极与第二电极之间，并于被施力触摸后输出至少一第一感测电压。第一电极扫描驱动电路用以依序扫描驱动第一电极，其中，被驱动的第一电极被设定为高电平输出状态，而未被驱动的第一电极被设定为低电平输出状态或接地状态。第二电极扫描驱动电路用以依序扫描驱动第二电极，其中，被驱动的第二电极呈现为高阻抗输入状态，而未被驱动的第二电极被设定为低电平输出状态或接地状态。控制电路用以控制第一电极扫描驱动电路及第二电极扫描驱动电路。
Description
技术领域
本发明涉及一种感测器，且特别是涉及一种感测装置及其扫描驱动方法。
背景技术
美国专利编号US5505072说明书图1披露一种阵列式压力感测器的动态响应扫描电路。此扫描电路利用一电流反馈的信号VTEST依序扫描驱动行电极。信号VTEST流经一压阻式感测器，并经由一负反馈放大器撷取电压信号。最后经由模拟数字转换器依序读取电压信号建立阵列感测器的位置。
美国专利编号US5905209说明书图3披露一种压力感测器的输出电路。此输出电路利用接地信号GND依序切换行电极，再经由列电极的电压感测架构实现感测器电压信号撷取。
发明内容
根据本发明的范例有关于一种感测装置及其扫描驱动方法，通过具三态特性的输入输出介面接口的高电平输出、低电平输出及高阻抗输入等逻辑组合，适当地扫描驱动第一电极及第二电极，使得下述披露的感测装置能避免扫描驱动过程中造成的漏电流影响第一感测电压的测量与辨识、实现多点触控(Multi Touch)、解决触摸时所造成的鬼点(Ghost Point)现象、缩短感测装置的扫描驱动时间。
根据本发明的范例，提出一种感测装置。感测装置包括第一电极、第二电极、感测元件阵列、第一电极扫描驱动电路、第二电极扫描驱动电路及控制电路。感测元件阵列位于第一电极与第二电极之间，并于被施力触摸后输出至少第一感测电压。第一电极扫描驱动电路用以依序扫描驱动第一电极，其中，被驱动的第一电极被设定为高电平输出状态，而未被驱动的第一电极被设定为低电平输出状态或接地状态。第二电极扫描驱动电路用以依序扫描驱动第二电极，其中，被驱动的第二电极呈现为高阻抗输入状态，而未被驱动的第二电极被设定为低电平输出状态或接地状态。控制电路用以控制第一电极扫描驱动电路及第二电极扫描驱动电路。
根据本发明的范例，提出一种感测装置的扫描驱动方法。扫描驱动方法包括如下步骤：依序扫描驱动第一电极，被驱动的第一电极被设定为高电平输出状态，而未被驱动的第一电极被设定为低电平输出状态或接地状态；依序扫描驱动第二电极，被驱动的第二电极呈现为高阻抗输入状态，而未被驱动的第二电极被设定为低电平输出状态或接地状态；以及当位于第一电极与第二电极之间的感测元件阵列被触摸，根据输出至少一第一感测电压。
为使本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并结合附图详细说明如下。
附图说明
图1示出了依照本发明一实施例的一种感测装置的示意图。
图2示出了第一种感测元件的示意图。
图3示出了第二种感测元件的示意图。
图4示出了感测元件阵列130被扫描驱动的示意图。
图5示出了感测元件阵列输出第一感测电压的第一种示意图。
图6示出了感测元件阵列输出第一感测电压的第二种示意图。
图7示出了第一种读出电路的示意图。
图8示出了第二种读出电路的示意图。
图9示出了第三种读出电路的示意图。
图10示出了整合读出电路于第二电极扫描驱动电路的第一种示意图。
图11示出了整合读出电路于第二电极扫描驱动电路的第二种示意图。
图12示出了切换装置190的示意图。
图13示出了具有缓冲放大功能的感测装置的第一种示意图。
图14示出了具有缓冲放大功能的感测装置的第二种示意图。
图15示出了依照本发明一实施例的一种感测装置的扫描驱动方法的流程图。
附图符号说明
10：感测装置
110：第一电极
120：第二电极
130：感测元件阵列
132、132(1)、132(2)：感测元件
140、240：第一电极扫描驱动电路
150、250、350：第二电极扫描驱动电路
160：控制电路
170、170(1)、170(2)、170(3)：读出电路
172：放大器
174：复用器
180：缓冲放大器
190：切换装置
192：开关
1322：第一接点
1324：第二接点
1326：间距
1328：开关元件
Rn：电阻式感测器
具体实施方式
现今具备三态特性的输入输出介面接口分别具有高电平输出、低电平输出及高阻抗输入等三种逻辑状态。下述实施例较佳地通过这种输入输出介面接口的三态逻辑组合，依序扫描驱动第一电极及第二电极，使得下述披露的感测装置能避免扫描驱动过程中造成的漏电流影响第一感测电压的测量与辨识、实现多点触控(Multi Touch)、解决触摸时所造成的鬼点(Ghost Point)现象、缩短感测装置的扫描驱动时间。
请参考图1，其示出了依照本发明一实施范例的一种感测装置的示意图。感测装置10至少包括第一电极110、第二电极120、感测元件阵列130、第一电极扫描驱动电路140、第二电极扫描驱动电路150及控制电路160。控制电路160用以控制第一电极扫描驱动电路140及第二电极扫描驱动电路150。第一电极扫描驱动电路140用以依序扫描驱动第一电极110，其中，被驱动的第一电极110被设定为高电平输出状态，而未被驱动的第一电极110被设定为低电平输出状态。第二电极扫描驱动电路150用以依序扫描驱动第二电极120，其中，被驱动的第二电极120呈现为高阻抗输入状态，并将未被驱动的第二电极120被设定为低电平输出状态。感测元件阵列130位于第一电极110与第二电极120之间，并于被施以触摸、压力、力量、重量或挤压等各种施力方式后输出至少一第一感测电压。
前述第一电极扫描驱动电路140、第二电极扫描驱动电路150及控制电路160例如由微控制器(Microcontroller，MCU)、现场可编程逻辑门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、特定功能集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuk，ASIC)或嵌入式系统芯片(System on Chip，SoC)所实现。且第一电极扫描驱动电路140及第二电极扫描驱动电路150可进一步整合于控制电路160。
前述第一电极110及第二电极120分别例如为行电极及列电极，而第一电极扫描驱动电路140及第二电极扫描驱动电路150分别例如为行电极驱动电路及列电极驱动电路。另一种架构为第一电极110及第二电极120分别例如为列电极及行电极，而第一电极扫描驱动电路140及第二电极扫描驱动电路150分别例如为列电极驱动电路及行电极驱动电路。位于第一电极110及第二电极120之间的感测元件阵列130进一步包括感测元件132，且感测元件132两端分别耦接至第一电极110与第二电极120。
前述感测元件132可以有多种不同的实施态样，本发明并不特定局限感测元件132的实施态样。举例来说，感测元件132可以由微机电系统(MicroElectro Mechanical System，MEMS)工艺或互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺所产生。或者，感测元件132可经由印刷技术将电阻材料涂布于第一电极110及第二电极120之间所形成。不过，为方便说明起见，下述图2及图3将例举两种感测元件132的实施态样，以供参考。
请参考图2，其示出了第一种感测元件的示意图。第一种感测元件在图2中以感测元件132(1)表示。感测元件132(1)包括第一接点1322、第二接点1324及电阻式感测器Rn。第一接点1322与电阻式感测器Rn电连接。当感测元件132(1)未被触摸时，第二接点1324与第一接点1322之间形成一间距1326或间隙。当感测元件132(1)被触摸时，第一接点1322与第二接点1324接触，使得第一电极110经由电阻式感测器Rn耦接至第二电极120。
亦即，当外部施以触摸、压力、力量、重量或挤压等施力方法于感测元件132(1)时，将造成电阻式感测器Rn本身电阻值改变。前述第一电极扫描驱动电路140及第二电极扫描驱动电路150分别扫描驱动第一电极110及第二电极120，使得感测元件阵列130受力时本身电阻值改变而产生一电压变化，此电压变化称为第一感测电压。
请参考图3，其示出了第二种感测元件的示意图。第二种感测元件在图3中以感测元件132(2)表示。感测元件132(2)包括电阻式感测器Rn及开关元件1328，且开关元件1328可以例如是晶体管或二极管。当感测元件132(2)被施以触摸、压力、力量、重量或挤压等施力方式时，开关元件1328被致动导通，使得第一电极110经由电阻式感测器Rn耦接至第二电极120。由于前述开关元件1328可以为晶体管或二极管，因此当感测元件132(2)被触摸时，晶体管或二极管的控制端即被致动，以导通晶体管或二极管。由此可知，利用开关元件1328取代图2绘示的第一接点1322与第二接点1324，也可达到如间距1326或间隙般的功效。
同样地，当外部施以触摸、压力、力量、重量或挤压等施力方式于感测元件132(2)时，将造成电阻式感测器Rn本身电阻值改变。前述第一电极扫描驱动电路140及第二电极扫描驱动电路150分别扫描驱动第一电极110及第二电极120，使得感测元件阵列130受力时本身电阻值改变而产生一电压变化，此电压变化称为第一感测电压。
请参考图4，其示出了感测元件阵列130被扫描驱动的示意图。第一电极扫描驱动电路140及第二电极扫描驱动电路140分别依序扫描驱动第一电极110及第二电极120。举例来说，当第一电极扫描驱动电路140驱动第一行第一列的感测元件132时，第一电极驱动器140输出驱动信号Vdriven至与第一行第一列的感测元件132耦接的第一电极110。由于驱动信号Vdriven维持于高电平，因此，被驱动的第一电极110被设定为高电平输出状态(High)。第一电极扫描驱动电路140同时将其它不与第一行第一列的感测元件132耦接的第一电极110设定为低电平输出状态(Low)或直接电连接到接地状态。
与此同时，第二电极扫描驱动电路150将使得与第一行第一列的感测元件132耦接的第二电极110呈现为高阻抗输入状态(High Impedance)。第二电极扫描驱动电路150并将其它不与第一行第一列的感测元件132耦接的第二电极120设定为低电平输出状态(Low)或直接电连接到接地状态。
如此一来，当驱动第一行第一列的感测元件132时，流经其它不与第一行第一列的感测元件132耦接的第二电极120的漏电流IO将不会影响流经第一感测电压的感测路径上负载电流I L1的稳定性与大小。所以本实施例避免扫描驱动时的漏电流IO影响后端电路对第一感测电压的测量与辨识，同时也解决触摸时所造成的鬼点(Ghost Point)现象。关于后端电路将于下述图5至图11中进一步说明。
请参考图5，其示出了感测元件阵列输出第一感测电压的第一种示意图。前述的后端电路可直接将第二电极120电连接控制电路160内部的数字模拟转换器。亦即，第二电极120可直接耦接至控制电路160。控制电路160经由第二电极120接收感测元件阵列130于被施以触摸、压力、力量、重量或挤压等方式施力后所产生的第一感测电压。
请参考图6，其示出了感测元件阵列输出第一感测电压的第二种示意图。或者，于第二电极120与控制电路160之间配置一读出电路170。读出电路170用以测量感测元件阵列130于被施以触摸、压力、力量、重量或挤压等方式施力后所产生的第一感测电压。
前述读出电路170可以有多种不同的实施态样，本发明并不特定局限读出电路170的实施态样。不过，为方便说明起见，下述图7至图9将例举三种不同读出电路170的实施态样，以供参考。
请参考图7，其示出了第一种读出电路的示意图。第一种读出电路于图7中以读出电路170(1)表示。读出电路170(1)包括多个放大器172及一复用器174。放大器172分别与第二电极120耦接。第一感测电压经由多个放大器172，放大输出为一第二感测电压，而复用器用以从多个放大器172中选择性地输出第二感测电压至控制电路160。
请参考图8，其示出了第二种读出电路的示意图。第二种读出电路于图8中以读出电路170(2)表示。读出电路170(2)包括一放大器172及一复用器174。控制电路160经由复用器174选择性地与多个第二电极120其中之一电连接，使得复用器174从第二电极120中选择性地输出第一感测电压至放大器172。放大器172用以将第一感测电压放大输出为第二感测电压后，并输出第二感测电压至控制电路160。
请参考图9，其示出了第三种读出电路的示意图。第三种读出电路于图9中以读出电路170(3)表示。读出电路170(3)包括多个放大器172。第一感测电压经由放大器172其中之一，将第一感测电压放大为第二感测电压直接输出至控制电路160。
请参考图10，其示出了整合读出电路于第二电极扫描驱动电路中的第一种示意图。前述读出电路170可进一步整合于前述第二电极扫描驱动电路150，在图10中以第二电极扫描驱动电路250表示。此时第二电极扫描驱动电路250不仅能扫描驱动第二电极120，也可测量第一感应电压。
请参考图11，其示出了整合读出电路于第二电极扫描驱动电路中的第二种示意图。此外，为了减少占用控制电路160的输入输出介面接口数，前述感测装置10还包括多对一的切换装置190。第二电极120通过此多对一的切换装置190与单一个放大器电连接，以减少占用控制电路160的输入输出介面接口数。
请参考图12，其示出了切换装置190的示意图。切换装置190包括多个开关192，开关192用以选择性地将对应的第二电极120电连接至第二电极扫描驱动电路350或接地端。举例来说，若控制电路160通过4个接脚输出控制信号时，则可控制16个开关192。因此，将能进一步有效地减少占用控制电路160的输入输出介面接口数。
请参考图13，其示出了具有缓冲放大功能的感测装置的第一种示意图。为了降低感测元件阵列130被施以触摸、压力、力量、重量或挤压等施力方式时所造成的负载效应，本实施例的感测装置10还包括缓冲放大器180，并通过缓冲放大器180提高感测元件阵列130的驱动电流的扫描稳定性与驱动能力，避免扫描驱动过程中不受感测元件阵列130电阻负载变动而飘移或不稳定。
请参考图14，其示出了第二种具有缓冲放大功能的感测装置的示意图。或者，将前述缓冲放大器180整合于前述第一电极扫描驱动电路140，于图14中以第一电极扫描驱动电路240表示。第一电极扫描驱动电路250不仅能扫描驱动第一电极110，也具有缓冲放大的功能，以提高驱动感测元件阵列130的驱动电流的扫描稳定性与驱动能力，避免扫描驱动过程中不受感测元件阵列130电阻负载变动而飘移或不稳定。
前述感测装置由于第一电极扫描驱动电路140及第二电极扫描驱动电路140分别依序驱动第一电极110及第二电极120时，读出电路170同步地感测第一感测电压，因此，本实施例能够实现多点触控(Multi Touch)。
另外，由于本实施例大幅地简化驱动电路与后端电路的复杂度，因此，控制电路不需要繁琐及复杂的数据演算与运算处理，大幅缩短感测装置的扫描驱动时间。
请参考图15，其示出了依照本发明一实施例的一种感测装置的扫描驱动方法的流程图。扫描驱动方法可应用于前述实施例的感测装置。本发明的扫描驱动方法至少包括以下步骤。
首先如步骤310所示，第一电极扫描驱动电路140依序扫描驱动第一电极110，被驱动的第一电极110被设定为高电平输出状态，而未被驱动的第一电极110被设定为低电平输出状态或直接连接到接地状态。
再接着如步骤320所示，第二电极扫描驱动电路150依序驱动第二电极120，被驱动的第二电极120呈现为高阻抗输入状态，而未被驱动的第二电极120被设定为低电平输出状态或直接连接到接地状态。
跟着如步骤330所示，当位于第一电极110与第二电极120之间的感测元件阵列130被施力触摸后，输出至少一第一感测电压。
前述步骤310至330可重复地被执行，使得前述感测元件阵列130被施以触摸、压力、力量、重量或挤压等施力方式后，输出对应的第一感测电压。
综上所述，虽然本发明已以一实施例披露如上，但其并非用以限定本发明。本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，当可作若干的更改与修饰。因此，本发明的保护范围应以本发明的权利要求为准。
Claims (20)
1.一种感测装置，包括：
多条第一电极；
多条第二电极；
感测元件阵列，位于所述第一电极与所述第二电极之间，并于被施力触摸后输出至少第一感测电压；
第一电极扫描驱动电路，用以依序扫描驱动所述第一电极，其中，被驱动的第一电极被设定为高电平输出状态，而未被驱动的第一电极被设定为低电平输出状态或接地状态；
第二电极扫描驱动电路，用以依序扫描驱动所述第二电极，其中，被驱动的第二电极呈现为高阻抗输入状态，而未被驱动的第二电极被设定为低电平输出状态或接地状态；以及
控制电路，用以控制该第一电极扫描驱动电路及该第二电极扫描驱动电路的扫描驱动方法。
2.如权利要求1所述的感测装置，其中该感测元件阵列包括多个感测元件，各所述感测元件包括：
电阻式感测器；
第一接点，与该电阻式感测器电连接；以及
第二接点，当该感测元件未被触摸时，该第二接点与该第一接点之间形成间隙或间距，当该感测元件被触摸时，该第一接点与该第二接点接触，使得该第一电极经由该电阻式感测器耦接至该第二电极。
3.如权利要求1所述的感测装置，其中该感测元件阵列包括多个感测元件，各所述感测元件包括：
电阻式感测器；以及
开关元件，当该感测元件被触摸时，该开关元件被导通，使得该第一电极经由该电阻式感测器耦接至该第二电极。
4.如权利要求3所述的感测装置，其中该开关元件为晶体管。
5.如权利要求3所述的感测装置，其中该开关元件为二极管。
6.如权利要求1所述的感测装置，其中所述第二电极耦接至该控制电路。
7.如权利要求1所述的感测装置，还包括：
读出电路，用以测量该第一感测电压。
8.如权利要求7所述的感测装置，其中该读出电路包括：
多个放大器，该第一感测电压经由所述放大器其中之一放大为第二感测电压；以及
复用器，用以从所述放大器中选择性地输出该第二感测电压至该控制电路。
9.如权利要求7所述的感测装置，其中该读出电路包括：
复用器，用以从所述第二电极中选择性地输出该第一感测电压；以及
放大器，用以放大该第一感测电压为第二感测电压，并输出至该控制电路。
10.如权利要求7所述的感测装置，其中该读出电路包括：
多个放大器，该第一感测电压经由所述放大器其中之一放大为第二感测电压，并输出至该控制电路。
11.如权利要求1所述的感测装置，其中该读出电路整合于该第二电极扫描驱动电路。
12.如权利要求11所述的感测装置，还包括一切换装置，耦接于所述第二电极与该第二电极扫描驱动电路之间。
13.如权利要求11所述的感测装置，其中该切换装置包括多个开关，各所述开关用以选择性地将对应的第二电极电连接至该第二电极扫描驱动电路或接地端。
14.如权利要求1所述的感测装置，还包括：
缓冲放大器，用以提高驱动该感测元件阵列的驱动电流。
15.如权利要求14所述的感测装置，其中该缓冲放大器整合于该第一电极扫描驱动电路。
16.如权利要求14所述的感测装置，其中该第一电极扫描驱动电路及该第二电极扫描驱动电路整合于该控制电路。
17.一种感测装置的扫描驱动方法，包括：
依序扫描驱动多条第一电极，被驱动的第一电极被设定为高电平输出状态，而未被驱动的第一电极被设定为低电平输出状态或接地状态；
依序扫描驱动多条第二电极，被驱动的第二电极呈现为高阻抗输入状态，而未被驱动的第二电极被设定为低电平输出状态或接地状态；以及
当位于所述第一电极与所述第二电极之间的感测元件阵列被施力触摸后，输出至少一第一感测电压。
18.如权利要求17所述的扫描驱动方法，还包括：
测量该第一感测电压。
19.如权利要求17所述的扫描驱动方法，还包括：
放大该第一感测电压为第二感测电压。
20.如权利要求17所述的扫描驱动方法，还包括：
提高驱动该感测元件阵列的驱动电流。
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