TWI397807B - 可節省電能的觸控裝置及其相關方法 - Google Patents

Description

可節省電能的觸控裝置及其相關方法

本發明係指一種觸控裝置及其相關方法，尤指一種可節省電能的觸控裝置及其相關方法。

傳統的電腦資訊產品大部份使用按鍵、鍵盤或滑鼠等較為傳統的使用者介面來輸入資料。隨著觸控面板的問世，使用者可以以一種非常便利的方式進行資料輸入的工作。此外，由於近年來人們對環保的重視，以及電腦資訊產品的推陳出新，綠色產品的觀念逐漸影響到所有電腦資訊產品的設計理念。其中，觸控面板的節能化自然也受到重視。節省電能消耗還有附帶的好處，例如可以延長可攜式電子裝置的待機時間，使用者因此得以不需時常對電子裝置充電，如此便可增進使用者的便利性。

觸控面板及其相關控制裝置常見於一般可攜式產品，用來方便使用者點選螢幕上的功能或其他物件。請參考第1圖，第1圖為習知技術中一觸控面板PANEL1及一控制裝置12的架構示意圖。觸控面板PANEL1包含有許多水平方向走線(X trace)及垂直方向走線(Y trace)，用來提供使用者執行觸控動作。這些走線的主要功能係用來感應人體電容經類比數位訊號轉換器以產生類比輸出電壓作為觸控面板PANEL1的輸出訊號。而且，這些走線中的任何一條走線，根據其物理特性，各自對應於一個環境電容參數。當觸控面板PANEL1發生觸控事件時，某幾個特定走線的類比輸出電壓就會相應地發生變化。因此，控制裝置12可以根據類比輸出電壓的改變來偵測觸控事件的發生。控制裝置12連接於觸控面板PANEL1，包含有一類比數位訊號轉換器120、一運算控制單元122及一主機介面單元124。類比數位訊號轉換器120直接耦接於觸控面板PANEL1，用來將觸控面板PANEL1中所有的類比輸出電壓轉換為數位資料，並傳送給運算控制單元122。運算控制單元122根據類比數位訊號轉換器120所傳來的資料進行演算，判斷是否有觸控事件發生。當運算控制單元122的資料演算結果確認有觸控事件發生，則由主機介面單元124負責發出一訊息給一電腦主機HOST1，用以通知此一觸控事件的發生。此外，由於觸控面板PANEL1中，不同的走線具有不同的環境電容值。每當控制裝置12讀取觸控面板PANEL1的類比輸出電壓時，不同的環境電容值會影響類比輸出電壓值的大小。因此，類比數位訊號轉換器120每轉換一次走線的類比輸出電壓，就必須根據不同走線之環境電容值，調整類比數位訊號轉換器120的轉換比率，用以抵銷環境電容值對該筆資料的影響。經由這種方式，類比數位訊號轉換器120所輸出的數位資料就可以成為一正規化的(normalized)數位資料值，並交由運算控制單元122進行後續處理。

然而，值得注意的是，運算控制單元122及類比數位訊號轉換器120之間，係由運算控制單元122逐筆提供對應於不同走線的環境電容值。類比數位訊號轉換器120每執行一次轉換，就必先接收一筆來自運算控制單元122所傳送來的環境電容值，然後才能進行類比至數位的轉換工作，並將轉換結果傳送至運算控制單元122。上述的操作方式使控制裝置12消耗許多不必要的電能，造成電池的使用時間無法進一步延長等問題，因而無法提升使用者的便利性。

因此，本發明的主要目的即在於提供一種可以節省電能的觸控裝置及其相關方法。

本發明揭露一種可節省電能的觸控裝置，該裝置用來根據一觸控面板的輸出，偵測一觸控事件的發生，該觸控面板包含有複數個水平方向走線及複數個垂直方向走線，該複數個水平方向走線及該複數個垂直方向走線對應於複數個環境電容參數，並用來產生複數個類比輸出電壓，該觸控控制裝置包含有一暫存記憶體，用來暫存資料；一中斷觸發單元，用來計算該暫存記憶體中所儲存之資料數，並於該暫存記憶體中所儲存之資料數大於或等於一預設值時，輸出一中斷訊號；一類比至數位轉換單元，耦接於該觸控面板及該暫存記憶體，用來根據該複數個環境電容參數，將該複數個類比輸出電壓轉換為複數個數位走線資料存於該暫存記憶體，並根據一控制訊號，切換其操作模式；一運算單元，耦接於該暫存記憶體，用來根據該暫存記憶體之該複數個數位走線資料，產生一偵測結果，並根據該控制訊號，切換其操作模式；一模式控制單元，耦接於該中斷觸發單元、該運算單元及該類比至數位轉換單元，用來根據該中斷訊號，產生該控制訊號至該運算單元及該類比至數位轉換單元；以及一傳輸介面單元，耦接於該運算單元，用來於該偵測結果，傳送一觸控事件訊息至一電腦主機。

本發明另揭露一種用於一觸控裝置節省電能的方法，包含有由一類比至數位轉換單元根據複數個環境電容參數，將一觸控面板所產生之複數個類比輸出電壓轉換為複數個數位走線資料；將該複數個數位走線資料暫存於一暫存記憶體中；以及根據該暫存記憶體中所儲存之一資料數，控制該類比至數位轉換單元及一運算單元之操作模式。

請參考第2圖，第2圖為本發明實施例用來節省電能之一觸控控制裝置20之架構示意圖。觸控控制裝置20連接於一觸控面板PANEL2，用來偵測觸控事件的發生，並將偵測結果傳送至一電腦主機HOST2。觸控控制裝置20包含有一暫存記憶體202、一中斷觸發單元204、一類比至數位轉換單元206、一運算單元208、一模式控制單元210及一傳輸介面單元212。

觸控控制裝置20的運作方式如下。首先，模式控制單元210將類比至數位轉換單元206設定於運作模式，並將運算單元208操作於休眠模式。類比至數位轉換單元206根據走線的環境電容參數，將走線的類比輸出電壓轉換為數位走線資料，並存於暫存記憶體202。暫存記憶體202提供記憶體空間，用來暫存數位走線資料，並由中斷觸發單元204負責計算暫存於暫存記憶體202中之數位走線資料數。當暫存記憶體202所儲存之數位走線資料數大於或等於預設值MLEVEL時，中斷觸發單元204就會輸出中斷訊號INTM，而模式控制單元210根據中斷訊號INTM，產生控制訊號SWM1及SWM2。類比至數位轉換單元206根據控制訊號SWM1，切換其操作模式；運算單元208根據控制訊號SWM2，切換其操作模式。較佳地，此時由模式控制單元210所發出之控制訊號SWM1係使類比至數位轉換單元206切換至休眠模式，並將運算單元208切換至運作模式，因此可以節省類比至數位轉換單元206的電能消耗。其中，較佳地，用來限制暫存記憶體202中數位走線資料數的預設值MLEVEL係小於或等於暫存記憶體202之容量。

此外，運算單元208讀取暫存記憶體202的數位走線資料並加以運算，因此可以產生偵測結果。其中，當運算單元208執行完畢觸控運算並產生偵測結果之後，暫存記憶體202所儲存的資料已全數由運算單元208讀取完畢，模式控制單元210因此可以經由控制訊號SWM1及SWM2，切換觸控控制裝置20的操作模式。較佳地，控制訊號SWM1係使類比至數位轉換單元206操作於運作模式，而控制訊號SWM2係使運算單元208操作於休眠模式，因此可以節省運算單元208的電能消耗。

如前所述，模式控制單元210係用來產生控制訊號SWM1及SWM2，以控制運算單元208及類比至數位轉換單元206的操作模式，其目的在於節省電能。其中，較佳地，控制訊號SWM1及SWM2係由模式控制單元210輸出給類比至數位轉換單元206及運算單元208，控制訊號SWM1及SWM2可以為同一個控制訊號，亦可為兩個不同的控制訊號。最後，傳輸介面單元212根據運算單元208的偵測結果，傳送一觸控事件訊息至電腦主機HOST2。此外，觸控控制裝置20另包含有一非揮發性的程式記憶體220，連接於運算單元208除儲存運算單元208運作時所需程式碼之外也用來於電源關閉時，儲存Panel2所有的環境電容參數。同時，觸控控制裝置20另包含有一負載參數暫存單元222，連接於類比至數位轉換單元206。較佳地，當觸控控制裝置20開機或重置時，運算單元208可將儲存於程式記憶體220中的環境電容參數傳送至負載參數暫存單元222儲存，使類比至數位轉換單元206可直接由負載參數暫存單元222讀取任何一個環境電容參數。此外，較佳地，暫存記憶體202與負載參數暫存單元222在實體上可以共用同一記憶體模組，也可以分屬兩個獨立的記憶體模組。

值得注意的是，觸控控制裝置20利用暫存記憶體202可以儲存多筆資料的功能，將類比至數位轉換單元206所產生的數位走線資料暫存於暫存記憶體202之中，因此得以免除每做一次類比至數位轉換，就必須將新產生的數位走線資料傳遞給運算單元208處理。此外，觸控控制裝置20所包含之負載參數暫存單元222及非揮發性之程式記憶體220，係於每次開機或執行重置功能時，由運算單元208將環境電容參數由程式記憶體220傳送至負載參數暫存單元222中存放。如此一來，觸控控制裝置20執行每一筆的類比至數位轉換，類比至數位轉換單元206不需由運算單元208將對應的環境電容參數，一次一筆地將環境電容參數傳送給類比至數位單元206。相反地，類比至數位轉換單元206可以直接從負載參數暫存單元222中直接讀取相對應的環境電容參數。因此，相較於習知技術，類比至數位轉換單元206便可以免除運算單元208於轉換資料的過程中的干預，獨立將類比至數位的轉換動作完成，因此可以大幅地提升效率。

尤其重要的是，觸控控制裝置20可以使類比至數位轉換單元206及運算單元208分別控制在運作模式或休眠模式，以節省電能。當暫存記憶體202中所儲存的數位走線資料等於或大於預設值MLEVEL時，由中斷觸發單元204產生中斷訊號INTM，則模式控制單元210可根據此中斷訊號INTM，產生控制訊號SWM1及SWM2，使類比至數位轉換單元206進入休眠模式，並將運算單元208喚醒，使其進入運作模式。當運算單元208根據暫存記憶體202中所儲存的數位走線資料，執行完畢偵測觸控事件的相關演算後，則再次由模式控制單元210將類比至數位轉換單元206喚醒，使其進入運作模式，並使運算單元208進入休眠模式。如此一來，當模式控制單元210使運算單元208及類比至數位轉換單元206輪流處於休眠模式時，便因此可以省下部份的電能。

為更詳細說明觸控控制裝置20之操作方式，請參考第3圖。第3圖係根據本發明之觸控控制裝置20之操作流程30示意圖，本領域具通常知識者當了解操作流程30僅為說明本發明之方法及其功效，而不限於此。操作流程30包含有以下之步驟：

步驟300：開始。

步驟302：將環境電容參數由程式記憶體220傳送至負載參數暫存單元222中存放。

步驟304：根據暫存記憶體202之記憶空間大小及實際應用，設定預設值MLEVEL。

步驟306：根據控制訊號SWM1，將類比至數位轉換單元206操作於運作模式。

步驟308：根據控制訊號SWM2，將運算單元208操作於休眠模式。

步驟310：類比至數位轉換單元206根據走線的環境電容參數，將類比輸出電壓轉換為數位走線資料，並存於暫存記憶體202。

步驟312：判斷暫存記憶體202所儲存之數位走線資料數是否大於或等於預設值MLEVEL；若否，則回到步驟310。

步驟314：中斷觸發單元204輸出中斷訊號INTM。

步驟316：模式控制單元210根據中斷訊號INTM，產生控制訊號SWM2，喚醒運算單元208，進入運作模式。

步驟318：運算單元208讀取暫存記憶體202之數位走線資料後，模式控制單元210產生控制訊號SWM1，使類比至數位轉換單元206進入休眠模式。

步驟320：運算單元208根據所讀取之數位走線資料，進行演算以偵測觸控事件的發生。

步驟322：根據步驟320判斷是否發生觸控事件，若未發生觸控事件，則返回到步驟306。

步驟324：傳輸介面單元212將偵測結果以封包方式傳送至電腦主機HOST2。

根據操作流程30，較佳地，其中步驟310、312及314係由類比至數位轉換單元206及中斷觸發單元204執行，其餘步驟皆可由運算單元208及模式控制單元210執行。操作流程30中相關單元之配置、連結及相關功能已於上文中闡明，在此不予贅述。

此外，較佳地，本發明可以經由增加暫存記憶體202的容量以節省較多電能。請參考第4A及4B圖，第4A及4B圖係根據本發明之觸控控制裝置20，於比較不同暫存記憶體202容量時之簡化時序示意圖。類比至數位轉換單元206及運算單元208相互交替地處於休眠模式(以0為代表)及運作模式(以1為代表)。其中，第4A圖及第4B圖顯示當暫存記憶體202的容量分別為L1及L2位元時，類比至數位轉換單元206及運算單元208的狀態。經由比較第4A圖及第4B圖可以發現，當暫存記憶體20的容量擴大時，因為需要填寫較多筆資料並花費較長時間以填滿暫存記憶體20，運算單元208處於運作模式的時間間隔可以被相應地拉長。也就是說，記憶體容量L2大於記憶體容量L1，將使得時間間隔T3大於時間間隔T1。由此可知，由於時間間隔T2及時間間隔T4的值大約相等，暫存記憶體202的容量加大，將使耗電能較大的運算單元208處於休眠模式的時間比例得以增大，因而可以節省較多電能。值得注意的是，當運算單元208被喚醒的時間間隔被拉長時，部分的使用者可以感受到觸控控制裝置20的敏感度似乎有所降低。因此，設計者可基於系統的成本及敏感度的考量，將暫存記憶體202的容量調整在一最佳值。

除上述情形之外，本發明也可以於類比至數位轉換單元206中，使用一簡單的硬體模組(未示於圖中)，用來監控類比至數位轉換單元206所轉換的資料。此簡單的硬體模組可初步過濾資料，檢視其中是否包含有有意義的訊息。同時，本發明可僅將其中有意義的資料，及相關的觸控位置訊息，存入暫存記憶體202中。在此情況下，運算單元208可在被喚醒後，根據暫存記憶體202中的資料，及其所對應的觸控位置訊息，進行正式的觸控事件演算。經由此方法，運算單元208被喚醒的時間間隔可進一步被拉長，而本發明將可進一步節省電能。

經實驗量測結果顯示，習知技術之控制裝置12中，耗電量較大的是類比數位訊號轉換器120及運算控制單元122，其中尤以運算控制單元122之耗電量為最大。究其原因，運算控制單元122除需進行資料運算外，另需於類比數位訊號轉換器120工作時，不斷地傳送相關走線之特性資料(環境電容值)予類比數位訊號轉換器120，並於類比數位訊號轉換器120完成每筆類比至數位轉換後，接收來自類比數位訊號轉換器120所輸出的數位資料，因而耗費較大的電能。換句話說，習知技術中的類比數位訊號轉換器120及運算控制單元122係全時地處於運作模式，其結果是使用電能的效率偏低。相較之下，經由實驗量測結果顯示，本發明之觸控控制裝置20所消耗的電能約為習知技術之控制裝置12的30～50%，約當使待機時間延長1～2倍，其節省電能的功效相當明顯。

簡言之，本發明之觸控控制方法及裝置係提供一暫存記憶體連接於類比至數位轉換單元及運算單元之間，做為資料緩衝之用，並且提供負載參數暫存單元，使類比至數位轉換單元得以由負載參數暫存單元中直接讀取環境電容參數。本發明並利用模式控制單元根據系統運作流程，將運算單元及類比至數位轉換單元有序地進入休眠模式，使電能得以節省，效率得以提升。

總而言之，本發明針對習知技術中觸控控制裝置缺乏效率且耗電的缺點，提出一全新的觸控控制方法及裝置架構。經實驗證明，本發明所提之全新的觸控控制方法及裝置架構可以有效執行觸控偵測功能，並使耗電量明顯減少，待機時間增加，提升了消費者的便利性。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

12．．．控制裝置

20．．．觸控控制裝置

120．．．類比數位訊號轉換器

122．．．運算控制單元

124．．．主機介面單元

202．．．暫存記憶體

204．．．中斷觸發單元

206．．．類比至數位轉換單元

208．．．運算單元

210．．．模式控制單元

212．．．傳輸介面單元

220．．．程式記憶體

222．．．負載參數暫存單元

30．．．流程

300、302、304、306、306、310、312、314、316、318、320、322、324．．．步驟

PANEL1、PANEL2．．．觸控面板

HOST1、HOST2．．．電腦主機

MLEVEL．．．預設值

INTM．．．中斷訊號

SWM1、SWM2．．．控制訊號

L1、L2．．．記憶體容量

T1、T2、T3、T4．．．時間間隔

第1圖為習知技術中一觸控面板及其控制裝置的示意圖。

第2圖為根據本發明實施例之一觸控控制裝置之示意圖。

第3圖為根據本發明之觸控控制裝置之操作流程之示意圖。

第4A及4B圖為根據本發明之觸控控制裝置於比較不同暫存記憶體容量時之簡化時序示意圖。

20．．．觸控控制裝置

202．．．暫存記憶體

204．．．中斷觸發單元

206．．．類比至數位轉換單元

208．．．運算單元

210．．．模式控制單元

212．．．傳輸介面單元

220．．．程式記憶體

222．．．負載參數暫存單元

HOST2．．．電腦主機

PANEL2．．．觸控面板

SWM1、SWM2．．．控制訊號

INTM．．．中斷訊號

Claims (15)

1. 一種可節省電能的觸控裝置，包含有：一觸控面板，包含有複數個水平方向走線及複數個垂直方向走線，該複數個水平方向走線及該複數個垂直方向走線對應於複數個環境電容參數，並用來產生複數個類比輸出電壓；一暫存記憶體，用來暫存資料；一中斷觸發單元，用來計算該暫存記憶體中所儲存之一資料數，並於該資料數大於或等於一預設值時，輸出一中斷訊號；一類比至數位轉換單元，耦接於該觸控面板及該暫存記憶體，用來根據該複數個環境電容參數，將該複數個類比輸出電壓轉換為複數個數位走線資料存於該暫存記憶體，並根據一第一控制訊號，切換其操作模式；一運算單元，耦接於該暫存記憶體，用來根據該暫存記憶體之該複數個數位走線資料，產生一偵測結果，並根據一第二控制訊號，切換其操作模式；一模式控制單元，耦接於該中斷觸發單元、該運算單元及該類比至數位轉換單元，用來根據該中斷訊號，產生該第二控制訊號及該第一控制訊號至該運算單元及該類比至數位轉換單元；以及一傳輸介面單元，耦接於該運算單元，用來於該偵測結果，傳送一觸控事件訊息至一電腦主機。
2. 如請求項1所述之觸控裝置，其中該模式控制單元係根據該中斷訊號，產生該第一控制訊號，以將該類比至數位轉換單元操作於一休眠模式，並將該運算單元操作於一運作模式。
3. 如請求項1所述之觸控裝置，其中該模式控制單元係根據該中斷訊號，產生該第一控制訊號，以將該類比至數位轉換單元操作於一運作模式，並將該運算單元操作於一休眠模式。
4. 如請求項1所述之觸控裝置，另包含有一負載參數暫存單元，耦接於該類比至數位轉換單元，用來暫存該複數個環境電容參數。
5. 如請求項4所述之觸控裝置，其中該運算單元另用來於該觸控裝置開機或重置時，將該複數個環境電容參數傳送至該負載參數暫存單元。
6. 如請求項4所述之觸控裝置，其中該負載參數暫存單元及該暫存記憶體可以使用同一個記憶體模組，或是分為兩個記憶體模組。
7. 如請求項5所述之觸控裝置，其另包含有一程式記憶體，耦接於該運算單元，用來儲存該複數個環境電容參數。
8. 如請求項7所述之觸控裝置，其中該程式記憶體係一非揮發性記憶體。
9. 如請求項1所述之觸控裝置，其中該預設值係小於或等於該暫存記憶體之容量。
10. 如請求項1所述之觸控裝置，其中該第一控制訊號及該第二控制訊號可以為同一個控制訊號，亦可為兩個不同的控制訊號。
11. 一種用於一觸控裝置節省電能的方法，包含有：由一類比至數位轉換單元根據複數個環境電容參數，將一觸控面板所產生之複數個類比輸出電壓轉換為複數個數位走線資料；將該複數個數位走線資料暫存於一暫存記憶體中；以及根據該暫存記憶體中所儲存之一資料數，控制該類比至數位轉換單元及一運算單元之操作模式。
12. 如請求項11所述之方法，其中根據該暫存記憶體中所儲存之該資料數控制該類比至數位轉換單元及該運算單元之操作模式，係於該資料數大於或等於一預設值時，將該類比至數位轉換單元操作於一休眠模式，並將該運算單元操作於一運作模式，以透過該運算單元處理該暫存記憶體所儲存之資料。
13. 如請求項12所述之方法，其另包含於該運算單元處理完該暫存記憶體所儲存之資料後，將該類比至數位轉換單元操作於一運作模式，並將該運算單元操作於一休眠模式。
14. 如請求項11所述之方法，其另包含儲存該複數個環境電容參數。
15. 如請求項11所述之方法，其中該預設值係小於或等於該暫存記憶體之容量。