CN101770320B - 差动侦测电容式触控的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种差动侦测电容式触控的系统。一侦测电路用以侦测电容式触控面板的n条导线的感应电容，并产生相对应的n个感应信号。一组减法器用以对n个感应信号进行两两相减，进而产生n-1个的差动信号。一组可编程增益放大器用以对该n-1个的差动信号进行放大，进而产生n-1个放大差动信号。一模拟数字转换器用以将该n-1个放大差动信号转换为n-1个数字差动信号。一解调变装置用以将该n-1个数字差动信号解调变为n个数字信号。同时，本发明还提供了一种差动侦测电容式触控的方法，采用该方法和装置能够避免共同噪声被可编程增益放大器放大，提高接触点坐标判断的准确度。

Description

差动侦测电容式触控的方法及系统

技术领域

本发明涉及触控面板技术领域，尤指一种差动侦测电容式触控的方法及系统。

背景技术

现代消费性电子装置多配备触控板作为其输入装置之一。为符合轻、薄、短、小等需求，触控板也多与面板整合成为触控面板，用以方便使用者输入。触控板根据感测原理的不同可分为电阻式、电容式、音波式、及光学式等四种。

触控面板的技术原理是当手指或其他介质接触到触控面板时，依据不同感应方式，侦测电压、电流、声波或红外线等，进而测出触控点的坐标。例如电阻式即为利用上、下电极间的电位差，用以计算施压点位置从而检测出触控点所在。电容式触控面板是利用排列的透明电极与人体之间的静电感应所产生的电容变化，从所产生电流或电压来检测触控点的坐标。

图1为现有电容式触控面板的驱动示意图，其用于驱动一n×m触控面板，其中，n，m为大于1的整数。如图1所示，一驱动电路(图未示)依序在一个方向的导线X1，X2，X3，...上产生驱动信号Vy，经由导线X1，X2，X3，...及导线Y1，Y2，Y3，...之间的互感电容Cm(mutual capacitance)，耦合电荷进入导线Y1，Y2，Y3，...。侦测电路110由n个感测电路(图未示)通过量测电荷，进而产生电压信号V(1)，V(2)，V(3)，...，V(n)。

当没有接地导体或手指靠近触控面板时，互感电容Cm的大小为Cm0。当有接地导体或手指靠近触控面板时，会干扰导线X1，X2，X3，...及导线Y1，Y2，Y3，...之间的电力线，进而会影响互感电容Cm的大小(假设接触时大小为Cm1)。侦测电路110通过互感电容Cm的变化而量测电荷，进而产生电压信号V(1)，V(2)，V(3)，...，V(n)。

可编程增益放大器120将电压信号V(1)，V(2)，V(3)，...，V(n)放大至模拟数字转换器130的输入范围，而产生电压信号Va(1)，Va(2)，Va(3)，...，Va(n)。模拟数字转换器130则将电压信号Va(1)～Va(n)转换成数字信号D(1)～D(n)。

偏移装置140调整D(1)～D(n)的偏移量，调整后的D(1)～D(n)写入帧缓冲器150中，成为导线X1的相关信息。驱动电路依序在导线X2，X3，...上产生驱动信号Vy，并重复以上的动作，得到每一条导线X2，X3，...的相关信息。

当凑齐整个帧缓冲器150中的信息后，经由坐标判断装置160判断是否有导体或手指触碰面板导致耦合电荷量改变而造成D(1)-K～D(n)-K的改变，若判断有改变，则进行坐标计算进而产生接触点坐标。

当导体或手指靠近或触碰面板时，互感电容Cm的变化量非常小，因而容易受受到外来的共同噪声(Common noise)的影响，共同噪声经由可编程增益放大器120放大后，则降低整个系统的信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR)，因而偏移装置140输出的信号D(1)-K～D(n)-K会因具有较多噪声而有抖动现象，进而造成坐标判断装置160所产生接触点坐标的不稳定，甚至不正确。因此，现有侦测电容式触控面板的技术，仍有改善的空间。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种差动侦测电容式触控的方法及系统，以降低共同噪声(Common Noise)的影响，并获得最佳的信噪比，进而提高接触点坐标的准确度。

本发明提出一种差动侦测电容式触控的系统，该系统应用于电容式触控面板，所述电容式触控面板具有分布在第一方向的n条导线及分布在第二方向的m条导线，n，m为大于1的整数，位于所述第一方向的导线与位于第二方向的导线之间的相迭处分别形成感应电容，所述第一方向垂直于所述第二方向，该系统包含：一侦测电路，其具有n个输入端，用以侦测该电容式触控面板中分布在所述第一方向的n条导体线的所述感应电容，并产生相对应的n个感应信号；一组减法器，连接至所述侦测电路，其具有n-1个减法器，用以分别对所述侦测电路输出的对应于邻近两条导线的感应信号进行两两相减，进而产生n-1个差动信号；一组可编程增益放大器，连接至所述减法器，以对所述n-1个差动信号进行放大，进而产生n-1个放大差动信号；一模拟数字转换器，连接至所述可编程增益放大器，以将所述n-1个放大差动信号转换为n-1个数字差动信号；以及一解调变装置，连接至所述模拟数字转换器，用以将所述n-1个数字差动信号解调变为n个数字信号。

本发明还提出一种差动侦测电容式触控的方法，该方法应用于电容式触控面板，其用以侦测一接地导体是否触碰所述电容式触控面板，所述电容式触控面板在第一方向有n条导线，以及在第二方向有m条导线，n，m为大于1的整数，所述第一方向导线与第二方向导线之间的相迭处分别形成感应电容，所述第一方向垂直于所述第二方向，该方法包含：(A)使用一侦测电路用以侦测该电容式触控面板分布在所述第一方向的n条导线的所述感应电容，进而产生相对应的n个感应信号；(B)使用一组减法器用以分别对所述侦测电路输出的对应于邻近2条导线的感应信号进行两两相减，以产生n-1个差动信号；(C)使用一组可编程增益放大器，用以对所述n-1个的差动信号进行放大，进而产生n-1个放大差动信号；(D)使用一模拟数字转换器，用以将所述n-1个放大差动信号转换为n-1个数字差动信号；以及(E)使用一解调变装置，以将所述n-1个数字差动信号解调变为n个数字信号。

可见，根据本发明所提供的技术方案，本发明在模拟电路之前采用差动相减架构，用以侦测在第一方向上所有相邻2条导线的信号差值，以降低共同噪声(Common Noise)，并提升信噪比(SNR)，进而提高接触点坐标判断的准确度。

附图说明

图1为现有电容式触控面板的驱动示意图。

图2为本发明一种差动侦测电容式触控的系统的结构图。

图3为本发明中解调变装置250的运作示意图。

图4为本发明一种差动侦测电容式触控的方法的流程图。

【主要元件符号说明】

侦测电路110                可编程增益放大器120

模拟数字转换器130          偏移装置140

帧缓冲器150                坐标判断装置160

侦测电路210                减法器220

可编程增益放大器230        模拟数字转换器240

解调变装置250              偏移装置260

帧缓冲器270                坐标判断装置280

电容式触控面板290

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案作进一步地详细说明。

图2为本发明一种差动侦测电容式触控的系统的结构图，该解调变系统包含：一侦测电路210、一组减法器220、一组可编程增益放大器230、一模拟数字转换器240、一解调变装置250、一偏移装置260、一帧缓冲器270、及一坐标判断装置280。

该侦测电路210具有n个输入端，用以侦测电容式触控面板290的n条导线的感应电容，进而产生相对应的n个感应信号。

在本发明中，该感应信号可为感应电压或感应电流，为方便说明，在本实施例中以感应电压为例，该侦测电路210产生相对应的n个感应电压V(1)～V(n)。

如图2所示，该电容式触控面板290的n条导线分布在第一方向，该电容式触控面板290在第二方向还有m条导线，该第一方向导线与第二方向导线之间的相迭处形成感应电容Cm，其中，第一方向垂直于第二方向，m为大于1的整数，n为大于1的整数；

该组减法器220连接至该侦测电路210，其具有n-1个减法器，用以对该侦测电路输出的邻近两条导线之感应电压进行两两相减，进而产生n-1个的差动信号。

在本发明中，该差动信号可为差动电压或差动电流，为方便说明，在本实施例中以差动电压为例，该组减法器220产生相对应的n-1个差动电压V(2)-V(1)，V(3)-V(2)，...，V(n)-V(n-1)。该n-1个减法器较佳为模拟减法器，并且可为差动放大器(Differential Amplifier)。

其中，第i个类比减法器接收第i+1个感应电压V(i+1)及一第i个感应电压V(i)，并将该第i+1个感应电压V(i+1)减去该第i个感应电压V(i)，而产生一第i个差动电压V(i+1)-V(i)，当中，i＝1，2，3，...，n-1。

该组可编程增益放大器230连接至该组减法器220，用以对该n-1个的差动电压V(2)-V(1)，V(3)-V(2)，...，V(n)-V(n-1)进行放大，进而产生n-1个放大差动信号。在本发明中，该放大差动信号可为放大差动电压或放大差动电流，为方便说明，于本实施例中以放大差动电压为例，该组可编程增益放大器230产生相对应的n-1个放大差动电压Va(2)-Va(1)，Va(3)-Va(2)，...，Va(n)-Va(n-1)，其中，该n-1个放大差动电压符合模拟数字转换器240的输入范围，用以降低模拟数字转换时的量化误差(Quantization Error)。

在本发明中，该组减法器220系在该组可编程增益放大器230之前将该电容式触控面板的n条导线的共同噪声(Common noise)移除，进而避免该共同噪声被该组可编程增益放大器放大，由此降低共同噪声的影响，并获得最佳的信噪比，进而提高接触点坐标的准确度。

该模拟数字转换器240连接至该组可编程增益放大器230，以将该n-1个放大差动电压Va(2)-Va(1)，Va(3)-Va(2)，...，Va(n)-Va(n-1)转换为n-1个数字差动信号D(2)-D(1)，D(3)-D(2)，...，D(n)-D(n-1)。

该解调变装置250连接至该模拟数字转换器240，将该n-1个数字差动信号D(2)-D(1)，D(3)-D(2)，...，D(n)-D(n-1)解调变为n个数字信号D(1)-D(1)，D(2)-D(1)，...，D(n)-D(1)。

图3为本发明中解调变装置250的运作示意图。其输入端接收n-1个数字差动信号D(2)-D(1)，D(3)-D(2)，...，D(n)-D(n-1)，该解调变装置250直接输出D(1)-D(1)、D(2)-D(1)为第1个数字信号及第2个数字信号。

该解调变装置250并将第2个数字差动信号D(3)-D(2)与第1个数字差动信号D(2)-D(1)相加，而产生第3个数字信号D(3)-D(1)。再将第3个数字信号D(3)-D(1)与第3个数字差动信号D(4)-D(3)相加，而产生第4个数字信号D(4)-D(1)，依次类推，不再予以赘述。

也就是说，该解调变装置250将第i个数字差动信号与第i个数字信号相加，而产生第i+1个数字信号，当中，i＝2，3，...，n-1。

该偏移装置260连接至该解调变装置250，用以将该n个数字信号进行偏移调整，进而产生n个偏移信号。

该侦测电路110侦测互感电容Cm的变化，互感电容Cm的变化为相对值，故该偏移装置260对该n个数字信号加上一程控固定值K，而产生n个偏移信号。当程控固定值K为D(1)时，该n个偏移信号为D(1)-K，D(2)-K，...，D(n)-K。在其他实施例中，程控固定值K可为D(1)，D(2)，...，D(n)中的最小值，即K＝min{D(1)，D(2)，...，D(n)}。

本发明中，依次驱动该电容式触控面板290的m条导线X1，X2，...，Xm，并依次储存导线X1，X2，...，Xm对应的n个偏移信号。故该帧缓冲器270连接至该偏移装置260，以暂存该偏移装置依序输出的m组n个偏移信号。

该坐标判断装置280连接至该帧缓冲器270，依据该m×n个偏移信号的变化，以判断是否有接地导体触碰该电容式触控面板。

图4为本发明一种差动侦测电容式触控的方法的流程图，并请参照图2所示的差动侦测电容式触控的系统的结构图，该解调变方法用以侦测一物件是否触碰该电容式触控面板290，该电容式触控面板290在第一方向有n条导线，在第二方向有m条导线，该第一方向导体线与第二方向导体线之间的相迭处形成感应电容，第一方向垂直于第二方向。

首先在步骤S410中，使用一侦测电路210以侦测一电容式触控面板290之n条导体线的感应电容，并产生相对应的n个感应信号V(1)～V(n)。

在步骤S420中，使用一组减法器220以对该侦测电路输出的邻近2条导体线之感应信号两两相减，进而产生n-1个的差动信号V(2)-V(1)，V(3)-V(2)，...，V(n)-V(n-1)。其中，第i个类比减法器接收一第i+1个感应信号V(i+1)及一第i个感应信号V(i)，并将该第i+1个感应信号V(i+1)减去该第i个感应信号V(i)，进而产生一第i个差动信号V(i+1)-V(i)，当中其中，i＝1，2，3，...，n-1。

在步骤S430中，使用一组可编程增益放大器230，以对该n-1个的差动信号V(2)-V(1)，V(3)-V(2)，...，V(n)-V(n-1)进行放大，进而产生n-1个放大差动信号Va(2)-Va(1)，Va(3)-Va(2)，...，Va(n)-Va(n-1)。

本发明在步骤S420中先将n条线的邻近2条导线的感应信号两两相减，用以将共同噪声(common noise)移除，以避免该共同噪声在步骤S430中被放大。

在步骤S440中，使用一模拟数字转换器240，以将该n-1个放大差动信号Va(2)-Va(1)，Va(3)-Va(2)，...，Va(n)-Va(n-1)转换为n-1个数字差动信号D(2)-D(1)，D(3)-D(2)，...，D(n)-D(n-1)。

在步骤S450中，使用一解调变装置250，以将该n-1个数字差动信号D(2)-D(1)，D(3)-D(2)，...，D(n)-D(n-1)解调变为n个数字信号D(1)-D(1)，D(2)-D(1)，...，D(n)-D(1)。

该解调变装置250并将第2个数字差动信号D(3)-D(2)与第1个数字差动信号D(2)-D(1)相加，而产生第3个数字信号D(3)-D(1)。再将第3个数字信号D(3)-D(1)与第3个数字差动信号D(4)-D(3)相加，而产生第4个数字信号D(4)-D(1)，依次类推，不再予以赘述。也就是说，该解调变装置250将第i个数字差动信号与第i个数字信号相加，而产生第i+1个数字信号，其中，i＝2，3，...，n-1。

在步骤S460中，使用一偏移装置260，以将该n个数字信号进行偏移调整，而产生n个偏移信号。该侦测电路110侦测互感电容Cm的变化，互感电容Cm的变化为相对值，故该偏移装置系对该n个数字信号加上一程控固定值K，而产生n个偏移信号。当程控固定值K为D(1)时，该n个偏移信号为D(1)-K，D(2)-K，...，D(n)-K。在其他实施例中，程控固定值K可为D(1)，D(2)，...，D(n)中的最小值，亦即K＝min{D(1)，D(2)，...，D(n)}。

在步骤S470中，使用一帧缓冲器270，以暂存该偏移装置依序输出m组的n个偏移信号；以及

在步骤S480中，使用一坐标判断装置，依据该m×n个偏移信号的变化，进而判断是否有接地导体触碰该电容式触控面板。

由上述说明可知，本发明在模拟电路的前端采用差动相减架构，用以侦测在第一方向上所有邻近2条导线的信号差值，以降低共同噪声(CommonNoise)，并提升信噪比(SNR)，进而提高接触点坐标判断的准确度。同时依据本发明技术，在第一方向上邻近导线之间的间距可以降低，不必担心因导线靠太近而会同时触摸到两条导线，并避免同时在两条导线产生信号而造成信号相互减除的问题，因此可提升电容式触控面板导线的解析度。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种差动侦测电容式触控的系统，该系统应用于电容式触控面板，所述电容式触控面板具有分布在第一方向的n条导线及分布在第二方向的m条导线，n，m为大于1的整数，位于所述第一方向的导线与位于第二方向的导线之间的相迭处分别形成感应电容，所述第一方向垂直于所述第二方向，其特征在于，该系统包含：

一侦测电路，其具有n个输入端，用以侦测该电容式触控面板中分布在所述第一方向的n条导体线的所述感应电容，并产生相对应的n个感应信号；

一组减法器，连接至所述侦测电路，其具有n-1个减法器，用以分别对所述侦测电路输出的对应于邻近两条导线的感应信号进行两两相减，进而产生n-1个差动信号；

一组可编程增益放大器，连接至所述减法器，以对所述n-1个差动信号进行放大，进而产生n-1个放大差动信号；

一模拟数字转换器，连接至所述可编程增益放大器，以将所述n-1个放大差动信号转换为n-1个数字差动信号；以及

一解调变装置，连接至所述模拟数字转换器，用以将所述n-1个数字差动信号解调变为n个数字信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括：

一偏移装置，连接至所述解调变装置，用以将所述n个数字信号进行偏移调整，进而产生n个偏移信号。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述减法器由n-1个模拟减法器所组成。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第i个模拟减法器用以接收第i+1个感应信号及第i个感应信号，并将第i+1个感应信号减去第i个感应信号，进而产生所述第i个差动信号，其中，i＝1，2，3，...，n-1。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述解调变装置输出：第1个数字信号为零、第2个数字信号为第1个数字差动信号，并将第i个数字差动信号与第i个数字信号相加，而输出第i+1个数字信号，其中，i＝2，3，...，n-1。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述偏移装置对所述n个数字信号分别加上一程控固定值，进而产生所述n个偏移信号。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括：

一帧缓冲器，连接至所述偏移装置，用以暂存该偏移装置依序输出m组的所述n个偏移信号；以及

一坐标判断装置，连接至所述帧缓冲器，依据所述m×n个偏移信号的变化，进而判断是否有接地导体触碰所述电容式触控面板。

8.一种差动侦测电容式触控的方法，该方法应用于电容式触控面板，其用以侦测一接地导体是否触碰所述电容式触控面板，所述电容式触控面板在第一方向有n条导线，以及在第二方向有m条导线，n，m为大于1的整数，所述第一方向导线与第二方向导线之间的相迭处分别形成感应电容，所述第一方向垂直于所述第二方向，其特征在于，该方法包含：

(A)使用一侦测电路用以侦测该电容式触控面板分布在所述第一方向的n条导线的所述感应电容，进而产生相对应的n个感应信号；

(B)使用一组减法器用以分别对所述侦测电路输出的对应于邻近2条导线的感应信号进行两两相减，以产生n-1个差动信号；

(C)使用一组可编程增益放大器，用以对所述n-1个的差动信号进行放大，进而产生n-1个放大差动信号；

(D)使用一模拟数字转换器，用以将所述n-1个放大差动信号转换为n-1个数字差动信号；以及

(E)使用一解调变装置，以将所述n-1个数字差动信号解调变为n个数字信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

(F)使用一偏移装置，以将该n个数字信号进行偏移调整，进而产生n个偏移信号。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述减法器由n-1个模拟减法器所组成。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第i个模拟减法器用以接收第i+1个感应信号及第i个感应信号，并将第i+1个感应信号减去第i个感应信号，进而产生第i个差动信号，其中，i＝1，2，3，...，n-1。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述解调变装置输出：第1个数字信号为零、第2个数字信号为第1个数字差动信号，并将第i个数字差动信号与第i个数字信号相加，而输出第i+1个数字信号，其中，i＝2，3，...，n-1。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述偏移装置对所述n个数字信号加上一程控固定值，而产生n个偏移信号。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

(G)使用一帧缓冲器，用以暂存所述偏移装置依序输出m组的所述n个偏移信号；以及

(H)使用一坐标判断装置，依据所述该m×n个偏移信号的变化，进而判断是否有该接地导体触碰该电容式触控面板。

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