TW201406067A - 驅動信號產生系統 - Google Patents

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Abstract

於驅動信號產生系統中，升壓電路提供電源電壓，放大器提供類比波形驅動信號，且位準移位器提供數位波形驅動信號。選擇裝置於類比波形模式時選擇類比波形驅動信號作為驅動信號以提供給一觸控面板，並於數位波形模式時選擇數位波形驅動信號作為驅動信號以提供給觸控面板。其中升壓電路提供電源電壓給放大器，且於數位波形模式時，放大器產生輸出電壓以提供給位準移位器的至少最後一級電路作為電源。

Description

驅動信號產生系統
本發明係有關觸控面板，特別是關於一種驅動信號產生系統，用以提供驅動信號給觸控面板。
    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。
    傳統觸控系統以驅動信號來驅動水平電極，其會將驅動信號藉由電容耦合效應而產生感應信號於垂直電極，接著再對該些感應信號進行信號處理。此時，如果被驅動的水平電極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垂直電極上。
    第一A圖顯示傳統驅動信號的產生系統，用以產生方波驅動信號給觸控面板。其中，位準移位器11接收方波信號並拉高其位準以產生方波驅動信號。為了讓方波驅動信號的位準提高以抵抗雜訊的影響，一般使用電荷泵（charge pump）12以提供電源給位準移位器11。第一B圖例示方波信號111及所產生的方波驅動信號112。然而，由於電荷泵12會受到溫度的變化而影響到所提供的電源，因而使得所產生之方波驅動信號112的位準受到改變，造成偵測準確度的降低，如第一B圖所示受影響的方波驅動信號113。為了減少溫度的影響，一般會使用低壓差（LDO）穩壓器來進行穩壓，但是卻會造成電路面積的增加。
    因此，亟需提出一種不受溫度影響且不會增加電路面積的驅動信號產生系統，用以提供穩定的驅動信號給觸控面板，以提高觸碰位置之偵測的準確度。
    鑑於上述，本發明實施例提出一種驅動信號產生系統，用以提供驅動信號給觸控面板。本實施例可選擇類比波形驅動信號或數位波形驅動信號以提供給觸控面板，且本實施例所產生的驅動信號不會受到溫度的影響，能視環境或系統需求而作調整，且不會增加電路面積。
    根據本發明實施例，驅動信號產生系統包含升壓電路、放大器、位準移位器及選擇裝置。升壓電路提供電源電壓，放大器提供類比波形驅動信號，且位準移位器提供數位波形驅動信號。選擇裝置於類比波形模式時選擇類比波形驅動信號作為驅動信號以提供給一觸控面板，並於數位波形模式時選擇數位波形驅動信號作為驅動信號以提供給觸控面板。其中，升壓電路提供電源電壓給放大器，且於數位波形模式時，放大器產生一輸出電壓以提供給位準移位器的至少最後一級電路作為電源。
    第二圖顯示本發明實施例之驅動信號產生系統200的系統方塊圖，可適用於觸控面板，用以提供驅動信號TX給觸控面板（未圖示）。驅動信號TX經由觸控面板而產生感應信號，其經過信號處理後用以判定觸控面板是否有被觸碰以及觸碰位置。
    在本實施例中，如第二圖所示，升壓（boost）電路21提供電源電壓Vb。升壓電路21可使用各種電壓轉換（voltage converting）電路來實施，例如電壓調節器（voltage regulator）或電荷泵（charge pump）。
    根據本實施例的特徵之一，放大器22及位準移位器（level shifter）23用以分別提供類比波形（例如弦波）驅動信號Va及數位波形（例如脈波）驅動信號Vd。藉由選擇裝置，其包含類比波形開關SWa及數位波形開關SWd，以選擇類比波形驅動信號Va及數位波形驅動信號Vd其中之一，作為驅動信號TX以提供給觸控面板。換句話說，當處於類比波形模式時，類比波形開關SWa閉合（close）而數位波形開關SWd斷開（open），因而提供類比波形驅動信號Va作為驅動信號TX給觸控面板；當處於數位波形模式時，類比波形開關SWa斷開而數位波形開關SWd閉合，因而提供數位波形驅動信號Vd作為驅動信號TX給觸控面板。藉此，本實施例的驅動信號產生系統200即可視環境或系統需求而提供類比波形驅動信號Va或數位波形驅動信號Vd給觸控面板。
    詳而言之，升壓電路21提供電源電壓Vb給放大器22。於類比波形模式時，放大器22接收類比輸入信號Sa並將其放大以產生類比波形驅動信號Va。第三A圖例示類比輸入信號Sa、類比波形驅動信號Va與電源電壓Vb的波形，其中Vb’代表升壓電路21因溫度變化而得到的最小電源電壓Vb’。於設計升壓電路21時，只要讓最小電源電壓Vb’大於類比波形驅動信號Va的擺幅（swing），即可確保類比波形驅動信號Va的波形不會受到溫度的影響。
    於數位波形模式時，放大器22接收輸入電壓Vin並將其放大而得到輸出電壓Vout，其（經由閉合的電源開關SWout）提供給位準移位器23的至少最後一級電路作為電源。至於位準移位器23的其他級電路之電源，可使用升壓電路21所提供的電源電壓Vb（如圖式中虛線所示），也可使用放大器22所提供的輸出電壓Vout（如果放大器22所提供之輸出電壓Vout的驅動能力足夠的話）。例如，當放大器22的驅動能力足夠時，則可使用放大器22所提供的輸出電壓Vout作為整個位準移位器23的電源（然而，也可以使用升壓電路21所提供的電源電壓Vb作為位準移位器23前級電路的電源）；當放大器22的驅動能力不足夠時，則使用放大器22所提供的輸出電壓Vout作為位準移位器23之（一或多）後級電路的電源並使用升壓電路21所提供的電源電壓Vb作為位準移位器23之前級電路的電源。另外，位準移位器23當中的一些數位邏輯電路，甚至位準移位器23當中的前級電路則使用低壓VDD作為電源。
    此外，位準移位器23於數位波形模式時，接收數位輸入信號Sd並拉高其位準以產生數位波形驅動信號Vd。根據本實施例的另一特徵，由於本實施例之位準移位器23的至少最後一級電路係使用放大器22所產生的輸出電壓Vout作為電源，且放大器22所產生的輸出電壓Vout不會受溫度的影響，因此位準移位器23所產生的數位波形驅動信號Vd也就不會如傳統位準移位器11（第一A圖及第一B圖）受到溫度的影響。第三B圖例示數位輸入信號Sd及數位波形驅動信號Vd的波形。如圖所示，當升壓電路21所提供的電源電壓Vb因溫度的改變為變為最小電源電壓Vb’，由於位準移位器23並非直接使用電源電壓Vb或最小電源電壓Vb’作為電源，因此所產生的數位波形驅動信號Vd不會受其影響。再者，本實施例於數位波形模式時使用閒置的放大器22以提供電源給位準移位器23，因此可以省略傳統使用的低壓差（LDO）穩壓器，因而得以節省電路面積。
    如前所述，本實施例的升壓電路21可使用各種電壓轉換電路來實施。第四圖例示使用四級狄克森（Dickson）電荷泵以實施本實施例的升壓電路21，其可由下式來描述：
Vout=VDD+ΔV-Σk=1-4(Vth*Vk)
ΔV =VDD[C/(C+Cs)]-IO/[f*(C+Cs)]
其中Vk為每ㄧ級電路的節點電壓（k為1至4），ΔV為每ㄧ級電路的壓差，VDD為脈波/反向脈波信號CK/CKB的邏輯高準位電壓（或低壓電源），f為脈波/反向脈波信號CK/CKB的頻率，Vth為電晶體的臨界電壓，C為每ㄧ級電路的電容，Cs為每ㄧ節點的雜散電容，Iout為輸出負載電流，IO為輸出電流，其中一部分電流IC流至外部電容Cext，另一部分電流ILoad則作為負載電流。
    根據上式可以得知，第四圖所示的狄克森（Dickson）電荷泵之電容C及臨界電壓Vth會因為溫度變化，使得所產生的電源電壓Vb也受到影響。然而，藉由前述本實施例的放大器22及位準移位器23，使得所產生的驅動信號TX不會受到溫度的影響。
    第五圖例示第二圖之驅動信號產生系統200的細部電路圖。如第五圖所示，放大器22主要包含運算放大器221、回饋電阻R2及輸入電阻R1。其中，回饋電阻R2跨接於運算放大器221的輸出端與（反向）輸入端之間，而輸入電阻R1跨接於運算放大器221的（反向）輸入端與基準電壓VB之間。根據第五圖所示放大器22的組態，其輸出電壓Vout可表示如下：
Vout=(1+R2/R1)*Vin-(R2/R1)*VB
其中Vin與VB為固定直流電壓，其可由能隙（band gap）電壓產生電路所提供，不受溫度的影響。
    根據上述可以得知，放大器22於數位波形模式時所提供的輸出電壓Vout不會受到溫度的影響，因此使得位準移位器23所產生的數位波形驅動信號Vd也不會受到溫度的影響。此外，放大器22於類比波形模式時所提供的類比波形驅動信號Va則可視環境或系統需求而藉由電阻R1/R2來調整。
    繼續參閱第五圖，本實施例的位準移位器23（從輸入至輸出）依序包含位準移位（LS）電路231、第一反向緩衝器232及第二反向緩衝器233。其中，第二反向緩衝器233（於數位波形模式時）使用放大器22所提供的輸出電壓Vout作為電源，而位準移位（LS）電路231之後級電路及第一反向緩衝器232則使用狄克森（Dickson）電荷泵21所提供的電源電壓Vb作為電源。此外，於位準移位（LS）電路231之前還可額外使用一邏輯電路230（例如邏輯反及閘或NAND），其藉由致能信號EN以控制數位輸入信號Sd是否可以通過以饋至位準移位（LS）電路231。邏輯電路230以及位準移位（LS）電路231之前級電路則使用低壓VDD作為電源。
    上述之位準移位器23不一定包含第一反向緩衝器232及第二反向緩衝器233，如第六圖所示的另一驅動信號產生系統201。在此實施例中，位準移位（LS）電路231的後級電路使用放大器22所提供的輸出電壓Vout作為電源，而位準移位（LS）電路231的前級電路則使用低壓VDD作為電源。
    第五圖與第六圖所示驅動信號產生系統200/201的位準移位（LS）電路231可使用一般位準移位電路的設計方法來實施。第七圖例示第五圖或第六圖之位準移位（LS）電路231的細部電路圖。
    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．．．位準移位器
111．．．方波信號
112．．．方波驅動信號
113．．．方波驅動信號
12．．．電荷泵
200、201．．．驅動信號產生系統
21．．．升壓電路
22．．．放大器
221．．．運算放大器
23．．．位準移位器
230．．．邏輯電路
231．．．位準移位(LS)電路
232．．．第一反向緩衝器
233．．．第一反向緩衝器
SWa．．．類比波形開關
SWd．．．數位波形開關
SWout．．．電源開關
Sa．．．類比輸入信號
Sd．．．數位輸入信號
TX．．．驅動信號
EN．．．致能信號
Vb．．．電源電壓
Vb’．．．最小電源電壓
Va．．．類比波形驅動信號
Vd．．．數位波形驅動信號
Vin．．．輸入電壓
Vout．．．輸出電壓
VB．．．基準電壓
VDD．．．邏輯高準位電壓/低壓電源
V1-V4．．．節點電壓
I0．．．輸出電流
IC．．．外部電容的電流
ILoad．．．負載電流
CK．．．脈波信號
CKB．．．反向脈波信號
C．．．每一級電路的電容
Cs．．．雜散電容
Cext．．．外部電容
R1．．．輸入電阻
R2．．．回饋電阻
第一A圖顯示傳統驅動信號的產生系統。
第一B圖例示第一A圖之方波信號及所產生的方波驅動信號。
第二圖顯示本發明實施例之驅動信號產生系統的系統方塊圖。
第三A圖例示第二圖之類比輸入信號、類比波形驅動信號與電源電壓的波形。
第三B圖例示第二圖之數位輸入信號及數位波形驅動信號的波形。
第四圖例示使用四級狄克森（Dickson）電荷泵以實施第二圖的升壓電路。
第五圖例示第二圖之驅動信號產生系統的細部電路圖。
第六圖例示第二圖之驅動信號產生系統的另一細部電路圖。
第七圖例示第五圖或第六圖之位準移位電路的細部電路圖。
200．．．驅動信號產生系統
21．．．升壓電路
22．．．放大器
23．．．位準移位器
SWa．．．類比波形開關
SWd．．．數位波形開關
SWout．．．電源開關
Sa．．．類比輸入信號
Sd．．．數位輸入信號
TX．．．驅動信號
Vb．．．電源電壓
Va．．．類比波形驅動信號
Vd．．．數位波形驅動信號
Vin．．．輸入電壓
Vout．．．輸出電壓
VDD．．．邏輯高準位電壓/低壓電源

Claims (14)

  1. 一種驅動信號產生系統，包含：
    　　 一升壓電路，提供一電源電壓；
    　　 一放大器，提供類比波形驅動信號；
    　　 一位準移位器，提供數位波形驅動信號；及
    　　 一選擇裝置，於類比波形模式時選擇該類比波形驅動信號作為驅動信號以提供給一觸控面板，於數位波形模式時選擇該數位波形驅動信號作為驅動信號以提供給該觸控面板；
    其中該升壓電路提供該電源電壓給該放大器，且於該數位波形模式時，該放大器產生一輸出電壓以提供給該位準移位器的至少最後一級電路作為電源。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之驅動信號產生系統，其中該升壓電路包含一電荷泵。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之驅動信號產生系統，其中該電荷泵包含一狄克森（Dickson）電荷泵。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之驅動信號產生系統，其中該升壓電路包含一電壓調節器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之驅動信號產生系統，其中該選擇裝置包含：
    　　 一類比波形開關；及
    　　 一數位波形開關；
    　　 當處於該類比波形模式時，該類比波形開關閉合而該數位波形開關斷開，因而提供該類比波形驅動信號給該觸控面板；當處於該數位波形模式時，該類比波形開關斷開而該數位波形開關閉合，因而提供該數位波形驅動信號給該觸控面板。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之驅動信號產生系統，於該類比波形模式時，該放大器接收一類比輸入信號並將其放大以產生該類比波形驅動信號，其中該電源電壓大於該類比波形驅動信號的擺幅。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之驅動信號產生系統，於該數位波形模式時，該放大器接收一輸入電壓並將其放大而得到該輸出電壓。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之驅動信號產生系統，更包含一電源開關，於該類比波形模式時，該電源開關閉合，使得該輸出電壓得以提供給該位準移位器的至少最後一級電路作為電源。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之驅動信號產生系統，於該數位波形模式時，該位準移位器接收一數位輸入信號並拉高其位準，以產生該數位波形驅動信號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之驅動信號產生系統，其中該位準移位器包含：
    一位準移位電路，接收該數位輸入信號；
    一第一反向緩衝器，耦接於該位準移位電路的輸出端；及
    一第二反向緩衝器，耦接於該第一反向緩衝器的輸出端；
    其中該第二反向緩衝器於該數位波形模式時，使用該放大器所提供的輸出電壓作為電源，且該位準移位電路之後級電路及該第一反向緩衝器使用該升壓電路所提供的電源電壓作為電源。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之驅動信號產生系統，更包含一邏輯電路，其藉由一致能信號以控制該數位輸入信號是否可以通過以饋至該位準移位電路。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之驅動信號產生系統，其中該位準移位器包含：
    一位準移位電路，接收該數位輸入信號；
    於該數位波形模式時，該位準移位電路之後級電路使用該升壓電路所提供的電源電壓作為電源。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之驅動信號產生系統，更包含一邏輯電路，其藉由一致能信號以控制該數位輸入信號是否可以通過以饋至該位準移位電路。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之驅動信號產生系統，其中該放大器包含：
    一運算放大器；
    一回饋電阻，跨接於該運算放大器的輸出端與輸入端之間；及
    一輸入電阻，耦接至該運算放大器的輸入端。
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