CN102023737A

CN102023737A - 电流式触控面板的读取装置

Info

Publication number: CN102023737A
Application number: CN2009101746460A
Authority: CN
Inventors: 庄凯岚; 李国铭; 陈英烈
Original assignee: Himax Technologies Ltd
Current assignee: Himax Technologies Ltd
Priority date: 2009-09-21
Filing date: 2009-09-21
Publication date: 2011-04-20

Abstract

一种电流式触控面板的读取装置，包括电流至电压转换单元、电压增益单元以及模数转换器。电流至电压转换单元将电流式触控面板的感测电流转换为感测电压。电压增益单元的输入端耦接至电流至电压转换单元的输出端以接收该感测电压。模数转换器的输入端耦接至电压增益单元的输出端，该模数转换器的输出端产生数字码。

Description

电流式触控面板的读取装置

技术领域

本发明是涉及一种触控装置，特别地涉及一种电流式触控面板的读取装置。

背景技术

随着电子技术的蓬勃发展，以及无线通讯与网络的普及化，各式各样的电子装置逐渐成为生活不可或缺的工具。然而，一般常见的输入与输出(input/output，I/O)界面，例如键盘或者鼠标，具有相当程度的操作困难。相比之下，触控面板是一种直观、简单的输入与输出界面。因此，触控面板常被应用作为人与电子装置之间的人机界面，以执行控制。

一般来说，触控面板可以分为电阻式触控面板、光学式触控面板、电容式触控面板等。若依读取(readout)手段，则可分为电流式触控面板(current type touch panel)与电荷式触控面板(charge type touch panel)等。图1是说明了电流式触控面板与传统读取电路(readout circuit)的示意图。触控面板110的多条扫描线(scan line)是由闸极驱动器(gate driver)130所驱动，而触控面板110的多条感测线(sensor line)则耦接至读取电路140。传统电流式触控面板的像素布局(pixel layout)如图1所示。每一个像素各自具有开关SW1与光敏晶体管(photo transistor)PT。

当偏压电压(bias voltage)VBIAS高过节点A的电压，且闸极驱动器130经由扫描线接通(turn on)开关SW1时，由于光敏晶体管PT处于顺向偏压状态，使得一感测电流Is会经由光敏晶体管PT、开关SW1而流至感测线。其中，光敏晶体管PT的受照光强度会影响感测电流Is的大小。也就是说，利用读取电路140去检测各个感测线上感测电流Is的大小与差异，可以知道触控面板110中对应位置有无遮光物(也就是有无外物去触碰面板110)。读取电路140会将检测结果以数字码形式送给影像处理电路(image processing circuit)150。影像处理电路150依据所有读取电路140所提供的数字码来进行触摸位置的判定。

传统读取电路140是使用积分器(即运算放大器141与回授电容142)将感测电流Is转换为对应电压，然后再由模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)143将此电压转换成对应数字码，最后由影像处理电路150依据此数字码来进行触摸位置的判定。然而，由于使用积分器进行对触控面板110的读取操作，若是感测电流Is过大，则积分器的输出可能会到达饱和(saturation)。为了避免积分器的输出到达饱和，因此积分器的回授电容(或称积分电容)142也必须随之增加电容量(即增加面积)。由于触控面板110的每一条感测线各自需要一个积分器，因此读取电路140的芯片面积将会很可观。

发明内容

本发明提出一种电流式触控面板的读取装置，包括电流至电压转换单元(current-to-voltage converter)、电压增益单元以及模数转换器(analog-to-digital converter)。电流至电压转换单元将电流式触控面板的感测电流转换为感测电压。电压增益单元的输入端耦接至电流至电压转换单元的输出端以接收该感测电压。模数转换器的输入端耦接至电压增益单元的输出端，该模数转换器的输出端产生数字码。

在本发明的一个实施例中，上述的电流至电压转换单元包括电阻以及单位增益放大器。电阻的第一端接收该感测电流，而电阻的第二端耦接至一参考电压。单位增益放大器的输入端耦接至电阻的第一端，而单位增益放大器的输出端耦接至该电压增益单元的输入端。

在本发明的一个实施例中，上述的电流至电压转换单元包括电阻以及电流镜。电阻的第一端接收第一参考电压，电阻的第二端耦接至该电压增益单元的输入端。电流镜的主电流端接收该感测电流，而电流镜的辅电流端耦接至电阻的第二端。

基于上述，本发明提供一种电流式触控面板的读取装置，利用电流至电压转换单元与电压增益单元(例如反相放大器或非反相放大器)来读取触控面板的感测电流，因此可避免使用积分电容，达成减少芯片面积的目的。

附图说明

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

图1是说明了电流式触控面板与传统读取电路(readout circuit)的示意图；

图2是依据本发明实施例说明了一种电流式触控面板读取装置的电路示意图；

图3是依据本发明第一实施例说明了一种电流式触控面板读取装置的电路示意图；

图4是依据本发明第二实施例说明了一种电流式触控面板读取装置的电路示意图；

图5是依据本发明第三实施例说明了图2中电压增益单元的电路示意图；

图6是依据本发明第四实施例说明了一种电流式触控面板读取装置的电路示意图；

图7是依据本发明第五实施例说明了图2中电流至电压转换单元的电路示意图；

图8是依据本发明第六实施例说明了图2中电流至电压转换单元的电路示意图。

主要组件符号说明

110：触控面板

130：闸极驱动器

140、200：读取电路

141、212、223、224：运算放大器

142：回授电容

143、230：模数转换器

150：影像处理电路

210：电流至电压转换单元

220：电压增益单元

211、221、222、225、226、710：电阻

510-1、510-n：反相放大电路

711：P通道金氧半晶体管

720、730：电流镜

721～722、731～734：N通道金氧半晶体管

Ds：数位码

Is：感测电流

PT：光敏晶体管

SW1：开关

VBIAS：偏压电压

Vg：增益电压

Vs：感测电压

具体实施方式

以下实施例将以光学电流式触控面板(photo current type touch panel)110为例，说明本发明的读取装置的应用方式。然而，本发明的应用范围不应以此为限。任何电流式触控面板均可以依据本说明书的教示而应用。

图2是依据本发明实施例说明了一种电流式触控面板读取装置的电路示意图。此读取装置200包括电流至电压转换单元210、电压增益单元220以及模数转换器230。电流至电压转换单元210将电流式触控面板110的感测电流Is转换为感测电压Vs。电压增益单元220的输入端耦接至电流至电压转换单元210的输出端以接收感测电压Vs。在电压增益单元220使此感测电压Vs增益(gain)后，输出对应的增益电压Vg给模数转换器230。前述电压增益单元220可以是反相放大器(inverting amplifier)或是非反相放大器(non-inverting amplifier)，其细节将于后文详述。

模数转换器230的输入端耦接至电压增益单元220的输出端。模数转换器230将增益电压Vg转换为对应的数字码Ds。此数字码Ds可以提供给后级电路(例如影像处理电路150)进行进一步的数据处理，以判定触控面板110中的触摸位置。

图3是依据本发明第一实施例说明了一种电流式触控面板读取装置的电路示意图。参照图3，其以反相放大器来实现前述电压增益单元220。此反相放大器包括电阻221、电阻222以及运算放大器223。电阻221的第一端作为反相放大器的输入端，而电阻221的第二端耦接至运算放大器223的第一输入端。电阻222的第一端与第二端分别耦接至运算放大器223的第一输入端与输出端。运算放大器223的第二输入端接收第三参考电压Vref，而运算放大器223的输出端作为该反相放大器的输出端。在本实施例中，运算放大器223的第一输入端为反相输入端(inverting input)，而运算放大器223的第二输入端为非反相输入端(non-inverting input)。另外，应用本实施例者可以视其设计需求而决定参考电压Vref的准位。例如，将参考电压Vref设定为接地电压(即0V)，或是设定为能带隙电压(band-gap voltage)，或是设定为+5V，或是设定为其它固定电压。本实施例将参考电压Vref设定为系统电压VDDA准位的一半(即VDDA/2)。

图3中的电流至电压转换单元210包括电阻211。电阻211的第一端接收感测电流Is。电阻211的第一端耦接至反相放大器的输入端(即电阻221的第一端)，而电阻211的第二端耦接至参考电压(例如接地电压)。由触控面板110提供的感测电流Is会通过电阻211，因此会在电阻211的第一端产生感测电压Vs。如果感测电流Is的变化量很小，为了能够分辨增益电压Vg的变化，则可以增加电阻211、221与222的电阻值。图3中所示出的电阻211、221与222是定电阻器。为了应对不同触控面板的不同特性，应用本实施例者可以视其设计需求而改为“可变电阻”实现电阻211、221与/或222。

图4是依据本发明第二实施例说明了一种电流式触控面板读取装置的电路示意图。此实施例与图3相似，因此部分内容便不再赘述。二者不同的地方在于电流至电压转换单元210。参照图4，电流至电压转换单元210包括电阻211与单位增益放大器。在此是以运算放大器212实现单位增益放大器。运算放大器212的第一输入端耦接至电阻211的第一端，运算放大器212的第二输入端耦接至运算放大器212的输出端，而运算放大器212的输出端耦接至反相放大器的输入端(即电阻221的第一端)。在本实施例中，运算放大器212的第一输入端为非反相输入端，而运算放大器212的第二输入端为反相输入端。由于在电流至电压转换单元210配置了单位增益放大器，因此可以避免感测电压Vs发生负载效应。

若感测电流Is的变化量很小，为了能够分辨增益电压Vg的变化，除了增加图3与图4中电阻211、221与222的电阻值外，也可以在电压增益单元220内增加患联的反相放大器的数量，以便让电压增益单元220的增益倍率更高。例如，图5是依据本发明第三实施例说明了图2中电压增益单元220的电路示意图。

请参照图5，反相放大器(电压增益单元220)包括n个反相放大电路510-1～510-n。这些反相放大电路510-1～510-n相互串联而形成放大器串。该放大器串中的第一个反相放大电路510-1的输入端耦接至电流至电压转换单元210的输出端以接收感测电压Vs，而该放大器串中的最后一个反相放大电路510-n的输出端耦接至模数转换器230的输入端。上述反相放大电路510-1～510-n的实现方式可以参照图3中有关“反相放大器”的相关说明，故不在此赘述。由于在电压增益单元220内串联多个反相放大器(即反相放大电路510-1～510-n)，因此电压增益单元220的增益倍率得以提升。

图6是依据本发明第四实施例说明了一种电流式触控面板读取装置的电路示意图。此实施例与图3相似，因此部分内容不再赘述。二者不同的地方在于图6是以非反相放大器来实现前述电压增益单元220。该非反相放大器包括运算放大器224、电阻225与电阻226。运算放大器224的第一输入端耦接至电流至电压转换单元210的输出端以接收感测电压Vs，运算放大器224的输出端输出增益电压Vg给模数转换器230的输入端。电阻226的第一端耦接至运算放大器224的第二输入端，电阻226的第二端接收参考电压(例如接地电压)。电阻225的第一端与第二端分别耦接至运算放大器224的第二输入端与输出端。在本实施例中，运算放大器224的第一输入端为非反相输入端，而运算放大器224的第二输入端为反相输入端。在另一实施例中，图6所示的电压增益单元220与模数转换器230之间可以依照设计需求而配置一个或多个反相器(未示出)。

应用本发明者可以视其设计需求，以任何方式实现图6的电流至电压转换单元210。例如，除了图3与图4所示电流至电压转换单元210的实现方式之外，也可以使用电阻与电流镜来实现电流至电压转换单元210。在另一实施例中，电压增益单元220内部的非反相放大器包括多个非反相放大电路。这些非反相放大电路相互串联而形成放大器串。该放大器串中的第一个非反相放大电路的输入端耦接至电流至电压转换单元210的输出端以接收感测电压Vs。该放大器串中的最后一个非反相放大电路的输出端耦接至模数转换器230的输入端。上述放大器串的实现方式可以参照图5，也就是将图5中反相放大电路510-1～510-n取代为非反相放大电路。

图7是依据本发明第五实施例说明了图2中电流至电压转换单元210的电路示意图。电流至电压转换单元210包括电阻710与电流镜720。电阻710的第一端接收第一参考电压(例如系统电压VDDA)，而电阻710的第二端耦接至电压增益单元220的输入端。在此，以P通道金氧半(PMOS)晶体管711实现电阻710，以减少电阻710所占芯片面积。晶体管711的第一端(例如源极)接收系统电压VDDA，而晶体管711的第二端(例如汲极)与控制端(例如闸极)耦接至电压增益单元220的输入端。

电流镜720的主电流端接收感测电流Is，而电流镜720的辅电流端耦接至电阻710的第二端。通过设定电流镜720的主电流端与辅电流端二者的电流倍率，电流镜720可以将微弱的感测电流Is放大。此放大的感测电流会经由电阻710而转换为感测电压Vs。如此，在强光与弱光照射光敏晶体管PT的条件下，所获得感测电压Vs的变化幅度可以加大，因此可以增加感测电压Vs的辨识度。此感测电压Vs再经由反相放大器/非反相放大器(即电压增益单元220)作二次放大而获得增益电压Vg，以利于后续电路进行处理。

在此，电流镜720包括第一晶体管721以及第二晶体管722。本实施例是以N通道金氧半(NMOS)晶体管实现晶体管721以及722。晶体管721的第一端(例如汲极)作为电流镜720的主电流端，晶体管721的第二端(例如源极)接收第二参考电压(例如接地电压)，而晶体管721的控制端(例如闸极)耦接至晶体管721的第一端。晶体管722的第一端作为电流镜720的辅电流端，晶体管722的第二端接收第二参考电压(接地电压)，而晶体管722的控制端耦接至晶体管721的控制端。通过确定晶体管721与722的外观比，可以设定电流镜720的主电流端与辅电流端二者的电流倍率。

图8是依据本发明第六实施例说明了图2中电流至电压转换单元210的电路示意图。此实施例与图7相似，因此部分内容不再赘述。二者不同的地方在于图8是采用电流镜730来代替前述电流镜720。电流镜730包括第一晶体管731、第二晶体管732、第三晶体管733以及第四晶体管734。晶体管731的第一端(例如汲极)作为电流镜730的主电流端，而晶体管731的控制端(例如闸极)耦接至晶体管731的第一端。晶体管732的第一端(例如汲极)作为电流镜730的辅电流端，而晶体管732的控制端(例如闸极)耦接至晶体管731的控制端。晶体管733的第一端(例如汲极)耦接至晶体管731的第二端(例如源极)，晶体管733的第二端(例如源极)接收参考电压(例如接地电压)，而晶体管733的控制端(例如闸极)耦接至晶体管733的第一端。晶体管734的第一端(例如汲极)耦接至晶体管732的第二端(例如源极)，晶体管734的第二端(例如源极)接收参考电压(接地电压)，而晶体管734的控制端(例如闸极)耦接至晶体管733的控制端。

综上所述，在触控面板110的开关SW1为断开时，感测线上没有感测电流Is，因此，此时增益电压Vg为最低。此时系统可以经由模数转换器230将增益电压Vg的第一数字值取出。当触控面板110的开关SW1为接通时，感测线上出现感测电流Is，此时增益电压Vg会提高。此时系统可以通过电流至电压转换单元210以及反相放大器(或非反相放大器)将感测电流Is放大并转换为成增益电压Vg，然后经由模数转换器230将增益电压Vg的第二数字值取出。系统可以计算第二数字值与第一数字值的差值。由于强光与弱光照射光敏晶体管PT所产生的感测电流Is会有差异，因此前述差值也会有所不同，由此可以定位出触碰的位置。

虽然如上已根据实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作出更动与润饰，因此本发明的保护范围以后附的权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种电流式触控面板的读取装置，包括：

电流至电压转换单元，其用于将电流式触控面板的感测电流转换为感测电压；

电压增益单元，其输入端耦接至所述电流至电压转换单元的输出端以接收所述感测电压；以及

模数转换器，其输入端耦接至所述电压增益单元的输出端，所述模数转换器的输出端产生数字码。

2.如权利要求1所述电流式触控面板的读取装置，其中，所述电流至电压转换单元包括：

电阻，其第一端接收所述感测电流，其中，所述电阻的第一端耦接至所述电压增益单元的所述输入端，而所述电阻的第二端耦接至参考电压。

3.如权利要求1所述电流式触控面板的读取装置，其中，所述电流至电压转换单元包括：

电阻，其第一端接收所述感测电流，所述电阻的第二端耦接至参考电压；以及

单位增益放大器，其输入端耦接至所述电阻的所述第一端，而所述单位增益放大器的输出端耦接至所述电压增益单元的所述输入端。

4.如权利要求3所述电流式触控面板的读取装置，其中，所述单位增益放大器包括运算放大器，所述运算放大器的第一输入端作为所述单位增益放大器的所述输入端，所述运算放大器的第二输入端耦接至所述运算放大器的输出端，而所述运算放大器的输出端作为所述单位增益放大器的所述输出端。

5.如权利要求1所述电流式触控面板的读取装置，其中，所述电流至电压转换单元包括：

电阻，其第一端接收第一参考电压，所述电阻的第二端耦接至所述电压增益单元的所述输入端；以及

电流镜，其主电流端接收所述感测电流，而所述电流镜的辅电流端耦接至所述电阻的所述第二端。

6.如权利要求5所述电流式触控面板的读取装置，其中，所述电阻为晶体管，所述晶体管的第一端接收所述第一参考电压，所述晶体管的第二端与控制端耦接至所述电压增益单元的所述输入端。

7.如权利要求5所述电流式触控面板的读取装置，其中，所述电流镜包括：

第一晶体管，其第一端作为所述电流镜的所述主电流端，所述第一晶体管的第二端接收第二参考电压，而所述第一晶体管的控制端耦接至所述第一晶体管的所述第一端；以及

第二晶体管，其第一端作为所述电流镜的所述辅电流端，所述第二晶体管的第二端接收所述第二参考电压，而所述第二晶体管的控制端耦接至所述第一晶体管的所述控制端。

8.如权利要求7所述电流式触控面板的读取装置，其中，所述第一参考电压为系统电压，而所述第二参考电压为接地电压。

9.如权利要求5所述电流式触控面板的读取装置，其中，所述电流镜包括：

第一晶体管，其第一端作为所述电流镜的所述主电流端，而所述第一晶体管的控制端耦接至所述第一晶体管的所述第一端；

第二晶体管，其第一端作为所述电流镜的所述辅电流端，而所述第二晶体管的控制端耦接至所述第一晶体管的所述控制端；

第三晶体管，其第一端耦接至所述第一晶体管的第二端，所述第三晶体管的第二端接收第二参考电压，而所述第三晶体管的控制端耦接至所述第三晶体管的所述第一端；以及

第四晶体管，其第一端耦接至所述第二晶体管的第二端，所述第四晶体管的第二端接收所述第二参考电压，而所述第四晶体管的控制端耦接至所述第三晶体管的所述控制端。

10.如权利要求1所述电流式触控面板的读取装置，其中，所述电压增益单元是以反相放大器实现。

11.如权利要求10所述电流式触控面板的读取装置，其中，所述反相放大器包括：

第一电阻，其第一端作为所述反相放大器的输入端；

运算放大器，其第一输入端耦接至所述第一电阻的第二端，所述运算放大器的第二输入端接收第三参考电压，所述运算放大器的输出端作为所述反相放大器的输出端；以及

第二电阻，其第一端与第二端分别耦接至所述运算放大器的所述第一输入端与所述输出端。

12.如权利要求10所述电流式触控面板的读取装置，其中，所述反相放大器包括多个反相放大电路，其中，所述些反相放大电路相互串联而形成放大器串，所述放大器串中的第一个反相放大电路的输入端耦接至所述电流至电压转换单元的输出端，所述放大器串中的最后一个反相放大电路的输出端耦接至所述模数转换器的所述输入端。

13.如权利要求1所述电流式触控面板的读取装置，其中，所述电压增益单元是以非反相放大器实现。

14.如权利要求13所述电流式触控面板的读取装置，其中，所述非反相放大器包括：

运算放大器，其第一输入端作为所述非反相放大器的输入端，所述运算放大器的输出端作为所述非反相放大器的输出端；

第一电阻，其第一端耦接至所述运算放大器的第二输入端，所述第一电阻的第二端接收参考电压；以及

第二电阻，其第一端与第二端分别耦接至所述运算放大器的所述第二输入端与所述输出端。

15.如权利要求13所述电流式触控面板的读取装置，其中，所述非反相放大器包括多个非反相放大电路，其中，所述非反相放大电路相互串联而形成放大器串，所述放大器串中的第一个非反相放大电路的输入端耦接至所述电流至电压转换单元的输出端，所述放大器串中的最后一个非反相放大电路的输出端耦接至所述模数转换器的所述输入端。