TW201337689A - 具自動校正的電容式觸控系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種具自動校正的電容式觸控系統及方法。驅動信號產生器依序提供驅動信號給第一電極，並產生複數感應信號於第二電極。感應信號接收器接收並處理該些感應信號。複數觸控點在未被碰觸之狀態下的感應信號被預先量測並儲存於初始值產生器，於每ㄧ量測期間的開始，初始值產生器根據預存的感應信號以產生該些第二電極之感應信號的初始值，並提供給感應信號接收器，用以對其進行初始化。

Description

具自動校正的電容式觸控系統及方法

  本發明係有關一種觸控技術，特別是關於一種具自動校正的電容式觸控系統及方法。

  觸控面板（touch panel）結合顯示螢幕可成為觸控螢幕，其已普遍作為電子裝置的輸入介面，用以偵測顯示區域內的碰觸輸入。觸控面板所使用的觸控技術有多種，例如電容式、電阻式或光學式，其中，電容式觸控技術是目前觸控技術的主流。

  電容式觸控面板一般係由水平電極及垂直電極所組成，該些電極互相交叉處即定義出觸控點。當操作觸控面板時，觸控點處的二電極之間形成有電場。當手指觸碰面板時，會阻擋部分的電場，造成該處電容值的降低。利用該電容值的變化，即可用以偵測出觸碰點的位置。

  然而，由於製程或組裝的差異性，電容式觸控面板之每ㄧ觸控點的電氣特性並非完全相同。該些差異性很可能會在後續進行信號處理（例如信號放大）時，信號值進入電子元件的飽和區，使得各觸控點的信號之間無法區別，因而造成觸碰偵測的錯誤。

  因此，亟需提出一種新穎的電容式觸控系統及方法，用以自動校正上述觸控點之間的差異性，以提升觸控偵測的準確度。

  鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種具自動校正的偵測電路及方法，其在進行信號的接收處理前，先以預儲存的初始值進行初始化，避免處理後的感應信號造成飽和，因而得以提升偵測的準確度。

  根據本發明實施例，電容式觸控系統包含複數第一電極及複數第二電極、驅動信號產生器、感應信號接收器、位置偵測器及初始值產生器。該些第一電極與第二電極的交叉處定義複數觸控點。驅動信號產生器依序提供驅動信號給該些第一電極，被驅動的第一電極將驅動信號藉由電容耦合效應而產生複數感應信號分別位於該些第二電極。感應信號接收器接收並處理該些感應信號。位置偵測器於每ㄧ量測期間，根據被驅動的第一電極以及該些感應信號，以偵測決定碰觸點的位置。至少部分觸控點在未被碰觸之狀態下的感應信號被預先量測並儲存於初始值產生器，於每ㄧ量測期間的開始，該初始值產生器根據預存的感應信號以產生該些第二電極之感應信號的初始值，並提供給感應信號接收器，用以對其進行初始化。

  本發明提供的具自動校正的偵測電路，包含一信號接收器與一初始值產生器。信號接收器具有至少一偵測器，每一偵測器在至少一量測期間的每一量測期間偵測一信號。此外，初始值產生器預先量測並儲存至少部份偵測器在至少一量測期間的每一量測期間的初始值，於每一量測期間的開始，初始值產生器依據預存的初始值提供給信號接收器，用以對其進行初始化。

  本發明提供的具自動校正的偵測電路可以是以數位形式儲存初始值，並且以類比信號提供給信號接收器，以進行初始化。因此能以可程式化的方式對信號接收器進行初始化，動態調整每一量測期間的初始化。

  第一圖顯示本發明實施例之具自動校正的電容式觸控系統的功能方塊圖。在本實施例中，具自動校正的電容式觸控系統（以下簡稱觸控系統）包含複數水平排列的第一電極Tx0~Txn及複數垂直排列的第二電極Rx0~Rxn，其中第一電極Tx0~Txn與第二電極Rx0~Rxn相距一預設距離，因而於每ㄧ交叉的觸控點形成一電容。觸控系統還包含一驅動信號產生器11，其依序提供驅動信號給該些第一電極Tx0~Txn，所述驅動信號一般為交流信號，例如脈波信號，可以是方波或弦波。於某ㄧ期間，被驅動的第一電極Tx會將驅動信號藉由電容耦合效應而產生感應信號於該些第二電極Rx0~Rxn，該些感應信號再由一感應信號接收器12進行接收與處理。此時，如果被驅動的第一電極Tx上受到手指或導電物體（例如觸控筆）的碰觸，即會影響到相應觸控點的電場，因而產生異常感應信號於相應位置的第二電極Rx上。上述某一第一電極Tx受到驅動以及該些第二電極Rx0~Rxn產生感應信號，構成一量測期間。於每ㄧ量測期間，觸控系統使用一位置偵測器13，例如微處理單元（MCU），其根據被驅動第一電極Tx以及異常感應信號所對應的第二電極Rx，以偵測決定碰觸點的位置。例如，視比對未被觸碰前的感應信號與被觸碰時的異常感應信號的變化量來決定碰觸點的位置，如取得質心(centroid)位置。

  根據本發明實施例的特徵之一，考量到每ㄧ觸控點因製程或組裝差異性所造成的不同電容耦合，會對每ㄧ觸控點之感應信號形成不一致的影響，因此，本實施例預先（例如出廠前）量測每ㄧ觸控點在未被碰觸之狀態下的感應信號，並將所量測之感應信號儲存起來（例如儲存於一非揮發性記憶體）。當觸控系統於實際操作時，於每ㄧ量測期間的開始，初始值產生器14根據預存信號以產生每ㄧ第二電極Rx0~Rxn之感應信號的初始值，並提供給感應信號接收器12，用以對感應信號接收器12進行初始化。當第二電極Rx0~Rxn產生感應信號後，該感應信號即受到該初始值的補償，因而使得每ㄧ觸控點得到校正。舉例而言，於出廠前，某一觸控點在未被碰觸之狀態下量測得到感應信號經積分之初始值為1伏特。當觸控系統於實際操作時，初始值產生器14提供-1伏特給感應信號接收器12。當該觸控點相應的第二電極Rx產生感應信號後，該感應信號即會受到該初始值（-1伏特）的補償校正。前述初始值可以是正值或負值。

  第二圖顯示第一圖之感應信號接收器12及初始值產生器14的細部電路及方塊圖。在本實施例中，感應信號接收器12包含複數積分器121，其輸入分別電性耦接自複數第二電極Rx0~Rxn（或稱為通道），其輸出則饋至位置偵測器13（未顯示於第二圖中）。詳而言之，積分器121主要由放大器1211及積分電容器C所組成。放大器1211可以為運算放大器，但不限定於此。積分電容器C可控地（controllably）電性耦接於放大器1211的（反向）輸入端與輸出端之間。積分器121還包含複數積分開關w及初始開關c。如圖所示，於進行積分時，積分開關w會閉合而初始開關c為斷開（例如受控於一微處理單元），使得積分電容器C電性耦接於放大器121的（反向）輸入端與輸出端之間，用以得到積分感應信號；於進行初始化時，積分開關w會斷開而初始開關c為閉合，使得積分電容器C電性耦接於初始值產生器14與一參考電位（例如接地）之間，用以對積分器121進行預充電（pre-charge）以執行初始化。值得注意的是，於進行初始化時，電荷係從積分電容器C靠近放大器121輸出端的電極進行充電，而於進行積分時，電荷則是從積分電容器C靠近放大器121（反向）輸入端的電極進行充電。藉此，相對於積分器121所產生的積分感應信號而言，積分器121根據初始值產生器14所提供的初始值進行初始化時，將實質上產生該初始值的負值。此外，於進行初始化之前，一般還會使用重置開關（未顯示於圖式中），用以將積分電容器C內的電荷放電（discharge）。

  在本實施例中，初始值產生器14主要包含一初始值表格141，可儲存於一記憶體中，例如非揮發性記憶體。在一例子中，初始值表格141儲存觸控系統的所有觸控點的初始值。在另一例子中，對於每ㄧ第二電極Rx（或通道）所相應第一電極Tx0~Txn的觸控點，初始值表格141僅儲存部分觸控點的初始值，例如儲存的觸控點間相隔至少一個觸控點，如奇數第一電極（Tx1, Tx3, …）的觸控點。至於未儲存於初始值表格141之觸控點的初始值，則可於進行初始化之前，由控制器142（例如微處理單元）根據儲存之初始值以內插技術運算得到。藉此，可大量節省記憶體空間又不會實質影響到觸控準確度。

  接著，控制器142將初始值表格141的初始值（或內插運算得到的初始值）饋至數位至類比轉換器（DAC）143，經轉換為類比型式的初始值後，依次饋至感應信號接收器12的該些積分器121，以進行積分器121的初始化。

  如前所述，感應信號接收器12電性耦接於第二電極Rx0~Rxn（或稱為通道），以處理該些第二電極Rx0~Rxn的感應信號。以第二圖所示實施例而言，該些積分器121係直接接收該些第二電極Rx0~Rxn的感應信號，但不限定於此。第三A圖顯示本發明另一實施例之感應信號接收器12的細部電路圖，第三B圖顯示第三A圖的相關時序圖。為簡化起見，僅例示了其中的二通道CH0與CH1。本實施例係間接接收並處理該些第二電極Rx0~Rxn的感應信號，或者說，本實施例係接收並處理該些第二電極Rx0~Rxn的導出（derived）感應信號。本實施例的細節可參考本案申請人的美國專利暫時申請案，申請案號第61/564,995號，其內容視為本案說明書的一部分。

  本實施例的積分器121使用積分開關k0w0/k0w1及初始開關k0c0/k0c1以切換於積分與初始化之間，其操作同於前述實施例，因此不予贅述。與前一實施例不同的是，本實施例的積分係分為二階段執行。於第一積分階段，亦即當開關p1為閉合（開關p2為斷開）時，第一通道CH0的第一放大器1211A及第一電容器C1A藉由開關K1進行多次（例如三次）積分，再藉由開關K2而將第一次積分結果饋至第二放大器1211B以進行第二次積分。與此同時，第二通道CH1的第一放大器1211A及第二電容器C1B藉由開關K1進行多次積分，再藉由開關K2而將第一次積分結果的負值饋至第二放大器1211B進行第二次積分。藉此，饋至第二放大器1211B者為該二通道的感應信號差值。同理，於第二積分階段，亦即當開關p2為閉合（開關p1為斷開）時，饋至第二放大器1211B者也是該二通道的感應信號差值。本實施例的感應信號接收器12處理相鄰通道的感應信號差值，而非單一通道感應信號本身，因而得以減少外界雜訊（例如顯示面板所產生雜訊）的影響。此外，還可因此省略觸控面板與顯示面板之間的屏蔽層，因而得以降低觸控系統的厚度及成本。

  綜合上述，本發明提供了一種具自動校正的偵測電路，包含一信號接收器與一初始值產生器。信號接收器具有至少一偵測器，每一偵測器在至少一量測期間的每一量測期間偵測一感應信號。所述的偵測器可以是前述的積分器或其他電性信號量測電路，以偵測接收到的信號。信號接收器可以是偵測前述的感應信號，也可以是偵測其他待測的電性信號。此外，偵測器可以是不同的量測期間電性耦合於相同或不同的電路。例如當偵測器數量不足以一次偵測完所有待偵測的電路時，偵測器可以是在不同的量測期間分次將所有待偵測的電路偵測完畢。又例如，偵測器以是在不同量測週期對相同的待偵測的電路偵測。例如在不同的第一電極被提供驅動信號時，即不同的量測週期，對相同的第二電極偵測感應信號。

  初始值產生器如先前所述，預先量測並儲存至少部份偵測器在至少一量測期間的每一量測期間的初始值，並且於每一量測期間的開始，依據預存的初始值提供給信號接收器，用以對其進行初始化。預存的每一初始值是以數位形式儲存，並且以類比信號提供給信號接收器。此外，前述的至少部份偵測器在至少一量測期間的每一量測期間預存的初始值是依據相應的偵測器在相應的量測期間偵測的該信號產生。例如，在不同的第一電極被提供驅動信時，即相應不同的量測期間，依據每一個偵測器偵測的感應信號產生。

  另外，初始值產生器是預存部份偵測器在至少一量測期間的每一量測期間的初始值，並且是內插運算來得到未儲存於該初始值表格的觸控點之初始值，以提供給該感應信號接收器。

  以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

11．．．驅動信號產生器

12．．．感應信號接收器

121．．．積分器

1211．．．放大器

1211A．．．第一放大器

1211B．．．第二放大器

13．．．位置偵測器

14．．．初始值產生器

141．．．初始值表格

142．．．控制器

143．．．數位至類比轉換器(DAC)

第一圖顯示本發明實施例之具自動校正的電容式觸控系統的功能方塊圖。
第二圖顯示第一圖之感應信號接收器及初始值產生器的細部電路及方塊圖。
第三A圖顯示本發明另一實施例之感應信號接收器的細部電路圖。
第三B圖顯示第三A圖的相關時序圖。

11．．．驅動信號產生器

12．．．感應信號接收器

13．．．位置偵測器

14．．．初始值產生器

Claims (20)

1. 一種具自動校正的電容式觸控系統，包含：
   　　 複數第一電極及複數第二電極，該些第一電極與第二電極的交叉處定義複數觸控點；
   　　 一驅動信號產生器，其依序提供驅動信號給該些第一電極，被驅動的該第一電極將該驅動信號藉由電容耦合效應而產生複數感應信號分別位於該些第二電極；
   　　 一感應信號接收器，接收並處理該些感應信號；
   　　 一位置偵測器，其於每ㄧ量測期間根據被驅動的該第一電極以及該些感應信號，以偵測決定碰觸點的位置；及
   　　 一初始值產生器，至少部分該觸控點在未被碰觸之狀態下的感應信號被預先量測並儲存於該初始值產生器，於每ㄧ量測期間的開始，該初始值產生器根據預存的感應信號以產生該些第二電極之感應信號的初始值，並提供給該感應信號接收器，用以對其進行初始化。
2. 如申請專利範圍第1項所述具自動校正的電容式觸控系統，其中該感應信號接收器包含複數積分器，其輸入端分別電性耦接於該些第二電極，其輸出饋至該位置偵測器。
3. 如申請專利範圍第2項所述具自動校正的電容式觸控系統，其中該積分器包含：
   一放大器；
   一積分電容器，可控地電性耦接於該放大器的輸入端與輸出端之間；及
   至少一積分開關及至少一初始開關，於進行積分時，該積分開關使得該積分電容器電性耦接於該放大器的輸入端與輸出端之間，用以得到積分感應信號；於進行初始化時，該初始開關使得該積分電容器電性耦接於該初始值產生器與一參考電位之間，用以對該積分器進行預充電（pre-charge）以執行初始化。
4. 如申請專利範圍第3項所述具自動校正的電容式觸控系統，其中該放大器包含一運算放大器，其反向輸入端與輸出端可控地耦接於該積分電容器的兩端。
5. 如申請專利範圍第2項所述具自動校正的電容式觸控系統，其中該初始值產生器包含：
   　　 一初始值表格，其儲存至少一部分該些觸控點的初始值；
   　　 一數位至類比轉換器（DAC），將該初始值轉換為類比型式後，依次饋至該感應信號接收器的該些積分器，以進行該些積分器的初始化；及
   　　 一控制器，用以將該初始值饋至該數位至類比轉換器。
6. 如申請專利範圍第5項所述具自動校正的電容式觸控系統，其中未儲存於該初始值表格的觸控點之初始值由該控制器根據該儲存之初始值經內插運算得到。
7. 如申請專利範圍第5項所述具自動校正的電容式觸控系統，其中該初始值表格儲存於一非揮發性記憶體。
8. 如申請專利範圍第2項所述具自動校正的電容式觸控系統，其中該感應信號接收器更包含一電路，用以得到相鄰該第二電極的感應信號差值，以饋至該積分器。
9. 一種具自動校正的電容式觸控方法，包含：
   　　 (a)提供複數第一電極及複數第二電極，該些第一電極與第二電極的交叉處定義複數觸控點；
   　　 (b)依序提供驅動信號給該些第一電極，被驅動的該第一電極將該驅動信號藉由電容耦合效應而產生複數感應信號分別位於該些第二電極；
   　　 (c)接收並處理該些感應信號；
   　　 (d)於每ㄧ量測期間，根據被驅動的該第一電極以及該些感應信號，以偵測決定碰觸點的位置；
   　　 (e)預先量測並儲存至少部分該觸控點在未被碰觸之狀態下的感應信號；及
   (f)於每ㄧ量測期間的開始，根據預存的感應信號以產生該些第二電極之感應信號的初始值，用以進行積分的初始化。
10. 如申請專利範圍第9項所述具自動校正的電容式觸控方法，其中該步驟(c)包含複數積分步驟，其分別電性耦接該些第二電極以輸入該感應信號，經積分後將積分結果提供給步驟(d)。
11. 如申請專利範圍第10項所述具自動校正的電容式觸控方法，其中該積分步驟更包含：
    於進行初始化時，進行預充電（pre-charge）以執行積分的初始化。
12. 如申請專利範圍第10項所述具自動校正的電容式觸控方法，其中該步驟(e)包含：
    　　 使用一初始值表格，以儲存至少一部分該些觸控點的初始值。
13. 如申請專利範圍第12項所述具自動校正的電容式觸控方法，其中該步驟(f)包含：
    　　 將該初始值轉換為類比型式後，依次進行積分的初始化。
14. 如申請專利範圍第12項所述具自動校正的電容式觸控方法，更包含：
    根據該儲存之初始值，經內插運算後，以得到未儲存於該初始值表格的觸控點之初始值。
15. 如申請專利範圍第12項所述具自動校正的電容式觸控方法，其中該初始值表格儲存於一非揮發性記憶體。
16. 如申請專利範圍第10項所述具自動校正的電容式觸控方法，更包含一步驟，用以得到相鄰該第二電極的感應信號差值，以提供給該積分步驟。
17. 一種具自動校正的偵測電路，包含：
    　　 一信號接收器，具有至少一偵測器，每一偵測器在至少一量測期間的每一量測期間偵測一信號；
    　　 一初始值產生器，預先量測並儲存至少部份偵測器在至少一量測期間的每一量測期間的初始值，於每一量測期間的開始，該初始值產生器依據預存的初始值提供給該信號接收器，用以對其進行初始化。
18. 如申請專利範圍第17項所述具自動校正的偵測電路，其中預存的每一初始值是以數位形式儲存，並且以類比信號提供給該信號接收器。
19. 如申請專利範圍第17項所述具自動校正的偵測電路，其中至少部份偵測器在至少一量測期間的每一量測期間預存的初始值是依據相應的偵測器在相應的量測期間偵測的該信號產生。
20. 如申請專利範圍第17項所述具自動校正的偵測電路，其中該初始值產生器是預存部份偵測器在至少一量測期間的每一量測期間的初始值，並且是內插運算來得到未儲存於該初始值表格的觸控點之初始值，以提供給該感應信號接收器。