CN109656426B - 电容式触控感测电路及其电荷补偿方法 - Google Patents

电容式触控感测电路及其电荷补偿方法 Download PDF

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Abstract

一种电容式触控感测电路及其电荷补偿方法，该电容式触控感测电路包含第一开关～第五开关、内部电容、积分器及电容。第一开关与外部电容串接于第一电压与接地电压之间，第二开关的一端耦接至第一开关与外部电容之间，第三开关的一端耦接至第二开关的另一端，第四开关与内部电容串接于第二电压与接地电压之间，第二电压为第一电压的负值，第五开关的一端耦接第二开关的另一端且第五开关的另一端耦接至第四开关与内部电容之间。积分器的一输入端耦接第三开关的另一端、其另一输入端耦接参考电压且其输出端输出一输出电压。电容耦接于积分器的输入端与输出端之间。

Description

电容式触控感测电路及其电荷补偿方法
技术领域
本发明是与触控面板有关，尤其是关于一种应用于电容式触控面板的电容式触控感测电路及其电荷补偿方法。
背景技术
一般而言，电容式触控面板的结构设计可采用内嵌式In-cell、On-cell或Out-cell等不同型式。于电容式触控面板使用过程，一般需要针对外部电容做抵消动作以提高内部电荷侦测范围。
然而，随着外部电容增加，内部预先填载电容也须随着等量提高，导致电容式触控感测电路内所需的补偿电容面积大幅增加，亟待克服。
发明内容
本发明提出一种应用于电容式触控面板的电容式触控感测电路及其电荷补偿方法，以有效解决现有技术所遭遇到的上述种种问题。
根据本发明的一具体实施例为一种电容式触控感测电路。于此实施例中，电容式触控感测电路应用于电容式触控面板。电容式触控感测电路耦接欲侦测的外部电容，电容式触控感测电路包含一第一开关、第二开关、第三开关、内部电容、第四开关、第五开关、积分器(integrator)及电容。第一开关与外部电容串接于第一电压与接地电压之间，第二开关的一端耦接至第一开关与外部电容之间，第三开关的一端耦接至第二开关的另一端，第四开关与内部电容串接于第二电压与接地电压之间，第二电压为第一电压的负值，第五开关的一端耦接第二开关的另一端且其另一端耦接至第四开关与内部电容之间。积分器的一输入端耦接第三开关的另一端、其另一输入端耦接参考电压且其输出端输出一输出电压。电容耦接于积分器的输入端与输出端之间。
于一实施例中，电容式触控感测电路依序运作于第一相、第二相、第三相及第四相。
于一实施例中，当电容式触控感测电路运作于第一相时，导通第一开关与第四开关且不导通第二开关、第三开关及第五开关。
于一实施例中，当电容式触控感测电路运作于第二相时，导通第二开关与第五开关且不导通第一开关、第三开关及第四开关。
于一实施例中，当电容式触控感测电路运作于第三相时，导通第二开关与第四开关且不导通第一开关、第三开关及第五开关。
于一实施例中，当电容式触控感测电路运作于第四相时，导通第二开关与第五开关且不导通第一开关、第三开关及第四开关。
于一实施例中，电容式触控感测电路重复运作于第三相及第四相，直至第二开关与第五开关之间的电压值接近参考电压值时，导通第三开关且不导通第一开关、第二开关、第四开关及第五开关。
根据本发明的另一具体实施例为一种电荷补偿方法。于此实施例中，电荷补偿方法应用于电容式触控感测电路。电容式触控感测电路包含第一开关、第二开关、第三开关、内部电容、第四开关、第五开关、积分器及电容。第一开关与外部电容串接于第一电压与接地电压(GND)之间。第二开关(PH2)的一端耦接至第一开关与外部电容之间。第三开关的一端耦接至第二开关的另一端。第四开关与内部电容串接于第二电压与接地电压之间。第二电压为第一电压的负值。第五开关的一端耦接第二开关的另一端且其另一端耦接至第四开关与内部电容之间。积分器的输入端耦接第三开关的另一端、其另一输入端耦接参考电压且其输出端输出一输出电压。电容耦接于积分器的输入端与输出端之间。
电荷补偿方法包含下列步骤：(a)当电容式触控感测电路运作于第一相时，导通第一开关与第四开关且不导通第二开关、第三开关及第五开关；(b)当电容式触控感测电路运作于第二相时，导通第二开关与第五开关且不导通第一开关、第三开关及第四开关；(c)当电容式触控感测电路运作于第三相时，导通第二开关与第四开关且不导通第一开关、第三开关及第五开关；以及(d)当电容式触控感测电路运作于第四相时，导通第二开关与第五开关且不导通第一开关、第三开关及第四开关。
于一实施例中，电荷补偿方法进一步包含：(e)判断位于该第二开关与该第五开关之间的一电压值是否接近该参考电压值；以及(f)若步骤(e)的判断结果为否，重复执行步骤(c)及步骤(d)。
于一实施例中，电荷补偿方法进一步包含：(g)若步骤(e)的判断结果为是，导通该第三开关且不导通该第一开关、该第二开关、该第四开关及该第五开关。
相较于现有技术，根据本发明的应用于电容式触控面板的电容式触控感测电路及其电荷补偿方法可通过多次且反复补偿外部电容的电荷补偿机制来有效利用电路内部相对较小的电容抵消电路外部相对较大的电容，故可适用于重载的电容感测环境下，有效减少电容式触控感测电路内所需的补偿电容面积并确实提升内部电容感测范围。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附附图得到进一步的了解。
附图说明
图1为根据本发明的一较佳具体实施例中的电容式触控感测电路的示意图。
图2为本发明的另一较佳具体实施例中的电荷补偿方法的流程图。
图3分别为于一实施例中的第一控制信号PH1、第二控制信号PH2、第三控制信号PH3、第四控制信号PH(K)、第五控制信号PH(K+1)、位于第一开关与外部电容之间的电压值Vn”及输出电压Vout的时序图。
主要元件符号说明：
1：电容式触控感测电路
SW1～SW5：第一开关～第五开关
Cext：外部电容
ADC：模拟数字转换器
Cin：内部电容
INT：积分器
Cf：电容
PH1：第一控制信号
PH2：第二控制信号
PH3：第三控制信号
PH(K)：第四控制信号
PH(K+1)：第五控制信号
V1：第一电压
-V1：第二电压
GND：接地电压
VREF：参考电压
Vout：输出电压
Vn’：位于第二开关与第五开关之间的电压值
Vn”：位于第一开关与外部电容之间的电压值
K：输出端
+：正输入端
-：负输入端
t1～t4：第一时间～第四时间
S10～S20：步骤
具体实施方式
根据本发明的一较佳具体实施例为一种应用于电容式触控面板的电容式触控感测电路。于此实施例中，电容式触控感测电路用以感测欲侦测的外部电容于电容式触控面板受触控时所产生的电容变化量并抑制外部环境噪声。电容式触控面板的结构设计可采用内嵌式In-cell、On-cell或Out-cell等不同型式。
请参照图1，图1为此实施例中的电容式触控感测电路的示意图。
如图1所示，电容式触控感测电路1耦接欲侦测的外部电容Cext与模拟数字转换器ADC。电容式触控感测电路1包含第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4、第五开关SW5、内部电容Cin、积分器INT及电容Cf。第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4及第五开关SW5分别受控于第一控制信号PH1、第二控制信号PH2、第三控制信号PH3、第四控制信号PH(K)及第五控制信号PH(K+1)。
第一开关SW1与外部电容Cext串接于第一电压V1与接地电压GND之间。第二开关SW2的一端耦接至第一开关SW1与外部电容Cext之间。第三开关SW3的一端耦接至第二开关SW2的另一端。第四开关SW4与内部电容Cin串接于第二电压(-V1)与接地电压GND之间，且第二电压(-V1)为第一电压V1的负值。第五开关SW5的一端耦接第二开关SW2的另一端且第五开关SW5的另一端耦接至第四开关SW4与内部电容Cin之间。积分器INT的输入端+耦接第三开关SW3的另一端、输入端-耦接参考电压VREF且输出端K输出一输出电压Vout至模拟数字转换器ADC。电容Cf耦接于积分器INT的输入端+与输出端K之间。
于此实施例中，电容式触控感测电路1将会依序运作于第一相、第二相、第三相及第四相，分别说明如下：
当电容式触控感测电路1运作于第一相时，通过第一控制信号PH1及第四控制信号PH(K)分别控制第一开关SW1及第四开关SW4导通并通过第二控制信号PH2、第三控制信号PH3及第五控制信号PH(K+1)分别控制第二开关SW2、第三开关SW3及第五开关SW5不导通。由于第一开关SW1导通，使得第一电压V1可对外部电容Cext充电，且外部电容Cext储存的电荷量为Cext*V1。同理，由于第四开关SW4导通，使得第二电压(-V1)可对内部电容Cin充电，且内部电容Cin储存的电荷量为Cin*(-V1)。
当电容式触控感测电路1运作于第二相时，通过第二控制信号PH2及第五控制信号PH(K+1)分别控制第二开关SW2与第五开关SW5导通且通过第一控制信号PH1、第三控制信号PH3及第四控制信号PH(K)分别控制第一开关SW1、第三开关SW3及第四开关SW4不导通。由于第二开关SW2与第五开关SW5均导通，使得储存有电荷量Cext*V1的外部电容Cext与储存有电荷量Cin*(-V1)的内部电容Cin能够彼此相连，致使两者的电压位准变为V1’且V1’＝(Cext-Cin)*V1/(Cext+Cin)。
当电容式触控感测电路1运作于第三相时，通过第二控制信号PH2及第四控制信号PH(K)分别控制第二开关SW2与第四开关SW4导通且通过第一控制信号PH1、第三控制信号PH3及第五控制信号PH(K+1)分别控制第一开关SW1、第三开关SW3及第五开关SW5不导通。由于第五开关SW5不导通，外部电容Cext不再与内部电容Cin彼此相连，且由于第一开关SW1不导通，第一电压V1也不会对外部电容Cext充电，使得外部电容Cext维持于电压位准V1’。此外，由于第四开关SW4导通，使得第二电压(-V1)可再次对内部电容Cin充电，故内部电容Cin的电压位准变为(-V1)。
当电容式触控感测电路1运作于第四相时，通过第二控制信号PH2及第五控制信号PH(K+1)分别控制第二开关SW2与第五开关SW5导通且通过第一控制信号PH1、第三控制信号PH3及第四控制信号PH(K)分别控制第一开关SW1、第三开关SW3及第四开关SW4不导通。由于第二开关SW2与第五开关SW5均导通，使得储存有电荷量Cext*V1’的外部电容Cext与储存有电荷量Cin*(-V1)的内部电容Cin能够彼此相连，致使两者的电压位准变为V2’且V2’＝(Cext*V1’–Cin*V1)/(Cext+Cin)。
接着，电容式触控感测电路1可重复n次运作于第三相及第四相，直至位于第二开关SW2与第五开关SW5之间的电压值Vn’接近参考电压值VREF为止，且Vn’＝[Cext*V(n-1)’–Cin*V1]/(Cext+Cin)。此时，电容式触控感测电路1会通过第三控制信号PH3控制第三开关SW3导通且通过第一控制信号PH1、第二控制信号PH2、第四控制信号PH(K)及第五控制信号PH(K+1)分别控制第一开关SW1、第二开关SW2、第四开关SW4及第五开关SW5不导通。由于积分器INF的正输入端+与负输入端-分别接收电压值Vn’与参考电压值VREF且电压值Vn’接近参考电压值VREF，因此，积分器INF的电压改变量会趋近于0，使得积分器INF输出的输出电压Vout经过模拟数字转换器ADC转换为数字信号后会位于输出中点，其可涵盖的变化范围最大。
需说明的是，电容式触控感测电路1重复运作于第三相及第四相的次数n与其频率会与电路中的整体路径的电阻-电容值以及内部电容值与外部电容值的比率有关，不限定于特定的次数或频率。
此外，虽然在上述实施例中，第三开关SW3导通的时间点是发生于多次电荷补偿结束后，但实际上，第三开关SW3导通的时间点也可提前至多次电荷补偿之前或之间，并无特定的限制。
根据本发明的另一具体实施例为一种电荷补偿方法。于此实施例中，电荷补偿方法应用于电容式触控感测电路。电容式触控感测电路包含第一开关、第二开关、第三开关、内部电容、第四开关、第五开关、积分器及电容。第一开关与外部电容串接于第一电压与接地电压之间。第二开关的一端耦接至第一开关与外部电容之间。第三开关的一端耦接至第二开关的另一端。第四开关与内部电容串接于第二电压与接地电压之间。第二电压为第一电压的负值。第五开关的一端耦接第二开关的另一端且其另一端耦接至第四开关与内部电容之间。积分器的输入端耦接第三开关的另一端、其另一输入端耦接参考电压且其输出端输出一输出电压。电容耦接于积分器的输入端与输出端之间。
请参照图2，图2为此实施例中的电荷补偿方法的流程图。
如图2所示，应用于电容式触控感测电路的电荷补偿方法可包含下列步骤：
步骤S10：当电容式触控感测电路运作于第一相时，导通第一开关与第四开关且不导通第二开关、第三开关及第五开关；
步骤S12：当电容式触控感测电路运作于第二相时，导通第二开关与第五开关且不导通第一开关、第三开关及第四开关；
步骤S14：当电容式触控感测电路运作于第三相时，导通第二开关与第四开关且不导通第一开关、第三开关及第五开关；
步骤S16：当电容式触控感测电路运作于第四相时，导通第二开关与第五开关且不导通第一开关、第三开关及第四开关；
步骤S18：判断位于第二开关与第五开关之间的电压值是否接近参考电压值；
若步骤S18的判断结果为否，则重复执行步骤S14及S16；以及
若步骤S18的判断结果为是，则执行步骤S20：导通第三开关且不导通第一开关、第二开关、第四开关及第五开关。
请参照图3，图3分别为于一实施例中的第一控制信号PH1、第二控制信号PH2、第三控制信号PH3、第四控制信号PH(K)、第五控制信号PH(K+1)、位于第一开关SW1与外部电容Cext之间的电压值Vn”及输出电压Vout的时序图。
如图3所示，于第一时间t1，当第一控制信号PH1拉起时，位于第一开关SW1与外部电容Cext之间的电压值Vn”会拉至第一电压V1(例如3伏特)。于第二时间t2，当第二控制信号PH2拉起时，通过第四控制信号PH(K)与第五控制信号PH(K+1)的反复切换将位于第一开关SW1与外部电容Cext之间的电压值Vn”稳定地下拉至与参考电压VREF(例如1.5伏特)接近。假设电压值Vn”于时间t3降至与参考电压VREF接近，则于第三时间t3将第三控制信号PH3拉起，使得电压值Vn”等于参考电压VREF(例如1.5伏特)，且其造成的电荷改变会使得输出电压Vout产生电压变化，如图3中圈起处所示。
相较于现有技术，根据本发明的应用于电容式触控面板的电容式触控感测电路及其电荷补偿方法可通过多次且反复补偿外部电容的电荷补偿机制来有效利用电路内部相对较小的电容抵消电路外部相对较大的电容，故可适用于重载的电容感测环境下，有效减少电容式触控感测电路内所需的补偿电容面积并确实提升内部电容感测范围。
由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (3)

1.一种电容式触控感测电路，耦接欲侦测的一外部电容，其特征在于，该电容式触控感测电路包含：
一第一开关，与该外部电容串接于一第一电压与一接地电压之间；
一第二开关，其一端耦接至该第一开关与该外部电容之间；
一第三开关，其一端耦接至该第二开关的另一端；
一内部电容；
一第四开关，与该内部电容串接于一第二电压与该接地电压之间，其中该第二电压为该第一电压的负值；
一第五开关，其一端耦接该第二开关的该另一端且其另一端耦接至该第四开关与该内部电容之间；
一积分器，其一输入端耦接该第三开关的另一端、其另一输入端耦接一参考电压且其输出端输出一输出电压；以及
一电容，耦接于该积分器的该输入端与该输出端之间，该电容式触控感测电路依序运作于一第一相、一第二相、一第三相及一第四相，当该电容式触控感测电路运作于该第一相时，导通该第一开关与该第四开关且不导通该第二开关、该第三开关及该第五开关，当该电容式触控感测电路运作于该第二相时，导通该第二开关与该第五开关且不导通该第一开关、该第三开关及该第四开关，当该电容式触控感测电路运作于该第三相时，导通该第二开关与该第四开关且不导通该第一开关、该第三开关及该第五开关，当该电容式触控感测电路运作于该第四相时，导通该第二开关与该第五开关且不导通该第一开关、该第三开关及该第四开关，该电容式触控感测电路重复运作于该第三相及该第四相，直至位于该第二开关与该第五开关之间的一电压值为该参考电压值时，仅导通该第三开关且不导通该第一开关、该第二开关、该第四开关及该第五开关。
2.一种电荷补偿方法，应用于一电容式触控感测电路，其特征在于，该电容式触控感测电路包含一第一开关、一第二开关、一第三开关、一内部电容、一第四开关、一第五开关、一积分器及一电容，该第一开关与一外部电容串接于一第一电压与一接地电压之间，该第二开关的一端耦接至该第一开关与该外部电容之间，该第三开关的一端耦接至该第二开关的另一端，该第四开关与该内部电容串接于一第二电压与该接地电压之间，该第二电压为该第一电压的负值，该第五开关的一端耦接该第二开关的该另一端且其另一端耦接至该第四开关与该内部电容之间，该积分器的一输入端耦接该第三开关的另一端、其另一输入端耦接一参考电压且其输出端输出一输出电压，该电容耦接于该积分器的该输入端与该输出端之间，该电容式触控感测电路依序运作于一第一相、一第二相、一第三相及一第四相，该电荷补偿方法包含下列步骤：
(a)当该电容式触控感测电路运作于该第一相时，导通该第一开关与该第四开关且不导通该第二开关、该第三开关及该第五开关；
(b)当该电容式触控感测电路运作于该第二相时，导通该第二开关与该第五开关且不导通该第一开关、该第三开关及该第四开关；
(c)当该电容式触控感测电路运作于该第三相时，导通该第二开关与该第四开关且不导通该第一开关、该第三开关及该第五开关；
(d)当该电容式触控感测电路运作于该第四相时，导通该第二开关与该第五开关且不导通该第一开关、该第三开关及该第四开关；
(e)判断位于该第二开关与该第五开关之间的一电压值是否为该参考电压值；以及
(f)若步骤(e)的判断结果为否，重复执行步骤(c)及步骤(d)。
3.根据权利要求2所述的电荷补偿方法，其特征在于，进一步包含：
(g)若步骤(e)的判断结果为是，导通该第三开关且不导通该第一开关、该第二开关、该第四开关及该第五开关。
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