TW201115928A - Apparatus using a differential analog-to-digital converter - Google Patents

Description

201115928 六、發明說明： 【先前技術】 觸控螢幕正廣泛地用於各種電子器件及系統中。滿足此 等電子器件及系統之消費者之需要正推動著工業提供具有 適當增加之靈敏度及易用性之觸控蟹幕。 【貫施方式】 在附圖之貫例性圖中以貫例方式而非限制方式圖解說明 本發明之實施例。 以下詳細說明涉及以圖解說明方式顯示各種實施例之附 圖。足夠詳細地闡述此等實施例以使彼等熟悉此項技術者 能夠實踐此等及其他實施例。可利用其他實施例，且可對 此等實施例做出結構、邏輯及電改變。各實施例未必相互 排斥，此乃因某些實施例可與一或多個其他實施例組合以 形成新實施例。因此，以下詳細說明不視為具有一限定性 意義。 圖1圖解說明使用一差動類比至數位轉換器（ADC)1〇5之 一裝置100之一實例性實施例之一方塊圖。裝置1〇〇亦包含 一波形捕獲電路110。一波形捕獲電路提供用於獲取一波 形之特性特徵之一機構。此等特性包含（但不限於）一最大 振幅、一最小振幅、一相位或波形之其他特徵。波形捕獲 電路11 0可經配置以捕獲該波形之沿一個方向變化之一特 性及沿一不同方向變化之一相關聯特性。舉例而言，波形 捕獲電路110可獲取一週期波形之該最大振幅及同一週期 波形之該最小振幅，其中該最大及最小振幅皆與同一週期 149075.doc 201115928 相關聯。舉例而言，波形捕獲電路11 0可獲取一脈衝之上 升緣及一脈衝之下降緣及/或該上升緣及下降緣之表示。 在各種實施例中，波形捕獲電路11 0可獲取一電路組件對 一輸入脈衝之該上升緣之一回應及該電路組件對該輸入脈 衝之該下降緣之回應及/或此等回應之表示。 波形捕獲電路110可經結構化以操縱波形來擷取該等波 形之相關資訊或表示。舉例而言，一電壓脈衝之一上升緣 及該電壓脈衝之一下降緣皆與一最大電壓相關。與脈衝或 對該脈衝之一回應同時存在之雜訊或低頻干擾通常為該上 升緣及該下降緣所共有。波形捕獲電路丨i 〇可對該脈衝或 對該脈衝之一回應進行操作，以提供相反極性之脈衝，該 相反極性之脈衝具有相同極性之相關聯共用雜訊或低頻干 擾。該兩個脈衝之減法有效地減少或消除相關聯共用雜訊 或低頻干擾，且可使與該脈衝之上升緣及下降緣相關聯之 動態範圍加倍。 如圖1中所示’ ADC 105耦合至波形捕獲電路11〇。ADC 105可組態有耦合至波形捕獲電路u 〇之輸入以接收沿一個 方向變化之一特性之一表示且接收沿不同方向變化之一相 關聯特性之一表示。差動ADC 105可移除為兩個方向所共 有之k號分量。在許多情形中，此等共用分量往往為雜 Λ在波形係一脈衝之情況下’沿一個方向變化之特性 可係該脈衝之一上升緣且沿一不同方向變化之相關聯特性 叮系ι脈衝之一下降緣。在該波形是一輸入脈衝之情況 下施加至波形捕獲電路1 1 〇之該上升緣及下降緣可係對 149075.doc 201115928 搞合至波形捕獲電路110之一電路之一輸入波形之回應。 在各種實施例中，波形捕獲電路1 1 0包含取樣與保持電 路。该取樣與保持電路可耗合至一放大器使得波形捕獲電 路110經配置以提供一脈衝之一上升緣之一表示及一脈衝 之一下降緣之一表示。可將該放大器實現為一虛擬接地放 大器。 圖2顯示具有耦合至一電路210以量測電荷傳送之一矩陣 觸控螢幕201之一裝置200之一實例性實施例之特徵之一方 塊圖。矩陣觸控螢幕201包含驅動電極2〇2(稱作又線或X電 極），该驅動電極電容柄合至接收電極2〇4(稱作γ線或γ電 極）。為便於論述，僅顯示一個X電極202及一個γ電極 204。X驅動電極202藉由介電材料與γ電極2〇4分離。在實 體配置中無任何擾動之情況下，回應於施加至X電極2〇2之 一仏號而在Υ電極204處接收之一信號係基於矩陣觸控螢幕 201之實體配置及材料確定之電容耦合。與矩陣觸控螢幕 201之接觸（例如，藉由人類觸摸）改動X電極2〇2與γ電極 204之間的電容關係，此影響與施加至X電極2〇2之一信號 相關聯之電荷傳送。可使用電路2 i 〇量測與X電極2〇2與Υ 電極204之間的電容耦合相關聯之電荷傳送。在各種實施 例中，電路210經組態以在對與矩陣觸控螢幕2〇1相關聯之 電荷傳送之量測中抑制低頻干擾。電路21〇可經配置以使 得其獨立於矩陣觸控螢幕201及其組件（例如，驅動X電極 202及接收γ電極2〇4)之實體結構及設計。因此，電路2 j 〇 可與各種觸控螢幕一起使用。電路21〇之部分或全部可與 149075.doc 201115928 矩陣觸控螢幕201.整合在一起。或者，電路21〇之部分或全 部可與同矩陣觸控螢幕201分離之一或多個其他組件整合 在一起。 在各種實例性實施例中，電路210包含一放大器212、一 取樣與保持電路214、一取樣與保持電路21 6及一差動類比 至數位轉換器（ADC)218。可將放大器212實現為一虛擬接 地放大器。一虛擬接地放大器212可相對於γ輸出線2〇4用 作一電荷積分放大器。將差動ADC 218耦合至電路21〇令 之虛擬接地放大器以量測電何傳送提供用以在對與矩陣 觸控螢幕2 01相關聯之電荷傳送之量測期間抑制低頻干擾 之一機構。 如圖2中所示，連接至矩陣觸控螢幕2〇1上之丫線2〇4之虛 擬接地放大器21 2以操作方式收集電荷並回應於矩陣觸控 螢幕201上之X線202上之一上升信號而產生一負電壓偏 移。來自虛擬接地放大器212之所產生電壓可由搞合至虛 擬接地放大器212之取樣與保持電路214保持。可保持沿一 特定方向之所產生電壓之一最大值。接著，降低χ線上之 信號導致來自虛擬接地放大器212之一正偏移，其可被接 收並保持於取樣與保持電路216中。對於施加至X線2〇2之 一脈衝，該脈衝之每一沿將由虛擬接地放大器212產生沿 一特定方向之一脈衝。一正（上升）沿將由虛擬接地放大器 212產生一負向脈衝且一負（下降）沿將由虛擬接地放大器 212產生一正脈衝。耦合至取樣與保持電路214及取樣與保 持電路216之差動ADC 218以操作方式量測與χ線2〇2上之 149075.doc -6 - 201115928 上升彳S號及下降信號相關聯之兩個電壓之間的差。取樣與 保持電路214及216經控制以提供用於將來自虛擬接地放大 器212之正輸出及負輸出大致同時提供至差動ADC 218之 一機構。 電路210可以操作方式對由χ線2〇2產生之一脈衝之兩個 沿執行電荷收集。對一脈衝之兩個沿之電荷收集允許ADc 2 1 8之輸出處之電荷量測之動態範圍之一加倍。另外，量 測電路210中之直流（DC)偏移或者在大致低於χ線202上一 k號之頻率之一頻率下之干擾往往導致量測之兩個半部中 之一相等改變且可在於ADC 218處進行差動量測時被移 除。 裝置200還可包含一控制單元22〇，其用於管理與施加至 矩陣觸控螢幕20 1之X線202之脈衝相關聯之電荷量測，以 便使使用ADC 21 8之輸出進行之量測同步。控制單元 可經組態以向X線202施加脈衝。或者，控制單元22〇可經 配置以使用並控制根據另一驅動源之脈衝產生進行之量 測。 藉由使用差動ADC 21 8對施加至χ輸入線2〇2之一波形之 雙沿之回應進行操作，可抑制相對於該波形之頻率為低頻 之雜訊。使用差動ADC 21 8及與一脈衝之一上升緣及一下 降緣相關聯之雙沿電荷傳送可實現因一觸控螢幕所致之電 荷量測中之低頻雜訊抑制。另外，差動ADC 218可產生電 荷量測之增強動態解析度。 可藉助一 X線上之一脈衝實施一電荷量測。每一脈衝皆 149075.doc 201115928 具有一正沿及一負沿。一正沿將產生一負信號且一負沿將 產生一正信號或反之亦然，此取決於電路。自正沿對信號 進行取樣，需要來自量測之一信號加上來自低頻干擾之某 一值。關於正沿之信號可由下式表示 SP=-M+L，其中Μ係量測且L來自低頻干擾。 關於負沿之信號按下式獲取 Sn=+M+L 〇 注意’ L對於比量測慢得多之頻率而言將係相同的。在將 SP及SN饋送至差動ADC 218之情況下，差動ADC 218提供 一量測’其中一信號之輸出由下式給出 Sadc=(+M+L)，(-M+L)=2M。 可將此ADC量測視為如同於在轉換期間減去兩個基於沿之 k號。如以上所示，電路210之架構可實現實質上消除脈 衝之兩個沿所共有之低頻雜訊，同時使信號量測加倍。 圖3顯示具有耦合至一電路3丨〇以量測電荷傳送之一矩陣 觸控螢幕3 01之一裝置3 0 0之一實例性實施例之特徵之一方 塊圖。矩陣觸控螢幕301包含電容耦合至接收電極3〇4之驅 動電極3 02。為便於論述，類似於針對圖2之論述，僅顯示 一個X電極302及一個Y電極3〇4。類似於圖2之裝置200， 矩陣觸控螢幕301之作業係基於X驅動線3〇2與γ輸出線3〇4 之間的電容耦合。可使用電路31〇量測與X線302與Y線304 之間的電容耦合相關聯之電荷傳送。電路3丨〇可經配置使 付其獨立於矩陣觸控螢幕3 0 1及其組件（例如，驅動X電極 302及接收Y電極304)之實體結構及設計。因此，電路31〇 149075.doc 201115928 可與各種觸控螢幕一起使用。電路310之部分或全部可與 矩陣觸控螢幕301整合在一起。或者，電路31〇之部分或全 部可與同矩陣觸控螢幕301分離之一或多個其他組件整合 在^一起。 在各種實例性實施例中’電路3 1 〇包含一放大器3丨丨、一 類比至數位轉換器（ADC)313及一數位減法單元315。可將 放大器311貫現為一虛擬接地放大器。—虛擬接地放大器 311可相對於Y輸出線304用作一電荷積分放大器。在作業 中’連接至矩陣觸控螢幕301上之Y線304之虛擬接地放大 器3 11以操作方式收集電荷，並回應於矩陣觸控螢幕3 〇 1上 之X線3 02上之一上升信號而產生一負電壓偏移。可將來自 虛擬接地放大器3 11之所產生的電壓直接發送至ADC 3 13。接著，降低X線上之信號導致來自虛擬接地放大器 3 11之一正偏移’可將其直接發送至adc 3 13。ADC 3 13將 自虛擬接地放大器311接收之兩個電壓之數位表示提供至 數位減法單元315 ^數位減法單元315可以若干習用或等效 格式實現。數位減法單元315之輸出係用於對與電容搞合 至矩陣觸控螢幕301之接收Y線304之X輸入線302上驅動之 一信號相關聯之電荷傳送的量測中。電路3丨〇可以操作方 式對在X線302處產生之一脈衝之兩個沿執行電荷收集，其 中數位減法實現電荷量測中之低頻抑制。 裝置300亦可包含一控制單元320，用於管理與施加至矩 陣觸控螢幕301之X線302之脈衝相關聯的電荷量測，使得 使用ADC 3 13之輸出來進行的量測同步。控制單元32〇可 149075.doc 201115928 經組態以向X線302施加脈衝。或者，控制單元320可經配 置以使用並控制根據另一驅動源之脈衝產生而進行的量 測。 圖2之電路210有效地使用呈模擬格式之減法。另一方 面，圖3之電路310實施呈一數位格式之減法。在各種實施 例中，取樣與保持電路與類似於圖2中所示實例之一差動 類比至數位轉換器一起使用可比使用類似於圖3中所示實 例之數位減法之實施例提供更好的解析度。 圖4顯示用於低頻雜訊抑制之—方法之—實例性實施例 的特徵。在410處，自一輸出線獲取—第一回應，其中該 第一回應係、自-波形之—上升緣導出之—信號。可自一矩 陣觸控螢幕之一輸出線獲取該第一回應，纟中該第一回應 包含自施加至該矩陣觸控螢幕之一輸入線之一脈衝之一上 升緣導出之一電容感應信號。 在420處’自該輪出線獲取_第二⑽，其令該第二回 應係自波形之—下降緣導出之—信號。可自該矩陣觸控螢 幕之輸出線獲取該第二回應，其中該第二回應包含自施加 至-亥矩陣觸控螢幕之輸人線之脈衝之_下降緣導出之一電 容感應信號。 在430處，操縱該第—座 _ 弟口應及s亥第二回應以抑制在小於 與該波形相關聯之—頻率之頻率下之雜訊。可相對於施加 至β矩陣觸控勞幕之輸人線之—脈衝實施對該第—回應及 S亥第—回應之操縱以致如也丨* |Λ 致抑制在小於與該脈衝相關聯之一頻 率之頻率下之雜訊。 此耜縱可包含該第一回應之一數位表 I49075.doc 201115928 不與該第二回應之一數位表示之間的一減法。其他操縱可 包含將該第一回應及該第二回應施加至取樣與保持電路並 將來自該取樣與保持電路之輸出施加至一差動類比至數位 轉換器’使得該差動類比至數位轉換器之一輸出包含對與 °亥第回應及違第一回應相關聯之一電荷量測。該第一回 應及S亥第二回應可藉由一虛擬接地放大器耦合至該取樣與 保持電路。在該第一回應對應於該脈衝之一上升緣且該第 二回應對應於該脈衝之一下降緣之情況下，該虛擬接地放 大器分別將一負脈衝及一正脈衝輸出至該取樣與保持電 路。可藉由將取樣與保持電路之輸出施加至一差動類比至 數位轉換器移除脈衝之上升緣及下降緣所共有之雜訊。 圖5顯示具有一控制器5〇5及包含一觸控螢幕556及一控 制電路558之一裝置（例如，顯示器器件555)之一系統5〇〇之 一方塊圖，控制電路558具有用於在觸控螢幕556之作業中 進行電荷量測之一類比至數位轉換器。該類比至數位轉換 器可組態有其他電路組件以提供因觸控螢幕556之作業所 致之電荷里測中之低頻雜訊抑制。可根據類似於本文中所 闡述之實施例或與本文中所闡述之實施例相同之各種實施 例來配置觸控螢幕556及控制電路558。可將控制器505實 現為一處理器。 可使用S用技術以將系統5〇〇之個別組件编合在一起或 將該等組件整合為一個或若干單元之各種方式來形成系統 500。在各種實施例中’系統5〇〇還包含一電子裝置535及 一匯流排515。匯流排5丨5提供控制器5〇5與電子裝置535之 149075.doc -11- 201115928 間、控制器505與一記憶體525之間及耦合至匯流排51 5之 各種組件之間的導電性。在一實施例中，匯流排5 15包含 各自經單獨組態之一位址匯流排、一資料匯流排及一控制 匯流排。在一替代實施例中，匯流排515使用共用導電線 來提供位址、資料或控制中之一者或多者，藉由控制器 505調節對該等導電線之使用。在各種實施例中，記憶體 525可包含一或多個記憶體類型，例如（但不限於），一 DRAM(動態隨機存取記憶體）、SRAM(靜態隨機存取記憶 體）、快閃記憶體、磁性記憶體、其他記憶體格式及其組 合0 在各種實施例中’一或多個額外周邊器件545耦合至匯 流排515。周邊器件545可包含顯示器、成像器件、印刷器 件、無線器件、額外儲存記憶體、可結合控制器5 〇 $操作 之控制器件。 在各種實施例中，系統500包含具有觸控螢幕556及控制 電路555之顯示器器件555，其中控制電路555具有經組態 用於因觸控螢幕之操作所致之電荷量測之一類比至數位轉 換器。或者，控制電路555可與控制器5〇5或者系統5〇〇之 與觸控螢幕556分離之一或多個其他組件整合在一起。具 有一顯不器器件555之系統500包含（但不限於）光纖系統或 器件、電光系統或器件、光學系統或器件、成像系統或器 件及資訊處置系統或器件（例如，無線系統或器件、電信 系統或器件及計算機）。 ° 儘管本文已圖解說明及闡述了具體實施例，但彼等熟悉 149075.doc -12- 201115928 此項技術者將瞭解’任何經計算以達成相同目的之配置皆 可替代所示之㈣實施例。各種實施例使用本文中所閣述 之實施例之排列及/或組合。應理解，以上說明意欲為說 明性，而非限制性，且本文中所採用之措詞或術語目的在 於說明。 【圖式簡單說明】 圖1圖解說明使用一差動類比至數位轉換器之一裝置之 一貫例性實施例之一方塊圖。 圖2顯示具_合至_電路以量測電荷傳送之一矩陣觸 控螢幕之一裝置之一實例性實施例之特徵之-方塊圖。 圖3顯示具有耦合至一電路以量測電荷傳送之一矩陣觸 控螢幕之-裝置之一實例性實施例之特徵之一方塊圖。 之於低頻雜訊抑制之—方法之—實例性實施例 =員示具有一控制器及包含一觸控營幕及一電路之一 之作f "電路具有用於在該觸控螢幕 業中進仃電何1測之—類比至數位轉換器。 【主要το件符號說明】 100 裝置 105 差動類比至數位轉換器 110 波形捕獲電路 200 裝置 201 矩陣觸控螢幕 202 驅動電極 I49075.doc -13- 接收電極 電路 放大器 取樣與保持電路 取樣與保持電路 差動類比至數位轉換器 控制單元 矩陣觸控螢幕 矩陣觸控螢幕 驅動電極 接收電極 電路 放大器 類比至數位轉換器 數位減法單元 控制單元 糸統 控制器 匯流排 記憶體 電子裝置 周邊器件 顯示器器件 觸控螢幕 控制電路 -14-

Claims (1)

1. 201115928 七、申請專利範圍： 1. 一種方法，其包括： 自—輪出線獲取一第一回應，該第一回應係自一波形 之一上升緣導出之一信號； 自該輸出線獲取一第二回應，該第二回應係自該波形 之—下降緣導出之一信號；及 操縱該第一回應及該第二回應以抑制在小於與該波形 相關聯之—頻率之頻率下的雜訊。 2·如請求項1之方法，其中： 自—輸出線獲取一第一回應包含自一矩陣觸控螢幕之 一輸出線獲取該第一回應，該第一回應係自施加至該矩 陣觸控螢幕之一輸入線之一脈衝之一上升緣導出之一電 容感應信號； 自該輪出線獲取一第二回應包含自該矩陣觸护螢幕之 =線獲取該第二回應’該第二回應係自施加至該矩 控螢幕之該輸入線之該脈衝之一下降緣導出之 容感應信號·，且 相=第：回應及該第二回應以抑制在小於與該波形 該第：二頻率下之雜訊包含操縱該第-回應及 ==抑制在小於與該脈衝相關聯之-頻率之頻 3. 回應及該第二回應 二回應之一數位表 如明求項2之方法，其中操縱該第_ =3 °亥第一回應之一數位表示與該第 示之間的減法。 149075.doc 201115928 如：求項2之方法，其中操縱該第一回應及該第二回應 包含. 將該第一回應及該第二回應施加至取樣與保持電路； 將來自該取樣與保持電路之輸出施加至一差動類比至 數位轉換器’使得該差動類比至數位轉換器之—輸出包 含對與該第一回應及該第二回應相關聯之電荷之一日 測。 置 5. 6. 如請求項4之方法， 出施加至該差動類比 取樣·與保持電路施加 一種裝置，其包括： 一波形捕獲電路， 化之一特性之一波形 關聯特性；及 其中將來自該取樣與保持電路之輸 至數位轉換器包含將兩個電屋自該 至該差動類比至數位。 其經組態以捕獲具有沿一個方向變 ’且捕獲沿一不同方向變化之—相 -差動類比至數位轉換器，其耦合至該波形捕獲電 路’該差_比至數位轉換器具有用以接收該沿該—個 D變化之特性之_表示及用以接收該沿該不同方向變 化之相關聯特性之一表示的輸入。 7·如：求項6之裝置’其中該波形係對一脈衝之一回應， 緣 個方向變化之特性係對該脈衝之該回應之一上升 彖且》亥沿一不同方向變化之相關聯特性係對該 該回應之—下降緣。 IS 之裝置，其中該波形捕獲電路包含-取樣與 149075.doc 201115928 9.如請求項7之裝置，其中該波形捕獲電路包含耦合至兩 個取樣與保持電路之一放大器，該波形捕獲電路經配置 以提供該脈衝之該上升緣之一表示及該脈衝之該下降緣 之一表示。 10·如請求項9之裝置，其中該放大器包含一虛擬接地放大 器。 11 · 一種系統，其包括： 一矩陣觸控螢幕，其具有一輸入線及一輸出線，該輸 出線相對於該輸入線經組態以獲取自施加至該矩陣觸控 發幕之該輸入線之一波形導出之一電容感應信號； 一波形捕獲電路，其經組態以捕獲該電容感應信號之 特性’該等特性包含沿一個方向變化之一特性及沿一不 同方向變化之一相關聯特性；及 一差動類比至數位轉換器，其耦合至該波形捕獲電 路’該差動類比至數位轉換器具有用以接收該沿該一個 方向變化之特性之一表示及用以接收該沿該不同方向變 化之特性之一表示的輸入。 12·如请求項i丨之系統，其中該波形係一脈衝，該沿一個方 向變化之特性係對該脈衝之一回應之一上升緣，且該沿 一不同方向變化之特性係對該脈衝之該回應之一下降 緣。 13. 如請求項12之系統，其中該波形捕獲電路包含一取樣與 保持電路。 14. 如請求項丨2之系統，其申該波形捕獲電路包含一虛擬接 149075.doc 201115928 地放大器’該虛擬接地放大器麵合至兮於 主D亥輸出線以接收該 電容感應信號，且耗合至兩個取樣血俾拄费_ 豕一保持電路以將該脈 衝之这上升緣之一表示及該脈衝之該下陪絲 平緣之一表示發 送至該兩個取樣與保持電路。 15. 如請求項14之系統，其中該兩個取樣與保持電路耦合至 該差動類比至數位轉換器。 16. 如請求項14之系統，其中該系統包含一控制電路以使該 脈衝之產生與該兩個取樣與保持電路的操作同步。 17·如請求項11之系統，其中該差動類比至數位轉換器與該 波形捕獲電路組態在一起，使得該差動類比至數位轉換 益以操作方式自該電容感應信號中移除電荷之量測的Dc 偏移。 149075.doc