TW201729061A - 使用差分感測的電容觸控系統及其運作方法 - Google Patents

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Abstract

一種電容觸控系統，包含一驅動端、一電容感測陣列以及一偵測端。該驅動端於一圖框之每一驅動時段對該電容感測陣列之複數頻道同時輸入編碼及調變後驅動信號。該偵測端於該圖框偵測該等頻道之一偵測矩陣並解碼該偵測矩陣以相對每一該等頻道分別產生一二維偵測向量。該偵測端另計算該電容感測陣列之兩接收電極之二維偵測向量之分量差，以消除雜訊的干擾。

Description

使用差分感測的電容觸控系統及其運作方法
本發明係有關一種觸控系統，更特別有關一種使用差分感測的電容式觸控感測系統及其運作方法。
電容式感測器(capacitive sensor)通常包含一對電極用以感測一導體。當該導體存在時會造成該對電極間的電荷移轉量(charge transfer)發生改變，因此可根據一電壓值變化來偵測該導體的存在與否。將複數電極對排列成一陣列則可形成一感測陣列。
圖1A及圖1B顯示一種習知電容式感測器之示意圖，其包含一第一電極91、一第二電極92、一驅動電路93以及一偵測電路94。該驅動電路93用以輸入一驅動信號X至該第一電極91，該第一電極91及該第二電極92間會產生電場以將電荷轉移至該第二電極92，該偵測電路94則可偵測該第二電極92之電荷轉移量Y。
當一導體存在時，例如以等校電路8來表示，該導體會擾亂該第一電極91及該第二電極92間的電場而降低電荷移轉量Y'，該偵測電路94則可偵測到一電壓值變化，並據以判斷該導體的存在。
由於電容式感測器常應用於各式他電子裝置，例如液晶顯示器(LCD)，因而該偵測電路94所偵測到電壓值變化會受到所述電子裝置的雜訊干擾而影響偵測精確度。
有鑑於此，有需要提出一種方案，以解決上述問題。
本發明之目的在於提供一種電容觸控系統及其運作方法，其將不同接收電極之偵測矩陣之數位分量進行差分運算，以降低雜訊干擾。
本發明說明提供一種電容觸控系統，包含一驅動電路、一電容感測陣列、一編碼模組、一調變模組、一偵測電路、一解碼模組、一第一減法電路以及一第二減法電路。該驅動電路用以輸出一驅動信號。該電容感測陣列包含複數感測單元行列式地排列。該編碼模組相對每列該等感測單元對該驅動信號進行編碼，以輸出複數編碼後驅動信號。該調變模組相對每列該等感測單元對該等編碼後驅動信號進行調變，以並行地輸出複數編碼及調變後驅動信號至每列該等感測單元。該偵測電路耦接該電容感測陣列，用以根據每行該等感測單元之一偵測信號分別產生一偵測矩陣。該解碼模組解碼該等偵測矩陣，以相對每一該等感測單元輸出一二維偵測向量。該第一減法電路將該等感測單元中之一第一感測單元之該二維偵測向量之一第一數位分量與該等感測單元中之一第二感測單元之該二維偵測向量之一第一數位分量進行減法運算以產生一第一分量差。該第二減法電路將該第一感測單元之該二維偵測向量之一第二數位分量與該第二感測單元之該二維偵測向量之一第二數位分量進行減法運算以產生一第二分量差。
本發明說明另提供一種電容觸控系統之運作方法。該電容觸控系統包含一電容感測陣列。該電容感測陣列包含複數驅動電極及複數接收電極。該運作方法包含下列步驟：於該電容感測陣列之一圖框期間之複數驅動時段的每一該等驅動時段並行地對該等驅動電極輸入編碼及調變後驅動信號；於該圖框期間內依序偵測該電容感測陣列之該等接收電極，以相對每一該等接收電極分別產生一偵測矩陣；解碼該等偵測矩陣以相對每一該等接收電極產生複數二維偵測向量，其中每一該等二維偵測向量具有一第一數位分量及一第二數位分量；依序對該等接收電極中兩接收電極之該等二維偵測向量之第一數位分量進行減法運算以產生第一分量差；以及依序對該等接收電極中兩接收電極之該等二維偵測向量之第二數位分量進行減法運算以產生第二分量差。
本發明說明另提供一種電容觸控系統，包含一電容感測陣列、一驅動端、一偵測電路、至少一解碼模組、一第一減法電路以及一第二減法電路。該電容感測陣列包含複數驅動電極及複數接收電極。該驅動端用以於該電容感測陣列之一圖框期間之複數驅動時段的每一該等驅動時段並行地對該等驅動電極輸入編碼及調變後驅動信號。該偵測電路於該圖框期間內依序耦接該等接收電極之一第一接收電極及一第二接收電極，相對該第一接收電極產生一第一偵測矩陣並相對該第二接收電極產生一第二偵測矩陣。該至少一解碼模組解碼該第一偵測矩陣及該第二偵測矩陣，以相對該第一接收電極產生複數第一偵測向量並相對該第二接收電極產生複數第二偵測向量。該第一減法電路將該等第一偵測向量與該等第二偵測向量之第一數位分量進行減法運算以產生一第一分量差。該第二減法電路將該等第一偵測向量與該等第二偵測向量之第二數位分量進行減法運算以產生一第二分量差。
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。
請參照圖2所示，其為本發明說明實施例之電容觸控感測裝置之方塊示意圖。本實施例之電容觸控感測裝置包含一感測單元10、一驅動電路12、一偵測電路13以及一處理單元14。該電容觸控感測裝置係透過判斷該感測單元10之電荷變化來偵測一物件(例如，但不限於，手指、水滴或金屬等)是否接近該感測單元10。偵測該物件是否靠近該感測單元10的方法已為習知，而並不限於上述方法。
該感測單元10包含一第一電極101(例如驅動電極)及一第二電極102(例如接收電極)，當一電壓信號提供至該第一電極101時，該第一電極101與該第二電極102間產生電場並形成一耦合電容103。該第一電極101與該第二電極102可適當配置而並無特定限制，只要能形成該耦合電容103即可(例如透過其間之一介電層)；其中，該第一電極101與該第二電極102間產生電場及耦合電容103的原理已為習知，故於此不再贅述。
該驅動電路12例如為一信號產生器，其可發出一驅動信號X(t)至該感測單元10之第一電極101。該驅動信號X(t)可為一時變信號，例如一週期信號。其他實施例中，該驅動信號X(t)亦可為脈衝信號，例如方波、三角波等，但並不以此為限。該驅動信號X(t)透過該耦合電容103可耦合一偵測信號y(t)至該感測單元10之第二電極102。
該偵測電路13耦接該感測單元10之第二電極102以接收該偵測信號y(t)，並利用兩混合信號分別調變(或混合)該偵測信號y(t)並產生一對調變後偵測信號I、Q以作為一二維偵測向量(I,Q)的兩分量。該兩混合信號例如為彼此正交或非正交的連續信號或向量。一實施例中，該兩混合信號包含正弦信號及餘弦信號。
該處理單元14用以計算該對調變後偵測信號之大小(scale)以作為該二維偵測向量(I,Q)之一向量範數(norm of vector)，並比較該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，該處理單元14可利用軟體的方式計算出該向量範數R=；另一實施例中，該處理單元14亦可利用硬體或韌體的方式來進行計算，例如採用圖4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為一種快速演算法。該處理單元14例如為一微處理器(MCU)、一中央處理器(CPU)或一特定功能積體電路(ASIC)等。
圖4中，當沒有任何物件接近該感測單元10時，假設該處理單元14計算出的該向量範數為R；當一物件接近該感測單元10時，該向量範數減少為R'。若該向量範數R'小於一門檻值TH，該處理單元14則可判定一物件位於該感測單元10附近並造成一碰觸事件。必須說明的是，當其他物件，例如金屬，接近該感測單元10時，也有可能導致該向量範數R增加，因此該處理單元14也可在該向量範數超過另一預設門檻值時判定為一碰觸事件。某些實施例中，該處理單元14可比較該向量範數的變化量與一變化門檻值以判定一碰觸事件。
圖3A及3B為本發明某些實施例之電容觸控感測裝置之示意圖，其分別顯示一偵測電路13的不同實施方式。
圖3A中，該偵測電路13包含一類比數位轉換單元(ADC) 133、兩混合器131及131'、兩積分器132及132'，用以處理一偵測信號y(t)以產生一二維偵測向量(I,Q)。該類比數位轉換單元133用以將該偵測信號y(t)轉換為數位偵測信號yd (t)。該兩混合器131及131'用以分別將兩混合信號，例如此時顯示為MX1 =以及MX2 =，與該數位偵測信號yd (t)進行調變(或混合)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)，該兩積分器132及132'分別用以對該對調變後偵測信號y1 (t)及y2 (t)進行積分(或累積)以產生二維偵測向量之兩數位分量I、Q；本實施例中，該兩積分器132及132'的形式並無特定限制，例如可為電容器。所述兩混合信號除了上述兩連續信號外，亦可為兩向量，例如MX1 =[1 0 -1 0]且MX2 =[0 -1 0 1]以簡化電路架構。所述兩混合信號只要是能夠簡化調變過程的適當簡化向量均可，並無特定限制。由於該兩數位分量I、Q為該對調變後偵測信號y1 (t)及y2 (t)的累積值，本發明說明中，該對調變後偵測信號y1 (t)及y2 (t)亦可稱為二維偵測向量之兩數位分量。
圖3B中，該偵測電路13包含一類比數位轉換單元133、一混合器131及一積分器132，而兩混合信號MX1 及MX2 係經過一多工器130依序輸入該混合器131以與該類比偵測信號yd (t)進行調變來產生兩調變後偵測信號y1 (t)及y2 (t)。此外，該類比數位轉換單元133、該混合器131及該積分器132的功能與圖3A類似，故於此不再贅述。
本發明實施例之電容觸控感測裝置之偵測方法包含步驟：提供一驅動信號至一感測單元之第一電極；以兩混合信號分別調變該驅動信號透過一耦合電容耦合至一第二電極之一偵測信號以產生一對調變後偵測信號；以及計算該對調變後偵測信號之大小並據以判斷一碰觸事件。
例如參照圖3A或3B所示，該驅動電路12輸入一驅動信號X(t)至該感測單元10之第一電極101後，該驅動信號X(t)透過該耦合電容103耦合一偵測信號y(t)至該感測單元10之第二電極102。接著，該偵測電路13以兩混合信號MX1 及MX2 分別調變該偵測信號y(t)以產生一對調變後偵測信號y1 (t)及y2 (t)。該處理單元14計算該對調變後偵測信號y1 (t)及y2 (t)之大小並據以判斷一碰觸事件；其中，計算該對調變後偵測信號y1 (t)及y2 (t)之大小以及比較該對調變後偵測信號y1 (t)及y2 (t)之大小與至少一門檻值的方式例如可參照圖4及其相關說明。此外，在計算該對調變後偵測信號y1 (t)及y2 (t)之大小前，可利用該積分器132及/或132'累積該對調變後偵測信號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。
請參照圖5所示，其為本發明說明實施例之電容觸控系統之示意圖。陣列排列的複數感測單元10形成一電容感測陣列，每一列感測單元10分別由一驅動電路121 ~12n 驅動且該偵測電路13例如透過複數開關元件SW1 ~SWm 偵測每一行感測單元10的輸出信號y(t)。圖5中，驅動電路121 用以驅動第一列感測單元1011 ~101m ；驅動電路122 用以驅動第二列感測單元1021 ~102m ；…；驅動電路12n 用以驅動第n列感測單元10n1 ~10nm ；其中，n及m為正整數且其數值根據電容感測陣列之尺寸及解析度決定，並無特定限制。
本實施例中，每一感測單元10 (此處以圓圈表示1011 ~10nm )均包含一第一電極及一第二電極用以形成一耦合電容，如圖2、3A及3B所示。該等驅動電路121 ~12n 分別耦接至一列感測單元10之第一電極。例如一時序控制器11用以控制該等驅動電路121 ~12n 分別輸出一驅動信號X(t)至該等感測單元10之第一電極。該等驅動電路121 ~12n 可依序或並行驅動感測單元1011 ~10nm 。
該偵測電路13透過複數開關元件SW1 ~SWm 分別耦接一行感測單元10之第二電極，用以依序偵測該驅動信號X(t)透過該等感測單元10之耦合電容耦合至該第二電極之一偵測信號y(t)，並利用兩混合信號分別調變該偵測信號y(t)以產生一對調變後偵測信號；其中，產生該對調變後偵測信號的方式已詳述於圖3A及3B及其相關說明，故於此不贅述。
該處理單元14則根據該對調變後偵測信號判斷一碰觸事件及一碰觸位置。如前所述，該處理單元14可計算該對調變後偵測信號(例如I、Q)所形成之一二維偵測向量之一向量範數，並比較該向量範數與至少一門檻值TH以判定該碰觸事件，如圖4所示。
在依序驅動的實施例中，當該時序控制器11控制該驅動電路121 輸出該驅動信號X(t)至第一列感測單元1011 ~101m 時，該等開關元件SW1 ~SWm 則依序被開啟以使該偵測電路13能夠依序偵測第一列感測單元1011 ~101m 的每一個感測單元所輸出的偵測信號y(t)。接著，該時序控制器11依序控制其他驅動電路122 ~12N 輸出該驅動信號X(t)至每一列感測單元。當該偵測電路13偵測過所有感測單元1011 ~10nm 後，則完成一個掃描週期(scan period)。該處理單元14則將發生該碰觸事件之感測單元的位置判定為該碰觸位置。可以了解的是，所述碰觸位置可能不只發生於單一感測單元10，該處理單元14可將複數感測單元10的位置均視作碰觸位置，或將複數感測單元10其中之一(例如中心或重心)的位置視作一碰觸位置。
某些實施例中，為了節省圖5中電容觸控系統的耗能，該時序控制器11可控制該等驅動電路121 ~12n 的至少一部份同時輸出該驅動信號X(t)至相對應列的感測單元。該偵測電路13則以不同的兩混和信號MX1 、MX2 分別調變相對不同行之偵測信號y(t)。除此之外，判斷碰觸事件及碰觸位置的方式則類似圖5，故於此不再贅述。
該偵測電路13可另包含濾波器及/或放大器等元件，以增加信號品質。此外，該處理單元14亦可與該偵測電路13合併為單一元件，且其功能可利用軟體及/或硬體的方式實現。
如前所述，信號傳輸過程中信號線上的電容所造成的相位差可透過計算二維偵測向量的向量範數(norm of vector)被忽略；換句話說，如果各頻道的驅動信號X(t)間存在相位差，其亦可以透過計算二維偵測向量的向量範數被忽略。因此，並行驅動的實施例中，可利用彼此具相位差之複數驅動信號在相同驅動時段(drive time slot)並行驅動(concurrent drive)不同頻道(channel)，並在偵測端透過計算各頻道之二維偵測向量的向量範數來判定一碰觸事件及/或一碰觸位置。此外，於不同頻道的驅動信號X(t)實施相位偏移可有效利用類比數位轉換器的動態範圍；其中，該相位偏移例如可選擇使用隨機相位偏移(random phase offset)或制定相位偏移(formulated phase offset)實現，但並不以此為限。。
請參照圖7所示，其顯示本發明第一實施例之並行驅動電容觸控系統2之示意圖。該並行驅動電容觸控系統2包含一驅動端2T、一電容感測陣列200以及一偵測端2R；其中，該電容感測陣列200具有複數頻道。例如，該電容感測陣列200包含複數感測單元(例如2011 ~20nn )行列式地排列，此處所述頻道係指該驅動端2T驅動之感測單元列。
該驅動端2T用以於該電容感測陣列200之一掃描週期(或稱圖框期間)之複數驅動時段的每一該等驅動時段並行地對複數頻道(或複數驅動電極D1 ~Dn )輸入編碼及調變後驅動信號。該偵測端2R於該圖框期間內依序耦接該電容感測陣列200之該等頻道(或複數接收電極S1 ~Sn )，並解碼偵測該等頻道所求得之複數偵測矩陣Md以相對每一該等頻道產生一二維偵測向量，並計算該等二維偵測向量之向量範數；其中，該等偵測矩陣Md之每一矩陣元素(matrix element)係每一該等驅動時段中求得之相對一個接收電極之一偵測信號，且該偵測矩陣Md為一維矩陣。該等偵測矩陣Md的產生方式例如參照圖3A及3B。例如，該偵測端2R利用兩混和信號MX1 及MX2 調變該等接收電極S1 ~Sn 之複數偵測信號y(t)以分別產生一對調變後偵測信號y1 (t)、y2 (t)，並以積分器累積該對調變後偵測信號y1 (t)、y2 (t)以產生該等偵測矩陣Md。
此外，該偵測端2R另比較該向量範數與一門檻值以判斷一碰觸事件及/或一碰觸位置(如圖4)。一實施例中，該等驅動時段之一數目等於該等頻道(或該等驅動電極D1 ~Dn )之一數目。
本實施例中，該編碼及調變後驅動信號可使用一哈達馬矩陣(Hadamard matrix)進行編碼，亦即，該驅動端2T使用一哈達馬矩陣對一驅動信號X(t)進行編碼。該偵測端2R則使用該哈達馬矩陣之一反哈達馬矩陣解碼該偵測矩陣Md。該編碼及調變後驅動信號可僅進行相位調變，或同時進行相位及振幅調變，例如可使用正交振幅調變(QAM)來實現。
一實施例中，該並行驅動電容觸控系統2包含一驅動電路22、一編碼模組25、一調變模組26、該電容感測陣列200、一偵測電路23、一解碼模組27以及一處理單元24。一實施例中，該驅動電路22、該編碼模組25及該調變模組26共同組成該驅動端2T；而該偵測電路23、該解碼模組27及該處理單元24共同組成該偵測端2R。某些實施例中，該驅動端2T及該偵測端2R係同步運作，但並不限於此。
另一實施例中，該編碼模組25及該調變模組26可組合成單一編碼調變模組；該解碼模組27亦可包含於該處理單元24或該偵測電路23內。
該驅動電路22輸出一驅動信號X(t)至該編碼模組25，例如X(t)=Vd×exp(jwt)；其中，Vd為一驅動電壓值、w為一驅動頻率而t為時間。如前一實施例中所述，該驅動信號X(t)並不限於連續信號。
該編碼模組25相對每列感測單元(或每一驅動電極D1 ~Dn )對該驅動信號X(t)進行編碼，以輸出複數編碼後驅動信號Xc(t)。一實施例中，該編碼模組25可使用一編碼矩陣，例如哈達馬矩陣對該等驅動信號X(t)進行編碼。可以了解的是，只要是能夠使各頻道透過編碼進行區別，亦可使用其他編碼矩陣。此外，該編碼矩陣之尺寸可根據頻道數而定。
該調變模組26相對每列感測單元(或每一驅動電極D1 ~Dn )對該等編碼後驅動信號Xc(t)進行相位調變，以並行地輸出複數編碼及調變後驅動信號至每列感測單元(或每一驅動電極D1 ~Dn )；所述相位調變係使輸入至每列感測單元之該編碼及調變後驅動信號彼此間具有一相位差；藉此，可抑制該偵測電路23中的類比數位轉換單元(ADC)的輸入電壓(如圖3A及3B)，以避免超出類比數位轉換單元的動態範圍。其他實施例中，亦可對編碼後驅動信號Xc(t)同時進行振幅及相位調變，例如使用正交振幅調變。例如圖7中，該調變模組26輸出一編碼及調變後驅動信號X1 (tk)至第一頻道、一編碼及調變後驅動信號X2 (tk)至第二頻道…以及一編碼及調變後驅動信號Xn (tk)至第n頻道；其中，k表示一掃描週期的各驅動時段。
編碼矩陣例如可利用式(1)所示的矩陣表示且各矩陣元素可以ars 表示，其中，各矩陣元素ars 的下標 r 相對於各驅動時段(例如K1 ~Kn )而各矩陣元素ars 的下標 s 相對於各頻道，(1)
調變模組26的運作可利用數學式(2)所示的對角矩陣(diagonal matrix)表示，其中，x1 ~xn 係為複數(complex number)且較佳彼此間具有一相位差。x1 ~xn 係用以分別對不同頻道進行相位調變。當使用正交振幅調變(QAM)作為調變機制時，x1 ~xn 彼此間具有一振幅差以及一相位差；其中，x1 ~xn 的下標相對於各頻道。(2)
請同時參照圖6及7所示，根據式(1)及式(2)，該調變模組26例如於一第一時段k=1同時輸出一驅動信號X(t)a11 x1 至第一頻道(或驅動電極D1 )、一驅動信號X(t)a12 x2 至第二頻道(或驅動電極D2 )…以及一驅動信號X(t)a1n xn 至第n頻道(或驅動電極Dn )；該調變模組26於一第二時段k=2同時輸出一驅動信號X(t)a21 x1 至第一頻道、一驅動信號X(t)a22 x2 至第二頻道…以及一驅動信號X(t)a2n xn 至第n頻道；該調變模組26於一第n時段k=n同時輸出一驅動信號X(t)an1 x1 至第一頻道、一驅動信號X(t)an2 x2 至第二頻道…以及一驅動信號X(t)ann xn 至第n頻道。當所有時段k=1~k=n的編碼及調變後驅動信號X1 (tk)~Xn (tk)輸入至該電容感測陣列200後，則完成一個驅動圖框的動作。本實施例中，該等時段K1 ~Kn 在時間軸上為連續或相隔一預設時間區間。
如前所述，該電容感測陣列200包含第一列感測單元2011 ~201n 、第二列感測單元2021 ~202n …以及第n列感測單元20n1 ~20nn (即頻道1~n)。該等驅動信號X(t)a11 x1 、X(t)a12 x2 ~X(t)a1n xn 於第一時段k=1時分別輸入至第一列感測單元2011 ~201n 、第二列感測單元2021 ~202n …以及第n列感測單元20n1 ~20nn 。其他時段k=2~k=n輸入至每列感測單元的驅動信號亦顯示於圖6。此外，該電容感測陣列200中的信號線路相對于不同頻道的驅動信號具有不同的電抗，其例如可使用一維矩陣[y1 y2 … yn ]T 數學地表示該電容感測陣列200之電抗矩陣。在一掃描週期內，若該電容感測陣列200未被碰觸，該電抗矩陣大致維持不變；而當發生碰觸事件時，該電抗矩陣的至少一個矩陣元素出現變化，因而改變該偵測信號y(t)。
如圖7所示，該電容感測陣列200的每行感測單元係分別透過一開關元件SW1 ~SWn 耦接至該偵測電路23。於一掃描週期的每一驅動時段K1 ~Kn 內，該等開關元件SW1 ~SWn 依序耦接相對應的一行感測單元至該偵測電路23，以使該偵測電路23耦接該電容感測陣列200，並根據每行感測單元之一偵測信號y(t)相對每行感測單元分別產生一偵測矩陣。例如圖7顯示開關元件SW2 將該電容感測陣列200的第二行感測單元耦接至該偵測電路23以產生相對該第二接收電極S2 之一偵測矩陣Md。
該偵測矩陣Md之每一矩陣元素(I1 +jQ1 )~(In +jQn )的產生方式例如參照圖3A及3B。例如，該偵測電路23利用兩混和信號MX1 及MX2 調變每一驅動時段K1 ~Kn 之偵測信號y(t)以分別產生一對調變後偵測信號y1 (t)、y2 (t)，並以積分器(例如132, 132')累積相對每一驅動時段k1 ~kn 之該對調變後偵測信號y1 (t)、y2 (t)以產生該偵測矩陣Md。
因此，一掃描周期完成(即一張圖框)後，從該電容感測陣列200之每行感測單元所輸出之偵測信號y(t)則可以數學地表示成式(3)所示的X(t)×[編碼矩陣]×[調變矩陣]×[電抗矩陣]；其中，編碼矩陣的矩陣元素由所使用的編碼方式而定；調變矩陣的矩陣元素由調變機制而定而電抗矩陣的矩陣元素則由電容感測陣列200決定。如前所述，該偵測電路23包含至少一積分器(例如圖3A、3B所示)，用以根據該偵測信號y(t)求得二維偵測向量(I+jQ)之兩數位分量，例如(I1 ,Q1 )~(In ,Qn )。(3)
因此，該偵測電路23在一掃描周期完成後所輸出的相對每行感測單元之二維偵測向量可以一偵測矩陣Md=[(I1 +jQ1 ) (I2 +jQ2 ) … (In +jQn )]T 表示；其中，(I1 +jQ1 )為根據一行(例如第二行)感測單元於第一驅動時段k=1之偵測信號y(t)所求得之二維偵測向量，由於編碼及調變後驅動信號X1 (tk)~Xn (tk)係於該第一驅動時段k=1內分別輸入各頻道，因此該二維偵測向量(I1 +jQ1 )係為包含了第一驅動時段k=1內所有頻道之偵測信號的疊加(superposition)，而為一疊加偵測向量。同理，(I2 +jQ2 )為根據一行感測單元於第二驅動時段k=2之偵測信號y(t)所求得的二維偵測向量且為第二驅動時段k=2內所有頻道之疊加偵測向量；…；In +jQn 為根據一行感測單元於第n驅動時段k=n之偵測信號y(t)所求得的二維偵測向量且為第n驅動時段k=n內所有頻道之疊加偵測向量。
為了去耦合(decoupling)各頻道的疊加偵測向量，該偵測電路23將該偵測矩陣Md傳送至該解碼模組27以進行解碼，以相對每一該等感測單元(例如2011 ~20nn )產生一二維偵測向量。例如，該解碼模組27輸出一行(例如第二行)感測單元中每一頻道(即感測單元)的二維偵測向量，如式(4)所示為產生一行感測單元中每一頻道的二維偵測向量的方式；例如，相對第二行感測單元的頻道1的二維偵測向量表示為(i12 +jq12 )、相對第二行感測單元的頻道2的二維偵測向量表示為(i22 +jq22 )…以及相對第二行感測單元的頻道n的二維偵測向量表示為(in2 +jqn2 )；其中，i及q為二維偵測向量之兩數位分量，(i12 +jq12 )~(in2 +jqn2 )為去耦合偵測向量。相對其他行感測單元的頻道1~n的表現方式顯示於圖7中。圖7中，一掃描週期完成後，該解碼模組27可相對每一行感測單元(或每一接收電極)輸出一組二維偵測向量(i+jq)，亦即此時為n組去耦合偵測向量[(i1 +jq1 ) (i2 +jq2 )… (in +jqn )]T 。該解碼模組27係使用該編碼矩陣的反矩陣來對疊加偵測向量(即該等偵測矩陣)解碼以去耦合疊加偵測向量；例如，哈達馬矩陣的反矩陣。(4)
最後，該處理單元24可計算每一個二維偵測向量，例如(i11 +jq11 )~(inn +jqnn )，之向量範數，並將求得之該向量範數與一門檻值TH進行比較，如圖4所示。
藉此，在一個掃描周期完成後，該處理單元24則可根據n×n個向量範數與門檻值TH的比較結果判斷該電容感測陣列200之一碰觸事件及/或一碰觸位置；其中，n表示陣列尺寸。
此外，當本實施例中該驅動信號X(t)還實施振幅調變時，該處理單元24可另包含一自動準位控制(ALC)來消除振幅偏移。例如，該處理單元24內(或另行設置記憶單元)可事先儲存有該電容感測陣列200未被觸壓時該自動準位控制的控制參數，其使各感測單元之偵測結果大致相同。藉此，當發生碰觸時，則可精確的判定碰觸事件。
此外，如前所述，每一該等感測單元(2011 ~20nn )包含一第一電極101及一第二電極102用以形成一耦合電容103 (如圖2、3A及3B)。該編碼及調變後驅動信號X1 (tk)~Xn (tk)耦接至該第一電極101；該偵測電路23耦接該第二電極102，用以偵測該編碼及調變後驅動信號X1 (tk)~Xn (tk)透過該耦合電容103耦合至該第二電極102之該偵測信號y(t)。
請參照圖8所示，其為本發明說明第二實施例之電容觸控系統之示意圖。圖8對應於圖7之並行驅動電容觸控系統2，其中該偵測電路23透過一開關元件SW2 電性耦接一接收電極S2 。亦即，圖8之電容觸控系統同樣包含一電容感測陣列200、一驅動端2T及一偵測端2R。
如圖7所示，該電容感測陣列200包含複數驅動電極D1 ~Dn 及複數接收電極S1 ~Sn ，以形成複數感測單元2011 ~20nn 行列式地排列。由於圖8顯示該偵測端2R之偵測電路23耦接該接收電極S2 的運作狀態，故僅顯示出第二行感測單元2012 ~20n2 ，並省略其他感測單元。
如前一實施例所述，該驅動端2T用以於該電容感測陣列200運作時之一圖框期間之複數驅動時段(例如K1 ~Kn )的每一該等驅動時段並行地對該等驅動電極D1 ~Dn 輸入編碼及調變後驅動信號X1 (tk)~Xn (tk)。例如，此處顯示複數驅動電路121 ~12n 並行地輸出複數編碼及調變後驅動信號X1 (tk)~ Xn (tk)至該等驅動電極D1 ~Dn 。
圖8中，該偵測端2R包含一濾波器15、一類比數位轉換單元133、一偵測電路23、解碼模組(或解碼器)27及27'、複數減法電路281~284以及一處理單元14；其中，雖然圖8顯示兩解碼模組27及27'，然其僅用以說明而非用以限定本發明說明。如圖7所示，該偵測端2R可僅包含單一解碼模組。
該濾波器15例如為一可程式化帶通濾波器(programmable bandpass filter)，用以對該偵測信號y(t)進行濾波以提高訊雜比。該類比數位轉換單元133耦接於該電容感測陣列200與該偵測電路23間，用以將該偵測信號y(t)轉換為一數位偵測信號yd (t)。本發明說明中，由於該數位偵測信號yd (t)為該偵測信號y(t)之數位化信號，因此有時將該數位偵測信號yd (t)稱為偵測信號。
該偵測電路23於該圖框期間內依序耦接該電容感測陣列200之各接收電極S1 ~Sn ，例如一第一接收電極S1 及一第二接收電極S2 ，以相對該第一接收電極S1 產生一第一偵測矩陣並相對該第二接收電極S2 產生一第二偵測矩陣，其中該第一接收電極S1 相鄰該第二接收電極S2 。
該解碼模組27、27'解碼該第一偵測矩陣及該第二偵測矩陣(例如Md)，以相對該第一接收電極產生複數第一偵測向量，例如(i11 +iq11 )~(in1 +jqn1 )並相對該第二接收電極產生複數第二偵測向量(i12 +iq12 )~(in2 +jqn2 )，如圖7所示。必須說明的是，該第一接收電極及該第二接收電極並不限於S1 、S2 。該第一接收電極及該第二接收電極可依序選擇為S1 和S2 、S2 和S3 、…、Sn-1 和Sn 。第二實施例之該濾波器15及該類比數位轉換單元133亦可應用於圖7之並行驅動電容觸控系統2，且該偵測電路23及該解碼模組27、27'之功能類似於圖7之偵測電路23及解碼模組27，故於此不再贅述。
第二實施例與第一實施例之差異在於，第二實施例之偵測端2R另包含一第一減法電路281，將該等第一偵測向量(例如i11 +jq11 )之一第一數位分量(例如i11 )與該等第二偵測向量(例如i12 +jq12 )之一第一數位分量(例如i12 )進行減法運算以產生一第一分量差Δi= i11 - i12 ；並包含一第二減法電路282將該等第一偵測向量之一第二數位分量(例如q11 )與該等第二偵測向量之一第二數位分量(例如q12 )進行減法運算以產生一第二分量差Δq= q11 - q12 。
本實施例中，該第一數位分量，例如i11 亦可稱為感測單元2011 之二維偵測向量之一第一數位分量；該第一數位分量，例如i12 亦可稱為感測單元2012 之二維偵測向量之一第一數位分量；該第二數位分量，例如q11 亦可稱為感測單元2011 之二維偵測向量之一第二數位分量；該第二數位分量，例如q12 亦可稱為感測單元2012 之二維偵測向量之一第二數位分量；其中，該感測單元2011 與該感測單元2012 為兩相鄰感測單元行中的兩相鄰感測單元，如圖7所示。
更詳言之，本發明說明中，該第一減法電路281及該第二減法電路282用以依序將兩兩相鄰接收電極輸出之偵測向量之兩數位分量分別進行減法運算，例如依序計算接收電極S1 及S2 、接收電極S2 及S3 、…、接收電極Sn-1 及Sn 之減法運算。進行減法運算的原因在於，兩兩相鄰接收電極於該電容感測陣列中所受到的雜訊干擾相似，經由減法運算，則可有效消除外界的雜訊干擾。
為了提升判斷精度，本實施例中電容觸控系統可另包含一記憶元件29用以儲存該第一偵測向量(即二維偵測向量)之一第一基值分量(例如i11_bs )與該第二偵測向量(即二維偵測向量)之一第一基值分量(例如i12_bs )之一第一基值分量差Δibs ，以及該第一偵測向量(即二維偵測向量)之一第二基值分量(例如q11_bs )與該第二偵測向量(即二維偵測向量)之一第二基值分量(例如q12_bs )之一第二基值分量差Δqbs ；其中，該第一基值分量差Δibs 及該第二基值分量差Δqbs 可稱為理想值，用以消除信號中的固有雜訊，並以一查找表的形式儲存於該記憶元件29中(如下表1所示)。該記憶元件29例如為一揮發性記憶體或緩衝器。
該偵測端2R另包含一第三減法電路283及一第四減法電路284。該第三減法電路283用以將該第一分量差Δi與該第一基值分量差Δibs 進行減法運算以產生一第三分量差Δi'。該第四減法電路284用以將該第二分量差Δq與該第二基值分量差Δqbs 進行減法運算以產生一第四分量差Δq'。
最後，該處理單元14用以計算該第三分量差Δi'與該第四分量差Δq'之一向量範數。該處理單元14並比較該向量範數與至少一門檻值以判定碰觸事件，如圖4所示。
更詳言之，第二實施例中，該處理單元14並非直接計算該解碼模組27輸出之該等二維偵測向量(i11 +iq11 )~(inn +jqnn )的向量範數，而是先將鄰近的感測單元的二維偵測向量之各數位分量先進行減法運算後，再計算差分數位分量的向量範數。
請參照表1所示，其為本發明說明第二實施例的實施方式，此處係以6條接收電極S1 ~S6 為例進行說明。可以瞭解的是，接收電極之數目及表1中的數值僅為例示，並非用以限定本發明說明。必須說明的是，表1雖以一列感測單元為例進行說明，其他列感測單元之運作亦相同。 表1
第二列的Int (n)為電容感測陣列未被碰觸時，各接收電極S1 ~S6 之感測單元之二維偵測向量之第一基値分量之初始値，例如Int (1)=i11_bs ~ Int (6)=i16_bs 、Int (1)=i21_bs ~Int (6)=i26_bs 、…、Int (1)=in1_bs ~Int (6)=in6_bs 。Int (n)例如在開機程序或重置程序等初始化程序中所感測。
第三列的Qnt (n)為電容感測陣列未被碰觸時，各接收電極S1 ~S6 之感測單元之二維偵測向量之第二基値分量之初始値，例如Qnt (1)=q11_bs ~ Qnt (6)=q16_bs 、Qnt (1)=q21_bs ~Qnt (6)=q26_bs 、…、Qnt (1)=qn1_bs ~Qnt (6)=qn6_bs 。Qnt (n)同樣在初始化程序中所感測。
第四列為該等二維偵測向量之碰觸分量值與未碰觸分量值的變化比R。
第五列的It (n)為電容感測陣列發生碰觸時，各接收電極S1 ~S6 之感測單元之二維偵測向量之第一數位分量之目前値，例如It (1)=i11 ~ It (6)=i16 、It (1)=i21 ~It (6)=i26 、…、It (1)=in1 ~It (6)=in6 。It (n)例如為運作時所感測，且It (n)=Int (n)×R。
第六列的Qt (n)為電容感測陣列發生碰觸時，各接收電極S1 ~S6 之感測單元之二維偵測向量之第二數位分量之目前値，例如Qt (1)=q11 ~ Qt (6)=q16 、Qt (1)=q21 ~Qt (6)=q26 、…、Qt (1)=qn1 ~Qt (6)=qn6 。Qt (n)例如為運作時所感測，且Qt (n)=Qnt (n)×R。
基本上，Int (n)與It (n)以及Qnt (n)與Qt (n)係以相同方式所偵測而得，只是Int (n)及Qnt (n)是在未碰觸時所偵測而It (n)及Qt (n)是在碰觸時所偵測。因此，Int (n)及Qnt (n)係作為It (n)及Qt (n)的基準值。
第七列的Δibs 為電容感測陣列未被碰觸時，兩兩相鄰接收電極之感測單元之二維偵測向量之第一基値分量之第一基值分量差，例如i11_bs -i12_bs 、i12_bs -i13_bs 、…、i15_bs -i16_bs ，其他列亦同。亦即，Δibs =Int (n)-Int (n+1)，其例如由該第一減法電路281所事先計算並暫存於該記憶元件29中。
第八列的Δqbs 為電容感測陣列未被碰觸時，兩兩相鄰接收電極之感測單元之二維偵測向量之第二基値分量之第二基值分量差，例如q11_bs -q12_bs 、q12_bs -q13_bs 、…、q15_bs -q16_bs ，其他列亦同。亦即，Δqbs =Qnt (n)- Qnt (n+1)，其例如由該第二減法電路282所事先計算並暫存於該記憶元件29中。
第九列的Δi為電容感測陣列發生碰觸時，兩兩相鄰接收電極之感測單元之二維偵測向量之第一數位分量之第一分量差，例如i11 -i12 、i12 -i13 、…、i15 -i16 ，其他列亦同。亦即，Δi=It (n)-It (n+1)，其例如由該第一減法電路281於系統運作時所計算之目前分量差。
第十列的Δq為電容感測陣列發生碰觸時，兩兩相鄰接收電極之感測單元之二維偵測向量之第二數位分量之第二分量差，例如q11 -q12 、q12 -q13 、…、q15 -q16 ，其他列亦同。亦即，Δq=Qt (n)-Qt (n+1)，其例如由該第二減法電路282於系統運作時所計算之目前分量差。
第十一列的Δi'為該第一分量差Δi與該第一基值分量差Δibs 之減法運算，其例如由該第三減法電路283於系統運作時所計算。此運算主要是計算量測値與初始値的差異。該第一分量差Δi為目前偵測值而該第一基值分量差Δibs 暫存於該記憶元件29。必須說明的是，雖然表1顯示Δi'=Δi-Δibs ，然而其僅用以說明而非用以限定本發明說明。另一實施例中，Δi'=Δibs -Δi。此時，僅Δi'的符號相反而運算過程則類似。
第十二列的Δq'為該第二分量差Δq與該第二基值分量差Δqbs 之減法運算，其例如由該第四減法電路284於系統運作時所計算。此運算主要是計算量測値與初始値的差異。該第二分量差Δq為目前偵測值而該第二基值分量差Δqbs 暫存於該記憶元件29。必須說明的是，雖然表1顯示Δq'=Δq-Δqbs ，然而其僅用以說明而非用以限定本發明說明。另一實施例中，Δq'=Δqbs -Δq。此時，僅Δq'的符號相反而運算過程則類似。
第十三列為Δi'與Δq'的向量範數，由該處理單元14所計算。該向量範數的正負値則由二維向量(Δibs ,Δqbs )、(Δi,Δq)及(Δi',Δq')所共同決定。決定兩二維向量=(u1 ,u2 )及=(v1 ,v2 )差值的正負値的方式定義為函數sign(-)≣sign(×)=sign((u2 ×v1 )-(u1 ×v2 ));當sign((u2 ×v1 )-(u1 ×v2 ))大於0則為正而當sign((u2 ×v1 )-(u1 ×v2 ))小於0則為負。本實施例中，向量範數的正負値可由sign((Qnt (n+1)×Int (n))-(Int (n+1)×Qnt (n))與sign((Δqbs ×Δi)-(Δq×Δibs )所共同決定。
利用本實施例之差分偵測會出現向量範數的數目比接收電極的數目少一個的情形。因此，須調整第十三列所求得的向量範數以恢復為與接收電極的數目相同。首先，如第十四列所示將最後一個接收電極(例如S6 )的數值定為0。接著，從第十四列的最後一個値(即0)開始，加上第十三列的前一個値以得到累積和；亦即，0+(-851)=-851, (-851)+(-1531)=-2382, (-2382)+251=-2131, (-2131)+430=-1701以及(-1701)+453=-1248。
在因接觸所發生的接觸變化均為正數的假設下，向量範數應該大於等於0。一種實施例中，可將第十四列的累積和的最小值調整為0，接著將其他累積和同時進行調整則可得到第十五列的調整後向量範數。例如，此時將第十四列的每個累積和均加上2382，則可到第十五列的調整後向量範數。必須說明的是，計算調整後向量範數並不限於本發明說明中所舉出者，例如可將與第一個接收電極(例如S1 )相關的數值定為0，然後反向運算，只要能將第十三列的向量範數的數目恢復且使數值皆大於等於零即可，並無特定限制。
如前所述，由於電容感測陣列的各感測單元於發生碰觸時會有不同變化量，因此若相對不同感測單元設定不同的門檻值(如圖4的TH)，該處理單元14則可直接比較第十五列的調整後向量範數與相對各感測單元之門檻值，以判斷各感測單元之感測狀態。
某些實施例中，可進一步對該等調整後向量範數相對各感測單元進行補償，以使該處理單元14可比較第十七列之補償後向量範數與單一門檻值。
第十六列例如提供一種補償因子228 /(compensation factor)。接著，第十七列之補償後向量範數=(調整後向量範數×補償因子)/214 。可以瞭解的是，補償該等調整後向量範數的方式並不限於本發明說明中所舉出者。
最後，該處理單元14可將補償後向量範數與至少一預設門檻值比較，以判定碰觸事件以及碰觸位置。本實施例中，第十三列至第十七列之運算可由該處理單元14進行，且可以軟體及/或硬體實現。
請參照圖9所示，其為本發明說明第二實施例之電容觸控系統之運作方法之流程圖，包含下列步驟：於一電容感測陣列之一圖框期間之複數驅動時段的每一該等驅動時段並行地對複數驅動電極輸入編碼及調變後驅動信號(步驟S91)；於該圖框期間內依序偵測該電容感測陣列之複數接收電極，以相對每一該等接收電極分別產生一偵測矩陣(步驟S92)；解碼該等偵測矩陣以相對每一該等接收電極產生複數二維偵測向量，其中每一該等二維偵測向量具有一第一數位分量及一第二數位分量(步驟S93)；依序對該等接收電極中兩兩相鄰接收電極之該等二維偵測向量之第一數位分量進行減法運算以產生第一分量差(步驟S94)；以及依序對該等接收電極中兩兩相鄰接收電極之該等二維偵測向量之第二數位分量進行減法運算以產生第二分量差(步驟S95)。本運作方法已詳述於前，例如步驟S91係由驅動端2T所執行，而步驟S92~S95係由偵測端2R所執行。
例如在步驟S94及S95中，該第一減法電路281依序計算(i11 -i12 )、(i12 -i13 )、(i13 -i14 )…以得到第一分量差Δi；該第二減法電路282依序計算(q11 -q12 )、(q12 -q13 )、(q13 -q14 )…以得到第二分量差Δq，如表1所示，據以實現依序對該等接收電極中兩兩相鄰接收電極之該等二維偵測向量之數位分量進行減法運算。
在步驟S92中，如圖7及8所示，該等偵測矩陣Md係利用兩混和信號MX1 及MX2 調變偵測該等接收電極S1 ~Sn 之複數偵測信號y(t)以相對每一驅動時段K1 ~Kn 分別產生一對調變後偵測信號y1 (t)及y2 (t)，以及利用積分器132及132'累積相對每一驅動時段K1 ~Kn 之該對調變後偵測信號y1 (t)及y2 (t)所產生的。
該記憶元件29中則依序儲存(例如於初始化程序)有該等接收電極S1 ~Sn 中兩兩相鄰接收電極之該等二維偵測向量之第一基値分量之第一基値分量差Δibs ，以及依序儲存該等接收電極中兩兩相鄰接收電極之該等二維偵測向量之第二基値分量之第二基値分量差Δqbs ，如表1所示。
該第三減法電路283則計算該第一分量差Δi與該第一基值分量差Δibs 之一第三分量差Δi'。該第四減法電路284則計算該第二分量差Δq與該第二基值分量差Δqbs 之一第四分量差Δq'。
最後，該處理單元29則計算該第三分量差Δi'與該第四分量差Δq'之一向量範數，並相對每一感測單元均可求得一向量範數，亦即n×n個向量範數。該處理單元29並比較該等向量範數與至少一門檻值(如圖4所示)以判定碰觸事件。如前所述，該向量範數可被補償或不被補償，端視其應用而定。
雖然上述實施例僅以互容式觸控系統為例進行說明，然而本發明說明並不以此為限。更詳言之，當該等編碼及調變後驅動信號X1 (tk)~ Xn (tk)輸入至該等驅動電極D1 ~Dn 且該電容觸控系統用作為一互容式系統時，該第一接收電極及該第二接收電極為該等接收電極S1 ~Sn 中的兩者。當該等編碼及調變後驅動信號X1 (tk)~Xn (tk)輸入至該等驅動電極D1 ~Dn 且該電容觸控系統用作為一自容式系統時，該第一接收電極及該第二接收電極為該等驅動電極D1 ~Dn 中的兩者。
必須說明的是，雖然此處係以兩相鄰感測單元行中的兩相鄰感測單元(或兩相鄰接收電極)為例進行說明，然而其僅用以說明而非用以限定本發明說明。其他實施例中，所述兩感測單元(或兩接收電極)可彼此不相鄰而被至少一個其他的感測單元(或接收電極)所分隔。
如上所述，當電容式感測器應用於不同電子裝置時，會受到該電子裝置的雜訊干擾而降低偵測精確度。因此，本發明說明另提出一種電容觸控系統(圖7~8)及其運作方法(圖9)，其利用計算相鄰接收電極產生之偵測矩陣之數位分量的減法運算，以消除雜訊干擾而提高偵測精度。
雖然本發明已以前述實例揭示，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。
10‧‧‧感測單元
101、91‧‧‧第一電極
102、92‧‧‧第二電極
103‧‧‧耦合電容
11‧‧‧時序控制器
12、121~12n‧‧‧驅動電路
13、94、23‧‧‧偵測電路
130‧‧‧多工器
131、131'‧‧‧混合器
132、132'‧‧‧積分器
133、133'‧‧‧類比數位轉換單元
14‧‧‧處理單元
15‧‧‧濾波電路
2012~20n2‧‧‧感測單元
27、27'‧‧‧解碼模組
281~284‧‧‧減法電路
29‧‧‧記憶元件
93‧‧‧驅動電路
8‧‧‧導體
X(t)‧‧‧驅動信號
y(t)‧‧‧偵測信號
y1(t)、y2(t)‧‧‧調變後偵測信號
SW1~SWm、SWn‧‧‧開關元件
MX1、MX2‧‧‧混和信號
Md‧‧‧偵測矩陣
I、Q‧‧‧偵測向量之分量
D1~Dn‧‧‧驅動電極
S2‧‧‧接收電極
X1(tk)~Xn(tk)‧‧‧驅動信號
圖1A~1B為習知電容式感測器之示意圖。 圖2為本發明說明實施例之電容觸控感測裝置之方塊示意圖。 圖3A~3B為本發明說明某些實施例之電容觸控感測裝置之方塊示意圖。 圖4為根據本發明說明實施例之向量範數與門檻值之示意圖。 圖5為本發明說明實施例之電容觸控系統之示意圖。 圖6顯示本發明第一實施例之並行驅動電容觸控系統之各驅動時段中各頻道之驅動信號之示意圖。 圖7顯示本發明第一實施例之並行驅動電容觸控系統之示意圖。 圖8為本發明說明第二實施例之電容觸控系統之示意圖。 圖9為本發明說明第二實施例之電容觸控系統之運作方法之流程圖。
121~12n‧‧‧驅動電路
132、132'‧‧‧積分器
133‧‧‧類比數位轉換器
14‧‧‧處理單元
15‧‧‧濾波電路
2012~20n2‧‧‧感測單元
27、27'‧‧‧解碼模組
281~284‧‧‧減法電路
29‧‧‧記憶元件
y(t)‧‧‧偵測信號
yd(t)‧‧‧數位偵測信號
y1(t)、y2(t)‧‧‧調變後偵測信號
MX1、MX2‧‧‧混和信號
D1~Dn‧‧‧驅動電極
S2‧‧‧接收電極
X1(tk)~Xn(tk)‧‧‧驅動信號

Claims (20)

  1. 一種電容觸控系統，包含：一驅動電路，用以輸出一驅動信號；一電容感測陣列，包含複數感測單元行列式地排列；一編碼模組，相對每列該等感測單元對該驅動信號進行編碼，以輸出複數編碼後驅動信號；一調變模組，相對每列該等感測單元對該等編碼後驅動信號進行調變，以並行地輸出複數編碼及調變後驅動信號至每列該等感測單元；一偵測電路，耦接該電容感測陣列，用以根據每行該等感測單元之一偵測信號分別產生一偵測矩陣；一解碼模組，解碼該等偵測矩陣，以相對每一該等感測單元輸出一二維偵測向量；一第一減法電路，將該等感測單元中之一第一感測單元之該二維偵測向量之一第一數位分量與該等感測單元中之一第二感測單元之該二維偵測向量之一第一數位分量進行減法運算以產生一第一分量差；以及一第二減法電路，將該第一感測單元之該二維偵測向量之一第二數位分量與該第二感測單元之該二維偵測向量之一第二數位分量進行減法運算以產生一第二分量差。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電容觸控系統，其中，該偵測電路用以利用兩混和信號調變該偵測信號以產生一對調變後偵測信號；及累積該對調變後偵測信號以產生該偵測矩陣。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電容觸控系統，另包含一記憶元件用以儲存該電容感測陣列未被碰觸時，該第一感測單元之該二維偵測向量之一第一基值分量與該第二感測單元之該二維偵測向量之一第一基值分量之一第一基值分量差，以及該第一感測單元之該二維偵測向量之一第二基值分量與該第二感測單元之該二維偵測向量之一第二基值分量之一第二基值分量差。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電容觸控系統，另包含一第三減法電路、一第四減法電路及一處理單元，其中，該第三減法電路用以將該第一分量差與該第一基值分量差進行減法運算以產生一第三分量差，該第四減法電路用以將該第二分量差與該第二基值分量差進行減法運算以產生一第四分量差，且處理單元用以計算該第三分量差與該第四分量差之一向量範數。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電容觸控系統，其中，該第一感測單元及該第二感測單元為兩相鄰感測單元行中的兩相鄰感測單元。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電容觸控系統，其中，該編碼模組使用一哈達馬矩陣對該驅動信號進行編碼，該解碼模組使用該哈達馬矩陣之一反矩陣解碼該等偵測矩陣。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電容觸控系統，另包含一類比數位轉換單元耦接於該電容感測陣列與該偵測電路間，用以將該偵測信號轉換為一數位偵測信號。
  8. 一種電容觸控系統之運作方法，該電容觸控系統包含一電容感測陣列，該電容感測陣列包含複數驅動電極及複數接收電極，該運作方法包含：於該電容感測陣列之一圖框期間之複數驅動時段的每一該等驅動時段並行地對該等驅動電極輸入編碼及調變後驅動信號；於該圖框期間內依序偵測該電容感測陣列之該等接收電極，以相對每一該等接收電極分別產生一偵測矩陣；解碼該等偵測矩陣以相對每一該等接收電極產生複數二維偵測向量，其中每一該等二維偵測向量具有一第一數位分量及一第二數位分量；依序對該等接收電極中兩接收電極之該等二維偵測向量之第一數位分量進行減法運算以產生第一分量差；以及依序對該等接收電極中兩接收電極之該等二維偵測向量之第二數位分量進行減法運算以產生第二分量差。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之運作方法，另包含：調變偵測該等接收電極之複數偵測信號以分別產生一對調變後偵測信號；及累積該對調變後偵測信號以產生該等偵測矩陣。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之運作方法，當該電容感測陣列未被碰觸時，另包含：依序儲存該等接收電極中兩接收電極之該等二維偵測向量之第一基値分量之第一基値分量差；及依序儲存該等接收電極中兩接收電極之該等二維偵測向量之第二基値分量之第二基値分量差。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之運作方法，另包含：計算該第一分量差與該第一基值分量差之一第三分量差；及計算該第二分量差與該第二基值分量差之一第四分量差。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之運作方法，另包含：計算該第三分量差與該第四分量差之一向量範數。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之運作方法，其中，該等編碼及調變後驅動信號係使用一哈達馬矩陣進行編碼，該等偵測矩陣係使用該哈達馬矩陣之一反矩陣進行解碼。
  14. 一種電容觸控系統，包含：一電容感測陣列，包含複數驅動電極及複數接收電極；一驅動端，用以於該電容感測陣列之一圖框期間之複數驅動時段的每一該等驅動時段並行地對該等驅動電極輸入編碼及調變後驅動信號；一偵測電路，於該圖框期間內依序耦接該等接收電極之一第一接收電極及一第二接收電極，相對該第一接收電極產生一第一偵測矩陣並相對該第二接收電極產生一第二偵測矩陣；至少一解碼模組，解碼該第一偵測矩陣及該第二偵測矩陣，以相對該第一接收電極產生複數第一偵測向量並相對該第二接收電極產生複數第二偵測向量；一第一減法電路，將該等第一偵測向量與該等第二偵測向量之第一數位分量進行減法運算以產生一第一分量差；以及一第二減法電路，將該等第一偵測向量與該等第二偵測向量之第二數位分量進行減法運算以產生一第二分量差。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之電容觸控系統，其中，該電容觸控系統用作為一互容式系統，該第一接收電極及該第二接收電極為該等接收電極中的兩相鄰接收電極。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之電容觸控系統，其中，該電容觸控系統用作為一自容式系統，該第一接收電極及該第二接收電極為該等驅動電極中的兩者。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之電容觸控系統，另包含一記憶元件用以儲存該電容感測陣列未被碰觸時，該等第一偵測向量與該等第二偵測向量之第一基值分量之一第一基值分量差，以及該等第一偵測向量與該等第二偵測向量之第二基值分量之一第二基值分量差。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之電容觸控系統，另包含一第三減法電路及一第四減法電路，其中，該第三減法電路用以將該第一分量差與該第一基值分量差進行減法運算以產生一第三分量差，且該第四減法電路用以將該第二分量差與該第二基值分量差進行減法運算以產生一第四分量差。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之電容觸控系統，另包含一處理單元用以計算該第三分量差與該第四分量差之一向量範數。
  20. 如申請專利範圍第14項所述之電容觸控系統，其中，該等驅動時段之一數目等於該等驅動電極之一數目。
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