TW202029655A

TW202029655A - 具有自校準功能的電容式觸摸檢測裝置

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Publication number: TW202029655A
Application number: TW108106903A
Authority: TW
Inventors: 傅胡葉; 董劍; 彭作輝; 齊玉祥; 葉豐橋
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2020-08-01
Also published as: CN111488083A; TWI677196B; US10996801B2; US20200241665A1; CN111488083B

Abstract

本發明揭露一種電容式觸摸檢測裝置包含一採樣電路與一檢測與校準電路。該採樣電路執行下列步驟：於一時鐘信號為一第一準位時充電一電容，在一觸摸事件存在時該電容的電容值為一第一電容值，在該觸摸事件不存在時該電容的電容值為一第二電容值，該第一電容值大於該第二電容值，該第一電容值相關於一自電容與一觸摸電容，該第二電容值與該觸摸電容無關；於該時鐘信號的一準位轉變期間時採樣該電容所決定的一電容電壓，以產生一採樣值；以及於該時鐘信號為一第二準位時，放電該電容。該檢測與校準電路依據該採樣值判斷一觸摸條件是否被滿足以決定該觸摸事件是否存在，並依據該採樣值判斷一校準條件是否被滿足以決定是否校準至少一參數。

Description

具有自校準功能的電容式觸摸檢測裝置

本發明是關於觸摸檢測裝置，尤其是關於電容式觸摸檢測裝置。

電容式觸摸按鍵一般採用PCB直接製作的方式直接繪製於PCB板上。根據不同的PCB介質，在PCB板的觸摸焊盤與四周GND信號或者GND平面會形成一個自電容C_P ，在無觸摸事件發生時，該自電容被稱為基線電容。當人手觸摸按鍵時，由於人或者觸摸物體與觸摸按鍵表面接觸時改變了原有的電場，從而改變了原有的電容，人手觸摸引起的電容稱為C_F ，此時觸摸按鍵自電容為C_S ，C_S =C_P +C_F _。電容式觸摸按鍵檢測技術，就是通過檢測觸摸按鍵自電容的變化來判斷觸摸事件的發生與否。

現有的觸摸按鍵電容變化檢測有多種檢測方法，包含利用張弛振盪器（Relaxation Oscillator）原理的方法、通過向觸摸按鍵發送電壓脈衝以獲取對應觸摸按鍵電容的充電電流的方法、採用三頻連續掃描的方法、以及差分掃描的方法等。上述利用張弛振盪器與發送電壓脈衝的方法是基於對電容充電及/或放電的方式，普遍存在抗干擾能力很弱的缺陷，或者同時還存在功耗大，面積大，硬體成本高的缺陷；此外，觸摸按鍵暴露於外部環境中而易受環境因素與雜訊干擾，現有技術僅在晶片初始化時採樣實際電容值作為電容觸摸按鍵基礎值（即基線電容），但該實際電容值在各種干擾的影響下會時刻發生變化，導致該基礎值有誤差。而三頻連續掃描或者差分掃描雖然致力於減少雜訊干擾，提高信噪比，但卻使得結構複雜，特別是電路面積大幅度增大，在功耗增加的同時，也額外的增加了電路成本。

本發明之一目的在於提供一種電容式觸摸檢測裝置，以避免先前技術的問題。

本發明揭露了一種具有自校準功能的電容式觸摸檢測裝置，包含一時鐘信號提供電路、一採樣電路、一檢測與校準電路、以及一控制電路。該時鐘信號提供電路提供一時鐘信號。該採樣電路依據該時鐘信號執行下列步驟：於該時鐘信號為一第一準位時，充電一電容，其中該電容電性連接複數個觸摸按鍵的其中之一，在一觸摸事件存在時該電容的電容值為一第一電容值，在該觸摸事件不存在時該電容的電容值為一第二電容值，該第一電容值大於該第二電容值，該第一電容值相關於一感測電容與一觸摸電容，該第二電容值與該觸摸電容無關；於該時鐘信號的一轉變期間時，採樣該電容所決定的一電容電壓，以產生一採樣值，其中該時鐘信號於該轉變期間由該第一準位變成一第二準位；以及於該時鐘信號為該第二準位時，放電該電容。該檢測與校準電路依據該採樣值判斷一觸摸條件是否被滿足以決定該觸摸事件是否存在，並用來依據該採樣值判斷一校準條件是否被滿足以決定是否校準至少一參數，該至少一參數包含以下的至少其中之一：充電該電容的一充電電流的一電流設定值；該感測電容的一電容設定值（例如：基線電容值）；該觸摸條件的至少一設定值（例如：觸摸閾值、觸摸閾值差值）；以及該校準條件的至少一設定值（例如：正向雜訊閾值、負向雜訊閾值）。該控制電路控制該時鐘信號提供電路的運作、該採樣電路的運作以及該檢測與校準電路的運作。

本發明另揭露一種電容式觸摸檢測裝置，包含一時鐘信號提供電路、一採樣電路、一檢測電路、以及一控制電路。該時鐘信號提供電路提供一時鐘信號。該採樣電路依據該時鐘信號執行下列步驟：於該時鐘信號為一第一準位時，充電一電容，其中該電容電性連接複數個觸摸按鍵的其中之一，在一觸摸事件存在時該電容的電容值為一第一電容值，在該觸摸事件不存在時該電容的電容值為一第二電容值，該第一電容值大於該第二電容值，該第一電容值相關於一自電容與一觸摸電容，該第二電容值與該觸摸電容無關；於該時鐘信號的一準位轉變期間時，採樣該電容所決定的一電容電壓，以產生一採樣值，其中該時鐘信號於該準位轉變期間由該第一準位變成一第二準位；以及於該時鐘信號為該第二準位時，放電該電容。該檢測電路依據該採樣值判斷一觸摸條件是否被滿足以決定該觸摸事件是否存在。該控制電路用來控制該時鐘信號提供電路的運作、該採樣電路的運作以及該檢測電路的運作。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。

本發明包含一種帶自校準功能的電容式觸摸檢測裝置，其採用了一種流水線（pipeline）的採樣方式，僅需要一個低振盪頻率（例如：100KHz~300KHz）的時鐘信號即可工作。該觸摸檢測裝置於每一個時鐘週期內，執行下列步驟：在時鐘為第一準位（例如：高準位）時，通過電流源（例如：可調電流源）對觸摸電容進行充電；在時鐘的邊緣（例如：下降緣），由類比至數位轉換器（Analog-to-Digital Converter, ADC）完成對觸摸電容之電壓的採樣，並將採樣到的電壓信號轉換為數位量以供檢測電路判斷一觸摸事件是否存在；以及在時鐘為第二準位（例如：低準位）時，對觸摸電容進行放電。對應於固定的時鐘週期，同一個觸摸按鍵的數位量為相對固定值；當人手觸摸時，電容增大，相同充電時間所能達到的充電電壓減小，因此數位量減小。通過多次流水線方式採樣，對資料進行處理，以實現觸摸檢測。

與張弛振盪器和測量充電電流的方式相比，本發明的流水線式觸摸檢測通過多次快速的半週期充放電，可以有效的將工作頻率雜訊抵消或者將觸摸電容快速洩放到零電位，從而降低工作頻率雜訊的影響。由於每個時鐘週期內，本發明的觸摸檢測裝置可對觸摸電容放電，因此本發明可以有效地避免雜訊信號的積累，提高抗雜訊性能。

本發明通過雜訊監測電路和自校準電路，可自動監測環境因素（例如：溫度、濕度）的變化以及雜訊所造成的觸摸按鍵之電容的變化，並可對觸摸按鍵的電容基準值（即基線電容的值）、觸摸閾值，雜訊閾值，充電電流等設定值的至少其中之一進行自動校準，與當前技術相比，具有極強的抗環境雜訊干擾的能力，並且對電路、晶片本身電磁干擾、電源雜訊干擾也具有較好的抑制能力。

本發明通過時分複用（Time-Division Multiplexing）技術，採用單個ADC即可實現N（例如：N＞2）通道同時檢測，單通道僅需μA級別的電流消耗。同時本發明可選擇性地通過仲裁電路（arbitration module），以與其它電路共用ADC。因此，本發明與先前技術相比，具有實用性強，觸摸識別解析度高，基礎結構簡單，功耗低等優點，並且大幅度的縮小了電路面積，無需額外的週邊元件，降低了硬體電路成本。

本發明公開了一種帶自校準功能的電容式觸摸檢測裝置。該裝置可即時檢測雜訊和信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）變化，並對環境雜訊引起的基線電容變化進行自校準。該裝置可選擇性地校準閾值，充電電流等設定值。

圖1顯示本發明之電容式觸摸檢測裝置的一實施例。圖1包括N通道的電容觸摸按鍵12，電容式觸摸檢測裝置100，以及上位機14。電容觸摸按鍵12與上位機14的每一個是已知的或自行開發的，其細節在此省略。觸摸檢測裝置100包含一時鐘信號提供電路110、一採樣電路120、一仲裁電路130、一檢測與校準電路140、一寄存器電路150、以及一控制電路160。時鐘信號提供電路110可以是獨立的時鐘源（例如：晶體振盪器或者RC振盪器）或是處理一來源時鐘信號（例如：對該來源時鐘信號除頻）以提供時鐘信號的電路。仲裁電路130可選擇性地被省略。寄存器電路150可視需求被整合至觸摸檢測裝置100中的其它電路。檢測與校準電路140可選擇性地省略校準功能。觸摸按鍵12與採樣電路120相連，進行觸摸檢測的信號採樣。觸摸檢測裝置100與上位機14相連，進行觸摸檢測結果上報，資料上傳，以及指令輸送等。上位機14可由微處理器（MCU）或者顯示模組構成。

於一實作範例中，控制電路160負責時鐘頻率控制，各觸摸按鍵12的通道致能（enablement）、通道切換、時序控制、各電路的功能（包括基線電容復位（reset）、基線電容校準、閾值校準、充電電流校準、雜訊及SNR監測等功能）致能、參數採樣、參數（例如：自校準參數，自校準閾值和各觸摸按鍵通道的基線電容初值，觸摸閾值、觸摸閾值差值、正向雜訊閾值、負向雜訊閾值、充電電流等參數）設定，並負責將採樣、檢測、校準等階段的結果儲存於緩衝電路（例如：先進先出緩衝器（FIFO））或者寄存器電路150，上述各個通道的閾值、充電電流均為獨立可調的。

圖2顯示採樣電路120的一實施例。如圖2所示，採樣電路120為電容觸摸按鍵檢測的前端電路，包含ADC 210、可調電流源220、以及獨立的穩壓電路（Low Dropout Regulator, LDO）230。在時鐘信號提供電路110輸出的時鐘信號驅動下，控制電路160控制採樣電路120完成對觸摸電容充電、採樣、放電，並完成時序控制以及N通道切換控制等動作。ADC 210作為採樣電路120的核心組成電路，採用獨立LDO供電，並與整個系統中的其它電源做隔離，降低系統中的電源波動對ADC 210之採樣精度和穩定性的影響。仲裁電路130作為觸摸檢測裝置100的附加電路，主要完成ADC 210作為觸摸檢測專用ADC和普通ADC的切換、與時分複用等。

圖3顯示檢測與校準電路140的一實施例。如圖3所示，檢測與校準電路140包含數據處理電路310、FIFO 320、觸摸檢測電路330、異常檢測電路340、自校準電路350、以及雜訊監測電路360。各通道採樣原始資料通過仲裁電路130後，傳遞給數據處理電路310以及FIFO 320。數據處理電路310完成對原始採樣資料的預設處理（例如：資料過濾，加權、平均處理，以及減法操作），並同時將處理結果的絕對值、極性等傳遞給觸摸檢測電路330、異常檢測電路340以及自校準電路350以進行觸摸判斷、異常檢測和基線電容自校準。在採樣的過程中，採樣電路120通過仲裁電路130和FIFO 320，將原始資料傳遞給雜訊監測電路360，由雜訊監測電路360進行即時雜訊與SNR檢測，以及監測環境因素（例如：溫度、濕度）以及電性干擾（例如：電磁干擾、電源雜訊）等對基線電容的影響，雜訊監測電路360並通過雜訊峰峰值（peak to peak noise）和SNR情況，通知自校準電路350進行充電電流和閾值自校準，以提高自校準電路350的校準準確度。通過即時或者週期性的自校準，本觸摸檢測裝置100可以有效地提高抗環境雜訊的能力。

本發明之觸摸檢測裝置支持N通道檢測的流水線採樣方式，其中流水線採樣方式的一實施例如圖4所示。請參閱圖1~4，於一實作範例中，流水線採樣方式的特徵包含：控制電路160致能通道和採樣功能，完成觸摸閾值、觸摸閾值差值、正向及負向雜訊閾值、和充電電流的設定。於採樣致能區間內，在時鐘信號提供電路110的驅動下，當時鐘信號為高準位時，可調電流源220對觸摸電容進行半週期快速充電；在時鐘信號的下降緣，由ADC 210對此時的觸摸電容的電壓進行採樣，並將此時的電壓信號轉換為數位值；當時鐘信號為低準位時，對觸摸電容進行半週期快速放電至零電位。所述流水線採樣方式無需持續充電，更為節能，通過持續的週期性充放電，可以有效地抵禦觸摸及工作頻率的雜訊干擾，通過週期性放電，可以有效解決雜訊積累的問題。流水線採樣方式中，當電流源220的電流與充電時間恆定時，基於

，電容的變化會反應為電壓值的變化。採用ADC 210（例如：12位元ADC）可有效地分辨微小的電容變化（例如：0.1pF的電容變化），從而實現電容觸摸按鍵的高靈敏度。

於一實作範例中，流水線採樣方式的特徵還包括：每一個通道採樣致能期間內，在控制電路160的控制下，完成設定的2^A +B（例如：2＜A＜10以及0＜B＜5）次流水線資料採樣，並將ADC 210採樣的原始資料傳遞給檢測與校準電路140進行資料處理。流水線檢測方式對應各通道的的充放電波形可表現為鋸齒波、正弦波、三角波等，但不限於此；換言之，圖4僅為範例，而非本發明之採樣方式的限制。

於一實作範例中，流水線採樣方式的特徵還包括：對應不同的電流設定或者不同的時鐘信號，同一通道的觸摸按鍵電容、最終充電電壓和ADC 210輸出的數位值均不同。ADC 210輸出的數位值並不代表電容值，也不代表當前通道最終的數位值。檢測與校準電路140不關注具體的電容對應值，而更關注於電容變化導致的數位值，既可以通過變化量進行判斷，也可以通過數位值進行觸摸判斷。

於一實作範例中，流水線採樣方式的特徵還包括：對同一個觸摸按鍵通道的電容而言，在同一種採樣參數設定下，若充電時間以及最終充電電壓相同，最終ADC 210輸出的數位值也相同。當人手觸摸時，增加了電容分量C_F ，使得觸摸按鍵電容C_S 增大（如同本說明書的先前技術章節所述），其導致所能達到的充電電壓減小，從而ADC 210輸出的數位值減小。

於一實作範例中，前述N通道檢測的特徵包含時分複用與通道自動切換。在完成一個通道的採樣後，原始資料通過仲裁電路130，傳遞給檢測與校準電路140進行資料處理。同時，控制電路160將採樣電路120切換至下一個通道進行流水線採樣，直至完成N個通道的資料採樣。圖5顯示N通道檢測的一實施例。N通道檢測的特徵還包括各通道均可以單獨設定、單獨致能，控制電路160會根據致能通道的數量，自動完成致能時間設定。以時鐘信號之頻率為200KHz以及採樣數為“256+1”筆為例，完成一次10通道的掃描，僅需12ms。於一實作範例中，N通道檢測可實現週期性採樣，也可在週期性採樣後休眠或者持續檢測，一次N通道採樣完成後，控制電路160會根據設定休眠固定週期或者不休眠，接著開始第二次流水線資料採樣。前述N=10僅為範例，不是本發明的實施限制。

於一實作範例中，本發明的觸摸檢測方式的特徵包含：在觸摸檢測功能致能前，事先設定採樣參數（例如：採樣時鐘、採樣筆、休眠週期、去抖動次數等）與自校準參數，並事先設定各通道充電電流、觸摸閾值、觸摸閾值差值、正向雜訊閾值、負向雜訊閾值，以及將上述設定存儲於儲存電路（例如：唯讀記憶體（ROM）、電子熔絲（EFUSE）或寄存器電路150），其中觸摸閾值差值大於正向或者負向雜訊閾值。

圖6顯示觸摸檢測和基線電容自校準的一實施例的流程圖，包含步驟S610~S660。請參閱圖6。當觸摸檢測功能致能時（例如：上電復位時），觸摸檢測裝置100載入採樣參數，自校準參數，同時自動載入各通道觸摸檢測參數到各致能的觸摸按鍵通道設定中（步驟S610）。採樣開始時（步驟S615），各通道第一次採樣值經過數據處理電路310處理後，作為各通道的基線電容值初始值。自校準電路350自動更新各通道的觸摸閾值，並開始採樣、觸摸檢測、自動校準、雜訊監測（步驟S620）。

請參閱圖6。觸摸檢測和基線電容自校準流程包含：當ADC 210採樣值小於觸摸閾值時，或者當極性（polarity）標示為0（採樣值小於基線電容值），且採樣值與基線電容差值大於觸摸閾值差值時（步驟S625），觸摸預判計數器（未顯示於圖）加1（步驟S630）；若第一次掃描滿足觸摸預判計數器加1的條件，但下一次掃描時不滿足，則觸摸預判計數器清零；當觸摸預判計數器值等於去抖動次數設定值時，則判定為一次有效的觸摸事件，並通過中斷（interrupt）上報（步驟S630）；當後續採樣值與基線電容差值小於觸摸閾值差值，或者採樣值大於觸摸閾值，則判定為一次有效的釋放事件發生，並通過中斷上報；當極性標示為0，且採樣值與基線電容值差值小於負向雜訊閾值，或者極性標示為1，且採樣值與基線電容值差值小於正向雜訊閾值時（步驟S635），則由自校準電路350進行自動校準（步驟S640）；在一個通道掃描處理結束後（步驟S650），自動切換到下一個通道進行採樣、觸摸檢測、自動校準和雜訊監測（步驟S660），直到完成本輪掃描中所有通道的處理，接著可於休眠後或直接進行下一輪掃描（步驟S655）。

請參閱圖6。於一實作範例中，自校準電路350單獨完成一自校準方法（步驟S640），該自校準方法的特徵包含：自校準電路350具有兩個可調的自校準參數（自校準階梯和自校準因數），通過自校準電路350內置的加權演算法，進行基線電容值的自動校準。自校準電路350獲取來自數據處理電路310的資料，根據採樣值與當前基線電容值的差值，當差值極性標示為0，且採樣值與基線電容值差值小於負向雜訊閾值，或者極性標示為1，且採樣值與基線電容值差值小於正向雜訊閾值時，則進行基線電容自校準。自校準電路350結合自校準演算法和當前自校準參數設定，對採樣值與當前基線電容值差值進行資料加權處理，當差值大於自校準因數，則更新一個自校準階梯，該更新動作即可以是在當前基線電容值上加一個自校準階梯的值，也可以是減一個自校準階梯的值。若採樣值與當前基線電容值的差值小於自校準因數，則記錄當前差值，通過與後續採樣所得的差值進行加權操作，直到新的差值大於自校準因數，繼續更新一個自校準階梯，反之，則基線電容值不更新，差值繼續進行加權處理。同時，根據基線電容值的變化，自校準電路350同步更新各通道的觸摸閾值。由於在實際使用環境中，溫度、濕度等環境因素變化總是緩慢變化的，通過加權處理，並進行階梯式更新的自校準方法，可以有效地跟隨並校準由於環境因素緩慢變化導致的基線電容變化。脈衝式雜訊干擾則不會引起基線電容的劇烈變化，該劇烈變化會導致誤判或者無法識別觸摸的情況發生。與先前技術相比，本發明所述的自校準方法可採用週期性校準或者跟隨採樣週期即時校準，對基線電容的自校準更為有效和實用，抗環境雜訊干擾能力更強。

於一實作範例中，自校準電路350、異常檢測電路340、與雜訊監測電路360執行一聯合自校準方法（步驟S645）。圖7顯示聯合自校準方法的一實施例的流程圖，包含步驟S710~S790，其中步驟S770~S790與圖6之步驟S650~S660相仿。請參閱圖7，該聯合自校準方法的特徵包含：自校準電路350包含一個自校準閾值，自校準閾值取雜訊閾值的40%~80%；在雜訊監測電路360輔助下，自校準電路350可以進行自校準參數調節，以及各通道的基線電容值、觸摸閾值自動校準，以及觸摸閾值差值、雜訊閾值、充電電流的自動調節；在採樣的過程中（步驟S710），採樣電路120通過仲裁電路130和FIFO 320，將原始資料傳遞給雜訊監測電路360（步驟S712），雜訊監測電路360對FIFO 320中的原始資料進行即時的雜訊峰峰值與SNR監測，以監測環境因素及電性干擾的影響（步驟S720）；根據雜訊檢測結果，在數據處理電路310完成資料處理時（步驟S714），數據處理電路310通知自校準電路350在基線電容校準的基礎上，同步進行自校準參數，充電電流和閾值動態調節（步驟S722）。

請參閱圖7。該聯合自校準方法包含：雜訊監測電路360通過FIFO 320傳遞的原始資料，即時地計算雜訊的峰峰值，以及SNR；當該通道一次採樣的雜訊峰峰值小於自校準閾值時（步驟S740），代表當前雜訊干擾比較小，則由自校準電路350進行正常的基線電容數位量自校準和閾值自校準，或者選擇性地降低雜訊閾值（步驟S742），以提高觸摸識別的穩定性；當採樣的雜訊峰峰值大於自校準閾值，且小於正向和負向雜訊閾值的和（步驟S720），說明當前雜訊干擾加大，但依然屬於正常的雜訊範疇，則在自校準電路350進行自校準之前，通知自校準電路350在進行基線電容數位量自校準和閾值自校準的同時，同步調節自校準參數，減小自校準因數，加大自校準階梯（步驟S722），以加快自校準的回應速度，提高抗干擾能力；當採樣的雜訊峰峰值大於正向和負向雜訊閾值的和（步驟S730），但數據處理電路310處理後的資料與基線電容差值大於雜訊閾值（步驟S732），則通知自校準電路350在進行基線電容數位量自校準和閾值自校準的同時，降低該通道充電電流一個最小單位，並且同步調節自校準參數，減小自校準因數，加大自校準階梯，抵消由於雜訊繼續加大的干擾，並且加快自校準的回應速度，同時，同步調節雜訊閾值和觸摸閾值（步驟S738），確保識別的準確度；依據數據處理電路310處理後的資料與基線電容差值比較結果，當差值極性標示為0，且採樣值與基線電容值差值大於負向雜訊閾值，或者當差值極性標示為1，且採樣值與基線電容值差值大於正向雜訊閾值時，則停止自校準動作（步驟S734），由異常檢測電路340進行檢測（步驟S736），以判定是否因為觸摸按鍵表層覆蓋物體導致的ADC 210輸出數位值恆定減小，或者是由於使用者在觸摸時進行復位而後觸摸釋放，導致的ADC 210輸出數位值恆定增大，並使得差值超出正向雜訊閾值。

承上所述，在自校準電路350獲取數據處理電路310的資料以進行觸摸檢測（步驟S760）和自動校準（步驟S750）時，異常檢測電路340同步進行異常判斷。當採樣值接近或者達到ADC 210檢測能力時，通知自校準電路350減小該通道充電電流，直至採樣值處於最佳檢測區間，最佳檢測區間之一範例為ADC量程的50%~90%。

於一實作範例中，前述的聯合聯合自校準方法的特徵還包括：自校準電路350可對各個觸摸通道進行獨立的自校準。

請注意，在實施為可能的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施前述任一實施例中部分或全部技術特徵，或選擇性地實施前述複數個實施例中部分或全部技術特徵的組合，藉此增加本發明實施時的彈性。

綜上所述，本發明之電容式觸摸檢測裝置具有較佳的抗干擾能力與較低的硬體成本等優點。

雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。

12:N通道的電容觸摸按鍵14:上位機100:觸摸檢測裝置110:時鐘信號提供電路120:採樣電路130:仲裁電路140:檢測與校準電路150:寄存器電路160:控制電路210:ADC（類比至數位轉換器）220:可調電流源230:LDO（穩壓電路）310:數據處理電路320:FIFO（先進先出緩衝器）330:觸摸檢測電路340:異常檢測電路350:自校準電路360:雜訊監測電路S610~S660:步驟S710~S790:步驟

［圖1］顯示本發明之電容式觸摸檢測裝置的一實施例；［圖2］顯示圖1之採樣電路的一實施例；［圖3］顯示圖1之檢測與校準電路的一實施例；［圖4］顯示本發明之流水線採樣方式的一實施例；［圖5］顯示N通道檢測的一實施例的示意圖；［圖6］顯示觸摸檢測和基線電容自校準的一實施例的流程圖；以及［圖7］顯示顯示聯合自校準方法的一實施例的流程圖。

12:N通道的電容觸摸按鍵

14:上位機

100:觸摸檢測裝置

110:時鐘信號提供電路

120:採樣電路

130:仲裁電路

140:檢測與校準電路

150:寄存器電路

160:控制電路

Claims

一種具有自校準功能的電容式觸摸檢測裝置，包含：一時鐘信號提供電路，用來提供一時鐘信號；一採樣電路，用來依據該時鐘信號執行下列步驟：於該時鐘信號為一第一準位時，充電一電容，其中該電容電性連接複數個觸摸按鍵的其中之一，在一觸摸事件存在時該電容的電容值為一第一電容值，在該觸摸事件不存在時該電容的電容值為一第二電容值，該第一電容值大於該第二電容值，該第一電容值相關於一自電容與一觸摸電容，該第二電容值與該觸摸電容無關；於該時鐘信號的一準位轉變期間時，採樣該電容所決定的一電容電壓，以產生一採樣值，其中該時鐘信號於該準位轉變期間由該第一準位變成一第二準位；以及於該時鐘信號為該第二準位時，放電該電容；一檢測與校準電路，用來依據該採樣值判斷一觸摸條件是否被滿足以決定該觸摸事件是否存在，並用來依據該採樣值判斷一校準條件是否被滿足以決定是否校準至少一參數，該至少一參數包含以下的至少其中之一：充電該電容的一充電電流的一電流設定值；該自電容的一電容設定值；該觸摸條件的至少一設定值；以及該校準條件的至少一設定值；以及一控制電路，用來控制該時鐘信號提供電路的運作、該採樣電路的運作以及該檢測與校準電路的運作。
如申請專利範圍第1項所述之具有自校準功能的電容式觸摸檢測裝置，進一步包含一仲裁電路電性連接於該採樣電路與該檢測與校準電路之間，該仲裁電路用來輸出該採樣值至該檢測與校準電路與一外部電路的至少其中之一。
如申請專利範圍第1項所述之具有自校準功能的電容式觸摸檢測裝置，進一步包含一寄存器電路，用來提供該至少一參數的初始值給該檢測與校準電路。
如申請專利範圍第1項所述之具有自校準功能的電容式觸摸檢測裝置，其中該採樣電路包含：一可調電流源，用來提供該充電電流；以及一類比至數位轉換器，用來將該電容電壓轉換為該採樣值；以及一穩壓電路，用來提供一穩定電壓給該類比至數位轉換器。
如申請專利範圍第1項所述之具有自校準功能的電容式觸摸檢測裝置，其中該檢測與校準電路包含：一數據處理電路，用來依據一預設處理方式處理該採樣值，以產生至少一觸摸檢測參考值；一緩衝電路，用來暫存該採樣值；一觸摸檢測電路，用來依據該至少一觸摸檢測參考值與該觸摸條件的該至少一設定值判斷該觸摸事件是否存在；以及一自校準電路，用來依據該至少一觸摸檢測參考值以及該校準條件的該至少一設定值決定是否校準該至少一參數。
如申請專利範圍第1項所述之具有自校準功能的電容式觸摸檢測裝置，其中該檢測與校準電路包含：一數據處理電路，用來依據一預設處理方式處理該採樣值，以產生至少一觸摸檢測參考值；一觸摸檢測電路，用來依據該至少一觸摸檢測參考值與該觸摸條件的該至少一設定值判斷該觸摸事件是否存在；一自校準電路，用來依據該至少一觸摸檢測參考值、該校準條件的該至少一設定值以及一雜訊監測值決定是否校準該至少一參數；一異常檢測電路，用來依據該至少一觸摸檢測參考值與該校準條件的該至少一設定值判斷該一異常事件是否存在；一緩衝電路，用來暫存該採樣值；以及一雜訊監測電路，用來依據該採樣值與該校準條件的該至少一設定值產生該雜訊監測值。
如申請專利範圍第1項所述之具有自校準功能的電容式觸摸檢測裝置，其中該控制電路執行下列控制的至少其中之一：控制該時鐘信號的頻率；控制該採樣電路於一致能期間內採樣該電容電壓；控制該採樣電路與該檢測與校準電路的至少其中之一週期性地進入一低功耗模式；以及控制該檢測與校準電路的參數設定與資料儲存的至少其中之一。
一種電容式觸摸檢測裝置，包含：一時鐘信號提供電路，用來提供一時鐘信號；一採樣電路，用來依據該時鐘信號執行下列步驟：於該時鐘信號為一第一準位時，充電一電容，其中該電容電性連接複數個觸摸按鍵的其中之一，在一觸摸事件存在時該電容的電容值為一第一電容值，在該觸摸事件不存在時該電容的電容值為一第二電容值，該第一電容值大於該第二電容值，該第一電容值相關於一自電容與一觸摸電容，該第二電容值與該觸摸電容無關；於該時鐘信號的一準位轉變期間時，採樣該電容所決定的一電容電壓，以產生一採樣值，其中該時鐘信號於該準位轉變期間由該第一準位變成一第二準位；以及於該時鐘信號為該第二準位時，放電該電容；一檢測電路，用來依據該採樣值判斷一觸摸條件是否被滿足以決定該觸摸事件是否存在；以及一控制電路，用來控制該時鐘信號提供電路的運作、該採樣電路的運作以及該檢測電路的運作。
如申請專利範圍第8項所述之電容式觸摸檢測裝置，其中該採樣電路包含：一可調電流源，用來提供一充電電流以充電該電容；以及一類比至數位轉換器，用來將該電容電壓轉換為該採樣值；以及一穩壓電路，用來提供一穩定電壓給該類比至數位轉換器。
如申請專利範圍第8項所述之電容式觸摸檢測裝置，其中該檢測電路包含：一數據處理電路，用來依據一預設處理方式處理該採樣值，以產生至少一觸摸檢測參考值；以及一觸摸檢測電路，用來依據該至少一觸摸檢測參考值與該觸摸條件的該至少一設定值判斷該觸摸事件是否存在。