TW201415318A - 觸控系統之電源管理裝置 - Google Patents

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Abstract

一種觸控系統之電源管理裝置，包含一升壓電路、一儲存電路、一偵測電路以及一負載電路。升壓電路具有一輸出端且產生一輸出電壓。儲存電路電性連接升壓電路之輸出端且儲存輸出電壓。偵測電路電性連接儲存電路以偵測輸出電壓。負載電路根據輸出電壓之一預定值電性連接或不連接升壓電路之輸出端。

Description

觸控系統之電源管理裝置
本發明係有關觸控系統，特別是關於一種快速反應睡眠模式的觸控系統之電源管理裝置。
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，而當觸控面板沒有碰觸輸入至觸控螢幕上時，通常使用者會將供應觸控螢幕的電源關閉而進入睡眠模式（sleep mode），以避免不必要的電源消耗。
請參閱第一A圖，係為習知觸控系統電源管理裝置1的電路示意圖。如上所述，當觸控螢幕的電源關閉進入睡眠模式時，並無VDD、CK/CKB等輸入訊號，亦無輸出電壓Vout，負載電路亦無動作，其中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）。
請參閱第一B圖，係為習知觸控系統電源管理裝置1的工作狀態圖。當使用者欲使觸控面板由睡眠模式恢復至工作模式時，雖然負載電路必須達到工作電壓VDDH方能作動，但由第一A圖的電路圖可知，負載電路電性連接於升壓電路11的輸出端11t，因此負載電路仍會消耗一定的輸出電流Io，亦即多出負載電流ILoad的消耗。對於輸出電壓Vout而言，通常會有利用一個外接電容Cext充電，作為負載電路工作的工作電壓來源。換句話說，當觸控系統由睡眠模式恢復至工作模式時，開始為外接電容Cext充電，但由於輸出電流Io並非完全對外接電容Cext充電（充電電流Ic），而是負載電路亦消耗了部分的輸出電流（消耗的電流為負載電流ILoad），因而使得欲充電外部電容Cext以達到負載電路可工作的工作電壓VDDH將花費更多的充電時間，如曲線1所示。
承上所述，對於觸控系統的負載電路而言，其必須達到一個固定的工作電壓值方可恢復至工作模式而正常工作，然而，現今的觸控系統在設計上僅針對接收到觸碰輸入時，才對外接電容進行充電至工作電壓的動作，雖然充電的時間可能僅為幾個微秒，但仍可能令使用者在使用上感覺到遲鈍或者延遲。
因此，亟需提出一種可快速反應觸控系統睡眠模式的電源管理裝置，讓使用者可更便捷快速的使用電子系統。
鑑於上述，本發明實施例提出一種觸控系統之電源管理裝置，用以快速反應進入睡眠模式的觸控系統，使得應用本發明之觸控系統電源管理裝置於手機、電腦或者具有觸控螢幕等等的電子系統時，可使電子系統快速地從睡眠模式中恢復至工作模式，亦即大幅降低睡眠模式恢復至工作模式的反應時間，使得使用者可更快速便利地使用電子系統。
觸控系統之電源管理裝置，包含一升壓電路、一儲存電路、一偵測電路以及一負載電路。升壓電路具有一輸出端且產生一輸出電壓。儲存電路電性連接升壓電路之輸出端且儲存輸出電壓。偵測電路電性連接儲存電路以偵測輸出電壓。負載電路根據輸出電壓之一預定值電性連接或不連接升壓電路之輸出端。 【數1】【數2】ΔV =VDD[C/(C+Cs)]-Io/[f*(C+Cs)]
請參閱第二A圖，係為本發明觸控系統電源管理裝置的電路示意圖。電源管理裝置2包含升壓電路21、儲存電路22、偵測電路23以及負載電路24。升壓（boost）電路21具有輸出端21t並產生輸出電壓Vout及輸出電流Io。儲存電路22電性連接升壓電路21的輸出端21t，並儲存輸出電壓Vout。偵測電路23電性連接儲存電路22以偵測輸出電壓Vout的電壓值。負載電路24根據輸出電壓Vout的預定值以電性連接或不連接升壓電路21的輸出端21t。
於本發明的實施例中，升壓電路21可使用各種電壓轉換（voltage converting）電路來提供輸出電壓Vout，例如電壓調節器（voltage regulator）或電荷泵（charge pump）。電荷泵包含例如狄克森（Dickson）電荷泵。
於本發明的實施例中，儲存電路22係為一外部電容Cext，用以儲存輸出電壓Vout。如先前技術所述，欲使負載電路24作動，外部電容Cext必須先進行充電並達到工作電壓VDDH。
於本發明的實施例中，負載電路24係為驅動信號產生電路，可適用於觸控面板，用以提供驅動信號給觸控面板（未圖示）。驅動信號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。
於本發明的實施例中，偵測電路23係為一比較器，用以比較儲存電路22上的輸出電壓值Vout與一電壓預定值（Vref）。電壓預定值Vref係為觸控系統的一參考電壓，其可由能隙（band gap）電路產生，或者根據觸控系統之一預定時脈CK產生。此外，於本發明實施例中的偵測電路23雖以比較電壓的比較器為例，但用以偵測電流變化的裝置亦可應用於本發明之偵測電路23，用以偵測輸出電流的變化，亦即，當儲存電路22上的電流達到一電流預定值時，則使負載電路24電性連接於升壓電路21的輸出端21t。
電源管理裝置2更包含一切換開關SW，電性連接於負載電路24及升壓電路21的輸出端21t之間。當偵測電路23偵測到輸出電壓Vout達到電壓預定值Vref時，負載電路24藉由切換開關SW電性連接至升壓電路21的輸出端21t。當輸出電壓Vout未達到電壓預定值Vref時，切換開關SW斷開負載電路24與升壓電路21輸出端21t的連接，使輸出電流Io全部流向儲存電路22充電，以加速輸出電壓Vout值上升的速度，使得觸控系統在接收碰觸輸入時可快速地達到工作電壓值VDDH，而從睡眠模式中快速地恢復至工作模式。
請參閱第二B圖，係為本發明觸控系統電源管理裝置的工作狀態圖。承上所述，電壓預定值Vref根據觸控系統之一預定時脈CK產生，因此，當觸控系統到達該預定時脈CK時，則打開（EN；致能信號）負載電路24和切換開關SW。其充電的時間如曲線2所示，相較於先前技術的曲線1，外部電容Cext可更快速地充電到達工作電壓值VDDH。
此外，需特別注意得是，本發明於圖式中輸出電壓充電的起點雖由零開始，但其僅為簡易說明本發明之實施例，而並非用以限制本發明。換句話說，由於本發明觸控系統之電源管理裝置具有偵測電路23，可用以偵測輸出電壓Vout的狀態，當觸控系統由睡眠模式恢復至工作模式，再由工作模式進入睡眠模式時，儲存電路22上的輸出電壓Vout並不會顯著地降低，而是經由切換開關SW斷開負載電路24與升壓電路21的電性連接，使得輸出電流Io全部流向儲存電路22充電，以便於使用者下一次欲從觸控系統的睡眠模式進入至工作模式時可以快速地反應。
升壓電路21包含複數個電晶體211、212、213、214，且電晶體214係電性連接儲存電路22。於本發明之另一實施例中，電壓預定值Vref亦可設定於電性連接儲存電路22之電晶體214的崩潰電壓（Vbreakdown）以及觸控系統的工作電壓VDDH之間。
進一步而言，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2A圖例示使用四級狄克森電荷泵以實施本實施例的升壓電路21，其可由下式來描述：【數1】【數2】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，Vout為輸出電壓，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，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。
承上所述，當偵測電路23偵測到Vout未達到電壓預定值Vref時，切換開關SW斷開負載電路24與升壓電路21輸出端211的連接，使輸出電流Io全部流向外部電容Cext充電，而負載電流ILoad則沒有電流，因而使得Io不需因為ILoad的額外消耗而減小，ΔV變大，輸出電壓Vout則因此可快速地上升，亦即外部電容Cext處於充電狀態。當偵測電路偵測到Vout達到電壓預定值Vref時，切換開關SW電性連接負載電路24與升壓電路21的輸出端211，使得輸出電流Io一部份電流流向負載電流ILoad。
請參閱第三A圖，係為本發明觸控系統電源管理裝置的工作狀態圖。承上所述，由於製程以及溫度的誤差，使得每一個IC的電容C、雜散電容Cs以及電晶體的臨界電壓Vth都不盡相同，因而使得Vout上升的斜率不同，因此若是以計算固定時間的方式打開負載電路24和切換開關SW，可能導致外部電容Cext過渡充電而導致其上的Vout超出崩潰電壓而燒毀電晶體214，如曲線3所示。或者是導致太晚打開負載電路24和切換開關SW，將使得觸控螢幕由睡眠模式恢復至工作模式的時間過久，如曲線4所示。
請參閱第三B圖，係為本發明觸控系統電源管理裝置的另一工作狀態圖。承上所述，為改善上述可能燒毀電晶體或者充電時間過久的問題，可預定一適當的電壓預定值Vref。如曲線5所示，當使用晶片1（chip1）所產生的輸出電壓Vout到達Vref時，可由偵測電路23偵測到之後，並打開切換開關SW，使得輸出電流Io一部份電流流向負載電流ILoad，以避免燒毀電晶體，此外，相較於先前技術的曲線1亦不置於會有充電過慢的問題。類似地，如曲線6所示，當使用晶片2（chip2）所產生的輸出電壓Vout到達Vref時，可由偵測電路23偵測到之後，打開切換開關SW，使得輸出電流Io一部份電流流向負載電流ILoad，以避免燒毀電晶體。
縱上所述，藉由本發明觸控系統之電源管理裝置，可有效地管理、控制流入負載電路上的電流，達到省電的目的。此外，當觸控系統從睡眠模式中恢復至工作模式時，亦大幅地降低其反應時間，使得使用者可更快速便利地使用例如手機、電腦或者具有觸控螢幕等等的電子系統。
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。
1、2．．．電源管理裝置
11、21．．．升壓電路
211~214．．．電晶體
11t、21t．．．輸出端
22．．．儲存電路
23．．．偵測電路
24．．．負載電路
EN．．．致能信號
Vout．．．輸出電壓
Vref．．．預定值
VDD．．．邏輯高準位電壓/低壓電源
VDDH．．．工作電壓
V1-V4．．．節點電壓
IO．．．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
SW．．．切換開關
1~6．．．曲線
第一A圖係為習知觸控系統電源管理的電路示意圖；第一B圖係為習知觸控系統電源管理的工作狀態圖；第二A圖係為本發明觸控系統電源管理裝置的電路示意圖；第二B圖係為本發明觸控系統電源管理裝置的工作狀態圖；第三A圖係為本發明觸控系統電源管理裝置的工作狀態圖；以及第三B圖係為本發明觸控系統電源管理裝置的另一工作狀態圖。
2．．．電源管理裝置
21．．．升壓電路
211~214．．．電晶體
21t．．．輸出端
22．．．儲存電路
23．．．偵測電路
24．．．負載電路
Vout．．．輸出電壓
VDD．．．邏輯高準位電壓/低壓電源
VDDH．．．工作電壓
V1-V4．．．節點電壓
IO．．．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
SW．．．切換開關

Claims (14)

  1. 一種觸控系統之電源管理裝置，包含：一升壓電路，具有一輸出端且產生一輸出電壓；一儲存電路，電性連接該升壓電路之該輸出端且儲存該輸出電壓；一偵測電路，電性連接該儲存電路以偵測該輸出電壓；以及一負載電路，根據該輸出電壓之一預定值電性連接或不連接該升壓電路之該輸出端。
  2. 如﹝請求項2﹞所述之電源管理裝置，其中，該觸控系統係為手機、電腦或者具有觸控螢幕之一電子系統。
  3. 如﹝請求項1﹞所述之電源管理裝置，其中，該儲存電路係為一外部電容。
  4. 如﹝請求項1﹞所述之電源管理裝置，其中，該負載電路係為一驅動信號產生電路。
  5. 如﹝請求項1﹞所述之電源管理裝置，其中，該偵測電路係為一比較器。
  6. 如﹝請求項1﹞所述之電源管理裝置，其中該升壓電路包含一電荷泵（charge pump）。
  7. 如﹝請求項6﹞所述之電源管理裝置，其中該電荷泵包含一狄克森（Dickson）電荷泵。
  8. 如﹝請求項1﹞所述之電源管理裝置，其中，該電源管理裝置更包含一切換開關，電性連接於該負載電路及該升壓電路之該輸出端之間。
  9. 如﹝請求項8﹞所述之電源管理裝置，其中，當該輸出電壓達到該預定值時，該負載電路藉由該切換開關電性連接至該升壓電路之該輸出端。
  10. 如﹝請求項8﹞所述之電源管理裝置，其中，當該輸出電壓未達到該預定值時，該負載電路藉由該切換開關與該升壓電路之該輸出端電性不連接。
  11. 如﹝請求項1﹞所述之電源管理裝置，其中，該預定值係為該觸控系統之一參考電壓。
  12. 如﹝請求項1﹞所述之電源管理裝置，其中，該預定值係為根據該觸控系統之一預定時脈產生。
  13. 如﹝請求項1﹞所述之電源管理裝置，其中，該升壓電路包含複數個電晶體，且該複數個電晶體其中之一係電性連接該儲存電路。
  14. 如﹝請求項13﹞所述之電源管理裝置，其中，該預定值係介於電性連接該儲存電路之該電晶體的一崩潰電壓以及該觸控系統的一工作電壓之間。
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