TW201537442A

TW201537442A - 電容式觸控裝置以及於電容式觸控面板上同時偵測主動筆與物體的方法

Info

Publication number: TW201537442A
Application number: TW103110920A
Authority: TW
Inventors: Chun-Chung Huang; Tsun-Min Wang
Original assignee: Elan Microelectronics Corp
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2015-10-01
Also published as: TWI526917B; CN104951157B; CN104951157A

Abstract

一種電容式觸控裝置以及於電容式觸控面板上同時偵測主動筆與物體的方法。該電容式觸控裝置包含一觸控面板以及一主動筆偵測電路。該觸控面板包含複數條驅動電極以及複數條接收電極，用以偵測物體的觸控輸入，且該主動筆偵測電路係耦接於該複數條驅動電極以偵測主動筆所發出之訊號。該方法包含：當至少其中一條驅動電極被驅動以偵測該物體的同時，該主動筆偵測電路經由其中一條以上的驅動電極來接收主動筆所發出之主動筆訊號，以偵測該主動筆接近或接觸該觸控面板。

Description

電容式觸控裝置以及於電容式觸控面板上同時偵測主動筆與物體的方法

本發明係關於一種電容式觸控面板，尤指一種可在電容式觸控面板上同時偵測主動筆與物體的方法以及相關電容式觸控裝置。

電容式觸控面板現在已廣泛用於筆記型電腦、平板、手機、個人數位助理、多媒體播放面板，甚至是穿戴式行動裝置等智慧型裝置當中。隨著多媒體應用的漸趨複雜，除了利用智慧型裝置的觸控面板來偵測人體手部的觸控，更希望能夠同時偵測來自觸控筆的訊號。

觸控筆又可分為被動式觸控筆以及主動式觸控筆，被動式的觸控筆的操作原理類似於手指，乃是採用具導電特性的筆頭而與使用者的手指相連接，相當於用來延伸手指的輔助工具。然而，一般被動筆並無法表達筆觸以及筆壓力道的大小，故無法表現出文字的獨特線條以及粗細美感，也無法滿足美術上的需求。取而代之的，主動式觸控筆可藉由傳遞筆的壓力訊號，模擬真實筆觸與線條。然而，以現有的互容式(mutual-capacitance)觸控偵測方式而言，難以有效地同時偵測手指的觸控輸入以及來自主動筆的訊號，因為主動筆所發出的訊號會影響手指之互容偵測，導致智慧型裝置內部的觸控積體電路(integrated circuit,IC)難以分辨所偵測到的是雜訊干擾訊號抑或是來自主動筆的訊號。另外，若為了避免上述訊號難以辨別的問題，而採用在時間上分段的方式來分別接收觸控輸入以及來自主動筆的訊號，如此又會大幅降低訊號的取樣率(sampling rate)或畫面更新率(frame rate)。

綜上所述，基於以上問題，現有的智慧型裝置實無法滿足智慧型裝置上較為複雜的多媒體應用，因此，有需要提供一種裝置以及方法來解決上述問題。

因此，本發明之一目的在於提供一種電容式觸控裝置以及於電容式觸控面板上同時偵測主動筆與物體的方法，以解決現有技術所面臨的問題。

本發明之另一目的在於提供一種電容式觸控裝置以及於電容式觸控面板上同時偵測主動筆與物體的方法，使得不需改變原有的電容式觸控面板感測器，也不需額外添加其他的感測器和感測電路，而只需要在既有的電容式觸控面板(或面板製程)下，透過所提出的裝置與方法即可進行以電容式同時偵測主動筆與手指的操作，並且能夠清楚地區分手指的觸控輸入與來自主動筆的筆壓訊號的不同。

本發明之一實施例提供了一種電容式觸控裝置，包含一觸控面板以及一主動筆偵測電路。該觸控面板包含複數條驅動電極以及複數條接收電極，用以偵測一物體(如手指)的觸控輸入，該主動筆偵測電路耦接於該複數條驅動電極。當至少其中一條驅動電極被驅動以偵測該物體的同時，該主動筆偵測電路經由其中一條以上的驅動電極來接收一主動筆所發出之主動筆訊號，以偵測該主動筆接近或接觸該觸控面板。

本發明之一實施例提供了一種於電容式觸控面板上同時偵測主動筆與物體的方法，該觸控面板包含複數條驅動電極以及複數條接收電極，該方法包含：驅動其中一條以上的驅動電極，各該被驅動的驅動電極上具有一驅動訊號；藉由一觸控訊號接收電路接收該觸控面板因應該物體所產生的觸控資料，其中該觸控訊號接收電路係耦接於該些接收電極；藉由一主動筆偵測電路偵測該主動筆所發出的主動筆訊號，其中該主動筆偵測電路係耦接於該複數條驅動電極。

透過本發明所提供的裝置以及方法，電容式觸控裝置可在偵測觸控輸入的同時一併接收主動筆傳來的主動筆訊號，尤其是被驅動中的驅動電極亦可同時用作為可接收主動筆訊號的天線，且不具有習知技術中訊號難以分辨以及取樣率下降的問題。此外，本發明另提供一種整合式取樣保持濾波器架構，以進一步減少硬體需求以及降低電容式觸控裝置的製作成本。

11‧‧‧觸控訊號接收電路

12‧‧‧主動筆偵測電路

13‧‧‧手指

14‧‧‧主動筆

15‧‧‧觸控面板

50‧‧‧驅動訊號產生電路

100‧‧‧電容式觸控裝置

1002~1014、1302~1310‧‧‧步驟

2021‧‧‧放大電路

2022、3022‧‧‧取樣保持濾波器

2023‧‧‧類比數位轉換器

4022‧‧‧整合式取樣保持濾波器

Y1~Yn‧‧‧驅動電極

X1~Xm‧‧‧接收電極

S1‧‧‧主動筆訊號

En1~Enn‧‧‧致能訊號

MUX1、MUX2‧‧‧多工器

KX1~KXp‧‧‧觸控接收單元

Rx1~Rxq‧‧‧主動筆偵測單元

SEL1、SEL2‧‧‧選擇訊號

Tx1~Txn‧‧‧驅動訊號單元

Tx‧‧‧驅動訊號發射端

N1‧‧‧輸入接點

N2‧‧‧輸出接點

VIN‧‧‧輸入端

VOUT‧‧‧輸出端

CA‧‧‧第一電容

CB‧‧‧第二電容

SW1‧‧‧第一開關

SW2‧‧‧第二開關

SW3‧‧‧第三開關

SW4‧‧‧第四開關

SW5‧‧‧第五開關

SW6‧‧‧第六開關

VREF‧‧‧參考電壓

φ 1‧‧‧第一開關控制訊號

φ 2‧‧‧第二開關控制訊號

φ 3‧‧‧第三開關控制訊號

t1、t2、t3‧‧‧導通時間

V_A、V_B‧‧‧電壓值

Vref‧‧‧參考電壓值

第1圖係為本發明的一實施例的電容式觸控裝置之示意圖。

第2圖係為第1圖所示的主動筆偵測電路與驅動訊號產生電路的連接關係的一範例的示意圖。

第3圖係為第1圖所示的主動筆偵測電路的架構圖。

第4圖係為第3圖中取樣保持濾波器的示意圖。

第5圖係為操作第4圖所示的取樣保持濾波器之時序圖。

第6圖係為第3圖的放大電路的電位隨時間變化圖。

第7圖係為對應第4圖所示的取樣保持濾波器的等效電路之示意圖。

第8圖係為第1圖所示的觸控訊號接收電路中的取樣保持濾波器的示意圖。

第9圖係為對應第8圖所示的取樣保持濾波器的等效電路之示意圖。

第10圖係為根據本發明的一實施例的用於對偵測主動筆訊號時進行防干擾操作的流程圖。

第11圖及第12圖為本發明偵測主動筆訊號與驅動訊號發射端所發出的驅動訊號的時序對照圖。

第13圖係為根據本發明的另一實施例的用於對偵測主動筆訊號時進行防干擾操作的流程圖。

第14圖係為根據本發明另一實施例的應用於第1圖電容式觸控裝置的整合式取樣保持濾波器的示意圖。

第15圖及第16圖係為操作第14圖的整合式取樣保持濾波器的時序圖。

在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。

請參考第1圖，第1圖係為本發明的一實施例的電容式觸控裝置100之示意圖。如第1圖所示，電容式觸控裝置100包含一觸控訊號接收電路11、一驅動訊號產生電路50、一主動筆偵測電路12以及一觸控面板15。電容式觸控裝置100可用於偵測物體如主動式觸控筆(active stylus，以下簡稱主動筆)14或是手指13的接近或接觸。觸控面板15包含複數條驅動電極Y1~Yn以及複數條接收電極X1~Xm，其中觸控訊號接收電路11係耦接於接收電極X1~Xm，且主動筆偵測電路12係耦接於驅動電極Y1~Yn。當驅動訊號產生電路50驅動電極Y1~Yn時，接收電極X1~Xm會對應地接收觸控面板15因應觸控輸入所產生的觸控資料，例如偵測手指13或是主動筆14的觸控輸入。請注意，本範例僅用作說明之目的，並非用以限定本發明之範疇。在本發明另一範例中，主動筆偵測電路12可設置為耦接於接收電極X1~Xm，而觸控訊號接收電路11可設置為耦接於驅動電極Y1~Yn。換言之，本發明在二維的感測器應用中，可任選一維作為觸控訊號的接收端，而另一維則作為用以偵測觸控輸入的驅動訊號的發射端以及主動筆訊號的接收端。

主動筆14除了可如同被動式觸控筆進行類似手指觸控的用途，更可傳遞主動筆訊號S1至觸控面板15。主動筆訊號S1可包含筆壓訊號、操作模式切換訊號、筆劃方位、筆劃角度及/或書寫速度，以表達出文字的獨特線條以及粗細美感，或美術上所需要呈現的視覺效果，其中筆壓訊號可理解為使用者使用主動筆14進行書寫、選取操作時所輸入的力道，而操作模式切換訊號可用來切換主動筆14的操作模式，例如主動筆14可被切換成一被動式觸控筆模式來操作。

驅動訊號產生電路50係傳送驅動訊號到各驅動電極Y1~Yn。驅動訊號產生電路50包含驅動訊號發射端Tx，用以對驅動電極Y1~Yn提供驅動訊號，且驅動訊號產生電路50包含複數個驅動訊號單元Tx1~Txn，其中驅動訊號單元的數量係對應於驅動電極Y1~Yn的數量。驅動訊號單元Tx1~Txn係分別受控於對應的致能訊號(例如致能訊號En1~Enn)，以決定是否將相對應的驅動訊號傳至驅動電極Y1~Yn。在第1圖中，驅動電極Y1~Yn被分配給主動筆偵測電路12與驅動訊號發射端Tx，在驅動訊號發射端Tx發射驅動訊號的同時，主動筆偵測電路12也在驅動電極Y1~Yn上偵測主動筆14的發射訊號，藉此分辨主動筆14是否靠近、靠近的距離及/或主動筆14發出的筆壓訊號。接收電極X1~Xm則被分配為偵測手指的觸控訊號的接收端，除了可被用來偵測手指以指示、辨別位置外，接收電極X1~Xm同時也會偵測到主動筆14的訊號而得知主動筆14的位置。

當驅動電極Y1~Yn中至少一條驅動電極(例如驅動電極Y2)被驅動以偵測物體的觸碰(例如手指13對觸控面板15所進行的觸控)時，主動筆偵測電路12同時經由其中一條以上的驅動電極來接收主動筆14所發出之主動筆訊號S1，以偵測主動筆14接近或接觸觸控面板15，或進行其他應用。在一實施例中，主動筆偵測電路12經由其中至少一條以上的被驅動的驅動電極(例如驅動電極Y2)來接收來自主動筆14的主動筆訊號S1，即表示被驅動的該條驅動電極(例如驅動電極Y2)會於被驅動的同時接收來自主動筆14的主動筆訊號S1。在一實施例中，而除了使用至少一條以上的被驅動的驅動電極來接收來自主動筆14的主動筆訊號S1，主動筆偵測電路12也可經由其他未被驅動的驅動電極(例如驅動電極Y1~Yn中驅動電極Y2以外的所有電極)來接收來自主動筆14的主動筆訊號S1，而正被驅動的驅動電極(例如驅動電極Y2)則不會用來接收來自主動筆14的主動筆訊號S1。

本發明的一較佳實施例提出一種防干擾手段，可以降低主動筆偵測電路12在偵測主動筆訊號S1時，因驅動電極Y1~Yn上的驅動訊號所產生的相互干擾。防干擾手段的一實施例即是使用未被驅動的驅動電極來接收來自主動筆14的主動筆訊號S1，例如當驅動電極Y2被驅動時，使用驅動電極Y2以外的其他驅動電極Y1以及Y3~Yn來接收來自主動筆14的主動筆訊號S1，較佳的，可以使用遠離被驅動之驅動電極Y2的其他驅動電極Y1以及Y3~Yn來接收來自主動筆14的主動筆訊號S1。防干擾手段的另一實施例是當主動筆偵測電路12經由其中至少一條以上的被驅動的驅動電極(例如驅動電極Y2)來接收來自主動筆14的主動筆訊號S1時，消除或儘可能最小化因驅動訊號對於觸控面板上所產生之△V所產生的效應；或是在另一實施例中，避開驅動訊號對於偵測主動筆14之主動筆訊號S1的干擾。

電容式觸控裝置100中，可另包含多工器MUX1、MUX2，觸控訊號接收電路11包含複數個觸控接收單元KX1~KXp，且多工器MUX2係耦接於複數個觸控接收單元KX1~KXp與接收電極X1~Xm之間。主動筆偵測電路12包含複數個主動筆偵測單元Rx1~Rxq，且多工器MUX1係耦接於主動筆偵測單元Rx1~Rxq與驅動電極Y1~Yn之間。透過以上設置，主動筆偵測單元的數量(即q)不一定要相同於驅動電極的數量(即n)，主動筆偵測單元的數量可設置為小於驅動電極的數量(即q<n)；相似地，觸控接收單元的數量(即p)不一定要相同於接收電極的數量(即m)，觸控接收單元的數量可設置為小於接收電極的數量(即p<m)。然而，本範例僅用作說明之目的，並非用以限定本發明之範疇。在本發明另一範例中，電容式觸控裝置100可不包含多工器MUX1及MUX2，或僅包含其一。在第1圖中，主動筆偵測電路12實際上可以直接以一對一的方式接到驅動訊號發射端Tx，但如此一來必須設置較多組硬體線路，而透過多工器MUX1的設置，可以減少主動筆偵測電路12的硬體線路設置，進而分派較少的主動筆偵測單元(亦即令q<n)，並依照需求分別指定主動筆偵測單元Rx1~Rxq是對應到哪幾條線路。例如，多工器MUX1可受控於選擇訊號SEL1來分配主動筆偵測單元Rx1~Rxq所對應的線路。同理，透過多工器MUX2的設置，可以減少觸控訊號接收電路11的硬體線路設置，進而分派較少的觸控接收單元(亦即令p<m)，並依照需求分別指定觸控接收單元KX1~KXp是對應到哪幾條線路，例如，透過選擇訊號SEL2來操作觸控接收單元KX1~KXp所對應的線路。此外，可在透過韌體及演算法決定出所需的連接數量之後，依據決定結果來對多工器MUX1、MUX2進行相關操作。

進一步舉例來說，請參考第2圖，第2圖係為第1圖所示的主動筆偵測電路12與驅動訊號產生電路50的連接關係的一範例的示意圖。如第2圖所示，一個主動筆偵測單元可對應地耦接二個對應的驅動訊號單元，例如主動筆偵測單元RX1係耦接於驅動訊號單元Tx1、Tx2，主動筆偵測單元RX2係耦接於驅動訊號單元Tx3、Tx4，以此類推。此外，亦可將一個主動筆偵測單元耦接三個、四個或更多對應的驅動訊號單元，本發明並不限定主動筆偵測單元所耦接的驅動訊號單元的數量，也不限定主動筆偵測單元與驅動訊號單元之間的耦接順序，例如將主動筆偵測單元Rx1耦接於驅動訊號單元Tx1、Tx3、Tx5，並將主動筆偵測單元Rx2耦接於驅動訊號單元Tx2、Tx4、Tx6，以此類推，凡對本發明主動筆偵測電路12與驅動訊號產生電路50之間的連接關係所作的任何變更皆屬於本發明之範疇。

請參考第3圖，第3圖係為第1圖所示的主動筆偵測電路12的架構圖。如第3圖所示，主動筆偵測電路12包含一放大電路2021、一取樣保持(sample-hold)濾波器2022以及一類比數位(analog-to-digital,ADC)轉換器2023，其中主動筆偵測電路12的輸入接點N1會接收來自主動筆14的主動筆訊號S1，並於輸出接點N2產生輸出訊號。放大電路2021係為主動筆偵測電路12的前置放大電路，而類比數位轉換器2023負責將接收到的類比訊號轉換成數位碼給後續的電路使用。在實作上，本發明主動筆偵測電路12可將主動筆14所引起的電容變化快速轉換成數位碼，類比數位轉換器2023的後端若接上一對應的控制器，則可據以分辨前端主動筆14傳遞的主動筆訊號S1，例如具有專用的協定來做溝通的筆壓訊號。

本發明提供了一防干擾手段的一實施例，請參考第4圖，第4圖係為第3圖中取樣保持濾波器2022的示意圖。如第4圖所示，取樣保持濾波器2022包含有一輸入端V_IN、一輸出端V_OUT、一第一電容CA、一第二電容 CB、一第一開關SW1、一第二開關SW2以及一第三開關SW3。輸入端V_IN係用以接收主動筆訊號S1，輸出端V_OUT係用以輸出一類比訊號。第一電容CA具有一正極(+)以及一負極(-)，第一電容CA之正極係耦接於輸出端V_OUT，而第一電容CA之負極係耦接於一參考電壓Vref。第二電容CB具有一正極以及一負極，第二電容CB之負極係耦接於參考電壓Vref。第一開關SW1係耦接於輸入端V_IN與輸出端V_OUT之間，第二開關SW2係耦接於輸入端V_IN與第二電容CB之正極之間，且第三開關SW3係耦接於第二電容CB之正極與輸出端V_OUT之間。

請一併參考第5圖，第5圖係為操作第4圖所示的取樣保持濾波器2022之時序圖，其中第一開關SW1係受控於一第一開關控制訊號φ 1、第二開關SW2係受控於一第二開關控制訊號φ 2，且第三開關SW3係受控於一第三開關控制訊號φ 3。第一開關控制訊號φ 1、第二開關控制訊號φ 2以及第三開關控制訊號φ 3係依序出現高準位(致能(enable)準位)，然而上述的致能準位在時間上並不重疊，也就是說，第一開關SW1、第二開關SW2以及第三開關SW3會依序被導通，且第一開關SW1、第二開關SW2以及第三開關SW3的導通時間不相重疊。例如，對應第一開關控制訊號φ 1、第二開關控制訊號φ 2、第三開關控制訊號φ 3的導通時間t1、t2、t3彼此不相重疊。

請一併參考第6圖，第6圖係為主動筆偵測電路偵測時第3圖的放大電路2021因驅動端驅動信號所造成的輸出電位隨時間變化圖。放大電路2021的訊號輸出波形即為取樣保持濾波器2022之輸入，放大電路2021之實施例可參考發明人所取得之美國專利公告號第US 8,232,972以及US 8,519,975，故於此不再贅述。假設理想情況下，沒有雜訊干擾，電壓值V_A、V_B與參考電壓Vref之差值皆為△V，此值將在第4圖中分別被電容CA與CB 取樣並保持住。如第6圖所示，取樣保持濾波器2022的輸入端VIN所輸入的電壓係以Vref為基準並以△V為振幅震盪。輸入端V_IN會在導通時間t1由Vref上升△V，由於在導通時間t1時只有第一開關SW1導通，其餘開關則是開路(不導通)，第一電容CA相當於被充進了+△V(即V_A-Vref)；此外，輸入端IN所輸入的電壓在導通時間t2由Vref下降△V，由於此時只有第二開關SW2導通，其餘開關則是開路(不導通)，第二電容CB相當於被充進了-△V(即V_B-Vref)。從以上關係中，可推得以下公式(1)：V_A-Vref=△V=Vref-V_B (1)

因此，在導通時間t3時，只有第三開關SW3導通，其餘開關為開路(不導通)的情況下，輸出端V_OUT所讀出的電壓大小可透過第7圖的等效電路來計算，並可用公式(2)來表示：V_OUT=Vref+[(V_A+V_B)/2-Vref] (2)

第7圖係為對應第4圖所示的取樣保持濾波器2022的等效電路之示意圖，透過結合公式(1)、(2)，可據以計算出輸出端VOUT所讀出的電壓剛好等於參考電壓Vref的大小，亦即上述本發明的設置可完全消除或儘可能最小化△V所產生的影響，使得主動筆偵測電路12偵測主動筆訊號S1時可以不受到驅動訊號的影響。對於偵測來自主動筆14的主動筆訊號S1而言，△V可視為用來對驅動電極Y1~Yn進行驅動的驅動訊號所造成的雜訊，因此，在完全消除或儘可能最小化△V所產生的效應後，即便主動筆偵測電路12的至少一條驅動電極正在被驅動(例如驅動電極Y2)，該至少一條驅動電極仍可同時用來接收來自主動筆14的主動筆訊號S1。詳細來說，當取樣保持濾波2022在偵測主動筆14時，驅動訊號發射端Tx仍持續發出用來偵測手指的驅動訊號，而電容CA於導通時間t1取得之△V以及電容CB於時間t2取得之-△V會在導通時間t3時進行相加平均濾波處理，而得到平均為Vref之值。之後，此Vref之值被類比數位轉換器2023轉換成數位碼，等同於觸控訊號接收電路11沒有偵測到任何觸控訊號(例如來自手指13的訊號)。也就是說，不論手指有無觸碰觸控面板15，電容式觸控裝置100皆不會受到影響。而此時若主動筆14發射一較驅動訊號發射端Tx所發出的訊號更為低頻之訊號，且靠近觸碰觸控面板15，則本發明的取樣保持濾波器2022將據以取得主動筆14所發射的訊號。由於第一開關控制訊號φ1、第二開關控制訊號φ2以及第三開關控制訊號φ3之開關頻率可設置為高於主動筆的訊號的頻率，故可取樣出主動筆的連續變化，如此一來，控制器及韌體演算法將可分辨預定好之筆壓訊號，而不會反映一般偵測手指的訊號。

除了主動筆偵測電路12包含取樣保持濾波器2022，本發明之另一實施例中，電容式觸控裝置100還包含另一用於偵測手指的取樣保持濾波器，如第8圖所示。第8圖係為第1圖所示的觸控訊號接收電路11中的取樣保持濾波器3022的示意圖，其中取樣保持濾波器3022係用來偵測手指13所作的觸控。請注意，取樣保持濾波器3022可包含於觸控訊號接收電路11之中，但本發明並不以此為限，取樣保持濾波器3022可設置於其他電路，也可與前述之取樣保持濾波器2022共同整合於一電路中。取樣保持濾波器3022具有一輸入端V_IN，其用以接收觸控資料，以及一輸出端V_OUT，其用以輸出一類比訊號。對應於取樣保持濾波器3022的前置放大器以及後接之類比數位轉換器與第3圖的設置類似，故於此不再贅述。此外，取樣保持濾波器3022包含一第一電容CA、一第二電容CB、一第一開關SW1、一第二開關SW2、一第三開關係SW3、一第四開關SW4以及一第五開關SW5。第一電容CA、第二電容CB各具有一正極(+)以及一負極(-)，第一電容CA之正極係耦接於輸出端V_OUT，第一電容CA之負極係耦接於參考電壓Vref。第一開關SW1係耦接於輸入端V_IN與輸出端V_OUT之間；第二開關SW2係耦接於輸入端V_IN與第二電容CB之正極之間；第三開關SW3係耦接於第二電容CB之負極與輸出端V_OUT之間；第四開關SW4係耦接於第二電容CB之正極與參考電壓Vref之間；且第五開關SW5係耦接於第二電容CB之負極與參考電壓Vref之間。對於取樣保持濾波器3022的操作方式類似於取樣保持濾波器2022，且可參照第5圖的時序圖以及第6圖的電壓隨時間變化圖，其中第一開關SW1係受控於第一開關控制訊號φ 1、第二開關SW2與第五開關SW5係受控於第二開關控制訊號φ 2，且第三開關SW3與第四開關SW4係受控於第三開關控制訊號φ 3。第一開關控制訊號φ 1、第二開關控制訊號φ 2以及第三開關控制訊號φ 3係依序出現高準位，然而上述的致能準位在時間上並不重疊，也就是說，對應第一開關控制訊號φ 1、第二開關控制訊號φ 2、第三開關控制訊號φ 3的導通時間t1、t2、t3不相重疊。此外，第二開關SW2及第五開關SW5會同時導通，且第三開關SW3及第四開關SW4會同時導通。輸入端V_IN所輸入的電壓係以Vref為基準震盪，且會在導通時間t1由Vref上升△V，而在導通時間t1中，只有第一開關SW1導通，其餘開關則是開路(不導通)，第一電容CA相當於被充進了+△V(即V_A-Vref)；在導通時間t2中，輸入端V_IN所輸入的電壓在導通時間t2由Vref下降△V，由於此時第二開關SW2、第五開關SW5導通，其餘開關均為開路(不導通)，第二電容CB相當於被充進了-△V(即V_B-Vref)。在導通時間t3時，第三開關SW3以及第四開關SW4會導通，其餘開關均為開路(不導通)的情況下，輸出端V_OUT所讀出的電壓大小可透過第9圖的等效電路來計算，並可用公式(3)來表示：V_OUT=Vref+(V_A-V_B)/2 (3)

第9圖係為對應第8圖所示的取樣保持濾波器3022的等效電路之示意圖，透過結合公式(1)、(3)可據以計算出輸出端V_OUT所讀出的電壓，其等於參考電壓Vref+△V的大小，之後將所計算出的電壓值經由一類比數位轉換器轉換成數位碼之後，即可反映出手指觸碰觸控面板15的情形。

本發明提供了一防干擾手段的另一實施例，以避開驅動訊號對於偵測主動筆14之主動筆訊號S1的干擾，如第10圖所示，第10圖係為根據本發明的一實施例的用於對偵測主動筆訊號時進行防干擾操作的流程圖。請注意，假若可獲得實質上相同的結果，則這些步驟並不一定要遵照第10圖所示的執行次序來執行。第10圖所示之方法可被第1圖所示之電容式觸控裝置所採用，並可簡單歸納如下：步驟1002：開始；步驟1004：藉由觸控訊號接收電路11接收觸控面板15因應物體所產生的觸控資料，其中觸控訊號接收電路11係耦接於接收電極X1~Xm；步驟1006：藉由主動筆偵測電路12偵測主動筆14所發出的主動筆訊號S1，其中主動筆偵測電路12係耦接於複數條驅動電極Y1~Yn；步驟1008：對應被驅動的每一驅動電極上之驅動訊號的工作週期，決定一上升邊緣以及一下降邊緣；步驟1010：於該上升邊緣時，在該驅動電極與接收電極之間的電容產生正電荷效應；步驟1012：於該下降邊緣時，在該驅動電極與接收電極之間的該電容產生負電荷效應；步驟1014：藉由主動筆偵測電路12將該正電荷效應與該負電荷效應相加，以進行主動筆偵測電路12偵測該主動筆14的主動筆訊號S1的操作。

由於熟習技藝者在閱讀完以上段落後，尤其是關於第3圖~第9圖的實施例，應可輕易瞭解第10圖中每一步驟的細節，為簡潔之故，在此將不再進一步描述。

此外，為了能夠在偵測主動筆訊號S1時不受到驅動，主動筆偵測電路12接收主動筆14所主動傳來的主動筆訊號S1的操作時段係不重疊於被驅動之複數條驅動電極的驅動訊號的工作週期(duty cycle)的上升邊緣(rising edge)以及下降邊緣(falling edge)，也就是說，為了要能在驅動訊號發射端Tx發射訊號時，也能夠讓主動筆偵測電路12同時感測主動筆訊號S1，則主動筆偵測電路12必須藉著相位的調整來避開驅動訊號的上升邊緣以及下降邊緣。舉例來說，請一併參考第11圖以及第12圖，其為本發明偵測主動筆訊號S1與驅動訊號發射端Tx所發出的驅動訊號的時序對照圖，如第11、12圖所示，由上而下依序是驅動訊號(即用來驅動電極Y1~Yn的驅動訊號)的波形以及主動筆偵測電路12的偵測波形，其中偵測相位(sensing phase)與重置相位(reset phase)係輪流配置，且偵測相位不重疊於驅動訊號的工作週期的上升邊緣以及下降邊緣(如虛線部份所示)，或是如第12圖所示偵測相位與重置相位皆配置於驅動訊號的同一週期(例如虛線部份所示工作週期的上升邊緣以及下降邊緣所構成的週期)內，例如可偵測相位的頻率調高。第11圖以及第12圖的設置均可使偵測相位避開驅動訊號的工作週期的上升邊緣以及下降邊緣，故均可在偵測主動筆14所主動傳來的主動筆訊號S1時不受雜訊影響。

簡言之，本實施例著重於避開驅動訊號對於偵測主動筆14的主動筆訊號S1的干擾，而提供如第13圖所示的另一防干擾手段，第13圖係為根據本發明的另一實施例的用於對偵測主動筆訊號時進行防干擾操作的流程圖。請注意，假若可獲得實質上相同的結果，則這些步驟並不一定要遵照第13圖所示的執行次序來執行。第13圖所示之方法可被第1圖所示之電容式觸控裝置100所採用，並可簡單歸納如下：步驟1302：開始；步驟1304：藉由一觸控訊號接收電路11接收觸控面板15因應一物體所產生的觸控資料，其中觸控訊號接收電路11係耦接於接收電極X1~Xm；步驟1306：藉由一主動筆偵測電路12偵測一主動筆14所發出的主動筆訊號S1，其中主動筆偵測電路12係耦接於複數條驅動電極Y1~Yn；步驟1308：對應被驅動的每一驅動電極上之驅動訊號的工作週期，決定一上升邊緣以及一下降邊緣；步驟1310：於各該被驅動的驅動電極上之驅動訊號的工作週期的上升邊緣以及下降邊緣以外的工作時間，進行該主動筆偵測電路偵測該主動筆的主動筆訊號的操作。

由於熟習技藝者在閱讀完以上段落後，尤其是關於第11圖~第12圖的實施例，應可輕易瞭解第13圖中每一步驟的細節，為簡潔之故，在此將省略進一步的描述。

雖然本發明列舉防干擾手段實施例如上，但僅用作說明之目的，並非用以限制本發明之範疇。在本發明另一範例中，可藉由其他未被驅動的驅動電極接收主動筆訊號S1，以在進行主動筆偵測電路12偵測主動筆14的主動筆訊號S1的操作的同時達到防干擾的效果。

在以上實施例中，電容式觸控裝置100包含獨立的主動筆偵測電路12以及觸控訊號接收電路11，以同時偵測手指的觸控輸入以及主動筆的近接(proximity)訊號，例如主動筆的14的筆壓訊號，而不用犧牲電容式觸控裝置100的畫面更新率。但在畫面更新率或取樣率充裕的狀況下，本發明可提供一整合式的取樣保持濾波器，以在較少的硬體需求下，藉由操作模式的切換，再搭配前置放大電路(例如前述的放大電路2021)與後端類比數位轉換器(例如前述的類比數位轉換器2023)，來進行手指13與主動筆14之間的穿插偵測，具體範例如下。

請參考第14圖~第16圖，第14圖係為根據本發明另一實施例的應用於第1圖電容式觸控裝置100的整合式取樣保持濾波器4022的示意圖，第15圖、第16圖係為操作第14圖的整合式取樣保持濾波器4022的時序圖，其中整合式保持濾波器4022係整合第4圖的取樣保持濾波器2022以及第8圖的取樣保持濾波器3022。如第14圖所示，整合式取樣保持濾波器4022包含一輸入端V_IN以及一輸出端V_OUT，其中輸入端V_IN係用以接收觸控資料與主動筆訊號S1，且輸出端V_OUT係用以輸出一類比訊號。此外，整合式取樣保持濾波器4022包含一第一電容CA、一第二電容CB、一第一開關SW1、一第二開關SW2、一第三開關係SW3、一第四開關SW4、一第五開關SW5以及一第六開關SW6。第一電容CA具有一正極以及一負極，第一電容CA之正極係耦接於輸出端V_OUT，且第一電容CA之負極係耦接於參考電壓Vref；第二電容CB具有一正極以及一負極；第一開關SW1，耦接於輸入端V_IN與輸出端V_OUT之間；第二開關SW2係耦接於輸入端V_IN與第二電容CB之負極之間；第三開關SW3係耦接於第二電容CB之正極與輸入端V_IN之間；第四開關SW4係耦接於第二電容CB之負極與輸出端V_OUT之間；第五開關SW5係耦接於第二電容CB之正極及參考電壓Vref之間；以及第六開關SW6係耦接於第二電容CB之負極及參考電壓Vref之間。

當觸控面板15操作於一主動筆偵測模式時，整合式取樣保持濾波器4022的輸入端V_IN會接收主動筆訊號S1，其操作時序如第15圖所示，第一開關SW1係受控於第一開關控制訊號φ 1，第二開關SW2係受控於第四開關控制訊號φ 2B，第四開關SW4係受控於第三開關控制訊號φ 3，第五開關SW5係受控於第三開關控制訊號φ 3或是受控於第四開關控制訊號φ 2B，且第三開關SW3以及第六開關SW6係受控於第二開關控制訊號φ 2。第一開關控制訊號φ 1、第四開關控制訊號φ 2B以及第三開關控制訊號φ 3係依序出現高準位，但彼此的致能準位在時間上並不重疊，且第二開關控制訊號φ 2維持在低準位。換言之，第一開關SW1、第二開關SW2及第四開關SW4係依序被導通，其中導通第二開關SW2時也同時導通第五開關SW5(受控於第四開關控制訊號φ 2B)，導通第四開關SW4時也同時導通第五開關SW5(受控於第三開關控制訊號φ 3)，第三開關SW3以及第六開關SW6則保持不導通，且第一開關SW1、第二開關SW2及第四開關SW4的導通時間不相重疊。

此外，當觸控面板15係操作於一觸控訊號接收模式時，整合式取樣保持濾波器4022的輸入端V_IN會接收觸控資料，其操作時序如第16圖所示，第一開關SW1係受控於第一開關控制訊號φ 1，第二開關SW2係受控於第四開關控制訊號φ 2B，第四開關SW4係受控於第三開關控制訊號φ 3，第五開關SW5係受控於第三開關控制訊號φ 3，且第三開關SW3以及第六開關SW6係受控於第二開關控制訊號φ 2。第一開關控制訊號φ 1、第二開關控制訊號φ 2以及第三開關控制訊號φ 3係依序出現高準位，但彼此的致能準位在時間上並不重疊，且第四開關控制訊號φ 2B維持在低準位。換言之，第一開關SW1、第三開關SW3及第四開關SW4係依序被導通，第三開關SW3及第六開關SW6係同時導通，導通第四開關SW4也同時導通第五開關SW5(受控於第三開關控制訊號φ 3)，第二開關SW2係保持不導通，且第一開關SW1、第三開關SW3及第四開關SW4的導通時間不相重疊。

整合式取樣保持濾波器4022可設置於主動筆偵測電路12中，但本發明不限於此，整合式取樣保持濾波器4022亦可設置於電容式觸控裝置100中其他的電路中。由於整合式取樣保持濾波器4022屬於對多個取樣保持濾波器2022、3022進行整合的一種實施方式，故其他相關操作以及應用大致雷同於取樣保持濾波器2022、3022，惟整合式取樣保持濾波器4022係輪流受控於第15圖以及第16圖所示的操作時序，故不再贅述。

總言之，在本發明提供的實施例中，電容式觸控裝置100可在偵測觸控輸入的同時一併接收主動筆14傳來的主動筆訊號S1，尤其是被驅動中的驅動電極亦可同時用作為可接收主動筆訊號S1的天線，且不具有習知技術中訊號難以分辨以及取樣率下降的問題。此外，本發明另提供一種整合式取樣保持濾波器架構，以進一步減少硬體需求以及降低電容式觸控裝置100的製作成本。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。