JP2011086297A - 静電容量型タッチパネル用センシング回路 - Google Patents

静電容量型タッチパネル用センシング回路 Download PDF

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Abstract

【課題】センシング回路の出力端子で高い電圧低下を生成する静電容量型タッチパネル用のセンシング回路を提供する。
【解決手段】センシング回路は、オペレーションアンプ、第１から第６からなる６つのスイッチおよび第１と第２のフィードバックコンデンサーを有している。オペレーションアンプは正側入力端子、負側入力端子および出力端子を有し、基準電圧は正側入力端子に入力される。第１のスイッチは受信電極と負側入力端子の間で接続され、第２のスイッチは負側入力端子と出力端子の間で接続される。第３のスイッチは負側入力端子および第１のフィードバックコンデンサーに接続され、第４のスイッチは第１のフィードバックコンデンサーおよび出力端子に接続される。第５のスイッチは負側入力端子および第２のフィードバックコンデンサーに接続され、第６のスイッチは第２のフィードバックコンデンサーおよび出力端子に接続される。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、タッチパネル用のセンシング回路に関し、特に静電容量型タッチパネル用のセンシング回路に関する。この出願は２００９年１０月１９日に出願された台湾出願第９８１３５２９５号の利益を要求するものであって、その主題は参照によってここに組込まれるものとする。
図１は従来技術に従う静電容量型タッチパネルシステムを示す概略回路図である。図１に示すように、静電容量型タッチパネルシステムは駆動ユニットu1〜u6、センシング回路s1〜s6、及びタッチパネルを含む。タッチパネルは駆動電極d1〜d6と受信電極r1〜r6を含んでおり、それらは直接互いには接続されていない。駆動電極d1〜d6はそれぞれの駆動ユニットu1〜u6の出力端子に接続される。受信電極r1〜r6はそれぞれのセンシング回路s1〜s6の入力端子に接続される。等価なキャパシタンスCd1〜Cd6が駆動電極d1〜d6と接地の間に存在する。等価なキャパシタンスCr1〜Cr6は受信電極r1〜r6と接地の間に存在する。さらに、相互キャパシタンスCm11〜Cm66は駆動電極d1〜d6とそれぞれの受信電極r1〜r6の間に存在する。明確化のため、６つの駆動電極d1〜d6および６つの受信電極r1〜r6すなわち、タッチパネルが図１に示される。より多くの駆動電極および受信電極を備えた静電容量型タッチパネルは、同様の配置を有しているものとすることができ、余分にはここに記述されない。
図１の静電容量型タッチパネルは、複数の指用のタッチパネルである。伝導性の指示オブジェクト(例えば指)が静電容量型タッチパネルに触れるとき、相互の容量値が変更される。相互の容量値の変更に従って触れられた位置が認識される。一般に、一旦ユーザの指が静電容量型タッチパネルのタッチポイントに置かれれば、タッチポイントの相互の容量値が変更される。その間に、駆動信号は、対応する相互容量に送られる。その駆動信号に応じて、相互容量に格納された電気量は相応して変更される。その電気量の変更はセンシング回路によって検知される。前記センシング回路に接続された後段の回路(図示せず)は、電気量の変更によるタッチポイントの位置を認識することができる。さらに、電気量(Q)と電圧(V)および容量値(C)の関係は、方程式Q=CxVに従うので、センシング回路は後段の回路にさらに電圧変化を提供し得る。後段の回路は、電圧変化によるタッチポイントの位置を認識する。
再び図１を参照する。６つの駆動信号P1〜P6は、駆動ユニットu1〜u6を介し駆動電極d1〜d6にそれぞれのパルスを連続して供給する。相互のキャパシタンスCm11〜Cm66が駆動電極d1〜d6とそれぞれの受信電極r1〜r6の間で接続されているので、相互のキャパシタンスCm11〜Cm66の結合電荷は受信電極r1〜r6を介してセンシング回路s1〜s6に送られる。そのため、出力電圧Vo1〜Vo6はセンシング回路s1〜s6によってそれぞれ生成される。
例えば、駆動サイクルTで生成された第１の駆動信号P1のパルスは、第１の駆動電極d1に接続される相互のキャパシタンスCm11〜Cm16を充電する。相互のキャパシタンスCm11〜Cm16の結合電荷は受信電極r1〜r6を通してセンシング回路s1〜s6に送られる。相応して、出力電圧Vo1〜Vo6は、センシング回路s1〜s6によってそれぞれ生成される。
タッチポイントが相互のキャパシタンスCm11に近いものと仮定して、第１のセンシング回路s1によって生成された出力電圧Vo1は、センシング回路s2〜s6からそれぞれ出力される出力電圧Vo2〜Vo6とは異なるものとなる。２つのタッチポイントがそれぞれ相互のキャパシタンスCm11およびCm16と近いものであると仮定して、第１のセンシング回路s1および第６のセンシング回路s6によって生成された出力電圧Vo1、Vo6は、センシング回路s2〜s5からそれぞれ出力される出力電圧Vo2〜Vo5とは異なったものとなる。
次の駆動サイクルでは、駆動信号P2〜P6は、駆動電極d1〜d6に連続してパルスを供給する。相応して、出力電圧Vo1〜Vo6はセンシング回路s1〜s6によってそれぞれ生成される。
これらの６つの駆動サイクルT1は、走査サイクルτを構成すると考えられる。換言すれば、走査サイクルτの後は静電容量型タッチパネルのエリアはすべて一度走査されたものとなる。そういうものとして、タッチパネル上の少なくとも１つのタッチポイントの位置は認識することができる。
図２は、先行技術による静電容量型タッチパネルシステムのセンシング回路を例示する概略回路図である。図２に示すように、センシング回路sは積分回路によって構成される。センシング回路sはオペレーションアンプ200およびフィードバックコンデンサーCiを含む。基準電圧Vrefはオペレーションアンプ200の正側入力端子(+)に入力される。フィードバックコンデンサーCiの両端子は、負側入力端子(-)およびオペレーションアンプ200の出力端子Voにそれぞれ接続される。さらに、オペレーションアンプ200の負側入力端子(-)も受信電極rに接続される。相互のキャパシタンスCmは受信電極rと駆動電極dの間に接続される。等価なキャパシタンスCrは受信電極rと接地端子GNDの間に接続される。
オペレーションアンプ200の通常動作中において、オペレーションアンプ200の正側入力端子(+)および負側入力端子(-)に入力した電圧は、基準電圧Vrefと等しい。すなわち、キャパシタンスCrの両側の電圧は基準電圧Vrefと等しい。駆動電極dを通り抜けるパルスの振幅がVyであるという場合では、出力端子Voは電圧降下ΔVoを有する。
電圧降下ΔVoは次の方程式(I)、ΔVo=-Vy(Cm/Ci)によって計算される。図１の中で示される第１の駆動信号P1をとってみると、タッチポイントが作成されないという場合では、相互のキャパシタンスCm11〜Cm16の相互の容量値は不変である。したがって、センシング回路s1〜s6の出力端子Vo1〜Vo6の電圧降下は同一である。他方、もしタッチポイントが相互のキャパシタンスCm11に近い場合、相互のキャパシタンスCm11の相互の容量値は変更され、したがって、第１のセンシング回路s1の出力端子Vo1の電圧降下は、センシング回路s2〜s6の出力端子Vo2〜Vo6の電圧降下とは異なるものとなる。センシング回路s1〜s6の出力端子Vo1〜Vo6の電圧降下によれば、後段の回路は、タッチポイントの位置を認識することができる。
タッチポイントの相互のキャパシタンスCmの相互の容量値の変化が非常に小さい場合、相互のキャパシタンスCmの結合電荷は他の相互のキャパシタンスの結合電荷とはわずかに異なる。そのため、タッチポイントに対応するセンシング回路によって生成された電圧降下は、他のセンシング回路によって生成された電圧降下とはわずかに異なることになる。この場合において、後段の回路は、電圧降下の変化によるタッチポイントの位置を認識できない。
図３は、先行技術による他の１つの静電容量型タッチパネルシステムを例示する概略回路図である。図３に示すように、駆動信号P1〜P6の各々は、駆動サイクルTで、２つのパルスt1、t2を生成する。換言すれば、相互のキャパシタンスの結合電荷は、数回生成される。センシング回路s1〜s6は、相互のキャパシタンスの結合電荷を数回蓄積するように設計されている。そのため、センシング回路s1〜s6からの出力電圧Vo1〜Vo6は識別可能である。
図３に示すように、走査サイクルτは６つの駆動サイクルTを含んでおり、２つのパルスt1、t2が、各駆動サイクルTで生成される。すなわち、駆動信号P1〜P6の各々が各駆動サイクルTで、２つのパルスt1、t2を生成するので、相互のキャパシタンスの結合電荷は数回生成される。センシング回路s1〜s6、相互のキャパシタンスの結合電荷を数回蓄積するように設計され、タッチポイントの位置を決定するためのより高い電圧降下を生成する。換言すれば、走査サイクルτの後、静電容量型タッチパネルのすべてのエリアは一度に走査される。このようにタッチパネル上の少なくとも１つのタッチポイントの位置は認識される。
明確にするため、各駆動サイクルTで生成された２つのパルスt1、t2が、図３の中で示される。なお、２つより多いパルスを各駆動サイクルTで生成してもよい。そういうものとして、センシング回路s1〜s6はより高い電圧降下を生成する。相互のキャパシタンスの結合電荷を蓄積する多数のパルスの使用は、例えば「静電容量型センサーおよび配列」を名称とする米国特許第6,452,514号に示される。
本発明は当該センシング回路の出力端子で高い電圧低下を生成する静電容量型タッチパネルで使用するセンシング回路を提供する。タッチポイントからの電圧降下と、触っていないポインからの電圧降下は区別されることから、後段の回路は、容易に電圧降下の変化によるタッチポイントの実際の位置を認識することができる。
本発明の一態様に従って、静電容量型タッチパネルの受信電極で使用するセンシング回路が提供される。相互のキャパシタンスは、静電容量型タッチパネルおよび受信電極の駆動電極間で接続される。駆動電極は駆動信号を受け取る。センシング回路は、オペレーションアンプ、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第１のフィードバックコンデンサー、第２のフィードバックコンデンサー、第３のスイッチ、第４のスイッチ、第５のスイッチおよび第６のスイッチを有する。オペレーションアンプには正側入力端子、負側入力端子および出力端子を有する。基準電圧はオペレーションアンプの正側入力端子に入力される。第１のスイッチは、受信電極とオペレーションアンプの負側入力端子の間で接続される。第２のスイッチは、負側入力端子とオペレーションアンプの出力端子の間で接続される。第３のスイッチは、オペレーションアンプの負側入力端子に第１の端子が接続され、第１のフィードバックコンデンサーの第１の端子に第２の端子が接続される。第４のスイッチは、第１のフィードバックコンデンサーの第２の端子に接続される第１の端子と、オペレーションアンプの出力端子に接続される第２の端子を有する。第５のスイッチは、オペレーションアンプの負側入力端子に接続される第１の端子と、第２のフィードバックコンデンサーの第１の端子に接続される第２の端子を有する。第６のスイッチは、第２のフィードバックコンデンサーの第２の端子に接続する第１の端子と、およびオペレーションアンプの出力端子に接続される第２の端子を有する。駆動信号は駆動サイクル中に少なくとも１つのパルスを生成する。パルスの立ち上がりエッジに応じて、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、第４のスイッチ、第５のスイッチおよび第６のスイッチは制御され、その結果、第１のフィードバックコンデンサーは第１の充電方向に充電される。パルスの立ち下がりエッジに応じて、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、第４のスイッチ、第５のスイッチおよび第６のスイッチは制御され、その結果、第２のフィードバックコンデンサーは第２の充電方向に充電される。
本発明の上述の内容は、詳細な説明および次に示す添付図面を考慮した後、当該技術の当業者により容易に明白とされるものである。
従来の技術の静電容量型タッチパネルシステムを例示する概略回路図である。 従来の技術による静電容量型タッチパネルシステムのセンシング回路を例示する概略回路図である。 従来の技術による他の静電容量型タッチパネルシステムを例示する概略回路図である。 本発明の第１の実施形態によるセンシング回路を例示する概略回路図である。 図４Ａに示すセンシング回路の関連する信号処理を例示する概略タイミング波形図である。 プレチャージサイクル中の図４のセンシング回路を例示する概略回路図である。 駆動サイクルTの第１のパルスt1の先の時間間隔t1aの間の図４のセンシング回路を例示する概略回路図である。 駆動サイクルTの第１のパルスt1の後の時間間隔t1bの間の図４のセンシング回路を例示する概略回路図である。 出力サイクルOの間の図４のセンシング回路を例示する概略回路図である。 本発明の第２の実施形態によるセンシング回路を例示する概略回路図である。 図６Ａに示されるセンシング回路の関連する信号処理を例示する概略タイミング波形図である。 プレチャージサイクル中の図６のセンシング回路を例示する概略回路図である。 駆動サイクルTの第１のパルスt1の先の時間間隔t1aの間の図６のセンシング回路を例示する概略回路図である。 駆動サイクルTの第１のパルスt1の後の時間間隔t1bの間の図６のセンシング回路を例示する概略回路図である。 出力サイクルOの間の図6のセンシング回路を例示する概略回路図である。 本発明の第３の実施形態によるセンシング回路を例示する概略回路図である。 図８Ａに示すセンシング回路の関連する信号処理を例示する概略タイミング波形図である。 プレチャージサイクル中の図８のセンシング回路を例示する概略回路図である。 駆動サイクルTの第１のパルスt1の先の時間間隔t1aの間の図８のセンシング回路を例示する概略回路図である。 駆動サイクルTの第１のパルスt1の後の時間間隔t1bの間の図８のセンシング回路を例示する概略回路図である。 出力サイクルOの間の図８のセンシング回路を例示する概略回路図である。
本発明はここで次の実施形態を参照しながらより明確に記述される。なお、本発明の好適な実施形態の次の記述は、説明と解説だけの目的のためでここに示される。また、網羅するものあるいは開示されたところから正確さに制限されたものとなるように意図したものではない。
図４Ａは、本発明の第１の実施形態に従いセンシング回路を例示する概略回路図である。図４Ｂは、図４Ａに示すセンシング回路の関連する信号処理を例示する概略タイミング波形図である。センシング回路sはオペレーションアンプ400、第１のフィードバックコンデンサーCi1、第２のフィードバックコンデンサーCi2および８個のスイッチsw1〜sw8を有する。
基準電圧Vrefは、オペレーションアンプ400の正側入力端子(+)に入力される。第１のスイッチsw1は第１の制御信号ctr1によって制御され、受信電極rとオペレーションアンプ400の負側入力端子(-)の間に接続される。第２のスイッチsw2は第２の制御信号ctr2によって制御され、オペレーションアンプ400の負側入力端子(-)と出力端子Voの間に接続される。第３のスイッチsw3は第３の制御信号ctr3によって制御される。第３のスイッチsw3の第１の端子は、オペレーションアンプ400の負側入力端子(-)に接続される。第３のスイッチsw3の第２の端子は第１のフィードバックコンデンサーCi1の第１の端子に接続される。第４のスイッチsw4は第４の制御信号ctr4によって制御される。第４のスイッチsw4の第１の端子は第１のフィードバックコンデンサーCi1の第２の端子に接続される。第４のスイッチsw4の第２の端子はオペレーションアンプ400の出力端子Voに接続される。第５のスイッチsw5は第５の制御信号ctr5によって制御される。第５のスイッチsw5の第１の端子は、オペレーションアンプ400の負側入力端子(-)に接続される。第５のスイッチsw5の第２の端子は第２のフィードバックコンデンサーCi2の第１の端子に接続される。第６のスイッチsw6は第６の制御信号ctr6によって制御される。第６のスイッチsw6の第１の端子は第２のフィードバックコンデンサーCi2の第２の端子に接続される。第６のスイッチsw6の第２の端子はオペレーションアンプ400の出力端子Voに接続される。第７のスイッチsw7は第７の制御信号ctr7によって制御され、第３のスイッチsw3の第２の端子とオペレーションアンプ400の出力端子Voの間に接続される。第８のスイッチsw8は第８の制御信号ctr8によって制御され、第１のフィードバックコンデンサーCi1の第２の端子と第２のフィードバックコンデンサーCi2の第２の端子の間に接続される。
この実施形態では、第１のフィードバックコンデンサーCi1および第２のフィードバックコンデンサーCi2は、同じ容量値を持っており、それはCi/2と等しい。
図４Ｂに示すように、駆動信号Pの走査サイクルτは、プレチャージサイクル、駆動サイクルT、および出力サイクルOを有する。各駆動サイクルTで、駆動信号Pは３つのパルスt1、t2、t3を生成する。出力サイクルOは駆動サイクルTに続く。残りの時間はプレチャージサイクルである。８つの制御信号ctr1〜ctr8の高レベルの状態に応じて、スイッチsw1〜sw8は閉じた状態とされる。しかし、８つの制御信号ctr1〜ctr8の低レベルの状態に応じて、スイッチsw1〜sw8は開いた状態とされる。以下に、センシング回路sの動作について図４、５を参照しながら、より詳しく説明する。
図５Ａはプレチャージサイクル中の図４Ａのセンシング回路を例示する概略回路図である。プレチャージサイクル中では、スイッチsw1〜sw6は全て閉じた状態とされるが、第７のスイッチsw7および第８のスイッチsw8は開いた状態とされる。プレチャージサイクル期間ではパルスが生成されず、第１のフィードバックコンデンサーCi1および第２のフィードバックコンデンサーCi2の両端子は短絡しているため、第１のフィードバックコンデンサーCi1および第２のフィードバックコンデンサーCi2に蓄積された電荷量はゼロとなる。
図５Ｂは駆動サイクルTの第１のパルスt1の先の時間間隔t1aの間の図４Ａのセンシング回路を例示する概略回路図である。図４Ｂ、５Ｂを参照する。第１のパルスt1の先の時間間隔t1aでは、第１のパルスt1は低レベルの状態から高レベルの状態まで切り替えられる。すなわち、第１のパルスt1の立ち上がりエッジは先の時間間隔t1aの内にある。その間に、第１のスイッチsw1、第３のスイッチsw3および第４のスイッチsw4は閉じた状態とされるが、第２のスイッチsw2およびスイッチsw5〜sw8は開いた状態とされる。
そのため、相互のキャパシタンスCmは第１のパルスt1の立ち上がりエッジで結合電荷を生成する。さらに、相互のキャパシタンスCmの正側端子(+)が駆動電極dに接続され、相互のキャパシタンスCmの負側端子(-)が受信電極rに接続されるので、第１のフィードバックコンデンサーCi1の第１の端子は正側端子(+)であり、第１のフィードバックコンデンサーCi1の第２の端子は負側端子(-)である。方程式(I)によれば、第１のフィードバックコンデンサーCi1の両端の電圧降下は次式ΔVo=2(Vy(Cm/Ci))のように得られる。
図５Ｃは駆動サイクルTの第１のパルスt1の後の時間間隔t1bの間の図４Ａのセンシング回路を例示する概略回路図である。図４Ｂ、５Ｃを参照する。第１のパルスt1の後の時間間隔t1bでは、第１のパルスt1は高レベルの状態から低レベルの状態まで切り替えられる。すなわち、第１のパルスt1の立ち下がりエッジは後の時間間隔t1bの内にある。その間に、第１のスイッチsw1、第５のスイッチsw5および第６のスイッチsw6は閉じた状態であるが、第２のスイッチsw2、第３のスイッチsw3、第４のスイッチsw4、第７のスイッチsw7および第８のスイッチsw8は、開いた状態である。
そのため、相互のキャパシタンスCmは第１のパルスt1の立ち下がりエッジで結合電荷を生成する。さらに、相互のキャパシタンスCmの負側端子(-)が駆動電極dに接続され、相互のキャパシタンスCmの正側端子(+)が受信電極rに接続されるので、第２のフィードバックコンデンサーCi2の第１の端子は負側端子(-)であり、第２のフィードバックコンデンサーCi2の第２の端子は正側端子(+)である。方程式(I)によれば、第２のフィードバックコンデンサーCi2の両端の電圧降下は次式ΔVo=2(Vy(Cm/Ci))のように得られる。
図５Ｂ、５Ｃから理解されるように、第１のフィードバックコンデンサーCi1は、駆動信号の第１のパルスt1の立ち上がりエッジに応じて第１の端子から第２の端子へ第１の充電方向に充電される。また、第２のフィードバックコンデンサーCi2は、駆動信号の第１のパルスt1の立ち下がりエッジに応じて第２の端子から第１の端子への第２の充電方向に充電される。
同様に、第２のパルスt2の先の時間間隔t2aの間、センシング回路sの動作状況は図５Ｂに述べたものと似ている。さらに、第１のフィードバックコンデンサーCi1は第１の端子から第２の端子へ充電され、第１のフィードバックコンデンサーCi1の両端の電圧降下は次式ΔVo=４(Vy(Cm/Ci))のように得られる。同様に、第２のパルスt2の後の時間間隔t2bの間、センシング回路sの動作状況は図５Ｃに述べたものと似ている。さらに、第２のフィードバックコンデンサーCi2は第２の端子から第１の端子へ充電され、第２のフィードバックコンデンサーCi2の両端の電圧降下は次式ΔVo=４(Vy(Cm/Ci))のように得られる。
同様に、第３のパルスt3の先の時間間隔t3aの間、センシング回路sの動作状況は図５Ｂに述べたものと似ている。さらに、第１のフィードバックコンデンサーCi1は第１の端子から第２の端子へ充電され、第１のフィードバックコンデンサーCi1の両端の電圧降下は次式ΔVo=６(Vy(Cm/Ci))のように得られる。同様に、第３のパルスt3の後の時間間隔t3bの間に、センシング回路sの動作状況は図５Ｃに述べたものと似ている。さらに第２のフィードバックコンデンサーCi2は第２の端子から第１の端子へ充電され、第２のフィードバックコンデンサーCi2の両端の電圧降下は次式ΔVo=６(Vy(Cm/Ci))のように得られる。
図５Ｄは出力されたサイクルOの間の図４Ａのセンシング回路を例示する概略回路図である。図４Ｂ、５Ｄを参照する。出力サイクルOの期間では、第５のスイッチsw5、第７のスイッチsw7および第８のスイッチsw8は、閉じた状態であるが、スイッチsw1〜sw4および第６のスイッチsw6は開いた状態である。
明らかに、出力サイクルOの間に、第１のフィードバックコンデンサーCi1の両端の電圧は第２のフィードバックコンデンサーCi2の両端の電圧によって増加する。そのため、出力端子Voの電圧降下は次式ΔVo=１２(Vy(Cm/Ci))のように得られる。換言すれば、Nパルスが駆動サイクルTに生成されるという場合では、出力端子Voの電圧降下は次式ΔVo=4N(Vy(Cm/Ci))のように得られる。
第１の実施形態では、センシング回路sの出力端子での電圧降下は、出力サイクル中に増加する。よって、タッチポイントからの電圧降下と、触っていないポインからの電圧降下は区別されることから、後段の回路は、容易に電圧降下の変化によるタッチポイントの実際の位置を認識することができる。
図６Ａは、本発明の第２の実施形態に従ってセンシング回路を例示する概略回路図である。図６Ｂは、図６Ａに示すセンシング回路の関連する信号処理を例示する概略タイミング波形図である。センシング回路sはオペレーションアンプ600、第１のフィードバックコンデンサーCi1、第２のフィードバックコンデンサーCi2および８つのスイッチsw1〜sw8を有する。
基準電圧Vrefは、オペレーションアンプ600の正側入力端子(+)に入力される。第１のスイッチsw1は第１の制御信号ctr1によって制御され、受信電極rとオペレーションアンプ600の負側入力端子(-)の間に接続される。第２のスイッチsw2は第２の制御信号ctr2によって制御され、負側入力端子(-)とオペレーションアンプ600の出力端子Voの間に接続される。第３のスイッチsw3は第３の制御信号ctr3によって制御される。第３のスイッチsw3の第１の端子は、オペレーションアンプ600の負側入力端子(-)に接続される。第３のスイッチsw3の第２の端子は第１のフィードバックコンデンサーCi1の第１の端子に接続される。第４のスイッチsw4は第４の制御信号ctr4によって制御される。第４のスイッチsw4の第１の端子は第１のフィードバックコンデンサーCi1の第２の端子に接続される。第４のスイッチsw4の第２の端子はオペレーションアンプ600の出力端子Voに接続される。第５のスイッチsw5は第５の制御信号ctr5によって制御される。第５のスイッチsw5の第１の端子は、オペレーションアンプ600の負側入力端子(-)に接続される。第５のスイッチsw5の第２の端子は第２のフィードバックコンデンサーCi2の第１の端子に接続される。第６のスイッチsw6は第６の制御信号ctr6によって制御される。第６のスイッチsw6の第１の端子は第２のフィードバックコンデンサーCi2の第２の端子に接続される。第６のスイッチsw6の第２の端子はオペレーションアンプ600の出力端子Voに接続される。第７のスイッチsw7は第７の制御信号ctr7によって制御され、第３のスイッチsw3の第２の端子とオペレーションアンプ600の出力端子Voの間に接続される。第８のスイッチsw8は第８の制御信号ctr8によって制御され、第１のフィードバックコンデンサーCi1の第２の端子とオペレーションアンプ600の負側入力端子(-)の間に接続される。この実施形態では、第１のフィードバックコンデンサーCi1および第２のフィードバックコンデンサーCi2は、同じ容量値を持っており、それはCi/2と等しい。
図６Ｂに示すように、駆動信号のPの走査サイクルτは、プレチャージサイクル、駆動サイクルTおよび出力サイクルOを有する。各駆動サイクルTで、駆動信号のPは3のパルスt1、t2およびt3を生成する。出力サイクルOは駆動サイクルTに続く。残った時間はプレチャージサイクルである。８つの制御信号ctr1〜ctr8の高レベルの状態に応じて、スイッチsw1〜sw8は閉じた状態とされる。しかし、８つの制御信号ctr1〜ctr8の低レベルの状態に応じて、スイッチsw1〜sw8は開いた状態とされる。以下に、センシング回路sの動作については、図６、７を参照しながらより詳しく例示される。
図７Ａはプレチャージサイクル中の図６Ａのセンシング回路を例示する概略回路図である。プレチャージサイクル中にすべてスイッチsw1〜sw6は閉じた状態とされるが、第７のスイッチsw7および第８のスイッチsw8は開いた状態とされる。プレチャージサイクル中にはパルスが生成されず、第１のフィードバックコンデンサーCi1および第２のフィードバックコンデンサーCi2の両端子は短絡していることから、第１のフィードバックコンデンサーCi1および第２のフィードバックコンデンサーにCi2に充電される電荷量はゼロとなる。
図７Ｂは駆動サイクルＴの第１のパルスｔ１の先の時間間隔ｔ１ａの間の図６Ａのセンシング回路を例示する概略回路図である。図７Ｂの中の回路の接続は図５Ｂの中のそれで同じであり、余分にここに記述はしない。すなわち、方程式(I)によれば、第１のフィードバックコンデンサーCi1の両端の電圧降下は次式ΔVo=2(Vy(Cm/Ci))のように得られる。
図７Ｃは駆動サイクルTの第１のパルスt1の後の時間間隔t1bの間の図６Ａのセンシング回路を例示する概略回路図である。図７Ｃの中の回路の接続は図５Ｃの中のそれで同じであり、余分にここに記述はしない。すなわち方程式(I)によれば、第２のフィードバックコンデンサーCi2の両端の電圧降下は次式ΔVo=2(Vy(Cm/Ci))のように得られる。
図７Ｂ，７Ｃから理解されるように、第１のフィードバック・コンデンサーCi1は、駆動信号の第１のパルスt1の立ち上がりエッジに応じて第１の端子から第２の端子へ第１の充電方向に充電される。また、第２のフィードバック・コンデンサーCi2は、駆動信号の第１のパルスt1の立ち下がりエッジに応じて第２の端子から第１の端子への第２の充電方向に充電される。
同様に、第２のパルスt2の先の時間間隔t2aの間、センシング回路sの動作状況は図７Ｂに述べたものと似ている。さらに、第１のフィードバックコンデンサーCi1は第１の端子から第２の端子へ充電され、第１のフィードバックコンデンサーCi1の両端の電圧降下は次式ΔVo=４(Vy(Cm/Ci))のように得られる。同様に、第２のパルスt2の後の時間間隔t2bの間、センシング回路sの動作状況は図７Ｃに述べたものと似ている。さらに、第２のフィードバックコンデンサーCi2は第２の端子から第１の端子へ充電され、第２のフィードバックコンデンサーCi2の両端の電圧降下は次式ΔVo=４(Vy(Cm/Ci))のように得られる。
同様に、第３のパルスt3の先の時間間隔t3aの間、センシング回路sの動作状況は図７Ｂに述べたものと似ている。さらに、第１のフィードバックコンデンサーCi1は第１の端子から第２の端子へ充電され、第１のフィードバックコンデンサーCi1の両端の電圧降下は次式ΔVo=６(Vy(Cm/Ci))のように得られる。同様に、第３のパルスt3の後の時間間隔t3bの間、センシング回路sの動作状況は図７Ｃに述べたものと似ている。さらに、第２のフィードバックコンデンサーCi2は第２の端子から第１の端子へ充電され、第２のフィードバックコンデンサーCi2の両端の電圧降下は次式ΔVo=６(Vy(Cm/Ci))のように得られる。
図７Ｄは出力されたサイクルOの間の図６Ａのセンシング回路を例示する概略回路図である。図６Ｂ、７Ｄを参照する。出力サイクルOの間、スイッチsw5〜sw8は閉じた状態とされ、しかしスイッチsw1〜sw4は開いた状態とされる。
明らかに、出力サイクルOの間に、第１のフィードバックコンデンサーCi1および第２のフィードバックコンデンサーCi2は、互いに平行に接続される。そのため、出力端子Voの電圧降下は次式ΔVo=６(Vy(Cm/Ci))のように得られる。換言すれば、Nパルスが駆動サイクルTに生成されるという場合では、出力端子Voの電圧降下は次式ΔVo=２N(Vy(Cm/Ci))のように得られる。
第２の実施形態では、センシング回路sの出力端子での電圧降下は、出力サイクル中に増加する。よって、タッチポイントからの電圧降下と、触っていないポインからの電圧降下は区別されることから、後段の回路は、容易に電圧降下の変化によるタッチポイントの実際の位置を認識することができる。
図８Ａは、本発明の第３の実施形態に従うセンシング回路を例示する概略回路図である。図８Ｂは、図８Ａの中で示されるセンシング回路における関連する信号処理を例示する概略タイミング波形図である。センシング回路sは、オペレーションアンプ800、フィードバック・コンデンサーCiおよび６つのスイッチsw1〜sw6を有する。
基準電圧Vrefは、オペレーションアンプ800の正側入力端子(+)に入力される。第１のスイッチsw1は第１の制御信号ctr1によって制御され、受信電極rとオペレーションアンプ800の負側入力端子(-)の間に接続する。第２のスイッチsw2は第２の制御信号ctr2によって制御され、負側入力端子(-)とオペレーションアンプ800の出力端子Voの間に接続する。第３のスイッチsw3は第３の制御信号ctr3によって制御される。第３のスイッチsw3の第１の端子は、オペレーションアンプ800の負側入力端子(-)に接続される。第３のスイッチsw3の第２の端子はフィードバックコンデンサーCiの第１の端子に接続される。第４のスイッチsw4は第４の制御信号ctr4によって制御される。第４のスイッチsw4の第１の端子はフィードバックコンデンサーCiの第２の端子に接続される。第４のスイッチsw4の第２の端子はオペレーションアンプ800の出力端子Voに接続される。第５のスイッチsw5は第５の制御信号ctr5によって制御され、オペレーションアンプ800の負側入力端子(-)とフィードバック・コンデンサーCiの第２の端子の間に接続される。 第６のスイッチsw6は第６の制御信号ctr6によって制御され、オペレーションアンプ800の出力端子Voとフィードバック・コンデンサーCiの第１の端子の間に接続される。
図８Ｂに示すように、駆動信号Pの走査サイクルτはプレチャージサイクル、駆動サイクルTおよび出力サイクルOを有する。各駆動サイクルTで、駆動信号のPは3のパルスt1、t2およびt3を生成する。出力サイクルOは駆動サイクルTに続く。残る時間はプレチャージサイクルである。６つの制御信号ctr1〜ctr6の高レベルの状態に応じて、スイッチsw1〜sw6は閉じた状態とされる。しかし、８つの制御信号ctr1〜ctr6の低レベルの状態に応じて、スイッチsw1〜sw6は開いた状態とされる。以下に、図８、９を参照して、センシング回路sのオペレーションはより詳しく説明される。
図９Ａはプレチャージサイクル中の図８Ａのセンシング回路を例示する概略回路図である。プレチャージサイクル中に、スイッチsw1〜sw6は閉じた状態とされる。プレチャージサイクル中にはパルスが生成されず、フィードバックコンデンサーCiの両端子は短絡していることから、フィードバックコンデンサーCiに充電される電荷量はゼロとなる。
図９Ｂは駆動サイクルTの第１のパルスt1の先の時間間隔t1aの間の図８Ａのセンシング回路を例示する概略回路図である。図８Ｂ、９Ｂを参照する。第１のパルスt1の先の時間間隔t1aでは、第１のパルスt1は低レベルの状態から高レベルの状態まで切り替えられる。その間に、第１のスイッチsw1、第３のスイッチsw3および第４のスイッチsw4は、閉じた状態とされるが、第２のスイッチsw2、第５のスイッチsw5および第６のスイッチsw6は、開いた状態とされる。
そのため、相互のキャパシタンスCmは第１のパルスt1の立ち上がりエッジで結合電荷を生成する。
さらに、相互のキャパシタンスCmの正側端子(+)が駆動電極dに接続され、相互のキャパシタンスCmの負側端子(-)が受信電極rに接続されるので、フィードバックコンデンサーCiの第１の端子は正側端子(+)である。また、フィードバックコンデンサーCiの第２の端子は負側端子(-)である。方程式(I)によれば、フィードバックコンデンサーCiの両端の電圧降下は次式ΔVo=Vy(Cm/Ci)のように得られる。
図９Ｃは駆動サイクルTの第１のパルスt1の後の時間間隔t1bの間の図８Ａのセンシング回路を例示する概略回路図である。図８Ｂ、９Ｃを参照する。第１のパルスt1の後の時間間隔t1bでは、第１のパルスt1は高レベルの状態から低レベルの状態まで切り替えられる。その間に、第１のスイッチsw1、第５のスイッチsw5および第６のスイッチsw6は、閉じた状態とされ、第２のスイッチsw2、第３のスイッチsw3および第４のスイッチsw4は、開いた状態とされる。
そのため、相互のキャパシタンスCmは第１のパルスt1の立ち下がりエッジで結合電荷を生成する。さらに、相互のキャパシタンスCmの負側端子(-)が駆動電極dに接続され、相互のキャパシタンスCmの正側端子(+)が受信電極rに接続されるので、フィードバックコンデンサーCiの第２の端子は負側端子(-)である。また、フィードバックコンデンサーCiの第１の端子は正側端子(+)である。方程式(I)によれば、フィードバックコンデンサーCiの両端の電圧降下は次式ΔVo=Vy(Cm/Ci)のように蓄積される。
同様に、第２のパルスt2の先の時間間隔t2aでのセンシング回路sの動作状況は図９Ｂに述べたものと似ている。さらに、フィードバックコンデンサーCiの両端の電圧降下は次式ΔVo=３Vy(Cm/Ci)のように得られる。同様に、第２のパルスt2の後の時間間隔t2bでのセンシング回路sの動作状況は図９Ｃに述べたものと似ている。さらに、フィードバックコンデンサーCiの両端の電圧降下は次式ΔVo=４Vy(Cm/Ci)のように得られる。
同様に、第３のパルスt3の先の時間間隔t3aでのセンシング回路sの動作状況は図９Ｂに述べたものと似ている。さらに、フィードバックコンデンサーCiの両端の電圧降下は次式ΔVo=５Vy(Cm/Ci)のように得られる。同様に、第３のパルスt3の後の時間間隔t3bでのセンシング回路sの動作状況は図９Ｃに述べたものと似ている。さらに、フィードバックコンデンサーCiの両端の電圧降下は次式ΔVo=６Vy(Cm/Ci)のように得られる。
図９Ｄは出力されたサイクルOの間の図８Ａのセンシング回路を例示する概略回路図である。 図８Ｂ、９Ｄを参照する。出力サイクルOの間に、第５のスイッチsw5および第６のスイッチsw6は閉じた状態とされ、しかしスイッチsw1〜sw4は開いた状態とされる。
明らかに、出力サイクルOの間に、出力端子Voの電圧降下は次式ΔVo=６Vy(Cm/Ci)のように得られる。換言すれば、Nパルスが駆動サイクルTに生成されるという場合では、出力端子Voの電圧降下は次式ΔVo=２N（Vy(Cm/Ci)）のように得られる。
第３の実施形態では、センシング回路sの出力端子での電圧降下は、出力サイクル中に増加する。よって、タッチポイントからの電圧降下と、触っていないポインからの電圧降下は区別されることから、後段の回路は、容易に電圧降下の変化によるタッチポイントの実際の位置を認識することができる。
第１及び第２の実施形態では、静電容量型タッチパネルのセンシング回路は少なくとも２つのフィードバックコンデンサーを有する。駆動サイクル中のパルスの立ち上がりエッジに応じて、第１のフィードバックコンデンサーは第１の充電方向に充電される。その結果、相互のキャパシタンスによって生成された結合電荷は、第１のフィードバックコンデンサーに格納される。駆動サイクル中のパルスの立ち下がりエッジに応じて、第２のフィードバックコンデンサーは第２の充電方向に充電される。その結果、相互のキャパシタンスによって生成された結合電荷は、第２のフィードバックコンデンサーに格納される。出力サイクル中に、第１のフィードバックコンデンサーおよび第２のフィードバックコンデンサーは平行、あるいは直列に接続される。その結果、電圧降下は出力端子で生成される。
第３の実施形態では、静電容量型タッチパネルのセンシング回路はフィードバックコンデンサーを含む。立ち上がりエッジあるいは駆動サイクル中のパルスの立ち下がりエッジに応じて、フィードバックコンデンサーは同じ充電方向に充電される。その結果、相互のキャパシタンスによって生成された結合電荷は、フィードバックコンデンサーに格納される。出力サイクル中に、フィードバックコンデンサーの両端の電圧に従って電圧降下は出力端子で生成される。
上記の記述から、本発明の静電容量型タッチパネルのセンシング回路は、出力端子で高い電圧低下を生成することができる。結果として、信号対雑音比(SNR)は増加される。さらに、センシング回路のオペレーションアンプの負側入力端子(-)が、基準電圧Vrefで安定して維持されるので、受信電極rとアース端子GNDの間で接続される等価な容量Crは、電圧降下に影響がない。この状況においては、寄生容量効果は除かれる。
本発明が最も実際的で好ましい実施形態と考えられるものの点から記述されているが、本発明は開示された実施形態に制限される必要がないことが理解される。一方、このような変形例および同様の構造をすべて包含するように最も広い解釈で与えられる追加されたクレームの精神および範囲内に含まれた様々な変形例および同様の構造を範疇とするように、これは意図されたものである。

Claims (12)

  1. 静電容量型タッチパネルの受信電極と、該静電容量型タッチパネルの駆動電極と前記受信電極と間に存在する相互のキャパシタンスと、および、駆動信号を受け取る前記駆動電極とを備えた使用のためのセンシング回路であって、
    正側入力端子、負側入力端子および出力端子を有し、基準電圧が当該オペレーションアンプの前記正側入力端子に入力されるオペレーションアンプと、
    前記受信電極と前記オペレーションアンプの前記負側入力端子の間で接続される第１のスイッチと、
    前記オペレーションアンプの前記負側入力端子と前記出力端子の間で接続している第２のスイッチと、
    第１のフィードバックコンデンサーと、
    第２のフィードバックコンデンサーと、
    前記オペレーションアンプの前記負側入力端子に接続された第１の端子、および前記第１のフィードバックコンデンサーの第１の端子に接続された第２の端子を有する第３のスイッチと、
    前記第１のフィードバックコンデンサーの第２の端子に接続された第１の端子、および前記オペレーションアンプの前記出力端子に接続された第２の端子を有する第４のスイッチと、
    前記オペレーションアンプの前記負側入力端子に接続された第１の端子、および前記第２のフィードバックコンデンサーの第１の端子に接続された第２の端子を有する第５のスイッチと、
    前記第２のフィードバックコンデンサーの第２の端子に接続された第１の端子、および前記オペレーションアンプの前記出力端子に接続された第２の端子を有する第６のスイッチと、
    前記駆動信号は、駆動サイクル中に少なくとも1つのパルスを生成し、該パルスの立ち上がりエッジに応じて前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチ、前記第４のスイッチ、前記第５のスイッチおよび前記第６のスイッチは制御され、前記第１のフィードバックコンデンサーが第１の充電方向に充電され、前記パルスの立ち下がりエッジに応じて、前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチ、前記第４のスイッチ、前記第５のスイッチおよび前記第６のスイッチは制御され、前記第２のフィードバックコンデンサーは第２の充電方向に充電されることを特徴とするセンシング回路。
  2. 請求項１記載のセンシング回路であって、第１のフィードバックコンデンサーは第１のフィードバックコンデンサーの第１の端子から第２の端子へ第１の充電方向に充電され、第２のフィードバックコンデンサーは、第２のフィードバック・コンデンサーの第２の端子から第１の端子へ第２の充電方向に充電されることを特徴とするセンシング回路。
  3. 請求項１記載のセンシング回路であって、各パルスがそれぞれ第１の時間間隔および第２の時間間隔を有し、低レベル状態から高レベル状態まで切り替えられたパルスの立ち上がりエッジは前記第１の時間間隔内であり、前記高レベル状態から前記低レベル状態まで切り替えられたパルスの立ち下がりエッジは前記第２の時間間隔内にあり、前記第１の時間間隔内では、前記第１のスイッチ、前記第３のスイッチおよび前記第４のスイッチは閉じた状態とされるように制御されると共に前記第２のスイッチ、前記第５のスイッチおよび前記第６のスイッチは開いた状態とされるように制御され、前記第２の時間間隔では、前記第１のスイッチ、前記第５のスイッチおよび前記第６のスイッチは閉じた状態とされるように制御されると共に前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチおよび前記第４のスイッチは開いた状態とされるように制御されることを特徴とするセンシング回路。
  4. 請求項１記載のセンシング回路であって、前記駆動信号のプレチャージサイクル中では、前記第１のフィードバックコンデンサーおよび前記第２のフィードバックコンデンサーに格納される電荷量がゼロとなるように、前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチ、前記第４のスイッチ、前記第５のスイッチおよび前記第６のスイッチは閉じた状態となるように制御されることを特徴とするセンシング回路。
  5. 請求項１記載のセンシング回路であって、前記駆動信号が前記駆動サイクル中に１つのパルスを生成する場合、電圧降下は第１の電圧値と等しくされ、前記駆動信号が前記駆動サイクル中にNパルスを生成する場合、電圧降下は前記第１の電圧値のN倍と等しくされ、前記駆動信号の出力サイクル中に、前記第１のフィードバックコンデンサーおよび前記第２のフィードバックコンデンサーは直列に接続され、第１の電圧値の2N倍の電圧降下がオペレーションアンプの出力端子で生成されることを特徴とするセンシング回路。
  6. 請求項５記載のセンシング回路であって、前記第３のスイッチの前記第２の端子と前記オペレーションアンプの前記出力端子の間で接続している第７のスイッチと、前記第１のフィードバックコンデンサーの第２の端子と前記第２のフィードバックコンデンサーの第２の端子の間で接続している第８のスイッチとを有し、前記駆動信号の出力サイクル中に、前記第７のスイッチおよび前記第８のスイッチは閉じた状態とされるように制御されることを特徴とするセンシング回路。
  7. 請求項１記載のセンシング回路であって、前記駆動信号が前記駆動サイクル中に1つのパルスを生成する場合、電圧降下は第２の電圧値と等しくされ、前記駆動信号が前記駆動サイクル中にNパルスを生成する場合、電圧降下は第２の電圧値のN倍と等しくされ、前記駆動信号の出力サイクル中に、第１のフィードバックコンデンサーおよび第２のフィードバックコンデンサーは互いに平行に接続されて、第２の電圧値のN倍の電圧降下がオペレーションアンプの出力端子で生成されることを特徴とするセンシング回路。
  8. 請求項７記載のセンシング回路であって、前記第３のスイッチの前記第２の端子と前記オペレーションアンプの前記出力端子の間で接続している第９のスイッチと、そして前記第１のフィードバックコンデンサーの前記第２の端子と前記オペレーションアンプの前記負側入力端子の間で接続している第１０のスイッチとを有し、前記駆動信号の出力サイクル中に、前記第９のスイッチおよび前記第１０のスイッチは閉じた状態とされるように制御されることを特徴とするセンシング回路。
  9. 静電容量型タッチパネルの受信電極と、該静電容量型タッチパネルの駆動電極と前記受信電極と間に存在する相互のキャパシタンスと、および、駆動信号を受け取る前記駆動電極とを備えた使用のためのセンシング回路であって、
    正側入力端子、負側入力端子および出力端子を有し、基準電圧が当該オペレーションアンプの前記正側入力端子に入力されるオペレーションアンプと、
    前記受信電極と前記オペレーションアンプの前記負側入力端子の間で接続される第１のスイッチと、
    前記オペレーションアンプの前記負側入力端子と前記出力端子の間で接続している第２のスイッチと、
    フィードバックコンデンサーと、
    前記オペレーションアンプの前記負側入力端子に接続された第１の端子、および前記フィードバックコンデンサーの第１の端子に接続された第２の端子を有する第３のスイッチと、
    前記フィードバックコンデンサーの第２の端子に接続された第１の端子、および前記オペレーションアンプの前記出力端子に接続された第２の端子を有する第４のスイッチと、
    前記フィードバックコンデンサーの前記第２の端子と前記オペレーションアンプの前記負側入力端子の間で接続された第５のスイッチと、
    前記フィードバック・コンデンサーの前記第１の端子と前記オペレーションアンプの前記出力端子の間で接続された第６のスイッチと、
    前記駆動信号は、パルスの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジに応じて前記駆動サイクル中に少なくとも１つのパルスを生成し、前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチ、前記第４のスイッチ、前記第５のスイッチおよび前記第６のスイッチが制御されて、前記フィードバックコンデンサーは第１の充電方向に充電されることを特徴とするセンシング回路。
  10. 請求項９記載のセンシング回路であって、前記フィードバックコンデンサーは、当該フィードバックコンデンサーの前記第１の端子から前記第２の端子へ前記第１の充電方向に充電され、各パルスはそれぞれ第１の時間間隔および第２の時間間隔を有し、低レベル状態から高レベル状態まで切り替えられたパルスの立ち上がりエッジは前記第１の時間間隔内であり、前記高レベル状態から前記低レベル状態まで切り替えられたパルスの立ち下がりエッジは前記第２の時間間隔内にあり、前記第１の時間間隔内では、前記第１のスイッチ、前記第３のスイッチおよび前記第４のスイッチは閉じた状態とされるように制御されると共に前記第２のスイッチ、前記第５のスイッチおよび前記第６のスイッチは開いた状態とされるように制御され、前記第２の時間間隔では、前記第１のスイッチ、前記第５のスイッチおよび前記第６のスイッチは閉じた状態とされるように制御されると共に前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチおよび前記第４のスイッチは開いた状態とされるように制御されることを特徴とするセンシング回路。
  11. 請求項９記載のセンシング回路であって、前記駆動信号のプレチャージサイクル中では、前記フィードバックコンデンサーに格納される電荷量がゼロとなるように、前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチ、および前記第４のスイッチは閉じた状態となるように制御されることを特徴とするセンシング回路。
  12. 請求項９記載のセンシング回路であって、前記駆動信号の出力サイクル中では、前記第５のスイッチおよび前記第６のスイッチが閉じた状態となるように制御され、且つ前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチおよび前記第４のスイッチは開いた状態となるように制御され、前記駆動信号が前記駆動サイクル中に１つのパルスを生成する場合、電圧降下は第３の電圧値と等しくされ、前記駆動信号が前記駆動サイクル中にNパルスを生成する場合、電圧降下は前記第３の電圧値のN倍と等しくされ、前記駆動信号の出力サイクル中に前記フィードバック・コンデンサーによって第３の電圧値のN倍の電圧降下がオペレーションアンプの出力端子で生成されることを特徴とするセンシング回路。
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