CN102736774B - 触控输入装置的驱动及感测方法及其模块 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种触控输入装置的驱动及感测方法，该触控输入装置包含一触控面板模块和一液晶面板模块。该触控面板模块包含一触控面板和一控制装置，其中该触控面板包含多条X方向导线和多条Y方向导线，且这些X方向导线和这些Y方向导线交错设置。该驱动及感测方法包含以下步骤：通过该控制装置产生一展频频率信号，根据该展频频率信号产生一驱动信号和一感测信号，输出该驱动信号至这些X方向导线或这些Y方向导线上，根据该感测信号接收对应的Y方向导线或X方向导线上的电压并转换为一数字信号，以及根据该数字信号判断该触控面板的触控状况。

Description

触控输入装置的驱动及感测方法及其模块
技术领域
本发明是有关于一种触控输入装置的驱动及感测方法及其模块，其中该触控输入装置包含一触控面板模块和一液晶面板模块。
背景技术
触控面板目前已经广泛应用于家电用品、通讯装置及电子信息装置等领域上。触控面板通常应用于个人数字助理(PDA)、电子产品及游戏机等输入界面。现今触控面板和液晶面板的整合可允许使用者以手指或接触笔选取面板上显示的代表图像(icon)，如此可使个人数字助理、电子产品及游戏机执行相应的功能。此种输入装置也可应用于公共信息查询系统，以使公众能更有效率的操作系统。
图1示出一公知触控输入装置10的示意图。该输入装置10包含一液晶面板11、一栅极驱动电路12、一电源驱动电路13、一时钟控制电路14、一触控面板15以及一触控面板控制电路16。参照图1，该触控面板15形成于该液晶面板11的上方。该时钟控制电路14接收一水平同步信号HSYNC、一垂直同步信号VSYNC、一频率信号CLK和影像数据信号RGB_DATA，并传送该影像数据信号RGB_DATA、电源驱动信号和栅极驱动信号至该电源驱动器13和该栅极驱动器12。该电源驱动器13接收该影像数据信号RGB_DATA和电源驱动信号后，根据该水平同步信号HSYNC输出该影像数据信号RGB_DATA至该液晶面板11的数据线。该栅极驱动器12接收该栅极驱动信号后，产生栅线驱动信号以依序驱动该液晶面板11的栅线。
参照图1，该触控面板15包括多条X方向导线和多条Y方向导线。该触控面板控制电路16用以提供驱动信号至X方向或Y方向导线上，并接收产生在对应的Y方向或X方向导线上的感应电压。该些感应电压在该触控面板控制电路16内部转换为一数字信号后，再通过一滤波电路滤除噪声。接着，该控制电路16通过一算法根据滤波后的数字信号计算触控面板的触碰状况。由于感应电压的值会随使用者与导线的触碰状况而改变，故通过计算代表感应电压的数字信号，该控制电路16可获得触控面板的触控状况，例如触控位置和触控面积等信息。
在公知技术中，当该电源驱动器13输出数据至该液晶面板11的数据线或当该栅极驱动器12驱动该液晶面板11的栅线时，该触控面板15很容易感应到该些驱动信号。因此公知架构中该触控面板控制电路16需内建一复杂的滤波电路以滤除噪声信号。此外，该控制电路16需要一额外接脚以接收来自该时钟控制电路14的信号，由此根据该信号产生远离该些驱动信号的触控面板15的控制信号。为了减少额外的接脚和简化滤波电路，有必要提出一种适用于触控输入装置的驱动及感测方法及其模块以改善上述问题。
发明内容
本发明公开一种触控输入装置的驱动及感测方法，该触控输入装置包含一触控面板模块和一液晶面板模块。该触控面板模块包含一触控面板和一控制装置，其中该触控面板包含多条第一方向导线和多条第二方向导线，且这些第一方向导线和这些第二方向导线交错设置。该驱动及感测方法包含以下步骤：通过该控制装置产生一展频频率信号，根据该展频频率信号产生一驱动信号和一感测信号，输出该驱动信号至这些第一方向导线或这些第二方向导线上，根据该感测信号接收对应的第二方向导线或第一方向导线上的电压并转换为一数字信号，以及根据该数字信号判断该触控面板的触控状况。
本发明另外公开一种触控输入装置的驱动及感测模块，该触控输入装置包含一触控面板模块和一液晶面板模块。该触控面板模块包含一触控面板和一控制装置，其中该触控面板包含多条第一方向导线和多条第二方向导线，且这些第一方向导线和这些第二方向导线交错设置。该驱动及感测模块包含一展频频率产生器、一选择模块、一驱动信号产生电路、一模拟至数字转换模块和一信号处理单元。该展频频率产生器用以产生一展频频率信号。该选择模块用以从这些第一方向感测线和这些第二方向感测线中选择每次扫描时的扫描线和感测线。该驱动信号产生电路用以根据该展频频率信号产生一驱动信号以施加至该选择模块在每次扫描时所选择的扫描在线。该模拟至数字转换模块用以根据该展频频率信号以接收该选择模块在每次扫描时所选择的感测在线的电压，并转换该些电压为一数字信号。该信号处理单元用以根据该模拟至数字转换模块所输出的数字信号计算该触控面板的触控状况。
换句话说，本发明为一种驱动及感测方法，应用于一触控输入装置中，该触控输入装置包含一触控面板模块和一液晶面板模块，该触控面板模块包含一触控面板和一控制装置，其中该触控面板包含多条第一方向导线和多条第二方向导线，且这些第一方向导线和这些第二方向导线交错设置，该方法包含以下步骤：
通过该控制装置产生一展频频率信号；
根据该展频频率信号产生一驱动信号和一感测信号；
输出该驱动信号至这些第一方向导线或这些第二方向导线上；
根据该感测信号接收对应的第二方向导线或第一方向导线上的电压，并转换为一数字信号；以及
根据该数字信号判断该触控面板的触控状况。
本发明所述的驱动及感测方法，其中通过该控制装置产生该展频频率信号的步骤包含：
产生一具有固定频率的输入频率信号；以及
对该输入频率信号进行频率调制以产生该展频频率信号，其中该展频频率信号的频率具有周期性的变化。
本发明所述的驱动及感测方法，其中该展频频率信号的脉冲宽度根据一控制信号而进行调整。
本发明所述的驱动及感测方法，其中该展频频率信号的频率以一三角波形式、一正弦波形式或一Hershey′s Kiss形式于一最大频率和一最小频率间变化。
本发明所述的驱动及感测方法，其中该液晶面板模块根据来自一频率控制器的同步信号而运作，且该展频频率信号不同步于该同步信号。
本发明所述的驱动及感测方法，其中该驱动信号连续输出至这些第一方向导线或这些第二方向导线中的其中之一，且对应的第二方向导线或第一方向导线根据该驱动信号产生M个电压值，该转换步骤和该判断步骤包含：
将M个电压值的范围分为N组电压区间，其中M和N为正整数且M＞N；
在N组电压区间中选择M个电压值分布最多的一组电压区间；
将该组电压区间的电压值转换为一数字信号；以及
根据该数字信号判断该触控面板的触控状况。
本发明所述的一种驱动及感测模块，应用于一触控输入装置中，该触控输入装置包含一触控面板模块和一液晶面板模块，该触控面板模块包含一触控面板和该驱动及感测模块，其中该触控面板包含多条第一方向导线和多条第二方向导线，且这些第一方向导线和这些第二方向导线交错设置，该驱动及感测模块包含：
一展频频率产生器，用以产生一展频频率信号；
一选择模块，用以从这些第一方向感测线和这些第二方向感测线中选择每次扫描时的扫描线和感测线；
一驱动信号产生电路，用以根据该展频频率信号产生一驱动信号以施加至该选择模块在每次扫描时所选择的扫描在线；
一模拟至数字转换模块，用以根据该展频频率信号以接收该选择模块在每次扫描时所选择的感测在线的电压，并转换该些电压为一数字信号；以及
一信号处理单元，用以根据该模拟至数字转换模块所输出的数字信号计算该触控面板的触控状况。
本发明所述的驱动及感测模块，其中该展频频率产生器包含：
一参考频率产生单元，用以提供一具有固定频率的参考频率信号；
一调制单元，用以提供一控制电压信号；以及
一电压控制延迟单元，用以根据该控制电压信号对该参考频率信号进行频率调制以提供该展频频率信号；
其中该展频频率信号的频率具有周期性的变化。
本发明所述的驱动及感测模块，其中该展频频率信号的脉冲宽度根据一控制信号而进行调整。
本发明所述的驱动及感测模块，其中该控制电压信号为一三角波信号、一正弦波信号或一Hershey’s Kiss信号。
附图说明
图1示出一公知触控输入装置的示意图。
图2是本发明一实施例的触控输入装置。
图3示出本发明一实施例的液晶面板模块的方框示意图。
图4示出本发明一实施例的触控面板模块的方框示意图。
图5示出本发明一实施例的驱动及感测方法的流程图。
图6示出本发明一实施例的该展频频率产生器的方框示意图。
图7示出图6所示的展频频率产生器的波形示意图。
图8A和8B示出本发明一实施例的数字展频频率产生器的方框示意图和波形示意图。
图9示出本发明一实施例的模拟至数字转换模块的方框示意图。附图标记的说明
10    触控面板
11    液晶面板
12    栅极驱动电路
13    电源驱动电路
14    时钟控制电路
15    触控面板
16    触控面板控制电路
20    触控输入装置
22    液晶面板模块
222   液晶面板
224   栅极驱动电路
226   电源驱动电路
228   时钟控制电路
24    触控面板模块
具体实施方式
为更流畅地阐述本发明的触控输入装置的驱动及感测方法，以下将先描述执行本发明的触控输入装置。图2是本发明一实施例的触控输入装置20，其包含一液晶面板模块22和一触控面板模块24。该触控面板模块24形成于该液晶面板模块22的上方。图3示出本发明一实施例的液晶面板模块22的方框示意图。参照图3，该液晶面板模块22包含一液晶面板222、一栅极驱动电路224、一电源驱动电路226和一时钟控制电路228。图4示出本发明一实施例的触控面板模块24的方框示意图。参照图4，该触控面板模块24包含一触控面板242和一触控面板控制单元244。该触控面板242包括多条X方向导线X1-XM和多条Y方向导线Y1-YN。该触控面板控制单元244包含一展频频率产生器2442、一选择模块2444、一驱动信号产生电路2446、一模拟至数字转换模块2448和一信号处理单元2450。
图4中的这些X方向导线X1-XM和这些Y方向导线Y1-YN埋设于该触控面板242中的不同层。参照图4，该些X方向导线X1-XM和该些Y方向导线Y1-YN呈交错排列，以形成一井字状网格。在该井字状网格中，多个交互电容(没有画出)形成于每一X方向导线与每一Y方向导线之间。通过交互电容的耦合效应，当一驱动信号施加于X方向导线或Y方向导线上时，多个感应电压将产生在对应的Y方向导线或X方向导线上。由于该些感应电压值会随使用者与导线的触碰状况而改变，故通过检测该些感应电压值，即可得知使用者的触控位置。
根据本发明的一实施范例，图5示例一驱动及感测方法的流程图，其中该驱动及感测方法可用于该触控输入装置20的该触控面板模块24中。该驱动及感测方法包含以下步骤：通过该控制装置产生一展频频率信号(步骤S10)，根据该展频频率信号产生一驱动信号和一感测信号(步骤S20)，输出该驱动信号至这些第一方向导线或这些第二方向导线上(步骤S30)，根据该感测信号接收对应的第二方向导线或第一方向导线上的电压并转换为一数字信号(步骤S40)，以及根据该数字信号判断该触控面板的触控状况(步骤S50)。为了使本领域一般技术人员可以通过本实施范例的教导而实施本发明，以下配合图2至图9进一步说明本发明的驱动及感测方法的细节
参照图3，当该液晶面板模块22运作时，该时钟控制电路228接收来自一视频处理系统(没有画出)的一水平同步信号HSYNC、一垂直同步信号VSYNC、一频率信号CLK和影像数据信号RGB_DATA后，传送该影像数据信号RGB_DATA、一电源驱动信号和一栅极驱动信号至该电源驱动电路226和该栅极驱动电路224。该电源驱动电路226接收该影像数据信号RGB_DATA和该电源驱动信号后，根据该同步信号HSYNC输出该影像数据信号RGB_DATA至该液晶面板11的数据线。该栅极驱动电路224包含多条栅线。该栅极驱动电路224接收该栅极驱动信号后，控制该些栅线使得来自该电源驱动电路226的信号可依序输出至该液晶面板222。
由于该触控面板模块24覆盖于该液晶面板模块22的上方，在该液晶面板模块22运作时，特别是该电源驱动电路226产生数据线驱动信号或该栅极驱动电路224产生栅线驱动信号时，该触控面板模块24很容易耦合到该些驱动信号。因此，在该触控面板模块24检测该触控面板242的触控状况时，一较佳方式是检测时间需远离该些驱动信号的产生区间以避免噪声耦合效应。据此，公知的触控面板模块需要一额外接脚以接收来自时钟控制电路的同步信号。由此根据该同步信号产生触控面板的控制信号，其中该触控面板的控制信号会具有一足够大的富余以尽可能地错开该些驱动信号的产生区间。
然而，本发明中的该触控面板模块24是根据内部产生的展频频率信号以错开该些驱动信号的产生区间。图6示出本发明一实施例的该展频频率产生器2442的方框示意图，其中该展频频率产生器2442包含一参考频率产生单元52、一调制单元54和一电压控制延迟单元56。参照图6，该参考频率产生单元52用以产生具有固定频率的一参考频率信号CLK_ref。该调制单元54用以产生一控制电压信号VC。该电压控制延迟单元54耦接于该参考频率产生单元52和该电压控制延迟单元56之间，其用以根据该控制电压信号VC以对该参考频率信号CLK_ref进行频率调制，由此产生该展频频率信号CLK_SS。
该电压控制延迟单元56可为数字式延迟电路或模拟式延迟电路。在本实施例中，该电压控制延迟单元56为一模拟式延迟电路，其根据控制电压信号VC对该参考频率信号CLK_ref进行频率调制，使得该展频频率信号CLK_SS的频率产生周期性地变化。举例而言，如图7所示，该控制电压信号VC为一三角波信号，而调制后的该展频频率信号CLK_SS的频率是以三角波形式于频率f1与f2之间变化。在其它实施例中，该控制电压信号也可为一正弦波信号或一Hershey′s Kiss信号。此外，该展频频率信号CLK_SS的脉冲宽度也可根据该调制单元54的另一输出信号而进行调整。
在上述实施例中，该展频频率产生器2442是由一模拟方式所实施。然而，该展频频率产生器也可通过一数字方式而实施。图8A示出本发明一实施例的数字展频频率产生器2442′的方框示意图。参照图8A，该数字展频频率产生器2442′包含一参考频率产生单元52′和一控制单元82。该参考频率产生单元52′用以产生具有固定频率的一参考频率信号CLK_ref。该控制单元82用以对该参考频率信号CLK_ref进行频率调制，由此产生该展频频率信号CLK_SS。接着，该驱动信号产生电路2446根据该展频频率信号CLK_SS以施加驱动信号DRV至该选择模块2444所选择的扫描在线，如图4所示。因此，该驱动信号DRV为一展频的驱动信号。
图8B示出本发明一实施例的展频驱动信号DRV的波形图。参照图8B，调制后的该展频驱动信号DRV的频率是以一递增于参考频率信号CLK_ref的频率的比例而从频率f1增加至频率f2，再以一递减于参考频率信号CLK_ref的频率的比例而从频率f2减少至频率f1。也就是说，调制后的该展频驱动信号DRV的频率会是该参考频率信号CLK_ref的频率的递增或递减倍数。由于该参考频率信号CLK_ref具有一固定脉冲宽度，调制后的该展频驱动信号DRV的脉冲宽度不会是定值。
参照图4，该选择模块2444根据一预定扫描顺序以从该些X方向导线X1-XM或该些Y方向导线Y1-YN中选择每次扫描时的扫描线。该驱动信号产生电路2446根据该展频频率信号CLK_SS以施加驱动信号DRV至该选择模块2444在每次扫描时所选择的扫描在线。接着，该模拟至数字转换模块2448根据该展频频率信号CLK_SS以接收该选择模块2444在每次扫描时所选择的感测在线的电压，并转换该些电压为一数字信号。该信号处理单元2450根据该模拟至数字转换模块2448每次转换后的数字信号进行运算以获得该触控面板242的触控状况。
为了进一步滤除被噪声干扰的信号，在本发明一实施例中，该模拟至数字转换模块2448更包含一分组单元92，如图9所示。在本实施例中，该驱动信号产生电路2446会连续施加驱动信号DRV至该选择模块2444所选择的扫描在线。例如，该驱动信号产生电路2446连续施加五次驱动信号DRV至扫描线X1上。因此，对应的感测线Y1将产生五个感应电压1.0V、1.6V、1.1V、1.05V、1.15V。该分组单元92根据电压值中的最大和最小者将感应电压分为多组电压区间。在本实施例中，感应电压值1.0V、1.1V、1.05V、1.15V将落在第一组电压区间1.0V至1.2V中，而感应电压值1.6V将落在第三组电压区间1.4V至1.6V中。由于第一组电压区间包含最多个感应电压值，故该模拟至数字转换模块2448会转换第一组电压区间1.0V至1.2V的电压平均值1.1V为一数字信号，而该信号处理单元2450会根据该数字信号进行运算以获得感测线Y1的触控状况。
在本发明的实施例中，该驱动信号产生电路2446和该模拟至数字转换模块2448是根据该展频频率信号CLK_SS而运作。因此，该信号处理单元2450所接收的信号同步于该展频频率信号CLK_SS。相反地，公知架构中的触控面板模块需同步于时钟控制电路的同步信号，例如信号HSYNC，以尽可能地错开电源驱动电路或门极驱动电路运作的区间。因此，公知架构中的触控面板模块需要一额外接脚以接收来自时钟控制电路的同步信号。此外，公知的触控面板中的X方向导线或该些Y方向导线是根据一固定频率的频率信号而进行扫描和感测。因此，公知架构中信号的能量会集中在一个很窄的基础频带和该频带的谐波上。当能量集中在高频谐波时很容易导致电磁干扰(Electro-MagneticInterference，EMI)的辐射能量超过规范限制，例如美国联邦通讯委员会(FCC)、日本JEITA及欧洲IEC所制定的规范限制。
反之，本发明的模块使用展频(Spread Spectrum，SS)技术来对频率信号的频率进行调制。经过展频的频率信号，其频率不会固定在某一特定频率，而会在一给定的频率范围内变动。因此，本发明的模块可通过分散特定频率的能量，使信号具有较低的能量分布或较低的频率范围，由此降低电磁干扰。
虽然本发明公开的实施例如上所述，这些实施例仅为例示示例说明之的的的用，而不应被解释为对本发明实施的限制。在不脱离本发明的实质范围内，其他的改动或者变化，均属本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种驱动及感测方法，应用于一触控输入装置中，所述触控输入装置包含一触控面板模块和一液晶面板模块，所述触控面板模块包含一触控面板和一控制装置，其中所述触控面板包含多条第一方向导线和多条第二方向导线，且所述第一方向导线和所述第二方向导线交错设置，所述方法包含以下步骤：
通过所述控制装置产生一展频频率信号；
根据所述展频频率信号产生一驱动信号和一感测信号；
输出所述驱动信号至所述第一方向导线或所述第二方向导线上；
根据所述感测信号接收对应的第二方向导线或第一方向导线上的电压，并转换为一数字信号；
根据所述数字信号判断所述触控面板的触控状况；
所述驱动信号连续输出至所述第一方向导线或所述第二方向导线中的其中之一，且对应的第二方向导线或第一方向导线根据所述驱动信号产生M个电压值，所述转换步骤和所述判断步骤包含：
将M个电压值的范围分为N组电压区间，其中M和N为正整数且M>N；
在N组电压区间中选择M个电压值分布最多的一组电压区间；
将所述组电压区间的电压值转换为一数字信号；以及
根据所述数字信号判断所述触控面板的触控状况。
2.根据权利要求1所述的驱动及感测方法，其特征在于，通过所述控制装置产生所述展频频率信号的步骤包含：
产生一具有固定频率的输入频率信号；以及
对所述输入频率信号进行频率调制以产生所述展频频率信号，其中所述展频频率信号的频率具有周期性的变化。
3.根据权利要求2所述的驱动及感测方法，其特征在于，所述展频频率信号的脉冲宽度根据一控制信号而进行调整。
4.根据权利要求2所述的驱动及感测方法，其特征在于，所述展频频率信号的频率以一三角波形式、一正弦波形式或一Hershey's Kiss形式于一最大频率和一最小频率间变化。
5.根据权利要求1所述的驱动及感测方法，其特征在于，所述液晶面板模 块根据来自一频率控制器的同步信号而运作，且所述展频频率信号不同步于所述同步信号。
6.一种驱动及感测模块，应用于一触控输入装置中，所述触控输入装置包含一触控面板模块和一液晶面板模块，所述触控面板模块包含一触控面板和所述驱动及感测模块，其中所述触控面板包含多条第一方向导线和多条第二方向导线，且所述第一方向导线和所述第二方向导线交错设置，所述驱动及感测模块包含：
一展频频率产生器，用以产生一展频频率信号；
一选择模块，用以从所述第一方向感测线和所述第二方向感测线中选择每次扫描时的扫描线和感测线；
一驱动信号产生电路，用以根据所述展频频率信号产生一驱动信号以施加至所述选择模块在每次扫描时所选择的扫描在线；
一模拟至数字转换模块，用以根据所述展频频率信号以接收所述选择模块在每次扫描时所选择的感测在线的一些电压，并转换所述些电压为一数字信号；以及
一信号处理单元，用以根据所述模拟至数字转换模块所输出的数字信号计算所述触控面板的触控状况；
所述展频频率产生器包含：
一参考频率产生单元，用以提供一具有固定频率的参考频率信号；
一调制单元，用以提供一控制电压信号；以及
一电压控制延迟单元，用以根据所述控制电压信号对所述参考频率信号进行频率调制以提供所述展频频率信号；
其中所述展频频率信号的频率具有周期性的变化。
7.根据权利要求6所述的驱动及感测模块，其特征在于，所述展频频率信号的脉冲宽度根据一控制信号而进行调整。
8.根据权利要求6所述的驱动及感测模块，其特征在于，所述控制电压信号为一三角波信号、一正弦波信号或一Hershey's Kiss信号。
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