CN101996010A

CN101996010A - 电容式触控板的感测电路及方法

Info

Publication number: CN101996010A
Application number: CN2009101682064A
Authority: CN
Inventors: 黄俊中; 李一书; 杨琇如; 王庆忠; 蔡坤明; 林育辉
Original assignee: Elan Microelectronics Corp
Current assignee: Elan Microelectronics Corp
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2029-08-14
Also published as: CN101996010B

Abstract

一种电容式触控板的感测方法，先对一量测电容充电，接着设定该电容式触控板两感应线之交叉点的交互电容之跨压，之后再将该量测电容上的电荷注入该交互电容，当手指触碰该交叉点时，交互电容的电容值变化，因此注入该交互电容的电荷量也会不同，故侦测该量测电容上的电压可以判断是否有手指触碰该交叉点。本发明的电容式触控板的感测电路及方法具有正确判断出真正触点位置的优点。

Description

电容式触控板的感测电路及方法

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感测电路及方法。

背景技术

由于电容式触控板具有轻薄等优点，因此逐渐取代传统的控键及鼠标等输入装置。图1显示已知的二维电容式控板10，其包括多条X轴感应线(trace)TX1～TX8及多条Y轴感应线TY1～TY6。现行的电容式触控板10的检测多采用测量自身电容(self capacitor)方式，例如，手指触碰在位置12会引起感应线TX8及TY3的电容值改变，因此可以判定手指是在感应线TX8及TY3的交叉点12。然而，这样的方式在多指应用上无法正确辨识手指的位置。例如图2所示的双指触碰，两手指同时触碰在位置20及22会引起感应线TX2、TX4、TY2及TY4的电容值改变，由此电容值的变化判断的触点位置有两种可能性，除了手指20及22真正的位置(TX2，TY4)及(TX4，TY2)之外，会出现两个鬼点在位置(TX2，TY2)及(TX4，TY4)24及26，这使得电容式触控板10无法正确判断出真正的触点位置20及22。

图3显示一种电容式触控板的感测电路30，其中电压源32提供电压Vs至电容式触控板的感应线TXN，开关SW1连接在电容式触控板的感应线TYM及电容CL之间，开关SW2与电容CL并联，开关SW1及SW2控制电容CL的充放电，当开关SW1打开(turn on)而开关SW2关闭(turnoff)时，在感应线TXN及TYM之交叉点的交互电容(mutualcapacitor)Cm将因应电压Vs产生电流

I＝Cm×dVs/dt 公式1

电流I对电容CL充电产生电压VA，模拟数字转换器34将电压VA转为数字信号VD，比较器36比较数字信号VD及临界值TH产生感测信号ST以判断是否有手指触碰感应线TXN及TYM之交叉点。当有手指触碰感应线TXN及TYM之交叉点时，交互电容Cm的电容值上升，根据公式1，交互电容的电容值上升将使电流I上升，因此加快电压VA的上升速度，使得数字信号VD大于临界值。这种利用交互电容Cm的感测方法虽然可以解决多指触碰时鬼点的问题，但是此方法对开关SW1打开的时间有相当严格的要求，当开关SW1打开的时间略长时，可能使数字信号VD大于临界值TH而造成错误的判断，然而，要准确的控制每次开关SW1打开的时间是相当困难的。

因此已知的电容式触控板的感测电路存在着上述种种不便和问题。

发明内容

本发明的目的，在于提出一种电容式触控板的感测电路及方法。

本发明的另一目的，在于提出一种利用交互电容判断触点位置的感测电路及方法。

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感测电路，所述电容式触控板具有一第一感应线及一第二感应线，二者之交叉点具有一交互电容，其特征在于所述感测电路包括：

测量电容，具有一第一端及一第二端，所述测量电容的第一端连接所述第二感应线；

第一开关，连接在一第一电源及所述第一感应线之间；

第二开关，连接在所述第一电源及所述第二感应线之间；

第三开关，连接在所述第一感应线及一第二电源之间；

第四开关，连接在所述测量电容的第二端及第二电源之间；

测量装置，连接所述测量电容，根据所述测量电容上的电压判断所述交叉点是否受到碰触；以及

控制装置，连接所述第一、第二、第三及第四开关，用以切换所述第一、第二、第三及第四开关。

本发明的电容式触控板的感测电路还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的感测电路，其中所述测量装置在所述测量电容上的电压高于一参考电压时，判定所述交叉点被触碰。

前述的感测电路，其中所述测量装置包括比较器比较所述测量电容上的电压及所述参考电压。

前述的感测电路，其中所述控制装置送出致能信号致能所述测量装置。

前述的感测电路，其中所述控制装置在第一操作状态时打开所述第一、第二及第四开关，关闭所述第三开关；在第二操作状态时打开所述第三及第四开关，关闭所述第一及第二开关；在第三操作状态时打开所述第一及第二开关，关闭所述第三及第四开关。

测量电容，具有一第一端及一第二端；

第一开关，连接在一第一电源及所述第一感应线之间；

第二开关，连接在所述第一电源及所述测量电容的第一端之间；

第三开关，连接在所述第一感应线及一第二电源之间；

第四开关，连接在所述测量电容的第二端及所述第二电源之间；

第五开关，连接在所述第一电源及第二感应线之间；

第六开关，连接在所述第二感应线及第二电源之间；

第七开关，连接在所述第二感应线及所述测量电容的第一端之间；

控制装置，连接所述第一、第二、第三、第四、第五、第六及第七开关，用以切换所述第一、第二、第三、第四、第五、第六及第七开关。

前述的感测电路，其中所述控制装置在第一操作状态时打开所述第一、第二、第四及第六开关，关闭所述第三、第五及第七开关；在第二操作状态时打开所述第三、第四及第七开关，关闭所述第一、第二、第五及第六开关；在第三操作状态时打开所述第三及第四开关，关闭所述第一、第二、第五、第六及第七开关。

一种电容式触控板的感测方法，所述电容式触控板具有一第一感应线及一第二感应线，二者之交叉点具有一交互电容，其特征在于所述感测方法包括下列步骤：

(A)对一测量电容充电；

(B)设定所述交互电容的跨压；

(C)将所述测量电容连接至所述交互电容以重新分布两者上的电荷；以及

(D)检测所述测量电容上的电压以判断所述交叉点是否受到碰触。

本发明的电容式触控板的感测方法还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的感测方法，其中所述步骤D更包括在重复步骤B及C至少一次后检测所述测量电容上的电压。

前述的感测方法，其中所述步骤D更包括在重复步骤A至C至少一次后检测所述测量电容上的电压。

前述的感测方法，其中所述测量电容上的电压高于一参考电压时，判定所述交叉点被触碰。

采用上述技术方案后，本发明的电容式触控板的感测电路及方法具有正确判断出真正触点位置的优点。

附图说明

图1为已知的电容式触控板；

图2为双指触碰的示意图；

图3显示一种电容式触控板的感测电路；

图4显示本发明的感测方法；

图5显示实现本发明感测方法的第一实施例示意图；

图6显示图5中信号的时序图；

图7显示图5中感测电路的第一操作状态；

图8显示图5中感测电路的第二操作状态；

图9显示图5中感测电路的第三操作状态；

图10显示图5中测量装置的实施例；

图11显示实现本发明感测方法的第二实施例示意图；

图12显示图11中信号的时序图；

图13显示图11中感测电路的第一操作状态；

图14显示图11中感测电路的第二操作状态；

图15显示图11中感测电路的第三操作状态；

图16显示实现本发明感测方法的第三实施例示意图；

图17显示图16中感测电路的第一操作状态；

图18显示图16中感测电路的第二操作状态；

图19显示图16中感测电路的第三操作状态；

图20显示实现本发明感测方法的第四实施例示意图；

图21显示图20中感测电路的第一操作状态；

图22显示图20中感测电路的第二操作状态；以及

图23显示图20中感测电路的第三操作状态。

图中，10、电容式触控板12、触碰位置20、触点位置22、触点位置24、鬼点位置26、鬼点位置30、感测电路32、电压源34、模拟数字转换器36、比较器50、感测电路51、测量电容的第一端52、测量电容的第二端53、测量装置54、微处理机控制装置56、控制信号Sa的波形58、控制信号Sb的波形60、控制信号Sc的波形62、控制信号Sd的波形64、比较器66、感测电路67、测量电容的第一端68、测量电容的第二端69、测量装置70、微处理机控制装置72、控制信号Sa的波形74、控制信号Sb的波形76、控制信号Sc的波形78、控制信号Sd的波形80、感测电路82、测量电容的第一端84、测量电容的第二端86、测量装置88、微处理机控制装置90、感测电路92、测量电容的第一端94、测量电容的第二端96、测量装置98、微处理机控制装置。

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4，图4显示本发明的感测方法，如图所示，首先对一测量电容充电，如步骤S40。接着设定电容式触控板的两感应线之交叉点的交互电容的跨压，如步骤S42。然后进行步骤S44让测量电容对交互电容充电，因此测量电容的电荷注入交互电容，测量电容的电压因而下降。当手指触碰所述两感应线之交叉点时，将引起所述交互电容的电容值变化，而所述交互电容的电容值变化将影响测量电容的注入交互电容的电荷量，因此可以检测测量电容上的电压以判断是否有手指触碰所述交叉点，如步骤S46。在其它实施例中，在进行步骤S46之前，可以重复步骤S42及S44或者重复步骤S40至S44至少一次后再检测测量电容上的电压。

图5显示实现本发明感测方法的第一实施例，其中感测电路50连接电容式触控板的感应线TXN及TYM，用以检测感应线TXN及TYM之交叉点的交互电容Cm的变化。感测电路50包括开关SW1、SW2、SW3及SW4、测量电容Cb、测量装置53以及微处理机控制装置(Microprocessor Control Unit；MCU)54。测量电容Cb具有第一端51连接感应线TYM，开关SW1连接在电源端Vp及感应线TXN之间，开关SW2连接在电源端Vp及感应线TYM之间，开关SW3连接在感应线TXN及接地端GND之间，开关SW4连接在测量电容Cb的第二端52及接地端GND之间，测量装置53检测测量电容Cb上的电压Vcb，MCU 54提供控制信号Sa、Sb、Sc及Sd分别切换开关SW1、SW2、SW3及SW4。

图6显示图5中信号的时序图，其中波形56为控制信号Sa，波形58为控制信号Sb，波形60为控制信号Sc，波形62为控制信号Sd。图7至图9显示感测电路50的操作。参照图5及图6，首先MCU 54送出高准位的控制信号Sa、Sb及Sd以及低准位的控制信号Sc，以使感测电路50进入第一操作状态。在第一操作状态期间，如时间t1至t2，开关SW1、SW2及SW4打开而开关SW3关闭，如图7所示，故电源VP对测量电容Cb充电，使得测量电容Cb上的电压Vcb＝Vp，又感应线TXN及TYM均连接至电源Vp，因此交互电容Cm上的跨压为零。在时间t2时，MCU 54送出高准位的控制信号Sc及Sd以及低准位的控制信号Sa及Sb以使感测电路50进入第二操作状态。在第二操作状态期间，如时间t2至t3，开关SW1及SW2关闭而开关SW3及SW4打开，如图8所示，测量电容Cb对交互电容Cm充电，故测量电容Cb上的电荷有部分将移转至交互电容Cm，最后电荷重新分布使测量电容Cb上的电压Vcb变为Vp×Cb/(Cb+Cm)。在时间t3时，MCU 54送出高准位的控制信号Sa及Sb以及低准位的控制信号Sc及Sd以使感测电路50进入第三操作状态。在第三操作状态期间，如时间t3至t4，开关SW1及SW2打开而开关SW3及SW4关闭，如图9所示，由于感应线TXN及TYM均连接至电源Vp，因此交互电容Cm上的电荷被释放，交互电容Cm上的跨压为零。

接着，MCU 54控制开关SW1、SW2、SW3及SW4以使感测电路50重复图8及图9的第二操作状态及第三操作状态，如时间t4至t5，在重复第二操作状态及第三操作状态达到预设次数后，感测电路50停留在第二操作状态，同时MCU 54送出致能信号Sen致能测量装置53以检测测量电容Cb的电压Vcb，最后测量装置53送出测量信号ST至MCU 54以完成测量程序。当手指触碰感应线TXN及TYM之交叉点时，交互电容Cm的电容值减少，故从测量电容Cb移转至交互电容Cm的电荷量较少，若测量电容Cb上的电压Vcb高于一参考电压Vref时，测量装置53即判定有手指触碰所述交叉点。图10显示测量装置53的实施例，其包括比较器64比较参考电压Vref及电压Vcb，当电压Vcb高于参考电压Vref时，比较器64送出高准位的测量信号ST至MCU 54。

图11显示实现本发明感测方法的第二实施例，其中感测电路66连接电容式触控板的感应线TXN及TYM，用以检测感应线TXN及TYM之交叉点的交互电容Cm的变化。感测电路66包括开关SW1、SW2、SW3及SW4、测量电容Cb、测量装置69以及MCU 70。测量电容Cb的第一端67连接感应线TYM，开关SW1连接在电源端Vp及感应线TXN之间，开关SW2连接在测量电容Cb的第二端68及电源端Vp之间，开关SW3连接在感应线TXN及接地端GND之间，开关SW4连接在感应线TYM及接地端GND之间，测量装置69检测测量电容Cb上的电压Vcb，MCU 70提供控制信号Sa、Sb、Sc及Sd分别切换开关SW1、SW2、SW3及SW4。

图12显示图11中信号的时序图，其中波形72为控制信号Sa，波形74为控制信号Sb，波形76为控制信号Sc，波形78为控制信号Sd。图7至图9显示感测电路50的操作。参照图11及图12，在时间T1时，MCU 70送出高准位的控制信号Sb、Sc及Sd以及低准位的控制信号Sa，以使感测电路66进入第一操作状态。在第一操作状态期间，如时间T1至T2，开关SW2、SW3及SW4打开而开关SW1关闭，如图13所示，故电源VP对测量电容Cb充电，使得测量电容Cb上的电压Vcb＝Vp，又感应线TXN及TYM均连接至接地端GND，因此交互电容Cm上的跨压为零。在时间T2时，MCU 70送出高准位的控制信号Sa及Sb以及低准位的控制信号Sc及Sd以使感测电路66进入第二操作状态。在第二操作状态期间，如时间T2至T3，开关SW1及SW2打开而开关SW3及SW4关闭，如图14所示，测量电容Cb对交互电容Cm充电，故测量电容Cb上的电荷有部分将移转至交互电容Cm，最后电荷重新分布使测量电容Cb上的电压Vcb变为Vp×Cb/(Cb+Cm)。在时间T3时，MCU 70送出低准位的控制信号Sa及Sb以及高准位的控制信号Sc及Sd以使感测电路66进入第三操作状态。在第三操作状态期间，如时间T3至T4，开关SW1及SW2关闭而开关SW3及SW4打开，如图15所示，由于感应线TXN及TYM均连接至接地端GND，因此交互电容Cm上的电荷被释放，交互电容Cm上的跨压为零。接着，重复图14及图15第二操作状态及第三操作状态，如时间T4至T5，在重复第二操作状态及第三操作状态数次后，感测电路66停留在第二操作状态，同时MCU 70送出致能信号Sen致能测量装置69以检测测量电容Cb的电压Vcb，最后测量装置69送出测量信号ST至MCU 70以完成测量程序。

图16显示实现本发明感测方法的第三实施例，其中感测电路80连接电容式触控板的感应线TXN及TYM，用以检测感应线TXN及TYM之交叉点的交互电容Cm的变化。感测电路80包括开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6及SW7、测量电容Cb、测量装置86以及MCU 88。开关SW1连接在电源端Vp及感应线TXN之间，开关SW2连接在电源端Vp及测量电容Cb的第一端82之间，开关SW3连接在感应线TXN及接地端GND之间，开关SW4连接在测量电容Cb的第二端84及接地端GND之间，开关SW5连接在电源端Vp及感应线TYM之间，开关SW6连接在感应线TYM及接地端GND之间，开关SW7连接在感应线TYM及测量电容Cb的第一端82之间，测量装置86检测测量电容Cb上的电压Vcb，MCU 88提供控制信号Sa、Sb、Sc、Sd、Se、Sf及Sg分别切换开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6及SW7。

图17至图19显示感测电路80的操作。感测电路80首先进入第一操作状态，在第一操作状态期间，如图17所示，开关SW1、SW2、SW4及SW6打开而开关SW3、SW5及SW7关闭，故电源VP对测量电容Cb充电，使得测量电容Cb上的电压Vcb＝Vp，又感应线TXN连接至电源Vp而感应线TYM连接至接地端GND，因此交互电容Cm上的跨压为-Vp。接着感测电路80进入第二操作状态，在第二操作状态期间，如图18所示，开关SW3、SW4及SW7打开而开关SW1、SW2、SW5及SW6关闭，测量电容Cb对交互电容Cm充电，故测量电容Cb上的电荷有部分将移转至交互电容Cm，最后电荷重新分布使测量电容Cb上的电压Vcb变为Vp×(Cb-Cm)/(Cb+Cm)。接下来，感测电路80可以直接进入第三操作状态或是重复第一及第二操作状态至少一次后进入第三操作状态。在第三操作状态期间，如图19所示，开关SW3及SW4打开而开关SW1、SW2、SW5、SW6及SW7关闭，此时MCU 88送出致能信号Sen致能测量装置86以检测测量电容Cb的电压Vcb，进而判断交互电容Cm的电容值是否变化，最后测量装置86送出测量信号ST至MCU 88以完成测量程序。

图20显示实现本发明感测方法的第四实施例，其中感测电路90连接电容式触控板的感应线TXN及TYM，用以检测感应线TXN及TYM之交叉点的交互电容Cm的变化。感测电路90包括开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6及SW7、测量电容Cb、测量装置96以及MCU 98。开关SW1连接在电源端Vp及感应线TXN之间，开关SW2连接在电源端Vp及测量电容Cb的第二端94之间，开关SW3连接在感应线TXN及接地端GND之间，开关SW4连接在测量电容Cb的第一端92及接地端GND之间，开关SW5连接在电源端Vp及感应线TYM之间，开关SW6连接在感应线TYM及接地端GND之间，开关SW7连接在感应线TYM及测量电容Cb的第一端92之间，测量装置96检测测量电容Cb上的电压Vcb以产生测量信号ST，MCU 98提供控制信号Sa、Sb、Sc、Sd、Se、Sf及Sg分别切换开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6及SW7。

图21至图23显示感测电路90的操作。首先感测电路90进入第一操作状态，在第一操作状态期间，如图21所示，开关SW2、SW3、SW4及SW5打开而开关SW1、SW6及SW7关闭，电源VP对测量电容Cb充电，使得测量电容Cb上的电压Vcb＝Vp，又感应线TXN连接至接地端GND而感应线TYM连接至电源端Vp，因此交互电容Cm上的跨压为Vp。此后感测电路90进入第二操作状态，在第二操作状态期间，如图22所示，开关SW1、SW2及SW7打开而开关SW3、SW4、SW5及SW6关闭，测量电容Cb连接至交互电容Cm，故测量电容Cb及交互电容Cm上的电荷重新分布使测量电容Cb上的电压Vcb变为Vp×(Cb-Cm)/(Cb+Cm)。接下来，感测电路90可以直接进入第三操作状态或是重复第一及第二操作状态至少一次后进入第三操作状态。在第三操作状态期间，如图23所示，开关SW1及SW2打开而开关SW3、SW4、SW5、SW6及SW7关闭，此时MCU 98送出致能信号Sen致能测量装置96以检测测量电容Cb的电压Vcb，进而判断交互电容Cm的电容值是否变化，最后测量装置96送出测量信号ST至MCU 54以完成测量程序。

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

1.一种电容式触控板的感测电路，所述电容式触控板具有一第一感应线及一第二感应线，二者之交叉点具有一交互电容，其特征在于所述感测电路包括：

第一开关，连接在一第一电源及所述第一感应线之间；

第二开关，连接在所述第一电源及所述第二感应线之间；

第三开关，连接在所述第一感应线及一第二电源之间；

第四开关，连接在所述测量电容的第二端及第二电源之间；

2.如权利要求1所述的感测电路，其特征在于，所述测量装置在所述测量电容上的电压高于一参考电压时，判定所述交叉点被触碰。

3.如权利要求2所述的感测电路，其特征在于，所述测量装置包括比较器比较所述测量电容上的电压及所述参考电压。

4.如权利要求1所述的感测电路，其特征在于，所述控制装置送出致能信号致能所述测量装置。

5.如权利要求1所述的感测电路，其特征在于，所述控制装置在第一操作状态时打开所述第一、第二及第四开关，关闭所述第三开关；在第二操作状态时打开所述第三及第四开关，关闭所述第一及第二开关；在第三操作状态时打开所述第一及第二开关，关闭所述第三及第四开关。

6.一种电容式触控板的感测电路，所述电容式触控板具有一第一感应线及一第二感应线，二者之交叉点具有一交互电容，其特征在于所述感测电路包括：

测量电容，具有一第一端及一第二端；

第一开关，连接在一第一电源及所述第一感应线之间；

第三开关，连接在所述第一感应线及一第二电源之间；

第五开关，连接在所述第一电源及第二感应线之间；

第六开关，连接在所述第二感应线及第二电源之间；

7.如权利要求6所述的感测电路，其特征在于，所述控制装置送出致能信号致能所述测量装置。

8.如权利要求6所述的感测电路，其特征在于，所述控制装置在第一操作状态时打开所述第一、第二、第四及第六开关，关闭所述第三、第五及第七开关；在第二操作状态时打开所述第三、第四及第七开关，关闭所述第一、第二、第五及第六开关；在第三操作状态时打开所述第三及第四开关，关闭所述第一、第二、第五、第六及第七开关。

9.一种电容式触控板的感测方法，所述电容式触控板具有一第一感应线及一第二感应线，二者之交叉点具有一交互电容，其特征在于所述感测方法包括下列步骤：

(A)对一测量电容充电；

(B)设定所述交互电容的跨压；

10.如权利要求9所述的感测方法，其特征在于，所述步骤D更包括在重复步骤B及C至少一次后检测所述测量电容上的电压。

11.如权利要求9所述的感测方法，其特征在于，所述步骤D更包括在重复步骤A至C至少一次后检测所述测量电容上的电压。

12.如权利要求9所述的感测方法，其特征在于，所述测量电容上的电压高于一参考电压时，判定所述交叉点被触碰。