CN102109938A - 触控面板 - Google Patents

Abstract

一种触控面板，包括多个面板电容、第一切换单元、第二切换单元、第一充电单元、控制单元、以及计数器。面板电容逐一被选取以作为目标电容。第一切换单元与第二切换单元用以切换目标电容的两端点所接收的电压。控制单元会根据目标电容的端点电压的变化控制第一充电单元所提供的第一充电电流，并据以产生比较讯号。计数器会对比较讯号进行计数，以致使触控面板将利用计数器所产生的计数值来判别目标电容的电容值的变化量。

Description

触控面板

技术领域

本发明涉及一种触控面板，特别是涉及一种电容式触控面板。

背景技术

随着技术的迅速发展，多数电子产品，如：笔记型计算机、手机或可携式多媒体播放器(portable multimedia player)等，常具有触控面板以作为新一代输入接口。一般而言，触控面板可区分为电容式与电阻式触控面板。电容式触控面板的操作是利用手指或导电物体(conductive material)来接近或触碰触控面板，以改变触控面板上的电容值。当检测到电容值的变化时，将可确定利用手指或导电物体所接近或者接触到的位置，进而执行与前述接近或接触的位置所预先对应的动作。

图1为现有的触控面板，其中图1还绘示出当使用者同时触碰位置A与位置B时波峰位置示意图。如图1所示，现有的触控面板包括多个面板电容，例如：面板电容C11～C15。触控面板在检测碰触位置时，会分别扫描对应X轴及Y轴的面板电容。藉此，当面板电容所对应的位置被触碰时，面板电容会产生对应的电容变化。此时，经由将对应不同轴向的波峰位置进行交会，即可定位出碰触位置。

然而，当使用者同时触碰位置A以及位置B的情况下，被触碰的位置A以及被触碰的位置B会在X轴及Y轴各自产生两个波峰位置，例如：X2、X5、Y3及Y5。此时，两个轴向的波峰位置进行交会则会产生4个交会点，例如：A、B、A’及B’，其中非属于真正碰触位置的两交会点A’与B’称之为错误感测点(ghost point)。在此情况下，触控面板会检测出非真正的碰触位置，进而造成操作错误。

发明内容

本发明提供一种触控面板，可对每一面板电容进行检测，进而避免错误感测点的产生。

本发明提出一种触控面板，包括多个面板电容、一第一切换单元、一第二切换单元、一第一充电单元、一控制单元、以及一计数器。所述多个面板电容的第二端彼此电性相连，且当这些面板电容的其一被选取为一目标电容时，除目标电容以外的面板电容的第一端皆耦接至一接地端。第一切换单元在一第一期间、一第二期间与一第三期间，分别将目标电容的第一端分别切换至一第一电压、一浮接状态与一第二电压。

此外，第二切换单元耦接这些面板电容的第二端，并在第一期间将这些面板电容的第二端导通至一基准电压。再者，第二切换单元在第二期间将这些面板电容的第二端从浮接状态切换至一讯号检测端，并第三期间将这些面板电容的第二端持续导通至讯号检测端。第一充电单元耦接讯号检测端，并参照一充电控制讯号而决定是否在第三期间提供一第一充电电流。

另一方面，控制单元耦接讯号检测端，并对来自讯号检测端的讯号进行积分，以产生一积分电压。此外，控制单元比较积分电压与参考电压，以在控制单元被触发时输出一比较讯号与充电控制讯号。计数器对比较讯号进行计数，以产生一计数值。其中，触控面板利用计数值来判别目标电容的电容值的变化量。

在本发明的一实施例中，上述的第一切换单元包括一第一开关与一第二开关。第一开关的第一端接收第一电压，且第一开关的第二端耦接至目标电容的第一端。第二开关的第一端耦接至第一开关的第二端，且第二开关的第二端接收第二电压。此外，第一开关与第二开关分别受控于一第一频率讯号与一第二频率讯号，以分别在第一期间与第三期间维持在导通状态。

在本发明的一实施例中，上述的控制单元包括一积分器、一比较器、一锁存器、以及一与门。积分器的输入端耦接至讯号检测端。比较器的第一输入端接收参考电压，且比较器的第二输入端耦接至积分器的输出端。锁存器的输入端耦接至比较器的输出端，锁存器的触发端接收一第四频率讯号，而锁存器的输出端提供比较讯号。与门接收比较讯号与一第五频率讯号，并据以产生充电控制讯号。此外，第四频率讯号与第五频率讯号的频率都分别大于第一频率讯号与第二频率讯号的频率。

基于上述，本发明是利用第一切换单元与第二切换单元来切换目标电容的两端点所接收的电压。此外，控制单元会撷取目标电容的端点电压的变化，并进而控制第一充电单元所提供的第一充电电流。如此一来，触控面板将可利用计数器所产生的计数值来判别目标电容的电容值的变化量。此外，当触控面板同时出现两个以上的碰触位置时，本发明依旧可对每一面板电容进行检测，进而避免错误感测点的产生。

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图详细说明如下。

附图说明

图1为现有的触控面板。

图2示出了依据本发明一实施例的触控面板的结构示意图。

图3示出了用以说明图2的触控面板的波形时序图。

图4示出了用以说明图2的触控面板的另一波形时序图。

图5示出了依据本发明另一实施例的触控面板的结构示意图。

图6示出了依据本发明又一实施例的触控面板的结构示意图。

附图符号说明

C11～C15：面板电容

A、B、A’、B’：触碰位置

X1～X8、Y1～Y8：扫描轴

200：触控面板

CX1～CX5：面板电容

210：第一切换单元

220：第二切换单元

230：第一充电单元

240：第二充电单元

250：控制单元

260：计数器

Ct：目标电容

SW1：第一开关

SW2：第二开关

VR1：基准电压

VRC：参考电压

VR0：第一电压

VR2：第二电压

VR3：第三电压

VR4：第四电压

SW3：第三开关

SW4：第四开关

SW5：第五开关

SW6：第六开关

SW7：第七开关

SW8：第八开关

C1：第一电容

C2：第二电容

C3：第三电容

TR2：讯号检测端

ph1：第一频率讯号

ph2x：第二频率讯号

ph2：第三频率讯号

I1：第一充电电流

I2：第二充电电流

251：积分器

252：比较器

253：锁存器

254：与门

OP2：运算放大器

NA～NC：节点

P21、P22：电流路径

V_OP：积分电压

S_CP：比较讯号

S_PUMP：充电控制讯号

CT2：计数值

V_NA～V_NC：节点电压

sysclk：系统频率讯号

F21～F22：系统周期

T21：第一期间

T22：第二期间

T23：第三期间

TB1：第一子期间

TB2：第二子期间

T30～t33：时间点

ph1_h：第四频率讯号

ph2x_h：第五频率讯号

具体实施方式

图2示出了依据本发明一实施例的触控面板的结构示意图。如图2所示，触控面板200包括多个面板电容、一第一切换单元210、一第二切换单元220、一第一充电单元230、一第二充电单元240、一控制单元250、以及一计数器260。其中，图2仅绘示出面板电容CX1～CX5为代表。面板电容CX1～CX5的第二端彼此电性相连，故对照图1来看，面板电容CX1～CX5的耦接方式就相当于图1中的面板电容C11～C15的耦接方式。

在实际操作上，面板电容CX1～CX5会逐一被选取，以作为被检测的一目标电容。值得注意的是，当目标电容选定时，除目标电容以外的面板电容的第一端皆会耦接至接地端。举例来说，在图2中，面板电容CX1被选取为目标电容Ct，因此面板电容CX2～CX5的第一端皆耦接至接地端。相对地，倘若面板电容CX2被选取为目标电容Ct，此时面板电容CX1、CX3～CX5的第一端将皆耦接至接地端。为了说明方便起见，以下将以面板电容CX1为目标电容Ct，来说明如何感测目标电容Ct的电容值的变化量。

请继续参照图2，第一切换单元210包括一第一开关SW1与一第二开关SW2。其中，第一开关SW1的第一端接收第一电压VR0，且第一开关SW1的第二端耦接至目标电容Ct的第一端。第二开关SW2的第一端耦接至第一开关SW1的第二端，且第二开关SW2的第二端接收第二电压VR2。此外，第一开关SW1与第二开关SW2分别受控于第一频率讯号ph1与第二频率讯号ph2x。藉此，随着第一开关SW1与第二开关SW2的切换，目标电容Ct的第一端将可被切换至第一电压VR0、第二电压VR2或是浮接(floating)状态。

第二切换单元220包括一第三开关SW3与一第四开关SW4。其中，第三开关SW3的第一端接收一基准电压VR1，且第三开关SW3的第二端耦接至面板电容CX1～CX5的第二端。第四开关SW4的第一端耦接至第三开关SW3的第二端，且第四开关SW4的第二端耦接至一讯号检测端TR2。此外，第三开关SW3与第四开关SW4分别受控于第一频率讯号ph1与第三频率讯号ph2。藉此，随着第三开关SW3与第四开关SW4的切换，面板电容CX1～CX5的第二端将可被切换至基准电压VR1、讯号检测端TR2或是浮接状态。

第一充电单元230包括一第五开关SW5、一第一电容C1与一第六开关SW6。第五开关SW5的第一端耦接至讯号检测端TR2。第一电容C1的第一端耦接至第五开关SW5的第二端，且第一电容C1的第二端耦接至接地端。第六开关SW6的第一端耦接至第五开关SW5的第二端，且第六开关SW6的第二端接收一第三电压VR3。此外，第五开关SW5与第六开关SW6分别受控于充电控制讯号S_PUMP与第一频率讯号ph1。藉此，当第五开关SW5截止(turn off)且第六开关SW6导通(turn on)时，第一电容C1将可充电至第三电压VR3。相对地，当第五开关SW5导通且第六开关SW6截止时，第一电容C1将放电，进而致使第一充电单元230来提供第一充电电流I1。

第二充电单元240包括一第七开关SW7、一第三电容C3与一第八开关SW8。其中，第七开关SW7的第一端耦接至讯号检测端TR2。第三电容C3的第一端耦接至第七开关SW7的第二端，且其第二端耦接至接地端。第八开关SW8的第一端耦接至第七开关SW7的第二端，且其第二端接收第四电压VR4。此外，第七开关SW7与第八开关SW8分别受控于第二频率讯号ph2x与第一频率讯号ph1。藉此，当第七开关SW7截止且第八开关SW8导通时，第三电容C3将可充电至第四电压VR4。相对地，当第七开关SW7导通且第八开关SW8截止时，第三电容C3将放电，进而致使第二充电单元240提供第二充电电流I2。

控制单元250包括一积分器251、一比较器252、一锁存器253以及一与门254。其中，积分器251的输入端耦接至讯号检测端TR2。比较器252的第一输入端接收一参考电压VRC，且其第二输入端耦接至积分器251的输出端。锁存器253的输入端耦接至比较器252的输出端，且其触发端接收第一频率讯号ph1。与门254则接收比较讯号S_CP与第二频率讯号ph2x。此外，在本实施例中，积分器251包括一运算放大器OP2与一第二电容C2。其中，运算放大器OP2的第一输入端接收基准电压VR1，其第二输入端耦接至讯号检测端TR2，且其输出端做为积分器251的输出端。第二电容C2的第一端与第二端则分别耦接运算放大器OP2的第二输入端与输出端。

图3示出了用以说明图2的触控面板的波形时序图，其中V_NA～V_NC分别为图2中位在节点NA～NC的电压。请同时参照图2与图3来看，控制单元250与第一切换单元210、第二切换单元220、第一充电单元230、第二充电单元240之间的操作。如图3所示，系统频率讯号sysclk的每一系统周期F21～F22内都包括一第一期间T21、一第二期间T22与一第三期间T23。就第一切换单元210来说，由于第一频率讯号ph1与第二频率讯号ph2x分别在第一期间T21与第三期间T23为高电平，且第一频率讯号ph1与第二频率讯号ph2x在第二期间T22皆为低电平，因此目标电容Ct的第一端在第一期间T21、第二期间T22与第三期间T23会分别切换至第一电压VR0、浮接状态与第二电压VR2。

此外，通过第一频率讯号ph1与第三频率讯号ph2对第二切换单元220的控制，面板电容CX1～CX5的第二端会于第一期间T21导通至基准电压VR1，并于第二期间T22从浮接状态切换至讯号检测端TR2。换言之，倘若将第二期间T22进一步地划分为一第一子期间TB1与一第二子期间TB2，则在第一子期间TB1，由于第一频率讯号ph1与第三频率讯号ph2皆为低电平，因此面板电容CX1～CX5的第二端会维持在浮接状态。再者，在第二子期间TB2，由于第三频率讯号ph2切换至高电平，因此在第二子期间TB2，面板电容CX1～CX5的第二端会导通至讯号检测端TR2。此外，面板电容CX1～CX5的第二端于第三期间T23还持续导通至讯号检测端TR2。另一方面，就第一充电单元230与第二充电单元240来说，于第一期间T21，第一电容C1与第三电容C3会因应第六开关SW6与第八开关SW8的导通，而分别充电至第三电压VR3与第四电压VR4。

此外，在本实施例中，第一电压VR0相等于第三电压VR3与第四电压VR4(例如：2伏特)，且基准电压VR1相等于参考电压VRC(例如：1.5伏特)，且第二电压VR2例如是1伏特。换言之，第一电压VR0大于基准电压VR1，且基准电压VR1大于第二电压VR2。藉此，如图3的节点电压V_NA所示，于第一期间T21与第二期间T22，目标电容Ct的第一端的电压会先被拉升至第一电压VR0，且于第三期间T23，目标电容Ct的第一端的电压会被下拉至第二电压VR2。值得注意的是，在系统周期F21的第三期间T23中，当目标电容Ct的第一端的电压于时间点t31被下拉，且充电控制讯号S_PUMP维持在低电平时，运算放大器OP2与第二电容C2所形成的回授机制会形成电流路径P21，以将节点电压V_NB维持在基准电压VR1。随着电流路径P21的产生，此时目标电容Ct、第二电容C2与第三电容C3之间的电荷分享将导致积分器251所产生的积分电压V_OP上升。

之后，比较器252会对积分电压V_OP与参考电压VRC进行比较。因此，在系统周期F21内，当积分电压V_OP大于参考电压VRC时，比较器252则会将比较讯号S_CP切换至高电平。另一方面，在下一系统周期F22内，锁存器253则会因应第一频率讯号ph1的触发，而致使控制单元250于时间点t32输出比较讯号S_CP。再者，比较讯号S_CP会通过与门254与第二频率讯号ph2x相乘。因此，当比较讯号S_CP被切换至高电平时，则控制单元250所输出的充电控制讯号S_PUMP会于第三期间T23被切换至高电平，进而导通第一充电单元230中的开关SW5。如此一来，在系统周期F22内，当目标电容Ct的第一端的电压于时间点t33被下拉，且充电控制讯号S_PUMP维持在高电平时，运算放大器OP2与第二电容C2所形成的回授机制会形成电流路径P22，以将节点电压V_NB维持在基准电压VR1。随着电流路径P22的产生，此时目标电容Ct、第二电容C2、第三电容C3与第一电容C1之间的电荷分享将导致积分器251所产生的积分电压V_OP将下降。

另一方面，图4示出了用以说明图2的触控面板的另一波形时序图，如图4所示，计数器260会参照系统频率讯号sysclk对比较讯号S_CP进行计数，以产生一计数值CT2。藉此，当目标电容Ct的电容值变大时，积分电压V_OP会被拉得越高。此时，控制单元250会将比较讯号S_CP与充电控制讯号S_PUMP切换至高电平的频率会相对地增加，以利用第一充电单元230所提供的第一充电电流I1来降低积分电压V_OP。也就是说，当目标电容Ct的电容值变大时，计数器260所产生的计数值CT2的数值将相对地变大。反之，当目标电容Ct的电容值变小时，积分电压V_OP的上升幅度会较小。此时，控制单元250将比较讯号S_CP与充电控制讯号S_PUMP切换至高电平的频率会相对地减小。如此一来，当目标电容Ct的电容值变小时，计数器260所产生的计数值CT2的数值将相对地变小。

藉此，触控面板200可利用计数值CT2来判别目标电容Ct的电容值的变化量，进而识别出触控面板200被按压的位置。值得一提的是，在感测目标电容Ct的过程中，除目标电容Ct以外的面板电容CX2～CX5并不会影响到比较讯号S_CP的大小。相对而言，计数器260所产生的计数值CT2的数值变化只与目标电容Ct的电容值的变化量有关。因此，触控面板200可对每一面板电容进行检测，进而避免错误感测点(ghost point)的产生。

值得注意的是，在图2实施例中，第二充电单元240主要是用以提供电容的直流电平的补偿，因此本领域的普通技术人员可依设计所需来决定是否将第二充电单元240移除。举例来说，图5示出了依据本发明另一实施例的触控面板的结构示意图，如图5所示，与图2实施例相较之下，图5实施例移除了第二充电单元240，并仅利用第一充电单元230来调整积分器251所产生的积分电压V_OP。至于图5实施利的细部操作原理与图1实施例相似，故在此不予赘述。

此外，在利用第一充电单元230调整积分电压V_OP的过程中，本领域的普通技术人员也可藉由将充电频率调高的方式来降低第一电容C1的大小。举例来说，图6示出了依据本发明又一实施例的触控面板的结构示意图，请同时参照图6与图2，图6是利用第四频率讯号ph1_h来控制锁存器253的触发，并利用第五频率讯号ph2x_h与充电控制讯号S_CP相乘。另一方面，第一充电单元230利用第四频率讯号ph1_h控制第六开关SW6。其中，第四频率讯号ph1_h与第五频率讯号ph2x_h的频率分别大于第一频率讯号ph1与第二频率讯号ph2x的频率。藉此，第一充电单元230将可在系统频率讯号sysclk的每一系统周期内多次提供第一充电电流I1，进而提升第二电容C2的充电频率。至于图6实施例的细部操作原理与图1实施例相似，故在此不予赘述。

综上所述，本发明是利用第一切换单元与第二切换单元来切换目标电容的两端点所接收的电压，并利用控制单元来撷取目标电容的端点电压的变化，进而藉此控制第一充电单元所提供的第一充电电流。如此一来，本发明将可对每一面板电容进行检测，进而避免错误感测点的产生。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作若干的更动与润饰，故本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。

Claims (10)

1.一种触控面板，包括：

多个面板电容，所述面板电容的第二端彼此电性相连，且当所述面板电容的其一被选取为一目标电容时，除该目标电容以外的面板电容的第一端皆耦接至一接地端；

一第一切换单元，在一第一期间、一第二期间与一第三期间将该目标电容的第一端分别切换至一第一电压、一浮接状态与一第二电压；

一第二切换单元，耦接所述面板电容的第二端，并在该第一期间将所述面板电容的第二端导通至一基准电压，且该第二切换单元在该第二期间将所述面板电容的第二端从该浮接状态切换至一讯号检测端，并在该第三期间将所述面板电容的第二端持续导通至该讯号检测端；

一第一充电单元，耦接该讯号检测端，并参照一充电控制讯号而决定是否在该第三期间提供一第一充电电流；

一控制单元，耦接该讯号检测端，并对来自该讯号检测端的讯号进行积分，以产生一积分电压，且该控制单元比较该积分电压与一参考电压，以在该控制单元被触发时输出一比较讯号与该充电控制讯号；以及

一计数器，对该比较讯号进行计数，以产生一计数值，其中该触控面板利用该计数值来判别该目标电容的电容值的变化量。

2.如权利要求1所述的触控面板，其中该第一切换单元包括：

一第一开关，其第一端接收该第一电压，且该第一开关的第二端耦接至该目标电容的第一端；以及

一第二开关，其第一端耦接至该第一开关的第二端，且该第二开关的第二端接收该第二电压，

其中，该第一开关与该第二开关分别受控于一第一频率讯号与一第二频率讯号，以分别在该第一期间与该第三期间维持在导通状态。

3.如权利要求2所述的触控面板，其中该第二切换单元包括：

一第三开关，其第一端接收该基准电压，该第三开关的第二端耦接至所述面板电容的第二端；以及

一第四开关，其第一端耦接至该第三开关的第一端，且该第四开关的第二端耦接至该讯号检测端，

其中，该第三开关受控于该第一频率讯号，以在该第一期间维持在导通状态，且该第四开关受控于一第三频率讯号，以在该第二期间从截止状态切换至导通状态，并在该第三期间维持在导通状态。

4.如权利要求2所述的触控面板，其中该控制单元包括：

一积分器，其输入端耦接至该讯号检测端；

一比较器，其第一输入端接收该参考电压，且该比较器的第二输入端耦接至该积分器的输出端；

一锁存器，其输入端耦接至该比较器的输出端，该锁存器的触发端接收一第四频率讯号，而该锁存器的输出端提供该比较讯号；以及

一与门，接收该比较讯号与一第五频率讯号，并据以产生该充电控制讯号，

其中，该第四频率讯号与该第五频率讯号的频率都分别大于该第一频率讯号与该第二频率讯号的频率。

5.如权利要求4所述的触控面板，其中该积分器包括：

一运算放大器，其第一输入端接收该基准电压，该运算放大器的第二输入端耦接至该讯号检测端，而该运算放大器的输出端做为该积分器的输出端；以及

一第二电容，其第一端与第二端分别耦接该运算放大器的第二输入端与输出端。

6.如权利要求2所述的触控面板，其中该第一充电单元包括：

一第五开关，其第一端耦接至该讯号检测端，且该第五开关参照该充电控制讯号而决定是否在该第三期间切换至导通状态；

一第一电容，其第一端耦接至该第五开关的第二端，且该第一电容的第二端耦接至该接地端；以及

一第六开关，其第一端耦接至该第五开关的第二端，且该第六开关的第二端接收一第三电压，其中该第六开关受控于一第四频率讯号，且该第四频率讯号的频率大于该第一频率讯号的频率。

7.如权利要求6所述的触控面板，其中该第三电压等于该第一电压，且该第一电压大于该第二电压。

8.如权利要求1所述的触控面板，还包括：

一第二充电单元，耦接该讯号检测端，并在该第三期间提供一第二充电电流。

9.如权利要求8所述的触控面板，其中该第二充电单元包括：

一第七开关，其第一端耦接至该讯号检测端；

一第三电容，其第一端耦接至该第七开关的第二端，且该第三电容的第二端耦接至该接地端；以及

一第八开关，其第一端耦接至该第七开关的第二端，且该第八开关的第二端接收一第四电压，

其中，该第七开关与该第八开关分别受控于一第二频率讯号与一第一频率讯号，以分别在该第一期间与该第三期间维持在导通状态。

10.如权利要求1所述的触控面板，其中该第一电压大于该基准电压，且该基准电压大于该第二电压。

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