JP2013242699A

JP2013242699A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2013242699A
Application number: JP2012115495A
Authority: JP
Inventors: Teruyuki Kogo; 輝之向後
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2013-12-05
Also published as: US9292137B2; US20160202836A1; US9830035B2; US20130307821A1

Abstract

【課題】タッチパネル上でタッチされた座標を一意的に定めることが可能なタッチパネル用ＩＣを提供する。
【解決手段】タッチパネル用ＩＣ（半導体装置）１は、自己容量方式によってマルチタッチが検出された場合には、マルチタッチが検出されたタッチ電極ＥＸ１，ＥＸ２，…，ＥＹ１，ＥＹ２，ＥＹ３，…に絞って相互容量方式によってタッチされた座標を特定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体装置に関し、たとえば、静電容量式タッチパネルのタッチ事象を検出するために好適に用いられるものである。

タッチパネル（タッチスクリーン）におけるタッチ事象の検出方式には、抵抗膜方式、光学方式、超音波方式、および静電容量方式（表面型、投射型）など種々の方式が知られている。これらの方式のうちスマートフォンおよびブレット端末などに搭載されたタッチパネル用として最も一般的に用いられているものが投射型静電容量方式である。

投射型静電容量方式には、自己容量方式と相互容量方式とがある。自己容量方式では、Ｘ方向のタッチ電極とＹ方向のタッチ電極とが格子状に配置される。そして、各タッチ電極の浮遊容量の増加を検出することによって人の指が接近したか否かが検出される（たとえば、特開２０１１−１４５２７号公報（特許文献１）参照）。

相互容量方式では、送信電極と受信電極とが格子状に配置される。各送信電極にパルスを入力したときの各受信電極で受信される信号の変化に基づいて人の指が接近したか否かが検出される（たとえば、特表２０１２−５０２３９７号公報（特許文献２）参照）。

特開２０１１−１４５２７号公報特表２０１２−５０２３９７号公報

自己容量方式は、相互容量方式に比べると、配線が少ないために実装が容易であり、スキャン時間が短く、消費電力が小さいというメリットがある。しかしながら、自己容量方式では、タッチパネル上の複数個所を同時に接触するマルチタッチの場合にタッチされた座標が一意的に定まらない問題、いわゆる「ゴースト発生」の問題が生じる。

一方、相互容量方式の場合は、マルチタッチの場合でもタッチされた座標が一意的に定まるので「ゴースト発生」の問題は生じない。しかしながら、相互容量方式は、自己容量方式に比べて消費電力が大きいという問題がある。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態による半導体装置は、自己容量方式によってマルチタッチが検出された場合には、マルチタッチが検出されたタッチ電極に絞って相互容量方式によってタッチされた座標を特定する。

上記の一実施の形態によれば、タッチパネル上でタッチされた座標を一意的に定めることができる。

実施の形態１による半導体装置１の構成を示すブロック図である。タッチパネルに指を接近させた状態を模式的に示す斜視図である。図２の等価回路図である。図２、図３において、ドライバＤＸ１からの印加波形と比較器ＣＭＰＹ１，ＣＭＰＹ２の＋端子への入力波形とを示す図である。実施の形態２による半導体装置１Ａを備えたタッチセンサ１０１の構成を示すブロック図である。ドライバＤＡ１〜ＤＡ３の各々の構成例を示す回路図である。第１の検出回路１１および制御回路１０の動作を示すタイムチャートである。制御回路１０の要部の構成例を示すブロック図である。図５の半導体装置１Ａの動作を示すフローチャートである。

以下、各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。

＜実施の形態１＞
［半導体装置（タッチパネル用ＩＣ）の構成と動作］
図１は、実施の形態１による半導体装置１の構成を示すブロック図である。図１には、半導体装置１に接続されるタッチパネル２も併せて示される。半導体装置（タッチパネル用ＩＣ（Integrated Circuit））１とタッチパネル２とによってタッチセンサ１００が構成される。

図１を参照して、タッチパネル２は、自己容量方式のものであり、互いに交差する第１のタッチ電極群ＥＸ（ＥＸ１（１）〜ＥＸ１（ａ），ＥＸ２（１）〜ＥＸ２（ａ），…，ＥＸｍ（１）〜ＥＸｍ（ａ））と第２のタッチ電極群ＥＹ（ＥＹ１（１）〜ＥＹ１（ｂ），ＥＹ２（１）〜ＥＹ２（ｂ），ＥＹ３（１）〜ＥＹ３（ｂ），…，ＥＹｎ（１）〜ＥＹｎ（ｂ））とを含む。第１のタッチ電極群ＥＸを構成する各列のタッチ電極は、Ｙ方向に相互に接続された複数のひし形電極によって構成される。たとえば、第１列目のタッチ電極ＥＸ１は、Ｙ方向に直列接続されたａ個のひし形電極ＥＸ１（１）〜ＥＸ１（ａ）によって構成される。第２のタッチ電極群ＥＹを構成する各行のタッチ電極は、Ｘ方向に相互に接続された複数のひし形電極によって構成される。たとえば、第１行目のタッチ電極ＥＹ１は、Ｘ方向に直列接続されたｂ個のひし形電極ＥＹ１（１）〜ＥＹ１（ｂ）によって構成される。第１のタッチ電極群ＥＸと第２のタッチ電極群ＥＹとはマトリクス状に配置されるが、相互に接続はされない。

半導体装置１は、第１の外部端子群ＴＸ（ＴＸ１，ＴＸ２，…）と、第２の外部端子群ＴＹ（ＴＹ１，ＴＹ２，ＴＹ３，…）と、第１の検出回路１１と、電圧印加回路１３と、第２の検出回路１２と、半導体装置１の全体動作を制御する制御回路１０とを含む。外部端子ＴＸ１，ＴＸ２，…はタッチ電極ＥＸ１，ＥＸ２，…とそれぞれ接続され、外部端子ＴＹ１，ＴＹ２，ＴＹ３，…はタッチ電極ＥＹ１，ＥＹ２，ＥＹ３，…とそれぞれ接続される。通常、各外部端子ＴＸ１，ＴＸ２，…と対応する各タッチ電極ＥＸ１，ＥＸ２，…との間に保護抵抗器（図示省略）が設けられ、各外部端子ＴＹ１，ＴＹ２，…と対応する各タッチ電極ＥＹ１，ＥＹ２，…との間に保護抵抗器（図示省略）が設けられる。

第１の検出回路１１は、外部端子群ＴＸ，ＴＹを介してタッチ電極群ＥＸ，ＥＹと接続され、各タッチ電極の浮遊容量が、タッチパネル２がタッチされていない場合に比べて増加しているか否かを検出する。

制御回路１０は、第１の検出回路１１の検出結果に基づいて、浮遊容量が増加したタッチ電極を特定する。そして、制御回路１０は、第１のタッチ電極群ＥＸのうち浮遊容量の増加したタッチ電極が１つの場合または第２のタッチ電極群ＥＹのうち浮遊容量が増加したタッチ電極が１つの場合には、第１のタッチ電極群ＥＸのうち浮遊容量が増加したタッチ電極と第２のタッチ電極群ＥＹのうち浮遊容量が増加した第２のタッチ電極とが交差する領域をタッチされた領域（タッチ座標）として特定する。

上記のようなタッチ座標の検出方式は、いわゆる自己容量方式と呼ばれるものである。たとえば、タッチ電極ＥＸ１（１）とタッチ電極ＥＹ１（１）の交差点（座標（Ｘ１，Ｙ１）とする）近傍に人の指が接近した場合には、タッチ電極ＥＸ１の浮遊容量とタッチ電極ＥＹ１の浮遊容量とが増加する。制御回路１０は、端子ＴＸ１に接続されるタッチ電極ＥＸ１の浮遊容量の増加と、端子ＴＹ１に接続されるタッチ電極ＥＹ１の浮遊容量の増加から座標（Ｘ１，Ｙ１）近傍でのタッチとして特定する。

自己容量方式では、第１のタッチ電極群ＥＸのうち複数のタッチ電極の浮遊容量が増加するとともに第２のタッチ電極群ＥＹのうち複数のタッチ電極の浮遊容量が増加するようなマルチタッチの場合に、一意的にタッチされた座標を特定することができない。たとえば、図１においてタッチ電極ＥＸ１（１），ＥＹ１（１）の交差点（座標（Ｘ１，Ｙ１）近傍と、タッチ電極ＥＸ２（３），ＥＹ３（２）の交差点（座標（Ｘ２，Ｙ３））近傍とに人の指が接近したとする。この場合、タッチ電極ＥＸ１，ＥＸ２，ＥＹ１，ＥＹ３の各々の浮遊容量の増加が検出されるが、これらのタッチ電極の組み合わせを特定することができない。このため、座標（Ｘ１，Ｙ３）および（Ｘ２，Ｙ１）の近傍がタッチされた可能性を排除できない（これらはゴーストと呼ばれる）。一般に、タッチパネル２上のＮ箇所がタッチされた場合には、Ｎ×（Ｎ−１）個のゴーストが生じる。

図１の半導体装置１では、ゴーストを排除するために、電圧印加回路１３および第２の検出回路１２が設けられている。具体的に、制御回路１０によってマルチタッチ状態が判定されると、電圧印加回路１３は、第１のタッチ電極群ＥＸのうち浮遊容量が増加した各タッチ電極に電圧を印加する。たとえば、上記の例の場合（すなわち、第１の検出回路１１によってタッチ電極ＥＸ１，ＥＸ２，ＥＹ１，ＥＹ３の浮遊容量の増加が検出された場合）、タッチ電極ＥＸ１，ＥＸ２の各々に電圧を順次印加する。

第２の検出回路１２は、電圧印加回路１３によって電圧が印加されたときに、第２のタッチ電極群ＥＹのうち浮遊容量の増加が検出されたタッチ電極の電圧の変化を検出する。制御回路１０は、第２の検出回路１２の検出結果に基づいてタッチされた座標を特定する（具体的方法については図２〜図４を参照して後述する）。すなわち、制御回路１０は、自己容量方式によってマルチタッチが検出された場合には、マルチタッチが検出されたタッチ電極に絞って相互容量方式によってタッチされた座標を特定する。

なお、上記とは逆に、制御回路１０によってマルチタッチ状態であることが判定された場合には、電圧印加回路１３が、第２のタッチ電極群ＥＹのうち浮遊容量が増加した各タッチ電極に電圧を印加し、このとき第２の検出回路１２が、第１のタッチ電極群ＥＸのうち浮遊容量が増加した各タッチ電極の電圧の変化を検出するようにしてもよい。

［タッチされた座標を特定する方法］
図２は、タッチパネルに指を接近させた状態を模式的に示す斜視図である。図３は、図２の等価回路図である。図２、図３では、代表的にタッチ電極ＥＸ１，ＥＹ１，ＥＹ２のみが示されている。そして、第１のタッチ電極群ＥＸのうちのタッチ電極ＥＸ１（３）と、第２のタッチ電極群ＥＹのうちのタッチ電極ＥＹ２（１）との交差点の近傍に指が接近した状態が示されている。

図２、図３を参照して、第１のタッチ電極群ＥＸの各タッチ電極ＥＸ１と接地ノードＧＮＤとの間の浮遊容量をＣ１とし、第２のタッチ電極群ＥＹのタッチ電極ＥＹ１，ＥＹ２の各々と接地ノードとの間の浮遊容量をＣ２としている。タッチ電極ＥＸ１，ＥＹ１間の容量をＣ３とし、タッチ電極ＥＸ１，ＥＹ２間の容量をＣ４としている（容量Ｃ３は容量Ｃ４にほぼ等しい）。指とタッチ電極ＥＸ１（３），ＥＹ２（１）の各々との間の容量をＣ５とし、指（人体）と接地ノードＧＮＤとの間の容量をＣ６としている。

抵抗素子ＲＸ１，ＲＹ１，ＲＹ２は、図１のタッチパネル２と外部端子ＴＸ１，ＴＹ１，ＴＹ２との間に設けられた保護抵抗器をそれぞれ表わしている。保護抵抗器が設けられていない場合には、タッチ電極ＥＸ１，ＥＹ１，ＥＹ２自体の抵抗値をそれぞれ表わしていると考えてもよい。

電圧印加回路１３は、タッチ電極ＥＸ１に電圧を印加するためのドライバＤＸ１を含む。検出回路１２は、タッチ電極ＥＹ１の電圧を参照電圧Ｖｒｅｆ２とを比較するための比較器ＣＭＰＹ１、およびタッチ電極ＥＹ２の電圧と参照電圧Ｖｒｅｆ２とを比較するための比較器ＣＭＰＹ２を含む。切替回路で切替えることによって、比較器ＣＭＰＹ１，ＣＭＰＹ２のうち１つのみ設けるようにもできる。

指が接近している（接触状態の）タッチ電極ＥＸ１、ＥＹ２は、接地ノードＧＮＤとの間の容量値がＣ５，Ｃ６の直列接続の容量値Ｃ５６（Ｃ５６＝Ｃ５×Ｃ６／（Ｃ５＋Ｃ６））だけ増加している。

図４は、図２、図３において、ドライバＤＸ１からの印加波形と比較器ＣＭＰＹ１，ＣＭＰＹ２の＋端子への入力波形とを示す図である。

図４を参照して、非接触状態のタッチ電極ＥＹ１に接続された比較器ＣＭＰＹ１に入力される電圧は、抵抗素子ＲＸ１の抵抗値Ｒｘと容量Ｃ２，Ｃ３で決まる時定数に従って上昇する。これに対して、接触状態のタッチ電極ＥＹ２に接続された比較器ＣＭＰＹ２に入力される電圧は、抵抗素子ＲＸ１の抵抗値Ｒｘと容量Ｃ４，Ｃ２，Ｃ５，Ｃ６で決まる時定数に従って上昇するので、比較器ＣＭＰＹ１の場合に比べて電圧の上昇が緩やかになる。具体的に前者の場合の時定数ＴＣ１は、
ＴＣ１＝Ｃ２×Ｃ３×Ｒｘ／（Ｃ２＋Ｃ３） …(1)
で表わされる。後者の場合の時定数ＴＣ２は、
ＴＣ２＝（Ｃ２＋Ｃ５６）×Ｃ４×Ｒｘ／（Ｃ２＋Ｃ４＋Ｃ５６） …(2)
で表わされる。Ｃ３とＣ４とがほぼ等しいので、ＴＣ２のほうがＴＣ１に比べて大きくなる。

この結果、比較器ＣＭＰＹ１，ＣＭＰＹ２の＋端子に入力される電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ２を超えるまでの時間はそれぞれＴＰ１，ＴＰ２となり、接触状態のタッチ電極ＥＹ２の場合のほうが、非接触状態のタッチ電極ＥＹ１の場合よりも長くなる。したがって、比較器の出力が「Ｈ」レベルになるまでの時間が、タッチパネルがタッチされていない場合と比べて長くなっているか否かによって、実際にタッチされている座標を特定し、ゴーストの場合を排除することができる。

［実施の形態１の効果］
以上のとおり、実施の形態１の半導体装置１によれば、自己容量方式によってマルチタッチが検出された場合には、マルチタッチが検出されたタッチ電極に絞って相互容量方式によってタッチされた座標を特定する。これによって、マルチタッチの場合についても一意的にタッチされた座標を特定できる（ゴーストが発生しない）。さらに、相互容量方式によって全ての電極を判定する場合に比べて、消費電力を小さくすることができる。

＜実施の形態２＞
［半導体装置１Ａの構成］
図５は、実施の形態２による半導体装置１Ａを備えたタッチセンサ１０１の構成を示すブロック図である。図５を参照して、タッチセンサ１０１は、半導体装置（タッチパネル用ＩＣ）１Ａと、タッチパネル２と、マイクロコンピュータ３と、容量素子Ｃｒ，Ｃｃと、抵抗素子Ｒｃとを含む。図５の半導体装置１Ａは、図１の半導体装置１の具体的構成の一例を示すものである。

タッチパネル２は、図１に示した実施の形態１と同じ構成であり、第１のタッチ電極群ＥＸ（ｍ個のタッチ電極ＥＸ１〜ＥＸｍによって構成される）と第２のタッチ電極群ＥＹ（ｎ個のタッチ電極ＥＹ１〜ＥＹｎによって構成される）とを含む。図５では、これらのタッチ電極ＥＸ１〜ＥＸｍ，ＥＹ１〜ＥＹｎの図示を簡略化するとともに、タッチ電極ＥＸ１〜ＥＸｍ，ＥＹ１〜ＥＹｎの浮遊容量をそれぞれＣＸ１〜ＣＸｍ，ＣＹ１〜ＣＹｎで示している。タッチ電極ＥＸ１〜ＥＸｍ，ＥＹ１〜ＥＹｎは、半導体装置１Ａに設けられた外部端子ＴＸ１〜ＴＸｍ，ＴＹ１〜ＴＹｎとそれぞれ接続される。

マイクロコンピュータ３は、半導体装置１Ａに設けられたｐ個の外部端子ＴＣ１〜ＴＣｐに接続される。マイクロコンピュータ３は、半導体装置１Ａを制御するとともに、半導体装置１Ａからタッチパネル２への人体（指）の接触の有無を示す信号およびタッチされた座標を表わす信号を受け、これらの信号に応答して制御対象の電気機器を制御する。

コンデンサＣｃは、半導体装置１Ａに設けられた外部端子ＴＡ１と、接地ノードＧＮＤとの間に接続される。コンデンサＣｃの容量値は、たとえば０．１μＦ程度に設定される。抵抗素子Ｒｃは、半導体装置１Ａに設けられた外部端子ＴＡ１，ＴＡ２間に接続される。抵抗素子Ｒｃの抵抗値は、たとえば３〜１０ｋΩ程度に設定される。コンデンサＣｒは、半導体装置１Ａに設けられた外部端子ＴＡ２，ＴＡ３間に接続される。コンデンサＣｒの容量値は、たとえば１〜５０ｐＦ程度に設定される。

半導体装置１Ａは、図１の半導体装置１で説明した制御回路１０、第１の検出回路１１、第２の検出回路１２、電圧印加回路１３、および外部端子ＴＸ１〜ＴＸｍ，ＴＹ１〜ＴＹｎに加えて、切替回路１４および外部端子ＴＣ１〜ＴＣｐ，ＴＡ１，ＴＡ２，ＴＡ３を含む。さらに、図５には、第１の検出回路１１、第２の検出回路１２、および電圧印加回路１３の具体的構成例が示されている。

切替回路１４は、制御回路１０の指令に基づいて、ノードＮ１を外部端子ＴＸ１〜ＴＸｍ，ＴＹ１〜ＴＹｎのいずれか１つに選択的に接続する。図５の場合、切替回路１４は、スイッチＳＸ１〜ＳＸｍ，ＳＹ１〜ＳＹｎを含む。スイッチＳＸ１〜ＳＸｍ，ＳＹ１〜ＳＹｎの各一端はノードＮ１に共通に接続される。スイッチＳＸ１〜ＳＸｍ，ＳＹ１〜ＳＹｎの各他端は外部端子ＴＸ１〜ＴＸｍ，ＴＹ１〜ＴＹｎにそれぞれ接続される。

第１の検出回路１１は、ドライバＤＡ１〜ＤＡ３、スイッチＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３、および比較器ＣＭＰ１を含む。ドライバＤＡ１〜ＤＡ３の出力ノードは、それぞれ外部端子ＴＡ１〜ＴＡ３に接続される。ドライバＤＡ１〜ＤＡ３の各々は、制御回路１０によって制御され、対応の外部端子ＴＡを「Ｈ」レベル（たとえば、電源電圧）、「Ｌ」レベル（たとえば、接地電圧）、またはＨｉＺ（ハイ・インピーダンス）状態に制御する。これによって、ドライバＤＡ１〜ＤＡ３は、コンデンサＣｃ，Ｃｒおよびタッチ電極の浮遊容量ＣＸ１〜ＣＸｍ，ＣＹ１〜ＣＹｎを充電し、また、放電させる。

図６は、ドライバＤＡ１〜ＤＡ３の各々の構成例を示す回路図である。図６には、ドライバＤＡ１の構成が代表として示されている。ドライバＤＡ２，ＤＡ３の構成も図６と同じである。

図６を参照して、ドライバＤＡ１は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ２０およびＮチャネルＭＯＳトランジスタ２１を含む。トランジスタ２０，２１は、この順で電源ノードＶＣＣと接地ノードＧＮＤとの間に直列に接続される。トランジスタ２０，２１のゲートには制御回路１０からそれぞれ制御信号ＣＰ，ＣＮが入力される。トランジスタ２０，２１の接続ノードがドライバＤＡ１の出力ノードとなって、対応の外部端子ＴＡ１に接続される。

制御信号ＣＰ，ＣＮがともに「Ｌ」レベルに設定された場合は、トランジスタ２０が導通するとともにトランジスタ２１が非導通になり、ドライバＤＡ１の出力ノードが「Ｈ」レベルになる。制御信号ＣＰ，ＣＮがともに「Ｈ」レベルに設定された場合は、トランジスタ２０が非導通になるとともにトランジスタ２１が導通し、ドライバＤＡ１の出力ノードが「Ｌ」レベルになる。制御信号ＣＰ，ＣＮがそれぞれ「Ｈ」レベルおよび「Ｌ」レベルに設定された場合は、トランジスタ２０，２１がともに非導通になり、ドライバＤＡ１の出力ノードがＨｉＺ状態になる。

再び図５を参照して、スイッチＳＡ１〜ＳＡ３の一方端子はそれぞれ外部端子ＴＡ１〜ＴＡ３に接続され、それらの他方端子はともにノードＮ１に接続される。スイッチＳＡ１〜ＳＡ３は、制御回路１０の指令に従ってオンまたはオフに切替わる。

比較器ＣＭＰ１の非反転入力端子（＋端子）は外部端子ＴＡ３に接続され、比較器ＣＭＰ１の反転入力端子（−端子）には参照電圧Ｖｒｅｆ１が入力される。比較器ＣＭＰ１は、外部端子ＴＡ３の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ１を超えた場合に「Ｈ」レベルとなる信号を出力する。

電圧印加回路１３は、図６と同一構成のドライバＤＸ１〜ＤＸｍ，ＤＹ１〜ＤＹｎを含む。ドライバＤＸ１〜ＤＸｍ，ＤＹ１〜ＤＹｎの出力ノードは、それぞれ外部端子ＴＸ１〜ＴＸｍ，ＴＹ１〜ＴＹｎに接続される。ドライバＤＸ１〜ＤＸｍの各々は、制御回路１０の制御に従って、対応の外部端子ＴＸを「Ｈ」レベル、「Ｌ」レベル、またはＨｉＺ状態にする。これによって、ドライバＤＸ１〜ＤＸｍは、タッチ電極ＥＸ１〜ＥＸｍのいずれかに選択的に電圧を印加する。ドライバＤＹ１〜ＤＹｎの各々は、制御回路１０の制御に従って、対応の外部端子ＴＹを「Ｌ」レベルまたはＨｉＺ状態にする。なお、実施の形態２の場合のドライバＤＹ１〜ＤＹｎについては、図６のＰＭＯＳトランジスタ２０は設けられていなくてもよい。

第２の検出回路１２は、比較器ＣＭＰ２とスイッチＳＢ１とを含む。比較器ＣＭＰ２の非反転入力端子（＋端子）は、スイッチＳＢ１を介してノードＮ１に接続される。比較器ＣＭＰ２の反転入力端子（−端子）には参照電圧Ｖｒｅｆ２が入力される。比較器ＣＭＰ２は、外部端子ＴＹ１〜ＴＹ２のうちスイッチＳＹ１〜ＳＹｎによって選択された外部端子の電圧と参照電圧Ｖｒｅｆ２とを比較し、選択された外部端子ＴＹの電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ２を超えたとき「Ｈ」レベルの信号を出力する。

［第１の検出回路１１および制御回路１０の動作：自己容量方式による検出動作］
図７は、第１の検出回路１１および制御回路１０の動作を示すタイムチャートである。図７（ａ）は外部端子ＴＡ１の電圧ＶＣ（すなわちコンデンサＣｃの端子間電圧）の時間変化を示し、図７（ｂ）はタッチパネル２がタッチされていない場合（非接触状態）の外部端子ＴＡ３の電圧ＶＯ１の時間変化を示し、図７（ｃ）はタッチパネル２がタッチされている場合（接触状態）の外部端子ＴＡ３の電圧ＶＯ１の時間変化を示している。

以下、図５、図７を参照して、第１の検出回路１１および制御回路１０の動作（自己容量方式によるタッチ事象の検出動作）について説明する。この検出動作では、第２の検出回路１２および電圧印加回路１３は使用されない。したがって、第２の検出回路１２のスイッチＳＢ１はオフ状態に設定され、電圧印加回路１３の各ドライバＤＸ１〜ＤＸｍ，ＤＹ１〜ＤＹｎの出力ノードはＨｉＺ状態に設定される。

まず、時刻ｔ０以前の初期状態では、ドライバＤＡ１〜ＤＡ３がともに「Ｌ」レベルを出力し、スイッチＳＡ１〜ＳＡ３，ＳＸ１〜ＳＸｍ，ＳＹ１〜ＳＹｎが導通し、外部端子ＴＡ１〜ＴＡ３，ＴＸ１〜ＴＸｍ，ＴＹ１〜ＴＹｎが「Ｌ」レベルにリセットされている。

時刻ｔ０から時刻ｔ１までが充電期間である。この充電期間においてコンデンサＣｃに電荷が充電される（充電動作）。具体的に、時刻ｔ０において、マイクロコンピュータ３から制御回路１０に検出要求が発行されると、制御回路１０は、スイッチＳＡ１，ＳＡ３，ＳＸ１以外のスイッチＳＡ２，ＳＸ２〜ＳＸｍ，ＳＹ１〜ＳＹｎを非導通にしてタッチ電極ＥＸ１を外部端子ＴＡ３に接続する。さらに、制御回路１０は、ドライバＤＡ１〜ＤＡ３を制御してドライバＤＡ２，ＤＡ３の出力ノード（外部端子ＴＡ２およびＴＡ３）をＨｉＺ状態にするとともに、ドライバＤＡ１の出力ノード（外部端子ＴＡ１）を「Ｈ」レベルにする。これにより、コンデンサＣｃ，Ｃｒおよびタッチ電極ＥＸ１の浮遊容量ＣＸ１に電流が流入し、外部端子ＴＡ１の電圧ＶＣが上昇する。

タッチ電極ＥＸ１に指が接近している場合（接触状態）のタッチ電極ＥＸ１の容量値ＣＸ１ａはタッチ電極ＥＸ１に指が接近していない場合（非接触状態）のタッチ電極ＥＸ１の容量値ＣＸ１ｂよりも大きいので（ＣＸ１ａ＞ＣＸ１ｂ）、タッチ電極ＥＸ１に指が接近している場合（接触状態）の電圧ＶＣの上昇速度はタッチ電極ＥＸ１に指が接近していない場合（非接触状態）の上昇速度よりも遅くなる。

次いで時刻ｔ１において、制御回路１０は、スイッチＳＡ１を非導通にするとともに、ドライバＤＡ１〜ＤＡ３の出力ノードをＨｉＺ状態にしてコンデンサＣｃ，Ｃｒ，ＣＸ１の充電を停止する。

次の時刻ｔ２〜時刻ｔ３が放電期間である。具体的に、時刻ｔ２において、制御回路１０は、ドライバＤＡ１〜ＤＡ３を制御してドライバＤＡ１の出力ノード（外部端子ＴＡ１）をＨｉＺ状態に維持するとともに、ドライバＤＡ２，ＤＡ３の出力ノード（外部端子ＴＡ２，ＴＡ３）を「Ｌ」レベルにする。これにより、コンデンサＣｃから抵抗素子Ｒｃおよび外部端子ＴＡ２経由でドライバＤＡ２へコンデンサＣｃの充電電荷の一部が流出して外部端子ＴＡ１の電圧ＶＣが低下するとともに、コンデンサＣｒ，ＣＸ１の全充電電荷が放電される。

次の時刻ｔ３〜ｔ４が検出期間である。具体的に時刻ｔ３において、制御回路１０は、ドライバＤＡ１〜ＤＡ３を制御してドライバＤＡ１の出力ノードをＨｉＺ状態に維持するとともに、ドライバＤＡ２，ＤＡ３の出力ノードをＨｉｚ状態にする。これにより、コンデンサＣｃの充電電荷の一部が抵抗素子Ｒｃを介してコンデンサＣｒ，ＣＸ１に分配され、外部端子ＴＡ１の電圧ＶＣが低下するとともに外部端子ＴＡ３の電圧ＶＯ１が上昇する。タッチ電極ＥＸ１に指が接近している場合（接触状態）のタッチ電極ＥＸ１の容量値ＣＸ１ａはタッチ電極ＥＸ１に指が接近していない場合（非接触状態）のタッチ電極ＥＸ１の容量値ＣＸ１ｂよりも大きいので（ＣＸ１ａ＞ＣＸ１ｂ）、タッチ電極ＥＸ１に指が接近している場合（接触状態）の電圧ＶＯ１はタッチ電極ＥＸ１に指が接近していない場合（非接触状態）の電圧ＶＯ１よりも低くなる。時刻ｔ２〜ｔ３においてコンデンサＣｃの充電電荷の一部が抵抗素子Ｒｃを介して放電されたので、電圧ＶＯ１のレベルは時刻ｔ１〜ｔ２よりも低下している。

検出期間において、比較器ＣＭＰ１は、外部端子ＴＡ３の電圧ＶＯ１と参照電圧Ｖｒｅｆ１との高低を比較し、ＶＯ１＞Ｖｒｅｆ１の場合は電圧ＶＯ１が「Ｈ」レベルであると判定し、ＶＯ１＜Ｖｒｅｆ１の場合は電圧ＶＯ１が「Ｌ」レベルであると判定する（検出動作）。制御回路１０は、ドライバＤＡ１〜ＤＡ３の出力ノードをＨｉＺ状態にしてから所定時間経過した後に、比較器ＣＭＰ１の検出結果を取り込む。ただし、参照電圧Ｖｒｅｆ１は接地電圧と電源電圧との間の電圧（たとえば電源電圧の１／２）である。

制御回路１０は、電圧ＶＯ１が「Ｈ」レベルであると判定した場合は「Ｈ」レベルのカウント数をインクリメント（＋１）し、電圧ＶＯ１が「Ｌ」レベルであると判定した場合は「Ｌ」レベルのカウント数をインクリメント（＋１）する。図７（ａ）〜（ｃ）の時刻ｔ３〜ｔ４では、接触および非接触のいずれの場合においてもＶＯ１＞Ｖｒｅｆ１であるので、制御回路１０は、「Ｈ」レベルのカウント数をインクリメント（＋１）する。

以降、制御回路１０は、外部端子ＴＡ２，ＴＡ３を「Ｌ」レベルにしてコンデンサＣｃの充電電荷の一部ならびにコンデンサＣｒ，ＣＸ１の全充電電荷を放電する放電動作と、外部端子ＴＡ２，ＴＡ３をＨｉＺ状態にしてコンデンサＣｃの充電電荷の一部をコンデンサＣｒ，ＣＸ１に分配し、外部端子ＴＡ３の電圧ＶＯ１と参照電圧Ｖｒｅｆ１との高低を比較する検出動作とを交互に繰り返す。

図７（ａ）〜（ｃ）では、充電動作（時刻ｔ０〜ｔ１）後に放電動作および検出動作がそれぞれ６回交互に繰り返された場合が例示されている。タッチ電極ＥＸ１が人体に接触されていない場合（非接触状態）は、電圧ＶＯ１は４回「Ｈ」レベルであると判定され、２回「Ｌ」レベルであると判定されている。また、タッチ電極ＥＸ１が人体に接触されている場合（接触状態）は、電圧ＶＯ１は２回「Ｈ」レベルであると判定され、４回「Ｌ」レベルであると判定されている。

制御回路１０は、たとえば、「Ｈ」レベルの判定回数が３回よりも多い場合、タッチ電極ＥＸ１には指が接近してない（非接触状態）と判定し、「Ｈ」レベルの判定回数が３回よりも少ない場合、タッチ電極ＥＸ１に指が接近している（接触状態）であると判定する。

制御回路１０は、切替回路１４によって、残りのタッチ電極ＥＸ２〜ＥＸｍ，ＥＹ１〜ＥＹｎを１つずつ順次選択し、タッチ電極ＥＸ１の場合と同様にして、各タッチ電極がタッチされているか否か（指が接近しているか否か）を判定する。

［制御回路１０の構成例］
図８は、制御回路１０の要部の構成例を示すブロック図である。図８を参照して、制御回路１０は、カウント回路３１，３２と、タッチ電極判定回路３３と、ゴースト判定回路３４とを含む。

カウント回路３１は、既に説明したように、第１の検出回路１１に設けられた比較器ＣＭＰ１の出力が「Ｈ」レベルとなる回数および「Ｌ」レベルとなる回数をカウントする。

タッチ電極判定回路３３は、カウント回路３１のカウント結果に基づいて、各タッチ電極に指が接近した状態（接触状態）であるか否かを判定する。タッチ電極判定回路３３は、さらに、図５の第１のタッチ電極群ＥＸのうち複数のタッチ電極がタッチされるとともに第２のタッチ電極群ＥＹのうち複数のタッチ電極がタッチされたマルチタッチ状態であるか否かを判定する。

ゴースト判定回路３４は、マルチタッチ状態の場合に、実際にタッチされた座標を特定する（ゴーストを排除する）。具体的に、ゴースト判定回路３４は、電圧印加回路１３を制御することによって、第１のタッチ電極群ＥＸのうち接触状態と判定されたタッチ電極に１つずつ順次電圧を印加する。このとき、第２の検出回路１２に設けられた比較器ＣＭＰ２は、第２のタッチ電極群ＥＹのうち接触状態と判定されたタッチ電極の各々の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ２を超えるか否かを判定する。カウント回路３２は、比較器ＣＭＰ２の出力が「Ｈ」レベルとなるまでのクロック数をカウントする。すなわち、接触状態のタッチ電極ＥＹの電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ２を超えるまでの時間が計測される。ゴースト判定回路３４は、カウント回路３２のカウント結果に基づいて、実際にタッチされた座標を特定する。以下、ゴースト判定回路３４の動作をさらに詳しく説明する。

［ゴースト判定回路３４の動作の詳細］
図９は、図５の半導体装置１Ａの動作を示すフローチャートである。以下、図５、図９を参照して、半導体装置１Ａの動作について説明する。なお、図９のステップＳ１０１〜Ｓ１０７は図７で既に説明した動作と同じであるの簡単に説明し、ゴースト判定回路３４に関係するステップＳ１０８〜Ｓ１１５の動作を詳しく説明する。

初期状態では、ドライバＤＡ１〜ＤＡ３の出力ノードが「Ｌ」レベルであり、ドライバＤＸ１〜ＤＸｍ，ＤＹ１〜ＤＹｎの出力ノードがＨｉＺ状態である。さらに、スイッチＳＡ１〜ＳＡ３，ＳＸ１〜ＳＸｍ，ＳＹ１〜ＳＹｎがオン状態であり、スイッチＳＢ１がオフ状態である。

まず、制御回路１０は、ドライバＤＡ１の出力ノードを「Ｈ」レベルにし、ドライバＤＡ２，ＤＡ３の出力ノードをＨｉＺ状態にする。さらに、制御回路１０は、スイッチＳＡ１，ＳＡ３，ＳＸ１をオン状態にし、スイッチＳＡ２，ＳＸ２〜ＳＸｍ，ＳＹ１〜ＳＹｎをオフ状態にする。これによって、コンデンサＣｃが充電される（ステップＳ１０１）。

次に、制御回路１０は、スイッチＳＡ１をオフ状態にし、ドライバＤＡ１の出力ノードをＨｉＺ状態にし、ドライバＤＡ２，ＤＡ３の出力ノードを「Ｌ」レベルにする。これによって、コンデンサＣｃの電荷の一部と、コンデンサＣｒおよびタッチ電極ＥＸ１の全電荷が放電される（ステップＳ１０２）。

次に、制御回路１０は、ドライバＤＡ２，ＤＡ３の出力ノードをＨｉＺ状態にする。これによってコンデンサＣｃの充電電荷の一部によってコンデンサＣｒおよびタッチ電極ＥＸ１の容量ＣＸ１が充電される（ステップＳ１０３）。比較器ＣＭＰ１は、外部端子ＴＡ３の電圧ＶＯ１（タッチ電極ＥＸ１と接地ノードＧＮＤとの間にかかる分圧電圧）を検出し、参照電圧Ｖｒｅｆ１と比較する。電圧ＶＯ１が参照電圧Ｖｒｅｆ１より大きい場合、図８のカウント回路３１は「Ｈ」レベルのカウント数をカウントアップする（ステップＳ１０４）。

上記のステップＳ１０２の放電動作およびステップＳ１０３，Ｓ１０４の検出動作は所定回数（ステップＳ１０５でＹＥＳとなるまで）繰り返される。この後、制御回路１０は、カウント回路３１のカウント数に基づいて、タッチ電極ＥＸ１がタッチされているか否かを判定する（ステップＳ１０６）。以後、タッチ電極ＥＸ２〜ＥＸｍ，ＥＹ１〜ＥＹｎについても順次同様の計測および判定が行なわれる。

全タッチ電極ＥＸ１〜ＥＸｍ，ＥＹ１〜ＥＹｎ（すなわち、全外部端子ＴＸ１〜ＴＸｍ，ＴＹ１〜ＴＹｎ）についての計測が完了すると（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、制御回路１０は、タッチ電極群ＥＸについて接触状態のタッチ電極が複数有り、かつ、タッチ電極群ＥＹについて接触状態のタッチ電極が複数有るか否かを判定する（ステップＳ１０８）。少なくとも一方のタッチ電極群について接触状態のタッチ電極が１つの場合には（この場合、ゴーストは生じない）、制御回路１０は、接触状態の電極が交差する箇所の座標を出力する（ステップＳ１１５）。これによって処理が終了する。

ゴーストが生じる場合には（ステップＳ１０８でＹＥＳ）、制御回路１０は、スイッチＳＡ１〜ＳＡ３をオフ状態にし、スイッチＳＢ１をオン状態にする。さらに、制御回路１０は、接触状態と判定されたタッチ電極（第１および第２のタッチ電極群ＥＸ，ＥＹの両方）に接続されたドライバＤＸ，ＤＹの出力ノードを「Ｌ」レベルに初期化する（ステップＳ１１０）。これによって、接触状態と判定されたタッチ電極（第１および第２のタッチ電極群ＥＸ，ＥＹの両方）の電荷が放電される。

次に、制御回路１０は、第２のタッチ電極群ＥＹのうち接触状態のタッチ電極を１つ選択し、スイッチＳＹ１〜ＳＹｎのうち選択されたタッチ電極に接続されたスイッチをオン状態にする。さらに、制御回路１０は、第１のタッチ電極群ＥＸのうち接触状態のタッチ電極を１つ選択し、選択されたタッチ電極に接続されたドライバＤＸの出力ノードを「Ｈ」レベルにする。これによって、第１のタッチ電極群ＥＸのうち選択されたタッチ電極に電圧が印加されるとともに（ステップＳ１１１）、比較器ＣＭＰ２が、第２のタッチ電極群ＥＹのうち選択されたタッチ電極の電圧ＶＯ２と参照電圧Ｖｒｅｆ２とを比較する。図８のカウント回路３２は、比較器ＣＭＰ２の出力が「Ｈ」レベルとなるまで（電圧ＶＯ２が参照電圧Ｖｒｅｆ２を超えるまで）の時間を計測する（すなわち、クロック数をカウントする、ステップＳ１１２）。制御回路１０は、計測した時間が所定時間を超えている場合には、電圧印加中のタッチ電極と電圧計測中のタッチ電極の交差点が実際にタッチされている（ゴーストでない）と判定する（ステップＳ１１３）。

上記ステップＳ１１０〜Ｓ１１３の計測および判定動作は、第１のタッチ電極群ＥＸのうち接触状態の複数のタッチ電極と第２のタッチ電極群ＥＹのうち接触状態の複数のタッチ電極との全ての組み合わせついて実行される。全ての組み合わせについて、上記ステップＳ１１０〜Ｓ１１３の計測および判定動作が完了している場合には（ステップＳ１１４でＹＥＳ）、制御回路１０は、判定結果（実際にタッチされた座標）を出力して処理を終了する（ステップＳ１１５）。

［実施の形態２の効果］
以上のとおり、実施の形態２の半導体装置１Ａによっても、マルチタッチの場合について一意的にタッチされた座標を特定できる（ゴーストが発生しない）とともに、消費電力をより小さくすることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

１，１Ａ半導体装置、２タッチパネル、１０制御回路、１１第１の検出回路、１２第２の検出回路、１３電圧印加回路、１４切替回路、３１，３２カウント回路、３３タッチ電極判定回路、３４ゴースト判定回路、１００，１０１タッチセンサ、ＣＭＰ１，ＣＭＰ２，ＣＭＰＹ１，ＣＭＰＹ２比較器、Ｃｃ，Ｃｒコンデンサ、ＤＡ１〜ＤＡ３，ＤＸ１〜ＤＸｍ，ＤＹ１〜ＤＹｎドライバ、ＥＸ１〜ＥＸｍ，ＥＹ１〜ＥＹｎタッチ電極、ＥＸ，ＥＹタッチ電極群、Ｒｃ抵抗素子、ＳＡ１〜ＳＡ３，ＳＸ１〜ＳＸｍ，ＳＹ１〜ＳＹｎスイッチ、ＴＸ，ＴＹ外部端子群、Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２参照電圧。

Claims

タッチパネルを構成する第１の方向の第１のタッチ電極群および前記第１の方向と交差する第２の方向の第２のタッチ電極群と接続された半導体装置であって、
前記第１および第２のタッチ電極群を構成する各タッチ電極の浮遊容量が、前記タッチパネルがタッチされていない場合に比べて増加しているか否かを検出する第１の検出回路と、
前記第１のタッチ電極群のうち複数のタッチ電極の浮遊容量が増加しかつ前記第２のタッチ電極群のうち複数のタッチ電極の浮遊容量が増加しているマルチタッチ状態であるか否かを判定する制御回路と、
前記マルチタッチ状態の場合に、前記第１のタッチ電極群のうち浮遊容量の増加した各タッチ電極に電圧を印加する電圧印加回路と、
前記電圧印加回路によって電圧が印加されたときに、前記第２のタッチ電極群のうち浮遊容量が増加した各タッチ電極の電圧の変化を検出する第２の検出回路とを備え、
前記制御回路は、前記マルチタッチ状態の場合に、前記第２の検出回路の検出結果に基づいて前記タッチパネルのタッチされた領域を特定する、半導体装置。
前記制御回路は、前記電圧印加回路が前記第１のタッチ電極群のうちある第１のタッチ電極に電圧を印加したとき、前記第２のタッチ電極群のうちある第２のタッチ電極の電圧が所定の第１の参照電圧に達するまでの時間が、前記タッチパネルにタッチされていない場合に比べて長い場合に、前記ある第１のタッチ電極および前記ある第２のタッチ電極の交差する領域をタッチされた領域として特定する、請求項１に記載の半導体装置。
前記制御回路は、前記第１のタッチ電極群のうち浮遊容量の増加したタッチ電極が１つの場合または前記第２のタッチ電極群のうち浮遊容量が増加したタッチ電極が１つの場合に、前記第１のタッチ電極群のうち浮遊容量が増加したタッチ電極と前記第２のタッチ電極群のうち浮遊容量が増加した第２のタッチ電極とが交差する領域をタッチされた領域として特定する、請求項１に記載の半導体装置。
前記第１の検出回路は、前記第１および第２のタッチ電極群のうちあるタッチ電極の浮遊容量を検出する場合、一端が前記あるタッチ電極に直列接続された第１の容量素子の他端に所定の電圧を印加したときの、前記あるタッチ電極の分圧電圧を検出する、請求項１に記載の半導体装置。
前記第１の検出回路は、前記あるタッチ電極の浮遊容量を検出する場合、前記第１の容量素子の前記他端に抵抗素子を介して接続された第２の容量素子を予め充電する充電動作を行ない、
前記第１の検出回路は、前記充電動作の後に、前記第１の容量素子の両端を接地ノードに接続することによって前記あるタッチ電極の全電荷、前記第１の容量素子の全電荷、および前記第２の容量素子の一部の電荷を放電する放電動作と、前記第２の容量素子の電圧を前記所定の電圧として前記第１の容量素子の前記他端に印加したときの前記あるタッチ電極の分圧電圧を検出する検出動作とを交互に行ない、
前記制御回路は、各前記検出動作時における前記あるタッチ電極の電圧が所定の第２の参照電圧以下になるまでの前記放電動作の回数に基づいて、前記あるタッチ電極の浮遊容量が増加しているか否かを判定する、請求項４に記載の半導体装置。