CN106814924B - 讯号取样方法以及感测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种讯号取样方法，施行在包含一感测矩阵的感测系统上，此感测矩阵包含一第一感测区以及一第二感测区。此讯号取样方法包含：(a)以一第一单一周期取样数取样第一感测区的感测值来产生一第一感测讯号；以及(b)以一第二单一周期取样数取样第二感测区的感测值来产生一第二感测讯号。其中第一单一周期取样数与第二单一周期取样数的值不同。藉由对不同的感测区以不同的单一周期取样数来取样，可让单一周期取样数的选择范围更广。
Description
技术领域
本发明有关于一种讯号取样方法以及感测系统，特别有关于可让不同感测区使用不同单一周期取样数的讯号取样方法以及感测系统。
背景技术
现有的电容感测装置通常会包含一电容感测矩阵，每一电容感测矩阵会包含复数感测区，例如包含复数个电容感测单元(cell)。传统上，会以同样的单一周期取样数来取样这些感测区所产生的感测讯号。单一周期取样数意指一固定周期内的取样数，例如1ms内取样100次。然而，每一个感测区的状况有所不同，因此同样的单一周期取样数对每一感测区可能不是最理想的。而且，这样的方式会让单一周期取样数的选择受到很大的限制。
举例来说，当电容感测装置使用在触控荧幕时，可能会受到图框率(frame rate)的限制。电容感测装置中的控制单元，例如数位讯号处理电路(DSP)，自类比数位转换器接收资料时，须等待整个图框的资料齐全才会进行处理。而控制单元每秒处理的图框数有最低的限制，因此可选择的单一周期取样数会受限于图框率。此外，有些单一周期取样数可能并不适用于所有的感测区，故单一周期取样数的选择会更加的受限。
发明内容
因此，本发明之一目的为提供一种讯号取样方法，其可以不同的单一周期取样数来取样不同感测区的感测值。
本发明之一目的为提供一种感测系统，其可以不同的单一周期取样数来取样不同感测区的感测值。
本发明一实施例提供了一种讯号取样方法，施行在包含一感测矩阵的感测系统上，此感测矩阵包含一第一感测区以及一第二感测区。此讯号取样方法包含：(a)以一第一单一周期取样数取样第一感测区的感测值来产生一第一感测讯号；以及(b)以一第二单一周期取样数取样第二感测区的感测值来产生一第二感测讯号。其中第一单一周期取样数与第二单一周期取样数的值不同。
本发明另一实施例提供了一种感测系统，包含：一感测矩阵，包含一第一感测区以及一第二感测区：一取样装置；以及一控制单元。控制单元用以执行下列步骤：(a)使取样装置以一第一单一周期取样数取样第一感测区的感测值来产生一第一感测讯号；以及(b)使取样装置以一第二单一周期取样数取样第二感测区的感测值来产生一第二感测讯号。其中第一单一周期取样数与第二单一周期取样数的值不同。
依据前述实施例，本发明可对不同的感测区以不同的单一周期取样数进行取样，可改善现有技术中单一周期取样数的选择受限的问题。
附图说明
图1绘示了根据本发明一实施例的电容感测系统的方块图。
图2绘示了根据本发明另一实施例的电容感测系统的方块图。
图3绘示了图1和图2所示实施例的示范性详细结构。
图4绘示了根据本发明另一实施例的电容感测系统的方块图。
附图标号说明：
100、200 电容感测系统
CM 电容感测矩阵
SA 取样装置
SA_1 第一取样装置
SA_2 第二取样装置
AD 类比数位转换器
AD_1 第一类比数位转换器
AD_2 第二类比数位转换器
CU 控制单元
SR 电容感测单元
SR_1 第一电容感测单元
SR_2 第二电容感测单元
V 电压源
C_1、C_2、C_3 电容
DF 数位滤波器
SU 储存单元
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
图1绘示了根据本发明一实施例的电容感测系统的方块图。如图1所示，电容感测系统100包含一电容感测矩阵CM、一第一取样装置SA_1以及一第一类比数位转换器AD_1。电容感测矩阵CM包含了复数个电容感测单元，但在此实施例中仅标示了第一电容感测单元SR_1以及第二电容感测单元SR_2。第一取样装置SA_1以第一单一周期取样数取样第一电容感测单元SR_1的电容值来产生第一感测讯号SS_1，并以第二单一周期取样数取样第二电容感测单元的电容值来产生第二感测讯号SS_2。也就是说，此实施例中的第一取样装置SA_1可使用不同的单一周期取样数取样不同的电容感测单元的电容值来产生感测讯号，而不像现有的电容感测系统只能用相同的单一周期取样数来对整个电容感测矩阵CM进行取样。第一类比数位转换器AD_1用以将第一感测讯号SS_1以及第二感测讯号SS_2转换成第一数位感测讯号DSS_1以及第二数位感测讯号DSS_2。
虽然在前述实施例中为了方便说明是将不同的电容感测单元给定为具有不同的单一周期取样数，然而亦可将多个电容感测单元设定为具有相同单一周期取样数的同一感测区，因此在其他实施例中亦可以是针对不同感测区给定不同的单一周期取样数。
许多方式可用以决定第一单一周期取样数以及第二单一周期取样数的值。于一实施例中，会检测第一电容感测单元SR_1以及第二电容感测单元SR_2的元件特性(例如耐用度或是对电压变化的灵敏度)，并根据第一电容感测单元以及第二电容感测单元的元件特性来设定第一单一周期取样数以及第二单一周期取样数。
电容感测矩阵CM可能因为制程问题、硬件缺失或其他因素导致多个电容感测单元之间受噪声干扰程度或抗噪声能力不同。因此针对该些受噪声干扰程度较高或者本身抗噪声能力较低的电容感测单元，可增加超额取样(over-sampling)的数目，藉此增加所取样感测值的质量。也就刺说，可针对这些电容感测单元或其所对应感测区增加单一周期取样数。
然请留意，图1的实施例中仅使用了一取样装置和一类比数位转换器，但本发明并不限定仅使用单一取样装置和单一类比数位转换器。请参阅图2，电容感测系统200除了第一取样装置SA_1以及第一类比数位转换器AD_1外，更包含了第二取样装置SA_2以及类比数位转换器AD_2。也就是说，电容感测系统200包含了多组取样装置以及类比数位转换器。这些取样装置以及类比数位转换器分别负责处理不同的电容感测单元。于一实施例中，同一类比数位转换器会接收来自同一列或同一行的电容感测单元的感测讯号，但并不限定。
详细言之，在图2的实施例中，第一取样装置SA_1用以取样第一电容感测单元SR_1的电容值来产生第一感测讯号SS_1，第二取样装置SA_2用以取样第二电容感测单元SR_2的电容值来产生第二感测讯号SS_2。第一类比数位转换器AD_1用以根据第一感测讯号SS_1产生一第一数位感测讯号DSS_1，第二类比数位转换器AD_2用以根据第二感测讯号SS_2产生第二数位感测讯号DSS_2。在一实施例中，第二类比数位转换器AD_2在产生第二数位感测讯号后DSS_2，会等待第一类比数位转换器AD_1产生第一数位感测讯号DSS_1后才输出第二数位感测讯号DSS_2到控制单元CU。也就是说，对应较少单一周期取样数的类比数位转换器会等对应较多单一周期取样数的类比数位转换器亦处理完感测讯号时，才将数位感测讯号输出到控制单元CU。控制单元CU为可进行逻辑运算的硬件或软件/硬件的组合，例如数位讯号处理器(DSP)或是中央处理器(CPU)。于一实施例中，对应较少单一周期取样数的类比数位转换器在等待对应较多单一周期取样数的类比数位转换器处理完感测讯号时，会在等待时间内亦对感测讯号进行取样，以让处理完感测讯号的时间一致。
前述的电容感测单元可包含不同的结构。图3绘示了图1和图2所示实施例的示范性详细结构。如图3所示，电容感测单元SR耦接至一电压源V并包含多个电容C_1、C_2、C_3。电压源V用以对电容C_1、C_2、C_3充电，取样装置SA会对C_1、C_2、C_3的等效电容值进行取样，并在取样次数达一预定值(即前述的单一周期取样数)时，将累积的数值输出到类比数位转换器ADC。当一物体(例如手指)与电容感测单元SR的距离小于一临界值时，电容感测单元SR的电容值会产生变化，藉此可判断是否有物体接触或靠近电容感测矩阵。然而，熟知此项技艺者当可了解电容感测单元SR可包含各式不一样的结构，其与取样电路和类比数位转换器间会有不同的连接关系。举例来说，专利号为US 8970230的美国专利揭露了与本发明图3结构不同的电容感测电路。因此，熟知此项技艺者当可了解本发明的概念当可运用于结构不同的电容感测电路上。
需注意的是执行各电容感测单元的单一周期取样数的方法除了上述利用该第一取样装置SA_1控制所对应电容感测单元的单一周期取样数的数目之外，亦可藉由该电容感测矩阵CM的驱动端(图中未示)来控制各电容感测单元的单一周期取样数的数目，例如是藉由调整驱动讯号的频率来改变该单一周期取样数。当然，亦可使用其它可控制一或多个电容感测单元的单一周期取样数的数目的方法，此类变化均应本发明的范围内。
前述实施例均是改变类比数位转换器处理感测讯号前的单一周期取样数。然而，亦可改变类比数位转换器本身的取样数来达到类似的效果。图4绘示了根据本发明另一实施例的电容感测系统的方块图。在图4的实施例中，电容感测系统400亦包含了电容感测矩阵CM、取样装置SA、类比数位转换器AD。于此实施例中，取样装置SA是以相同的单一周期取样数来取样第一电容感测单元SR_1的电容值以及第二电容感测单元SR_2的电容值(但亦可如前述实施例所描述般使用不同的单一周期取样数)，借以产生第一感测讯号SS_1以及第二感测讯号SS_2。然后类比数位转换器AD会以不同的取样频率来将第一感测讯号SS_1以及第二感测讯号SS_2数字化成第一数位感测讯号DSS_1以及第二数位感测讯号DSS_2。藉此亦可达到以不同的单一周期取样数来对不同的电容感测单元的电容值进行取样的效果。
于一实施例中，电容感测系统400更包含一数位滤波器DF。此数位滤波器DF会对类比数位转换器AD输出的数位感测讯号进行滤波，并将滤波后留下的感测资料储存到储存单元SU(ex.缓冲器)，然后控制单元CU会针对储存在储存单元SU中的感测资料进行运算。
请留意，前述实施例亦可以互相组合来运用，举例来说，图4的实施例亦可如图2般包含多组取样装置以及类比数位转换器。而且，前述实施例可以不同时包含取样装置以及类比数位转换器。以图1的实施例为例，若不包含第一类比数位转换器AD_1，则第一取样装置SA_1输出的第一感测讯号SS_1以及第二感测讯号SS_2便不会经过第一类比数位转换器AD_1而数字化。此类组合以及变化均应包含在本发明的范围内。
而且，前述的概念可不限制于使用在电容感测系统上，而可以使用在其他类型的感测系统。亦即，取样装置可对电容感测矩阵之外的感测矩阵所产生的讯号来进行取样。因此，本案所提供的感测系统可简述如下：一种感测系统，包含：一感测矩阵，包含一第一感测区以及一第二感测区：一取样装置；一控制单元。感测矩阵可如前述实施例般为电容感测矩阵，或是其他的感测矩阵，例如光感测矩阵。控制单元用以执行下列步骤：(a)使取样装置以一第一单一周期取样数取样第一感测区的感测值来产生一第一感测讯号；以及(b)使取样装置以一第二单一周期取样数取样第二感测区的感测值来产生一第二感测讯号。其中第一单一周期取样数与第二单一周期取样数的值不同。请留意此处的感测矩阵仅是一种通称，用以代表包含多个感测区的感测元件或装置，并不限定一定要以矩阵的方式呈现。
根据前述实施例，可得到一种讯号取样方法，其施行在一感测矩阵上，此感测矩阵包含一第一感测区以及一第二感测区。此讯号取样方法包含：(a)以一第一单一周期取样数取样第一感测区的感测值来产生一第一感测讯号；以及(b)以一第二单一周期取样数取样第二感测区的感测值来产生一第二感测讯号。其中第一单一周期取样数与第二单一周期取样数的值不同。
依据前述实施例，本发明可对不同的感测区以不同的单一周期取样数进行取样，可改善现有技术中单一周期取样数的选择受限的问题。
以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。
Claims (16)
1.一种讯号取样方法，其特征在于，施行在包含一感测矩阵的感测系统上，该感测矩阵包含一第一感测区以及一第二感测区，该讯号取样方法包含：
(a)以一第一单一周期取样数取样该第一感测区的感测值来产生一第一感测讯号；以及
(b)以一第二单一周期取样数取样该第二感测区的感测值来产生一第二感测讯号；
其中该第一单一周期取样数与该第二单一周期取样数的值不同；
其中该感测矩阵为一电容感测矩阵；
其中该感测系统包含一第一电容感测单元且该感测系统包含一第二电容感测单元；
其中该步骤(a)包含以该第一单一周期取样数取样该第一电容感测单元的电容值来产生该第一感测讯号；
其中该步骤(b)包含以该第二单一周期取样数取样该第二电容感测单元的电容值来产生该第二感测讯号；
更包含：
检测该第一电容感测单元以及该第二电容感测单元的元件特性；以及
根据该第一电容感测单元以及该第二电容感测单元的该元件特性来设定该第一单一周期取样数以及该第二单一周期取样数。
2.如权利要求1所述的讯号取样方法，其特征在于，
该第一感测讯号以及该第二感测讯号为类比讯号，且该第一单一周期取样数大于该第二单一周期取样数；
该感测系统更包含一第一类比数位转换器，用以根据该第一感测讯号产生一第一数位感测讯号；
该感测系统更包含一第二类比数位转换器，用以根据该第二感测讯号产生一第二数位感测讯号；
该第二类比数位转换器在产生该第二数位感测讯号后，会等待该第一类比数位转换器产生该第一数位感测讯号后才输出该第二数位感测讯号。
3.如权利要求1所述的讯号取样方法，其特征在于，
该第一感测讯号以及该第二感测讯号为类比讯号；
该感测系统更包含一第一类比数位转换器且该感测系统更包含一第二类比数位转换器；
该步骤(a)更包含以一第三单一周期取样数来让该第一类比数位转换器取样该第一感测讯号来产生一第一数位感测讯号；
该步骤(b)更包含以一第四单一周期取样数来让该第二类比数位转换器取样该第二感测讯号来产生一第二数位感测讯号；
该第三单一周期取样数和该第四单一周期取样数的值不同。
4.如权利要求3所述的讯号取样方法，其特征在于，该第三单一周期取样数大于该第四单一周期取样数，该第二类比数位转换器在产生该第二数位感测讯号后，会等待该第一类比数位转换器产生该第一数位感测讯号后才输出该第二数位感测讯号。
5.如权利要求3所述的讯号取样方法，其特征在于，更包含：
检测该第一类比数位转换器以及该第二类比数位转换器的元件特性；以及
根据该第一类比数位转换器以及该第二类比数位转换器的该元件特性来设定该第三单一周期取样数以及该第四单一周期取样数。
6.如权利要求2所述的讯号取样方法，其特征在于，
该第一感测讯号以及该第二感测讯号为数位讯号；
该感测系统包含一第一类比数位转换器且包含一第二类比数位转换器；
该步骤(a)包含以该第一单一周期取样数来让该第一类比数位转换器取样一第一类比讯号来产生该第一感测讯号；
该步骤(b)包含以该第二单一周期取样数来让该第二类比数位转换器取样一第二类比讯号来产生该第二感测讯号。
7.如权利要求6所述的讯号取样方法，其特征在于，该第一单一周期取样数大于该第二单一周期取样数，该第二类比数位转换器在产生该第二数位感测讯号后，会等待该第一类比数位转换器产生该第一数位感测讯号后才输出该第二数位感测讯号。
8.如权利要求6所述的讯号取样方法，其特征在于，更包含：
检测该第一类比数位转换器以及该第二类比数位转换器的元件特性；以及
根据该第一类比数位转换器以及该第二类比数位转换器的该元件特性来设定该第一单一周期取样数以及该第二单一周期取样数。
9.一种感测系统，其特征在于，包含：
一感测矩阵，包含一第一感测区以及一第二感测区：
一取样装置；以及
一控制单元，用以执行下列步骤：
(a)使该取样装置以一第一单一周期取样数取样该第一感测区的感测值来产生一第一感测讯号；以及
(b)使该取样装置以一第二单一周期取样数取样该第二感测区的感测值来产生一第二感测讯号；
该第一单一周期取样数与该第二单一周期取样数的值不同；
该感测矩阵为一电容感测矩阵；
该感测系统包含一第一电容感测单元且该感测系统包含一第二电容感测单元；
该步骤(a)包含以该第一单一周期取样数取样该第一电容感测单元的电容值来产生该第一感测讯号；
该步骤(b)包含以该第二单一周期取样数取样该第二电容感测单元的电容值来产生该第二感测讯号；
更包含：
检测该第一电容感测单元以及该第二电容感测单元的元件特性；以及
根据该第一电容感测单元以及该第二电容感测单元的该元件特性来设定该第一单一周期取样数以及该第二单一周期取样数。
10.如权利要求9所述的感测系统，其特征在于，
该第一感测讯号以及该第二感测讯号为类比讯号，且该第一单一周期取样数大于该第二单一周期取样数；
该感测系统更包含一第一类比数位转换器，用以根据该第一感测讯号产生一第一数位感测讯号；
该感测系统更包含一第二类比数位转换器，用以根据该第二感测讯号产生一第二数位感测讯号；
该第二类比数位转换器在产生该第二数位感测讯号后，会等待该第一类比数位转换器产生该第一数位感测讯号后才输出该第二数位感测讯号。
11.如权利要求9所述的感测系统，其特征在于，
该第一感测讯号以及该第二感测讯号为类比讯号；
该感测系统更包含一第一类比数位转换器且该感测系统更包含一第二类比数位转换器；
该步骤(a)更包含以一第三单一周期取样数来让该第一类比数位转换器取样该第一感测讯号来产生一第一数位感测讯号；
该步骤(b)更包含以一第四单一周期取样数来让该第二类比数位转换器取样该第二感测讯号来产生一第二数位感测讯号；
该第三单一周期取样数和该第四单一周期取样数的值不同。
12.如权利要求11所述的感测系统，其特征在于，该第三单一周期取样数大于该第四单一周期取样数，该第二类比数位转换器在产生该第二数位感测讯号后，会等待该第一类比数位转换器产生该第一数位感测讯号后才输出该第二数位感测讯号。
13.如权利要求11所述的感测系统，其特征在于，该控制单元更用以执行下列步骤：
检测该第一类比数位转换器以及该第二类比数位转换器的元件特性；以及
根据该第一类比数位转换器以及该第二类比数位转换器的该元件特性来设定该第三单一周期取样数以及该第四单一周期取样数。
14.如权利要求10所述的感测系统，其特征在于，
该第一感测讯号以及该第二感测讯号为数位讯号；
该感测系统包含一第一类比数位转换器且包含一第二类比数位转换器；
该步骤(a)包含以该第一单一周期取样数来让该第一类比数位转换器取样一第一类比讯号来产生该第一感测讯号；
该步骤(b)包含以该第二单一周期取样数来让该第二类比数位转换器取样一第二类比讯号来产生该第二感测讯号。
15.如权利要求14所述的感测系统，其特征在于，该第一单一周期取样数大于该第二单一周期取样数，该第二类比数位转换器在产生该第二数位感测讯号后，会等待该第一类比数位转换器产生该第一数位感测讯号后才输出该第二数位感测讯号。
16.如权利要求14所述的感测系统，其特征在于，该控制单元更用以执行下列步骤：
检测该第一类比数位转换器以及该第二类比数位转换器的元件特性；以及
根据该第一类比数位转换器以及该第二类比数位转换器的该元件特性来设定该第一单一周期取样数以及该第二单一周期取样数。
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