TW201638755A - 可消除互容影響的電容偵測裝置及其運作方法 - Google Patents

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Abstract

一種電容偵測裝置，包含一觸控面板及一控制晶片。該觸控面板包含複數第一電極及複數第二電極。該控制晶片包含複數輸入電容以及複數輸出電阻。該等輸入電容分別選擇性地耦接該等第一電極及該等第二電極之信號輸入端。該等輸出電阻分別耦接該等第一電極及該等第二電極之信號輸出端。該等輸入電容及該等輸出電阻用以形成橋式電路以抑制該等第一電極及該等第二電極間之互容的影響。

Description

可消除互容影響的電容偵測裝置及其運作方法
本發明係有關一種觸控裝置，更特別有關一種於自容模式下可抑制互容影響的電容偵測裝置。
觸控面板由於能讓使用者以直覺操作，故已廣泛的應用於各式電子裝置中。觸控面板一般可分為電容式、電阻式及光學式觸控面板。
電容式觸控裝置又可進一步區分為自容式觸控裝置(self- capacitive touch sensor)以及互容式觸控裝置(mutual capacitive touch sensor)。這兩種觸控裝置具有不同的電容變化特性，因而可適用於不同應用。例如，互容式觸控裝置可用以進行多點偵測(multi-touch detection)而自容式觸控裝置對懸浮操作具有較高的靈敏度且對水滴具有較低的靈敏度。
為增加實用性，某些電容偵測裝置可分別操作於自容模式及互容模式以適用於不同情境和應用。然而，自容模式的運作容易受到互感電容的影響而失去對懸浮操作的高靈敏度和對水滴的低靈敏度。
有鑑於此，本發明說明提出一種於自容模式下可抑制互容影響的電容偵測裝置，以增加自容模式下的判斷精確度。
本發明說明提出一種電容偵測裝置，其透過於其控制晶片內另設置至少一輸入電容以於自容模式下利用一電容串聯分路電容(shunt capacitance)以基於一分壓方式來偵測碰觸事件。
本發明說明提出一種電容偵測裝置，其透過於其控制晶片內另設置至少一輸入電容及至少一輸出電阻以形成一橋式電路來抑制互感電容的影響。
本發明說明提出一種電容偵測裝置，其利用兩信號調變偵測信號並計算兩調變後偵測信號之一向量範數，以處理不同長度的信號線所造成的信號相位差。
本發明說明提出一種電容偵測裝置，其於數位後端執行窄頻濾波(narrow band filtering)以增加抗雜訊能力。
本發明說明提供一種電容偵測裝置，包含一觸控面板及一控制晶片。該觸控面板包含複數第一電極及複數第二電極。該控制晶片包含一類比前端、複數輸入電容、複數驅動電路以及複數輸出電阻。該等輸入電容分別用以耦接該等第一電極及該等第二電極之信號輸入端。該等驅動電路用以分別透過該等輸入電容同時輸入一驅動信號至該等第一電極及該等第二電極。該等輸出電阻分別用以耦接該等第一電極及該等第二電極之信號輸出端，其中，一自容模式下，對應一偵測電極之該輸出電阻被耦接至該類比前端而其他的該等輸出電阻被耦接至一定電壓源。
本發明說明另提供一種電容偵測裝置之運作方法。該電容偵測裝置包含一觸控面板及一控制晶片；其中，該觸控面板包含複數第一電極及複數第二電極，該控制晶片包含複數輸出電阻及一類比前端，該等輸出電阻分別耦接該等第一電極及該等第二電極之信號輸出端。該運作方法包含：一自容模式，該自容模式下耦接對應一偵測電極之該輸出電阻至該類比前端並耦接其他的該等輸出電阻至一定電壓源；以及一互容模式，該互容模式下依序耦接該等輸出電阻至該類比前端。
本發明說明另提供一種電容偵測裝置，包含一觸控面板及一控制晶片。該觸控面板包含複數第一電極及複數第二電極。該控制晶片包含一輸入電容、一驅動電路及一輸出電阻。該輸入電容同時耦接該等第一電極及該等第二電極之信號輸入端。該驅動電路透過該輸入電容輸入一驅動信號至該等第一電極及該等第二電極。該輸出電阻同時耦接該等第一電極及該等第二電極之信號輸出端。
本發明說明另提供一種適用於電容偵測裝置之控制晶片。該控制晶片包含複數接腳、一類比前端、複數輸入電容、複數驅動電路以及複數輸出電阻。該等接腳作為與外部電路連接的介面。該等輸入電容用以分別耦接一第一部分之該等接腳。該等驅動電路用以分別輸入一驅動信號至該等輸入電容。該等輸出電阻用以分別耦接一第二部分之該等接腳；其中，一自容模式下，該等輸出電阻其中之一被耦接至該類比前端而其他的該等輸出電阻被耦接至一定電壓源；一互容模式下，依序耦接該等輸出電阻至該類比前端並旁路該等輸入電容。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，詳細說明如下。此外，於本發明之說明中，相同之構件係以相同之符號表示，於此先述明。
請參照第1圖所示，其為本發明說明第一實施例之電容偵測裝置之示意圖。電容偵測裝置100包含一觸控面板11及一控制晶片13；其中，該控制晶片13透過複數接腳(pin)15及複數信號線17耦接該觸控面板11。該電容偵測裝置100較佳為一雙模(dual-mode)偵測裝置，例如至少包含一互容模式(mutual-capacitance mode)及一自容模式(self- capacitance mode)。
該觸控面板11包含複數第一電極111(顯示為橫向延伸並彼此平行)及複數第二電極113(顯示為縱向延伸並彼此平行)。必須說明的是，雖然第1圖顯示該等第一電極111及該等第二電極113為互相垂直，但並不以此為限，只要該等第一電極111及該等第二電極113間可形成互感電容Cm即可。該互感電容Cm用作為互感模式下的感應機制。
該控制晶片13包含該等接腳15、複數輸入電容Cin、複數驅動電路131、複數輸出電阻Ri、一類比前端133、一數位後端135以及複數開關元件。該等接腳15係作為該控制晶片13與外部電路連接的介面。該等輸入電容Cin用以分別耦接一第一部分之該等接腳15，例如透過複數開關元件。該等驅動電路131用以分別輸入一驅動信號至該等輸入電容Cin。該等輸出電阻Ri用以分別耦接一第二部分之該等接腳15，例如透過複數開關元件；其中，該第一部分之該等接腳15不同於該第二部分之該等接腳15。可以了解的是，並非所有接腳15均連接至該等第一電極111及該等第二電極113，亦即該控制晶片13另包含其他功能接腳。該等輸入電容Cin分別用以透過複數開關元件(例如電晶體開關，但並不限於此)及該第一部分之該等接腳15耦接該等第一電極111及該等第二電極113之信號輸入端。該等輸出電阻Ri分別透過該第二部分之該等接腳15耦接該等第一電極111及該等第二電極113之信號輸出端，並透過複數開關元件(例如電晶體開關，但並不限於此)選擇性地耦接至該類比前端133或耦接至一定電壓源(例如0.9伏特，但並不限於此)。
該等驅動電路131例如可為信號產生電路(signal generator)，分別透過該等輸入電容Cin及該第一部分之該等接腳15輸入一驅動信號x(t)至該等第一電極111及該等第二電極113。該等驅動電路131分別產生一交流信號，例如弦波、方波等，以作為該驅動信號x(t)。該觸控面板11之一偵測電極，其可為該等第一電極111及該等第二電極113其中之一，則感應並輸出一交流偵測信號y(t)至該控制晶片13。
一互容模式下，例如該等第一電極111係作為驅動電極而該等第二電極113係作為接收電極。當一物件(例如手指、觸控筆或其他導體)靠近該觸控面板11時，即會影響該互感電容Cm進而改變該交流偵測信號y(t)，該控制晶片13即可根據偵測信號變化(例如電壓峰對峰值變化)判斷碰觸事件及/或碰觸座標。互感電容Cm受接近物件影響的原理已為習知，故於此不再贅述。
該互容模式下，該控制晶片13透過複數開關元件旁路(bypass)該等輸入電容Cin，相對該等第一電極111之該等驅動電路131依序或同時輸入(不經過該等輸入電容Cin)該驅動信號x(t)至該等第一電極111；其中，此處假設該等第一電極111為驅動電極。例如，如果該等開關元件導通，該控制晶片13透過該等輸入電容Cin耦接該等第一電極111；而如果該等開關元件未導通，該控制晶片13不透過該等輸入電容Cin (即旁路)耦接該等第一電極111。該驅動信號x(t)透過該互感電容Cm感應至該等第二電極113以產生一交流偵測信號y(t)；其中，此處假設該等第二電極113為接收電極。該交流偵測信號y(t)經過相對一被偵測第二電極113(例如該控制晶片13依序偵測該等第二電極113)之輸出電阻Ri被輸入至該類比前端113。該類比前端113對該交流偵測信號y(t)進行，但不限於，放大(amplifying)及濾波(filtering)等處理以產生一處理後偵測信號。該數位後端135則根據該處理後偵測信號之一峰對峰值(peak-to-peak)變化判斷一碰觸事件及/或一碰觸座標。該互容模式下，該等輸出電阻Ri可用以降低不同偵測電極之輸出負載間的差異，以增加不同偵測電極輸出之交流偵測信號y(t)間的均勻度。
一自容模式下，每一該等第一電極111及該等第二電極113例如與接地間形成一自感電容Cs。當一物件(例如手指、觸控筆或其他導體)靠近該觸控面板11時，即會影響該自感電容Cs進而改變該交流偵測信號y(t)，該控制晶片13即可根據偵測信號變化(例如電壓峰對峰值變化)判斷碰觸事件及/或計算碰觸座標。某些實施例中，該等第一電極111及該等第二電極113均作為偵測電極；某些實施例中，僅該等第一電極111或該等第二電極113作為偵測電極，端視其應用而定。例如，若自感模式用以偵測碰觸事件而不計算碰觸座標，僅該等第一電極111的至少一部分或該等第二電極113的至少一部分用作為偵測電極；若自感模式亦用於計算出大略的(rough)碰觸座標，該等第一電極111的至少一部分及該等第二電極113的至少一部分均用作為偵測電極。自感電容Cs受接近物件影響的原理已為習知，故於此不再贅述。
該自容模式下，該等輸入電容Cin透過該等開關元件耦接於該等驅動電路131與該等第一電極111及該等第二電極113間，亦即所有該等第一電極111及該等第二電極113均接收驅動信號x(t)。對應一偵測電極之該輸出電阻Ri被耦接至該類比前端133而其他的該等輸出電阻Ri被耦接至一定電壓源V，例如第1圖顯示對應第一條第一電極111之輸出電阻Ri被耦接至該類比前端133，對應其他第一電極111及該等第二電極113之輸出電阻Ri則被耦接至該定電壓源V。該驅動信號x(t)透過該第一條第一電極111之自感電容Cs感應出一交流偵測信號y(t)。該類比前端113用以對該交流偵測信號y(t)進行放大及濾波處理，但不限於此，以產生一處理後偵測信號。該數位後端135根據該處理後偵測信號之一峰對峰值變化判斷一碰觸事件及/或一碰觸座標。例如，第2圖顯示該交流偵測信號y(t)或該處理後偵測信號之接觸偵測信號Stouch 及未接觸偵測信號Snon 之示意圖；其中，未接觸偵測信號Snon 具有一峰對峰值Vpp_non 而接觸偵測信號Stouch 具有一峰對峰值Vpp_touch 。該數位後端135則可根據Vpp_non 及Vpp_touch 間的變化(即差異)進行判斷。變化比例則可決定偵測靈敏度。必須說明的是，相對不同物件，該峰對峰值Vpp_touch 可能大於該峰對峰值Vpp_non 。
請參照第3圖所示，其為本發明說明第一實施例之電容偵測裝置之部分示意圖，用以說明自容模式下的操作情形。如前所述，自容模式下一驅動端13d (例如包含一驅動電路131及一輸入電容Cin)輸入一交流驅動信號x(t)至一偵測電極Ed (例如一條第一電極111)，該偵測電極Ed與一耦合電極Ec(例如一條第二電極113)間形成一互感電容Cm，其會影響該偵測電極Ed感應出之交流偵測信號y(t)。此時，該耦合電極Ec同樣接收該驅動信號x(t)。因此，透過於該控制晶片13中設置該等輸入電容Cin及該等輸出電阻Ri，則根據相對該偵測電極Ed之輸入電容Cin及輸出電阻Ri、相對該耦合電容Ec之輸入電容Cin及輸出電阻Ri、以及該互感電容Cm，則可形成如第4圖所示的橋式電路。第4圖之橋式電路的輸出輸入比值可以方程式(1)表示， Vo/Vin=[(sC1 +sCm+1/R1 )×(sC2 )+(sC1 )×(sCm)]/[(sC1 +sCm+1/R1 )×(sC2 +1/R2 )+(sC1 +1/R1 )×(sCm)]     (1)
其中，當C1 =C2 =Cin及R1 =R2 =Ri時，方程式(1)可表示為方程式(2)， Vo/Vin=(sCin)/(sCin+1/Ri)     (2)
從方程式(2)可明顯看出當該等輸入電容Cin彼此相等且該等輸出電阻Ri彼此相等時，該偵測電極Ed輸出之交流偵測信號y(t)將不受到該互感電容Cm的影響。因此，可提升自容模式下的偵測精確度。
本實施例中，該輸入電容Cin與該自感電容Cs形成串聯。例如，當一手指靠近該自感電容Cs時，該自感電容Cs將被改變為該自感電容Cs與該手指電容Cfinger 形成之等效電容。因此，根據分壓原理，節點Vo的交流偵測信號y(t)的峰對峰值將發生變化，如第2圖所示。
請繼續參照第3圖所示，該類比前端133至少包含一放大單元以及一濾波器1333。該放大單元例如為一積分可程式化增益放大電路(IPGA)，用以放大該交流偵測信號y(t)。該濾波器1333例如為一雜訊抑制濾波器(AAF)，用以對放大後交流偵測信號y(t)進行濾波；其中，該濾波器1333的運作已為習知，故於此不再贅述。
一實施例中，該放大單元包含一運算放大器1331、一反饋電阻Rf以及一補償電容Cf。該運算放大器1331具有一正輸入端(+)、一負輸入端(-)及一輸出端。該反饋電阻Rf跨接於該運算放大器1331之該負數入端(-)及該輸出端之間。該補償電容Cf跨接於該運算放大器1331之該負數入端(-)及該輸出端之間。本實施例中，該負輸入端(-)耦接至對應該偵測電極Ed之該輸出電阻Ri，該正輸入端(+)耦接至一定電壓源Vref。一實施例中，定電壓源Vref等於定電壓源V (顯示於第1圖)。該反饋電阻Rf及對應該偵測電極Ed之該輸出電阻Ri可用以調整一信號增益值Rf/Ri (類比增益)，並可作為一帶通濾波器以對該交流偵測信號y(t)進行濾波。
該數位後端135包含一類比數位轉換單元(ADC)1351、一處理器1353及一輸出介面1355。該類比數位轉換單元1351用以將該類比前端133輸出之一處理後偵測信號(例如一類比交流信號)進行數位化。該處理器1353例如可為一數位處理器(DSP)、一中央處理器(CPU)或一微控制器(MCU)等，其根據數位偵測信號判斷碰觸事件及/或碰觸座標。該輸出介面1355則透過有線或無線的方式輸出一判斷結果以相對控制一電子裝置，例如輸出一游標座標或一游標位移量至一顯示器進行顯示，但並不以此為限，該判斷結果所控制的功能視不同運用而定。此外，該數位後端135另對該處理後偵測信號進行窄頻率波以增加判斷精確度。窄頻率波例如以方程式(3)及(4)表示， fsymbol = fdrive / (drive cycles)     (3) BW = 2×fsymbol (4)
其中，fdrive 為驅動頻率，fsymbol 為符元頻率(symbol frequency)而BW為輸出信號之頻寬。根據方程式(3)及(4)，經過愈多驅動週期(drive cycles)，信號頻寬愈窄。同時，窄頻濾波器例如可利用Boxar濾波器，CIC (cascaded integrator-comb)濾波器及Nyquist濾波器來進一步調整至少為50dB帶外雜訊抑制比(out-band noise suppression ratio)的輸出響應。
請參照第5A~5B圖所示，某些實施例中，為了處理不同長度的信號線所造成的信號相位差，該數位後端135可利用兩信號S1 、S2 分別調變該處理後偵測信號，其為放大及濾波後的交流偵測信號，此處例如仍顯示為y(t)以簡化說明，以產生一對調變後偵測信號以作為一二維偵測向量的兩分量I、Q。該兩信號S1 、S2 可為彼此正交或非正交的連續信號，例如一正弦信號()及一餘弦信號()。某些實施例中，該兩信號S1 、S2 可為兩向量，例如[1 0 -1 0]及[0 -1 0 1]。該兩信號S1 、S2 較佳具有不同相位。
該處理器1353用以計算該對調變後偵測信號之大小(magnitude)，即計算該二維偵測向量(I,Q)之一向量範數(norm of vector)以作為一碰觸辨識信號，並比較該碰觸辨識信號(即向量範數)與一門檻值TH以判斷一碰觸事件(touch event)。一實施例中，該處理器1353可利用軟體的方式計算出該向量範數R=；另一實施例中，該處理器1353亦可利用硬體或韌體的方式來進行計算，例如採用第6圖所示的座標旋轉數位計算機(CORDIC, coordinate rotation digital computer)來計算出該向量範數R=；其中，CORDIC為一種習知快速演算法。例如，當沒有任何物件接近該觸控面板11時，假設該處理器1353計算出的該向量範數為R；當一物件接近該觸控面板11時，該向量範數減少為R′；當該向量範數R′小於該門檻值TH時，該處理器1353則可判定一物件位於該偵測電極Ed附近並造成一碰觸事件。其他實施例中，當某些物件，例如金屬片，接近該觸控面板11時，也可能造成該向量範數R增加。因此，該處理器1353也可在該向量範數變化為超過一預設門檻值時判定一碰觸事件。
某些實施例中，該處理器1353可將二維偵測向量之兩分量I及Q利用正交振幅位移鍵控(QASK)進行編碼，例如16-QASK。該處理器1353中已事前將QASK編碼中的一部分編碼對應為碰觸事件而另一部分編碼對應為未碰觸。當該處理器1353根據調變後偵測信號計算出目前兩分量I及Q的QASK編碼時，即可判定一物件是否接近該觸控面板11。
第5A及5B圖顯示本發明某些實施例中調變該偵測信號y(t)之示意圖。
第5A圖中，該數位後端135包含兩乘法器1352及1352′、兩積分器1354及1354′、一類比數位轉換單元(ADC)1351，用以處理該偵測信號y(t)以產生一二維偵測向量(I,Q)。該類比數位轉換單元1351用以將該偵測信號y(t)數位化以生成一數位化偵測信號yd [n]。該兩乘法器1352及1352′分別用以將兩信號S1 、S2 與該數位化偵測信號yd [n]進行調變以產生一對調變後偵測信號y1 [n]及y2 [n]。為了取樣該對調變後偵測信號y1 [n]及y2 [n]，利用該兩積分器1354及1354′先對該對調變後偵測信號y1 [n]及y2 [n]進行積分後再取樣，以產生該二維偵測向量(I,Q)之兩數位分量I、Q；本實施例中，該兩積分器132及132′可包含一窄頻濾波器以對信號y1 [n]及y2 [n]進行捲積以產生二維偵測向量(I,Q)。使用積分器可降低交流信號的頻寬。其他實施例中，亦可不使用該等積分器1354及1354′而直接對該對調變後偵測信號y1 [n]及y2 [n]進行取樣。該處理器1353則計算該兩數位分量I、Q之向量範數以作為一碰觸辨識信號，並根據該碰觸辨識信號之一峰對峰值變化判斷一碰觸事件。
第5B圖中，該數位後端135包含兩乘法器1352及1352′、兩積分器1354及1354′、兩類比數位轉換單元(ADC)1351及1351′，用以處理該偵測信號y(t)以產生一二維偵測向量(I,Q)。該兩乘法器1352及1352′分別用以將兩信號S1 、S2 與該偵測信號y(t)進行調變以產生一對調變後偵測信號y1 (t)及y2 (t)。為了取樣該對調變後偵測信號y1 (t)及y2 (t)，先利用該兩積分器1354及1354′對該對調變後偵測信號y1 (t)及y2 (t)進行積分後再取樣；本實施例中，該兩積分器1354及1354′的形式並無特定限制，例如可為電容器。該兩類比數位轉換單元1351及1351′則用以數位化該對積分並調變後偵測信號y1 (t)及y2 (t)以產生該二維偵測向量(I,Q)之兩數位分量I、Q。其他實施例中，可不使用該等積分器1354及1354′而直接對該對調變後偵測信號y1 (t)及y2 (t)進行取樣。該處理器1353則計算該兩數位分量I、Q之向量範數以作為一碰觸辨識信號，並根據該碰觸辨識信號之一峰對峰值變化判斷一碰觸事件。必須說明的是，雖然第5B圖中調變該偵測信號y(t)係執行於該數位後端135，然由於本實施例中所述調變程序係執行於兩類比數位轉換單元1351及1351′之前，因此所述調變程序亦可於該類比前端133執行。
可以瞭解的是，當不使用兩信號S1 、S2 對該偵測信號y(t)進行調變時，該處理器1353則直接根據該偵測信號y(t)之一峰對峰值變化判斷一碰觸事件。
請參照第7圖所示，其為本發明說明第一實施例之電容偵測裝置之運作方法之示意圖。該運作方法包含下列步驟：進入一自容模式(步驟S71 )；該自容模式下，耦接對應一偵測電極之一輸出電阻至一類比前端並耦接其他的輸出電阻至一定電壓源(步驟S72 )；分別透過複數輸入電容同時輸入一驅動信號至複數第一電極及複數第二電極(步驟S73 )；進入一互容模式(步驟S74 )；該互容模式下，依序耦接該等輸出電阻至該類比前端(步驟S75 )；以及旁路該等輸入電容(步驟S76 )。
某些實施中，該自容模式例如用以判斷一碰觸事件或一初略碰觸位置，當出現該碰觸事件或求得該初略碰觸位置，則進入該互容模式以判斷一精確位置。當從該互容模式進入一休眠模式後，結束該休眠模式時仍先進入該自容模式。該休眠模式的定義及結束方式已為習知，故於此不再贅述。
請同時參照第1~7圖所示，接著說明該電容偵測裝置100之運作方法之細節。
步驟S71 ~S72 ：該電容偵測裝置100先進入一自容模式。該自容模式下，耦接對應一偵測電極Ed (例如一條第一電極111或第二電極113)之一輸出電阻Ri至一類比前端133並耦接其他的輸出電阻Ri至一定電壓源V，如第1圖所示。
步驟S73 ：複數驅動電路131分別透過複數輸入電容Cin同時輸入一驅動信號x(t)至複數第一電極111及複數第二電極113之信號輸入端。如前所述，該等輸入電容Cin於自容模式下透過複數開關元件及相對應接腳15分別耦接於該等驅動電路131與該等第一電極111及該等第二電極113間。本實施例中，該驅動信號x(t)為一交流信號。
藉此，該控制晶片13依序偵測該等第一電極111及/或該等第二電極113，端視其應用而定。一偵測電極Ed之自感電容Cs根據該驅動信號x(t)感應一交流偵測信號y(t)，其被輸出至該類比前端133；其中，該偵測電極Ed為該等第一電極111及該等第二電極113其中之一。
如第3圖所示，該類比前端133對該偵測電極Ed輸出之交流偵測信號y(t)進行放大及濾波處理以產生一處理後偵測信號。例如，該類比前端133包含一放大單元，其包含一運算大器1331、一反饋電阻Rf及一補償電容Cf。該類比前端133可利用該反饋電阻Rf及該輸出電阻Ri調整一信號增益值(gain)；其中，此調整信號增益值的步驟可於出廠前執行而於實際運作時不予實施。接著，一數位後端135則根據該處理後偵測信號之一峰對峰值變化判斷一碰觸事件，如第2圖所示。
某些實施例中，為了消除信號線所造成的信號相位差的影響，該另可利用兩正交信號S1 、S2 分別調變該處理後偵測信號以產生兩調變後偵測信號I、Q，並計算該兩調變後偵測信號I、Q之向量範數以作為一碰觸辨識信號，如第5A~6圖所示。該數位後端135可根據該碰觸辨識信號之一峰對峰值變化判斷一碰觸事件。某些實施例中，此調變該處理後偵測信號的步驟可不予實施，該數位後端135可直接根據該處理後偵測信號之一峰對峰值變化判斷一碰觸事件。
請參照第8圖所示，其為本發明說明第二實施例之電容偵測裝置100'之示意圖。本實施例較佳用作為一近接感測器(proximity sensor)，而不用以計算碰觸座標。本實施例與第一實施例之差異在於，第二實施例中該電容偵測裝置100'之控制晶片13'中僅包含一輸入電容Cin、一驅動電路131及一輸出電阻Ri。
電容偵測裝置100'同樣包含一觸控面板11及一控制晶片13'；其中，該觸控面板11包含複數第一電極111及複數第二電極113，因其與第1圖實施例相同，故於此不再贅述。
該控制晶片13'包含複數接腳15、一輸入電容Cin、一驅動電路131、一輸出電阻Ri、一類比前端133及一數位後端135。該控制晶片13'透過該等接腳15及複數信號線14耦接至該等第一電極111及該等第二電極113。
本實施例中，該輸入電容Cin同時耦接該等第一電極111及該等第二電極113之信號輸入端，而不需透過複數開關元件。該驅動電路131透過該輸入電容Cin輸入一驅動信號x(t)至該等第一電極111及該等第二電極113；其中，該驅動信號x(t)已說明於第一實施例，故於此不再贅述。該輸出電阻Ri同時耦接該等第一電極111及該等第二電極113之信號輸出端，而不需透過複數開關元件。該觸控面板11之該等自感電容Cs根據該驅動信號x(t)感應出一交流偵測信號y(t)，其中該自感電容Cs為所有電極的自感電容Cs之等效電容。本實施例中，由於該控制晶片13'同樣包含該輸入電容Cin及該輸出電阻Ri，故可消除互感電容Cm對偵測信號的影響。可以瞭解的是，第二實施例中該輸入電容Cin及該輸出電阻Ri的數值可不等於第一實施例中該輸入電容Cin及該輸出電阻Ri的數值。
本實施例中，該類比前端133及該數位後端135的運作則相同於第一實施例。例如，該類比前端133用以對該輸出電阻Ri輸出之一交流偵測信號y(t)進行放大及濾波處理以產生一處理後偵測信號，如第2圖所示。該數位後端135利用兩正交信號S1 、S2 分別調變該處理後偵測信號以產生兩調變後偵測信號I、Q，並計算該兩調變後偵測信號I、Q之向量範數以作為一碰觸辨識信號。該數位後端135根據該碰觸辨識信號之一峰對峰值變化判斷一碰觸事件。某些實施例中，所述調變處理後偵測信號的步驟可不予實施，該數位後端135可直接根據該處理後偵測信號之一峰對峰值變化判斷一碰觸事件。
某些實施例中，互容模式下，該等第一電極111作為接收電極以輸出偵測信號y(t)，而該等第二電極113作為驅動電極而接收驅動信號x(t)。
必須說明的是，第1及8圖僅用以說明，並非用以限定本發明說明。例如，第1及8圖中該控制晶片13、13'的接腳(pin)15位置、信號線17的配置方式及元件尺寸並不限於圖中所示，其可根據實際應用定。
必須說明的是，本發明說明中，該類比前端133及該數位後端135可另包含其他元件以執行其他功能，而省略了與本發明說明不直接相關的元件。
綜上所述，習知雙模電容偵測裝置於自容模式下的運作容易受到互感電容的影響，而降低偵測精確度。因此，本發明說明提出一種電容偵測裝置(第1及8圖)及其運作方法(第7圖)，其透過於控制晶片中另設置一分壓電容以利用分壓原理來偵測碰觸事件。透過於控制晶片中另設置一平衡電阻以與該分壓電容及一互感電容形成一橋式電路來消除該互感電容的影響，因而具有較高的偵測精確度。
雖然本發明已以前述實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明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，當可作各種之更動與修改。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。
100、100'‧‧‧電容偵測裝置
11‧‧‧觸控面板
111‧‧‧第一電極
113‧‧‧第三電極
13、13'‧‧‧控制晶片
131‧‧‧驅動電路
133‧‧‧類比前端
1331‧‧‧運算放大器
1333‧‧‧濾波器
135‧‧‧數位後端
1351、1351'‧‧‧類比數位轉換單元
1352、1352'‧‧‧乘法器
1353‧‧‧處理器
1354、1354'‧‧‧積分器
1355‧‧‧輸出介面
13d‧‧‧驅動端
13r‧‧‧負載端
15‧‧‧接腳
17‧‧‧信號線
Ed‧‧‧被驅動電極
Ec‧‧‧耦合電極
x(t)‧‧‧驅動信號
y(t)‧‧‧偵測信號
Cm‧‧‧互感電容
Cs‧‧‧自感電容
Cin‧‧‧輸入電容
Ri‧‧‧輸出電阻
V、Vref‧‧‧定電壓源
第1圖為本發明說明第一實施例之電容偵測裝置之示意圖。 第2圖為本發明說明某些實施例之偵測信號之示意圖。 第3圖為本發明說明第一實施例之電容偵測裝置之部分示意圖。 第4圖為本發明說明第一實施例之電容偵測裝置形成之橋式電路之示意圖。 第5A~5B圖為本發明說明某些實施例之調變偵測信號之示意圖。 第6圖為座標旋轉數位計算機之運作示意圖。 第7圖為本發明說明第一實施例之電容偵測裝置之運作方法之流程圖。 第8圖為本發明說明第二實施例之電容偵測裝置之示意圖。
100‧‧‧電容偵測裝置
11‧‧‧觸控面板
111‧‧‧第一電極
113‧‧‧第二電極
13‧‧‧控制晶片
131‧‧‧驅動電路
133‧‧‧類比前端
135‧‧‧數位後端
15‧‧‧接腳
17‧‧‧信號線
x(t)‧‧‧驅動信號
y(t)‧‧‧偵測信號
Cm‧‧‧互感電容
Cs‧‧‧自感電容
Cin‧‧‧輸入電容
Ri‧‧‧輸出電阻
V‧‧‧定電壓源

Claims (21)

  1. 一種電容偵測裝置，包含： 一觸控面板，包含複數第一電極及複數第二電極；以及 一控制晶片，包含：     一類比前端；     複數輸入電容，分別用以耦接該等第一電極及該等第二電極之信號輸入端；     複數驅動電路，用以分別透過該等輸入電容同時輸入一驅動信號至該等第一電極及該等第二電極；及     複數輸出電阻，分別用以耦接該等第一電極及該等第二電極之信號輸出端， 其中，一自容模式下，對應一偵測電極之該輸出電阻被耦接至該類比前端而其他的該等輸出電阻被耦接至一定電壓源。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電容偵測裝置，其中該類比前端包含一放大單元，該放大單元包含： 一運算放大器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端； 一反饋電阻，跨接於該運算放大器之該負數入端及該輸出端之間；以及 一補償電容，跨接於該運算放大器之該負數入端及該輸出端之間， 其中，該負輸入端耦接至對應該偵測電極之該輸出電阻，該正輸入端耦接至該定電壓源。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電容偵測裝置，其中該反饋電阻及對應該偵測電極之該輸出電阻用以調整一信號增益值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電容偵測裝置，其中一互容模式下，旁路該等輸入電容。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電容偵測裝置，其中該驅動信號為一交流信號且該偵測電極輸出一交流偵測信號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電容偵測裝置，其中該類比前端用以對該交流偵測信號進行放大及濾波處理以產生一處理後偵測信號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電容偵測裝置，其中該控制晶片另包含： 一數位後端，用以利用兩正交信號分別調變該處理後偵測信號以產生兩調變後偵測信號，並計算該兩調變後偵測信號之一向量範數以作為一碰觸辨識信號。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之電容偵測裝置，其中該控制晶片另包含： 一數位後端，根據該處理後偵測信號之一峰對峰值變化判斷一碰觸事件。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之電容偵測裝置，其中該等第一電極與該等第二電極間形成有互感電容，該偵測電極為該等第一電極及該等第二電極其中之一。
  10. 一種電容偵測裝置之運作方法，該電容偵測裝置包含一觸控面板及一控制晶片，其中該觸控面板包含複數第一電極及複數第二電極，該控制晶片包含複數輸出電阻及一類比前端，該等輸出電阻分別耦接該等第一電極及該等第二電極之信號輸出端，該運作方法包含： 一自容模式，該自容模式下耦接對應一偵測電極之該輸出電阻至該類比前端並耦接其他的該等輸出電阻至一定電壓源；以及 一互容模式，該互容模式下依序耦接該等輸出電阻至該類比前端。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之運作方法，其中該控制晶片另包含複數輸入電容，該自容模式下另包含： 分別透過該等輸入電容同時輸入一驅動信號至該等第一電極及該等第二電極之信號輸入端。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之運作方法，其中該互容模式下另包含： 旁路該等輸入電容。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之運作方法，另包含： 放大及濾波該偵測電極輸出之一交流偵測信號以產生一處理後偵測信號。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之運作方法，另包含： 利用兩正交信號分別調變該處理後偵測信號以產生兩調變後偵測信號；以及 計算該兩調變後偵測信號之一向量範數以作為一碰觸辨識信號。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之運作方法，另包含： 根據該處理後偵測信號之一峰對峰值變化判斷一碰觸事件。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之運作方法，其中該類比前端包含一運算放大器以及一反饋電阻跨接於該運算放大器之一負數入端及一輸出端之間，該運作方法另包含： 改變該反饋電阻及該輸出電阻以調整一信號增益值。
  17. 一種電容偵測裝置，包含： 一觸控面板，包含複數第一電極及複數第二電極；以及 一控制晶片，包含：     一輸入電容，同時耦接該等第一電極及該等第二電極之信號輸入端；     一驅動電路，透過該輸入電容輸入一驅動信號至該等第一電極及該等第二電極；及     一輸出電阻，同時耦接該等第一電極及該等第二電極之信號輸出端。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之電容偵測裝置，其中該驅動信號為一交流信號，該電容偵測裝置另包含： 一類比前端，用以對該輸出電阻輸出之一交流偵測信號進行放大及濾波處理以產生一處理後偵測信號。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之電容偵測裝置，另包含： 一數位後端，利用兩正交信號分別調變該處理後偵測信號以產生兩調變後偵測信號，並計算該兩調變後偵測信號之一向量範數以作為一碰觸辨識信號。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之電容偵測裝置，另包含： 一數位後端，根據該碰觸辨識信號之一峰對峰值變化判斷一碰觸事件。
  21. 一種適用於電容偵測裝置之控制晶片，包含： 複數接腳，作為與外部電路連接的介面； 一類比前端； 複數輸入電容，用以分別耦接一第一部分之該等接腳； 複數驅動電路，用以分別輸入一驅動信號至該等輸入電容；以及 複數輸出電阻，用以分別耦接一第二部分之該等接腳， 其中，一自容模式下，該等輸出電阻其中之一被耦接至該類比前端而其他的該等輸出電阻被耦接至一定電壓源；一互容模式下，依序耦接該等輸出電阻至該類比前端並旁路該等輸入電容。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI608392B (zh) * 2017-01-18 2017-12-11 意象無限股份有限公司 觸控系統之偵測更新方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10831304B2 (en) 2015-03-26 2020-11-10 Pixart Imaging Inc. Control chip for capacitive touch device with high sensitivity and low power consumption
TWI550495B (zh) * 2015-03-26 2016-09-21 原相科技股份有限公司 高靈敏度的電容觸控裝置及其運作方法
CN106471741B (zh) * 2015-06-19 2019-07-19 华为技术有限公司 用户设备
KR20170019740A (ko) * 2015-08-12 2017-02-22 주식회사 동부하이텍 터치 센서 검사 장치
US10254884B2 (en) * 2016-11-21 2019-04-09 Qualcomm Incorporated Apparatus for piezoelectric force detection
US10310687B2 (en) 2016-12-14 2019-06-04 Cypress Semiconductor Corporation Multi-phase self-capacitance scanning of sensors arrays
TWI671665B (zh) * 2018-06-07 2019-09-11 李尚禮 觸控感測裝置及其感測方法
US20210173523A1 (en) * 2019-12-04 2021-06-10 Pixart Imaging Inc. Capacitive touch device and operating method thereof

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003301720A1 (en) * 2002-10-28 2004-05-25 Semtech Corporation Data acquisition from capacitive touch pad
JP4333428B2 (ja) * 2004-03-22 2009-09-16 株式会社日立製作所 近接位置入力装置
US8067948B2 (en) 2006-03-27 2011-11-29 Cypress Semiconductor Corporation Input/output multiplexer bus
US8121283B2 (en) 2006-05-18 2012-02-21 Cypress Semiconductor Corporation Tapered capacitive sensing structure
US8319505B1 (en) * 2008-10-24 2012-11-27 Cypress Semiconductor Corporation Methods and circuits for measuring mutual and self capacitance
US8358142B2 (en) 2008-02-27 2013-01-22 Cypress Semiconductor Corporation Methods and circuits for measuring mutual and self capacitance
US8610009B2 (en) * 2008-10-22 2013-12-17 Atmel Corporation Capacitive touch sensors
CN102486707B (zh) * 2010-12-06 2015-06-17 群康科技(深圳)有限公司 电容式触控装置、触控显示器及其驱动方法
US8970544B1 (en) * 2012-05-24 2015-03-03 Maxim Integrated Products, Inc. Digital filtering and spread spectrum based interference mitigation for mutual and self capacitance panel
CN102830882B (zh) * 2012-09-04 2015-05-13 北京集创北方科技有限公司 一种电容触摸屏触摸检测电路
TWI485606B (zh) * 2012-10-02 2015-05-21 Au Optronics Corp 觸控裝置及其觸控方法
CN103593097B (zh) * 2012-11-29 2017-03-01 敦泰科技有限公司 一种终端设备的触摸检测系统及终端设备
CN103076939B (zh) * 2013-02-05 2016-03-09 旭曜科技股份有限公司 利用自电容与互电容感应交替扫瞄以去除触控噪声的方法
TW201447663A (zh) * 2013-06-13 2014-12-16 Integrated Solutions Technology Inc 觸控裝置及其感測電路
US9256335B2 (en) * 2013-11-08 2016-02-09 Texas Instruments Incorporated Integrated receiver and ADC for capacitive touch sensing apparatus and methods
US9846499B2 (en) * 2014-05-30 2017-12-19 Marvell World Trade Ltd. Touch panel and touch detection circuit

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI608392B (zh) * 2017-01-18 2017-12-11 意象無限股份有限公司 觸控系統之偵測更新方法

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