CN102253771A - 电容式触控面板的感测单元、感测电路及感测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电容式触控面板的感测单元、感测电路及感测方法，以降低电路的复杂度。该电容式触控面板的感测电路包含两个感测单元各连接一感应线，两感应线之间存在交互电容，本发明使一感测单元处于激励模式，另一感测单元处于感测模式，先使两感应线达到同一电位，再将第一感应线连接低电压端，并提供充电电流给该第二感应线施加到该交互电容，同时产生等比例于该充电电流的镜射电流给输出端，根据镜射电流的变化判断是否有对象触碰。

Description

电容式触控面板的感测单元、感测电路及感测方法

技术领域

本发明涉及一种电容式触控面板，特别是关于一种电容式触控面板的感测单元、感测电路及感测方法。

背景技术

图1是现有的电容式触控面板系统，在触控面板10的感应线之间存在电容单元，感测芯片12感测电容值的变化以判断是否有对象碰触。感测芯片12中具有呈数组式排列的感测电路14感测电容值的变化，经多任务器/模拟数字转换器16及数字讯号处理单元18的处理，以产生感测信息。感测芯片12中还有时间控制单元20、微控制单元22及输入/输出周边单元24控制整个芯片的运作。

图1所示的二维式的电容式触控面板被广泛的应用在各类电子产品上作为输入装置，而此种触控面板在应用上会遭遇多指触控定位、抗水滴及水膜干扰等问题。通过感测感应电极板之间的交互电容值，可以达成多指触控定位，提高手指与水滴的辨识的效果。

美国专利公开号US20090273573、美国专利号US6452514及US7352192等揭露了量测交互电容值的感测电路，此技术需要较大的讯号产生器，例如脉宽调变(PWM)脉冲产生器产生脉冲以得到较好的感测效果，且为了得到较准确的感测信息也使得电路的复杂度高。

发明内容

本发明的目的，在于提出一种电容式触控面板的感测单元、感测电路及感测方法，以降低电路的复杂度。

根据本发明，一种电容式触控面板的感测电路包含第一及第二感测单元分别连接该电容式触控面板的第一及第二感应线。该第一及第二感测单元具有多种运作模式。在感测时该第一及第二感测单元分别处于激励模式及感测模式，于第一时相利用等化导线使该第一及第二感应线达到相同电位，于第二时相，该第一感测单元使该第一感应线连接低电压端，该第二感测单元提供充电电流施加到该第一及第二感应线之间的交互电容，同时产生等比例于该充电电流的镜射电流。

根据本发明，一种电容式触控面板的感测单元包含模式切换电路连接该电容式触控面板的感应线，切换该感测单元操作于多种运作模式之间，电流镜连接该模式切换电路，于感测模式时提供充电电流施加到该感应线，同时产生等比例于该充电电流的镜射电流，以及取样开关连接于该电流镜及输出端之间，于该感测模式时将该镜射电流传送到该输出端。

根据本发明，一种电容式触控面板的感测方法包含使该电容式触控面板的第一及第二感应线达到同一电位，将该第一感应线连接低电压端，以及对该第二感应线提供充电电流施加到该第一及第二感应线之间的交互电容，同时产生等比例于该充电电流的镜射电流到输出端。

根据本发明，一种电容式触控面板的感测方法包含将该电容式触控面板划分为多个区块，依序取得并储存每一该区块的投影交互电容的参考值，依序取得每一该区块的投影交互电容的感测值，以及若该区块的投影交互电容感测值与参考值相差超过门坎值，便详细扫瞄该区块并计算出对象的位置。

本发明通过感测感应电极板之间的交互电容值，可以达成多指触控定位，提高手指与水滴的辨识的效果，而且降低了电路的复杂度。

附图说明

图1是现有的电容式触控面板系统；

图2是本发明的感测单元；

图3是图2的感测单元的感测方式的第一实施例；

图4是图2的感测单元的感测方式的第二实施例；

图5是大尺寸触控面板使用本发明的感测芯片的迭接结构的示意图；

图6是本发明的混合感测方式分割区块的示意图；以及

图7是本发明的混合感测方式的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细描述。

图2是根据本发明的感测单元30，其位于如图1所示的感测电路14中，具有多种运作模式，根据时间控制单元20或微控制单元22产生的控制讯号选择运作模式及时相，其运作模式包含激励模式及感测模式。感测单元30包含模式切换电路32用来使电容式触控面板10上的感应线连接电流镜34、接地端、等化导线(参照图3及图4，等化导线即用于维持电容单元44其两端的感应线40、42电位相等的导线)RSCON或低电压端VCOM，电流镜34连接模式切换电路32，在连接感应线时提供充电电流，并感测充电电流的变化产生等比例于该充电电流的镜射电流，以及取样及重置开关36连接在电流镜34及输出端VOUT之间，将镜射电流传送至输出端VOUT。电流镜34所产生的镜射电流和充电电流之间为固定的比例关系，此比例关系可为相等、放大或缩小。在此实施例中，模式切换电路32包含开关EQ连接于感应线及等化导线RSCON之间，开关XC连接于感应线及低电压端VCOM之间，开关MIR连接于感应线及电流镜34之间，以及开关DS连接于感应线及接地端之间。取样及重置开关36包含取样开关SMP及重置开关RST。当取样开关SMP连通时，镜射电流流到输出端VOUT，被储存起来供后端处理。于另一实施例中，低电压端VCOM为接地端，则开关DS和XC可以合并为一个开关。又另一实施例中，重置开关RST可设置在储存镜射电流的外部组件上。

图3(a)及(b)是感测单元30感测方式的第一实施例。感测单元30[y]连接感应线40运作于激励模式下，感测单元30[x]连接感应线42运作于感测模式下，并经等化导线RSCON将感测单元30[x]及30[y]相连接。于激励模式与感测模式时，感测单元30具有两种同步的时相：等化时相及激励时相。图3(a)为等化时相，感测单元30[x]及30[y]连通开关EQ[x]、EQ[y]及MIR[x]、MIR[y]，利用等化导线RSCON使感应线40及42达到相同电位，该电位是由电流镜34[x]及34[y]设计的电压决定。接着切换到图3(b)的激励时相，感测单元30[y]断开开关EQ[y]并连通开关XC[y]，使感应线40连接低电压端VCOM，而此时的低电压端VCOM等同于接地端；电容单元44于感测单元30[x]所连接的感应线42的电压会跟着下降，为了补足电压，电流镜34[x]提供充电电流至感应线42，此时取样开关SMP已经连通，因此同时产生等比例于该充电电流的镜射电流到输出端VOUT，而输出电容C0就如同积分器一般，将该镜射电流储存起来形成输出电压VOUT，以提供后端的电路使用。当有对象触碰造成电容单元44的电容值改变时，上述的充电电流量就会改变，因而使得后来输出电容C0得到的输出电压VOUT有差异。

图4(a)及(b)是感测单元30感测方式的第二实施例，其与图3相似，但是此感测单元30[y]的低电压端VCOM连接电容C1。图4(a)为等化时相，感测单元30[x]及30[y]连通开关EQ[x]、EQ[y]及MIR[x]、MIR[y]，利用等化导线RSCON使感应线40及42达到相同电位，而电容C1充电至低电压准位。当切换到图4(b)的激励时相，感测单元30[y]断开关EQ[y]并连通开关XC[y]，使感应线40连接低电压端VCOM的电容C1；电容单元44于感测单元30[x]所连接的感应线42的电压会跟着下降，下降的幅度会比图3的实施例小，电流镜34为了补足电压提供的充电电流也比图3的实施例小，虽然感度可能因此下降，但使感测单元30[x]于运作时减低功率消耗，可达到节省能源的效果。

除了以上两实施例所述的激励模式及感测模式外，感测单元30的多种运作模式还可以包含固定驱动模式及非驱动模式。当模式切换电路32只固定维持连通开关XC，使感应线固定连接低电压端VCOM以固定驱动感应线，此即为固定驱动模式。而当模式切换电路32的开关都无连通任何端点时，感应线成为浮动节点，即为非驱动模式。此两种模式可以配合感测时的需要，使用于电容式触控面板的其它感应线。

随着触控屏幕的盛行，触控面板的大小也随着触控屏幕的尺寸成长。当触控面板的感应线数量超出感测芯片的感测组件的数量时，可使用迭接结构(cascading structure)连接包含本发明的感测单元的感测芯片来解决此问题。如图5所示，二维式的大尺寸触控面板50使用包含本发明的感测单元的感测芯片52、54、56连接其感应线，感测芯片52连接第一方向的感应线，感测芯片54、56连接第二方向的感应线，感测芯片52中的感测单元全部设为激励模式，专门做为激励器使用，并依控制器58的设定依序产生感测所需的激励信号，感测芯片54、56中的感测单元全部设为感测模式，做为感应器使用，等化导线RSCON连接感测芯片52、54、56，利用控制器58提供感测芯片52、54、56控制讯号及时钟讯号(CLK)，让感测芯片52、54、56同步运作，便可感测触控面板50产生感测信息。

虽然图5的迭接结构解决了大尺寸触控屏幕硬件上的问题，但是如果对所有感应线交点逐一扫描，可能会因此影响触控屏幕的影像更新速率(frame rate)。本发明更提出另一种电容式触控面板的感测方法，利用以下提出的混合感测(Hybrid Sensing)方式减少运算复杂度、感测时间及改善更新速率。图6是本发明的混合感测方式分割区块的示意图，将电容式触控面板依设定划分成数个区块。每一区块于一感测时间内，第一方向感应在线的感测单元同时设为感测模式，另一方向感应在线的感测单元同时设为激励模式，此称为投影交互电容感测(projected mutual capacitance sensing)，可感测出投影交互电容值(projected mutualcapacitance)，如此可感测出所有被驱动的感应线之间的交互电容值累积的变化，再依各区块的变化，得知哪一区块有对象触碰，再将此区块详细扫描，定位出对象的位置。于另一实施例中，依设定将电容式触控面板划分成数个区块时，两相邻区块的交界处存在着部分重迭，即表示于某一区块交界处的部分感应线于划分时重复划分于其相邻的区块中。

图7为本发明的混合感测方式的流程图。于感测前将电容式触控面板如图6般划分为多个区块Aij，i、j为系统参数，与图6所对应的，包括A00、A01、A01、A11，于步骤S60取得并储存每一区块Aij的投影交互电容的参考值RAij，i、j为系统参数。步骤S62选择取区块Aij的投影交互电容的感测值DAij，于步骤S64将区块Aij的交互电容的感测值DAij与参考值RAij比较，若差异超过门坎值(又称阈值)，便表示有对象触碰该区块，于是进行步骤S66，对该区块做正常的交互电容感测，定位出对象的位置，再进行步骤S68的判断；若差异不大，直接进行步骤S68的判断。步骤S68是判断是否已经将所有的区块感测完毕，若否，便改变系统参数i、j，进行步骤S62感测下一区块。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (28)

1.一种电容式触控面板的感测电路，该电容式触控面板具有第一及第二感应线，二者之间存在交互电容，其特征在于，该感测电路包含：

第一感测单元连接该第一感应线，其具有多种运作模式，运作于该多种运作模式之一的激励模式时具有第一时相及第二时相，于该第二时相时使该第一感应线连接低电压端；以及

第二感测单元连接该第二感应线，并经等化导线连接该第一感测单元，运作于该多种运作模式之一的感测模式时具有同步的该第一及第二时相，于该第二时相时提供充电电流施加到该交互电容，同时产生等比例于该充电电流的镜射电流；

其中，该第一及第二感测单元于该第一时相利用该等化导线使该第一及第二感应线达到相同电位。

2.如权利要求1所述的电容式触控面板的感测电路，其特征在于，该低电压端为接地端。

3.如权利要求1所述的电容式触控面板的感测电路，其特征在于，该第二感测单元包含：

模式切换电路连接该第二感应线，切换该第二感测单元操作于该多种运作模式之间；

电流镜连接该模式切换电路，运作于该感测模式时，于该第二时相提供该充电电流，同时产生该镜射电流；以及

取样开关连接于该电流镜及输出端之间，运作于该感测模式时，于该第二时相将该镜射电流传送到该输出端。

4.如权利要求3所述的电容式触控面板的感测电路，其特征在于，更包含积分器连接该输出端，储存该镜射电流以产生输出电压。

5.如权利要求4所述的电容式触控面板的感测电路，其特征在于，该积分器包含输出电容。

6.如权利要求4所述的电容式触控面板的感测电路，其特征在于，更包含重置开关连接该输出端，在取样前重置该积分器。

7.如权利要求3所述的电容式触控面板的感测电路，其特征在于，该模式切换电路包含：

第一开关连接于该第二感应线及等化导线之间；

第二开关连接于该第二感应线及低电压端之间；以及

第三开关连接于该第二感应线及电流镜之间。

8.如权利要求7所述的电容式触控面板的感测电路，其特征在于，该模式切换电路更包含第四开关连接于该第二感应线及接地端之间。

9.如权利要求3所述的电容式触控面板的感测电路，其特征在于，该多种运作模式更包含固定驱动模式，使该第二感应线固定连接该低电压端。

10.如权利要求3所述的电容式触控面板的感测电路，其特征在于，该多种运作模式更包含非驱动模式，使该第二感应线成为浮动节点。

11.如权利要求1所述的电容式触控面板的感测电路，其特征在于，该第一及第二感测单元分别置于两感测芯片中。

12.如权利要求11所述的电容式触控面板的感测电路，其特征在于，该两感测芯片具有相同的电路结构。

13.一种电容式触控面板的感测单元，该电容式触控面板具有感应线，其特征在于，该感测单元包含：

模式切换电路连接该感应线，切换该感测单元操作于多种运作模式之间；

电流镜连接该模式切换电路，运作于该多种运作模式之一的感测模式时，提供充电电流施加到该感应线，同时产生等比例于该充电电流的镜射电流；以及

取样开关连接于该电流镜及输出端之间，于该多种运作模式之一的感测模式时，将该镜射电流传送到该输出端。

14.如权利要求13所述的电容式触控面板的感测单元，其特征在于，更包含积分器连接该输出端，储存该镜射电流以产生输出电压。

15.如权利要求14所述的电容式触控面板的感测单元，其特征在于，该积分器包含输出电容连接该输出端，储存该镜射电流以产生该输出电压。

16.如权利要求15所述的电容式触控面板的感测单元，其特征在于，更包含重置开关连接该输出端，在取样前重置该积分器。

17.如权利要求13所述的电容式触控面板的感测单元，其特征在于，该模式切换电路包含：

第一开关连接于该感应线及等化导线之间；

第二开关连接于该感应线及低电压端之间；以及

第三开关连接于该感应线及电流镜之间。

18.如权利要求17所述的电容式触控面板的感测单元，其特征在于，该模式切换电路更包含第四开关连接于该感应线及接地端之间。

19.如权利要求17所述的电容式触控面板的感测单元，其特征在于，该低电压端为接地端。

20.如权利要求17所述的电容式触控面板的感测单元，其特征在于，该多种运作模式更包含激励模式，其具有第一时相及第二时相，于该第一时相时使该感应线连接该等化导线，于该第二时相使该感应线连接该低电压端。

21.如权利要求17所述的电容式触控面板的感测单元，其特征在于，该多种运作模式更包含固定驱动模式，使该感应线固定连接该低电压端。

22.如权利要求17所述的电容式触控面板的感测单元，其特征在于，该多种运作模式更包含非驱动模式，使该感应线成为浮动节点。

23.一种电容式触控面板的感测方法，该电容式触控面板具有第一及第二感应线，二者之间存在交互电容，其特征在于，该感测方法包含：

使该第一及第二感应线达到同一电位；

将该第一感应线连接低电压端；以及

对该第二感应线提供充电电流施加到该交互电容，同时产生等比例于该充电电流的镜射电流到输出端。

24.如权利要求23所述的电容式触控面板的感测方法，其特征在于，更包含储存该镜射电流产生输出电压。

25.一种电容式触控面板的感测方法，其特征在于，包含：

将该电容式触控面板划分为多个区块；

依序取得并储存每一该区块的投影交互电容的参考值；

依序取得每一该区块的投影交互电容的感测值；以及

若该区块的投影交互电容感测值与参考值相差超过门坎值，便详细扫瞄该区块并计算出对象的位置。

26.如权利要求25所述的电容式触控面板的感测方法，其特征在于，该将该电容式触控面板划分为多个区块的步骤包含该两相邻区块的交界处存在着部分重迭。

27.如权利要求25所述的电容式触控面板的感测方法，其特征在于，该依序取得并储存每一该区块的投影交互电容的参考值的步骤包含：

同时激励每一该区块在第一方向的感应线；

感测每一该区块在第二方向的感应线；

得到每一该区块的投影交互电容的参考值；以及

储存每一该区块的投影交互电容的参考值。

28.如权利要求25所述的电容式触控面板的感测方法，其特征在于，该依序取得并储存每一该区块的投影交互电容的感测值的步骤包含：

同时激励每一该区块在第一方向的感应线；

感测每一该区块在第二方向的感应线；

得到每一该区块的投影交互电容的感测值；以及

储存每一该区块的投影交互电容的感测值。

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