CN102915138A - 感测电极阵列控制电路、控制方法及其触控感测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种感测电极阵列控制电路，此感测电极阵列控制电路包括降频电路、强度/相频转换器与相频解析单元。降频电路将触控面板上的每一条感测线的感测信号进行降频，以获得对应的降频信号，其中每一个降频信号为直流信号。强度/相频转换器根据每一个降频信号产生对应的相频信号，其中每一个相频信号的频率与相位的至少其中之一相关于对应的降频信号的电平。相频解析单元依照每一个相频信号获得对应的所述感测线的信号量。由此，此感测电极阵列控制电路可在无需增加制造成本的前提下，提升触控感测系统的操作速度与信号噪声比。本发明还提供感测电极阵列控制方法及其触控感测系统。

Description

感测电极阵列控制电路、控制方法及其触控感测系统
技术领域
本发明是有关于一种触控感测系统，特别是有关于一种用于触控感测系统的感测电极阵列控制电路与方法。
背景技术
触控感测系统目前被广泛地使用于各种显示设备中，其中不论是采用何种尺寸的触控面板都可以在日常生活中被发现。举例来说，智能型手机使用小尺寸的触控面板，而自动提款机则使用中尺寸的触控面板。
触控面板目前主要有电阻式与电容式触控面板等类型。然而，不论是那一种类型的触控面板都具有感测电极阵列，且需要感测电极阵列控制电路来检测使用者于触控面板上所触碰的触碰区域。
请参照图1，图1是传统触控感测系统的功能方框图。传统触控感测系统1包括传统感测电极阵列控制电路11、多路复用器12、13、触控面板14、脉冲信号产生器15与数字信号处理电路16。脉冲信号产生器15连接多路复用器13，且多路复用器13连接触控面板14。触控面板14连接多路复用器12，且多路复用器12与数字信号处理电路16连接传统感测电极阵列控制电路11。
脉冲信号产生器15用以提供脉冲信号给多路复用器13，多路复用器13是接收脉冲信号产生器15所提供的脉冲信号。另外，多路复用器13更接收时钟脉冲信号Clock_Sig与重置信号Reset_Sig。多路复用器13依照时钟脉冲信号Clock_Sig的触发将所接收到的脉冲信号的多个脉冲依序传送至其多个输出端口，以将多个输出端口上的多个脉冲输出为多个驱动信号Driving_Sigs。多路复用器13的多个输出端口分别连接到触控面板14的多个驱动线，且多个驱动信号Driving_Sigs分别被送至触控面板14的多个驱动线。除此之外，重置信号Reset_Sig则用以重置多路复用器13，以使多路复用器13重新自第一个输出端口输出驱动信号Driving_Sig。
触控面板14具有多条驱动线与多条感测线，以形成感测电极阵列，其中多条驱动线接收多个驱动信号，且多条感测线则用以输出多个感测信号。多条驱动线可能为纵向排列，且多条感测线可能为横向排列；或者，多条驱动线可能为横向排列，且多条感测线可能为纵向排列。总之，所述多条驱动线与多条感测线是形成相互交叉且不导通的感测电极阵列，使得驱动线上的驱动信号Driving_Sigs会因为场耦合的因素，而使得感测线产生感测信号Sensing_Sigs，且在触控面板14被触碰时，触碰区域上的感测线的感测信号Sensing_Sigs会发生变化。
多路复用器12的多个输入端口接收多个感测信号Sensing_Sigs，且多路复用器12更用以接收控制信号Control_Sig。多路复用器12依照控制信号Control_Sig的控制依序地将每一个感测信号Sensing_Sig送至传统感测电极阵列控制电路11，换言之，每一个感测信号Sensing_Sig会在不同的时间被送至传统感测电极阵列控制电路11。
传统感测电极阵列控制电路11接收多个感测信号Sensing_Sigs，并依照每一个感测信号Sensing_Sigs获得所对应的感测线的信号量。更详细地说，当使用者触碰到触控面板14时，至少会有部分感测信号Sensing_Sigs会发生变化，据此，传统感测电极阵列控制电路11依照感测信号Sensing_Sigs所获得的每一感测线的信号量就会有所不同，进而后端的数字信号处理电路16得以判断每一感测线在触碰前后的信号变化量来顺利地获得触碰区域。
请参照图2，图2是触控面板的结构示意图。触控面板14还包括面板141、驱动信号缓冲器142、驱动电极143与接收电极144。驱动信号缓冲器142接收多个驱动信号Driving_Sigs，并据此产生多个驱动脉冲Drive_Pulses。驱动脉冲Drive_Pulses经过驱动电极143分别被送至多条驱动线，且多个感测信号Sensing_Sigs通过接收电极144被送至多路复用器12。
当使用者的手指触碰到面板14时，部分驱动脉冲Drive_Pulses所形成的电场会因为场耦合的因素，而被耦合至使用者的手指。据此，使用者的手指触碰到面板141时的部分感测信号Sensing_Sigs将与在使用者的手指未触碰到面板141时的部分感测信号Sensing_Sigs不同。如此，仅要通过检测部分感测信号Sensing_Sigs的变化，便可以获得使用者的手指于触控面板14的触碰区域。
请继续参照图1，传统感测电极阵列控制电路11包括积分器111、取样保持电路112与模-数转换器113。积分器111耦接于取样保持电路112，且取样保持电路112耦接于模-数转换器113。
积分器111的功能如图3所示，请参照图3，图3是积分器的输入与输出信号的波形图。积分器111用以将对输入的感测信号Sensing_Sig积分一段特定时间，并将积分后的积分信号Integrated_Sig输出。积分器111会在特定时间结束后，将积分信号Integrated_Sig归零。
再次回去参照图1，取样保持电路112用以在特定时间结束时对积分信号Integrated_Sig进行取样保持以输出取样保持信号，其中取样保持信号为积分信号Integrated_Sig在特定时间结束时的强度值，且为直流电压信号。
接着，切换放大滤波电路113具有切换器、放大器与滤波器，其中放大器与滤波器具有多个信号通道，且每一个信号通道对应一条感测线。切换器用以将取样保持信号送至对应的信号通道，放大器与滤波器分别用以对信号通道中的取样保持信号进行放大与滤波，以调整直流电压信号的电平与滤除高频噪声。
模-数转换器113用以将取样保持电路112每一个信号通道所输出的模拟信号转换为数字信号。模-数转换器113为传统感测电极阵列控制电路11重要的元件，其会影响整个传统触控感测系统1的信号噪声比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)。
传统触控感测系统1内的热噪声(thermal noise)与闪烁噪声(flicker noise)会影响直流电压信号的电平，而降低信号噪声比。另外，当传统触控感测系统1的供应电压越来越低时，信号噪声比也会越来越小。因此，必须采用效能较为良好的模-数转换器113才能够符合信号噪声比的预定要求。然而，效能良好的模-数转换器113的成本较高，因此可能会增加传统触控感测系统1的制造成本。
除此之外，中大尺寸触控面板的信号路径上的寄生电阻与寄生电容都较小尺寸的触控面板的信号路径上的寄生电阻与寄生电容大，因此，采用中大尺寸触控面板的传统触控感测系统的噪声与电荷转换损失(charge transfer loss)也较大。换言之，相较于采用小尺寸触控面板的传统触控感测系统，采用中大尺寸触控面板的传统触控感测系统的信号噪声比较低。
使用模-数转换器的传统感测电极阵列控制电路常会包括一个作为基线(baseline)的数字模-数转换器，由此提升整体的信号噪声比。然而，因为手指触碰到触控面板前后的直流电压信号的电平变化小，且容易受到噪声影响，因此所能提升的信号噪声比有限。
除此之外，积分器也同样容易受到噪声影响，而导致传统触控感测系统的信号噪声比不易提升。另外，积分器的运算较为费时，每一次的积分运算都需要24微秒(μs)～40微秒的特定时间，因此也会导致传统触控感测系统的操作速度不易提升。
发明内容
本发明实施例提供用于触控感测系统中的一种感测电极阵列控制电路，其用以在无需增加制造成本的前提下，提升触控感测系统的操作速度与信号噪声比。
本发明实施例提供一种感测电极阵列控制电路，此感测电极阵列控制电路包括降频电路、强度/相频转换器与相频解析单元。降频电路将触控面板上的每一条感测线的感测信号进行降频，以获得对应的降频信号，其中每一个降频信号为直流信号。强度/相频转换器根据每一个降频信号产生对应的相频信号，其中每一个相频信号的频率与相位的至少其中之一相关于对应的降频信号的电平。相频解析单元依照每一个相频信号获得对应的所述感测线的信号量。
本发明实施例提供一种感测电极阵列控制方法，此感测电极阵列控制方法用于触控感测系统中。首先，将触控面板的感测电极阵列上的每一条感测线的感测信号进行降频，以获得对应的降频信号，其中每一个降频信号为直流信号。接着，根据每一个降频信号产生对应的相频信号，其中每一个相频信号的频率与相位的至少其中之一相关于对应的降频信号的电平。然后，依照每一个相频信号获得对应的所述感测线的信号量。
本发明实施例提供一种触控感测系统，此触控感测系统包括触控面板与上述感测电极阵列控制电路。
换句话说，本发明为一种感测电极阵列控制电路，其中，所述感测电极阵列控制电路包括：
降频电路，将感测电极阵列上的每一条感测线的感测信号进行降频，以获得对应的降频信号，其中所述每一个降频信号为直流信号；
强度/相频转换器，根据所述每一个降频信号产生对应的相频信号，其中所述每一个相频信号的频率与相位的至少其中之一相关于对应的所述降频信号的电平；以及
相频解析单元，依照所述每一个相频信号获得对应的所述感测线的一信号量。
本发明所述的感测电极阵列控制电路，其中，所述降频电路包括：
混波器，将所述每一个感测信号与驱动信号进行混波，以获得对应的混波信号；以及
低通滤波器，对所述每一个混波信号进行低通滤波，以产生对应的所述降频信号。
本发明所述的感测电极阵列控制电路，其中，所述降频电路包括：
对数运算放大电路，将所述每一个感测信号进行对数运算，以获得对应的对数信号；以及
低通滤波器，对所述每一个平方号进行低通滤波，以产生对应的所述降频信号。
本发明所述的感测电极阵列控制电路，其中，所述强度/相频转换器为电压控制震荡电路，且所述相频解析单元为频率计数器或频率判别器。
本发明所述的感测电极阵列控制电路，其中，所述强度/相频转换器为相位调变器或相位与频率调变器，若所述强度/相频转换器为所述相位调变器，则所述相频解析单元为相位解调器，若所述强度/相频转换器为所述相位与频率调变器，则所述相频解析单元为相位与频率解调器。
本发明所述的感测电极阵列控制电路，其中，所述降频电路更用以将所述感测电极阵列上的每一条驱动线的驱动线信号进行降频，以获得对应的降频信号，且所述相频解析单元更依照所述对应每一条驱动线的相频信号获得对应的所述驱动线的一信号量。
本发明所述的感测电极阵列控制电路，其中，所述感测电极阵列控制电路更包括：
低噪声放大器，用以对所述每一个感测信号进行低噪声放大，其中所述降频电路接收经所述低噪声放大后的所述每一个感测信号，并据此产生对应的所述降频信号。
本发明所述的感测电极阵列控制电路，其中，所述感测电极阵列控制电路更包括：
切换电路，用以将所述多个降频信号送至多个信号通道；以及
可程式增益放大器，用以调整所述每一个信号通道所传递的降频信号，并将所述调整后的降频信号传递给所述强度/相频转换单元。
本发明所述的一种感测电极阵列控制方法，用于触控感测系统中，其中，所述感测电极阵列控制方法包括：
将感测电极阵列上的每一条感测线的感测信号进行降频，以获得对应的降频信号，其中所述每一个降频信号实质上为直流信号；
根据所述每一个降频信号产生对应的相频信号，其中所述每一个相频信号的频率与相位的至少其中之一相关于对应的所述降频信号的电平；以及
依照所述每一个相频信号获得对应的所述感测线的一信号量。
本发明所述的感测电极阵列控制方法，其中，所述每一个感测信号与驱动信号进行混波，以产生混波信号，接着，对所述每一个混波信号进行低通滤波，以产生对应的所述降频信号。
本发明所述的感测电极阵列控制方法，其中，所述每一个感测信号进行对数运算，以产生对数信号，接着，对所述每一个平方信号进行低通滤波，以产生对应的所述混波信号。
本发明所述的感测电极阵列控制方法，其中，使用电压控制震荡电路接收所述每一个降频信号，以产生对应的所述相频信号，且使用频率计数器或频率判别器依照所述每一个相频信号来判断所述信号量。
本发明所述的感测电极阵列控制方法，其中，使用相位调变器或相位与频率调变器接收所述每一个降频信号，以产生对应的所述相频信号，若所述降频信号所对应的所述相频信号是由所述相位调变器产生，则使用相位解调器依照所述每一个相频信号来产生所述信号，若所述降频信号所对应的所述相频信号是由所述相位与频率调变器产生，则使用相位与频率解调器依照所述每一个相频信号来产生所述信号量。
本发明所述的感测电极阵列控制方法，其中，所述感测电极阵列控制方法更包括：
将所述感测电极阵列上的每一条驱动线的驱动线信号进行降频，以获得对应的降频信号；以及
依照所述所述对应每一条驱动线的相频信号获得对应的所述驱动线的一信号量。
本发明所述的一种触控感测系统，其中，所述触控感测系统包括：
触控面板，具有感测电极阵列；以及
感测电极阵列控制电路，包括：
降频电路，将所述触控面板上的每一条感测线的感测信号进行降频，以获得对应的降频信号，其中所述每一个降频信号为直流信号；
强度/相频转换器，根据所述每一个降频信号产生对应的相频信号，其中所述每一个相频信号的频率与相位的至少其中之一相关于对应的所述降频信号的电平；以及
相频解析单元，依照所述每一个相频信号获得对应的所述感测线的一信号量。
本发明所述的触控感测系统，其中，所述降频电路包括：
混波器，将所述每一个感测信号与驱动信号进行混波，以获得对应的混波信号；以及
低通滤波器，对所述每一个混波信号进行低通滤波，以产生对应的所述降频信号。
本发明所述的触控感测系统，其中，所述降频电路包括：
对数运算放大电路，将所述每一个感测信号进行对数运算，以获得对应的平方信号；以及
低通滤波器，对所述每一个平方号进行低通滤波，以产生对应的所述降频信号。
本发明所述的触控感测系统，其中，其中所述强度/相频转换器为电压控制震荡电路，且所述相频解析单元为频率计数器或频率判别器。
本发明所述的触控感测系统，其中，所述触控感测系统更包括：
微控制单元，根据所述相频解析单元所产生的信号量来判断所述每一感测线的信号变化量以决定使用者于所述触控面板上所触碰的触碰区域。
本发明所述的触控感测系统，其中，所述感测电极阵列控制电路适用于多模操作的触控感测系统，其中所述微控制单元判断用以触碰所述触控面板的工具为提供所述驱动信号的主动式触控笔、所述使用者的手指或被动式触控笔。
本发明所述的触控感测系统，其中，当用以触碰所述触控感测系统的工具为所述使用者的手指或被动式触控笔时，所述微控制单元提供多个驱动信号给所述触控面板的多条驱动线，当所述工具为用以提供所述驱动信号的主动式触控笔时，所述降频电路更根据每一条所述驱动线的驱动线信号进行降频，以获得对应的降频信号。
综上所述，相较于使用传统感测电极阵列控制电路的传统触控显示系统，使用本发明实施例所提供的感测电极阵列控制电路或方法的触控感测系统具有较大信号噪声比与较快操作速度。同时，也因为本发明实施例的触控感测系统可以具有较大的信号噪声比，触控感测系统的触控面板可以采用中大尺寸的触控面板。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参照以下有关本发明的详细说明及附图，然而所附图式仅是为了提供参考与说明的用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1是传统触控感测系统的功能方框图。
图2是触控面板的结构示意图。
图3是积分器的输入与输出信号的波形图。
图4是本发明实施例提供的触控感测系统的功能方框图。
图5是本发明实施例提供的感测电极阵列控制电路于触控工具为主动式触控笔时的等效功能方框图。
图6是本发明实施例提供的触控感测系统于触控工具为被动式触控笔或手指时的等效功能方框图。
图7是本发明实施例提供的感测电极阵列控制方法的流程图。
图8是本发明实施例提供的感测电极阵列控制方法的步骤S92的流程图。
图9是本发明另一实施例提供的感测电极阵列控制方法的步骤S93的流程图。
图10是本发明另一实施例提供的感测电极阵列控制方法的流程图。
附图标记的说明
1：传统触控感测系统
11：传统感测电极阵列控制电路
111：积分器
112：取样保持电路
113：切换放大滤波电路
114：模-数转换器
12：多路复用器
13：多路复用器
14：触控面板
141：面板
142：驱动信号缓冲器
143：接收电极
144：驱动电极
15：脉冲信号产生器
16：数字信号处理电路
4：触控感测系统
41：感测电极阵列控制电路
411：低噪声放大器
412：降频电路
411：低噪声放大器
412：降频电路
4121：混波器
4122：低通滤波器
413：切换电路
414：可程式增益放大器
415：强度/相频转换器
416：相频解析单元
42：多路复用器
43：多路复用器
44：触控面板
45：驱动信号产生器
46：低噪声放大器
47：运算处理单元
48：主动式触控笔
5：触控感测系统
6：触控感测系统
S71～S74：步骤流程
S81～S84：步骤流程
S91～S93：步骤流程
S101～S106：步骤流程
具体实施方式
请参照图4，图4是本发明实施例提供的感测电极阵列控制电路的功能方框图。触控感测系统4适用于多模操作，其用来进行触碰的工具为使用者的手指、不会提供任何驱动信号的被动式触控笔或者可以是能够提供驱动信号的主动式触控笔。触控显示系统4包括触控萤幕控制电路41、多路复用器42、43、触控面板44、驱动信号产生器45、低噪声放大器46与运算处理单元47。驱动信号产生器45连接多路复用器43，且多路复用器43连接触控面板44与低噪声放大器46。触控面板44连接多路复用器42，且多路复用器42连接感测电极阵列控制电路41。运算处理单元47耦接至多路复用器42、43、驱动信号产生器45与感测电极阵列控制电路41。
要说明的是，运算处理单元47可以判断触控工具的类型，据此决定致能或禁能驱动信号产生器45，并控制多路复用器43是否接收每一条驱动线上的驱动线信号DrvLine_Sigs。
仅在触控工具为手指或被动式触控笔时，驱动信号产生器45才会被致能，并通过多路复用器43将驱动信号Driving_Sigs输出至触控面板44的每一驱动线，而多路复用器42此时则接收每一条感测线的感测信号Sensing_Sigs。在触控工具为主动式触控笔时，驱动信号产生器45会被禁能，由多路复用器43接收每一条驱动线上的驱动线信号DrvLine_Sigs，并由多路复用器42接收每一条感测线的感测信号Sensing_Sigs。
简单地说，运算处理单元47、驱动信号产生器45及多路复用器42、43可以形成一个微控制单元，且感测电极阵列控制电路41与上述微控制单元还可以进一步整合于一个控制晶片中。除此之外，运算处理单元47判断触控工具类型的方式是通过检测使用者是否手动地切换触控工具类型，或者是自动地检测使用触控工具类型，例如，依照驱动信号的操作频率及信号振幅的不同来判断触控工具类型。
在触控工具为手指或被动式触控笔时，驱动号产生器45用以提供多个驱动信号Driving_Sigs的总和信号给多路复用器43，多路复用器43则接收总和信号。另外，多路复用器43接收时钟脉冲信号Clock_Sig与重置信号Reset_Sig。多路复用器43依照时钟脉冲信号Clock_Sig的触发将所接收到的总和信号的多个驱动信号Driving_Sigs依序输出至多路复用器43的多个输出端口上。多路复用器43的多个输出端口分别连接到触控面板44的多个驱动线，且多个驱动信号Driving_Sigs分别被传送至触控面板44的多个驱动线。除此之外，重置信号Reset_Sig则用以重置多路复用器43，以使多路复用器43重新自第一个输出端口输出驱动信号Driving_Sig。
在触控工具为主动式触控笔时，多路复用器43则用以接收每一条驱动线上的驱动线信号DrvLine_Sigs，且通过运算处理单元47的控制，多路复用器43可以将每一条驱动线上的驱动线信号DrvLine_Sigs送至感测电极阵列控制电路41。更详细地说，通过运算处理单元47的控制，多路复用器42与43会依序将每一条感测线上的感测信号Sensing_Sigs与每一条驱动线上的驱动线信号DrvLine_Sigs分时地送至感测电极阵列控制电路41。
值得一提的是，驱动信号Driving_Sig可以是具有周期性脉冲的脉冲信号、周期性方波信号、周期性锯齿波信号、弦波信号、周期性三角波信号或者其他类型的周期性信号。总而言之，驱动信号的类型并非用以限制本发明。
触控面板44具有多条驱动线与多条感测线，以形成感测电极阵列，其中多条驱动线接收多个驱动信号，且多条感测线则用以输出多个感测信号。多条驱动线可能为纵向排列，且多条感测线可能为横向排列；或者，多条驱动线可能为横向排列，且多条感测线可能为纵向排列。总之，所述多条驱动线与多条感测线是形成相互交叉且不导通的感测电极阵列，使得驱动线上的驱动信号Driving_Sigs会因为场耦合的因素，而使得感测线产生感测信号Sensing_Sigs，且在触控面板44被触碰时，触碰区域上的感测线的感测信号Sensing_Sigs会发生变化。
多路复用器42的多个输入端口接收多个感测信号Sensing_Sigs，且多路复用器42更用以接收控制信号Control_Sig。多路复用器42依照控制信号Control_Sig的控制依序地将每一个感测信号Sensing_Sig送至感测电极阵列控制电路41，换言之，每一个感测信号Sensing_Sig会在不同的时间被送至感测电极阵列控制电路41。另外，需要说明的是，为了提升整个触控感测系统4的操作速度，上述多路复用器42与43可以采用高速多路复用器，例如可以处理直流至500MHz的宽频信号的高速多路复用器。
不同于传统感测电极阵列控制电路，感测电极阵列控制电路41并不需要任何的积分器与模-数转换器，而且感测电极阵列控制电路41还具有较高的信号噪声比。若触控工具为被动式触控笔或手指时，感测电极阵列控制电路41是将原来属于中高频的感测信号Sensing_Sig转换为一个低频(直流)的降频信号，例如，通过降频电路(down-conversion circuit)对感测信号Sesnig_Sig进行降频。若触控工具为主动式触控笔时，则感测电极阵列控制电路41除了将原来属于中高频的感测信号Sensing_Sig转换为一个低频(直流)的降频信号之外，还会将原来属于中高频的驱动线信号DrvLine_Sigs转换为一个低频(直流)的降频信号。接着，感测电极阵列控制电路41依照低频(直流)的降频信号产生一个相位、频率或相位与频率会依照降频信号的电平变动的相频信号。
之后，若触控工具为被动式触控笔或手指时，感测电极阵列控制电路41解析相频信号，以获得对应的所述感测线的信号量，其中后端的运算处理单元47根据每一个信号量来判断所述每一感测线的信号变化量以决定使用者于所述触控面板44上所触碰的触碰区域。若触控工具为主动式触控笔时，感测电极阵列控制电路41解析对应感测线的相频信号，以获得对应的所述感测线的信号量，以及解析对应驱动线的相频信号，以获得对应的所述驱动线的信号量。
接着，进一步地说明感测电极阵列控制电路41的各元件。感测电极阵列控制电路41包括低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)411、降频电路412、切换电路413、可程式增益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA)414、强度/相频转换器415与相频解析单元416。低噪声放大器411耦接于降频电路412，且降频电路412耦接于切换电路413与低噪声放大器46。切换电路413耦接于可程式增益放大器414，且可程式增益放大器414耦接于强度/相频转换器415。强度/相频转换器415耦接于相频解析单元416。以下有关感测电极阵列控制电路41的各元件说明是以触控工具为被动式触控笔或手指为例，而有关触控工具为主动式触控笔的情况下的说明则可以依照以下内容得知，故不再赘述。
触控感测系统4可以使用至少一个低噪声放大器411，用以将感测信号Sensing_Sig进行低噪声放大。举例来说，低噪声放大器411例如为可程式化低噪声放大器，可以处理直流至500MHz的宽频信号的低噪声放大器。除此之外，若触控感测系统4对感测信号Sensing_Sig的感测灵敏度不够，更可以个调整低噪声放大器的增益。
另外，若感测信号Sensing_Sig受到的噪声不大，且强度/相频转换器415与相频解析与微控制单元416的解析度足够精确，则此低噪声放大器411可以使用一般类型的放大器取代。除此之外，若感测信号Sensing_Sig受到的噪声与衰减幅度不大，则更可以将低噪声放大器411自感测电极阵列控制电路41移除。
降频电路412接收经过低噪声放大的感测信号Sensing_Sig或是直接接收由多路复用器42传送的感测信号Sensing_Sig，并且将原来属于中高频的感测信号Sensing_Sig转换为一个低频的降频信号(实质上为直流电压信号)。降频电路412所输出的降频信号类似于感测信号经过积分电路与取样保持电路后所输出的信号，其同样都是直流电压信号。然而，相较于积分器，降频电路412的操作速度较快，因此可以有效地提升触控感测系统4的操作速度。据此，相较于传统触控感测系统，触控感测系统4的操作速度较快。另外，需要说明的是，降频电路412更可以包括滤波器或放大器，以将降频信号进行滤波与放大。
降频电路412可以包括混波器4121与低通滤波器4122，其中混波器4121连接低通滤波器4122。混波器4121将经过低噪声放大后的感测信号Sensing_Sig转换为混波信号。接着，低通滤波器4122对混波信号进行低通滤波，以获得降频信号。
另外，需要说明的是，上述降频电路412的混波器4121可以使用对数运算放大电路(Logarithmic Amplifier)来取代。此时，低噪声放大器46可以被移除，且多路复用器43不用连接到低噪声放大器46。对数运算放大电路直接将感测信号Sensing_Sig进行对数运算，以获得对数信号(包括感测信号Sensing_Sig的两倍频的高频信号与频率接近0的低频信号)。接着，低通滤波器4122对对数信号进行低通滤波(感测信号Sensing_Sig的两倍频的高频信号会被滤除)，以获得降频信号。
切换电路413用以将每一条感测线所对应的降频信号传送至对应的信号通道，换言之，下一级的可程式增益放大器414、强度/相频转换器415与相频解析单元416具有多个信号通道，其中每一个信号通道对应到一条感测线。
可程式增益放大器414为增益可以调整的放大器，其针对各信号通道所传递的降频信号进行放大，且每一信号通道的增益可能不同。简单地说，可程式增益放大器414用以调整各信号通道所传递的降频信号(实质上为直流电压信号)的直流电压电平，并将调整后的降频信号传送给强度/相频转换单元415。另外，若强度/相频转换器415的灵敏度足够，则可程式增益放大器414可以自感测电极阵列控制电路41中移除。
强度/相频转换器415将各信号通道的降频信号转换为一个相位、频率或相位与频率会依照降频信号的电平变动的相频信号。举例来说，强度/相频转换器415可以是一个电压控制震荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)，当降频信号的电平较大时，则输出频率较高的相频信号，当降频信号的强度较小时，则输出频率较小的相频信号。
然而，需要说明的是，强度/相频转换器415并不以电压控制震荡器为限。举例来说，强度/相频转换器415更可以是一个相位调变器，当降频信号的电平较大时，则输出相位较大的相频信号，当降频信号的电平较小时，则输出相位较小的相频信号。强度/相频转换器415甚至可以是一个同时对相位与频率进行调变的相位频率调变器，当降频信号的电平较大时，则输出相位与频率较大的相频信号，当降频信号的电平较小时，则输出相位与频率较小的相频信号。
根据通信原理，若使用信号的电平来表示携带信息，则因为电平容易受到噪声影响，而导致携带信息容易受到噪声干扰而错误。然而，若使用信号的相位或频率来表示携带信息时，则因为相位或频率不容易受到噪声影响，因此信息不易受到噪声干扰而错误。
感测电极阵列控制电路41是依照降频信号的电平产生一个频率、相位或频率与相位随着降频信号的电平变化的相频信号，因此，有关触碰区域的信息是使用相频信号的频率、相位或频率与相位来表示。相较于传统触控感测系统使用取样保持信号的电平来表示触碰区域的信息，触控感测系统4的信号噪声比较高。
以强度/相频转换器415是一个电压控制震荡器为例进行说明，其中电压控制震荡器所输出的最高频率F2与最低频率F1的间的差异为8MHz，且由噪声所造成的频率偏移量Delta_F为12.3KHz。
当使用者未触碰到触碰面板44时，降频信号的直流电压电平较高，因此电压控制震荡器输出频率为F2的相频信号。然而，当使用者触碰到触碰面板44时，触碰区域所对应的感测线的感测信号将会有所变化，因此将造成降频信号的直流电压电平降低，故电压控制震荡器会输出频率为F1的相频信号。通过简单的计算，可以得知信号噪声比甚至可以高达650(SNR＝(F2-F1)/Delta_F)。
据此，相较于传统触控感测系统，使用感测电极阵列控制电路41的触控感测系统4的信号噪声比较大且操作速度也较快。同时，也因为触控感测系统4可以具有较大的信号噪声比，触控感测系统的触控面板44可以为中大尺寸的触控面板。简单来说，触控面板44在触碰前后的电压控制震荡器所输出的相频信号的频率变化范围大，不易受噪声影响，因此信号噪声比可以大幅地增加。
相频解析单元416会解析每一个相频信号，以获得对应的所述感测线的信号量。运算处理单元47用以产生控制信号Control_Sig或重置信号Reset等，且运算处理单元47根据每一个信号量来判断所述每一感测线的信号变化量以决定使用者于所述触控面板44上所触碰的触碰区域。除此之外，运算处理单元47还会依照触碰区域执行对应的控制程序，例如选取触碰区域上的物件。
相频解析单元416的实施方式对应于强度/相频转换器415的实施方式。若强度/相频转换器为电压控制震荡器，则相频解析单元416可以例如为简单的频率计数器或复杂的频率判别器等。若强度/相频转换器为相位调变器，则相频解析单元416可以例如为相位解调器。若强度/相频转换器为相位与频率调变器，则相频解析单元416可以例如为相位与频率解调器。
当相频解析单元416为简单的频率计数器时，其可以用来判断多个相频信号的频率高低，如此，便可以由每一个相频信号得到对应的所述感测线的信号量。
另外，需要说明的是，上述的切换电路413也可以自感测电极阵列控制电路41移除，且可程式增益放大器414、强度/相频转换器415与相频解析单元416可以仅处理单一信号通道的信号。此时，相频解析单元416会将每一条感测线上的信号量依序送给运算处理单元47。
综上所述，因为强度/相频转换器415本身的相位噪声低，且触控感测系统4的信号噪声比高，因此触控感测系统4可以不需要作为基线的额外的数字模-数转换器辅助，且触控面板44的尺寸可以为中大尺寸。除此之外，上述的强度/相频转换器415的硬体成本低，而可以由此降低制造成本。
请参照图5，图5是本发明另一实施例提供的感测电极阵列控制电路于触控工具为主动式触控笔时的等效功能方框图。
于触控工具为主动式触控笔48时，触控感测系统4可以等效为图5的触控感测系统5。此时，多路复用器43会接收自触控面板44的驱动线信号DrvLine_Sig(由主动式触控笔48所提供的驱动信号Driving_Sig所产生)，且图4的驱动信号产生器45会被禁能，因此图4的驱动信号产生器45不会出现于图5。图5的触控感测系统5的触控面板44的感测电极阵列是以感测线S1、S2与驱动线D1、D2为例。
触控面板44的驱动信号Driving_Sig由主动式触控笔48提供，且触碰区域上的每一驱动线与每一感测线会据此产生对应的驱动线信号DrvLine_Sig与感测信号Sensing_Sig。多路复用器42依照控制信号Control_Sig依序将感测信号Sensing_S1与Sensing_S2分时地送给感测电极阵列控制电路41，而多路复用器43将触控面板44的多个驱动线上的多个驱动线信号DrvLine_D1与DrvLine_D2分时地送至感测电极阵列控制电路41，其中感测电极阵列控制电路41系分时地接收多个驱动线信号DrvLine_D1与DrvLine_D2与感测信号Sensing_S1与Sensing_S2。
当触碰面板44在主动式触控笔48未触碰时，并没有任何的驱动信号。当主动式触控笔48开启并触碰到触控面板44时，主动式触控笔48会提供驱动信号Driving_Sig给其触碰区域上的驱动线，同时感测线也会因为场耦合的因素产生对应的感测信号。若驱动信号Driving_Sig为弦波信号，则感测信号实质上也为弦波信号。因此，触碰区域上的感测线的感测信号与驱动线的驱动线信号在经过低噪声放大器411后，会被降频电路412转换为多个降频信号后。然后，这些降频信号在经过切换电路413与可程式增益放大器414后，强度/相频转换器415会根据每一个降频信号产生对应的相频信号。
相频解析单元416接收由感测信号与驱动线信号所转换的相频信号，并且解析这些相频信号，以获得每一条感测线或驱动线上的信号量。运算处理单元47可根据每一个信号量来判断所述每一条感测线或驱动线的信号变化量。
若触控面板44未被触碰，则根据感测线S1、S2的感测信号Sensing_S1、Sensing_S2与驱动线D1、D2的驱动线信号DrvLine_D1、DrvLine_D2所产生的相频信号的频率、相位或频率与相位较大。
然而，当触碰区域为感测线S2与驱动线D2所形成的区域时，则驱动信号Driving_Sig会在感测线S2感应出弦波，且驱动线D2会接收到驱动信号Driving_Sig而产生驱动线信号DrvLine_D2，因此，驱动线D2的驱动线信号DrvLine_D2与感测线S2的感测信号Sensing_S2为弦波信号。如此一来，依照驱动线信号DrvLine_D2与感测信号Sensing_S2所产生的相频信号的频率、相位或频率与相位较小，因此运算处理单元47可以得知感测线S2与驱动线D2所形成的区域为触碰区域。
要说明的是，于触控工具为主动式触控笔时，强度/相频转换器415根据降频信号产生相频信号的方式刚好相反。更详细地说，于触控工具为主动式触控笔时，若降频信号较大，则强度/相频转换器415所产生的相频信号的频率、相位或频率与相位较小，若降频信号较小，则强度/相频转换器415所产生的相频信号的频率、相位或频率与相位较大。如此一来，便不用改变运算处理单元47的判断触碰区域的方式。然而，此实施例并非用以限定本发明。在另一种实施例中，也可以使强度/相频转换器415根据降频信号产生相频信号的方式不会因为触控工具不同，而有所不同，此时，仅需要改变运算处理单元47的判断触碰区域的方式即可。
请参照图6，图6是本发明实施例提供的触控感测系统于触控工具为被动式触控笔或手指时的等效功能方框图。于触控工具为被动式触控笔或手指时，触控感测系统4可以等效为图6的触控感测系统6。图6的触控感测系统6的触控面板44的感测电极阵列是以感测线S1、S2与驱动线D1、D2为例，因此多路复用器43会输出驱动信号Driving_D1与Driving_D2，其中驱动信号Driving_D1在时间T1为弦波，驱动信号Driving_D2在时间T2为弦波。
若触控面板44未被触碰，则感测线S1、S2的感测信号Sensing_S1、Sensing_S2在时间T1与T2时为弦波。此时，根据感测信号Sensing_S1、Sensing_S2所产生的两个相频信号在时间点T1与T2时的频率、相位或频率与相位较大。
当触碰区域为感测线S1与驱动线D2所形成的区域时，则感测线S2的感测信号Sensing_S2在时间T1与T2时为弦波，且感测线S1的感测信号Sensing_S1在时间T1时为弦波。此时，根据感测信号Sensing_S2所产生的相频信号在时间点T1与T2时的频率、相位或频率与相位较大，且根据感测信号Sensing_S1所产生的相频信号在时间点T1时的频率、相位或频率与相位较大。相频解析单元416会知道根据感测信号Sensing_S1所产生的相频信号在时间点T2时的频率、相位或频率与相位变小，因此，运算处理单元47会判断触碰到感测线S1与驱动线D2所形成的区域为触碰区域。
请参照图7，图7是本发明实施例提供的感测电极阵列控制方法的流程图。图7的感测电极阵列控制方法使用于双模操作的触控感测系统，且触控感测系统用来进行触碰的工具可以为使用者的手指、被动式触控笔或主动式触控笔。
首先在步骤S91中，判断触控感测系统用来进行触碰的工具的类型。若用来进行触碰的工具可以为使用者的手指或被动式触控笔，则执行步骤S92。若用来进行触碰的工具可以为使用者的手指或被动式触控笔，则执行步骤S93。
在步骤S92中，执行图8的感测电极阵列控制方法的所有步骤。在步骤S93中，执行图9的感测电极阵列控制方法的所有步骤。步骤S91例如可以是根据实体按键切换信号来判断触控工具类型，换言之，使用者可以手动地操作实体按键来切换触控工具类型。然而，要注意的是，本发明并不限定于此。
请参照图8，图8是本发明实施例提供的感测电极阵列控制方法的步骤S92的流程图。当触控感测系统用来进行触碰的工具为使用者的手指或不会提供任何驱动信号的被动式触控笔时，触控感测系统中的驱动信号产生器会提供多个驱动信号给触控面板的多条驱动线。
首先，在步骤S71中，接收多条感测线上的感测信号。然后，在步骤S72中，将多个感测信号转进行降频，以获得多个降频信号，降频信号实质上为直流电压信号。值得一提的是，在步骤S72之前，更可以将多个感测信号进行低噪声放大后，再将经低噪声放大后的感测信号进行降频，以获得降频信号。
接着，在步骤S73中，依照多个降频信号产生多个相频信号，其中每一个相频信号的相位、频率或频率与相位会随着其对应的降频信号的直流电压电平而变化。在步骤S73之前，更可以将多个降频信号分别进行放大，以产生经放大后的多个降频信号，且在步骤S73中，更可以根据经放大后多个降频信号产生多个相频信号。
然后，在步骤S74中，解析每一个相频信号，以获得对应的感测线上的信号量。
请参照图9，图9是本发明另一实施例提供的感测电极阵列控制方法的步骤S93的流程图。当触控感测系统用来进行触碰的工具为能够提供驱动信号的主动式触控笔时，主动式触控笔会提供驱动信号给触控感测系统的触控面板。
首先，在步骤S81中，接收多条感测线上的多个感测信号与多条驱动线上的多个驱动线信号。然后，在步骤S82中，将多个感测信号与多个驱动线信号进行降频，以获得多个降频信号，其中多个降频信号实质上为直流电压信号。值得一提的是，在步骤S82之前，更可以将多个感测信号与多个驱动线信号进行低噪声放大后，再将经低噪声放大后的多个感测信号与多个驱动线信号进行降频，以获得多个降频信号。
接着，在步骤S83中，依照多个降频信号产生多个相频信号，其中每一个相频信号的相位、频率或频率与相位会随着其对应的降频信号的直流电压电平而变化。在步骤S83之前，更可以将多个降频信号分别进行放大，以产生经放大后的多个降频信号，且在步骤S83中，更可以根据经放大后多个降频信号产生多个相频信号。然后，在步骤S84中，解析每一个相频信号，以获得对应的感测线或驱动线上的信号量。
请参照图10，图10是本发明另一实施例提供的感测电极阵列控制方法的流程图。图10的感测电极阵列控制方法使用于双模操作的触控感测系统，且触控感测系统用来进行触碰的工具可以为使用者的手指、被动式触控笔或主动式触控笔。
首先，在步骤S101中，接收多条感测线上的多个感测信号。接着，在步骤S102中，判断判断触控感测系统用来进行触碰的工具的类型。若用来进行触碰的工具可以为使用者的手指或被动式触控笔，则执行步骤S103。若用来进行触碰的工具可以为使用者的手指或被动式触控笔，则执行步骤S104。步骤S102是根据驱动信号的操作频率及信号振幅的不同来自动地判断触控工具类型，例如，主动式触控笔所提供的驱动信号的频率为1MHz，而驱动信号产生器所产生的驱动信号的频率为250KHz。然而，要注意的是，本发明并不限定于此。
在步骤S103中，接收条驱动线上的驱动线信号，并将多条驱动线上的驱动线信号进行降频，以获得另外多个降频信号。值得一提的是，在步骤S103之前，更可以将多个驱动线信号进行低噪声放大后，再将经低噪声放大后的感测信号转换为降频信号。
在步骤S104中，将多条感测线上的多个感测信号进行降频，以获得多个降频信号。值得一提的是，在步骤S104之前，更可以将多个感测信号与低噪声放大后，再将经低噪声放大后的感测信号进行降频，以获得降频信号。
在步骤S105中，依照多个降频信号产生多个相频信号，其中每一个相频信号的相位、频率或频率与相位会随着其对应的降频信号的直流电压电平而变化。在步骤S105前，更可以将多个降频信号分别进行放大，以产生经放大后的多个降频信号，且在步骤S105中，更可以根据经放大后多个降频信号产生多个相频信号。
然后，在步骤S106中，解析每一个相频信号，以获得对应的感测线(或驱动线上的信号量)。
综合上述的说明，相较于传统触控感测系统，使用本发明实施例所提供的感测电极阵列控制电路的触控感测系统的信号噪声比较大，而且可以不需要使用积分器，因此，其操作速度也较快。除此之外，使用本发明实施例所提供的感测电极阵列控制电路的触控感测系统可以不需要使用作为基线的数字模-数转换器，便可以有效提升信号噪声比，且其触控面板的尺寸更可以是中大尺寸。
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 (21)

1.一种感测电极阵列控制电路，其特征在于，所述感测电极阵列控制电路包括：
降频电路，将感测电极阵列上的每一条感测线的感测信号进行降频，以获得对应的降频信号，其中所述每一个降频信号为直流信号；
强度/相频转换器，根据所述每一个降频信号产生对应的相频信号，其中所述每一个相频信号的频率与相位的至少其中之一相关于对应的所述降频信号的电平；以及
相频解析单元，依照所述每一个相频信号获得对应的所述感测线的一信号量。
2.根据权利要求1所述的感测电极阵列控制电路，其特征在于，所述降频电路包括：
混波器，将所述每一个感测信号与驱动信号进行混波，以获得对应的混波信号；以及
低通滤波器，对所述每一个混波信号进行低通滤波，以产生对应的所述降频信号。
3.根据权利要求1所述的感测电极阵列控制电路，其特征在于，所述降频电路包括：
对数运算放大电路，将所述每一个感测信号进行对数运算，以获得对应的对数信号；以及
低通滤波器，对所述每一个平方号进行低通滤波，以产生对应的所述降频信号。
4.根据权利要求1所述的感测电极阵列控制电路，其特征在于，所述强度/相频转换器为电压控制震荡电路，且所述相频解析单元为频率计数器或频率判别器。
5.根据权利要求1所述的感测电极阵列控制电路，其特征在于，所述强度/相频转换器为相位调变器或相位与频率调变器，若所述强度/相频转换器为所述相位调变器，则所述相频解析单元为相位解调器，若所述强度/相频转换器为所述相位与频率调变器，则所述相频解析单元为相位与频率解调器。
6.根据权利要求1所述的感测电极阵列控制电路，其特征在于，所述降频电路更用以将所述感测电极阵列上的每一条驱动线的驱动线信号进行降频，以获得对应的降频信号，且所述相频解析单元更依照所述对应每一条驱动线的相频信号获得对应的所述驱动线的一信号量。
7.根据权利要求1所述的感测电极阵列控制电路，其特征在于，所述感测电极阵列控制电路更包括：
低噪声放大器，用以对所述每一个感测信号进行低噪声放大，其中所述降频电路接收经所述低噪声放大后的所述每一个感测信号，并据此产生对应的所述降频信号。
8.根据权利要求1所述的感测电极阵列控制电路，其特征在于，所述感测电极阵列控制电路更包括：
切换电路，用以将所述多个降频信号送至多个信号通道；以及
可程式增益放大器，用以调整所述每一个信号通道所传递的降频信号，并将所述调整后的降频信号传递给所述强度/相频转换单元。
9.一种感测电极阵列控制方法，用于触控感测系统中，其特征在于，所述感测电极阵列控制方法包括：
将感测电极阵列上的每一条感测线的感测信号进行降频，以获得对应的降频信号，其中所述每一个降频信号实质上为直流信号；
根据所述每一个降频信号产生对应的相频信号，其中所述每一个相频信号的频率与相位的至少其中之一相关于对应的所述降频信号的电平；以及
依照所述每一个相频信号获得对应的所述感测线的一信号量。
10.根据权利要求9所述的感测电极阵列控制方法，其特征在于，所述每一个感测信号与驱动信号进行混波，以产生混波信号，接着，对所述每一个混波信号进行低通滤波，以产生对应的所述降频信号。
11.根据权利要求9所述的感测电极阵列控制方法，其特征在于，所述每一个感测信号进行对数运算，以产生对数信号，接着，对所述每一个平方信号进行低通滤波，以产生对应的所述混波信号。
12.根据权利要求9所述的感测电极阵列控制方法，其特征在于，使用电压控制震荡电路接收所述每一个降频信号，以产生对应的所述相频信号，且使用频率计数器或频率判别器依照所述每一个相频信号来判断所述信号量。
13.根据权利要求9所述的感测电极阵列控制方法，其特征在于，使用相位调变器或相位与频率调变器接收所述每一个降频信号，以产生对应的所述相频信号，若所述降频信号所对应的所述相频信号是由所述相位调变器产生，则使用相位解调器依照所述每一个相频信号来产生所述信号，若所述降频信号所对应的所述相频信号是由所述相位与频率调变器产生，则使用相位与频率解调器依照所述每一个相频信号来产生所述信号量。
14.根据权利要求9所述的感测电极阵列控制方法，其特征在于，所述感测电极阵列控制方法更包括：
将所述感测电极阵列上的每一条驱动线的驱动线信号进行降频，以获得对应的降频信号；以及
依照所述所述对应每一条驱动线的相频信号获得对应的所述驱动线的一信号量。
15.一种触控感测系统，其特征在于，所述触控感测系统包括：
触控面板，具有感测电极阵列；以及
感测电极阵列控制电路，包括：
降频电路，将所述触控面板上的每一条感测线的感测信号进行降频，以获得对应的降频信号，其中所述每一个降频信号为直流信号；
强度/相频转换器，根据所述每一个降频信号产生对应的相频信号，其中所述每一个相频信号的频率与相位的至少其中之一相关于对应的所述降频信号的电平；以及
相频解析单元，依照所述每一个相频信号获得对应的所述感测线的一信号量。
16.根据权利要求15所述的触控感测系统，其特征在于，所述降频电路包括：
混波器，将所述每一个感测信号与驱动信号进行混波，以获得对应的混波信号；以及
低通滤波器，对所述每一个混波信号进行低通滤波，以产生对应的所述降频信号。
17.根据权利要求15所述的触控感测系统，其特征在于，所述降频电路包括：
对数运算放大电路，将所述每一个感测信号进行对数运算，以获得对应的平方信号；以及
低通滤波器，对所述每一个平方号进行低通滤波，以产生对应的所述降频信号。
18.根据权利要求15所述的触控感测系统，其特征在于，其中所述强度/相频转换器为电压控制震荡电路，且所述相频解析单元为频率计数器或频率判别器。
19.根据权利要求15所述的触控感测系统，其特征在于，所述触控感测系统更包括：
微控制单元，根据所述相频解析单元所产生的信号量来判断所述每一感测线的信号变化量以决定使用者于所述触控面板上所触碰的触碰区域。
20.根据权利要求19所述的触控感测系统，其特征在于，所述感测电极阵列控制电路适用于多模操作的触控感测系统，其中所述微控制单元判断用以触碰所述触控面板的工具为提供所述驱动信号的主动式触控笔、所述使用者的手指或被动式触控笔。
21.根据权利要求20所述的触控感测系统，其特征在于，当用以触碰所述触控感测系统的工具为所述使用者的手指或被动式触控笔时，所述微控制单元提供多个驱动信号给所述触控面板的多条驱动线，当所述工具为用以提供所述驱动信号的主动式触控笔时，所述降频电路更根据每一条所述驱动线的驱动线信号进行降频，以获得对应的降频信号。
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