TWI380207B - - Google Patents

Description

六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種電容式觸控板’特別是關於一種電容式 觸控板的切換電容電路及偵測方法。 【先前技術】 電容式觸控板是一種可供手指在平滑的面板上滑動以控 制游標移動的輸入裝置’由於其具有體積小、成本低、消耗功 率低及使用壽命長等優點，因此被廣泛地應用在各類電子產品 上作為輸入裝置。現行的電容式觸控板之定位方式是採用掃描 X軸及Y軸或是直接偵測X軸與γ軸的位置，以在X軸及Y 軸的交又處產生定位點。圖1顯示習知的電容式觸控板1〇， 其包括多條X軸感應線(trace)TXl〜TX8以及多條Y軸感應線 TY1〜TY6，當手指12觸碰電容式觸控板1〇時，若偵測到感 應線TX8及TY3上的電容值改變，便可判斷手指在感應線τχ8 及ΤΥ3的交叉點上。然而，這樣的定位方式在多指應用上無 法正確判斷出手指位置。 圖2顯示有兩隻手指觸碰電容式觸控板10時的情況，當 手指20及22觸碰電容式觸控板1〇時，將偵測到感應線τχ2、 ΤΧ4、ΤΥ2及ΤΥ4上的電容值改變，因此除了手指20及22 觸碰的位置(ΤΧ2/ΓΥ4)及(TX4JY2)之外，在位置(ΤΧ2/ΓΥ2)及 (TX4JY4)也將出現兩個鬼點24及26，這使得電容式觸控板 10無法正確的判斷出手指2〇及22的位置。 因此’ 一種應用在電容式觸控板可以達成多指定位的裝 置，乃為所冀。 【發明内容】 本發明的目的’在於提出一種應用電容式觸控板中用以達 成多指定位的切換電容電路及偵測亨法。 根據本發明，一種電容式觸控板的切換電容電路及偵測方 法偵測在-第-感應線及—第二感應線的交又點上產生的旁 側電容的電容值’據以觸是否有物件觸猶交又點。該切換 電容電路包括-第-切換電路連接該第—感絲，用以將該第 -感應線連接至-第-電壓端或—第二電壓端，—運算放大器 具有第一輸入端、一帛二輸入端及一輪出端，該運算放大器 的第輪人:¾¾連接$第二電壓端，—第二切換電路連接該第二 感f線’用以將該第二感應線連接至該第二電壓端或該運算放 大器的第二輸人端’ _切換電容具有—第—端及—第二端，該 切換電容的第-端連接該運算放A器的第二輸人端，—第 換電路連接在該運算放大器的第二輸人端及輸出端之間，“ 將該運算放大㈣輸_連接至該放大⑽第 端，以及-第四切換電路連接該切換電容的第二端，用以二 :容的第二端連接至該第二電壓端或該運算放大器； 連接==τ該第一感應線及該第二感應線 愈r電一第二電壓端以在該旁侧電容上累籍 ，何’接著將該第-感應線切換至該第二電壓端並將^ 應線切換至該運算放大器的第二輸入端，同時切換電容^感 端切換至該運算放大器的輸出端，跟著該旁側電容上的電荷轉 移至該切換f容以蚊該運算放Ali輸出端上的龍，最後根 據該運算放大n輸ώ端上的電壓麟是^有物件觸碰該交又 點。 【實施方式】 圖3顯示電容式觸控板上兩條感應線τχ及，在感應 線ΤΧ及ΤΥ的交叉點上產生旁侧電容3 〇，其具有電容值Cxy， 當手指觸碰感應線TX及TY的交又點時，旁側電容3〇的電 谷值將產生變化。圖4顯示本發明切換電容電路40的實施例， 其中感應器50為感應線TX及ΤΎ的等效電路，電容5〇〇2為 感應線TX的感應電容’其具有電容值Cx，電容5〇〇4為感應 線TY的感應電容’其具有電容值Cy’在切換電容電路中， 切換電路4002具有開關SW1連接在電壓端Vc及感應線TX 之間以及開關SW2連接在感應線TX及電壓端Vcom之間， 開關SW1及SW2分別受控於時脈P1及P2，切換電路4〇〇4 具有開關SW3連接在感應線TY及電壓端Vcom之間以及開 關SW4 ,接在感應線TY及運算放大器4010的輸入端4〇12 之間，開關SW3及SW4分別受控於時脈pi及P2，運算放大 器4010除了輸入端4012外還具有一輸入端4014及輸出端 4016，運算放大器4010的輸入端4014連接電壓端Vcom，切 換電容CF具有第一端4018及第二端4020，其中切換電容CF 的第.一端4018連接運算放大器4010的輸入端4012，切換電 路4006具有開關SW5連接在運算放大器4010的輸入端4〇12 及輸出端4016之間，開關SW5受控於時脈pi，切換電路4008 具有開關SW6連接在切換電容cf的第二端4020及電壓端 Vcom之間以及開關SW7連接在切換電容cf的第二端4020 及運算放大器4010的輪出端4〇16之間，開關SW6及SW7分 別受控於時脈P1及P2。 圖5顯示手指觸碰感應器5〇時的情況，當手指觸碰感應 線TX及TY的交叉點時’感應線τχ&τγ的感應電容5〇〇2 及5004分別有電容增量及Δ(：γ，同時旁側電容3〇也有 電容增量ACxy。圖6顯示圖5中切換電容電路4〇在時脈ρι 打開(turnon)開關時的情況。圖7顯示圖5中切換電容電路4〇 在時脈P2打開開關時的情況。參照圖6，時脈ρι打開開關 S\\a、SW3、SW5 及 SW6 而時脈 P2 關閉(tum 〇g)開關 SW2、 SW4及SW7 ’因此感應線TX連接電壓端Vc，感應線τγ連 接電壓端Vcom ’切換電容CF的第二端連接電壓端Vc〇m，運 算放大器4010的輸出端4016連接其輸入端4012，由於感應 線TX的感應電容5002有電容増量^Cx，故其電荷

Qcx=V c X (Cx+ACx) 公式 1 感應線TY的感應電容5004有電容增量ACy，故其電荷

Qcy=Vcomx(Cy+ACy) 、 同樣的，旁侧電容30的電荷 公式3

Qcxy=(V c-V com) x(Cxy+ACxy) 由於虛接地原理’運算放大器4010的輸入端4〇12上的電壓等 於輸入端4014上的電壓Vcom，因此切換電容CF兩端4〇18 = 4020上的電壓相等，故切換電容CF上的電荷為G，此時運 算放大器的輸出端4〇16上的電壓v〇=Vcom。 接者’參照圖7 ’時脈P1關閉開關swi、SW3、SW5及 SW6而時脈P2打開開關SW2、剛及SW7，因此感應線τχ 連接電壓端Vcom’感應線ΤΥ連接運算放大器4〇1〇的輸入端 4012，切換電容CF的第二端連接運算放大器4〇1〇的輸出端 4016，運鼻放大器4010的輸出端4016及輸入端4012之間則 被斷開’此時’感應線Τχ的感應電容5〇〇2的電荷 公式4 公式5

Qcx=Vcomx(Cx+ACx) 感應線TY的感應電容5004的電荷 Qcy=Vcomx(Cy+ACy) 而旁側電容30上的電荷將全部轉移到切換電容CF，故旁側電 容30上的電荷為〇 ’由公式3可得知切換電容CF上的電荷 公式6

Qcf=(Vo-Vc〇m) xCF=(V c-Vcom) x (Cxy+ACxy) 根據公式6可進一步得到運算放大器4016輸出端上的電壓 Vo=[(Cxy+ACxy)/CF]x(Vc-Vcom)+Vcom 公式 7 在切換電容電路40中，感應線TX及τγ的感應電容5〇〇2及 5004之電容值變化並不會對切換電容電路輸出端v〇造成影 圖8顯示沒有手指觸碰感應器50時情況’其中感應線TX 及TY的感應電容5002及5004分別有電容增量acx及ACy， 但由於手指沒有觸碰至感應線TX及TY的交又點，因此旁側 電谷30沒有電容增量。圖9顯示圖8中切換電容電路4〇在時 脈P1打開開關時的情況。圖1〇顯示圖8中切換電容電路4〇 在時脈P2打開開關時的情況。參照圖9，時脈ρι打開開關 SW1、SW3、SW5 及 SW6 而時脈 P2 關閉(turn of!)開關 SW2、 SW4及SW7 ’因此感應線τχ連接電壓端Vc，感應線τγ連 接電壓端Vcom，切換電容CF的第二端連接電壓端Vc〇m，運 算放大器4010的輸出端4016連接其輸入端4012，由於感應 線TX的感應電容5〇〇2有電容增量Δ(：χ，故其電荷如公式1 所示’感應線TY的感應電容5〇〇4有電容增量，故其電 荷如公式2所示，旁侧電容3〇的電荷 公式8

Qcxy=(Vc-Vcom)xCxy 由於虛接地原理，運算放大器侧的輸入端4012上的電壓等 於輸入端4014上的電壓Vc〇m，因此切換電容CF兩端4〇18 f 4020上的電壓相帛，故切換電容CF上的電荷為〇，此時運 算放大器的輸出端4016上的電壓Vo=Vc〇m。 接著’參照圖10 ’時脈P1關閉開關SW1、SW3、SW5 及SW6而時脈P2打開開關SW2、SW4及則，因此感應線 丁X連接電_ Vcom，感應線TY連接運算放大器4〇1〇的輸 入端4012 ’切換電容CF的第二端連接運算放大器麵的輸 出4 4016，運箅放大器4〇1〇的輸出端4〇16及輸入端4012之 間則被斷開，此時，感應線Tx的感應電容5〇〇2的電荷如公 式4所示’感應線ΤΥ的感應電容5〇〇4的電荷如公式5所示， 而旁側電容30上的電荷將全部轉移到切換電容CF，故旁側電 各30上的電何為〇 ,由公式8可得知切換電容上的電荷 公式9

Qcf^^o-V com) χ CF=( V c-V com) χ Cxy 根據公式9可進一步求得運算放大器4010的輸出端4〇16上的 電壓 公式10

Vo=(Cxy/CF)x (Vc-Vcom)+Vcom 由公式.7及公式10可知，當有手指觸碰感應器5〇時，旁側電 容30將產生變化’進而使運算放大器4010的續出端4〇16上 的電壓改變，又感應線τχ及τγ的感應電容5002及5〇〇4之 電容值變倾不會對鴻電容電路輪㈣1 造聽響，因此 在多指應用上可以正確定位出手指的位置 【圖式簡單說明】 圖1顯示習知的電容式觸控板； 圖2顯示有兩隻手指觸碰圖1中電容式觸控板的情況； 圖3顯示電容式觸控板上兩條感應線Tx及TY ; 圖4顯示本發明切換電容電路的實施例； 圖5顯示手指觸碰圖4中感應器時的情況； 圖6顯示圖5中切換電容電路在時脈π打開開關時的情況； 圖7顯示圖5中切換電容電路在時脈P2打開開關時的情況； 圖8顯示沒有手指觸碰圖4中感應器時情況； 圖9顯示圖8中切換電容電路在時脈Π打開開關時的情況； 以及 圖10顯示圖8中切換電容電路在時脈P2打開開關時的情況。 【主要元件符號說明】 10 電容式觸控板 12 手指 20 手指 22 手指 24 鬼點 26 鬼點 30 旁側電容 I3802-Q? 40 切換電容電路 4002 切換電路 4004 切換電路 4006 切換電路 4008 切換電路 4010 運算放大器 4012 運算放大器3010的輸入端 4014 運算放大器3010的輸入端 4016 運算放大器3010的輸出端 4018 切換電容CF的第一端 4020 切換電容CF的第二端 50 感應器 5002 感應線TX的感應電容 5004 感應線TY的感應電容

Claims (1)

1. 七、申請專利範圍： 1. 一種電容式觸控板的切換電容電路，該電容式觸控板具有一 第一感應線以及一第二感應線，在該第一感應線及該第二感 應線的交叉點上產生一旁側電容，該切換電容電路包括： 一第一切換電路，連接該第—感應線，用以將該第一感應 線連接至一第一電壓端或一第二電壓端； 一運算放大器，具有一第一輪入端、一第二輸入端及一輸 出端，該運算放大器的第一輸入端連接該第二電壓 端； 一第二切換電路，連接該第二感應線，用以將該第二感應 線連接至該第二電壓端或該運算放大器的第二輸入 端； -切換電容m端及—第二端，該切換電容的第 一端連接該運算放大器的第二輸入端； -第三2換電路’連接在該運算放大騎第二輸入端及輸 出鳊之間’用以將該運算放大器的輸出端連接至該運 算放大器的第二輸入端；以及 一第四.切，電路，連接該切換電容的第二端，用以將該切 換電容的第二端連接至該第二電壓端賴運算放大 器的輪出端； 其中，當物件觸碰該交又點時，該旁側電容的電容值將產 變化進而使S亥運算放大器的輪出端上的電壓改 變0 2·如請求項1之切換電容電路，其中該第一切換電路包括： 12 第開關，連接在該第一感應線及該第一電壓端之間； 以及 第一開關，連接在該第一感應線及該第二電壓端之間。 3. 如視求項1之切換電容電路，其中該第二切換電路包括： 第一開關，連接在該第二感應線及該第二電壓端之間； 以及 一第二開關’連接在該第二感應線及該運算放大器的第二 輸入端之間。 4. 如請求項1之切換電容電路，其中該第三切換電路包括—開 關2接在該運算放大器的第二輸入端及輸出端之間。 5. 如請求項1之切換電容電路，其中該第四切換電路包括： 一第一開關’連接在該切換電容的第二端及該第二電壓端 之間；以及 一第二開關，連接在該城電容的第二獻該運算放大器 的輸出端之間。 ° 6. ;種電容式觸控板的铜方法，該電容式觸控板具有—第一 感應線及-第二感應線’在該第—及第二感麟的交又點上 產生一旁側電容，該偵測方法包括下列步驟： 刀別將4第-感應線及該第二感應線連接至—第—電虔 端及一第二電壓端以在該旁侧電容上累積電荷， ·以及 H亥旁側電容的電荷以判斷該旁側電容的電容值是否 變化，進而判斷是否有物件觸碰該交又點。 •如明求項6之偵測方法’其中該偵測該旁側電容的電荷以判 斷該旁側電容的電容值是否變化的步驟包括： ， 13 Ι3802Θ? 分別將該第一感應線及第二感應線切換至該第二電壓端 及一運算放大器的第一輸入端以使該旁側電容的電 荷轉移至一切換電容，其中該運算放大器的第二輸入 端連接該第二電壓端，而該切換電容連接在該運算放 大器的第一輸入端及輸出端之間；以及 根據該運算放大器的輸出端上的電壓判斷該旁側電容的 電容值是否變化。

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