CN102782620A - 使用时域反射法的触摸感测 - Google Patents

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Abstract

一种触摸面板或触摸屏具有蛇形传输线，所述蛇形传输线制作于衬底上，例如印刷电路板、LCD、等离子或LED屏幕等，且具有恒定阻抗。对所述触摸面板的触摸将导致所述触摸的位置处的所述传输线的阻抗改变。使用时域反射法TDR通过以下操作来确定所述传输线的所述阻抗改变的位置：在初始脉冲的源处准确地测量返回脉冲时间，且接着将所述返回脉冲时间转换为所述触摸面板或触摸屏的X-Y坐标。

Description

使用时域反射法的触摸感测
相关申请案交叉参考
本申请案主张由詹姆斯E.巴特林(James E.Bartling)、帕德玛·耶得玛(PadmarajaYedamale)及杰里·汉诺尔(Jerry Hanauer)在2010年4月30日提出申请的标题为“使用时域反射法的触摸感测(Touch Sense Using Time Domain Reflectometry)”的第61/329,650号共同拥有的美国临时专利申请案；且所述专利申请案出于所有目的而特此以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及触摸感测面板及触摸感测面板屏，且更特定来说，涉及通过使用时域反射法(TDR)感测在触摸感测面板及触摸感测屏上被触摸的位置。
背景技术
触摸感测面板及触摸感测屏用于使得用户与消费型电器、商业及工业控制面板等介接的大量应用中。布置成矩阵的多个触摸传感器(例如，电容式、电感式、电阻式)可各自通过将例如手指的物件放置于所述触摸传感器矩阵的特定区域上方来个别地致动。布置于所述矩阵中的多个触摸传感器中的每一者具有经界定的激活区域，且一旦已设计好所述触摸传感器矩阵，则不可能有从其设计布局的变化形式。此外，面板中的触摸传感器矩阵及至其的支持电子设备的制作可为复杂及昂贵的。
发明内容
因此，期望具有在设计及实施方案上均灵活且制作成本低的触摸面板或触摸屏。根据本发明的教示，一种触摸面板具有制作于衬底(例如，印刷电路板)上的蛇形传输线，且具有恒定阻抗。对所述触摸面板的触摸将导致在触摸位置处的传输线的阻抗改变。使用时域反射法(TDR)以通过在初始脉冲的源处准确地测量返回脉冲时间且接着将返回脉冲时间转换为触摸面板的X-Y坐标来确定传输线的阻抗改变的位置。
可在具有一个或一个以上蛇形传输线的衬底上实施所述触摸面板或触摸屏或者任一触摸应用。使用衬底上的蛇形传输线来进行触摸感测会降低制造成本、大大简化触摸面板的设计，因为与常规触摸感测实施方案相比，不存在关于可在何处实施触摸区域及可实施多少触摸区域的物理限制、触摸位置软件程序实施方案更容易且触摸感测更可靠及准确。
支持本文中所揭示的计时电路的理论更充分地描述于以下文献中：詹姆斯E.巴特林的标题为“测量长时间周期(Measuring a Long Time Period)”的第7,460,441号共同拥有的美国专利；詹姆斯E.巴特林的标题为“电流时间数/模转换器(Current-TimeDigital-to-Analog Converter)”的第2010/0001889号美国专利申请公开案；詹姆斯E.巴特林的标题为“电容测量设备及方法(Capacitance Measurement Apparatus and Method)”的第2008/0204046号美国专利申请公开案；及布鲁斯·鲍恩(Bruce Bohn)的标题为“用于电容式触摸应用的微芯片CTMU(Microchip CTMU for Capacitive Touch Applications)”的微芯片应用指南AN1250(可在www.microchip.com处获得)；所有这些文献均出于所有目的而特此以引用的方式并入本文中。
根据本发明的特定示范性实施例，一种用于感测对衬底的触摸并确定其位置的方法包括以下步骤：将第一脉冲发送到制作于包括多个触摸位置的衬底上的蛇形传输线的第一端，其中所述蛇形传输线在其第二端处未端接；借助恒定电流源对计时电容器进行充电直到在所述蛇形传输线的所述第一端处接收到第一触摸返回脉冲为止；测量所述计时电容器上的第一电压；及将所述所测量的第一电压转换为所述衬底上的第一位置。所述方法进一步包括以下步骤：将第二脉冲发送到所述蛇形传输线的所述第二端，其中所述蛇形传输线在其所述第一端处未端接；借助所述恒定电流源对所述计时电容器进行充电直到在所述蛇形传输线的所述第二端处接收到第二触摸返回脉冲为止；测量所述计时电容器上的第二电压；及将所述所测量的第二电压转换为所述衬底上的第二位置。
根据本发明的另一特定示范性实施例，一种用于感测对衬底的触摸并确定其位置的方法包括以下步骤：将第一脉冲发送到制作于包括多个触摸位置的衬底上的蛇形传输线的第一端，其中所述蛇形传输线在其第二端处端接有第一电阻器，所述第一电阻器具有大致等于所述蛇形传输线的特性阻抗的电阻；借助恒定电流源对计时电容器进行充电直到在所述蛇形传输线的所述第一端处接收到第一返回脉冲为止；测量所述计时电容器上的第一电压；及将所述所测量的第一电压转换为所述衬底上的第一位置。所述方法进一步包括以下步骤：将第二脉冲发送到所述蛇形传输线的所述第二端，其中所述蛇形传输线在所述第一端处端接有第二电阻器，所述第二电阻器具有大致等于所述蛇形传输线的所述特性阻抗的电阻；借助所述恒定电流源对所述计时电容器进行充电直到在所述蛇形传输线的所述第二端处接收到第二返回脉冲为止；测量所述计时电容器上的第二电压；及将所述所测量的第二电压转换为所述衬底上的第二位置。
根据本发明的再一特定示范性实施例，一种用于感测对衬底的触摸并确定其位置的方法包括以下步骤：a)初始化时间测量装置的时间；b)将脉冲驱动器耦合到制作于包括多个触摸位置的衬底上的蛇形传输线的第一端，其中所述蛇形传输线在其第二端处未端接；c)开始借助所述脉冲驱动器在所述蛇形传输线的所述第一端处发送脉冲；d)开始所述时间测量装置中的所述时间；e)检测是否在所述蛇形传输线的所述第一端处接收到由所述衬底上的触摸导致的负返回脉冲，其中如果检测到所述负返回脉冲，那么去到步骤g)，且如果未检测到，那么去到步骤f)；f)检测何时在所述蛇形传输线的所述第一端处接收到正返回脉冲，所述正返回脉冲来自所述蛇形传输线的所述未端接第二端，其中如果检测到所述正返回脉冲，那么返回到步骤a)，且如果未检测到，那么返回到步骤e)；g)停止所述时间测量装置中的所述时间；h)从所述时间测量装置读取所述时间；及i)将从所述时间测量装置读取的所述时间转换成所述衬底上的所述触摸的位置，接着返回到步骤a)。
根据本发明的另一特定示范性实施例，一种用于感测对衬底的多个触摸并确定其位置的方法包括以下步骤：a)初始化时间测量装置的时间并将触摸计数器中的计数N设定为N=1；b)将脉冲驱动器耦合到制作于包括多个触摸位置的衬底上的蛇形传输线的第一端，其中所述蛇形传输线在其第二端处未端接；c)开始借助所述脉冲驱动器在所述蛇形传输线的所述第一端处发送脉冲；d)开始所述时间测量装置中的所述时间；e)检测是否在所述蛇形传输线的所述第一端处接收到由所述衬底上的触摸导致的负返回脉冲，其中如果检测到所述负返回脉冲，那么去到步骤g)，且如果未检测到，那么去到步骤f)；f)检测何时在所述蛇形传输线的所述第一端处接收到正返回脉冲，所述正返回脉冲来自所述蛇形传输线的所述未端接第二端，其中如果检测到所述正返回脉冲，那么返回到步骤a)，且如果未检测到，那么返回到步骤e)；g)对来自所述时间测量装置的与在步骤e)中检测到的所述负返回脉冲相关联的时间进行取样；h)将所述所取样的时间存储于具有地址N的存储器位置中；i)使N递增(N=N+1)；j)确定N是否大于M，M为可用于存储所述所取样的时间的存储器位置的数目，其中如果N不大于M，那么返回到步骤e)，且如果N大于M，那么去到步骤k)；及k)将存储于所述存储器位置中的所述所取样的时间转换成所述衬底上的所述触摸的位置，接着返回到步骤a)。
根据本发明的特定示范性实施例，一种用于感测对衬底的触摸并确定其位置的设备包括：脉冲产生器，其用于产生脉冲；第一脉冲驱动器，其具有耦合到所述脉冲产生器的输入及通过第一电阻器耦合到制作于衬底上的蛇形传输线的第一端的输出，第二电阻器耦合到所述蛇形传输线的第二端，其中所述第一及第二电阻器各自具有大致等于所述蛇形传输线的特性阻抗的电阻；恒定电流源；计时电容器；模/数转换器(ADC)；及数字处理器；其中所述脉冲产生器产生到所述第一脉冲驱动器的第一脉冲，所述第一脉冲驱动器将所述第一脉冲发送到所述蛇形传输线的所述第一端，且接着所述恒定电流源开始对所述计时电容器进行充电直到在所述蛇形传输线的所述第一端处接收到第一返回脉冲为止；由所述ADC对所述计时电容器上的第一电压电荷进行取样并将其转换为第一数字值；且所述数字处理器从所述ADC接收所述第一数字值并将所述第一数字值转换为所述衬底上的第一位置。所述设备进一步包括：第二脉冲驱动器，其具有耦合到所述脉冲产生器的输入及通过所述第二电阻器耦合到所述蛇形传输线的所述第二端的输出，且所述第一电阻器耦合到所述蛇形传输线的所述第一端；其中所述脉冲产生器产生到所述第二脉冲驱动器的第二脉冲，所述第二脉冲驱动器将所述第二脉冲发送到所述蛇形传输线的所述第二端，且接着所述恒定电流源开始对所述计时电容器进行充电直到在所述蛇形传输线的所述第二端处接收到第二返回脉冲为止；由所述ADC对所述计时电容器上的第二电压电荷进行取样并将其转换为第二数字值；且所述数字处理器从所述ADC接收所述第二数字值并将所述第二数字值转换为所述衬底上的第二位置。
根据本发明的另一特定示范性实施例，一种用于感测对衬底的触摸并确定其位置的设备包括：脉冲产生器，其用于产生脉冲；脉冲驱动器，其具有耦合到所述脉冲产生器的输入及通过第一电阻器耦合到制作于衬底上的蛇形传输线的第一端的输出，第二电阻器耦合到所述蛇形传输线的第二端，其中所述第一及第二电阻器各自具有大致等于所述蛇形传输线的特性阻抗的电阻；电压比较器，其具有负及正输入以及输出，其中所述负输入耦合到所述蛇形传输线的所述第一端；电压参考，其具有耦合到所述电压比较器的所述正输入的参考电压输出；高分辨率计时器，其具有耦合到所述脉冲驱动器的所述输出的启用输入；多个存储位置，其用于存储从所述高分辨率计时器取样的多个触摸时间；触摸计数器，每当所述电压比较器检测到负返回脉冲时，所述触摸计数器使触摸计数数递增，其中所述负返回脉冲表示对所述衬底的触摸；及数字处理器，其耦合到所述多个存储位置；其中所述高分辨率计时器在所述脉冲驱动器将所述脉冲发送到所述蛇形传输线的所述第一端时开始计时，且每当所述电压比较器检测到负返回脉冲时，将来自所述高分辨率计时器的相关联时间存储于所述多个存储位置中的由来自所述触摸计数器的所述触摸计数数确定的相应一者中；且其中所述数字处理器读取存储于所述多个存储位置中的所述时间并将这些时间转换成所述衬底上的位置。
附图说明
可通过结合附图参考以下说明来获取对本发明的更完整理解，其中：
图1图解说明根据本发明的教示的触摸面板或触摸屏系统的示意性框图；
图2图解说明根据本发明的教示的图1中所展示的触摸面板或触摸屏系统的脉冲波形的电压-时序曲线图；
图3图解说明根据本发明的特定示范性实施例的图1中所展示的触摸面板或触摸屏系统的混合信号集成电路装置的示意性框图；
图4图解说明根据本发明的另一特定示范性实施例的图1中所展示的触摸面板或触摸屏系统的混合信号集成电路装置的示意性框图；
图5图解说明图3及4中所展示的脉冲沿检测器的特定示范性实施例的更详细示意图；
图6图解说明图3及4中所展示的脉冲沿检测器的另一特定示范性实施例的更详细示意图；
图7图解说明根据本发明的特定示范性实施例的图1中所展示的触摸面板或触摸屏系统的操作的示意性过程流程图；
图8图解说明根据本发明的另一特定示范性实施例的图1中所展示的触摸面板系统或触摸屏的操作的示意性过程流程图；
图9图解说明根据本发明的又一特定示范性实施例的图1中所展示的触摸面板系统或触摸屏的用于检测及确定单个触摸的位置的操作的示意性过程流程图；
图10图解说明根据本发明的再一特定示范性实施例的图1中所展示的触摸面板系统或触摸屏的用于检测及确定多个触摸的位置的操作的示意性过程流程图；
图11图解说明根据本发明的再一特定示范性实施例的图1中所展示的触摸面板或触摸屏系统的混合信号集成电路装置的示意性框图；
图12图解说明图A中所展示的触摸面板或触摸屏系统的混合信号集成电路装置的操作的示意性时间-振幅曲线图；
图13图解说明根据本发明的特定示范性实施例的精确时间参考、多触摸时间捕获及触摸时间存储电路的更详细示意图；且
图14图解说明根据本发明的另一特定示范性实施例的精确时间参考、多触摸时间捕获及触摸时间存储电路的更详细示意图。
尽管本发明易于做出各种修改及替代形式，但已在图式中展示并在本文中详细描述了其特定示范性实施例。然而，应理解，本文对特定示范性实施例的说明并不打算将本发明限制于本文中所揭示的特定形式，而是相反，本发明将涵盖由所附权利要求书所界定的所有修改及等效形式。
具体实施方式
现在参考图式，示意性地图解说明示范性实施例的细节。图式中的相似元件将由相似编号表示，且类似元件将由具有不同小写字母后缀的相似编号表示。
时域反射法(TDR)依靠与雷达类似的原理起作用。沿着具有恒定阻抗的导电路径(例如，传输线)向下传输能量脉冲。在所述脉冲到达导电路径的未端接端时，或沿着所述导电路径存在阻抗改变时，所述能量脉冲的部分或全部被反射回到其源。在将两个金属导体非常接近地放置在一起时，其形成具有由所述金属导体的间距及其间的绝缘电介质确定的特性阻抗的传输线。如果所述传输线以其特性阻抗端接，那么在所述传输线的开头处将不存在回到所述脉冲始发处的反射脉冲。如果所述传输线未端接，那么在所述传输线的开头处将存在回到所传输脉冲始发处的正反射脉冲。在沿着传输线的任一处存在阻抗差时，将产生且随后检测反射脉冲。使用此反射脉冲返回到脉冲源位置所花费的时间来确定已在其处出现阻抗差的距离。沿着所述传输线的电容增加(例如，手指触摸)将导致返回反射脉冲相对于所产生(所传输)脉冲为负。
根据本发明的教示，TDR电路产生能量脉冲，接着测量源脉冲的产生与回到所产生脉冲源的反射脉冲的检测之间的时间间隔。使用此所测量的时间间隔来确定从所产生脉冲的源到导致反射脉冲的阻抗“凸块”的距离。可将所测量时间间隔转换成在导电路径上的距离及/或物理位置，例如，触摸面板的X及Y坐标。可使用表查找及/或计算将时间间隔转换为距离及/或物理位置。
参考图1，其描绘根据本发明的教示的触摸面板或触摸屏系统的示意性框图。通常由编号100表示的触摸面板或触摸屏包括具有导电侧及不导电侧的衬底110、接近于衬底110的不导电侧的恒定阻抗蛇形条带线112、混合信号集成电路装置102、第一端接电阻器106及第二端接电阻器104。针对触摸面板，恒定阻抗蛇形条带线112及衬底110可由双侧印刷电路板(PCB)制作，其中所述PCB的一侧为连续铜箔(在节点108处连接到电源共用部或接地)且另一侧为蚀刻成图1中展示的蛇形条带线112配置的铜箔。针对触摸屏，透光绝缘材料具有其上具有蛇形传输线112(由透光材料或大致不阻挡光从中穿过的极薄导电材料制成)的前侧以及覆盖有透光且导电材料(例如，氧化铟锡(ITO))的后侧。可将液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、等离子显示器、有机发光二极管(OLED)显示器等放置于前述触摸屏后面以用于显示图形及例如按钮、滑动开关、计量规、刻度盘等的其它视觉指示。
触摸面板或触摸屏的衬底的前侧上的蛇形条带线112及后侧上的导电层形成恒定阻抗条带线型的传输线，所述传输线在以其特性阻抗端接时不具有信号反射(例如，电压驻波比(VSWR)1:1)，而在未端接时具有振幅大致等于所产生脉冲的正信号反射。第一端接电阻器106及第二端接电阻器104具有大致等于蛇形条带线112的特性阻抗的电阻。然而，在沿着蛇形条带线112的任一处存在阻抗不匹配时，反射(负信号)脉冲将返回到第一次施加所产生(信号)脉冲的端。
面板操作区域114可被划分成多个触摸区域，例如，触摸区域116及118表示两个此种触摸区域。在非常接近于触摸区域放置物件(未展示)(例如，手指)时，条带线112的在受影响的触摸区域中的部分将改变阻抗。现在存在导致返回到所产生脉冲源的反射脉冲的阻抗“凸块”。通过测量反射脉冲回抵信号源所花费的时间，可确定从信号源到被触摸的面板操作区域114的距离。
参考图2，其描绘根据本发明的教示的图1中所展示的触摸面板或触摸屏系统的脉冲波形的电压-时序曲线图。混合信号集成电路装置102在节点122(图1)处产生具有大约VDD的振幅的脉冲。由于电阻器106具有与蛇形条带线112的特性阻抗大致相同的电阻，因此在节点120处的脉冲将在时间150处上升到VDD/2。由对面板操作区域114的触摸导致的返回脉冲具有负振幅且在时间152处出现。从蛇形条带线112的开路(未端接)端(例如，在图1中节点124及126两者均处于高阻抗)返回的所产生脉冲在时间154处将具有正振幅(例如，大约VDD/2)，且将与最初产生的脉冲振幅相加，从而在时间154之后产生更大的正振幅(例如，大约VDD)。通过检测由节点120处的电压的振幅改变导致的前沿，使用这三个时间事件(在时间150处检测变为大约VDD/2的振幅的正沿，在时间152处检测变为小于VDD/2的振幅的负沿，及在时间154处检测变为大约VDD的振幅的正沿)来确定所触摸位置及何时应终止所产生脉冲，如下文更充分地描述。
参考图3，其描绘根据本发明的特定示范性实施例的图1中所展示的触摸面板或触摸屏系统的混合信号集成电路装置的示意性框图。混合信号集成电路装置102包括数字处理器230(具有存储器)、模/数转换器232、ADC开关334、第一取样开关380、第二取样开关382及反射脉冲返回时间测量电路。数字处理器230可为(例如但不限于)微控制器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)及类似装置。
反射脉冲返回时间测量电路384包括电压比较器238及242、自动设定参考与比较器280、充电控制触发器282、分压器电阻器262、264及266、恒定电流源244、充电开关272(常开开关272a及常闭开关272b)、计时电容器270及放电开关268。比较器238具有反相输出，然而，可在标准非反相输出比较器的输出上使用反相器。分压器电阻器262、264及266将参考电压1/4VDD提供到比较器238的负输入并将参考电压3/4VDD提供到比较器242的负输入。因此，在节点120处的电压比1/4VDD更趋正时，比较器238的输出将变为逻辑低或“0”。比较器238的处于逻辑低或“0”的输出致使充电控制触发器282将Q输出“设定”为逻辑高或“1”，借此闭合充电开关272a，其中计时电容器270开始从恒定电流源244进行充电。在节点120处的电压比3/4VDD更趋正时，比较器242的输出将处于逻辑高或“1”。此表示所产生脉冲已从蛇形条带线112在节点124处且为开路的另一端(处于高阻抗)返回。比较器242借助脉冲结束(EoP)输出信号来向处理器230指示此情况。一旦此情况发生，处理器230便停止产生脉冲。
自动设定参考与比较器280发挥如下作用：在比较器238检测到正向沿时，对节点120处的所产生脉冲的电压振幅进行取样并存储为触摸返回脉冲参考电压减去偏移电压，例如大约VDD/2-ΔV。在将触摸返回脉冲负电压与节点120处的所产生脉冲电压相加时，所得电压将小于VDD/2-ΔV(参见图2)，接着来自自动设定参考与比较器280的输出变为逻辑“0”，从而对充电控制触发器282进行复位，此致使充电开关272a断开，借此停止计时电容器270的充电。
数字处理器230如下控制装置102的电路的所有操作。在产生源脉冲之前，通过放电开关268将计时电容器270完全放电。为清晰解释起见展示开关符号，然而，通常将针对此些开关使用半导体装置。一旦计时电容器270被完全放电，便断开放电开关268。接下来，由数字处理器230产生脉冲并将其发送到第一脉冲驱动器236。在将所产生脉冲发送到第一脉冲驱动器236之前或与此同时地，将第二脉冲驱动器254的输出设定为高阻抗(例如，三态逻辑)使得节点124及126有效地处于高阻抗。现在，蛇形条带线112的在节点124处的第二端为有效开路的，借此返回如上文所述的所产生脉冲。本发明预期以下情况且其在本发明的范围内，可将第二脉冲驱动器254设定为逻辑低或“0”，借此将节点126接地。通过将节点126接地，将蛇形条带线112的在节点124处连接的第二端以其特性阻抗(例如，第二端接电阻器104的电阻)有效地端接且将不产生返回脉冲。因此，可使用来自蛇形条带线112的未端接第二端的返回脉冲来结束如上文所述的所产生脉冲，或处理器230可产生进入蛇形条带线112的端接第二端中的具有固定持续时间的脉冲。任一方式均将实现所要的结果。可使用多个脉冲来确定触摸。在使用未端接第二端(远端)时，可在检测到相应的所产生脉冲返回之后即刻终止所述多个脉冲中的每一者。在使用端接第二端(远端)时，所述多个脉冲中的每一者可具有固定的接通及关断时间。
在第一脉冲驱动器236的输出处于逻辑低“0”时，节点120处的电压处于大致零伏。因此，电压比较器238的正输入处于小于1/4VDD，充电开关272a为断开的，且恒定电流短路开关272b为闭合的。
在将来自第一脉冲驱动器236的输出的所产生脉冲施加到节点122时，此所产生脉冲在节点120处的振幅将处于约1/2VDD，因为第一端接电阻器106的电阻与蛇形条带线112的特性阻抗大致相同，且两者均与第一脉冲驱动器236(即，1/2VDD分压器)的输出串联。因此，电压比较器238的正输入处的电压高于1/4VDD且电压比较器238的输出处于逻辑低“0”。在比较器238的输出变为逻辑低或“0”时，“设定”充电控制触发器282且其Q输出变为逻辑高或“1”，借此闭合充电开关272a，其中计时电容器270开始从恒定电流源244进行充电。
计时电容器270的充电形成由充电开关272a闭合的时间长度确定的电压。如果沿着蛇形条带线112的任一部分出现阻抗不匹配(例如，在触摸区域处的触摸)，那么将在取决于此阻抗不匹配距在节点120处的所产生脉冲的源的距离的时间处产生反射脉冲。
在比较器238的输出变为逻辑低或“0”时，自动设定参考与比较器280在节点120处取得所产生脉冲电压的样本。存储并通过减去ΔV来修改此经取样的脉冲电压，此产生由反射触摸脉冲比较器594(例如，参见图5)使用的反射触摸脉冲参考电压VDD/2-ΔV。
在反射触摸脉冲返回到节点120时，节点120处的电压将减小，且在返回触摸脉冲电压比较器594(图5)的正输入处的电压也减小。假定节点120处的电压(源与反射脉冲振幅的和)小于VDD/2-ΔV，则电压比较器592的正输入处的电压也小于VDD/2-ΔV且其输出变为逻辑低“0”，借此对触发器282进行复位。此后，充电开关272a断开且恒定电流源244停止对计时电容器270进行充电。
在充电开关272a断开时，计时电容器270上的电压电荷现在表示在第一次产生源脉冲时与在返回触摸脉冲抵达节点120时之间的时间间隔。接着通过多路复用器开关234对此电压电荷进行取样并取样到ADC 232，ADC 232将此模拟电压转换为其数字表示。数字处理器230接收ADC 232的输出，所述输出为计时电容器270上的电压电荷的数字表示。数字处理器230现在可通过使用存储于存储器中的查找表中的值及/或通过计算电压/时间转换(其中时间表示蛇形条带线112上的阻抗改变的距离)而将此数字电压信息转换成面板操作区域114上的X-Y位置。还可在已制造及/或在现场重校准(例如，现场校准触摸位置值存储于数字处理器230的存储器中)触摸面板(或触摸屏)之后来确定电压/X-Y位置转换值的校准。存储触摸位置值的存储器可为非易失性的，例如电可擦除可编程存储器、快闪存储器及类似存储器。本文中所揭示的触摸面板(或触摸屏)100极为灵活且容易实施。
如果如上文所述使用蛇形条带线112的第二端的端接，那么时间间隔仅需长到足以使脉冲在蛇形条带线112的长度(已知)的两倍上传播。举例来说，如果不存在出现于蛇形条带线112上的阻抗“凸块”，那么将不存在返回触摸脉冲，因为蛇形条带线112的另一端以其特性阻抗(第二端接电阻器104)端接，且计时电容器272将充电到最大电压值。由于数字处理器230程序知晓此最大时间及最大电压值，因此TDR测量时间间隔仅需与此最大时间(例如，最大电压值)一样长。此外，可选择计时电容器270及恒定电流源244的值，使得在最大时间处计时电容器270上的电压电荷处于ADC 232的全刻度分辨率。因此，根据本发明的教示，可发生极快速且准确的触摸取样及检测。
另一方面，蛇形条带线112的第二端可未端接，且可在节点120处接收线返回脉冲结束，如下文更充分地描述。接着，处理器230可使用来自比较器242的对线返回脉冲结束(EoP)的检测来自动地终止所产生脉冲。此特征消除了必须知晓蛇形条带线112的长度或预先确定所产生脉冲时间的需要。代替触摸返回脉冲信号检测而使用EoP检测信号以通过以下操作来确定蛇形条带线112的实际长度也为有利的：允许比较器242的输出终止计时电容器270的充电，接着测量计时电容器270上的电压以确定蛇形条带线112的长度。
可通过以下操作将比较器238及594的功能进一步组合到一个比较器中：使用可编程DAC作为用于单个比较器的参考，可在产生进入节点120中的脉冲之前将所述参考设定为VDD/2，接着将所述参考设定为节点120处的所测量电压减去ΔV，例如VDD/2-ΔV。
可如下针对触摸返回脉冲及传输线端返回脉冲两者有效地使用在以下文献中更充分描述的充电时间测量单元(CTMU)来确定返回脉冲时间：詹姆斯E.巴特林的标题为“测量长时间周期(Measuring a Long Time Period)”的第7,460,441号共同拥有的美国专利；詹姆斯E.巴特林的标题为“电流时间数/模转换器(Current-Time Digital-to-AnalogConverter)”的第2010/0001889号美国专利申请公开案；詹姆斯E.巴特林的标题为“电容测量设备及方法(Capacitance Measurement Apparatus and Method)”的第2008/0204046号美国专利申请公开案；及布鲁斯·鲍恩的标题为“用于电容式触摸应用的微芯片CTMU(Microchip CTMU for Capacitive Touch Applications)”的微芯片应用指南AN1250(可在www.microchip.com处获得)；所有这些文献均出于所有目的而特此以引用的方式并入本文中。在依据所产生脉冲的检测而形成正沿时，CTMU开始对计时电容器进行充电，接着在依据触摸返回脉冲的检测而形成负沿时，CTMU停止对计时电容器进行充电。另外，在测试/设置模式期间，可使用来自比较器242的正沿来停止对计时电容器进行充电，而非使用来自触摸返回脉冲的检测的负沿。
第一取样开关380及第二取样开关382可交替地操作，其中在正确定节点120处的时间测量时，正由ADC 232及数字处理器230处理在节点124处进行的先前所确定的时间测量，且反之亦然。因此，优点在于可同时确定时间测量及所触摸的X-Y位置。另一优点在于可确定两个同时触摸(例如，手势)。再一优点在于可通过至少两个不同的时间测量及相应位置计算来检验所触摸的X-Y位置，即测量从阻抗凸块到在节点120处连接的端的反射脉冲的时间，并转换为相关联X-Y位置，接着对连接到节点124的另一端进行相同操作。至少两个所计算的X-Y位置应大致相同。可对至少两个所计算的X-Y位置之间的任何差异求平均以获得所触摸的实际X-Y位置的更精细分辨率。
参考图4，其描绘根据本发明的另一特定示范性实施例的图1中所展示的触摸面板或触摸屏系统的混合信号集成电路装置的示意性框图。混合信号集成电路装置102a包括数字处理器230(具有存储器)、模/数转换器232、多路复用器开关234、第一脉冲驱动器236、第二脉冲驱动器254以及第一反射脉冲返回时间测量电路384及第二反射脉冲返回时间测量电路384a。数字处理器230可为(例如但不限于)微控制器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)及类似装置。
图4中所展示的第一反射脉冲返回时间测量电路384及384a的操作以与图3中所展示且上文所描述的反射脉冲返回时间测量电路大致相同的方式起作用。为实现混合信号装置102a的设计的经济性，计时电容器270可为ADC 232的一部分(例如，取样与保持电容器)，且开关234也可为ADC 232的一部分(例如，取样开关)。
数字处理器230如下控制装置102的电路的所有操作。在产生源脉冲之前，通过放电开关268将计时电容器270完全放电。为清晰解释起见展示开关符号，然而，通常将针对此些开关使用半导体装置。一旦计时电容器270被完全放电，便断开放电开关268。接下来，由数字处理器230产生脉冲并将其发送到第一脉冲驱动器236。在将所产生脉冲发送到第一脉冲驱动器236之前或与此同时地，将第二脉冲驱动器254的输出设定为高阻抗(例如，三态逻辑)使得节点124及126有效地处于高阻抗。现在，蛇形条带线112的在节点124处的第二端为有效开路的，借此返回如上文所述的所产生脉冲。本发明预期以下情况且其在本发明的范围内，可将第二脉冲驱动器254设定为逻辑低或“0”，借此将节点126接地。通过将节点126接地，将蛇形条带线112的在节点124处连接的第二端以其特性阻抗(例如，第二端接电阻器104的电阻)有效地端接且将不产生返回脉冲。因此，可使用来自蛇形条带线112的未端接第二端的返回脉冲来结束如上文所述的所产生脉冲，或处理器230可产生进入蛇形条带线112的端接第二端中的具有固定持续时间的脉冲。任一方式均将实现所要的结果。
在第一脉冲驱动器236的输出处于逻辑低“0”时，节点120处的电压处于大致零伏。因此，电压比较器238的正输入处于小于1/4VDD，充电开关272a为断开的，且恒定电流短路开关272b为闭合的。
在将来自第一脉冲驱动器236的输出的所产生脉冲施加到节点122时，此所产生脉冲在节点120处的振幅将为约1/2VDD，因为第一端接电阻器106的电阻与蛇形条带线112的特性阻抗大致相同，且两者均与第一脉冲驱动器236(即，1/2VDD分压器)的输出串联。因此，电压比较器238的正输入处的电压高于1/4VDD且电压比较器238的输出处于逻辑高“1”。此外，电压比较器242的正输入处的电压低于3/4VDD且电压比较器242的输出处于逻辑低“0”。
第一及第二反射脉冲返回时间测量电路交替地操作，其中在正确定第一时间测量时，正由ADC 232及数字处理器230处理先前所确定的第二时间测量，且反之亦然。因此，优点在于可同时确定时间测量及所触摸的X-Y位置。另一优点在于可确定至少两个同时触摸(例如，手势)。再一优点在于可通过至少两个不同的时间测量及相应位置计算来检验所触摸的X-Y位置，即测量从阻抗凸块到在节点120处连接的端的反射脉冲的时间，并转换为相关联X-Y位置，接着对连接到节点124的另一端进行相同操作。至少两个所计算的X-Y位置应大致相同。可对至少两个所计算的X-Y位置之间的任何差异求平均以获得所触摸的实际X-Y位置的更精细分辨率。
参考图5，其描绘图3及4中所展示的脉冲沿检测器的特定示范性实施例的更详细示意图。反射脉冲返回时间测量电路384包括电压比较器238、242及594、取样与保持电压参考590、充电控制触发器282、分压器电阻器262、264及266、恒定电流源244及ΔV减压二极管594。比较器238具有反相输出，然而，可在标准非反相输出比较器的输出上使用反相器。分压器电阻器262、264及266将参考电压1/4VDD提供到比较器238的负输入并将参考电压3/4VDD提供到比较器242的负输入。因此，在节点120处的电压比1/4VDD更趋正时，比较器238的输出将变为逻辑低或“0”。比较器238的处于逻辑低或“0”的输出致使充电控制触发器282将Q输出“设定”为逻辑高或“1”，借此闭合充电开关272a，其中计时电容器270开始从恒定电流源244进行充电。在节点120处的电压比3/4VDD更趋正时，比较器242的输出将处于逻辑高或“1”。此表示所产生脉冲已从蛇形条带线112的在节点124处的为开路的另一端(处于高阻抗)返回。比较器242借助脉冲结束(EoP)输出信号来向处理器230指示此情况。一旦此情况发生，处理器230便终止所产生脉冲。
取样与保持电压参考590将在比较器238的输出变为逻辑低或“0”之后对节点120处的电压进行取样及存储。此经取样及所存储的电压为所产生脉冲的电压振幅。二极管592用于使来自取样与保持电压参考590的所存储电压下降到比来自取样与保持电压参考590的电压小ΔV且施加到比较器594的负输入的参考电压。只要在节点120处接收不到触摸返回脉冲，比较器594的输出就将保持处于逻辑高或“1”。然而，当在节点120处接收到触摸返回脉冲时，其负电压振幅(图2)将致使比较器594的正输入处的电压(来自节点120)下降到低于比较器594的负输入处的参考电压。当此情况发生时，对触发器282进行复位且开关272a断开，借此停止计时电容器270的充电。比较器242如上文更充分地描述的那样进行操作。
参考图6，其描绘图3及4中所展示的脉冲沿检测器的另一特定示范性实施例的更详细示意图。反射脉冲返回时间测量电路384a包括电压比较器694及242、可编程电压参考694、模/数转换器(ADC)690、分压器电阻器662及266以及充电时间测量单元(CTMU)控制件696。分压器电阻器662及266将参考电压3/4VDD提供到比较器242的负输入。在节点120处的电压比3/4VDD更趋正时，比较器242的输出将处于逻辑高或“1”。此表示所产生脉冲已从蛇形条带线112的在节点124处的为开路的另一端(处于高阻抗)返回。比较器242借助脉冲结束(EoP)输出信号来向处理器230及/或CTMU控制件696指示此情况。一旦此情况发生，处理器230便终止所产生脉冲。
比较器692与可编程电压参考694组合而如下提供双重功能。在于节点120处产生脉冲之前，将可编程电压参考设定为大约VDD/4。其中在节点120处的脉冲振幅电压大于VDD/4时比较器692的输出将从逻辑低“0”变为逻辑高“1”(正沿)，借此指示节点120处的所产生脉冲的开始。在所产生脉冲的开始之后，ADC 690将节点120处的脉冲振幅电压转换为数字值，并将此数字值发送到可编程电压参考694。接着可编程电压参考694从此数字值减去ΔV并借此产生新参考电压Vpulse amplitude-ΔV作为施加到比较器692的负输入的电压参考。在比较器692的正输入上的电压处于Vpulse amplitude时，来自比较器692的输出保持处于逻辑高“1”。
在具有负振幅的触摸返回脉冲回抵节点120时，节点120处的电压将下降到低于Vpulse amplitude-ΔV，且致使比较器692的输出变为逻辑低“0”(负沿)。来自比较器692的正沿可由CTMU控制件用于开始对计时电容器270进行充电，且来自比较器692的正沿可用于停止对计时电容器270进行充电。使用计时电容器270上的电压来确定触摸位置，如上文所述。
除通知处理器230结束所产生脉冲以外，来自比较器242的EoP信号还可在测试与设置模式期间与CTMU控制件696一起用于如上文所述确定蛇形条带线112的长度。
本发明预期以下情况且其在本发明的范围内，可能有用于混合信号集成电路装置102的许多其它实施方案，且混合信号集成电路装置设计领域的且受益于本发明的技术人员可设计等效装置。
参考图7，其描绘根据本发明的特定示范性实施例的图1中所展示的触摸面板系统的操作的示意性过程流程图。在步骤702处，将脉冲发送到蛇形传输(条带)线的第一端中。在步骤703中，监视蛇形传输(条带)线的第一端以检测具有大于1/4VDD的振幅的脉冲的开始(正沿)。一旦检测到所述脉冲的开始，步骤704便开始从恒定电流源对计时电容器进行充电。
在步骤706中，监视蛇形传输(条带)线的第一端以检测致使所述线变为更趋负的返回触摸脉冲，借此产生在步骤708中停止计时电容器的充电的负向信号沿。在步骤710中，测量计时电容器上的电压电荷，且在步骤712中将此所测量电压转换成触摸面板上的X-Y坐标。在步骤714中，与步骤712同时地，移除计时电容器电荷(短路到共用部或接地)以为下一脉冲时序事件做准备。如果在步骤706中未检测到返回触摸脉冲，那么步骤716将仍如下操作。
在步骤716中，监视蛇形传输(条带)线的第一端以检测在步骤702中产生的脉冲的返回。当所产生脉冲从蛇形传输(条带)线的开路第二端返回时，其第一端处的电压将增加到大于3/4VDD。一旦检测到所产生脉冲返回，在步骤718中便不再需要断定所述脉冲。在预期存在对触摸面板的一个或一个以上触摸的情况下，可连续地重复前述循环。只要期望检测对触摸面板的触摸，这些脉冲时间测量序列及位置确定就继续。步骤716为任选的，因为所产生脉冲可具有固定的脉冲时间接通及关断持续时间，且借此将自动地开始及停止。
参考图8，其描绘根据本发明的另一特定示范性实施例的图1中所展示的触摸面板系统的操作的示意性过程流程图。在步骤802处，将脉冲发送到蛇形传输(条带)线的第二端中。在步骤803中，监视蛇形传输(条带)线的第二端以检测具有大于1/4VDD的振幅的脉冲的开始(正沿)。一旦检测到所述脉冲的开始，步骤804便开始从恒定电流源对计时电容器进行充电。
在步骤806中，监视蛇形传输(条带)线的第二端以检测致使所述线更趋负的返回触摸脉冲，借此产生在步骤808中停止计时电容器的充电的负向信号沿。在步骤810中，测量计时电容器上的电压电荷，且在步骤812中将此所测量电压转换成触摸面板上的X-Y坐标。在步骤814中，与步骤812同时地，移除计时电容器电荷(短路到共用部或接地)以为下一脉冲时序事件做准备。如果在步骤806中未检测到返回触摸脉冲，那么步骤816仍将如下操作。
在步骤816中，监视蛇形传输(条带)线的第二端以检测在步骤802中产生的脉冲的返回。在所产生脉冲从蛇形传输(条带)线的开路第二端返回时，其第二端处的电压将增加到大于3/4VDD。一旦检测到所产生的脉冲返回，在步骤818中便不再需要断定所述脉冲。在预期存在对触摸面板的一个或一个以上触摸的情况下，前述循环可与图7中所描述的步骤连续地交替。只要需要检测对触摸面板的触摸，这些脉冲时间测量序列及位置确定就继续。步骤816为可选的，因为所产生的脉冲可具有固定的脉冲时间接通及关断持续时间，且借此自动地开始及停止。
参考图9，其描绘根据本发明的又一特定示范性实施例的图1中所展示的触摸面板系统或触摸屏的用于检测及确定单个触摸的位置的操作的示意性过程流程图。在步骤902中，初始化时间测量(例如，设定为零时间)。在步骤904中，将脉冲驱动器连接到蛇形传输线的一端，且将蛇形传输线的另一端切断连接，例如置于高阻抗下。在步骤906中，在蛇形传输线的脉冲驱动器连接端处产生脉冲，且在步骤908中开始时间测量。步骤910检测因触摸所致的负脉冲何时返回到蛇形传输线的一端。当在步骤910中检测到负脉冲时，停止时间测量且接着在步骤916中读取所述时间测量。在步骤918中将所读取的时间测量转换为X-Y坐标(表示触摸位置)，接着回到步骤902。当在步骤912中检测到来自传输线的所述端的正脉冲时，则回到步骤902。
参考图10，其描绘根据本发明的再一特定示范性实施例的图1中所展示的触摸面板系统或触摸屏的用于检测及确定多个触摸的位置的操作的示意性过程流程图。在步骤1002中，初始化时间测量(例如，设定为零时间)且将N计数设定为一(1)。在步骤1004中，将脉冲驱动器连接到蛇形传输线的一端，且将所述蛇形传输线的另一端切断连接，例如置于高阻抗下。在步骤1006中，在蛇形传输线的脉冲驱动器连接端处产生脉冲，且在步骤1008中开始时间测量。步骤1010检测因触摸所致的负脉冲何时返回到蛇形传输线的一端。当在步骤1010中检测到负脉冲时，在步骤1014中对时间测量进行取样，且在步骤1016中将所取样的时间测量存储于位置N处。步骤1018使N计数递增一，且接着步骤1020确定N计数是否大于M，其中M为所取样的时间测量存储位置的数目。如果N大于M，那么在步骤1022中将所存储的时间测量转换为表示触摸位置的X-Y坐标。如果N不大于M，那么返回到步骤1010。当在步骤1012中检测到来自传输线的端的正脉冲时，接着回到步骤1002。
参考图11，其描绘根据本发明的又一特定示范性实施例的图1中所展示的触摸面板或触摸屏系统的混合信号集成电路装置的示意性框图。混合信号集成电路装置102b包括数字处理器230(具有存储器)、高分辨率计时器1160、触摸计数器1156、触摸时间存储装置1158、脉冲驱动器236、电压比较器1152、电压参考1150及“与”门1154。数字处理器230可为(例如但不限于)微控制器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)及类似装置。
数字处理器230耦合到驱动连接到第一端接电阻器106的节点122的脉冲驱动器236。第一端接电阻器106可为与蛇形条带线112的特性阻抗大致相同的电阻值。在将来自第一脉冲驱动器236的输出的所产生脉冲施加到节点122时，节点120处的所产生脉冲的振幅将为约VDD/2，因为第一端接电阻器106的电阻与蛇形条带线112的特性阻抗大致相同，且两者均与第一脉冲驱动器236(即，VDD/2分压器)的输出串联。
来自电压参考1150的电压耦合到电压比较器1152的正输入，且为大约VDD/2-ΔV。电压比较器1152的负输入耦合到节点120。在节点120处的电压小于VDD/2-ΔV(例如，0伏)(无所产生脉冲)时，其输出处于逻辑低“0”。在节点120处的电压大于VDD/2-ΔV(例如，VDD/2伏)(所产生脉冲的振幅)时，其输出处于逻辑高“1”。
来自数字处理器230的所产生脉冲可为固定持续时间或可由从节点124处的未端接(开路)端回来的反射脉冲终止，如上文更充分地描述。为便于解释此实施例，数字处理器将在某一可选择时间周期内以可选择时间间隔(例如但不限于，在未检测到触摸时每100毫秒且在检测到触摸时每1毫秒)重复固定持续时间的所产生脉冲。所产生脉冲的固定持续时间仅需在时间上长到足以使所产生脉冲从节点120行进到节点124，且接着回到蛇形条带线112的节点120。所产生脉冲的关断时间可为可变化的，例如在尚未检测到触摸时每时间间隔产生较少脉冲，且在检测到至少一个触摸时，每时间间隔产生较频繁的脉冲。
由于图11中所展示的实施例产生固定持续时间的脉冲，因此连接到蛇形条带线112的第二端的节点124可为开路、短路的或以蛇形条带线112的特性阻抗端接。此实施例对如针对图3中所展示的实施例更充分描述的返回所产生脉冲检测器同样有效。
在脉冲驱动器236的输出处于逻辑低“0”时，节点120处的电压处于大致零伏，电压比较器1152的负输入小于VDD/2-ΔV，且比较器1152的输出处于逻辑高“1”。然而，“与”门1154使其输入中的一者处于逻辑低“0”，因此其输出保持处于逻辑低“0”。此外，在触摸计数器1156的启用输入处于逻辑低“0”时，将其设定为零(0)计数。只要高分辨率计时器1160的连接到第一脉冲驱动器236的输入保持处于逻辑低“0”，高分辨率计时器1160就保持处于时间零(0)。
一旦在节点120处产生脉冲，比较器1152的负输入便变为大约VDD/2且比较器1152的输出变为逻辑低“0”。高分辨率计时器1160在其输入处于逻辑一“1”时被启用且开始计时，如下文更充分地描述。“与”门1154使一个输入处于逻辑一“1”且另一输入处于逻辑低“0”(比较器1152的输出)。当在节点120处接收回由触摸导致的负向返回脉冲时，比较器1154的负输入处的电压将小于VDD/2-ΔV，且比较器1154的输出将变为逻辑高“1”。现在，“与”门1154的两个输入均将处于逻辑一“1”，且“与”门1154的输出借此将变为逻辑一“1”。
在“与”门1154的输出变为逻辑一“1”时，将取得与触摸返回脉冲相关联的时间值的样本并将其存储于触摸时间存储装置1158中。此外，将使触摸计数器1156递增。使用来自触摸计数器1156的计数针对在所产生脉冲的持续时间期间接收的每一触摸返回脉冲选择不同的时间值存储构件，例如，第一触摸返回脉冲时间将被存储于第一时间值存储构件中，第二触摸返回脉冲时间将被存储于第二时间值存储构件中，等。如果触摸计数器1156溢出(由接收过多的所检测触摸返回脉冲导致)，那么数字处理器可提早终止所产生脉冲并开始新的所产生脉冲，借此对触摸计数器1156进行复位。数字处理器230可在所产生脉冲时间间隔期间或此后的任一时间处读取所捕获的触摸返回脉冲时间。可在每一所产生脉冲结束时复位或盖写触摸时间存储装置1158。
本发明预期以下情况且其在本发明的范围内，当如上文针对图3及4中所展示的实施例更充分地描述且以其所有前述益处来实施节点120及124处的交替产生的脉冲时，可利用重复高分辨率计时器1160、触摸时间存储装置1158及触摸计数器1156。
参考图12，其描绘图11中所展示的触摸面板或触摸屏系统的混合信号集成电路装置的操作的示意性时间-振幅曲线图。在所产生脉冲1280变为逻辑高“1”时，节点120处的电压1282将变为大约VDD/2。然而，在出现触摸返回脉冲1284时，电压1282将下降到低于VDD/2-ΔV，且触发与所述触摸返回脉冲1284相关联的时间值1286的触摸时间“捕获”(由编号为1到6的垂直虚线表示)，如上文更充分地描述。
参考图13，其描绘根据本发明的特定示范性实施例的精确时间参考、多触摸时间捕获及触摸时间存储电路的更详细示意图。高分辨率计时器1160a包括恒定电流源244、计时电容器270及开始/停止时间开关272。在脉冲驱动器236的输出处于逻辑低“0”时，开关272a断开且开关272b及272c闭合。计时电容器270上的电压电荷将为大致零(0)伏。当脉冲驱动器236的输出变为逻辑高“1”时，开关272a将闭合且开关272b及272c将断开。现在，恒定电流源244将开始对计时电容器270进行充电，如上文更充分地描述。
当检测到触摸返回脉冲时，“与”门1154的输出将变为逻辑高“1”，此致使开关1372中的一者闭合以便对与所述触摸返回脉冲相关联的计时电容器270上的电压电荷进行取样并将其存储于取样与保持电容器1374中的相应一者中。触摸计数器1156确定针对目前所检测的触摸返回脉冲开关1372中的哪一者闭合。在所产生脉冲处于逻辑高“1”且在计时电容器270的最大电压电荷内时，可捕获并确定多个触摸的时间。优选地，所产生脉冲时间与最大电荷彼此同时地出现。所产生脉冲如上文所述而重复，且在每一所产生脉冲的开始之前通过开关272c的闭合使计时电容器270上的电压电荷回到零伏。
数字处理器230控制多路复用器1376，多路复用器1376用于将取样与保持电容器1374中的每一者连接到ADC 232，ADC 232用于将表示触摸返回脉冲的时间的电压转换成数字时间值以由数字处理器230进一步处理成触摸距离。
参考图14，其描绘根据本发明的另一特定示范性实施例的精确时间参考、多触摸时间捕获及触摸时间存储电路的更详细示意图。极高速时钟与计数器1160a包括特高频时钟1480及超高速计数器1482。在脉冲驱动器236的输出处于逻辑低“0”时，对超高速计数器1482进行复位且使其保持处于零(0)计数。在脉冲驱动器236的输出变为逻辑高“1”时，启用超高速计数器1482且其开始计数。
在检测到触摸返回脉冲时，“与”门1154的输出将变为逻辑高“1”，此致使触摸时间存储装置1158中的多个触摸时间寄存器中的一者从表示相关联触摸返回脉冲时间的超高速计数器1482捕获时间计数。触摸计数器1156确定选择所述多个触摸时间寄存器中的哪一者来捕获所检测触摸返回脉冲的时间值。在所产生脉冲处于逻辑高“1”且在所述多个触摸时间寄存器的最大数目内时，可捕获并确定多个触摸的时间。所产生脉冲如上文所述而重复。可在下一所产生脉冲期间盖写或在目前产生的脉冲结束之后复位所述多个触摸时间寄存器。数字处理器230读取存储于所述多个触摸时间寄存器中的表示触摸返回脉冲的时间的数字时间值并将其处理成触摸距离，如上文更充分地描述。
尽管已描绘、描述本发明的实施例，且通过参考本发明的示范性实施例来界定所述实施例，但此些参考并不暗示对本发明的限制，且不应推断出此限制。所揭示的标的物能够在形式及功能上进行可观的修改、更改及等效物，相关领域的且受益于本发明的技术人员将会联想到这些修改、更改及等效物。本发明的所描绘及描述的实施例仅为实例，且并非对本发明的范围的穷尽性说明。

Claims (54)

1.一种用于感测对衬底的触摸并确定其位置的方法，所述方法包括以下步骤：
将第一脉冲发送到制作于包括多个触摸位置的衬底上的蛇形传输线的第一端，其中所述蛇形传输线在其第二端处未端接；
借助恒定电流源对计时电容器进行充电，直到在所述蛇形传输线的所述第一端处接收到第一触摸返回脉冲为止；
测量所述计时电容器上的第一电压；及
将所述已测量的第一电压转换为所述衬底上的第一位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤：
将第二脉冲发送到所述蛇形传输线的所述第二端，其中所述蛇形传输线在其所述第一端处未端接；
借助所述恒定电流源对所述计时电容器进行充电，直到在所述蛇形传输线的所述第二端处接收到第二触摸返回脉冲为止；
测量所述计时电容器上的第二电压；及
将所述已测量的第二电压转换为所述衬底上的第二位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括以下步骤：交替地将所述第一脉冲发送到所述蛇形传输线的所述第一端以确定所述第一位置，接着将所述第二脉冲发送到所述蛇形传输线的所述第二端以确定所述第二位置，并连续地重复所述步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其中对所述计时电容器进行充电的所述步骤包括以下步骤：
在借助第一电压比较器在所述蛇形传输线的所述第一端处检测到第一脉冲电压电平之后，借助所述恒定电流源开始对所述计时电容器进行充电；及
在借助第二电压比较器在所述蛇形传输线的所述第一端处检测到第一返回触摸脉冲电压电平之后，停止对所述计时电容器进行充电，其中所述第一返回触摸脉冲电压电平小于所述第一脉冲电压电平。
5.根据权利要求1所述的方法，其中借助模/数转换器ADC来完成测量所述计时电容器上的所述第一电压的所述步骤。
6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述已测量的第一电压转换为所述衬底上的所述第一位置的所述步骤包括以下步骤：在具有多个第一电压值及其在所述衬底上的对应位置的查找表中找出对应于所述已测量的第一电压的第一电压值。
7.根据权利要求1所述的方法，其中将所述已测量的第一电压转换为所述衬底上的所述第一位置的所述步骤包括以下步骤：
通过将所述已测量的第一电压与从光速导出的常数及所述蛇形传输线的速度因数相乘来计算沿着所述蛇形传输线的第一距离；及
在具有多个第一距离值及其在所述衬底上的对应位置的查找表中找出对应于所述已计算的第一距离的第一距离值。
8.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括以下步骤：对同时取得的所述第一及第二位置求平均以改进在所述衬底上触摸的所述位置的分辨率。
9.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括以下步骤：对同时取得的多个第一及第二位置求平均以改进在所述衬底上触摸的所述位置的分辨率。
10.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括以下步骤：确定在某一时间周期内对所述衬底的至少两个同时触摸的位置。
11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括以下步骤：依据在所述某一时间周期内对所述衬底的所述至少两个同时触摸确定手势运动。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底为触摸面板，所述触摸面板包括印刷电路板，所述印刷电路板具有位于其前印刷电路侧上的所述蛇形传输线以及覆盖有电导体的后印刷电路侧。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底为包括透光绝缘材料的触摸屏，所述透光绝缘材料具有在其上具有所述蛇形传输线的前侧及覆盖有透光电导体的后侧。
14.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤：当在所述第一脉冲的开始处在所述蛇形传输线的所述第一端处检测到大于第一结束电压电平的电压时结束所述第一脉冲。
15.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括以下步骤：当在所述第二脉冲的开始处在所述蛇形传输线的所述第二端处检测到大于第二结束电压电平的电压时结束所述第二脉冲。
16.一种用于感测对衬底的触摸并确定其位置的方法，所述方法包括以下步骤：
将第一脉冲发送到制作于包括多个触摸位置的衬底上的蛇形传输线的第一端，其中所述蛇形传输线在其第二端处端接有第一电阻器，所述第一电阻器具有大致等于所述蛇形传输线的特性阻抗的电阻；
借助恒定电流源对计时电容器进行充电，直到在所述蛇形传输线的所述第一端处接收到第一返回脉冲为止；
测量所述计时电容器上的第一电压；及
将所述已测量的第一电压转换为所述衬底上的第一位置。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一脉冲具有固定接通时间及固定关断时间。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一脉冲为多个第一脉冲。
19.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括以下步骤：
将第二脉冲发送到所述蛇形传输线的所述第二端，其中所述蛇形传输线在所述第一端处端接有第二电阻器，所述第二电阻器具有大致等于所述蛇形传输线的所述特性阻抗的电阻；
借助所述恒定电流源对所述计时电容器进行充电，直到在所述蛇形传输线的所述第二端处接收到第二返回脉冲为止；
测量所述计时电容器上的第二电压；及
将所述已测量的第二电压转换为所述衬底上的第二位置。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第二脉冲具有固定接通时间及固定关断时间。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述第二脉冲为多个第二脉冲。
22.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括以下步骤：交替地将所述第一脉冲发送到所述蛇形传输线的所述第一端以确定所述第一位置，接着将所述第二脉冲发送到所述蛇形传输线的所述第二端以确定所述第二位置，并连续地重复所述步骤。
23.根据权利要求16所述的方法，其中对所述计时电容器进行充电的所述步骤包括以下步骤：
在借助第一电压比较器在所述蛇形传输线的所述第一端处检测到第一脉冲电压电平之后，借助所述恒定电流源开始对所述计时电容器进行充电；及
在借助第二电压比较器在所述蛇形传输线的所述第一端处检测到第一返回触摸脉冲电压电平之后，停止对所述计时电容器进行充电，其中所述第一返回触摸脉冲电压电平小于所述第一脉冲电压电平。
24.根据权利要求16所述的方法，其中借助模/数转换器ADC来完成测量所述计时电容器上的所述第一电压的所述步骤。
25.根据权利要求16所述的方法，其中将所述已测量的第一电压转换为所述衬底上的所述第一位置的所述步骤包括以下步骤：在具有多个第一电压值及其在所述衬底上的对应位置的查找表中找出对应于所述已测量的第一电压的第一电压值。
26.根据权利要求16所述的方法，其中将所述已测量的第一电压转换为所述衬底上的所述第一位置的所述步骤包括以下步骤：
通过将所述已测量的第一电压与从光速导出的常数及所述蛇形传输线的速度因数相乘来计算沿着所述蛇形传输线的第一距离；及
在具有多个第一距离值及其在所述衬底上的对应位置的查找表中找出对应于所述已计算的第一距离的第一距离值。
27.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括以下步骤：对同时取得的所述第一及第二位置求平均以改进在所述衬底上触摸的所述位置的分辨率。
28.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括以下步骤：对同时取得的多个第一及第二位置求平均以改进在所述衬底上触摸的所述位置的分辨率。
29.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括以下步骤：确定在某一时间周期内对所述衬底的至少两个同时触摸的位置。
30.根据权利要求29所述的方法，其进一步包括以下步骤：依据在所述某一时间周期内对所述衬底的所述至少两个同时触摸确定手势运动。
31.根据权利要求16所述的方法，其中所述衬底为触摸面板，所述触摸面板包括印刷电路板，所述印刷电路板具有位于其前印刷电路侧上的所述蛇形传输线以及覆盖有电导体的后印刷电路侧。
32.根据权利要求16所述的方法，其中所述衬底为包括透光绝缘材料的触摸屏，所述透光绝缘材料具有在其上具有所述蛇形传输线的前侧及覆盖有透光电导体的后侧。
33.一种用于感测对衬底的触摸并确定其位置的方法，所述方法包括以下步骤：
a)初始化时间测量装置的时间；
b)将脉冲驱动器耦合到制作于包括多个触摸位置的衬底上的蛇形传输线的第一端，其中所述蛇形传输线在其第二端处未端接；
c)借助所述脉冲驱动器在所述蛇形传输线的所述第一端处开始发送脉冲；
d)开始所述时间测量装置中的所述时间；
e)检测是否在所述蛇形传输线的所述第一端处接收到由所述衬底上的触摸导致的负返回脉冲，其中
如果检测到所述负返回脉冲，那么转至步骤g)，及
如果未检测到，那么转至步骤f)；
f)检测何时在所述蛇形传输线的所述第一端处接收到正返回脉冲，所述正返回脉冲来自所述蛇形传输线的所述未端接第二端，其中
如果检测到所述正返回脉冲，那么返回步骤a)，及
如果未检测到，那么返回步骤e)；
g)停止所述时间测量装置中的所述时间；
h)从所述时间测量装置读取所述时间；及
i)将从所述时间测量装置读取的所述时间转换成所述衬底上的所述触摸的位置，接着返回步骤a)。
34.一种用于感测对衬底的多个触摸并确定其位置的方法，所述方法包括以下步骤：
a)初始化时间测量装置的时间并将触摸计数器中的计数N设定为N=1；
b)将脉冲驱动器耦合到制作于包括多个触摸位置的衬底上的蛇形传输线的第一端，其中所述蛇形传输线在其第二端处未端接；
c)借助所述脉冲驱动器在所述蛇形传输线的所述第一端处开始发送脉冲；
d)开始所述时间测量装置中的所述时间；
e)检测是否在所述蛇形传输线的所述第一端处接收到由所述衬底上的触摸导致的负返回脉冲，其中
如果检测到所述负返回脉冲，那么转至步骤g)，及
如果未检测到，那么转至步骤f)；
f)检测何时在所述蛇形传输线的所述第一端处接收到正返回脉冲，所述正返回脉冲来自所述蛇形传输线的所述未端接第二端，其中
如果检测到所述正返回脉冲，那么返回步骤a)，及
如果未检测到，那么返回步骤e)；
g)对来自所述时间测量装置的与在步骤e)中检测到的所述负返回脉冲相关联的时间进行取样；
h)将所述已取样的时间存储于具有地址N的存储器位置中；
i)使N递增(N=N+1)；
j)确定N是否大于M，M为可用于存储所述已取样的时间的存储器位置的数目，其中
如果N不大于M，那么返回步骤e)，及
如果N大于M，那么转至步骤k)；及
k)将存储于所述存储器位置中的所述已取样的时间转换成所述衬底上的所述触摸的位置，接着返回步骤a)。
35.一种用于感测对衬底的触摸并确定其位置的设备，其包括：
脉冲产生器，其用于产生脉冲；
第一脉冲驱动器，其具有耦合到所述脉冲产生器的输入及通过第一电阻器耦合到制作于衬底上的蛇形传输线的第一端的输出，第二电阻器耦合到所述蛇形传输线的第二端，其中所述第一及第二电阻器各自具有大致等于所述蛇形传输线的特性阻抗的电阻；
恒定电流源；
计时电容器；
模/数转换器ADC；及
数字处理器；
其中所述脉冲产生器产生到所述第一脉冲驱动器的第一脉冲，所述第一脉冲驱动器将所述第一脉冲发送到所述蛇形传输线的所述第一端，且接着所述恒定电流源开始对所述计时电容器进行充电，直到在所述蛇形传输线的所述第一端处接收到第一返回脉冲为止；
由所述ADC对所述计时电容器上的第一电压电荷进行取样并将其转换为第一数字值；及
所述数字处理器从所述ADC接收所述第一数字值并将所述第一数字值转换为所述衬底上的第一位置。
36.根据权利要求35所述的设备，所述蛇形传输线的所述第二端端接有所述第二电阻器。
37.根据权利要求35所述的设备，所述蛇形传输线的所述第二端未端接。
38.根据权利要求35所述的设备，其进一步包括：
第二脉冲驱动器，其具有耦合到所述脉冲产生器的输入及通过所述第二电阻器耦合到所述蛇形传输线的所述第二端的输出，且所述第一电阻器耦合到所述蛇形传输线的所述第一端；
其中所述脉冲产生器产生到所述第二脉冲驱动器的第二脉冲，所述第二脉冲驱动器将所述第二脉冲发送到所述蛇形传输线的所述第二端，且接着所述恒定电流源开始对所述计时电容器进行充电，直到在所述蛇形传输线的所述第二端处接收到第二返回脉冲为止；
由所述ADC对所述计时电容器上的第二电压电荷进行取样并将其转换为第二数字值；及
所述数字处理器从所述ADC接收所述第二数字值并将所述第二数字值转换为所述衬底上的第二位置。
39.根据权利要求38所述的设备，所述蛇形传输线的所述第一端端接有所述第一电阻器。
40.根据权利要求38所述的设备，所述蛇形传输线的所述第一端未端接。
41.根据权利要求35所述的设备，其中所述恒定电流源在第一电压比较器在所述蛇形传输线的所述第一端处检测到来自所述脉冲产生器的所述第一脉冲时开始对所述计时电容器进行充电，且在第二电压比较器在所述蛇形传输线的所述第一端处检测到所述第一返回脉冲时停止对所述计时电容器进行充电。
42.根据权利要求38所述的设备，其中所述恒定电流源在第一电压比较器在所述蛇形传输线的所述第二端处检测到来自所述脉冲产生器的所述第二脉冲时开始对所述计时电容器进行充电，且在第二电压比较器在所述蛇形传输线的所述第二端处检测到所述第二返回脉冲时停止对所述计时电容器进行充电。
43.根据权利要求35所述的设备，其中所述数字处理器包括微控制器。
44.根据权利要求35所述的设备，其中所述数字处理器选自由以下各项组成的群组：微处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC及可编程逻辑阵列PLA。
45.根据权利要求35所述的设备，其中所述衬底为触摸面板，所述触摸面板包括印刷电路板，所述印刷电路板具有位于其前印刷电路侧上的所述蛇形传输线以及覆盖有电导体的后印刷电路侧。
46.根据权利要求35所述的设备，其中所述衬底为包括透光绝缘材料的触摸屏，所述透光绝缘材料具有在其上具有所述蛇形传输线的前侧及覆盖有透光且导电材料的后侧。
47.根据权利要求46所述的设备，其中所述透光且导电材料为氧化铟锡ITO。
48.根据权利要求46所述的设备，其进一步包括图形显示器，所述触摸屏在所述图形显示器与视场之间。
49.根据权利要求48所述的设备，其中所述图形显示器选自由以下各项组成的群组：液晶显示器LCD、发光二极管LED显示器、等离子显示器及有机发光二极管OLED显示器。
50.一种用于感测对衬底的触摸并确定其位置的设备，其包括：
脉冲产生器，其用于产生脉冲；
脉冲驱动器，其具有耦合到所述脉冲产生器的输入及通过第一电阻器耦合到制作于衬底上的蛇形传输线的第一端的输出，第二电阻器耦合到所述蛇形传输线的第二端，其中所述第一及第二电阻器各自具有大致等于所述蛇形传输线的特性阻抗的电阻；
电压比较器，其具有负及正输入以及输出，其中所述负输入耦合到所述蛇形传输线的所述第一端；
电压基准，其具有耦合到所述电压比较器的所述正输入的基准电压输出；
高分辨率计时器，其具有耦合到所述脉冲驱动器的所述输出的使能输入；
多个存储位置，其用于存储从所述高分辨率计时器取样的多个触摸时间；
触摸计数器，每当所述电压比较器检测到负返回脉冲时，所述触摸计数器使触摸计数数目递增，其中所述负返回脉冲表示对所述衬底的触摸；及
数字处理器，其耦合到所述多个存储位置；
其中所述高分辨率计时器在所述脉冲驱动器将所述脉冲发送到所述蛇形传输线的所述第一端时开始计时，且每当所述电压比较器检测到负返回脉冲时，将来自所述高分辨率计时器的相关联时间存储于所述多个存储位置的个别位置中，其由来自所述触摸计数器的所述触摸计数数目确定；及
其中所述数字处理器读取存储于所述多个存储位置中的所述时间并将所述时间转换成所述衬底上的位置。
51.根据权利要求50所述的设备，其中所述高分辨率计时器包括：
恒定电流源；及
计时电容器，其中只要来自所述脉冲驱动器的所述脉冲接通，所述恒定电流源就对所述计时电容器进行充电。
52.根据权利要求51所述的设备，其中所述多个存储位置包括：
多个取样与存储电容器，其中每当所述电压比较器检测到负返回脉冲时，将来自所述计时电容器的相关联电压存储于所述多个取样与存储电容器之一中；
模拟多路复用器，其具有多个输入，所述多个输入中的每一个耦合到所述多个取样与存储电容器中的对应者；及
模/数转换器ADC，其具有耦合到所述模拟多路复用器的输出的输入及耦合到所述数字处理器的输出，其中在将存储于所述多个取样与存储电容器中的所述电压的ADC数字表示转换成所述衬底上的位置时，所述数字处理器读取来自所述ADC的所述数字表示。
53.根据权利要求50所述的设备，其中所述高分辨率计时器包括：
特高频时钟；及
超高速计数器，其中只要来自所述脉冲驱动器的所述脉冲接通，所述超高速计数器就进行计数。
54.根据权利要求53所述的设备，其中所述多个存储位置包括：
多个触摸时间存储寄存器，其中每当所述电压比较器检测到负返回脉冲时，将来自所述超高速计数器的相关联触摸时间计数存储于所述多个触摸时间存储寄存器之一中，其中在将所述触摸时间计数转换为所述衬底上的位置时，所述数字处理器从所述多个触摸时间存储寄存器读取所述触摸时间计数。
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