CN102043504A

CN102043504A - 触控面板的读取电路

Info

Publication number: CN102043504A
Application number: CN2009102077030A
Authority: CN
Inventors: 庄凯岚; 李国铭
Original assignee: Himax Technologies Ltd
Current assignee: Himax Technologies Ltd
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2029-10-22
Also published as: CN102043504B

Abstract

一种触控面板的读取电路，包括第一开关、运算放大器、回授电容、第二开关、比较单元以及计数器。第一开关的第一端作为该积分器的输入端。运算放大器的第一输入端与输出端分别耦接至第一开关的第二端与比较单元的输入端。运算放大器的第二输入端接收参考电压。回授电容与第二开关的二端分别耦接至运算放大器的第一输入端与输出端。依据比较单元输出的逻辑值，比较单元选择第一或第二临界电压去与运算放大器的输出进行比较。计数器的输入端接收比较单元的输出，而计数器的输出端作为积分器的输出端。

Description

触控面板的读取电路

技术领域

本发明涉及一种触控面板(touch panel)，且特别涉及一种读取触控面板电荷量的读取电路。

背景技术

随着电子技术的蓬勃发展，以及无线通讯与网路的普及化，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，像键盘或滑鼠，具有相当程度的操作困难。相形之下，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(currenttype touch panel)与电荷式触控面板(charge type touch panel)等。图1说明光学电荷式触控面板(photo charge type touch panel)与传统读取电路(readoutcircuit)的示意图。触控面板110的多条数据线(data line)与多条扫描线(scanline)分别由源极驱动器(source driver)120与栅极驱动器(gate driver)130所驱动，而触控面板110的多条感测线(sensor line)耦接至读取电路140。图1中仅绘示其中一条扫描线、其中一条数据线与其中一条感测线。

储存电容Cst1与液晶电容Clc分别耦接至偏压电压(bias voltage)V_BIAS1与共同电压V_COM。偏压电压V_BIAS1与共同电压V_COM二者可以是相同电压或是不同的电压。当栅极驱动器130经由扫描线导通(turn on)开关SW1时，源极驱动器120便对应地经由数据线将像素数据写入储存电容Cst1与液晶电容Clc。由于像素数据与共同电压V_COM二者的电位差对应地偏转了液晶电容Clc的液晶分子，使得该像素呈现出对应的灰阶。

依据偏压电压V_BIAS2，光晶体管(photo transistor)PT在储存电容Cst2与偏压电压V_BIAS2之间提供一条放电路径。若光晶体管PT所在位置没被使用者触摸，则光晶体管PT会因为外界光线照射而加速储存电容Cst2的放电。反之，若因使用者触摸而减少外界光线照射光晶体管PT，则光晶体管PT会减慢储存电容Cst2的放电速度。当栅极驱动器130经由扫描线导通了开关SW2时，读取电路140便可以经由感测线去读取储存电容Cst2所剩余的电荷量，并且对储存电容Cst2充电至额定电压准位。

读取电路140对电荷式触控面板110的检测方式，主要是通过储存电容Cst2的放电不一致或有无耦合电容的差异来判定使用者触摸的位置。对于电荷式触控面板110而言，一般在读取电路140中配置积分器(即运算放大器141与回授电容142)，以便检测触控面板110的电荷差异。模拟数字转换器(analog-to-digital converter，ADC)143将积分器输出的积分结果转换为对应的数字码，并将此数字码传送给影像处理电路(image processingcircuit)150进行触摸位置的判定。

然而，由于使用积分器进行触控面板110的读取操作，若触控面板110的储存电容Cst2或耦合电容过大，为了避免积分器积分到饱和(saturation)，则积分器的回授电容142也必须随之增加电容量(即增加面积)。再者，由于每一条感测线需要一个积分器，因此读取电路140的晶片面积将会很可观。

发明内容

本发明提供一种触控面板的读取电路，使用运算放大器与比较单元输出积分结果以解决回授电容过大的问题，并且用计数器(counter)将积分结果转换为数字信号以省去模拟数字转换器。

本发明提出一种触控面板的读取电路，包括第一开关、运算放大器、回授电容、第二开关、比较单元、控制器以及计数器。第一开关的第一端做为该读取电路的输入端。运算放大器的第一输入端耦接至第一开关的第二端，而运算放大器的第二输入端接收参考电压。回授电容的二端分别耦接至运算放大器的第一输入端与输出端。第二开关的二端分别耦接至运算放大器的第一输入端与输出端。比较单元的输入端耦接至运算放大器的输出端。控制器依据比较单元的输出来控制该比较单元。其中，若比较单元的输出为第一逻辑值，则控制器控制该比较单元将运算放大器的输出相较于第一临界电压；若比较单元的输出为第二逻辑值，则控制器控制该比较单元将运算放大器的输出相较于第二临界电压。计数器的输入端接收比较单元的输出，而计数器的输出端作为读取电路的输出端。

在本发明的实施例中，当该比较单元的输出为该第一逻辑值时，该第一开关导通，而该第二开关截止。当该比较单元的输出为该第二逻辑值时，该第一开关截止，而该第二开关导通。

在本发明的实施例中，上述的比较单元包括选择器以及比较器。若比较单元的输出为第一逻辑值，则该选择器选择输出第一临界电压。若比较单元的输出为第二逻辑值，则该选择器选择输出第二临界电压。比较器的第一输入端耦接至运算放大器的输出端，而比较器的第二输入端接收选择器的输出。

在本发明的实施例中，上述第一临界电压大于该第二临界电压，第二临界电压大于参考电压，而第一临界电压小于系统电压。

基于上述，本发明实施例利用比较单元检测积分器是否接近饱和。若积分器接近饱和，则自动重置回授电容，然后再一次进行积分操作。计数器同步地计数积分器接近饱和的次数(或计数积分器的重置次数)。本发明实施例的积分器可以使用较小的回授电容进行积分操作，以解决传统积分器中回授电容过大的问题。另外，本发明实施例的读取电路使用计数器将积分结果转换为数字信号，因此可以省去传统触控面板读取电路中的模拟数字转换器。

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，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1说明光学电荷式触控面板与传统读取电路的示意图。

图2是依据本发明实施例说明一种触控面板读取电路的电路示意图。

图3是依据本发明实施例说明图2中信号的波形时序图。

图4是依照本发明实施例说明图2中控制器的实现范例。

具体实施方式

以下实施例将以光学电荷式触控面板(photo charge type touch panel)为例，说明本发明的读取电路的应用方式。然而，本发明的应用范围不应以此为限。任何电荷式触控面板，甚至是任何需要积分器的电路或电子产品，均可以依据本说明书的教示而应用本发明的读取电路。

图2是依据本发明实施例说明一种触控面板读取电路的电路示意图。此读取电路200包括第一开关210、运算放大器220、回授电容Cfb、第二开关240、比较单元250以及计数器260。其中，第一开关210、第二开关240与比较单元250均受控于控制器270。控制器270可以依据系统所发出的重置信号RESET初始化控制信号CON1、RESET1与CTRL1，以及依据比较单元250的输出CTRL来产生对应的控制信号CON1、RESET1与CTRL1。

第一开关210的第一端作为读取电路200的输入端。在此，读取电路200的输入端是耦接至光学电荷式触控面板110的读取开关SW2。第一开关210的第二端耦接至运算放大器220的第一输入端。第一开关210受控于控制信号CON1而决定是否将触控面板110耦接至运算放大器220。运算放大器220的第二输入端接收参考电压V_REF。在本实施例中，运算放大器220的第一输入端为反相输入端(inverting input)，而运算放大器220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V_REF的准位，其中0＜V_REF＜VDDA。例如，将参考电压V_REF设定为接地电压，或将参考电压V_REF设定为能带隙电压(band-gap voltage)，或将参考电压V_REF设定为+5V，或将参考电压V_REF设定为其他固定电压。本实施例将参考电压V_REF设定为系统电压VDDA准位的一半(即VDDA/2)。

回授电容Cfb与第二开关240的第一端耦接至运算放大器220的第一输入端，而回授电容Cfb与第二开关240的第二端耦接至运算放大器220的输出端。比较单元250的输入端耦接至运算放大器220的输出端。其中，若比较单元250的输出为第一逻辑值(例如逻辑“0”)，则比较单元250将运算放大器250的输出AOUT相较于第一临界电压VTH1。若比较单元250的输出为第二逻辑值(例如逻辑“1”)，则比较单元250将运算放大器220的输出AOUT相较于第二临界电压VTH2。在本实施例中，第一临界电压VTH1大于第二临界电压VTH2。

图3是依据本发明实施例说明图2中信号的波形时序图。请同时参照图2与图3。当系统在电源初通(power on)期间，或系统在重置(reset)期间，系统会将重置信号RESET设为致能(enable)状态(例如为逻辑低准位)。当重置信号RESET为逻辑低准位时，不论比较单元250的输出CTRL为何，控制器270会通过控制信号CON1、RESET1与CTRL1而使读取电路200进行初始化。例如，使第一开关210与第二开关240为导通(turn on)，以及控制比较单元250去将运算放大器220的输出AOUT相较于第一临界电压VTH1。

当重置信号RESET为失能(disable)状态(例如为逻辑高准位)时，读取电路200便进入正常操作模式。此时，控制器270会依据比较单元250的输出CTRL来产生对应的控制信号CON1、RESET1与CTRL1。例如，若比较单元250的输出CTRL为逻辑“0”，则控制器270会使第一开关210导通，使第二开关240截止(turn off)，此时运算放大器220被设定为积分组态。此时，比较单元250将运算放大器250的输出AOUT相较于第一临界电压VTH1。在此假设第一临界电压VTH1略低于系统电压VDDA，即VTH1＝VDDA-ΔV，其中0＜ΔV＜(VDDA-V_REF)。譬如，设定VTH1＝VDDA-0.5V。

当第一开关210与读取开关SW2被导通而第二开关240被截止时，运算放大器220与回授电容Cfb可以对触控面板110的储存电容Cst2进行积分操作与充电。此时，运算放大器220的输出AOUT的准位会对应地上升。比较单元250比较运算放大器220的输出AOUT与第一临界电压VTH1，据以检测AOUT是否接近饱和电压(即系统电压VDDA)。

若AOUT接近饱和电压，也就是运算放大器220的输出AOUT大于或等于第一临界电压VTH1，则比较单元250的输出CTRL为第二逻辑值(例如逻辑“1”)。若比较单元250的输出CTRL为逻辑“1”，则控制器270会使第一开关210截止，并使第二开关240导通，此时运算放大器220被设定为单位增益(unit-gain)组态。此时，比较单元250将运算放大器250的输出AOUT相较于第二临界电压VTH2。在此假设第二临界电压VTH2略高于参考电压V_REF，即VTH2＝V_REF+ΔV，其中0＜ΔV＜(VDDA-V_REF)。譬如设定VTH2＝V_REF+0.5V。

由于AOUT接近饱和电压，因此控制器270会自动重置回授电容Cfb与运算放大器250的输出AOUT。此时，运算放大器220的输出AOUT的准位会对应地下降。比较单元250比较运算放大器220的输出AOUT与第二临界电压VTH2，据以检测AOUT是否接近参考电压V_REF。若运算放大器220的输出AOUT已经接近参考电压V_REF，表示回授电容Cfb与运算放大器250的输出AOUT已经完成重置，则比较单元250的输出CTRL再度变为逻辑“0”。因此，控制器270便使读取电路200再一次进行积分操作。上述“积分”模式与“重置”模式会一直交替地重复进行，直到触控面板110的储存电容Cst2被充电至额定电压准位。上述控制器270的操作可参照表1所示，其中X表示“不在乎(don’t care)”。

表1：控制器270的真值表

计数器260的输入端接收比较单元250的输出CTRL(即前述比较的结果)，而计数器260的输出端作为读取电路200的输出端。由于计数器260同步地计数积分器(即回授电容Cfb与运算放大器250)接近饱和的次数(或计数此积分器的重置次数)，因此由计数器260所输出的计数结果DOUT可以获知读取电路200的积分结果。在本实施例中，计数器260是计数比较单元250的输出CTRL的上升缘。

基于上述操作，虽然触控面板110的储存电容Cst2大于回授电容Cfb，读取电路200可以多次积分来读取储存电容Cst2的电荷变化量，直到储存电容Cst2的电压被充电至参考电压V_REF。在此同时，使用计数器260去计数积分(或重置)的次数来作为读取储存电容Cst2电荷变化量的结果。所以，本实施例的读取电路200可以使用较小的回授电容Cfb进行积分操作，以解决传统积分器中回授电容过大的问题。另外，本实施例的读取电路200使用计数器260输出数字的计数结果DOUT做为读取电路200的积分结果，因此可以省去传统触控面板读取电路中的模拟数字转换器。

应用本实施例者可以视其设计需求以及依据本实施例的教示而以任何方式实现比较单元250。例如，图2所示比较单元250便是其中一个实现范例。比较单元250包括选择器252以及比较器251。选择器252的第一输入端接收第一临界电压VTH1，选择器252的第二输入端接收第二临界电压VTH2，而选择器252的输出端耦接至比较器251的第二输入端。选择器252受控于控制信号CRTL1，而选择将第一临界电压VTH1或第二临界电压VTH2输出给比较器251。若比较单元250的输出CTRL为第一逻辑值，则控制器270通过控制信号CRTL1控制选择器252去选择将第一临界电压VTH1输出给比较器251。若比较单元250的输出CTRL为第二逻辑值，则选择器252依据控制信号CRTL1而选择将第二临界电压VTH2输出给比较器251。比较器251的第一输入端(例如非反相输入端)耦接至运算放大器220的输出端，而比较器251的第二输入端(例如反相输入端)接收选择器252的输出。

应用本实施例者可以视其设计需求以及依据本实施例的教示而以任何方式实现控制器270。例如，图3是依照本发明实施例图2中控制器270的实现范例。控制器270包含反栅(NOT gate)271、反栅272、或栅(OR gate)273以及及栅(AND gate)274。反栅272的输入端接收系统的重置信号RESET。或栅273的第一输入端耦接至反栅272的输出端，或栅273的第二输入端接收比较单元250的输出CTRL。或栅273从其输出端提供控制信号RESET1给第二开关240。及栅274的二个输入端分别接收系统的重置信号RESET与比较单元250的输出CTRL，以便于从其输出端提供控制信号CTRL1给选择器252。反栅271的输入端耦接至及栅274的输出。反栅271的输出端提供控制信号CON1给第一开关210。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作出许多修改与变型，故本发明的保护范围当视所附的权利要求为准。

Claims

1.一种触控面板的读取电路，包括：

第一开关，其第一端作为所述读取电路的输入端；

运算放大器，其第一输入端耦接至所述第一开关的第二端，而所述运算放大器的第二输入端接收参考电压；

回授电容，其第一端耦接至所述运算放大器的第一输入端，而所述回授电容的第二端耦接至所述运算放大器的输出端；

第二开关，其第一端耦接至所述运算放大器的第一输入端，而所述第二开关的第二端耦接至所述运算放大器的输出端；

比较单元，其输入端耦接至所述运算放大器的输出端；

控制器，其依据所述比较单元的输出来控制所述比较单元、所述第一开关以及所述第二开关，其中若所述比较单元的输出为第一逻辑值，则所述控制器控制所述比较单元以将所述运算放大器的输出相较于第一临界电压，以及若所述比较单元的输出为第二逻辑值，则所述控制器控制所述比较单元以将所述运算放大器的输出相较于第二临界电压；以及

计数器，其输入端接收所述比较单元的输出，而所述计数器的输出端作为所述读取电路的输出端。

2.如权利要求1所述的读取电路，其中，当在电源初通期间时，所述控制器导通所述第一开关与所述第二开关，而所述控制器控制所述比较单元以将所述运算放大器的输出相较于所述第一临界电压。

3.如权利要求1所述的读取电路，其中，当在重置期间时，所述控制器导通所述第一开关与所述第二开关，而所述控制器控制所述比较单元以将所述运算放大器的输出相较于所述第一临界电压。

4.如权利要求1所述的读取电路，其中，当所述比较单元的输出为所述第一逻辑值时，所述控制器导通所述第一开关，而所述控制器截止所述第二开关。

5.如权利要求1所述的读取电路，其中，当所述比较单元的输出为所述第二逻辑值时，所述控制器截止所述第一开关，而所述控制器导通所述第二开关。

6.如权利要求1所述的读取电路，其中，所述运算放大器的第一输入端为反相输入端，而所述运算放大器的第二输入端为非反相输入端。

7.如权利要求1所述的读取电路，其中，所述比较单元包括：

选择器，其中若所述比较单元的输出为所述第一逻辑值，则所述选择器选择输出所述第一临界电压，以及若所述比较单元的输出为所述第二逻辑值，则所述选择器选择输出所述第二临界电压；以及

比较器，其第一输入端耦接至所述运算放大器的输出端，而所述比较器的第二输入端接收所述选择器的输出。

8.如权利要求7所述的读取电路，其中，所述比较器的第一输入端为非反相输入端，而所述比较器的第二输入端为反相输入端。

9.如权利要求1所述的读取电路，其中，所述第一临界电压大于所述第二临界电压。

10.如权利要求1所述的读取电路，其中，所述第二临界电压大于所述参考电压。

11.如权利要求1所述的读取电路，其中，所述第一临界电压小于系统电压。

12.如权利要求1所述的读取电路，其中，所述计数器是计数所述比较单元的输出的上升缘。