TW201339940A - 信號量測電路 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種信號量測電路，包括：一第一電流轉電壓電路、一第二電流轉電壓電路與一阻值轉移電路。第一電流轉電壓電路是依據一第一輸入電流轉換成一第一電壓並且第一電壓與一第一電阻值成正比，並且第二電流轉電壓電路是依據一第二輸入電流轉換成一第二電壓並且第二電壓與一第二電阻值成正比。此外，阻值轉移電路是依據第一電壓輸出一第三電壓，其中第一電阻值/第二電阻值=第一電壓/第三電壓。

Description

信號量測電路
本發明係有關於一種信號量測電路，特別是一種跨積體電路內的信號量測電路。
請參照圖1，為偵測電容式觸摸屏的電路示意圖。在驅動電極Tx1被提供一交流的驅動信號時，與驅動電極Tx1交疊的感測電極Rx1、Rx2會與驅動電極Tx1間產生電容性耦合。感測電極Rx1、Rx2可以是分別經由類比前端電流量測電路轉換成輸出電壓V’、V”，輸出電壓V’與V”與參考電阻R的阻值相關。由於相鄰的感測電極受到的背景干擾相近，因此將相鄰的一對感測電極的信號相減可以有效地將共模雜訊(common mode noise)抵消，以提高訊噪比(signal/noise ratio)。因此，輸出電壓V’與V”可以是分別經由類比轉數位電路轉換成輸出電壓V’與V”的數位信號，再進行相減，以數位相減的方式產生輸出電壓V’與V”的差的一數位信號。輸出電壓V’與V”也可是經由類比轉數位電路作為減法器轉換成輸出電壓V’與V”的差的一數位信號，亦即以類比相減的方式產生。
為了有效地降低干擾，全部的感測電極的信號需要被同時接收，才能同時去除共模雜訊的干擾。因此，每一條感測電極的信號耦合於積體電路(IC)的一接腳。由於積體電路用來與感測電極耦合的接腳數量是固定的，因此當觸摸屏尺寸較大時，感測電極的數量可能會超過單一積體電路用來與感測電極耦合的接腳數量，而必需串聯多顆積體電路。
請參照圖2，當兩顆積體電路串聯時，會造成一對相鄰的感測電極的信號是由不同的積體電路產生。每一顆積體電路都會有各自的製程變異，雖然相同的元件是用相同的設計，但製造出來的元件會有差異。例如，相同的電阻是以相同的阻值設計，但製造後的實際阻值可能因製程差異而不同，進而影響到相關的信號。
例如，依據輸入電流I’產生的輸出電壓V’與參考電阻R’的阻值相關，並且依據輸入電流I”產生的輸出電壓V”與參考電阻R”的阻值相關，其中參考電阻R’與R”都是以相同的阻值設計。在圖1範例中，輸出電壓V’與V”是在相同積體電路中產生，輸出電壓V’與V”的差為Vd。假設第一積體電路IC1與第二積體電路IC2存在製程變異，造成參考電阻R’的阻值為參考阻值R”的常數k倍，因此輸出電壓V’與V”的差將不為Vd，產生誤差。誤差會隨著製程變異的程度而改變，造成難以掌握或修正。
由此可見，上述現有技術顯然存在有不便與缺陷，而極待加以進一步改進。為了解決上述存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發展完成，而一般產品及方法又沒有適切的結構及方法能夠解決上述問題，此顯然是相關業者急欲解決的問題。因此如何能創設一種新的技術，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前業界極需改進的目標。
相同設計的積體電路可能因製程變異產生差異，當需要依據不同積體電路的信號來運算時，製程變異可能會造成嚴重誤差。本發明提出一種跨積體電路內的信號量測電路，使得第一個積體電路輸入至第二個積體電路的信號能隨第二個 積體電路與第一個積體電路間的製程差異自動修正。
本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種信號量測電路，包括：一第一電流轉電壓電路，依據一第一輸入電流轉換成一第一電壓並且第一電壓與一第一電阻值成正比；一第二電流轉電壓電路，依據一第二輸入電流轉換成一第二電壓並且第二電壓與一第二電阻值成正比；以及一阻值轉移電路，依據第一電壓輸出一第三電壓，其中第一電阻值/第二電阻值=第一電壓/第三電壓。
本發明的目的及解決其技術問題還可以是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種信號量測電路，包括：一第一積體電路，包括：一第一輸入電阻，接收一第一電壓；一第一反相閉迴路放大器，包括一第一正輸入、一第一負輸入與一第一輸出，第一輸出經由一第一參考電阻耦合於第一負輸入以構成一第一閉迴路，並且第一負輸入經由第一輸入電阻接收第一電壓輸入，其中第一輸入電阻與第一參考電阻是以相同阻值設計；一第二輸入電阻，耦合於第一輸出；以及一第一外接腳，透過第二輸入電阻耦合於第一輸出；以及一第二積體電路，包括：一第二外接腳，於第二積體電路外電性耦合於第一外接腳；以及一第二反相閉迴路放大器，包括一第二正輸入、一第二負輸入與一第二輸出，第二輸出經由一第二參考電阻耦合於第二負輸入以構成一第二閉迴路，並且第二負輸入經由第二外接腳耦合於第二輸入電阻，其中第二輸入電阻與第二參考電阻是以相同阻值設計。
本發明的目的及解決其技術問題還可以是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種信號量測電路，包括：連續排列的N個輸入電壓，組成N-1對輸入電壓對，其中第i個輸入電壓對是由第N-i個輸入電壓與第N-i+1個輸入 電壓組成，並且N與i分別為大於1的自然數與大於0且小於N-1的自然數；一電阻轉移電路的第一部份，包括：一第一輸入電阻，耦合於第N個輸入電壓；一第一反相閉迴路放大器，包括一第一正輸入、一第一負輸入與一第一輸出，第一輸出經由一第一參考電阻耦合於第一負輸入以構成一第一閉迴路，並且第一負輸入經由一第一輸入電阻耦合於第N個輸入電壓，其中第一輸入電阻與第一參考電阻是以相同阻值設計；以及一第二輸入電阻，耦合於第一輸出；以及電阻轉移電路的第二部份，包括：一第二反相閉迴路放大器，包括一第二正輸入、一第二負輸入與一第二輸出，第二輸出經由一第二參考電阻耦合於第二負輸入以構成一第二閉迴路，並且第二輸出與第N個輸入電壓組成第N對輸入電壓對，其中第二輸入電阻與第二參考電阻是以相同阻值設計。
藉由上述技術方案，本發明至少具有下列優點及有益效果：第一個積體電路輸入至第二個積體電路的信號能隨第二個積體電路與第一個積體電路間的製程差異自動修正。
本發明將詳細描述一些實施例如下。然而，除了所揭露的實施例外，本發明亦可以廣泛地運用在其他的實施例施行。本發明的範圍並不受該些實施例的限定，乃以其後的申請專利範圍為準。而為提供更清楚的描述及使熟悉該項技藝者能理解本發明的發明內容，圖示內各部分並沒有依照其相對的尺寸而繪圖，某些尺寸與其他相關尺度的比例會被突顯而顯得誇張，且不相關的細節部分亦未完全繪出，以求圖示的簡潔。
本發明提出一種信號量測電路，包括：一第一電流轉電 壓電路、一第二電流轉電壓電路與一阻值轉移電路。第一電流轉電壓電路是依據一第一輸入電流轉換成一第一電壓並且第一電壓與一第一電阻值成正比，並且第二電流轉電壓電路是依據一第二輸入電流轉換成一第二電壓並且第二電壓與一第二電阻值成正比，其中第一電流轉電壓電路與第二電流轉電壓電路分別位於不同的積體電路，第一電阻值與第二電阻值以相同阻值設計。此外，阻值轉移電路是依據第一電壓輸出一第三電壓，其中第一電阻值/第二電阻值=第一電壓/第三電壓。此外，阻值轉移電路的一第一部份與第一電流轉電壓電路位於相同積體電路，並且阻值轉移電路的的一第二部份與第二電流轉電壓電路位於相同積體電路。
請參照圖3，為依據本發明的最佳模式提出的信號量測電路的示意圖。前述的阻值轉移電路的第一部份可以是包括一第一輸入電阻R1、一第一反相閉迴路放大器與一第二輸入電阻R2。第一輸入電阻R1接收一第一電壓V。第一反相閉迴路放大器包括一第一正輸入、一第一負輸入與一第一輸出，第一輸出經由一第一參考電阻R1’耦合於第一負輸入以構成一第一閉迴路，並且第一負輸入經由第一輸入電阻R1接收第一電壓輸入V，其中第一輸入電阻R1與第一參考電阻R1’是以相同阻值設計。此外，第二輸入電阻R2耦合於第一輸出，由第一輸出接收第一輸出的電壓。
前述的阻值轉移電路的第二部份可以是一第二反相閉迴路放大器，包括一第二正輸入、一第二負輸入與一第二輸出，第二輸出經由一第二參考電阻R2’耦合於第二負輸入以構成一第二閉迴路，並且第二負輸入經由第二外接腳耦合於第二輸入電阻R2，其中第二輸入電阻與第二參考電阻是以相同阻值設計。此外，第二輸出產生一第三電壓V3。
在本發明的一範例中，阻值轉移電路的第一部份與第二 部份分別位於第一積體電路IC1與第二積體電路IC2中，並且分別透過第一積體電路IC1的第一外接腳P1與第二積體電路IC2的第二外接腳P2耦合。第一外接腳P1與第二外接腳P2可以是已封裝的積體電路外的接腳，作為積體電內對外耦合的界面。
前述的阻值轉移電路僅是本發明的範例之一，並非用以限定本發明。阻值轉移電路依據第一電壓V產生第三電壓V3。基於阻值轉移電路的第一部份在第一積體電路的第二輸入電阻R2與阻值轉移電路的第二部份在第二積體電路的第二參考電阻R2’是以相同阻值設計，在第二輸入電阻R2與第二參考電阻R2’的實際阻值相同時，第一電壓V等於第三電壓V3。
此外，前述的第一電流轉電壓電路可以是一第三反相閉迴路放大器，包括一第三正輸入、一第三負輸入與一第三輸出，輸出經由一第三參考電阻R3’耦合於第三負輸入以構成一第三閉迴路，並且第三負輸入接收一第一輸入電流I1。另外，前述的第二電流轉換電路可以是一第四反相閉迴路放大器，包括一第四正輸入、一第四負輸入與一第四輸出，輸出經由一第四參考電阻R4’耦合於第四負輸入以構成一第四閉迴路，並且第四負輸入接收一第二輸入電流I2。再者，第三參考電阻R3’與第四參考電阻R4’是以相同阻值設計。
前述的第一電流轉電壓電路與第二電流轉電壓電路僅為本發明的範例之一，並非用以限定本發明，本技術領域具有通常知識者可推知其他電流轉電壓電路的實施方式，在此不再贅述。換言之，適用於本發明的可以是電流轉電壓電路依據一輸入電流轉換成一輸出電壓並且輸出電壓與電流轉電壓電路的一參考電阻成正比的等效電路。
因此，當第三參考電阻R3’的阻值(實際阻值)與第四參 考電阻R4’的阻值(實際阻值)的比值=第二輸入電阻R2的阻值(實際阻值)與第二參考電阻R2’的阻值(實際阻值)的比值=第三輸出的電壓/第二輸出的電壓。換言之，第一電壓因製程變異產生的誤差會被電流轉電壓電路所校正回來。
本發明更可以包括一減法器，產生第二輸出的信號與第四輸出的信號的差，亦即第三電壓與第二電壓的差。在本發明的一範例中，減法器可以是由一類比轉數位器來實施，第二輸出的信號與第四輸出的信號的差為一數位信號。
在本發明的一範例中，第一積體電路IC1與第二積體電路IC2具有相同的設計。請參照圖4，為依據本發明另一範例提出的一種信號量測電路的示意圖，包括N個前述的一第一電流轉電壓電路，依據一第一輸入電流轉換成一第一電壓並且第一電壓與一第一電阻值成正比；以及阻值轉移電路的第一部份與第二部份。
在本範例中，第一電流轉電壓電路是以前述的第三反相閉迴路放大器為範例。每一個第三反相閉迴路放大器包括一第三正輸入、一第三負輸入與一第三輸出，輸出經由一第三參考電阻R3耦合於第三負輸入以構成一第三閉迴路，其中每一個第三負輸入分別接收一輸入電流I，並且每一第三反相閉迴路放大器是分別依據收到的輸入電流I提供第一電壓V。此外，每一個第三參考電阻R3都是以相同的阻值設計。
前述的阻值轉移電路的第一部份可以是包括一第一輸入電阻R1、一第一反相閉迴路放大器與一第二輸入電阻R2。第一輸入電阻R1接收第一電壓V。第一反相閉迴路放大器包括一第一正輸入、一第一負輸入與一第一輸出，第一輸出經由一第一參考電阻R1’耦合於第一負輸入以構成一第一閉迴路，並且第一負輸入經由第一輸入電阻R1耦合於第N個第一電壓V，其中第一輸入電阻R1與第一參考電阻R1’是以 相同阻值設計。此外，第二輸入電阻R2耦合於第一輸出，由第一輸出接收第一輸出的電壓。
前述的阻值轉移電路的第二部份可以是一第二反相閉迴路放大器，包括一第二正輸入、一第二負輸入與一第二輸出，第二輸出經由一第二參考電阻R2’耦合於第二負輸入以構成一第二閉迴路，並且第二輸出與第1個第一電壓V組成第N對輸入電壓對，其中第二輸入電阻R2與第二參考電阻R2’是以相同阻值設計。此外，第二輸出產生一第三電壓V3。
本發明更可以包括連續排列的N個減法器，每一個減法器分別依據一對輸入電壓對計算出一差值，其中第j個減法器是依據第j個輸入電壓對計算出差值，其中j為大於0且不大於N的自然數。每一個減法器可以是一類比轉數位器並且計算出的差值為一數位信號。本技術領域具有通常知識的技術人員可以推知，減法器也可以是由差動放大器或其他減法電路來實施。
圖4的信號量測電路可以是整合於一積體電路內，當兩個相同設計的積體電路串聯時，是以第一顆積體電路的第一外接腳P1耦合地二顆積體電路的第二外接腳P2。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明的申請專利範圍；凡其他為脫離本發明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包括在下述的申請專利範圍。
Tx1‧‧‧驅動電極
Rx1、Rx2‧‧‧感測電極
R、R’、R”‧‧‧參考電阻
V’、V”‧‧‧輸出電壓
I、I’、I”‧‧‧輸入電流
ADC‧‧‧類比轉數位電路
IC1‧‧‧第一積體電路
IC2‧‧‧第二積體電路
I1‧‧‧第一輸入電流
I2‧‧‧第二輸入電流
R1‧‧‧第一輸入電阻
R2‧‧‧第二輸入電阻
R1’‧‧‧第一參考電阻
R2’‧‧‧第二參考電阻
R3’‧‧‧第三參考電阻
R4’‧‧‧第四參考電阻
V‧‧‧第一電壓
V2‧‧‧第二電壓
V3‧‧‧第三電壓
P1‧‧‧第一外接腳
P2‧‧‧第二外接腳
圖1為偵測電容式觸摸屏的電路示意圖；圖2為兩個偵測電容式觸摸屏的電路的連接示意圖； 圖3為依據本發明提出的跨積體電路的信號量測電路的示意圖；以及圖4為依據本發明提出的積體電路內的信號量測電路的示意圖。
I‧‧‧輸入電流
ADC‧‧‧類比轉數位電路
IC1‧‧‧第一積體電路
IC2‧‧‧第二積體電路
I1‧‧‧第一輸入電流
I2‧‧‧第二輸入電流
R1‧‧‧第一輸入電阻
R2‧‧‧第二輸入電阻
R1’‧‧‧第一參考電阻
R2’‧‧‧第二參考電阻
R3’‧‧‧第三參考電阻
R4’‧‧‧第四參考電阻
V‧‧‧第一電壓
V2‧‧‧第二電壓
V3‧‧‧第三電壓
P1‧‧‧第一外接腳
P2‧‧‧第二外接腳

Claims (13)

  1. 一種信號量測電路，包括：一第一電流轉電壓電路，依據一第一輸入電流轉換成一第一電壓並且第一電壓與一第一電阻值成正比；一第二電流轉電壓電路，依據一第二輸入電流轉換成一第二電壓並且第二電壓與一第二電阻值成正比；以及一阻值轉移電路，依據第一電壓輸出一第三電壓，其中第一電阻值/第二電阻值=第一電壓/第三電壓。
  2. 根據申請專利範圍第1項之信號量測電路，其中第一電流轉電壓電路與第二電流轉電壓電路分別位於不同的積體電路，第一電阻值與第二電阻值以相同阻值設計。
  3. 根據申請專利範圍第2項之信號量測電路，其中阻值轉移電路的一第一部份與第一電流轉電壓電路位於相同積體電路，並且阻值轉移電路的的一第二部份與第二電流轉電壓電路位於相同積體電路。
  4. 一種信號量測電路，包括：一第一積體電路，包括：一第一輸入電阻，接收一第一電壓；一第一反相閉迴路放大器，包括一第一正輸入、一第一負輸入與一第一輸出，第一輸出經由一第一參考電阻耦合於第一負輸入以構成一第一閉迴路，並且第一負輸入經由第一輸入電阻接收第一電壓輸入，其中第一輸入電阻與第一參考電阻是以相同阻值設計；一第二輸入電阻，耦合於第一輸出；以及一第一外接腳，透過第二輸入電阻耦合於第一輸出； 以及一第二積體電路，包括：一第二外接腳，於第二積體電路外電性耦合於第一外接腳；以及一第二反相閉迴路放大器，包括一第二正輸入、一第二負輸入與一第二輸出，第二輸出經由一第二參考電阻耦合於第二負輸入以構成一第二閉迴路，並且第二負輸入經由第二外接腳耦合於第二輸入電阻，其中第二輸入電阻與第二參考電阻是以相同阻值設計。
  5. 根據申請專利範圍第4項之信號量測電路，其中第一積體電路更包括：一第三反相閉迴路放大器，包括一第三正輸入、一第三負輸入與一第三輸出，輸出經由一第三參考電阻耦合於第三負輸入以構成一第三閉迴路，並且第三負輸入接收一第一輸入電流；以及第二積體電路更包括：一第四反相閉迴路放大器，包括一第四正輸入、一第四負輸入與一第四輸出，輸出經由一第四參考電阻耦合於第四負輸入以構成一第四閉迴路，並且第四負輸入接收一第二輸入電流；其中第三參考電阻與第四參考電阻是以相同阻值設計。
  6. 根據申請專利範圍第5項之信號量測電路，其中第三參考電阻的阻值/第四參考電阻的阻值=第三輸出的電壓/第二輸出的電壓。
  7. 根據申請專利範圍第5項之信號量測電路，更包括：一減法器，產生第二輸出的信號與第四輸出的信號的 差。
  8. 根據申請專利範圍第7項之信號量測電路，其中減法器是一類比轉數位器，第二輸出的信號與第四輸出的信號的差為一數位信號。
  9. 一種信號量測電路，包括：連續排列的N個輸入電壓，組成N-1對輸入電壓對，其中第i個輸入電壓對是由第N-i個輸入電壓與第N-i+1個輸入電壓組成，並且N與i分別為大於1的自然數與大於0且小於N-1的自然數；一電阻轉移電路的第一部份，包括：一第一輸入電阻，耦合於第N個輸入電壓；一第一反相閉迴路放大器，包括一第一正輸入、一第一負輸入與一第一輸出，第一輸出經由一第一參考電阻耦合於第一負輸入以構成一第一閉迴路，並且第一負輸入經由一第一輸入電阻耦合於第N個輸入電壓，其中第一輸入電阻與第一參考電阻是以相同阻值設計；以及一第二輸入電阻，耦合於第一輸出；以及電阻轉移電路的第二部份，包括：一第二反相閉迴路放大器，包括一第二正輸入、一第二負輸入與一第二輸出，第二輸出經由一第二參考電阻耦合於第二負輸入以構成一第二閉迴路，並且第二輸出與第N個輸入電壓組成第N對輸入電壓對，其中第二輸入電阻與第二參考電阻是以相同阻值設計。
  10. 根據申請專利範圍第9項之信號量測電路，更包括：連續排列的N個減法器，每一個減法器分別依據一對輸入電壓對計算出一差值，其中第j個減法器是依據第j個輸入 電壓對計算出差值，其中j為大於0且不大於N的自然數。
  11. 根據申請專利範圍第10項之信號量測電路，其中每一個減法器是一類比轉數位器並且計算出的差值為一數位信號。
  12. 根據申請專利範圍第9項之信號量測電路，其中每一個輸入電壓是分別由一第三反相閉迴路放大器提供，包括一第三正輸入、一第三負輸入與一第三輸出，輸出經由一第三參考電阻耦合於第三負輸入以構成一第三閉迴路，其中每一個第三負輸入分別接收一輸入電流，並且每一第三反相閉迴路放大器是分別依據收到的輸入電流提供第一電壓。
  13. 根據申請專利範圍第12項之信號量測電路，其中每一個第三參考電阻都是以相同的阻值設計。
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