CN101996008A - 电容式触控板的控制电路与方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

一种电容式触控板的控制电路，所述电容式触控板具有第一迹线及其邻近的第二迹线，其特征在于所述控制电路包括：调变器提供同相的第一信号及第二信号；多任务器耦接所述电容式触控板及所述调变器，将所述第一信号施加予所述第一迹线而产生调变信号，以及将所述第二信号施加予所述第二迹线；参考信号调变器提供与所述调变信号同相的参考信号；以及解调器耦接所述多任务器以及所述参考信号调变器，以所述参考信号解调所述调变信号，产生第一解调信号以及第二解调信号。

Description

电容式触控板的控制电路与方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种电容式触控板，具体地说，是一种电容式触控板的控制电路与方法及其应用。
背景技术
为实现电容式触控板，一般以印刷电路板、玻璃或塑料薄膜为基底，在其上印刷金属、铟锡氧化物导电薄膜或其它材质的图案做为感应器。依照应用的不同，感应器的形状及大小亦不相同。铁笔或手指等导体接触触控板时，会在感应器上造成电容变化，控制电路检测感应器的电容变化量，以获得使用者输入的信息，据以进行触控控制。因此，已知技术藉由增大因导体接触造成的电容变化量(ΔC)来提高触控板的效能。例如美国专利号5920309以互为反相的电流信号对相邻的感应器充放电，藉由差动方式增加电容变化量，提升触控板的效能。
然而，除了电容变化量之外，电容式触控板的效能亦与其基本电容(CBASE)相关。当基本电容较高时，电容变化量变得不明显，感应不易，因此效能降低。换言之，电容式触控板的效能正比于ΔC/CBASE。已知的差动检测方式虽然提高了电容变化量，却同时增加了相邻感应器之间的寄生电容，造成电容式触控板的基本电容增大，因此效能改善的程度有限。
对此，发明人于台湾专利申请案号第097142063号(美国专利申请号12/379,573)提出一种单端模式的电容检测电路及方法，如图1所示，电容式触控板10上具有多个感应器12，纵向的感应器12组成迹线(trace)X1、X2、…、Xm，横向的感应器12组成迹线Y1、Y2、…、Ym，调变器16提供的电流信号Imod1和Imod2具有相同的相位，藉由模拟多任务器14施加至选择的迹线，调变成信号mux1及mux2，解调器18以直流电压的参考信号Mux_Vref解调信号mux1，产生信号ppeak和npeak提供给电压转换电路20，在电压转换电路20中，信号减法器22将信号ppeak和npeak调整成相同的准位，再经增益电路24放大后提供给模拟转数字(A/D)转换电路26，以获得电容式触控板10上的电容变化信息。增益电路24一般为电压转电流(V to I)的信号放大器。
为进一步改善电容式触控板的效能，本发明提出一种单端检测电容式触控板的控制电路与方法及其应用，以不同的调变及解调方法来减少电路复杂度，达到更广的检测范围和更大的电容介质厚度。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种电容式触控板的控制电路。
本发明的另一目的，在于提出一种电容式触控板的控制方法。
本发明的又一目的，在于提出一种电容式触控板模块。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种电容式触控板的控制电路，所述电容式触控板具有第一迹线及其邻近的第二迹线，其特征在于所述控制电路包括：
调变器提供同相的第一信号及第二信号；
多任务器耦接所述电容式触控板及所述调变器，将所述第一信号施加予所述第一迹线而产生调变信号，以及将所述第二信号施加予所述第二迹线；
参考信号调变器提供与所述调变信号同相的参考信号；以及
解调器耦接所述多任务器以及所述参考信号调变器，以所述参考信号解调所述调变信号，产生第一解调信号以及第二解调信号。
本发明的电容式触控板的控制电路还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的控制电路，其中所述参考信号使所述第一解调信号以及所述第二解调信号的电位相等。
前述的控制电路，其中更包括电压处理电路连接所述解调器，根据所述第一解调信号及所述第二解调信号转换获得所述第一迹线的电容变化量。
前述的控制电路，其中所述电压处理电路包括增益电路直接连接所述解调器。
前述的控制电路，其中所述参考信号调变器包括：
第一电流源，与第一开关串联在输入端和输出端之间；
第二电流源，与第二开关串联在输出端及接地端之间；以及
参考电容，连接在所述输出端与所述接地端之间；
其中，所述第一开关及所述第二开关受控切换以供应电流对所述参考电容充电，在所述输出端产生所述参考信号。
前述的控制电路，其中更包括摆动控制器决定对所述参考电容充放电的三角波。
一种电容式触控板的控制方法，所述电容式触控板具有第一迹线及其邻近的第二迹线，其特征在于所述控制方法包括：
提供同相的第一信号及第二信号；
将所述第一信号施加予所述第一迹线而产生调变信号，以及将所述第二信号施加予所述第二迹线；
提供与所述调变信号同相的参考信号；以及
以所述参考信号解调所述调变信号，产生第一解调信号以及第二解调信号。
前述的控制方法，其中以所述参考信号解调所述调变信号，产生第一解调信号以及第二解调信号的步骤包括以所述参考信号使所述第一解调信号及所述第二解调信号的电位相等。
前述的控制方法，其中更包括根据所述第一解调信号以及所述第二解调信号获得所述第一迹线的电容变化量。
前述的控制方法，其中根据所述第一解调信号及所述第二解调信号获得所述第一迹线的电容变化量的步骤包括直接放大所述第一解调信号及所述第二解调信号。
前述的控制方法，其中提供与所述调变信号同相的参考信号的步骤包括对参考电容充放电以产生所述参考信号。
前述的控制方法，其中更包括以摆动控制器决定对所述参考电容充放电的三角波。
一种电容式触控板模块，其特征在于包括：
电容式触控板具有第一迹线及其邻近的第二迹线；
调变器提供同相的第一信号及第二信号；
多任务器耦接所述电容式触控板及所述调变器，将所述第一信号施加予所述第一迹线而产生调变信号，以及将所述第二信号施加予所述第二迹线；
参考信号调变器提供与所述调变信号同相的参考信号；以及
解调器耦接所述多任务器以及所述参考信号调变器，以所述参考信号解调所述调变信号，产生第一解调信号以及第二解调信号。
前述的电容式触控板模块，其中所述第一迹线包括复数个串联的第一感应器。
前述的电容式触控板模块，其中所述第二迹线包括复数个串联的第二感应器。
前述的电容式触控板模块，其中所述参考信号使所述第一解调信号以及所述第二解调信号的电位相等。
前述的电容式触控板模块，其中更包括电压处理电路连接所述解调器，根据所述第一解调信号及所述第二解调信号转换获得所述第一迹线的电容变化量。
前述的电容式触控板模块，其中所述电压处理电路包括增益电路直接连接所述解调器。
前述的电容式触控板模块，其中所述参考信号调变器包括：
第一电流源，与第一开关串联在输入端和输出端之间；
第二电流源，与第二开关串联在输出端及接地端之间；以及
参考电容，连接在所述输出端与所述接地端之间；
其中，所述第一开关及所述第二开关受控切换，供应电流对所述参考电容充放电而在所述输出端产生所述参考信号。
前述的电容式触控板模块，其中更包括摆动控制器决定对所述参考电容充放电的三角波。
采用上述技术方案后，本发明的电容式触控板的控制电路与方法及其应用具有降低所述电容式触控板的基本电容，增加感应量，并提供屏蔽效果，降低噪声干扰，同时达到简化电路效果，提升所述电容式触控板的效能的优点。
附图说明
图1是已知单端检测电容式触控板模块的示意图；
图2是根据本发明的单端检测电容式触控板模块一实施例的示意图；
图3是图2中的调变及解调变电路的示意图；
图4是参考信号调变器一实施例的示意图；
图5为已知差动模式解调器以全波解调产生的三角波信号pp和np的波形图；
图6为已知单端模式解调器以半波解调产生的半波信号pp和np的波形图；
图7是图2的单端检测调变时序图；
图8是图2的单端检测解调的时序图；
图9是以PGA放大解调信号的示意图；
图10是以多边形波实现本发明的调变及解调的时序图；
图11是以方波实现本发明的调变及解调的时序图；
图12是以另一种不规则波形实现本发明的调变及解调的时序图；
图13是应用本发明的第二实施例的示意图；
图14是图13的实施例中寄生电容的示意图：
图15是应用本发明的第三实施例的示意图；
图16是应用本发明的第四实施例的示意图；
图17是将本发明应用在Y方向感应器上的实施例示意图；
图18及图19示出出常见的电容感应器；以及
图20是本发明应用于一维感应器的示意图。
图中，10、电容式触控板12、感应器14、模拟多任务器16、调变器18、解调器20、电压转换电路22、信号减法器24、信号放大器26、模拟转数字转换电路28、参考信号调变器30、解调器32、电压转换电路34、电流源36、电流源38、电流源40、电流源42、电流源44、电流源46、低通滤波电路50、虚线52、可程序化增益放大器54、X方向感应器56、Y方向感应器58、X方向感应器60、Y方向感应器62、感应器64、感应器66、感应器。
具体实施方式
以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。
现请参阅图2，图2是根据本发明一实施例的示意图。如图所示，电容式触控板10一般为玻璃材质、塑料薄膜或印刷电路板，其上分布有复数个以金属、铟锡氧化物导电薄膜或其它材质的图案设置的感应器12，这些感应器12组成X方向迹线X1～Xm和Y方向迹线Y1～Ym。调变器16提供的电流信号Imod1和Imod2透过模拟多任务器14施加至选择的迹线，调变产生调变信号mux1及mux2，参考信号调变器28调变产生参考信号mux_ref，解调器30以参考信号mux_ref解调信号mux1，输出信号ppeak和npeak给电压转换电路32。
图3绘示图2中的调变/解调电路，解调器16包括电流源34、36、38和40以及开关M0、M1、M2和M3，开关M0、M1、M2和M3受控切换以供应电流Imod1和Imod2对电容C1和C2充放电，因而产生调变信号mux1和mux2。电容C1和C2表示透过模拟多任务器14接受施加电流Imod1和Imod2的第一迹线和第二迹线的电容值。参考信号调变器28由电流源42、44和开关M4、M5组成，开关M4、M5受控切换以供应电流Imod_ref对电容Cref1充放电而调变产生参考信号mux_ref。解调器30以参考信号mux_ref解调信号mux1，开关A1、A2、B1和B2受控切换产生解调信号pp和np，经低通滤波电路46整流成电压信号ppeak和npeak。调节电流源34、36、38、40和电流源42、44可使产生的信号ppeak和npeak等电位，因此解调器30不再需要减法器，即可将信号ppeak和npeak提供给增益电路24进行后续的信号转换，因此简化了电路。
图4是参考信号调变器28的另一实施例，除调变电流源42、44、调变切换开关M4、M5及参考电容Cref1外，还包括摆动控制器48。本实施例藉由对参考电容Cref1同步充电/放电产生与感应器端同相位的三角波，所述三角波的摆动大小由数字的摆动控制器48控制，经由调校(calibration)后，信号mux1的摆动可与参考信号mux_ref相同。
图5是已知差动模式解调器以全波解调产生的三角波信号pp和np的波形图，信号pp和np经过低通滤波器后产生电压信号ppeak及npeak，而ppeak及npeak之间会有压差ΔV，因此还需要信号减法器22将压差减去ΔV才能进入下一级的信号放大器24。
图6是已知单端模式解调器以半波解调产生的半波信号pp和np的波形图，半波信号pp和np经过低通滤波器后产生电压信号ppeak及npeak，而ppeak及npeak之间亦存在压差ΔV，因此也需要信号减法器22将压差ΔV减去，才能进入下一级的信号放大器24。
图7是图2的实施例的单端检测调变的时序图。参照图3及图7，开关M0、M1、M2和M3受控切换而供应电流Imod1和Imod2分别对电容C1和C2充放电，调变产生三角波的电压信号mux1和mux2。电流Imod_ref系藉由切换开关M4、M5产生，对参考电容Cref1充放电而产生参考信号mux_ref。在本实施例中，调变信号mux1、mux2和参考信号mux_ref为具有相同相位的三角波。当有手指或导体接触电容式触控板10时，信号mux1的波形将出现变动，如虚线50所示。
图8是图2的实施例的单端检测解调的时序图。参照图3及图8，脉波A和B控制开关A1、A2、B1和B2的切换，使解调器30以信号mux1和参考信号mux_ref解调出信号pp与np。信号mux1的三角波经解调后分别成为信号pp的上半波以及信号np的下半波，二者加上参考信号mux_ref形成一全波整流。经调校后，信号mux1与mux_ref的摆动可以十分接近甚至相等，因此，经过低通滤波电路46产生的电压信号ppeak及npeak的电位得以接近或相等，不需再经信号减法器调整电压信号ppeak及npeak之间的压差，即可直接进入下一级的信号放大器24。当导体或手指接触电容式触控板10时，信号mux1会产生变化，由于信号pp和np都具有部份的信号mux1，其电压也会随之产生变化，如图8中的虚线所示，滤波产生的信号ppeak和npeak亦因而改变，出现ΔV2的电压差。
除使用电压转电流的信号放大器24外，亦可如图9所示，通过可程序化增益放大器(Programmable Gain Amplifier；PGA)52将电压信号ppeak、npeak放大，再解析出信号。
本发明提出的调变/解调方式不再局限于以三角波充电/放电。例如在调变器中设置不同大小的电流源，以不同大小的电流对迹线充放电而产生如图10所示的多边形信号mux1和mux2，再辅以同相的参考信号mux_ref，解调出波形近似的信号pp和np，信号pp和np经过低通滤波器46滤波后，仍可呈现两个电位相等且近似直流电压的信号ppeak及npeak。以图10所示的波形进行检测和解调时，取得的电容值为图中斜线区域的积分，因此其测得的电容变化值可以比三角波检测的更为明显，提供更广的检测范围或更大的电容介质厚度。
图11及图12分别绘示其它型式调变/解调变的波形图，产生这些波形的技术为已知技术，因此不再详述。当使用各种不同的波形做为mux1和mux2，只要提供具有相同相位的参考信号进行解调，仍可获得电位相等的直流电压信号ppeak及npeak。
将本发明应用于电容式触控板时，如图13所示，可以将第一信号Imod1提供给第一迹线Xn调变产生信号mux1，同时将与第一信号Imod1同相的第二信号Imod2提供给与第一迹线Xn相邻的第二迹线Xn+1和Xn-1。如图14所示，由于使用同相的调变频率做调变，产生的信号mux1、mux2为同相，其中只有第一迹线Xn的信号mux1是真正接受解调的信号，与第一迹线Xn相邻的第二迹线Xn+1和Xn-1的信号mux2则有如交流的屏蔽(shielding)信号一般，不但避免信号mux 1受噪声干扰，同时减少迹线Xn-1、Xn和Xn+1之间的电位差，因此降低第一迹线Xn与第二迹线群Xn+1和Xn-1之间的寄生电容Cp1和Cp2，换言之，降低了基本电容。
图15是应用本发明的第三实施例的示意图。参照图2及图15，当欲扫描迹线Xn时，模拟多任务器14以电流Imod1对迹线Xn充放电而产生信号mux1，同时以电流Imod2对迹线Xn两侧的多条迹线Xn-j～Xn-1以及Xn+1～Xn+i充放电而产生信号mux2，同样改善相邻迹线之间的寄生电容，并提供更好的屏蔽效果。
图16是应用本发明的第四实施例的示意图，一次扫描多条迹线Xn～Xn+b，在以电流Imod1对迹线Xn～Xn+b充、放电而产生信号mux1的同时，将与电流Imod1同相的电流Imod2提供给迹线Xn-j～Xn-1及迹线Xn+b+1～Xn+b+i，产生电压信号mux2，以利检测迹线Xn～Xn+b的电容变化。
图17是应用本发明于Y方向迹线的示意图，迹线Yn～Yn+b调变产生信号mux1，同时，于迹线Yn～Yn+b两侧的迹线Yn-j～Yn-1以及迹线Yn+b+1～Yn+b+i调变产生信号mux2。
本发明提出的控制电路及方法不受感应器形状及尺寸的限制。图18及图19是常见的电容感应器。图18中，X方向感应器54为多边形，Y方向感应器56为菱形。图19中，X方向感应器58和Y方向感应器60皆为菱形，其中，X方向感应器58之间以桥接线(图中未示)互相连接，而Y方向感应器60则直接相连。在其它实施例中，单位电容感应器可以是圆形或其它形状，亦可针对面积做挖空调整。
图20是本发明应用于一维感应器的示意图。在以信号mux1检测感应器64的电容变化的同时，对感应器64相邻两侧的感应器62及66充、放电以调变产生同相信号mux2，减低感应器64与感应器62、66之间的寄生电容并降低噪声干扰。
本发明提出的电容式触控板的控制电路及方法，藉由提供同相信号降低相邻导体之间的寄生电容，减少触控板的基本电容以提升感应量，再配合调变/解调变波形，可以提供更广的检测范围和更大的电容介质厚度，进一步提升电容式触控板的效能。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

Claims (20)

1.一种电容式触控板的控制电路，所述电容式触控板具有第一迹线及其邻近的第二迹线，其特征在于所述控制电路包括：
调变器提供同相的第一信号及第二信号；
多任务器耦接所述电容式触控板及所述调变器，将所述第一信号施加予所述第一迹线而产生调变信号，以及将所述第二信号施加予所述第二迹线；
参考信号调变器提供与所述调变信号同相的参考信号；以及
解调器耦接所述多任务器以及所述参考信号调变器，以所述参考信号解调所述调变信号，产生第一解调信号以及第二解调信号。
2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述参考信号使所述第一解调信号以及所述第二解调信号的电位相等。
3.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，更包括电压处理电路连接所述解调器，根据所述第一解调信号及所述第二解调信号转换获得所述第一迹线的电容变化量。
4.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述电压处理电路包括增益电路直接连接所述解调器。
5.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述参考信号调变器包括：
第一电流源，与第一开关串联在输入端和输出端之间；
第二电流源，与第二开关串联在输出端及接地端之间；以及
参考电容，连接在所述输出端与所述接地端之间；
其中，所述第一开关及所述第二开关受控切换以供应电流对所述参考电容充电，在所述输出端产生所述参考信号。
6.如权利要求5所述的控制电路，其特征在于，更包括摆动控制器决定对所述参考电容充放电的三角波。
7.一种电容式触控板的控制方法，所述电容式触控板具有第一迹线及其邻近的第二迹线，其特征在于所述控制方法包括：
提供同相的第一信号及第二信号；
将所述第一信号施加予所述第一迹线而产生调变信号，以及将所述第二信号施加予所述第二迹线；
提供与所述调变信号同相的参考信号；以及
以所述参考信号解调所述调变信号，产生第一解调信号以及第二解调信号。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，以所述参考信号解调所述调变信号，产生第一解调信号以及第二解调信号的步骤包括以所述参考信号使所述第一解调信号及所述第二解调信号的电位相等。
9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，更包括根据所述第一解调信号以及所述第二解调信号获得所述第一迹线的电容变化量。
10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，根据所述第一解调信号及所述第二解调信号获得所述第一迹线的电容变化量的步骤包括直接放大所述第一解调信号及所述第二解调信号。
11.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，提供与所述调变信号同相的参考信号的步骤包括对参考电容充放电以产生所述参考信号。
12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，更包括以摆动控制器决定对所述参考电容充放电的三角波。
13.一种电容式触控板模块，其特征在于包括：
电容式触控板具有第一迹线及其邻近的第二迹线；
调变器提供同相的第一信号及第二信号；
多任务器耦接所述电容式触控板及所述调变器，将所述第一信号施加予所述第一迹线而产生调变信号，以及将所述第二信号施加予所述第二迹线；
参考信号调变器提供与所述调变信号同相的参考信号；以及
解调器耦接所述多任务器以及所述参考信号调变器，以所述参考信号解调所述调变信号，产生第一解调信号以及第二解调信号。
14.如权利要求13所述的电容式触控板模块，其特征在于，所述第一迹线包括复数个串联的第一感应器。
15.如权利要求13所述的电容式触控板模块，其特征在于，所述第二迹线包括复数个串联的第二感应器。
16.如权利要求13所述的电容式触控板模块，其特征在于，所述参考信号使所述第一解调信号以及所述第二解调信号的电位相等。
17.如权利要求13所述的电容式触控板模块，其特征在于，更包括电压处理电路连接所述解调器，根据所述第一解调信号及所述第二解调信号转换获得所述第一迹线的电容变化量。
18.如权利要求17所述的电容式触控板模块，其特征在于，所述电压处理电路包括增益电路直接连接所述解调器。
19.如权利要求13所述的电容式触控板模块，其特征在于，所述参考信号调变器包括：
第一电流源，与第一开关串联在输入端和输出端之间；
第二电流源，与第二开关串联在输出端及接地端之间；以及
参考电容，连接在所述输出端与所述接地端之间；
其中，所述第一开关及所述第二开关受控切换，供应电流对所述参考电容充放电而在所述输出端产生所述参考信号。
20.如权利要求19所述的电容式触控板模块，其特征在于，更包括摆动控制器决定对所述参考电容充放电的三角波。
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