CN102156595B - 触控感测系统、电容感测电路及电容感测方法 - Google Patents

Abstract

一种触控感测系统，其包括一触控输入界面及一电容感测电路。触控输入界面包括多个感测电容，其用以输出至少一待测波形及至少一参考波形。电容感测电路包括一差值比较单元。差值比较单元用以接收待测波形及参考波形，并依据待测波形及参考波形之间的至少一正缘差值及至少一负缘差值输出一差值信号。另外，一种电容感测方法亦被提出。

Description

触控感测系统、电容感测电路及电容感测方法

技术领域

本发明是有关于一种感测电路及其方法，且特别是有关于一种电容感测电路及其方法。

背景技术

在现今信息时代中，人类对于电子产品的依赖性与日俱增。笔记本型计算机、移动电话、个人数字助理器(personal digita1 assistant，PDA)、数字随身听等电子产品均已成为现代人生活及工作中不可或缺的应用工具。上述的电子产品均具有一输入接口，用以输入使用者所须指令，以使电子产品的内部系统自动执行此项指令。目前使用最广泛的输入接口装置包括键盘(keyboard)以及鼠标(mouse)。

对于使用者来说，使用键盘、鼠标等传统的输入接口在部分的场合无疑会造成相当大的不便。为了解决这样的问题，制造商便开始电子装置上配置一个例如是触控板(touch pad)或触控面板(touch panel)等的触控输入界面，进而通过触控板或触控面板来取代键盘或鼠标的功能。就触控输入界面而言，目前使用者大都是利用手指或触控笔与触控输入界面之间所产生的接触或感应行为来进行点选动作。以电容式触控输入界面而言，可多点触控的特性提供更人性化的操作模式而使得电容式触控面板逐渐受到市场的青睐。

不过，在电容式触控输入界面中，若是使用单端式感测电路在测量待测电容的感应变化前，都必须先测量并储存待测电容的电压值，以作为基底(base line)，如图1所示。

图1为待测电容的电压值在感应变化前后的波形示意图。在感应变化前，单端式感测电路必须先储存待测电容的电压值V作为基底。之后，再把实际测量到的电压值V’减去基底，以取得待测电容的感应变化ΔV。在此，单端式感测电路是利用单边缘耦合(single edge couple)的方式将感应变化储存在其内部电容。例如，在图1中，感测电路将正缘(positive edge couple)的感应变化ΔV储存在其内部电容。

另外，单端式感测电路的待测电容的测量参考值为固定，使其无法有效抵消来自外界的噪声，进而使得单端式感测电路的信噪比(Noise-to-SignalRatio，NSR)无法有效提升。

发明内容

本发明提供一种电容感测电路，可有效提升其信噪比，并利用双边缘耦合(dual edge couple)的方式来达到省电的效果。

本发明提供一种触控感测系统，可有效提升其电容感测电路的信噪比，并利用双边缘耦合的方式来达到省电的效果。

本发明提供一种电容感测方法，可有效提升其信噪比，并利用双边缘耦合的方式来达到省电的效果。

本发明提供一种电容感测电路，其包括一差值比较单元。差值比较单元用以接收一待测波形及一参考波形，并依据待测波形及参考波形之间的至少一正缘差值及至少一负缘差值输出一差值信号。

本发明提供一种触控感测系统，其包括一触控输入界面及上述的电容感测电路。触控输入界面包括多个感测电容，其用以输出至少一待测波形及至少一参考波形。

在本发明一实施例中，上述的差值比较单元具有一第一输入端及一第二输入端。在一感测期间的至少一第一时序期间，第一输入端接收待测波形，且第二输入端接收参考波形。在感测期间的至少一第二时序期间，第一输入端接收参考波形，且第二输入端接收待测波形。待测波形及参考波形是多个正脉冲与多个负脉冲，依据驱动信号的所述多个正缘与所述多个负缘交替变化，如此至少一正缘差值发生在所述多个正缘，以及至少一负缘差值发生在所述多个负缘。

在本发明一实施例中，上述的电容感测电路还包括一第一感测通道及一第二感测通道。第一感测通道用以感测待测波形或参考波形。第二感测通道用以感测待测波形或参考波形。在感测期间的第一时序期间，第一感测通道感测待测波形，并传送待测波形至差值比较单元的第一输入端，且第二感测通道感测参考波形，并传送参考波形至差值比较单元的第二输入端。在感测期间的第二时序期间，第一感测通道感测该参考波形，并传送参考波形至差值比较单元的第一输入端，且第二感测通道感测待测波形，并传送待测波形至差值比较单元的第二输入端。

在本发明一实施例中，上述的电容感测电路，还包括一切换单元。切换单元用以切换第一感测通道感测待测波形或参考波形，以及切换第二感测通道感测待测波形或参考波形。

在本发明一实施例中，上述的切换单元包括一第一开关单元。第一开关单元在第一时序期间使第一感测通道接收待测波形，并使第二感测通道接收参考波形，且第一开关单元在第二时序期间使第一感测通道接收参考波形，并使第二感测通道接收待测波形。

在本发明一实施例中，上述的切换单元还包括一第二开关单元。第二开关单元在感测期间传送第一感测通道的输出至第一输入端，并传送第二感测通道的输出至第二输入端。

在本发明一实施例中，上述的电容感测电路还包括一第一感测通道及一第二感测通道。第一感测通道用以感测待测波形或参考波形。第二感测通道用以感测待测波形或参考波形。其中，在感测期间的第一时序期间，第一感测通道感测待测波形，并传送待测波形至差值比较单元的第一输入端，且第二感测通道感测参考波形，并传送参考波形至差值比较单元的第二输入端。在感测期间的第二时序期间，第一感测通道感测待测波形，并传送待测波形至差值比较单元的第二输入端，且第二感测通道感测参考波形，并传送参考波形至差值比较单元的第一输入端。

在本发明一实施例中，上述的电容感测电路还包括一切换单元。切换单元用以切换第一感测通道传送待测波形至差值比较单元的第一输入端或第二输入端，以及切换第二感测通道传送参考波形至差值比较单元的第一输入端或第二输入端。

在本发明一实施例中，上述的切换单元包括一第一开关单元。第一开关单元在第一时序期间使第一感测通道传送待测波形至差值比较单元的第一输入端，并使第二感测通道传送参考波形至差值比较单元的第二输入端，且第一开关单元在第二时序期间使第一感测通道传送待测波形至差值比较单元的第二输入端，并使第二感测通道传送参考波形至差值比较单元的第一输入端。

在本发明一实施例中，上述的切换单元还包括一第二开关单元。第二开关单元在感测期间使第一感测通道接收待测波形，并使第二感测通道接收参考波形。

在本发明一实施例中，上述的感测期间的第一时序期间及第二时序期间交错排列。

在本发明一实施例中，上述的第一感测通道的输出与第二感测通道的输出在每一第一时序期间形成正缘差值，以及在每一第二时序期间形成负缘差值。差值比较单元积分放大正缘差值及负缘差值，以输出差值信号。

在本发明一实施例中，上述的差值比较单元为一差动放大器、一比较器或一积分器。

本发明提供一种配置如上述的触控感测系统的触控显示器。

本发明提供一种配置如上述的触控感测系统的可携式电子装置。

本发明提供一种电容感测方法，其包括如下步骤。接收一待测波形及一参考波形。依据待测波形及参考波形之间的至少一正缘差值及至少一负缘差值输出一差值信号。

在本发明一实施例中，上述的电容感测方法还包括如下步骤。在一感测期间的至少一第一时序期间，依据待测波形及参考波形，计算正缘差值。在感测期间的至少一第二时序期间，依据待测波形及参考波形，计算负缘差值。

在本发明一实施例中，上述的感测期间的第一时序期间及第二时序期间交错排列。待测波形及参考波形是多个正脉冲与多个负脉冲，依据驱动信号的所述多个正缘与所述多个负缘交替变化，如此至少一正缘差值发生在所述多个正缘，以及至少一负缘差值发生在所述多个负缘。

在本发明一实施例中，上述的输出差值信号的步骤包括如下步骤。在每一第一时序期间，感测正缘差值。在每一第二时序期间，感测负缘差值。积分放大正缘差值及负缘差值，以输出差值信号。

本发明提供一种电容感测电路，包括：一差值比较单元，用以接收一待测波形及一参考波形，其中该差值比较单元依据该待测波形及该参考波形之间的至少一正缘差值及至少一负缘差值输出一差值信号，其中该差值比较单元具有一第一输入端及一第二输入端，在一感测期间的至少一第一时序期间，该第一输入端接收该待测波形，该第二输入端接收该参考波形，在该感测期间的至少一第二时序期间，该第一输入端接收该参考波形，该第二输入端接收该待测波形。

本发明提供一种触控感测系统，包括：一触控输入界面，包括多个感测电容，用以输出至少一待测波形及至少一参考波形；以及一电容感测电路，包括：一差值比较单元，用以接收该待测波形及该参考波形，其中该差值比较单元依据该待测波形及该参考波形之间的至少一正缘差值及至少一负缘差值输出一差值信号，其中该差值比较单元具有一第一输入端及一第二输入端，在一感测期间的至少一第一时序期间，该第一输入端接收该待测波形，该第二输入端接收该参考波形，在该感测期间的至少一第二时序期间，该第一输入端接收该参考波形，该第二输入端接收该待测波形。

本发明提供一种一种电容感测方法，包括：接收一待测波形及一参考波形；依据该待测波形及该参考波形之间的至少一正缘差值及至少一负缘差值输出一差值信号；在一感测期间的至少一第一时序期间，依据该待测波形及该参考波形，计算该正缘差值；以及在该感测期间的至少一第二时序期间，依据该待测波形及该参考波形，计算该负缘差值，其中该待测波形是电容在正电压与负电压交替充电的波形，在第一时序期间是正压充电的电压波形，在第二时序期间是负压充电的电压波形。

基于上述，在本发明的实施例中，电容感测电路利用参考信号作为待测信号的测量参考值，可有效抵消来自外界的噪声，进而提升其信噪比。另外，在感测期间内，电容感测电路利用双边缘耦合的方式来感测待测波形及参考波形，并依据待测波形及参考波形之间的正缘差值及负缘差值输出差值信号，以减少感测电路驱动信号的脉冲，进而达到省电的效果。

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。

附图说明

图1为待测电容的电压值在感应变化前后的波形示意图。

图2为本发明一实施例的触控感测系统的方块示意图。

图3为图2的触控输入界面的电路示意图。

图4为本发明一实施例的电容感测电路示意图。

图5为电容感测电路的控制信号的时序图。

图6为图5的待测信号及参考信号的波形示意图。

图7为本发明另一实施例的电容感测电路示意图。

图8为图7的电容感测电路的控制信号的时序图。

图9为图8的待测信号及参考信号的波形示意图。

图10为图7的电容感测电路的另一控制信号的时序图。

图11为本发明一实施例的电容感测方法的步骤流程图。

[主要元件标号说明]

100：触控感测系统                      110：电容感测装置

112：信号选择单元                      114：信号感测单元

120：触控输入界面                      122：驱动线

124：感测线                            130：控制单元

132：模拟数字转换器                    134：控制器

300、500：电容感测电路                 310、510：第一感测通道

312、512：第一电荷电压转换单元         322、522：第二电荷电压转换单元

320、520：第二感测通道                 330、530：差值比较单元

332、532：运算放大器                   540：切换单元

542：第一开关单元                      544：第二开关单元

S100、S102、S104、S106、S108：步骤

Y₁-Y_p：感测信号                         Y_n：待测信号

Y_m：参考信号                            Y_D：差值信号

X₁-X_q、X_m：驱动信号                     VX₁₃：第一输入端

VX₂₃：第二输入端                        T：感测期间

P：时序期间                             P₁：第一时序期间

P₂：第二时序期间                        C(1)-C(p)：感测电容

C_0N、C_0p：电容                           C_1N、C_1p：储存电容

C_2N、C_2p：积分电容                       ΔC：电容变化

ψ₀、ψ1、ψ₂、ψ₁₁、ψ₁₂、ψ₂₁、ψ₂₂：   时钟信号

VX₁、VX₂、V_0N、V_0p：接垫                  V’：测量电压值

V、V_n、V_n+、V_n-：待测电压值              V_m、V_m+、V_m-：参考电压值

ΔV：感应变化                            ΔV_D：电压差值

ΔV₊：正缘差值                           ΔV_-：负缘差值

具体实施方式

在电容式触控输入界面中，感测电容的电容值是依据感测电容对应于触控输入界面上的位置是否被触碰而决定。当感测电容对应于触控输入界面上的位置被触碰时，触碰物体会产生一对应的电容变化，而与感测电容形成一待测电容。

在本发明的实施例中，除了待测电容以外，其它的感测电容的电容值可作为测量待测电容时的参考值。因此，在比较待测电容值与参考电容值后，便可决定触碰物体对应于触控输入界面的触碰位置。

在底下的实施例中，将以触控面板作为触控输入界面的范例实施例，任何所属技术领域中具有通常知识者当知触控面板并非用以限定本发明的触控输入界面。同时，本发明亦不限定于触控式的输入界面，举凡任何以电容感测方式的输入界面皆为本发明所欲保护的范畴。

图2为本发明一实施例的触控感测系统的方块示意图。请参照图2，在本实施例中，触控感测系统100包括一电容感测装置110、一触控输入界面120及一控制单元130，其中触控输入界面120例如是显示器的触控面板或其它具触控感测功能的触控板，其包括多个感测电容，用以输出多个感测信号Y₁-Y_p。

图3为图2的触控输入界面120的电路示意图。请同时参照图2及图3，在本实施例中，感测电容的电容值是依据感测电容对应于触控输入界面上的位置是否被触碰而决定。以感测电容C(n)为例，当感测电容C(n)对应于触控输入界面上的位置被触碰时，触碰物体会产生一对应的电容变化ΔC。此时，感测电容C(n)与电容变化ΔC形成一待测电容C(n)+ΔC，并通过对应的感测线124输出一待测信号Y_n。接着，待测电容C(n)+ΔC的电容值可通过电容感测装置110感测而得知其变化。之后，控制单元130依据此变化便可决定待测电容对应于触控输入界面上的触碰位置。也就是说，控制单元130依据此变化来判断触碰动作发生在对象感测单元120的位置。

值得注意的是，在本实施例中，除了待测电容C(n)+ΔC以外，其它的感测电容的电容值可作为测量待测电容时的参考信号，以有效抵消来自外界的噪声，进而提升其信噪比。

详细而言，以互电容型的触控感测系统为例，在操作期间，触控输入界面120上的感测电容会通过对应的驱动线接收来自一驱动单元(未绘示)的驱动信号X₁-X_q，进而在对应的感测线上产生感测信号Y₁-Y_p。其中，p、q各为一正整数，且1＜p、1＜q。例如，在受驱动时，施加于驱动线122上的驱动信号X_m可通过感测电容C(n)耦合至与其交叉的感测线124，进而在感测线124上产生感测信号Y_n。其中，n、m各为一正整数，且1≤n≤p、1≤m≤q。

因此，在操作期间，通过施加驱动信号X_m于驱动线122上，电容感测装置110可得到感测电容C(1)-C(p)的电容值分布的函数关系。

所以，当触碰物体(例如是手指或触控笔)接近或触碰感测电容C(n)对应于触控输入界面120上的位置时，其会产生对应的电容变化ΔC，进而改变该函数关系。之后，触控感测系统100通过电容感测装置110及控制单元130便可决定待测电容C(n)+ΔC对应于触控输入界面120上的触碰位置。

在本实施例中，电容感测装置110包括一信号选择单元112及一信号感测单元114。控制单元130包括一模拟数字转换器132及一控制器134。

信号选择单元112用以接收感测信号Y₁-Y_p，并从感测信号Y₁-Y_p中选择至少一待测信号及至少一参考信号。之后，信号选择单元112再将所选择的待测信号及参考信号传送至信号感测单元114进行一差值比较。

例如，在一感测期间内，信号选择单元112选择将感测信号Y_n、Y_m传送至信号感测单元114进行差值比较。在此，m为一正整数，且1≤m≤p、m≠n。也就是说，信号选择单元112选择感测信号Y_m作为测量待测电容时的参考信号，并将其输出至信号感测单元114与感测信号Y_n进行差值比较。接着，信号感测单元114在完成差值比较后，产生一差值信号Y_D，并输出至控制单元130。控制单元130用以依据差值信号Y_D，判断触碰动作发生在对象感测单元120的位置。

因此，在本实施例中，除了待测信号Y_n以外，信号选择单元112从未被选择的感测信号中选择感测信号Y_m作为测量待测电容时的参考信号，可有效抵消来自触控输入界面120上的噪声，进而提升其信噪比。

也就是说，来自触控输入界面120上的噪声可视为共模噪声(common modenoise)，因此通过从未被选择的感测信号中选择至少一感测信号作为测量待测电容时的参考信号，可抑制感测电路中的共模噪声，以提高感测系统的信噪比。

在本实施例中，信号感测单元114例如是一比较器(未绘示)，用以接收并比较信号选择单元112所传送的待测信号及参考信号，以产生对应的差值信号Y_D至控制单元130，但本发明并不限于此。在另一实施例中，信号感测单元114例如是一差动放大器。当信号感测单元114为差动放大器时，其可比较并放大待测信号及参考信号的电压差值，并输出至控制单元130，以提升判断触碰位置的准确率。另外，在另一实施例中，信号感测单元114也可用一积分器来实施。此时，积分器可积分放大待测信号及参考信号的电压差值，以输出对应的差值信号Y_D至控制单元130。

在本实施例中，信号感测单元114所产生的差值信号Y_D例如是一模拟信号。因此在接收到此模拟信号后，模拟数字转换器132会将其转换为一数字信号。接着，控制器134再对此数字信号进行一数字运算，以得到触控输入界面120上对应于该待测电容C(n)+ΔC的触碰位置。也就是说，控制器134可依据差值信号Y_D，判断触碰动作发生在对象感测单元120的位置。

应注意的是，在本实施例中，触控感测系统100是以互电容型的触控系统为例，但本发明并不限于此。在其它实施例中，触控感测系统100也可以是自电容型的触控系统或任何其它形式的触控系统。

另外，在本实施例中，信号选择单元112是从未被选择的感测信号中选择其中的一感测信号作为测量待测电容时的参考信号。在另一实施例中，信号选择单元也可从未被选择的感测信号中同时选择其中的两个感测信号作为测量待测电容时的参考信号。

图4为本发明一实施例的电容感测电路示意图。请参考图4，在本发明的实施例中，信号感测单元包括例如是图4的电容感测电路，其用以感测对应于待测信号及参考信号的电压值或电容值。

在本实施例中，电容感测电路300包括一第一感测通道310、一第二感测通道320及一差值比较单元330。第一感测通道310用以感测对应于待测电容的待测信号(例如是图2的待测信号Y_n)。第二感测通道320用以感测对应于参考电容的参考信号(例如是图2的参考信号Y_m)。

差值比较单元330具有一第一输入端VX₁₃及一第二输入端VX₂₃。第一输入端VX₁₃接收第一感测通道310的输出。第二输入端VX₂₃接收第二感测通道320的输出。因此，差值比较单元330可依据待测信号与参考信号输出一差值信号Y_D。

详细而言，图5为电容感测电路的控制信号的时序图。请参考图2、图4及图5，在本实施例中，第一感测通道310包括一第一电荷电压转换单元312，第二感测通道320包括一第二电荷电压转换单元322，而差值比较单元330包括一运算放大器332。在此，差值比较单元330是以积分器的电路架构来实现，但本发明不限于此。

以第一感测通道310为例，在感测期间T的每一个时序期间P内，驱动信号X_m施加于驱动线122，并通过待测电容C(n)+ΔC耦合至与其交叉的感测线124，以产生待测信号Y_n。接着，第一感测通道310通过接垫VX₁接收感测信号Y_n，以感测对应于待测电容的待测信号Y_n，其对应的信号波形如图5中所示。

因此，在第一个时序期间P内，当时钟信号ψ2为高电平时，对应于待测电容的电荷储存在储存电容C_1N。接着，当时钟信号ψ₁为高电平时，储存在储存电容C_1N的电荷会经由第一输入端VX₁₃被传送至差值比较单元330，并储存在积分电容C_2N。也就是说，通过储存电容C_1N，第一电荷电压转换单元312可将其所接收的电荷转换为一待测电压值，并传送至差值比较单元330。

于此同时，第二感测通道320通过接垫VX₂接收参考信号Y_m，以感测对应于参考电容的参考信号Y_m，其对应的信号波形如图5中所示。之后，第二电荷电压转换单元322再将其所接收的电荷转换为一参考电压值，并传送至差值比较单元330。

因此，通过运算放大器332及积分电容C_2N、C_2P，差值比较单元330的可积分放大待测信号及参考信号的电压差值，而其放大比例分别为C_1N/C_2N及C_1P/C_2P。在此，可假设C_1N＝C_1P且C_2N＝C_2p，但本发明并不限于此。

图6为图5的待测信号Y_n及参考信号Y_m的波形示意图。请参照图5及图6，在本实施例中，待测电压值V_n对应于待测信号Y_n，而参考电压值V_m对应于参考信号Y_m。

应注意的是，待测信号Y_n的波形例如是代表当待测电容对应于触控输入界面上的位置被触碰时，待测电容所产生的信号波形。参考信号Y_m的波形例如是代表参考电容所产生的信号波形，其是作为测量待测电容时的参考波形。因此，在每一个时序期间P内，差值比较单元330积分放大待测信号Y_n及参考信号Y_m的电压差值ΔV_D。

在本实施例中，感测期间T例如包括四个时序期间P。因此，当时钟信号ψ₀为高电平时，每一个时序期间P被积分放大的电压差值可被储存于电容C_0N、C_0P，并在接垫V_0N、V_0P输出对应的差值信号Y_D。因此，差值比较单元330依据待测电压值V_n与参考电压值V_m输出对应于电压差值ΔV_D的差值信号Y_D。也就是说，差值比较单元330可依据待测波形与参考波形输出差值信号Y_D。

在本实施例中，感测期间T是以包括四个时序期间P为例，但本发明并不限于此。在另一实施例中，感测期间T例如仅包括一个时序期间P。

值得注意的是，在本实施例中，是以两个感测信道作为范例实施例，分别用以感测待测波形及参考波形，在其它实施例中，电容感测电路可包括三个以上的感测通道，其中的一感测通道用以感测待测波形，而其它的感测通道用以感测参考波形。也就是说，信号选择单元从未被选择的感测信号中同时选择其中的两个感测信号作为测量待测电容时的参考信号。

另外，在本实施例中，差值比较单元330是以是积分器的电路架构为例，但本发明并不限于此。在另一实施例中，差值比较单元330例如是一差动放大器或一比较器。

因此，在本实施例中，除了待测电容以外，其它的感测电容的电容值可作为测量待测电容时的参考信号，以有效抵消来自外界的噪声，进而提升其信噪比。

图7为本发明另一实施例的电容感测电路示意图。图8为图7的电容感测电路的控制信号的时序图。图9为图8的待测信号Y_n及参考信号Y_m的波形示意图。

请参照图7至图9，在本实施例中，电容感测电路500包括一第一感测通道510、一第二感测通道520、一差值比较单元530及一切换单元540。其中，第一感测通道510及第二感测通道520分别用以感测待测波形或参考波形。在此待测波形或参考波形例如分别是图9所绘示的待测信号Y_n及参考信号Y_m的波形。

值得注意的是，在本实施例中，在感测期间T的第一时序期间P₁，施加于驱动线上的驱动信号X_m为高电平，此时第一感测通道510感测待测波形Y_n，并传送待测波形Y_n至差值比较单元530的第一输入端VX₁₃，且第二感测通道520感测参考波形Y_m，并传送参考波形Y_m至差值比较单元530的第二输入端VX₂₃。据此，差值比较单元530在第一时序期间P₁，依据待测波形Y_n及参考波形Y_m，计算正缘差值ΔV₊，而此正缘差值ΔV₊为待测电压值V_n+与参考电压值V_m+之间的差值。也就是说，在第一时序期间P₁，差值比较单元530将正缘差值ΔV₊储存在其内部电容。

换句话说，在时序期间P₁，通过施加高电平的驱动信号X_m于驱动线上，使差值比较单元530感测待测信号及参考信号的正缘差值ΔV₊。

另外，在感测期间T的第二时序期间P₂，第一感测通道510感测参考波形Y_m，并传送参考波形Y_m至差值比较单元530的第一输入端VX₁₃，且第二感测通道520感测待测波形Y_n，并传送待测波形Y_n至差值比较单元530的第二输入端VX₂₃。据此，差值比较单元530在第二时序期间P₂，依据待测波形Y_n及参考波形Y_m，计算负缘差值ΔV_-，而此负缘差值ΔV_-为待测电压值V_n-与参考电压值V_m-之间的差值。也就是说，在第二时序期间P₂，差值比较单元530将负缘差值ΔV_-储存在其内部电容。

值得注意的是，在本实施例中，在第二时序期间P₂，感测通道510、520于感测波形Y_n、Y_m时，驱动信号X_m为低电平。也就是说，不需施加高电平的驱动信号X_m于驱动线上，差值比较单元530即可感测待测信号及参考信号的负缘差值ΔV_-时。

换句话说，在感测期间的第一时序期间P₁，驱动信号X_m为高电平，差值比较单元的第一输入端VX₁₃接收待测波形Y_n，而第二输入端VX₂₃接收参考波形Y_m，以感测正缘差值ΔV₊。相反地，在感测期间的第二时序期间P₂，驱动信号X_m为低电平，第一输入端VX₁₃接收参考波形Y_m，第二输入端VX₂₃接收待测波形Y_n，以感测负缘差值ΔV_-。

因此，在本实施例中，在感测期间内，电容感测电路500利用双边缘耦合的方式来感测待测波形及参考波形(亦即是感测待测波形及参考波形之间的正缘差值及负缘差值)，并依据待测波形及参考波形之间的正缘差值及负缘差值输出差值信号，以减少感测电路驱动信号的脉冲，进而达到省电的效果。

进一步来说，切换单元540用以切换第一感测通道510感测待测波形或参考波形，以及切换第二感测通道520感测待测波形或参考波形。切换单元540包括一第一开关单元542及一第二开关单元544。第一开关单元542在第一时序期间P₁使第一感测通道510接收待测波形，并使第二感测通道520接收参考波形。并且，第一开关单元542在第二时序期间P₂使第一感测通道510接收参考波形，并使第二感测通道520接收待测波形。

值得注意的是，在本实施例中，在第一时序期间P₁及第二时序期间P₂，第二开关单元544传送第一感测通道510的输出至差值比较单元530的输入端VX₁₃，并且传送第二感测通道520的输出至输入端VX₂₃，以使电容感测电路500利用双边缘耦合的方式来感测待测波形及参考波形。

详细而言，以感测通道510为例，其包括电荷电压转换单元512。在感测期间T的每一个时序期间P₁内，驱动信号X_m为高电平，感测通道510通过接垫VX₁接收感测波形Y_n。因此，在时序期间P₁，当时钟信号ψ₂为高电平时，时钟信号ψ₂₁也为高电平，使得对应于待测电容的电荷可储存在储存电容C_1N。接着，当时钟信号ψ₁为高电平时，时钟信号ψ₁₁也为高电平，使得储存在储存电容C_1N的电荷可经由输入端VX₁₃被传送至差值比较单元530，并储存在积分电容C_2N。

另一方面，就感测通道520而言，其包括电荷电压转换单元522。在感测期间T的每一个时序期间P₁内，驱动信号X_m为高电平，第二感测通道520通过接垫VX₂接收感测波形Y_m。因此，在时序期间P₁，当时钟信号ψ₂、ψ₂₁为高电平时，对应于参考电容的电荷可储存在储存电容C_1P。接着，当时钟信号ψ₁、ψ₁₁为高电平时，储存在储存电容C_1P的电荷可经由输入端VX₂₃被传送至差值比较单元530，并储存在积分电容C_2P。

因此，通过运算放大器532及积分电容C_2N、C_2P，差值比较单元530的可积分放大待测信号及参考信号的正缘差值ΔV₊，并将正缘差值ΔV₊储存在其内部电容，而其放大比例分别为C_1N/C_2N及C_1P/C_2P。在此，可假设C_1N＝C_1P且C_2N＝C_2p，但本发明并不限于此。

接着，在时序期间P₂，当时钟信号ψ₂为高电平时，时钟信号ψ₂₂为高电平。应注意的是，此时对应于待测电容的电荷是储存在第二感测通道520的储存电容C_1P。之后，当时钟信号ψ₁为高电平时，时钟信号ψ₁₁为高电平，使得储存在储存电容C_1P的电荷经由输入端VX₂₃被传送至差值比较单元530，并储存在积分电容C_2P。

另一方面，就参考波形而言，在时序期间P₂，当时钟信号ψ₂、ψ₂₂为高电平时，此时对应于参考电容的电荷是储存在第一感测通道510的储存电容C_1N。接着，当时钟信号ψ₁、ψ₁₁为高电平时，储存在储存电容C_1N的电荷可经由输入端VX₁₃被传送至差值比较单元530，并储存在积分电容C_2N。

也就是说，在本实施例中，第一开关单元542在第一时序期间P₁使第一感测通道510接收待测波形，并使第二感测通道520接收参考波形。相反地，第一开关单元542在第二时序期间P₂使第一感测通道510接收参考波形，并使第二感测通道520接收待测波形。

值得注意的是，在本实施例中，第二开关单元544在第一时序期间P₁传送待测电容的电荷至差值比较单元530的输入端VX₁₃，并传送参考电容的电荷至输入端VX₂₃，以使差值比较单元530计算正缘差值ΔV₊。相反地，第二开关单元544在第二时序期间P₂传送参考电容的电荷至输入端VX₁₃，并传送待测电容的电荷至输入端VX₂₃，以使差值比较单元530计算负缘差值ΔV_-。之后，通过运算放大器532及积分电容C_2N、C_2P，在感测期间T的每一个时序期间内，差值比较单元530可积分放大正缘差值ΔV₊及负缘差值ΔV_-。

因此，当时钟信号ψ₀为高电平时，每一个时序期间P被积分放大的正缘差值ΔV₊或负缘差值ΔV_-可被储存于电容C_0N、C_0P，并在接垫V_ON、V_0P输出对应的差值信号Y_D。是以，差值比较单元530可依据待测波形及参考波形之间的至少一正缘差值及至少一负缘差值输出差值信号Y_D。

在本实施例中，由于感测期间T包括多个交错排列时序期间P₁、P₂，因此在感测期间T的时序期间内，电容感测电路500随着时序的进行可交错感测正缘差值及负缘差值，以减少感测电路驱动信号的脉冲，进而达到省电的效果。

在本实施例中，感测期间T是以包括多个交错排列的时序期间P₁、P₂为例，但本发明并不限于此。在另一实施例中，感测期间T例如仅包括一个时序期间P₁及一个时序期间P₂。

在本实施例中，无论在第一时序期间P₁或第二时序期间P₂，第二开关单元544皆传送第一感测通道510的输出至差值比较单元530的输入端VX₁₃，以及传送第二感测通道520的输出至输入端VX₂₃。因此，本实施例的切换单元540可仅包括第一开关单元542。

图10为图7的电容感测电路的另一控制信号的时序图。请参考图7及图10，在本实施例中，在第一时序期间P₁及第二时序期间P₂，当时钟信号ψ₂为高电平时，时钟信号ψ₂₁皆为高电平。因此，在感测期间T内，第一感测通道510皆感测待测波形，而第二感测通道520皆感测参考波形。

值得注意的是，在本实施例中，在第一时序期间P₁，当时钟信号ψ₁为高电平时，时钟信号ψ₁₁为高电平，而在第二时序期间P₂，当时钟信号ψ₁为高电平时，时钟信号ψ₁₂为高电平。因此，第二开关单元544在第一时序期间P₁传送待测电容的电荷至差值比较单元530的输入端VX₁₃，并传送参考电容的电荷至输入端VX₂₃，以使差值比较单元530计算正缘差值ΔV₊。相反地，第二开关单元544在第二时序期间P₂传送参考电容的电荷至输入端VX₁₃，并传送待测电容的电荷至输入端VX₂₃，以使差值比较单元530计算负缘差值ΔV_-。

因此，在本实施例中，在感测期间T的时序期间内，电容感测电路500随着时序的进行可交错感测正缘差值及负缘差值，以减少感测电路驱动信号的脉冲，进而达到省电的效果。

另外，在感测期间T内，第一感测通道510皆感测待测波形，而第二感测通道520皆感测参考波形。因此，本实施例的切换单元540可仅包括第二开关单元544。

图11为本发明一实施例的电容感测方法的步骤流程图。请同时参照图7、图8及图11，本实施例的电容感测方法包括如下步骤。首先，在步骤S100中，接收一待测波形及一参考波形。接着，在步骤S102中，在第一时序期间P₁，依据待测波形及参考波形，计算正缘差值。之后，在步骤S104中，在第二时序期间P₂，依据待测波形及参考波形，计算负缘差值。继之，在步骤S106中，在感测期间T内重复步骤S100、S102、S104。据此，在步骤S108中，依据待测波形及参考波形之间的正缘差值及负缘差值输出差值信号。

另外，本发明的实施例的电容感测方法可以由图7～图10实施例的叙述中获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。

综上所述，在本发明的实施例中，电容感测电路利用参考信号作为待测信号的测量参考值，可有效抵消来自外界的噪声，进而提升其信噪比。另外，在感测期间内，电容感测电路利用双边缘耦合的方式来感测待测波形及参考波形，并依据待测波形及参考波形之间的正缘差值及负缘差值输出差值信号，以减少感测电路驱动信号的脉冲，进而达到省电的效果。

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，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (29)

1.一种电容感测电路，至少被具有多个正缘与多个负缘的一驱动信号所驱动，包括：

一差值比较单元，用以接收一待测波形及一参考波形，其中该差值比较单元依据该待测波形及该参考波形之间的至少一正缘差值及至少一负缘差值输出一差值信号，其中该差值比较单元具有一第一输入端及一第二输入端，在一感测期间的至少一第一时序期间，该第一输入端接收该待测波形，该第二输入端接收该参考波形，在该感测期间的至少一第二时序期间，该第一输入端接收该参考波形，该第二输入端接收该待测波形，

其中该待测波形及该参考波形是多个正脉冲与多个负脉冲，依据该驱动信号的所述多个正缘与所述多个负缘交替变化，如此该至少一正缘差值发生在所述多个正缘，以及该至少一负缘差值发生在所述多个负缘。

2.根据权利要求1所述的电容感测电路，还包括：

一第一感测通道，用以感测该待测波形或该参考波形；以及

一第二感测通道，用以感测该待测波形或该参考波形，

其中在该感测期间的该第一时序期间，该第一感测通道感测该待测波形，并传送该待测波形至该差值比较单元的该第一输入端，且该第二感测通道感测该参考波形，并传送该参考波形至该差值比较单元的该第二输入端，以及

在该感测期间的该第二时序期间，该第一感测通道感测该参考波形，并传送该参考波形至该差值比较单元的该第一输入端，且该第二感测通道感测该待测波形，并传送该待测波形至该差值比较单元的该第二输入端。

3.根据权利要求2所述的电容感测电路，还包括：

一切换单元，用以切换该第一感测通道感测该待测波形或该参考波形，以及切换该第二感测通道感测该待测波形或该参考波形。

4.根据权利要求3所述的电容感测电路，其中该切换单元包括：

一第一开关单元，在该第一时序期间使该第一感测通道接收该待测波形，并使该第二感测通道接收该参考波形，且该第一开关单元在该第二时序期间使该第一感测通道接收该参考波形，并使该第二感测通道接收该待测波形。

5.根据权利要求4所述的电容感测电路，其中该切换单元还包括：

一第二开关单元，在该感测期间传送该第一感测通道的一输出至该第一输入端，并传送该第二感测通道的一输出至该第二输入端。

6.根据权利要求1所述的电容感测电路，还包括：

一第一感测通道，用以感测该待测波形或该参考波形；以及

一第二感测通道，用以感测该待测波形或该参考波形，

其中在该感测期间的该第一时序期间，该第一感测通道感测该待测波形，并传送该待测波形至该差值比较单元的该第一输入端，且该第二感测通道感测该参考波形，并传送该参考波形至该差值比较单元的该第二输入端，以及

在该感测期间的该第二时序期间，该第一感测通道感测该待测波形，并传送该待测波形至该差值比较单元的该第二输入端，且该第二感测通道感测该参考波形，并传送该参考波形至该差值比较单元的该第一输入端。

7.根据权利要求6所述的电容感测电路，还包括：

一切换单元，用以切换该第一感测通道传送该待测波形至该差值比较单元的该第一输入端或该第二输入端，以及切换该第二感测通道传送该参考波形至该差值比较单元的该第一输入端或该第二输入端。

8.根据权利要求7所述的电容感测电路，其中该切换单元包括：

一第一开关单元，在该第一时序期间使该第一感测通道传送该待测波形至该差值比较单元的该第一输入端，并使该第二感测通道传送该参考波形至该差值比较单元的该第二输入端，且该第一开关单元在该第二时序期间使该第一感测通道传送该待测波形至该差值比较单元的该第二输入端，并使该第二感测通道传送该参考波形至该差值比较单元的该第一输入端。

9.根据权利要求8所述的电容感测电路，其中该切换单元还包括：

一第二开关单元，在该感测期间使该第一感测通道接收该待测波形，并使该第二感测通道接收该参考波形。

10.根据权利要求1所述的电容感测电路，其中该感测期间的该些第一时序期间及该些第二时序期间交错排列。

11.根据权利要求10所述的电容感测电路，其中该第一感测通道的一输出与该第二感测通道的一输出在每一该第一时序期间形成该正缘差值，以及在每一该第二时序期间形成该负缘差值，且该差值比较单元积分放大该些正缘差值及该些负缘差值，以输出该差值信号。

12.根据权利要求1所述的电容感测电路，其中该差值比较单元为一差动放大器、一比较器或一积分器。

13.一种触控感测系统，包括：

一触控输入界面，包括多个感测电容，用以输出至少一待测波形及至少一参考波形；以及

一电容感测电路，至少被具有多个正缘与多个负缘的一驱动信号所驱动，包括：

一差值比较单元，用以接收该待测波形及该参考波形，其中该差值比较单元依据该待测波形及该参考波形之间的至少一正缘差值及至少一负缘差值输出一差值信号，其中该差值比较单元具有一第一输入端及一第二输入端，在一感测期间的至少一第一时序期间，该第一输入端接收该待测波形，该第二输入端接收该参考波形，在该感测期间的至少一第二时序期间，该第一输入端接收该参考波形，该第二输入端接收该待测波形，

其中该待测波形及该参考波形是多个正脉冲与多个负脉冲，依据该驱动信号的所述多个正缘与所述多个负缘交替变化，如此该至少一正缘差值发生在所述多个正缘，以及该至少一负缘差值发生在所述多个负缘。

14.根据权利要求13所述的触控感测系统，还包括：

一第一感测通道，用以感测该待测波形或该参考波形；以及

一第二感测通道，用以感测该待测波形或该参考波形，

其中在该感测期间的该第一时序期间，该第一感测通道感测该待测波形，并传送该待测波形至该差值比较单元的该第一输入端，且该第二感测通道感测该参考波形，并传送该参考波形至该差值比较单元的该第二输入端，以及

在该感测期间的该第二时序期间，该第一感测通道感测该参考波形，并传送该参考波形至该差值比较单元的该第一输入端，且该第二感测通道感测该待测波形，并传送该待测波形至该差值比较单元的该第二输入端。

15.根据权利要求14所述的触控感测系统，还包括：

一切换单元，用以切换该第一感测通道感测该待测波形或该参考波形，以及切换该第二感测通道感测该待测波形或该参考波形。

16.根据权利要求15所述的触控感测系统，其中该切换单元包括：

一第一开关单元，在该第一时序期间使该第一感测通道接收该待测波形，并使该第二感测通道接收该参考波形，且该第一开关单元在该第二时序期间使该第一感测通道接收该参考波形，并使该第二感测通道接收该待测波形。

17.根据权利要求16所述的触控感测系统，其中该切换单元还包括：

一第二开关单元，在该感测期间传送该第一感测通道的一输出至该第一输入端，并传送该第二感测通道的一输出至该第二输入端。

18.根据权利要求13所述的触控感测系统，还包括：

一第一感测通道，用以感测该待测波形或该参考波形；以及

一第二感测通道，用以感测该待测波形或该参考波形，

其中在该感测期间的该第一时序期间，该第一感测通道感测该待测波形，并传送该待测波形至该差值比较单元的该第一输入端，且该第二感测通道感测该参考波形，并传送该参考波形至该差值比较单元的该第二输入端，以及

在该感测期间的该第二时序期间，该第一感测通道感测该待测波形，并传送该待测波形至该差值比较单元的该第二输入端，且该第二感测通道感测该参考波形，并传送该参考波形至该差值比较单元的该第一输入端。

19.根据权利要求18所述的触控感测系统，还包括：

一切换单元，用以切换该第一感测通道传送该待测波形至该差值比较单元的该第一输入端或该第二输入端，以及切换该第二感测通道传送该参考波形至该差值比较单元的该第一输入端或该第二输入端。

20.根据权利要求19所述的触控感测系统，其中该切换单元包括：

一第一开关单元，在该第一时序期间使该第一感测通道传送该待测波形至该差值比较单元的该第一输入端，并使该第二感测通道传送该参考波形至该差值比较单元的该第二输入端，且该第一开关单元在该第二时序期间使该第一感测通道传送该待测波形至该差值比较单元的该第二输入端，并使该第二感测通道传送该参考波形至该差值比较单元的该第一输入端。

21.根据权利要求20所述的触控感测系统，其中该切换单元还包括：

一第二开关单元，在该感测期间使该第一感测通道接收该待测波形，并使该第二感测通道接收该参考波形。

22.根据权利要求13所述的触控感测系统，其中该感测期间的该些第一时序期间及该些第二时序期间交错排列。

23.根据权利要求22所述的触控感测系统，其中该第一感测通道的一输出与该第二感测通道的一输出在每一该第一时序期间形成该正缘差值，以及在每一该第二时序期间形成该负缘差值，且该差值比较单元积分放大该些正缘差值及该些负缘差值，以输出该差值信号。

24.根据权利要求13所述的触控感测系统，其中该差值比较单元为一差动放大器、一比较器或一积分器。

25.一种配置如权利要求13所述的触控感测系统的触控显示器。

26.一种配置如权利要求13所述的触控感测系统的可携式电子装置。

27.一种电容感测方法，包括：

接收具有多个正缘与多个负缘的驱动信号，

接收一待测波形及一参考波形；

依据该待测波形及该参考波形之间的至少一正缘差值及至少一负缘差值输出一差值信号；

在一感测期间的至少一第一时序期间，依据该待测波形及该参考波形，计算该正缘差值；以及

在该感测期间的至少一第二时序期间，依据该待测波形及该参考波形，计算该负缘差值，

其中该待测波形是电容在正电压与负电压交替充电的波形，在第一时序期间是正压充电的电压波形，在第二时序期间是负压充电的电压波形，

在该感测期间的该至少一第一时序期间，第一输入端接收该待测波形，第二输入端接收该参考波形，在该感测期间的该至少一第二时序期间，该第一输入端接收该参考波形，该第二输入端接收该待测波形，

其中该待测波形及该参考波形是多个正脉冲与多个负脉冲，依据该驱动信号的所述多个正缘与所述多个负缘交替变化，如此该至少一正缘差值发生在所述多个正缘，以及该至少一负缘差值发生在所述多个负缘。

28.根据权利要求27所述的电容感测方法，其中该感测期间的该些第一时序期间及该些第二时序期间交错排列。

29.根据权利要求28所述的电容感测方法，其中输出该差值的该步骤包括：

在每一该第一时序期间，感测该正缘差值；

在每一该第二时序期间，感测该负缘差值；以及

积分放大该些正缘差值及该些负缘差值，以输出该差值信号。

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