TWI420117B - 電容感測裝置及觸控感測系統 - Google Patents

Description

電容感測裝置及觸控感測系統

本發明是有關於一種感測裝置與觸控感測系統，且特別是有關於一種電容感測裝置及應用電容感測裝置的觸控感測系統。

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。而相較於藉由按壓面板才能偵測使用者動作的電阻式觸控面板而言，電容式觸控面板只需藉由觸碰或是懸浮便能偵測使用者的動作。在習知技藝中，電容式觸控面板是利用偵測感測線上的容值變化來取得單點或兩點以上之觸控資訊。

另外，在習知技藝中，於量測待測電容的容值變化前，必須先量測並儲存待測電容的容值以作為基準值(base line)。接著，再把實際量測到的待測電容值減去基底以取得待測電容的容值變化，其中當待測物的基底很大時，用以感測容值變化所需的時間也會增加，亦即偵測使用者手勢的速度會變慢。

本發明提供一種電容感測裝置，其可調整待測電容的放電速率，進而提升電容感測裝置的感測敏銳度。

本發明提供一種觸控感測系統，其包括上述之電容感測裝置以調整待測電容的放電速率，進而提升觸控感測系統的感測敏銳度。

本發明提出一種電容感測裝置，其包括待測電容、調節式放電單元以及信號感測單元。調節式放電單元耦接待測電容。信號感測單元耦接待測電容與調節式放電單元，並依據參考信號與待測電容的待測信號產生輸出信號。調節式放電單元依據輸出信號調整待測電容的放電速率。

在本發明之一實施例中，上述之參考信號為直流信號。

在本發明之一實施例中，上述之調節式放電單元包括可變電阻。可變電阻具有第一端耦接待側電容以及第二端耦接放電電位。

在本發明之一實施例中，上述之調節式放電單元更包括開關單元。開關單元耦接於待側電容與可變電阻之間。

在本發明之一實施例中，上述之調節式放電單元包括複數個電阻以及選擇單元。選擇單元耦接於待測電容與上述電阻之間，並依據輸出信號使待側電容與上述電阻的至少其中之一耦接。

在本發明之一實施例中，上述每一電阻的第一端耦接選擇單元，且每一電阻的第二端耦接放電電位。

在本發明之一實施例中，上述之調節式放電單元包括可變電流源。

在本發明之一實施例中，上述之參考信號為交流信 號，且調節式放電單元包括開關單元。其中開關單元的第一端耦接待測電容，且開關單元的第二端耦接放電電位。

在本發明之一實施例中，上述之信號感測單元為比較器。

另一方面，本發明還提出一種觸控感測系統，其包括一輸入介面以及上述之電容感測裝置，其中電容感測裝置耦接輸入介面。

在本發明之一實施例中，上述之觸控感測系統更包括開關單元。開關單元耦接於輸入介面與電容感測裝置之間。

基於上述，在本發明之實施例中，由於調節式放電單元適於調整待測電容的放電速率，故本實施例的電容感測裝置與觸控感測系統具有較佳的感測敏銳度。

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1繪示為本發明一實施例的觸控感測系統100。請參照圖1，觸控感測系統100包括輸入介面110以及電容感測裝置120。電容感測裝置120耦接輸入介面110，並接收輸入介面110的輸入信號S1。在本實施例中，輸入介面110例如是觸控顯示器的觸控面板、具有觸控面板的可攜式電子裝置或是其他具觸控感測功能的觸摸板。而輸入信號S1例如是因為觸控物體130(例如手指)接觸或靠近輸入介面110而產生。

請繼續參照圖1，電容感測裝置120包括待測電容122、調節式放電單元124以及信號感測單元126。調節式放電單元124耦接待測電容122，且適於對待測電容122所儲存的電荷進行放電。另外，信號感測單元126耦接待測電容122與調節式放電單元124，並依據參考信號Sref與待測電容122的待測信號S2產生輸出信號Sout。除此之外，本實施例的調節式放電單元124可依據輸出信號Sout來調整待測電容122的放電速率。

如圖1所示，本實施例的觸控感測系統100還包括開關單元140。開關單元140耦接於輸入介面110與電容感測裝置之間120。當開關單元140導通時(閉路)，來自輸入介面110的輸入信號S1適於透過開關單元140傳遞至電容感測裝置120，並影響待測電容122兩端的跨壓Vc。換句話說，對應跨壓Vc的待測信號S2便會受到影響，進而產生對應不同狀態的輸出信號Sout。

圖2繪示為圖1之觸控感測系統100的一實施樣態。請參照圖2，在本實施樣態中，觸控感測系統200的信號感測單元226例如為一比較器。比較器226接收參考信號Sref與待測信號S2，並比較參考信號Sref與待測信號S2以輸出輸出信號Sout。其中參考信號Sref例如是由直流信號源Vref所提供的直流信號，且輸出信號Sout例如代表直流信號與待測信號S2的比較結果。另外，在其他實施樣態中，感測單元226也可以是積分器或差動放大器。

如圖2所示，本實施樣態的調節式放電單元224包括 可變電阻VR以及開關單元224a。一般而言，在開關單元140與開關單元224a未導通前(開路)，待測電容122內會存有電荷，並於待測電容122的兩端形成跨壓Vc。在此情況下，信號感測單元226所輸出的輸出信號Sout例如是邏輯高準位或邏輯低準位的比較信號。

接著，當觸控物體130觸碰或接近輸入介面110且開關單元140為閉路時，電容感測裝置220適於感測到來自輸入介面的輸入信號S1。而在本實施樣態中，輸入信號S1例如為觸控物體130的電容值。如此一來，原本儲存在待測電容122的電荷將會被重新分配，進而使跨壓Vc發生變化而形成待測信號S2。詳細來說，當電荷重新分配後，跨壓Vc會下降或上升，進而使得信號感測單元226在比較參考信號Sref與待測信號S2後會輸出另一狀態的輸出信號Sout，例如為邏輯低準位或邏輯高準位的比較信號。

然而，當待測電容122的電容值遠大於觸控物體110的電容值時，會使得待測電容122的跨壓Vc變化不大而難以被分辨，進而使觸控感測系統200偵測不到觸控物體130的接近。換句話說，在此情況下，不管有無觸控物體130接近觸控感測系統200，待測信號S2的狀態幾乎不會改變。也就是說，信號感測單元226根本感測不到電容值變化。如此一來，信號感測單元226必需花更多的時間來偵測待測信號S2的變化，或是造成輸出信號Sout之狀態不受觸控事件的發生所影響。也就是說，信號感測單元226 根本感測不到觸控物體130的接近或觸控事件的發生。

為了避免上述問題的發生，本實施例便採用調節式放電單元224來加速待測電容122的放電速率。如此一來，待測電容122的電荷便會經由調節式放電單元224被部分釋放，而使得待測電容122的跨壓Vc變化更為明顯。也就是說，信號感測單元226便較易偵測到感測信號S2與參考信號Sref的差異。

除此之外，在本實施樣態中，調節式放電單元224的可變電阻VR適於依據輸出信號Sout調整待測電容122的放電速率。舉例而言，當待測電容122的電容值(基底)太大而使得輸出信號Sout的狀態一直都未出現明顯改變時(也就是信號感測單元126不夠敏感時)，便能藉由降低可變電阻VR的電阻值來增加待測電容122的放電速率。如此一來，由於待測電容122多了放電路徑來釋放儲存電荷，以使跨壓Vc產生較顯著的變化，故信號感測單元126能輕易感測到待測信號S2的變化，進而輸出對應的輸出信號Sout。

另一方面，於其他實施例中，調節式放電單元224還可對待測電容122進行兩段式放電。詳細來說，當待測電容122的電容值很大時，調節式放電單元224先將可變電阻VR調小以快速釋放待測電容122的部份電荷。接著，再將可變電阻VR的電阻值調大。如此一來，電容感測裝置220的偵測速度便可獲得提升並維待高解析度。

當然，在其他實施樣態中，調節式放電單元224也可 以不包括開關單元224a。也就是說，在其他實施樣態中，調節式放電單元224可透過調整可變電阻VR的電阻值達到類似開關單元224a的功效。舉例而言，藉由將可變電阻VR的電阻值調至無限大，以形成類似開關單元224a的開路狀態，其中電阻值之無限大的概念是相對於電路中其他元件的電阻值而言。整體來說，藉由調整可變電阻VR的電阻值，調節式放電單元224能夠配合待測電容122的電容值(基底)提供待測電容122適當的放電速率，進而增加電容感測裝置220的感測敏銳度。

圖3繪示為圖1之觸控感測系統100的另一實施樣態。如圖3所示，在本實施樣態中，觸控感測系統300的信號感測單元326用以接收參考信號Sref與待測信號S2，並比較參考信號Sref與待測信號S2以輸出輸出信號Sout。其中參考信號Sref例如是由直流信號源Vref所提供的直流信號，且輸出信號Sout例如代表直流信號與待測信號S2的比較結果。本實施例的信號感測單元326例如為比較器，然而在其他實施樣態中，感測單元326也可以是積分器或差動放大器。

另外，本實施樣態的調節式放電單元324包括複數個電阻R1與R2(圖3僅示意地繪示兩個)以及選擇單元324a。選擇單元324a耦接於待測電容122與電阻R1與R2之間，並依據輸出信號Sout使待側電容122與電阻R1與R2的至少其中之一耦接。如圖3所示，每一電阻的第一端TM1耦接選擇單元324a，且每一電阻的第二端TM2耦接 一放電電位(例如為接地電位)。換句話說，在本實施樣態中，調節式放電單元324是透過電阻R1與R2對待測電容122進行放電，其中電阻R1與R2的電阻值可相同或不同(例如一大一小)。

與圖2之觸控感測系統200的運作原理類似，當圖3中的待測電容122具有較大電容值時，選擇單元324a可將待測電容122與電阻值較小的電阻R2耦接，以提升待測電容122的放電速率。或者，選擇單元324a也可以將待測電容122同時和電阻R1與R2耦接，使得電阻R1與R2以並聯形式電性連接以產生較小的電阻值，進而使待測電容122中的部份電荷能透過並聯的電阻R1與R2被快速釋放。另一方面，在本實施樣態中，選擇單元324a例如是以開關的形式來實現，然而在其他實施樣態中，選擇單元324a也可利用多工器的方式來實現，並不受限於圖3。

圖4繪示為圖1之觸控感測系統100的另一實施樣態。如圖4所示，在本實施樣態中，觸控感測系統400的信號感測單元426用以接收參考信號Sref與待測信號S2，並比較參考信號Sref與待測信號S2以輸出輸出信號Sout。其中參考信號Sref例如是由直流信號源Vref所提供的直流信號，且輸出信號Sout例如代表直流信號與待測信號S2的比較結果。除此之外，本實施例的信號感測單元426例如為比較器，然而在其他實施樣態中，感測單元426也可以是積分器或差動放大器。

另外，本實施樣態的調節式放電單元424包括可變電 流源Ir。與圖2之觸控感測系統200的運作原理類似，當圖4中的待測電容122具有較大電容值時，調節式放電單元424適於調高可變電流源Ir的電流值，使待測電容122的電荷能以較大的電流進行放電，進而提升待測電容122的放電速率。如此一來，電容感測裝置420便能感測到跨壓Vc的變化，從而使得觸控感測系統400對於觸控事件的發生更為敏感。另一方面，調節式放電單元424也適於降低可變電流源Ir的電流值，以提升觸控感測系統400的解析度。

除此之外，在另一實施樣態中，調節式放電單元424還可包括耦接於待測電容122和可變電流源Ir的開關單元(未繪示)。上述開關單元的功能與圖2的開關單元224a類似，即當調節式放電單元424要執行放電功能時，開關單元適於將待測電容122與可變電流源Ir彼此耦接，以使待測電容122的部份電荷透過可變電流源Ir被釋放。當然，在本實施樣態中，調節式放電單元424也可以直接透過控制可變電流源Ir的電流值達到類似開關單元的功效。舉例而言，藉由將可變電流源Ir的電流值調至接近0便能達到開關單元(例如圖2的開關單元224a)開路的狀態。

圖5繪示為圖1之觸控感測系統100的另一實施樣態。如圖5所示，在本實施樣態中，觸控感測系統500的信號感測單元526用以接收參考信號Sref與待測信號S2，並比較參考信號Sref與待測信號S2以輸出輸出信號Sout，其中輸出信號Sout例如代表參考信號Sref與待測信 號S2的比較結果。

另一方面，在本實施樣態中，參考信號Sref例如為交流信號源AC所提供的交流信號。交流信號源AC適於隨時間的改變送出不同的電壓準位給信號感測單元526，且交流信號可以為三角波、鋸齒波或任意波形。除此之外，本實施樣態的信號感測單元326例如為比較器，然而在其他實施樣態中，感測單元326也可以是積分器或差動放大器。

另外，如圖5所示，本實施樣態的調節式放電單元524包括開關單元524a。開關單元524a耦接於待測電容122與一放電電位(例如接地電位)之間，並依據輸出信號Sout使待側電容122與放電電位電性連接。詳細而言，開關單元524a的第一端TM3耦接待側電容122，且開關單元524a的第二端TM4耦接放電電位。換句話說，當開關單元524a將待測電容122與放電電位電性連接時，調節式放電單元524適於釋放待測電容122的部份電荷形成如圖5的電流I，進而增大待測電容122因觸控事件發生所造成的跨壓改變。如此一來，信號感測單元526便能偵測到參考信號Sref與待測信號S2的差異。而透過輸出信號Sout，觸控感測系統500便能判斷當下是否有觸控事件發生。

綜上所述，在本發明之實施例中，由於調節式放電單元適於依據輸出信號或待測電容的電容值調整待測電容的放電速率，故電容感測裝置能準確地感測待測電容的電容值的變化或電壓的變化，進而提升觸控感測系統對於觸控 事件發生的敏銳度。

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。

100、200、300、400、500‧‧‧觸控感測系統

110‧‧‧輸入介面

120、220、320、420、520‧‧‧電容感測裝置

122‧‧‧待測電容

124、224、324、424、524‧‧‧調節式放電單元

126、226、326、426、526‧‧‧信號感測單元

130‧‧‧觸控物體

140、224a、524a‧‧‧開關單元

324a‧‧‧選擇單元

AC‧‧‧交流信號源

I‧‧‧電流

Ir‧‧‧可變電流源

R1、R2‧‧‧電阻

S1‧‧‧輸入信號

S2‧‧‧待測信號

Sref‧‧‧參考信號

Sout‧‧‧輸出信號

TM1、TM3‧‧‧第一端

TM2、TM4‧‧‧第二端

Vref‧‧‧直流信號源

VR‧‧‧可變電阻

圖1繪示為本發明一實施例的觸控感測系統。

圖2繪示為圖1之觸控感測系統的一實施樣態。

圖3繪示為圖1之觸控感測系統的另一實施樣態。

圖4繪示為圖1之觸控感測系統的另一實施樣態。

圖5繪示為圖1之觸控感測系統的另一實施樣態。

100‧‧‧觸控感測系統

110‧‧‧輸入介面

120‧‧‧電容感測裝置

122‧‧‧待測電容

124‧‧‧調節式放電單元

126‧‧‧信號感測單元

130‧‧‧觸控物體

140‧‧‧開關單元

S1‧‧‧輸入信號

S2‧‧‧待測信號

Sref‧‧‧參考信號

Sout‧‧‧輸出信號

Claims (19)

1. 一種電容感測裝置，包括：一待測電容；一調節式放電單元，耦接該待測電容，其中該調節式放電單元包括一可變電阻，具有一第一端耦接該待側電容以及一第二端耦接一放電電位；以及一信號感測單元，耦接該待測電容與該調節式放電單元，並依據一參考信號與該待測電容的一待測信號產生一輸出信號，其中該調節式放電單元依據該輸出信號調整該待測電容的一放電速率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電容感測裝置，其中該參考信號為一直流信號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電容感測裝置，其中該調節式放電單元更包括一開關單元，耦接於該待側電容與該可變電阻之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電容感測裝置，其中該信號感測單元為一比較器。
5. 一種電容感測裝置，包括：一待測電容；一調節式放電單元，耦接該待測電容，其中該調節式放電單元包括：複數個電阻；以及一選擇單元，耦接於該待測電容與該些電阻之間，並 依據該輸出信號使該待側電容與該些電阻的至少其中之一耦接；以及一信號感測單元，耦接該待測電容與該調節式放電單元，並依據一參考信號與該待測電容的一待測信號產生一輸出信號，其中該調節式放電單元依據該輸出信號調整該待測電容的一放電速率。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電容感測裝置，其中每一該電阻的一第一端耦接該選擇單元，且每一該電阻的一第二端耦接一放電電位。
7. 一種電容感測裝置，包括：一待測電容；一調節式放電單元，耦接該待測電容，其中該調節式放電單元包括一可變電流源；以及一信號感測單元，耦接該待測電容與該調節式放電單元，並依據一參考信號與該待測電容的一待測信號產生一輸出信號，其中該調節式放電單元依據該輸出信號調整該待測電容的一放電速率。
8. 一種電容感測裝置，包括：一待測電容；一調節式放電單元，耦接該待測電容；以及一信號感測單元，耦接該待測電容與該調節式放電單元，並依據一參考信號與該待測電容的一待測信號產生一 輸出信號，其中該調節式放電單元依據該輸出信號調整該待測電容的一放電速率，其中該參考信號為一交流信號，且該調節式放電單元包括一開關單元，其中該開關單元的一第一端耦接該待測電容，且該開關單元的一第二端耦接一放電電位。
9. 一種觸控感測系統，包括：一輸入介面；以及一電容感測裝置，耦接該輸入介面，該且電容感測裝置包括：一待測電容，依據該輸入介面的一輸入信號產生一待側信號；一調節式放電單元，耦接該待測電容，其中該調節式放電單元包括一可變電阻，具有一第一端耦接該待側電容以及一第二端耦接一放電電位；以及一信號感測單元，耦接該待測電容與該調節式放電單元，並依據一參考信號與該待測信號產生一輸出信號，其中該調節式放電單元依據該輸出信號調整該待測電容的一放電速率。
10. 如申請專利範圍第9項所述之觸控感測系統，其中該參考信號為一直流信號。
11. 如申請專利範圍第9項所述之觸控感測系統，其中該調節式放電單元更包括一開關單元，耦接於該待側電 容與該可變電阻之間。
12. 如申請專利範圍第9項所述之觸控感測系統，其中該信號感測單元為一比較器。
13. 如申請專利範圍第9項所述之觸控感測系統，更包括一開關單元，耦接於該輸入介面與該電容感測裝置之間。
14. 一種觸控感測系統，包括：一輸入介面；以及一電容感測裝置，耦接該輸入介面，該且電容感測裝置包括：一待測電容，依據該輸入介面的一輸入信號產生一待側信號；一調節式放電單元，耦接該待測電容，其中該調節式放電單元包括：複數個電阻；以及一選擇單元，耦接於該待測電容與該些電阻之間，並依據該輸出信號使該待側電容與該些電阻的至少其中之一耦接；以及一信號感測單元，耦接該待測電容與該調節式放電單元，並依據一參考信號與該待測信號產生一輸出信號，其中該調節式放電單元依據該輸出信號調整該待測電容的一放電速率。
15. 如申請專利範圍第14項所述之觸控感測系統，其 中每一該電阻的一第一端耦接該選擇單元，且每一該電阻的一第二端耦接一放電電位。
16. 一種觸控感測系統，包括：一輸入介面；以及一電容感測裝置，耦接該輸入介面，該且電容感測裝置包括：一待測電容，依據該輸入介面的一輸入信號產生一待側信號；一調節式放電單元，耦接該待測電容，其中該調節式放電單元包括一可變電流源；以及一信號感測單元，耦接該待測電容與該調節式放電單元，並依據一參考信號與該待測信號產生一輸出信號，其中該調節式放電單元依據該輸出信號調整該待測電容的一放電速率。
17. 一種觸控感測系統，包括：一輸入介面；以及一電容感測裝置，耦接該輸入介面，該且電容感測裝置包括：一待測電容，依據該輸入介面的一輸入信號產生一待側信號；一調節式放電單元，耦接該待測電容；以及一信號感測單元，耦接該待測電容與該調節式放電單元，並依據一參考信號與該待測信號產生一輸出 信號，其中該調節式放電單元依據該輸出信號調整該待測電容的一放電速率，其中該參考信號為一交流信號，且該調節式放電單元包括一開關單元，其中該開關單元的一第一端耦接該待測電容，且該開關單元的一第二端耦接一放電電位。
18. 一種配置如申請專利範圍第9項所述之觸控感測系統之觸控顯示器。
19. 一種配置如申請專利範圍第9項所述之觸控感測系統之可攜式電子裝置。