CN102262487A - 触控面板的切换式电容追踪装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种触控面板的切换式电容追踪装置及其操作方法。该切换式电容追踪装置，包括可变电容、辅助电容以及多个开关。于充电期间，使第一参考电压对面板电容充电，且使第二参考电压对可变电容充电。于检测期间，使控制电路检测面板电容与可变电容的并联电压。控制电路比较第三参考电压与并联电压，以及依据比较结果动态地决定将辅助电容并联于可变电容。其中，若于统计期间所述比较结果均为第一逻辑值，则控制电路调增可变电容的电容量；若于统计期间所述比较结果均为第二逻辑值，则控制电路调降可变电容的电容量。

Description

触控面板的切换式电容追踪装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种触控面板的电容读取电路(readout circuit)，特别是涉及一种触控面板的切换式电容追踪装置。

背景技术

在许多电子产品中常常需要读取某一目标组件的电容特性(或电容值)，例如最近正热门的触控面板便需要读取电路去检测面板的电容变化。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。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。藉由导电体(例如手指)接近或触碰电容式触控面板，电容式触控面板的相对位置会发生电容变化。藉由读取电路去检测电容式触控面板的电容变化，可以检测出导电体或手指接近或触碰面板的位置。

图1说明传统触控面板的功能方块示意图。触控面板14具有多个像素电容，图1中仅绘示了一个面板电容(即目标电容16)为代表。目标电容16的信息被传送至模拟数字转换器(analog to digital converter，ADC)18，因此模拟数字转换器18可以将目标电容16的电容量转换为数字值。如图1所示的模拟数字转换器18需将目标电容16的总电容值C转换为数字值，因此耗费极大的能力(消耗多余功耗)于转换总电容值。假设目标电容16的电容量范围是0pF至50pF，而模拟数字转换器18的输出是16位。当目标电容16的电容量从25pF变为25.1pF时(其中25pF为目标电容量的DC成分，而0.1pF为目标电容量的AC成分)，模拟数字转换器18输出的数字码便对应地从32768(即2¹⁶×25÷50)变为32899(即2¹⁶×25.1÷50)。模拟数字转换器18需一直处理目标电容16的电容量的DC成分。

发明内容

本发明提供一种触控面板的切换式电容追踪装置及其操作方法，以自动追踪面板电容的电容量变化，提升感测电容变化的区别能力。

本发明实施例提出一种触控面板的切换式电容追踪装置，用以追踪一面板电容的电容量变化。切换式电容追踪装置包括一可变电容、辅助电容、第一时钟相位产生器、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关以及控制电路。第一开关的第一端耦接至第一参考电压，第二端耦接至面板电容。第二开关的第一端耦接至面板电容。第三开关的第一端耦接至第二参考电压，第二端耦接至可变电容。第四开关的第一端耦接至可变电容，第二端耦接至第二开关的第二端。其中，于第一时钟信号的充电期间导通该第一开关与该第三开关并且截止该第二开关与该第四开关，以及于第一时钟信号的检测期间截止该第一开关与该第三开关并且导通该第二开关与该第四开关。第五开关的第一端耦接至第二参考电压，第二端耦接至辅助电容。第六开关的第一端耦接至辅助电容，第二端耦接至第二开关的第二端。控制电路耦接至第二开关的第二端。控制电路依据第一电容步阶值设定可变电容的电容量，比较第三参考电压与第二开关第二端的电压，依据比较结果控制第五与第六开关，以及于统计期间累加所述比较结果。其中，若于统计期间所述比较结果均为第一逻辑值，则控制电路调增第一电容步阶值；若于统计期间所述比较结果均为第二逻辑值，则控制电路调减第一电容步阶值。

本发明实施例提出一种上述切换式电容追踪装置的操作方法。该操作方法包括：定义第一时钟信号中多个时钟周期的期间为第一统计期间；于第一统计期间中，依据第一电容步阶值设定可变电容的电容量；于这第一时钟信号的充电期间导通第一与第三开关，以及截止第二与第四开关；于这第一时钟信号的检测期间截止第一与第三开关，以及导通第二与第四开关；比较第三参考电压与第二开关第二端的电压，以获得比较结果；依据比较结果控制第五与第六开关；于该第一统计期间累加该比较结果；若于该第一统计期间该比较结果均为第一逻辑值，则调增第一电容步阶值；以及若于该第一统计期间该比较结果均为第二逻辑值，则调减第一电容步阶值。

基于上述，依据比较第三参考电压与第二开关第二端电压的比较结果而动态地决定是否将辅助电容并联至可变电容，以及在统计期间中累加前述比较结果，可以获知可变电容与面板电容二者电容量的差异。假设面板电容的电容量为Cp，可变电容的电容量为Ca，而辅助电容的电容量为Cb。当Cp＞(Ca+Cb)(或Cp＜Ca)时，则调增(或调减)第一电容步阶值，直到Ca＜Cp＜(Ca+Cb)。因此，本发明实施例的切换式电容追踪装置可以自动追踪面板电容的电容量变化。以触控面板为应用例，面板电容的电容值具有本质成分与变异成份(即面板被碰触时的电容变化量)。本发明实施例的切换式电容追踪装置可以在将可变电容Ca调整至接近面板电容Cp的本质成分后，仅针对变异成份进行检测，以提升感测电容变化的区别能力(即提升分辨率)。

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说明传统触控面板的功能方块示意图。

图2是依据本发明实施例说明一种触控面板的切换式电容追踪装置的电路方块示意图。

图3是依照本发明实施例说明图2中信号的时序图。

图4是依据本发明实施例说明图2中可变电容的电路示意图。

图5是依照本发明实施例说明图2中电容追踪装置的操作方法。

图6是依照本发明另一实施例说明图2中电容追踪装置的操作方法。

图7是依照本发明实施例说明图2中控制电路的电路方块示意图。

图8是依照本发明实施例说明图7中逻辑运算器的电路图。

图9是依照本发明另一实施例说明图2中电容追踪装置的电路方块示意图。

图10是依照本发明实施例说明图9中信号的时序图。

图11是依照本发明实施例说明图9中逻辑运算器的电路图。

附图符号说明

16、Cp：面板电容

18：模拟数字转换器

22、24：时钟相位产生器

60：控制电路

70：积分器

76：运算放大器

80：比较器

90：锁存电路

92：计数器

94：逻辑运算器

96：信号处理器

100：电容追踪装置

Φ1A、Φ1B、Φ2A、Φ2B、Φ2A’、Φ2B’：相位信号

C₁～C_N、Ci：电容

Ca：可变电容

Cb：辅助电容

CLK1、CLK2：时钟信号

Nc：累加结果

SW1～SW6、SWa₁～SWa_N：开关

VR1～VR3：参考电压

t0～t14、t0A～t14A、t0B～t14B：统计期间

AND1～AND4：与门

具体实施方式

图2是依据本发明实施例说明一种触控面板的切换式电容追踪装置的电路方块示意图。请参照图2，切换式电容追踪装置100可以追踪触控面板的面板电容Cp的电容量变化。以电容式触控面板为应用例，面板电容Cp可以是触控面板中某一个像素电容。当使用者碰触了触控面板，面板电容Cp可能会因为被碰触而改变了电容值。切换式电容追踪装置100可以自动追踪面板电容Cp的电容值变化。

切换式电容追踪装置100包括可变电容Ca、辅助电容Cb、第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4、第五开关SW5、第六开关SW6以及控制电路60。第一开关SW1的第一端耦接至第一参考电压VR1。面板电容Cp的第一端耦接第一开关SW1的第二端，而面板电容Cp的第二端接地。第二开关SW2的第一端耦接至面板电容Cp的第一端。第三开关SW3的第一端耦接至第二参考电压VR2。可变电容Ca的第一端耦接第三开关SW3的第二端，而可变电容Ca的第二端接地。可变电容Ca受控于控制电路60。也就是说，控制电路60可以决定/调整可变电容Ca的电容量。

第四开关SW4的第一端耦接至可变电容Ca的第一端，而第四开关SW4的第二端耦接至第二开关SW2的第二端。其中，于第一时钟信号CLK1的充电期间导通第一开关SW1与第三开关SW3并且截止第二开关SW2与第四开关SW4，以及于第一时钟信号CLK1的检测期间截止第一开关SW1与第三开关SW3并且导通第二开关SW2与第四开关SW4。

于本实施例中，切换式电容追踪装置100还包括第一时钟相位产生器22。第一时钟相位产生器22依照第一时钟信号CLK1产生第一相位信号Φ1A与第二相位信号Φ1B。图3是依照本发明实施例说明图2中信号的时序图。于本实施例中，第二相位信号Φ1B是第一相位信号Φ1A的反相信号，且此二者不相互重迭。上述开关SW1与SW3受控于第一相位信号Φ1A，而开关SW2与SW4受控于第二相位信号Φ1B。于本实施例中，当第一相位信号Φ1A为高电平(也就是第二相位信号Φ1B为低电平)时，开关SW1与SW3为导通(turn on)，而开关SW2与SW4为截止(turn off)，此时第一参考电压VR1与第二参考电压VR2可以分别对面板电容Cp与可变电容Ca充电。在理想情况下，面板电容Cp第一端的电压Vp可以被充电至与第一参考电压VR1相同电平，而可变电容Ca第一端的电压V₁则可以被充电至与第二参考电压VR2相同电平。

当第二相位信号Φ1B为高电平(也就是第一相位信号Φ1A为低电平)时，开关SW1与SW3为截止，而开关SW2与SW4为导通，致使面板电容Cp与可变电容Ca相互并联而进行电荷分享(charge share)。在理想情况下，若面板电容Cp与可变电容Ca具有相同的电容量，则完成电荷分享后，第二开关SW2第二端的电压Vo应为(VR1+VR2)÷2。图2中第三参考电压VR3可以设定为(VR1+VR2)÷2。因此，控制电路60藉由比较第三参考电压VR3与电压Vo，便可以知道面板电容Cp与可变电容Ca二者的电容量是否相同。若Cp＞Ca，则电压Vo会介于VR3与VR1之间。反之，若Cp＜Ca，则电压Vo会介于VR3与VR2之间。

应用本实施例者可以依据设计需求而将第三参考电压VR3设定为任何电压电平。例如，在另一实施例中，第三参考电压VR3可能被设定为(2×VR1+VR2)÷3。因此，控制电路60藉由比较第三参考电压VR3与电压Vo，便可以知道面板电容Cp的电容量是否两倍于可变电容Ca的电容量(即Cp∶Ca＝2∶1？)。若Cp＞2Ca，则电压Vo会介于VR3与VR1之间。反之，若Cp＜2Ca，则电压Vo会介于VR3与VR2之间。

也就是说，参考电压VR1、VR2与VR3三者是依据设计需求而决定的。参考电压VR1、VR2与VR3三者之间的相对关系为K×(VR1-VR3)＝N×(VR3-VR2)，其中K与N为实数。于本实施例中，K与N均为1，第一参考电压VR1为1V，第二参考电压VR2为3V，而第三参考电压VR3为2V。

控制电路60耦接至第二开关SW2的第二端，以接受电压Vo。控制电路60依据其内部所纪录的第一电容步阶值输出对应的N位控制信号去设定可变电容Ca的电容量。图4是依据本发明实施例说明图2中可变电容Ca的电路示意图。请参照图4，可变电容Ca包含开关SWa₁、SWa₂、...、SWa_N以及电容C₁、C₂、...、C_N。控制电路60依据其内部所纪录的第一电容步阶值，而输出对应的N位控制信号去控制开关SWa₁～SWa_N。因此，控制电路60可以将电容C₁～C_N中一个或多个电容电性连接至开关SW3与SW4，或者将电容C₁～C_N全都不连接至开关SW3与SW4。因此，控制电路60可以依据其内部所纪录的第一电容步阶值去调整可变电容Ca的电容量。

应用本实施例者可以依据设计需求而将决定电容C₁～C_N的电容量，例如，电容C₁的电容量为2⁰pF，电容C₂的电容量为2¹pF，而电容C_N的电容量为2^(N-1)pF。因此，当控制电路60所输出N位控制信号的值为「0...01」时，可变电容Ca的电容量为2⁰pF＝1pF；当控制电路60所输出控制信号的值为「0...10」时，可变电容Ca的电容量为2¹pF＝2pF；当控制电路60所输出控制信号的值为「0...11」时，可变电容Ca的电容量为(2⁰pF+2¹pF)＝3pF。在本实施例中，电容C₁～C_N的电容量均为一个步阶电容量(例如1pF)。因此，当控制电路60所输出N位控制信号的值为「0...01」时，可变电容Ca的电容量为1pF；当控制电路60所输出控制信号的值为「0...11」时，可变电容Ca的电容量为(1pF+1pF)＝2pF。

请参照图2，第五开关SW5的第一端耦接至第二参考电压VR2。辅助电容Cb的第一端耦接第五开关SW5的第二端，而辅助电容Cb的第二端接地。第六开关SW6的第一端耦接至辅助电容Cb的第一端，而第六开关SW6的第二端耦接至第二开关SW2的第二端。应用本实施例者可以依据设计需求而将决定辅助电容Cb的电容量。在本实施例中，辅助电容Cb的电容量相当于可变电容Ca的一个步阶电容量。例如，若控制电路60每次(每步阶)调增可变电容Ca可以使可变电容Ca增加1pF，则辅助电容Cb的电容量可以是1pF。

控制电路60比较第三参考电压VR3与第二开关SW2的第二端的电压Vo，而获得比较结果。控制电路60依据此比较结果而决定是否产生相位信号Φ2A’与Φ2B’去分别控制第五开关SW5与第六开关SW6。当电压Vo大于第三参考电压VR3时，控制电路60「不输出」相位信号Φ2A’与Φ2B’(例如使相位信号Φ2A’与Φ2B’保持于低电平)，致使第五开关SW5与第六开关SW6均为截止。此时，图2中电压Vo、Vp与V₁三者的关系为Vo＝(VR1×Cp+VR2×Ca)÷(Cp+Ca)。由于本实施例假设VR1、VR2、VR3分别为1V、3V、2V，因此电压Vo＝(Cp+3×Ca)÷(Cp+Ca)。若Cp＝Ca，则电压Vo会等于2V(即第三参考电压VR3)。若Cp＞Ca，则电压Vo会小于2V。反之，若Cp＜Ca，则电压Vo会大于2V。

控制电路60依据电压Vo与第三参考电压VR3而产生相位信号Φ2A’与Φ2B’，以控制第五开关SW5与第六开关SW6。于本实施例中，相位信号Φ2B’是相位信号Φ2A’的反相信号，且此二者不相互重迭(如图3所示)。当电压Vo小于第三参考电压VR3，且控制电路60检测到第一相位信号Φ1A为上升缘时，控制电路60于相位信号Φ2A’中产生一个对应的脉冲。当相位信号Φ2A’出现脉冲，且控制电路60检测到第二相位信号Φ1B为上升缘时，控制电路60会在相位信号Φ2B’中产生一个对应的脉冲，如图3所示。换言之，当该比较结果表示第三参考电压VR3大于第二开关SW2第二端的电压Vo时，控制电路60可以分别以第一相位信号Φ1A与第二相位信号Φ1B控制第五开关SW5与第六开关SW6。

当相位信号Φ2A’为高电平(也就是相位信号Φ2B’为低电平)时，开关SW5为导通，而开关SW6为截止，此时第二参考电压VR2可以对辅助电容Cb充电。当相位信号Φ2B’为高电平(也就是相位信号Φ2A’为低电平)时，开关SW5为截止，而开关SW6为导通，致使辅助电容Cb耦接至开关SW2的第二端。此时，图2中电压Vo、Vp与V₁三者的关系为Vo＝[VR1×Cp+VR2×(Ca+Cb)]÷(Cp+Ca+Cb)＝[Cp+3×(Ca+Cb)]÷(Cp+Ca+Cb)。

也就是说，若Ca＜Cp＜Ca+Cb，则在此统计期间内的这些比较结果不会全部为0或全部为1。若Ca＜Cp＜Ca+Cb，则控制电路60会在一段预设的统计期间内间歇性地输出相位信号Φ2A’与Φ2B’。控制电路60会在此预设的统计期间内(例如在第一时钟信号CLK1的2¹⁶＝65536个时钟周期内)累加多次的比较结果(例如累计相位信号Φ2A’的脉冲数)，并输出累加结果Nc。藉由累加结果Nc与统计期间的时间长，可以知道面板电容Cp的电容量。举例来说，若统计期间的时间长为65536个时钟周期，累加结果Nc为32768个时钟，则面板电容Cp的电容量为Ca+(32768÷65536)×Cb。可变电容Ca与辅助电容Cb的电容量均属已知，故可以求得面板电容Cp的电容量。例如，控制电路60设定可变电容Ca的电容量为第20步阶电容量(例如20×1pF)，而辅助电容Cb的电容量为1pF，则面板电容Cp＝20+(32768÷65536)×1＝20.5pF。

当面板电容Cp的电容量发生变化时，只要Cp尚在Ca～Ca+Cb范围内，切换式电容追踪装置100可以进行上述操作而自动追踪面板电容Cp的电容值变化。因此，本实施例可以较高的分辨率去追踪面板电容Cp于Ca至Ca+Cb范围内的电容量变化。以触控面板为应用例，像素电容(即面板电容Cp)的电容值具有本质成分与变异成份(即面板被碰触时的电容变化量)。本实施例的切换式电容追踪装置100可以在将可变电容Ca调整至接近面板电容Cp的本质成分后，仅针对变异成份进行检测，以提升感测电容变化的区别能力(即提升分辨率)。

若面板电容Cp的电容变化量太大，致使Cp超出Ca～Ca+Cb范围，则切换式电容追踪装置100进行上述操作所获得的累加结果Nc可以显示Cp＞Ca+Cb或Cp＜Ca。若累加结果Nc显示在此统计期间内的这些比较结果全部为第一逻辑值(例如逻辑1)，表示统计期间内电压Vo均小于第三参考电压VR3，也就是Cp＞Ca+Cb，则控制电路60调增其内部所纪录的第一电容步阶值(例如增加一步阶)，也就是调增可变电容Ca的电容量(例如增加1pF)。若累加结果Nc显示在此统计期间内的这些比较结果全部为第二逻辑值(例如逻辑0)，表示统计期间内电压Vo均大于第三参考电压VR3，也就是Cp＜Ca，则控制电路60调减其内部所纪录的第一电容步阶值(例如减少一步阶)，也就是调减可变电容Ca的电容量(例如减少1pF)。前述调整可变电容Ca电容量的操作会被重复进行，直到此统计期间内的这些比较结果不全为1(或0)为止。因此，本实施例的切换式电容追踪装置100可以自动追踪面板电容Cp的电容量变化。

图5是依照本发明实施例说明图2中电容追踪装置100的操作方法。首先定义第一时钟信号CLK1中多个时钟周期(clock cycle)的期间为该统计期间，例如定义第一时钟信号CLK1中65536个时钟周期为该统计期间(即图5中所示时间t0、t1、t2、...、t13或t14)。于任何一个统计期间中，依据纪录于控制电路60内部的第一电容步阶值设定可变电容Ca的电容量，并重复进行前述操作。此操作包括：于第一时钟信号CLK1的多个时钟周期中的充电期间(相位信号Φ1A为高电平期间)导通开关SW1与SW3，以及截止开关SW2与SW4；于第一时钟信号CLK1的多个时钟周期中的检测期间(相位信号Φ1B为高电平期间)截止开关SW1与SW3，以及导通开关SW2与SW4；比较电压VR3与Vo以获得比较结果；依据该比较结果控制开关SW5与SW6；于统计期间累加该比较结果；若于该统计期间该比较结果均为逻辑值1，则使第一电容步阶值增加一步阶；以及若于统计期间该比较结果均为逻辑值0，则使第一电容步阶值减少一步阶。

在上述比较电压VR3与Vo后，当比较结果表示电压VR3大于电压Vo时，于第一时钟信号CLK1的充电期间导通开关SW5且截止开关SW6，以及于第一时钟信号CLK1的检测期间截止开关SW5且导通开关SW6。当该比较结果表示电压VR3小于电压Vo时，截止开关SW5与SW6。

绘于图5中各个统计期间的粗实线段表示当时电容追踪装置100可以检测的电容值范围。此电容值范围是Ca～(Ca+Cb)。请同时参照图2与图5，在此假设第一电容步阶值的初始值为0，因此控制电路60在统计期间t0时会将可变电容Ca对应地设定为0pF。由于辅助电容Cb的电容量为1pF，因此于统计期间t0，电容追踪装置100可以检测到的电容值范围是0pF～1pF。切换式电容追踪装置100开始进行上述操作以追踪面板电容Cp。如图5所示，由于在统计期间t0时面板电容Cp的电容量是属于3pF～4pF的范围，而此时Ca+Cb小于Cp，因此在统计期间t0内的所有比较结果均为逻辑值1。在统计期间t0结束后，控制电路60依据累加结果Nc使其内部所纪录的第一电容步阶值增加一步阶(设定为「1」)，并依据新的第一电容步阶值调整可变电容Ca的电容量(调整至1pF)。

在统计期间t0结束后，便进入统计期间t1。于统计期间t1，可变电容Ca的电容量为1pF，而辅助电容Cb的电容量为1pF，因此电容追踪装置100可以检测到的电容值范围是1pF～2pF。控制电路60在一次的进行同样的操作，而获得另一个累加结果Nc。从图5可以很明显地看出，此时期的Ca+Cb亦小于Cp。所以，在统计期间t1结束后，控制电路60再一次调增第一电容步阶值为「2」，并依据新的第一电容步阶值将可变电容Ca的电容量对应地调整至2pF。

进入统计期间t2后，电容追踪装置100可以检测到的电容值范围被调整为2pF～3pF。从图5可以很明显地看出，此时期的Ca+Cb亦小于Cp。所以，在统计期间t2结束后，控制电路60又一次调增第一电容步阶值至「3」，并依据新的第一电容步阶值将可变电容Ca的电容量对应地调整至3pF。

进入统计期间t3后，电容追踪装置100可以检测到的电容值范围被调整为3pF～4pF。控制电路60会依然重复地进行前述操作，并依据在此统计期间t3内获得新的累加结果Nc。至此，电容追踪装置100以自动地追踪到可变电容Ca的电容量。藉由累加结果Nc与统计期间t3的时间长，可以知道面板电容Cp的电容量。

假设于统计期间t3至统计期间t6，面板电容Cp的电容量发生变化(如图5所示)。于统计期间t3至统计期间t5，面板电容Cp的电容变化量上尚在Ca～Ca+Cb范围内，因此控制电路60不需要改变可变电容Ca的电容量。进入统计期间t6后，电容追踪装置100的电容值检测范围依然维持在与统计期间t5相同的范围(即3pF～4pF)。然而，由于统计期间t6的面板电容Cp已经超出Ca～Ca+Cb范围，因此在统计期间t6结束后，控制电路60又再一次调增第一电容步阶值至「4」，并依据新的第一电容步阶值将可变电容Ca的电容量对应地调整至4pF。

假设于统计期间t8至统计期间t10，面板电容Cp的电容量发生变化(如图5所示)。由于面板电容Cp的电容量于统计期间t9降至低于可变电容Ca，使得在统计期间t9内的所有比较结果均为逻辑值0。在统计期间t9结束后，控制电路60依据累加结果Nc使第一电容步阶值减少一步阶(即设定为「3」)，并依据新的第一电容步阶值调整可变电容Ca的电容量(调整至3pF)。其它统计期间的操作可以参照上述说明，故不再赘述。

应用上述实施例者可以依据其设计需求而改变实现方式。例如，图6是依照本发明另一实施例说明图2中电容追踪装置100的操作方法。图6相似于图5，故不再赘述相同的部份。于图6所示的实施例中，在第一统计期间(即图6中所示时间t0A、t1A、...、t13A或t14A)结束后，还定义了该第一时钟信号CLK1中另外多个时钟周期的期间为第二统计期间(即图6中所示时间t0B、t1B、...、t13B或t14B)。第一统计期间与第二统计期间具有相同的时间长。电容追踪装置100于第一统计期间t0A～t14A与第二统计期间t0B～t14B所进行的操作均与图5的统计期间t0～t14相同。

于本实施例中，控制电路60内部记录着第一电容步阶值与第二电容步阶值，其中第一电容步阶值与第二电容步阶值相差半个步阶。在此假设第一电容步阶值的初始值为0，而第二电容步阶值的初始值为0.5。首先，电容追踪装置100于第一统计期间t0A以对面板电容Cp进行检测，因此控制电路60在第一统计期间t0A时会依据第一电容步阶值将可变电容Ca对应地设定为0pF，也就是电容追踪装置100的电容检测范围是0pF～1pF。由于在第一统计期间t0A时Ca+Cb小于Cp，因此在第一统计期间t0A内的所有比较结果均为逻辑值1。完成第一统计期间t0A后，接着进入第二统计期间t0B。控制电路60在第二统计期间t0B时会依据第二电容步阶值将可变电容Ca对应地设定为0.5pF，也就是电容追踪装置100的电容检测范围是0.5pF～1.5pF。由于在第二统计期间t0B时Ca+Cb依然小于Cp，因此在第二统计期间t0B内的所有比较结果亦均为逻辑值1。

在完成第一统计期间t0A与第二统计期间t0B后，控制电路60会从此二个期间选择其中一个的累加结果Nc，以便获知面板电容Cp的电容量。由上述知，电容追踪装置100于第一统计期间t0A与第二统计期间t0B均尚未锁定面板电容Cp的电容量，因此控制电路60使其内部所纪录的第一电容步阶值与第二电容步阶值均增加一步阶，也就是将第一电容步阶值设定为1，而将第二电容步阶值设定为1.5。

于第一统计期间t1A，控制电路60依据新的第一电容步阶值调整可变电容Ca的电容量，因此电容追踪装置100可以检测到的电容值范围是1pF～2pF。第二统计期间t1B，控制电路60依据新的第二电容步阶值调整可变电容Ca的电容量，因此电容追踪装置100可以检测到的电容值范围是1.5pF～2.5pF。电容追踪装置100于第一统计期间t1A与第二统计期间t1B均尚未锁定面板电容Cp的电容量，因此控制电路60将第一电容步阶值调增至2，而将第二电容步阶值调增至2.5。

于第一统计期间t2A，控制电路60依据调整后的第一电容步阶值将可变电容Ca的电容量调整至2pF，因此电容追踪装置100可以检测到的电容值范围是2pF～3pF。控制电路60于第一统计期间t2A所获得的比较结果依然全为1，因此控制电路60将第一电容步阶值调增至3。于第二统计期间t2B，控制电路60依据调整后的第二电容步阶值而将可变电容Ca的电容量调整至2.5pF，因此电容追踪装置100可以检测到的电容值范围是2.5pF～3.5pF。此时，电容追踪装置100以经可以锁定/检测面板电容Cp的电容量，因此控制电路60将第二电容步阶值维持于2.5。在完成第一统计期间t2A与第二统计期间t2B后，控制电路60选择于第二统计期间t2B所获得的累加结果Nc，以便获知面板电容Cp的电容量。

于第一统计期间t3A，控制电路60依据新的第一电容步阶值将可变电容Ca的电容量调整至3pF，因此电容追踪装置100于第一统计期间t3A的电容检测范围是3pF～4pF。此时，电容追踪装置100以经可以锁定/检测面板电容Cp的电容量，因此控制电路60将第一电容步阶值维持于3。于第二统计期间t3B，控制电路60依据第二电容步阶值而将可变电容Ca的电容量调回2.5pF，因此电容追踪装置100于第二统计期间t3B的电容检测范围是2.5pF～3.5pF。此时，面板电容Cp的电容变化量尚在Ca～Ca+Cb范围内，因此控制电路60还是将第二电容步阶值维持于2.5。在完成第一统计期间t3A与第二统计期间t3B后，控制电路60于统计期间t3A与t3B所获得的两个累加结果Nc均属有效。由于控制电路60先前选择于第二统计期间t2B所获得的累加结果Nc，因此现在选择于第二统计期间t3B所获得的累加结果Nc以便获知面板电容Cp的电容量。

假设于第一统计期间t3A至第一统计期间t6A，面板电容Cp的电容量发生变化(如图6所示)。于统计期间t4A与t4B，控制电路60对应地依据第一电容步阶值与第二电容步阶值分别调整可变电容Ca的电容量。由图6可以知道，于第一统计期间t4A可以获得有效的累加结果Nc。然而，由于在第二统计期间t4B面板电容Cp已经超出Ca～Ca+Cb范围而致使所有比较结果均为逻辑1，因此控制电路60将第二电容步阶值调增至3.5。另一方面，因为第二统计期间t4B所获得的累加结果Nc是无效的，因此控制电路60现在改选择于第一统计期间t4A所获得的累加结果Nc以便获知面板电容Cp的电容量。

于统计期间t5A与t5B，控制电路60对应地依据第一电容步阶值与第二电容步阶值分别调整可变电容Ca的电容量，而获得两个有效的累加结果Nc。由于控制电路60先前选择于第一统计期间t4A所获得的累加结果Nc，因此现在选择于第一统计期间t5A所获得的累加结果Nc以便获知面板电容Cp的电容量。

由图6可以知道，由于在第一统计期间t6A面板电容Cp已经超出Ca～Ca+Cb范围而致使所有比较结果均为逻辑1，因此控制电路60将第一电容步阶值调增至4。于第二统计期间t6B，控制电路60依然可以获得有效的累加结果Nc。因为第一统计期间t6A所获得的累加结果Nc是无效的，因此控制电路60现在改选择于第二统计期间t6B所获得的累加结果Nc以便获知面板电容Cp的电容量。

于统计期间t7A与t7B，控制电路60可以获得两个有效的累加结果Nc。控制电路60选择于第二统计期间t7B所获得的累加结果Nc。控制电路60于统计期间t8A与t8B所获得两个有效的累加结果Nc中选择于第二统计期间t8B所获得的累加结果Nc。

值得注意的是，虽然于统计期间t8A与t8B所获得两个累加结果Nc均为有效，然而由于此两个累加结果Nc均小于中值(Nc的值域的一半)，因此控制电路60会调整第一电容步阶值或第二电容步阶值减少一步阶。调整的方法是：若第一电容步阶值大于第二电容步阶值，则使第一电容步阶值减少一步阶；反之，则使第二电容步阶值减少一步阶。在第二统计期间t8B结束时，由于第一电容步阶值为4而第二电容步阶值为3.5，因此控制电路60会将第一电容步阶值调降为3。

相类似地，虽然于第一统计期间与第二统计期间所获得两个累加结果Nc均为有效，然而由于此两个累加结果Nc均大于中值(Nc的值域的一半)，因此控制电路60会调整第一电容步阶值或第二电容步阶值增加一步阶。调整的方法是：若第一电容步阶值小于第二电容步阶值，则使第一电容步阶值增加一步阶；反之，则使第二电容步阶值增加一步阶。当于第一统计期间所获得第一累加值与第二统计期间所获得第二累加值二者的一小于该中值，且二者的另一大于该中值时，保持该第一电容步阶值与该第二电容步阶值。

如此，可以加速电容追踪装置100的锁定时间。其它统计期间t9A～t14A与t9B～t14B的操作可以参照上述说明，故不再赘述。因此，本实施例的切换式电容追踪装置100可以快速地自动追踪面板电容Cp的电容量变化。

图7是依照本发明实施例说明图2中控制电路60的电路方块示意图。请参照图7，控制电路60包括逻辑运算器94，其依照比较结果S_L而决定是否将第一相位信号Φ1A与第二相位信号Φ1B送给第五开关SW5与第六开关SW6。应用本实施例者可以任何方式实现逻辑运算器94。例如，图8是依照本发明实施例说明图7中逻辑运算器94的电路图。此逻辑运算器94包含与门AND1与AND2。与门AND1的两个输入端分别接收比较结果S_L与第二相位信号Φ1B，而与门AND1的输出端则输出相位信号Φ2B’给第六开关SW6。与门AND2的两个输入端分别接收比较结果S_L与第一相位信号Φ1A，而与门AND2的输出端则输出相位信号Φ2A’给第五开关SW5。

图7的控制电路60还包括积分器70、比较器80以及锁存电路90。积分器70的输入端耦接第二开关SW2的第二端以接收电压Vo。在此积分器70包括运算放大器76以及回授电容Ci。运算放大器76的第一输入端(例如非反相输入端)耦接至第三参考电压VR3，运算放大器76的第二输入端(例如反相输入端)接收电压Vo，而运算放大器76的输出端做为积分器70的输出端以输出积分结果S_i。回授电容Ci的第一端与第二端分别耦接运算放大器76的第二输入端与输出端。积分器70可以对电压Vo进行积分运算，然后将积分结果传送给比较器80。

比较器80的第一输入端(例如反相输入端)耦接至第三参考电压VR3，第二输入端(例如非反相输入端)耦接至积分器70的输出端。比较器80将积分器70的积分结果与第三参考电压VR3进行比较，然后将比较结果S_op传送给锁存电路90。锁存电路90的输入端耦接至比较器80的输出端。锁存电路90的触发端接收第一时钟信号CLK1。依据第一时钟信号CLK1的触发时序，锁存电路90取样比较结果S_op，然后将已锁存的比较结果S_L提供给逻辑运算器94。当面板电容Cp的电容量在Ca～(Ca+Cb)范围内时，(Cp-Ca)与Cb的比值约略等于比较结果S_L为逻辑1的时间与统计期间的比值。例如，若在统计期间(100个时钟周期)中，比较结果S_L为逻辑1的时间约为50个时钟周期，则表示(Cp-Ca)与Cb的比值约略为1∶2，也就是Cp约略等于Ca+Cb/2。因此，只要统计比较结果S_L在统计期间中为逻辑1的次数/时间，就可以推知面板电容Cp的电容量。

图7中控制电路60还包括计数器92以及信号处理器96。计数器92的输入端耦接至锁存电路90的输出端，以于统计期间累加比较结果S_L，以及输出累加结果Nc。信号处理器96依据累加结果Nc控制可变电容Ca。若累加结果Nc为最大值，表示于统计期间所有比较结果S_L均为第一逻辑值(例如逻辑1)，也就是表示Ca+Cb小于Cp。因此，当累加结果Nc为最大值时，信号处理器96控制可变电容Ca增加一个步阶电容量(例如1pF)。反之，若累加结果Nc为最小值，表示于统计期间所有比较结果S_L均为第二逻辑值(例如逻辑0)，也就是表示Cp小于Ca。因此，当累加结果Nc为最小值时，信号处理器96控制可变电容Ca减少一个步阶电容量。

图9是依照本发明另一实施例说明图2中电容追踪装置100的电路方块示意图。图9所示电容追踪装置100与图7相似，二者不同之处在于图9所示电容追踪装置100还包括第二时钟相位产生器24。第二时钟相位产生器24依照第二时钟信号CLK2产生互为反相的第三相位信号Φ2A与第四相位信号Φ2B。图10是依照本发明实施例说明图9中信号的时序图。第二时钟信号CLK2的频率是第一时钟信号频率CLK1的整数倍。第二时钟相位产生器24将第三相位信号Φ2A与第四相位信号Φ2B输出给逻辑运算器94。

应用本实施例者可以任何方式实现逻辑运算器94。例如，图11是依照本发明实施例说明图9中逻辑运算器94的电路图。此逻辑运算器94包含与门AND3与AND4。与门AND3的两个输入端分别接收比较结果S_L与第四相位信号Φ2B，而与门AND3的输出端则输出相位信号Φ2B’给第六开关SW6。与门AND4的两个输入端分别接收比较结果S_L与第三相位信号Φ2A，而与门AND4的输出端则输出相位信号Φ2A’给第五开关SW5。逻辑运算器94依照比较结果S_L而决定是否将第三相位信号Φ2A与第四相位信号Φ2B送给第五开关SW5与第六开关SW6。

因此，当比较结果S_L表示第三参考电压VR3大于第二开关SW2的第二端的电压Vo时，于第三相位信号Φ2A为高电平的期间(充电期间)导通第五开关SW5且截止第六开关SW6，以及于第四相位信号Φ2B为高电平的期间(检测期间)截止第五开关SW5且导通第六开关SW6。当比较结果S_L表示第三参考电压VR3小于电压Vo时，截止第五开关SW5与第六开关SW6。

综上所述，上述诸实施例依据对第三参考电压VR3与第二开关SW2第二端电压Vo进行比较的结果S_L而动态地决定是否将辅助电容Cb并联至可变电容Ca，以及在统计期间中累加前述比较结果S_L，可以获知可变电容Ca与面板电容Cp二者电容量的差异。若Cp＞(Ca+Cb)则调增第一电容步阶值，若Cp＜Ca则调减第一电容步阶值，直到Cp介于Ca至(Ca+Cb)的范围内。因此，本发明实施例的切换式电容追踪装置100可以自动追踪面板电容Cp的电容量变化。以触控面板为应用例，面板电容Cp的电容值具有本质成分与变异成份(即面板被碰触时的电容变化量)。本发明实施例的切换式电容追踪装置100可以在将可变电容Ca调整至接近面板电容Cp的本质成分后，仅针对变异成份进行检测，以提升感测电容变化的区别能力(即提升分辨率)。

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，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。

Claims (20)

1.一种触控面板的切换式电容追踪装置，用以追踪一面板电容的电容量变化，包括：

一可变电容；

一辅助电容；

一第一开关，其第一端耦接至一第一参考电压，其第二端耦接至该面板电容；

一第二开关，其第一端耦接至该面板电容；

一第三开关，其第一端耦接至一第二参考电压，其第二端耦接至该可变电容；

一第四开关，其第一端耦接至该可变电容，其第二端耦接至该第二开关的第二端，其中于一第一时钟信号的充电期间导通该第一开关与该第三开关并且截止该第二开关与该第四开关，以及于该第一时钟信号的检测期间截止该第一开关与该第三开关并且导通该第二开关与该第四开关；

一第五开关，其第一端耦接至该第二参考电压，其第二端耦接至该辅助电容；

一第六开关，其第一端耦接至该辅助电容，其第二端耦接至该第二开关的第二端；以及

一控制电路，其耦接至该第二开关的第二端，用以依据一第一电容步阶值设定该可变电容的电容量，比较一第三参考电压与该第二开关的第二端的电压，依据比较结果控制该第五开关与该第六开关，以及于一统计期间累加该比较结果，其中若于该统计期间该比较结果均为一第一逻辑值，则该控制电路调增该第一电容步阶值，以及若于该统计期间该比较结果均为一第二逻辑值，则该控制电路调减该第一电容步阶值。

2.如权利要求1所述的切换式电容追踪装置，还包括：

一第一时钟相位产生器，其依照该第一时钟信号产生一第一相位信号与一第二相位信号；

其中该第一开关与该第三开关受控于该第一相位信号，而该第二开关与该第四开关受控于该第二相位信号。

3.如权利要求2所述的切换式电容追踪装置，其中该第一相位信号与该第二相位信号互为反相。

4.如权利要求2所述的切换式电容追踪装置，其中当该比较结果表示该第三参考电压大于该第二开关的第二端的电压时，该控制电路分别以该第一相位信号与该第二相位信号控制该第五开关与该第六开关；以及

当该比较结果表示该第三参考电压小于该第二开关的第二端的电压时，该控制电路截止该第五开关与该第六开关。

5.如权利要求2所述的切换式电容追踪装置，其中该控制电路包括：

一逻辑运算器，其依照该比较结果而决定是否将该第一相位信号与该第二相位信号分别送给该第五开关与该第六开关。

6.如权利要求5所述的切换式电容追踪装置，其中该控制电路还包括：

一积分器，其输入端耦接该第二开关的第二端；

一比较器，其第一输入端耦接至该第三参考电压，其第二输入端耦接至该积分器的输出端；

一锁存电路，其输入端耦接至该比较器的输出端，该锁存电路的触发端接收该第一时钟信号，而该锁存电路的输出端提供该比较结果给该逻辑运算器；

一计数器，其输入端耦接至该锁存电路的输出端，以于该统计期间累加该比较结果，以及输出一累加结果；以及

一信号处理器，其依据该累加结果控制该可变电容，其中若该累加结果表示于该统计期间该比较结果均为该第一逻辑值，则该信号处理器使该第一电容步阶值增加一步阶，以控制该可变电容增加一步阶电容量，以及若该累加结果表示于该统计期间该比较结果均为该第二逻辑值，则该信号处理器使该第一电容步阶值减少一步阶，以控制该可变电容减少一步阶电容量。

7.如权利要求6所述的切换式电容追踪装置，其中该积分器包括：

一运算放大器，其第一输入端耦接至该第三参考电压，其第二输入端耦接该第二开关的第二端，而该运算放大器的输出端做为该积分器的输出端；以及

一回授电容，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。

8.如权利要求2所述的切换式电容追踪装置，还包括：

一第二时钟相位产生器，其依照一第二时钟信号产生互为反相的一第三相位信号与一第四相位信号；

其中该控制电路包括一逻辑运算器，其依照该比较结果而决定是否将该第三相位信号与该第四相位信号送给该第五开关与该第六开关。

9.如权利要求8所述的切换式电容追踪装置，其中该第二时钟信号的频率是该第一时钟信号频率的整数倍。

10.如权利要求8所述的切换式电容追踪装置，其中该控制电路还包括：

一积分器，其输入端耦接该第二开关的第二端；

一比较器，其第一输入端耦接至该第三参考电压，其第二输入端耦接至该积分器的输出端；

一锁存电路，其输入端耦接至该比较器的输出端，该锁存电路的触发端接收该第一时钟信号，而该锁存电路的输出端提供该比较结果给该逻辑运算器；

一计数器，其输入端耦接至该锁存电路的输出端，以于该统计期间累加该比较结果，以及输出一累加结果；以及

一信号处理器，其依据该累加结果控制该可变电容，其中若该累加结果表示于该统计期间该比较结果均为该第一逻辑值，则该信号处理器使该第一电容步阶值增加一步阶，以控制该可变电容增加一步阶电容量，以及若该累加结果表示于该统计期间该比较结果均为该第二逻辑值，则该信号处理器使该第一电容步阶值减少一步阶，以控制该可变电容减少一步阶电容量。

11.如权利要求10所述的切换式电容追踪装置，其中该积分器包括：

一运算放大器，其第一输入端耦接至该第三参考电压，其第二输入端耦接该第二开关的第二端，而该运算放大器的输出端做为该积分器的输出端；以及

一回授电容，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。

12.如权利要求1所述的切换式电容追踪装置，其中该面板电容是一触控面板中的一像素电容。

13.一种电容追踪装置的操作方法，其中该电容追踪装置包含如权利要求1所述的切换式电容追踪装置，该操作方法包括：

定义该第一时钟信号中多个时钟周期的期间为一第一统计期间；

于该第一统计期间中，依据一第一电容步阶值设定该可变电容的电容量；

于该第一时钟信号的充电期间导通该第一开关与该第三开关，以及截止该第二开关与该第四开关；

于该第一时钟信号的检测期间截止该第一开关与该第三开关，以及导通该第二开关与该第四开关；

比较该第三参考电压与该第二开关的第二端的电压，以获得一比较结果；

依据该比较结果控制该第五开关与该第六开关；

于该第一统计期间累加该比较结果；

若于该第一统计期间该比较结果均为一第一逻辑值，则调增该第一电容步阶值；以及

若于该第一统计期间该比较结果均为一第二逻辑值，则调减该第一电容步阶值。

14.如权利要求13所述电容追踪装置的操作方法，还包括：

当该比较结果表示该第三参考电压大于该第二开关的第二端的电压时，于该第一时钟信号的充电期间导通该第五开关且截止该第六开关，以及于该第一时钟信号的检测期间截止该第五开关且导通该第六开关；以及

当该比较结果表示该第三参考电压小于该第二开关的第二端的电压时，截止该第五开关与该第六开关。

15.如权利要求13所述电容追踪装置的操作方法，还包括：

提供一第二时钟信号；

当该比较结果表示该第三参考电压大于该第二开关的第二端的电压时，于该第二时钟信号的充电期间导通该第五开关且截止该第六开关，以及于该第二时钟信号的检测期间截止该第五开关且导通该第六开关；以及

当该比较结果表示该第三参考电压小于该第二开关的第二端的电压时，截止该第五开关与该第六开关。

16.如权利要求15所述电容追踪装置的操作方法，其中该第二时钟信号的频率是该第一时钟信号频率的整数倍。

17.如权利要求13所述电容追踪装置的操作方法，还包括：

定义该第一统计期间结束后该第一时钟信号中多个时钟周期的期间为一第二统计期间；

于该第二统计期间中，依据一第二电容步阶值设定该可变电容的电容量，其中该第一电容步阶值与该第二电容步阶值相差半个步阶；

于该第二统计期间累加该比较结果；

若于该第二统计期间该比较结果均为一第一逻辑值，则调增该第二电容步阶值；以及

若于该第二统计期间该比较结果均为一第二逻辑值，则调减该第二电容步阶值。

18.如权利要求17所述电容追踪装置的操作方法，还包括：

当于该第一统计期间累加该比较结果所得的一第一累加值，与于该第二统计期间累加该比较结果所得的一第二累加值，二者均小于一中值时，

若该第一电容步阶值大于该第二电容步阶值，则调减该第一电容步阶值，以及

若该第一电容步阶值小于该第二电容步阶值，则调减该第二电容步阶值。

19.如权利要求17所述电容追踪装置的操作方法，还包括：

当于该第一统计期间累加该比较结果所得的一第一累加值，与于该第二统计期间累加该比较结果所得的一第二累加值，二者均大于一中值时，

若该第一电容步阶值小于该第二电容步阶值，则调增该第一电容步阶值，以及

若该第一电容步阶值大于该第二电容步阶值，则调增该第二电容步阶值。

20.如权利要求17所述电容追踪装置的操作方法，还包括：

当一第一累加值与一第二累加值二者之一小于一中值，且二者的另一大于该中值时，保持该第一电容步阶值与该第二电容步阶值；

其中该第一累加值为于该第一统计期间累加该比较结果，而该第二累加值为该第二统计期间累加该比较结果。

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