TW202349189A - 電容式觸控感測器 - Google Patents

Abstract

一種電容式觸控感測器，包括觸控介面、開關電路以及感測電路。開關電路依據自容與互容的感測條件進行切換，使用相同的感測電路即可提供自容模式與互容模式感測，以簡化電路的結構，並節省電路面積與功率消耗。其中感測電路採用電荷移轉的原理，產生穩定的輸出感測電壓。並且具有差動模式可改善雜訊干擾，提昇判斷觸控效果的精準度。再針對可能有觸摸的區域再操作互容模式，節省互容模式的操作時間。

Description

電容式觸控感測器

本發明有關於一種觸控感測器，且特別是一種可切換自容、互容與差動模式的電容式觸控感測器。

電容式觸控感測器，做為一種人機介面之輸入工具，一般而言電容觸控感測器有自容 (self capacitance)，與互容 (mutual capacitance) 之分。所謂自容是指驅動電極與感測電極皆為同一點，偵測該電極的等效電容值的變化判斷觸摸效果；而互容是指驅動電極與感測電極為分開的兩點，偵測驅動電極與感測電極之間的等效電容值變化判斷觸摸效果。自容與互容各有其優缺點，當觸控面板區分為M*N個觸控通道時，自容只需做M+N次掃描即可完成，互容則需M*N次掃描，需要較久的時間才能掃描完成。但是自容有鬼點 (ghost point) 的問題，多點觸控時會誤判，互容則否，因此可實現多點觸控。

台灣專利第I630523號發明專利中，揭露了一種觸控裝置及其感測方法與觸控感測電路。相較於習知技術，不同的感測模式需要搭配不同的感測電路，此專利揭露透過開關電路的切換，即可使用相同的感測電路實現自容與互容多模式感測，簡化電路的結構。然而其缺點為需要搭配特殊設計的觸控面板，當觸控面板區分為M*N個觸控通道時，需要M*N條走線連接至開關電路與感測電路，而一般常用的觸控面板只需M+N條走線連接至感測電路即可，因此複雜的面板走線大幅降低了實用性。

台灣專利第I489365號發明專利中，揭露了一種電容式觸控感測器及其自容與互容的切換方法，透過類比多工器的切換而將驅動單元與感測單元整合在一起，以簡化電路結構。此架構搭配一般常用的觸控面板只需M+N條走線連接至感測電路即可實現，然而其缺點為自容模式與互容模式需要分別搭配電壓源與電流源，增加功率消耗，而且此架構的操作方法，輸出感測電壓有抖動的現象，會影響判斷觸控效果的精準度。

中國專利第CN103197787號發明專利中，揭露了一種電容式觸控感測器，結合自容與互容的感應值排除雜訊的判斷方法，然而其缺點為執行自容模式與互容模式需要更長的掃描時間，在通道數較多的大尺寸面板，會降低觸控效果的反應速度。

中國專利第CN103257760號發明專利中，揭露了一種電容式觸控感測器節省時間的掃描方法，概念是先做第一階段估測掃描，再針對可能產生觸控點的區域做第二階段精準掃描。上述做法只包含互容掃描的概念，若結合自容模式的掃描結果做判斷，掃描時間還可再優化。

基於上述問題，本發明揭露一種切換自容與互容的電容式觸控感測器，和上述前案相比，本發明之感測電路搭配一般常用的觸控面板即可實現自容與互容的感測，並且不需要額外的電流源，節省電路面積與功率消耗，又設計差動模式可改善雜訊干擾，提昇判斷觸控效果的精準度。並且結合自容模式與互容模式的掃描結果做判斷，節省掃描時間提升反應速度。

本發明揭露一種電容式觸控感測器，包含一觸控介面，具有複數條第一線路與複數條第二線路；一第一開關電路，連接於該些第一線路以及一互容電壓之間；一第二開關電路，接收該些第一線路與該些第二線路，以及一自容電壓，產生一感測輸入電壓；以及一感測電路，接收該感測輸入電壓，產生一感測輸出電壓。

上述之電容式觸控感測器，其中該第一開關電路包含至少一個第一開關單元；該(些)第一開關單元連接於該第一線路以及該互容電壓之間；一第一感測開關，連接於該觸控介面以及該(些)開關單元之輸出端之間；以及一第二感測開關，連接於該(些)開關電路之輸出端以及相鄰之該開關單元之間。

上述之電容式觸控感測器，其中該第二開關電路包含至少一個第二開關單元；該(些)第二開關單元包含：一自容電壓開關，連接於該自容電壓以及該觸控介面之間；一第一感測開關，連接於該觸控介面以及該(些)開關單元之輸出端之間；以及一第二感測開關，連接於該(些)開關電路之輸出端以及相鄰之該開關單元之間。

上述之電容式觸控感測器，其中該第二開關單元更包含一第二自容開關，連接於一第二自容電壓以及該觸控介面之間。

上述之電容式觸控感測器，其中該第一開關電路以及該第二開關電路之操作方式包含：一互容模式，該第一開關電路中依序導通該些第一開關單元，提供該互容電壓至該些第一線路；該些第二開關單元中導通該第一感測開關，關閉該自容電壓開關、該第二感測開關以及該第二自容開關；以及一自容模式，關閉該些第一開關單元，該些第二開關單元依據掃描通道導通該第一感測開關或該第二感測開關，並且依據該感測電路之操作時序導通該自容電壓開關或該第二自容開關。

上述之電容式觸控感測器，其中該自容模式之操作方式包含：一奇數模式，排序為奇數之該些第二開關單元中，該第一感測開關以及該第二感測開關皆導通，並且依據該感測電路之操作時序導通該自容電壓開關，關閉該第二自容開關；排序為偶數之該些第二開關單元中，該第一感測開關以及該第二感測開關皆關閉，並且依據該感測電路之操作時序導通該第二自容開關，關閉該自容電壓開關；以及一偶數模式，排序為偶數之該些第二開關單元中，該第一感測開關以及該第二感測開關皆導通，並且依據該感測電路之操作時序導通該第二自容開關，關閉該自容電壓開關；排序為奇數之該些第二開關單元中，該第一感測開關以及該第二感測開關皆關閉，並且依據該感測電路之操作時序導通該自容電壓開關，關閉該第二自容開關。

上述之電容式觸控感測器，其中該感測電路包含一個或複數個感測單元；如果只包含一個感測單元，不論是互容模式或自容模式，需依序導通該些第二開關單元中的該第一感測開關或該第二感測開關，依序得到每一個第一線路或第二線路的感測輸出電壓；如果包含複數個感測單元，可讓該些第二開關單元之輸出端分別連接至該些感測單元，同時導通該第一感測開關或該第二感測開關，同時得到該些感測單元之感測輸出電壓。

上述之電容式觸控感測器，其中該感測單元包含：一第一放大器，該第一放大器輸入正端連接至一基準電壓，該第一放大器輸入負端連接至該開關電路之輸出端，該第一放大器輸入負端與該第一放大器輸出端連接一第一電容器以及一第一時序開關；一第二放大器，該第二放大器輸入正端連接至該基準電壓，該第二放大器輸入負端與該第一放大器輸出端之間連接一第一電阻器以及一第二時序開關，該第二放大器輸入負端與該第二放大器輸出端連接一第二電容器以及一第三時序開關；其中該第二放大器輸出端即為該感測輸出電壓。

上述之電容式觸控感測器，其中該感測單元更包含一第三放大器，該第三放大器輸入正端連接至該基準電壓，該第三放大器輸入負端與該第一電阻器之間連接一第二時序負端開關，該第三放大器輸入負端與該第三放大器輸出端連接一第二負端電容以及一第三時序負端開關，其中該第三放大器輸出端即為該感測負輸出電壓。

上述之電容式觸控感測器，其中包含：一第一時序，導通該感測單元之該第一時序開關，若為自容模式，也導通該些第二開關單元中之該自容電壓開關；一第二時序，導通該感測單元之該第二時序開關或該第二時序負端開關；以及一第三時序，導通該感測單元之該第三時序開關或該第三時序負端開關。

上述之電容式觸控感測器，其中該感測單元連接一切換電路，接收該感測輸出電壓，該相鄰感測單元之該感測輸出電壓，以及該基準電壓中之至少2個電壓，輸出一切換電路正輸出電壓以及一切換電路負輸出電壓，並且包含以下切換模式中之至少1種：一第一切換模式，選擇該感測單元之該感測輸出電壓以及該相鄰感測單元之該感測輸出電壓，做為該切換電路正輸出電壓以及該切換電路負輸出電壓；以及一第二切換模式，選擇該感測單元之該感測輸出電壓以及該基準電壓，做為該切換電路正輸出電壓以及該切換電路負輸出電壓。

上述之電容式觸控感測器，其中該感測單元更包含一感測負輸出電壓，並連接一切換電路，接收該感測輸出電壓，該感測負輸出電壓，該相鄰感測單元之該感測輸出電壓，該相鄰感測單元之該感測負輸出電壓，以及該基準電壓中之至少2個電壓，輸出一切換電路正輸出電壓以及一切換電路負輸出電壓，並且包含以下切換模式中之至少1種：一第一切換模式，選擇該感測單元之該感測輸出電壓以及該相鄰感測單元之該感測輸出電壓，做為該切換電路正輸出電壓以及該切換電路負輸出電壓；一第二切換模式，選擇該感測單元之該感測輸出電壓以及該基準電壓，做為該切換電路正輸出電壓以及該切換電路負輸出電壓；一第三切換模式，選擇該感測單元之該感測負輸出電壓以及該相鄰感測單元之該感測負輸出電壓，做為該切換電路正輸出電壓以及該切換電路負輸出電壓；以及一第四切換模式，選擇該感測單元之該感測負輸出電壓以及該基準電壓，做為該切換電路正輸出電壓以及該切換電路負輸出電壓。

上述之電容式觸控感測器，其中更包含一類比數位轉換器，接收該些感測輸出電壓、該些感測負輸出電壓、該些切換電路正輸出電壓或者該些切換電路負輸出電壓，輸出一數位信號。

上述之電容式觸控感測器，其中該觸控介面中的該些第一線路或該些第二線路分別連接一參考電容開關，該參考電容開關之另一端連接至一參考電容器，該參考電容器連接於一互容第二電壓；該些參考電容開關在互容模式中可以導通，在自容模式中則關閉。

上述之電容式觸控感測器，其中操作方式包含：先執行該自容模式，並判斷該些第一線路中自容感測數值超出一預設範圍之線路；以及再執行該互容模式，僅針對該些第一線路中自容感測數值超出該預設範圍之線路進行互容掃描，其餘該些第一線路中自容感測數值未超出該預設範圍之線路則不進行互容掃描。

上述之操作方式，自容感應認為沒觸摸的區域，就不會進行互容模式掃描，和前案的每個通道仍需互容模式掃描的方法相比，更節省掃描時間。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等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。

本發明將參照下述實施例而更明確地描述。請注意本發明的實施例的以下描述，僅止於描述用途；這不意味為本發明已詳盡的描述或限制於該揭露之形式。

本發明之第一實施例請參閱第1圖，繪示一電容式觸控感測器之架構，包含一觸控介面10，具有複數條第一線路 (TX) 101與複數條第二線路 (RX) 102；一第一開關電路20，連接於該第一線路 (TX) 101以及一互容電壓V01之間；一第二開關電路30，接收該些第一線路 (TX) 101與該些第二線路 (RX) 102，以及一自容電壓V02，產生一感測輸入電壓V03；一感測電路40，接收該感測輸入電壓V03，產生一感測輸出電壓V04；一類比數位轉換器50，接收該感測輸出電壓V04，產生一數位輸出信號。

第2圖繪示該第一開關電路20之電路架構。其中該第一開關電路20包含複數個第一開關單元201, 202，其中每一個第一開關單元201, 202連接於該第一線路 (TX) 101以及該互容電壓V01之間。其中該互容電壓V01通常為一方波信號。

第3圖繪示該第二開關電路30之電路架構。圖中C _M代表互容模式中該些第一線路 (TX) 101與該些第二線路 (RX) 102之間的感應電容，C _S代表自容模式中該些第一線路 (TX) 101或該些第二線路 (RX) 102的感應電容。該第二開關電路30包含複數個第二開關單元310, 320，其中每一個第二開關單元310, 320包含一自容電壓開關301，連接於該自容電壓V02以及該些第一線路 (TX) 101或該些第二線路 (RX) 102之間；一第一感測開關302，連接於該些第一線路 (TX) 101或該些第二線路 (RX) 102以及該感測輸入電壓V03之間；一第二感測開關303，連接於該感測輸入電壓V03以及相鄰第二開關單元320之間。其中該自容電壓V02通常為一固定電壓的直流信號。

第4圖繪示該第二開關電路30之另一種電路架構。和第3圖相比，該些第二開關單元310, 320更包含一第二自容電壓V021以及一第二自容開關304，該第二自容開關304連接於該第二自容電壓V021以及該些第一線路 (TX) 101或該些第二線路 (RX) 102之間。該第二自容電壓V021通常為一固定電壓的直流信號。

上述之電容式觸控感測器，其中該第一開關電路20以及該第二開關電路30之操作方式包含：一互容模式，依序導通該些第一開關單元201, 202，提供該互容電壓V01至該些第一線路 (TX) 101，每一個第二開關單元310, 320導通該第一感測開關302，關閉該自容電壓開關301、該第二感測開關303以及該第二自容開關304；以及一自容模式，關閉該第一開關電路20，每一個第二開關單元310, 320依據掃描通道導通該第一感測開關302或該第二感測開關303，並且依據該感測電路40之操作時序導通該自容電壓開關301或該第二自容開關304。

上述之電容式觸控感測器，在自容模式中，該些第二開關單元310, 320之操作方式包含：一奇數模式，排序為奇數之該第二開關單元310之該第一感測開關302以及該第二感測開關303皆導通，並且依據該感測電路40之操作時序導通該自容電壓開關301，關閉該第二自容開關304；排序為偶數之該第二開關單元320之該第一感測開關302以及該第二感測開關303皆關閉，並且依據該感測電路40之操作時序導通該第二自容開關304，關閉該自容電壓開關301。一偶數模式，排序為奇數之該第二開關單元310之該第一感測開關302以及該第二感測開關303皆關閉，並且依據該感測電路40之操作時序導通該第二自容開關304，關閉該自容電壓開關301；排序為偶數之該第二開關單元320之該第一感測開關302以及該第二感測開關303皆導通，並且依據該感測電路40之操作時序導通該自容電壓開關301，關閉該第二自容開關304。若存在更多第二開關單元，則其餘類推。

第5圖繪示該感測電路40包含複數個感測單元410, 420之架構。如果只有一組感測單元410，不論是互容模式或自容模式，需依序導通該些第二開關單元310, 320中的該第一感測開關302或該第二感測開關303，依序得到每個通道的感測輸出電壓V04。如果有複數個感測單元410, 420，可讓該些第二開關單元310, 320之輸出端V03, V03-1分別連接至該些感測單元410, 420，同時導通該些第一感測開關302或該些第二感測開關303，同時得到複數個通道的感測輸出電壓V04, V04-1。另外也可以包含複數個類比數位轉換器50，同時把該些通道的感測輸出電壓V04, V04-1分別轉換成數位輸出信號。

第6圖繪示該些感測單元410, 420之架構。其中該感測單元410包含：一第一放大器401，該第一放大器401之輸入正端連接至一基準電壓V05，該第一放大器401之輸入負端連接至該感測輸入電壓V03，該第一放大器401之輸入負端與輸出端之間連接一第一電容器402以及一第一時序開關403；以及一第二放大器404，該第二放大器404之輸入正端連接至該基準電壓V05，該第二放大器404之輸入負端與該第一放大器401之輸出端之間連接一第一電阻器405以及一第二時序開關406，該第二放大器404之輸入負端與輸出端之間連接一第二電容器407以及一第三時序開關408；其中該第二放大器404之輸出端即為該感測輸出電壓V04。

第7圖繪示該感測單元410之另一種架構。和第6圖相比，該感測單元410更包含一第三放大器409，該第三放大器409之輸入正端連接至該基準電壓V04，該第三放大器409之輸入負端與該第一電阻器405之間連接一第二時序負端開關406N，該第三放大器409之輸入負端與輸出端之間連接一第二負端電容器407N以及一第三時序負端開關408N，其中該第三放大器409之輸出端即為該感測負輸出電壓V04N。

上述之電容式觸控感測器，其中操作時序包含：一第一時序，導通該些感測單元410, 420之該第一時序開關403，若為自容模式，也導通該些第二開關單元310中之該自容電壓開關301；一第二時序，導通該第二時序開關406，若有包含第二時序負端開關406N，則分別導通該第二時序開關406以及該第二時序負端開關406N；以及一第三時序，導通該些第三時序開關408，若有包含第三時序負端開關408N，則分別導通該第三時序開關408以及該第三時序負端開關408N。

第8圖繪示本發明第一實施例之完整電路。其中該第二開關電路30採用第4圖之架構，該感測電路40只包含一個感測單元410，採用第6圖之架構。該類比數位轉換器50接收該感測輸出電壓V04，轉換成數位輸出信號。

第9圖繪示本發明第二實施例之電路。其中該第二開關電路30採用第4圖之架構，該感測電路40包含複數個感測單元410, 420,…，採用第6圖之架構。若該觸控介面10包含50條第一線路 (TX) 101以及30條第二線路 (RX) 102，則該第二開關電路30包含30組第二開關單元310, 320,…，該感測電路40包含30組感測單元410, 420,…，互容模式中針對該50條第一線路 (TX) 101輪流導通相對應的第一開關單元201，可同時啟動該30組感測單元410, 420,…，偵測該30條第二線路 (RX) 102之互容感應電容值C _M。自容模式則需分為奇數模式與偶數模式，才可偵測該30條第二線路 (RX) 102之自容感應電容值C _S。另外該50條第一線路 (TX) 101也可連接至該第二開關電路30以及該感測電路40，偵測該50條第一線路 (TX) 101之自容感應電容值C _S。

第9圖之電容式觸控感測器，其中該些感測單元410, 420分別連接一切換電路60，接收該感測輸出電壓V04，該相鄰感測單元420之該感測輸出電壓V04-1，以及該基準電壓V05，輸出一切換電路正輸出電壓V06以及一切換電路負輸出電壓V06N；並且包含以下兩種切換方式：一第一切換模式，選擇感測輸出電壓V04以及相鄰感測單元420之該感測輸出電壓V04-1，做為該切換電路正輸出電壓V06以及該切換電路負輸出電壓V06N；以及一第二切換模式，選擇該感測輸出電壓V04以及該基準電壓V05，做為該切換電路正輸出電壓V06以及該切換電路負輸出電壓V06N。

第9圖之電容式觸控感測器，其中該切換電路60在自容模式中選擇該第二切換模式，可偵測該第二線路 (RX) 102之自容感應電容值C _S；在互容模式中選擇該第二切換模式，可偵測該第二線路 (RX) 102之互容感應電容值C _M；在互容模式中選擇該第一切換模式，可偵測該第二線路 (RX) 102中相鄰兩第二線路之互容感應電容值C _M之差值 (C _{M-2 －}C _M-1)。

第10圖繪示本發明第三實施例之電路，其中該第二開關電路30採用第4圖之架構，該感測電路40包含複數個感測單元410, 420,…，採用第7圖之架構，更包含一感測負輸出電壓V04N, V04-1N,…。其中該切換電路60，接收該感測輸出電壓V04，該感測負輸出電壓V04N，該相鄰感測單元420之該感測輸出電壓V04-1，該相鄰感測單元420之該感測負輸出電壓V04-1N，以及該基準電壓V05中之至少兩個電壓，輸出一切換電路正輸出電壓V06以及一切換電路負輸出電壓V06N，並且該切換電路正輸出電壓V06以及該切換電路負輸出電壓V06N包含以下切換模式：一第一切換模式，選擇感測輸出電壓V04以及該相鄰感測輸出電壓V04-1；一第二切換模式，選擇感測輸出電壓V04以及該基準電壓V05；一第三切換模式，選擇感測負輸出電壓V04N以及該相鄰感測負輸出電壓V04-1N；一第四切換模式，選擇感測負輸出電壓V04N以及該基準電壓V05。

第10圖之電容式觸控感測器，其中該切換電路60在自容模式中選擇該第二切換模式或該第四切換模式，可偵測該第二線路 (RX) 102之自容感應電容值C _S；在互容模式中選擇該第二切換模式或該第四切換模式，可偵測該第二線路 (RX) 102之互容感應電容值C _M；在互容模式中選擇該第一切換模式或該第三切換模式，可偵測該第二線路 (RX) 102中相鄰兩第二線路之互容感應電容值C _M之差值 (C _{M-2 －}C _M-1)。

第8圖、第9圖或第10圖之電容式觸控感測器，其中更包含一類比數位轉換器50，接收該感測輸出電壓V04、該感測負輸出電壓V04N、該切換電路正輸出電壓V06或者該切換電路負輸出電壓V06N，輸出一數位信號。

第10圖之電容式觸控感測器，其中該觸控介面10中的該些第二線路 (RX) 102分別連接一參考電容開關70，該參考電容開關70之另一端連接至一參考電容器C70，該參考電容器C70連接於一互容第二電壓V07；該參考電容開關70在互容模式中可以導通，在自容模式中則關閉。第1圖、第8圖與第9圖之實施例也可以包含該參考電容開關70、該參考電容器C70以及該互容第二電壓V07。其功效為感測該互容感應電容值C _M時可扣除一基準值，提升感測結果的均勻度。

第11圖繪示本發明之電容式觸控感測器之操作時序範例圖，其中該互容電壓V01以及該互容第二電壓V07皆為方波信號，該第一開關電路20與該第二開關電路30依照前述之該互容模式進行切換，該基準電壓V05設為電源電壓之一半 (VDD/2)，該切換電路60可依據該互容電壓V01之電位選擇切換模式，高電位時選擇該第二切換模式，低電位時選擇該第四切換模式，並且依序進入該第一時序、該第二時序以及該第三時序，利用電荷移轉的原理，把互容感應電容值C _M轉換成為感測輸出電壓V04，最終經由該類比數位轉換器50轉換成為數位信號。

本發明之電容式觸控感測器之自容模式操作時序也可參考第11圖，該第一開關電路20與該第二開關電路30依照前述之該自容模式進行切換，該自容電壓V02設為電源電壓 (VDD)，該第二自容電壓V021設為0V，該基準電壓V05設為電源電壓之一半 (VDD/2)，該切換電路60也可依據該互容電壓V01之電位選擇切換模式，高電位時選擇該第二切換模式，低電位時選擇該第四切換模式，並且依序進入該第一時序、該第二時序以及該第三時序，利用電荷移轉的原理，把自容感應電容值C _S轉換成為感測輸出電壓V04，最終經由該類比數位轉換器50轉換成為數位信號。

上述之電容式觸控感測器，其中操作方式包含：先執行該自容模式，並判斷該些第一線路 (TX) 101中自容感測數值超出一預設範圍之線路；以及再執行該互容模式，僅針對該些第一線路 (TX) 101中自容感測數值超出該預設範圍之線路進行互容掃描，其餘該些第一線路 (TX) 101中自容感測數值未超出該預設範圍之線路則不進行互容掃描，可節省互容模式的操作時間。若該觸控介面10包含50條第一線路 (TX) 101以及30條第二線路 (RX) 102，可先針對該50條第一線路 (TX) 101操作該自容模式，若判斷出其中3條第一線路 (TX) 101的自容感應數值超出該預設範圍，表示只有這3條第一線路 (TX) 101可能有手指觸摸，接下來操作互容模式時，只需針對這3條第一線路 (TX) 101進行互容掃描，即可判斷觸摸效果，其餘47條第一線路 (TX) 101則不用進行互容掃描，互容模式原本需要感應並處理50x30=1500筆互容感應數據，以上範例只需感應並處理3x30=90筆互容感應數據，可節省互容模式的操作時間，並且提升報點率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何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，當可作些許之更動與潤飾，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:觸控介面 101:第一線路 (TX) 102:第二線路 (RX) C _M:互容感應電容 C _S:自容感應電容 20:第一開關電路 201:第一開關單元 202:第一開關單元 30:第二開關電路 310:第二開關單元 320:第二開關單元 301:自容電壓開關 302:第一感測開關 303:第二感測開關 304:第二自容開關 40:感測電路 410:感測單元 420:感測單元 401:第一放大器 402:第一電容器 403:第一時序開關 404:第二放大器 405:第一電阻器 406:第二時序開關 407:第二電容器 408:第三時序開關 409:第三放大器 406N:第二時序負端開關 407N:第二負端電容器 408N:第三時序負端開關 50:類比數位轉換器 60:切換電路 70:參考電容開關 C70:參考電容器 V01:互容電壓 V02:自容電壓 V021:第二自容電壓 V03:感測輸入電壓 V04:感測輸出電壓 V05:基準電壓 V06:切換電路正輸出電壓 V06N:切換電路負輸出電壓 V07:互容第二電壓

第1圖繪示本發明第一實施例之電容式觸控感測器之架構。 第2圖繪示第1圖之該第一開關電路之架構。 第3圖繪示第1圖之該第二開關電路之架構。。 第4圖繪示第3圖之該第二開關電路之另一樣態。 第5圖繪示第1圖之感測電路之架構。 第6圖繪示第5圖之感測單元之架構。 第7圖繪示第6圖之感測單元之另一樣態。 第8圖繪示本發明第一實施例之電容式觸控感測器之完整電路。 第9圖繪示本發明第二實施例之電容式觸控感測器之電路。 第10圖繪示本發明第三實施例之電容式觸控感測器之電路。 第11圖繪示本發明之電容式觸控感測器之操作時序範例圖。

101:第一線路(TX)

102:第二線路(RX)

C_M:互容感應電容

C_S:自容感應電容

201:第一開關單元

30:第二開關電路

310:第二開關單元

320:第二開關單元

301:自容電壓開關

302:第一感測開關

303:第二感測開關

304:第二自容開關

410:感測單元

401:第一放大器

402:第一電容器

403:第一時序開關

404:第二放大器

405:第一電阻器

406:第二時序開關

407:第二電容器

408:第三時序開關

50:類比數位轉換器

V01:互容電壓

V02:自容電壓

V021:第二自容電壓

V03:感測輸入電壓

V04:感測輸出電壓

V05:基準電壓

Claims (15)

1. 一種電容式觸控感測器，包含： 一觸控介面，具有複數條第一線路與複數條第二線路； 一第一開關電路，連接於該些第一線路以及一互容電壓之間； 一第二開關電路，接收該些第一線路與該些第二線路，以及一自容電壓，產生一感測輸入電壓；以及 一感測電路，接收該感測輸入電壓，產生一感測輸出電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控感測器，其中該第一開關電路包含至少一個第一開關單元；該 (些) 第一開關單元連接於該第一線路以及該互容電壓之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控感測器，其中該第二開關電路包含複數個第二開關單元；該 (些) 第二開關單元包含： 一自容電壓開關，連接於該自容電壓以及該觸控介面之間； 一第一感測開關，連接於該觸控介面以及該 (些) 開關單元之輸出端之間；以及 一第二感測開關，連接於該 (些) 開關電路之輸出端以及相鄰之該開關單元之間。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電容式觸控感測器，其中該第二開關單元更包含一第二自容開關，連接於一第二自容電壓以及該觸控介面之間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電容式觸控感測器，其中設有： 一互容模式，該第一開關電路中依序導通該些第一開關單元，提供該互容電壓至該些第一線路；該些第二開關單元中導通該第一感測開關，關閉該自容電壓開關、該第二感測開關以及該第二自容開關；以及 一自容模式，關閉該些第一開關單元，該些第二開關單元依據掃描通道導通該第一感測開關或該第二感測開關，並且依據該感測電路之操作時序導通該自容電壓開關或該第二自容開關，提供該自容電壓或該第二自容電壓至該些第二線路或該些第一線路。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電容式觸控感測器，其中該自容模式包含： 一奇數模式，排序為奇數之該些第二開關單元中，該第一感測開關以及該第二感測開關皆導通，並且依據該感測電路之操作時序導通該自容電壓開關，關閉該第二自容開關；排序為偶數之該些第二開關單元中，該第一感測開關以及該第二感測開關皆關閉，並且依據該感測電路之操作時序導通該第二自容開關，關閉該自容電壓開關；以及 一偶數模式，排序為偶數之該些第二開關單元中，該第一感測開關以及該第二感測開關皆導通，並且依據該感測電路之操作時序導通該第二自容開關，關閉該自容電壓開關；排序為奇數之該些第二開關單元中，該第一感測開關以及該第二感測開關皆關閉，並且依據該感測電路之操作時序導通該自容電壓開關，關閉該第二自容開關。
7. 如申請專利範圍第5項所述之電容式觸控感測器，其中該感測電路包含一個或複數個感測單元；如果只包含一個感測單元，執行掃描時，需依序導通該些第二開關單元中的該第一感測開關或該第二感測開關，依序得到每一個第一線路或第二線路的感測輸出電壓；如果包含複數個感測單元，讓該些第二開關單元之輸出端分別連接至該些感測單元，同時導通該第一感測開關或該第二感測開關，同時得到該些感測單元之感測輸出電壓。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電容式觸控感測器，其中該感測單元包含： 一第一放大器，該第一放大器輸入正端連接至一基準電壓，該第一放大器輸入負端連接至該開關電路之輸出端，該第一放大器輸入負端與該第一放大器輸出端連接一第一電容器以及一第一時序開關；以及 一第二放大器，該第二放大器輸入正端連接至該基準電壓，該第二放大器輸入負端與該第一放大器輸出端之間連接一第一電阻器以及一第二時序開關，該第二放大器輸入負端與該第二放大器輸出端連接一第二電容器以及一第三時序開關；其中該第二放大器輸出端即為該感測輸出電壓。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電容式觸控感測器，其中該感測單元更包含一第三放大器，該第三放大器輸入正端連接至該基準電壓，該第三放大器輸入負端與該第一電阻器之間連接一第二時序負端開關，該第三放大器輸入負端與該第三放大器輸出端連接一第二負端電容以及一第三時序負端開關，其中該第三放大器輸出端即為該感測負輸出電壓。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電容式觸控感測器，其中 在一第一時序，導通該感測單元之該第一時序開關，若為自容模式，也導通該些第二開關單元中之該自容電壓開關； 在一第二時序，導通該感測單元之該第二時序開關或該第二時序負端開關；以及 在一第三時序，導通該感測單元之該第三時序開關或該第三時序負端開關。
11. 如申請專利範圍第8項所述之電容式觸控感測器，其中該感測單元連接一切換電路，接收該感測輸出電壓，該相鄰感測單元之該感測輸出電壓，以及該基準電壓中之至少2個電壓，輸出一切換電路正輸出電壓以及一切換電路負輸出電壓，並且設有： 一第一切換模式，選擇該感測單元之該感測輸出電壓以及該相鄰感測單元之該感測輸出電壓，分別做為該切換電路正輸出電壓以及該切換電路負輸出電壓；以及 一第二切換模式，選擇該感測單元之該感測輸出電壓以及該基準電壓，分別做為該切換電路正輸出電壓以及該切換電路負輸出電壓。
12. 如申請專利範圍第9項所述之電容式觸控感測器，其中該感測單元具有一感測負輸出電壓，並連接一切換電路，接收該感測輸出電壓，該感測負輸出電壓，該相鄰感測單元之該感測輸出電壓，該相鄰感測單元之該感測負輸出電壓，以及該基準電壓中之至少2個電壓，輸出一切換電路正輸出電壓以及一切換電路負輸出電壓，並且設有以下切換模式： 一第一切換模式，選擇該感測單元之該感測輸出電壓以及該相鄰感測單元之該感測輸出電壓，分別做為該切換電路正輸出電壓以及該切換電路負輸出電壓； 一第二切換模式，選擇該感測單元之該感測輸出電壓以及該基準電壓，分別做為該切換電路正輸出電壓以及該切換電路負輸出電壓； 一第三切換模式，選擇該感測單元之該感測負輸出電壓以及該相鄰感測單元之該感測負輸出電壓，分別做為該切換電路正輸出電壓以及該切換電路負輸出電壓；以及 一第四切換模式，選擇該感測單元之該感測負輸出電壓以及該基準電壓，分別做為該切換電路正輸出電壓以及該切換電路負輸出電壓。
13. 如申請專利範圍第11項所述之電容式觸控感測器，其中更包含一類比數位轉換器，接收該些感測輸出電壓、該些感測負輸出電壓、該些切換電路正輸出電壓或者該些切換電路負輸出電壓，輸出一數位信號。
14. 如申請專利範圍第5項所述之電容式觸控感測器，其中該觸控介面中的該些第一線路或該些第二線路分別連接一參考電容開關，該參考電容開關之另一端連接至一參考電容器，該參考電容器連接於一互容第二電壓；該些參考電容開關在互容模式中可以導通，在自容模式中則關閉。
15. 如申請專利範圍第5項所述之電容式觸控感測器，其中 先執行該自容模式，並判斷該些第一線路中自容感測數值超出一預設範圍之線路；以及 再執行該互容模式，僅針對該些第一線路中自容感測數值超出該預設範圍之線路進行互容掃描，其餘該些第一線路中自容感測數值未超出該預設範圍之線路不進行互容掃描。