TW201706814A

TW201706814A - 觸控偵測方法與電容式感測裝置

Info

Publication number: TW201706814A
Application number: TW105106864A
Authority: TW
Inventors: 戴宏彥; 吳俊寬; 董景仁
Original assignee: 矽創電子股份有限公司
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2017-02-16
Also published as: CN106445220B; TWI615760B; CN106445220A; US20170038868A1

Abstract

一種觸控偵測方法，用於一電容式感測裝置。電容式感測裝置用來偵測一面板之電容變化，一可變電容包含有一第一端電性耦接至面板。觸控偵測方法包含有提供一可變電容，可變電容包含有一第一端電性耦接至面板，同時提供一第一時脈訊號至可變電容之一第二端以及提供一第二時脈訊號至面板，根據可變電容之第一端之電壓變化，判斷面板之一被碰觸區域，以及產生一輸出訊號，以指示被碰觸區域。值得注意的是，第一時脈訊號與第二時脈訊號之相位相反。

Description

觸控偵測方法與電容式感測裝置

本發明係指一種觸控偵測方法與電容式感測裝置，尤指一種透過同時實施互感偵測模式與自感偵測模式的觸控偵測方法與電容式感測裝置。

隨著觸控技術的進步，越來越多的電子裝置改以觸控面板取代傳統的鍵盤或滑鼠，作為主要的輸入裝置。觸控面板為一貼附在顯示器上之裝置，使用者可透過手指觸碰或由觸控筆輕壓面板來操作電子裝置。如此一來，電子裝置能省略傳統的鍵盤配置空間，把空間挪至顯示器，以加大使用者之可視區域。

觸控面板依感應方式區分有電阻式、電容式、光學式及聲波式等，其中電容式觸控面板具有操控靈敏的優點，而廣泛地被應用在各式電子裝置中。電容式觸控面板係根據面板的電容值變化，判斷面板被觸壓的區域。然而，除了製造商預設的面板電容外，面板不可避免地存在非理想的寄生電容。寄生電容會導致觸控偵測訊號產生偏移，導致後續辨識觸控偵測訊號的困難。因此觸控偵測訊號中寄生電容導致的偏移成分實有消除之必要。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種觸控偵測方法與電容式感測裝置，可消除寄生電容導致的偏移成分，達到簡化觸控訊號的目的。

本發明揭露一種觸控偵測方法，用於一電容式感測裝置，該電容式感測裝置用來偵測一面板之電容變化，一可變電容包含有一第一端電性耦接至該面板，該觸控偵測方法包含有同時提供一第一時脈訊號至該可變電容之一第二端以及提供一第二時脈訊號至該面板；根據該可變電容之該第一端之電壓變化，判斷該面板之一被碰觸區域；以及產生一輸出訊號，以指示該被碰觸區域；其中該第一時脈訊號與該第二時脈訊號之相位相反。

本發明另揭露一種電容式感測裝置，用來偵測一面板之電容變化，該電容式感測裝置包含有一輸入端，電性耦接於該面板；一類比前端電路，電性耦接於該輸入端，用來根據該輸入端之電壓變化，判斷該面板之一被碰觸區域，並產生一輸出訊號，以指示該被碰觸區域；以及一可變電容，包含有一第一端，電性耦接於該輸入端；以及一第二端，電性耦接於該類比前端電路，用來接收一第一時脈訊號；其中該第一時脈訊號係於一第二時脈訊號被提供至該面板之同時被提供至該第二端；其中該第一時脈訊號與該第二時脈訊號之相位相反。

請參考第1圖，第1圖為一電容式觸控裝置10的示意圖。電容式觸控裝置10包含有一面板100及一類比前端電路120。面板100包含有多個區域102_1～102_N，每個區域的電性可視為一等效電容與一等效電阻之組合，如第1圖所示。等效電容C1～CN之一端用來接地或接收驅動訊號TX1～TXN。在一互感偵測模式時，驅動訊號TX1～TXN以時脈訊號的形式輪流饋入面板100，亦即當驅動訊號TX1饋入時，區域102_2～102_N接地；當驅動訊號TX2饋入時，區域102_1、102_3～102_N接地；依此類推。類比前端電路120用來偵測驅動訊號TX1～TXN饋入時一輸入端130之電壓變化，並產生一輸出訊號Raw_data，以指示面板100上被碰觸的位置。舉例來說，若一手指碰觸區域102_2，驅動訊號TX2饋入面板100時，輸入端130之電壓將與其他驅動訊號TX1、TX3～TXN饋入時顯著不同，此一差異將反應於輸出訊號Raw_data上，如第2圖所示。如此一來，手指碰觸區域102_2之事件即被偵測出來。

然而，面板100中存在非理想因子，其可以一寄生電容C_noise 表示，如第1圖所示。寄生電容C_noise 會造成輸入端130之電壓產生偏移，此偏移亦會反應在輸出訊號Raw_data中，亦即Raw_data= R_mutual + R_{noise_mutual} ，其中R_mutual 表示一互感訊號成分、R_{noise_mutual} 表示一互感偏移成分，如第3圖所示。

除了互感偵測模式外，在一自感偵測模式時，電容式觸控裝置10可透過開關電路額外配置一自感電容C_self ，如第4圖所示。需注意的是，在自感偵測模式時，一節點140額外接收一自感時脈訊號CLK_self ，自感時脈訊號CLK_self 用來驅動自感電容C_self 。與互感偵測模式之非理想效應相似，寄生電容C_noise 同樣會造成輸出訊號Raw_data產生偏移，亦即Raw_data= R_self + R_{noise_self} ，其中R_self 表示一自感訊號成分、R_{noise_self} 表示一自感偏移成分。

由於在後續的訊號處理中，無論是互感偏移成分R_{noise_mutual} 或自感偏移成分R_{noise_self} ，都會造成後續辨識處理的困難，因此本發明另提供下述實施例，可消除輸出訊號Raw_data中的偏移成分R_{noise_mutual} 、R_{noise_self} 。

請參考第5圖，第5圖為本發明實施例一電容式感測裝置50之示意圖。電容式感測裝置50用來偵測面板100之電容變化，包含有一類比前端電路500及一可變電容C_com 。電容式感測裝置50於一節點540接收一自感時脈訊號CLK_self 。在電容式感測裝置50接收自感時脈訊號CLK_self 的同時，面板100亦輪流接收驅動訊號TX1～TXN。需注意的是，驅動訊號TX1～TXN是以一互感時脈訊號CLK_mutual 的方式呈現，且互感時脈訊號CLK_mutual 與自感時脈訊號CLK_self 的相位相反，亦即CLK_self =/CLK_mutual 。類比前端電路500用來根據一輸入端530之電壓變化，辨識面板100之一被碰觸區域，並以一輸出訊號Raw_data指示被碰觸區域。

換言之，電容式感測裝置50是第1圖互感偵測模式實施例與第4圖自感偵測模式實施例之綜合。根據重疊（Superposition）原理，類比前端電路500產生之輸出訊號Raw_data = R_mutual + R_{noise_mutual} – (R_{self_com} + R_{noise_com} )，其中R_mutual 為互感時脈訊號CLK_mutual 引起之一互感訊號成分，R_{noise_mutual} 為寄生電容C_noise 對互感時脈訊號CLK_mutual 反應產生之一互感偏移成分，R_{self_com} 為可變電容C_com 對自感時脈訊號CLK_self 反應產生之一自感訊號成分，R_{noise_com} 為寄生電容C_noise 對自感時脈訊號CLK_self 反應產生之一自感偏移成分。透過調整可變電容C_com 之電容值，可使R_{noise_mutual} = R_{noise_com} 。如此一來，輸出訊號Raw_data = R_mutual – R_{self_com} 不再包含任何寄生電容C_noise 引起的成分，因此能達到消除偏移成分的目的。

需注意的是，互感時脈訊號CLK_mutual 與自感時脈訊號CLK_self 被設計為180度的反相，使得自感時脈訊號CLK_self 引起的R_{self_com} 、R_{noise_com} 為負值，可達到互相抵消互感偏移成分R_{noise_mutual} 與自感偏移成分R_{noise_com} 的目的。另外，寄生電容C_noise 會隨面板的特性變化，甚至同一塊面板不同區域的寄生電容亦不相同。因此，可變電容C_com 之電容值也須隨著實際狀況而調整，才能消除各種不同面板的寄生電容。實際上，可變電容C_com 之電容值可透過實驗量測或電腦模擬決定，但不限於此。

上述電容式感測裝置50電容感測裝置之操作可整理為一觸控偵測流程60，如第6圖所示。觸控偵測流程60包含有下列步驟：

步驟600：開始。

步驟604：同時提供自感時脈訊號CLK_self 至可變電容C_com 之一第二端以及提供互感時脈訊號CLK_mutual 至面板100。

步驟606：類比前端電路500根據可變電容C_com 之第一端之電壓變化，判斷面板100之被碰觸區域。

步驟608：類比前端電路500產生輸出訊號Raw_data，以指示該被碰觸區域。

步驟610：結束。

透過觸控偵測流程60，輸出訊號Raw_data = R_mutual – R_{self_com} 不再包含任何寄生電容C_noise 引起的偏移成分。換言之，對於沒有物體接觸的面板區域，輸出訊號Raw_data = 0，因此後續的訊號處理電路可輕易地區別出有或沒有物體接觸面板，進而達到簡化辨識流程的目的。

需注意的是，觸控偵測流程60係同時實施自感偵測模式與互感偵測模式，如第7圖所示。在第7圖中，700表示面板100完整掃描一次畫面所需的時段，702表示實施一次自感偵測模式所需的時段，704表示實施一次互感偵測模式所需的時段。透過第7圖的時間配置，自感偵測模式與互感偵測模式的實施可以完全同步。

綜上所述，本發明利用自感偵測模式與互感偵測模式中訊號之間的關聯性，同時實施自感偵測模式與互感偵測模式，如此一來，再透過饋入反相時脈訊號之設計，可讓自感偵測模式與互感偵測模式中的訊號偏移成分彼此消除，進而達到簡化觸控訊號的目的。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。

10‧‧‧電容式觸控裝置
50‧‧‧電容式感測裝置
60‧‧‧觸控偵測流程
100‧‧‧面板
102_1～102_N‧‧‧區域
120、500‧‧‧類比前端電路
130、530‧‧‧輸入端
140、540‧‧‧節點
600、604、606、608、610‧‧‧步驟
700、702、704‧‧‧時段
C1～CN‧‧‧等效電容
C_noise‧‧‧寄生電容
C_com‧‧‧可變電容
C_self‧‧‧自感電容
TX、TX1～TXN‧‧‧驅動訊號
CLK_mutual‧‧‧互感時脈訊號
CLK_self‧‧‧自感時脈訊號
Raw_data‧‧‧輸出訊號
R_mutual‧‧‧互感訊號成分
R_{self_com};、R_self‧‧‧自感訊號成分
R_{noise_mutual}‧‧‧互感偏移成分
R_{noise_self}‧‧‧自感偏移成分

第1圖為一電容式觸控裝置之示意圖。第2圖為第1圖之電容式觸控裝置之一理想輸出訊號之示意圖。第3圖為第1圖之電容式觸控裝置之一實際輸出訊號之示意圖。第4圖為第1圖之電容式觸控裝置之一變化實施例之示意圖。第5圖為本發明實施例一電容式感測裝置之示意圖。第6圖為本發明實施例一觸控偵測流程之示意圖。第7圖為第6圖之觸控偵測流程之一時段配置圖。

50‧‧‧電容式感測裝置

100‧‧‧面板

500‧‧‧類比前端電路

530‧‧‧輸入端

540‧‧‧節點

C1~CN‧‧‧等效電容

C_noise‧‧‧寄生電容

C_com‧‧‧可變電容

TX1~TXN‧‧‧驅動訊號

CLK_mutual‧‧‧互感時脈訊號

CLK_self‧‧‧自感時脈訊號

Raw_data‧‧‧輸出訊號

R_mutual‧‧‧互感訊號成分

R_{self com}‧‧‧自感訊號成分

Claims

一種觸控偵測方法，用於一電容式感測裝置，該電容式感測裝置用來偵測一面板之電容變化，一可變電容包含有一第一端電性耦接至該面板，該觸控偵測方法包含有：同時提供一第一時脈訊號至該可變電容之一第二端以及提供一第二時脈訊號至該面板；根據該可變電容之該第一端之電壓變化，判斷該面板之一被碰觸區域；以及產生一輸出訊號，以指示該被碰觸區域；其中該第一時脈訊號與該第二時脈訊號之相位相反。
如請求項1所述之觸控偵測方法，其中該面板包含有複數個區域。
如請求項2所述之觸控偵測方法，其中提供該第二時脈訊號至該面板之步驟包含有：輪流地提供該第二時脈訊號至該複數個區域之一區域。
如請求項1所述之觸控偵測方法，另包含有：調整該可變電容之電容值，使得該輸出訊號之一互感偏移成分等於一寄生電容對該第一時脈訊號反應產生之一自感偏移成分。
一種電容式感測裝置，用來偵測一面板之電容變化，該電容式感測裝置包含有：一輸入端，電性耦接於該面板；一類比前端電路，電性耦接於該輸入端，用來根據該輸入端之電壓變化，判斷該面板之一被碰觸區域，並產生一輸出訊號，以指示該被碰觸區域；以及一可變電容，包含有：一第一端，電性耦接於該輸入端；以及一第二端，電性耦接於該類比前端電路，用來接收一第一時脈訊號；其中該第一時脈訊號係於一第二時脈訊號被提供至該面板之同時被提供至該第二端；其中該第一時脈訊號與該第二時脈訊號之相位相反。
如請求項5所述之電容式感測裝置，其中該面板包含有複數個區域。
如請求項6所述之電容式感測裝置，其中該第二時脈訊號係輪流地被提供至於該複數個區域之一區域。