TW201042523A - Sensing circuit and method for a capacitive touch panel - Google Patents

Description

201042523 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關-種電容式觸控板，特狀關於—種用於電 容式觸控板的感測電路及方法。 【先前技術】 如圖1所示，以χγ方向規劃的電容式觸控板1〇包括多 條X軸感應線(trace)TXl〜TX8及多條Y軸感應線TYHY6， 其定位方式係掃描X軸感應線TX1〜TX8及γ軸感應線 TY1〜TY6，根據電容值的變化辨識觸點的位置。例如，手指 觸碰在位置12會引起感應線TX8及TY3的電容值改變，因 此可以判斷手指係在感應線TX8及ΤΎ3的交叉點12。然而， 這樣的定位方式在多指應用上無法正確辨識手指的位置。例如 圖2所示的雙指觸碰’兩手指同時觸碰在位置2〇及22會引起 感應線TX2、TX4、TY2及TY4的電容值改變，由此電容值 的變化判斷的觸點位置有兩種可能性，除了手指2〇及22真正 的位置(TX2，TY4)及(TX4，TY2)之外，會出現兩個鬼點在位置 (TX2JY2)及(ΤΧ4，ΤΥ4)24及26 ’這使得電容式觸控板1〇無 法正確判斷出真正的觸點位置20及22。 因此’電容式觸控板需要分辨觸點及鬼點的解決方案。 【發明内容】 本發明的目的之一，在於提出一種用於電容式觸控板的感 測方法及電路。 201042523 本發明的目的之一’在於提出一種為電容式觸控板分辨觸 點及鬼點的方法及電路。 根據本發明，一種用於電容式觸控板的感測方法包括在一 第一時相中施加一第一電壓至該電容式觸控板之第一感應線 • 及第二感應線，並設定一感測電容的跨壓；以及在一第二時相 中將該第一感應線的電壓從該第一電壓切換至一第二電壓，並 將該弟一感應線連接至該感測電容之第一端，因而引起該感測 電容之第二端的電壓發生變化。 ❹ 根據本發明，一種用於電容式觸控板的感測電路包括一第 一切換電路連接該電容式觸控板之第一感應線，在一第一時相 中將該第一感應線連接至一第一電壓端，在一第二時相中將該 第一感應線連接至一第二電壓端；一運算放大器具有一第一輸 入端、一第二輸入端及一輸出端，該第一輸入端連接該第一電 壓端；一第二切換電路連接該電容式觸控板之第二感應線，在 該第一時相中將該第二感應線連接至該第一電壓端，在該第二 ❹ 時相巾將該第二感絲連接至該運算放A $的帛二輸入端卜 感測電容具有一第一端及一第二端，該感測電容的第一端連接 該運算放大n的第二輸人端；1三切換連接在該運算放 大器的第二輸入端及輸出端之間，在該第一時相中將該運算放 大器的輪its端連接至該第二輪人端；錢—第四切換電路連接 »亥感測電各的第二端’在該第—時相中將該感測電容的第二端 連接至該第—電壓端，在該第二_巾將該_電容的第 連接至該運算放大器的輸出端。 本發明的制方法及鱗，麟制喊絲交又點之旁 201042523 側電容的電容值變化，可以分辨電容式觸控板上的觸點及鬼 點，而且可以為觸點準確定位。 【實施方式] 圖3係本發明根據的原理的示意圖，電容式觸控板兩感應 線TXN及TYM的交叉點會有寄生的旁側電容30存在，Cxy 表不其電容值’當手指觸碰感應線TXN及TYM的交叉點時， 除了引起感應線TXN及TYM各自的電容值變化，也會引起 旁侧電容30的電容值變化，此電容值的變化可以用在電容式 觸控板的定位上’辨認真正的觸碰位置。例如在圖2所示的雙 指觸碰狀況下’在觸點位置(ΤΧ2/ΓΥ4)及(TX4，TY2)的旁側電 容值會發生變化，但是在鬼點位置(Τχ2,τγ2)及(τχ4,ΤΥ4)的 旁侧電容值不會發生變化。利用感測電路40感測旁側電容 值’從其變化的大小可以分辨觸點和鬼點。 圖4係根據本發明的感測方法的流程圖，感測電路4〇對 旁侧電容30的一次感測週期包含兩時相。在步驟90中，感測 電路40在第一時相中施加同一電壓至兩感應線τχΝ及 ΤΥΜ ’感測電路4〇内部包含感測電容在第一時相中被設定其 跨壓。在設定感測電容的跨壓時，可以施加相同或不相同的電 壓至感測電容的兩端，例如，將施加至感應線ΤΧΝ及ΤΥΜ 的電壓也同時施加至感測電容的兩端。然後，在步驟92中， 感測電路40改變感應線ΤΧΝ的電壓，並將感應線ΤΥΜ連接 至感測電容之第一端’因而引起感測電容之第二端的電壓發生 變化。此變化與當時旁側電容3〇的電容值有關，可以用來判 5 201042523 斷該父叉點是否受到碰觸，因而分辨出觸點和鬼點。 圖5係感測電路40的實施例。圖3的感應線TXN及TYM 為等效電路50’感應線TXN的感應電容5002具有電容值Cx， 感應線TYM的感應電容50〇4具有電容值Cy，感應線τχΝ 及TYM之間的旁侧電容30具有電容值Cxy。感測電路4〇連 接感應線TXN及TYM，感測旁侧電容30的電容值變化，據 以判斷是否有手指觸碰感應線TXN及τγΜ的交叉點。在感 測電路40中，切換電路4002具有開關SW1連接在電壓端Vc 及感應線TXN之間，以及開關SW2連接在感應線TXN及電 壓端Vcom之間’開關SW1及SW2分別受控於時相P2及pi ; 切換電路4004具有開關SW3連接在感應線TYM及電壓端 Vcom之間，以及開關SW4連接在感應線ΤΥΜ及運算放大器 4010的輸入端4012之間，開關SW3及SW4分別受控於時相 Ρ1及Ρ2;運算放大器4010的輸入端4014連接電壓端Vcom ; 切換電路4006具有開關SW5連接在運算放大器4010的輸入 端4012及輸出端4016之間，受控於時相pi ;感測電容CF具 有第一端4018及第二端4020，第一端4018連接運算放大器 4010的輸入端4012 ’第二端4020連接切換電路4008 ;切換 電路4008具有開關SW6連接在感測電容CF的第二端4〇2〇 及電壓端Vcom之間，以及開關SW7連接在感測電容CF的 第二端4020及運算放大器4010的輸出端4016之間，開關SW6 及SW7分別受控於時相pi及P2。時相pi和P2是不重疊的。 圖6係手指觸碰感應線TXN及TYM的交叉點時的示意 圖，感應線TXN及TYM的感應電容5002及5004分別有電 6 201042523 容增量ACx及ACy，旁側電容3〇有電容增量ACxy。圖7及 圖8係感測電路40在時相P1及p2中的等效電路。參照圖7， 在時相P1中，開關SW2、SW3、SW5及娜閉合，而開關 SW1、SW4及SW7斷開，因此感應線ΤΧΝ及ΤΥΜ皆連接電 壓端Vcom，感測電容CF的第二端4〇2〇連接電壓端Vc〇m， 運算放大器4010的輸出端4〇16連接其輸入端·2。感絲 ΤΧΝ的感應電谷5002有電容增量acx ,故其電荷

Qcx=Vcomx(Cx+ACx)； 公式 j 感應線TYM的感應電容5004有電容增量,故其電荷

Qcy=Vcomx(Cy+ACy)； 公式 2 旁側電容30兩端的電壓相等，因此旁側電容3〇的電荷為〇。 ❹ 由於虛短路的緣故’運算放大器4010的輸入端4012的電壓等 於輸入端4014的電壓Vcom，因此感測電容CF兩端4018及 4020的電壓相等，感測電容CF的電荷為〇，運算放大器4〇1〇 的輸出端4016的電壓Vo=Vcom。接著，參照圖8，在時相P2 中，開關SW2、SW3、SW5及SW6斷開，而開關SW1、SW4 及SW7閉合’因此感應線TXN連接電壓端Vc，感應線TYM 連接運算放大器4010的輸入端4012，感測電容CF的第二端 4020連接運算放大器4010的輸出端4016，運算放大器4010 的輸出端4016及輸入端4012之間則被斷開。此時，感應線 7 201042523 TXN的感應電容5002的電荷

Qcx=Vcx(Cx+ACx) 公式3 感應線TYM的感應電容5004的電荷

Qcy=Vcomx(Cy+ACy) 公式4 〇 由於旁側電容30在TXN側的電壓從Vcom切換至Vc，且其 在TYM側的那一端連接至感測電容CF的第一端4018，因此 旁側電容30的電荷

Qcxy=(Vc-Vcom)x(Cxy+ACxy) 公式 5 由於電荷守恒導致感測電容CF之第二端4020的電壓發生變 化。由公式5可得知感測電容CF上的電荷 Qcf=(Vo-Vcom)xCF=-(Vc-Vcom)x(Cxy+ACxy)。公式 6 根據公式6可進一步得到運算放大器4010輸出端4016的電壓 Vo=[-(Cxy+ACxy)/CF] X(Vc-Vcom)+Vcom。 公式 7 由公式7可知，感應線τχΝ及TYM的感應電容5002及5004 201042523 之電容值變量ACx和M：y不會對感測電路4〇的輸出端v〇造 成影響。 圖9係感測鬼點的示意圖，感應線τχΝ及τγΜ的感應 電谷5002及5004分別有電容增量^cx及My，但由於手指 - 〉又有真的觸碰感應線TXN及TYM的交又點，因此旁側電容 30沒有電容增量。圖10係感測電路4〇在時相pl*p2中的 等效龟路。參照圖1〇，在時相P1中，開關SW2、SW3、SW5 Q 及SW6閉合，而開關SWh SW4及SW7斷開，因此感應線

TXN及TYM皆連接電壓端vcom’感測電容CF的第二端4〇2〇 連接電壓端Vcom，運算放大器4010的輸出端4016連接其輸 入端4012。感應線txn的感應電容5〇〇2有電容增量ACx， 故其電荷如公式1所示；感應線XYM的感應電容5〇〇4有電 谷增量ACy ’故其電荷如公式2所示；由於旁側電容3〇兩端 的電壓相等，故其電荷為〇。由於虛短路的緣故，運算放大器 4010的輸入端4012的電壓等於輸入端4〇14的電壓Vc〇m，因 ❹ 此感測電容CF兩端4018及4020的電壓相等’感測電容c：F 的電荷為0’運算放大器輸出端4016的電壓v〇=Vcom。接著， 參照圖11，在時相P2中’開關SW2、SW3、SW5及SW6斷 開，而開關SW卜SW4及SW7閉合，因此感應線TXN連接 電壓端Vc，感應線TYM連接運算放大器4〇1〇的輸入端4012, 感測電容CF的第二端4020連接運算放大器4010的輸出端 4016，運算放大器4010的輸出端4016及輸入端4012之間則 被斷開。此時，感應線TXM的感應電容5002的電荷如公式3 所示，感應線TYM的感應電容5004的電荷如公式4所示， 201042523 由於旁側電容30在TXN側的電壓從Vcom切換至Vc，且其 在TYM側的那一端連接至感測電容CF的第一端4018，因此 旁側電容30的電荷

Qcxy=(Vc-Vcom) xCxy 公式8 〇 由於電何寸怪導致感測電容CF之第二端4020的電壓發生變 化。由公式8可得知感測電容CF上的電荷

Qcf=(Vo-Vcom) X CF=-(Vc-Vcom) X Cxy。 公式9 根據公式9可進一步求得運算放大器4010的輪出端4〇16的電 壓

Vo=(-Cxy/CF)x(Vc-Vcom)+Vcom 公式10 Ο 由公式10可知，感應線TXN及TYM的感應電容5〇〇2及5〇〇4 之電容值和My不會賊測電路。造 «彡響0比較公式7及公式U)可知’因蝴點和鬼點的旁侧 電容3〇的電容值不同，運算放大器侧的輪出端娜的電 壓Vo也不同，根據電壓Vo的大小可以判斷是否有手指觸碰 感應線TXN及TYM的交叉點。例如，觸點沾曰, 的Vo與鬼點的 Vb之間的差值為△Cxyiyc-VcomyCF，因此，Q >、要彳貞測到V〇 大於某個臨界值，便可認定該受測點是觸點。圖i2 3 一個判 201042523 斷電路的實施例’其利用比較器4030比較電壓Vo與臨界電壓 Vth’判斷感應線TXN及TYM的交叉點是否受到碰觸，例如， 信號GP為1表示鬼點，信號GP為〇表示觸點。臨界電壓vth 的值可以決定電路對旁侧電容30的電容值變化ACxy的敏感 度。從另一角度來看’不論感測觸點或鬼點，在第一時相pl 時，都有Vo=Vcom的關係存在。但是在第二時相p2時，觸點 和鬼點的Vo是不相同的。因此也可以從v〇在兩時相pi和p2 的變化來分辨觸點和鬼點。圖12是另一個判斷電路的實施 例’具有放大係數K的差動放大器4030的兩輸入端接受電壓 Vo和Vcom，其輸出與臨界電壓Vth送入比較器3〇42，產生的 信號GP為1時’表示該受測點是鬼點’信號Gp為〇表示是觸 點。規劃放大係數K和臨界電壓Vth的值可以決定電路對旁侧 電谷30的電容值變化△Cxy的敏感度。 在圖5到圖10所示的實施例中，一感測週期包含兩非重 疊的時相P1和P2。在時相P1中的操作，係重設(reset)旁侧電 容30和感測電容CF的跨壓為〇，使其上的電荷歸零^在不同 的實施例中，在時相P1中也可以設定旁側電容3〇的跨壓不為 0。然後’在時相P2中同時改變旁侧電容3〇在ΤΧΝ側的電壓 及因為電荷守怪使感測電路4〇的輸出端ν〇改變，所以是即 時反應當時旁侧電容3G驗況到_電路4〇的輪出端ν〇， 故能更準確的判斷觸點的位置。 將感測電路40應用至圖1的電容式觸控板1〇，參照圖2, 當手指同時觸碰電容式觸控板10的位置2〇及22，雖然感應 線ΤΧ2、ΤΧ4、ΤΥ2及ΤΥ4的感應電容都發生變化，但由於 201042523 沒有手指觸碰位置24及26，因此感應線TX2及TY2交又點 的旁側電容沒有變化，感應線TX4及TY4交又點的旁側電容 也沒有變化’故可以排除觸點在位置24及26的可能性，消除 了鬼點引發錯誤的可能性。 【圖式簡單說明】 圖1係習知的電容式觸控板； 圖2係雙指觸碰的示意圖； 〇 圖3係本發明根據的原理的示意圖； 圖4係根據本發明的感測方法的流程圖； 圖5係本發明的感測電路的實施例； 圖6係圖5的感測電路感測觸點的示意圖； 圖7係圖6的電路在第一時相中的等效電路； 圖8係圖6的電路在第二時相中的等效電路； 圖9係圖5的感測電路感測鬼點的示意圖； 〇 目G係_ 9的電路在第—日_相中的等效電路； 圖11係圖9的電路在第二時相中的等效電路； 圖12係判斷電路的第-實施例；以及 圖13係判斷電路的第二實施例。 【主要元件符號說明】 1〇 電容式觸控板 12 觸碰位置 20觸點位置 12 201042523

22 觸點位置 24 鬼點位置 26 鬼點位置 30 旁側電容 40 感測電路 4002 切換電路 4004 切換電路 4006 切換電路 4008 切換電路 4010 運算放大器 4012 運算放大器的輸入端 4014 運算放大器的輸入端 4016 運算放大器的輸出端 4018 感測電容的第一端 4020 感測電容的第二端 4030 比較器 4032 差動放大器 50 兩感應線的等效電路 5002 感應線的感應電容 5004 感應線的感應電容 13

Claims (1)

1. 201042523 七、申請專利範圍： 1. 了種綴電容式觸控板的感測方法，該電容式觸控板具有一 第一感應線及一第二感應線，二者之交叉點具有一旁側電 容，該感測方法包括： ⑻在1 —時相中’施加—第—電壓至該第—感應線及 弟一感應線，並設定一感測電容的跨壓；以及 (b)在一第二時相中，將該第一感應線的電壓從該第一電 壓切換至-第二電壓’並將該第二感應線連接至該感 測電容之第一端，因而引起該感測電容之第二端的電 壓發生變化。 2. 如請求項1之感測方法’其中該步驟a包括施加第三電壓至 該感測電容之第一端及第二端。 3. 如請求項2之感測方法，其中該第三電壓等於該第一電壓。 4. 如請求項1之感測方法，其中該步驟b包括： 施加該第一電壓至一運算放大器之第一輸入端； 將δ亥第《一感應線及S亥感測電容之第一端連接至該運算放 大器之第二輸入端；以及 將該感測電容之第二端連接至該運算放大器之輸出端。 5_如請求項1之感測方法，更包括根據該感測電容之第二端的 電壓變化判斷該交又點是否受到碰觸。 6. —種用於電容式觸控板的感測電路，該電容式觸控板具有一 第，感應線以及一第二感應線，二者之交又點具有一旁侧電 容，該感測電路包括： ’第一切換電路，連接該第一感應線，在一第—時相中將 14 201042523 該第一感應線連接至一第一電壓端，在一第二時相中 將該第一感應線連接至一第二電壓端·， -運算放大器’具有-第-輪入端、一第二輸入端及一輸 出端，該第一輸入端連接該第一電壓端； 一第二切換電路’連接該第二感應線，在該第一時相中將 該第二感應線連接至該第一電壓端，在該第二時相中 將該第二感應線連接至該運算放大器的第二輸入端； -感測電容’具有-第-端及-第二端，該感測電容的第 〇 一端連接該運算放大器的第二輸入端； 一第三切換電路，連接在該運算放大器的第二輸入端及輸 出端之間，在該第一時相中將該運算放大器的輸出端 連接至該第二輸入端；以及 一第四切換電路，連接該感測電容的第二端，在該第一時 相中將該感測電容的第二端連接至該第一電壓端，在 該第二時相中將該感測電容的第二端連接至該運算 放大器的輸出端。 ❹ 7. 如請求項6之感測電路，其中該第一切換電路包括： 一第一開關，連接在該第一感應線及該第二電壓端之間； 以及 一弟一開關，連接在該第一感應線及該第一電壓端之間。 8. 如請求項6之感測電路，其中該第二切換電路包括： 一第一開關，連接在該第二感應線及該第一電壓端之間； 以及 一第二開關’連接在該第二感應線及該運算放大器的第二 15 201042523 輪入端之間。 9. 如請求項6之感測電路，其中該第三切換電路包括一開關連 接在該運算放大器的第二輸入端及輪出端之間。 10. 如請求項6之感測電路，其中該第四切換電路包括： —第-_’連接在該感測電容的第二端及該第一電壓端 之間；以及 一第二開關，連接在該感測電容的第二端及該運算放大器 ^ 的輸出端之間。 11. 如明求項6之感測電路’更包括__比較II連接該運算放大器 的輸出端，在該第二時相中將該輸出端之電壓與一臨界值比 較’以判斷該交叉點是否受到碰觸。 如請求項6之感測電路，更包括： 一差動放大器’連接該第一電壓端及該運算放大器的輸出 端，以放大二者的電壓之間的差值；以及 一比較器，連接該差動放大器，在該第二時相中將該放大 〇 的差值與一臨界值比較’以判斷該交叉點是否受到碰 16