TWI385566B - Capacitive pushbutton device - Google Patents

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TWI385566B
TWI385566B TW097117369A TW97117369A TWI385566B TW I385566 B TWI385566 B TW I385566B TW 097117369 A TW097117369 A TW 097117369A TW 97117369 A TW97117369 A TW 97117369A TW I385566 B TWI385566 B TW I385566B
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Holtek Semiconductor Inc
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches

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Description

電容式按鍵裝置
本發明係有關於一種電容式按鍵裝置，尤指一種使電容式按鍵提高解析度之電容式按鍵裝置。
圖一及圖二分別為習知電容式按鍵裝置之系統方塊圖以及電容式按鍵裝置遭觸碰時，信號的變化示意圖。請同時參考圖一及圖二，藉由信號發送裝置1發送信號的發送流程中當手指觸摸印刷電路板或是玻璃面板2時，其所吸收的傳輸電荷相當有限，而未被手指吸收的電荷有兩路徑傳送出去，其一是直接耦合傳至積分器與放大裝置3，其二是輻射至空間中，而耦合至積分器與放大裝置3的信號將形成該按鍵的永久基值，此基值與未被觸摸時的耦合電位值比約80%~90%，換句話說當電容式觸控裝置遭觸碰時與未觸摸下的變化只有10%~20%，之後經由數位至類比轉換單元後其有效使用的數據範圍也只有其位元階數的10%~20%。
由於習知電容式按鍵裝置是利用發送信號經印刷電路板或是玻璃面板2所構成的等效電容，之後耦合電荷至積分器與放大裝置3，再經由類比至數位轉換單元4將信號轉換成數位資料儲存於資料儲存單元5之後接由資料輸出單元6輸出並判斷。而當電容式按鍵被觸摸後積分信號會被觸摸的手指吸收其電荷能量，而使積分信號電位降低，此電荷吸收的程度約只有全積分電位的10%~20%，然而 此信號在經類比至數位轉換單元4後所剩的80%~90%將永遠不會有所變化，因此觸控感應的解析度也只有類比至數位轉換單元4的10%~20%，若要善用此類比至數位轉換單元4轉換的解析度則必須扣除80%~90%不變動的基值，只送觸控變動量給類比至數位轉換單元4轉換，以達精確度提升。
故由上述可知，習知電容式按鍵裝置的缺點有：
1.按鍵解析度不高。
2.硬體空間大與製造成本高。
3.應用範圍只限於一般控制按鍵並無法應用於面板控制。
因此，如何研發出一種電容式按鍵裝置，其可改善傳統電容式按鍵解析度不良的問題，並且可廣泛應用於觸控面板上，由於解析度提高使得數位至類比轉換單元的空間可進一步減少，並同時達到降低設計與製造的成本的目的，將是本發明所欲積極探討之處。
本發明提出一種電容式按鍵裝置，其主要目的為改善傳統電容式按鍵解析度不良的問題。
本發明為一種電容式按鍵裝置，包括：一信號輸入單元，用來輸入一電壓信號；一第一放大器，其正輸入端與該信號輸入單元耦接，以接收該電壓信號，其負輸入端與一參考電壓耦接，其中該第一放大器之正輸入端與輸出端 之間設有一電阻，且該第一放大器之負輸入端串接一電容後接地，以形成一積分放大器；一第一切換單元，其輸入端與該第一放大器之輸出端耦接；一第二放大器，較佳係為差動放大器，其負輸入端與該第一切換單元之一輸出端耦接；一第二切換單元，其一輸入端與該第一切換單元之另一輸出端耦接，其另一輸入端與該第二放大器之輸出端耦接；一類比至數位轉換單元，其輸入端與該第二切換單元之輸出端耦接；一第三切換單元，其一輸入端與該類比至數位轉換單元之輸出端耦接；一資料輸出單元，其與該第三切換單元之一輸出端耦接；一資料儲存單元，其輸入端與該第三切換單元之另一輸出端耦接；以及一數位至類比轉換單元，其輸入端與該資料儲存單元之輸出端耦接，其輸出端與該第二放大器之正輸入端耦接。
藉此，可改善傳統電容式按鍵解析度不良的問題，並且可廣泛應用於觸控面板上，由於解析度提高使得數位至類比轉換單元的空間可進一步減少，並同時達到降低設計與製造的成本的目的。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後： 圖三為本發明一種電容式按鍵裝置較佳具體實施例之電路圖。請參考圖三，本發明之電容式按鍵裝置包括：一信號輸入單元6，用來輸入一電壓信號；一第一放大器7，其正輸入端8與該信號輸入單元6耦接，以接收該電壓信號，其負輸入端9與一參考電壓耦接；一第一切換單元10，其輸入端11與該第一放大器7之輸出端12耦接；一第二放大器13，其負輸入端14與該第一切換單元10之一輸出端15耦接；一第二切換單元16，其一輸入端17與該第一切換單元10之另一輸出端18耦接，其另一輸入端19與該第二放大器13之輸出端20耦接；一類比至數位轉換單元21，其輸入端22與該第二切換單元16之輸出端23耦接；一第三切換單元24，其一輸入端25與該類比至數位轉換單元21之輸出端26耦接；一資料輸出單元27，其與該第三切換單元24之一輸出端28耦接；一資料儲存單元29，其輸入端30與該第三切換單元24之另一輸出端31耦接；以及一數位至類比轉換單元32，其輸入端33與該資料儲存單元29之輸出端34耦接，其輸出端35與該第二放大器13之正輸入端36耦接。
圖四至圖六分別為本發明一種電容式按鍵裝置於資料儲存模式時之信號走勢圖、於資料輸出模式時之信號走勢圖以及當按鍵被觸碰時之信號狀態示意圖。請同時參考圖四至圖六並配合圖三，本發明在實際運作上較佳係包含一切換模式設定單元37，以控制該第一切換單元10、該第二切換單元16以及該第三切換單元24之切換模式，其至少包含一資料儲存模式及一資料輸出模式，其中當電容式按 鍵裝置重置時，該切換模式會先被設定為資料儲存模式(如圖四所示)，該第一切換單元10、該第二切換單元16導通以及該第三切換單元24會使該第一放大器7、該類比至數位轉換單元21以及該資料儲存單元29電性相接，當電容式按鍵裝置的初始資料儲存完畢之後，該切換模式會切換為資料輸出模式時(如圖五所示)，該第一切換單元10、該第二切換單元16導通以及該第三切換單元24會使該第一放大器7、該第二放大器13以及該資料輸出單元27電性相接，之後，當有使用者觸摸按鍵38時積分波形將被改變，此時積分波形最高位準與基值之間的差即被放大送出，再經由類比至數位轉換單元21轉出變化率的資料，進而判斷解析度(如圖六所示)。
藉此，可改善傳統電容式按鍵解析度不良的問題，並且可廣泛應用於觸控面板上，由於解析度提高使得數位至類比轉換單元的空間可進一步減少，並同時達到降低設計與製造的成本的目的。
由於本發明是利用扣除電荷累積的基值後再放大其感應的電位差，之後經類比至數位轉換單元轉成數位訊號，由於只放大觸控變化量的差，因此類比至數位轉換單元可以完完全全表現出觸控感應的變化量，故可達到高解析觸控偵測。
本發明更具有如下優點：1.可將觸控陣列按鍵應用於顯示螢幕上。
2.可適用於小型甚至大型螢幕上而不需更換任何電容觸控IC裝置。
因為本發明之電容式按鍵裝置具有高解析度，其對於使用者在按鍵控制上將更準確與方便。
由以上所述可以清楚地明瞭，本發明係提供一種電容式按鍵裝置，其可改善傳統電容式按鍵解析度不良的問題，並且可廣泛應用於觸控面板上，由於解析度提高使得數位至類比轉換單元的空間可進一步減少，並同時達到降低設計與製造的成本的目的。因此，本發明在專利的角度上具備了新穎性與進步性，市場上更具備了產業上的利用性，足適　貴審查委員給予專利。
以上已將本發明專利申請案做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明專利申請案之較佳實施例而已，當不能限定本發明專利申請案實施之範圍。即凡依本發明專利申請案申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明專利申請案之專利涵蓋範圍內。
1‧‧‧信號發送裝置
2‧‧‧印刷電路板或是玻璃面板
3‧‧‧積分器與放大裝置
4‧‧‧類比至數位轉換單元
5‧‧‧資料儲存單元
6‧‧‧資料輸出單元
7‧‧‧第一放大器
8‧‧‧正輸入端
9‧‧‧負輸入端
10‧‧‧第一切換單元
11‧‧‧輸入端
12‧‧‧輸出端
13‧‧‧第二放大器
14‧‧‧負輸入端
15‧‧‧輸出端
16‧‧‧第二切換單元
17‧‧‧輸入端
18‧‧‧輸出端
19‧‧‧輸入端
20‧‧‧輸出端
21‧‧‧類比至數位轉換單元
22‧‧‧輸入端
23‧‧‧輸出端
24‧‧‧第三切換單元
25‧‧‧輸入端
26‧‧‧輸出端
27‧‧‧資料輸出單元
28‧‧‧輸出端
29‧‧‧資料儲存單元
30‧‧‧輸入端
31‧‧‧輸出端
32‧‧‧數位至類比轉換單元
33‧‧‧輸入端
34‧‧‧輸出端
35‧‧‧輸出端
36‧‧‧正輸入端
37‧‧‧切換模式設定單元
38‧‧‧按鍵
圖一為習知電容式按鍵裝置之系統方塊圖。
圖二為習知電容式按鍵裝置遭觸碰時，信號的變化示意圖。
圖三為本發明一種電容式按鍵裝置較佳具體實施例之電路圖。
圖四為本發明一種電容式按鍵裝置於資料儲存模式時之信號走勢圖。
圖五為本發明一種電容式按鍵裝置於資料輸出模式時之信號走勢圖。
圖六為本發明一種電容式按鍵裝置，當按鍵被觸碰時之信號狀態示意圖。
7‧‧‧第一放大器
8‧‧‧正輸入端
9‧‧‧負輸入端
10‧‧‧第一切換單元
11‧‧‧輸入端
12‧‧‧輸出端
13‧‧‧第二放大器
14‧‧‧負輸入端
15‧‧‧輸出端
16‧‧‧第二切換單元
17‧‧‧輸入端
18‧‧‧輸出端
19‧‧‧輸入端
20‧‧‧輸出端
21‧‧‧類比至數位轉換單元
22‧‧‧輸入端
23‧‧‧輸出端
24‧‧‧第三切換單元
25‧‧‧輸入端
26‧‧‧輸出端
27‧‧‧資料輸出單元
28‧‧‧輸出端
29‧‧‧資料儲存單元
30‧‧‧輸入端
31‧‧‧輸出端
32‧‧‧數位至類比轉換單元
33‧‧‧輸入端
34‧‧‧輸出端
35‧‧‧輸出端
36‧‧‧正輸入端
37‧‧‧切換模式設定單元
38‧‧‧按鍵

Claims (7)

  1. 一種電容式按鍵裝置，包含有：一信號輸入單元，用來輸入一電壓信號；一第一放大器，其正輸入端與該信號輸入單元耦接，以接收該電壓信號，其負輸入端與一參考電壓耦接；一第一切換單元，其輸入端與該第一放大器之輸出端耦接；一第二放大器，其負輸入端與該第一切換單元之一輸出端耦接；一第二切換單元，其一輸入端與該第一切換單元之另一輸出端耦接，其另一輸入端與該第二放大器之輸出端耦接；一類比至數位轉換單元，其輸入端與該第二切換單元之輸出端耦接；一第三切換單元，其一輸入端與該類比至數位轉換單元之輸出端耦接；一資料輸出單元，其與該第三切換單元之一輸出端耦接；一資料儲存單元，其輸入端與該第三切換單元之另一輸出端耦接；以及一數位至類比轉換單元，其輸入端與該資料儲存單元之輸出端耦接，其輸出端與該第二放大器之正輸入端耦接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電容式按鍵裝置，其中該第一放大器之正輸入端與輸出端之間設有一電阻，且該第一放大器之負輸入端串接一電容後接地，以形成一積分放大器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電容式按鍵裝置，其中該第二放大器為一差動放大器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電容式按鍵裝置，更包含一切換模式設定單元，以控制該第一切換單元、該第二切換單元以及該第三切換單元之切換模式。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電容式按鍵裝置，其中該切換模式包含一資料儲存模式及一資料輸出模式。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電容式按鍵裝置，其中當該切換模式為資料儲存模式時，該第一切換單元、該第二切換單元導通以及該第三切換單元會使該第一放大器、該類比至數位轉換單元以及該資料儲存單元電性相接。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之電容式按鍵裝置，其中當該切換模式為資料輸出模式時，該第一切換單元、該第二切換單元導通以及該第三切換單元會使該第一放大器、該第二放大器以及該資料輸出單元電性相接。
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