CN107015684B - 触控面板的感测方法及其感测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种触控面板的感测方法及其感测电路，本发明的感测方法及感测电路利用自举电路间接地对感应电极重复进行数次充电后，将感应电极充电至一特定电位，并在数个量测循环下，配合驱动电路对驱动电极切换至第一电位或第二电位，在每一次电位切换的状态后，进行量测而得到多个读值，以通过多个读值滤除噪声并得到最佳讯号。本发明的感测方法及感测电路于量测循环下仅需等待电位平衡，具有有效缩短触控感测反应时间的技术效果。

Description

触控面板的感测方法及其感测电路
【技术领域】
本发明涉及一种触控面板的感测方法及其感测电路，特别是关于一种可快速获得触控讯号的感测方法及其感测电路。
【背景技术】
触控面板或触控屏幕是主要的现代人机接口之一，作为一种位置辨识装置，能够巧妙的结合输入和显示接口，故具有节省装置空间和操作人性化的优点，目前已非常广泛应用在各式消费性或者工业性电子产品上。举例：个人数字助理(personal digitalassistant，PDA)、掌上电脑(palm-sized PC)、平板计算机(tablet computer)、移动电话(mobile phone)、智能型手机(smart phone)手写输入设备、信息家电(InformationAppliance)、自动金融机(Automated Teller Machine，ATM)、店头销售柜员机(Point-Of-Sale，POS)等等装置上，泛见于各种商业与工业应用的场合。
目前的触控讯号量测方法，采用讯号相减的方式，将噪声减除。通過重复进行一量测循环，得到二个以上不同的感测电压讯号再相减，以排除噪声来得到一触控讯号。
除上述量测方法外，美国前案US 12/466,230是比较量测循环所得之复数个信号值与所默认的最大值及最小值之间的接受值范围，舍弃超出范围之讯号，利用介于默认接受范围内的一或多个信号改变来判定触控位置。此外，中国台湾前案TW 100112718是分别对触摸屏电容矩阵的行和列进行扫描，并同时扫描两行或两列，获取两行或两列的电容差值，或扫描一行或一列，获取该行或列与其基准电容的电容差值，然后进行数据处理。
上述量测方法由于需要在驱动电极未充电时对感测电极进行量测，因此将拖慢反应时间。此外，上述每一次的量测循环需要经过接地放电、驱动、等待电压平衡、放电、等待放电完成的步骤，造成每一次的量测会浪费许多无效时间，而拖慢触控感测的反应速度，因此，需要一个可省去无效时间，又不影响讯号质量的方法。
【发明内容】
为了克服上述习知技术的缺点，本发明提供下列各种实施例来解决上述问题。
本发明提供一种改良的触控讯号的感测方法及其感测电路，以有效的排除侦测时产生之噪声干扰，并缩短讯号处理时间。
本发明的一种触控面板的感测方法，其中触控面板具有至少一驱动电极及至少一感应电极。感测方法包括：初始化驱动电极及感应电极，使驱动电极及感应电极位于一接地状态；将感应电极电耦合至一自举电路；切换感应电极至一浮接状态；对自举电路充电，并通過自举电路对感应电极充电；切换驱动电极至一初始电位；待电位平衡后，将自举电路与感应电极断开，并通過一模拟数字转换电路对感应电极进行量测，得到一初始读值；进行一量测循环；并重复量测循环，以得到复数个量测读值；最后，将感应电极切换为接地状态；以及，将驱动电极再切换回接地状态。其中，量测循环包括：切换驱动电极至第一电位或第二电位；再将感应电极电耦合至自举电路；以及，待电位平衡，再将自举电路与感应电极断开，并通过模拟数字转换电路进行量测，得到一量测读值。其中，得到初始读值或量测读值后，调整一非定值之量测频率，再进行量测循环。
在一较佳实施例中，感测方法更包括：通过一控制单元处理该初始读值及该复数个量测读值，以得到一讯号值。
本发明提供另一种触控面板的感测电路，其中触控面板具有至少一驱动电极及至少一感应电极。感测电路包括一自举电路、一充电电路、一驱动电路、一模拟数字转换电路及一控制单元。自举电路可选择性地电耦合感应电极。充电电路可选择性地电耦合自举电路。驱动电路可切换驱动电极至接地状态及任一电位。模拟数字转换电路系电耦合感应电极。控制单元系电耦合自举电路、充电电路、驱动电路、模拟数字转换电路、驱动电极及感应电极，并通过控制单元来执行上述感测方法。
本发明的感测方法利用自举电路，间接地对感应电极重复进行数次充电后，将感应电极充电至一特定电位，在数个量测循环下，配合驱动电路对驱动电极切换至第一电位或第二电位，在每一次电位切换之状态后，仅需等待电位平衡，可快速地进行量测来得到不同状态下的多个读值，以通过多个读值滤除噪声并得到最佳讯号。由于本发明于量测循环下仅需等待电位平衡，避免习知所作之量测循环需要经过接地放电、驱动、等待电压平衡、放电、等待放电完成的步骤，因此有效地缩短了触控感测的反应时间。此外，通过上述感测方法，环境中与电源中所夹带之电磁波干扰，以及液晶屏幕被驱动时所引起的电磁波干扰等对感应电场所造成的噪声将被扣除，尤其是低频率的噪声。
【附图说明】
图1是本发明实施例中一种触控面板及其感测电路的示意图。
图2是本发明实施例中感测电路的简易电路示意图。
图3是本发明实施例中感测方法的流程方块图。
图3A是本发明实施例中量测循环流程的方块图。
附图标号说明
100触控面板
110驱动电极
120感应电极
200感测电路
210切换电路
220自举电路
230充电电路
240驱动电路
250模拟数字转换电路
260控制单元
P、Q开关
VC充电电压
VH任一电位
【具体实施方式】
有关本发明前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是用于参照随附图式的方向。因此，该等方向用语仅是用于说明并非是用于限制本发明。
请参考图1，是本发明所实施的电容式触控面板100及其感测电路200的示意图。触控面板100是由至少一驱动电极110及至少一感应电极120构成一基本架构，驱动电极110与感应电极120是由导电物质所构成，并相互形成一矩阵结构，且感应电极120设置于驱动电极110的上方。驱动电极110是由复数行电极条所构成，感应电极120是由复数列电极条所构成。矩阵结构的电容式触控面板100与感测电路200电耦合而具有触控之功能。
本发明实施例中的一种触控面板100的感测电路200的简易电路示意图，如图2所示。感测电路200包括一切换电路210、一自举电路220、一充电电路230、一驱动电路240、一模拟数字转换电路250(Analog to Digital Converter，ADC)及一控制单元260。控制单元260电耦合切换电路210、自举电路220、充电电路230、驱动电路240、模拟数字转换电路250、驱动电极110及感应电极120，以控制感测电路200实施触控面板100的感测方法。
切换电路210可选择性地电耦合感应电极120，当切换电路210与感应电极120电耦合时，感应电极120呈现一接地状态；当切换电路210断开感应电极120时，感应电极呈现一浮接状态。自举电路220通过两开关P及Q可选择性地电耦合感应电极120，其中开关P可以是一种多任务器(multiplexer)。充电电路230通过开关P可选择性地电耦合自举电路220，并提供一充电电压VC。通过开关P及Q，充电电路230透过自举电路220，而可间接地对感应电极120充电。驱动电路240可切换驱动电极110至接地状态或供应任一电位VH给驱动电极110，其中电位VH包含一初始电位、一第一电位及一第二电位。通过开关Q切断自举电路220与其他电路或电极的电性连接，令模拟数字转换电路250对自举电路220进行量测。
图3及图3A是本发明实施例中一种触控面板的感测方法及其中进行量测循环的流程方块图。本实施例的感测方法是应用于上述感测电路，请配合参照图2的简易电路示意图。本发明实施例中感测方法具有三阶段，第一阶段为包含步骤S1-S9的初始阶段(Start)，第二阶段为包含步骤S10-S11的循环阶段(Loop)，第三阶段为包含S10-S12的终止阶段(End)，其步骤包括：
步骤S1：控制单元260初始化驱动电极110及感应电极120，使驱动电极110及感应电极120皆位于一接地状态。通过驱动电极110及感应电极120为接地状态，以清除驱动电极110及感应电极120上的残存电荷。
步骤S2：控制单元260切换开关P及Q，以将感应电极120电耦合至自举电路220。
步骤S3：经一第一延时放电后，控制单元260通过切换电路210将感应电极120切换至一浮接状态，同时，驱动电极110仍位于接地状态。
步骤S4：控制单元260切换开关P及Q，将充电电路230与自举电路220电耦合，以一充电电压VC对自举电路220充电。
步骤S5：接着，控制单元260切换开关P，令自举电路220对感应电极120充电。
步骤S6：重复步骤S4-S5，直到感应电极120达到一特定电位。其中，特定电位包括充电电路230所供应之充电电压VC的平均值或充电电压的二分之一值VC/2。
步骤S7：控制单元260致使驱动电路240切换驱动电极110，由原本的接地状态改为供应一初始电位VH。
步骤S8：经一第二延时，等待电位平衡，使得驱动电极110及感应电极120上的电荷稳定。
步骤S9：控制单元260切换开关P或Q，使得自举电路220与感应电极120断开。接着，模拟数字转换电路250对自举电路220进行量测，以得到一初始读值。结束量测后经一第三延时，控制单元260根据后端滤波器(图未绘)决定是否要调整一非定值之量测频率以切换模式，再进行下一步骤，也就是由第一阶段(Start)进入第二阶段(Loop)。
步骤S10：控制单元260进行一量测循环，也就是进入第二阶段(Loop)。请见第三A图，量测循环S10之流程包括步骤S101至S105。
步骤S101：控制单元260致使驱动电路240切换供应第一电位给驱动电极110，或是持续上述步骤S7时的初始电位，抑或切换供应第二电位给驱动电极110。本实施例中，上述初始电位为任一大于0的电位，上述第一电位包括0电位或5V以下的任一电位，而上述第二电位包括18V或5V以上的任一电位。其中，此步骤S101是控制单元260根据步骤S9中后端滤波器(图未绘)决定其切换模式。
步骤S102：控制单元260切换开关P及Q，再将感应电极120电耦合至自举电路220。
步骤S103：经一第四延时，等待电位平衡，使得驱动电极110及感应电极120上的电荷稳定。在本实施例中，第四延时的时间较长于第二延时。
步骤S104：控制单元260切换开关P及Q，将自举电路220与感应电极120断开，并通过模拟数字转换电路250对自举电路220进行量测，得到一量测读值。
步骤S105：结束量测后经第三延时，控制单元260根据后端滤波器决定是否要调整量测频率以切换模式，再进行下一步骤。其中，此步骤S105是控制单元260根据步骤S104的结果，后端滤波器决定其切换模式，使得步骤S11进行重复步骤S10是量测循环中步骤S101时，驱动电极110可以连续维持第一电位；抑或驱动电极110可以是连续维持第二电位；甚或驱动电极110可以是连续维持数次第一电位后，再连续维持数次第二电位；或驱动电极110可以第一电位及第二电位交错循环，其第一电位及第二电位的切换由后端滤波器决定。
步骤S11：重复步骤S10中的量测循环，以得到复数个量测读值。在本实施例中，重复量测循环的次数为奇数次。若欲停止量测循环S10，也就是准备由第二阶段(Loop)进入第三阶段(End)，则进行步骤S12前最后一次的量测循环S10时，则省略量测循环S10中的步骤S105。
步骤S12：进入第三阶段(End)，将驱动电极110及感应电极120切换为接地状态，以结束上述感测方法。
其中，当上述量测循环S10中切换驱动电极110至第一电位(本实施例中包括0电位或5V以下的任一电位)时，则得到之量测读值为一第一量测读值，其仅包含噪声及第一基底值。当上述量测循环S10中切换驱动电极110至第二电位(本实施例中为较高电位，包括18V或5V以上的任一电位)时，此时，则得到之量测读值为一第二量测读值。若有指向对象接触触控面板，则得到的第二量测读值包含噪声、第二基底值及第一接触值；若无指向对象接触触控面板，则第二量测读值仅包含噪声及第二基底值。
最后，由于步骤S9所得初始读值及步骤S10-S11所得复数个量测读值含有噪声，皆无法单独使用，无法正确判读指向对象的触控讯号。因此，通过控制单元260处理上述读值，以得到一可使用的触控讯号。执行三阶段(Start-Loop-End)的感测方法后，可得到初始读值及量测读值，量测读值包含m个驱动电极为第二电位时所得到之第二量测读值，其包括噪声、第二基底值及/或第一接触值，以及n个驱动电极为第一电位时所得到之第一量测读值，其包括噪声及第一基底值；其中m、n为正整数。
控制单元260将上述m+n个值送入后端滤波器，经过处理以滤除噪声，该处理方式包括放大可使用讯号的倍率并利用一滤波运算，其中m、n分别是由后端滤波器决定其数量，在一实施例中，m、n其中之一亦可以是零。若有指向对象接触触控面板，则控制单元260输出特定放大倍率的一第三基底值及特定放大倍率的一第二接触值。若无指向对象接触触控面板，则控制单元260输出特定放大倍率的第三基底值，此特定放大倍率的第三基底值作为上述运算所需的基底值。然后。控制单元260处理上述经特定放大倍率的第三基底值及第二接触值，以将低频噪声扣除，得到可使用的触控讯号。此外，更可以将得到的触控讯号再进行跳频处理，而获得更精确的最佳触控讯号。
在一较佳实施例中，驱动电极110由复数行电极条所构成，感应电极120由复数列电极条所构成。因此，执行量测上述初始读值及量测读值时，控制单元260通过模拟数字转换电路250依序对感应电极120中复数列电极条进行量测，以产生复数个初始读值或量测读值。接着，控制单元260再根据复数个初始读值之平均值及复数个量测读值的平均值进行后续计算。
于上述实施例中，当进行第一阶段(Start)初始化时，驱动电极110被定义为接地状态，而后被切换为任一电位VH，通过驱动电路240切换驱动电极110之电位状态，进行感测指向对象之触控讯号。因此，于第三阶段(End)之步骤S12时，驱动电路240将驱动电极110回归为初始化状态(接地状态)。若感测方法于三阶段中的初始化条件不同，于第一阶段(Start)初始化时，驱动电极110被定义为任一电位VH，而后被切换为接地状态，则于第三阶段(End)的步骤S12时，驱动电路240将驱动电极110回归为初始化状态(任一电位VH)，亦能感测到指向对象之触控讯号。因此，本发明实施例并不限定初始化时，驱动电极110为接地状态，亦可为任一电位。
在感测电路进行上述感测方法时，仅在步骤S1中初始化及最后一个步骤S12时，控制单元260才通过切换电路210，将感应电极120切换至接地状态。于步骤S2-S9执行初始阶段的量测初始读值以及步骤S10-S11执行循环阶段的量测循环中量测量测读值时，感应电极120都不需切换至接地状态；在步骤S10中驱动电路对驱动电极复数次切换至第一电位或第二电位，而在每一次电位切换之状态后，仅需等待电位平衡，即可进行量测。
本发明通过量测循环可快速地进行量测，来得到不同状态下的多个读值，并通过多个读值滤除噪声以得到最佳触控讯号。更进一步，本发明感测方法利用自举电路，间接地对感应电极重复进行数次充电后，将感应电极充电至一特定电位。先采取自举电路将感应电极驱动至特定的高电位，当在第一电位进行量测循环时，可以避免因电位太低而量测不到的问题。此外，通过上述感测方法，环境中与电源中所夹带之电磁波干扰，以及液晶屏幕被驱动时所引起的电磁波干扰等对感应电场所造成的噪声将被扣除，尤其是低频率的噪声。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用来限定本发明的范围；凡是未脱离发明所公开精神下所完成的等效改变或修饰，均理解为应包含在下述的权利要求所限定的范围内。

Claims (14)

1.一种触控面板的感测方法，其中该触控面板具有至少一驱动电极及至少一感应电极，该感测方法包括：
初始化该驱动电极及该感应电极，使该驱动电极及该感应电极皆位于一接地状态；
将该感应电极电耦合至一自举电路；
切换该感应电极至一浮接状态；
对该自举电路充电，再通过该自举电路对该感应电极充电；
切换该驱动电极至一初始电位；
待电位平衡后，将该自举电路与该感应电极断开，并通过一模拟数字转换电路对该自举电路进行量测，得到一初始读值；
进行一量测循环，该量测循环包括：
切换该驱动电极至一第一电位或一第二电位，其中该第一电位及该第二电位的切换模式由后端滤波器决定；
再将该感应电极电耦合至该自举电路；以及，
待电位平衡，再将该自举电路与该感应电极断开，并通过该模拟数字转换电路对该自举电路进行量测，得到一量测读值；
重复该量测循环，以得到复数个该量测读值；
将该感应电极切换为该接地状态；以及
并将该驱动电极切换回该接地状态；
其特征在于：
当该量测循环中切换该驱动电极至该第一电位时，则得到的该量测读值为一第一量测读值；当该量测循环中切换该驱动电极至该第二电位时，则得到的该量测读值为一第二量测读值；该第一量测读值的数量为m个，该第二量测读值的数量为n个，由后端滤波器决定其数量；
通过一控制单元将上述m+n个该第一量测读值及该第二量测读值送入后端滤波器，经过一滤波运算以滤除噪声，而输出特定放大倍率的一第三基底值及/或特定放大倍率的一第二接触值；以及
通过该控制单元处理特定放大倍率的该第三基底值及该第二接触值，以得到一触控讯号。
2.如权利要求1所述的感测方法，其特征在于：更包括通过一控制单元处理该初始读值及该复数个量测读值，以得到一讯号值。
3.如权利要求1所述的感测方法，其特征在于：该第一电位为0伏特到5伏特，该第二电位为5伏特到18伏特。
4.如权利要求1所述的感测方法，其特征在于：该第一量测读值仅包含噪声及一第一基底值，该第二量测读值包含噪声及一第二基底值，或该第二量测读值包含噪声、该第二基底值及一第一接触值。
5.如权利要求1所述的感测方法，其特征在于：对该自举电路充电，并通过该自举电路对该感应电极充电的步骤，重复至该感应电极达到一特定电位。
6.如权利要求1所述的感测方法，其特征在于：该后端滤波器决定该驱动电极被切换连续维持该第一电位，或被切换连续维持该第二电位；或该驱动电极被切换先维持该第一电位，再被切换维持该第二电位；或该驱动电极被交错切换至该第一电位及该第二电位。
7.如权利要求1所述的感测方法，其特征在于：得到该初始读值或该量测读值后，调整量测频率，再进行该量测循环。
8.一种触控面板的感测电路，其中该触控面板具有至少一驱动电极及至少一感应电极，包括：
一自举电路，选择性地电耦合该感应电极；
一充电电路，选择性地电耦合该自举电路；
一驱动电路，切换该驱动电极至一接地状态或任一电位；
一模拟数字转换电路，系电耦合该感应电极；以及，
一控制单元，系电耦合该自举电路、该充电电路、该驱动电路、该模拟数字转换电路、该驱动电极及该感应电极；
其中，该控制单元初始化该驱动电极及该感应电极，使该驱动电极及该感应电极皆位于一接地状态；接着，该控制单元将该感应电极电耦合至一自举电路；该控制单元切换该感应电极至一浮接状态；对该自举电路充电，再通过该自举电路对该感应电极充电；该控制单元切换该驱动电极至一初始电位；待电位平衡后，将该自举电路与该感应电极断开，并通过一模拟数字转换电路对该自举电路进行量测，得到一初始读值；然后，该控制单元进行一量测循环，并重复该量测循环，以得到复数个量测读值；该控制单元将该感应电极切换为该接地状态；以及，将该驱动电极再切换回一第一电位；
其中，该量测循环包括：该控制单元切换该驱动电极至该第一电位或一第二电位，其中该第一电位及该第二电位的切换模式由后端滤波器决定；再将该感应电极电性连接至该自举电路；以及，待电位平衡，该控制单元再将该自举电路与该感应电极断开，并通过一模拟数字转换电路对该感应电极进行量测，得到该些量测读值的其一；
其特征在于：当该量测循环中切换该驱动电极至该第一电位时，则得到的该量测读值为一第一量测读值；当该量测循环中切换该驱动电极至该第二电位时，则得到的该量测读值为一第二量测读值；该第一量测读值的数量为m个，该第二量测读值的数量为n个，由后端滤波器决定其数量；
通过一控制单元将上述m+n个该第一量测读值及该第二量测读值送入后端滤波器，经过一滤波运算以滤除噪声，而输出特定放大倍率的一第三基底值及/或特定放大倍率的一第二接触值；以及
通过该控制单元处理特定放大倍率的该第三基底值及该第二接触值，以得到一触控讯号。
9.如权利要求8所述的感测电路，其特征在于：更包括该控制单元处理该初始读值及该复数个量测读值，以得到一讯号值。
10.如权利要求8所述的感测电路，其特征在于：第一电位为0伏特到5伏特的间，第二电位为5伏特到18伏特的间。
11.如权利要求8所述的感测电路，其特征在于：该第一量测读值仅包含噪声及一第一基底值，该第二量测读值包含噪声及一第二基底值，或该第二量测读值包含噪声、该第二基底值及一第一接触值。
12.如权利要求8所述的感测电路，其特征在于：对该自举电路充电，并通过该自举电路对该感应电极充电的动作，重复至该感应电极达到一特定电位。
13.如权利要求8所述的感测电路，其特征在于：该后端滤波器决定该驱动电极被切换连续维持该第一电位，或被切换连续维持该第二电位；抑或该驱动电极被切换先维持该第一电位，再被切换维持该第二电位；甚或该驱动电极被交错切换至该第一电位及该第二电位。
14.如权利要求8所述的感测电路，其特征在于：得到该初始读值或该量测读值后，调整量测频率，再进行该量测循环。
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