CN102855035A

CN102855035A - 触控感测装置

Info

Publication number: CN102855035A
Application number: CN2011102131827A
Authority: CN
Inventors: 董人宏; 王建国; 詹前煜; 左克扬
Original assignee: Raydium Semiconductor Corp
Current assignee: Raydium Semiconductor Corp
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2031-07-28
Also published as: TWI439913B; CN102855035B; TW201301109A

Abstract

一种触控感测装置，包含复数个接脚、逻辑控制模块、驱动/感测控制模块、噪声抑制模块及模拟/数字转换模块。驱动/感测控制模块依照驱动/感测控制信号定义该等接脚中的驱动接脚及感测接脚。驱动接脚及感测接脚分别耦接至导电薄膜感应器的驱动线及感测线。噪声抑制模块由交换式电容放大器所构成，用以根据噪声抑制控制信号侦测驱动线及感测线各节点间的耦合电容，并排除驱动线与接地端之间的电容以及感测线与接地端之间的电容。模拟/数字转换模块将经噪声抑制模块处理后的模拟数据转换成数字数据，并将数字数据输出至逻辑控制模块。

Description

触控感测装置

技术领域

本发明是与液晶显示器有关；具体而言，本发明是关于一种互感式电容触控感测装置，能够利用交换式电容放大器技术所组成的噪声抑制模块侦测驱动线及感测线各节点间的耦合电容，并排除驱动线与接地端之间的电容以及感测线与接地端之间的电容，以有效降低噪声对于触控感测的干扰。

背景技术

随着科技快速发展，薄膜电晶体液晶显示器(TFT LCD)已逐步取代传统显示器，并已广泛应用于电视、平面显示器、移动电话、平板电脑以及投影机等各种电子产品上。对于具有触控功能的薄膜电晶体液晶显示器而言，触控感测器是其重要的模块之一，其性能的优劣也直接影响液晶显示器的整体效能。

如图1所示，传统具有互感式电容触控功能的液晶显示器D包含有触控面板PL、导电薄膜感应器ITO以及触控控制晶片TC。其中，导电薄膜感应器ITO包含有复数条感测线SL及复数条驱动线DL，而触控控制晶片TC的驱动多工器DM是通过驱动垫DP₀～DP_m传送驱动电压至该些驱动线DL，并于该些感测线SL耦合微小电压，触控控制晶片TC即可通过感测垫SP₀～SP_n感测耦合电压，并根据耦合电压的大小去判断导电薄膜感应器ITO是否被触控。

然而，上述传统的触控感测方式仍具有某些严重的缺点，举例而言，相当容易受到外在环境所产生的噪声所干扰以及触控面板的寄生电容效应所影响。如图2A所示，经由驱动垫DP₀～DP_m所输入的驱动电压均为V_DR；如图2B所示，对应于触碰点TP(DP1*SP1)所测得的耦合电压差ΔVt明显地大于对应于其余非触碰点(DP0*SP1，DP2*SP1，....，DPm*SP1)所测得的耦合电压差ΔVd。这将会导致信号-噪声比的降低并且严重影响触控控制晶片的运作，甚至导致触控点的误判。

因此，本发明提出一种互感式电容触控感测装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的一范畴在于提供一种触控感测装置。于一实施例中，该触控感测装置包含复数个接脚、逻辑控制模块、至少一驱动/感测控制模块、至少一噪声抑制模块及至少一模拟/数字转换模块。

逻辑控制模块用以产生不同控制时序的复数个控制信号。该等控制信号包含驱动/感测控制信号、噪声抑制控制信号及模拟/数字转换控制信号。驱动/感测控制模块耦接至逻辑控制模块及该等接脚，并用以依照驱动/感测控制信号定义该等接脚中的驱动接脚及感测接脚。驱动接脚及感测接脚分别耦接至导电薄膜感应器的驱动线及感测线。噪声抑制模块是由交换式电容放大器所构成，用以根据噪声抑制控制信号侦测驱动线及感测线各节点间的耦合电容，并排除驱动线与接地端之间的电容以及感测线与接地端之间的电容。模拟/数字转换模块将经噪声抑制模块处理后的模拟数据转换成数字数据，并将数字数据输出至逻辑控制模块。

于一实施例中，噪声抑制模块包含有第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、运算放大器及第一电容，第一开关、第三开关及第四开关的一端均耦接偏移电压且均受第一开关信号控制，第二开关受第二开关信号控制。

于一实施例中，运算放大器包含两输入端及输出端，两输入端分别耦接偏移电压及第二开关，输出端输出输出电压至模拟/数字转换模块，第一开关的另一端耦接于感测接脚与第二开关之间，第三开关的另一端耦接于第二开关与运算放大器之间，第四开关的另一端耦接运算放大器的输出端与模拟/数字转换模块之间，第一电容耦接于第三开关的另一端与第四开关的另一端之间。

于一实施例中，第一开关信号与第二开关信号于时序上互不重迭，用以控制第一开关、第二开关、第三开关及第四开关的开启(ON)或关闭(OFF)，致使噪声抑制模块选择性地处于第一模式或第二模式下。

当第一开关、第三开关及第四开关均受第一开关信号控制而开启(ON)且第二开关受第二开关信号控制而关闭(OFF)时，噪声抑制模块处于第一模式下；当第一开关、第三开关及第四开关均受第一开关信号控制而关闭(OFF)且第二开关受第二开关信号控制而开启(ON)时，噪声抑制模块处于第二模式下。

于一实施例中，感测接脚耦接于导电薄膜感应器的感测线与噪声抑制模块之间，驱动接脚与接地端之间串联有第六开关，驱动接脚与驱动电压之间串联有第五开关，导电薄膜感应器的驱动线耦接至第五开关与第六开关之间，第五开关受第一开关信号控制且第六开关受第二开关信号控制。

当第五开关受第一开关信号控制而开启(ON)且第六开关受第二开关信号控制而关闭(OFF)时，驱动接脚所输入的驱动电压通过第五开关输入至导电薄膜感应器的驱动线。当第五开关受第一开关信号控制而关闭(OFF)且第六开关受第二开关信号控制而开启(ON)时，导电薄膜感应器的驱动线通过第六开关耦接至接地端。

于一实施例中，根据电荷守恒原理，噪声抑制模块于第一模式下的电荷与噪声抑制模块于第二模式下的电荷相等，输出电压＝偏移电压+驱动电压*(驱动线与感测线之间的耦合电容/第一电容)。

相较于现有技术，根据本发明的触控感测装置是利用由交换式电容放大器所构成的噪声抑制模块侦测触控面板上的驱动线及感测线各节点间的耦合电容，并排除驱动线与接地端之间的电容以及感测线与接地端之间的电容，不仅能够有效地降低液晶显示面板及外在环境所产生的噪声对于触控感测装置感测触控点时的干扰，亦不会导致整个系统的数据传送回报速率(reporting rate)降低及电力消耗(power consumption)增加。

此外，本发明的触控感测装置中的噪声抑制模块亦可通过调整其交换式电容放大器的偏移电压(offset voltage)去补偿触控面板上的驱动线及感测线各节点间的耦合电容的差异。因此，本发明的触控感测装置能够更为准确地对于触控显示面板进行触控点的感测，以大幅减少其误判的机率，并且除了能够应用于传统的高压驱动用途之外，还能够应用于低压驱动用途上，故可扩大其应用范围。

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1是绘示传统的液晶显示器的触控感测装置对导电薄膜感应器进行触控点感测的示意图。

图2A及图2B分别绘示驱动垫所输入的驱动电压及感测垫所测得的耦合电压差。

图3是绘示本发明的触控感测装置的功能方块图。

图4绘示图3中的噪声抑制模块的一较佳实施例。

图5A及图5B分别绘示第一开关信号与第二开关信号的波形的一实施例。

图6是绘示本发明的触控感测装置通过导电薄膜感应器对显示面板进行触控点感测的示意图。

图7绘示噪声抑制模块的运作情形的一实施例。

图8A及图8B是分别绘示图7中的噪声抑制模块工作于第一模式及第二模式的示意图。

主要元件符号说明

D：液晶显示器 PL：触控面板

TC：触控控制晶片 DM：驱动多工器

SM：感测多工器 SB：感测单元

ADC：模拟数字转换器 DLC：数字逻辑控制器

DP₀～DP_m：驱动垫 SP₀～SP_n：感测垫

V_DR：驱动电压 TP：触碰点

ΔVt、ΔVd：耦合电压差 1：触控感测装置

10：逻辑控制模块 20：接脚

30：驱动/感测控制模块 40、400～40n：噪声抑制模块

ITO、100：导电薄膜感应器 70：触控面板

60、600～60n：模拟/数字转换模块

SL、80：感测线 DL、90：驱动线

OP：运算放大器 V_OS：偏移电压

+：正输入端 -：负输入端

ST1：第一开关信号 ST2：第二开关信号

SW1～SW6：第一开关～第六开关

OE：输出端 V_out：输出电压

C1：第一电容 G：接地端

CM、C2：驱动线与感测线之间的耦合电容

CS：感测线与接地端之间的电容

CD：驱动线与接地端之间的电容

Q1：第一模式下感测垫节点上的电荷

Q2：第二模式下感测垫节点上的电荷

gnd：接地电压

具体实施方式

根据本发明的一具体实施例为触控感测装置。于此实施例中，该触控感测装置可以是互感式电容触控感测装置，但不以此为限。请参照图3，图3是绘示本发明的触控感测装置的功能方块图。如图3所示，触控感测装置1至少包含有逻辑控制模块10、接脚20、驱动/感测控制模块30、噪声抑制模块40及模拟/数字转换模块60。其中，逻辑控制模块10分别耦接驱动/感测控制模块30、噪声抑制模块40及模拟/数字转换模块60；驱动/感测控制模块30耦接接脚20及噪声抑制模块40；噪声抑制模块40耦接模拟/数字转换模块60。

请参照图4，图4绘示图3中的噪声抑制模块40的一较佳实施例。于此实施例中，噪声抑制模块40是由交换式电容放大器构成，但不以此为限。如图4所示，噪声抑制模块40包含有运算放大器OP、第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4及第一电容C1。其中，第一开关SW1、第三开关SW3及第四开关SW4的一端均耦接偏移电压V_OS且其开启或关闭均受第一开关信号ST1所控制，至于第二开关SW2的开启或关闭则受第二开关信号ST2所控制。

运算放大器OP包含有正输入端+、负输入端-及输出端OE。其中，正输入端+耦接偏移电压V_OS且负输入端-耦接第二开关SW2；输出端OE传送输出电压V_out至模拟/数字转换模块60；第一开关SW1的另一端耦接第二开关SW2；第三开关SW3的另一端耦接于第二开关SW2与运算放大器OP之间；第四开关SW4的另一端耦接运算放大器OP的输出端OE与模拟/数字转换模块60之间；第一电容C1耦接于第三开关SW3的另一端与第四开关SW4的另一端之间。

请参照图5A及图5B，图5A及图5B分别绘示第一开关信号ST1与第二开关信号ST2的波形的一实施例。如图5A及图5B所示，第一开关信号ST1与第二开关信号ST2为时序上互不重迭的两脉冲信号，用以控制图4中的第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3及第四开关SW4的开启(ON)或关闭(OFF)，致使噪声抑制模块40选择性地处于第一模式或第二模式下。需说明的是，第一开关信号ST1与第二开关信号ST2的形式并不以图5A及图5B为限。

请参照图6，图6是绘示本发明的触控感测装置1通过导电薄膜感应器100对触控面板70进行触控点感测的示意图。如图6所示，触控面板70一般是贴合在导电薄膜感应器100下，但不以此为限。接脚20耦接至驱动/感测控制模块30；驱动/感测控制模块30耦接至逻辑控制模块10、接脚20及噪声抑制模块400～40n；噪声抑制模块400～40n分别耦接至逻辑控制模块10、驱动/感测控制模块30及模拟/数字转换模块600～60n；模拟/数字转换模块600～60n分别耦接至逻辑控制模块10及噪声抑制模块400～40n。

于此实施例中，逻辑控制模块10用以产生不同控制时序的复数个控制信号并将其输出至驱动/感测控制模块30、噪声抑制模块400～40n及模拟/数字转换模块600～60n。实际上，该等控制信号可包含有驱动/感测控制信号、噪声抑制控制信号及模拟/数字转换控制信号，但不以此为限。

如图6所示，导电薄膜感应器100包含有互相垂直分布的复数条感测线80及复数条驱动线90。需说明的是，驱动线90与感测线80是可互换的，也就是说图6中的90实际上也可当感测线，图6中的80实际上也可当驱动线，并可由触控感测装置1控制其功能的切换。

此外，该等接脚20不只具有单一种功能，而是可以视实际需求于不同功能之间进行切换，例如驱动(driving)功能、感测(sensing)功能、接地(ground)功能或浮接(floating)功能，但不以此为限。举例而言，驱动/感测控制模块30可根据该等控制信号中的驱动控制信号定义接脚20为执行驱动功能的驱动接脚，驱动接脚20分别通过驱动垫DP₀～DP_m输出驱动电压V_DR至导电薄膜感应器100上相对应的该等驱动线90。此外，驱动/感测控制模块30亦可根据该等控制信号中的感测控制信号定义接脚20为执行感测功能的感测接脚，感测接脚20分别通过感测垫SP₀～SP_n自导电薄膜感应器100上相对应的感测线80感测到复数笔耦合电压值。

请参照图7，图7绘示噪声抑制模块40的工作情形的一实施例。试以驱动垫DP₀与感测垫SP₀为例，如图7所示，感测垫SP₀耦接于导电薄膜感应器100的感测线80与噪声抑制模块40之间，驱动垫DP₀与驱动电压V_DR之间串联有第五开关SW5，驱动垫DP₀与接地端G之间串联有第六开关SW6，导电薄膜感应器100的驱动线90是通过驱动垫DP₀耦接至第五开关SW5与第六开关SW6之间，第五开关SW5受第一开关信号ST1控制且第六开关SW6受第二开关信号ST2控制。

接下来，将分别就图7中的噪声抑制模块40的第一模式及第二模式进行说明。请参照图8A及图8B，图8A及图8B是分别绘示图7中的噪声抑制模块40工作于第一模式及第二模式的示意图。

如图8A所示，当第五开关SW5受第一开关信号ST1控制而开启(ON)且第六开关SW6受第二开关信号ST2控制而关闭(OFF)时，驱动垫DP₀所输入的驱动电压V_DR即可通过第五开关SW5输入至导电薄膜感应器100的驱动线90。此时，第一开关SW1、第三开关SW3及第四开关SW4均受第一开关信号ST1控制而开启(ON)且第二开关SW2受第二开关信号ST2控制而关闭(OFF)，致使噪声抑制模块40处于第一模式下，且此时于感测垫SP₀节点上的电荷Q1＝C2(V_OS-V_DR)+CS(V_OS-0)。其中，C2为驱动线90与感测线80之间的耦合电容；CS为感测线80与接地端G之间的电容。

如图8B所示，当第五开关SW5受第一开关信号ST1控制而关闭(OFF)且第六开关SW6受第二开关信号ST2控制而开启(ON)时，导电薄膜感应器100的驱动线90通过驱动垫DP₀及第六开关SW6耦接至接地端G。此时，第一开关SW1、第三开关SW3及第四开关SW4均受第一开关信号ST1控制而关闭(OFF)且第二开关SW2受第二开关信号ST2控制而开启(ON)，致使噪声抑制模块40处于第二模式下，且此时于感测垫SP₀节点上的电荷Q2＝C2(V_OS-0)+C1(V_OS-V_out)+CS(V_OS-0)。

根据电荷守恒原理，第一模式下感测垫SP0节点上的电荷Q1与第二模式下感测垫SP₀节点上的电荷Q2应相等，故可得：输出电压V_out＝偏移电压V_OS+驱动电压V_DR*(驱动线90与感测线80之间的耦合电容C2/第一电容C1)。需注意的是，通过上述方式，噪声抑制模块40即可有效地排除驱动线90与接地端G之间的电容CD以及感测线80与接地端G之间的电容CS。此外，噪声抑制模块40可以通过调整偏移电压V_OS的方式去补偿驱动线90及感测线80各节点间的耦合电容C2的差异。

接着，当模拟/数字转换模块60接收到经过噪声抑制模块40处理后的模拟数据后，模拟/数字转换模块60即会将模拟数据转换成数字数据，并将转换后的数字数据输出至逻辑控制模块10。

需说明的是，上述实施例中所提到的触控感测装置1中的所有开关的开启或关闭顺序及方式并不以此为限，亦可视实际需求进行调整，以提升装置的扫瞄速度及回报速率。

相较于现有技术，根据本发明的触控感测装置是利用由交换式电容放大器所构成的噪声抑制模块侦测触控面板上的驱动线及感测线各节点间的耦合电容，并排除驱动线与接地端之间的电容以及感测线与接地端之间的电容，不仅能够有效地降低液晶显示面板及外在环境所产生的噪声对于触控感测装置感测触控点时的干扰，亦不会导致整个系统的数据传送回报速率降低及电力消耗增加。

此外，本发明的触控感测装置中的噪声抑制模块亦可通过调整其交换式电容放大器的偏移电压去补偿触控面板上的驱动线及感测线各节点间的耦合电容的差异。因此，本发明的触控感测装置能够更为准确地对于触控显示面板进行触控点的感测，以大幅减少其误判的机率，并且除了能够应用于传统的高压驱动用途之外，还能够应用于低压驱动用途上，故可扩大其应用范围。

通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims

1.一种触控感测装置，至少包含：

复数个接脚；

一逻辑控制模块，用以产生不同控制时序的复数个控制信号，该等控制信号包含一驱动/感测控制信号、一噪声抑制控制信号及一模拟/数字转换控制信号；

至少一驱动/感测控制模块，耦接至该逻辑控制模块及该等接脚，用以依照该驱动/感测控制信号定义该等接脚中的至少一驱动接脚及至少一感测接脚，其中该驱动接脚与该感测接脚分别耦接至一导电薄膜感应器上相对应的一驱动线与一感测线；

至少一噪声抑制模块，耦接至该逻辑控制模块及该驱动/感测控制模块，该噪声抑制模块由一交换式电容放大器构成，用以根据该噪声抑制控制信号侦测该驱动线及该感测线各节点间的耦合电容，并排除该驱动线与接地端之间的电容以及该感测线与接地端之间的电容；以及

至少一模拟/数字转换模块，耦接于该逻辑控制模块与该噪声抑制模块之间，用以将经该噪声抑制模块处理后的模拟数据转换成一数字数据，并将该数字数据输出至该逻辑控制模块。

2.如权利要求1所述的触控感测装置，其中该噪声抑制模块包含有一第一开关、一第二开关、一第三开关、一第四开关、一运算放大器及一第一电容，该第一开关、该第三开关及该第四开关的一端均耦接一偏移电压且均受一第一开关信号控制，该第二开关受一第二开关信号控制。

3.如权利要求2所述的触控感测装置，其中该运算放大器包含两输入端及一输出端，该两输入端分别耦接该偏移电压及该第二开关，该输出端输出一输出电压至该模拟/数字转换模块，该第一开关的另一端耦接于该感测接脚与该第二开关之间，该第三开关的另一端耦接于该第二开关与该运算放大器之间，该第四开关的另一端耦接该运算放大器的该输出端与该模拟/数字转换模块之间，该第一电容耦接于该第三开关的另一端与该第四开关的另一端之间。

4.如权利要求2所述的触控感测装置，其中该第一开关信号与该第二开关信号于时序上互不重迭，用以控制该第一开关、该第二开关、该第三开关及该第四开关的开启或关闭，致使该噪声抑制模块选择性地处于一第一模式或一第二模式下。

5.如权利要求4所述的触控感测装置，其中当该第一开关、该第三开关及该第四开关均受该第一开关信号控制而开启且该第二开关受该第二开关信号控制而关闭时，该噪声抑制模块处于该第一模式下。

6.如权利要求4所述的触控感测装置，其中当该第一开关、该第三开关及该第四开关均受该第一开关信号控制而关闭且该第二开关受该第二开关信号控制而开启时，该噪声抑制模块处于该第二模式下。

7.如权利要求4所述的触控感测装置，其中该感测接脚耦接于该导电薄膜感应器的该感测线与该噪声抑制模块之间，该驱动接脚与驱动电压之间串联有一第五开关，该驱动接脚与接地端之间串联有一第六开关，该导电薄膜感应器的该驱动线耦接至该第五开关与该第六开关之间，该第五开关受该第一开关信号控制且该第六开关受该第二开关信号控制。

8.如权利要求7所述的触控感测装置，其中当该第五开关受该第一开关信号控制而开启且该第六开关受该第二开关信号控制而关闭时，该驱动接脚所输入的一驱动电压通过该第五开关输入至该导电薄膜感应器的该驱动线。

9.如权利要求7所述的触控感测装置，其中当该第五开关受该第一开关信号控制而关闭且该第六开关受该第二开关信号控制而开启时，该导电薄膜感应器的该驱动线通过该第六开关耦接至接地端。

10.如权利要求4所述的触控感测装置，其中根据电荷守恒原理，该感测线于该第一模式下的电荷与该感测线于该第二模式下的电荷相等，该输出电压＝该偏移电压+该驱动电压*(该驱动线与该感测线之间的耦合电容/该第一电容)。