TWI411950B

TWI411950B - 觸控面板

Info

Publication number: TWI411950B
Application number: TW099117755A
Authority: TW
Inventors: Yaw Guang Chang
Original assignee: Himax Tech Ltd
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2013-10-11
Also published as: CN102109938B; TW201122982A; CN102109938A; US8466899B2; US20110157072A1

Description

觸控面板

本發明是有關於一種觸控面板，且特別是有關於一種電容式觸控面板。

隨著技術的迅速發展，多數電子產品，如：筆記型電腦、手機或可攜式多媒體播放器(portable multimedia player)等，常具有觸控面板以作為新一代輸入介面。一般而言，觸控面板可區分為電容式與電阻式觸控面板。電容式觸控面板的操作是利用手指或導電物體(conductive material)來接近或觸碰觸控面板，以改變觸控面板上的電容值。當偵測到電容值的變化時，將可確定利用手指或導電物體所接近或者接觸到的位置，進而執行與前述接近或接觸的位置所預先對應之動作。

圖1為習知觸控面板，其中圖1更繪示出當使用者同時觸碰位置A與位置B時波峰位置示意圖。如圖1所示，習知觸控面板包括多個面板電容，例如：面板電容C11~C15。觸控面板在偵測碰觸位置時，會分別掃描對應X軸及Y軸的面板電容。藉此，當面板電容所對應的位置被觸碰時，面板電容會產生對應的電容變化。此時，經由將對應不同軸向之波峰位置進行交會，即可定位出碰觸位置。

然而，當使用者同時觸碰位置A以及位置B的情況下，被觸碰的位置A以及被觸碰的位置B會在X軸及Y軸各自產生兩個波峰位置，例如：X2、X5、Y3及Y5。此時，兩個軸向的波峰位置進行交會則會產生4個交會點，例如：A、B、A’及B’，其中非屬於真正碰觸位置的兩交會點A’與B’稱之為錯誤感測點(ghost point)。在此情況下，觸控面板會偵測出非真正的碰觸位置，進而造成操作錯誤。

本發明提供一種觸控面板，可對每一面板電容進行偵測，進而避免錯誤感測點的產生。

本發明提出一種觸控面板，包括多個面板電容、一第一切換單元、一第二切換單元、一第一充電單元、一控制單元、以及一計數器。所述多個面板電容的第二端彼此電性相連，且當這些面板電容之其一被選取為一目標電容時，除目標電容以外的面板電容的第一端皆耦接至一接地端。第一切換單元在一第一期間、一第二期間與一第三期間，分別將目標電容的第一端分別切換至一第一電壓、一浮接狀態與一第二電壓。

此外，第二切換單元耦接這些面板電容的第二端，並在第一期間將這些面板電容的第二端導通至一基準電壓。再者，第二切換單元在第二期間將這些面板電容的第二端從浮接狀態切換至一訊號偵測端，並第三期間將這些面板電容的第二端持續導通至訊號偵測端。第一充電單元耦接訊號偵測端，並參照一充電控制訊號而決定是否在第三期間提供一第一充電電流。

另一方面，控制單元耦接訊號偵測端，並對來自訊號偵測端的訊號進行積分，以產生一積分電壓。此外，控制單元比較積分電壓與參考電壓，以在控制單元被觸發時輸出一比較訊號與充電控制訊號。計數器對比較訊號進行計數，以產生一計數值。其中，觸控面板利用計數值來判別目標電容之電容值的變化量。

在本發明之一實施例中，上述之第一切換單元包括一第一開關與一第二開關。第一開關的第一端接收第一電壓，且第一開關的第二端耦接至目標電容的第一端。第二開關的第一端耦接至第一開關的第二端，且第二開關的第二端接收第二電壓。此外，第一開關與第二開關分別受控於一第一時脈訊號與一第二時脈訊號，以分別在第一期間與第三期間維持在導通狀態。

在本發明之一實施例中，上述之控制單元包括一積分器、一比較器、一閂鎖器、以及一及閘。積分器的輸入端耦接至訊號偵測端。比較器的第一輸入端接收參考電壓，且比較器的第二輸入端耦接至積分器的輸出端。閂鎖器的輸入端耦接至比較器的輸出端，閂鎖器的觸發端接收一第四時脈訊號，而閂鎖器的輸出端提供比較訊號。及閘接收比較訊號與一第五時脈訊號，並據以產生充電控制訊號。此外，第四時脈訊號與第五時脈訊號的頻率都分別大於第一時脈訊號與第二時脈訊號的頻率。

基於上述，本發明是利用第一切換單元與第二切換單元來切換目標電容之兩端點所接收的電壓。此外，控制單元會擷取目標電容之端點電壓的變化，並進而控制第一充電單元所提供的第一充電電流。如此一來，觸控面板將可利用計數器所產生的計數值來判別目標電容之電容值的變化量。此外，當觸控面板同時出現兩個以上的碰觸位置時，本發明依舊可對每一面板電容進行偵測，進而避免錯誤感測點的產生。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖2繪示為依據本發明一實施例之觸控面板的結構示意圖。如圖2所示，觸控面板200包括多個面板電容、一第一切換單元210、一第二切換單元220、一第一充電單元230、一第二充電單元240、一控制單元250、以及一計數器260。其中，圖2僅繪示出面板電容CX1~CX5為代表。面板電容CX1~CX5的第二端彼此電性相連，故對照圖1來看，面板電容CX1~CX5的耦接方式就相當於圖1中之面板電容C11~C15的耦接方式。

在實際操作上，面板電容CX1~CX5會逐一被選取，以作為被檢測的一目標電容。值得注意的是，當目標電容選定時，除目標電容以外之面板電容的第一端皆會耦接至接地端。舉例來說，在圖2中，面板電容CX1被選取為目標電容Ct，因此面板電容CX2~CX5的第一端皆耦接至接地端。相對地，倘若面板電容CX2被選取為目標電容Ct，此時面板電容CX1、CX3~CX5的第一端將皆耦接至接地端。為了說明方便起見，以下將以面板電容CX1為目標電容Ct，來說明如何感測目標電容Ct之電容值的變化量。

請繼續參照圖2，第一切換單元210包括一第一開關SW1與一第二開關SW2。其中，第一開關SW1的第一端接收第一電壓VR0，且第一開關SW1的第二端耦接至目標電容Ct的第一端。第二開關SW2的第一端耦接至第一開關SW1的第二端，且第二開關SW2的第二端接收第二電壓VR2。此外，第一開關SW1與第二開關SW2分別受控於第一時脈訊號ph1與第二時脈訊號ph2x。藉此，隨著第一開關SW1與第二開關SW2的切換，目標電容Ct的第一端將可被切換至第一電壓VR0、第二電壓VR2或是浮接(floating)狀態。

第二切換單元220包括一第三開關SW3與一第四開關SW4。其中，第三開關SW3的第一端接收一基準電壓VR1，且第三開關SW3的第二端耦接至面板電容CX1~CX5的第二端。第四開關SW4的第一端耦接至第三開關SW3的第二端，且第四開關SW4的第二端耦接至一訊號偵測端TR2。此外，第三開關SW3與第四開關SW4分別受控於第一時脈訊號ph1與第三時脈訊號ph2。藉此，隨著第三開關SW3與第四開關SW4的切換，面板電容CX1~CX5的第二端將可被切換至基準電壓VR1、訊號偵測端TR2或是浮接狀態。

第一充電單元230包括一第五開關SW5、一第一電容C1與一第六開關SW6。第五開關SW5的第一端耦接至訊號偵測端TR2。第一電容C1的第一端耦接至第五開關SW5的第二端，且第一電容C1的第二端耦接至接地端。第六開關SW6的第一端耦接至第五開關SW5的第二端，且第六開關SW6的第二端接收一第三電壓VR3。此外，第五開關SW5與第六開關SW6分別受控於充電控制訊號S_PUMP 與第一時脈訊號ph1。藉此，當第五開關SW5不導通(turn off)且第六開關SW6導通(turn on)時，第一電容C1將可充電至第三電壓VR3。相對地，當第五開關SW5導通且第六開關SW6不導通時，第一電容C1將放電，進而致使第一充電單元230來提供第一充電電流I1。

第二充電單元240包括一第七開關SW7、一第三電容C3與一第八開關SW8。其中，第七開關SW7的第一端耦接至訊號偵測端TR2。第三電容C3的第一端耦接至第七開關SW7的第二端，且其第二端耦接至接地端。第八開關SW8的第一端耦接至第七開關SW7的第二端，且其第二端接收第四電壓VR4。此外，第七開關SW7與第八開關SW8分別受控於第二時脈訊號ph2x與第一時脈訊號ph1。藉此，當第七開關SW7不導通且第八開關SW8導通時，第三電容C3將可充電至第四電壓VR4。相對地，當第七開關SW7導通且第八開關SW8不導通時，第三電容C3將放電，進而致使第二充電單元240提供第二充電電流I2。

控制單元250包括一積分器251、一比較器252、一閂鎖器253以及一及閘254。其中，積分器251的輸入端耦接至訊號偵測端TR2。比較器252的第一輸入端接收一參考電壓VRC，且其第二輸入端耦接至積分器251的輸出端。閂鎖器253的輸入端耦接至比較器252的輸出端，且其觸發端接收第一時脈訊號ph1。及閘254則接收比較訊號S_CP 與第二時脈訊號ph2x。此外，在本實施例中，積分器251包括一運算放大器OP2與一第二電容C2。其中，運算放大器OP2的第一輸入端接收基準電壓VR1，其第二輸入端耦接至訊號偵測端TR2，且其輸出端做為積分器251的輸出端。第二電容C2的第一端與第二端則分別耦接運算放大器OP2的第二輸入端與輸出端。

圖3繪示為用以說明圖2之觸控面板的波形時序圖，其中V_NA ~V_NC 分別為圖2中位在節點NA~NC的電壓。請同時參照圖2與圖3來看，控制單元250與第一切換單元210、第二切換單元220、第一充電單元230、第二充電單元240之間的作動。如圖3所示，系統時脈訊號sysclk的每一系統週期F21~F22內都包括一第一期間T21、一第二期間T22與一第三期間T23。就第一切換單元210來說，由於第一時脈訊號ph1與第二時脈訊號ph2x分別在第一期間T21與第三期間T23為高位準，且第一時脈訊號ph1與第二時脈訊號ph2x在第二期間T22皆為低位準，因此目標電容Ct的第一端在第一期間T21、第二期間T22與第三期間T23會分別切換至第一電壓VR0、浮接狀態與第二電壓VR2。

此外，透過第一時脈訊號ph1與第三時脈訊號ph2對第二切換單元220的控制，面板電容CX1~CX5的第二端會於第一期間T21導通至基準電壓VR1，並於第二期間T22從浮接狀態切換至訊號偵測端TR2。換言之，倘若將第二期間T22進一步地劃分為一第一子期間TB1與一第二子期間TB2，則在第一子期間TB1，由於第一時脈訊號ph1與第三時脈訊號ph2皆為低位準，因此面板電容CX1~CX5的第二端會維持在浮接狀態。再者，在第二子期間TB2，由於第三時脈訊號ph2切換至高位準，因此在第二子期間TB2，面板電容CX1~CX5的第二端會導通至訊號偵測端TR2。此外，面板電容CX1~CX5的第二端於第三期間T23更持續導通至訊號偵測端TR2。另一方面，就第一充電單元230與第二充電單元240來說，於第一期間T21，第一電容C1與第三電容C3會因應第六開關SW6與第八開關SW8的導通，而分別充電至第三電壓VR3與第四電壓VR4。

此外，在本實施例中，第一電壓VR0相等於第三電壓VR3與第四電壓VR4(例如：2伏特)，且基準電壓VR1相等於參考電壓VRC(例如：1.5伏特)，且第二電壓VR2例如是1伏特。換言之，第一電壓VR0大於基準電壓VR1，且基準電壓VR1大於第二電壓VR2。藉此，如圖3之節點電壓V_NA 所示，於第一期間T21與第二期間T22，目標電容Ct之第一端的電壓會先被拉升至第一電壓VR0，且於第三期間T23，目標電容Ct之第一端的電壓會被下拉至第二電壓VR2。值得注意的是，在系統週期F21之第三期間T23中，當目標電容Ct之第一端的電壓於時間點t31被下拉，且充電控制訊號S_PUMP 維持在低位準時，運算放大器OP2與第二電容C2所形成的回授機制會形成電流路徑P21，以將節點電壓V_NB 維持在基準電壓VR1。隨著電流路徑P21的產生，此時目標電容Ct、第二電容C2與第三電容C3之間的電荷分享將導致積分器251所產生的積分電壓V_OP 上升。

之後，比較器252會對積分電壓V_OP 與參考電壓VRC進行比較。因此，在系統週期F21內，當積分電壓V_OP 大於參考電壓VRC時，比較器252則會將比較訊號S_CP 切換至高位準。另一方面，在下一系統週期F22內，閂鎖器253則會因應第一時脈訊號ph1的觸發，而致使控制單元250於時間點t32輸出比較訊號S_CP 。再者，比較訊號S_CP 會透過及閘254與第二時脈訊號ph2x相乘。因此，當比較訊號S_CP 被切換至高位準時，則控制單元250所輸出的充電控制訊號S_PUMP 會於第三期間T23被切換至高位準，進而導通第一充電單元230中的開關SW5。如此一來，在系統週期F22內，當目標電容Ct之第一端的電壓於時間點t33被下拉，且充電控制訊號S_PUMP 維持在高位準時，運算放大器OP2與第二電容C2所形成的回授機制會形成電流路徑P22，以將節點電壓V_NB 維持在基準電壓VR1。隨著電流路徑P22的產生，此時目標電容Ct、第二電容C2、第三電容C3與第一電容C1之間的電荷分享將導致積分器251所產生的積分電壓V_OP 將下降。

另一方面，圖4繪示為用以說明圖2之觸控面板的另一波形時序圖，如圖4所示，計數器260會參照系統時脈訊號sysclk對比較訊號S_CP 進行計數，以產生一計數值CT2。藉此，當目標電容Ct的電容值變大時，積分電壓V_OP 會被拉得越高。此時，控制單元250會將比較訊號S_CP 與充電控制訊號S_PUMP 切換至高位準的頻率會相對地增加，以利用第一充電單元230所提供的第一充電電流I1來降低積分電壓V_OP 。也就是說，當目標電容Ct的電容值變大時，計數器260所產生之計數值CT2的數值將相對地變大。反之，當目標電容Ct的電容值變小時，積分電壓V_OP 的上升幅度會較小。此時，控制單元250將比較訊號S_CP 與充電控制訊號S_PUMP 切換至高位準的頻率會相對地減小。如此一來，當目標電容Ct的電容值變小時，計數器260所產生之計數值CT2的數值將相對地變小。

藉此，觸控面板200可利用計數值CT2來判別目標電容Ct之電容值的變化量，進而辨識出觸控面板200被按壓的位置。值得一提的是，在感測目標電容Ct的過程中，除目標電容Ct以外的面板電容CX2~CX5並不會影響到比較訊號S_CP 的大小。相對而言，計數器260所產生之計數值CT2的數值變化只與目標電容Ct之電容值的變化量有關。因此，觸控面板200可對每一面板電容進行偵測，進而避免錯誤感測點(ghost point)的產生。

值得注意的是，在圖2實施例中，第二充電單元240主要是用以提供電容之直流位準的補償，因此本領域具有通常知識者可依設計所需來決定是否將第二充電單元240移除。舉例來說，圖5繪示為依據本發明另一實施例之觸控面板的結構示意圖，如圖5所示，與圖2實施例相較之下，圖5實施例移除了第二充電單元240，並僅利用第一充電單元230來調整積分器251所產生的積分電壓V_OP 。至於圖5實施利的細部操作原理與圖1實施例相似，故在此不予贅述。

此外，在利用第一充電單元230調整積分電壓V_OP 的過程中，本領域具有通常知識者也可藉由將充電頻率調高的方式來降低第一電容C1的大小。舉例來說，圖6繪示為依據本發明又一實施例之觸控面板的結構示意圖，請同時參照圖6與圖2，圖6是利用第四時脈訊號ph1_h來控制閂鎖器253的觸發，並利用第五時脈訊號ph2x_h與充電控制訊號S_CP 相乘。另一方面，第一充電單元230利用第四時脈訊號ph1_h控制第六開關SW6。其中，第四時脈訊號ph1_h與第五時脈訊號ph2x_h的頻率分別大於第一時脈訊號ph1與第二時脈訊號ph2x的頻率。藉此，第一充電單元230將可在系統時脈訊號sysclk的每一系統週期內多次提供第一充電電流I1，進而提升第二電容C2的充電頻率。至於圖6實施利的細部操作原理與圖1實施例相似，故在此不予贅述。

綜上所述，本發明是利用第一切換單元與第二切換單元來切換目標電容之兩端點所接收的電壓，並利用控制單元來擷取目標電容之端點電壓的變化，進而藉此控制第一充電單元所提供的第一充電電流。如此一來，本發明將可對每一面板電容進行偵測，進而避免錯誤感測點的產生。

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，故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。

C11~C15．．．面板電容

A、B、A’、B’．．．觸碰位置

X1~X8、Y1~Y8．．．掃描軸

200．．．觸控面板

CX1~CX5．．．面板電容

210．．．第一切換單元

220．．．第二切換單元

230．．．第一充電單元

240．．．第二充電單元

250．．．控制單元

260．．．計數器

Ct．．．目標電容

SW1．．．第一開關

SW2．．．第二開關

VR1．．．基準電壓

VRC．．．參考電壓

VR0．．．第一電壓

VR2．．．第二電壓

VR3．．．第三電壓

VR4．．．第四電壓

SW3．．．第三開關

SW4．．．第四開關

SW5．．．第五開關

SW6．．．第六開關

SW7．．．第七開關

SW8．．．第八開關

C1．．．第一電容

C2．．．第二電容

C3．．．第三電容

TR2．．．訊號偵測端

ph1．．．第一時脈訊號

ph2x．．．第二時脈訊號

ph2．．．第三時脈訊號

I1．．．第一充電電流

I2．．．第二充電電流

251．．．積分器

252．．．比較器

253．．．閂鎖器

254．．．及閘

OP2．．．運算放大器

NA~NC．．．節點

P21、P22．．．電流路徑

V_OP ．．．積分電壓

S_CP ．．．比較訊號

S_PUMP ．．．充電控制訊號

CT2．．．計數值

V_NA ~V_NC ．．．節點電壓

sysclk．．．系統時脈訊號

F21~F22．．．系統週期

T21．．．第一期間

T22．．．第二期間

T23．．．第三期間

TB1．．．第一子期間

TB2．．．第二子期間

T30~t33．．．時間點

ph1_h．．．第四時脈訊號

ph2x_h．．．第五時脈訊號

圖1為習知觸控面板。

圖2繪示為依據本發明一實施例之觸控面板的結構示意圖。

圖3繪示為用以說明圖2之觸控面板的波形時序圖。

圖4繪示為用以說明圖2之觸控面板的另一波形時序圖。

圖5繪示為依據本發明另一實施例之觸控面板的結構示意圖。

圖6繪示為依據本發明又一實施例之觸控面板的結構示意圖。