CN102487277B - 感应装置及感应方法 - Google Patents

Abstract

一种感应装置及感应方法，该感应装置包含振荡器、驱动器、开关、计数器及计时器。振荡器的输入端耦接于参考电容。驱动器耦接于振荡器的输入端和输出端及参考电容，并根据振荡器所输出的振荡信号交互地输出和汲取电流。开关设置于参考电容和感应电容之间，并用以连接或断开参考电容与感应电容。计数器耦接于振荡器的输出端，并用以对振荡信号进行计数。计时器耦接于计数器，并用以分别于开关连接及断开参考电容与感应电容时计时操作期间，而计数器则是于操作期间计数开关连接及断开参考电容与感应电容的状态所各自对应的数值。前述本发明实施例所述的感应装置可简化电路设计，节省电路面积。

Description

感应装置及感应方法

技术领域

本发明内容是有关于一种感应装置，且特别是有关于一种电容感应装置。

背景技术

以现今高科技技术而言，越来越多电子产品的操作介面都开始改用触控式面板，使得触碰感应装置的需求日益成长。触碰感应装置几乎已经成了任何按键式介面的基础，而且以触碰感应控制介面取代传统的按键介面，毫无疑问地可以让介面变得更直觉、使用上也更容易。

此外，本领域技术人员可通过触碰感应控制介面替代各种应用所需的机械式按键，例如：存取控制、移动电话、MP3播放器、PC周边和遥控器等等，亦可因此节省产品制作所需的成本。

以一般的电容式感应装置而言，其均需要利用两个或两个以上的振荡器相互搭配操作，依其所产生的信号频率的差异，才能检测所感应到的电容变化，进而感应到使用者的触碰动作。

然而，上述作法不仅需要设置两个或两个以上的振荡器，且这些振荡器的操作特性必须非常一致，否则容易产生误差而造成检测上的错误。此外，设置多个振荡器的作法不仅让电路设计更为复杂，且会占去许多电路面积，并造成所需的制作成本增加。

发明内容

本发明实施例提供一种感应装置，其不仅可节省振荡器的使用，以避免因不同振荡器的操作特性不一致，而产生误差并造成检测上错误的问题。

本发明内容的一技术样态是关于一种感应装置，其包含一振荡器、一驱动器、一开关、一计数器以及一计时器。振荡器包含一输入端以及一输出端，其中输入端耦接于一参考电容。驱动器耦接于振荡器的输入端和输出端以及参考电容，并根据振荡器所输出的一振荡信号交互地输出和汲取电流。开关设置于参考电容和一感应电容之间，并用以连接或断开参考电容与感应电容。计数器耦接于振荡器的输出端，并用以对振荡信号进行计数。计时器耦接于计数器，并用以分别于开关连接及断开参考电容与感应电容时计时一操作期间，而计数器则是于操作期间计数开关连接及断开参考电容与感应电容的状态所各自对应的数值。

本发明内容的一技术样态是关于一种感应方法，其用于一感应装置，其中感应装置包含一振荡器以及一驱动器，振荡器的一输入端耦接于一参考电容，驱动器耦接于参考电容以及振荡器的一输出端，并根据振荡器所输出的一振荡信号交互地输出和汲取电流。上述感应方法包含以下步骤：断开参考电容与一感应电容；于参考电容与感应电容断开的状态下对振荡信号进行计数；对振荡信号进行计数的同时进行计时，以取得一操作期间；在取得操作期间后连接参考电容与感应电容；于参考电容与感应电容连接的状态下在操作期间对振荡信号进行计数；以及读取于参考电容与感应电容连接的状态下所计数的数值，以检测振荡器的输入端的相对应电压变化，而判断该参考电容与该感应电容连接或断开的状态变化。

根据本发明上述技术样态所述的技术内容，应用上述感应装置及感应方法，不仅可避免采用多个振荡器造成检测上错误的问题，更可以简化电路设计，节省电路面积，并减少所需的制作成本。

附图说明

图1是依照本发明实施例绘示一种感应装置的示意图；

图2是绘示如图1所示的振荡器的电路示意图；

图3是依照本发明实施例绘示另一种感应装置的示意图；

图4是依照本发明实施例绘示一种感应方法的流程图。

附图标号：

100、300：感应装置             110：振荡器

114：输入端                    112：输出端

115：施密特触发型反相器        120：驱动器

130：开关                      140：计数器

150：计时器                    160：参考电容

170：感应电容                  180：控制装置

340：双向计数器                350：双向计时器

S410、S420、S430、S440、S450、S460、S470：步骤

具体实施方式

下文举实施例配合所附图式作详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。其中图式仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。

图1是依照本发明实施例绘示一种感应装置的示意图。感应装置100至少包含振荡器110、驱动器120、开关130、计数器140以及计时器150。

振荡器110包含输入端114以及输出端112，其中振荡器110的输入端114与参考电容160耦接于一节点Q，而振荡器110的输出端112则是输出一振荡信号RCLK(例如：时序信号)。在此值得注意的是，参考电容160可以单一电容器来实现，或者以多个电容器并联、串联或串联连同并联的组合来实现，藉此形成一等效电容值CF，其不以图1所示为限。

驱动器120耦接于振荡器110的输入端114和输出端112以及参考电容160，并根据振荡器110所输出的振荡信号RCLK进行操作，藉以交互地输出(sourcing)电流IS至节点Q和自节点Q汲取(sinking)电流IS。在实作上，驱动器120可包含一可控电流源或是任何可提供可控电流源的电路。

在操作上，驱动器120根据振荡器110所输出的振荡信号RCLK输出(sourcing)电流IS至节点Q，进而对参考电容160进行充电，当参考电容160的跨压(如：节点Q的电压)因充电而自接地电位或零电压提升达到预设电压时，振荡器110根据参考电容160的跨压输出相对应的振荡信号RCLK，以控制驱动器120，使得驱动器120自节点Q汲取(sinking)电流IS，进而对参考电容160进行放电，使得参考电容160的跨压因放电而自预设电压降低达到接地电位或零电压，并重复上述过程。在实作上，可以通过一张弛振荡器(Relaxation Oscillator)来实现上述振荡器110、驱动器120与参考电容160及其相互间的操作。此外，上述振荡器110可以通过一施密特触发型反相器(Schmitttrigger inverter)(如图2所示的元件115)、具有磁滞特性的比较器或是任何可产生高低电压的电压比较电路来实现。

开关130设置于参考电容160和一感应电容170之间，并用以连接或断开参考电容160与感应电容170。在操作上，开关130反复进行切换，藉此使得感应装置100得以进行即时检测，其中开关130在一实施例中可通过下列所述的控制装置180来作控制，以进行切换动作，但不以此为限。同样地，感应电容170可以单一电容器来实现，或者以多个电容器并联、串联或串联连同并联的组合来实现，藉此形成一等效电容值CS，其不以图1所示为限。上述感应电容170可配置于感应装置100外部，而参考电容160则可依实际需求配置于感应装置100内部或外部。

计数器140耦接于振荡器110的输出端112，并用以接收振荡信号RCLK，对振荡信号RCLK进行计数。举例而言，计数器140可计数振荡信号RCLK的周期或是振荡信号RCLK中高低电压转换的次数；换言之，在不脱离本发明的精神和范围内，任何本领域技术人员当可作各种设计或调整，以符合实际上进行计数的需求。

其次，计时器150耦接于计数器140，并用以于开关130连接及断开参考电容160与感应电容170时分别计时一个操作期间，而计数器140则是于操作期间内，对于开关130连接及断开参考电容160与感应电容170的不同状态，或是其所对应的不同振荡信号RCLK，计数其各自所对应的数值。

此外，感应装置100更可包含控制装置180，且控制装置180在实作上可以是处理器、控制器、微控制器或其它控制单晶片或单元，其中控制装置180耦接于计数器140和计时器150，并用以对计数器140于操作期间计数开关130连接参考电容160与感应电容170的状态所对应的数值进行读取，以检测振荡器110的输入端114的相对应电压变化，而判断参考电容160与感应电容170连接或断开的状态变化。

如此一来，当使用者进行触碰感应操作而使得感应电容170的等效电容值CS产生，使得感应电容170通过开关130反复切换而与参考电容160反复地连接或断开，进而有相对应的电容变化时，振荡器110的输入端114会依此具有相对应的电压变化，且振荡器110所输出的振荡信号RCLK亦会有所变化(如：信号周期变小)，此时便可通过读取计数器140的数值来检测相对应的电容或电压变化，之后再进一步根据电容或电压变化完成触碰感应操作所对应的执行程序。

图3是依照本发明实施例绘示另一种感应装置的示意图。相较于图1所示的感应装置100，本实施例中的感应装置300是采用双向计数器340以及双向计时器350。

在本实施例中，当开关130断开参考电容160与感应电容170时，双向计时器350可根据双向计数器340所计数的数值向上计时一段操作期间。具体而言，当双向计数器340向上计数的同时，双向计时器350进行向上计时，待双向计数器340向上计数至一最大数值时，双向计时器350的计时暂停，此时双向计时器350所计时的期间定为一段操作期间。接着，当开关130连接参考电容160与感应电容170时，双向计时器350进行向下计时一段相同的操作期间，而双向计数器340可基于上述所定的操作期间进行向下计数；换言之，双向计数器340此时可进行向下计数持续一段操作期间。

在一实施例中，当开关130断开参考电容160与感应电容170时，双向计数器340于上述操作期间自一第一数值向上计数至一第二数值；相反地，当开关130连接参考电容160与感应电容170时，双向计数器340则是于上述操作期间自第二数值向下计数至一第三数值，其中第三数值可等于或大于第一数值。

在实作上，当开关130连接参考电容160与感应电容170时，即便没有触碰感应的操作，感应电容170的等效电容值CS不会完全等于0，故事实上前述第三数值仍会大于第一数值，且一般而言，两者差异的部份可称作背景值，其中此背景值可以由控制装置180来存储，以供后续触碰感应操作的判断。此后，当等效电容值CS具有一定程度的变化时，便可由控制装置180判断等效电容值CS的变化是否大于上述背景值，若是的话，则判断为有触碰感应的操作发生。为此，在实作上，于前述第三数值大于第一数值的情形下，仍需第三数值与第一数值之间差距有相当的预定数值，才表示有触碰感应的操作发生。

此外，由于振荡信号RCLK的周期或频率可能随着参考电容160、感应电容170的电容值以及电流IS的大小作变化，因此上述第三数值可随着触碰感应操作所产生的感应电容170的电容值增加而相对应增加。

举例而言，当开关130断开参考电容160与感应电容170时，双向计时器350进行向上计时一段操作期间，且双向计数器340于上述操作期间自0向上计数至最大数值(如：数值2^N，N为一正整数)；接着，当开关130连接参考电容160与感应电容170时，双向计时器350向下计时相同的操作期间，此时双向计数器340依据参考电容160与感应电容170所形成的等效电容值变化(或是振荡器110的输入端114的相对应电压变化)进行计数。

若是感应电容170趋近于0的话，则参考电容160与感应电容170形成的等效电容值趋近原先参考电容160的等效电容值CF，而双向计数器340会于双向计时器350向下计时的操作期间，自数值2^N向下计数至0(理想状态下)；另一方面，若是感应电容170不为0的话，则参考电容160与感应电容170形成的等效电容值会较原先参考电容160的等效电容值CF大，而双向计数器340会于双向计时器350向下计时的操作期间，自数值2^N向下计数至一个大于0的数值，且此大于0的数值可随着感应电容的电容值增加而相对应增加。

此外，在一实施例中，上述双向计数器340和双向计时器350的操作可通过控制装置180进行控制。换言之，控制装置180可用以控制双向计时器350根据双向计数器340所计数的数值向上计时一段操作期间，并用以控制双向计数器340基于此操作期间进行向下计数。

其次，控制装置180更可用以设定双向计数器340可计数的一最大数值和双向计时器350可计时的一最大期间。换言之，控制装置180可以一可程式化的晶片或集成电路来实现，而双向计数器340可计数的最大数值和双向计时器350可计时的最大期间可通过控制装置180执行程式化的程序来进行设定。如此一来，便可通过将可计数的最大数值增加以及将可计时的期间拉长，藉此提高感应装置于检测时的灵敏度或解析度。

值得注意的是，图3所示的双向计数器340和双向计时器350仅为本发明其中一实施例，在不脱离本发明的精神和范围内，任何本领域技术人员当可对图1所示的计数器140和计时器150进行调整，以符合实际设计的需求；换言之，图1所示的计数器140可以通过向上计数器、向下计数器或是任何种类的计数器来实现，而图1所示的计时器150则可以通过向上计时器、向下计时器或是任何种类的计时器来实现，本发明不以图3所示为限。

除上述之外，本发明另一实施方式是关于一种感应方法，藉此对触碰感应操作进行检测。图4是依照本发明实施例绘示一种感应方法的流程图。本实施例中的感应方法可应用于如图1或图3所示的感应装置中，下列为方便说明起见，以图3所示的感应装置300以及图4所示的感应方法的流程图来作说明。值得注意的是，在本实施方式中所提及的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行，图4所示的流程图仅为一实施例，并非用以限定本发明。

首先，将参考电容160与感应电容170断开(步骤S410)，其中断开的步骤可通过开关130来实现。此外，在此步骤S410中，可先对双向计数器340和双向计时器350进行重置(Reset)，藉此清除其中已存在的数值及时间，并可将双向计数器340和双向计时器350各自设定为向上计数和向上计时的模式。

接着，于参考电容160与感应电容170断开的状态下对振荡信号RCLK进行向上计数，并于对振荡信号RCLK进行计数的同时进行向上计时(步骤S420)。此步骤S420可利用双向计数器340和双向计时器350来执行。

然后，判断上述计数是否计数至预设值(如：最大值)(步骤S430)。若尚未计数至预设值的话，则回到步骤S420，继续进行计数和计时；相反地，若已计数至预设值的话，则执行下一步骤，将计时的步骤暂停，并将参考电容160与感应电容170连接(步骤S440)。其中，上述计数至预设值的时间可定为一段操作期间，且此操作期间可以是向上计时状态下自0向上计数至一最大数值所需的时间。此步骤S440可利用双向计数器340和双向计时器350来执行，且双向计数器340和双向计时器350可各自设定为向下计数和向下计时的模式。

其次，于参考电容160与感应电容170连接的状态下，进行向下计时，并同时对振荡信号RCLK进行向下计数(步骤S450)，其中此步骤S450可包含基于上述所定的操作期间进行向下计数，亦即进行向下计数持续一段操作期间。

接着，判断向下计时是否持续达上述相同的一段操作期间(步骤S460)。若计时尚未达相同操作期间的话，则回到步骤S450，继续进行计数和计时；相反地，若已计时达相同操作期间的话，则执行下一步骤，对于参考电容160与感应电容170连接的状态下所计数的数值(步骤S470)进行读取，藉此检测振荡器110的输入端114的相对应电压变化。

依据上述实施例可知，当参考电容160与感应电容170断开时，可于上述操作期间自第一数值向上计数至第二数值；相反地，当参考电容160与感应电容170连接时，则可于上述操作期间自第二数值向下计数至第三数值，其中第三数值可等于或大于第一数值。此外，由于振荡信号RCLK的周期或频率可能随着参考电容160、感应电容170的电容值以及电流IS的大小作变化，因此上述第三数值可随着触碰感应操作所产生的感应电容170的电容值增加而相对应增加。此外，当使用者进行触碰感应操作而产生感应电容170，使得相对应的电容变化产生时，可通过读取计数的数值来检测相对应的电容或电压变化，并进一步完成触碰感应操作所对应的执行程序。

由于一般的电容式感应装置均需要利用两个或两个以上的振荡器相互搭配操作，依其所产生的信号频率的差异，才能检测所感应到的电容变化，进而感应到使用者的触碰动作。然而，本案仅需使用单一的振荡器配合计时器和计数器的操作，即可对使用者的触碰动作及其产生的电容变化进行感应，故不需使用精准设计的前端类比电路，亦不受多个振荡器搭配操作时因温度、电压或其它环境改变的影响而有不同的检测结果产生。

其次，由于本发明上述实施例是根据计数值的变动来观察有无电容或电压的变化，因此仅需读取计数的数值便可以检测相对应电容或电压的变化，判断检测的结果，更方便后续电路对计数值的变动执行相对应的程序及处理。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所界定的为准。

Claims (15)

1.一种感应装置，其特征在于，所述的感应装置包含：

一振荡器，包含一输入端以及一输出端，该输入端耦接于一参考电容；

一驱动器，耦接于该振荡器的该输入端和该输出端以及该参考电容，该驱动器是根据该振荡器所输出的一振荡信号交互地输出和汲取电流；

一开关，设置于该参考电容和一感应电容之间，并用以连接或断开该参考电容与该感应电容；

一计数器，耦接于该振荡器的该输出端，并用以对该振荡信号进行计数；以及

一计时器，耦接于该计数器，并用以在该计数器对该振荡信号进行计数时，于该开关断开该参考电容与该感应电容时进行计时以取得一操作期间，并于该开关连接该参考电容与该感应电容时进行计时，该计数器是于该操作期间计数该开关连接及断开该参考电容与该感应电容的状态所各自对应的数值。

2.如权利要求1所述的感应装置，其特征在于，当该开关断开该参考电容与该感应电容时，该计数器是于该操作期间自一第一数值向上计数至一第二数值，当该开关连接该参考电容与该感应电容时，该计数器是于该操作期间自该第二数值向下计数至一第三数值。

3.如权利要求2所述的感应装置，其特征在于，该第三数值等于或大于该第一数值。

4.如权利要求2所述的感应装置，其特征在于，该第三数值随着该感应电容的电容值增加而相对应增加。

5.如权利要求1所述的感应装置，其特在于，该计时器于该开关断开该参考电容与该感应电容时根据该计数器所计数的数值向上计时该操作期间。

6.如权利要求5所述的感应装置，其特征在于，该计时器向上计时的该操作期间为该计数器自0向上计数至一最大数值所需时间。

7.如权利要求5所述的感应装置，其特征在于，该计数器基于该操作期间进行向下计数。

8.如权利要求1所述的感应装置，其特征在于，所述的感应装置更包含：

一控制装置，耦接于该计数器和该计时器，用以读取该计数器于该操作期间计数该开关连接该参考电容与该感应电容的状态所对应的数值，以检测该振荡器的该输入端的相对应电压变化，而判断该参考电容与该感应电容连接或断开的状态变化。

9.如权利要求8所述的感应装置，其特征在于，该控制装置更用以控制该计时器根据该计数器所计数的数值向上计时该操作期间，并用以控制该计数器基于该操作期间进行向下计数。

10.如权利要求8所述的感应装置，其特征在于，该控制装置更用以设定该计数器可计数的一最大数值和该计时器可计时的一最大期间。

11.一种感应方法，用于一感应装置，其特征在于，该感应装置包含一振荡器以及一驱动器，该振荡器的一输入端耦接于一参考电容，该驱动器耦接于该参考电容和该振荡器的一输出端，并根据该振荡器所输出的一振荡信号交互地输出和汲取电流，该感应方法包含：

断开该参考电容与一感应电容；

于该参考电容与该感应电容断开的状态下对该振荡信号进行计数；

对该振荡信号进行计数的同时进行计时，以取得一操作期间；

在取得该操作期间后连接该参考电容与该感应电容；

于该参考电容与该感应电容连接的状态下在该操作期间对该振荡信号进行计数；以及

读取于该参考电容与该感应电容连接的状态下所计数的数值，以检测该振荡器的该输入端的相对应电压变化，而判断该参考电容与该感应电容连接或断开的状态变化。

12.如权利要求11所述的感应方法，其特征在于，对该振荡信号进行计数的同时进行计时的步骤更包含：

根据所计数的数值向上计时。

13.如权利要求12所述的感应方法，其特征在于，向上计时所取得的该操作期间是自0向上计数至一最大数值所需时间。

14.如权利要求12所述的感应方法，其特征在于，在该操作期间对该振荡信号进行计数的步骤更包含：

向下计时该操作期间并基于该操作期间进行向下计数。

15.如权利要求11所述的感应方法，其特征在于，于该参考电容与该感应电容断开的状态下对该振荡信号进行计数的步骤包含自一第一数值向上计数至一第二数值，而于该参考电容与该感应电容连接的状态下对该振荡信号进行计数的步骤包含自该第二数值向下计数至一第三数值，且该第三数值等于或大于该第一数值。