CN108983996A - 触控系统以及触控感测控制器与触控笔在其中的运用 - Google Patents

Abstract

触控系统包括触控面板，触控笔和触摸感测控制器。触控面板包括多个驱动电极和多个感测电极。触控笔为触控面板提供用于检测触控笔位置和触控笔压力的笔频信号。触摸感测控制器将具有不同频率分量的多个驱动信号输出到触控面板，并且基于从触控面板接收到的多个感测信号来确定手指的触摸坐标和触控笔的触摸坐标中至少一个。

Description

触控系统以及触控感测控制器与触控笔在其中的运用

技术领域

本发明的示例性实施例涉及触控系统以及运用于触控系统的触控感测控制器和触控笔。更具体地说，本发明涉及能够同时实现手指触摸识别和笔触摸识别并且能够实现触控笔的多点识别的触控系统，以及运用于触控系统的触控感测控制器和触控笔。

背景技术

触摸屏界面和触控笔已经得到了广泛的应用。触摸屏设计已经结合了许多不同的技术，包括电阻，电容，感应和射频感测阵列。例如，电阻式触摸屏是非常适合与被动式触控笔一起使用的被动器件。

虽然电阻式触摸屏几乎可以感测任何对象的输入，但多点触摸通常不被支持。多点触摸应用的示例可以使两个或更多个手指接触触摸屏。另一示例可以输入签名，其可以包括同步进行的手掌和手写笔输入信号。由于这些和其他许多缺陷，在消费者市场中电容触摸屏正逐渐替代电阻式触摸屏。

与触摸屏共同使用的各种有线触控笔方法已经实现，并且于诸如销售点终端(例如，用于零售商店信用卡交易的签名板)的消费者应用和其他公共用途中发现。然而，对于诸如个人计算机(“PCs”)，智能电话和平板电脑的私人应用来说，对系留电缆的需求是明显的缺点。

发明内容

本发明的示例性实施例提供一种能够同时实现手指触摸识别和笔触摸识别以及实现触控笔的多点触摸识别的触控系统。

本发明的示例性实施例还提供了应用于上述触控系统的触控感测控制器。

本发明的示例性实施例还进一步提供了应用于上述触控系统的触控笔。

根据本发明的一个方面，触控系统包括触控面板，触控笔和触控感测控制器。触控面板包括多个驱动电极和多个感测电极。触控笔为触控面板提供用于检测触控笔位置和触控笔压力的笔频信号。触控感测控制器将具有不同频率分量的多个驱动信号输出到触控面板，并且基于从触控面板接收的多个感测信号在手指的触摸坐标和触控笔的触摸坐标中至少确定一个。

在示例性实施例中，笔频信号可能是用于感测触控笔位置的位置感测信号组和用于感测触控笔压力的压力感测信号组的混合体。

在示例性实施例中，位置感测信号和驱动信号可能具有不同的频率分量。

在示例性实施例中，压力感测信号和驱动信号可能具有不同的频率分量。

在示例性实施例中，触控感测控制器可以包括触摸驱动单元，触摸感测单元和触摸确定单元。触摸驱动单元与驱动电极相连接，以将驱动信号输出到驱动电极。触摸感测单元与感测电极相连接，以通过感测电极接收感测信号。触摸确定单元基于通过触摸感测单元接收到的感测信号来确定触摸坐标。

在示例性实施例中，触摸驱动单元包括发送信号生成部分和发送复用部分。发送信号产生部分包括产生不同驱动信号的多个发送信号发生器。传输复用部分包括多个传输多路复用器，其具有与传输信号发生器相连的第一传输输入端，与触摸感测单元相连接的第二传输输入端以及与驱动电极相连接的输出端。响应从外部设备提供的多路复用器控制信号，他的第一传输输入端与传输输出端相连接或者第二传输输入端与输出端相连接。

在示例性实施例中，触摸感测单元包括接收复用部分，接收感测部分，模数转换部分和快速傅里叶变换部分。接收复用部分包括具有接收输出端的多个接收多路复用器，与感测电极相连接的第一接收输入端以及与触摸驱动单元的发送复用部分的第二发送输入端相连接的第二接收输入端。响应多路复用器控制信号，第一接收输入端与接收输出端相连接，或者第二接收输入端与接收输出端相连接。接收感测部分包括与接收多路复用器相连接的接收输出端的多个接收传感器。模数转换部分对通过接收传感器接收的感测信号进行数字转换。快速傅里叶变换部分对由模数转换部分数字转换的感测信号进行傅里叶变换。

在示例性实施例中，响应多路复用器控制信号，传输多路复用器的第一输入端和驱动电极彼此连接，接收多路复用器的第一输入端与接收感测部分彼此连接，因此感测到手指的触摸坐标，触控笔的第一轴坐标和触控笔的笔压信息。

在示例性实施例中，响应多路复用器控制信号，传输多路复用器的第二输入端和驱动电极彼此连接，接收多路复用器的第二输入端和接收感测部分相连接，因此感测到触控笔的第二轴坐标和触控笔的笔压信息。

在示例性实施例中，驱动信号可以同时输出到触控面板。

根据本发明的另一方面，触控感测控制器包括触摸驱动单元，触摸感测单元和触摸确定单元。触摸驱动单元与接触触控笔的触控面板的驱动电极相连接，触摸笔输出笔频信号组用于检测触控笔的位置和触控笔的压力。触摸驱动单元将驱动信号输出到驱动电极。触摸感测单元与触控面板的感测电极相连接，以通过感测电极接收感测信号。触摸确定单元基于感测信号来确定手指的触摸坐标和触控笔的触摸坐标中至少一个。

在示例性实施例中，触摸驱动单元包括发送信号生成部分和发送复用部分。发送信号发生部分包括产生具有不同频率分量的驱动信号的多个发送信号发生器。发送复用部分包括多个传输多路复用器，其具与发送信号发生器相连接的第一发送输入端，与触摸感测单元相连接的第二发送输入端以及与驱动电极相连接的发送输出端。响应外部设备提供的多路复用器控制信号，第一发送输入端和发送输出端彼此连接，或者第二发送输入端和发送输出端彼此连接。

在示例性实施例中，触摸感测单元包括接收复用部分，接收感测部分，模数转换部分和快速傅里叶变换部分。接收复用部分包括具有接收输出端的多个接收多路复用器，与感测电极相连接的第一接收输入端和与触摸驱动单元的发送复用部分的第二发送输入端相连接的第二接收输入端。响应多路复用器控制信号，第一接收输入端和接收输出端彼此连接或者第二接收输入端和接收输出端彼此连接。接收感测部分包括与接收多路复用器的接收输出端相连接的多个接收传感器。模数转换部分对通过接收传感器接收的感测信号进行数字转换。快速傅里叶变换部分对由模数转换部分数字转换的感测信号进行傅里叶变换。

在示例性实施例中，响应多路复用器控制信号，传输多路复用器的第一输入端和驱动电极可以彼此连接，接收多路复用器的第一输入端和接收感测部分可以彼此连接，因此感测到手指的触摸坐标，触控笔的第一轴坐标和触控笔的压力信息。

在示例性实施例中，响应多路复用器控制信号，传输多路复用器的第二输入端和驱动电极可以彼此连接，接收多路复用器的第二输入端和接收感测部分可以彼此连接，因此感测到触控笔的第二轴坐标和触控笔的压力信息。

根据本发明的另一方面，触控笔包括导电尖端，压力传感器，频率信号发生器和混合器。导电尖端可与触控面板接触。压力传感器测量施加到触控面板的导电尖端的压力以及输出的笔压信号。频率信号发生器基于笔压信号产生压力感测信号，并产生用于感测触控笔位置的位置感测信号。混合器混合位置感测信号和压力感测信号，以向导电尖端提供混合信号。

在示例性实施例中，压力感测信号可以根据笔压信号产生均匀的频率和变化的幅度。

在示例性实施例中，每个压力感测信号和位置感测信号的频率可能不同于施加到触控面板的驱动电极的驱动信号的频率。

根据使用的触控系统和运用其中的触控感测控制器和触控笔，具有不同频率分量的驱动信号被输出到触控面板，并且基于从触控面板处接收的感测信号，在手指的触摸坐标和触控笔的触摸坐标中确定至少一个，使得可以同时实现触摸识别。此外，为了感测触控笔的位置和触控笔的压力，触控笔被设计成其笔频信号的频率不同于适用于触控面板的驱动信号频率，使得在一个触控面板中可以使用多个笔尖。

附图说明

通过在附图详细的示例性实施例中的描述，本发明的上述和其他的特征以及其他方面将变得更加明显，其中：

图1是根据本发明的示例性实施例说明触控系统的示意图

图2是说明由图1触摸感测装置确定的触控坐标的结构图。

图3A是图1所示的触控笔外观的示意图。图3B是示意性地说明图1所示的触控笔的结构图。

图4是说明图1所示的触控笔的框架图。

图5是说明从图1中触控笔输出的位置感测信号和压力感测信号的一个例子的波形图。

图6是说明图1所示的触控笔的一个例子的电路图。

图7是说明图1所示的触控笔的另一个例子的电路图。

图8A是说明手指触摸的触控面板的示意图，图8B是说明通过手指触摸的感测信号的频谱分析识别触摸坐标的波形图。

图9A是说明触控笔触摸的触控面板的示意图，图9B是说明通过触控笔触摸的感测信号的频谱分析识别触摸坐标的波形图。

图10A是说明手指和触控笔触摸的触控面板的示意图，图10B是说明通过手指和触控笔触摸的感测信号的频谱分析识别触摸坐标的波形图。

图11A和11B是识别手指和触控笔的触摸坐标的触摸感测装置的结构图。

图12是显示触摸坐标识别方法的流程图，其中手指和触控笔在图11A和11B所示的触摸感测装置中被单独识别，并且；

图13是显示触摸坐标识别方法的流程图，其中手指和触控笔在图11A和11B所示的触摸感测装置中被同时识别。

具体实施方式

下文将参照附图更全面地描述本发明，在附图中说明了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的示例性实施例。相反，提供这些示例性实施例，使得本说明彻底和完整，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见，层和区域的尺寸和相对尺寸可能被夸大。

应当理解的是，当元件或层被称为“接通”，“连接”或“耦合”到另一元件或层时，其可能直接接通、连接、耦合到另一元件或层，或者介入元件或层可能出现。相反，当元件被称为“直接接通”，“直接连接到”或“直接耦合到”另一个元件或层时，不存在介入元件或层。相同的附图标记始终表示相同的元件。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。

应当理解的是，尽管术语第一，第二，第三等可以用于描述各种元件，部分，区域，层和/或部分，但这些元件，部分，区域，层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元素，组件，区域，层或部分与其他区域、图层或部分区分开来。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件，部分，区域，层或部分可以被称为第二元件，部分，区域，层或部分。

为便于描述，诸如“下”，“下”，“下”，“上”，“上”等之类的空间相对术语在本文中可以用于描述图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包括除了附图中所示的方向之外的使用或操作中的装置的不同方向。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“之下”或“底部”的元件将被定向在“其他元件或特征”之上。因此，示例性术语“下面”可以包括上下方向。该装置可以以其他方式定向(旋转90度或其它方向)，并且这里使用的空间相对性的描述进行了相应地解释。

本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不是限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”，“一个”和“所述”也包括复数形式，除非上下文另有明确指出。应当进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括”时，明确了所述特征，整体，步骤，操作，元件和/或部分的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征，整数，步骤，操作，元件，组件和/或其组合。

参照本发明的理想化示例性实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述本发明的示例性实施例。因此，例如，作为制造技术和/或公差的结果的图示形状的变化是正常的。因此，本发明的示例性实施例不应被解释为限于本文所示的区域的特定形状，而是包括例如由制造导致的形状偏差。例如，被示为矩形的植入区域通常在其边缘处具有圆形或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从植入区域到非植入区域的二进制变化。同样地，通过植入形成的掩埋区域可能导致在掩埋区域和植入发生的表面之间的区域中的一些植入。因此，附图中所示的区域本质上是示意性的，并且它们的形状并不旨在说明装置的区域的实际形状，并不意图限制本发明的范围。

除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。进一步理解就是，诸如常用词典中定义的术语应被解释为具有与其在相关领域的背景下含义一致的意义，并且不会以理想化或过度正式的方式解释，除非明确如此定义。

下文中，将参照附图详细说明本发明。

图1是说明根据本发明示例性实施例的触控系统的示意图。具体地说，说明在触摸面板上同时使用触控笔和手指的示意图。

如图1所示，触控系统包括触摸感测装置100和触控笔200，以识别用户的手指300的触摸操作或触控笔200的触摸操作。触摸感测装置100检测用户的手指300的位置以确定手指300的触摸坐标或检测触控笔200的位置以确定触控笔200的触摸坐标。手指 300的触摸坐标和触控笔200的触摸坐标可以同时检测。

图2是说明由图1触摸感测装置确定的触控坐标的结构图。

如图1和图2所示，多个驱动信号被施加到由触控面板提供的不同驱动电极。每个驱动信号具有不同的频率分量。下文中，为了便于说明，描述了第一驱动信号STX0，第二驱动信号STX1，第三驱动信号STX2和第四驱动信号STX3被施加到触摸面板。因此，第一驱动信号STX0具有第一频率分量f0，第二驱动信号STX1具有第二频率分量f1，第三驱动信号STX2具有第三频率分量f2，第四驱动信号STX3具有第四频率分量F3。第一至第四频率分量f0，f1，f2和f3彼此不同。

触控面板的感测电极RX接收与第一至第四驱动信号STX0，STX1，STX2和STX3相感测的感测信号SRX。感应信号由触控面板混合；然而，与驱动信号STX0，STX1，STX2和 STX3相比，感测信号SRX的振幅减小。

感测信号SRX由放大器放大，然后提供给快速傅里叶变换(FFT)处理块。FFT处理的感测信号被分解和解释以导出触摸发生的位置的坐标。放大器或FFT处理块可以由触摸感测装置100提供的触控感测控制器供应。

图3A是图1所示的触控笔外观的示意图。图3B是示意性地说明图1所示的触控笔的结构图。

如图3A和图3B所示，触控笔200包括笔形导电壳体202，连接到导电壳体202的一侧的导电尖端204，设置在导电壳体202和导电尖端204之间的笔压力传感器206，频率信号发生器208和混合器210。

导电尖端204具有可以与触控面板接触的形状。

笔式压力传感器206测量施加到触摸面板的导电尖端204的压力并输出压力信号。也就是说，笔式压力传感器206根据施加到从触控笔体的端部突出的导电尖端204的压力产生电信号。例如，笔式压力传感器206通过用户的书写操作根据施加到导电尖端204 的压力产生电信号。导电尖端204可以连接到笔压力传感器206，以将由导电尖端204 产生的压力传递到笔式压力传感器206。

频率信号发生器208产生位置感测信号SPO，其被设置为检测触控笔200的位置，并产生一个压力感测信号SPR，其被设置为基于压力信号来测量触控笔的压力。下文中，为了便于说明，将描述在触控面板中设置四个驱动电极和四个感测电极的示例。在这种情况下，第一驱动信号STX0，第二驱动信号STX1，第三驱动信号STX2和第四驱动信号 STX3被施加到驱动电极。因此，第一驱动信号STX0具有第一频率分量f0，第二驱动信号STX1具有第二频率分量f1，第三驱动信号STX2具有第三频率分量f1，第四驱动信号 STX3具有第四频率分量f3。第一至第四频率分量f0，f1，f2和f3彼此不同。此外，位置检测信号SP0的第五频率分量f4和压力感测信号SPR的第六频率分量f5与第一至第四频率分量f0，f1，f2和f3不同。

混合器210混合位置感测信号SPO和压力感测信号SPR，以将混合信号输出到导电尖端204。

如上所述，为了感测触控笔的位置和触控笔的压力，触控笔被设计成笔频信号的频率与适用于触控面板的驱动信号的频率不同。使得多只触控笔可以于同一触控面板中同时使用。

说明图1所示的触控笔200的框架图

如图4所示，触控笔200包括按钮250，按钮处理单元252，笔控制单元260，笔压力传感器206，笔压处理单元207，笔控制单元260，电源管理单元270，电池272，波形发生单元280和波形驱动单元290。

按钮250根据用户的操作而改变，以向按钮处理单元252提供按钮信号。按钮250可以是机械按钮或静电按钮。按钮250可以提供附加功能，包括类似于计算机鼠标的“左键”和“右键”功能，但不限于此。触控笔200的按钮250可以耦合到笔控制单元(CPU) 260。按钮250可以是本领域技术人员已知的机械，电气，电容或其他类型。

按钮处理单元252将从按钮250提供的按钮信号转换为数字信号，并将数字信号提供给笔控制单元260。

笔压力传感器206感测由触控笔200施加到触控面板的压力，并将检测到的压力信号提供给笔压处理单元207。

笔压处理单元207将笔压力传感器206提供的压力信号提供给波形驱动单元280。

笔控制单元260可以控制在触控笔200中的部分的操作。

电力管理单元270将电池272的电力提供给各个组件。电源根据需要升压，升压后的电源供给各个部分。通常，根据电池的存在或不存在，触控笔可以分为活动型和被动型。根据本发明，由于电池272设置在触控笔200中，所以根据本发明的触控笔是活动性触控笔。

波形发生单元280向波形驱动单元290提供用于产生位置感测信号SPO的第一波形或用于响应笔控制单元260控制以产生压力感测信号SPR的第二波形。第一波形或第二波形可以是正弦波。

波形驱动单元290放大由波形生成单元280产生的第一波形或第二波形，混合放大的波形，并输出混合信号。在本示例性实施例中，笔压处理单元207，波形生成单元280 和波形驱动单元290可以限定图3所示的频率信号发生器208。

图5是说明从图1中触控笔输出的位置感测信号SPO和压力感测信号SPR的一个例子的波形图。

如图5所示，位置感测信号SP0的第五频率分量f4与提供给触摸面板的驱动电极的驱动信号的第一至第四频率分量f0，f1，f2和f3不同。此外，压力感测信号SPR的第六频率分量f5与提供给触摸面板的驱动电极的驱动信号的第一至第四频率分量f0，f1， f2和f3不同。此外，位置感测信号SP0的第五频率分量f4和压力检测信号SPR的第六频率分量f5被设定为彼此不同。

位置感测信号SPO具有固定频率和固定振幅。

压力感测信号SPR具有固定频率和可变振幅。压力感测信号SPR的振幅可以根据与施加到触控笔的压力相应的笔压信号而变化。例如，当检测到高的笔压信号时，可以输出具有最大振幅的压力感测信号SPR，并且当检测到低的笔压信号时，可以输出具有最小振幅的压力感测信号SPR。

同时，压力感测信号SPR的幅度可以根据可由用户操作的按钮而变化。按钮可以设置在触控笔中，并且压力感测信号SPR的幅度可以根据按钮而改变。

图6是说明图1所示的触控笔的一个例子的电路图。

如图6所示，波形发生单元280包括第五频率信号发生器282和第六频率信号发生器284，波形驱动单元290包括第一放大单元292，第二放大单元294，混频器210和导电尖端204。

第一放大单元292包括第一电阻器R1，第二电阻器R2和第一运算放大器OP1。第一电阻器R1的第一端接收位置感测信号SP0，第一电阻器R1的第二端与第一运算放大器 OP1的反相端相连。第二电阻器R2的第一端与第一电阻器R1的第二端和第一运算放大器OP1的反相端相连，第二电阻器R2的第二端与混频器210相连。第二电阻器R2可以是可变电阻器。第一运算放大器OP1的反相端与第一电阻器R1的第二端和第二电阻器 R2的第一端相连，并且第一运算放大器OP1的非反相端与参考电压Vref相连。

第二放大单元294包括第三电阻器R3，第四电阻器R4和第二运算放大器OP2。第三电阻器R3的第一端接收位置检测信号SPO，第三电阻器R3的第二端与第二运算放大器 OP2的反相端相连。第四电阻器R4的第一端与第三电阻器R3的第二端和第二运算放大器OP2的反相端相连，第四电阻器R4的第二端与混频器210相连。第四电阻器R4可以是可变电阻器。第二运算放大器OP2的反相端与第三电阻器R3的第二端和第四电阻器 R4的第一端相连，并且第二运算放大器OP2的非反相端与参考电压Vref相连。

混频器210包括第五电阻器R5，第六电阻器R6，第三运算放大器OP3和第七电阻器R7。第五电阻器R5的第一端与第一放大单元的输出端相连，第五电阻器R5的第二端与第三运算放大器OP3的反相端相连。第六电阻器R6的第一端与第二放大单元的输出端相连，第六电阻器R6的第二端与第三运算放大器OP3的反相端相连。第七电阻器R7与第三运算放大器OP3的反相端和输出端相连。第三运算放大器OP3的反相端与第五电阻器 R5的第二端和第六电阻器R6的第二端相连，并且第三运算放大器OP3的非反相端与参考电压Vref相连。

在前述说明书中，已经描述了位置感测信号SPO和压力感测信号SPR分开产生，并且产生的信号被放大后混合以向导电尖端提供笔频率信号。

图7是说明图1所示的触控笔的另一个例子的电路图。

如图7所示，波形生成单元280可以包括向波形驱动器290提供正弦波的数字函数发生器。响应笔控制单元260(图4所示)的控制，数字函数发生器可以包括多个直接数字合成(以下称为“DDS”)模块，其被配置为精确地生成精确的频率，周期和相位的正弦波。

每个DDS模块可以产生多个频率信号。例如，可以生成具有第五频率分量f4的位置感测信号SPO和具有第六频率分量f5的压力感测信号SPR。此外，可以产生具有频率分量fn-1，具有频率分量fn的信号等的信号。这里，具有频率分量fn-1的信号可以是与提供给触控笔的第一按钮对应的频率分量，并且具有频率分量fn的信号可以与提供给触控笔的第二按钮相对应。

波形驱动单元290包括第一电阻器R1，第二电阻器R2和第一运算放大器OP1。第一电阻器R1的第一端接收来自波形生成单元280的正弦信号，第一电阻器R1的第二端连接到第一运算放大器OP1的反相端。第二电阻器R2的第一端连接到第一电阻器R1的第二端和第一运算放大器OP1的反相端，并且第二电阻器R2的第二端连接到导电端204。第二电阻器R2可以是可变电阻器。第一运算放大器OP1的反相端连接到第一电阻器R1 的第二端和第二电阻器R2的第一端，并且第一运算放大器OP1的非反相端连接到参考电压Vref。

图8A是说明手指触摸的触控面板的示意图，图8B是说明通过手指触摸的感测信号的频谱分析识别触摸坐标的波形图。

如图8A所示，第一驱动电极TX0，第二驱动电极TX1，第三驱动电极TX2和第四驱动电极TX3在触控面板上沿水平方向布置，并且第一感测电极RX0，第二感测电极RX1，第三感测电极RX2和第四感测电极RX3沿纵向方向布置在触控面板上。第一至第四驱动电极TX0，TX1，TX2和TX3布置在触控面板的下部区域中，并且第一至第四感测电极RX0， RX1，RX2和RX3布置在触控面板的上部区域中。

第一驱动信号STX0，第二驱动信号STX0，第三驱动信号STX2和第四驱动信号STX3被施加到第一驱动电极TX0，第二驱动电极TX1，第三驱动电极TX2和第四驱动电极TX3。通过第一感测电极RX0，第二感测电极RX1，第三感测电极RX2和第四感测电极RX3接收与所施加的驱动信号STX0，STX1，STX2和STX3相对应的第一至第四感测信号SRX0，SRX1， SRX2和SRX3。对接收的感测信号进行FFT处理以确定触摸坐标。

如图8B所示，通过第二感测电极RX1接收的感测信号经受FFT处理。

在没有触摸操作的基本状态的情况下，经FFT处理的感测信号具有第一频率分量f0，第二频率分量f1，第三频率分量f2和第四频率分量f3。这里，第一至第四频率分量f0，f1，f2和f3的振幅彼此相等。

当手指触摸第二驱动电极TX1与第二感测电极RX1相交的区域时，经FFT处理的感测信号具有第一频率分量f0，第二频率分量f1，第三频率分量f2和第四频率分量频率分量f3。在这种情况下，第一频率分量f0，第三频率分量f2和第四频率分量f3的振幅基本相等。第二频率分量f1的振幅小于第一频率分量f0的振幅。

当从基本状态的波形中减去手指触摸状态的波形时，仅保留第二频率分量f1。在减法之后剩余的第二频率分量f1的振幅可与手指触摸灵敏度相对应。

因此，既然与第二感测电极RX1相对应的第二频率分量f1被检测到，所以传送具有第二频率分量f1的第二驱动信号STX1的第二驱动电极TX1和第二感测电极RX1被检测为手指的触摸坐标。

图9A是说明触控笔触摸的触控面板的示意图，图9B是说明通过触控笔触摸的感测信号的频谱分析识别触摸坐标的波形图。

既然图9A的触控面板在图8B中已经描述过了，就不再赘述。

参考图9B，通过第二感测电极RX1接收的感测信号被FFT处理。

在没有触摸操作的基本状态的情况下，FFT处理的感测信号具有第一频率分量f0，第二频率分量f1，第三频率分量f2和第四频率分量f3。这里，第一至第四频率分量f0， f1，f2和f3的振幅彼此相等。

当触控笔触摸第二驱动电极TX1与第二感测电极RX1相交的区域时，经FFT处理的感测信号具有第一频率分量f0，第二频率分量f1，第三频率分量f2，第四频率分量f3，第五频率分量f5和第六频率分量f6。这种情况下，第一至第四频率f0，f1，f2和f3 的振幅基本相等。第五频率分量f5的振幅小于第一频率分量f0的振幅。第六频率分量 f6的振幅小于第一频率分量f0的振幅。第六频率分量f6的振幅小于第五频率分量f5 的振幅。

当从基本状态的波形中减去触控笔触摸状态的波形时，仅保持第五频率分量f5和第六频率分量f6。在减法之后剩余的第五频率分量f5的幅度可以与触控笔的触摸灵敏度对应。此外，减法之后剩余的第六频率分量f6的幅度可以与触控笔的笔压敏感度对应。

因此，由于第五频率分量f5被检测到与第二感测电极RX1相对应，因此可以确认触控笔设置在第二感测电极RX1上。因此，第二检测电极RX1被检测为触控笔的第一轴坐标(例如，X坐标)。

可以以上述方式识别触控笔的触摸坐标，图11A至13稍后将会详细描述。

图10A是显示手指和触控笔的触摸的触控面板的示意图，图10B是显示通过手指和触控笔的感测信号的频谱分析的触摸坐标识别的波形图。

既然图10A的触控面板在图8B中已经描述过了，就不再赘述。

参考图10B，通过第二感测电极RX1接收的感测信号被FFT处理。

在没有触摸操作的基本状态的情况下，经FFT处理的感测信号具有第一频率分量f0，第二频率分量f1，第三频率分量f2和第四频率分量f3。这里，第一至第四频率分量f0，f1，f2和f3的振幅彼此相等。

当手指触摸第二驱动电极TX1与第二感测电极RX1相交的区域，并且触控笔触摸第三驱动电极TX2与第二感测电极RX1相交的区域时，经FFT处理的感测信号具有第一频率分量f0，第二频率分量f1，第三频率分量f2，第四频率分量f3，第五频率分量f5和第六频率分量f6。在这种情况下，第一频率分量f0，第三频率分量f2和第四频率分量 f3的振幅基本相等。第二频率分量f1的振幅小于第一频率分量f0的振幅。第五频率分量f5的振幅小于第一频率分量f0的振幅。第六频率分量f6的振幅小于第一频率分量 f0的振幅。第六频率分量f6的振幅小于第五频率分量f5的振幅。

当从基本状态的波形中减去混合状态的波形时，仅保留第二频率分量f1，第五频率分量f5和第六频率分量f6。在减法之后剩余的第二频率分量f1的振幅可以对应于手指触摸灵敏度。此外，减法之后剩余的第五频率分量f5的振幅可以对应于触控笔的触摸灵敏度。此外，减法之后剩余的第六频率分量f6的幅度可以对应于触控笔的笔压敏感度。

因此，由于第二频率分量f1被检测到与第二感测电极RX1相对应，所以传送具有第二频率分量f1的第二驱动信号STX1和第二感测电极RX1被检测为手指的触摸坐标。此外，由于第五频率分量f5被检测到与第二感测电极RX1相对应，因此可以确认触控笔设置在第二感测电极RX1上。因此，第二检测电极RX1被检测为触控笔的第一轴坐标。

手指和触控笔的触摸坐标将通过上述方式识别，图11A至13稍后将会详细描述。

图11A和11B是手指和触控笔的触摸坐标识别的触摸感测装置的结构图。图11A是说明手指坐标的感测，触控笔的X坐标和触控笔的笔压信息的触摸感测装置的结构图。图11B是说明触控笔的Y坐标和触控笔的笔压信息的触摸感测装置的结构图。

根据图11A和11B，触控板110包括沿水平方向布置的第一驱动电极TX0，第二驱动电极TX1，第三驱动电极TX2和第四驱动电极TX1，并且包括第一感测电极RX0，第二感测电极RX1，第三感测电极RX2和沿纵向布置的第四感测电极RX3。为了便于说明，展示了设置有四个驱动电极和四个感测电极的4×4矩阵的触控面板110。

在触控面板110中，驱动电极被正交地布置成与每个感测电极相交并重叠。因此，每个驱动电极电容耦合到每个感测电极。例如，在第二驱动电极TX1在第二驱动电极TX1 和第二感测电极RX1彼此重叠点的地方电容耦合到第二感测电极RX1。驱动电极和检测电极的交点分别形成电容式感测元件。

由于驱动电极和感测电极之间的电容耦合，在每个驱动电极处提供驱动信号可以在每个感测电极中感应出电流。例如，当驱动信号施加到第二驱动电极TX1时，驱动信号在触摸面板110中的第二感测电极RX1上感应感测信号。然后，可以依次测量每个感测电极上的感测信号通过使用多路复用器将每个感测电极顺序地连接到解调电路。可以通过选择驱动电极和感测电极的每个可用组合来感测与驱动电极和感测电极之间的每个交点相关联的电容。

当诸如手指或触针的触摸对象接近触控面板110时，该对象导致仅影响电极的一部分的电容的减小。例如，当手指位于第二驱动电极TX1和第二感测电极RX1的交叉点附近时，手指的存在降低了第二驱动电极TX1和第二感测电极RX1之间的耦合电容。在另一示例性实施例中，手指的存在增加了第二驱动电极TX1和第二感测电极RX1之间的耦合电容。因此，手指在触控面板110上的位置可以通过在感测电极上测量减小的电容时，通过识别感测电极与施加驱动信号的驱动电极之间的耦合电容减小的感测电级来确定。因此，依次确定与触控面板110中的电极的每个交点相关联的电容，从而可以确定一个或多个输入的位置。

在本示例性实施例中，尽管驱动电极和感测电极显示为条形或细长矩形，但是可以使用替代实施例来形成各种马赛克形状，例如菱形，正方形，鸥形，和其他可用的形状。

触控感测控制器120将具有不同频率分量的多个驱动信号输出到触控面板110，并且基于触控面板110提供的多个感测信号来确定手指的触摸坐标和触控笔的触摸坐标中至少一个。触控感测控制器120可以被实现为具有一个或多个芯片。

触控感测控制器120包括触摸驱动单元122，触摸感测单元124，触摸确定单元126和触摸控制单元128。

触摸驱动单元122连接到与触控笔接触的触控面板110的驱动电极TX0，TX1，TX2和TX3，该触控笔输出设置为检测触控笔输出笔频信号组以检测触控笔位置和压力。触摸驱动单元122将驱动信号输出到驱动电极TX0，TX1，TX2和TX3。

触摸驱动单元122包括发送信号生成部分1222和发送复用部分1224.发送信号生成部分1222包括产生具有不同频率分量的驱动信号的多个发送信号发生器。

传输复用部分1224包括多个传输多路复用器，其具有连接到传输信号发生器的第一传输输入端(0)，连接到触摸感测单元124的第二传输输入端(1)和连接到驱动电极的传输输出端。响应触摸控制单元128提供的多路复用器控制信号MUXC，第一传输输入端连接到传输输出端，或第二传输输入端连接到传输输出端。

触摸感测单元124连接到触控面板110的感测电极RX0，RX1，RX2和RX3，以通过感测电极RX0，RX1，RX2和RX3接收感测信号。

触摸感测单元124包括接收多路复用部分1242，接收感测部分1244，模数转换部分1246和快速傅里叶变换部分1248。

接收复用部分1242包括具有接收输出端的多个接收多路复用器，连接到感测电极的第一接收输入端(0)和连接到触摸驱动单元122的发送复用部分1224的第二传输输入端(1)的第二接收连接端(1)。响应多路复用器控制信号MUXC，第一接收输入端连接到接收输出端，或者第二接收输入端连接到接收输出端。

接收感测部分1244包括连接到接收多路复用器的接收输出端的多个接收传感器。

模数转换部分1246通过接收传感器接收的感测信号进行数字装换，以将转换的信号提供给快速傅立叶变换部分1248。模数转换部分1246以一个频率执行ADC转换的速率比驾驶频率至少快两倍。

快速傅里叶变换部分1248对每个数字转换的感测信号执行快速傅里叶变换，以将每个感测信号在时域中转换成频域。快速傅里叶变换部分1248获得频率分量和频率分量的大小，以将频率分量和频率分量的大小提供给触摸确定单元126。在本示例性实施例中，将时域中的感测转换为频域中的感测对数字信号处理非常有用。

触摸确定单元126基于快速傅里叶变换的感测信号的频率幅度之间的变化量，该感测信号又基于驱动信号的频率幅度，来确定手指的触摸坐标，触控笔的触摸坐标和触控笔笔压信息中至少一个。

触摸控制单元128控制触摸驱动单元122的操作，使得具有不同频率分量的驱动信号被同时提供给驱动电极。

触摸控制单元128将关于驱动信号的频率的信息提供给模数转换部分1246，使得模数转换部分1246将驾驶频率转换成比驱动信号频率快的频率。

在本实施例中，触控感测控制器120还可以包括用于存储测量尺寸和相关参数的一个或多个存储器件(未显示)以及用于执行必要的计算和控制功能的微处理器(未显示)。

为了执行这里描述的一个或多个功能，触控感测控制器120和/或触摸感测装置100 的其他部分可以被实现为一个或多个专用集成电路(ASICs)，专用标准产品(ASSP)等。

操作中，如图11A所示，响应多路复用器控制信号MUXC，传输多路复用器和驱动电极的第一输入端(0)彼此连接，第一输入端(0)接收多路复用器和接收感测部分1244 互相连接，从而感测到手指的触摸坐标，触控笔的第一轴坐标和触控笔的笔压信息。如图11A所示，由于感测电极RX0，RX1，RX2和RX3沿着X轴排列，所以触控笔的第一轴坐标是X坐标。

而且，如图11B所示，响应多路复用器控制信号MUXC，传输多路复用器的第二输入端(1)和驱动电极彼此连接，并且接收多路复用器的第二输入端(1)和接收感测部分 1244彼此连接，从而感测触控笔的第二轴坐标和笔压信息。如图11B所示，由于驱动电极TX0，TX1，TX2和TX3沿Y轴布置，所以触控笔的第二轴坐标是Y坐标。

如上所述，触控感测控制器120将具有不同频率分量的多个驱动信号输出到触控面板110，并且基于在该触控面板110处接收到的感测信号来确定手指的触摸坐标和触控笔的触摸坐标中至少一个，从而可以同时实现触摸识别。

图12是显示触摸坐标识别方法的流程图，其中手指和触控笔在图11A和11B所示的触摸感测装置中被单独识别。

如图11A、11B、12所示，多路复用器被设置为0(步骤S100)。也就是说，包含在发送复用部分1224内的发送多路复用器的第一发送输入端(0)和驱动电极TX0，TX1， TX2和TX3彼此连接，并且包含在接收复用部分1242内的接收多路复用器的第一接收输入端(0)和感测电极RX0，RX1，RX2和RX3彼此连接。

然后，驱动信号被传送到驱动电极TX0，TX1，TX2和TX3，并且通过感测电极RX0，RX1，RX2和RX3接收感测信号(步骤S102)。

然后，通过快速傅里叶变换感测信号来检查笔频分量是否被检测(步骤S104)。笔频率分量包括笔X轴位置信息(例如，第五频率分量f4)和笔压信息(例如，第六频率分量f5)。

当在步骤S104中检查到笔频率分量f4和f5被检测到时，笔X轴位置信息(例如，第五频率分量f4)和笔的笔压信息(例如，第六频率分量f5)被存储下来。(步骤S106)。

然后，多路复用器被设置为1(步骤S108)。也就是说，包含在发送复用部分1224 内的发送多路复用器的第二发送输入端(1)和驱动电极TX0，TX1，TX2和TX3彼此连接，并且包含在接收多路复用部分1242内的接收多路复用器的第二接收输入端和感测电极 RX0，RX1，RX2和RX3彼此连接。

然后，通过感测电极RX0，RX1，RX2和RX3接收的感测信号进行FFT处理，以检查是否感测到笔频率分量f4和f5(步骤S110)。

当在步骤S110中检查到笔频率分量f4和f5被检测到时，笔Y轴位置信息f4和笔压信息f5被存储下来(步骤S112)。

然后，笔坐标(X，Y)和笔压信息被记录下来(步骤S114)。笔坐标(X，Y)是步骤S106中存储的笔X轴位置信息f4和在步骤S112中存储的笔Y轴位置信息f4。笔的笔压信息f5可以是步骤S106中存储的笔压信息f5或在步骤S112中存储的笔压信息f5。

然后，在多路复用器设置为0(步骤S116)之后，反馈到步骤S104。也就是说，包含在发送多路复用部分1224内的发送多路复用器的第一发送输入端(0)和驱动电极TX0， TX1，TX2和TX3彼此连接，并且当包含在接收多路复用部分1242内的接收多路复用器的第一接收输入端(0)和感测电极RX0，RX1，RX2和RX3彼此连接之后被反馈到步骤 S104。

同时，当在步骤S104中检查到没有感测到笔频率分量f4和f5时，执行RX感测(即，FFT处理)，以检查是否感测到发送频率分量f0至f3(步骤S120)。

当在步骤S120中检查到没有感测到发送频率分量f0，f1，f2和f3时，它被反馈到步骤S102。当在步骤S120中检查到感测到传输频率分量f0，f1，f2和f3时，手指的触摸坐标被存储下来(步骤122)，并且存储的手指坐标被记录下来(步骤S124)。

图13是显示触摸坐标识别方法的流程图，其中手指和触控笔在图11A和11B所示的触摸感测装置中被同时识别。

如图11A、11B、13所示，复用器设置为0(步骤S200)。也就是说，包含在发送多路复用部分1224内的发送多路复用器的第一发送输入端(0)和驱动电极TX0，TX1，TX2 和TX3彼此连接，并且包含在接收多路复用部分1242内的接收多路复用器内的第一接收输入端和感测电极RX0，RX1，RX2和RX3彼此连接。

然后，驱动信号被传送到驱动电极TX0，TX1，TX2和TX3，并且感测信号通过感测电极RX0，RX1，RX2和RX3被接收(步骤S202)。

然后，通过快速傅里叶变换感测信号来检查笔频率分量f0，f1，f2，f3，f4和f5 是否被检测到(步骤S204)。

当在步骤S204中检查到没有感测到笔频率分量f0至f5时，它被反馈到步骤S202。

当在步骤S204中检查到笔频率分量f0，f1，f2，f3，f4和f5被检测到时，笔X轴位置信息f4和笔压信息f5被存储下来(步骤S206)。

然后，将多路复用器设置为1(步骤S208)。也就是说，包含在发送复用部分1224 内的发送多路复用器的第二发送输入端(1)和驱动电极TX0，TX1，TX2和TX3彼此连接，并且包含在接收多路复用部分1242内的接收多路复用器的第二接收输入端和感测电极 RX0，RX1，RX2和RX3彼此连接。

然后，通过感测电极RX0，RX1，RX2和RX3接收的感测信号进行FFT处理，以检查笔频率分量f4和f5是否被感测(步骤S210)。

当在步骤S210中检查到笔频率分量f4和f5被检测到时，笔Y轴位置信息f4，和笔压信息f5被存储下来(步骤S212)。

然后，手指坐标信息，笔坐标信息和笔压信息被记录下来(步骤S214)，然后反馈到步骤S200。手指坐标(X，Y)信息是在步骤S206中存储的笔X轴坐标和在步骤S212 存储的笔Y轴坐标。笔压信息可以是步骤S206中存储的笔压信息f5或步骤S212中存储的笔压信息f5。

尽管这里的操作方法以特定的顺序显示和描述，但是可以改变每种方法的操作，使得可以相反的顺序执行某些操作，或者一些特定的操与其他操作可以至少部分同时执行。在其他示例性实施例中，各个操作的指令或子动作可以是间歇的和/或替代的。

已经描述了本发明的示例性实施例，进一步指出的是，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离由所附权利要求的范围和范围限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。

Claims (18)

1.一种触控系统，其特征在于，包括：

一触控面板，包括多个驱动电极和多个感测电极；

一触控笔，为触控面板提供用于检测触控笔的位置和触控笔的压力的笔频信号；以及

一触控感测控制器，将具有不同频率分量的多个驱动信号输出到触控面板，并且基于从触摸面板接收到的多个感测信号来确定手指的触摸坐标和触控笔的触摸坐标中至少一个。

2.根据权利要求1所述的触摸系统，其特征在于，笔频信号是用于感测所述触控笔位置的位置感测信号和用于感测所述触控笔压力的压力感测信号的混合。

3.根据权利要求2所述的触控系统，其特征在于，所述位置检测信号和所述驱动信号具有不同的频率分量。

4.根据权利要求2所述的触控系统，其特征在于，所述压力检测信号和所述驱动信号具有不同的频率分量。

5.根据权利要求1所述的触控系统，其特征在于，触控感测控制器包含：

一触摸驱动单元，连接到驱动电极，以将驱动信号输出到驱动电极；

一触摸感测单元，连接到感测电极以通过感测电极接收感测信号；和

一触摸确定单元，基于通过触摸感测单元接收到的感测信号来确定触摸坐标的。

6.根据权利要求5所述的触控系统，其特征在于，触摸驱动单元包含：

一发送信号产生部分，包括产生不同驱动信号的多个发送信号发生器；以及

一传输复用部分，包括多个传输多路复用器，具有连接到传输信号发生器的第一传输输入端，连接到触摸感测单元的第二传输输入端和连接到驱动电极的输出端，其中响应外部设备提供的多路复用器控制信号，第一传输输入端连接到发送输出端，或者第二发送输入端连接到输出端。

7.根据权利要求6所述的触控系统，其特征在于，触摸感测单元包含：

一接收复用部分，包括具有接收输出端的多个接收多路复用器，连接到感测电极的第一接收输入端和连接到触摸驱动单元的发送复用部分的第二发送输入端的第二接收输入端，其中响应所述多路复用器控制信号，第一接收输入端连接到接收输出端，或者第二接收输入端连接到所述接收输出端；

一接收感测部分，包括连接到所述接收多路复用器的接收输出端的多个接收传感器；

一模数转换部分，其通过接收传感器接收的感测信号进行数字转换；以及

一快速傅里叶变换部分，傅里叶变换由模数转换部分数字转换的感测信号。

8.根据权利要求7所述的触控系统，响应多路复用器控制信号，其特征在于，传输多路复用器的第一输入端和驱动电极彼此连接，并且接收多路复用器的第一输入端和接收感测部分彼此连接，因此感测到手指的触摸坐标，触控笔的第一轴坐标和触控笔的笔压信息。

9.根据权利要求7所述的触控系统，响应多路复用器控制信号，其特征在于，传输多路复用器的第二输入端和驱动电极彼此连接，并且接收多路复用器的第二输入端和接收感测部分彼此连接，从而使得触控笔的第二轴坐标和触控笔的笔压信息被感测。

10.根据权利要求1所述的触控系统，其特征在于，驱动信号被同时输出到触控面板。

11.一种触控感测控制器，其特征在于，包括：

一触摸驱动单元，连接到触控板的与触控笔接触的驱动电极，该触控笔输出笔频信号组以检测触控笔的位置和触控笔的压力，触摸驱动单元将所述驱动信号输出到驱动电极

一触摸感测单元，连接到触控面板的感测电极，以通过感测电极接收感测信号；以及

一触摸确定单元，基于感测信号来确定手指的触摸坐标和触控笔的触摸坐标中至少一个。

12.根据权利要求11所述的触控系统，其特征在于，触摸驱动单元包含：

一传输信号产生部分，包括产生具有不同频率分量的驱动信号的多个传输信号发生器；以及

一传输复用部分，包括多个传输多路复用器，具有连接到传输信号发生器的第一传输输入端，连接到触摸感测单元的第二传输输入端和连接到驱动电极的传输输出端，其中为响应从外部设备提供的多路复用器控制信号，第一传输输入端和传输输出端彼此连接或第二传输输入端和传输输出端彼此连接。

13.根据权利要求12所述的触控系统，其特征在于，触摸感测单元包含：

一接收复用部分，包括多个接收多路复用器，具有接收输出端、连接到感测电极的第一接收输入端和连接到触摸驱动单元的发送复用部分的第二发送输入端的第二接收输入端，其中，响应多路复用器控制信号，第一接收输入端和接收输出端彼此连接，或者第二接收输入端和接收输出端彼此连接；

一接收感测部分，包括连接到接收多路复用器的接收输出端的多个接收传感器；

一模数转换部分，通过接收传感器对接收到的感测信号进行数字转换；以及

一快速傅里叶变换部分，傅里叶变换由模数转换部分数字转换的感测信号。

14.根据权利要求13所述的触控感应控制器，响应多路复用器控制信号，其特征在于，传输多路复用器和驱动电极的第一输入端彼此连接，并且接收多路复用器和所述接收感测部分的第一输入端彼此连接，使得触控笔的触摸坐标，触控笔的第一轴坐标和触控笔的压力信息被感测。

15.根据权利要求13所述的触控感测控制器，响应多路复用器控制信号，其特征在于，驱动电极和传输多路复用器的第二输入端彼此连接，并且接收感测部分和接收多路复用器的第二输入端彼此连接，使得触控笔的第二轴坐标和触控笔的压力信息被感测。

16.一种触控笔，其特征在于，包括：

一导电尖端，与触控面板可接触；

一压力传感器，测量施加到触控面板导电尖端的压力并输出笔压信号；

一频率信号发生器，其基于笔压信号产生压力感测信号，并产生用于感测触控笔位置的位置感测信号；以及

一混合器，混合位置感测信号和压力感测信号，以向导电尖端提供混合信号。

17.根据权利要求16所述的触控笔，其特征在于，压力感测信号根据笔压信号具有统一的频率和变化的幅度。

18.根据权利要求16所述的触控笔，其特征在于，压力感测信号和位置检测信号中每一个的频率不同于施加到所述触控面板驱动电极的驱动信号的频率。