TW201602877A - 觸碰感測裝置以及其使用之方法 - Google Patents

Abstract

一種觸碰感測裝置及其使用之方法，該觸碰感測裝置包括一激勵源、一待測電容、一取樣電路以及一濾波器。該激勵源用以提供一具有一第一頻率的激勵訊號；該待測電容用以接收該激勵訊號，並產生一感測訊號；該取樣電路用以對該感測訊號進行取樣以產生一數位輸出，其中該取樣電路包括一使用一第二頻率進行取樣的脈衝密度調變單元以產生該數位輸出，其中該第二頻率高於該第一頻率；該濾波器係用以對該數位輸出進行濾波。

Description

觸碰感測裝置以及其使用之方法

本發明係關於一種觸碰感測裝置，尤指一種用於偵測電容的觸碰感測裝置以及相關的方法。

在現有的電子產品應用中，電容式感應係為一種常見的技術，其可用在多種感應器上以偵測待測物的距離、位置以及位移。電容式觸控板(或觸控面板)應用了電容式感應技術，可搭配多點觸控和以及使用者的手勢(gesture)來進行各式各樣的應用，例如電腦游標的控制，圖片的放大縮小，視窗捲動...等等。目前大部份的智慧型手機以及平板電腦皆是以電容式觸控面板作為輸入工具。

電容式觸控技術又可分為自感式偵測(self-capacitance sensing)以及互感式偵測(mutual capacitance sensing)，此二種電容式觸控技術可透過窄頻的低通濾波器來抑制雜訊，以提高偵測觸控的準確性。在現有的實施架構中，取樣頻率與激勵訊號的頻率相同，受限於掃描結果的回報速度頻率(report rate)的要求，取樣數目有限。增加訊雜比(signal-to-noise ratio)的一般作法是提高驅動電壓，但會導致耗電的問題。

因此，有需要提供一種新的方法及裝置，能夠在不提高工作電壓的情況下，改善觸碰感測裝置的雜訊問題。

本發明之一實施例提供了一種觸碰感測裝置，包括一激勵源、一待測電容、一取樣電路以及一濾波器。該激勵源用以提供一具有一第一頻率的激勵訊號；該待測電容耦接該激勵源，且該待測電容係用以接收該激勵訊號，並產生一感測訊號；該取樣電路用以對該感測訊號進行取樣以產生一數位輸出，其中該取樣電路包括一脈衝密度調變單元具有一輸入端耦接該待測電容，該脈衝密度調變單元以一第二頻率對經由該輸入端輸入之訊號進行取樣以產生該數位輸出，其中該第二頻率高於該第一頻率；該濾波器係耦接於該脈衝密度調變單元，用以對該數位輸出進行濾波，以產生一濾波訊號。

本發明之另一實施例提供了一種觸碰感測方法，包括：提供一具有一第一頻率的激勵訊號至一待測電容，以產生一感測訊號；對該感測訊號進行一取樣步驟，該取樣步驟包括一以第二頻率進行取樣的脈衝密度調變以產生一數位輸出，其中該第二頻率高於該第一頻率；以及對該數位輸出進行濾波，以產生一濾波訊號。

利用本發明提供的實施例，有助於提高觸控裝置的訊雜比。

100、100’、200、500、600、700‧‧‧觸碰感測裝置

20‧‧‧激勵源

30、30’‧‧‧待測電容

40‧‧‧脈衝密度調變單元

50‧‧‧混頻器

60‧‧‧濾波器

70‧‧‧累加器

260‧‧‧低通濾波器

41‧‧‧加法積分器

42‧‧‧取樣保持單元

43‧‧‧類比數位轉換器

44‧‧‧數位類比轉換器

45‧‧‧增益控制單元

310、320、330、610、620、630、710、720、730‧‧‧頻譜

441‧‧‧加法積分單元

443‧‧‧1位元類比數位轉換器

445‧‧‧增益控制電阻

510‧‧‧查找表

520‧‧‧多工器

521‧‧‧第一輸入端

522‧‧‧第二輸入端

527‧‧‧控制端

528‧‧‧輸出端

635‧‧‧前置取樣保持電路

735‧‧‧全波整流電路

736、2614‧‧‧加法器

737、738‧‧‧開關

260_1~260_M、2600、2600’‧‧‧濾波單元

2612‧‧‧第一乘法器

2616‧‧‧第二乘法器

2623‧‧‧第一加法器

2625‧‧‧第二加法器

291‧‧‧第一移位器

292‧‧‧第二移位器

293‧‧‧第三移位器

2618、2627‧‧‧延遲器

1602~1612‧‧‧步驟

ph1‧‧‧第一相位控制訊號

ph2‧‧‧第二相位控制訊號

S1‧‧‧感測訊號

M1‧‧‧平移後之數位輸出

fe‧‧‧第一頻率

fs‧‧‧第二頻率

D1‧‧‧數位輸出

F1‧‧‧濾波訊號

A1‧‧‧累加訊號

E1‧‧‧激勵訊號

COM1、COM2‧‧‧比較器

C1‧‧‧電容

Vin‧‧‧輸入電壓

Vref‧‧‧參考電壓

CLK‧‧‧時脈訊號

X(n)‧‧‧數位資料

Y1‧‧‧第一輸出

Y2‧‧‧第二輸出

Y3‧‧‧第三輸出

Y4‧‧‧第四輸出

YD‧‧‧延遲輸出

Y(n)‧‧‧濾波輸出

第1圖第2圖為本發明觸碰感測裝置之一實施例的示意圖。

第2圖為本發明觸碰感測裝置之另一實施例的示意圖。

第3圖係為本發明觸碰感測裝置之另一實施例的示意圖。

第4圖係為第1圖/第2圖所示的觸碰感測裝置中的脈衝密度調變單元之一實施例的示意圖。

第5圖係為第3圖中觸碰感測裝置的頻譜圖。

第6圖係為第1圖/第2圖所示的觸碰感測裝置中的脈衝密度調變單元之一等效電路圖。

第7圖為本發明觸碰感測裝置之另一實施例的示意圖。

第8圖本發明觸碰感測裝置之另一實施例的示意圖。

第9圖係為第8圖中觸碰感測裝置的頻譜圖。

第10圖本發明觸碰感測裝置之另一實施例的示意圖。

第11圖係為第10圖中觸碰感測裝置的頻譜圖。

第12圖係為第10圖中的全波整流電路所接收之相位控制訊號的波形圖。

第13~15圖係為第3圖所示的低通濾波器的實施例之示意圖。

第16圖係為本發明取樣方法之一實施例的流程圖。

第17圖係為本發明觸控感測裝置之示意圖。

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「包括」係為一開放式的用語，故應解釋成「包括但不限定於」。另外，「耦接」一詞在此係包括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圖以及第2圖，第1圖以及第2圖分別為本發明觸碰感測裝置100之二實施例的示意圖。如第1圖所示，觸碰感測裝置100包括一激勵源(excitation source)20、一待測電容30、一脈衝密度調變(pulse density modulation,PDM)單元40、一帶通濾波器60以及一累加器(Σ)70。激勵源20係用以提供一具有一第一頻率fe的激勵訊號E1至待測電容30。待測電容 30係耦接於激勵源20，其接收激勵訊號E1，並產生一具有該第一頻率fe的感測訊號S1。第2圖所示的觸碰感測裝置100’與第1圖所示的觸碰感測裝置100具有類似架構，而主要不同在於第1圖中的待測電容30係為兩感應器(例如感應跡線)之間的互感電容(mutual capacitance)，而第2圖中的待測電容30’則為一感應器(例如感應跡線(sensing trace))對地的自感電容(self-capacitance)。根據本發明的觸碰感測裝置100/100’，可以量測電容式觸控面板各個感應器的自感電容或感應器之間的互感電容。前述這兩種待測電容，都會因應導體(例如使用者的手指)的接近或接觸而產生電容量變化，能被用於偵測該導體的接近或接觸。在第1圖與第2圖的圖號Tx代表待測電容的激勵端，Rx代表待測電容30接收端。在第2圖中，待測電容30’係一導體對地的電容，其激勵端Tx與接收端Rx相同。

脈衝密度調變單元40係耦接於待測電容30，用以自待測電容30接收感測訊號S1，脈衝密度調變單元40使用一第二頻率fs來對感測訊號S1進行脈衝密度調變以產生一數位輸出D1，其中第二頻率fs高於第一頻率Fe，第二頻率fs可以是例如第一頻率fe的N倍，N係為大於1的正數(例如2)。帶通濾波器60係耦接於脈衝密度調變單元40，用以對數位輸出D1進行濾波，以產生一濾波訊號F1。累加器70係耦接於帶通濾波器，用以累加濾波訊號F1，以產生一累加訊號A1，此累加訊號A1即為輸出至後續處理電路(未顯示)的低雜訊訊號。

脈衝密度調變單元40以高於第一頻率fe的第二頻率fs(例如N倍fe)進行取樣，可以獲得較多的取樣數，在一實施例中，脈衝密度調變單元40使用較少的位元數來表示取樣的結果。比方說，脈衝密度調變單元40以第一頻率的64倍(64*fe)作為取樣頻率來對感測訊號S1進行取樣，取樣的結果以1位元表示，進而產生數位輸出D1。在此情況下所獲得的取樣數量，為習知取樣頻率為fe所獲得取樣數量的64倍。由於取樣數量提高，故不需 要太高的位元來表示取樣後的訊號，就可供後續處理電路進行處理而得到正確的感測結果。當然，脈衝密度調變單元40也可使用較多位元來表示取樣的結果，然而電路複雜度以及成本也會對應地增加。使用較少位元數來表示取樣的結果，有助於簡化後續濾波器的設計。藉由上述本發明實施例的架構及方法，不僅實作上容易，雜訊抑制的效果也顯著，不需要提高激勵訊號的電壓即可增加訊雜比。

請參考第3圖，第3圖係為本發明觸碰感測裝置之另一實施例的示意圖。觸碰感測裝置200與觸碰感測裝置100的差別在於，觸碰感測裝置200包括一混頻器(mixer)50並設置了一低通濾波器260，混頻器50係耦接於脈衝密度調變單元40與低通濾波器260之間，用以平移數位輸出D1的頻譜，在第3圖的實施例中，混頻器50係用以將數位輸出D1的頻譜移至低頻。頻譜平移後之數位輸出M1會輸入至低通濾波器260。在本實施例中，混頻器50係以乘法器來實現，但本發明不限於此。混頻器50對數位輸出D1乘上e^-jωn/N，獲得低頻的數位輸出M1，其中n是個變數，隨著每次取樣而變，例如，n=0,1,...,N-1，n的值根據取樣的次序而不同，例如第一次取樣時n=0，第二次取樣時n=1，依此類推，直到完成第N次取樣時n=N-1，然後再進行下一個N次的取樣。參數ω=2*π*fs，fs為脈衝密度調變單元40的取樣頻率。

請參考第4圖，第4圖係為第1圖/第2圖所示的的脈衝密度調變單元40之一實施例。在本實施例中，脈衝密度調變單元40係以三角積分(sigma-delta,△Σ)類比數位轉換器(analog-to-digital convertor,ADC)來實現。一般來說，三角積分類比數位轉換器係對量化雜訊(quantization noise)進行雜訊整形(noise shaping)，一般的量化雜訊係平均分布在各頻率，而經過三角積分類比數位轉換器量化後即可進行雜訊整形，以得到量化雜訊較少的處理後訊號。當三角積分的調變階數越多時(例如設置多階的積分器)，雜訊整 形的效果也會越顯著。在本實施例中，脈衝密度調變單元40包括一加法積分器(summing integrator)41、一取樣保持(sample and hold,S/H)單元42、一類比數位轉換器(analog-to-digital converter,ADC)43、一數位類比轉換器(digital-to-analog convertor,DAC)44以及一增益控制單元45。取樣保持單元42係使用第二頻率fs作為取樣頻率，第二頻率fs是激勵訊號fe的N倍。由於三角積分類比數位轉換器屬於常見的應用，故細部的元件操作不另贅述。

請參考第5圖，第5圖係為第3圖中觸碰感測裝置200的頻譜圖，其中由上而下依序為具有第一頻率fe之激勵訊號E1的頻譜310、經脈衝密度調變單元40以第二頻率fs進行超取樣(over sampling)而獲得的數位輸出D1頻譜320，以及混頻器50輸出的數位輸出M1頻譜330。在圖號320所示的頻譜中，包括具有第一頻率fe的訊號，第二頻率(即取樣頻率)fs以及其諧波(harmonics)的左右兩側出現頻率為(K*(fs-fe))以及(K*(fs+fe))之訊號(K為整數)，量化雜訊N1係出現在第一頻率fe的右側，利用第3圖中的混頻器50將頻譜320平移成頻譜330，使得第一頻率fe的訊號以及其右側的量化雜訊N1左移，其中第一頻率fe的訊號被移至頻譜零點的位置，而量化雜訊N1亦被移至一較低頻之位置，觸碰感測裝置200使用窄頻寬的低通濾波器260來進一步將量化雜訊N1濾除，以獲得在頻譜零點處的訊號。請注意，以上所述”頻譜零點處”指的是在頻譜上頻率等於零的位置，此處的訊號為直流訊號。

第1圖/第2圖的觸碰感測裝置100/100’並未包括混頻器。第1圖/第2圖係採用帶通濾波器60來直接濾除頻譜320中的量化雜訊N1。雖然此設置省略了混頻器，但帶通濾波器通常比低通濾波器有更高的成本，因此可視實際設計需求選擇第1圖/第2圖，或是第3圖的架構。

在第4圖中，若增益控制單元45的增益為1並且使用1位元的數位類比轉換器44，得到的等效電路係如第6圖所示。第6圖可被理解為第4圖所示的脈衝密度調變單元40之一實施例的等效電路圖。在第6圖中，脈衝密度調變單元40係為一1位元(1bit)三角積分類比數位轉換器，其中包括一加法積分單元441以及一1位元類比數位轉換器443。加法積分單元441包括一比較器COM1、一電容C1以及一增益控制電阻445，其中比較器COM1的負輸入端(-)係耦接於輸入電壓Vin(例如來自待測電容30的感測訊號)，而正輸入端(+)係耦接於一參考電壓Vref。1位元類比數位轉換器443係受控於一時脈訊號CLK，並且包括一比較器COM2，其中比較器COM2的負輸入端(-)係耦接於參考電壓Vref以及比較器COM1的正輸入端，而正輸入端(+)係耦接於比較器COM1的輸出端。比較器COM2的輸出端會產生數位輸出D1，並將數位輸出D1經由增益控制電阻445回傳至比較器COM1的負輸入端與輸入電壓Vin相加。在本實施例中，加法積分單元441與係等效於第4圖中的加法積分器41，比較器COM2係等效於第4圖中的取樣保持單元42以及類比數位轉換器43，且增益控制電阻445係等效於第4圖中的加法器。

第7圖為本發明觸碰感測裝置之另一實施例的示意圖，在第7圖中，使用1位元(1bit)三角積分類比數位轉換器作為脈衝密度調變單元40，以一個1位元的乘法器來作混頻器50。這個1位元的乘法器包括一查找表(look up table,LUT)510以及一多工器520。查找表510係用以提供一查表輸出，舉例來說，查表輸出為前述之e-^jωn/N，根據n在查找表510獲得e^-jωn/N的值。多工器520具有一第一輸入端521、一第二輸入端522、一控制端527以及一輸出端528，其中第一輸入端521係接收一預定值(例如0)，第二輸入端522係接收該查找表510的輸出，控制端527接收數位輸出D1，多工器520依據數位輸出D1的位元值在輸出端528輸出該預定值或該查找表510輸 出。例如數位輸出D1的位元值為0時，多工器520在輸出端528輸出該預定值(例如0)，數位輸出D1的位元值為1時，多工器520在輸出端528輸出該查找表的輸出。

請參考第8圖以及第9圖，第8圖係為本發明觸碰感測裝置之另一實施例的示意圖，而第9圖係為第8圖中觸碰感測裝置600的頻譜圖。相較於第3圖的觸碰感測裝置200，觸碰感測裝置600並未包括混頻器，但另包括一前置取樣保持電路635。前置取樣保持電路635係耦接於脈衝密度調變單元40的輸入端，用以對感測訊號S1進行取樣保持，其中前置取樣保持電路635的取樣頻率即為第一頻率fe。經過前置取樣保持電路635處理後的訊號經由脈衝密度調變單元40進行脈衝密度調變。在第9圖中，由上而下依序為具有第一頻率fe之感測訊號S1的頻譜410、經過前置取樣保持電路635處理過後的訊號的頻譜620、經過脈衝密度調變單元40進行超取樣(over sampling)的訊號的頻譜630。在頻譜620中，在零點處具有訊號。在頻譜630中，經過脈衝密度調變單元40以N倍頻超取樣後，零點處的訊號右側會產生量化雜訊N1，觸碰感測裝置600可使用窄頻寬的低通濾波器260來進一步將低頻的量化雜訊N1濾除，取得在頻譜零點處的訊號。

請參考第10~12圖，第10圖為本發明觸碰感測裝置之另一實施例的示意圖，第11圖係為第10圖中觸碰感測裝置700的頻譜圖，第12圖係為第10圖中的全波整流電路735所接收之相位控制訊號的波形圖。相較於第3圖的觸碰感測裝置200，第10圖的觸碰感測裝置700並未包括混頻器，但另包括全波整流電路735，耦接於脈衝密度調變單元40的輸入端，用以對感測訊號S1進行全波整流，而產生頻率為2fe的訊號輸出。經過全波整流後的訊號，再經由脈衝密度調變單元40進行脈衝密度調變。在本實施例中，全波整流電路735包括一加法器736以及兩開關737、738，其中開關737由第一相位控制訊號ph1所控制，而另一開關738則由第二相位控制訊號ph2所控制。由第12圖可知，當開關737導通時，開關738會關閉，同樣地，當開關 738導通時，開關737會關閉。加法器736會將開關737的輸出減去開關738的輸出，因而產生全波整流的結果，並且，經過全波整流的訊號的頻率，會是感測訊號S1的頻率fe的兩倍。在第11圖中，由上而下依序感測訊號S1的頻譜710、經過全波整流電路735處理過後的訊號的頻譜720、經過脈衝密度調變單元40進行超取樣(over sampling)的訊號的頻譜730。在頻譜720中，在零點處具有訊號。在頻譜730中，經過脈衝密度調變單元40以N倍頻超取樣後，零點處的訊號右側會產生有量化雜訊N1，觸碰感測裝置700可據以使用窄頻寬的低通濾波器260來進一步將低頻的量化雜訊N1濾除，取得在頻譜零點處的訊號。

請參考第13~15圖，第13~15圖係為第3圖所示的低通濾波器260的實施例之示意圖。如第13圖所示，低通濾波器260可包括M級濾波單元260_1~260_M，其中M可依據需求來決定，越多級的濾波單元可以提供越好的濾波效果，然而硬體成本也會隨之提高。每一級濾波單元皆包括乘法器、加法器以及延遲器等元件，例如第14圖所示，濾波單元2600可用以實現濾波單元260_1~260_M中的任一者，並包括第一乘法器2612、加法器2614、第二乘法器2616以及延遲器2618。第一乘法器2612係用以對數位資料X(n)乘上一第一參數α，以產生一第一輸出Y1。數位資料X(n)可為前一級的濾波單元的輸出訊號(若濾波單元2600不是第一個濾波單元260_1)或是脈衝密度調變單元40的數位輸出D1(若濾波單元2600是第一個濾波單元260_1))。加法器2614係耦接於第一乘法器2612，用以對第一輸出Y1加上一延遲輸出YD，以產生一濾波輸出Y(n)至下一級的濾波單元(若濾波單元2600不是最後一個濾波單元260_M)，或是直接以濾波輸出Y(n)作為低通濾波器260的輸出(若濾波單元2600是濾波單元260_M)。第二乘法器2616係耦接於加法器2614，用以對濾波輸出Y(n)乘上一第二參數((α-1)/α)，以產生一第二輸出Y2。延遲器2618係耦接於第二乘法器2616與加法器2614之間，用以延遲第二輸出 Y2以產生延遲輸出YD。由於資料受到延遲器2618的延遲，因此加法器2614所產生的濾波輸出Y(n)係如以下的第(1)式所示，其中Y(n-1)係為加法器2614前一時間的濾波輸出。

參數α選用越高的值可以提供更好的濾波效果，然而硬體成本也會隨之提高。低通濾波器260中參數α的值以及濾波單元的級數(亦即M值)的選取當以視實際應用所需來決定。

在第14圖中，若參數α的值採用2的冪次(2^N)，則可進一步省略乘法器(或除法器)，因為一數位值乘上2^N即等於將該數位值左移(進位)N位元，而一數位值除以2^N即等於將該數位值右移(降位)N位元。因此，第14圖的濾波單元的架構可再簡化如第15圖所示，濾波單元2600’可用以實現濾波單元260_1~260_M中的任一者，並包括一第一移位器(shifter)291、一第一加法器2623、一第二移位器292、一第二加法器2625、一第三移位器293以及一延遲器2627。第一移位器291係用以將數位資料X(n)進行進位，以產生一第一輸出Y1’。第一加法器2623係耦接於第一移位器291，用以對第一輸出Y1’加上一延遲輸出YD’，以產生一濾波輸出Y(n)。第二移位器292係耦接於第一加法器2625，用以將濾波輸出Y(n)進行進位，以產生第二輸出Y2’。第二加法器2625係耦接於第一加法器2623與第二移位器292，用以將第二輸出Y2’減去濾波輸出Y(n)，以產生一第三輸出Y3’。第三移位器293係用以將第三輸出Y3’進行降位，以產生一第四輸出Y4’。延遲器2627係耦接於第三移位器293與第一加法器2623之間，用以延遲第四輸出Y4’以產生延遲輸出YD’。

簡言之，在第15圖的實施例中，第14圖所示的乘法器2612、2616係以第一移位器291~第三移位器293與一加法器2625來取代，其中第一移 位器291、第三移位器293係用以將輸入資料左移N位，第二移位器292係用以將輸入資料右移N位。因此，在第15圖所示的濾波單元260_1完全不須使用乘法器與除法器，可大幅降低電路複雜度以及成本。

請參考第16圖，第16圖係為本發明觸碰感測方法之一實施例的流程圖，能用於偵測導體的接近或接觸。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16圖所示的執行次序來執行。第16圖所示之方法可被第1圖所示之觸碰感測裝置100所採用，並可簡單歸納如下：

步驟1602：開始；步驟1604：提供一具有一第一頻率的激勵訊號至一待測電容，以產生一感測訊號。

步驟1606：對該待測電容的感測訊號進行取樣；該取樣步驟包括一以第二頻率進行取樣的脈衝密度(pulse density modulation,PDM)調變以產生一數位輸出，其中該第二頻率高於該第一頻率；步驟1608：對該數位輸出進行濾波，以產生一濾波訊號；步驟1610：累加該濾波訊號，以產生一累加訊號。

步驟1612：結束。

由於熟習技藝者在閱讀完以上段落後應可輕易瞭解第16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。

綜合上述實施例，本發明可以由第17圖獲得理解，根據本發明之一種觸碰感測裝置，包括一激勵源1(excitation source)，用以提供一具有一第一頻率的激勵訊號；一待測電容2耦接激勵源1，待測電容2接收該激勵訊號，並產生一感測訊號；一取樣電路3，用以對該感測訊號進行取樣以產生一數位輸出，其中該取樣電路包括一脈衝密度調變單元(圖中未示出)，該脈 衝密度調變單元具有一輸入端耦接該待測電容，該脈衝密度調變單元以一第二頻率對經由該輸入端輸入之訊號進行取樣以產生該數位輸出，其中該第二頻率高於該第一頻率；以及一濾波器，耦接於該脈衝密度調變單元，用以對該數位輸出進行濾波，以產生一濾波訊號。

其中，取樣電路3可以是只包括一個脈波密度調變單元40(如第1與2圖所示)，或者包括一前置取樣保持電路635串接一脈波密度調變單元40(如第8圖所示)，或者包括一全波整流電路735串接一脈波密度調變單元40(如第10圖所示)。這個脈波密度調變單元40直接地或透過一或多個元件連接待測電容2，脈波密度調變單元40對其輸入端的訊號進行取樣，而獲得該數位輸出。

配合上述不同的取樣電路2，濾波器4有多種不同的實施方式，例如，在第1圖與第2圖中，使用帶通濾波器60作為濾波器4，在第3圖中，使用一混頻器50連接一低通濾波器260來作為濾波器4。在第8圖跟第10圖中，只使用一低通濾波器260來作為濾波器4。

透過本發明所提供的實施例，觸碰感測裝置藉由取樣電路獲得更多的取樣訊號，有助於抑制雜訊對於訊號的偵測會更為準確。另外，本發明亦提供了簡化的低通濾波器架構，以進一步降低電路複雜度以及成本。

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。

100‧‧‧待測裝置

20‧‧‧激勵源

30‧‧‧待測電容

40‧‧‧脈衝密度調變

60‧‧‧濾波器

70‧‧‧累加器

S1‧‧‧輸入訊號

fe‧‧‧第一頻率

fs‧‧‧第二頻率

D1‧‧‧數位輸出

F1‧‧‧濾波訊號

A1‧‧‧累加訊號

E1‧‧‧激勵訊號

S1‧‧‧感測訊號

Claims (19)

1. 一種觸碰感測裝置，包括：一激勵源，用以提供一具有一第一頻率的激勵訊號；一待測電容，耦接該激勵源，該待測電容接收該激勵訊號，並產生一感測訊號；一取樣電路，用以對該感測訊號進行取樣以產生一數位輸出，其中該取樣電路包括一脈衝密度調變單元具有一輸入端耦接該待測電容，該脈衝密度調變單元以一第二頻率對經由該輸入端輸入之訊號進行取樣以產生該數位輸出，其中該第二頻率高於該第一頻率；以及一濾波器，耦接於該脈衝密度調變單元，用以對該數位輸出進行濾波，以產生一濾波訊號。
2. 如請求項1所述的觸碰感測裝置，更包括一累加器，耦接於該濾波器，用以累加該濾波訊號以產生一累加訊號。
3. 如請求項1所述的觸碰感測裝置，其中該脈衝密度調變單元係為一三角積分(sigma-delta)類比數位轉換器(analog-to-digital convertor,ADC)，且該三角積分類比數位轉換器中的一取樣保持(sample and hold,S/H)單元係使用該第二頻率作為取樣頻率。
4. 如請求項3所述的觸碰感測裝置，其中該三角積分類比數位轉換器係包括一1位元(1bit)類比數位轉換單元來產生該數位輸出。
5. 如請求項1所述的觸碰感測裝置，其中該濾波器係為一帶通濾波器 (band pass filter,BPF)。
6. 如請求項1所述的觸碰感測裝置，其中該濾波器包括一混頻器連接一低通濾波器，該混頻器接收該數位輸出，該低通濾波器對該混頻器之輸出進行濾波。
7. 如請求項6所述的觸碰感測裝置，其中該混頻器係為一乘法器。
8. 請求項1所述的觸碰感測裝置，其中該取樣電路具有一1位元類比數位轉換單元來產生該數位輸出；以及該混頻器更包括：一查找表(look up table,LUT)，用以提供一查表輸出；以及一多工器，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一控制端以及一輸出端，該第一輸入端接收一預定值，該第二輸入端接收該查表輸出，該控制端接收該數位輸出，以及該輸出端用以依據該數位輸出來輸出該預定值或該查表輸出。
9. 如請求項1所述的觸碰感測裝置，其中該取樣電路更包括：一全波整流電路，耦接於該脈衝密度調變單元，該全波整流電路用以對該感測訊號進行全波整流，該脈衝密度調變單元對該全波整流電路的輸出進行取樣以產生該數位輸出。
10. 如請求項1所述的觸碰感測裝置，其中該取樣電路更包括：一前置取樣保持電路，耦接於該脈衝密度調變單元，該前置取樣保持電路用以對該感測訊號進行取樣，該脈衝密度調變單元用以對該前置保持電路的輸出進行取樣以產生該數位輸出，其中該前置取樣保持電路的取樣頻率等於該第一頻率。
11. 如請求項1所述的觸碰感測裝置，其中該濾波器包括至少一濾波單元，該濾波單元包括：一第一乘法器，用以對該數位輸出乘上一第一參數，以產生一第一輸出；一加法器，耦接於該第一乘法器，用以對該第一輸出加上一延遲輸出，以產生一濾波輸出；一第二乘法器，耦接於該加法器，用以對該濾波輸出乘上一第二參數，以產生一第二輸出；以及一延遲器，耦接於該第二乘法器與該加法器之間，用以延遲該第二輸出以產生該延遲輸出。
12. 如請求項1所述的觸碰感測裝置，其中該濾波器包括至少一濾波單元，該濾波單元包括：一第一移位器(shifter)，用以將該數位輸出進行進位，以產生一第一輸出；一第一加法器，耦接於該第一移位器，用以對該第一輸出加上一延遲輸出，以產生一濾波輸出；一第二移位器，耦接於該第一加法器，用以將該濾波輸出進行進位，以產生一第二輸出；一第二加法器，耦接於該第一加法器與該第二移位器之間，用以將該第二輸出與該濾波輸出的負值相加，以產生一第三輸出；一第三移位器，用以將該第三輸出進行降位，以產生一第四輸出；以及一延遲器，耦接於該第三移位器與該第一加法器之間，用以延遲該第四輸出以產生該延遲輸出。
13. 一種觸碰感測方法，包括： 提供一具有一第一頻率的激勵訊號至一待測電容，以產生一感測訊號；對該感測訊號進行一取樣步驟，該取樣步驟包括一以第二頻率進行取樣的脈衝密度(pulse density modulation,PDM)調變以產生一數位輸出，其中該第二頻率高於該第一頻率；以及對該數位輸出進行濾波，以產生一濾波訊號。
14. 如請求項13所述的方法，更包括：累加該濾波訊號，以產生一累加訊號。
15. 如請求項13所述的方法，其中該取樣步驟包括：藉由一三角積分(sigma-delta)類比數位轉換器(analog-to-digital convertor,ADC)來進行該脈衝密度調變以產生該數位輸出。
16. 如請求項13所述的方法，其中對該數位輸出進行濾波的步驟包括：使用一帶通濾波器(band pass filter,BPF)來對該數位輸出進行濾波以產生該濾波訊號。
17. 如請求項13所述的方法，其中對該數位輸出進行濾波的步驟包括：對該數位輸出進行混頻處理，並使用一低通濾波器來對經過混頻處理後的訊號進行濾波。
18. 如請求項13所述的方法，其中該取樣步驟更包括對該感測訊號進行全波整流，然後再對經過該全波整流後的訊號進行該脈衝密度調變。
19. 如請求項13所述的方法，其中該取樣步驟更包括：對該感測訊號進行取樣保持，然後再對經過該取樣保持後的訊號進行該脈衝密度調變。