TWI414988B - Touch sensing device with capacitive effect - Google Patents

Description

利用電容效應之觸控感應裝置

本發明係有關於一種觸控感應裝置，其係尤指一種利用電容效應之觸控感應裝置。

按，為了使人們享有更便利的生活，因此許多科技都逐漸朝著便利的方向發展，而對於用以控制電子裝置的輸入裝置而言，也已由設有輸入鍵的輸入裝置演變成可由觸碰面板方式控制的觸控面板，讓使用者更方便操作該電子裝置。

再者，近年來，各式電子產品都不斷朝向操作簡便、小體積以及大螢幕尺寸的方向邁進，特別是攜帶式的電子產品對於體積及螢幕尺寸的要求更為嚴格。因此，許多電子產品都將觸控面板與液晶顯示面板整合，以省略鍵盤或是操控按鍵所需的空間，進而使螢幕可配置的面積擴大。

目前，觸控面板大致可區分為電阻式、電容式、紅外線式及超音波式等觸控面板，其中以電阻式觸控面板與電容式觸控面板為最常見的產品。就電容式觸控面板而言，可多點觸控的特性提供更人性化的操作模式而使得電容式觸控面板逐漸受到市場的青睞。不過，電容式觸控面板必須以導體材質觸碰觸控面板以進行操作，因而使用者無法帶著手套或是以非導體材質進行操作。

以電阻式觸控面板而言，無論使用者以何種介質碰觸觸控面板都可以進行操作，因而提高了觸控面板的使用便利性。另外，電阻式觸控面板所需成本較低且電阻式觸控面板技術發展較為成熟，因而市場佔有率較高。

此外，由於現今的觸控面板仍有許多的課題值得所屬該項技術領域的業者需要克服。因此，如何針對上述問題而提出一種新穎利用電容效應之觸控感應裝置，其可減少觸控感應裝置之電路面積，進而縮小晶片面積，並可有效降低功率的消耗。

本發明之主要之一，在於提供一種利用電容效應之觸控感應裝置，其電路簡單，以減少觸控感應裝置之電路面積，進而縮小晶片面積。

本發明之目的之一，在於提供一種利用電容效應之觸控感應裝置，其可有效降低功率的消耗。

本發明之利用電容效應之觸控感應裝置包含至少一偵測單元與一觸控感測模組。偵測單元係接收一輸入訊號而產生一偵測訊號，觸控感測模組耦接偵測單元，並接收輸入訊號與偵測訊號，觸控感測模組係計算所接收到的輸入訊號與偵測訊號間的時間差，而產生一觸控訊號。與先前技術相比，本發明可減少觸控感應裝置之電路面積，進而縮小晶片面積。

再者，觸控感測模組包含一追蹤單元、一比對單元與一控制單元。追蹤單元接收輸入訊號，並依據一計時訊號 而產生一追蹤訊號，比對單元耦接偵測單元與追蹤單元而比對偵測訊號與追蹤訊號，產生一比較結果；控制單元耦接追蹤單元與比對單元 ，並依據比較單元所產生的比較結果，計算時間差而輸出計時訊號或觸控訊號。

10‧‧‧偵測單元

100‧‧‧阻抗元件

102‧‧‧輸入焊墊

104‧‧‧比較單元

11‧‧‧輸入訊號產生單元

22‧‧‧追蹤單元

220‧‧‧延遲模組

222‧‧‧延遲單元

224‧‧‧選擇單元

2220‧‧‧正反器

2222‧‧‧緩衝器

226‧‧‧阻抗元件

228‧‧‧電容

230‧‧‧比較單元

24‧‧‧比對單元

26‧‧‧控制單元

30‧‧‧儲存單元

40‧‧‧解多工器

42‧‧‧多工器

Clk‧‧‧時脈端

D‧‧‧輸入端

Q‧‧‧輸出端

第一圖係為本發明之一較佳實施例之方塊圖；第二A圖係為本發明之偵測單元之一較佳實施例的電路圖；第二B圖係為第二A圖之偵測單元的感應波形圖；第三A圖係為本發明之追蹤單元之一較佳實施例的電路圖；第三B圖係為本發明之追蹤單元之另一較佳實施例的電路圖：第四圖係為本發明之一較佳實施例之波形圖；第五A圖係為本發明之延遲模組之一較佳實施例的詳細電路圖；第五B圖係為本發明之延遲模組之一較佳實施例的控制真值表；第六圖係為本發明之一較佳實施例之比對單元的電路圖；第七圖係為本發明之另一較佳實施例之方塊圖；以及第八圖係為本發明之另一較佳實施例之方塊圖。

茲為使 貴審查委員對本發明之結構特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：請參閱第一圖，係為本發明之一較佳實施例之方塊圖。如圖所示，本發明之利用電容效應之觸控感應裝置係可應用於觸控面板上的按鍵結構，但本發明亦可應用於其他之觸控裝置上，不侷限於觸控面板上的按鍵。本發明之觸控感應裝置包含一偵測單元10與一觸控感測模組20。偵測單元10係接收一輸入訊號，產生一偵測訊號，即偵測單元10所接收之輸入訊號為一參考訊號，例如 一方波訊號，所以，偵測單元10可利用參考訊號與一電容效應而產生偵測訊號。觸控感測模組20耦接偵測單元10，並接收輸入訊號與偵測訊號，之後，觸控感測模組20計算所接收到之輸入訊號與偵測訊號的一時間差，而產生一觸控訊號。

此外，本發明之利用電容效應之觸控感應裝置係更包含一輸入訊號產生單元11。輸入訊號產生單元11係用以產生輸入訊號至偵測單元10。

承上所述，本發明之觸控感測模組20包含一追蹤單元22、一比對單元24與一控制單元26。追蹤單元22係接收輸入訊號，並依據一計時訊號而產生一追蹤訊號，比對單元24耦接偵測單元10與追蹤單元22，比對偵測訊號與追蹤訊號，當偵測訊號之準位等於追蹤訊號之準位時，產生一比較結果，控制單元26耦接追蹤單元22與比對單元24，並依據比較結果，計算時間差而輸出計時訊號或觸控訊號，由於偵測單元10係利用電容效應而產生偵測訊號，所以，偵測單元10被觸碰時，所產生之偵測訊號的時間會比偵測單元10未被觸碰時，所產生之偵測訊號還要長，因此，控制單元26係可藉由比較接收到輸入訊號的時間到產生偵測訊號之時間的時間差與一門檻值，而產生觸控訊號，即控制單元26依據比較結果，計算時間差而輸出計時訊號或觸控訊號，也就是控制單元26接收比較結果而得知追蹤單元22所產生之追蹤訊號之準位已和偵測訊號之準位相同，此時，控制單元26可藉由計時訊號而計算時間差，以判斷是否被觸控而輸出觸控訊號，即控制單元26係比較時間差與一門檻值，而產生觸控訊號，當時間差大於門檻值時，控制單元26則輸出觸控訊號，以表示觸控感應裝置被觸控。如此 ，本發明之觸控感應裝置僅需偵測單元10與觸控感測模組20就可進行觸控的偵測，所以本發明之電路簡單，以減少觸控感應裝置之電路面積，進而縮小晶片面積。此外，本發明之利用電容效應之觸控感應裝置更包含一儲存單元30，儲存單元30耦接控制單元20，用以儲存門檻值。

承上所述，本發明之偵測單元10如何進行觸控偵測，以下將進行說明，請一併參閱第二A圖與第二B圖，係為本發明之偵測單元10之一較佳實施例的電路圖與感應波形圖。如圖所示，偵測單元10包含一阻抗元件100、一輸入焊墊102與一比較單元104。阻抗元件100係耦接輸入訊號，輸入焊墊(IO port)102耦接阻抗元件100，產生一第一訊號，比較單元104耦接阻抗元件100與輸入焊墊102，比較第一訊號與一參考值，而產生偵測訊號。其中，輸入焊墊102可視為一電容，當輸入訊號為方波時，輸入焊墊102上的波形相當於一個RC充放電波形。當使用者的手指未碰觸輸入焊墊102時，輸入焊墊102上的電容值比較小；當使用者的手指碰觸到輸入焊墊102時，輸入焊墊102上的電容值將會相對地變大，所以輸入焊墊102所需充電的時間將會比較長，相對的延遲時間也就較長(如第二B圖所示)，透過比較單元104可將輸入焊墊102上的RC充放電的類比波形整型由高電壓準位hi-低電壓準位lo(1與0)所組成的數位波形，在電路實現時，比較單元104可由史密特觸發器(schmitter trigger)或運算放大器(OPA)所構成，由於輸入焊墊102所接收到訊號為類比訊號，為了方便辨識輸入焊墊102是否被觸碰，所以比較單元104係透過比較輸入焊墊102產生之第一訊號與參考值，而將類比訊號轉換為數位訊號，其中， 參考值可設定為2/3電源，即輸入焊墊102產生之第一訊號於充電至2/3電源時，比較單元104則產生並輸出偵測訊號。

如第二B圖所示，輸入訊號與偵測訊號間，其時間差約為1.1＊阻抗元件100之阻值＊輸入焊墊102上之電容值，由於輸入焊墊102上的電容值將隨輸入焊墊102是否被碰觸而改變，進而改變輸入訊號與偵測訊號的時間差，所以本發明係透過計算出此時間差而決定觸控感應裝置是否被觸控。

請復參閱第一圖，追蹤單元22係接收輸入訊號，並依據計時訊號而產生追蹤訊號，請一併參閱第三A圖，係為本發明之追蹤單元22之一較佳實施例的電路圖，如圖所示，追蹤單元22包含一延遲模組220。延遲模組220係接收輸入訊號，並依據計時訊號而每隔固定時間產生該追蹤訊號(如第四圖所示)。比對單元24係耦接偵測單元10與追蹤單元22，比對偵測訊號與追蹤訊號，當偵測訊號之準位等於追蹤訊號之準位時，產生比對結果。此外，控制單元20係產生一計時訊號至追蹤單元22，以控制時間差的大小。

承上所述，請參閱第五A圖與第五B圖，係為本發明之延遲模組220之一較佳實施例的詳細電路圖與控制延遲模組的真值表。如圖所示，延遲模組220包含複數延遲單元222與一選擇單元224。複數延遲單元222用以延遲輸入訊號，選擇單元224耦接該些延遲單元222，以控制延遲輸入訊號的時間。其中選擇單元224係受控於控制單元26，而產生複數選擇訊號Dse10~Dse1m，並可對應第五B圖之真值表，以控制延遲輸入訊號的時間。此外，各延遲單元222包含一多工器(mux)2220與至少一緩衝器(buf)2222。多工器2220用以選擇輸入信號，多工器2220的第一輸入端端(pin) 耦接到上一級的延遲單元222的輸出訊號，多工器2220的第二輸入端耦接輸入信號，多工器2220的第三輸入端(S)其為輸入信號選擇端(pin)，其耦接至選擇單元224(Dse10~Dse1m)，當S=0時，多工器2220的輸出信號為第一輸入端的信號，S=1時，多工器2220的輸出信號為第二輸入端的信號，每個延遲單元220內的緩衝器2222耦接多工器2220，用以延遲多工器2220輸出之輸入訊號，緩衝器2222的個數則依系統所要求的解析度而定。

請一併參閱第三B圖，係為本發明之追蹤單元22之另一較佳實施例的電路圖。如圖所示，本實施例之追蹤單元22與第三A圖之追蹤單元22不同之處，在於本實施例之追蹤單元22更包含一阻抗元件226、一電容228與一比較單元230。阻抗元件226耦接輸入訊號，以接收輸入訊號，電容228耦接阻抗元件226，而產生一第二訊號，比較單元118耦接阻抗元件114與電容116，以比較第二訊號與參考值，而產生一比較訊號，比較單元230並將產生之比較訊號傳送至延遲模組220，以延遲比較訊號而每隔固定時間產生追蹤訊號。

請參閱第六圖，係為本發明之一較佳實施例之比對單元24的電路圖。如圖所示，本發明之比對單元24之一較佳實施例為一正反器，但不侷限於此正反器，比對單元24具有一輸入端D、一時脈端Clk與一輸出端Q，輸入端D係接收 偵測訊號(偵測單元10的輸出信號)，時脈端Clk耦接追蹤訊號，比對單元24依據追蹤訊號而由輸出端輸出感測訊號，即比對單元24必須同時接收到第一訊號與追蹤訊號，才輸出感測訊號，也就是在追蹤訊號追到第一訊號時而輸出感測訊號。 請參閱第七圖，係為本發明之另一較佳實施例之方塊圖。如圖所示，本實施例與第一圖之實施例之不同之處，在於本實施例可應用於複數偵測單元10與複數比對單元24而用以觸控面板上的多個按鍵。

再者，請一併參閱第八圖，係為本發明之另一較佳實施例之方塊圖。如圖所示，本實施例與第七圖之實施例不同之處，在於本實施更包含一解多工器40與一多工器42。解多工器40係耦接於輸入訊號與偵測單元10之間，並受控於一控制訊號，多工器42耦接於偵測單元10與比對單元24之間，並多工器42受控於控制訊號，控制單元26係接收控制訊號，解多工器40、多工器42與控制單元26係依據控制訊號而選擇偵測該些偵測單元10之其中之一而進行觸控的偵測。如此，本實施例可透過解多工器40與多工器42而減少比對單元24的使用，尤其是使用在大量偵測單元10的觸控感應裝置，可有效地減少電路面積，進而減少成本。

綜上所述，本發明之利用電容效應之觸控感應裝置係由至少一偵測單元接收一輸入訊號，產生一偵測訊號；一觸控感測模組係接收輸入訊號與偵測訊號，而計算接收到之輸入訊號與偵測訊號間的時間差，而產生一觸控訊號。如此，本發明之觸控感應裝置的電路簡單，以減少觸控感應裝置之電路面積，進而縮小晶片面積。

本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來 限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10‧‧‧偵測單元

11‧‧‧輸入訊號產生單元

20‧‧‧觸控感測模組

22‧‧‧追蹤單元

24‧‧‧比對單元

26‧‧‧控制單元

30‧‧‧儲存單元

Claims (13)

1. 一種利用電容效應之觸控感應裝置，其包含：至少一偵測單元，接收一輸入訊號，產生一偵測訊號；以及一觸控感測模組，其包含：一追蹤單元，接收該輸入訊號，並依據一計時訊號而產生一追蹤訊號；一比對單元，耦接該偵測單元與該追蹤單元，比對該偵測訊號與該追蹤訊號，當該偵測訊號之準位等於該追蹤訊號之準位時，產生一比較結果；以及一控制單元，耦接該追蹤單元與該比對單元，並依據該比較結果計算接收到該輸入訊號與該偵測訊號間的一時間差，並依據該時間差，而產生一觸控訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控感應裝置，其中該偵測單元包含：一阻抗元件，耦接該輸入訊號；一輸入焊墊，耦接該阻抗元件，產生一第一訊號；以及一比較單元，耦接該阻抗元件與該輸入焊墊，比較該第一訊號與一參考值，而產生該偵測訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控感應裝置，其中該控制單元係比較該時間差與一門檻值，而產生該觸控訊號。
4. 如申請專利範圍第3項所述之觸控感應裝置，更包含：一儲存單元，耦接該控制單元，用以儲存該門檻值。
5. 如申請專利範圍第1項所述之觸控感應裝置，其中該追蹤單元包含：一延遲模組，接收該輸入訊號，並依據該計時訊號而延遲產生該追蹤訊號。
6. 如申請專利範圍第5項所述之觸控感應裝置，其中該延遲模組包含：複數延遲單元，用以延遲該輸入訊號；以及一選擇單元，耦接該些延遲單元，並依據該計時訊號而延遲該輸入訊號的時間。
7. 如申請專利範圍第6項所述之觸控感應裝置，其中該延遲單元更包含：一多工器，用以延遲該輸入訊號；以及複數緩衝器，分別耦接於該正反器，以延遲該輸入訊號。
8. 如申請專利範圍第1項所述之觸控感應裝置，其中該追蹤單元包含：一阻抗元件，耦接該輸入訊號；一電容，耦接該阻抗元件，產生一第二訊號；一比較單元，耦接該阻抗元件與該電容，比較該第二訊號與一參考值，而產生一比較訊號；以及一延遲模組，耦接該比較單元，並依據該計時訊號而延遲產生該追蹤訊號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之觸控感應裝置，其中該延遲模組包含：複數延遲單元，用以延遲該比較訊號；以及 一選擇單元，耦接該些延遲單元，並依據該計時時間延遲該比較訊號的時間。
10. 如申請專利範圍第9項所述之觸控感應裝置，其中該延遲單元更包含：一多工器，用以延遲該輸入訊號；以及複數緩衝器，分別耦接於該些延遲單元之間，以延遲該比較訊號。
11. 如申請專利範圍第1項所述之觸控感應裝置，其中比對單元為一正反器，該正反器具有一輸入端、一時脈端與一輸出端，該輸入端接收該偵測訊號，該時脈端耦接該追蹤訊號，該正反器依據該追蹤訊號而由該輸出端輸出該感測訊號。
12. 如申請專利範圍第1項所述之觸控感應裝置，更包含：一輸入訊號產生單元，用以產生該輸入訊號。
13. 如申請專利範圍第1項所述之觸控感應裝置，其更包含：一解多工器，耦接該偵測單元與該觸控感測模組，而傳送該輸入訊號至該偵測單元與該觸控感測模組；以及一多工器，耦接該偵測單元與該觸控感測模組之間，以傳送該偵測訊號至該觸控感測模組；其中，該解多工器與該多工器係受控於一控制訊號。