CN108628491B - 使用显示设备的公共电极进行触摸检测的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及使用显示设备的公共电极进行触摸检测的方法和系统。显示设备的显示像素阵列包括一系列被设置在显示电极和公共电极之间的显示像素。对于触摸感测，处理设备用一积分电压来驱动部分公共电极，此积分电压以预定转换速率变化一电压变化值。处理设备还以同步的方式驱动与此部分公共电极相对应的部分显示电极，从而减少与此部分公共电极相关联的寄生电容对触摸感测的影响。此部分显示电极中的每单个显示电极被一显示电压驱动，此显示电压也以预定转换速率变化上述电压变化值。与上述部分公共电极相对应的一电容式感测信号在驱动上述部分公共电极和部分显示电极的同时，可以在一电容感测电路的输出处被测量到。

Description

使用显示设备的公共电极进行触摸检测的方法和系统
技术领域
所公开的实施方式总地涉及显示设备中的触摸检测，包括但不限于用于配置显示设备的公共电极以既用于驱动显示像素还用于感测触摸事件的方法和系统，从而避免在显示设备中引入单独的触摸感测阵列。
背景技术
利用电容式感测阵列的触摸屏广泛应用于当今的工业和消费产品市场。电容式感测阵列可能被发现存在于蜂窝电话、GPS设备、机顶盒、照相机、计算机屏幕、MP3播放器、数字平板计算机等中，取代机械按钮、旋钮和其他传统的用户接口控件。电容式感测阵列通常设置在触摸屏的触摸感测表面下方，并且包括电容式感测元件的阵列。当对象(例如，手指、手、触控笔、或另一对象)与触摸感测表面接触或在触摸感测表面上方悬停时，这些电容式感测元件的电容发生变化。耦合到电容式感测阵列的处理设备然后测量电容式感测元件的电容和/或识别电容式感测元件的电容变化，以确定与触摸感测表面相关联的对象的触摸或存在。电容式感测阵列的使用提供了在许多恶劣条件下可行的方便且可靠的用户接口解决方案。
尽管由电容式感测元件制成的电容式感测阵列已被广泛用于许多工业和消费产品中，但其经常涉及与用于触摸屏的显示功能的其他材料层分离的一个或多个专用触摸感测层。将触摸检测集成到传统触摸屏的现有的显示相关的基础设施中而不对触摸屏的显示功能造成任何不利影响将是有益的。
发明内容
触摸检测与包括显示像素阵列的显示屏集成。显示屏通常包括用于向显示像素阵列中的每个显示像素提供偏置电压或参考电压的公共电极层。相应地，在本申请的各种实施方式中，显示屏的公共电极层被配置为使用电容式感测元件来在为触摸检测分配的第一组持续时间期间检测在显示像素阵列上的触摸事件，并同时在为显示分配的第二组持续时间期间向显示像素阵列的显示像素提供偏置或参考电压。具体而言，在为触摸检测分配的第一组持续时间期间，用以预定转换速率变化预定电压变化值的积分电压来驱动一组公共电极。电容式地耦合到该组公共电极的一个或多个电节点也以相同的转换速率被驱动，并具有与该组驱动公共电极相同的电压变化，从而减少一个或多个电节点与该组公共电极之间的寄生电容对通过该组公共电极实现的触摸检测的影响。此外，在一些实施方式中，预定转换速率被预先确定为小于预定的转换速率阈值，使得电容式感测信号不会过冲而在相应的电容感测电路中造成电流饱和。
根据本申请的一方面，在耦合到显示像素阵列的处理设备处实现使用显示像素阵列来检测触摸事件的方法。显示像素阵列包括多个显示像素、多个显示电极、以及多个公共电极，并且每个显示像素被设置在显示电极和公共电极之间。该方法包括：在触摸感测状态下，将多个公共电极的第一子集电耦合到用于触摸检测的电容感测电路，以及用以预定转换速率变化第一电压变化值的积分电压来驱动公共电极的第一子集。该方法还包括以与公共电极的第一子集同步的方式驱动与公共电极的第一子集相对应的显示电极的第一子集，从而减少与公共电极的第一子集相关联的寄生电容的影响。显示电极的第一子集中的每一者用以预定转换速率变化第一电压变化值的调整电压来驱动。该方法还包括在驱动公共电极的第一子集和显示电极的第一子集的同时，在电容感测电路的输出处测量与公共电极的第一子集相关联的电容感测信号。
在本申请的又一方面，触摸感测系统包括显示像素阵列和处理设备。显示像素阵列包括多个显示像素、多个显示电极、以及多个公共电极，并且每个显示像素被设置在显示电极和公共电极之间。处理设备耦合到显示像素阵列，并且还包括处理核心、耦合到处理核心的存储器、以及耦合到处理核心的电容感测电路。存储器存储一个或多个程序，这些程序被配置为由处理核心执行以控制触摸感测系统的触摸感测状态和显示驱动状态。电容感测电路被配置为实现本文所描述的用于检测触摸事件的方法。
因此，设备、存储介质、和系统被配设使用显示像素阵列来检测触摸的方法，从而减少与显示像素阵列相关联的寄生电容的影响，并且增加了有效性、效率、以及用户对这种系统的满意度。这样的方法可以补充或替代使用专用触摸感测层来检测触敏表面上的触摸的传统方法。更重要的是，本文所描述的方法、系统、和设备将触摸检测集成到传统触摸屏中的现有的显示相关的基础设施中而不对触摸屏的显示功能造成任何不利影响。
附图说明
为了更好地理解所描述的各种实施方式，下面将结合以下附图参考具体实施方式的描述，其中相同的参考标号指代整个附图中相应的部分。
图1是示出根据一些实施方式的具有显示驱动信号并处理电容式感测信号的处理设备的电子系统的框图。
图2A示出了根据一些实施方式的包括被重新配置为电容式感测阵列的公共电极阵列的示例触摸屏组件(例如，液晶显示屏)。
图2B示出了根据一些实施方式的在显示驱动状态下由显示电极和公共电极驱动的示例显示像素。
图3A是根据一些实施方式的被重新配置为作为电容式感测阵列128进行操作的示例显示像素阵列，以及图3B是根据一些实施方式的由图3A中示出的显示像素阵列的一组公共电极重新配置的示例电容式感测元件。
图4是根据一些实施方式的由显示设备的公共电极重新配置的并且受寄生电容影响的示例电容式感测元件。
图5A是根据一些实施方式的被配置为感测电容式感测阵列的感测元件的自电容的示例电容感测电路的电路图。
图5B是根据一些实施方式的被配置为驱动用于触摸检测的电容式感测阵列的感测元件的示例衰减器驱动器的电路图。
图6A是根据一些实施方式的补偿与示例电容式感测阵列的感测元件相关联的寄生电容的电子系统，该示例电容式感测阵列根据显示设备的公共电极来重新配置。
图6B示出了根据一些实施方式的在触摸感测状态下由显示电极和公共电极驱动的示例显示像素。
图7A和图7B分别是根据一些实施方式的栅极电压生成器，该栅极电压生成器是基于电阻式电平移位器来构造的并且被配置为在触摸感测状态下使得TFT导通(turn-on)电压VGH和TFT关断(turn-off)电压VGL跟踪积分电压VY的变化。
图8A和8B分别是根据一些实施方式的栅极电压生成器，该栅极电压生成器是基于电容式电平移位器来构造的并且被配置为在触摸感测状态下使得TFT导通电压VGH和TFT关断电压VGL跟踪积分电压VY的变化。
图9A和图9B分别是根据一些实施方式的栅极电压生成器，该栅极电压生成器是基于接地击穿(groundkicker)电平移位器来构造的并且被配置为在触摸感测状态下使得TFT导通电压VGH和TFT关断电压VGL跟踪积分电压VY的变化。
图10是根据一些实施方式的使用显示像素阵列来检测触摸事件的方法的流程图。
贯穿附图的多个视图，相同的参考标号指代对应的部分。
具体实施方式
现在将详细参考实施方式，其示例在附图中示出。在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对各种所描述的实施方式的透彻理解。然而，对本领域的普通技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践各种所描述的实施方式。在其他实例中，未详细描述众所周知的方法、过程、组件、电路、和网络，以免不必要地模糊实施方式的方面。
根据本申请的各种实施例，触摸检测不是通过使用一个或多个专用触摸感测层来实现的。而是将触摸检测集成到传统触摸屏中的现有的显示相关的基础设施(例如，显示像素的公共电极和相关的处理电路)中而不对触摸屏的显示功能造成任何不利影响。触摸屏通常包括显示像素阵列，该显示像素阵列进而包括用于向显示像素阵列中的每个显示像素提供偏置电压或参考电压的公共电极层。在触摸感测状态下，触摸屏的公共电极层被重新配置为电容式感测元件，该电容式感测元件用于在为触摸检测分配的第一组持续时间期间检测显示像素阵列上的触摸事件，而在显示驱动状态下，同一公共电极层在为显示分配的第二组持续时间期间向显示像素阵列的显示像素提供偏置或参考电压。具体地，在为触摸检测分配的第一组持续时间期间，用积分电压驱动一组公共电极，并且以与该组公共电极同步的方式驱动一个或多个电节点。该组公共电极和一个或多个电节点都以相同的转换速率被驱动并且具有相同的电压变化，从而减少一个或多个电节点与该组公共电极之间的寄生电容对通过公共电极实现的触摸检测的影响。如此，基于用于显示驱动的公共电极的触摸检测不会对触摸屏的显示功能造成任何不利影响，并且补充/取代必须使用额外的专用触摸感测层的传统触摸检测方法。
图1是示出根据一些实施方式的具有显示驱动信号并处理电容式感测信号的处理设备110的电子系统100的框图。处理设备110电耦合到包括显示像素阵列的显示设备125。显示像素阵列进而包括多个显示像素、多个显示电极、以及多个公共电极128。每个显示像素被设置在显示电极和公共电极128之间。显示设备125的更多细节在下面参考图2A-2B和3A-3B来进行说明。处理设备110在包括显示驱动状态和触摸感测状态的两种状态下进行操作。在显示驱动状态下，电压偏置被生成并施加在每个显示像素的显示和公共电极之间，以使得能够在相应的显示像素上显示颜色。在触摸感测状态下，多个公共电极128被重新配置为作为电容式感测阵列128来进行操作，并且处理设备110被配置为测量多个公共电极128处的电容变化并且检测接近显示设备125的表面的一个或多个触摸。在一些实施方式中，处理设备110根据用于显示驱动状态的预定占空比(例如，80％)在显示驱动状态和触摸感测状态之间交替，并且检测与显示像素阵列相关联的触摸感测表面的接触或接近，而不干扰显示像素阵列的当前显示操作。
当工作在触摸感测状态下时，处理设备110可以检测诸如触摸对象140(例如，手指)、无源或有源触控笔130、或它们的组合之类的导电对象。电容感测电路101可以使用从多个公共电极128重新配置的电容式感测阵列128来测量由触摸产生的触摸数据。触摸可以由单个或多个感测单元来检测，每个单元表示单独的感测元件或经重新配置的电容式感测阵列128的感测元件(例如，电极)的交叉点。在一些实施方式中，当电容感测电路101测量经重新配置的电容式感测阵列128的互电容时，处理设备110获取触摸感测对象的二维电容式图像并处理电容式图像数据以得到峰值和位置信息。在一些实施方式中，处理设备110耦合到微控制器(例如，外部主机装置150)，该微控制器从经重新配置的电容式感测阵列128获得电容触摸信号数据集合。在一些实施方式中，在微控制器上执行的手指检测固件识别指示触摸的数据集合区域、检测并处理峰值、计算坐标、或其任何组合。微控制器可以将精确的坐标和其他信息报告给应用处理器。
在一些实施方式中，电子系统100包括以下各项中的一个或多个：处理设备110、显示设备125(包括显示像素阵列)、触控笔130、以及主机150。公共电极128可以包括由诸如铜之类的导电材料制成的电极，并且被重新配置为包括作为由相同导电材料制成的电极的电容式感测元件的电容式感测阵列128。公共电极和感测元件也可以是铟锡氧化物(ITO)面板的一部分。在显示驱动状态下，公共电极128向显示像素阵列的每个显示像素提供偏置电压或参考电压，从而使得能够在相应的显示像素上显示颜色。在所描绘的实施例中，电子系统100包括经由总线124耦合到处理设备110的公共电极128，并且公共电极128被配置为经由总线124从处理设备110接收显示驱动信号。更具体地，显示驱动信号由处理设备110的像素驱动电路102生成。替代地，在触摸感测状态下，经重新配置的电容式感测阵列128的电容式感测元件可以用于允许电容感测电路101测量自电容、互电容、或其任何组合。在所描绘的实施例中，电子系统100包括经由总线122耦合到处理设备110的经重新配置的电容式感测阵列128，并且经重新配置的电容式感测阵列128被配置为经由总线122将电容式感测信号提供到处理设备110的电容感测电路101。经重新配置的电容式感测阵列128可以包括多维电容式感测阵列。在一些实施方式中，多维感测阵列包括被组织成行和列的多个感测元件。在一些实施方式中，经重新配置的电容式感测阵列128具有平坦的表面轮廓。在一些实施方式中，电容式感测阵列128可以具有不平坦的表面轮廓。在一些实施方式中，可以使用电容式感测阵列的其他配置。例如，如受益于本公开的本领域普通技术人员将理解的那样，代替垂直列和水平行，电容式感测阵列128可以具有六边形布置等。以下参考图2A-2B和3A-3B说明电容式感测阵列128上的更多细节。
在一些实施方式中，电子系统100还包括被设置在经重新配置的电容式感测阵列128下方并与经重新配置的电容式感测阵列128分离的一个或多个力电极(forceelectrode)(图1中未示出)。一个或多个力电极电耦合到处理设备110，并被配置为向处理设备110提供力信号以用于确定与从经重新配置的电容式感测阵列128检测到的候选触摸相关联的力。在一些实施方式中，力信号是根据与一个或多个力电极相关联的电容变化来测量的，并且用于提高基于电容式感测信号的触摸检测的准确度。
本文描述了用于检测和跟踪触摸对象140或触控笔130的处理设备110和经重新配置的电容式感测阵列128的操作和配置。简言之，处理设备110可配置为检测在经重新配置的电容式感测阵列128上的触摸对象140的存在、触控笔130的存在、或其任何组合。如果触摸对象是有源触控笔，则有源触控笔130被配置为作为时序“主”进行操作，并且处理设备110调整经重新配置的电容式感测阵列128的时序以匹配有源触控笔130的时序。在一些实施方式中，经重新配置的电容式感测阵列128与有源触控笔130电容式地耦合，这与传统的电感式触控笔应用不同。还应注意的是，用于被配置为检测触摸对象140的经重新配置的电容式感测阵列128的相同组件(例如，处理设备110)也被用于检测和跟踪触控笔130，而没有用于电感式地跟踪有源触控笔130的额外的PCB层。
在一些实施方式中，处理设备110包括模拟和/或数字通用输入/输出(“GPIO”)端口107。GPIO端口107可以是可编程的。GPIO端口107可以耦合到可编程互连及逻辑(“PIL”)，其用作GPIO端口107和处理设备110的数字块阵列(未示出)之间的互连。在一些实施方式中，数字块阵列被配置为使用可配置的用户模块(“UM”)来实现各种数字逻辑电路(例如，DAC、数字滤波器、或数字控制系统)。数字块阵列可以耦合到系统总线。处理设备110还可以包括存储器，例如，随机存取存储器(“RAM”)105和非易失性存储器(“NVM”)104。RAM 105可以是静态RAM(“SRAM”)。非易失性存储器104可以是闪存，其可以用于存储固件(例如，可由处理核心109执行以实现本文所描述的操作的控制算法)。处理设备110还可以包括耦合到存储器和处理核心109的存储器控制器单元(“MCU”)103。处理核心109是被配置为执行指令或执行操作的处理元件。处理设备110可以包括受益于本公开的本领域普通技术人员将理解的其他处理元件。还应注意的是，存储器可以在处理设备110内部或在其外部。在存储器在内部的情况下，存储器可以耦合到诸如处理核心109之类的处理元件。在存储器在处理设备110外部的情况下，处理设备110耦合到另一设备，存储器位于该另一设备中，如受益于本公开的本领域普通技术人员将理解的那样。
处理核心109的一些或全部操作可以以固件、硬件、软件、或它们的一些组合来实现。处理核心109可以从电容感测电路101接收信号，确定经重新配置的电容式感测阵列128的状态(例如，确定在触摸感测表面上或附近是否检测到对象)，解析出对象在感测阵列上的哪里(例如，确定对象的位置)，跟踪对象的运动，或者生成与在触摸传感器处检测到的对象相关的其他信息。在一些实施方式中，处理核心109包括电容感测电路101。在一些实施方式中，处理核心109实现电容感测电路101的一些或全部功能。另外，在一些实施方式中，处理核心109将显示信息提供给像素驱动电路102，使得像素驱动电路102可以被配置为驱动显示设备125中的各个显示像素以基于显示信息显示图像或视频。在一些实施方式中，处理核心109包括像素驱动电路102的一些或全部功能，即，像素驱动电路102的一部分或全部被集成在处理核心109中。
在一些实施方式中，处理核心109生成触摸检测启用信号120和显示驱动启用信号121，这些信号被同步以分别控制电容感测电路101和像素驱动电路102来检测触摸位置以及驱动各个显示像素。触摸检测启用信号120用于启用触摸感测状态。在触摸感测状态下，公共电极128与像素驱动电路102解耦合，并且被重新配置为耦合到电容感测电路101的电容式感测阵列128。经重新配置的电容式感测阵列128的感测元件的自电容或互电容由电容感测电路101来扫描。因此，如果一个或多个对象触摸电子系统100的触摸感测表面，则检测到一个或多个触摸位置。替代地，在一些实施方式中，显示驱动启用信号121被用于启用显示驱动状态(例如，将电容感测电路101与经重新配置的电容式感测阵列128解耦合并将像素驱动电路102耦合到公共电极128)。在这样的显示驱动状态下，像素驱动电路102在显示像素阵列的每个显示像素上启用与期望的颜色相对应的偏置电压和参考电压。当偏置电压和参考电压被施加在相应显示像素的显示和公共电极上时，显示像素显示期望的颜色。值得注意的是，触摸检测启用信号120和显示驱动启用信号121可以被依次启用，并且共享公共电极/电容式感测阵列128的工作时间。
处理设备110还可以包括模拟块阵列(未示出)(例如，现场可编程模拟阵列)。模拟块阵列也耦合到系统总线。在一些实施方式中，模拟块阵列可以被配置为使用可配置的UM来实现各种模拟电路(例如，ADC或模拟滤波器)。模拟块阵列也可以耦合到GPIO 107。
在一些实施方式中，电容感测电路101被集成到处理设备110中。电容感测电路101包括模拟I/O，用于耦合到外部组件，例如，触摸传感器垫片(未示出)、经重新配置的电容式感测阵列128、触摸传感器滑块(未示出)、触摸传感器按钮(未示出)、和/或其他设备。电容感测电路101可以被配置为使用互电容感测技术、自电容感测技术、电荷耦合技术、电荷平衡技术等来测量电容。在一些实施方式中，电容感测电路101通过使用电荷积累电路、电容调制电路、或本领域技术人员已知的其他电容感测方法来进行操作。在一些实施方式中，可以使用其他电容感测电路。本文所描述的互电容式感测阵列或触摸屏可以包括透明导电感测阵列，其被设置在视觉显示器本身(例如，LCD监视器)或者位于显示器前方的透明基板上、或在它们中、或在它们下方。
经重新配置的电容式感测阵列128包括多个感测元件。当诸如手指140或触控笔130之类的触摸对象接近经重新配置的电容式感测阵列128时，该对象造成一些感测元件之间的互电容的下降。在一些实施方式中，手指的存在增加了电极到环境(地球)地的电容，这通常被称为自电容变化。在一些实施方式中，经重新配置的电容式感测阵列128的多个感测元件被配置为在第一模式中作为互电容式感测阵列的发射(TX)电极和接收(RX)电极进行操作以检测触摸对象，并且在第二模式中作为耦合电荷接收器的电极进行操作以检测在感测阵列的相同电极上的触控笔。具体地，在第一模式中，当在RX电极处提供的发射信号被耦合到TX电极时，在RX电极和TX电极的交叉点处测量互电容。利用互电容的改变，通过识别具有减小的与TX电极的耦合电容的RX电极来确定手指在经重新配置的电容式感测阵列128上的位置，其中，TX电极的信号在RX电极上测量到减小的电容时被施加。因此，可以通过依次扫描与电极的交叉点相关联的电容来确定一个或多个触摸对象的位置。在一些实施方式中，在第二模式中，触控笔130被激活以生成触控笔发射信号，该触控笔发射信号然后被耦合到位于触控笔130下方的经重新配置的电容式感测阵列128的感测元件的子集。
在一些实施方式中，处理设备110通过确定感测元件的基线来校准感测元件(RX和TX电极的交叉点)。在一些实施方式中，使用内插来以比经重新配置的电容式感测阵列128的感测元件的空间间距更好的分辨率来检测手指位置，并且各种类型的坐标内插算法被可选地用于检测触摸的中心位置。
处理设备110可以包括内部振荡器/时钟106和通信块(“COM”)108。在一些实施方式中，处理设备110包括扩展频谱时钟(未示出)。振荡器/时钟106向处理设备110的一个或多个组件提供时钟信号。通信块108可以用于经由应用接口(“I/F”)线151与外部组件(例如，应用处理器150)进行通信。在一些实施方式中，处理设备110还可以耦合到嵌入式控制器154以与诸如主机150之类的外部组件进行通信。在一些实施方式中，处理设备110被配置为与嵌入式控制器154或主机150进行通信以发送和/或接收数据。
处理设备110可以位于诸如集成电路(“IC”)裸片基板、多芯片模块基板等之类的公共载体基板上。在一些实施方式中，处理设备110的组件可以是一个或多个单独的集成电路和/或分立组件。在一些实施方式中，处理设备110可以是本领域普通技术人员已知的一个或多个其他处理设备，例如，微处理器或中央处理单元、控制器、专用处理器、数字信号处理器(“DSP”)、专用集成电路(“ASIC”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)等。
还应注意的是，本文所描述的实施方式不限于具有耦合到应用处理器的处理设备的配置，而可以包括这样的系统，该系统测量电容式感测阵列上的电容并将原始数据发送到主计算机150，在主计算机150中由应用程序对原始数据进行分析。实际上，由处理设备110完成的处理也可以在应用处理器中完成。具体地，在一些实施方式中，代替在处理设备110中执行处理核心109的操作，处理设备110可以向主机150发送原始数据或经部分处理的数据。如图1所示，主机150可以包括执行处理核心109的一些或全部操作的决策逻辑153。决策逻辑153的操作可以用固件、硬件、软件、或它们的组合来实现。主机150可以将高级应用编程接口(API)包括在应用152中，应用152对接收到的数据执行例程，例如，补偿灵敏度差异、其他补偿算法、基线更新例程、启动和/或初始化例程、内插操作、或缩放操作。针对处理核心109描述的操作可以在决策逻辑153、应用152、或处理设备110外部的其他硬件、软件、和/或固件中实现。在一些其他实施例中，处理设备110是主机150。
电容感测电路101可以被集成到处理设备110的IC中，或者被集成到单独的IC中。在一些实施方式中，电容感测电路101的描述可以被生成并被编译以并入到其他集成电路中。例如，可以使用诸如VHDL或Verilog之类的硬件描述语言来生成描述电容感测电路101或其一部分的行为级代码，并将其存储到机器可访问介质(例如，CD-ROM、硬盘、软盘、或闪存)中。此外，该行为级别代码可被编译成寄存器传输级(“RTL”)代码、网表、或电路布局，并被存储到机器可访问介质中。行为级代码、RTL代码、网表、和电路布局可以表示用于描述电容感测电路101的各种抽象级别。
注意，电子系统100的组件可以包括上述的所有组件。在一些实施方式中，电子系统100包括比以上描述的所有组件更少的组件。
在一些实施方式中，电子系统100被用在平板计算机中。在一些实施方式中，电子设备被用在其他应用中，例如，笔记本计算机、移动手持机、个人数字助理(“PDA”)、键盘、电视机、遥控器、监视器、手持式多媒体设备、手持式媒体(音频和/或视频)播放器、手持式游戏设备、用于销售点交易的签名输入设备、电子书阅读器、全球定位系统(“GPS”)、或控制面板。本文所描述的实施例不限于用于笔记本实施方式的触摸屏或触摸传感器垫片。实施方式可以被用在其他电容式感测设备中，例如，触摸传感器滑块(未示出)或触摸传感器按钮(例如，电容感测按钮)。在一些实施方式中，这些感测设备包括一个或多个电容式传感器或其他类型的电容感测电路。本文所描述的操作不限于笔记本指针操作，而是可以包括其他操作，例如，照明控制(调光器)、音量控制、图形均衡器控制、速度控制、或需要渐进或离散调节的其他控制操作。还应注意的是，这些电容式感测实施方式可以结合非电容式感测元件(包括但不限于选择按钮(pick button)、滑块(例如，显示器亮度和对比度)、滚动轮、多媒体控制(例如，音量、跟踪前进(track advance))、手写识别、以及数字键盘操作)一起使用。
在一些实施方式中，电子系统100还包括一个或多个其他感测元件156，其被配置为经由总线157与处理设备110进行通信。每个其他感测元件156可选地是基于电容的传感器或者非电容传感器。示例其他感测元件156包括但不限于环境光传感器、电容式触摸按钮、和侧面触摸传感器。
图2A示出了根据一些实施例的包括被重新配置为电容式感测阵列128的公共电极阵列的示例触摸屏组件200(例如，液晶显示屏)。触摸屏组件200包括被玻璃204覆盖的液晶显示器(LCD)202。显示图案206被构造在玻璃204的表面上以形成显示像素阵列的印迹。可选地，如图2A所示，显示图案206被构造在玻璃204的背朝LCD 202的上表面上或者在玻璃204的面朝LCD 202的下表面上。显示图案206包括多个显示电极，用于驱动由LCD 202的LCD分子制成的多个显示像素。光学透明的粘合剂(optically clear adhesive，OCA)208用于将顶部玻璃210接合到玻璃204上构造有显示图案206的表面，从而保护显示图案206。触摸屏组件200还包括与形成在显示图案206上的多个显示电极相对的公共电极阵列128。换言之，公共电极阵列128形成在被设置在LCD 202下方的玻璃212上并且与玻璃204相对。如此，LCD 202的每个显示像素被设置在分别形成在显示图案206和公共电极层128上的相应的显示电极和相应的公共电极之间。
在图2A中未示出的一些实施方式中，显示图案206被构造在玻璃204的表面上以形成显示像素阵列的印迹，并且玻璃204被设置在LCD 202的下方。公共电极阵列128被形成在玻璃212上，并且玻璃212被设置在LCD 202上方并且与玻璃204相对。使用OCA 208将顶部玻璃210接合到玻璃212，以保护公共电极层128。LCD 202的每个显示像素仍被设置在分别形成在显示图案206和公共电极层128上的相应的显示电极和相应的公共电极之间。
在一些实施方式中，在玻璃204上形成第一薄膜晶体管(TFT)阵列以驱动形成在显示图案206上的显示电极。更具体地，栅极层、半导体层、源极/漏极层、一个或多个导电层、和一个或多个中间绝缘层被沉积在玻璃204上。这些材料层被光刻图案化在玻璃204上以形成TFT的功能部件(例如，栅极、源极和漏极)以及第一TFT阵列的行线和列线。对于LCD 202的每个单独的显示像素，相应的显示电极被电耦合到第一TFT阵列的相应的TFT。第一TFT阵列被配置为接收来自处理设备110(更具体地，处理设备110的像素驱动电路102)的显示驱动信号，并生成第一电压或电流以驱动每个显示像素的显示电极。当第一电压或电流被施加到与每个显示像素相对应的液晶分子时，分子趋向于从其原始扭曲形式解开，并引起入射光的角度的改变。换言之，第一TFT阵列包括TFT、行线、和列线的二维(2D)阵列。如图2B所示，第一TFT阵列的每个TFT被连接在相应的行线和相应的列线之间，并且被配置为提供第一电压或电流以驱动对应的显示像素的对应液晶分子。在一些实施方式中，整个公共电极层128电耦合到参考电压(有时被称为VCOM)。在一些实施方式中，如下所述，与显示像素相对应的公共电极128被单独地或成组地驱动。
应注意的是，在一些实施方式中，在玻璃212上形成第二薄膜晶体管(TFT)阵列以驱动公共电极128。更具体地，栅极层、半导体层、源极/漏极层、一个或多个导电层、和一个或多个中间绝缘层被沉积在玻璃212上。这些材料层被光刻图案化在玻璃212上以形成第二TFT的功能部件(例如，栅极、源极、和漏极)以及第二TFT阵列的行线和列线。对于LCD 202的每个单独的显示像素，相应的公共电极电耦合到第二TFT阵列的相应TFT。TFT阵列被配置为接收来自处理设备110的显示驱动信号，并生成第二电压或电流以驱动与每个显示像素相对应的公共电极。当第一和第二电压/电流被施加到与每个显示像素相对应的液晶分子时，分子趋向于从其原始扭曲形式解开，并引起入射光的角度的改变。换言之，第二TFT阵列包括TFT、行线、和列线的二维(2D)阵列。第二TFT阵列的每个TFT被连接在相应的行线和相应的列线之间，并且被配置为提供第二电压或电流以结合第一电压或电流来驱动对应的显示像素的对应的液晶分子。在一些实施方式中，公共电极128、显示电极、第一TFT阵列、和第二TFT阵列(如果使用的话)由透明材料(例如，氧化铟锡(ITO))制成，以允许光从触摸屏组件200的侧面或背面穿过。
可选地，公共电极阵列128具有菱形图案、行列图案、或公共电极的二维(2D)阵列(如图3A所示)。在与行列图案相关的一些实施方式中，从公共电极阵列128重新配置的电容式感测阵列128包括行和列感测元件，它们可以被表示为行和列电极之间的交叉点的矩阵。在一些实施方式中，行和列感测元件形成在彼此电绝缘的两个导电层上，并且两个导电层形成在玻璃212的上表面或下表面中的一者上。在与公共电极的2D阵列相关的一些实施方式中，公共电极的2D阵列包括多个正方形或矩形电极，并且当被重新配置为电容式感测阵列128时，一组相邻的公共电极(例如，64×60个公共电极的2D阵列)被组合为用于触摸检测的单元感测元件。公共电极128的分辨率被表示为与公共电极128相关联的行数和列数的乘积。经重新配置的电容式感测阵列128的分辨率被表示为与电容式感测元件相关联的行数和列数的乘积。公共电极128和经重新配置的电容式感测阵列128的分辨率可以相同或不同。
图2B示出根据一些实施方式的在显示驱动状态下由显示电极214和公共电极128驱动的示例显示像素250。如上所述，显示像素250被设置在显示和公共电极之间。第一TFT216被连接在相应的行线218和相应的列线220之间，并被配置为提供第一电信号以驱动对应的显示像素250的显示电极214。在LCD显示像素的情况下，第一电信号和另一第二电信号分别被施加到显示和公共电极上，并因此被施加到与显示像素250相对应的液晶分子。分子趋向于从其原始扭曲形式解开，并且引起入射光的角度的改变，从而使得在与显示像素250相对应的位置处显示颜色。
第一TFT 216被形成在玻璃204上以驱动形成在同一玻璃基板上的显示电极214。更具体地，栅极层、半导体层、源极/漏极层、一个或多个导电层、以及一个或多个中间绝缘层被沉积在玻璃204上。这些材料层被光刻图案化在玻璃204上以形成第一TFT 216的功能部件(例如，栅极、源极、和漏极)以及第一TFT 216的行(栅极)线218和列(源极)线220。第一TFT 216被配置为接收来自处理设备110(更具体地，处理设备110的像素驱动电路102)的显示驱动信号，并生成第一电信号以驱动显示像素250的显示电极214。
在一些实施方式中(图2B中未示出)，显示像素250包括第二TFT，用于生成第二电信号以驱动公共电极128。第二TFT形成在玻璃212上以驱动形成在同一玻璃基板上的公共电极128。栅极层、半导体层、源极/漏极层、一个或多个导电层、以及一个或多个中间绝缘层被沉积在玻璃212上。这些材料层被光刻图案化在玻璃212上以形成第二TFT的功能部件(例如，栅极、源极和漏极)以及第二TFT的行(栅极)线和列(源极)线。第二TFT被配置为接收来自处理设备110(更具体地，处理设备110的像素驱动电路102)的显示驱动信号，并生成第二电信号以驱动显示像素250的公共电极128。
在示例中，在显示驱动状态下，公共电极128耦合到地(例如，0V)或另一参考电压(例如，2V和-2V)。栅极线218耦合到TFT导通电压VGH(例如，13V)以导通第一TFT 216，使得显示电极214被传递到第一TFT 216的源极220的电信号驱动。可选地，源极220的电信号具有+5V或-5V的幅值，并且施加在显示电极214上的第一电信号跟踪源极的电信号。在另一示例中，公共电极128耦合到地(例如，0V)。栅极线218耦合到TFT关断电压VGL(例如，-10V)以关断第一TFT 216，使得显示电极214与被传递到TFT 216的源极220的电信号电解耦。无论源极220所具有的电信号的幅值如何，显示电极214处的第一电信号都不跟踪源极220的电信号。
图3A是根据一些实施方式的被重新配置为电容式感测阵列128的示例显示像素阵列，并且图3B是根据一些实施方式的从图3A中所示的显示像素阵列的一组公共电极128重新配置的示例电容式感测元件。显示像素阵列具有第一分辨率(例如，1920×1080)，并且从显示像素阵列重新配置的电容式感测阵列128具有第二分辨率(例如，30×18)。显示像素阵列包括多个显示像素(例如，被布置在LCD 202上的约2M个像素)、多个显示电极(例如，被布置在玻璃204上的约2M个显示电极)、以及多个公共电极。每个显示像素250被设置在显示电极214和公共电极128之间。每个显示像素250被列线(也被称为源极线220)和行线(也被称为栅极线218)访问。列线和行线被配置为控制与每个显示像素250相关联的相应的TFT 216以驱动显示电极214。在示例中，显示像素阵列具有被布置为1920行和1080列的第一数目(例如，约2M)的显示像素。
在一些实施方式中，显示像素阵列的公共电极128被重新配置为作为具有第二分辨率的电容式感测阵列128来进行操作，使得电容式感测阵列128包括第二数目(例如，540)的电容式感测元件。在如图3B所示的具体示例中，每个感测元件包括64行和60列的公共电极128，因此，整个电容式感测阵列128具有30×18的第二分辨率。换言之，显示像素阵列包括1920×1080个显示像素的阵列并被分成30×18个像素集合，每个像素集合包括64×60个显示像素。与每个像素集合相对应的公共电极128被组合为电容式感测阵列128的一个电容式感测元件。与电容式感测阵列128的每个感测元件相对应的像素集合由64条栅极线和60条源极线驱动。在一些实施方式中，与电容式感测阵列128的每个感测元件相对应的像素集合包括单个公共电极，即，64×60个显示电极共享单个公共电极。在一些实施方式中，与电容式感测阵列128的每个感测元件相对应的像素集合包括第三数目(例如，64×60或更少)的公共电极。可选地，第三数目的公共电极中的每个公共电极与像素集合中的一个或多个显示像素相对应。可选地，第三数目的公共电极彼此电耦合以形成电容式感测阵列128的对应感测元件。
参考图3A，在触摸感测状态下，经重新配置的电容式感测阵列128的第二数目的感测元件被扫描，以检测与和显示像素阵列相关联的触摸感测表面的接触或接近。此外，参考图3B，在经重新配置的电容式感测阵列128的每个感测元件中，公共电极128被分组到由处理设备110的电容感测电路101测量的一个或多个触摸感测信号，以用于触摸感测状态下的触摸检测。然而，每个感测元件中的公共电极128至少经由与相应的感测元件相对应的显示像素来电容式地耦合到显示电极214，并且经由与相应的感测元件相对应的TFT 216来电容式地耦合到栅极线218和源极线220。另外，当其他感测元件的触摸感测信号302经由相应的感测元件路由到显示设备125的边缘以获得对处理设备110的访问时，每个感测元件中的公共电极128也电容式地耦合到该触摸感测信号302。如此，当显示像素阵列的公共电极128被重新配置为作为电容式感测阵列128来进行操作时，由于存在相应的显示电极250、栅极线218、源极线220、和连接到其他感测元件的公共电极的信号线，所以针对电容式感测阵列128的每个感测元件的寄生电容被产生。
图4是根据一些实施方式的从显示设备125的公共电极的第一子集重新配置的并且受寄生电容影响的示例电容式感测电极128A。在示例中，感测电极128A相对于与被重新配置为感测电极128A的公共电极128相对应的一组栅极线218A和一组源极线220A分别具有约为67nF和10nF的寄生电容，而该组栅极线218A和该组源极线220A彼此之间具有44nF的寄生电容。感测电极128A相对于与感测电极128A不同的一个或多个其他感测电极128B具有相当小的电容(例如，小于1nF)。
根据本申请的一些实施方式，在触摸感测状态下，感测电极128A电耦合到衰减器驱动器402并由衰减器驱动器402驱动，衰减器驱动器402提供以预定转换速率变化第一电压变化值的积分电压VY。与被重新配置为感测电极128A的公共电极128A相对应的一组栅极线218A电耦合到栅极驱动器404并由栅极驱动器404驱动。与被重新配置为感测元件128的公共电极128相对应的该组源极线220A电耦合到源极驱动器406并由源极驱动器406驱动。与感测电极128A不同且与感测电极128A形成寄生电容的一个或多个其他感测电极128B电耦合到屏蔽驱动器408且由屏蔽驱动器408驱动。在一些实施方式中，以与感测电极128A(即，对应于感测电极128A的公共电极的第一子集)同步的方式驱动一组栅极线218和一组源极线220，从而减少与公共电极218的第一子集相关联的寄生电容的影响。在一些实施方式中，以与感测电极128A同步的方式驱动一个或多个其他感测电极128B(即，对应于(一个或多个)感测电极128B的公共电极的第二子集)。
当以与公共电极的第一子集同步的方式驱动一组栅极线218A和一组源极线220A时，与公共电极的第一子集相对应的显示电极的第一子集214A以与对应于感测电极128A的公共电极的第一子集同步的方式被有效地驱动。因此由经调整的显示电压VADP来驱动显示电极的第一子集214A中的每一个，该经调整的显示电压VADP以预定转换速率变化第一电压变化值，这与驱动感测电极128A的积分电压VY一致。
另外，在一些实施方式中，预定转换速率被预先确定为小于预定转换速率阈值，使得电容式感测信号不会过冲(overshoot)而造成对应的电容感测电路101中的电流饱和。过冲与瞬态充电(transient charge)相关联，不仅会导致电容感测电路101的积分电容上较长的稳定时间(settling time)而且会危害衰减器驱动器402的线性范围，这会影响用于触摸检测的噪声抑制和功耗。在一些实施方式中，积分电压的预定转换速率不大于2V/μsec。
图5A是根据一些实施方式的被配置为感测电容式感测阵列128的感测电极128A的自电容的示例电容感测电路101的电路图500。电容式感测阵列128的感测电极128A包括公共电极的第一子集，并形成相对于地的自电容器(Cs)502。自电容器502耦合到开关网络504和自电容感测通道506，它们两者都是电容感测电路101的一部分。在处理设备110中进一步处理自电容感测通道506的输出以检测在显示设备125的触摸感测表面上的触摸事件。自电容感测通道506还包括电荷积分放大器508，其之后是模数转换器(ADC)510。电荷积分放大器508接收参考电压VREF，并且耦合到积分电容器CINT 512和开关SW3以形成电荷积分器。
开关网络504包括至少两个开关SW1和SW2。开关SW1、SW2和SW3被同步，以在复位周期和电容测量周期之间交替自电容感测通道506和自电容器502。在复位周期中，自电容器502电耦合到电源电压VDD，而积分电容器512被短路以去除其上累积的电荷。在电容测量周期中，自电容器502被逐渐拉到参考电压VREF，而自电容器502上的电荷被重新分配到积分电容器512。如此，为了测量自电容器502的电容，驱动感测电极128A的电压电平在电源电压VDD和参考电压VREF之间变化，并且在自电容感测通道506的输出处测量的输出信号指示自电容器502的电容变化以及自电容器502是否与触摸事件相关联。
在一些实施方式中，在触摸感测状态下，电源电压是3.2V，并且参考电压是1.2V。感测电极128A处的电压电平在3.2V和1.2V之间变化，因此具有2V的第一电压变化值。
图5B是根据一些实施方式的被配置为驱动用于触摸检测的电容式感测阵列128的感测元件的示例衰减器驱动器402的电路图。衰减器驱动器402包括作为缓冲器耦合的两级AB类放大器552和级联输出级554，并且在级联输出级554的输出处具有输出摆幅。输出摆幅受衰减器驱动器402的级联输出级552的净空(headroom)要求的限制。当晶体管P2和N2被挤压时，衰减器驱动器402的线性度被损害，并且积分电容器Cint上积分的第一电荷与输入电容器Cp上积分的第二电荷之间的比率A不是恒定的。在一些实施方式中，第一和第二电荷之间的比率A由晶体管P1、P2、N1、和N2的大小限定如下：
Figure GDA0003169838510000201
其中，SP1、SN1、SP2、SN2分别为晶体管P1、P2、N1、N2的大小，并且在一些实施方式中，晶体管大小由对应晶体管的宽度和长度之间的比率来表示。值得注意的是，输入电压VY和输出电压VZ也具有比率A。在示例中，积分电容器Cint的电容被设置为10pF，并且输入电压VY以1V/μsec的转换速率变化1V(例如，从2.7V到1.7V)。衰减器驱动器402的输出摆幅在衰减器驱动器402的线性受损之前达到3.3V(即，比率A随输出电压VZ变化)。
图6A是根据一些实施方式的补偿与从显示设备125的公共电极128重新配置的示例电容式感测阵列128的感测电极128A相关联的寄生电容的电子系统600。在触摸感测状态下，感测电极128A电耦合到衰减器驱动器402A并由衰减器驱动器402A驱动，衰减器驱动器402A提供以预定转换速率(例如，2V/μsec)变化第一电压变化值(例如，2V)的积分电压VY。感测电极128A由与显示电极的第一子集214A相对应的公共电极的第一子集重新配置，并且显示电极的第一子集214A电容式地耦合到感测电极128A。因此，显示电极的第一子集214A中的每个显示电极由经调整的显示电压VADP驱动，该经调整的显示电压VADP以预定转换速率变化第一电压变化值，这与驱动感测电极128A的积分电压一致。通过这些手段，可以减少与公共电极的第一子集相关联的寄生电容的影响。
施加在显示电极的第一子集214A上的经调整的显示电压VADP由电耦合到显示电极214的第一子集的TFT的第一子集216A创建。耦合到TFT 216A的一组栅极线218A电耦合到栅极驱动器404A并由栅极驱动器404A驱动。耦合到TFT 216A的一组源极线220A电耦合到源极驱动器406A并由源极驱动器406A驱动。与感测电极128A不同且与感测电极128A形成寄生电容的一个或多个其他感测电极128B电耦合到屏蔽驱动器408并由屏蔽驱动器408驱动。在一些实施方式中，以与感测电极128A(即，与感测电极128A相对应的公共电极的第一子集)同步的方式驱动该组栅极线218和该组源极线220。在一些实施方式中，以与感测电极128A同步的方式驱动一个或多个其他感测电极128B(即，与(一个或多个)感测电极128B相对应的公共电极的第二子集)。
在一些实施方式中，显示设备125包括被重新配置为与感测电极128A不同的一个或多个其他感测电极128B的公共电极128B的一个或多个子集。其他感测电极128B的显示电极214B与显示电极的第一子集214A不同，并且不被设置为与感测电极128B相对。与其他感测元件128相对应的栅极线218B和源极线220B可以不通过感测电极128A。与其他感测电极128B相对应的显示电极214B、栅极线218B、和源极线220B和显示电极214A、栅极线218A、和源极线220A相比对感测电极128A的寄生影响要小得多。可选地，电子系统600还包括一个或多个栅极驱动器404B和源极驱动器406B以分别驱动栅极线218B和源极线220B。在一些实施方式中，一个或多个栅极驱动器404B与栅极驱动器404A不同，并且一个或多个源极驱动器406B与源极驱动器406A不同。换言之，在一些实施方式中，显示电极的第二子集214B以与公共电极的第一子集128A同步的方式被驱动。显示电极的第二子集214B与显示电极的第一子集214A不同，并且对应于与对应于显示电极的第一子集214A和公共电极的第一子集128A的那些显示像素不同的显示像素的子集250B。
图6B示出了根据一些实施方式的在触摸感测状态下由显示电极214和公共电极128驱动的示例显示像素250。在触摸感测状态下，公共电极128被重新配置作为如图3B所示的感测元件的一部分，并且电耦合到电容感测电路101，用于在与公共电极128相对应的位置处进行触摸检测。公共电极128被以预定转换速率变化第一电压变化值的积分电压VY驱动。在示例中，在显示驱动状态下，公共电极128由地电压驱动，并且在触摸感测状态下，公共电极128由具有第一电压变化值2V的在3.2V和1.2V之间变化的积分电压VY驱动。与公共电极128相对应的显示电极214也以与公共电极128同步的方式被驱动，从而减少与公共电极相关联的寄生电容的影响。换言之，用经调整的显示电压VADP来驱动显示电极214，该经调整的显示电压VADP以预定转换速率变化第一电压变化值。在驱动公共电极和显示电极的同时，然后在电容感测电路101的输出处(例如，在自电容感测通道506的输出处)测量与公共电极128相关联的电容式感测信号。
根据参考图6B所示的单个显示像素250说明的上述原理，显示像素阵列包括多个显示像素250、多个显示电极214、以及多个公共电极128。在触摸感测状态下，多个公共电极的第一子集128A电耦合到用于触摸检测的电容感测电路101。用以预定转换速率变化第一电压变化值的积分电压VY来驱动公共电极的第一子集128A，并且以与公共电极的第一子集同步的方式驱动与公共电极的第一子集128A相对应的显示电极的第一子集214A，从而减小与公共电极的第一子集相关联的寄生电容的影响。用经调整的显示电压VADP来驱动显示电极的第一子集214A中的每一个显示电极，该经调整的显示电压VADP以预定转换速率变化第一电压变化值。在驱动公共电极的第一子集128A和显示电极的第一子集214A的同时，处理设备110在电容感测电路101的输出处测量与公共电极的第一子集128A相关联的电容式感测信号。另外，在一些实施方式中，以与公共电极的第一子集128A同步的方式来驱动显示电极的第二子集214B。显示电极的第二子集214B与显示电极的第一子集214A不同，并且对应于与对应于显示电极的第一子集214A和公共电极的第一子集128A的那些显示像素不同的显示像素的子集250B。
注意，在显示驱动状态下，每个显示像素250A被配置为在显示电压VDP被施加在与相应显示像素250A相对应的显示电极214A和公共电极128A之间时使得能够显示颜色。在显示驱动状态下进行操作时，处理设备110生成用于启动处理设备110上的触摸感测状态的触摸检测启用信号，并且在像素驱动电路102处禁用显示驱动状态，该像素驱动电路102被配置为在显示驱动状态下驱动显示像素阵列的显示电极214A以及公共电极128A。在一些实施方式中，处理设备110和显示设备125根据用于显示驱动状态的预定占空比在显示驱动状态和触摸感测状态之间交替，使得在不干扰显示像素阵列的当前显示操作的情况下检测到与和显示像素阵列相关联的触摸感测表面的接触或接近。作为示例，用于显示驱动状态的预定占空比是80％。
参考图6B，显示电极的第一子集214A中的每个显示电极由耦合到栅极电极(即，栅极线218A)和源极电极(即，源极线220A)的薄膜晶体管(TFT)来驱动。为了驱动显示电极的第一子集214A，针对显示电极的第一子集中的每一者，以与公共电极的第一子集128A同步的方式驱动栅极电极和源极电极两者。栅极电极和源极电极分别由栅极电压和源极电压驱动，并且栅极电压和源极电压都以预定转换速率变化第一电压变化值。
在一些实施方式中，显示电极的第一子集214A包括由耦合到第一栅极电极和第一源极电极的第一TFT驱动的第一显示电极。根据显示驱动状态，第一栅极电极由第一栅极电压(例如，VGH或VGL)驱动。根据触摸感测状态，以与公共电极的第一子集同步的方式来驱动第一栅极电极，并由第二栅极电压来驱动第一栅极电极，该第二栅极电压基本上等于叠加有积分电压的第一栅极电压，并以预定转换速率变化第一电压变化值。在一些实施方式中，电容感测电路101包括被配置为生成第二栅极电压的栅极电压生成器。栅极电压生成器选自以下各项中的一者：电阻式电平移位器、电容式电平移位器、以及接地击穿驱动器。栅极电压生成器接收积分电压VY，被偏置在TFT导通电压VGH或TFT关断电压VGL下，并且生成以预定转换速率变化第一变化值的第二栅极电压。关于栅极电压生成器的更多细节将在下面参考图7A-7B、8A-8B、和9A-9B进行说明。
参考图6B，在一些实施方式中，根据显示驱动状态，第一栅极电压基本上等于TFT导通电压VGH(例如，13V)，其导通第一TFT 216以用于对第一源极电极220和第一显示电极214进行电耦合。在显示驱动状态下，由显示电压VDP来驱动第一源极电极220和第一显示电极214两者，并且在显示驱动状态之后的触摸感测状态下，根据积分电压VY来调整显示电压VDP。经调整的显示电压VADP基本上等于叠加有积分电压VY的显示电压VDP，并以预定转换速率变化第一电压变化值。替代地，在一些实施方式中，根据显示驱动状态，第一栅极电极由TFT关断电压VGL(例如，-10V)驱动，其关断第一TFT以用于对第一源极电极和第一显示电极进行电解耦。在显示驱动状态下，第一源极电极被维持在公共电极的第一子集的相同电压电平(例如，地)处，并且在显示驱动状态之后的触摸感测状态下，第一源极电极被源极电压驱动，该源极电压跟踪驱动公共电极的第一子集128A的积分电压VY并且基本上等于该积分电压VY。
参考图3A，在一些实施方式中，以与公共电极的第一子集128A同步方式来驱动公共电极的第二子集128B，并且公共电极的第二子集128B与公共电极的第一子集128A不同。此外，在一些实施方式中，公共电极的第二子集128B位于公共电极的第一子集128A的同一行或同一列中。可以用公共电极电压来驱动公共电极的第二子集128B，该公共电极电压跟踪驱动公共电极的第一子集128A的积分电压并且基本上等于该积分电压。
图7A和7B分别是根据一些实施方式的栅极电压生成器700和750的框图，栅极电压生成器700和750是基于电阻式电平移位器来构造的，并且被配置为在触摸感测状态下使TFT导通电压VGH和TFT关断电压VGL跟踪积分电压VY的变化。图8A和8B分别是根据一些实施方式的栅极电压生成器800和850的框图，栅极电压生成器800和850是基于电容式电平移位器来构造的，并且被配置为在触摸感测状态下使TFT导通电压VGH和TFT关断电压VGL跟踪积分电压VY的变化。图9A和图9B分别是根据一些实施方式的栅极电压生成器900和950的框图，栅极电压生成器900和950是基于接地击穿电平移位器来构造的，并且被配置为在触摸感测状态下使TFT导通电压VGH和TFT关断电压VGL跟踪积分电压VY的变化。栅极电压生成器700、750、800、850、900和950中的每一者被耦合以接收积分电压VY并被偏置在TFT导通电压VGH和TFT关断电压VGL中的一者下。积分电压VY以预定转换速率变化第一变化值。栅极电压生成器700、750、800、850、900和950中的每一者生成相应的第二栅极电压，该第二栅极电压以预定转换速率变化第一变化值。在一些实施方式中，栅极电压生成器700、800或900生成基本上等于叠加有积分电压VY的TFT导通电压VGH的第二栅极电压，并且栅极电压生成器750、850或950生成基本上等于叠加有积分电压VY的TFT关断电压VGL的第二栅极电压。在触摸感测状态下，由相应的栅极电压生成器700、750、800、850、900或950生成的第二栅极电压中的每一者跟踪积分电压VY的变化，即，以预定转换速率变化第一变化值。
参考图7A，在一些实施方式中，积分电压VY具有在第一范围(例如，1.2V-3.2V)内的幅值，并被转换为具有第二范围内的幅值的TFT导通电压VGH(例如，8V-10V)。在由显示启用信号DISP_EN启用的显示驱动状态下，与TFT导通电压VGH(例如，VGHO)相关联的输出经由第一开关S1电耦合到具有8V电压电平的低端高电源电压VGHO1。在由触摸启用信号TOUCH_EN启用的触摸感测状态下，与TFT导通电压VGH(例如，VGHO)相关联的输出与低端高电源信号VGHO1解耦合。当积分电压VY在1.2V-3.2V的第一范围内变化时，输出VGHO经由第二开关S2电耦合到中间信号VGHOSR，并且因此被配置为跟踪积分电压VY的变化。当积分电压VY达到第一范围(例如，1.2V或3.2V)的任一边界(rail)时，第二开关S2被关断以将输出VGHO与中间信号VGHOSR解耦合，并且第三开关S3被导通以将输出VGHO耦合到具有10V示例电压电平的高端高电源电压VGHO2。低端和高端高电源电压是根据积分电压VY定义的，并且具有与积分电压VY的第一电压变化值基本上相等的差值。
运算放大器702和704均作为单位缓冲器被电耦合。在一些实施方式中，在积分电压VY在第一范围内变化的同时，放大器702的输出创建用于另一放大器706的参考电压VREFH。放大器706经由一个或多个电阻器(例如，R1)生成到放大器706的输入处的积分电压VY的衰减版本，并且积分电压VY的衰减版本参考高端高电源电压VGHO2进行电平移位。放大器706基于由放大器702创建的参考电压VREFH来转换积分电压VY的衰减版本。如此，TFT导通电压VGH(即，VGHO)被生成以跟踪积分电压VY的变化。具有R1和R2电阻值的电阻器被用于向放大器706提供反馈，并且使得在所输出的TFT导通电压VGHO上实现积分电压VY的第一电压变化值。
类似地，参考图7B，栅极电压生成器750被配置为生成TFT关断电压VGL以跟踪积分电压VY的第一电压变化值。具体地，栅极电压生成器750被配置为生成在低端低电源电压VGLO1和高端低电源电压VGLO2之间的参考电压VREFL。借助于由电阻器R3和R4构成的电阻分压器，积分电压VY被衰减并被电平移位到期望的范围内。然后使用运算放大器708来处理经衰减且电平移位的积分电压VY，以生成具有期望电压电平和变化值(即，具有第一电压变化值)的TFT关断电压VGL。
参考图8A，在一些实施方式中，积分电压VY具有在第一范围(例如，1.2V-3.2V)内的幅值，并且被转换为具有第二范围(例如，8V-10V)内的幅值的TFT导通电压VGH。在由显示启用信号DISP_EN启用的显示驱动状态下，与TFT导通电压VGH(例如，VGHO)相关联的输出经由开关S4电耦合到具有8V示例电压电平的低端高电源电压VGHO1。在由触摸启用信号TOUCH_EN启用的触摸感测状态下，与TFT导通电压VGH(例如，VGHO)相关联的输出与低端电源信号VGHO1解耦合，并且经由开关S5耦合到运算放大器802的输出。放大器802作为单位增益缓冲器而被电耦合，并且被配置为经由开关RST耦合到低端高电源电压VGHO1。当积分电压VY在第一范围内变化时，放大器802的输入具有8V的示例直流电压电平，并且跟踪积分电压VY的变化，直到积分电压VY降落(slew down)并且开关RST被断言。
类似地，参考图8B，当在触摸感测状态下积分电压VY基本为低电压(例如，处于1.2V的电压电平)时，开关RST被导通以将运算放大器804的输入连接到低端低电源电压VGLO1。当积分电压VY增加时，开关RST被关断，允许存储在电平移位电容器CLS中的电荷将积分电压VY的变化耦合到放大器804的输入和输出。替代地，在一些实施方式中，应用耦合电容器来耦合TFT导通电压VGH(例如，VGHO)和TFT关断电压VGL(例如VGLO)。在一些情况下，耦合电容器被配置为将由栅极电压生成器850生成的TFT关断电压VGLO转换为TFT导通电压VGHO。在一些情况下，耦合电容器被配置为将由栅极电压生成器800生成的TFT导通电压VGHO转换为TFT关断电压VGLO。
参考图9A和图9B，当被用作栅极驱动器404的电源时，TFT导通电压VGHO和TFT关断电压VGLO基于接地击穿方案被控制为在触摸感测状态期间充当屏蔽。在显示驱动状态下，隔离开关S6耦合在TFT导通电压VGHO和低端高电源电压VGHO1之间，并且隔离开关S7耦合在TFT关断电压VGLO和低端低电源电压VGLO1之间。在显示驱动状态下，隔离开关S6和S7被导通，并且电压调节器(例如，低压降(drop-out)电路902和904)被配置为提供TFT导通或关断电压以向栅极驱动器404供电。在这些情况下，积分电压VY是静态的，并且开关VISO被导通以创建从TFT导通和关断电压到地的解耦合路径。
在一些实施方式中，在触摸感测状态下，隔离开关S6和S7被关断。TFT导通电压VGHO、TFT关断电压VGLO、和中间参考电压VGK被变为浮动的(float)。在这种情况下，当积分电压VY变化时，其被向上电平移位到TFT导通电压VGHO，并被向下电平移位到TFT关断电压VGLO。如此，TFT导通电压VGHO和TFT关断电压VGLO被配置为跟踪积分电压VY的第一电压变化值，而不干扰允许实现显示像素阵列的当前显示操作的像素电压。在一些实施方式中，放大器906被配置为驱动栅极电压生成器900或950(即，引脚VCOM_OPT)的输出。该引脚VCOM_OPT被耦合以将可选的共模屏蔽层驱动为与积分电压相同的电压。可选地，可选的共模屏蔽层被配置为提供一个或多个其他感测电极128B。
此外，在一些实施方式中，参考图9B，中间参考电压VGK在显示驱动状态期间被完全放电，并且在触摸感测模式被启用时需要一段持续时间来充电回到积分电压VY。在一些实施方式中，栅极电压生成器950的输出(即，引脚VCOM_OPT)由力感测启用信号FS_EN控制。
图10是根据一些实施方式的使用显示像素阵列来检测触摸事件的方法1000的流程图。方法1000在耦合到显示像素阵列的处理设备110处实现。显示像素阵列包括多个显示像素250、多个显示电极214、以及多个公共电极128。每个显示像素250被设置在显示电极214和公共电极128之间。处理设备110将多个公共电极128的第一子集电耦合(1002)到用于触摸检测的电容感测电路101，并且用以预定转换速率变化第一电压变化值的积分电压VY驱动(1004)公共电极128的第一子集。处理设备110还以与公共电极的第一子集同步的方式驱动(1006)与公共电极128的第一子集相对应的显示电极214的第一子集，从而减少与公共电极128的第一子集相关联的寄生电容的影响。用经调整的显示电压VADP来驱动显示电极214的第一子集中的每一者，该经调整的显示电压VADP以预定转换速率变化第一电压变化值。在驱动公共电极的第一子集和显示电极214的第一子集的同时，处理设备110在电容感测电路101的输出处测量(1008)与公共电极128的第一子集相关联的电容式感测信号。
在一些实施方式中，处理设备110以与公共电极的第一子集同步的方式驱动公共电极的第二子集，其中，公共电极的第二子集与公共电极的第一子集不同。在一些实施方式中，公共电极的第二子集位于公共电极的第一子集的同一行或同一列中。可以用公共电极电压来驱动公共电极的第二子集，该公共电极电压跟踪驱动公共电极的第一子集的积分电压并且基本上等于该积分电压。另外，在一些实施方式中，在测量电容式感测信号的同时，处理设备110以与公共电极的第一子集同步的方式驱动显示电极的第二子集。显示电极的第二子集与显示电极的第一子集不同，并且对应于与对应于显示电极的第一子集和公共电极的第一子集的那些显示像素不同的显示像素的子集。
在一些实施方式中，由耦合到栅极电极和源极电极的薄膜晶体管(TFT)来驱动显示电极的第一子集中的每一者。针对显示电极的第一子集中的每一者，以与公共电极的第一子集同步的方式驱动栅极电极和源极电极两者。栅极电极和源极电极分别由栅极电压和源极电压来驱动，并且栅极电压和源极电压都以预定转换速率变化第一电压变化值。
在一些实施方式中，在显示驱动状态下，每个显示像素被配置为当显示电压被施加在与相应的显示像素相对应的显示电极和公共电极之间时，能够显示颜色。在显示驱动状态下，处理设备生成用于启动处理设备上的触摸感测状态的触摸检测启用信号，并且在像素驱动电路102处禁用显示驱动状态。像素驱动电路102被配置为在显示驱动状态下驱动显示像素阵列的显示电极和公共电极。此外，在一些实施方式中，处理设备110根据用于显示驱动状态的预定占空比来在显示驱动状态和触摸感测状态之间交替，从而检测与和显示像素阵列相关联的触摸感测表面的接触或接近而不干扰显示像素阵列的当前显示操作。示例预定占空比是80％。
在一些实施方式中，显示像素阵列包括与第一数目的显示电极相对应的第一数目的显示像素，并且被划分为第二数目的像素集合，该第二数目的像素集合中的一个像素集合包括与显示电极的第一子集和公共电极的第一子集相对应的显示像素的第一子集。此外，处理设备110在触摸感测状态下扫描第二数目的像素集合中的每个像素集合，从而检测与和显示像素阵列相关联的触摸感测表面的接触或接近而不干扰像素显示阵列的当前显示操作。在具体的示例中，显示像素阵列包括1920×1080的显示像素的阵列，并被划分为30×18个像素集合，每个像素集合包括64×60个显示像素。显示电极的第一子集由64条栅极线和60条源极线驱动。公共电极的第一子集包括第三数目的公共电极，其中每个公共电极与显示电极的第一子集中的一个显示电极相对应。公共电极的第一子集包括与显示电极的第一子集相对应的单个公共电极。
在一些实施方式中，预定转换速率被控制为小于预定的转换速率阈值，使得电容式感测信号不会过冲而造成电容感测电路中的电流饱和。例如，积分电压的预定转换速率不大于2V/μsec。此外，在一些实施方式中，在显示驱动状态下，多个公共电极被电耦合到地。公共电极的第一子集被驱动在第一参考电压电平(例如，1.2V)和第二参考电压电平(例如，3.2V)之间，其中第一参考电压电平和第二参考电压电平具有与第一电压变化值相等的差值。公共电极的第一子集的第一电压变化值大于2V。
在一些实施方式中，显示电极的第一子集包括由耦合到第一栅极电极和第一源极电极的第一TFT驱动的第一显示电极。根据显示驱动状态，第一栅极电极由第一栅极电压驱动，并且根据触摸感测状态，以与公共电极的第一子集同步的方式驱动第一栅极电极。第一栅极电极由第二栅极电压驱动，其中第二栅极电压基本上等于叠加有积分电压的第一栅极电压，并且以预定转换速率变化第一电压变化值。在一些实施方式中，处理设备110在栅极电压生成器处生成第二栅极电压。栅极电压生成器选自以下各项中的一者：电阻式电平移位器、电容式电平移位器、以及接地击穿驱动器。栅极电压生成器被耦合以接收积分电压，被偏置在TFT导通电压和TFT关断电压中的一者下，并且被配置为生成以预定转换速率变化第一变化值的第二栅极电压。
在一些情况下，根据显示驱动状态，第一栅极电压基本上等于TFT导通电压，其中该TFT导通电压使第一TFT导通以电耦合第一源极电极和第一显示电极。在显示驱动状态下，第一源极电极和第一显示电极均由显示电压驱动。在显示驱动状态之后的触摸感测状态下，根据积分电压来调整显示电压，并且经调整的显示电压基本上等于叠加有积分电压的显示电压并以预定转换速率变化第一电压变化值。
替代地，在一些情况下，根据显示驱动状态，第一栅极电极由TFT关断电压驱动，该TFT关断电压关断第一TFT以对第一源极电极和第一显示电极进行电解耦。此外，在一些实施方式中，第一源极电极被维持在公共电极的第一子集的相同电压电平处，并且在显示驱动状态之后的触摸感测状态下，用源极电压驱动第一源极电极，其中源极电压跟踪驱动公共电极的第一子集的积分电压并且基本上等于该积分电压。
应理解的是，描述图10中的操作的具体顺序仅仅是示例性的，并不旨在指示所描述的顺序是可以执行这些操作的唯一顺序。本领域普通技术人员将认识到对本文所描述的这些操作进行重新排序的各种方式。还应注意的是，以上参考图1-9说明了使用显示像素阵列来检测触摸事件的方法的更多细节。为了简洁起见，这里的描述中不再重复这些细节。
应理解的是，虽然在本文的一些实例中术语第一、第二等被用于描述各种元素，但这些元素不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元素与另一元素区分开。例如，在不背离各种所描述的实施方式的范围的情况下，第一电压可以被称为第二电压，并且类似地，第二电压可以被称为第一电压。第一电压和第二电压都是电压电平，但它们不是相同的电压电平。
本文各种所描述的实施方式中所使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的，而不旨在是限制性的。除非上下文另外明确指出，否则在各种所描述的实施方式和所附权利要求的描述中所使用的单数形式“一”、“一个”、和“该”也旨在包括复数形式。还将理解的是，本文所使用的术语“和/或”是指并且包括一个或多个相关联的所列项目的任何和全部可能的组合。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指存在所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、和/或它们的组合。
本文所使用的术语“如果”可选地被诠释为意指“在…时”或“一旦…”或“响应于确定…”或“响应于检测到…”或“根据对…的确定”，这取决于上下文。类似地，短语“如果确定…”或“如果检测到[所陈述的条件或事件]”被可选地诠释为意指“在确定…时”或“响应于确定…”或“在检测到[所陈述的条件或事件]”或“响应于检测到[所陈述的条件或事件]”或“根据确定检测到[所陈述的条件或事件]”，这取决于上下文。
尽管各种附图中的一些以特定顺序示出了多个逻辑阶段，但不依赖顺序的这些阶段可以被重新排序，并且其他阶段可以被组合或者分解。虽然具体提到了一些重新排序或其他分组，但这些对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的，因此本文所提出的排序和分组不是对替代方案的穷举列表。而且，应认识到的是，这些阶段可以用硬件、固件、软件、或其任何组合来实现。
出于说明的目的，以上的描述已参考具体实施方式进行了描述。然而，以上说明性讨论不旨在是穷举性的或将权利要求的范围限制为所公开的确切形式。鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。为了最好地说明作为权利要求及其实际应用的基础的原理而选择这些实施方式，从而使本领域的其他技术人员能够最佳地使用具有适合于所预期的特定用途的各种修改的实施方式。

Claims (20)

1.一种使用显示像素阵列来检测触摸事件的方法，包括：
在耦合到所述显示像素阵列的处理设备处并且在触摸感测状态下执行下述操作，所述显示像素阵列包括多个显示像素、多个显示电极、以及多个公共电极，其中每个显示像素被设置在显示电极和公共电极之间，所述操作包括：
将所述多个公共电极的第一子集电耦合到用于触摸检测的电容感测电路；
用以预定转换速率变化第一电压变化值的积分电压来驱动所述公共电极的第一子集；
以与所述公共电极的第一子集同步的方式来驱动与所述公共电极的第一子集相对应的显示电极的第一子集，从而减少与所述公共电极的第一子集相关联的寄生电容的影响，其中，所述显示电极的第一子集中的每个显示电极用叠加在显示电压上并以所述预定转换速率变化所述第一电压变化值的经调整的显示电压来驱动，并且所述显示电极的第一子集中的每个显示电极相对于所述公共电极的第一子集维持等于所述显示电压的压降；以及
在驱动所述公共电极的第一子集和所述显示电极的第一子集的同时，在所述电容感测电路的输出处测量与所述公共电极的第一子集相关联的电容式感测信号。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
根据用于显示驱动状态的预定占空比来在一显示驱动状态和所述触摸感测状态之间交替，从而检测与和所述显示像素阵列相关联的触摸感测表面的接触或接近而不干扰所述显示像素阵列的当前显示操作。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
以与所述公共电极的第一子集同步的方式来驱动公共电极的第二子集，其中所述公共电极的第二子集与所述公共电极的第一子集不同。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述公共电极的第二子集位于所述公共电极的第一子集的同一行或同一列中。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述显示电极的第一子集中的每个显示电极由耦合到栅极电极和源极电极的薄膜晶体管(TFT)来驱动，并且驱动所述显示电极的第一子集还包括：
针对所述显示电极的第一子集中的每个显示电极，以与所述公共电极的第一子集同步的方式来驱动所述栅极电极和所述源极电极两者，其中所述栅极电极和所述源极电极分别由栅极电压和源极电压来驱动，并且所述栅极电压和所述源极电压均以所述预定转换速率变化所述第一电压变化值。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述电容式感测信号还包括：
以与所述公共电极的第一子集同步的方式来驱动显示电极的第二子集，其中所述显示电极的第二子集不同于所述显示电极的第一子集，并且对应于与所述公共电极的第一子集和所述显示电极的第一子集相对应的那些显示像素不同的显示像素的子集。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述显示像素阵列包括与第一数目的显示电极相对应的第一数目的显示像素，并且被划分为第二数目的像素集合，所述第二数目的像素集合中的一个像素集合包括与所述显示电极的第一子集和所述公共电极的第一子集相对应的显示像素的第一子集。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
在所述触摸感测状态下扫描所述第二数目的像素集合中的每个像素集合，从而检测与和所述显示像素阵列相关联的触摸感测表面的接触或接近而不干扰所述显示像素阵列的当前显示操作。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述公共电极的第一子集包括第三数目的公共电极，所述第三数目的公共电极中的每个公共电极对应于所述显示电极的第一子集中的一个显示电极。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述公共电极的第一子集包括与所述显示电极的第一子集相对应的单个公共电极。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述预定转换速率控制为小于预定的转换速率阈值，使得所述电容式感测信号不会过冲而造成所述电容感测电路中的电流饱和。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在显示驱动状态下，将所述多个公共电极电耦合到地。
13.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述显示电极的第一子集包括由耦合到第一栅极电极和第一源极电极的第一TFT驱动的第一显示电极；
根据显示驱动状态，所述第一栅极电极由第一栅极电压来驱动；以及
根据所述触摸感测状态，驱动所述显示电极的第一子集还包括：以与所述公共电极的第一子集同步的方式来驱动所述第一栅极电极，其中所述第一栅极电极由第二栅极电压来驱动，所述第二栅极电压等于叠加有所述积分电压的所述第一栅极电压，所述第二栅极电压以所述预定转换速率变化所述第一电压变化值。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，根据所述显示驱动状态，所述第一栅极电压等于TFT导通电压，该TFT导通电压使所述第一TFT导通以用于电耦合所述第一源极电极和所述第一显示电极。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述显示驱动状态下，所述第一源极电极和所述第一显示电极均由显示电压驱动，并且其中在所述显示驱动状态之后的所述触摸感测状态下，根据所述积分电压来调整所述显示电压，并且经调整的显示电压等于叠加有所述积分电压的所述显示电压，经调整的显示电压以所述预定转换速率变化所述第一电压变化值。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，根据所述显示驱动状态，所述第一栅极电极由TFT关断电压驱动，该TFT关断电压关断所述第一TFT，以解除所述第一源极电极和所述第一显示电极之间的电耦合。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一源极电极被维持在与所述公共电极的第一子集相同的电压电平处，并且在所述显示驱动状态之后的所述触摸感测状态下，用源极电压驱动所述第一源极电极，所述源极电压跟踪驱动所述公共电极的第一子集的所述积分电压并且等于所述积分电压。
18.根据权利要求13所述的方法，还包括：
在栅极电压生成器处生成所述第二栅极电压，其中，所述栅极电压生成器选自以下各项中的一者：电阻式电平移位器、电容式电平移位器、以及接地击穿驱动器，其中所述栅极电压生成器被耦合以接收所述积分电压，被偏置在TFT导通电压和TFT关断电压中的一者下，用以生成以所述预定转换速率变化所述第一电压变化值的所述第二栅极电压。
19.一种触摸感测系统，包括：
显示像素阵列，包括多个显示像素、多个显示电极、以及多个公共电极，其中每个显示像素被设置在显示电极和公共电极之间；以及
耦合到所述显示像素阵列的处理设备，该处理设备还包括：
处理核心；
耦合到所述处理核心的存储器，其中，所述存储器存储一个或多个程序，所述一个或多个程序被配置为由所述处理核心执行以控制所述触摸感测系统的触摸感测状态和显示驱动状态；以及
耦合到所述处理核心的电容感测电路，其中，所述电容感测电路被配置为实施根据权利要求1-18中的任一权利要求所述的方法。
20.一种电子系统，包括：
显示像素阵列，包括多个显示像素、多个显示电极、以及多个公共电极，其中每个显示像素被设置在显示电极和公共电极之间；以及
耦合到所述显示像素阵列的处理设备，该处理设备还包括耦合到处理核心的电容感测电路，其中，所述电容感测电路被配置为实施根据权利要求1-18中的任一权利要求所述的方法。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110189723B (zh) * 2019-06-27 2021-08-06 京东方科技集团股份有限公司 调节方法、调节装置、驱动方法、透明显示装置
US10921629B1 (en) * 2019-08-22 2021-02-16 Semiconductor Components Industries, Llc Methods and apparatus for increased sensitivity of a capacitive sensor
US11270780B2 (en) * 2020-03-31 2022-03-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Memory readout circuit and method
CN112578952B (zh) * 2020-12-30 2022-11-08 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 电容式触摸屏装置及其读取方法
CN113447697B (zh) * 2021-04-19 2022-11-08 深圳市爱协生科技有限公司 信号检测电路、信号检测方法、触摸面板及显示装置
CN114038411A (zh) * 2021-11-29 2022-02-11 京东方科技集团股份有限公司 一种采集电路及其驱动方法、显示装置
CN114281216B (zh) * 2021-12-28 2023-10-24 厦门天马微电子有限公司 一种显示装置及其驱动方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105159486A (zh) * 2015-07-14 2015-12-16 京东方科技集团股份有限公司 Ads阵列基板及其制作方法、显示器件
CN105278782A (zh) * 2014-06-05 2016-01-27 株式会社日本显示器 带传感器的显示装置及其驱动方法
CN105302391A (zh) * 2014-07-03 2016-02-03 乐金显示有限公司 集成触摸屏面板的显示装置以及显示面板
CN105373272A (zh) * 2014-08-11 2016-03-02 乐金显示有限公司 触摸传感器集成式显示设备
CN105717690A (zh) * 2016-04-27 2016-06-29 武汉华星光电技术有限公司 内嵌触摸屏及其制备方法、液晶显示器
CN106201127A (zh) * 2014-08-28 2016-12-07 乐金显示有限公司 触摸面板和用于该触摸面板的驱动的设备

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4433035B2 (ja) * 2007-11-05 2010-03-17 エプソンイメージングデバイス株式会社 表示装置および電子機器
KR101441957B1 (ko) * 2012-05-24 2014-09-18 엘지디스플레이 주식회사 인-셀 터치 구조 액정표시장치 및 이의 구동방법
US9110527B2 (en) * 2012-06-08 2015-08-18 Apple Inc. Condition based controls for a display based on at least one operating parameter
JP6502178B2 (ja) * 2015-05-29 2019-04-17 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105278782A (zh) * 2014-06-05 2016-01-27 株式会社日本显示器 带传感器的显示装置及其驱动方法
CN105302391A (zh) * 2014-07-03 2016-02-03 乐金显示有限公司 集成触摸屏面板的显示装置以及显示面板
CN105373272A (zh) * 2014-08-11 2016-03-02 乐金显示有限公司 触摸传感器集成式显示设备
CN106201127A (zh) * 2014-08-28 2016-12-07 乐金显示有限公司 触摸面板和用于该触摸面板的驱动的设备
CN105159486A (zh) * 2015-07-14 2015-12-16 京东方科技集团股份有限公司 Ads阵列基板及其制作方法、显示器件
CN105717690A (zh) * 2016-04-27 2016-06-29 武汉华星光电技术有限公司 内嵌触摸屏及其制备方法、液晶显示器

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