CN104808880B - 触摸检测电路以及具备该触摸检测电路的半导体集成电路 - Google Patents
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Abstract
公开了一种触摸检测电路以及具备该触摸检测电路的半导体集成电路。与一边使用电容值小的校准电容一边从计量的传感器电容的电容值减去非触摸时的传感器电容的电容值同样地，以高检测灵敏度使检测电路进行动作。触摸检测电路具备：能够经由端子与配置于触摸面板上的传感器电容连接的充电电路；检测电路；以及由与端子连接的校准电容和与端子连接并能够进行接通/断开控制的电流源构成的校准电路，该触摸检测电路如以下那样动作。首先，在通过充电电路将传感器电容充电至规定电压，之后在进行放电的过程中，放电的电荷量的一部分被使用于对校准电容充电，另一部分经由电流源放电，其余部分被输入到检测电路。检测电路对所输入的电荷量进行计量。
Description
技术领域
本发明涉及触摸检测电路以及具备该触摸检测电路的半导体集成电路，特别是能够适合利用于与重叠于显示面板而安装的触摸面板连接的触摸面板控制电路的发明。
背景技术
在使用于智能手机、平板终端的显示面板重叠安装触摸面板，通过由用户用手指等在显示画面上进行触摸(触碰或者描画)，从而能够操作设备。为了检测被触摸的位置，提出了多种方式。例如，在静电电容方式中，通过检测在触摸面板上矩阵状地配置的传感器电容因手指等接近而发生的静电电容值的变化，从而检测被触摸的坐标。静电电容方式存在互电容方式和自电容方式。在互电容方式中，将形成传感器电容的电极的一方作为发送侧，将另一方作为接收侧，利用在发送侧与接收侧之间产生的耦合电容值因手指等接近而减少的现象。在自电容方式中，将传感器电容的一个电极作为接地电位，利用把因接地的人体的手指等接近而产生的电容的量相加到传感器电容从而该电容值增加的现象。
在专利文献1公开了自电容方式的触摸检测电路。X方向的电极和Y方向的电极被分别排列成格子状，在交叉点形成传感器电容。对根据X方向和Y方向的电极组合选择的电容进行充电动作以及之后的放电动作，检测静电电容值的变化。
在专利文献2公开了组合自电容方式与互电容方式的触摸检测电路。在根据自电容方式检测出多点触摸的情况下，集中于其触摸电极而根据互电容方式进行触摸坐标的检测。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2011-14527号公报。
专利文献2：特开2013-242699号公报。
发明内容
发明要解决的课题
本发明人对专利文献1和2进行研究的结果得知了具有以下那样的新课题。
在自电容方式中，连接于传感器电容的触摸检测电路构成为包含对传感器电容进行充电的电压施加电路以及被输入放电时的模拟信号的检测电路。检测电路在积蓄于传感器电容的电荷进行放电时通过对该电荷量进行计量，从而实质地对传感器电容的大小(电容值)进行计量。在自电容方式中，由于传感器电容的电容值因触摸而有效地增加，因此在触摸和非触摸检测中，其增加量为检测对象。为了更有效率地检测由触摸所致的电容值的增加量，可以从计量的传感器电容的电容值减去非触摸时的传感器电容的电容值。为此，已知有把与非触摸时的传感器电容相同程度大小(电容值)的电容(capacitor(电容器)、condenser(电容件))作为校准电容而连接的技术。在专利文献1中，电容器8相当于这种电容。
由于这样的校准电容寻求与非触摸时的传感器电容相同程度的大小(电容值)，因此难以在半导体集成电路(IC：Integrated Circuit，集成电路)内集成。例如在专利文献1中，将触摸电极的电容值设为10pF，将电容器8的电容值设为1～50pF，连接(外置)于触摸传感器用IC的外部(该文献第0019段～第0020段)。在触摸检测电路为了同时感测多个传感器电容而具备多个检测电路的情况下，由于需要具备同一数量的校准电容，因此集成化变得更加困难。此时，为了外置校准电容，成为需要很多端子并且需要用于安装校准电容的基板上的安装面积。
本发明的目的在于，与一边使用电容值小的校准电容一边从计量的传感器电容的电容值减去非触摸时的传感器电容的电容值同样地以高检测灵敏度使检测电路进行动作。
虽然以下说明用于解决这样的课题的方案，但是根据本说明书的记述和随附附图将会明了其它课题和新特征。
用于解决课题的方案根据一个实施方式为按如下记载那样。
即，触摸检测电路具备：能够经由端子与配置于触摸面板上的传感器电容连接的充电电路；检测电路；以及由与所述端子连接的校准电容和连接于所述端子并能够进行接通/断开控制的电流源构成的校准电路，该触摸检测电路如以下那样进行动作。
首先，在通过充电电路将传感器电容充电至规定电压、此后进行放电的过程中，检测放电的电荷量，由此对传感器电容的电容值进行计量。基于对非触摸时的电容值的增加量来判定触摸/非触摸。此时，把被放电的电荷量的一部分使用于对所述校准电容进行充电，把另一部分经由所述电流源进行放电，把其余的部分输入到所述检测电路。所述检测电路对所输入的电荷量进行计量。
首先，在通过充电电路将传感器电容预充电或者放电至规定电压、此后进行充电的过程中，也可以通过检测为了充电而供给的电荷量，从而对传感器电容的电容值进行计量。此时，输入到检测电路的电荷量为负值，为了减少该电荷量的绝对值，也可以构成为为了对传感器电容进行充电而对校准电容追加预先充电的电荷量和从电流源供给的电荷量。
发明的效果
如果简单地说明通过所述一个实施方式得到的效果则为按如下那样。
即，能够与一边使用电容值小的校准电容一边从计量的传感器电容的电容值减去非触摸时的传感器电容的电容值同样地以高检测灵敏度使检测电路进行动作。
附图说明
图1是示出作为本发明所应用的电子设备的一个例子的显示和输入装置的整体结构的框图。
图2是例示触摸面板的电极结构的平面图。
图3是例示显示面板的电极结构的平面图。
图4是例示触摸面板控制器的整体结构的框图。
图5是示出触摸面板的等效电路和触摸检测电路的一个例子的框图。
图6是部分地例示本发明的触摸检测电路的结构的电路图。
图7是例示图6的触摸检测电路的动作的时序图。
图8是部分地例示本发明的触摸检测电路的另一结构的电路图。
图9是例示图8的触摸检测电路的动作的时序图。
具体实施方式
1.实施方式的概要
首先，概要说明在本申请中公开的代表性实施方式。在与代表性实施方式有关的概要说明中附加括弧来参照的附图中的参照标记只不过例示被包含于附加了该参照标记的结构要素的概念的结构要素。
[1]<由引出放电电荷所致的校准电容减低>
在本申请中公开的代表性实施方式的触摸检测电路(301)具备：能够经由端子(Xn)与配置于触摸面板(1)上的传感器电容(Cxy)连接的充电电路(11)；检测电路(10)、以及由连接于所述端子的校准电容(Cc)和连接于所述端子并能够进行接通/断开控制的电流源(13)构成的校准电路(12)，如以下那样构成(参照图6、图7)。
所述充电电路能够在第一期间(a；t0～t1)对所述传感器电容进行充电。所述触摸检测电路能够在所述第一期间之后的第二期间(g；t1～t5)对所述传感器电容进行放电。在包含于所述第二期间的第三期间(t2～t4)，通过从所述传感器电容放电的电荷的一部分对所述校准电容进行充电。在包含于所述第二期间的第四期间(e；t2～t3)，把从所述传感器电容放电的电荷的另一部分经由所述电流源进行放电。在所述第二期间把从所述传感器电容放电的电荷中其余的电荷输入到所述检测电路，所述检测电路构成为能够对所输入的电荷量进行计量。
由此，能够与一边使用电容值小的校准电容一边从计量的传感器电容的电容值减去非触摸时的传感器电容的电容值同样地以高检测灵敏度使检测电路进行动作。在第二期间将从传感器电容放电的电荷的一部分经由电流源进行放电，将另一部分使用于对校准电容进行充电，将其余的电荷量输入到检测电路。将经由电流源放电的电荷量与充电到校准电容的电荷量之和设定为与从非触摸时的传感器电容的电容值放电的电荷量大致相同的值，由此仅把与通过触摸增加的传感器电容的电容值对应的电荷量输入到检测电路。此时，因为由电流源的电流值和所述第四期间的积来规定经由电流源放电的电荷量，所以将该值尽可能设定为接近从非触摸时的传感器电容的电容值放电的电荷量的值，由此校准电容的电容值能够取小的值即可。电流源、其动作期间(第四期间)的控制电路能够在IC芯片上以远比电容器小的面积进行安装，适于集成化。
[2]<检测电路＝积分电路>
在项目1中，所述充电电路具备：在所述第一期间输出第一电压(Vcharge)、在所述第二期间输出低于所述第一电压的第二电压(VHSP)的电压源(例如由电压跟随器AMP2生成/输出的VSLF)；以及在所述电压源的输出与所述端子之间连接的第一开关(S4)。所述检测电路构成为包含在正极侧输入施加所述第二电压的运算放大器(AMP1)、在所述运算放大器的负极侧输入与输出之间连接的积分电容(Cs1)、以及在所述端子与所述运算放大器的负极侧输入之间连接的第二开关(S2)。所述校准电容连接于所述端子与所述电压源之间。
由此，检测电路构成为积分电路，能够将包含校准电容在内的触摸检测电路整体安装为集成电路(IC)。
[3]<触摸面板控制器>
在项目1或者项目2中，所述触摸面板具备多个传感器电容，触摸面板控制器(TPC；3)具备：与所述多个传感器电容对应的多组充电电路(11_1～11_n)、检测电路(10_1～10_n)和校准电路(12_1～12_n)；能够分别保持所述多个检测电路的输出的多个取样保持电路(SH；302)；从所述多个取样保持电路的输出中选择一个输出而输出的选择器(SLCT；303)；以及将所述选择器的输出变换为数字值(Dout)而输出的模拟/数字变换电路(ADC；304)。
由此，能够提供能够与具备多个传感器电容的触摸面板连接而进行动作的触摸检测电路(301)以及包含该触摸检测电路(301)的触摸面板控制器(TPC；3)。
[4]<由追加充电电荷所致的校准电容减低>
在本申请中公开的代表性实施方式的触摸检测电路(301)具备：能够经由端子(Xn)与配置于触摸面板(1)上的传感器电容(Cxy)连接的放电电路(11)；检测电路(10)；以及由连接于所述端子的校准电容(Cc)和连接于所述端子并能够进行接通/断开控制的电流源(13)构成的校准电路(12)，如以下那样构成(参照图8、图9)。
所述放电电路能够在第一期间(a；t0～t1)将所述传感器电容放电。所述触摸检测电路在所述第一期间之后的第二期间(g；t1～t5)能够对所述传感器电容充电。在包含于所述第二期间的第三期间(t2～t4)，所述校准电容由于被充电到所述传感器电容的电荷的一部分而进行放电。在包含于所述第二期间的第四期间(e；t2～t3)，从所述电流源供给充电到所述传感器电容的电荷的另一部分。在所述第二期间，充电到所述传感器电容的电荷中的其余的电荷作为负的电荷量输入到所述检测电路，所述检测电路构成为能够对所输入的所述电荷量进行计量。
由此，能够与一边使用电容值小的校准电容一边从计量的传感器电容的电容值减去非触摸时的传感器电容的电容值同样地以高检测灵敏度使检测电路进行动作。在第二期间，电到传感器电容的电荷的一部分被从电流源供给，另一部分通过从校准电容放电而被供给，其余的电荷量作为负的电荷量而输入到检测电路。把从电流源供给的电荷量与从校准电容供给的电荷量之和设定为与用于对非触摸时的传感器电容的电容值进行充电的电荷量大致相同的值，由此仅把与通过触摸增加的传感器电容的电容值对应的电荷量作为负的电荷量而输入到检测电路。此时，因为由电流源的电流值和所述第四期间的积来规定从电流源供给的电荷量，所以将该值尽可能设定为接近用于对非触摸时的传感器电容的电容值进行充电的电荷量的值，由此校准电容的电容值能够取小的值即可。电流源、其动作期间(第四期间)的控制电路能够在IC芯片上以远比电容器小的面积进行安装，适于集成化。
[5]<检测电路＝积分电路>
在项目4中，所述充电电路具备：在所述第一期间输出第一电压(Vcharge)、在所述第二期间输出高于所述第一电压的第二电压(VHSP)的电压源(例如由电压跟随器AMP2生成/输出的VSLF)；以及在所述电压源的输出与所述端子之间连接的第一开关(S4)。所述检测电路构成为包含在正极侧输入施加所述第二电压的运算放大器(AMP1)、在所述运算放大器的负极侧输入与输出之间连接的积分电容(Cs1)、以及在所述端子与所述运算放大器的负极侧输入之间连接的第二开关(S2)。所述校准电容在所述端子与所述电压源之间连接。
由此，检测电路构成为积分电路，能够将包含校准电容的触摸检测电路整体安装为集成电路(IC)。
[6]<+SH+选择器+ADC>
在项目4或者项目5中，所述触摸面板具备多个传感器电容，触摸面板控制器(TPC；3)具备：与所述多个传感器电容对应的多组放电电路(11_1～11_n)、检测电路(10_1～10_n)和校准电路(12_1～12_n)；能够分别保持所述多个检测电路的输出的多个取样保持电路(SH；302)；从所述多个取样保持电路的输出选择一个输出而输出的选择器(SLCT；303)；以及将所述选择器的输出变换为数字值而输出的模拟/数字变换电路(ADC；304)。
由此，能够提供能够与具备多个传感器电容的触摸面板连接而进行动作的触摸检测电路(301)以及包含该触摸检测电路(301)的触摸面板控制器(TPC；3)。
[7]<触摸面板控制器IC>
在本申请中公开的代表性实施方式的半导体集成电路是在单一半导体基板上具备项目3或者项目6所记载的触摸检测电路的半导体集成电路(3、101、102)。
由此，提供具备检测灵敏度高的触摸检测电路的触摸面板控制器IC。
[8]<显示驱动器+触摸面板控制器IC>
在项目7中，是在所述半导体基板上进一步具备显示驱动电路(DPC；4)的半导体集成电路(101、102)，该显示驱动电路(DPC；4)连接于与所述触摸面板重叠构成的显示面板(2)以能够驱动并控制所述显示面板。
由此，提供与由显示面板和触摸面板层叠而构成为一体的显示/触摸面板连接的集成的IC，使显示驱动与触摸感测控制相互协作变得容易。
[9]<显示驱动器+触摸面板控制器+微型计算机IC>
在项目8中，是在所述半导体基板上进一步具备微型控制器(SMPU；5)的半导体集成电路(102)，该微型控制器(SMPU；5)能够控制所述触摸检测电路，并能够读出基于所述检测电路的输出的数据。
由此，进一步提供微型控制器集成于同一芯片的IC，使显示驱动与触摸感测控制相互协作变得更容易，能够减轻外置的应用处理器的负担。
2.实施方式的详情进一步详细说明实施方式。
[实施方式1]
在图1例示应用本发明的显示和输入装置100的整体结构。该图示出的显示和输入装置100是本发明的电子设备的一个例子，构成例如PDA(Personal Digital Assistant：个人数字助理)、便携式电话机等便携式终端的一部分，具备触摸面板(TP)1、显示面板(DP)2、触摸面板控制器(TPC)3、显示面板控制器(DPC)4、子处理器(SMPU)5以及主处理器(HMPU)6。将触摸面板控制器3以及显示面板控制器4——进一步地根据需要包含子处理器5——形成在一个半导体芯片上，或者例如作为多芯片模块搭载于一个封装，能够实现为单一的半导体装置(IC)101或者102。虽然并不特别地限制，但是半导体装置(IC)101或者102例如使用公知的CMOSFET(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Field EffectTransistor：互补金属氧化物半导体场效应晶体管)LSI(Large Scale Integratedcircuit：大规模集成电路)的制造技术，形成在硅等单一半导体基板上。通过将触摸面板控制器3和显示面板控制器4安装为一个芯片的IC 101，从而在与由显示面板2和触摸面板1层叠而构成为一体的、例如内嵌(incell)类型的显示/触摸面板连接时，使显示驱动与触摸感测控制相互协作变得容易。另外，通过进一步将子处理器(SMPU)5集成于同一芯片102，从而使显示驱动与触摸感测控制相互协作变得更容易，能够减轻外置的主处理器(HMPU)6的负担。
在触摸面板1形成有多个传感器电容。触摸面板控制器3得到与各传感器电容中的电容分量的变动对应的检测数据。作为子系统用的微型处理器的子处理器(SMPU)5控制触摸面板1的驱动，进行从触摸面板控制器3取得的检测数据检测触摸的状态、坐标的处理。例如，对检测数据进行数字滤波运算，进行从由此去除了噪声的数据计算出电容值的二维分布的重心的运算，计算出触摸位置坐标。总之，为了示出在哪个位置的传感器电容中杂散电容变化、即使手指接近触摸面板1的哪个位置(是否触摸、是否发生接触事件)，运算发生接触事件时的位置坐标。
触摸面板1使用透过性(透光性)的电极、电介质膜构成，例如重叠于显示面板2的显示面而进行配置。触摸面板1与显示面板2还可以是安装成一体的内嵌结构，还可以是分别地制造而被重叠安装的外嵌(oncell)结构，还可以是将触摸面板1与设置于上表面的盖板玻璃一体化的盖板玻璃一体结构。
主处理器(HMPU)6生成显示数据，显示面板控制器4进行用于将从主处理器6收到的显示数据显示于显示面板2的显示控制。主处理器6从子处理器5取得发生接触事件时的位置坐标的数据，根据显示面板2中的位置坐标的数据与给予显示面板控制器4而显示的显示画面的关系，分析根据触摸面板1的操作的输入。
虽然并不特别地限制，但是通过在主处理器6内置或者连接分别省略图示的通信控制单元、图像处理单元、声音处理单元以及其它加速器等，从而例如构成便携式终端。
在图2例示触摸面板1的电极结构。在触摸面板1上形成有多个传感器电极。例如，形成在触摸面板1的横向方向上的很多驱动电极(Y电极)Y1～YM(还记为Y电极Ym)与形成在纵向方向上的很多检测电极(X电极)X1～XN(还记为X电极Xn)被相互电绝缘地构成，在X电极与Y电极的交叉部形成传感器电容。在自电容方式中，通过将一个电极的电位固定为规定的电位，对从另一个电极查看的传感器电容的电容值进行计量，从而进行与该传感器电容有关的触摸/非触摸的判断，或者根据电容值的二维分布进行触摸坐标的计算。虽然并不特别地限制，但是进一步地固定Y电极的电位而进行从X电极查看的传感器电容的触摸/非触摸检测，反过来固定X电极的电位而进行从Y电极查看的传感器电容的触摸和非触摸检测，由此还能够进行对二维传感器电容的触摸/非触摸的判断。另外，如果如上述那样构成触摸面板1，则能够组合互电容方式下的触摸/非触摸检测来进行实施。虽然在图2示出电极形状为菱形的触摸面板1，但是电极形状也可以为格子型等其它形状。
在图3例示显示面板2的电极结构。该图示出的显示面板2的显示尺寸例如被设为作为VGA的480RGB×640的规模。显示面板2配置有形成在横向方向上的作为扫描电极的栅极电极G1～G640以及形成在纵向方向上的作为信号电极的漏极电极D1～D1440，在其交叉点部分配置有与选择端子所对应的扫描电极连接、与输入端子所对应的信号电极连接的很多显示单元。例如按其排列顺序从显示面板控制器4施加扫描脉冲而驱动(扫描驱动)栅极电极G1～G640。与栅极电极的扫描驱动同步地对漏极电极D1～D1440供给扫描驱动线的灰度数据。显示面板2的显示尺寸并不限制于图示的上述显示尺寸而是任意的。
在图4例示触摸面板控制器3的整体结构。触摸面板控制器3具有：驱动电路(YDRV)300、触摸检测电路(SENS)301、取样保持电路(SH)302、选择器(SLCT)303、模拟/数字变换电路(ADC,以后略为AD变换电路)304、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)305、总线接口电路(BIF)306以及作为控制电路的序列控制电路(SQENC)308。适合的是，序列控制电路(SQENC)308构成为具备设为能够将控制序列设定为可编程的控制寄存器(CREG)320。控制寄存器(CREG)320可以由非易失性的存储元件构成，也可以构成为由易失性存储元件构成，能够通过子处理器(SMPU)5等初始化或者适当地进行变更(改写)。
在进行互电容方式的触摸检测时为了驱动Y电极Y1～YM而设置驱动电路300。在仅进行自电容方式的触摸检测的情况下，也可以省略驱动电路300。
触摸检测电路301对与X电极X1～Xn连接的传感器电容进行计量，输出与其电容值对应的电压Vout1～Voutn。由取样保持电路302保持输出电压Vout1～Voutn，由选择器303选择所保持的输出电压，由AD变换电路304将所选择的输出电压变换为数字的检测数据Dout。将变换的检测数据积蓄于RAM 305。把在RAM 305积蓄的检测数据经由总线接口电路306供给至子处理器5，供于触摸坐标的运算。
序列控制电路308使用控制信号Csig1～Csig6来控制驱动电路300、触摸检测电路301、取样保持电路302、选择器303、AD变换电路304以及总线接口电路306的动作，另外根据控制信号Csig7来进行RAM 305的访问控制。在序列控制电路308，例如从外部将垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync作为定时的基准信号输入，与另外输入或者在内部生成的时钟CLK同步地进行序列控制。
在图5示出触摸面板1的等效电路和触摸检测电路301的一个例子。在触摸检测电路301包含连接于分别与X电极X1～XN对应的端子X1～Xn的检测电路10_1～10_n、充电电路11_1～11_n和校准电路12_1～12_n。虽然触摸面板1的电极和传感器电容的结构存在各种变形例，但是在图5中设为一个传感器电容Cxy经由一个端子(X1～Xn)与一组检测电路10、充电电路11和校准电路12连接的结构来进行图示。这是示意性地示出一个检测电路的动作是以电的方式将一个传感器电容设为对象的计量动作的情况，实际上，传感器电容可以是多个电极的合成电容，或者也可以是追加有选择电路等而从多个传感器电容顺次地一个一个选择出而被设为计量对象的结构。将检测电路10_1～10_n的输出Vout1～Voutn传送至取样保持电路(SH)302而保持为电压值。选择器(SLCT)303基于控制信号Csig4顺次选择保持在取样保持电路(SH)302的电压值以输入到AD变换电路304。
进一步详细说明触摸检测电路301的结构和动作。
图6是部分地例示本发明的触摸检测电路的结构的电路图。仅示出将一个传感器电容Cxy设为检测对象的电路。由经由端子Xn(X1～Xn中的任一个)分别与触摸检测电路301中作为检测对象的一个传感器电容Cxy连接的检测电路10、充电电路11和校准电路12来构成。
检测电路10例如是图示那样的积分电路，将所输入的电荷进行累积相加而输出。即，作为积分电路的检测电路10构成为包含：正极侧输入被固定于初始化电压VHSP的运算放大器AMP1；在运算放大器AMP1的负极侧输入与输出之间连接的积分电容Cs1；能够使积分电容Cs1短路以进行放电/初始化的开关S1；以及能够对作为积分电路的输入的运算放大器AMP1的负极侧输入与端子Xn的连接进行接通/断开控制的开关S2。
充电电路11构成为包含作为电压源的VSLF、对该电压源VSLF与端子Xn的连接进行接通/断开控制的开关S4。电压源VSLF由利用开关S3和运算放大器AMP2的电压跟随器放大器构成。通过切换开关S3，将VSLF控制为初始化电压VHSP或者与其相比更高电位的充电电压Vcharge。
校准电路12构成为包含校准电容Cc、开关S5以及电流源13。校准电容Cc在端子Xn与电源VSLF之间连接，电流源13经由开关S5与端子Xn连接。将电流源13的另一端子例如固定为接地电位VSS等比Vcharge、VHSP低的任意的电位。
图7是例示图6的触摸检测电路的动作的时序图。在横轴取为时刻，在纵轴从上起以数字波形示出时钟clk、垂直同步信号Vsync、对开关S4、S1、S2、S5、s3进行控制的信号，进一步地以模拟波形示出电源VSLF、端子Xn的电位、输出Vout的电压。对开关S1、S2、S4、S5进行控制的信号是为正逻辑，设为在高时各开关闭合(接通)，在低时各开关打开(断开)的情况来进行示出。不用说，变更为负逻辑是容易的。
时刻t0～t1的期间a是利用充电电路11对传感器电容Cxy进行充电的充电期间，同时还进行积分电路的初始化。在垂直同步信号Vsync发生变化的时刻t0，通过开关S3将电源VSLF设定为高于VHSP的Vcharge，通过闭合开关S4从而传感器电容Cxy经由端子Xn被充电到电位Vcharge。在同一时刻t0，作为对积分电路的输入的开关S2被打开，输入被切断，开关S1闭合，由此积分电容Cs1被短路/放电而被初始化，输出VOUT被初始化为初始化电压VHSP。此时，开关S5被打开，电流源13被从端子Xn切断。另外，校准电容Cc通过开关S4而短路，没有积蓄电荷。在时刻t1，开关S4被打开，传感器电容的充电结束，开关S1被打开，积分电路的初始化结束。
之后，在时刻t2～t4的期间，通过开关S3将电源VSLF设定为VHSP，电荷从传感器电容Cxy流入到校准电容Cc。在该期间中在前一半时刻t2～t3的期间e，开关S5被闭合，电流源13与端子Xn连接，从传感器电容Cxy引出固定电荷量的电荷。此时，根据电流源13的电流值和期间e的积来规定所引出的电荷量。在后一半的时刻t3～t4的期间f，开关S2被闭合，来自传感器电容Cxy的电荷还被输入到积分电路。如图6所示，由于积分电路由与初始化电压VHSP假想接地的运算放大器AMP1构成，因此与传感器电容Cxy连接的端子Xn的电位逐渐接近VHSP。输入到积分电路的电荷累积地相加(积分)到积分电容Cs1，从而输出VOUT发生变化(降低)。
之后，时刻t5～t6是第二次充电期间。虽然积分电路的初始化开关S1不闭合(积分电路不被初始化)，但是其它动作与期间a相同。进一步地，在时刻t6～t8与期间f同样地进行校准电容Cc的充电，在与作为其前一半的时刻t6～t7与期间e同样地进行由电流源13所致电荷的引出，在作为其后一半的时刻t7～t8的期间进行积分电路的积分动作，输入到积分电路的电荷累积地相加(积分)到积分电容Cs1。进一步地，之后在时刻t10～t15进行第三次的积分动作，在时刻t15以后进行第四次以后的规定次数的积分动作。
在期间a的充电期间之后，从传感器电容Cxy放电的电荷量为Cxy×(Vcharge-VHSP)。其中一部分在期间e被电流源13引出，另外一部分在期间f为了对校准电容Cc充电而被消耗，其余被输入到积分电路。如果能够使得由电流源13引出的电荷量与为了对校准电容Cc充电而消耗的电荷量之和为与非触摸时的传感器电容的电容值相同的值，则能够使得输入到积分电路的电荷量仅为与由于触摸增加的电容值对应的电荷量。由此，能够更有效率地判定触摸/非触摸。在此，“更有效率”是指由于输入到积分电路的信号的S/N比高、能够将所输入的信号量抑制为最小限度，因此能够将积分电容Cs1设为小电容器等。但是，在实际中，由于不能使得为与非触摸时的传感器电容的电容值严格地相同的值，因此设计成包含适当的余量。
在上述例子中，虽然示出在电荷从传感器电容Cxy流入到校准电容Cc的期间(时刻t2～t4)中的前一半的期间(时刻t2～t3)进行由电流源13所致电荷的引出的例子，但是能够对这些控制定时进行各种变更。在传感器电容Cxy的充电结束的时刻t1之后，设置将来自传感器电容Cxy的电荷分割至校准电容Cc而充电的期间以及利用电流源13部分地引出的期间，在到积分电路的输入开关S2打开的时刻t4为止的期间，充电到传感器电容Cxy的电荷中的其余的电荷量被稳定地输入到积分电路即可。只要满足该条件，则也可以任意地设定将来自传感器电容Cxy的电荷分割至校准电容Cc而充电的期间与通过电流源13部分地引出的期间的相互关系。例如，也可以构成为，在时刻t2～t3的期间，利用开关S3按原样地保持为VSLF＝Vcharge，主要由电流源13引出从传感器电容Cxy放电的电荷量，之后，例如在时刻t3～t4利用开关S3切换为VSLF＝VHSP，从传感器电容Cxy放电的电荷量流入到校准电容Cc。
在不设置电流源13的情况下，期望使校准电容Cc的电容值为与非触摸时的传感器电容的电容值相同程度的值。因此，当形成于半导体集成电路(IC)上时需要大的芯片面积，在严格要求芯片成本的情况下，难以集成于单片。根据本发明，由于使得由电流源13引出的电荷量与为了对校准电容Cc充电而消耗的电荷量之和为与非触摸时的传感器电容的电容值相同程度的值即可，因此校准电容Cc可以是极小电容值的电容，能够容易地在IC上集成。电流源13和开关S5能够由MOSFET等有源元件形成，因此对芯片面积的影响小。
利用从序列控制电路(SQENC)308输出的控制信号Csig2来控制各开关S1～S5的控制定时。适合的是，构成为把对规定各控制定时的各种期间进行规定的参数例如储存于控制寄存器(CREG)320。此时，各种期间为以上述初始充电期间a、电流源13的引出电荷的期间e、以积分动作期间f为主，将垂直同步信号Vsync变化的时刻作为基准直到开始电流源13的电荷引出为止的期间b、直到切换电源VSLF的值为止的期间c、直到开始积分动作为止的期间d、包含校准的积分动作的期间g、积分动作整体的期间h等。另外，电流源13的电流值也可以构成为能够根据参数来控制。能够根据与触摸控制器3连接的触摸面板1的电特性来分别调整规定这些期间等的参数。例如还可以按每个种类来调整，还可以按实际连接的每个个体来调整为最优。
[实施方式2]
图8是部分地例示本发明的触摸检测电路的另一结构的电路图。与图6同样地，仅示出将一个传感器电容Cxy设为检测对象的电路。由经由端子Xn(X1～Xn中的任一个)与触摸检测电路301中作为检测对象的一个传感器电容Cxy连接的检测电路10、充电电路11以及校准电路12构成。
检测电路10例如是图示那样的积分电路，与图6示出的检测电路10相同，因此省略详细说明。
虽然充电电路11也与图6示出的充电电路11相同，但是在通过切换开关S3把VSLF控制为初始化电压VHSP或者更低电位的Vcharge这点上不同。另外，如后述那样，由于电荷的移动方向相反，因此称为放电电路11。
校准电路12构成为包含校准电容Cc、开关S5以及电流源13。虽然校准电容Cc与图6同样地在端子Xn与电源VSLF之间连接，但是与比充电电压Vcharge、初始化电压VHSP高的、例如电路的电源VDD连接。
图9是例示图8的触摸检测电路的动作的时序图。与图7同样地，在横轴取为时刻，在纵轴从上起以数字波形示出时钟clk、垂直同步信号Vsync、对开关S4、S1、S2、S5、s3进行控制的信号，进一步地以模拟波形示出电源VSLF、端子Xn的电位、输出Vout的电压。以正逻辑示出对开关S1、S2、S4、S5进行控制的信号。
在时刻t0～t1的期间a，虽然与图7的情况同样地，进行积分电路的初始化，但是与图7的情况相反地，利用放电电路11对传感器电容Cxy进行放电。在垂直同步信号Vsync变化的时刻t0，通过开关S3将电源VSLF设定为低于VHSP的Vcharge，闭合开关S4，由此传感器电容Cxy经由端子Xn向电位Vcharge放电。在相同时刻t0，作为对积分电路的输入的开关S2被打开并输入被切断，开关S1被闭合，由此使积分电容Cs1短路/放电而被初始化，将输出VOUT初始化为初始化电压VHSP。此时，开关S5被打开，电流源13被从端子Xn切断。另外，校准电容Cc通过开关S4被短路，没有电荷被积蓄。在时刻t1，开关S4被打开，传感器电容的放电结束，开关S1被打开，积分电路的初始化结束。
之后，在时刻t2～t4的期间，通过开关S3将电源VSLF设定为VHSP，电荷从校准电容Cc流入到传感器电容Cxy。在该期间中前一半的时刻t2～t3的期间e，开关S5被闭合，电流源13与端子Xn连接，对传感器电容Cxy注入固定电荷量的电荷。此时，根据电流源13的电流值和期间e的积来规定所注入的电荷量。在后一半的时刻t3～t4的期间f，开关S2被闭合，还从积分电路对传感器电容Cxy注入电荷。如图8所示，由于积分电路由与初始化电压VHSP假想地接地的运算放大器AMP1构成，因此与传感器电容Cxy连接的端子Xn的电位逐渐接近VHSP。由于传感器电容Cxy的电位处于低于VHSP的Vcharge，因此电荷的移动方向与图6、图7的情况相反地是从积分电路朝向传感器电容Cxy的方向。即，在积分电路输入有负的电荷量。将输入到积分电路的电荷累积地相加(积分)到积分电容Cs1，输出VOUT变化(上升)。之后，在时刻t5～t10的期间进行第二次的积分动作，在时刻t10～t15的期间进行第三次的积分动作，在时刻t15以后进行第四次以后的规定次数的积分动作。
在上述例子中，虽然示出在电荷从校准电容Cc流入到传感器电容Cxy的期间(时刻t2～t4)中的前一半的期间(时刻t2～t3)进行电流源13的电荷注入的例子，但是与所述实施方式1的情况同样地能够对这些控制定时进行各种变更。在传感器电容Cxy的放电结束的时刻t1之后，设置从校准电容Cc对传感器电容Cxy充电一部分电荷的期间以及利用电流源13注入另一部分电荷的期间，在直到积分电路的输入开关S2打开的时刻t4为止的期间，从传感器电容Cxy放电的电荷中的其余的电荷量在积分电路稳定并作为负的电荷量输入即可。只要满足该条件，则可以任意地设定从校准电容Cc对传感器电容Cxy充电一部分电荷的期间与通过电流源13注入另一部分电荷的期间的相互关系。
如以上说明那样，在本实施方式2中，虽然电荷的方向与图6、图7示出的实施方式相反，但是动作原理相同。在期间a的充电期间之后，被充电到传感器电容Cxy的电荷量为Cxy×(VHSP-Vcharge)。该电荷量中的一部分在期间e被从电流源13供给，另一部分在期间f被从校准电容Cc供给，其余部分被从积分电路供给。成为对积分电路输入负的电荷量。如果能够使得从电流源13供给的电荷量与从校准电容Cc供给的电荷量之和为与非触摸时的传感器电容的电容值相同的值，则能够使得输入到积分电路的电荷量仅为与由于触摸增加的电容值对应的电荷量。由此，与实施方式1同样地，能够更有效率地判定触摸/非触摸。
根据本实施方式2，还使校准电容Cc可以为极小电容值的电容，能够使得容易地集成在IC上。
在本实施方式2中，还根据从序列控制电路(SQENC)308输出的控制信号Csig2来控制各开关S1～S5的控制定时。对规定各控制定时的各种期间进行规定的参数、规定电流源13的电流值的参数例如优选地构成为存储于控制寄存器(CREG)320，能够根据所连接的触摸面板1的电特性进行调整。
以上虽然基于实施方式具体地说明了由本发明人作出的发明，但是本发明不是限定于此的发明，不用说，在不脱离其宗旨的范围内能够进行各种变更。
例如，显示面板(DP)2也可以是液晶显示面板、有机EL显示面板、其它任何方式的显示面板。另外，在液晶显示面板的情况下，还可以是非晶质硅类型，还可以是低温多晶硅类型。
另外，引用图6和图8说明的触摸检测电路的结构例子和引用图7和图9说明的其控制定时是一个例子，本发明不是限定于此的发明，在不脱离其宗旨的范围内能够进行各种变更。
附图标记说明
1：触摸面板(TP)；2：显示面板(DP)；3：触摸面板控制器(TPC)；4：显示面板控制器(DPC)；5：子处理器(SMPU)；6：主处理器(HMPU)；10：检测电路；11：充电电路、放电电路；12：校准电路；13：电流源；Y1～YM：驱动电极(Y电极)；X1～XN：检测电极(X电极)；G1～G640：栅极电极；D1～D1440：漏极电极；100：显示和输入装置(电子设备)；101、102：半导体装置(IC、多芯片模块)；300：驱动电路(YDRV)；301：触摸检测电路(SENS)；302：取样保持电路(SH)；303：选择器(SLCT)；304：模拟/数字变换电路(ADC)；305：RAM；306：总线接口电路(BIF)；308：序列控制电路(SQENC)；320：控制寄存器(CREG)；410：谐振电路(OSC)；Csig1～Csig7：控制信号；Ccom：通信路径；CLK：时钟；Vsync：垂直同步信号；Hsync：水平同步信号；VHSP：X电极的初始化电压(预充电电压)；Cxy：传感器电容；Cc：校准电容；AMP1、AMP2：运算放大器；Cs1：积分电容；S1～S5：开关。
Claims (9)
1.一种触摸检测电路，具备：能够经由端子与配置于触摸面板上的传感器电容连接的充电电路；检测电路；以及由与所述端子连接的校准电容和与所述端子连接并能够进行接通/断开控制的电流源构成的校准电路，
所述充电电路能够在第一期间对所述传感器电容充电，
所述触摸检测电路能够在所述第一期间之后的第二期间使所述传感器电容放电，
在包含于所述第二期间的第三期间，所述校准电容被从所述传感器电容放电的电荷的一部分充电，
在包含于所述第二期间的第四期间，从所述传感器电容放电的电荷的另一部分被经由所述电流源放电，
在所述第二期间，从所述传感器电容放电的电荷中的其余的电荷被输入到所述检测电路，
所述检测电路构成为能够对所输入的电荷量进行计量。
2.根据权利要求1所述的触摸检测电路，
所述充电电路具备：在所述第一期间输出第一电压，在所述第二期间输出低于所述第一电压的第二电压的电压源；以及在所述电压源的输出与所述端子之间连接的第一开关，
所述检测电路构成为包含：对正极侧输入施加所述第二电压的运算放大器；在所述运算放大器的负极侧输入与输出之间连接的积分电容；以及在所述端子与所述运算放大器的负极侧输入之间连接的第二开关，
所述校准电容在所述端子与所述电压源之间连接。
3.根据权利要求1所述的触摸检测电路，
所述触摸面板具备多个传感器电容，所述触摸检测电路具备：与所述多个传感器电容对应的多组充电电路、检测电路和校准电路；能够分别保持所述多组检测电路的输出的多个取样保持电路；从所述多个取样保持电路的输出中选择一个输出进行输出的选择器；以及将所述选择器的输出变换为数字值进行输出的模拟/数字变换电路。
4.一种触摸检测电路，具备：能够经由端子与配置于触摸面板上的传感器电容连接的放电电路；检测电路；以及由与所述端子连接的校准电容和与所述端子连接并能够进行接通/断开控制的电流源构成的校准电路，
所述放电电路能够在第一期间使所述传感器电容放电，
所述触摸检测电路能够在所述第一期间之后的第二期间对所述传感器电容充电，
在包含于所述第二期间的第三期间，所述校准电容由于被充电到所述传感器电容的电荷的一部分而进行放电，
在包含于所述第二期间的第四期间，被充电到所述传感器电容的电荷的另一部分从所述电流源供给，
在所述第二期间，被充电到所述传感器电容的电荷中的其余的电荷被作为负的电荷量输入到所述检测电路，
所述检测电路构成为能够对所输入的所述电荷量进行计量。
5.根据权利要求4所述的触摸检测电路，
所述放电电路具备：在所述第一期间输出第一电压，在所述第二期间输出高于所述第一电压的第二电压的电压源；以及在所述电压源的输出与所述端子之间连接的第一开关，
所述检测电路构成为包含：对正极侧输入施加所述第二电压的运算放大器；在所述运算放大器的负极侧输入与输出之间连接的积分电容；以及在所述端子与所述运算放大器的负极侧输入之间连接的第二开关，
所述校准电容在所述端子与所述电压源之间连接。
6.根据权利要求4所述的触摸检测电路，
所述触摸面板具备多个传感器电容，所述触摸检测电路具备：与所述多个传感器电容对应的多组放电电路、检测电路和校准电路；能够分别保持所述多组检测电路的输出的多个取样保持电路；从所述多个取样保持电路的输出中选择一个输出进行输出的选择器；以及将所述选择器的输出变换为数字值进行输出的模拟/数字变换电路。
7.一种半导体集成电路，在单一半导体基板上具备权利要求3所述的触摸检测电路。
8.根据权利要求7所述的半导体集成电路，
在所述半导体基板上还具备显示驱动电路，该显示驱动电路能够与显示面板连接地驱动并控制所述显示面板，其中，所述显示面板与所述触摸面板重叠地构成。
9.根据权利要求8所述的半导体集成电路，
在所述半导体基板上还具备微型控制器，该微型控制器能够控制所述触摸检测电路，能够读出基于所述检测电路的输出的数据。
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