TW201832065A - 電容偵測方法及使用所述方法的電容偵測裝置 - Google Patents

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Abstract

一種電容偵測裝置，其具有面板、補償電容、開關單元以及輸出電壓調整單元。面板具有形成於其中的寄生電容以及用以與物體形成自電容的電極。補償電容用以與寄生電容以及自電容分享電荷以輸出偵測訊號，且偵測訊號可補償寄生電容所造成的影響。開關單元包括多個開關，多個開關用以被開啟或關閉以使補償電容可補償寄生電容所帶來的影響。輸出電壓調整單元與補償電容連接，並用以調整補償電容所輸出的偵測訊號的輸出範圍。

Description

電容偵測方法及使用所述方法的電容偵測裝置
相關申請的交叉引用：本發明於2017年2月23日提交的韓國專利申請No. 10-2017-0023972的優先權，所述韓國專利申請的全部內容透過引用的方式併入本發明中。
本發明是有關於一種電容偵測方法，尤指一種電容偵測方法以及使用所述電容偵測方法的電容偵測裝置。
近年來，用於觸控螢幕的感測方法主要包括電阻式感測方法、表面聲波感測方法以及電容式感測方法。由於電容式感測方法具有可多點觸控、較佳的耐用性與較佳的透光度等優點，因此當前趨向於採用電容式感測方法作為手持式電子設備主要的觸控輸入裝置。
當使用者觸碰電容式觸控面板，會造成電容感測器的電荷的變化，因此電容式觸控螢幕藉由偵測電容感測器的電荷改變，即可識別使用者的輸入。電容式觸控面板可根據電荷儲存方式分為自容式觸控面板以及互容式觸控面板。自容式觸控面板是由一導體形成一電容感測器以形成參考接地端以及於觸控面板外形成充電表面，而互容式觸控面板是以兩個導體於觸控面板形成相互電荷表面以作為一電容感測器。
典型的自容式觸控螢幕使用X/Y正交配置的導體。在此情況下，每個電容式感測器用以作為線感測器，因此無論觸控螢幕何時執行輸入偵測，都只從X線感測器組以及Y線感測器組提供一條X感測訊息以及一條Y感測訊息。因此，一般的自容式觸控螢幕能夠檢測並追蹤單次的觸控，但不支持多點觸控。互容式觸控螢幕亦使用X/Y正交配置的導體。然而，互容式觸控螢幕與自容式觸控螢幕不同的地方在於，每個電容感測器以柵格感測器的形式形成於對應的導體正交位置，因此當使用者於觸控面板的輸入被偵測到時，每一柵格感測器是獨立的進行響應並感測。由於每個柵格感測器對應不同的X/Y座標並提供獨立的響應結果，互容式觸控螢幕可以由一組X/Y柵格感測器感測且提供的一X/Y感測資訊組來擷取使用者輸入的訊息並追蹤使用者產生的多個觸碰。
雖然可藉由提高提供給面板的電壓來增強偵測靈敏度，以減少形成於面板的寄生電容的影響。然而，由於與面板透過介面連接的電路以低電壓來驅動，因此難以在提供高電壓時確保操作可靠性。為了使電路與面板透過介面連接時，在提供高電壓的情況下仍可保有其操作可靠性，所述電路應該具有高耐壓的特性，但此舉並不符合經濟效益。
因此，本發明實施例旨在解決上述問題，並允許將高電壓提供至面板以增強電容偵測靈敏度，並允許以低電壓操作的電路可與面板透過介面連接。
根據本發明的一目的，本發明實施例提供一電容偵測裝置，其包含面板、補償電容、開關單元以及輸出電壓調整單元。面板具有形成於其中的寄生電容以及與物體形成自電容的電極。補償電容配置於用以與寄生電容以及自電容分享電荷，並輸出可補償寄生電容所造成的影響的偵測訊號。開關單元具有多個開關，多個開關用以開啟或關閉以使補償電容對寄生電容所帶來的影響進行補償。輸出電壓調整單元與補償電容連接並用以調整補償電容輸出的偵測訊號的輸出範圍。
根據本發明的另一目的，本發明提供一種電容偵測方法，其步驟說明如下。首先，以第一電壓預充形成於面板內的寄生電容以及自電容，並以第二電壓預充補償電容。接著，電性連接自電容、寄生電容以及補償電容以彼此分享電荷。再來，提供偏移電壓至補償電容以調整補償電容輸出的訊號的範圍。最後，輸出位於範圍調整後的訊號。
本發明之說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。舉凡與實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。
本發明的用語說明如下。本發明的用語第一、第二等可以僅用於區分一個元件和另一個元件，因此本發明的權利範圍應不受用語所限制。 例如，第一元件可以被稱為第二元件，並且類似地，第二元件可以被稱為第一元件。
應該理解的是，當一個元件被稱為在另一個元件「上方」時，其可以直接在另一個元件上，或者在其間插入另一個元件。 另一方面，應該理解的是，當一個元件被稱為「在」另一元件「上」時，它們之間不存在中間元件。 此外，描述元件之間關係的其他表述應該以相同的方式解釋（例如，「插入」與「直接插入」，「在...之間」與「直接在...之間」，「相鄰」與「直接相鄰」等）。
於本文中，單數形式包括複數形式，除非上下文另有明確指示。 應該進一步理解的是，如本文所使用的用語「包括」、「包括」或「具有」用以指明所述特徵、數字、步驟、操作、元件、組件或其組合的存在，但不排除一個或多個其他特徵、數字、步驟、操作、元素、組件或其組合的存在或增加。
於本文中，除非特別說明順序，否則這些步驟可以以不同的順序執行。 也就是說，各個步驟可以以與所描述的相同的順序、大致上同時或以相反的順序執行。
為了便於描述，在本發明的實施例中涉及的附圖在尺寸，高度，厚度等方面被有意放大，但是附圖的比例沒有放大或縮小。 而且，附圖中示出的任何元件可以有意地縮小，或者可以有意放大其他元件。
除非另外定義，否則本文使用的所有用語與本發明所屬技術領域之通常知識者所理解的具有相同的含義。通常使用的用語，例如辭典中定義的用語，應該被解釋為與本領域中的上下文含義相匹配。在本說明書中，除非明確定義，否則用語不被理想地或過度地解釋為具有正式的含義。
在本發明中，被使用者用來提供輸入資訊或指令至面板的實體被定義為物體。所述物體為可觸碰或懸停於面板100上方以改變電容值的實體，例如為手、手掌或手寫筆。然而所舉例子僅用以說明所述物體，而非用以限定物體的實現方式。因此臉頰、腳趾或其他實體亦可做為所述物體。
以下文中將參照圖式說明本發明的實施例。圖1為根據本發明實施例的觸控偵測裝置1的電路圖的示意圖。圖2為根據本發明實施例的觸控偵測方法的流程圖的示意圖。請參照圖1以及圖2，根據本發明實施例的觸控偵測裝置1包括面板100、補償電容CC 、開關單元200以及輸出電壓調整單元300。面板100具有寄生電容CP 以及電極E，其中寄生電容CP 形成於面板100中，且電極E用以與物體O形成自電容CS 。補償電容CC 用以與寄生電容CP 以及自電容CS 分享電荷以輸出偵測訊號，其中偵測訊號可補償寄生電容CP 所造成的影響。開關單元200包含多個開關，其中多個開關是用以被開啟以閉合或被關閉以斷開以使補償電容CC 可補償寄生電容CP 所造成的影響。輸出電壓調整單元300與補償電容CC 連接，並用以調整補償電容CC 所輸出的偵測訊號的輸出範圍。
根據本發明實施例的觸控偵測方法包括以下步驟。首先，使形成於面板100內的寄生電容CP 以及自電容CS 以第一電壓進行預充，且使補償電容CC 以第二電壓進行預充(S100)。接著，使寄生電容CP 、自電容CS 以及補償電容CC 彼此電性連接以分享電荷(S200)。再來，提供偏移電壓至補償電容CC 以調整補償電容CC 輸出的偵測訊號的範圍(S300)。最後，輸出由電荷分享步驟產生的偵測訊號(S300)。
面板100包含至少一電極E，其中電極E作為自電容CS 的一電極，且物體O作為自電容CS 的另一電極。
於一實施例中，實際的面板100具有多個電容，例如形成於接地電壓以及多個電極之間的寄生電容或相鄰的電極之間形成的寄生電容等。在下文所提的寄生電容CP 為形成於電極E的所有寄生電容的等效寄生電容，其中電極E用以與物體O形成自電容CS 。
面板100的電極E形成自電容CS 的一電極，且物體O形成自電容CS 的另一電極。物體O電性連接接地電壓，且自電容CS 與寄生電容CP 並聯。由開關單元200來看的等效電容值為自電容CS 與寄生電容CP 並聯所得到的電容值CP + CS 。 方程式1
其中C為電容值，A為電極的面積，d為電極之間的距離，且為介電常數。
請參照方程式1，方程式1是用以計算電容的電容值，由方程式1可看出自電容CS 的電容值的變化是取決於物體O以及電極E之間分離的距離。因此當自電容CS 的電容值大於或等於一特定值，代表物體O以及電極E之間距離低於另一特定值，即面板100被物體O觸碰並產生觸碰輸入。
請再參閱圖1，開關單元200具有第一預充開關SWpc1、第二預充開關SWpc2、電荷分享開關SWcs以及輸出開關SWo。第一預充開關SWpc1用以於開啟時預充自電容CS 以及寄生電容CP 。第二預充開關SWpc2用以於開啟時預充補償電容CC 。電荷分享開關SWcs用以於開啟時使自電容CS 、寄生電容CP 以及補償電容CC 之間彼此分享電荷。輸出開關SWo用以於開啟時提供補償電容CC 輸出的偵測訊號。於圖1所示的實施例中，開關單元200更具有第三預充開關SWpc3，第三預充開關SWpc3是用以在預充步驟(請參閱圖5)時提供連接補償電容CC 以及接地電壓的預充路徑。在其他的實施例中，輸出電壓調整單元300可提供用以連接補償電容CC 以及接地電壓的預充路徑。
用以預充自電容CS 以及寄生電容CP 的第一電壓V1以及用以預充補償電容CC 的第二電壓V2是由控制單元500來控制。舉例來說，在第一階段P1的預充步驟(請參照圖5)，控制單元500提供驅動電壓Vdd作為第一電壓V1並提供接地電壓Vgnd作為第二電壓V2。在第二階段P2的預充步驟(請參照圖5)，控制單元500提供接地電壓Vgnd作為第一電壓V1並提供驅動電壓Vdd作為第二電壓V2。
圖3為輸出電壓調整單元300的實施例示意圖。請參閱圖3(a)的實施例，輸出電壓調整單元300包含偏移電容Coffset以及偏移開關SWoffset，其中偏移電容Coffset用以與補償電容CC 分享電荷，偏移開關SWoffset用以使補償電容CC 與偏移電容Coffset電性連接或不電性連接。
在一實施例中，偏移電容Coffset可被偏移電壓Voffset預充，且當偏移開關SWoffset為開啟且電性連接至補償電容CC ，補償電容CC 與偏移電容Coffset會彼此分享電荷以增加或減少補償電容CC 輸出的偵測訊號的電壓。
藉由開啟反相偏移開關SWoffsetB，偏移電容Coffset可被偏移電壓Voffset預充，其中反相偏移開關SWoffsetB被偏移開關SWoffset的偏移訊號的反訊號所驅動。當偏移開關SWoffset被開啟，偏移電容Coffset與補償電容CC 為串聯，且偏移電容Coffset與補償電容CC 彼此分享電荷以調整節點a的電壓Va(請參照圖1)。
在一實施例中，提供給偏移電容Coffset的偏移電壓Voffset的電壓值的範圍在接地電壓與驅動電壓Vdd之間的任一電壓值。在另一個實施例中，提供給偏移電容Coffset的偏移電壓Voffset可以為負電壓，其中負電壓是由接地電壓與驅動電壓Vdd之間的任一電壓值進行反相所得到。
當偏移開關SWoffset為開啟，補償電容CC 與偏移電容Coffset彼此分享電荷以調整補償電容CC 輸出的電壓。
請參考圖3(b)的實施例，輸出電壓調整單元300包含偏移電容Coffset以及偏移開關SWoffset，其中偏移電容Coffset與補償電容CC 並聯並與補償電容CC 分享電荷，偏移開關SWoffset用以使補償電容CC 與偏移電容Coffset彼此電性連接或不電性連接。在一實施例中，偏移電容Coffset可被一電壓預充，此電壓為偏移電壓Voffset1以及Voffset2之間的電壓差。因此當偏移開關SWoffset為開啟且電性連接至補償電容CC ，補償電容CC 與偏移電容Coffset會彼此分享電荷以增加或減少補償電容CC 輸出的電壓。
反相偏移開關SWoffsetB被訊號驅動並開啟，所述訊號是將提供至偏移開關SWoffset的偏移訊號進行反相來得到，反相偏移開關SWoffsetB用以提供偏移電壓Voffset1至偏移電容Coffset的一端，以及提供偏移電壓Voffset2至偏移電容Coffset的另一端。在此例中，偏移電容Coffset以一電壓預充，此電壓的電壓值範圍於偏移電壓Voffset1以及偏移電壓Voffset2之間。當偏移開關SWoffset開啟，偏移電容Coffset與補償電容CC 並聯且彼此分享電荷以調整節點a的電壓。
在一實施例中，用以對偏移電容Coffset充電的偏移電壓的範圍為接地電壓Vgnd以及驅動電壓Vdd之間的所有電壓。在其他實施例中，提供給偏移電容Coffset的偏移電壓Voffset可以為負電壓，其中負電壓是由接地電壓Vgnd與驅動電壓Vdd之間的任一電壓值進行反相所得到。
當偏移開關SWoffset開啟，補償電容CC 與偏移電容Coffset彼此分享電荷以調整補償電容CC 輸出的偵測訊號的電壓。
請參照圖3(c)的實施例，輸出電壓調整單元300包含偏移電壓提供單元310以及偏移開關SWoffset。偏移電壓提供單元310用以提供偏移電壓Voffset至補償電容CC 的一端。偏移開關SWoffset用以使偏移電壓提供單元310與補償電容CC 連接或不連接。
在一實施例中，當一電壓充入補償電容CC 或從補償電容CC 放電時，偏移開關SWoffset為閉合以增加偏移電壓至形成於補償電容CC 中的電壓並使補償電容CC 輸出加入偏移電壓的電壓。偏移電壓提供單元310所提供的偏移電壓Voffset可為正電壓以增加補償電容CC 輸出的電壓。在另一實施例中，偏移電壓提供單元310所提供的偏移電壓Voffset可為負電壓以減少補償電容CC 輸出的電壓。
圖4為訊號轉換單元400的實施例方塊圖。請參照圖4(a)，訊號轉換單元400包括電荷放大器410，其中電荷放大器410接收可補償寄生電容CP 所產生的影響的偵測訊號，且對接收的偵測訊號進行積分並輸出積分後的偵測訊號Vout(透過設置的回授電容Cf，而具有積分功能)。電荷放大器包含回授電容Cf以及重置開關SWf，回授電容Cf與輸出端以及反相輸入端連接。重置開關SWf用以刷新充電至回授電容Cf中的電荷。
於圖4(b)所示的實施例中，訊號轉換單元400將補償電容CC 提供的偵測訊號轉換並輸出為偽差動訊號。訊號轉換單元400包含電荷放大器410以及延遲單元420，其中電荷放大器410用以積分並輸出補償電容CC 提供的偵測訊號，延遲單元420用以延遲並輸出電荷放大器410的輸出訊號。
補償電容CC 提供偵測訊號至電荷放大器410，電荷放大器410用以將偵測訊號累計後再輸出累計後的偵測訊號。延遲單元420是用以保留並直到電荷放大器輸出訊號VoutB才輸出電荷放大器140提供的訊號。訊號轉換單元400於第一階段P1(圖5所示)所維持且輸出的訊號Vout與訊號轉換單元400於第二階段P2(圖5所示)輸出的訊號VoutB彼此互補。然而，於第一階段P1執行以產生訊號Vout的電荷分享程序以及於第二階段P2執行以產生訊號VoutB的電荷分享程序於不同的時間點執行，因此訊號Vout以及VoutB為偽差動訊號。
在一實施例中，訊號轉換單元400可更具有一放大器(未繪示)，且根據本發明實施例的觸控偵測裝置1可更具有一類比數位轉換器(analog-to-digital converter, ADC)(未繪示)，類比數位轉換器配置於用來接收訊號轉換單元400輸出的一對訊號Vout以及VoutB，並將此對訊號轉換為一數位訊號。
因此，圖1所示的控制單元500用以控制開關單元200中的多個開關、輸出電壓調整單元300以及訊號轉換單元400。在一實施例中，開關單元200中的第一預充開關SWpc1、第二預充開關SWpc2以及第三預充開關SWpc3、電荷分享開關SWcs、輸出開關SWo以及訊號轉換單元400中的重置開關SWf根據控制單元500所提供的控制訊號Spc1、Spc2、Spc3、Scs、So、Soffset以及Sf來開啟或關閉。
控制單元500控制作為第一電壓V1以及第二電壓V2的電壓。在一實施例中，控制單元500可提供驅動電壓Vdd作為第一電壓V1並提供接地電壓Vgnd作為第二電壓V2。在另一實施例中，控制單元500可提供接地電壓Vgnd作為第一電壓V1並提供驅動電壓Vdd作為第二電壓V2。
在此，根據本發明的實施例的電容偵測裝置的運作方法將配合圖5至圖12來說明。圖5為根據本發明的實施例的電容偵測裝置的時序示意圖，圖6至圖12為本發明實施例的電容偵測裝置於不同階段的等效電路示意圖。
以下將說明電容偵測裝置1以偽差動訊號輸出為電容偵測結果的實施例，且以下內容僅用以說明實施例，並非用以限制本發明。電容偵測裝置1可以單端點(single-ended)訊號輸出電容偵測結果。
請參照圖5，於一實施例中，電容偵測程序包括第一階段P1以及第二階段P2。第一階段P1包括預充 (pre-charging, pc) 步驟、電荷分享 (charge sharing, cs) 步驟以及輸出(output)步驟，且第二階段P2包括預充 (pc) 步驟 、電荷分享 (cs) 步驟、輸出電壓調整 (output voltage, oc) 步驟以及輸出(output)步驟。在另一未繪示的實施例中，第一階段以及第二階段可皆包括預充 (pc) 步驟、電荷分享(cs) 步驟 、 輸出電壓調整(oc)步驟以及輸出(output)步驟。根據另一未繪示的實施例，第一階段P1以及第二階段P2可皆包括預充 (pc)步驟、電荷分享(cs)步驟以及輸出(output)步驟。
於圖5所示的實施例中，當第一階段P1結束時，第二階段P2緊接著執行。然第二階段P2可在第一階段P1結束後的一預定延遲時間再被執行。且第二階段P2可被解釋為於第一階段P1結束後才執行，然第一階段P1亦可於第二階段P2結束後才執行。
圖6為操作於第一階段P1的預充(pc)步驟的等效電路圖。請參照圖5以及圖6，於第一階段P1的預充(pc)步驟時，控制單元500提供驅動電壓Vdd作為第一電壓V1、提供接地電壓Vgnd作為第二電壓V2以及提供預充訊號Spc1、Spc2以及Spc3，因此物體O與電極E形成自電容CS ，且寄生電容CP 被驅動電壓Vdd預充，補償電容CC 被接地電壓Vgnd預充。
於圖6所示的實施例中，在預充(pc)步驟時，預充開關SWpc3為閉合以形成補償電容CC 的預充路徑。在未示於圖6的一實施例中，控制單元500可控制輸出電壓調整單元300中的偏移電壓以及偏移開關以形成補償電容CC 的預充路徑。在預充(pc)步驟時，於補償電容CC 的輸出節點的電壓Va等於接地電壓Vgnd。
圖7為操作第一階段P1的電荷分享(cs)步驟的等效電路圖。請參照圖5以及圖7，於第一階段P1的電荷分享(cs)步驟，控制單元500提供電荷分享訊號SCS，因此寄生電容CP 、自電容CS 以及補償電容CC 可彼此分享電荷。由於預充開關SWPC1以及SWPC2為斷開，作為第一電壓V1以及第二電壓V2的多個電壓彼此不相關。
於圖7的電荷分享(cs)步驟的一實施例中，預充開關SWPC3為開啟以提供寄生電容CP 、自電容CS 以及補償電容CC 彼此分享電荷的路徑。在未示例於圖7的一實施例中，控制單元500可控制輸出電壓調整單元300中的偏移電壓以及偏移開關以形成電荷分享路徑。
彼此並聯的寄生電容CP 、自電容CS 以及補償電容CC 可因為電荷分享而具有相同的電壓。根據第一階段P1執行的的電荷分享步驟所形成的節點a的電壓Va大於接地電壓Vgnd並小於驅動電壓Vdd。電壓Va可以以下方程式2來表示： 方程式2
圖8為操作第一階段P1的輸出(output)步驟的等效電路圖。請參照圖5以及圖8，補償電容CC 藉由輸出開關SWo提供輸出電壓Va至電荷放大器410。補償電容CC 提供的輸出電壓與方程式2所示的電壓相同。
於第一階段P1的輸出步驟，控制單元500使電荷分享開關SWCS為斷開且執行對應的控制，以使得寄生電容CP 、自電容CS 以及補償電容CC 彼此不電性連接，且控制單元500提供訊號以使輸出開關SWo為開啟。且由於預充開關SWpc1以及SWpc2為斷開，作為第一電壓V1以及第二電壓V2的多個電壓彼此不相關。
如圖8所示的實施例，於輸出(output)步驟，預充開關SWpc3可被開啟以提供接地電壓Vgnd至補償電容CC 的一端。於未示於圖8的一實施例中，控制單元500可控制輸出電壓調整單元300中的偏移電壓以及偏移開關以提供接地電壓至補償電容CC 的一端。
藉由斷開電荷分享開關SWcs，可隔離由面板100引入至感測電路單元的雜訊，因此可增強輸出訊號Va的訊噪比(signal-to-noise ratio, SNR)。
當補償電容CC 的電容值與寄生電容CP 與自電容CS 的電容值的總和之間的比值為特定值N，輸出節點a於第一階段P1的電壓Va可以以下方程式3來表示： 方程式3
因此，當補償電容CC 的電容值大於自電容CS 的電容值與寄生電容CP 的電容值的總和的兩倍，於第一階段時的輸出節點a的電壓Va可被計算出為驅動電壓Vdd的1/3倍。
圖9為用以說明第二階段P2的預充(pc)步驟的等效電路圖。請參照圖5以及圖9，在第二階段P2的預充(pc)步驟，控制單元500提供接地電壓Vgnd作為第一電壓V1、提供驅動電壓Vdd作為第二電壓V2且提供預充訊號Spc1、Spc2以及Spc3。因此自電容CS 與寄生電容CP 被接地電壓Vgnd預充，補償電容CC 被驅動電壓Vdd預充。
在未示例於圖9的一實施例中，控制單元500控制輸出電壓調整單元300中的偏移電壓以及偏移開關以形成補償電容CC 的預充路徑。於預充(pc)步驟中，輸出節點a的電壓Va等於驅動電壓Vdd。
圖10為第二階段P2的電荷分享(cs)步驟的等效電路。請參照圖5以及圖10，於第二階段P2的電荷分享(cs)步驟，控制單元500提供電荷分享訊號Scs以開啟電荷分享開關SWcs，因此寄生電容CP 、自電容CS 以及補償電容CC 可以彼此分享電荷。由於預充開關SWpc1以及SWpc2為斷開，作為第一電壓V1以及第二電壓V2的多個電壓彼此不相關，且預充開關SWpc3可為開啟。
彼此並聯的寄生電容CP 、自電容CS 以及補償電容CC 因為電荷分享而具有相同的電壓，輸出節點a藉由執行電荷分享而形成的電壓Va大於接地電壓Vgnd且小於驅動電壓Vdd。 輸出電壓Va可以以下方程式4來表示： 方程式4
圖11為第二階段P2於輸出電壓調整(oc)步驟的等效電路圖的示意圖。請參照圖5以及圖11，於第二階段P2的輸出電壓調整(oc)步驟，控制單元500控制輸出電壓調整單元300以調整補償電容CC 輸出的訊號的範圍。如圖5所示，執行第二階段P2的電荷分享(cs)步驟所得到的電壓Va可能與訊號轉換單元400的輸入動態範圍Vdr不相符。然而，輸出電壓Va可藉由執行輸出電壓調整(oc)步驟而轉換為目標電壓準位。
請參照圖11所示的實施例，控制單元500開啟偏移開關SWoffset，因此偏移電壓提供單元310可提供偏移電壓Voffset至補償電容CC 的另一端。舉例來說，當偏移電壓提供單元310提供一負電壓至補償電容CC 的一端，輸出訊號可能藉由降低補償電容CC 輸出的輸出訊號Va的電壓來被調整。在一實施例中，輸出電壓可以藉由調整偏移電壓Voffset來被調整。
如圖3(a)以及圖3(b)所示的實施例，控制單元500開啟偏移開關SWoffset，因此偏移電容Coffset以及補償電容CC 可彼此分享電荷。當偏移電容Coffset以及補償電容CC 彼此分享電荷，補償電容CC 所充的電荷量會被改變，且補償電容CC 輸出的電壓Va也會改變。因此，調整輸出電壓Va的範圍是可行的。在一實施例中，輸出電壓的範圍可以根據動態範圍Vdr調整偏移電壓Voffset和/或偏移電容Coffset的電容值而被調整。
為了增強自電容Cs的電容偵測靈敏度，用來預充寄生電容CP 、自電容CS 或補償電容CC 且形成於面板100的驅動電壓Vdd的電壓值高於數倍的電壓Vdd,LOW，其中電壓Vdd,LOW用以提供至訊號轉換單元400以作為驅動電壓。訊號轉換單元400可為由多個主動元件以及多個被動元件以高密度集成的積體電路。訊號轉換單元400由電壓Vdd,LOW來驅動，電壓Vdd,LOW小於驅動電壓Vdd以得到低功率消耗以及高集成度，因此訊號轉換單元400具有窄於接地電壓Vgnd與驅動電壓Vdd之間的電壓差的輸入動態範圍。
如圖5所示，於第二階段P2電荷分享(cs)步驟得到的輸出節點a的電壓Va超過訊號轉換單元400的輸入動態範圍Vdr。因此，若欲將輸出訊號Va直接提供至訊號轉換單元400，訊號轉換單元400應該為高耐壓的裝置才不會因為驅動電壓Vdd而損壞。然而，為了使訊號轉換單元400為高耐壓的裝置，其對應的晶片的大小將不符合經濟效益。
但是，根據本發明實施例所執行的輸出電壓調整(oc)步驟，補償電容CC 輸出的輸出訊號Va的範圍是可以被調整的。因此，訊號轉換單元400不需要為大型高耐壓裝置。此外，驅動電壓Vdd可以被增加。藉此，電容偵測靈敏度以及訊噪比(SNR)是可以根據驅動電壓Vdd的增加而增強的，且訊號轉換單元400的晶片大小會因為不需要形成大型高耐壓裝置而符合經濟效益。
圖12為第二階段P2的輸出(output)步驟的等效電路圖。請參照圖5跟圖12，補償電容CC 藉由輸出開關SWo提供輸出電壓Va至電荷放大器410。如圖5所示，補償電容CC 於輸出步驟所提供的輸出訊號Va位於電荷放大器410的輸入動態範圍Vdr的範圍內。電荷放大器410接收補償電容CC 所提供的輸出電壓Va，累計接收的輸出電壓Va，且輸出累計的訊號。
如第一階段P1的輸出(output)步驟，電荷分享開關SWcs被關閉，因此可如前述的隔離由面板引入內部電路的雜訊。
如圖5實施例所示，輸出電壓調整(oc)步驟以及輸出(output)步驟可以被連續的被執行。在一實施例中，當偏移電容Coffset(請參照圖3(a)以及圖3(b))以及補償電容CC 彼此分享電荷以調整輸出電壓，輸出電壓調整(oc)步驟以及輸出(output)步驟可被接續的被執行。
在其他的實施例中，輸出電壓調整(oc)步驟以及輸出(output)步驟可同時執行。在一實施例中，如圖11所說明的輸出電壓調整(oc)步驟，當偏移電壓提供至偏移電壓提供單元310以調整輸出電壓，輸出電壓調整(oc)步驟以及輸出(output)步驟同時被執行。
如上述的方程式4，當補償電容CC 的電容值與寄生電容CP 以及自電容CS 的電容值的總和的比值為特定值N，方程式4可以表示為以下的方程式5： 方程式5
當N=2，輸出節點的電壓為驅動電壓的2/3倍。
在方程式3，當補償電容CC 的電容值與寄生電容CP 以及自電容CS 的電容值的總和的比值為特定值N，例如N=2，可以看出輸出節點的電壓Va為驅動電壓的1/3倍。由方程式5可以看出，當N=2，輸出節點的電壓Va為驅動電壓的2/3倍。因此，由方程式3以及方程式5，可以看出補償電容CC 於第一階段P1輸出的輸出電壓互補於補償電容CC 於第二階段P2輸出的輸出電壓。
在一實施例中，於第一階段P1的輸出步驟，電荷放大器410接收並放大補償電容CC 輸出的訊號，且將放大的訊號提供至延遲單元420。此外於第二階段P2的輸出步驟，電荷放大器410接收並放大補償電容CC 輸出的訊號，且輸出放大的訊號作為VoutB。延遲單元420對訊號進行取樣並延遲，且當電荷放大器410提供訊號VoutB，延遲單元420輸出訊號Vout。
訊號Vout與VoutB為被同一個放大器放大的訊號，並彼此互相補償。然而，訊號Vout與VoutB為不同時間的訊號的組合，因此具有偽差動訊號的關係。
根據本發明的實施例，可以藉由提供高驅動電壓至面板來增強電容偵測靈敏度，且可藉由以低電壓運作的電路來增強訊噪比。此外，由於藉由兩個電荷分享階段來形成偽差動訊號組，因此可減少被引入的雜訊強度，且可藉由減少電荷分享階段間的時間區間來減少被引入的雜訊量。
根據本發明的實施例，可藉由高電壓驅動所述驅動電容偵測裝置增強感測靈敏度，且可以調整補償電容所輸出的偵測訊號的範圍來以低電壓驅動電路。
本發明的實施例與所附圖式僅用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧觸控偵測裝置
100‧‧‧面板
200‧‧‧開關單元
300‧‧‧輸出電壓調整單元
310‧‧‧偏移電壓提供單元
400‧‧‧訊號轉換單元
410‧‧‧電荷放大器
420‧‧‧延遲單元
500‧‧‧控制單元
O‧‧‧物體
CS‧‧‧自電容
CP‧‧‧寄生電容
CC‧‧‧補償電容
Coffset‧‧‧偏移電容
Cf‧‧‧回授電容
E‧‧‧電極
V1‧‧‧第一電壓
V2‧‧‧第二電壓
Va、Vdd,LOW‧‧‧電壓
Vout、VoutB‧‧‧訊號
Voffset、Voffset1、Voffset2‧‧‧偏移電壓
Vdd‧‧‧驅動電壓
Vgnd‧‧‧接地電壓
Vdr‧‧‧輸入動態範圍
SWpc1、SWpc2、SWpc3‧‧‧預充開關
SWcs‧‧‧電荷分享開關
SWo‧‧‧輸出開關
SWoffset‧‧‧偏移開關
SWoffsetB‧‧‧反相偏移開關
SWf‧‧‧重置開關
Spc1、Spc2、Spc3、Scs、So、Soffset、Sf‧‧‧控制訊號
P1‧‧‧第一階段
P2‧‧‧第二階段
pc‧‧‧預充
cs‧‧‧電荷分享
oc‧‧‧輸出電壓調整
output‧‧‧輸出
a‧‧‧節點
S100、S200、S300‧‧‧步驟
對於本領域之通常知識者來說，在閱讀以下各個附圖和附圖中所示的較佳實施例的詳細描述後，本發明的這些和其它目的將無疑將變得顯而易見。 圖1為根據本發明實施例之觸控偵測裝置的電路示意圖。 圖2為根據本發明實施例之觸控偵測方法的步驟流程示意圖。 圖3為根據本發明實施例之輸出電壓調整單元的一實施例的示意圖。 圖4為根據本發明實施例之訊號轉換單元的一實施例的方塊圖。 圖5為根據本發明實施例之電容偵測裝置的時序示意圖。 圖6至圖12為根據本發明實施例的電容偵測裝置於不同階段的等效電路圖。

Claims (16)

  1. 一種電容偵測裝置，其包含： 一面板，具有一寄生電容以及一電極，該寄生電容形成於該面板中，該電極用以與一物體形成一自電容； 一補償電容，配置於用來與該寄生電容以及該自電容分享電荷以輸出一偵測訊號； 一開關單元，其包括用以開啟或關閉的多個開關，使該補償電容可補償該寄生電容的影響；以及 一輸出電壓調整單元，與該補償電容連接，配置於用來調整該補償電容輸出的該偵測訊號的一電壓的一輸出範圍。
  2. 如請求項1所述的電容偵測裝置，其中該開關單元被開啟或關閉以使該寄生電容、該面板的該自電容以及該補償電容被不同的電壓預充，且使預充的該寄生電容、該自電容以及該補償電容彼此分享電荷。
  3. 如請求項2所述的電容偵測裝置，其中該開關單元包含： 一第一預充開關，用以被開啟並以一第一電壓預充該自電容以及該寄生電容； 一第二預充開關，用以被開啟以一第二電壓預充該補償電容；以及 一電荷分享開關，用以被開啟以使該寄生電容、該自電容以及該補償電容以彼此分享電荷。
  4. 如請求項1所述的電容偵測裝置，其中當補償電容輸出該偵測訊號，該開關單元使該面板與該補償電容彼此不電性連接。
  5. 如請求項1所述的電容偵測裝置，其中該輸出電壓調整單元包含： 一偏移電壓提供單元，配置於用以提供一偏移電壓至該補償電容的一電極；以及 一輸出電壓調整開關，連接於該補償電容的該一電極以及該偏移電壓提供單元之間。
  6. 如請求項1所述的電容偵測裝置，其中該輸出電壓調整單元包含： 一偏移電容，配置於用以與該補償電容分享電荷以調整該偵測訊號的該輸出範圍；以及 一輸出電壓調整開關，連接於該補償電容的一電極以及該偏移電容之間。
  7. 如請求項1所述的電容偵測裝置，該電容偵測裝置更包括： 一控制單元，配置於用以控制該開關單元。
  8. 如請求項1所述的電容偵測裝置，該電容偵測裝置更包括： 一訊號轉換單元，配置於用以接收該偵測訊號並將接收的該偵測訊號轉換為一偽差動訊號。
  9. 如請求項1所述的電容偵測裝置，該電容偵測裝置更包括： 一訊號轉換單元，配置於用以接收該偵測訊號並將接收的該偵測訊號轉換為一電壓訊號。
  10. 一種電容偵測方法，其包含： 以一第一電壓預充形成於一面板內的一寄生電容以及一自電容，且以一第二電壓預充一補償電容； 使該寄生電容、該自電容以及該補償電容彼此電性連接並分享電荷； 提供一偏移電壓至該補償電容以調整該補償電容輸出的一偵測訊號的一電壓的一範圍；以及 輸出具有被調整的範圍的該偵測訊號。
  11. 如請求項10所述的電容偵測方法，其中輸出該偵測訊號的步驟包含： 當該補償電容輸出該偵測訊號，使該面板與該補償電容彼此電性連接。
  12. 如請求項10所述的電容偵測方法，其中輸出該偵測訊號的步驟包括： 連接一偏移電容與該補償電容的一端以調整該偵測訊號的該範圍，並輸出具有被調整的該範圍的該偵測訊號。
  13. 如請求項10所述的電容偵測方法，其中輸出該偵測訊號包括： 連接一偏移電壓提供單元與該補償電容的一端以調整該偵測訊號的該範圍，並輸出具有被調整的該範圍的該偵測訊號。
  14. 如請求項10所述的電容偵測方法，其更包括： 以該第二電壓預充該寄生電容以及該自電容，且以該第一電壓預充該補償電容； 電性連接該自電容、該寄生電容以及該補償電容以彼此分享電荷；以及 輸出於該電荷分享步驟形成的一反相偵測訊號。
  15. 如請求項14所述的電容偵測方法，其更包括： 以該偵測訊號以及該反相偵測訊號形成一偽差動偵測訊號。
  16. 如請求項10所述的電容偵測方法，其中提供該偏移電壓至該補償電容以調整該補償電容輸出的該偵測訊號的該範圍以及輸出具有該範圍的該偵測訊號為同時執行。
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