CN103164075A - 感测装置、触控感测系统及显示装置 - Google Patents

感测装置、触控感测系统及显示装置 Download PDF

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Abstract

一种感测装置、触控感测系统及显示装置，包含选择单元、感测模块和侦测模块。选择单元根据至少一选择控制信号来选择触控感测系统所产生的其中两个触控信号。感测模块用以根据一第一控制信号组的控制，比较上述两个触控信号，以产生一第一微分信号。根据一第二控制信号组的控制，侦测装置接收第一微分信号，以产生一平均感测值和一参考值，再进一步比较平均感测值和参考值，来产生一第二微分信号。借此，触控感测系统利用第二微分信号，即可判断使用者触控的位置。

Description

感测装置、触控感测系统及显示装置
技术领域
本发明是关于一种显示装置，特别是一种感测装置，用于侦测显示装置的触控感测系统所产生的触控信号。
背景技术
随着科技的发展，触控显示装置已被广泛地使用在各种不同的电子装置上。一般来说，触控显示装置通常包含一触控界面、一感测装置和一模拟数字转换器。
触控界面提供多个信号产生单元。当使用者透过一外部物件(例如：手指)来碰触此触控显示装置的表面或在触控显示装置的表面上滑动时，信号产生单元将产生触控信号，并传送至一感测装置。
感测装置提供多个感测线，并且每一个感测线对应于其中一个信号产生单元。感测装置会比较其中一个感测线和一相邻的另一个感测线所传递的信号，来判断是否有任何触碰行为发生在其中一个感测线上。感测装置比较两个相邻的感测线所传递的两个信号，以产生一比较信号。模拟数字转换器会进一步将此比较信号转换成多个连续的信号值。借着比较在外部物件靠近或触碰触控显示装置之前或之后所产生的信号值，将可以侦测出外部物件靠近或触碰的位置。
发明内容
本发明所揭露的用以侦测由一触控感测系统的触控界面产生的N个触控信号的感测装置，其包含一选择元件、一感测模块和一侦测模块。
选择元件根据至少一个选择控制信号，由N个触控信号中选择其中第i个触控信号和第(i+1)个触控信号。感测模块串联于选择元件，且包含一第一微分放大器，用以比较所选择的两个触控信号，并根据一第一控制信号组的控制，产生一第一微分信号。侦测模块串联于感测模块，用以根据一第二控制信号组的控制，将第一微分信号转变为一平均感测值和一参考值，并且比较平均感测值和参考值，以产生一第二微分信号。其中，N为正整数，i为介于1至(N-1)之间的正整数。
本发明所揭露的触控感测系统包含上述的感测装置及触控界面。触控界面串联于选择元件，并且包含N个感测电容电路，用以提供上述N个感测信号至选择单元。
此外，本发明更揭露一显示装置。此显示装置包含上述所揭露的触控感测系统。
根据上述本发明所揭露的感测装置，通过上述的参考电压调整模拟数字转换器的调整范围，和补偿模拟数字转换器的偏移量。借此，第二微分信号可集中在一特定的电压范围，使得模拟数字转换器获得较高的解析能力，以提高感测装置侦测的准确性。
有关本发明的特征、实作与功效，兹配合附图作最佳实施例详细说明如下。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的触控感测系统的方块示意图；
图2为根据本发明图1的一实施例的感测模块的电路结构图；
图3A为根据本发明图1的一实施例的控制模块的电路结构图；
图3B为根据本发明图1的另一实施例的控制模块的电路结构图；
图4为根据本发明图1的触控感测系统的时序图；
图5为根据本发明图1的另一实施例的侦测模块的电路结构图；
图6为根据本发明图5的触控感测系统的时序图。
其中，附图标记：
10  触控感测系统             11  触控界面
111 第一感测电容电路         112 第二感测电容电路
12  感测装置                 13  选择元件
14  感测模块                 141、142 充电保持电路
143 微分放大器               15、25 侦测模块
16、26  控制模块            161、261  微分放大器
162、262  模拟数字转换器    163、263  时钟脉冲控制器
110、210  积分器            120、220  缓冲放大器
130、230  感测积分单元      140、240  微分放大器
150、250  充电维持电路      K1、K2、K(N-1) 开关
W1~W12开关                  SW1~SW8 开关
CA、CB、CK1、CK2 电容
CD1、CD2、CS1、CS2、CS(N-1)、CI 电容
D1    第一微分信号           D2 第二微分信号
SI(i) 选择控制信号           Vref 参考电压
En    启动信号               Q1、Q5、P1、P4 第一控制信号
Q2、Q6、P2、P5    第二控制信号
Q3、Q7、P3、P6    第三控制信号
Q4   第四控制信号        CLK  时钟脉冲信号
I 系统电源               Re   重置信号
具体实施方式
以下将介绍根据本发明一实施例的组装结构的结构示意，请同时参照图1、图2及图4A，图1为本发明一实施例的组装结构的俯视图，图2为本发明一实施例的组装结构的仰视图。图4A为本发明一实施例的组装结构的退出第一作动侧视图。
本提案提供一种触控感测系统，此系统可应用于具有一触控界面的装置中或任何系统中。当使用者触摸触控界面时，触控感测系统可以透过此触控界面产生多个感测信号。
请参照图1所示，其为根据本发明一实施例的触控感测系统的方块示意图。触控感测系统10包含一触控界面11、一感测装置12和一控制模块16。触控界面11可以为但不限于触控面板，且包含N个感测线上的N个感测电容，其中N为一正整数。当使用者触摸此触控界面11时，N个感测线将产生N个触控信号，而此N个触控信号将被传送至感测装置12。
感测装置12包含一选择单元13、一感测模块14和一侦测模块15。感测装置12根据选择控制信号SI(i)和选择控制信号SI(i+1)透过选择单元13由触控界面11选择其中两个触控信号，以进一步通过比较其中一个选择的感测线和一相邻的感测线的触控信号，来判断所选择的感测线上是否有触碰发生。i为介于1至(N-1)间的一正整数。每一个感测线包含一感测电容。产生上述两个选择的触控信号的两个感测电容彼此相邻。选择单元13可为但不限于一多工器、一逻辑电路或其他具有选择功能的装置。
感测模块14连结于选择单元13，用以接收两个选择的触控信号，并比较两个选择的触控信号，以产生一第一微分信号D1。侦测模块15连结于感测模块14，用以根据第一微分信号D1，产生一平均感测值和一参考值，以进一步比较此平均感测值和此参考值，来获得一第二微分信号D2。控制模块16连结于侦测模块15，用以接收第二微分信号D2，并使第二微分信号D2数字化，以产生多个控制信号。
请参考图2所示，其在一实施例中，感测模块14，如图2所示，包含充电保持电路141和142和一微分放大器143。充电保持电路141连结于微分放大器143，以及透过一开关SW7电性连结于感测电容电路111。充电保持电路142连结于微分放大器143，以及透过一开关SW8电性连结于感测电容电路112。
在一实施例中，感测电容电路111、充电保持电路141和开关SW7间的运作和连接关系可形成一第一感测线；感测电容电路112、充电保持电路142和开关SW8间的运作和连接关系可形成一第二感测线。
感测电容电路111包含一电容CA和一并联于电容CA的开关SW1。感测电容电路112包含一电容CB和一并联于电容CB的开关SW2。电容CA和CB设置于但不限于触控界面11中。感测电容电路111透过开关SW5电性连结于系统电源I，感测电容电路112透过开关SW6电性连接于系统电源I。
充电保持电路141包含一电容CK1和一并联于电容CK1的开关SW3。充电保持电路142包含一电容CK2和一并联于电容CK2的开关SW4。
当开关SW3不导通而开关SW7导通时，其中一个所选择的触控信号将对电容CK1充电，以保持此触控信号。电容CK1两端的充电电压将成为微分放大器143的负极端的输入电压。当开关SW3导通而开关SW7不导通时，电容CK1将放电。
当开关SW4不导通而开关SW8导通时，另一个所选择的触控信号将对电容CK2充电，以保持此另一个触控信号。电容CK2两端的充电电压将成为微分放大器143的正极端的输入电压。当开关SW4导通而开关SW8不导通时，电容CK2将放电。
此外，充电保持电路141和142同步运作。开关SW3和SW4同步导通或不导通，开关SW7和SW8同步导通或不导通。当微分放大器143同时接收到两个选择的触控信号时，将产生第一微分信号D1。
在一实施例中，侦测模块15，如图1所示，包含一积分器110、一缓冲放大器120、一感测积分单元130、一微分放大器140和一充电保持电路150。
积分器110连结于感测模块14，用以接收第一微分信号D1，并产生一平均感测值。缓冲放大器120连结于感测模块14，以及并联于积分器110，用以接收第一微分信号D1，以产生一参考值。缓冲放大器120可平衡积分器110，使积分器110和缓冲放大器120的输出具有相同的充电负载阶数，以释放微分放大器140的输入范围。
感测积分单元130分别透过开关W3并联于积分器110，以及透过开关W5并联于微分放大器140的负极端。开关W3和W5彼此串联。在一实施例中，感测积分单元130包含一开关W1和(N-1)个充电保持电路。开关W1并联于上述(N-1)个充电保持电路的每一个充电保持电路。每一个充电保持电路包含一电容，如电容CS1、CS2或CS(N-1)所示，和一开关，如开关K1、K2或K(N-1)所示，其中此电容串联于此开关。开关K1、K2或K(N-1)的运作将分别控制电容CS1、C2或CS(N-1)的运作，如图4所示。
充电保持电路150透过开关W4并联于缓冲放大器120，以及透过开关W6并联于微分放大器140的正极端。开关W4和W6彼此串联。充电保持电路150包含一开关W2和一并联于开关W2的电容CD1。
请参考图3A，其为根据本发明图1的一实施例的控制模块的电路结构图。控制模块16包含一微分放大器161、一模拟数字转换器162和一时钟脉冲控制器163。微分放大器161连结于感测装置12，用以接收一参考电压Vref和感测装置12提供的第二微分信号D2，来产生一第三微分信号。
模拟数字转换器162连结于微分放大器161，用以接收上述第三微分信号，并将第三微分信号转换成一数字信号。其中，上述的参考电压Vref用以调整模拟数字转换器162的调整范围以及补偿模拟数字转换器162的偏移量。因此，当第二微分信号D2的微分结果集中在一特定的电压范围时，模拟数字转换器162将获得较高的解析能力。上述获得较高解析能力的特性将发生于当积分器110将感测结果均等化时。
时钟脉冲控制器163连结于模拟数字转换器162，用以透过一启动信号En来启动模拟数字转换器162，并且根据上述的数字信号和一时钟脉冲信号CLK，产生一第一控制信号组和一第二控制信号组。
在一实施例中，第一控制信号组包含一第一控制信号P1、一第二控制信号P2和一第三控制信号P3，用以触控界面11和控制感测模块14的运作。第二控制信号组包含一第一控制信号Q1、一第二控制信号Q2、一第三控制信号Q3和一第四控制信号Q4，用以控制侦测模块15的运作。
第一控制信号P1用以控制图2的开关SW1、SW2、SW3和SW4的运作。当第一控制信号P1为高位准(ON)时，开关SW1、SW2、SW3和SW4将导通；反之，开关SW1、SW2、SW3和SW4将不导通。第二控制信号P2用以控制图2的开关SW5和SW6的运作。当第二控制信号P2为ON时，开关SW5和SW6导通；反之，开关SW5和SW6将不导通。第三控制信号P3用以控制图2的开关SW7和SW8的运作。当第三控制信号P3为ON时，开关SW7和SW8导通；反之，开关SW7和SW8将不导通。
第一控制信号Q1用以控制图1的开关W1的运作。当第一控制信号Q1为ON时，开关W1为导通；反之，开关W1不导通。第二控制信号Q2用以控制图1的开关W2的运作。当第二控制信号Q2为ON时，开关W2为导通；反之，开关W2不导通。第三控制信号Q3用以控制图1的开关W3和W4的运作。当第三控制信号Q3为ON时，开关W3和W4为导通；反之，开关W3和W4不导通。第四控制信号Q4用以控制图1的开关W5和W6的运作。当第四控制信号Q4为ON时，开关W5和W6为导通；反之，开关W5和W6不导通。
请参考图4所示，其为根据本发明图1的触控感测系统的时序图。开关K1至K(N-1)受控于上述的选择控制信号SI(i)。在一实施例中，当i为1时，开关K1被选择且会根据选择控制信号SI1的控制来运作。
当开关W3和开关K1皆导通时，积分器110的输出信号(平均感测值)会对电容CS1充电。此时，当开关W5也导通时，电容CS1两端的充电电压将成为微分放大器140的负极端的输入电压。
当开关W4导通时，缓冲放大器120的输出电压(参考值)会对电容CD1充电。此时，当开关W6也导通时，电容CD1两端的充电电压将成为微分放大器140的正极端的输入电压。
当微分放大器140同时接收上述的平均感测值和参考值时，将产生第二微分信号D2。然而，当开关W1和W2导通而开关W3、W4、W5和W6不导通时，已充电的电容CS1将透过接地的开关W1放电，已充电的电容CD1将透过接地的开关W2放电。
请参考图5所示，其为本发明图1的另一实施例的侦测模块的电路结构图。侦测模块25包含一积分器210、一缓冲放大器220、一感测积分单元230、一微分放大器240和一充电保持电路250。
积分器210连结于图1的感测模块14，用以接收第一微分信号D1，并产生一平均感测值。缓冲放大器220连结于感测模块14且并联于积分器210，用以接收第一微分放大器D1，并产生一参考值。缓冲放大器220可用来平衡积分器210。借此，积分器210和缓冲放大器220的输出皆具有相同的充电负载阶数，以释放微分放大器240的输入范围。
感测积分单元230透过开关W9并联于积分器210，且透过开关W11并联于微分放大器240的负极端。开关W9和W11相互串联。充电保持电路250透过开关W10并联于换冲放大器220，且透过开关W12并联于微分放大器240的正极端。开关W10和W12相互串联。
感测积分单元230包含一开关W7和一电容CI(一充电保持电路)。开关W7并联于电容CI。充电保持电路250包含一开关W8和电容CD2。开关W8并联于电容CD2。
当开关W9导通时，积分器210输出的平均感测值将对电容CI充电。当开关11导通时，电容CI两端之间的充电电压为微分放大器240的负极端的输入电压。当开关W10导通时，缓冲放大器220输出的参考值将对电容CD2充电。当开关W12导通时，电容CD2两端之间的充电电压为微分方大器240的正极端的输入电压。微分放大器240同步接收上述的平均感测值和参考值，并产生第二微分信号D2。
另一方面，当开关W7和W8根据图1的控制模块16提供的重置信号Re的控制而导通，且开关W9、W10、W11和W12不导通时，电容CI将透过接地的开关W7放电，电容CD则透过接地的开关W8放电。在此实施例中，每一个开关及信号控制的详细说明将记载于图3B和图6。
请参考图3B，其为根据本发明图1的另一实施例的控制模块的电路结构图。控制模块26包含一微分放大器261、一模拟数字转换器262和一时钟脉冲控制器263。
微分放大器261连结于感测装置12，用以接收第二微分信号D2，以进一步根据第二微分信号D2和用来调整补偿的参考电压Vref来产生一第三微分信号。参考电压Vref是用以调整模拟数字转换器162的调整范围，以及补偿其偏移量。借此，当第二微分信号D2的微分结果集中在特定的电压范围，并且图5的积分器210将感测结果均分时，模拟数字转换器162便可达到较高的解析度。
模拟数字转换器263连结于微分放大器261，用以接收微分放大器261输出的第三微分信号，并且将第三微分信号由模拟型态转换成数字型态(一数字信号)。
时钟脉冲控制器263连结于模拟数字放大器262，用以透过启动信号En来启动模拟微分放大器262，以及根据一时钟脉冲信号CLK和模拟数字转换器262输出的数字信号来产生一第一控制信号组和一第二控制信号组。
第一控制信号组包含一第一控制信号P4、一第二控制信号P5和一第三控制信号P6，用以控制图2的触控界面11和感测模块14的运作。第二控制信号组包含一第一控制信号Q5、一第二控制信号Q6和一第三控制信号Q7，用以控制图5的侦测模块25的运作。而此实施例中的每一控制信号的运作详细说明将记载于图6中。
当第一控制信号P4为ON时，图2的开关SW1至SW4导通；反之，开关SW1至SW4不导通。当第二控制信号P5为ON时，图2的开关SW5和SW6导通；反之，开关SW5和SW6不导通。当第三控制信号P6为ON时，图2的开关SW7和SW8导通；反之，开关SW7和SW8不导通。
当第一控制信号Q5为ON时，图5的开关W8导通；反之，开关W8不导通。当第二控制信号Q6为ON时，图5的开关W9和W10导通；反之，开关W9和W10不导通。当第三控制信号Q7为ON时，图5的开关W11和W12导通；反之，开关W11和W12不导通。
此外，重置信号Re用以控制图5的开关W7。当重置信号Re在触控感测系统10运作的初期为ON时，开关W7导通。然而，当重置信号Re变为低位准(OFF)时，开关W7不导通。
透过上述所揭露各实施例的运作，本提案的触控感测系统可达到感应使用者的触控行为，以及达到侦测触控的位置的目的。

Claims (12)

1.一种感测装置，用以判断N个触控信号，N为一正整数，其特征在于，该感测装置包含：
一选择元件，用以根据至少一个选择控制信号，由该N个触控信号中选择一第i个触控信号和一第(i+1)个触控信号，i为介于1到(N-1)之间的一正整数；
一感测模块，连接该选择元件，且包含一第一微分放大器，用以比较该第i个触控信号和该第(i+1)个触控信号，来产生一第一微分信号；以及
一侦测模块，连接该感测模块，用以透过一信号处理手段，转换该第一微分信号而产生一平均感测值和一参考值，并且比较该平均感测值和该参考值，以产生一第二微分信号。
2.如权利要求1所述的感测装置，其特征在于，该感测模块更包含：
一第一感测线，包含：
一第一开关；以及
一第一充电保持电路，连接该第一开关的一端，其中当该第一开关导通时，该第i个触控信号对该第一充电保持电路充电；以及
一第二感测线，包含：
一第二开关，其一端并联于该第一开关的另一端；以及
一第二充电保持电路，连接该第二开关的另一端，其中当该第二开关导通时，该第(i+1)个触控信号对该第二充电保持电路充电；
其中，该第一开关和该第二开关同时导通，以及该第一充电保持电路和该第二充电保持电路同步运作。
3.如权利要求1所述的感测装置，其特征在于，该侦测模块包含：
一积分器，用以对该第一微分信号积分并产生该平均感测值；
一缓冲放大器，用以接收该第一微分信号并产生该参考值；以及
一第二微分放大器，用以同步接收该平均感测值和该参考值，并产生该第二微分信号；
其中，该积分器与该缓冲放大器同步运作。
4.如权利要求3所述的感测装置，其特征在于，该侦测模块更包含：
一感测积分单元，包含：
一第一充电保持电路，分别透过一第一开关并联于该积分器，透过一第二开关并联于该第二微分放大器，其中该第一开关连接该第二开关，当该第一开关导通时，该平均感测值对该第一充电保持电路充电，当该第二开关导通时，该第二微分放大器获得该平均感测值；以及
一第二充电保持电路，分别透过一第三开关并联于该缓冲放大器，以及透过一第四开关并联于该第二微分放大器，其中该第三开关连接该第四开关，当该第三开关导通时，该参考值对该第二充电保持电路充电，以及当该第四开关导通时，该第二微分放大器获得该参考值；
其中，该第一开关和该第三开关同步导通，该第二开关和该第四开关同步导通，以及该第一充电保持电路和该第二充电保持电路同步运作。
5.如权利要求3所述的感测装置，其特征在于，该侦测模块更包含：
一感测积分单元，包含：
多个相互并联的第一充电保持电路，分别透过一第一开关并联于该积分器，透过一第二开关并联于该第二微分放大器，其中该第一开关连接该第二开关，当该第一开关导通时，该平均感测值对其中一该第一充电保持电路充电，以及当该第二开关导通时，该第二微分放大器获得该平均感测值；以及
一第二充电保持电路，分别透过一第三开关并联于该缓冲放大器，以及透过一第四开关并联于该第二微分放大器，其中该第三开关连接该第四开关，当该第三开关导通时，该参考值对该第二充电保持电路充电，以及当该第四开关导通时，该第二微分放大器获得该参考值；
其中，该第一开关和该第三开关同步导通，该第二开关和该第四开关同步导通，以及该其中一个第一充电保持电路和该第二充电保持电路同步运作。
6.一触控感测系统，其特征在于，包含：
一触控界面，包含N个感测电容电路，用以提供N个触控信号，N为一正整数；
一感测装置，连接该触控界面，包含：
一选择元件，用以根据至少一选择控制信号，由该N个触控信号中选择一第i个触控信号和一第(i+1)个触控信号，i为介于1至(N-1)间的一正整数；
一感测模块，连接该选择元件，且包含一第一微分放大器，该感测模块用以根据一第一控制信号组的控制，比较该些选择的触控信号，并产生一第一微分信号；以及
一侦测模块，连接该感测模块，用以根据一第二控制信号组的控制，透过一信号处理手段，将该第一微分信号转换成一平均感测值和一参考值，并且比较该第一平均感测值和该参考值，以产生一第二微分信号；以及
一控制模块，连接该侦测模块，用以根据该第二微分信号产生该第一控制信号组和该第二控制信号组。
7.如权利要求6所述的触控感测系统，其特征在于，该感测模块更包含：
一第一感测线，包含：
一第一开关；以及
一第一充电保持电路，连接该第一开关的一端，其中当该第一开关导通时，该第i个触控信号对该第一充电保持电路充电；以及
一第二感测线，包含：
一第二开关，其一端并联于该第一开关的另一端；以及
一第二充电保持电路，连接该第二开关的另一端，其中当该第二开关导通时，该第(i+1)个触控信号对该第二充电保持电路充电；
其中，该第一开关和该第二开关同时导通，以及该第一充电保持电路和该第二充电保持电路同步运作。
8.如权利要求6所述的触控感测系统，其特征在于，该侦测模块包含：
一积分器，连结于该感测模块，用以对该第一微分信号积分，以产生该平均感测值；
一缓冲放大器，并联于该积分器，用以放大该第一微分信号，以产生该参考值，其中该参考值与该平均感测值具有相同的倍数；以及
一第二微分放大器，用以同时接收该平均感测值和该参考值，以产生该第二微分信号；
其中该积分器和该缓冲放大器同步运作。
9.如权利要求8所述的触控感测系统，其特征在于，该侦测模块更包含：
一感测积分单元，包含：
一第一充电保持电路，分别透过一第一开关并联于该积分器，以及透过一第二开关并联于该第二微分放大器，其中该第一开关连接该第二开关，当该第一开关导通时，该平均感测值对该第一充电保持电路充电，以及当该第二开关导通时，该第二微分放大器获得该平均感测值；以及
一第二充电保持电路，分别透过一第三开关并联于该缓冲放大器，以及透过一第四开关并联于该第二微分放大器，其中该第三开关连接该第四开关，当该第三开关导通时，该参考值对该第二充电保持电路充电，当该第四开关导通时，该第二微分放大器获得该参考值；
其中，该第一开关和该第三开关同步运作，该第二开关和该第四开关同步运作，以及该第一充电保持电路和该第二充电保持电路同步运作。
10.如权利要求8所述的触控感测系统，其特征在于，该侦测模块更包含：
一感测积分单元，包含：
多个相互并联的第一充电保持电路，分别透过一第一开关并联于该积分器，以及透过一第二开关并联于该第二微分放大器，其中该第一开关连接该第二开关，该第一开关导通时，该平均感测值对其中一个第一充电保持电路充电，以及当该第二开关导通时，该第二微分放大器获得该平均感测值；以及
一第二充电保持电路，分别透过一第三开关并联于该缓冲放大器，透过一第四开关并联于该第二微分放大器，其中当该第三开关导通时，该参考值对该第二充电保持电路充电，以及当该第四开关导通时，该第二微分放大器获得该参考值；
其中，该第一开关和该第三开关同步运作，该第二开关和该第四开关同步运作，以及该其中一个第一充电保持电路和该第二充电保持电路同步运作。
11.如权利要求6所述的触控感测系统，其特征在于，该控制模块包含：
一第三微分放大器，用以利用一参考电压来补偿该第二微分信号，以产生一第三微分信号；
一模拟数字转换器，用以将该第三微分信号转换成一数字信号；以及
一时钟脉冲控制器，用以根据该数字信号和一时钟脉冲信号，产生该第一控制信号组和该第二控制信号组。
12.一种显示装置包含如权利要求6所述的该触控感测系统。
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