CN102147678A

CN102147678A - 补偿触摸板中的噪声的方法和装置

Info

Publication number: CN102147678A
Application number: CN2011100343135A
Authority: CN
Inventors: 卞山镐; 崔伦竞
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2031-02-01
Also published as: JP2011165184A; US20110193817A1; US8736573B2; CN102147678B; KR20110091380A; JP5827807B2; TW201135568A

Abstract

提出了一种触摸屏系统和补偿触摸屏系统中的噪声的方法。一种触摸屏系统包括：触摸屏面板，具有提供与电容变化对应的感测输出的感测沟道，所述电容变化与由连接到所述感测沟道的一个或多个感测单元检测的所施加的触摸输入相关联。当施加触摸输入时在所述感测沟道中累积寄生电容。所述触摸屏系统也包括触摸控制器，用于接收所述感测输出并且包括：噪声补偿块，被配置成生成用于补偿所述寄生电容的补偿电容，并且提供补偿输出；和信号转换单元，用于接收所述感测输出和所述补偿输出，并且生成被噪声补偿的感测输出。

Description

补偿触摸板中的噪声的方法和装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年2月5日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2010-0011190的利益，其公开整体并入于此作为参考。

技术领域

本发明构思涉及触摸板、显示设备和触摸屏系统。更具体地，本发明构思涉及提高触摸板的灵敏度和辨别性能的方法和装置。

背景技术

便携式电子设备已经变得更加小巧轻薄以便满足用户需要。允许省略机械按钮的触摸屏已改进了现代电子设备的外观和感觉，并且引发了广泛应用于普通异步传输模式(ATM)设备、电视机(TV)和普通家用电器以及小尺寸便携式设备的吸引人的设计。蜂窝电话、便携式多媒体播放器(PMP)、个人数字助理(PDA)、电子书是受益于结合触摸屏的小尺寸便携式电子设备的现成示例。为了进一步减小这种设备的物理尺寸和操作复杂度，已经研究出各种途径将用户输入接口(例如输入按钮)与显示屏相集成。作为接口到屏幕集成的该进行中过程的一部分，触摸检测(或感知)技术已经是大多数研究与发展的课题。“触摸感知”是寻求智能和精确地感知对用户接口表面(例如显示屏幕)的触摸输入的宽广技术领域。

一般来讲，“触摸屏”是已被进一步使得能够用作用户接口的一种视觉显示器。这种触摸屏是构成使用显示器的信息通信设备与用户间的接口的输入设备。用户利用“触摸机构”，例如手指、笔、铁笔等来直接接触触摸屏，以便将信息(例如数据和/或命令)输入到信息通信设备。某些类型的平板显示设备，包括液晶显示器(LCD)设备、场致发射显示器(FED)设备、有机发光二极管(OLED)设备、等离子体显示器(PDP)设备等，通常被用作触摸屏。

平板显示设备通常包括以行列矩阵排列的多个像素来显示电子和/或光学得到的图像。例如，LCD设备可以包括通信栅极信号的多条扫描线和通信灰度数据的多条数据线。各个像素形成于扫描线和数据线交叉的点处。每个像素可以包括晶体管/电容器组合，或者仅仅是电容器。

触摸屏使用各种方法来检测用户触摸输入，包括电阻式覆盖(resistiveoverlay)、电容式覆盖(capacitive overlay)、表面声波、红外、表面弹性波、感应等。

在使用电阻式覆盖方法的触摸屏中，电阻性材料涂覆于玻璃或透明塑料板上，并且聚酯薄膜覆盖于其上，并且绝缘棒以规则间隔安装，从而聚酯薄膜的两侧相互不接触。在这种情况下，电阻和电压得以变化。然而，当用户的手接触触摸屏时用户手的位置可能被错误地感知为输入，或者可能改变预期用户输入的电压变化的程度。当用户输入草书时，使用电阻式覆盖方法的触摸屏在它们的性能特性上较优越，但是它们也表现出低透射率、低持久性的特性以及与多接触点的检测相关的问题。

在使用表面声波方法的触摸屏中，以规则间隔发射声波的发射器和反射声波的反射器被附着到玻璃显示平面的一个角。接收器被附着到该玻璃的相对一个角。当随后接触玻璃时，声波的传输被中断。通过确定(或计算)中断的点，可以感知触摸输入的位置。

在使用红外方法的触摸屏中，可以使用所应用的红外光的方向性来感知触摸输入的位置。一个矩阵可以由作为自发发射器件的红外发光二极管(LED)和作为光接收器件的光电晶体管的排列而形成。由于在表面声波方法中使用声波，因此在由触摸输入造成的红外线传输中的检测到的拦截可被用来确定触摸输入的位置。

当代的便携式电子设备主要使用低成本且与各种输入机构相兼容的电阻式覆盖方法。然而，随着对能够多次同时接触输入(下文中，“多接触”)的用户接口的深入研究得以继续，使用电容式覆盖方法的触摸屏幕由于它们有效解释多触摸的能力而已经变得尤为突出。

发明内容

本发明构思的实施例提供了一种降低触摸屏系统中的寄生电容和相关噪声的影响的触摸控制器及其操作方法。

在一个实施例中，本发明构思提供了一种补偿触摸屏系统中的噪声的装置，所述装置包括：触摸屏面板，具有提供与电容变化对应的感测输出的感测沟道，所述电容变化与由连接到所述感测沟道的一个或多个感测单元检测的所施加的触摸输入相关联，其中当施加触摸输入时累积寄生电容；和触摸控制器，用于接收所述感测输出。所述触摸控制器包括：噪声补偿块，被配置成生成用于补偿所述寄生电容的补偿电容，并且提供补偿输出；和信号转换单元，被配置成接收所述感测输出和所述补偿输出，并且生成被噪声补偿的感测输出。

在另一实施例中，本发明构思提供了一种补偿触摸屏系统中的噪声的方法，所述方法包括：使用连接到多个感测沟道的感测单元感测与所施加的触摸输入相关联的电容变化，并且提供对应于所述电容变化的感测输出，其中当施加触摸输入时累积寄生电容；生成用于补偿所述寄生电容的补偿电容和对应于所述补偿电容的补偿输出；和使用所述补偿输出将所述感测输出转换为被噪声补偿的感测输出。

在另一实施例中，本发明构思提供了一种触摸控制器，用于接收由感测沟道提供的感测输出，所述感测沟道感测与由连接到所述感测沟道的一个或多个感测单元检测的所施加的触摸输入相关联的电容变化，其中当施加触摸输入时累积寄生电容，所述触摸控制器包括：噪声补偿块，被配置成生成用于补偿所述寄生电容的补偿电容，并且提供补偿输出；和电荷放大器，被配置成接收所述感测输出和所述补偿输出，并且生成被噪声补偿的感测输出。

在又另一个实施例中，本发明构思提供了一种补偿触摸屏系统中的噪声的方法，所述方法包括：使用连接到多个感测沟道的感测单元感测与所施加的触摸输入相关联的电容变化，并且提供与所述电容变化对应的感测输出，其中当施加触摸输入时累积寄生电容；将所述感测输出施加到用作信号转换单元的电荷放大器的一个输入；生成用于补偿所述寄生电容的补偿电容，并且生成与所述补偿电容对应的补偿输出；将所述补偿输出施加到所述电荷放大器的一个输入；和将控制电压施加到所述电荷放大器的另一输入以便生成被噪声补偿的感测输出。

附图说明

从结合附图进行的下列详细描述中，本发明构思的示例性实施例将更清楚地理解，其中：

图1图示了普通触摸屏面板和处理触摸屏系统中的触摸信号的相应信号处理单元；

图2图示了使用互电容方法通过触摸板感测触摸的情况；

图3图示了在使用触摸屏面板期间可能发生的电磁噪声；

图4A和图4B是示出当在显示面板中存在噪声时由于触摸引起的电容变化的图；

图5进一步图示了触摸屏系统中的噪声的影响；

图6A图示了在单芯片解决方案内安排的外挂式(ON-cell)触摸板和触摸显示驱动器IC(DDI)的一种可能结构；

图6B是图6A的电荷放大器的等效电路图并且进一步图示了在公共电极板处累积的显示噪声的影响；

图7A是根据本发明构思实施例的触摸屏系统内的噪声补偿块和电荷放大器组合的电路图；

图7B是更具体图示其中四个感测沟道用于实现本发明构思实施例内的噪声补偿的一种途径的电路图；

图8是根据本发明构思实施例的结合触摸控制器和显示驱动电路的单个集成电路(IC)(或单个芯片)的方框图；

图9A到图9D图示了根据本发明构思实施例的其上布置触摸板的显示设备的印刷电路板(PCB)的一种可能结构；

图10A到图10D图示了其中触摸板和显示板集成为单个本体的PCD的另一种结构；

图11A和图11B图示了其中触摸控制器单元和显示驱动电路被集成在柔性PCB(FPCB)上的半导体芯片的可能布局结构；

图12(a)和图12(b)图示了包括根据本发明构思实施例的其中集成了触摸控制器和显示驱动电路的半导体芯片的显示设备；和

图13图示了各个应用示例，其中各个电子设备结合了根据本发明构思的实施例的触摸屏系统。

具体实施方式

现在将在某些附加细节上对附图中图示的本发明构思的某些实施例进行参考。然而，本发明构思不应当被理解为仅限于图示的实施例。相反，图示的实施例被提供用以教导本发明构思的形成和使用。贯穿书面描述和附图，相同的附图标记和标签用于指代相同或相似的元件、信号和特征。在附图中，为了清晰可以放大某些层和区域的厚度。

将会理解，当称诸如层、区域或基板那样的元件在另一元件“之上”、“连接到”或“耦接到”另一元件时，其可以直接在另一元件之上、连接到或耦接到另一元件或者可以存在居间元件。相反，当称一个元件“直接在”另一元件或层“之上”，“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件或层时，不存在居间元件或层。类似的标号始终表示类似的元件。如这里所使用，术语“和/或”包括相关联所列项的一个或多个的任意和所有组合。

应该理解，尽管术语第一、第二、第三等这里可以用来描述各种元件、组件、区域、层和/或部件，但这些元件、组件、区域、层和/或部件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部件与另一区域、层或部件区分开。因此，下面所讨论的第一元件、组件、区域、层或部件可以称作第二元件、组件、区域、层或部件，而不背离示例性实施例的教导。

为易于描述这里可以使用空间相对术语诸如“在...之上”、“在...上面”、“在...之下”、“在...下面”、“较低”等等来描述如附图中所图示的一个元件或者特征对另一元件或特征的关系。应该理解，这些空间相对术语旨在除了图中所描绘的方位外还包含使用或操作中的设备的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为“在”另一元件或特征“下面”或“之下”的元件将定位在另一元件或特征的“上面”。这样，示例性术语“在...上面”可以包含“在...上面”和“在...下面”两个方位。可由使该设备朝向其它方向(旋转90度或者在其它方位)并且应该据此理解这里所使用的空间相对描述文字。

此处使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不是要限制示例性实施例。此处使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”也要包含复数形式，除非上下文明确作出另外的指示。还应该进一步理解，本说明书中使用的术语“包含”和/或“包括”指明存在所声明的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或组件，但是不排除存在或添加一或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件，和/或其的组。

除非另外定义，否则此处使用的所有术语(包括技术和科学术语)都具有与本是示例性实施例所属技术领域普通技术人员通常理解相同的含义。还应该理解，在常用词典中定义的术语应该被理解为具有与其在相关技术上下文中的含义一致的含义，而不应该以理想化或过于形式化的意思解释，除非此处明确定义如此。

图1一般图示了触摸屏系统10内的触摸屏面板和处理触摸信号的信号处理单元。参考图1，触摸屏系统10包括：触摸屏面板11，具有多个感测单元；和信号处理单元12，检测(例如感测和辨别)多个感测单元11的电容的变化并且处理(例如中断)所检测的电容变化以生成相应的触摸数据。

触摸屏面板11包括在行方向上布置的多个行感测单元和在列方向上布置的多个列感测单元。如图1中图示，多行及多列的结构形成被配置来接收触摸输入的感测单元矩阵。如所示，布置在同一行中的行感测单元的集合(collection)电连接，以及同一列中的列感测单元的集合电连接。

信号处理单元12根据针对触摸屏面板11中的感测单元矩阵所检测的电容变化而生成触摸数据。触摸数据随后可能被中断以识别触摸输入的位置。

然而，在触摸屏面板11的感测单元矩阵中存在寄生电容分量。该寄生电容分量包括在相邻(或贴近)感测单元之间生成的水平电容分量以及在感测单元和构成显示面板之间生成的垂直电容分量。随着寄生电容的整体水平增加或者变得相对大，由触摸输入造成的特定电容变化变得相对小并且更难以精确地检测。例如，由于触摸机构变得更贴近或者接触到感测单元，因此感测单元的电容增加。然而，当感测单元展示相对高的寄生电容时，感测单元的触摸检测灵敏度降低。另外，由于垂直寄生电容，提供给显示板的顶部玻璃的电极电压VCOM上的变化可能在触摸输入检测操作期间产生感测噪声。

使用电容式覆盖方法的触摸屏系统感测触摸机构和触摸屏面板的电极图案之间的电容的相对尺寸。因此，尽管触摸屏系统总是曝露于多个噪声源这样的事实，非常重要的是获得稳定的输出。

图2进一步图示了其中使用互电容方法通过触摸屏检测触摸输入的情况。参考图2，按照互电容方法，预定电压脉冲被施加到驱动电极，并且与电压脉冲对应的电荷由接收电极收集。在这点上，当触摸机构介于驱动电极和接收电极之间时，形成一个或多个电场(虚线)。

由于驱动电极与接收电极之间存在的电场的变化(例如场耦合效应)，结合这种类型的触摸板的触摸屏系统检测与电容变化相关的触摸输入。

图3进一步图示了在如由触摸屏面板执行的触摸检测操作期间可能发生的电磁噪声。便携式电子设备可以在显示板35上结合触摸屏面板33，尝试降低设备复杂度并提高价格竞争力。例如，触摸屏面板33和显示板35的组合可以是外挂式触摸板。然而，如果触摸屏面板33和显示板35集成到单个本体，则可能发生若干问题。例如，触摸屏面板33的感测沟道与显示板35的数据线之间生成的寄生电容Cbx和Cby，以及触摸机构(例如手指31)生成的表层累积噪声或者通常在触摸屏系统内生成的噪声，都可能不利地影响外挂式触摸板的性能。也就是，在累积噪声影响下，可能发生在从显示驱动IC(DDI)施加到显示板35的一个或多个源沟道两端以便驱动显示器的电压波动。明显地，触摸感测系统性能的进一步改进需要某些途径来应对噪声的存在和影响。并且这尤其针对便携式电子设备，其往往以较低电压运行并且通常曝露于更不利的操作环境。

参考图3，触摸屏面板33包括根据定义的x轴和y轴排列的多个感测单元。多个感测单元包括在x轴方向上行进的X条感测线和在y轴方向上行进的Y条感测线。在X条感测线和Y条感测线之间存在电阻R_ITO。多个感测单元可以布置在显示板35附近或者可以附着到显示板35的一个表面。显示板35，如图3中的显示板35的顶部玻璃所示，被配置成接收电极电压VCOM。例如，当显示板35的顶部玻璃是液晶显示器(LCD)面板的上面板时，电极电压VCOM可被提供为公共电极电压，并且当显示板35的顶部玻璃是有机发光二极管(OLED)面板的上面板时，电极电压VCOM可被提供为具有直流(DC)电压的阴极电压。

在图3的特殊结构中，触摸屏面板33包括与在行方向上(x方向)布置的多条X感测线连接的多个行感测单元和与在列方向上布置的多条Y感测线连接的多个列感测单元。

如先前注意的，单个感测单元经受在这种结构内的某些寄生电容的影响。例如，每个感测单元经受在相邻感测单元之间生成的水平寄生电容分量C_adj以及在感测单元与显示板35之间生成的垂直寄生电容分量Cbx和Cby的影响。当这些(和其它)寄生电容与由触摸机构(直接或贴近)施加到感测单元所生成的电容分量相比较大时，会不利地影响触摸输入检测灵敏度。

图4A和图4B是示出在存在与寄生电容相关联的噪声的情况下通过将触摸机构施加于显示板而引起的电容变化的图。参考图4A，每个感测单元假设具有寄生电容分量C_b。当施加触摸机构时，感测单元的电容变化并且生成附加电容分量C_sig。图4A和图4B的示例假设使用接触型触摸机构，但是本领域的技术人员将意识到将触摸机构“施加于”触摸屏可以采取许多方式。

图4A中示出的时间线的周期A表示其中触摸机构仍未施加于感测单元的状态。在该周期期间，感测单元的电容Csen仅是C_b，这对应于寄生电容分量。图4A中示出的时间线的周期B表示其中触摸机构施加于感测单元的状态。在该周期期间，在触摸机构(例如手指13)与触摸屏面板之间生成附加电容分量Csig，并且感测单元的电容Csen增加到通过将寄生电容C_b与电容分量Csig相加获得的电容Csen’。这是理想情况，并且在这种条件下，可以容易地检测触摸输入。

然而，如图4B所示，在真实世界环境中非理想情况更典型，并且某些噪声组件可能极大地影响由感测单元引发的电容特性。在极度嘈杂的条件下，由于感测单元的电容Csen’的波动，不能精确地检测(例如感测和辨别)触摸输入。

当LCD板和OLED板被用作触摸屏时可能产生附加噪声组件。例如，当使用OLED板时，在触摸感测沟道下形成用于产生公共电压Vcom的公共电极层。使用外部切换模式电源(SMPS)将公共电极层维持在预定的恒定电压。因此，在使用OLED型板的情况下，触摸感测沟道上累积的噪声可能非常小。

另一方面，当使用LCD板时，可以使用两种可能方法之一(即，利用恒定电压驱动公共电极的方法或持续地反转公共电极的方法)来驱动它。在这两种方法中，每当经由源沟道写入数据时可能累积大量噪声，因为触摸屏系统受转换(slew)以及经由源沟道正写入的数据信号影响。

图5进一步图示了触摸屏系统中的噪声的影响。参考图5，使用有效电平移动器(active level shifter，ALS)方法(一般用来驱动LCD板的方法之一)将公共电极电压Vcom DC 511驱动为恒定电压DC，并且将升压电压施加到模块上布置的存储电容器(未示出)。多个源沟道513被布置在LCDqVGA灰度板中。由于布置在源沟道线55上的源沟道513的信号变化，在Vcom DC 511中产生噪声。通常在源沟道513与公共电极(VCOM)板53之间生成的寄生电容C_s一般是10nF或更多。

而且，在外挂式触摸板的情况下，在触摸感测沟道51与VCOM板53之间生成的寄生电容C_b可能非常大(例如几pF或更大)。这样，当多个源沟道513被同时激活并且经由每个触摸感测沟道51通信数据时，触摸感测沟道51中累积的噪声大大增加。另一方面，随着寄生电容C_b减小，触摸感测沟道51中累积的噪声大大地减小。而且，随着在源沟道513两端的电压摆动增加，VCOM板53中累积的噪声组件也增加。用于驱动公共电极VCOM的一种类型的电路是DDI内部时钟，但是存在与DDI内部时钟的带宽增加相关联的明显的限制。这样，在短时间内不能稳定源沟道513中累积的噪声。

图6A图示了集成为单芯片解决方案的外挂式触摸板和触摸显示驱动器IC(DDI)60的一种可能结构。参考图6A，触摸DDI 60包括沟道复用器61、放大器(例如电荷放大器)69、寄生电容(C_b)补偿块63、激励脉冲缓冲器65和VCOM驱动器(DDI)67。触摸DDI 60连接到外部主控制器(未示出)，该外部主控制器可以是触摸控制器和显示驱动单元(未示出)。这种组件的组合通常可称作触摸屏系统。

沟道复用器61使用沟道选择器CH_SEL对一个或多个触摸感测沟道51上的触摸输入的信令影响复用，并且将得到的“感测输出”信号(例如复用的触摸信号)输出到电荷放大器69。

电荷放大器69检测感测输出(例如，检测响应触摸输入的施加而产生的电荷量)，并且将检测到的感测输出转换为电压Vout。根据本发明构思的一个实施例，电荷放大器69可被理解为一种信号转换单元类型。在图6A的图示实施例中，电阻器R_f和电容器C_f并联在电荷放大器69的输出端和反向输入端之间。响应触摸输入而产生的电容通常大约为1pF，并且与寄生电容相比相对较小C_b。C_b补偿块63用于降低寄生电容C_b的影响，其中补偿电容C_q被施加以补偿寄生电容C_b。在图示的示例中，脉冲电压被施加到C_b补偿块63和激励脉冲缓冲器65的非反向输入端。恒定电压V_CM被施加到C_b补偿块63的反向输入端。激励脉冲缓冲器65的输出端V₁连接到电荷放大器69的非反向输入端。

VCOM驱动器(DDI)67接收并缓冲公共电极电压VCOM IN并且将公共电极电压VCOM IN提供给触摸板。

图6B是图6A的电荷放大器69的等效(和简化)电路图并且进一步图示了由在公共电极板处累积的显示噪声造成的影响。根据本发明构思的某些实施例，电荷放大器69充当信号转换单元。

图6B中未示出外围电路和相应的寄生电阻性和电容性分量。用V_c691来表示当从多个触摸感测沟道选择一个时在VCOM板53中累积的噪声源。从噪声源V_c691到电荷放大器69的输出端的传递函数可以近似为公式1：

V_{out} = - \frac{{sC}_{b} R_{f}}{1 + {sC}_{f} R_{f}} V_{c} . . . (1)

在公式1中，电阻器R_f 699的值假设非常大(例如几兆欧(MΩ))。结果，输出电压V_out 694与噪声源V_c691的比率可表达为电容器C_b 695与电容器C_f 697之间的电容比，或者如公式2所示：

\frac{V_{out}}{V_{c}} = - \frac{C_{b}}{C_{f}} . . . (2)

通常，在外挂式触摸板的情况下，电容器C_b 695的电容是几pF或更多，因此与噪声相关的增益是1或更多。也就是，电荷放大器69根据电容器C_b 695和电容器C_f 697引起的增益而增加VCOM面板53中累积的噪声。这使得电荷放大器69的输出落在它的规定动态区域之外，并且触摸输入检测可能变得受到相当大的损害。为了毫无问题地进行触摸输入检测，需要降低显示噪声的某种方法。

图7A是根据本发明构思实施例的触摸屏系统内的噪声补偿块和电荷放大器组合的电路图。

如在图6B中一样，显示噪声源被定义为V_c691，并且显示噪声源V_c691被施加到电荷放大器69的输入端。为了补偿噪声，可以生成一个电荷量，例如与当一个或多个感测沟道受触摸输入“影响”时累积的噪声对应的电荷量。在该上下文中，术语“受影响”通常描述当触摸输入被施加到感测沟道时发生的变化的电改变(例如，电容改变)。在该上下文中，通过施加触摸输入可以同时影响不止一个感测沟道。在施加触摸输入期间，感测沟道的数量可以认为是受触摸输入的影响，而其它感测沟道将保持不受影响。在确定特殊感测沟道是否受影响或不受影响中，可以采用不同的途径来检测和辨别触摸输入。

继续于图7A中图示的示例，当同时选择N个外围沟道时，可以形成在一个或多个感测沟道与VCOM面板之间产生的寄生电容C’_b 705。与寄生电容C’_b 705相关地生成的电荷量比与检测的电容C_b 695相关地生成的电荷量大得多，因为同时选择了数个沟道。在图7A图示的工作示例中，显示噪声补偿块70可被认为是一种具有增益C’_b/C_c的电荷放大器，其中，C_c707被定义为补偿反馈电容器。

当假设所有沟道具有相同的寄生电容C_b并且C_c707被设定为与电容器C_b 695的电容相同的值时，显示噪声补偿块70的输出可以增加到(C’_b/C_c)V_c，(即，N*V_c)。当向噪声补偿电容器C’_c施加电压时，将等于C_c/N 703，并且在条件C’_c＝C_c/N 703下噪声补偿电容器所产生的电荷量将是(C’_b/N)V_c。

如公式3所示，当电容器C_b 695和电容器C’_b705的平均电容较小时，显示噪声源V_c691的影响基本上消失。

V_{out} = - \frac{R_{f}}{1 + {sC}_{f} R_{f}} \times s (C_{b} - \frac{C_{b}^{'}}{N}) V_{c^{'}}

如果

C_{b} = \frac{C_{b}^{'}}{N}, \frac{V_{out}}{V_{c}} \approx 0 - - - (3)

为了初始偏置，可以提供与显示噪声补偿块70的反向输入端的输出并联的增益重置开关709。用于补偿噪声的噪声补偿电容器C’_c＝C_c/N 703包含在显示噪声块70的输出端中。

因为触摸感测沟道的寄生电容彼此不同的可能性较高，因此当以这种方式使用数个沟道时，可以减小平均显示噪声，而没有由沟道之间的差异造成的明显影响。

图7B是进一步图示根据本发明构思实施例的其中四个感测沟道(任意示例)进行噪声补偿的方法的电路图。参考图7B，在图示的示例中任意地假设总计七个触摸感测沟道71到77。在这些沟道中，当被感测沟道布置在被触摸感测沟道周围时，四个触摸感测沟道71、72、76和77进行噪声补偿，其中在四个触摸感测沟道71、72、76和77中未感测到触摸输入。换句话说，与三个受影响的感测沟道73、74和75相提并论，四个触摸感测沟道71、72、76和77是不受影响的感测沟道。因此，图7B的图示示例假设接收触摸输入的触摸屏的区域超过一个像素，并且包含或“影响”三个感测沟道。在某一实施例中，为了提供更平滑的噪声补偿，与受所施加的触摸输入影响的感测沟道直接相邻的感测沟道可不用于噪声补偿目的，而相反，可以如图7B所示图示恒定电压V_CM。

仍旧参考图7B，假设存在在轴向上施加恒定电压V_CM的两个感测沟道。然而，这仅仅是另一任意选择的示例，并且可以存在施加了恒定电压V_CM的四个感测沟道，等等。在这点上，在某些实施例中，施加了恒定电压V_CM的感测沟道的数量可以与在受影响感测沟道的轴向上的感测沟道的数量相同。在图7B的示例中，显示噪声表示为V_c692。

仍旧参考图7B，感测沟道#4 74连接到电荷放大器69的反向输入端，以便感测由于触摸输入的施加引起的电容器C_b4中生成的电荷。在与感测沟道#4 74相邻的左侧/右侧(或上面/下面)沟道#3 73和#5 75中，由于触摸输入的施加，也可以在电容器C_b3和C_b5中生成电荷。因此，在某些实施例中，可以不使用感测沟道#3 73和#5 75来补偿显示噪声，而是相反，如上所述，可以施加恒定电压V_CM。

现在，除了受影响的感测沟道#3 73、#4 74和#5 75以外，不受影响的感测沟道#1 71、#2 72、#6 76和#7 77可以经由沟道复用器61连接到显示噪声补偿块70。在这点上，沟道复用器61可以是模拟复用器。

激励脉冲V_PULSE被固定为仅用于显示噪声补偿的恒定电压。触摸感测沟道#474的电容器C_b4中生成的电荷的数量可以通过以下公式4来表达：

ΔQ_t4＝C_b4×ΔV_c ...(4)

为了对显示噪声补偿块70的输出端执行DC偏置，在开始补偿操作时，同时接通和断开增益重置开关709。传递到显示噪声补偿块70的补偿反馈电容器C_c707的电荷量是ΔQ_t，并且可被认为是在四个触摸感测沟道中模拟的噪声的电荷量。

由于显示噪声补偿块70的输出电压的变化，噪声补偿电容器C’_c＝C_c/N703中生成的电荷量是ΔQ_c’，以其中四个不受影响的感测沟道#1 71、#2 72、#6 76和#7 77的平均寄生电容乘以显示噪声的形式表示。结果，当触摸感测沟道的电容器C_b4的值等于四个不受影响的感测沟道#1 71、#2 72、#6 76和#777的平均寄生电容时，ΔQ_t和ΔQ_c’变得相等。

{ΔQ}_{c^{'}} = \frac{C_{c}}{4} \times {ΔV}_{c} = - \frac{C_{b 1} + C_{b 2} + C_{b 6} + C_{b 7}}{4} \times Δ V_{c}

如果

C_{b 4} = \frac{C_{b 1} + C_{b 2} + C_{b 6} + C_{b 7}}{4},

{ΔQ}_{t 4} = {ΔQ}_{c^{'}} . . . (5)

因此，补偿了与噪声相关的相同电荷量，从而显示噪声得以减小。当显示板和触摸板被集成为单个本体时，使用包括显示噪声补偿块或显示噪声补偿电路的触摸控制器的系统是有用的，并且甚至在覆盖型触摸屏系统以及外挂式触摸屏系统中也可以使用上述系统。

图8是根据本发明构思实施例的其中在单个IC芯片中集成触摸控制器和显示驱动电路的集成电路(IC)800的方框图。参考图8，IC 800包括操作为触摸控制器并且执行显示噪声补偿的触摸控制单元810以及操作为显示驱动电路的显示驱动单元830。通过将触摸控制单元810和显示驱动单元830集成到单个IC，可以降低制造成本。

触摸控制单元810可以包括用于执行触摸屏的操作的各种元件。例如，触摸控制单元810可以包括用于生成触摸数据的读出电路811、用于减小感测单元的寄生电容分量的寄生电容补偿单元812、用于将模拟数据转换为数字信号的模数转换器(ADC)813、用于生成电源电压的电源电压生成单元814、用于补偿显示噪声的噪声补偿块815、多点控制单元(MCU)816、数字有限脉冲响应(FIR)滤波器817、用于生成低功率振荡信号的振荡器818、用于向主控制器850发送信号和从主控制器850接收信号的接口单元819、控制逻辑单元820和存储器(未示出)。而且，显示驱动单元830可以包括用于生成用以显示操作的灰度数据的源驱动器831、灰度电压生成器832和用于存储显示数据的存储器833。如果必要，显示驱动单元830可以包括定时控制逻辑单元834和用于生成至少一个电源电压的电源生成单元835。而且，显示驱动单元830可以包括用于控制显示驱动单元830的全部操作或者用于执行与主控制器850的接口功能的CPU和接口单元836。

显示驱动单元830可以从触摸控制单元810接收至少一段信息。例如，显示驱动单元830可以从触摸控制单元810接收状态信号，例如睡眠状态信号，如图8中图示。

而且，如图8中图示，触摸控制单元810和显示驱动单元830中的每一个包括用于生成功率的电路块、用于存储预定数据的存储器和用于控制每个块的功能的控制单元。如此，当触摸控制单元810和显示驱动单元830被集成在一个半导体芯片中时，在触摸控制单元810和显示驱动单元830中可以共同使用存储器、功率生成单元835和控制单元。

图9A到图9D图示了根据本发明构思实施例的其上布置了触摸板920的显示设备900的印刷电路板(PCB)的结构。在图9A到图9D中，图示了具有其中触摸板920和显示板940相互分离的结构的显示设备。

参考图9A，显示设备900包括窗口玻璃910、触摸板920和显示板940。而且，在触摸板920和显示板940之间可以进一步布置偏光板930，以便提供期望的光学特性。

窗口玻璃910可以由例如丙烯、钢化玻璃等之类的一种或多种材料制成，并且应当被设计成保护模块不受刮擦、外部撞击和/或重复触摸的影响。触摸板920通过在玻璃基板或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜上成型透明电极(例如氧化铟锡(ITO))而形成。触摸屏控制器921可以以板上芯片(chipon board，COB)的形式安装在柔性印刷电路板(FPCB)上，感测来自每个电极的电容变化，提取触摸坐标，并且将触摸坐标提供给主控制器。显示板940通常通过焊接组成显示板940的顶部玻璃和底部玻璃的两片玻璃而形成。而且，显示驱动电路941以玻璃上芯片(chip on glass，COG)的形式被附加到蜂窝电话的显示板。

图9B图示了图9A的显示设备900的另一PCB的结构的示例。参考图9B，触摸屏控制器921可被布置在主板960上，并且可以通过布置在触摸板920和触摸屏控制器921之间的感测单元经由FPCB来发送和接收电压信号。另一方面，可以以COG的形式附着显示驱动单元941，如图9A所示。显示驱动电路941可以经由FPCB连接到主板960。详细地，触摸屏控制器921和显示驱动单元941可以将各种信息和信号发送到主板960以及从主板960接收各种信息和信号。

图9C图示了当触摸屏控制单元921和显示驱动单元941被集成在一个半导体芯片951中时的显示设备900的结构。参考图9C，显示设备900可以包括窗口玻璃910、触摸板920、偏光板931和显示板940。具体地，半导体芯片951可以以COG的形式附着到显示板940。触摸板920和半导体芯片951可以经由FPCB相互电连接。

图9D图示了图9A、9B和9C中图示的显示设备900的面板的结构。图9D图示了作为显示设备的OLED。参考图9D，感测单元可以通过成型透明电极ITO(传感器)而形成，并且可以形成于与显示板分离的另外玻璃上。其上形成感测单元的玻璃基板由于预定的气隙或树脂可以与窗口玻璃分离，并且也可以基于偏光板931与组成显示板的顶部玻璃和底部玻璃分离。

图10A到图10D图示了当触摸板和显示板相互集成为一个本体时的PCD的结构。参考图10A，显示设备1000可以包括窗口玻璃1010、显示板1020和偏光板1030。具体地，当实现触摸板时，触摸板未形成于另外的玻璃基板上，而是可以通过在显示板1020的顶部玻璃上成型透明电极而形成。图10A图示了其中多个感测单元SU布置在显示板1020的顶部玻璃上的示例。而且，当以这种方式构成PCB的结构时，可以使用一个其中集成了触摸控制单元和显示驱动单元的半导体芯片1021。

当触摸控制单元和显示控制单元被集成在一个半导体芯片1021中时，来自感测单元US的电压信号T_sig和来自外部主机的图像数据I_dara被提供给半导体芯片1021。而且，半导体芯片1021处理图像数据I_dara，生成用于驱动显示设备1000的灰度数据(未示出)，并且将该灰度数据提供给显示板1020。至此，半导体芯片1021可以包括关于触摸数据T_dara的焊盘(pad)以及关于图像数据I_dara和灰度数据(未示出)的焊盘。半导体芯片1021经由连接到触摸板一侧的导线从感测单元SU接收电压信号T_sig。

当焊盘布置于半导体芯片1021上时，可以将用于接收电压信号T_sig的焊盘布置成邻近用于传送电压信号T_sig的导线(同时数据中的噪声正在减少)。尽管图10A中未示出，但是当用于将灰度数据提供给显示板1020的导线位于与用于传送触摸数据T_dara的电压信号T_sig的导线一侧相对的一侧上时，用于提供灰度数据的焊盘可以布置在与用于接收电压信号T_sig的焊盘一侧的相对一侧上。

图10B具有与图10A的显示设备1000的结构基本类似的结构，并且图示了以下示例：其中，来自感测单元的电压信号未经由FPCB提供给半导体芯片1021，而是经由导线直接提供给半导体芯片1021。而且，图10C的显示设备1000具有与图10A的显示设备1000的结构基本类似的结构，或者图10C的显示设备1000的其上来自感测单元的电压信号被传送到半导体芯片1021的路径不同于图10A的显示设备1000的路径。在这种情况下，在布置在半导体芯片1021上的焊盘当中，用于接收来自感测单元的电压信号的焊盘被布置成相对接近导线。

图10D图示了图10A、10B和10C中图示的显示设备1000的面板的结构。在图10A、10B和10C的显示设备1000中，触摸板和显示板可以有效地相互集成为一个本体。图10D图示了作为显示设备的OLED。透明电极ITO(传感器)未形成于附加玻璃基板或者PET薄膜上，而是可以直接形成于显示板的顶部玻璃上，如图10D所示。在这种情况下，当实现触摸显示板时，可以降低制造成本和模块的厚度。然而，随着透明电极ITO(传感器)与显示板的顶部玻璃之间的距离减小，感测单元的垂直寄生电容分量增加。然而，通过使用合适方法减小由整个寄生电容分量(包括感测单元的垂直寄生电容分量)造成的影响，可以将触摸板和显示板有效地相互集成为一个本体。

图11A和图11B图示了其中集成了触摸控制单元和显示驱动电路的半导体芯片的可能布局结构以及相应FPCB的结构。半导体芯片包括用于发送和接收关于触摸控制单元的信号的焊盘以及用于发送和接收关于显示驱动单元的信号的焊盘。所述焊盘可以经由FPCB的连接端电连接到外部触摸板、显示板、主控制器等。当实现半导体芯片时，其中布置触摸控制单元的区域以及其中布置显示驱动电路的区域可以相互分离。当连接端被布置在FPCB上时，与关于触摸控制单元的信号连接的连接端和与关于显示驱动电路的信号连接的连接端可以相互分离，以便对应于半导体芯片的焊盘。

图12包括图12(a)和12(b)，图示了包括其中根据本发明构思实施例的集成了触摸控制单元和显示驱动电路的半导体芯片的显示设备。图12(a)图示了其中以COG的形式在显示面板的玻璃上布置半导体芯片的示例，以及图12(b)图示了其中以覆晶薄膜(chip on film，COF)的形式在显示面板的薄膜上布置半导体芯片的示例。

当触摸控制单元和显示驱动电路被布置在单独的芯片上时，通常以COF的形式布置触摸控制单元，以及通常可以以COG的形式布置显示驱动电路。然而，可以以COG和COF中的任一种形式来布置如图12图示的其中集成了触摸控制单元和显示驱动电路的半导体芯片。

图13以不同方式图示了结合根据本发明构思实施例的一个或多个装置的应用示例。触摸屏型产品由于其优越的空间特性而广泛用于各种工业领域并且正快速地替换按钮型设备。最具爆发性的需求是蜂窝电话领域。具体地，在蜂窝电话中，终端的便利性和尺寸非常重要，因此不包括附加按键或使按键数量最少的触摸电话近来已经受到人们瞩目。因此，根据本发明构思的当前实施例的触摸屏系统1300可应用于蜂窝电话1310中，并且也可广泛用于包括触摸屏的电视机1320、自动服务银行的现金取款和汇款的异步传输模式(ATM)设备1330、电梯1340、地铁中使用的售票机1350、便携式多媒体播放器(PMP)1360、电子书1370、导航设备1380等。此外，触摸显示设备在需要用户接口的所有领域中替换了普通按钮型接口。

本发明构思的不同实施例可被实现为方法、装置和/或系统。当使用软件完整或部分地实现本发明构思的实施例时，可以使用执行重要工作或者提供相应功能的代码段来实现某些组件。程序或代码段可被存储在处理器可读存储介质中。

尽管已经参考本发明构思的示例性实施例具体地示出并描述了本发明构思，但是将会理解，在不背离所附权利要求的范畴的情况下，在其中可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims

1.一种补偿触摸屏系统中的噪声的装置，所述装置包括：

触摸屏面板，具有提供与电容变化对应的感测输出的感测沟道，所述电容变化与由连接到所述感测沟道的一个或多个感测单元检测的所施加的触摸输入相关联，其中当施加触摸输入时累积寄生电容；和

触摸控制器，用于接收所述感测输出，并且包括：

噪声补偿块，被配置成生成用于补偿所述寄生电容的补偿电容，并且提供补偿输出；和

信号转换单元，被配置成接收所述感测输出和所述补偿输出，并且生成被噪声补偿的感测输出。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述噪声补偿块被进一步配置成旁路至少一个感测沟道的输出，使得所述至少一个感测沟道直接连接到所述信号转换单元的一个输入。

3.如权利要求2所述的装置，其中所述噪声补偿块包括：

放大器，其具有布置在所述放大器的反向输入和输出之间的增益重置开关；

与所述增益重置开关并联的补偿反馈电容器；和

布置在所述放大器的输出和所述信号转换单元的输入之间的噪声补偿电容器，其中一定数目的不受所施加的触摸输入影响的感测沟道并联到所述放大器的反向输入。

4.如权利要求3所述的装置，其中一定数目的不受所施加的触摸输入影响的感测沟道包括：

在从一定数目的受所施加的触摸输入影响的感测沟道起的一个方向上布置的第一数目的不受影响的感测沟道；和

在从所述一定数目的受所施加的触摸输入影响的感测沟道起的另一个方向上布置的第二数目的不受影响的感测沟道，其数量上等于第一数目的不受影响的感测沟道。

5.如权利要求4所述的装置，其中恒定电压被施加到所述一定数目的受所施加的触摸输入影响的感测通道中的至少一个。

6.如权利要求5所述的装置，其中接收恒定电压的所述至少一个感测沟道是与连接到所述信号转换单元的输入的至少一个感测沟道直接相邻的感测沟道。

7.如权利要求3所述的装置，其中所述补偿反馈电容器的电容基本上与至少一个感测沟道与公共电极之间的寄生电容相同。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述噪声补偿电容器的电容基本上等于通过将所述补偿反馈电容器的电容除以不受所施加的触摸输入影响的感测沟道的数目而获得的电容。

9.如权利要求3所述的装置，进一步包括：

复用器，用于将不受所施加的触摸输入影响的每个感测沟道连接到所述放大器的反向输入。

10.如权利要求3所述的装置，其中所述触摸屏面板和触摸控制器被集成为单个本体。

11.如权利要求10所述的装置，其中所述触摸屏面板是外挂式触摸板。

12.如权利要求1所述的装置，其中所述触摸屏面板是覆盖触摸板。

13.一种补偿触摸屏系统中的噪声的方法，所述方法包括：

使用连接到多个感测沟道的感测单元感测与所施加的触摸输入相关联的电容变化，并且提供对应于所述电容变化的感测输出，其中当施加触摸输入时累积寄生电容；

生成用于补偿所述寄生电容的补偿电容和对应于所述补偿电容的补偿输出；和

使用所述补偿输出将所述感测输出转换为被噪声补偿的感测输出。

14.如权利要求13所述的方法，其中生成所述补偿电容包括：

将来自一定数目的不受所施加的触摸输入影响的感测沟道的输出施加到放大器的反向输入，并且将恒定电压施加到所述放大器的非反向输入；

在所述放大器两端施加补偿反馈电容；和

当在噪声补偿电容器中施加所述触摸输入以生成所述补偿输出时，接通和断开在所述放大器两端连接的与所述补偿反馈电容并联的增益重置开关。

15.如权利要求13所述的方法，进一步包括：

将一定数目的受所施加的触摸输入影响的感测沟道之一直接连接到信号转换单元的输入。

16.如权利要求15所述的方法，其中一定数目的不受所施加的触摸输入影响的感测沟道包括：

17.如权利要求16所述的方法，进一步包括：

将恒定电压施加到受所施加的触摸输入影响的感测通道中的至少一个。

18.如权利要求17所述的方法，其中接收恒定电压的所述至少一个感测沟道是与所述一定数目的受所施加的触摸输入影响的感测沟道之一相邻并且直接连接到所述信号转换单元的输入的感测沟道。

19.如权利要求14所述的方法，其中所述补偿反馈电容器的电容基本上与至少一个感测沟道与公共电极之间的寄生电容相同。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述噪声补偿电容器的电容基本上等于通过将所述补偿反馈电容器的电容除以不受所施加的触摸输入影响的感测沟道的数目而获得的值。

21.如权利要求14所述的方法，其中使用复用器将所述一定数目的不受所施加的触摸输入影响的感测沟道的输出施加到所述放大器的反向输入。

22.一种触摸控制器，用于接收由感测沟道提供的感测输出，所述感测沟道感测与由连接到所述感测沟道的一个或多个感测单元检测的所施加的触摸输入相关联的电容变化，其中当施加触摸输入时累积寄生电容，所述触摸控制器包括：

电荷放大器，被配置成接收所述感测输出和所述补偿输出，并且生成被噪声补偿的感测输出。

23.一种补偿触摸屏系统中的噪声的方法，所述方法包括：

使用连接到多个感测沟道的感测单元感测与所施加的触摸输入相关联的电容变化，并且提供与所述电容变化对应的感测输出，其中当施加触摸输入时累积寄生电容；

将所述感测输出施加到用作信号转换单元的电荷放大器的一个输入；

生成用于补偿所述寄生电容的补偿电容，并且生成与所述补偿电容对应的补偿输出；

将所述补偿输出施加到所述电荷放大器的一个输入；和

将控制电压施加到所述电荷放大器的另一输入以便生成被噪声补偿的感测输出。

24.如权利要求23所述的方法，进一步包括使用激励脉冲缓冲器生成控制电压。

25.如权利要求24所述的方法，其中，与一定数目的受所施加的触摸输入影响的感测通道以及一定数目的不受所施加的触摸输入影响的感测通道相关地生成所述补偿输出。

26.如权利要求25所述的方法，其中，生成补偿电容包括：

将来自所述一定数目的不受所施加的触摸输入影响的感测沟道的输出施加到放大器的反向输入，并且将恒定电压施加到放大器的非反向输入；

在放大器两端施加补偿反馈电容；和

当施加触摸输入以便在噪声补偿电容器中生成补偿输出时，接通和断开连接在所述放大器两端与所述补偿反馈电容并联的增益重置开关。

27.如权利要求26所述的方法，其中，所述补偿反馈电容器的电容基本上与至少一个感测沟道和公共电极之间的寄生电容相同。

28.如权利要求27所述的方法，其中，所述噪声补偿电容器的电容基本上等于通过将所述补偿反馈电容器的电容除以所述不受所施加的触摸输入影响的感测沟道的数目而获得的值。

29.如权利要求26所述的方法，其中，将感测输出施加到所述电荷放大器的一个输入包括：将所述一定数目的受所施加的触摸输入影响的感测沟道之一连接到所述电荷放大器的一个输入。

30.如权利要求26所述的方法，其中，一定数目的不受所施加的触摸输入影响的感测沟道包括：

在从一定数目的受所施加的触摸输入影响的感测沟道起的一个方向上布置的一定数目的不受影响的感测沟道的至少一个；和

在从所述一定数目的受所施加的触摸输入影响的感测沟道起的另一个方向上布置的一定数目的不受影响的感测沟道的至少另一个。