CN104951157B - 电容式触控装置以及检测主动笔与物体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电容式触控装置以及检测主动笔与物体的方法。该电容式触控装置包含触控面板以及主动笔检测电路。该触控面板包含多条驱动电极以及多条接收电极，用以检测物体的触控输入，且该主动笔检测电路耦接于该多条驱动电极以检测主动笔所发出的信号。该方法包含：当至少其中一条驱动电极被驱动以检测该物体的同时，该主动笔检测电路经由其中一条以上的驱动电极来接收主动笔所发出的主动笔信号，以检测该主动笔接近或接触该触控面板。通过本发明的装置及方法，可在检测触控输入的同时一并接收主动笔传来的信号，尤其是被驱动中的驱动电极亦可同时作为可接收主动笔信号的天线，且不具有现有技术中信号难以分辨以及取样率下降的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种电容式触控面板，尤其涉及一种可在电容式触控面板上同时检测主动笔与物体的方法以及相关电容式触控装置。
背景技术
电容式触控面板现在已广泛用于笔记本电脑、平板电脑、手机、个人数字助手PDA、多媒体播放面板，甚至是穿戴式行动装置等智能型装置当中。随着多媒体应用的渐趋复杂，除了利用智能型装置的触控面板来检测人体手部的触控，更希望能够同时检测来自触控笔的信号。
触控笔又可分为被动式触控笔以及主动式触控笔，被动式的触控笔的操作原理类似于手指，乃是采用具导电特性的笔头与使用者的手指相连接，相当于用来延伸手指的辅助工具。然而，一般被动笔并无法表达笔触以及笔压力道的大小，故无法表现出文字的独特线条以及粗细美感，也无法满足美术上的需求。取而代之的，主动式触控笔可借由传递笔的压力信号，模拟真实笔触与线条。然而，以现有的互容式(mutual-capacitance)触控检测方式而言，难以有效地同时检测手指的触控输入以及来自主动笔的信号，因为主动笔所发出的信号会影响手指的互容检测，导致智能型装置内部的触控集成电路(integratedcircuit,IC)难以分辨所检测到的是杂讯干扰信号抑或是来自主动笔的信号。另外，若为了避免上述信号难以辨别的问题，而采用在时间上分段的方式来分别接收触控输入以及来自主动笔的信号，如此又会大幅降低信号的取样率(sampling rate)或画面更新率(framerate)。
综上所述，基于以上问题，现有的智能型装置实在无法满足智能型装置上较为复杂的多媒体应用，因此，需要提供一种装置以及方法来解决上述问题。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种电容式触控装置以及在电容式触控面板上同时检测主动笔与物体的方法，以解决现有技术所面临的问题。
本发明的另一目的在于提供一种电容式触控装置以及在电容式触控面板上同时检测主动笔与物体的方法，使得不需改变原有的电容式触控面板感测器，也不需额外添加其他的感测器和感测电路，而只需要在既有的电容式触控面板(或面板制程)下，通过所提出的装置与方法即可进行以电容式同时检测主动笔与手指的操作，并且能够清楚地区分手指的触控输入与来自主动笔的笔压信号的不同。
本发明的一个实施例提供了一种电容式触控装置，包含触控面板以及主动笔检测电路。该触控面板包含多条驱动电极以及多条接收电极，用以检测一物体(如手指)的触控输入，该主动笔检测电路耦接于该多条驱动电极。当至少其中一条驱动电极被驱动以检测该物体的同时，该主动笔检测电路经由其中一条以上的驱动电极来接收主动笔所发出的主动笔信号，以检测该主动笔接近或接触该触控面板。
本发明的一个实施例提供了一种在电容式触控面板上同时检测主动笔与物体的方法，该触控面板包含多条驱动电极以及多条接收电极，该方法包含：驱动其中一条以上的驱动电极，被驱动的驱动电极上均具有驱动信号；借由触控信号接收电路接收该触控面板因应该物体所产生的触控数据，其中该触控信号接收电路耦接于这些接收电极；借由主动笔检测电路检测该主动笔所发出的主动笔信号，其中该主动笔检测电路耦接于该多条驱动电极。
通过本发明所提供的装置以及方法，电容式触控装置可在检测触控输入的同时一并接收主动笔传来的主动笔信号，尤其是被驱动中的驱动电极亦可同时作为可接收主动笔信号的天线，且不具有现有技术中信号难以分辨以及取样率下降的问题。此外，本发明另提供一种整合式取样保持滤波器架构，以进一步减少硬件需求以及降低电容式触控装置的制作成本。
附图说明
图1为本发明一实施例的电容式触控装置的示意图。
图2为图1所示的主动笔检测电路与驱动信号产生电路的连接关系的一个实施例的示意图。
图3为图1所示的主动笔检测电路的架构图。
图4为图3中取样保持滤波器的示意图。
图5为操作图4所示的取样保持滤波器的时序图。
图6为图3的放大电路的电位随时间变化图。
图7为对应图4所示的取样保持滤波器的等效电路的示意图。
图8为图1所示的触控信号接收电路中的取样保持滤波器的示意图。
图9为对应图8所示的取样保持滤波器的等效电路的示意图。
图10为根据本发明一实施例的用于对检测主动笔信号时进行防干扰操作的流程图。
图11及图12为本发明检测主动笔信号与驱动信号发射端所发出的驱动信号的时序对照图。
图13为根据本发明另一实施例的用于对检测主动笔信号时进行防干扰操作的流程图。
图14为根据本发明另一实施例的用于图1电容式触控装置的整合式取样保持滤波器的示意图。
图15及图16为操作图14的整合式取样保持滤波器的时序图。
主要部件附图标记：
11 触控信号接收电路
12 主动笔检测电路
13 手指
14 主动笔
15 触控面板
50 驱动信号产生电路
100 电容式触控装置
1002～1014、1302～1310 步骤
2021 放大电路
2022、3022 取样保持滤波器
2023 模拟数字转换器
4022 整合式取样保持滤波器
Y1～Yn 驱动电极
X1～Xm 接收电极
S1 主动笔信号
En1～Enn 致能信号
MUX1、MUX2 多工器
KX1～KXp 触控接收单元
Rx1～Rxq 主动笔检测单元
SEL1、SEL2 选择信号
Tx1～Txn 驱动信号单元
Tx 驱动信号发射端
N1 输入接点
N2 输出接点
VIN 输入端
VOUT 输出端
CA 第一电容
CB 第二电容
SW1 第一开关
SW2 第二开关
SW3 第三开关
SW4 第四开关
SW5 第五开关
SW6 第六开关
VREF 参考电压源
Vref 参考电压值
第一开关控制信号
第二开关控制信号
第三开关控制信号
第四开关控制信号
t1、t2、t3 导通时间
VA、VB 电压值
具体实施方式
在说明书及权利要求书中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在说明书及权利要求书中所提及的“包含”为开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。另外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。
请参考图1，图1为本发明一实施例的电容式触控装置100的示意图。如图1所示，电容式触控装置100包含触控信号接收电路11、驱动信号产生电路50、主动笔检测电路12以及触控面板15。电容式触控装置100可用于检测物体如主动式触控笔(active stylus，以下简称主动笔)14或是手指13的接近或接触。触控面板15包含多条驱动电极Y1～Yn以及多条接收电极X1～Xm，其中触控信号接收电路11耦接于接收电极X1～Xm，且主动笔检测电路12耦接于驱动电极Y1～Yn。当驱动信号产生电路50驱动电极Y1～Yn时，接收电极X1～Xm会对应地接收触控面板15因应触控输入所产生的触控数据，例如检测手指13或是主动笔14的触控输入。请注意，本实施例仅用作说明的目的，并非用以限定本发明的范畴。在本发明另一实施例中，主动笔检测电路12可设置为耦接于接收电极X1～Xm，而触控信号接收电路11可设置为耦接于驱动电极Y1～Yn。换言之，本发明在二维的感测器应用中，可任选一维作为触控信号的接收端，而另一维则作为用以检测触控输入的驱动信号的发射端以及主动笔信号的接收端。
主动笔14除了可如同被动式触控笔进行类似手指触控的用途，还可传递主动笔信号S1至触控面板15。主动笔信号S1可包含笔压信号、操作模式切换信号、笔划方位、笔划角度及/或书写速度，以表达出文字的独特线条以及粗细美感，或美术上所需要呈现的视觉效果，其中笔压信号可理解为使用者使用主动笔14进行书写、选取操作时所输入的力道，而操作模式切换信号可用来切换主动笔14的操作模式，例如主动笔14可被切换成被动式触控笔模式来操作。
驱动信号产生电路50传送驱动信号到各驱动电极Y1～Yn。驱动信号产生电路50包含驱动信号发射端Tx，用以对驱动电极Y1～Yn提供驱动信号，且驱动信号产生电路50包含多个驱动信号单元Tx1～Txn，其中驱动信号单元的数量对应于驱动电极Y1～Yn的数量。驱动信号单元Tx1～Txn分别受控于对应的致能信号(例如致能信号En1～Enn)，以决定是否将相对应的驱动信号传至驱动电极Y1～Yn。在图1中，驱动电极Y1～Yn被分配给主动笔检测电路12与驱动信号发射端Tx，在驱动信号发射端Tx发射驱动信号的同时，主动笔检测电路12也在驱动电极Y1～Yn上检测主动笔14的发射信号，借此分辨主动笔14是否靠近、靠近的距离及/或主动笔14发出的笔压信号。接收电极X1～Xm则被分配为检测手指的触控信号的接收端，除了可被用来检测手指以指示、辨别位置外，接收电极X1～Xm同时也会检测到主动笔14的信号而得知主动笔14的位置。
当驱动电极Y1～Yn中至少一条驱动电极(例如驱动电极Y2)被驱动以检测物体的触碰(例如手指13对触控面板15所进行的触控)时，主动笔检测电路12同时经由其中一条以上的驱动电极来接收主动笔14所发出的主动笔信号S1，以检测主动笔14接近或接触触控面板15，或进行其他应用。在一实施例中，主动笔检测电路12经由其中至少一条以上的被驱动的驱动电极(例如驱动电极Y2)来接收来自主动笔14的主动笔信号S1，即表示被驱动的该条驱动电极(例如驱动电极Y2)会于被驱动的同时接收来自主动笔14的主动笔信号S1。在一实施例中，而除了使用至少一条以上的被驱动的驱动电极来接收来自主动笔14的主动笔信号S1，主动笔检测电路12也可经由其他未被驱动的驱动电极(例如驱动电极Y1～Yn中驱动电极Y2以外的所有电极)来接收来自主动笔14的主动笔信号S1，而正被驱动的驱动电极(例如驱动电极Y2)则不会用来接收来自主动笔14的主动笔信号S1。
本发明一较佳实施例提出一种防干扰手段，可以降低主动笔检测电路12在检测主动笔信号S1时，因驱动电极Y1～Yn上的驱动信号所产生的相互干扰。防干扰手段的一个实施例即是使用未被驱动的驱动电极来接收来自主动笔14的主动笔信号S1，例如当驱动电极Y2被驱动时，使用驱动电极Y2以外的其他驱动电极Y1以及Y3～Yn来接收来自主动笔14的主动笔信号S1，较佳地，可以使用远离被驱动的驱动电极Y2的其他驱动电极Y1以及Y3～Yn来接收来自主动笔14的主动笔信号S1。防干扰手段的另一实施例是当主动笔检测电路12经由其中至少一条以上的被驱动的驱动电极(例如驱动电极Y2)来接收来自主动笔14的主动笔信号S1时，消除或尽可能最小化因驱动信号对于触控面板上所产生的△V所产生的效应；或是在另一实施例中，避开驱动信号对于检测主动笔14的主动笔信号S1的干扰。
电容式触控装置100中，可另包含多工器MUX1、MUX2，触控信号接收电路11包含多个触控接收单元KX1～KXp，且多工器MUX2耦接于多个触控接收单元KX1～KXp与接收电极X1～Xm之间。主动笔检测电路12包含多个主动笔检测单元Rx1～Rxq，且多工器MUX1耦接于主动笔检测单元Rx1～Rxq与驱动电极Y1～Yn之间。通过以上设置，主动笔检测单元的数量(即q)不一定要相同于驱动电极的数量(即n)，主动笔检测单元的数量可设置为小于驱动电极的数量(即q<n)；相似地，触控接收单元的数量(即p)不一定要相同于接收电极的数量(即m)，触控接收单元的数量可设置为小于接收电极的数量(即p<m)。然而，本实施例仅用作说明的目的，并非用以限定本发明的范畴。在本发明另一实施例中，电容式触控装置100可不包含多工器MUX1及MUX2，或仅包含其一。在图1中，主动笔检测电路12实际上可以直接以一对一的方式接到驱动信号发射端Tx，但如此一来必须设置较多组硬件线路，而通过多工器MUX1的设置，可以减少主动笔检测电路12的硬件线路设置，进而分派较少的主动笔检测单元(亦即令q<n)，并依照需求分别指定主动笔检测单元Rx1～Rxq是对应到哪几条线路。例如，多工器MUX1可受控于选择信号SEL1来分配主动笔检测单元Rx1～Rxq所对应的线路。同理，通过多工器MUX2的设置，可以减少触控信号接收电路11的硬件线路设置，进而分派较少的触控接收单元(亦即令p<m)，并依照需求分别指定触控接收单元KX1～KXp是对应到哪几条线路，例如，通过选择信号SEL2来操作触控接收单元KX1～KXp所对应的线路。此外，可在通过固件及演算法决定出所需的连接数量之后，依据决定结果来对多工器MUX1、MUX2进行相关操作。
进一步举例来说，请参考图2，图2为图1所示的主动笔检测电路12与驱动信号产生电路50的连接关系的一个实施例的示意图。如图2所示，一个主动笔检测单元可对应地耦接两个对应的驱动信号单元，例如主动笔检测单元Rx1耦接于驱动信号单元Tx1、Tx2，主动笔检测单元Rx2耦接于驱动信号单元Tx3、Tx4，以此类推。此外，亦可将一个主动笔检测单元耦接三个、四个或更多对应的驱动信号单元，本发明并不限定主动笔检测单元所耦接的驱动信号单元的数量，也不限定主动笔检测单元与驱动信号单元之间的耦接顺序，例如将主动笔检测单元Rx1耦接于驱动信号单元Tx1、Tx3、Tx5，并将主动笔检测单元Rx2耦接于驱动信号单元Tx2、Tx4、Tx6，以此类推，凡对本发明主动笔检测电路12与驱动信号产生电路50之间的连接关系所作的任何变更皆属于本发明的范畴。
请参考图3，图3为图1所示的主动笔检测电路12的架构图。如图3所示，主动笔检测电路12包含放大电路2021、取样保持(sample-hold)滤波器2022以及模拟数字(analog-to-digital,ADC)转换器2023，其中主动笔检测电路12的输入接点N1会接收来自主动笔14的主动笔信号S1，并于输出接点N2产生输出信号。放大电路2021为主动笔检测电路12的前置放大电路，而模拟数字转换器2023负责将接收到的模拟信号转换成数字信号给后续的电路使用。在实际上，本发明主动笔检测电路12可将主动笔14所引起的电容变化快速转换成数字信号，模拟数字转换器2023的后端若接上对应的控制器，则可据以分辨前端主动笔14传递的主动笔信号S1，例如具有专用的协定来做沟通的笔压信号。
本发明提供了一防干扰手段的一实施例，请参考图4，图4为图3中取样保持滤波器2022的示意图。如图4所示，取样保持滤波器2022包含有输入端VIN、输出端VOUT、第一电容CA、第二电容CB、第一开关SW1、第二开关SW2以及第三开关SW3。输入端VIN用以接收主动笔信号S1，输出端VOUT用以输出一模拟信号。第一电容CA具有正极(+)以及负极(-)，第一电容CA的正极耦接于输出端VOUT，而第一电容CA的负极耦接于一参考电压源VREF。第二电容CB具有正极以及负极，第二电容CB的负极耦接于参考电压源VREF。第一开关SW1耦接于输入端VIN与输出端VOUT之间，第二开关SW2耦接于输入端VIN与第二电容CB的正极之间，且第三开关SW3耦接于第二电容CB的正极与输出端VOUT之间。
请一并参考图5，图5为操作图4所示的取样保持滤波器2022的时序图，其中第一开关SW1受控于第一开关控制信号第二开关SW2受控于第二开关控制信号且第三开关SW3受控于第三开关控制信号第一开关控制信号第二开关控制信号以及第三开关控制信号依序出现高准位(致能(enable)准位)，然而上述的致能准位在时间上并不重叠，也就是说，第一开关SW1、第二开关SW2以及第三开关SW3会依序被导通，且第一开关SW1、第二开关SW2以及第三开关SW3的导通时间不相重叠。例如，对应第一开关控制信号第二开关控制信号第三开关控制信号的导通时间t1、t2、t3彼此不相重叠。
请一并参考图6，图6为主动笔检测电路检测时图3的放大电路2021因驱动端驱动信号所造成的输出电位随时间变化图。放大电路2021的信号输出波形即为取样保持滤波器2022的输入，放大电路2021的实施例可参考发明人所取得的美国专利公告号第US8,232,972以及US8,519,975，故于此不再赘述。假设理想情况下，没有杂讯干扰，电压值VA、VB与参考电压值Vref的差值皆为ΔV，此值将在图4中分别被电容CA与CB取样并保持住。如图6所示，取样保持滤波器2022的输入端VIN所输入的电压以Vref为基准并以△V为振幅震荡。输入端VIN会在导通时间t1由Vref上升△V，由于在导通时间t1时只有第一开关SW1导通，其余开关则是开路(不导通)，第一电容CA相当于被充进了+△V(即VA-Vref)；此外，输入端VIN所输入的电压在导通时间t2由Vref下降△V，由于此时只有第二开关SW2导通，其余开关则是开路(不导通)，第二电容CB相当于被充进了-△V(即VB-Vref)。从以上关系中，可推得以下公式(1)：
VA-Vref＝△V＝Vref-VB (1)
因此，在导通时间t3时，只有第三开关SW3导通，其余开关为开路(不导通)的情况下，输出端VOUT所读出的电压大小可通过图7的等效电路来计算，并可用公式(2)来表示：
VOUT＝Vref+[(VA+VB)/2-Vref] (2)
图7为对应图4所示的取样保持滤波器2022的等效电路的示意图，通过结合公式(1)、(2)，可据以计算出输出端VOUT所读出的电压刚好等于参考电压值Vref的大小，即上述本发明的设置可完全消除或尽可能最小化△V所产生的影响，使得主动笔检测电路12检测主动笔信号S1时可以不受到驱动信号的影响。对于检测来自主动笔14的主动笔信号S1而言，△V可视为用来对驱动电极Y1～Yn进行驱动的驱动信号所造成的杂讯，因此，在完全消除或尽可能最小化△V所产生的效应后，即便主动笔检测电路12的至少一条驱动电极正在被驱动(例如驱动电极Y2)，该至少一条驱动电极仍可同时用来接收来自主动笔14的主动笔信号S1。详细来说，当取样保持滤波2022在检测主动笔14时，驱动信号发射端Tx仍持续发出用来检测手指的驱动信号，而电容CA于导通时间t1取得的ΔV以及电容CB于时间t2取得的-ΔV会在导通时间t3时进行相加平均滤波处理，而得到平均为Vref的值。之后，此Vref的值被模拟数字转换器2023转换成数字信号，等同于触控信号接收电路11没有检测到任何触控信号(例如来自手指13的信号)。也就是说，不论手指有无触碰触控面板15，电容式触控装置100皆不会受到影响。而此时若主动笔14发射一较驱动信号发射端Tx所发出的信号更为低频的信号，且靠近触碰触控面板15，则本发明的取样保持滤波器2022将据以取得主动笔14所发射的信号。由于第一开关控制信号第二开关控制信号以及第三开关控制信号的开关频率可设置为高于主动笔的信号的频率，故可取样出主动笔的连续变化，如此一来，控制器及固件演算法将可分辨预定好的笔压信号，而不会反映一般检测手指的信号。
除了主动笔检测电路12包含取样保持滤波器2022，本发明另一实施例中，电容式触控装置100还包含另一用于检测手指的取样保持滤波器，如图8所示。图8为图1所示的触控信号接收电路11中的取样保持滤波器3022的示意图，其中取样保持滤波器3022用来检测手指13所作的触控。请注意，取样保持滤波器3022可包含于触控信号接收电路11之中，但本发明并不以此为限，取样保持滤波器3022可设置于其他电路，也可与前述取样保持滤波器2022共同整合于一电路中。取样保持滤波器3022具有输入端VIN，其用以接收触控数据，以及输出端VOUT，其用以输出模拟信号。对应于取样保持滤波器3022的前置放大器以及后接的模拟数字转换器与图3的设置类似，故于此不再赘述。此外，取样保持滤波器3022包含第一电容CA、第二电容CB、第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4以及第五开关SW5。第一电容CA、第二电容CB各具有正极(+)以及负极(-)，第一电容CA的正极耦接于输出端VOUT，第一电容CA的负极耦接于参考电压源VREF。第一开关SW1耦接于输入端VIN与输出端VOUT之间；第二开关SW2耦接于输入端VIN与第二电容CB的正极之间；第三开关SW3耦接于第二电容CB的负极与输出端VOUT之间；第四开关SW4耦接于第二电容CB的正极与参考电压源VREF之间；且第五开关SW5耦接于第二电容CB的负极与参考电压源VREF之间。对于取样保持滤波器3022的操作方式类似于取样保持滤波器2022，且可参照图5的时序图以及图6的电压随时间变化图，其中第一开关SW1受控于第一开关控制信号第二开关SW2与第五开关SW5受控于第二开关控制信号且第三开关SW3与第四开关SW4受控于第三开关控制信号第一开关控制信号第二开关控制信号以及第三开关控制信号依序出现高准位，然而上述的致能准位在时间上并不重叠，也就是说，对应第一开关控制信号第二开关控制信号第三开关控制信号的导通时间t1、t2、t3不相重叠。此外，第二开关SW2及第五开关SW5会同时导通，且第三开关SW3及第四开关SW4会同时导通。输入端VIN所输入的电压以Vref为基准震荡，且会在导通时间t1由Vref上升△V，而在导通时间t1中，只有第一开关SW1导通，其余开关则是开路(不导通)，第一电容CA相当于被充进了+△V(即VA-Vref)；在导通时间t2中，输入端VIN所输入的电压在导通时间t2由Vref下降△V，由于此时第二开关SW2、第五开关SW5导通，其余开关均为开路(不导通)，第二电容CB相当于被充进了-△V(即VB-Vref)。在导通时间t3时，第三开关SW3以及第四开关SW4会导通，其余开关均为开路(不导通)的情况下，输出端VOUT所读出的电压大小可通过图9的等效电路来计算，并可用公式(3)来表示：
VOUT＝Vref+(VA-VB)/2 (3)
图9为对应图8所示的取样保持滤波器3022的等效电路的示意图，通过结合公式(1)、(3)可据以计算出输出端VOUT所读出的电压，其等于参考电压值Vref+△V的大小，之后将所计算出的电压值经由模拟数字转换器转换成数字信号之后，即可反映出手指触碰触控面板15的情形。
本发明提供了一防干扰手段的另一实施例，以避开驱动信号对于检测主动笔14的主动笔信号S1的干扰，如图10所示，图10为根据本发明一实施例的用于对检测主动笔信号时进行防干扰操作的流程图。请注意，假若可获得实质上相同的结果，则这些步骤并不一定要遵照图10所示的执行次序来执行。图10所示方法可被图1所示电容式触控装置所采用，并可简单归纳如下：
步骤1002：开始；
步骤1004：借由触控信号接收电路11接收触控面板15因应物体所产生的触控数据，其中触控信号接收电路11耦接于接收电极X1～Xm；
步骤1006：借由主动笔检测电路12检测主动笔14所发出的主动笔信号S1，其中主动笔检测电路12耦接于多条驱动电极Y1～Yn；
步骤1008：对应被驱动的每一驱动电极上的驱动信号的工作周期，决定一上升边缘以及一下降边缘；
步骤1010：于该上升边缘时，在该驱动电极与接收电极之间的电容产生正电荷效应；
步骤1012：于该下降边缘时，在该驱动电极与接收电极之间的电容产生负电荷效应；
步骤1014：借由主动笔检测电路12将该正电荷效应与该负电荷效应相加，以进行主动笔检测电路12检测该主动笔14的主动笔信号S1的操作。
由于本领域技术人员在阅读完以上段落后，尤其是关于图3～图9的实施例，应可轻易了解图10中每一步骤的细节，为简洁之故，在此将不再进一步描述。
此外，为了能够在检测主动笔信号S1时不受到驱动，主动笔检测电路12接收主动笔14所主动传来的主动笔信号S1的操作时段不重叠于被驱动的多条驱动电极的驱动信号的工作周期(duty cycle)的上升边缘(rising edge)以及下降边缘(falling edge)，也就是说，为了要能在驱动信号发射端Tx发射信号时，也能够让主动笔检测电路12同时感测主动笔信号S1，则主动笔检测电路12必须借着相位的调整来避开驱动信号的上升边缘以及下降边缘。举例来说，请一并参考图11以及图12，其为本发明检测主动笔信号S1与驱动信号发射端Tx所发出的驱动信号的时序对照图，如图11、12所示，由上而下依序是驱动信号(即用来驱动电极Y1～Yn的驱动信号)的波形以及主动笔检测电路12的检测波形，其中检测相位(sensing phase)与重置相位(reset phase)轮流配置，且检测相位不重叠于驱动信号的工作周期的上升边缘以及下降边缘(如虚线部分所示)，或是如图12所示检测相位与重置相位皆配置于驱动信号的同一周期(例如虚线部分所示工作周期的上升边缘以及下降边缘所构成的周期)内，例如可检测相位的频率调高。图11以及图12的设置均可使检测相位避开驱动信号的工作周期的上升边缘以及下降边缘，故均可在检测主动笔14所主动传来的主动笔信号S1时不受杂讯影响。
简言之，本实施例着重于避开驱动信号对于检测主动笔14的主动笔信号S1的干扰，而提供如图13所示的另一防干扰手段，图13为根据本发明的另一实施例的用于对检测主动笔信号时进行防干扰操作的流程图。请注意，假若可获得实质上相同的结果，则这些步骤并不一定要遵照图13所示的执行次序来执行。图13所示方法可被图1所示电容式触控装置100所采用，并可简单归纳如下：
步骤1302：开始；
步骤1304：借由触控信号接收电路11接收触控面板15因应物体所产生的触控数据，其中触控信号接收电路11耦接于接收电极X1～Xm；
步骤1306：借由主动笔检测电路12检测主动笔14所发出的主动笔信号S1，其中主动笔检测电路12耦接于多条驱动电极Y1～Yn；
步骤1308：对应被驱动的每一驱动电极上的驱动信号的工作周期，决定一上升边缘以及一下降边缘；
步骤1310：于各被驱动的驱动电极上的驱动信号的工作周期的上升边缘以及下降边缘以外的工作时间，进行该主动笔检测电路检测该主动笔的主动笔信号的操作。
由于本领域技术人员在阅读完以上段落后，尤其是关于图11～图12的实施例，应可轻易了解图13中每一步骤的细节，为简洁之故，在此将省略进一步的描述。
虽然本发明列举防干扰手段实施例如上，但仅用作说明目的，并非用以限制本发明的范畴。在本发明另一实施例中，可借由其他未被驱动的驱动电极接收主动笔信号S1，以在进行主动笔检测电路12检测主动笔14的主动笔信号S1的操作的同时达到防干扰的效果。
在以上实施例中，电容式触控装置100包含独立的主动笔检测电路12以及触控信号接收电路11，以同时检测手指的触控输入以及主动笔的接近(proximity)信号，例如主动笔的14的笔压信号，而不用牺牲电容式触控装置100的画面更新率。但在画面更新率或取样率充裕的状况下，本发明可提供一整合式的取样保持滤波器，以在较少的硬件需求下，借由操作模式的切换，再搭配前置放大电路(例如前述的放大电路2021)与后端模拟数字转换器(例如前述的模拟数字转换器2023)，来进行手指13与主动笔14之间的穿插检测，具体实施例如下。
请参考图14～图16，图14为根据本发明另一实施例的应用于图1电容式触控装置100的整合式取样保持滤波器4022的示意图，图15、图16为操作图14的整合式取样保持滤波器4022的时序图，其中整合式保持滤波器4022整合图4的取样保持滤波器2022以及图8的取样保持滤波器3022。如图14所示，整合式取样保持滤波器4022包含输入端VIN以及输出端VOUT，其中输入端VIN用以接收触控数据与主动笔信号S1，且输出端VOUT用以输出模拟信号。此外，整合式取样保持滤波器4022包含第一电容CA、第二电容CB、第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4、第五开关SW5以及第六开关SW6。第一电容CA具有正极以及负极，第一电容CA的正极耦接于输出端VOUT，且第一电容CA的负极耦接于参考电压源VREF；第二电容CB具有正极以及负极；第一开关SW1，耦接于输入端VIN与输出端VOUT之间；第二开关SW2耦接于输入端VIN与第二电容CB的负极之间；第三开关SW3耦接于第二电容CB的正极与输入端VIN之间；第四开关SW4耦接于第二电容CB的负极与输出端VOUT之间；第五开关SW5耦接于第二电容CB的正极及参考电压源VREF之间；以及第六开关SW6耦接于第二电容CB的负极及参考电压源VREF之间。
当触控面板15操作于主动笔检测模式时，整合式取样保持滤波器4022的输入端VIN会接收主动笔信号S1，其操作时序如图15所示，第一开关SW1受控于第一开关控制信号第二开关SW2受控于第四开关控制信号第四开关SW4受控于第三开关控制信号第五开关SW5受控于第三开关控制信号3或是受控于第四开关控制信号且第三开关SW3以及第六开关SW6受控于第二开关控制信号2。第一开关控制信号1、第四开关控制信号2B以及第三开关控制信号3依序出现高准位，但彼此的致能准位在时间上并不重叠，且第二开关控制信号2维持在低准位。换言之，第一开关SW1、第二开关SW2及第四开关SW4依序被导通，其中导通第二开关SW2时也同时导通第五开关SW5(受控于第四开关控制信号)，导通第四开关SW4时也同时导通第五开关SW5(受控于第三开关控制信号)，第三开关SW3以及第六开关SW6则保持不导通，且第一开关SW1、第二开关SW2及第四开关SW4的导通时间不相重叠。
此外，当触控面板15操作于触控信号接收模式时，整合式取样保持滤波器4022的输入端VIN会接收触控数据，其操作时序如图16所示，第一开关SW1受控于第一开关控制信号第二开关SW2受控于第四开关控制信号第四开关SW4受控于第三开关控制信号第五开关SW5受控于第三开关控制信号且第三开关SW3以及第六开关SW6受控于第二开关控制信号第一开关控制信号第二开关控制信号以及第三开关控制信号依序出现高准位，但彼此的致能准位在时间上并不重叠，且第四开关控制信号维持在低准位。换言之，第一开关SW1、第三开关SW3及第四开关SW4依序被导通，第三开关SW3及第六开关SW6同时导通，导通第四开关SW4也同时导通第五开关SW5(受控于第三开关控制信号)，第二开关SW2保持不导通，且第一开关SW1、第三开关SW3及第四开关SW4的导通时间不相重叠。
整合式取样保持滤波器4022可设置于主动笔检测电路12中，但本发明不限于此，整合式取样保持滤波器4022亦可设置于电容式触控装置100中其他的电路中。由于整合式取样保持滤波器4022属于对多个取样保持滤波器2022、3022进行整合的一种实施方式，故其他相关操作以及应用大致雷同于取样保持滤波器2022、3022，惟整合式取样保持滤波器4022轮流受控于图15以及图16所示的操作时序，故不再赘述。
总而言之，在本发明提供的实施例中，电容式触控装置100可在检测触控输入的同时一并接收主动笔14传来的主动笔信号S1，尤其是被驱动中的驱动电极亦可同时用作为可接收主动笔信号S1的天线，且不具有现有技术中信号难以分辨以及取样率下降的问题。此外，本发明另提供一种整合式取样保持滤波器架构，以进一步减少硬件需求以及降低电容式触控装置100的制作成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (12)
1.一种电容式触控装置，其特征在于，包含：
触控面板，包含多条驱动电极以及多条接收电极，用以检测物体的触控输入；以及
主动笔检测电路，耦接于该多条驱动电极；
其中，当至少其中一条驱动电极被驱动以检测该物体的同时，该主动笔检测电路经由其中一条以上的被驱动的驱动电极来接收主动笔所发出的主动笔信号，以检测该主动笔接近或接触该触控面板。
2.如权利要求1所述的电容式触控装置，其特征在于，该主动笔检测电路包含取样保持滤波器，包含：
输入端，用以接收该主动笔信号；
输出端，用以输出一模拟信号；
第一电容，具有正极以及负极，该第一电容的正极耦接于该输出端，该第一电容的负极耦接于一参考电压源；
第二电容，具有正极以及负极，该第二电容的负极耦接于该参考电压源；
第一开关，耦接于该输入端与该输出端之间；
第二开关，耦接于该输入端与该第二电容的正极之间；以及
第三开关，耦接于该第二电容的正极与该输出端之间；
其中该第一开关、第二开关以及第三开关依序被导通，且该第一开关、第二开关以及第三开关的导通时间不相重叠。
3.如权利要求1所述的电容式触控装置，其特征在于，更进一步包含触控信号接收电路，该触控信号接收电路耦接于这些接收电极，用以接收该触控面板因应该触控输入所产生的触控数据，并包含取样保持滤波器，包含：
输入端，用以接收该触控数据；
输出端，用以输出一模拟信号；
第一电容，具有正极以及负极，该第一电容的正极耦接于该输出端，该第一电容的负极耦接于一参考电压源；
第二电容，具有正极以及负极；
第一开关，耦接于该输入端与该输出端之间；
第二开关，耦接于该输入端与该第二电容的正极之间；
第三开关，耦接于该第二电容的负极与该输出端之间；
第四开关，耦接于该第二电容的正极与该参考电压源之间；以及
第五开关，耦接于该第二电容的负极与该参考电压源之间；
其中该第一开关、该第二开关以及该第三开关依序被导通，该第二开关及该第五开关同时导通，该第三开关及该第四开关同时导通，以及且该第一开关、该第二开关及该第三开关的导通时间不相重叠。
4.如权利要求1所述的电容式触控装置，其特征在于，该主动笔检测电路接收该主动笔所传来的该主动笔信号的操作时段不重叠于被驱动的该多条驱动电极的驱动信号的工作周期的上升边缘以及下降边缘。
5.如权利要求1所述的电容式触控装置，其特征在于，更进一步包含触控信号接收电路，该触控信号接收电路耦接于这些接收电极，用以接收该触控面板因应该触控输入所产生的触控数据，其中该主动笔检测电路以及该触控信号接收电路包含整合式取样保持滤波器，该整合式取样保持滤波器包含：
输入端，用以接收该触控数据与该主动笔信号；
输出端，用以输出一模拟信号；
第一电容，具有正极以及负极，该第一电容的正极耦接于该输出端，该第一电容的负极耦接于一参考电压源；
第二电容，具有正极以及负极；
第一开关，耦接于该输入端与该输出端之间；
第二开关，耦接于该输入端与该第二电容的负极之间；
第三开关，耦接于该第二电容的正极与该输入端之间；
第四开关，耦接于该第二电容的负极与该输出端之间；
第五开关，耦接于该第二电容的正极及该参考电压源之间；以及
第六开关，耦接于该第二电容的负极及该参考电压源之间；
其中当该触控面板操作于主动笔检测模式时，该整合式取样保持滤波器接收该主动笔信号，该第一开关、该第二开关及该第四开关依序被导通，其中导通该第二开关时同时导通该第五开关，导通该第四开关时同时导通该第五开关，该第三开关以及该第六开关保持不导通，且该第一开关、该第二开关及该第四开关的导通时间不相重叠；以及
当该触控面板操作于触控信号接收模式时，该整合式取样保持滤波器接收该触控数据，该第一开关、该第三开关及该第四开关依序被导通，其中导通该第三开关时同时导通该第六开关，导通该第四开关时同时导通该第五开关，该第二开关保持不导通，且该第一开关、该第三开关及该第四开关的导通时间不相重叠。
6.如权利要求1所述的电容式触控装置，其特征在于，另包含第一多工器，该主动笔检测电路包含多个第一接收单元，且该第一多工器耦接于该多个第一接收单元与该多条驱动电极之间。
7.如权利要求1所述的电容式触控装置，其特征在于，另包含第二多工器以及触控信号接收电路，该触控信号接收电路耦接于这些接收电极，用以接收该触控面板因应该触控输入所产生的触控数据，该触控信号接收电路包含多个第二接收单元，且该第二多工器耦接于该多个第二接收单元与该多条接收电极之间。
8.如权利要求1所述的电容式触控装置，其特征在于，该主动笔检测电路所接收的主动笔信号包含笔压信号、操作模式切换信号、笔划方位、笔划角度或书写速度。
9.一种在电容式触控面板上同时检测主动笔与物体的方法，其特征在于，该触控面板包含多条驱动电极以及多条接收电极，该方法包含：
驱动其中一条以上的驱动电极，被驱动的驱动电极上均具有一驱动信号；
借由触控信号接收电路接收该触控面板因应该物体所产生的触控数据，其中该触控信号接收电路耦接于这些接收电极；
借由主动笔检测电路经由其中一条以上的被驱动的驱动电极来检测主动笔所发出的主动笔信号，其中该主动笔检测电路耦接于该多条驱动电极。
10.如权利要求9所述的在电容式触控面板上同时检测主动笔与物体的方法，其特征在于，当主动笔检测电路检测该主动笔的主动笔信号时，还包含一防干扰手段以避开该驱动信号对于检测该主动笔的主动笔信号的干扰，其中该防干扰手段包含：
在各被驱动的驱动电极上的驱动信号的工作周期的上升边缘以及下降边缘以外的工作时间，以进行该主动笔检测电路检测该主动笔的主动笔信号的操作。
11.如权利要求9所述的在电容式触控面板上同时检测主动笔与物体的方法，其特征在于，当主动笔检测电路检测该主动笔的主动笔信号时，还包含一防干扰手段以避开该驱动信号对于检测该主动笔的主动笔信号的干扰，其中该防干扰手段包含：
各被驱动的驱动电极上的驱动信号的工作周期包含一上升边缘以及一下降边缘，在该上升边缘于该驱动电极与接收电极之间的电容产生正电荷效应，在该下降边缘于该驱动电极与接收电极之间的该电容产生负电荷效应，借由该主动笔检测电路将该正电荷效应与负电荷效应相加，以进行该主动笔检测电路检测该主动笔的主动笔信号的操作。
12.如权利要求9所述的在电容式触控面板上同时检测主动笔与物体的方法，其特征在于，该主动笔检测电路所接收的主动笔信号包含笔压信号、操作模式切换信号、笔划方位、笔划角度或书写速度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180130 Termination date: 20200506 |