具体实施方式
以下揭示内容提供了多种实施方式或例示,其能用以实现本揭示内容的不同特征。下文所述之组件与配置的具体例子系用以简化本揭示内容。当可想见,这些叙述仅为例示,其本意并非用于限制本揭示内容。举例来说,在下文的描述中,将一第一特征形成于一第二特征上或之上,可能包括某些实施例其中所述的第一与第二特征彼此直接接触;且也可能包括某些实施例其中还有额外的组件形成于上述第一与第二特征之间,而使得第一与第二特征可能没有直接接触。此外,本揭示内容可能会在多个实施例中重复使用组件符号和/或标号。此种重复使用乃是基于简洁与清楚的目的,且其本身不代表所讨论的不同实施例和/或组态之间的关系。
再者,在此处使用空间上相对的词汇,譬如「之下」、「下方」、「低于」、「之上」、「上方」及与其相似者,可能是为了方便说明图中所绘示的一组件或特征相对于另一或多个组件或特征之间的关系。这些空间上相对的词汇其本意除了图中所绘示的方位之外,还涵盖了装置在使用或操作中所处的多种不同方位。可能将所述设备放置于其他方位(如,旋转90度或处于其他方位),而这些空间上相对的描述词汇就应该做相应的解释。
虽然用以界定本申请较广范围的数值范围与参数皆是约略的数值,此处已尽可能精确地呈现具体实施例中的相关数值。然而,任何数值本质上不可避免地含有因个别测试方法所致的标准偏差。在此处,「约」通常系指实际数值在一特定数值或范围的正负10%、5%、1%或0.5%之内。或者是,「约」一词代表实际数值落在平均值的可接受标准误差之内,视本申请所属技术领域中具有通常知识者的考虑而定。当可理解,除了实验例之外,或除非另有明确的说明,此处所用的所有范围、数量、数值与百分比(例如用以描述材料用量、时间长短、温度、操作条件、数量比例及其他相似者)均经过「约」的修饰。因此,除非另有相反的说明,本说明书与附随申请专利范围所揭示的数值参数皆为约略的数值,且可视需求而更动。至少应将这些数值参数理解为所指出的有效位数与套用一般进位法所得到的数值。在此处,将数值范围表示成由一端点至另一端点或介于二端点之间;除非另有说明,此处所述的数值范围皆包括端点。
图2是本申请一实施例的触控装置10的示意图。触控装置10可包括触控控制电路12及触控面板14。在本实施例中,触控面板14可与图1的触控面板TP1具有相同的结构并可依据相同原理操作。此外,触控控制电路12可包括控制器U1及信号处理电路1001至100N,N为大于1的正整数。在有些实施例中,触控控制电路12可以以芯片实作。
在本实施例中,控制器U1可依序发送打码信号SIGT1至对应的发射电极GL1至GLM,而在发射电极GL1至GLM上的打码信号SIGT1会耦合至触控面板14的接收电极DL1至DLN,因此接收电极DL1至DLN上会对应产生耦合的感测信号SIGR1至SIGRN。
信号处理电路1001至100N可分别耦接至触控面板14中对应的接收电极DL1至DLN。信号处理电路1001可以接收感测信号SIGR1,并将感测信号SIGR1转换为同相数值及正交数值以使触控控制电路12据以判断触控面板14上的触摸事件。
在本实施例中,信号处理电路1001至100N可具有相同的结构并可依据相同的原理操作,举例来说,信号处理电路1001可耦接至接收电极DL1,并可接收感测信号SIGR1。信号处理电路1001可包括放大器110、带通三角积分模拟数字转换器120、同相正交解调器130及数字滤波器140。
放大器110可以将感测信号SIGR1放大以产生放大感测信号SIGA1,而带通三角积分模拟数字转换器120可以将放大感测信号SIGA1转换为数字感测信号SIGDA1。带通三角积分模拟数字转换器120的中心频率可以被动态地调整,且带通三角积分模拟数字转换器120可以针对频率与中心频率相近的信号进行模拟数字转换。由于带通三角积分模拟数字转换器120具有关注中心频率的窄带宽性能,因此在带通三角积分模拟数字转换器120的中心频率与打码信号SIGT1的频率相同的情况下,带通三角积分模拟数字转换器120能够对于与打码信号SIGT1具有相近频率的感测信号SIGR1进行高精确度的模拟数字转换。相较之下,先前技术的奈奎斯特模拟数字转换器是对整个奈奎斯特频率范围内的信号进行模拟数字转换,因此若想要利用奈奎斯特模拟数字转换器来实现与带通三角积分模拟数字转换器120相同的精确度,则会增加奈奎斯特模拟数字转换器在设计上的复杂度,从而大大增加硬件实现的成本。
在本实施例中,带通三角积分模拟数字转换器120的中心频率可以动态地被调整至与打码信号的频率fTX相近,例如使两者的频率差异在打码信号频率fTX的正负10%以内。举例来说,在图2的实施例中,控制器U1可以提供时钟信号SIGCLK,而带通三角积分模拟数字转换器120可依据时钟信号SIGCLK的频率进行采样,也就是说,带通三角积分模拟数字转换器120的采样频率fs会与时钟信号SIGCLK的频率相同,因此控制器U1可以通过时钟信号SIGCLK来控制带通三角积分模拟数字转换器120的采样频率。在此情况下,当控制器U1改变打码信号的频率fTX时,控制器U1便可以同步地调整时钟信号SIGCLK的频率,以对应调整带通三角积分模拟数字转换器120的采样频率fs。在本实施例中,由于带通三角积分模拟数字转换器120的采样频率fs与带通三角积分模拟数字转换器120的中心频率fc之间具有固定的倍率关系,因此通过调整带通三角积分模拟数字转换器120的采样频率fs便会对应地调整带通三角积分模拟数字转换器120的中心频率fc。因此,控制器U1可以依据采样频率fs与中心频率fc之间的倍率关系调整时钟信号SIGCLK的频率以使带通三角积分模拟数字转换器120的中心频率fc可以保持与打码信号的频率fTX相近。如此一来,就能够较为精准地对感测信号SIGR1进行模拟数字转换以产生出数字感测信号SIGDA1。
图3是本发明一实施例的带通三角积分模拟数字转换器120的示意图。在图3中,带通三角积分模拟数字转换器120可包括共振环路滤波器(resonator loop filter)122、多位量化器(Multibit quantizer)124、动态组件匹配(dynamic element matching,DEM)模块126及数字模拟转换器(Digital Analog Converter,DAC)128。数字模拟转换器128可将带通三角积分模拟数字转换器120所输出的数字感测信号SIGDA1转换为模拟信号以作为回授信号SIGFB,而动态组件匹配(dynamic element matching,DEM)模块126可以降低数字模拟转换器128中非理想组件所造成的影响。接着,带通三角积分模拟数字转换器120会将放大感测信号SIGA1与回授信号SIGFB相减,并通过共振环路滤波器122进行滤波以产生三角积分的调制信号,再通过多位量化器124进行量化以产生数字感测信号SIGDA1。
在本实施例中,带通三角积分模拟数字转换器120的中心频率f
c即为共振环路滤波器122的共振频率。而带通三角积分模拟数字转换器120的采样频率f
s可以设计为其中心频率f
c的X倍,使得带通三角积分模拟数字转换器120具有带通的特性。在图3中,共振环路滤波器122可使用二阶转移函数
来进行三角积分的调制,而其中系数α、中心频率f
c及采样频率f
s的关系可如式(1)表示。
也就是说,通过适当选择系数α的值,便可以对应地决定中心频率fc及采样频率fs之间的倍率关系。举例来说,若α的数值为cos(π/4),便可将带通三角积分模拟数字转换器120的中心频率fc设定为其采样频率fs的八分之一。
接着,同相正交解调器130可以将数字感测信号SIGDA1解调成多个同相采样值及多个正交采样值。举例来说,同相正交解调器130可依序将感测信号SIGDA1与正弦信号上的多个采样点相乘以产生多个同相采样值,并可依序将数字感测信号SIGDA1与余弦信号上的多个采样点相乘以产生多个正交采样值。
一般来说,同相正交解调器130所需的采样点会与打码信号的频率f
TX及带通三角积分模拟数字转换器120的采样频率f
s有关,举例来说,同相正交解调器130所需的同相采样点可例如表示为
其中x为正整数。在此情况下,若打码信号的频率f
TX与采样频率f
s互质,则当x的数值从1依序增加到超过采样频率f
s时,便会开始取得相同的采样点,也就是说,在对正弦信号取出f
s个采点之后,便会开始取出相同的采样点。在此情况下,同相正交解调器130实际上只需要f
s个采样点,而x可以是1至f
s中的任一整数(x的数值可包括1及f
s)。然而,若采样频率f
s为打码信号的频率f
TX的X倍,则当x的数值从1依序增加到超过X时,便会开始取得相同的采样点,在此情况下,同相正交解调器130实际上只需要X个采样点,此时x可以是1至X中的任一整数(x的数值可包括1及X)。
依据前述的说明可知,在打码信号的频率fTX与采样频率fs之间没有固定倍率关系的情况下,当打码信号的频率fTX改变时,同相正交解调器130也需要对应地取得新的同相采样点及正交采样点。在有些实施例中,触控控制电路12会另外包括正弦信号产生器或余弦信号产生器来产生正弦信号或余弦信号,以便在正弦信号或余弦信号中取出所需的采样点。然而如此一来,会增加同相正交解调器130所需的面积及硬件。
然而,在信号处理电路1001中,带通三角积分模拟数字转换器120的采样频率fs与中心频率fc之间的比例可以固定为X,且当打码信号的频率fTX改变时,带通三角积分模拟数字转换器120的采样频率fs也会对应地变动,使得带通三角积分模拟数字转换器120的中心频率fc与打码信号的频率fTX保持在相同或相近的状态。在此情况下,即使打码信号SIGT1的频率fTX产生变动,带通三角积分模拟数字转换器120的采样频率fs也会随之变动为打码信号频率fTX的X倍,因此同相正交解调器130仍然仅需要使用相同的X个同相采样点及X个正交采样点就能够对完成解调。
在本实施例中,X可以是大于2的整数,并且可以是2的幂次,例如但不限于为8。在此情况下,正弦信号上的八个正弦采样点可以是在360度上平均分布的八个采样点,例如
及
其中
为-π至π中的任意实数,此时任两个相邻的正弦采样点的相位差为45度。相似地,余弦信号上的八个余弦采样点可以是在360度上平均分布的八个采样点,例如
及
此时任两个相邻的余弦采样点的相位差为45度。
由于余弦信号与正弦信号为波型相同但相位差为90度的两组信号,因此在本实施例中,信号处理电路1001可以预先储存八个正弦采样点,并且可以依据这八个正弦采样点推得另外所需的八个余弦采样点,而无须另外储存八个余弦采样点。举例来说,信号处理电路1001可另包括解调采样寄存器160,解调采样寄存器160可以储存八个正弦采样点
及
此外,信号处理电路1001可将此正弦序列向右循环移位两个采样点,也就是取得与原正弦序列的相位差为90度的采样点序列
及
作为余弦序列,如此一来,信号处理电路1001便可自正弦序列取得余弦序列中的八个采样点,而毋需另外储存余弦信号的采样点,从而减少信号处理电路1001所需的硬件面积。
取得数字感测信号SIGDA1的多个同相采样值及多个正交采样值之后,数字滤波器140可将多个同相采样值及多个正交采样值中的高频噪声滤除。此外,在图2的实施例中,信号处理电路1001还可包括降采样单元150。降采样单元150可以依据多个同相采样值产生同相数值ID1及多个正交采样值产生正交数值QD1。举例来说,降采样单元150可将多个同相采样值累加后乘以特定的权重值来作为同相数值ID1,并可将多个正交采样值累加后乘以特定的权重值来作为正交数值QD1。
在本实施例中,信号处理电路1001至100N可对感测信号SIGR1至SIGRN进行放大、模拟数字转换、正交解调及降采操作,并取得对应的同相数值ID1至IDN及正交数值QD1至QDN。接着,控制器U1便可依据感测信号SIGR1至SIGRN的同相数值ID1至IDN及正交数值QD1至QDN推估感测信号SIGR1至SIGRN的幅值,再依据感测信号SIGR1至SIGRN的幅值判断触控面板14上是否发生触摸事件,并在发生触摸事件时,进一步判断出触控面板14上被触摸的位置。
此外,由于带通三角积分模拟数字转换器120的操作会使得量化噪声会被移至高频而产生带外量化噪声,因此一般来说,为了将带外量化噪声滤除,会在带通三角积分模拟数字转换器120之后设置带通滤波器来消除带外量化噪声。然而在本实施例中,带通三角积分模拟数字转换器120所产生的带外量化噪声在通过同相正交解调器130、数字滤波器140及降采样单元150之后即会被滤除,因此无须在信号处理电路1001至100N中另外设置带通滤波器。
然而,在带通三角积分模拟数字转换器120的采样过程中,有些频率大于采样频率fs的噪声信号会在折迭后成为低频的混迭(aliasing)噪声,导致采样结果信噪比降低而影响到信号质量。因此在有些实施例中,可以在对放大感测信号SIGA1进行采样之前,先利用滤波器将其中的高频信号滤除,以减少混迭噪声的产生。
图4为本发明另一实施例的触控装置20的示意图。触控装置20可包括触控控制电路22及触控面板14。触控控制电路22可包括控制器U1及信号处理电路2001至200N。信号处理电路2001至200N与信号处理电路1001至100N可具有相似的结构,并可依据相似的原理操作,然而每一信号处理电路2001至200N还可包括低通滤波器270。
在此情况下,低通滤波器270可以过滤放大感测信号SIGA1中,频率大于或等于带通三角积分模拟数字转换器120的采样频率fs的信号,以减少在带通三角积分模拟数字转换器120的采样过程中产生混迭噪声。
应注意的是,低通滤波器270必须允许与打码信号SIGT1具有相近频率的信号能够通过,因此若X的数值较小,例如小于或等于4时,就可能因为欲保留的信号及欲滤除的信号频率较为接近,而增加低通滤波器270的设计复杂度。此外,若为了方便低通滤波器270的实作而选择数值较大的X,则会导致同相正交解调器130所需储存的采样点变多。例如若X为16,则同相正交解调器130便需要16个正弦采样点及16个余弦采样点。也就是说,X的数值越大,信号处理电路2001就需要储存越多的采样点。因此,设计者可以通过适当地选择X的数值,以避免低通滤波器270的设计过于复杂,并避免信号处理电路2001所需储存的采样点数量过多。
综上所述,本申请的实施例所提供的信号处理电路和相关的触控控制电路、芯片及触控装置可以利用带通三角积分模拟数字转换器来对感测信号进行模拟数字转换,由于带通三角积分模拟数字转换器具有关注中心频率的窄带宽性能,因此在中心频率与打码信号的频率相近的情况下,带通三角积分模拟数字转换器能够达到较高的转换精确度。此外,带通三角积分模拟数字转换器可使中心频率与采样频率之间具有固定的倍率,因此即便打码信号的频率产生变动,同相正交解调器仍然可以利用相同的采样点来进行正交解调,从而减少信号处理电路的设计复杂度及硬件实现成本。
上文的叙述简要地提出了本申请某些实施例之特征,而使得本申请所属技术领域具有通常知识者能够更全面地理解本揭示内容的多种态样。本申请所属技术领域具有通常知识者当可明了,其可轻易地利用本揭示内容作为基础,来设计或更动其他工艺与结构,以实现与此处所述之实施方式相同的目的和/或达到相同的优点。本申请所属技术领域具有通常知识者应当明白,这些均等的实施方式仍属于本揭示内容之精神与范围,且其可进行各种变更、替代与更动,而不会悖离本揭示内容之精神与范围。