TW201512930A - 控制系統以及觸控裝置 - Google Patents

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Gokalp Bayramoglu
Chun-Hsueh Chu
cheng-sheng He
Yu-Yan Wang
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Tpk Touch Solutions Xiamen Inc
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Abstract

一種控制系統，用於具有多個感測單元的觸控面板。此控制系統包括補償電路、電荷放大器、以及信號處理電路。補償電路包括複數匹配阻抗網路。補償電路接收來自多個感測單元中一特定感測單元的觸摸信號，且在多個匹配阻抗網路中選擇一者作為觸摸信號的傳送通路以產生補償觸摸信號。電荷放大器接收來自傳送通路的補償觸摸信號以產生放大觸摸信號。信號處理電路接收放大觸摸信號，且根據放大觸摸信號來檢測特定感測單元是否被觸摸。

Description

控制系統以及觸控裝置
本發明係有關於一種控制系統，特別是有關於一種用於觸控面板的控制系統。
一般而言，觸控面板可分為電阻式觸控面板、電容式觸控面板、以及壓電式觸控面板等類型。在這些類型中，壓電式觸控面板具有較高的信號雜訊比(signal-noise ratio，SNR)，可獲得品質較佳的觸摸信號。當壓電式觸控面板的一感測單元被觸摸一次時，來自此感測單元的觸摸信號具有一信號波峰。檢測電路可藉此信號波峰來檢測觸摸事件的發生。由於此觸摸信號具有虛部的存在，因此，當觸摸信號與檢測電路前端的阻抗不匹配時，將會產生維持超過1秒的振盪波形，且觸摸信號會和振盪波形疊加在一起。當在此1秒內該感測單元周遭的至少一感測單元被觸摸或者是該感測單元再次被觸摸時，由於觸摸信號和振盪波形的疊加，使得檢測電路無法判斷出後續的至少一信號波峰是屬於觸摸信號還是振盪波形。因此，檢測電路無法正確地檢測觸摸事件的發生。
因此，期望提出一種用於觸控面板的控制系統，其能降低振盪波形的影響，以正確地檢測觸摸事件的發生。
本發明提供一種控制系統，用於具有多個感測單元的觸控面板。此控制系統包括補償電路、電荷放大器、以及信號處理電路。補償電路包括複數匹配阻抗網路。補償電路接收來自多個感測單元中一特定感測單元的觸摸信號，且在多個匹配阻抗網路中選擇一者作為觸摸信號的傳送通路以產生補償觸摸信號。電荷放大器接收來自傳送通路的補償觸摸信號以產生放大觸摸信號。信號處理電路接收放大觸摸信號，且根據放大觸摸信號來檢測特定感測單元是否被觸摸。
本發明提供一種觸控裝置。此觸控裝置包括觸控面板以及控制系統。觸控面板具有多個感測單元。控制系統接收來自多個感測單元中一特定感測單元的觸摸信號，且具有多個匹配阻抗網路。控制系統在多個匹配阻抗網路中選擇一者作為觸摸信號的傳送通路，且根據通過傳送通路的觸摸信號來檢測特定感測單元上是否發生觸摸事件。
1‧‧‧觸控裝置
4‧‧‧電荷放大器
10‧‧‧觸控面板
11‧‧‧控制系統
40‧‧‧補償電路
41‧‧‧信號處理電路
100‧‧‧感測單元
101‧‧‧多工器
400‧‧‧多工器
401…404‧‧‧匹配阻抗網路
410‧‧‧運算放大器
411‧‧‧輸入電容器
412‧‧‧回授電容器
413‧‧‧電阻器
420‧‧‧濾波器
421‧‧‧取樣-維持電路
422‧‧‧類比數位轉換器
423‧‧‧處理器
C0、C1‧‧‧電容器
CX‧‧‧電容器
GND‧‧‧接地
L1‧‧‧電感器
LX‧‧‧電感器
N20、N21‧‧‧節點
N40‧‧‧輸入節點
N41‧‧‧輸出節點
P80、P81、P90、P91、P92‧‧‧波峰
R1‧‧‧電阻器
RX‧‧‧電阻器
S‧‧‧觸摸信號產生的來源
S40‧‧‧補償觸摸信號
S41‧‧‧放大觸摸信號
S100‧‧‧觸摸信號
S421‧‧‧取樣信號
S422‧‧‧數位信號
S423‧‧‧控制信號
Z0‧‧‧等效阻抗
第1圖表示根據本發明一實施例的觸控裝置；第2圖表示感測單元的等效電路；第3圖表示對應一感測單元的信號源的等效模組；第4圖表示根據本發明一實施例的控制系統；第5圖表示根據本發明一實施例，在第4圖中控制系統的信號處理電路；第6圖表示根據本發明一實施例，在第4圖中匹配阻抗網路的電路架構； 第7A與7B圖表示根據本發明其他實施例，在第4圖中匹配阻抗網路的電路架構；第8A圖表示在第4圖中，當觸摸信號經過等效阻抗較小的匹配阻抗網路時所產生的補償觸摸信號；第8B圖表示在第4圖中，當觸摸信號經過等效阻抗較大的匹配阻抗網路時所產生的補償觸摸信號；第9A圖表示在第5圖中，尚未經過高通濾波器的補償觸摸信號；第9B圖表示在第5圖中，經過高通濾波器的濾波操作後的補償觸摸信號；以及第10圖表示根據本發明另一實施例的控制系統。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
第1圖係表示根據本發明實施例的觸控裝置。參閱第1圖，觸控裝置1包括觸控面板10以及控制系統11。在本發明實施例中，觸控面板10係以壓電式為例。觸控面板10包括配置成陣列的複數個感測單元。在第1圖的實施例中，係以配置成4X5陣列的20個感測單元為例。控制系統11耦接觸控面板10，且接收分別來自這些感測單元的觸摸信號以檢測觸控裝置是否發生觸摸事件。每一感測單元的等效電路如同第2圖的電路，其包括電容器C0與C1、電阻器R1、以及電感器L1。電容器C1、電阻器R1、以及電感器L1串聯於節點N20與N21之間。電容 器C0耦接於節點N20與N21之間。根據第2圖中每一感測單元的等效電路，可獲得等效阻抗Z0為：
此時，對應每一感測單元的信號源的等效模組如第3圖所示，其中，S是表示觸摸信號產生的來源。
根據上述(1)可得知，每一感測單元的等效阻抗Z0存在虛部，即是，等效阻抗Z0存在電抗成分。當觸摸信號與後端電路的阻抗不匹配時，會導致振盪波形的產生，進而影響觸摸檢測的正確性。本發明實施例的控制系統11可選擇匹配阻抗網路來抵銷等效阻抗Z0的虛部，使得控制系統11的觸摸檢測操作不受振盪波形所影響。
第4圖係表示根據本發明實施例的控制系統11。參閱第4圖，控制系統11包括補償電路40、電荷放大器41、以及信號處理電路42。補償電路40包括多工器400以及複數匹配阻抗網路。在第4圖的實施例中，係以4個匹配阻抗網路401~404為例來說明。匹配阻抗網路401~404彼此具有不同的等效阻抗。在一實施例中，匹配阻抗網路401~404的等效阻抗為依序增加。多工器400耦接觸控面板10以接收一觸摸信號，且選擇性地將該觸摸信號傳送至匹配阻抗網路401~404中的一者。電荷放大器41耦接匹配阻抗網路401~404於電荷放大器41的輸入節點N40。電荷放大器41包括運算放大器410、輸入電容器411、回授電容器412、以及電阻器413。運算放大器410的正輸入端(+)耦接接地GND，且其輸出端耦接電荷放大器41的輸出節點N41。輸入電容器411的第一端耦接輸入節點N40，且其第二 端耦接運算放大器410的負輸入端(-)。回授電容器412耦接於輸入節點N40與輸出節點N41之間。電阻器413耦接於運算放大器410的負輸入端(-)與輸出節點N41之間。上述的電荷放大器41的電路架構僅為一示範例。在其他實施例中，電荷放大器41可以其他電路架構來實現。多工器400受到信號處理電路42的控制來選擇匹配阻抗網路401~404中的一者，以將所接收的觸摸信號傳送至被選擇的匹配阻抗網路。
在本發明的一實施例中，如第5圖所示，信號處理電路42包括濾波器420、取樣-維持電路421、類比數位轉換器422、以及處理器423。以下將配合第4~5圖來說明本發明的控制系統11的操作。假設控制系統11目前係耦接感測單元100以檢測是否發生觸摸事件。在此情況下，多工器400接收來自第1圖中感測單元100的觸摸信號S100。舉例來說，多工器400選擇初始的匹配阻抗網路401作為觸摸信號S100的傳送通道。匹配阻抗網路401作為初始匹配阻抗網路僅為一示範例。在其他實施例中，初始匹配阻抗網路依據系統需求而決定。接著，多工器400將觸摸信號S100傳送至匹配阻抗網路401，使得在補償電路40的輸出節點(即電荷放大器41的輸入節點N40)上產生補償觸摸信號S40。電荷放大器41接收補償觸摸信號S40，且對補償觸摸信號S40進行放大操作以在輸出端N41產生放大觸摸信號S41。處理電路42的濾波器420耦接信號電荷放大器41的輸出端N41以接收放大觸摸信號S41。濾波器420對接收到的放大觸摸信號S41執行濾波操作。在此實施例中，濾波器420為一高通濾波器，用來對放大觸摸信號S41執行高通濾波以濾除低頻成 分。取樣維持電路421耦接濾波器410，且接收已經過濾波器420濾波的放大觸摸信號S41。取樣維持電路421對接收到的放大觸摸信號S41進行取樣維持操作，藉此產生取樣信號S421。類比數位轉換器422耦接取樣維持電路421。類比數位轉換器422接收取樣信號S421，並對取樣信號S421進行類比數位轉換操作，藉此將取樣信號S421轉換成數位信號S422。
參閱第5圖，處理器423耦接濾波器420以接收已經過濾波器420濾波的放大觸摸信號S41。處理器423計算接收的放大觸摸信號S41的信號雜訊比，並判斷計算出的信號雜訊比是否低於一預設臨界值，藉此控制多工器400是否選擇另一匹配阻抗網路作為傳送通道。當處理器423判斷計算出的信號雜訊比低於預設臨界值，則透過控制信號S423來控制多工器400選擇另一匹配阻抗網路(例如匹配阻抗網路402)來作為傳送通道，即傳送通道由初始匹配阻抗網路401變為匹配阻抗網路402。當處理器423判斷計算出的信號雜訊比不小於(即等於或大於)預設臨界值，則透過控制信號S423來控制多工器400維持目前選擇的匹配阻抗網路來作為傳送通道，即仍由初始匹配阻抗網路401為傳送通道。當多工器400切換選擇匹配阻抗網路402作為傳送通道時，處理器423繼續執行上述信號雜訊比的判斷操作來控制多工器400是否切換選擇另一匹配阻抗網路，直到信號雜訊比等於或大於預設臨界值為止。如第5圖所示，處理器423也耦接類比數位轉換器422，且接收數位信號S422。處理器423根據數位信號S423來檢測感測單元100是否被觸摸。
在本發明實施例中，每一匹配阻抗網路401~404 係由電容器CX、電阻器RX、以及電感器LX所組成，如第6圖所示。在第6圖中，電容器CX、電阻器RX、以及電感器LX彼此串聯。對於每一匹配阻抗網路，由於電路組成，使得其等效阻抗存在虛部，即是，存在電抗成分。藉由多工器400對於匹配阻抗網路的選擇，最終選擇的匹配阻抗網路的等效阻抗虛部與目前被檢測的感測單元的等效阻抗虛部相互抵銷。因此，可避免或減弱振盪波形，且提高檢測觸摸的準確性。第6圖中每一匹配阻抗網路的電路連接架構為一示範例。在其他實施例中，電容器CX與電阻器RX串聯，且串聯的容器CX與電阻器RX再與電感器LX並聯，如第7A圖所示。在另一些其他實施例中，電容器CX與電感器LX串聯，且串聯的容器CX與電感器LX再與電阻器RX並聯，如第7B圖所示。
根據上述，匹配阻抗網路401~404都等效阻抗彼此不同且依序增加。因此，觸摸信號S100經過不同匹配阻抗網路後所產生的補償觸摸信號S40將會也不同的波形。第8A圖係表示當觸摸信號S100經過等效阻抗較小的匹配阻抗網路時(例如匹配阻抗網路401或402)所產生的補償觸摸信號S40。由於上述的虛部抵銷，振盪波形對於觸摸信號S100的影響減小，因此，補償觸摸信號S40具有明顯的波峰P80。透過後續的電荷放大器41與信號處理電路42可根據此波峰P80來檢測出在感測單元100(目前被檢測的感測單元)發生觸摸事件。第8B圖係所示當觸摸信號S100經過等效阻抗較大的匹配阻抗網路時(例如匹配阻抗網路403或404)所產生的補償觸摸信號S40。由於上述的虛部抵銷，相對於振盪波形，補償觸摸信號S40具有更為 突出的波峰P81。透過後續的電荷放大器41與信號處理電路42可根據此波峰P81更準確地來檢測出在感測單元100上發生觸摸事件。
根據上述，信號處理電路42具有高通濾波器420，其濾除補償觸摸信號S40的低頻成分以獲得可供觸摸檢測的高頻成分。第9A圖係表示尚未經過高通濾波器420的補償觸摸信號S40。第9B圖係表示經過高通濾波器420的濾波操作後的補償觸摸信號S40。在第9A圖中，波峰P90指示出在感測單元100(目前被檢測的感測單元)發生觸摸事件。當補償觸摸信號S40經過高通濾波器420後，指示出在感測單元100發生觸摸事件的波峰P91明顯地具有較大振幅，如第9B圖所示。在第9B圖中，另外存在波峰P92。在補償觸摸信號S40首先出現的波峰P92是在濾波操作中取樣數據長度與濾波器長度不匹配時進行補零所產生的無用信號。因此，在信號處理電路42中，可用簡單的信號處理方法來忽略第一個波峰P92，藉此可準確地根據波峰P91來判斷觸摸事件發生。
在本發明的另一實施例中，控制系統11更包括多工器101，如第10圖所示。多工器101耦接於觸控面板10與補償電路40之間。多工器101選擇性地耦接一感測單元與補償電路40。多工器101將對應的觸摸信號傳送至補償電路40以進行上述的匹配阻抗網路選擇操作以及後續的觸摸事件發生的檢測操作。多工器101可依據系統設定來決定其選擇感測單元的順序。
根據上述本發明的各種實施例，本發明係提供多 匹配阻抗網路，且對於來自每一感測單元的觸摸信號選擇適當的匹配阻抗網路作為傳送通道。如此一來，可避免或減弱因為阻抗不匹配所導致的振盪波形，使得後端的信號處理電路11能更準確地判斷對應的感測單元上是否發生觸摸事件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
11‧‧‧控制系統
40‧‧‧補償電路
41‧‧‧信號處理電路
400‧‧‧多工器
401…404‧‧‧匹配阻抗網路
410‧‧‧運算放大器
411‧‧‧輸入電容器
412‧‧‧回授電容器
413‧‧‧電阻器
GND‧‧‧接地
N40‧‧‧輸入節點
N41‧‧‧輸出節點
S40‧‧‧補償觸摸信號
S41‧‧‧放大觸摸信號
S423‧‧‧控制信號

Claims (19)

  1. 一種控制系統，用於一觸控面板，該觸控面板具有複數感測單元，包括：一補償電路，包括複數匹配阻抗網路，其中，該補償電路接收來自該等感測單元中一特定感測單元的一觸摸信號，且在該等複數匹配阻抗網路中選擇一者作為該觸摸信號的一傳送通路以產生一補償觸摸信號；一電荷放大器，接收來自該傳送通路的該補償觸摸信號以產生一放大觸摸信號；以及一信號處理電路，接收該放大觸摸信號，且根據該放大觸摸信號來檢測該特定感測單元是否被觸摸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之控制系統，其中，該信號處理電路計算該放大觸摸信號的一信號雜訊比，且判斷該信號雜訊比的值低於一臨界值時，該信號處理電路控制該補償電路選擇該等匹配阻抗網路中的另一者作為該傳送通路。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之控制系統，其中，該等匹配阻抗網路具有不同的等效阻抗。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之控制系統，其中，每一該匹配阻抗網路包括一電容器、一電感器、以及一電阻器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之控制系統，其中，該補償電路更包括：-多工器，耦接該等匹配阻抗網路，且接收該觸摸信號； 其中，該多工器選擇性地將該觸摸信號傳送至該等匹配阻抗網路之一者，以產生該補償觸摸信號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之控制系統，其中，該信號處理電路包括：一濾波器，接收該放大觸摸信號，且對該放大觸摸信號執行一濾波操作；以及一處理器，接收來自該濾波器的該放大觸摸信號，計算該放大觸摸信號的一信號雜訊比，且判斷該信號雜訊比的值是否低於一臨界值；其中，當該處理器判斷該信號雜訊比的值低於該臨界值時，該處理器控制該補償電路選擇該等匹配阻抗網路中的另一者作為該傳送通路。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之控制系統，其中，當該處理器判斷該信號雜訊比的值不小於該臨界值時，該處理器控制該補償電路維持目前選擇的該匹配阻抗網路作為該傳送通路。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之控制系統，其中，該信號處理電路更包括：一取樣維持電路，接收來自該濾波器的該放大觸摸信號，且對該放大觸摸信號進行一取樣維持操作以產生一取樣信號；以及一類比數位轉換器，接收該取樣信號，且對該取樣信號進行一類比數位轉換操作以產生一數位信號； 其中，該處理器接收該數位信號，且根據該數位信號來檢測該特定感測單元是否被觸摸。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之控制系統，其中，該濾波器為一高通濾波器。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之控制系統，其中，該電荷放大器包括：一運算放大器，具有耦接一正輸入端、一負輸入端、一輸出端，其中，該運算放大器的該正輸入端以及該輸出端分別耦接一接地以及一輸出節點；一輸入電容器，具有一第一端以及一第二端，其中，該輸入電容器的該第一端以及該第二端分別耦接一輸入節點以及該運算放大器的該負輸入端；一回授電容器，耦接於該輸入節點與該輸出節點之間；以及一電阻器，耦接於該運算放大器的該正輸入端與該輸出節點之間；其中，該輸入節點接收該補償觸摸信號，且該放大觸摸信號產生於該輸出節點。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之控制系統，更包括：-多工器，耦接該觸控面板與該補償電路之間；其中，該多工器選擇性地將該等感測單元中的一者耦接至該補償電路，且該等感測單元中的該一者作為該特定感測單元。
  12. 一種觸控裝置，包括： 一觸控面板，具有複數感測單元；以及一控制系統，接收來自該等感測單元中一特定感測單元的一觸摸信號，且具有複數匹配阻抗網路；其中，該控制系統在該等匹配阻抗網路中選擇一者作為該觸摸信號的一傳送通路，且根據通過該傳送通路的該觸摸信號來檢測該特定感測單元上是否發生觸摸事件。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之觸控裝置，其中，該控制系統包括：一補償電路，包括該等匹配阻抗網路，接收該觸摸信號，且在該等匹配阻抗網路中選擇一者作為該傳送通路以產生一補償觸摸信號；一電荷放大器，接收來自該傳送通路的該補償觸摸信號以產生一放大觸摸信號；以及一信號處理電路，接收該放大觸摸信號，且根據該放大觸摸信號來檢測該特定感測單元上是否發生觸摸事件。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之觸控裝置，其中，該補償電路更包括：-多工器，耦接該等匹配阻抗網路，且接收該觸摸信號；其中，該多工器選擇性地將該觸摸信號傳送至該等匹配阻抗網路之一者，以產生該補償觸摸信號。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之觸控裝置，其中，該信號處理電路包括：一濾波器，接收該放大觸摸信號，且對該放大觸摸信號執行一濾波操作；以及 一處理器，接收來自該濾波器的該放大觸摸信號，計算該放大觸摸信號的一信號雜訊比，且判斷該信號雜訊比的值是否低於一臨界值；其中，當該處理器判斷該信號雜訊比的值低於該臨界值時，該處理器控制該補償電路選擇該等匹配阻抗網路中的另一者作為該傳送通路。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之觸控裝置，其中，當該處理器判斷該信號雜訊比的值不小於該臨界值時，該處理器控制該補償電路維持目前選擇的該匹配阻抗網路作為該傳送通路。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之觸控裝置，其中，該信號處理電路更包括：一取樣維持電路，接收來自該濾波器的該放大觸摸信號，且對該放大觸摸信號進行一取樣維持操作以產生一取樣信號；以及一類比數位轉換器。接收該取樣信號，且對該取樣信號進行一類比數位轉換操作以產生一數位信號；其中，該處理器接收該數位信號，且根據該數位信號來檢測該特定感測單元上是否發生觸摸事件。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之觸控裝置，其中，該濾波器為一高通濾波器。
  19. 如申請專利範圍第12項所述之觸控裝置，其中，每一該匹配阻抗網路包括一電容器、一電感器、以及一電阻器。
TW103118536A 2013-09-17 2014-05-28 控制系統以及觸控裝置 TWI550451B (zh)

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