CN107665052A - 触笔、触摸感测系统及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种触笔、触摸感测系统及其驱动方法。该触摸感测系统包括：具有多个触摸电极的触摸屏，所述多个触摸电极被施加有触摸屏驱动信号；以及触笔，其基于触摸屏驱动信号生成笔驱动信号并且将笔驱动信号发送至触摸屏。触笔包括：放大器，其放大触摸屏驱动信号以生成放大信号；比较器，其将放大信号与预设参考电压进行比较以生成比较器输出信号；以及信号处理器，其测量比较器输出信号的脉冲宽度，基于测量调整延迟量，以及基于经调整的延迟量确定笔驱动信号的输出定时，以使笔驱动信号与触摸屏驱动信号同步。

Description

触笔、触摸感测系统及其驱动方法
技术领域
本文献涉及触摸感测系统，更具体地，涉及能够感测来自触笔的触摸输入的触摸感测系统及其驱动方法。
背景技术
用户接口(UI)使得人们(用户)能够按照他们的愿望容易地控制各种类型的电子装置。用户接口的典型示例包括小键盘、键盘、鼠标、屏上显示(OSD)、以及具有红外通信能力或射频(RF)通信能力的远程控制器。用户接口技术持续地朝向更高的用户灵敏度和操作便捷性进步。近来，用户接口已经演变成触摸UI、语音识别UI、3D UI等。
触摸UI已经不可缺少地用在便携式信息设备中。触摸UI通过在显示装置的屏幕上构建触摸屏来实施。这样的触摸屏可以被实施为电容触摸屏。具有电容触摸传感器的触摸屏通过感测当手指或导电物体触摸触摸传感器或悬停在触摸传感器上方时的电容变化，即触摸传感器之间的电荷的量的变化，来检测触摸输入。
电容触摸传感器可以被实施为自电容传感器或互电容传感器。自电容传感器的电极一对一地连接至沿着一个方向定向的传感器线。互电容传感器形成在彼此垂直的传感器线Tx与Rx的交叉处，在传感器线Tx与Rx之间插入有介电层。
近来，在智能手机、智能本等中，触笔以及手指被广泛地用作为人机接口装置(HID)。触笔使得能够比手指更加准确地输入。
存在两种类型的触笔：主动式和被动式。使用被动式触笔，难以进行触摸位置检测，这是因为在与触摸屏的接触点处的电容变化非常细微。使用主动式触笔，触摸位置检测与被动式触笔相比较容易，这是因为主动式触笔自身在其悬停在触摸屏上方或触摸触摸屏的点处生成并且输出笔驱动信号。
顺便提及，常规主动式触笔使用具有与触摸屏驱动信号不同频率的笔驱动信号，以避免干扰触摸屏驱动信号，如韩国专利申请公开公报第10-2014-0043299号中所公开的。在该技术中，触摸模块需要用于接收笔驱动信号的感测电路，这导致制造成本上升。
所建议的解决该问题的技术方案之一是以下技术：接收来自主动式触笔的触摸屏驱动信号并且接着生成与触摸屏驱动信号同步的笔驱动信号以将其施加于触摸屏。
触笔所接收到的触摸屏驱动信号的强度由于气隙而随着触笔与触摸屏之间的距离减小而减小。即，在触摸触摸屏时触笔所接收到的第一触摸屏驱动信号的强度比在悬停在触摸屏上方时触笔所接收到的第二触摸屏驱动信号的强度小。
为了获得期望的触摸感测信号，笔驱动信号需要与触摸屏驱动信号同步。然而，如果触笔所接收到的触摸屏驱动信号的强度取决于触摸屏与触笔之间的接近度而改变，则同步失真。当笔驱动信号与触摸屏驱动信号之间的同步失真时，触摸感测信号变弱，由此导致低的触摸性能。
发明内容
本发明致力于提供一种触摸感测系统及其驱动方法，该触摸感测系统具有基于来自触摸屏的触摸屏驱动信号生成笔驱动信号并且将其施加至触摸屏的触笔，并且该触摸感测系统使得笔驱动信号能够精确地与触摸屏驱动信号同步而不管触笔与触摸屏之间的接近度。
本发明的示例性实施例提供了一种触摸感测系统，其包括：具有多个触摸电极的触摸屏，所述多个触摸电极被施加有触摸屏驱动信号；以及触笔，其基于触摸屏驱动信号生成笔驱动信号并且将该笔驱动信号发送至触摸屏。触笔包括：放大器，其放大触摸屏驱动信号以生成放大信号；比较器，其将放大信号与预设参考电压进行比较以生成比较器输出信号；以及信号处理器，其测量比较器输出信号的脉冲宽度，基于测量调整延迟量，以及基于经调整的延迟量来确定笔驱动信号的输出定时以使笔驱动信号与触摸屏驱动信号同步。
附图说明
附图被包括以提供对本发明的进一步理解，附图并入本文中并且构成本文的一部分，附图示出本发明的实施例并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1示意性地示出根据本发明的触摸感测系统；
图2示出应用根据本发明的示例性实施例的触摸感测系统的显示装置；
图3示出通过互电容传感器实施的触摸屏的示例；
图4示出通过自电容传感器实施的触摸屏的示例；
图5示出触摸IC的详细构造；
图6是示出一帧被划分为显示驱动周期和触摸传感器驱动周期的图；
图7示出根据本发明的触笔的内部构造；
图8示出根据本发明的触笔的操作顺序；
图9示出在触摸传感器驱动周期内触摸屏驱动信号和笔驱动信号彼此同步；
图10示出图7的触笔所接收到并处理的信号的波形；
图11更详细地示出图7的触笔的内部构造；
图12是示出与手指触摸触摸屏时相比，当触笔触摸触摸屏时触摸感测信号的灵敏度的改进的模拟结果；
图13A和图13B示出触摸屏驱动信号与笔驱动信号之间的同步取决于触笔与触摸屏之间的接近度而失真的示例；
图14示出在使用触笔的触摸感测系统中的触摸感测信号的强度与同步程度；
图15至图18示出笔驱动信号与触摸屏驱动信号之间的精确同步而不管触笔与触摸屏之间的接近度的方法；以及
图19示出了当使用图18的同步方法时触摸感测信号的强度和接近度。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。在本说明书中，相同的附图标记基本上指代相同的元件。在描述本发明时，当认为已知功能或配置的详细描述可能不必要地模糊本发明的主题时，将省略详细描述。
[触摸感测系统]
图1示意性示出根据本发明的触摸感测系统。
参照图1，根据本发明的触摸感测系统包括显示装置100和触笔200。
显示装置100具有显示功能和触摸感测功能二者。显示装置100具有当手指或导电物体如触笔200悬停在其上方或触摸其时可以感测触摸的内置式电容触摸屏。此处，触摸屏可以与显示面板分开构建，或者可以以像素阵列的方式嵌入到显示面板上。稍后将参照图2至图6来描述显示装置100的构造和操作。
触笔200通过在其悬停在触摸屏上方或触摸触摸屏的点处生成并输出笔驱动信号而便利在触摸屏上的触摸位置检测。触笔200接收来自触摸屏的触摸屏驱动信号，基于触摸屏驱动信号生成笔驱动信号，并且将笔驱动信号施加于触摸屏。下面将参照图7至图12描述触笔200的构造和操作。
为了获得期望的触摸感测信号，在使笔驱动信号与触摸屏驱动信号精确同步之后将笔驱动信号施加于触摸屏。图13至图18提出使得笔驱动信号与触摸屏驱动信号之间能够同步的构造和方法。
[显示装置]
图2示出应用根据本发明的示例性实施例的触摸感测系统的显示装置。图3示出通过互电容传感器实施的触摸屏的示例。图4示出通过自电容传感器实施的触摸屏的示例。图5示出触摸IC的详细构造。
参照图1至图5，根据本发明的触摸感测系统包括显示装置100和触笔200。
显示装置100可以基于诸如液晶显示器(LCD)、场发射显示器(FED)、等离子体显示面板(PDP)、有机发光显示器(OLED)、电泳显示器(EPD)等的平板显示装置来实施。虽然下面的示例性实施例示出显示装置被实施为液晶显示器，但是本发明的显示装置不限于此。
显示装置100具有显示模块和触摸模块。
触摸模块包括触摸屏TSP和触摸IC 20。
触摸屏TSP可以实施为通过多个电容传感器来感测触摸输入的电容触摸屏。触摸屏TSP包括多个具有电容的触摸传感器。存在两种类型的电容：自电容和互电容。自电容可以沿着沿一个方向定向的单一导电引线层出现，并且互电容可以在彼此垂直的两个导电引线之间出现。
如图3中所示，使用互电容传感器Cm实施的触摸屏TSP可以包括：Tx电极线、与Tx电极线交叉的Rx电极线、以及形成在Tx电极线与Rx电极线的交叉处的触摸传感器Cm。Tx电极线是向触摸传感器Cm施加触摸屏驱动信号以向触摸传感器Cm提供电荷的驱动信号线。Rx电极线是连接至触摸传感器Cm以将触摸传感器Cm中的电荷提供至触摸IC 20的传感器线。在互电容感测中，可以通过以下方式感测触摸输入：经由Tx电极线向Tx电极施加驱动信号以向触摸传感器Cm提供电荷并且接着与触摸屏驱动信号同步地经由Rx电极和Rx电极线感测电容变化。
使用自电容传感器Cs实施的触摸屏TSP可以具有一对一地连接至沿一个方向定向的传感器线32的触摸电极31，如图4中所示。自电容传感器Cs包括形成在电极31的每一个处的电容。在自电容感测中，当经由传感器线32向电极31施加驱动信号时，在触摸传感器Cs中存储了电荷Q。在这种情况下，当手指或导电物体触摸电极31时，寄生电容Cf被附加地连接至自电容传感器Cs，并且传感器的电容改变。这在经触摸的传感器与未触摸的传感器之间产生电容变化，从而可以检测触摸的存在。
触摸屏TSP可以接合到显示面板DIS的上偏光器上，或者可以形成在显示面板DIS的上偏光器与上基板之间。另外，触摸屏TSP上的触摸传感器Cm或Cs可以以像素阵列的方式嵌入到显示面板DIS上。
触摸IC 20通过感测在触摸之前和之后在触摸传感器中的电荷量的变化来检测来自导电物体如手指(或触笔)的触摸和触摸位置。触摸IC 20包括接收电路、CPU 40、控制部42以及驱动信号生成器46。
接收电路连接至触摸屏TSP上的接收通道(图3的Rx通道或图4的S1至Sm)。接收电路包括：接收放大器30，其感测来自接收通道的触摸(悬停)输入；模拟数字转换器(ADC)32，其将来自接收放大器30的模拟感测信号转换成数字感测信号；检测器34，其将来自模拟数字转换器(ADC)32的数字感测信号中的噪声分量去除；存储器36，其存储从检测器34输入的感测信号；以及位置计算器38，其对存储在存储器36中的感测信号与预定阈值进行比较，并且如果感测信号大于阈值则导出感测信号作为触摸输入位置感测信号。
CPU 40通过对预设坐标提取算法施加来自位置计算器38的感测信号来计算在触摸(悬停)位置上的坐标数据TDATA(XY)。接着，CPU 40将经计算的坐标数据TDATA(XY)发送至主机系统18。CPU 40可以接收来自主机系统18的触摸操作同步信号SYNC并将其传送至控制部42。
控制部42基于触摸操作同步信号SYNC控制触摸模块的整体操作。
驱动信号生成器46连接至电源44以接收操作电力。驱动信号生成器46在控制部42的控制下生成触摸屏驱动信号并且经由触摸屏TSP上的发送通道(图3的Tx通道或图4的S1至Sm)将其施加至触摸传感器。触摸屏驱动信号可以生成为各种形式，例如方波脉冲、正弦波、斩波等，优选为方波脉冲。可以将触摸屏驱动信号施加于触摸传感器N次，使得电荷在接收放大器30中被累积N次或更多次(N是等于或大于2的自然数)。
显示模块可以包括显示面板DIS、显示驱动电路12、14和16、以及主机系统18。
显示面板DIS包括形成在两个基板之间的液晶层。显示面板DIS上的像素阵列包括形成在由数据线D1至Dm(m是正整数)和栅极线G1至Gn(n是正整数)限定的像素区域中的像素。每一个像素可以包括：形成在数据线D1至Dm和栅极线G1至Gn的交叉处的TFT(薄膜晶体管)；充载有数据电压的像素电极；以及连接至像素电极以保持液晶盒间的电压的存储电容器Cst。
在显示面板DIS的上基板上，可以形成黑矩阵、滤色器等。显示面板DIS的下基板可以实施为COT(TFT上滤色器)结构。在这种情况下，黑矩阵和滤色器可以形成在显示面板DIS的上基板或下基板上。可以在显示面板DIS的上基板或下基板上形成待供应公共电压的公共电极。偏光器分别附接至显示面板DIS的上基板和下基板，并且在接触液晶的内表面上形成有用于设置液晶的预倾角的定向膜。在显示面板DIS的上基板与下基板之间形成有用于保持液晶盒间隙的间隔柱。
可以在显示面板DIS的背部下面设置背光单元。背光单元是照亮显示面板DIS的边缘型或直下型背光单元。显示面板DIS可以实施为任何熟知的液晶模式如TN(扭曲向列)模式、VA(垂直排列)模式、IPS(平面转换)模式以及FFS(边缘场开关)模式。
显示驱动电路包括数据驱动电路12、扫描驱动电路14以及定时控制器16，并且向显示面板DIS的像素写入输入图像的视频数据。数据驱动电路12将从定时控制器16输入的数字视频数据RGB转换成模拟正/负伽马补偿电压以输出数据电压。从数据驱动电路12输出的数据电压被供应至数据线D1至Dm。扫描驱动电路14向栅极线G1至Gn依次供应与数据电压同步的栅极脉冲(或扫描脉冲)以选择显示面板DIS的被写入数据电压的像素线。
定时控制器16接收从主机系统18输入的定时信号如垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、数据使能信号DE、主时钟MCLK等，并且使数据驱动电路12和扫描驱动电路14的操作定时同步。扫描定时控制信号包括栅极起始脉冲(GSP)、栅极移位时钟、栅极输出使能(GOE)信号等。数据定时控制信号包括源采样时钟SSC、极性控制信号POL、源输出使能信号SOE等。
主机系统18可以被实施为以下中的任一个：电视机系统、机顶盒、导航系统、DVD播放器、蓝光播放器、个人计算机PC、家庭影院系统以及电话系统。主机系统18包括在其中并入有定标器的片上系统(SoC)，并且将输入图像的数字视频数据RGB转换成适合于在显示面板DIS上显示的格式。主机系统18将定时信号Vsync、Hsync、DE以及MCLK连同数字视频数据发送至定时控制器16。此外，主机系统18将触摸操作同步信号SYNC发送至触摸IC 20，并且执行与从触摸IC 20输入的触摸坐标数据XY相关联的应用。
如图6中所示，主机系统18可以参照垂直同步信号Vsync和触摸操作同步信号SYNC将一帧划分成显示驱动周期T1和触摸传感器驱动周期T2。显示噪声可以与触摸感测信号混合，并且特别地，如果触摸屏TSP中的触摸传感器以像素阵列的方式嵌入到显示面板DIS上，则噪声量增加。时分驱动对于减小噪声影响并且提高触摸感测的准确性有用。
主机系统18基于垂直同步信号Vsync生成触摸操作同步信号SYNC并且接着将其发送至定时控制器16和触摸IC 20。或者，可以通过定时控制器16生成触摸操作同步信号SYNC。
在显示驱动周期T1期间，数据驱动电路12在定时控制器16的控制下向数据线D1至Dn供应数据电压，并且扫描驱动电路14在定时控制器16的控制下向栅极线G1至Gn依次供应与数据电压同步的栅极脉冲。同时在显示驱动周期T1期间，触摸IC 20停止操作。
在触摸传感器驱动周期T2期间，触摸IC 20向触摸屏TSP中的触摸传感器施加触摸屏驱动信号以感测触摸(或悬停)位置。同时，在触摸传感器驱动周期T2期间，显示驱动电路12、14和16可以向连接至像素的信号线D1至Dm以及G1至Gn供应具有与触摸屏驱动信号相同幅度和相位的交流信号。在这种情况下，与触摸感测信号混合的显示噪声会明显减少，从而极大地提高触摸感测的准确性。
[触笔]
图7示出根据本发明的触笔200的内部构造。
参照图7，触笔200包括：壳体280；导电尖端210，其从壳体280的一侧向外突出；切换部220，其连接至壳体280中的导电尖端210；接收部230，其经由切换部220接收从导电尖端210输入的触摸屏驱动信号；信号处理器250，其基于来自接收部230的触摸屏驱动信号生成与触摸屏驱动信号同步的笔驱动信号；驱动部240，其使由信号处理器250生成的笔驱动信号的电压电平移位并且接着经由切换部220将其供应至导电尖端210；供电部260，其生成操作所需的操作电力；以及输入/输出接口270。
导电尖端210由导电材料如金属制成，并且用作接收电极和发送电极。当导电尖端210触摸显示装置200的触摸屏TSP或悬停在其上方时，导电尖端210在接触(或悬停)点处与触摸屏TSP耦合。导电尖端210在接触(或悬停)点处接收来自触摸屏TSP的触摸屏驱动信号，并且接着向其触摸触摸屏TSP(或悬停在其上方)的点发送由触笔200生成的与触摸屏驱动信号同步的笔驱动信号。
当导电尖端210触摸显示装置200的触摸屏TSP或悬停在其上方时，切换部220通过在一个时间段期间将导电尖端210与接收部230电连接并且在另一时间段期间将导电尖端210与驱动部240电连接来使触摸屏驱动信号的接收定时与笔驱动信号的发送定时暂时分开。由于导电尖端210具有接收电极和发送电极二者，所以触笔200可以具有简单结构。
接收部230可以包括至少一个放大器以放大经由切换部220从导电尖端210输入的触摸屏驱动信号。接收部230包括比较器以将放大信号与预设参考电压进行比较并且将结果输出至信号处理器250。
信号处理器250分析从接收部230输入的比较器输出信号至少一帧，并且生成与触摸屏驱动信号同步的笔驱动信号，并且将其输出至驱动部240。
驱动部240包括电平移位器以将笔驱动信号的电压电平调整至触摸屏驱动信号的电压电平。驱动部240经由切换部220将经电平移位的笔驱动信号输出至导电尖端210。
当被用户压下时，输入/输出接口270连接至供电部260，并且供应接收部230、驱动部240以及信号处理器250所需的电力。
图8示出根据本发明的触笔200的操作顺序。
参照图8，使导电尖端210与触摸屏TSP上的预定点接触(或悬停在其上方)，同时通过输入/输出接口270和供电部260施加电力(S1和S2)。
在触摸传感器驱动周期期间，向触摸屏TSP中的每一个触摸传感器施加触摸屏激活信号。导电尖端210在触摸触摸屏TSP时立即与触摸屏TSP耦合，并且感测从触摸屏TSP中的触摸电极接收到的触摸屏激活信号，并且将所感测到的信号发送至接收部230。接收部230通过使用内部放大器放大触摸屏激活信号，并且通过使用内部比较器将所放大信号与参考电压进行比较并且将结果输出至信号处理器250(S3)。
信号处理器250分析从接收部230输入的比较器输出信号以确定对于与触摸屏驱动信号同步的定时，并且接着生成与触摸屏驱动信号同步的笔驱动信号，并且将其输出至驱动部240。更具体地，信号处理器250测量比较器输出信号的脉冲宽度，基于测量调整延迟量，并且基于经调整的延迟量确定笔驱动信号的输出定时以使笔驱动信号与触摸屏驱动信号同步。在这种情况下，信号处理器250决定在距比较器输出信号的上升沿或下降沿经调整的延迟量之后输出笔驱动信号。此处，延迟量指用于使笔驱动信号与触摸屏驱动信号同步的偏移值。通过基于比较器输出信号的脉冲宽度来调整延迟量，即使比较器输入信号(被放大器放大的信号)的强度取决于外部噪声的量或悬停而改变，亦可以使同步定时保持恒定(S4和S5)。这将参照图15至图19详细描述。确定同步定时的过程通常可以基于在比较器输出信号上的至少一帧累积数据来执行。这是为了使触摸屏驱动信号与笔驱动信号精确同步。
驱动部240具有电平移位器以将笔驱动信号的电压电平调整至触摸屏驱动信号的电压电平，并且接着经由切换部220将经电平移位的笔驱动信号输出至导电尖端210。导电尖端210将笔驱动信号施加至其触摸触摸屏(或悬停在其上方)的点(S6)。
图9示出在触摸传感器驱动周期T2中触摸屏驱动信号和笔驱动信号彼此同步。图10示出被图7的触笔接收并且处理的信号的波形。
参照图9和图10，在触笔200的初始接通操作之后，触笔200触摸触摸屏TSP，并且接着在触摸屏驱动信号Ts的接收周期Ra与笔驱动信号Ps的发送周期Ta之间设置至少一帧的信号切换周期以确保操作稳定性。信号处理器250利用信号切换周期确定同步定时并且在同步定时处生成笔驱动信号Ps。
在后续帧中，交替地出现与触摸屏驱动信号Ts同步的笔驱动信号Ps经由导电尖端210至触摸屏TSP的发送Ta以及经由导电尖端210对触摸屏驱动信号Ts的接收Ra。在笔驱动信号Ps与触摸屏驱动信号Ts之间的初始同步之后，可以省略信号切换周期。
图10示出触摸屏驱动信号Ts的接收周期Ra和笔驱动信号Ps的发送周期Ta为相等长度。但是实际来讲，接收周期的长度越短越好，这是因为其与触摸响应速率相关联，并且发送周期Ta的长度与接收周期Ra的长度相比相对更长。
图11更详细地示出图7的触笔200的内部构造。
参照图11，除了导电尖端210和切换部220之外，触笔200的输入/输出端205还可以包括压力传感器215。压力传感器215感测来自触笔200的在触摸屏TSP上的压力，并且将所感测到的压力电平发送至信号处理器250。信号处理器250可以取决于所感测到的压力电平使笔驱动信号Ps变化，并且因此当发生触摸事件时可以提高触笔200的灵敏度。
触笔200的接收部230包括接收缓冲器231、放大器233以及比较器235。接收缓冲器231接收经由切换部220发送的触摸屏驱动信号Ts并且将其施加至放大器233。放大器233包括至少两级并且放大模拟电平的触摸屏驱动信号Ts以提高所接收到的信号的灵敏度。比较器235将放大信号与内部参考电压进行比较并且对于比参考电压高或低的电压生成数字电平的比较器输出信号COM。此处，如果放大器233为反相放大器，则比较器235可以使用具有比参考电压高的电压的比较器输出信号COM，反之，如果放大器233为非反相放大器，则比较器235可以使用具有比参考电压低的电压的比较器输出信号COM。
如前所述，触笔200的信号处理器250基于比较器输出信号COM确定对于与触摸屏驱动信号Ts的同步的定时，并且接着在同步定时处生成数字电平的笔驱动信号Ps。
触笔200的驱动部240通过电平移位器243使笔驱动信号Ps的电压电平移位(如图17中所示从A1至A2)，并且接着通过发送缓冲器241将经电平移位的笔驱动信号Ps输出至切换部220。接着，切换部220将笔驱动信号Ps传送至导电尖端210。
图12是示出与当手指触摸触摸屏时相比，当触笔触摸触摸屏时触摸感测信号的灵敏度的提高的模拟结果。
参照图12，本发明的申请人之前进行了如下测试：测量当触笔触摸触摸屏时以及当手指触摸触摸屏时的触摸感测信号的强度。测试结果示出与当手指触摸触摸屏时相比，当触笔触摸触摸屏时的感测信号的强度更高，并且彼此耦合的触摸屏与导电尖端之间的电容越大，感测信号的强度就越大。
本发明的触摸感测系统提供了通过以下方式提高触摸感测信号的强度的优点：包括生成与触摸屏驱动信号同步的笔驱动信号并且将其施加至触摸屏的主动式触笔。
[同步方法]
图13A和图13B示出其中触摸屏驱动信号与笔驱动信号之间的同步取决于触笔与触摸屏之间的接近度而失真的示例。图14示出在使用触笔的触摸感测系统中的触摸感测信号的强度与同步程度。
如前所述，触笔200的信号处理器250基于比较器输出信号COM确定对于与触摸屏驱动信号Ts的同步的定时，并且接着在同步定时处生成数字电平的笔驱动信号Ps。
然而，如图13A和图13B中所示，触笔所接收到的触摸屏驱动信号的强度取决于触摸屏与触笔之间的接近度而改变。与当触笔悬停在触摸屏上方时(如实线波形所示)相比，当触笔触摸触摸屏时(如虚线波形所示)触摸屏驱动信号的强度较小。此外，与当悬停距离短时相比，当悬停距离长时触摸屏驱动信号的强度甚至更小。在触笔200的比较器235在固定参考电压下生成比较器输出信号(即，当触摸触摸屏时的第一比较器输出信号(如图13A的虚线波形以及图13B的(A)中所示)，以及当悬停时的第二比较器输出信号(如图13A的实线波形和图13B的(B)中所示))的情况下，第一比较器输出信号和第二比较器输出信号具有不同的脉冲宽度。
在这种情况下，信号处理器250决定在距比较器输出信号的上升沿或下降沿固定延迟量之后执行同步，而这导致取决于触摸屏与触笔之间的接近度的同步定时的不可避免的变化。例如，如图13A和图13B中所示，在距比较器输出信号的上升沿或下降沿固定延迟量α之后生成笔驱动信号的情况下，这导致第一笔驱动信号Ps#1与第二笔驱动信号Ps#2之间的相位差，该相位差等于第一比较器输出信号(如虚线波形所示)与第二比较器输出信号(如实线波形所示)之间的相位差ta-tb。如果第一笔驱动信号Ps#1与触摸屏驱动信号Ts同步，则第二笔驱动信号Ps#2与触摸屏驱动信号Ts之间的同步由于相位差而失真。
在信号处理器250决定在距比较器输出信号的上升沿或下降沿固定延迟量之后执行同步的情况下，每次触摸屏与触笔之间的接近度改变时或每次触笔所接收到的触摸屏驱动信号的强度由于外部噪声而改变时，同步定时变化。该同步定时的变化在触摸屏驱动信号Ts与笔驱动信号Ps之间产生同步误差，并且因此，触摸感测信号的强度在相同条件下(触摸屏被触摸或不被触摸)不保持恒定而是降低，如图14中所示。如果触摸感测信号的强度在相同条件下(触摸屏被触摸或不被触摸)不保持恒定，则未被触摸的点可能被误认为触摸点，或者反之亦然。
图15至图18示出笔驱动信号与触摸屏驱动信号之间的精确同步而不管触笔与触摸屏之间的接近度的方法。图19示出当使用图18的同步方法时的触摸感测信号强度和接近度。
参照图15，在本发明中，通过基于比较器输出信号的脉冲宽度调整距比较器输出信号的上升沿或下降沿的延迟量来确定同步定时。对此，本发明的触笔200还包括在信号处理器250内的延迟调整部255。
信号处理器250通过控制延迟调整部255的操作基于比较器输出信号COM的脉冲宽度来调整距比较器输出信号COM的上升沿或下降沿的延迟量。信号处理器250测量比较器输出信号COM的脉冲宽度，基于测量调整延迟量，并且基于经调整的延迟量确定笔驱动信号Ps的输出定时。具体地，如果测量大于默认脉冲宽度，则信号处理器250控制延迟调整部255，使得延迟量小于存储在内部寄存器中的默认延迟，并且相反，如果测量小于默认脉冲宽度，则信号处理器250控制延迟调整部260，使得延迟量大于默认延迟。
在调整延迟量之后，信号处理器250基于距比较器输出信号COM的上升沿或下降沿经调整的延迟量来确定笔驱动信号的输出定时。
根据本发明，如图16中所示，即使触笔所接收到的触摸屏驱动信号的强度取决于触摸屏与触笔之间的接近度而改变，亦可以通过基于接近度调整施加至比较器输出信号的延迟量来使笔驱动信号与触摸屏驱动信号同步而不管接近度。例如，当触摸触摸屏时比较器输出信号具有第一脉冲宽度W1(如图16的(A)中所示)，反之当悬停在触摸屏上方时，比较器输出信号具有第二脉冲宽度W2。由此，在本发明中，悬停在触摸屏上方时使用的延迟量α’大于当触摸触摸屏时使用的延迟量α，如图16的(C)中所示。这可以防止由于使用图16的(B)中所示的固定延迟量α而造成同步误差。
在距比较器输出信号COM的上升沿或下降沿经调整的延迟量之后，信号处理器250生成与触摸屏驱动信号Ts同步的笔驱动信号Ps。根据本发明，即使触摸屏与触笔之间的接近度改变，笔驱动信号与触摸屏驱动信号之间的同步亦保持不失真。
参照图17和图18以及图15，下面将详细描述根据本发明的使用放大器233、比较器235以及信号处理器250来执行同步的过程S4。
在根据本发明的同步的方法中，通过放大器233来放大从触摸屏输入的触摸屏驱动信号，通过比较器235将通过放大器233放大的信号与默认参考电压进行比较，以及将比较器输出信号输出至信号处理器250(S41和S42)。
信号处理器250基于从比较器235输入的比较器输出信号的脉冲宽度来调整施加至比较器输出信号的延迟量。信号处理器250通过使用内部计数器来对比较器输出信号的脉冲宽度(从上升沿至下降沿的高周期Th)进行计数，并且将该计数与存储在内部寄存器中的默认计数进行比较。如果该计数大于默认计数，则信号处理器250将经调整的延迟量减小至小于默认延迟。相反，如果该计数小于默认计数，则信号处理器250将经调整的延迟量增加至大于默认延迟。同时，如果该计数等于默认计数，则信号处理器250使经调整的延迟量保持在默认延迟处(S43)。
信号处理器250基于施加至比较器输出信号的经调整的延迟量来确定笔驱动信号Ps的输出定时，以使笔驱动信号Ps与触摸屏驱动信号Ts同步。即，信号处理器250决定在距比较器输出信号的上升沿RE或下降沿FE经调整的延迟量Td之后输出笔驱动信号Ps，以使笔驱动信号Ps与触摸屏驱动信号Ts同步(S44和S45)。
通过基于比较器输出信号的脉冲宽度来调整施加至比较器输出信号的延迟量，并且接着基于距比较器输出信号的上升沿或下降沿经调整的延迟量来确定笔驱动信号Ps的输出定时，即使触摸屏与触笔之间的接近度变化，或者即使触摸屏驱动信号的强度由于外部噪声而变化，触摸屏驱动信号Ts与笔驱动信号Ps之间的同步亦保持不失真。因此，如图18中所示，当触摸触摸屏时，触摸感测信号的强度保持恒定而不管接近度，从而极大地提高了触摸性能。
如上所述，本发明提供了简化系统结构同时保持高的触摸灵敏度的优点，这是因为触笔的导电尖端被用作为用于发送和接收触摸屏驱动信号和笔驱动信号的媒介，即使在没有向显示装置添加用于激活触笔的电路(或电极)的情况下亦如此。根据本发明，显示装置由于简化的触摸屏结构而不需要用于激活触笔的电磁传感器，特别是在具有以像素阵列方式嵌入的触摸传感器的内嵌(in-cell)式触摸屏的情况下。
触笔基于从触摸屏输入的触摸屏驱动信号生成笔驱动信号，触摸屏能够在触摸传感器驱动周期期间准确地检测笔的触摸，并且因此提供触摸检测的准确度。因此，触笔具有高灵敏度，并且保持触摸检测的线性，从而提高触摸性能。另外，与手指的触摸相比，使用触笔赋予更好的触摸灵敏度。
特别地，在本发明中，笔驱动信号基于以下与触摸屏驱动信号同步：在基于比较器输出信号的脉冲宽度调整施加至比较器输出信号的延迟量之后，距比较器输出信号的上升沿或下降沿经调整的延迟量。由此，触摸屏驱动信号与笔驱动信号之间的同步得到保持而不管触笔与触摸屏之间的接近度的改变，并且因此，触摸感测信号的强度在相同条件下保持一致，从而极大地提高了触摸性能。
虽然已经参照其示例性实施例具体示出并且描述了本发明，但是本领域普通技术人员应理解，本发明的技术范围不限于示例性实施例，并且可以在不脱离本发明的技术构思的情况下进行各种改变和修改。

Claims (17)

1.一种触摸感测系统，包括：具有多个触摸电极的触摸屏，所述多个触摸电极被施加有触摸屏驱动信号；以及触笔，其基于所述触摸屏驱动信号生成笔驱动信号并且将所述笔驱动信号发送至所述触摸屏，所述触笔包括：
放大器，其配置成放大所述触摸屏驱动信号以生成放大信号；
比较器，其配置成将所述放大信号与预设参考电压进行比较以生成比较器输出信号；以及
信号处理器，其配置成测量所述比较器输出信号的脉冲宽度，基于测量调整延迟量，以及基于经调整的延迟量确定所述笔驱动信号的输出定时以使所述笔驱动信号与所述触摸屏驱动信号同步。
2.根据权利要求1所述的触摸感测系统，其中所述信号处理器决定在距所述比较器输出信号的上升沿或下降沿经调整的延迟量之后输出所述笔驱动信号。
3.根据权利要求2所述的触摸感测系统，其中所述信号处理器通过使用内部计数器对所述比较器输出信号的高周期进行计数，并且将所述计数与存储在内部寄存器中的默认计数进行比较，
其中所述计数对应于所述测量，并且所述默认计数对应于所述比较器输出信号的默认脉冲宽度。
4.根据权利要求3所述的触摸感测系统，其中，如果所述计数大于所述默认计数，则所述信号处理器将所述经调整的延迟量减小至小于存储在所述内部寄存器中的默认延迟，如果所述计数小于所述默认计数，则所述信号处理器将所述经调整的延迟量增加至大于所述默认延迟，并且如果所述计数等于所述默认计数，则所述信号处理器使所述经调整的延迟量保持在所述默认延迟处。
5.根据权利要求1所述的触摸感测系统，其中所述触笔还包括：
导电尖端，当触摸所述触摸屏或悬停在所述触摸屏上方时，所述导电尖端与所述触摸屏耦合，以接收来自所述触摸屏的所述触摸屏驱动信号并且将所述笔驱动信号发送至所述触摸屏；以及
切换部，其连接至所述导电尖端并且将所述触摸屏驱动信号发送至所述放大器以及将所述笔驱动信号发送至所述导电尖端。
6.根据权利要求1所述的触摸感测系统，其中在用于接收所述触摸屏驱动信号的第一周期与用于发送所述笔驱动信号的第二周期之间设置有至少一帧的信号切换周期，并且所述信号处理器利用所述信号切换周期来确定所述笔驱动信号的输出定时并且在所述输出定时处生成所述笔驱动信号。
7.一种触摸感测系统的驱动方法，所述方法包括：
通过使触笔接触触摸屏或者使所述触笔悬停在所述触摸屏上方来由所述触笔接收触摸屏驱动信号并基于所述触摸屏驱动信号生成笔驱动信号；
放大所述触摸屏驱动信号以生成放大信号；
将所述放大信号与预设参考电压进行比较以生成比较器输出信号；
测量所述比较器输出信号的脉冲宽度，基于所述测量调整延迟量，以及基于经调整的延迟量确定所述笔驱动信号的输出定时，以使所述笔驱动信号与所述触摸屏驱动信号同步；以及
将与所述触摸屏驱动信号同步的所述笔驱动信号从所述触笔发送至所述触摸屏。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述笔驱动信号与所述触摸屏驱动信号的同步中，决定在距所述比较器输出信号的上升沿或下降沿经调整的延迟量之后输出所述笔驱动信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述笔驱动信号与所述触摸屏驱动信号的同步中，通过使用内部计数器对所述比较器输出信号的高周期进行计数，并且将所述计数与存储在内部寄存器中的默认计数进行比较，
其中所述计数对应于所述测量，并且所述默认计数对应于所述比较器输出信号的默认脉冲宽度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述笔驱动信号与所述触摸屏驱动信号的同步中，如果所述计数大于所述默认计数，则将所述经调整的延迟量减小至小于存储在所述内部寄存器中的默认延迟，如果所述计数小于所述默认计数，则将所述经调整的延迟量增加至大于所述默认延迟，并且如果所述计数等于所述默认计数，则使所述经调整的延迟量保持在所述默认延迟处。
11.根据权利要求7所述的方法，其中在用于接收所述触摸屏驱动信号的第一周期与用于发送所述笔驱动信号的第二周期之间设置至少一帧的信号切换周期，并且，在所述笔驱动信号与所述触摸屏驱动信号的同步中，利用所述信号切换周期来确定所述笔驱动信号的所述输出定时，并且在所述输出定时处生成所述笔驱动信号。
12.一种触笔，其基于触摸屏驱动信号生成笔驱动信号并且将所述笔驱动信号发送至触摸屏，所述触笔包括：
放大器，其配置成放大所述触摸屏驱动信号以生成放大信号；
比较器，其配置成将所述放大信号与预设参考电压进行比较以生成比较器输出信号；以及
信号处理器，其配置成测量所述比较器输出信号的脉冲宽度，基于测量调整延迟量，以及基于经调整的延迟量确定所述笔驱动信号的输出定时，以使所述笔驱动信号与所述触摸屏驱动信号同步。
13.根据权利要求12所述的触笔，其中所述信号处理器决定在距所述比较器输出信号的上升沿或下降沿经调整的延迟量之后输出所述笔驱动信号。
14.根据权利要求13所述的触笔，其中所述信号处理器通过使用内部计数器对所述比较器输出信号的高周期进行计数，并且将所述计数与存储在内部寄存器中的默认计数进行比较，
其中所述计数对应于所述测量，并且所述默认计数对应于所述比较器输出信号的默认脉冲宽度。
15.根据权利要求14所述的触笔，其中，如果所述计数大于所述默认计数，则所述信号处理器将所述经调整的延迟量减小至小于存储在所述内部寄存器中的默认计数，如果所述计数小于所述默认计数，则所述信号处理器将所述经调整的延迟量增加至大于所述默认延迟，并且如果所述计数等于所述默认计数，则所述信号处理器使所述经调整的延迟量保持在所述默认延迟处。
16.根据权利要求12所述的触笔，还包括：
导电尖端，当触摸所述触摸屏或悬停在所述触摸屏上方时，所述导电尖端与所述触摸屏耦合，以接收来自所述触摸屏的所述触摸屏驱动信号并且将所述笔驱动信号发送至所述触摸屏；以及
切换部，其连接至所述导电尖端并且将所述触摸屏驱动信号发送至所述放大器并且将所述笔驱动信号发送至所述导电尖端。
17.根据权利要求12所述的触笔，其中在用于接收所述触摸屏驱动信号的第一周期与用于发送所述笔驱动信号的第二周期之间设置有至少一帧的信号切换周期，并且所述信号处理器利用所述信号切换周期确定所述笔驱动信号的所述输出定时并且在所述输出定时处生成所述笔驱动信号。
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