CN108170315A - 可重送驱动信号的感测装置 - Google Patents

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Abstract

一种可重送驱动信号的感测装置，用于驱动及检测包含多个驱动电极和多个检测电极的电容感测矩阵，所述感测装置包含：驱动端，用以并行地对所述多个驱动电极输入编码和调制后驱动信号的周期数据，其中所述编码和调制后驱动信号使用相位调制或正交振幅调制进行调制；以及检测端，耦接所述多个检测电极其中的一者并相对被耦接的所述检测电极相关的所述周期数据获取预设数目的取样值，并根据所述取样值产生回应信息至所述驱动端，其中，当所述驱动端收到所述回应信息时，不重送所述周期数据。

Description

可重送驱动信号的感测装置
本申请是申请号为201410839871.2、申请日为2014年12月30日、名称为“可重送驱动信号的并行驱动电容式触控感测装置”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明关于一种感测装置，特别是关于一种可重送驱动信号的并行驱动电容式触控感测装置。
背景技术
电容式感测器(capacitive sensor)通常包含一对电极用以感测手指。当手指存在时会造成所述一对电极间的电荷移转(charge transfer)量发生改变，因此可根据电压变化来检测手指的存在与否。将多个电极对排列成矩阵则可形成感测矩阵。
图1A和图1B显示一种已知电容式感测器的示意图，其包含第一电极91、第二电极92、驱动电路93以及检测电路94。所述驱动电路93用以输入驱动信号至所述第一电极91，所述第一电极91和所述第二电极92间会产生电场以将电荷转移至所述第二电极92，所述检测电路94则可检测所述第二电极92的电荷转移量。
当手指存在时，例如以等效电路8来表示，所述手指会扰乱所述第一电极91和所述第二电极92间的电场而降低电荷移转量，所述检测电路94则可检测到电压值变化，如此便可藉以判断所述手指的存在。
已知主动电容式触控感测器(active capacitive sensor)的原理例如可参照美国专利公开第2010/0096193号以及美国专利第6,452,514号。
参照图1C所示，所述检测电路94通常包含检测开关941和检测单元942，所述检测单元942在所述检测开关941的开启期间内方能检测所述第二电极92上的电压值。然而，不同面板中感测矩阵的信号线上会具有不同电容值，所述驱动电路93输入的驱动信号相对不同的感测矩阵会出现不同的相位差(phase shift)。因此，所述检测开关941的开启期间须针对不同面板进行校正，否则便无法检测正确的电压值，而此校正步骤增加了制作复杂度。
此外，当电容式感测器应用于某些系统(例如液晶显示器系统)时会存在严重的噪声问题，因此如何抑制噪声也属本领域的重要课题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种可克服相位差和噪声影响的并行驱动电容式触控感测装置。
本发明提供一种并行驱动电容式触控感测装置，其可于传输帧内多次检测每一频道，藉以增加信噪比。
本发明还提供一种并行驱动电容式触控感测装置，其可于噪声干扰明显时重送(resend)驱动信号并忽略预设检测范围外的检测结果，藉以提高判断精度。
本发明提供一种用于驱动及检测包含多个驱动电极和多个检测电极的电容感测矩阵的感测装置，包含驱动端和检测端。所述驱动端用以并行地对所述多个驱动电极输入编码和调制后驱动信号的周期数据，其中所述编码和调制后驱动信号使用相位调制或正交振幅调制进行调制。所述检测端耦接所述多个检测电极其中的一者并相对被耦接的所述检测电极相关的所述周期数据获取预设数目的取样值，并根据所述取样值产生回应信息至所述驱动端，其中当所述驱动端收到所述回应信息时，不重送所述周期数据。
本发明还提供一种用于驱动及检测包含多个驱动电极和多个检测电极的电容感测矩阵的感测装置，包含驱动端和检测端。所述驱动端用以于一张帧的多个驱动时段的每一所述驱动时段并行地对所述多个驱动电极的部分驱动电极输入编码和调制后驱动信号的多个周期数据，其中所述驱动时段的时段数目等于所述驱动端同时驱动所述部分驱动电极的电极数目。所述检测端耦接所述多个检测电极其中的一者并相对被耦接的所述检测电极相关的所述驱动时段的每一所述周期数据获取预设数目的取样值，并根据所述取样值产生回应信息至所述驱动端，其中所述驱动端根据所述回应信息延长相对应的所述驱动时段。
本发明还提供一种用于驱动及检测包含多个驱动电极和多个检测电极的电容感测矩阵的感测装置，包含驱动端和检测端。所述驱动端用以于一张帧的多个驱动时段的每一所述驱动时段并行地对所述多个驱动电极输入编码和调制后驱动信号的多个相同的周期数据，其中至少一部分所述驱动时段的所述周期数据的周期数目高于其他所述驱动时段的所述周期数据的周期数目。所述检测端依序耦接所述多个检测电极，解码通过检测所述驱动电极和所述检测电极的频道求得的检测矩阵以相对每一所述频道产生二维检测向量。
一实施例中，可使用哈达马矩阵进行编码并使用所述哈达马矩阵的反哈达马矩阵进行解码。
一实施例中，可仅使用相位调制进行信号调制；或可同时使用相位和振幅调制进行信号调制。
一实施例中，所述向量范数(norm of vector)可利用坐标旋转数字计算机(CORDIC)求得。
一实施例中，所述驱动信号可为时变信号，例如周期信号。
一实施例中，当相对周期数据的多个取样值的大小变化未介于预设检测范围时，所述检测端产生所述回应信息至所述驱动端。所述驱动端收到所述回应信息时重送所述周期数据或延长导致无效取样值的周期数据相对应的所述驱动时段。
一实施例中，当相对周期数据的多个取样值的大小变化介于预设检测范围时，所述检测端产生所述回应信息至所述驱动端。所述驱动端于预设时间未收到所述回应信息时重送所述周期数据或延长导致无效取样值的周期数据相对应的所述驱动时段。
本发明实施例的并行驱动电容式触控感测装置中，当物体靠近感测单元时，所述向量范数可能变大或变小。因此，通过比较所述向量范数与阈值，即可判定所述物体是否存在所述感测单元附近。由于所述向量范数仅为纯量，故可排除感测矩阵中信号线的相位移(phase shift)所造成的影响，以增加检测精确度。
本发明实施例的并行驱动电容式触控感测装置中，当检测端判断噪声影响明显时，可通过回应信息通知驱动端重送编码和调制后驱动信号。所述检测端仅利用介于预设检测范围的取样值(即有效取样值)计算检测信号并忽略所述预设检测范围外的取样值(即无效取样值)，藉以有效提高判断精度。
为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详细说明如下。此外，于本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，于此先述明。
附图说明
图1A-1C显示已知主动电容式触控感测器的方块示意图；
图2显示本发明实施例的电容式触控感测装置的示意图；
图3A-3B显示本发明实施例的电容式触控感测装置的另一示意图；
图4显示本发明实施例的电容式触控感测装置中，向量范数与阈值的示意图；
图5显示本发明另一实施例的电容式触控感测装置的示意图；
图6显示图5的电容式触控感测装置的运作流程图；
图7显示本发明实施例的并行驱动电容式触控感测装置的示意图；
图8显示本发明实施例的并行驱动电容式触控感测装置的各驱动时段中各频道的驱动信号的示意图；
图9显示本发明实施例的并行驱动电容式触控感测装置的运作示意图。
附图标记说明
10、1011-10nm 感测单元
101、91 第一电极
102、92 第二电极
103 耦合电容
11 时序控制器
12、121-12n 驱动单元
13、94 检测电路
131、131′ 乘法器
132、132′ 积分器
133、133′ 模拟数字转换单元
14 处理单元
2 并行驱动电容式触控感测装置
2T 驱动端
2R 检测端
200 电容感测矩阵
2011-20nn 感测单元
22 驱动单元
23 检测电路
24 处理单元
25 编码单元
26 调制单元
27 解码单元
28 暂存器
93 驱动电路
941 检测开关
942 检测单元
8 手指
x(t)、X(t) 驱动信号
y(t) 检测信号
y1(t)、y2(t) 调制后检测信号
SW1-SWm 开关元件
S1、S2 连续信号
S31-S34 步骤
ACK 回应信息
K1-Kn 驱动时段
D11-Dnn 周期数据
I、Q 检测向量的分量
具体实施方式
请参照图2所示，其显示本发明实施例的电容式触控感测装置的示意图。本实施例的电容式触控感测装置包含感测单元10、驱动单元12、检测电路13以及处理单元14。所述电容式触控感测装置通过判断所述感测单元10的电荷变化来检测物体(例如，但不限于手指或金属片)是否接近所述感测单元10。
所述感测单元10包含第一电极101(例如驱动电极)和第二电极102(例如检测电极)，当电压信号输入至所述第一电极101时，所述第一电极101与所述第二电极102间可产生电场并形成耦合电容103。所述第一电极101与所述第二电极102可适当配置而并无特定限制，只要能形成所述耦合电容103即可(例如通过介电层)；其中，所述第一电极101与所述第二电极102间产生电场和耦合电容103的原理已为已知，故于此不赘述。
所述驱动单元12例如为信号产生单元，其可发出驱动信号x(t)至所述感测单元10的第一电极101。所述驱动信号x(t)可为时变信号，例如周期信号。其他实施例中，所述驱动信号x(t)也可为脉冲信号，例如方波、三角波等，但并不以此为限。所述驱动信号x(t)通过所述耦合电容103可耦合检测信号y(t)至所述感测单元10的第二电极102。
所述检测电路13耦接所述感测单元10的第二电极102，用以检测所述检测信号y(t)，并利用两信号分别调制所述检测信号y(t)并产生一对调制后检测信号以作为二维检测向量的两分量I、Q；其中，所述两信号可为连续信号，例如彼此正交或非正交的连续信号或两向量。一实施例中，所述两信号为正弦信号和余弦信号；其中，所述正弦信号和余弦信号的相位差可为零也可不为零。
所述处理单元14用以计算所述一对调制后检测信号的大小(scale)以作为所述二维检测向量(I,Q)的向量范数(norm of vector)，并比较所述向量范数与阈值TH以判断碰触事件(touch event)。一实施例中，所述处理单元14可利用软体的方式计算出所述向量范数另一实施例中，所述处理单元14也可利用硬体或韧体的方式来进行计算，例如采用图4所示的坐标旋转数字计算机(CORDIC,coordinate rotation digitalcomputer)来计算出所述向量范数其中，CORDIC为一种已知快速演算法。例如，当没有任何物体接近所述感测单元10时，假设所述处理单元14计算出的所述向量范数为R；当物体接近所述感测单元10时，所述向量范数减少为R′；当所述向量范数R′小于所述阈值TH时，所述处理单元14则可判定物体位于所述感测单元10附近并造成碰触事件。必须说明的是，当其他物体，例如金属片，接近所述感测单元10时，也有可能造成所述向量范数R增加，因此所述处理单元14也可在所述向量范数变化为大于预设阈值时判定为碰触事件。
另一实施例中，所述处理单元14可将二维检测向量的两分量I和Q利用正交振幅位移键控(QASK)进行编码，例如16-QASK。所述处理单元14中已事前将QASK编码中的部分编码对应为碰触事件而另一部分编码对应为未碰触。当所述处理单元14根据调制后检测信号计算出目前两分量I和Q的QASK编码时，即可判定物体是否接近所述感测单元10。
图3A和3B显示本发明实施例的电容式触控感测装置的另一示意图，其显示出所述检测电路13的实施方式。
图3A中，所述检测电路13包含两乘法器131和131′、两积分器132和132′、两模拟数字转换单元(ADC)133和133′，用以处理所述检测信号y(t)以产生二维检测向量(I,Q)。所述两乘法器131和131′用以分别将两信号，例如此时显示为以及与所述检测信号y(t)进行调制以产生一对调制后检测信号y1(t)和y2(t)。为了取样所述一对调制后检测信号y1(t)和y2(t)，利用所述两积分器132和132′对所述一对调制后检测信号y1(t)和y2(t)进行积分；本实施例中，所述两积分器132和132′的形式并无特定限制，例如可为电容器(capacitor)。所述两模拟数字转换单元133和133′则用以数字化经积分的所述一对调制后检测信号y1(t)和y2(t)以产生所述二维检测向量的两数字分量I、Q。可以了解的是，所述两模拟数字转换单元133和133′在所述两积分器132和132′的电位变化稳定时开始获取数字数据。所述两信号除了使用上述的两连续信号外，也可为两向量，例如S1＝[1 0-1 0]且S2＝[0-1 0 1]以简化电路架构。所述两信号只要是能够简化调制和解调制过程的适当简化向量均可，并无特定限制。
图3B中，所述检测电路13包含乘法器131、积分器132和模拟数字转换单元133，而两信号S1和S2经过多工器130输入所述乘法器131以与所述检测信号y(t)进行调制来产生两调制后检测信号y1(t)和y2(t)。此外，所述乘法器131、所述积分器132和所述模拟数字转换单元133的功能与图3A相同，故于此不再赘述。
综上所述，本发明实施例的电容式触控感测装置的检测方法包含下列步骤：输入驱动信号至感测单元的第一电极；以两信号分别调制所述驱动信号通过耦合电容耦合至第二电极的检测信号以产生一对调制后检测信号；以及计算所述一对调制后检测信号的大小并据以判断碰触事件。
例如参照图3A和3B所示，所述驱动单元12输入驱动信号x(t)至所述感测单元10的第一电极101后，所述驱动信号x(t)通过所述耦合电容103耦合检测信号y(t)至所述感测单元10的第二电极102。接着，所述检测电路13以两信号S1和S2分别调制所述检测信号y(t)以产生一对调制后检测信号y1(t)和y2(t)。所述处理单元14计算所述一对调制后检测信号y1(t)和y2(t)的大小并据以判断碰触事件；其中，计算所述一对调制后检测信号y1(t)和y2(t)的大小的方式例如可参照图4和其相关说明。此外，在计算所述一对调制后检测信号y1(t)和y2(t)的大小前，可利用所述积分器132和/或132′积分所述一对调制后检测信号y1(t)和y2(t)后，由所述模拟数字转换单元133和/或133′进行数字化以输出所述二维检测向量(I,Q)的两数字分量I、Q。
请参照图5所示，其显示本发明另一实施例的电容式触控感测装置的示意图。矩阵排列的多个感测单元10可形成电容感测矩阵，每一列(row)感测单元10由驱动单元121-12n驱动且所述检测电路13通过多个开关元件SW1-SWm检测每一行(column)感测单元10的输出信号。如图5所示，驱动单元121用以驱动第一列感测单元1011-101m；驱动单元122用以驱动第二列感测单元1021-102m；…；驱动单元12n用以驱动第n列感测单元10n1-10nm；其中，n和m为正整数且其数值可根据电容感测矩阵的尺寸和解析度决定，并无特定限制。
本实施例中，每一感测单元10(此处以圆圈表示)均包含第一电极和第二电极用以形成耦合电容，如图2、3A和3B所示。所述驱动单元121-12n分别耦接至列感测单元10的第一电极。时序控制器11则用以控制所述驱动单元121-12n依次输出驱动信号x(t)至所述感测单元10的第一电极。
所述检测电路13通过多个开关元件SW1-SWm分别耦接行感测单元10的第二电极，用以依序检测所述驱动信号x(t)通过所述感测单元10的耦合电容耦合至所述第二电极的检测信号y(t)，并利用两信号分别调制所述检测信号y(t)以产生一对调制后检测信号；其中，产生所述一对调制后检测信号的方式已详述于图3A和3B和其相关说明，故于此不赘述。
所述处理单元14则根据所述一对调制后检测信号判断碰触事件和碰触位置。如前所述，所述处理单元14可计算所述一对调制后检测信号所形成的二维检测向量的向量范数，当所述向量范数小于等于或大于等于阈值TH时判定所述碰触事件，如图4所示。
本实施例中，当所述时序控制器11控制所述驱动单元121输出所述驱动信号x(t)至第一列感测单元1011-101m时，所述开关元件SW1-SWm则依序被开启以使所述检测电路13能够依序检测第一列感测单元1011-101m的每一个感测单元所输出的检测信号y(t)。接着，所述时序控制器11依序控制其他驱动单元122-12N输出所述驱动信号x(t)至每一列感测单元。当所述检测电路13检测过所有感测单元后，则完成一个扫描周期(scan period)。所述处理单元14则将扫描周期中发生所述碰触事件的感测单元的位置判定为所述碰触位置。可以了解的是，所述碰触位置可能不只发生于一个感测单元10，所述处理单元14可将多个感测单元10的位置均视作碰触位置，或将相邻的多个感测单元10其中的一者(例如中心或重心)的位置视作碰触位置。
参照图6所示，其显示本发明实施例的电容式触控感测装置的运作流程图，包含下列步骤：输入驱动信号至电容感测矩阵的感测单元(步骤S31)；以两信号分别调制所述感测单元输出的检测信号以产生一对调制后检测信号(步骤S32)；积分并数字化所述一对调制后检测信号(步骤S33)；以及判断碰触事件和碰触位置(步骤S34)。本实施例的运作方式已详述于图5及其相关说明，故于此不再赘述。
另一实施例中，为了节省图5中电容式触控感测装置的耗能，所述时序控制器11可控制多个驱动单元121-12n同时输出所述驱动信号x(t)至相对应列的感测单元。所述检测电路13则以不同的两连续信号S1、S2分别调制每一列检测信号y(t)以进行区别。除此之外，判断碰触事件和碰触位置的方式则类似图5，故于此不再赘述。
本发明实施例中，所述检测电路13可还包含滤波器和/或放大器等元件，以增加信号品质。此外，所述处理单元14也可与所述检测电路13合并为单一元件。
如上所述，信号传输过程中信号线上电容所造成的相位差可通过计算二维检测向量的向量范数(norm of vector)被忽略；换句话说，如果各频道的驱动信号x(t)间存在相位差，其也可以通过计算二维检测向量的向量范数被忽略。因此本发明另一实施例中，可利用彼此具相位差的多个驱动信号在相同驱动时段(drive time slot)并行驱动(concurrent drive)不同频道(channel)，并在接收端通过计算各频道的二维检测向量的向量范数来判定碰触事件和/或碰触位置。此外，本实施例中不同频道的相位调制实施于驱动信号x(t)，故接收端不需另外再使用两信号分别调制检测信号y(t)。本实施例的详细实施方式说明如下。
请参照图7所示，其显示本发明实施例的并行驱动电容式触控感测装置2的示意图。所述并行驱动电容式触控感测装置2包含驱动端2T、电容感测矩阵200以及检测端2R；其中，所述电容感测矩阵200具有多个频道。例如，所述电容感测矩阵200包含互相交错设置的多个驱动电极(例如图7中横向配置)和多个检测电极(例如图7中纵向配置)以形成多个感测单元(例如2011-20nn)行列式地排列。本说明中所述频道可指所述驱动端2T、所述检测端2R和感测单元间的信号路径，其中所述感测单元被所述驱动端2T驱动并由所述检测端2R检测。
必须说明的是，所述驱动电极与所述检测电极并不一定要设置成互相交错，只要能于其间形成耦合电容(coupling capacitance)即可。例如，于单层电容式触控感测装置中，所述驱动电极与所述检测电极可形成于同一平面而不彼此互相交错。
所述驱动端2T用以并行地对所述电容感测矩阵200的所述驱动电极输入编码和调制后驱动信号的周期数据(cycle data)，例如于所述电容感测矩阵200的扫描周期(或称帧frame)的多个驱动时段K1-Kn的每一所述驱动时段并行地对所述驱动电极输入编码和调制后驱动信号的多个周期数据，其中相对同一驱动电极的同一驱动时段内的所述周期数据均相同(如图9所示)。
所述检测端2R耦接所述检测电极其中的一者并相对所述被耦接的检测电极相关的所述周期数据获取预设数目的取样值，并根据所述预设数目的取样值产生回应信息ACK至所述驱动端2T；其中，所述预设数目可根据数据处理的演算法或所需的精确度决定，并无特定限制，例如所述预设数目可为4或8。本实施例中，为了排除噪声影响和增加判断精确度，所述驱动端2T可根据所述回应信息ACK重送所述周期数据。
例如一实施例中，当所述预设数目的取样值的大小变化未介于预设检测范围时，表示噪声量够高而可能影响判断；因此所述检测端2R产生所述回应信息ACK至所述驱动端2T。当所述驱动端2T收到所述回应信息ACK时重送所述周期数据。另一实施例中，当所述预设数目的取样值的大小变化介于预设检测范围时，表示噪声量仍介于可接受范围内；因此所述检测端2R产生所述回应信息ACK至所述驱动端2T表示无须重送所述周期数据。当所述驱动端2T于预设时间未收到所述回应信息ACK时才重送所述周期数据。所述预设检测范围可根据系统所能忍受的噪声量和所应用的系统种类而事前决定。所述大小变化例如可为所述取样值的带拒滤波(notch filtering)或标准差(standard deviation)的处理结果。
例如，所述检测端2R可耦接所述检测电极其中的一者(例如第一检测电极)并在一个帧中相对被耦接的所述检测电极相关的所述驱动时段K1-Kn的每一所述周期数据均获取预设数目的取样值；例如，当驱动时段的时段数目为n、周期数据的周期数目为m且相对每一周期数据取样值的取样数目为s时，一个帧中所述检测端2R相对所述被耦接的检测电极可获取n×m×s个取样值。所述检测端2R并根据相对每一所述周期数据的所述预设数目的取样值(例如s个取样值)产生回应信息ACK至所述驱动端2T。换句话说，驱动时段中所述驱动端2T对每一驱动电极输入预设周期数目的相同周期数据，例如图9中m1个周期数据D11被输入至第一驱动电极。同样地，为了排除噪声影响并增加判断精确度，所述驱动端2T可根据所述回应信息ACK延长相对应的所述驱动时段以增加周期数目(即增加周期数目以大于所述预设周期数目)。
例如一实施例中，当相对应一周期数据的所述预设数目的取样值的大小变化未介于预设检测范围时，表示噪声量够高而可能影响判断；因此所述检测端2R产生所述回应信息ACK至所述驱动端2T。当所述驱动端2T收到所述回应信息ACK时延长导致无效取样值的周期数据相对应的所述驱动时段以增加所述驱动时段中周期数据的周期数目。另一实施例中，当相对应周期数据的所述预设数目的取样值的大小变化介于预设检测范围时，表示噪声量仍介于可接受范围内，因此所述检测端2R产生所述回应信息ACK至所述驱动端2T表示无须重送所述周期数据。当所述驱动端2T于预设时间未收到所述回应信息ACK时才延长导致无效取样值的周期数据相对应的所述驱动时段以增加所述驱动时段中周期数据的周期数目。一个被延长的驱动时段中，若周期数据相对应的多个取样值未介于所述预设检测范围内时，所述取样值则属无效取样值(invalid sampled values)并可予以忽略；所述被延长的驱动时段中，若周期数据相对应的多个取样值介于所述预设检测范围内时，所述取样值则属有效取样值(valid sample values)。
必须说明的是，所述驱动端2T可同时仅驱动部分驱动电极而非同时驱动所有驱动电极，而所述驱动时段的时段数目(例如n)可等于所述驱动端2T同时驱动所述驱动电极的电极数目。此外，本实施例中所述检测端2R可仅判断所述电容感测矩阵200其中一条检测电极的取样值(例如第一条检测电极)，也可判断所述电容感测矩阵200的多条检测电极的取样值，以决定是否使所述驱动端2T重送编码和调制后驱动信号。
所述检测端2R可依次耦接所述电容感测矩阵200的所述检测电极，并解码通过检测所述驱动电极和所述检测电极形成的频道所求得的检测矩阵以相对每一所述频道产生二维检测向量，并计算所述二维检测向量的向量范数；其中，所述检测矩阵的每一矩阵元素(matrix element)为根据每一驱动时段中的有效取样值求得的检测信号，且所述检测矩阵为一维矩阵。此外，所述检测端2R可还比较所述向量范数与阈值以判断碰触事件和/或碰触位置(如图4)。一实施例中，所述驱动时段的时段数目可等于所述驱动电极的电极数目。
本发明中，由于部分驱动时段中所述驱动端2T重送周期数据，因此至少一部分所述驱动时段中所述周期数据的周期数目高于预设周期数目，例如32个周期，但并不以此为限。换句话说，当所述检测端2R判断噪声影响属可容忍时，驱动时段则包含所述预设周期数目的周期数据；而当驱动时段中存在相对周期数据的一组取样值未介于预设检测范围内时，所述驱动时段所包含周期数据的周期数目则大于所述预设周期数目。例如，图9中周期数目m1-mn至少其中的一者大于32而其余等于32。
本实施例中，所述驱动端2T中所述编码和调制后驱动信号可使用哈达马矩阵进行编码，且所述检测端2R则使用所述哈达马矩阵的反哈达马矩阵解码所述检测矩阵。所述编码和调制后驱动信号可仅进行相位调制，或同时进行相位和振幅调制，例如可使用正交振幅调制(QAM)来实现。
一实施例中，所述并行驱动电容式触控感测装置2包含驱动单元22、编码单元25、调制单元26、所述电容感测矩阵200、检测电路23、解码单元27、处理单元24以及暂存器28。本实施例中，所述驱动单元22、所述编码单元25和所述调制单元26可共同组成驱动晶片以作为所述驱动端2T；且所述检测电路23、所述解码单元27、所述处理单元24和所述暂存器28共同组成感测晶片以作为所述检测端2R。
另一实施例中，所述编码单元25和所述调制单元26可组成单一编码调制单元；所述解码单元27和所述暂存器28可包含于所述处理单元24内。
所述驱动单元22输出驱动信号X(t)至所述编码单元25，此处以X(t)＝Vd×exp(jwt)作为例示；其中，Vd为驱动电压值、w为驱动频率而t为时间。如前一实施例中所述，所述驱动信号X(t)并不限于连续信号。另一实施中，所述驱动单元22输出多个相同的驱动信号X(t)至所述编码单元25。
所述编码单元25相对每列感测单元对所述驱动信号X(t)进行编码，以输出编码后驱动信号Xc(t)。一实施例中，所述编码单元25可使用编码矩阵，例如哈达马矩阵(Hadamardmatrix)对所述驱动信号X(t)进行编码。可以了解的是，只要是能够使各频道通过编码进行区别，也可使用其他编码矩阵。此外，所述编码矩阵的尺寸可根据同时驱动的频道数而决定。
所述调制单元26相对每列感测单元对所述编码后驱动信号Xc(t)进行相位调制，以输出编码和调制后驱动信号至每列感测单元(或所述驱动电极)；所述相位调制使输入至每列感测单元的所述编码和调制后驱动信号彼此间具有相位差；藉此，可抑制所述检测电路23中的模拟数字转换单元(ADC)的输入电压(如图3A和3B)，以避免超出所述模拟数字转换单元的检测范围。其它实施例中，也可对编码后驱动信号Xc(t)同时进行振幅和相位调制，例如使用正交振幅调制。例如图7中，所述驱动端2T(或调制单元26)输出编码和调制后驱动信号X1(tk)至第一频道、编码和调制后驱动信号X2(tk)至第二频道、…以及编码和调制后驱动信号Xn(tk)至第n频道；其中，k表示扫描周期的各驱动时段(drive slot)。
例如，所述编码矩阵可利用式(1)所示的矩阵表示且各矩阵元素可以ars表示，其中，各矩阵元素ars的下标“r”相对于各驱动时段而各矩阵元素ars的下标“s”相对于各频道，
所述调制单元26的运作例如可利用数学式(2)所示的对角矩阵(diagonalmatrix)表示，其中，x1-xn为多个(complex number)且较佳彼此间具有相位差。x1-xn用以分别对不同频道进行相位调制。当使用正交振幅调制(QAM)作为调制机制时，x1-xn彼此间具有振幅差以及相位差；其中，x1-xn的下标相对于各频道。
请同时参照图7和8所示，根据式(1)和式(2)，所述驱动端2T(或调制单元26)例如于第一时段k1并行地输出编码和调制后驱动信号D11＝X(t)a11x1至第一驱动电极、编码和调制后驱动信号D12＝X(t)a12x2至第二驱动电极…以及编码和调制后驱动信号D1n＝X(t)a1nxn至第n驱动电极；所述驱动端2T(或调制单元26)于第二时段k2并行地输出编码和调制后驱动信号D21＝X(t)a21x1至第一驱动电极、编码和调制后驱动信号D22＝X(t)a22x2至第二驱动电极…以及编码和调制后驱动信号D2n＝X(t)a2nxn至第n驱动电极；所述驱动端2T(或调制单元26)于第n时段kn并行地输出编码和调制后驱动信号Dn1＝X(t)an1x1至第一驱动电极、编码和调制后驱动信号Dn2＝X(t)an2x2至第二驱动电极…以及编码和调制后驱动信号Dnn＝X(t)annxn至第n驱动电极。本实施例中，D11-D1n、D21-D2n…Dn1-Dnn为周期数据，例如可为正余弦波数据、方波数据等，但不以此为限。本发明说明中，所述周期数据可为连续波(continuouswave)或不连续数据组(discontinuous data set)。
如图9所示，所述驱动端2T用以于所述电容感测矩阵200的帧的多个驱动时段(例如K1-Kn)的每一所述驱动时段同时对所述驱动电极输入编码和调制后驱动信号的多个周期数据(例如D11-D1n、D21-D2n…Dn1-Dnn)。例如图9中，所述驱动端2T于驱动时段K1输入m1个周期数据D11至第一驱动电极；于驱动时段K2输入m2个周期数据D21至所述第一驱动电极；…；于驱动时段Kn输入mn个周期数据Dn1至所述第一驱动电极；其中，m1-mn具有预设周期数目，例如32。图9同时显示了所述驱动端2T于不同驱动时段K1-Kn输入至不同驱动电极的多个周期数据(例如D12-Dn2…D1n-Dnn)。本实施例中，周期数目m1-mn最小值为所述预设周期数目。当所述驱动端2T重送所述编码和调制后驱动信号时，包含重送信号的驱动时段的周期数目则大于所述预设周期数目，故所述驱动端2T可能相对一部分驱动时段具有不同的驱动时间。当所有时段k1-kn的编码和调制后驱动信号的多个周期数据X1(tk)-Xn(tk)输入至所述电容感测矩阵200后，则完成一个驱动帧的动作。
如前所述，所述电容感测矩阵200包含第一列感测单元2011-201n、第二列感测单元2021-202n…以及第n列感测单元20n1-20nn(即频道1-n)。所述编码和调制后驱动信号的周期数据X(t)a11x1、X(t)a12x2-X(t)a1nxn于第一时段k1时分别并行地输入至第一列感测单元2011-201n、第二列感测单元2021-202n…以及第n列感测单元20n1-20nn。其他时段k2-kn输入至每列感测单元的编码和调制后驱动信号的周期数据也显示于图8和9。此外，所述电容感测矩阵200中的线路相对于不同频道具有不同的电抗，其例如可使用一维矩阵[y1y2…yn]T数学地表示所述电容感测矩阵200的电抗矩阵。在扫描周期内，如所述电容感测矩阵200未被碰触，所述电抗矩阵大致维持不变；而当发生碰触事件时，所述电抗矩阵的至少一个矩阵元素出现改变，因而改变相对每一所述驱动时段中每一所述周期数据的预设数目的取样值。
如图7所示，所述电容感测矩阵200的每行感测单元分别通过开关元件SW1-SWn耦接至所述检测端2R(或检测电路23)。于扫描周期的每一驱动时段k1-kn内，所述开关元件SW1-SWn依次耦接相对应的一行感测单元(或检测电极)至所述检测端2R(或检测电路23)，以使所述检测端2R(或检测电路23)相对每一所述驱动时段的每一所述周期数据获取所述预设数目的取样值，并根据每一所述驱动时段获取的所述取样值的带拒滤波或标准差的处理结果产生相对每行感测单元的检测信号y(t)；例如图7显示根据驱动时段内检测每一检测电极上所有周期数据相关的取样值的带拒滤波或标准差的处理结果产生相对每行感测单元的检测信号y(t)。图9中，例如所述驱动时段K1内所述检测端2R可根据驱动电极上相对m1个周期数据D11的所有取样值计算检测信号y(t)；其他驱动时段内也相类似地可分别求得检测信号y(t)。在计算所述检测信号y(t)前，相对所述驱动时段的每一所述周期数据的所述取样值可暂存于所述暂存器28中。例如图7显示开关元件SW2将所述电容感测矩阵200的第二行感测单元耦接至所述检测端2R(或检测电路23)。如前所述，本发明在于当噪声影响严重时即重送周期数据，以致于当相对周期数据的预设数目的取样值的大小变化(magnitudevariation)不介于预设检测范围时，所述取样值则被忽略而不用以产生所述检测信号y(t)。所述检测端2R接着根据每一所述驱动时段的所述检测信号y(t)产生检测矩阵并解码所述检测矩阵以相对每一频道产生二维检测向量。
因此，扫描周期完成(即一张帧)后，从所述电容感测矩阵200的每行感测单元所输出的检测信号y(t)则可以数学地表示成式(3)所示的X(t)×[编码矩阵]×[调制矩阵]×[电抗矩阵]；其中，所述编码矩阵的矩阵元素由所使用的编码方式而定；所述调制矩阵的矩阵元素由所使用调制机制而定而电抗矩阵的矩阵元素则由电容感测矩阵200决定。如前所述，所述检测电路23可包含至少一积分器和至少一模拟数字转换单元(例如图3A、3B所示)，用以根据所述检测信号y(t)求得二维叠加检测向量(I+jQ)的两数字分量I、Q。
因此，所述检测电路23在扫描周期完成后所输出的二维叠加检测向量可以检测矩阵[(I1+jQ1)(I2+jQ2)…(In+jQn)]T表示。图7中，(I12+jQ12)为根据一行(例如第二行)感测单元于第一驱动时段k1的检测信号y(t)所求得的二维叠加检测向量。由于编码和调制后驱动信号X1(tk)-Xn(tk)于所述第一驱动时段k1内分别并行地输入各频道，因此所述二维叠加检测向量(I12+jQ12)为包含了所述第一驱动时段k1内第二行感测单元所有频道的检测信号的叠加(superposition)。同理，(I22+jQ22)为根据一行(例如第二行)感测单元于第二驱动时段k2的检测信号y(t)所求得的二维叠加检测向量且包含了所述第二驱动时段k2内第二行感测单元所有频道的检测信号的叠加；…；In2+jQn2为根据一行(例如第二行)感测单元于第n驱动时段kn的检测信号y(t)所求得的二维叠加检测向量且包含了所述第n驱动时段kn内第二行感测单元所有频道的检测信号的叠加。图7同时显示了其他行感测单元相关的二维叠加检测向量并储存于所述暂存器28中。
为了去耦合(decoupling)各频道叠加的检测向量，所述检测电路23将所述检测矩阵传送至所述解码单元27以进行解码。所述解码单元27则输出一行(例如第二行)感测单元中每一频道(即感测单元)的二维检测向量，如式(4)所示；例如，第二行中频道1的二维检测向量表示为(i12+jq12)、频道2的二维检测向量表示为(i22+jq22)…以及频道n的二维检测向量表示为(in2+jqn2)；其中，i和q为二维检测向量的两数字分量。图7中，扫描周期完成后，所述解码单元27可针对每一行感测单元输出一组二维检测向量，也即此时为n组[(i1+jq1)(i2+jq2)…(in+jqn)]T。所述解码单元27使用所述编码矩阵的反矩阵来对叠加的检测信号(即所述检测矩阵)进行去耦合；例如，哈达马矩阵的反矩阵。
最后，所述处理单元24可计算每一频道的二维检测向量的向量范数，并将求得的所述向量范数与阈值TH进行比较，如图4所示。
藉此，在一个扫描周期完成后，所述处理单元24则可根据n×n个向量范数与阈值TH的比较结果判断所述电容感测矩阵200的碰触事件和/或碰触位置；其中，n表示矩阵尺寸。
此外，当本实施例中所述驱动信号X(t)还实施振幅调制时，所述处理单元24可另包含自动准位控制(ALC)来消除振幅偏移。例如，所述处理单元24内(或另行设置记忆单元)可事先储存有所述电容感测矩阵200未被触压时所述自动准位控制的控制参数，其使各感测单元的检测结果大致相同。藉此，当发生触碰时，则可更精确的判定碰触事件。
此外，如前所述，每一所述感测单元(2011-20nn)包含第一电极101和第二电极102用以于其间形成耦合电容103(如图2、3A和3B所示)。所述编码和调制后驱动信号的周期数据X1(tk)-Xn(tk)输入至所述第一电极101；所述检测电路23耦接所述第二电极102，用以检测所述编码和调制后驱动信号的多个周期数据X1(tk)-Xn(tk)通过所述耦合电容103耦合至所述第二电极102的所述检测信号y(t)。
综上所述，已知分时多工调制所传送的资讯具有较低的信噪比。因此，本发明另提出一种并行驱动电容式触控感测装置(图7)，其于每一传输时段针对每一频道并行地输入驱动信号并读取检测信号。由于每一扫描周期内每一频道的工作周期(duty cycle)增加了，因而可有效提升信噪比以增加判断精度。此外，所述检测端仅根据有效取样值计算检测信号并忽略无效取样值，故可有效提升判断精确度。
虽然本发明已通过前述实例披露，但是其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中具有通常知识的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (20)

1.一种感测装置，用于驱动及检测包含多个驱动电极和多个检测电极的电容感测矩阵，所述感测装置包含：
驱动端，用以并行地对所述多个驱动电极输入编码和调制后驱动信号的周期数据，其中所述编码和调制后驱动信号使用相位调制或正交振幅调制进行调制；以及
检测端，耦接所述多个检测电极其中的一者并相对被耦接的所述检测电极相关的所述周期数据获取预设数目的取样值，并根据所述取样值产生回应信息至所述驱动端，
其中，当所述驱动端收到所述回应信息时，不重送所述周期数据。
2.根据权利要求1所述的感测装置，其中当所述取样值的大小变化介于预设检测范围时所述检测端产生所述回应信息至所述驱动端。
3.根据权利要求1所述的感测装置，其中当所述取样值的大小变化介于预设检测范围时所述检测端产生所述回应信息至所述驱动端，且当所述驱动端于预设时间未收到所述回应信息时才重送所述周期数据。
4.根据权利要求1所述的感测装置，其中
所述驱动端还用以于一张帧的多个驱动时段的每一所述驱动时段并行地对所述驱动电极输入多个周期数据，且相对同一驱动电极的同一驱动时段内的所述周期数据相同；及
所述检测端还依序耦接所述多个检测电极以相对每一所述驱动时段的每一所述周期数据获取所述预设数目的取样值，并根据每一所述驱动时段获取的所述取样值的带拒滤波或标准差产生检测信号。
5.根据权利要求4所述的感测装置，其中未介于预设检测范围的所述取样值不用以产生所述检测信号。
6.根据权利要求4所述的感测装置，其中所述检测端还
根据每一所述驱动时段的所述检测信号产生检测矩阵；及
解码所述检测矩阵以相对每一频道产生二维检测向量。
7.根据权利要求6所述的感测装置，其中所述编码和调制后驱动信号使用哈达马矩阵进行编码，所述检测端使用所述哈达马矩阵的反矩阵解码所述检测矩阵。
8.一种感测装置，用于驱动及检测包含多个驱动电极和多个检测电极的电容感测矩阵，所述感测装置包含：
驱动端，用以于一张帧的多个驱动时段的每一所述驱动时段并行地对所述多个驱动电极的部分驱动电极输入编码和调制后驱动信号的多个周期数据，其中所述驱动时段的时段数目等于所述驱动端同时驱动所述部分驱动电极的电极数目；以及
检测端，耦接所述多个检测电极其中的一者并相对被耦接的所述检测电极相关的所述驱动时段的每一所述周期数据获取预设数目的取样值，并根据所述取样值产生回应信息至所述驱动端，
其中，所述驱动端根据所述回应信息延长相对应的所述驱动时段。
9.根据权利要求8所述的感测装置，其中当相对周期数据的所述取样值的大小变化未介于预设检测范围时所述检测端产生所述回应信息至所述驱动端，且当所述驱动端收到所述回应信息时延长所述周期数据相对应的所述驱动时段。
10.根据权利要求8所述的感测装置，其中当相对周期数据的所述取样值的大小变化介于预设检测范围时所述检测端产生所述回应信息至所述驱动端，且当所述驱动端于预设时间未收到所述回应信息时延长所述周期数据相对应的所述驱动时段。
11.根据权利要求8所述的感测装置，其中当相对周期数据的所述取样值的大小变化介于预设检测范围时所述检测端产生所述回应信息至所述驱动端，且当所述驱动端收到所述回应信息时不延长所述周期数据相对应的所述驱动时段。
12.根据权利要求8所述的感测装置，其中所述检测端还
依序耦接所述多个检测电极以相对每一所述驱动时段的每一所述周期数据获取所述预设数目的取样值；及
根据每一所述驱动时段获取的所述取样值的带拒滤波或标准差产生检测信号。
13.根据权利要求12所述的感测装置，其中未介于预设检测范围的所述取样值不用以产生所述检测信号。
14.根据权利要求12所述的感测装置，其中所述检测端还
根据每一所述驱动时段的所述检测信号产生检测矩阵；及
解码所述检测矩阵以相对每一频道产生二维检测向量。
15.根据权利要求14所述的感测装置，其中所述编码和调制后驱动信号使用哈达马矩阵进行编码，所述检测端使用所述哈达马矩阵的反矩阵解码所述检测矩阵。
16.根据权利要求8所述的感测装置，其中所述编码和调制后驱动信号使用相位调制或正交振幅调制进行调制。
17.一种感测装置，用于驱动及检测包含多个驱动电极和多个检测电极的电容感测矩阵，所述感测装置包含：
驱动端，用以于一张帧的多个驱动时段的每一所述驱动时段并行地对所述多个驱动电极输入编码和调制后驱动信号的多个相同的周期数据，其中至少一部分所述驱动时段的所述周期数据的周期数目高于其他所述驱动时段的所述周期数据的周期数目；以及
检测端，依序耦接所述多个检测电极，解码通过检测所述驱动电极和所述检测电极的频道求得的检测矩阵以相对每一所述频道产生二维检测向量。
18.根据权利要求17所述的感测装置，其中所述编码和调制后驱动信号使用哈达马矩阵进行编码，所述检测端使用所述哈达马矩阵的反矩阵解码所述检测矩阵。
19.根据权利要求17所述的感测装置，其中所述编码和调制后驱动信号使用相位调制或正交振幅调制进行调制。
20.根据权利要求17所述的感测装置，其中所述驱动时段的时段数目等于所述驱动端并行地驱动所述驱动电极的电极数目。
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