TWI424347B - 電容式位置偵測器及其中之感應電容偵測器 - Google Patents

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Description

電容式位置偵測器及其中之感應電容偵測器
本發明內容是有關於一種位置偵測器，且特別是有關於一種電容式位置偵測器及其中之感應電容偵測器。
可提供介於電子系統及用戶間自然介面的觸碰式感應或觸碰式位置偵測技術，已廣泛地應用於多種領域中，如：行動電話、個人數位助理(PDA)、自動櫃員機(ATM)、遊戲機、醫療裝置、液晶顯示裝置(LCD)、發光二極體裝置(LED)、電漿顯示面板裝置(PDP)、運算裝置...等等，其中用戶可經由與電子系統相關的觸碰式感應裝置來輸入所需資訊並/或操作電子系統。觸碰式感應裝置一般包括控制器、感應電路以及觸碰面板，其中感應電路具有複數個觸碰感應器以及將觸碰感應器電性連接於控制器的控制線網絡，而觸碰面板則是與觸碰感應器相關配置。
觸碰位置的偵測通常可使用不同種類的觸碰感應裝置，其中之一便是電阻式觸碰感應裝置，其包括由缺口所分隔的兩層透明導電材料(如：透明導電氧化物)。當以適當的力量觸碰時，其中一導電層會彎曲而接觸另一導電層，接著藉由控制器在該接觸點感應電阻變化，便可偵測接觸點的位置，然後控制器再執行與該接觸點相關的任何相應功能。
另一種是電容式觸碰感應裝置，其又可分類為兩種形式：一種是採用連續電阻層的類比電容式感應裝置，而另一種則是採用圖案化導電層(電極)的投射電容式感應裝置。
在投射電容式觸碰裝置中，觸碰感應器利用一串圖案化電極，且圖案化電阻由控制器發出之信號所驅動。同樣地，接觸點的位置可藉由根據用戶的手指因觸碰感應其電容，而產生流經一個或多個對應電極且流向觸碰點的電流來取得，手指觸碰感應器的動作會提供由導電層往基體的電容式耦合。此外，接觸點的位置可藉由控制器在觸碰位置上對電容式耦合電子信號的變化進行量測來偵測取得，因此控制器會執行與觸碰位置相關的任何相應功能。
第16圖係繪示一般電容式位置偵測器的電路圖。電容式位置偵測器的輸出信號V(t)具有下列形式：
其中VC 是供應電壓，Ri 和Ci 分別是感應電容偵測器中第i個電容感應器的電阻值和電容值，而輸出信號V(t)則是繪示於第17圖中。電容式位置偵測器係整合偵測器負載和人體手指的電容作為混合的變數，以實現階層式信號的觸發。由於不同混合電容的輸出信號具有不同的穩態時間，所以不同混合電容之臨界信號的差異可用來實現位置偵測。
然而，對此電容式位置偵測器的配置結構而言，其需要高解析度類比/數位(A/D)轉換，其會增加偵測器中電路的複雜度，因而增加製作成本。此外，若是偵測器負載遠大於人體手指的感應電容的話，則電容式位置偵測器的靈敏度會受限。因此，電容式位置偵測器不適合用於大尺寸的人機介面操作上。
因此，有必要提出一種技術來解決上述缺陷和不適的問題。
本發明內容之一目的是在提供一種感應電容偵測器，藉以解決偵測不良的問題。
本發明內容之一目的是在提供一種電容式位置偵測裝置，藉以改善感應電容的靈敏度。
本發明內容之一技術樣態係關於一種感應電容偵測器。在一實施例中，感應電容偵測器包含一輸入端以及一電容式感應器陣列，其中輸入端用以提供一供應電壓VIN 。
電容式感應器陣列包含一第一感應輸出端、一第二感應輸出端以及複數個電容器{C(m)}，其中m=1、2、...、M，且M為一正整數，每一個電容器C(m)具有一第一電極和一第二電極。在一實施例中，每一個電容器{C(m)}均具有一電容CS 。
電容式感應器陣列更包含複數個感應電阻器{RS (m)}，且每一個感應電阻器RS (m)具有一第一端和一第二端，其中第j個感應電阻器RS (j)之第一端和第二端分別電性連接於第j個電容器C(j)和第(j+1)個電容器C(j+1)之第一電極，其中j=1、2、...、(M-1)，且第M個感應電阻器RS (M)之第一端和第二端分別電性連接於第M個電容器C(M)之第一電極和第一感應輸出端。在一實施例中，每一個感應電阻器{RS (m)}具有一電阻RS 。
電容式感應器陣列更包含複數個參考電阻器{RCOM (m)}，且每一個參考電阻器RCOM (m)具有一第一端和一第二端，其中第j個參考電阻器RCOM (j)之第一端和第二端分別電性連接於第j個電容器C(j)和第(j+1)個電容器C(j+1)之第二電極，且第M個參考電阻器RCOM (M)之第一端和第二端分別電性連接於第M個電容器C(M)之第二電極和第二感應輸出端。在一實施例中，每一個參考電阻器{RCOM (m)}具有一電阻RCOM ，且電阻RS 與電阻RCOM 相同或相異。
此外，感應電容偵測器包含一運算放大器，其具有一反相輸入端、一非反相輸入端以及一輸出端，其中反相輸入端電性耦接於電容式感應器陣列之第一感應輸出端，非反相輸入端和電容式感應器陣列之第二感應輸出端係共同電性連接於輸入端，且輸出端係用以輸出一輸出信號VOUT 。感應電容偵測器更包含一迴授電容器以及一開關SR ，迴授電容器電性連接於運算放大器之輸出端和反相輸入端之間，開關SR 則電性連接於運算放大器之輸出端和反相輸入端之間。
再者，感應電容偵測器可包含兩電阻器RP1 和RP2 ，其中電阻器RP1 電性連接於電容式感應器陣列之第一感應輸出端和運算放大器之反相輸入端之間，電阻器RP2 電性連接於電容式感應器陣列之第二感應輸出端和運算放大器之非反相輸入端。
在一實施例中，於一給定時間t下之輸出信號VOUT (t)滿足下列方程式：
其中VIN (t)係為由輸入端所接收之供應電壓，CF 係為介於電容式感應器陣列和一物件間之一感應電容，CT 係為迴授電容器之電容。
本發明內容之另一技術樣態係關於一種感應電容偵測器。在一實施例中，感應電容偵測器包含一輸入端、一電容式感應器陣列以及一偵測單元，其中輸入端用以提供一供應電壓VIN 。
電容式感應器陣列包含一第一感應輸出端、一第二感應輸出端以及複數個電容器{C(m)}，其中m=1、2、...、M，且M為一正整數，每一個電容器C(m)具有一第一電極和一第二電極。在一實施例中，每一個電容器{C(m)}均具有一電容CS 。
電容式感應器陣列亦包含複數個感應電阻器{RS (m)}，且每一個感應電阻器RS (m)具有一第一端和一第二端，其中第j個感應電阻器RS (j)之第一端和第二端分別電性連接於第j個電容器C(j)和第(j+1)個電容器C(j+1)之第一電極，其中j=1、2、...、(M-1)，且第M個感應電阻器RS (M)之第一端和第二端分別電性連接於第M個電容器C(M)之第一電極和第一感應輸出端。在一實施例中，每一個感應電阻器{RS (m)}具有一電阻RS 。
電容式感應器陣列更包含複數個參考電阻器{RCOM (m)}，且每一個參考電阻器RCOM (m)具有一第一端和一第二端，其中第j個參考電阻器RCOM (j)之第一端和第二端分別電性連接於第j個電容器C(j)和第(j+1)個電容器C(j+1)之第二電極，且第M個參考電阻器RCOM (M)之第一端和第二端分別電性連接於第M個電容器C(M)之第二電極和第二感應輸出端。在一實施例中，每一個參考電阻器{RCOM (m)}具有一電阻RCOM ，且電阻RS 與電阻RCOM 相同或相異。
偵測單元具有一第一偵測輸入端以及一第二偵測輸入端，其中第一偵測輸入端電性連接於電容式感應器陣列之第一感應輸出端，第二偵測輸入端和電容式感應器陣列之第二感應輸出端共同電性連接於輸入端。
在一實施例中，偵測單元包含一運算放大器、一第一迴授電容器CT1 、一第二迴授電容器CT2 、一第一開關SR1 以及一第二開關SR2 ，其中運算放大器具有一反相輸入端、一非反相輸入端、一第一輸出端以及一第二輸出端，反相輸入端電性耦接於第一偵測輸入端，非反相輸入端電性耦接於第二偵測輸入端，第一輸出端用以輸出一第一輸出信號VOUTP ，第二輸出端用以輸出一第二輸出信號VOUTN ，第一迴授電容器CT1 電性連接於第一偵測輸入端和運算放大器之第一輸出端之間，第二迴授電容器CT2 電性連接於第二偵測輸入端和運算放大器之第二輸出端之間，第一開關SR1 電性連接於第一偵測輸入端和運算放大器之第一輸出端之間，第二開關SR2 則是電性連接於第二偵測輸入端和運算放大器之第二輸出端之間。在一實施例中，第一迴授電容器CT1 和第二迴授電容器CT2 中之每一者均具有一電容CT 。
第一輸出信號VOUTP 與第二輸出信號VOUTN 相反，且分別滿足下列方程式：
其中VIN (t)係為由輸入端所接收之供應電壓，CF 係為介於電容式感應器陣列和一物件間之一感應電容，CT 係為第一迴授電容器和第二迴授電容器之電容。
在另一實施例中，偵測單元更包含一附加運算放大器、一對第一電阻器R1 以及一對第二電阻器R2 ，其中附加運算放大器具有一反相輸入端、一非反相輸入端以及一輸出端，輸出端用以輸出一輸出信號VOUTT ，此對第一電阻器中之一者R1 電性連接於運算放大器之第一輸出端和附加運算放大器之非反相輸入端之間，此對第一電阻器中之另一者R1 電性連接於運算放大器之第二輸出端和附加運算放大器之反相輸入端之間，此對第二電阻器中之一者R2 電性連接於附加運算放大器之非反相輸入端和一參考電壓源之間，此對第二電阻器中之另一者R2 電性連接於附加運算放大器之反相輸入端和輸出端之間。
在一實施例中，於一給定時間t下之輸出信號VOUTT (t)滿足下列方程式：
其中VIN (t)係為由輸入端所接收之供應電壓，CF 係為介於電容式感應器陣列和一物件間之一感應電容，CT 係為第一迴授電容器和第二迴授電容器之電容。
本發明內容之又一技術樣態係關於一種電容式位置偵測裝置，其包含複數個如上所述之感應電容偵測器。
本發明內容之再一技術樣態係關於一種電容式位置偵測裝置。在一實施例中，電容式位置偵測裝置包含複數個感應器負載模型{S(m,n)}，其中m=1、2、...、M，n=1、2、...、N，M和N中每一者均為一正整數，感應器負載模型於空間上係以具有M列和N行之矩陣形式配置。
每一個感應器負載模型S(m,n)包含：
(i)一第一X軸端點X1 (m)、一第二X軸端點X2 (m)、一第三X軸端點X3 (m)以及一第四X軸端點X4 (m)；
(ii)一第一Y軸端點Y1 (n)、一第二Y軸端點Y2 (n)、一第三Y軸端點Y3 (n)以及一第四Y軸端點Y4 (n)；
(iii)一X軸感應電阻器RX ，電性連接於第一X軸端點X1 (m)和第三X軸端點X3 (m)之間；
(iv)一X軸共同電壓電阻器RXCOM ，電性連接於第二X軸端點X2 (m)和第四X軸端點X4 (m)之間；
(v)一Y軸感應電阻器RY ，電性連接於第一Y軸端點Y1 (n)和第三Y軸端點Y3 (n)之間；
(vi)一Y軸共同電壓電阻器RYCOM ，電性連接於第二Y軸端點Y2 (n)和第四Y軸端點Y4 (n)之間；
(vii)一X軸電容器CX ，電性連接於第一X軸端點X1 (m)和第二X軸端點X2 (m)之間；
(viii)一Y軸電容器CY ，電性連接於第三Y軸端點Y3 (n)和第四Y軸端點Y4 (n)之間；以及
(ix)一XY軸交錯電容器CXY ，電性連接於第一Y軸端點Y1 (n)和第二X軸端點X2 (m)之間。
在第n行中，第(j+1)列感應器負載模型S(j+1,n)之第一X軸端點X1 (j+1)和第二X軸端點X2 (j+1)電性連接於第(j)列感應器負載模型S(j,n)之第三X軸端點X3 (j)和第四X軸端點X4 (j)，其中j=1、2、...、(M-1)。在第m列中，第(k+1)行感應器負載模型S(m,k+1)之第一Y軸端點Y1 (k+1)和第二Y軸端點Y2 (k+1)電性連接於第k行感應器負載模型S(m,k)之第三Y軸端點Y3 (k)和第四Y軸端點Y4 (k)，其中k=1、2、...、(N-1)。
電容式位置偵測裝置更包含M個X軸偵測單元{DX (m)}以及N個Y軸偵測單元{DY (n)}，其中m=1、2、...、M，n=1、2、...、N。每一個X軸偵測單元DX (m)具有一第一偵測輸入端以及一第二偵測輸入端分別電性連接於第m列第N行感應器負載模型S(m,N)之第三Y軸端點Y3 (N)和第四Y軸端點Y4 (N)，每一個Y軸偵測單元DY (n)具有一第一偵測輸入端以及一第二偵測輸入端分別電性連接於第M列第n行感應器負載模型S(M,n)之第三X軸端點X3 (M)和第四X軸端點X4 (M)。每一個X軸偵測單元DX (m)與每一個Y軸偵測單元DY (n)彼此相同。
在一實施例中，每一個X軸偵測單元DX (m)包含一運算放大器以及一迴授電容器CT ，其中運算放大器具有一反相輸入端、一非反相輸入端以及一輸出端，反相輸入端電性耦接於第一偵測輸入端，非反相輸入端電性耦接於第二偵測輸入端，輸出端用以輸出一輸出信號，而迴授電容器CT 則是電性連接於第一偵測輸入端和運算放大器之輸出端之間。在一實施例中，運算放大器具有一第三輸入端，且此第三輸入端電性連接於一供應電壓。
此外，每一個X軸偵測單元DX (m)更包含兩電阻器RP1 和RP2 ，其中電阻器RP1 電性連接於第一偵測輸入端和運算放大器之反相輸入端之間，電阻器RP2 電性連接於第二偵測輸入端和運算放大器之非反相輸入端之間。
在另一實施例中，每一個X軸偵測單元DX (m)包含一運算放大器、一第一迴授電容器CT1 以及一第二迴授電容器CT2 。運算放大器具有一反相輸入端、一非反相輸入端、一第三輸入端、一第一輸出端以及一第二輸出端，其中反相輸入端電性耦接於第一偵測輸入端，非反相輸入端電性耦接於第二偵測輸入端，第三輸入端電性連接於一供應電壓，第一輸出端用以輸出一第一輸出信號，第二輸出端用以輸出一第二輸出信號。第一迴授電容器CT1 電性連接於第一偵測輸入端和運算放大器之第一輸出端之間。第二迴授電容器CT2 電性連接於第二偵測輸入端和運算放大器之第二輸出端之間。第一迴授電容器CT1 和第二迴授電容器CT2 中每一者均具有一電容CT 。每一個X軸偵測單元DX (m)更包含兩電阻器RP1 和RP2 ，其中電阻器RP1 電性連接於第一偵測輸入端和運算放大器之反相輸入端之間，電阻器RP2 電性連接於第二偵測輸入端和運算放大器之非反相輸入端之間。
在一實施例中，每一個X軸偵測單元DX (m)或每一個Y軸偵測單元DY (m)更包含一附加運算放大器、一對第一電阻器R1 以及一對第二電阻器R2 。附加運算放大器具有一反相輸入端、一非反相輸入端、一第三輸入端以及一輸出端，其中第三輸入端電性連接於一供應電壓，輸出端用以輸出一輸出信號。第一電阻器中之一者R1 電性連接於運算放大器之第一輸出端和附加運算放大器之非反相輸入端之間，第一電阻器中之另一者R1 電性連接於運算放大器之第二輸出端和附加運算放大器之反相輸入端之間。第二電阻器R2 中之一者電性連接於附加運算放大器之非反相輸入端和一參考電壓源之間，第二電阻器R2 中之另一者電性連接於附加運算放大器之反相輸入端和輸出端之間。此外，每一個X軸偵測單元DX (m)或每一個Y軸偵測單元DY (m)可更包含一對電容器CR ，其中電容器CR 中之一者電性連接於運算放大器之第一輸出端和一接地端之間，電容器CR 中之另一者電性連接於運算放大器之第二輸出端和接地端之間。
根據本發明之技術內容，應用前述電容式位置偵測裝置及其中感應電容偵測器可大大提升感應電容的靈敏度，使得偵測動作更為準確。
需瞭解下列說明為提供不同的實施例，藉以實施本發明的不同特徵。下列描述元件及配置的特定實施例係用以簡化本發明說明，其當然僅為例示說明，而非用以限制。
第1圖係依照本發明實施例繪示一種感應電容偵測器的示意圖。感應電容偵測器100包含一電容式感應器陣列110、一偵測單元120以及一輸入端130，其中輸入端用以提供一供應電壓VIN 。
電容式感應器陣列110包含一第一感應輸出端110a、一第二感應輸出端110b、複數個電容器{C(m)}、複數個感應電阻器{RS (m)}以及複數個參考電阻器{RCOM (m)}，其中m=1、2、...、M。上述電容器{C(m)}、感應電阻器{RS (m)}以及參考電阻器{RCOM (m)}彼此電性耦接，以感應出與電容式感應器陣列110接觸之物件(如：手指)的位置。在此，為了方便說明起見，本發明實施例係以M=3為例來作說明，然而並不以此電容器的數目為限來限定本發明。
如第1圖所示，每一個電容器C(1)、C(2)或C(3)具有一第一電極(111a、112a或113a)和一第二電極(111b、112b或113b)，並於其間定義出一個電容CS ，且每一個電容器C(1)、C(2)或C(3)係用以個別感應第一電極111a、112a或113a上物件190的接觸。
每一個感應電阻器RS (1)、RS (2)或RS (3)具有一第一端和一第二端。在如第1圖所示之配置結構中，第一感應電阻器RS (1)的第一端和第二端分別電性連接於第一電容器C(1)和第二電容器C(2)的第一電極111a和112a，第二感應電阻器RS (2)的第一端和第二端分別電性連接於第二電容器C(2)和第三電容器C(3)的第一電極112a和113a，而第三感應電阻器RS (3)的第一端和第二端則是分別電性連接於第三電容器C(3)的第一電極113a以及第一感應輸出端110a。在本實施例中，每一個感應電阻器RS (1)、RS (2)或RS (3)具有一電阻RS 。
此外，每一個參考電阻器RCOM (1)、RCOM (2)或RCOM (3)具有一第一端和一第二端，其中第一參考電阻器RCOM (1)的第一端和第二端分別電性連接於第一電容器C(1)和第二電容器C(2)的第二電極111b和112b，第二參考電阻器RCOM (2)的第一端和第二端分別電性連接於第二電容器C(2)和第三電容器C(3)的第二電極112b和113b，而第三參考電阻器RCOM (3)的第一端和第二端則是分別電性連接於第三電容器C(3)的第二電極113b以及第二感應輸出端110b。在本實施例中，每一個參考電阻器RCOM (1)、RCOM (2)或RCOM (3)具有一電阻RCOM ，且電阻RS 與電阻RCOM 可相同或相異，而參考電阻器RCOM (1)、RCOM (2)和RCOM (3)通常可為共同電壓(VCOM)電阻器。
偵測單元120具有一第一偵測輸入端120a以及一第二偵測輸入端120b，其中第一偵測輸入端120a電性連接於電容式感應器陣列110之第一感應輸出端110a，第二偵測輸入端120b和電容式感應器陣列110之第二感應輸出端110b共同電性連接於輸入端130。
偵測單元120亦包含一運算放大器125、一迴授電容器CT 以及一開關SR 。運算放大器125係為一單端放大器，其具有一反相輸入端125a、一非反相輸入端125b以及一輸出端125c，其中非反相輸入端125b電性耦接於偵測單元120的第一偵測輸入端120a和第二偵測輸入端120b，輸出端125c係用以輸出一輸出信號VOUT 。迴授電容器CT 電性連接於偵測單元120的第一偵測輸入端120a和運算放大器125的輸出端125c之間。開關SR 亦電性連接於偵測單元120的第一偵測輸入端120a和運算放大器125的輸出端125c之間。當開關SR 導通時，輸出信號VOUT 會相同於電容式感應器陣列110之第一感應輸出端110a的輸出。然而，當開關SR 關閉時，輸出信號VOUT 係為自電容式感應器陣列110之第一感應輸出端110a輸出，而經由運算放大器125所放大的信號。
偵測單元120亦可包含兩電阻器RP1 和RP2 (未繪示)，其中電阻器RP1 電性連接於偵測單元120的第一偵測輸入端120a以及運算放大器125的反相輸入端125a之間，而電阻器RP2 則是電性連接於偵測單元120的第二感應輸出端120b以及運算放大器125的非反相輸入端125a之間。
對於此種配置結構而言，當手指190或類似物件觸碰電容式感應器陣列110的第一端115時，會感應其中電荷，接著電荷會經由電容式感應器陣列110的第一端115，傳導至運算放大器125的反相輸入端125a，而後經由偵測運算放大器125之輸出端125c處的輸出信號VOUT 變化，便可偵測上述接觸的動作。另外，於一給定時間t下之輸出信號VOUT (t)係以下列形式呈現：
其中VIN (t)係為於感應電容偵測器100的輸入端130所接收之供應電壓，CF 係介於電容式感應器陣列110的第一端115和接觸物件190間的感應電容，CT 係迴授電容器CT 之電容。由方程式(2)可清楚得知，輸出信號VOUT 是(CF /CT )和VIN 的函數，並與電容式感應器陣列110中每一個電容器C(1)、C(2)或C(3)的電容CS 不相關，因此感應電容偵測器100的靈敏度可大大地提升。
第2圖和第3圖係繪示如第1圖所示之感應電容偵測器100對應手指觸碰感應之不同電容CF 以及不同供應電壓VIN 波形(分別為第2圖所示之正弦波以及第3圖所示之方波)所形成的輸出信號VOUT 的電荷轉電壓波形圖，其中波形結果係滿足方程式(2)。由圖可知，若是偵測到無任何接觸時(即CF =0)，則輸出信號VOUT 的波形係相同於供應電壓VIN 的波形；然而，若是物件190與感應電容偵測器100有接觸的話，則輸出信號VOUT 的波形係為供應電壓VIN 波形的(1+CF /CT )倍。因此，感應電容CF 愈大的話，則輸出信號VOUT 波形其最大值和最小值間的差異就愈大。此外，不同波形/種類的供應電壓VIN 亦可用於實施本發明。
下列表一係表列如第1圖所示之感應電容偵測器100對於不同電容所輸出的輸出信號VOUT 的量測結果。輸出信號VOUT 係以電容CS 、CF 和CT 的不同電容值來進行量測，而在固定CF 和CT 的情況下，輸出信號VOUT 的量測值係近似於理想值而與CS 的電容值不相關。
第4圖係依照本發明另一實施例繪示一種感應電容偵測器400的示意圖。感應電容偵測器400包含電容式感應器陣列410、偵測單元420以及輸入端430，其中輸入端用以提供供應電壓VIN 。
電容式感應器陣列410具有與第1圖所示之電容式感應器陣列110相同的配置結構，並包含一第一感應輸出端410a、一第二感應輸出端410b、複數個電容器{C(m)}、複數個感應電阻器{RS (m)}以及複數個參考電阻器{RCOM (m)}，其中m=1、2、...、M。上述電容器{C(m)}、感應電阻器{RS (m)}以及參考電阻器{RCOM (m)}彼此電性耦接，以感應出與電容式感應器陣列410接觸之物件(如：手指)490的位置。在此，為了方便說明起見，本實施例同樣以M=3為例來作說明，然而並不以此電容器的數目為限來限定本發明。
偵測單元420包含雙端運算放大器425、兩個迴授電容器CT 以及兩個開關SR 。
雙端運算放大器425具有反相輸入端425a、非反相輸入端425b、第一輸出端425c以及第二輸出端425d，其中反相輸入端425a電性耦接於電容式感應器陣列410的第一感應輸出端410a，非反相輸入端425b電性耦接於電容式感應器陣列410的第二感應輸出端410b，第一輸出端425c用以輸出第一輸出信號VOUTP ，第二輸出端425d用以輸出第二輸出信號VOUTN ，且雙端運算放大器425係為完全差動運算放大器。另外，其中一個迴授電容CT 電性連接於運算放大器425的反相輸入端425a和第一輸出端425c之間，而另一個迴授電容CT 則電性連接於運算放大器425的非反相輸入端425b和第二輸出端425d之間。此外，其中一個開關SR 電性連接於運算放大器425的反相輸入端425a和第一輸出端425c之間，而另一個開關SR 則電性連接於運算放大器425的非反相輸入端425b和第二輸出端425d之間。
對於此種配置結構而言，當手指490或類似物件觸碰電容式感應器陣列410的第一端415時，會感應其中電荷，接著電荷會經由電容式感應器陣列410的第一端415，傳導至運算放大器425的反相輸入端425a，而後經由偵測運算放大器425之第一輸出端425c處的第一輸出信號VOUTP 以及第二輸出端425d處的第二輸出信號VOUTN 的變化，便可偵測上述接觸的動作。另外，於一給定時間t下之輸出信號VOUT (t)係以下列形式呈現：
其中VIN (t)係由輸入端430所接收之供應電壓，CF 係介於電容式感應器陣列410和物件490間之感應電容，CT 係兩迴授電容器之電容。由方程式(3)和(4)可清楚得知，第一輸出信號VOUTP 和第二輸出信號VOUTN 彼此相異，且為(CF /CT )和供應電壓VIN (t)的函數，並與電容式感應器陣列410中電容器C(1)、C(2)或C(3)的電容CS 不相關，因此感應電容偵測器400的靈敏度可大大地提升。
第5圖和第6圖係繪示如第4圖所示之感應電容偵測器400對應手指觸碰感應之不同電容CF 以及不同供應電壓VIN 波形(分別為第5圖所示之正弦波以及第6圖所示之方波)所形成的第一輸出信號VOUTP 和第二輸出信號VOUTN 的電荷轉電壓波形圖。由圖可知，若是偵測到無任何接觸時(即CF =0)，則第一輸出信號VOUTP 和第二輸出信號VOUTN 中每一者的波形係相同於供應電壓VIN 的波形；然而，若是物件490與感應電容偵測器400有接觸的話，則第一輸出信號VOUTP 的波形係為供應電壓VIN 波形的(1+CF /CT )倍，而第二輸出信號VOUTN 的波形則為供應電壓VIN 波形的-(1+CF /CT )倍。同樣地，感應電容CF 愈大的話，則第一輸出信號VOUTP 和第二輸出信號VOUTN 波形其最大值和最小值間的差異就愈大。
第7圖係依照本發明又一實施例繪示一種感應電容偵測器700的示意圖。感應電容偵測器700包含包含電容式感應器陣列710、偵測單元720以及輸入端730，其中輸入端用以提供供應電壓VIN 。
電容式感應器陣列710具有與第4圖所示之電容式感應器陣列410相同的配置結構，並包含第一感應輸出端710a、第二感應輸出端710b、三個電容器C(1)、C(2)和C(3)、三個感應電阻器RS (1)、RS (2)或RS (3)以及三個參考電阻器RCOM (1)、RCOM (2)或RCOM (3)，其彼此電性耦接，以感應出與電容式感應器陣列710接觸之物件(如：手指)790的位置。
偵測單元720包含雙端運算放大器725、單端運算放大器726、兩個迴授電容器CT 、兩個開關SR 、一對第一電阻器R1 以及一對第二電阻器R2 。
雙端運算放大器725具有反相輸入端725a、非反相輸入端725b、第一輸出端725c以及第二輸出端725d，其中反相輸入端725a電性耦接於電容式感應器陣列710的第一感應輸出端710a，非反相輸入端725b電性耦接於電容式感應器陣列710的第二感應輸出端710b，第一輸出端725c用以輸出第一輸出信號VOUTP ，第二輸出端725d用以輸出第二輸出信號VOUTN ，且雙端運算放大器725係為完全差動運算放大器。另外，其中一個迴授電容CT 電性連接於運算放大器725的反相輸入端725a和第一輸出端725c之間，而另一個迴授電容CT 則電性連接於運算放大器725的非反相輸入端725b和第二輸出端725d之間。此外，其中一個開關SR 電性連接於運算放大器725的反相輸入端725a和第一輸出端725c之間，而另一個開關SR 則電性連接於運算放大器725的非反相輸入端725b和第二輸出端725d之間。
單端運算放大器726具有反相輸入端726a、非反相輸入端726b以及輸出端726c，其中輸出端726c係用以輸出一輸出信號VOUTT 。此外，上述兩第一電阻器R1 其中一者係電性連接於雙端運算放大器725的第一輸出端725c以及單端運算放大器726的非反相輸入端726b之間，而上述兩第一電阻器R1 其中另一者則是電性連接於雙端運算放大器725的第二輸出端725d以及單端運算放大器726的反相輸入端726a之間。再者，上述兩第二電阻器R2 其中一者係電性連接於單端運算放大器726的非反相輸入端726b以及一參考電壓源729之間，而上述兩第二電阻器R2 其中另一者則是電性連接於單端運算放大器726的反相輸入端726a和輸出端726c之間。
對於此種配置結構而言，當手指790或類似物件觸碰電容式感應器陣列710時，信號VOUTT 會由單端運算放大器726的輸出端726c相對應地輸出。另外，於一給定時間t下之輸出信號VOUTT (t)係以下列形式呈現：
其中VIN (t)係由輸入端所接收之供應電壓，CF 係介於電容式感應器陣列710和物件790間之感應電容，CT 係為兩迴授電容器之電容，R1 和R2 則分別是第一電阻器和第二電阻器的電阻。同樣地，輸出信號VOUTT 與電容器C(1)、C(2)和C(3)的電容CS 不相關。
第8圖和第9圖係繪示如第7圖所示之感應電容偵測器700對應手指觸碰感應之不同電容CF 以及不同供應電壓VIN 波形(分別為第8圖所示之正弦波以及第9圖所示之方波)所形成的輸出信號VOUTT 的電荷轉電壓波形圖，其中波形結果係滿足方程式(2)。由圖可知，若是偵測到無任何接觸時(即CF =0)，則輸出信號VOUTT 的波形係相同於供應電壓VIN 的波形；然而，若是物件790與感應電容偵測器700有接觸的話，則輸出信號VOUTT 的波形係為供應電壓VIN 波形的2×(1+CF /CT )×(R2 /R1 )倍。因此，感應電容偵測器700的靈敏度可藉由增加(CF /CT )及/或(R2 /R1 )的比例來增強。
第10圖係依照本發明實施例繪示一種電容式位置偵測器中感應器矩陣的示意圖。感應器矩陣1000包含三列的X軸電容感應器X1-X3以及六行的Y軸電容感應器Y1-Y6，其中每一列X軸電容感應器均包含鑽石形狀的電極用以感應X軸的位置資訊，每一行Y軸電容感應器均包含鑽石形狀的電極用以感應Y軸的位置資訊，且X軸電容感應器和Y軸電容感應器係交替地以45°的方向排列。每一列X軸電容感應器的電極間係以串聯方式彼此電性連接，而每一行Y軸電容感應器的電極間亦以串聯方式彼此電性連接。
第11A圖和第11B圖係依照本發明實施例繪示一種電容式位置偵測器的雙層結構的示意圖。如第11A圖所示，電容式位置偵測器包含共同電極層VCOM、形成於共同電極層VCOM上之平坦層、形成於平坦層上之彩色濾光層、形成於彩色濾光層上之玻璃層、形成於玻璃層上之感應層(感應器圖案或矩陣)以及形成於感應層上之覆蓋層。對此結構而言，電容器CS 係定義於彩色濾光層上之玻璃層中。另一方面，如第11B圖所示，電容式位置偵測器包含共同電極層VCOM、形成於共同電極層VCOM上之第一平坦層、形成於第一平坦層上之彩色濾光層、形成於彩色濾光層上之第二平坦層、形成於第二平坦層上之感應層(感應器圖案或矩陣)以及形成於感應層上之玻璃層。對此結構而言，電容器CS 係定義於彩色濾光層下之第一平坦層中，而感應層可圖案化成如第10圖所示之矩陣圖案。
第12圖係依照本發明實施例繪示一種可用於電容式位置偵測裝置中感應器矩陣構造的感應器負載模型S(m,n)。如下所述，m和n是變動的整數，其代表電容式位置偵測裝置的感應器矩陣中感應器負載模型S(m,n)的位置。感應器負載模型S(m,n)包含第一X軸端點X1 (m)、第二X軸端點X2 (m)、第三X軸端點X3 (m)、第四X軸端點X4 (m)、第一Y軸端點Y1 (n)、第二Y軸端點Y2 (n)、第三Y軸端點Y3 (n)、第四Y軸端點Y4 (n)、X軸感應電阻器RX 、X軸共同電壓(VCOM)電阻器RXCOM 、Y軸感應電阻器RY 、Y軸共同電壓(VCOM)電阻器RYCOM 、X軸電容器CX 、Y軸電容器CY 以及XY軸交錯電容器CXY 。X軸感應電阻器RX 電性連接於第一X軸端點X1 (m)和第三X軸端點X3 (m)之間，X軸共同電壓電阻器RXCOM 電性連接於第二X軸端點X2 (m)和第四X軸端點X4 (m)之間，Y軸感應電阻器RY 電性連接於第一Y軸端點Y1 (n)和第三Y軸端點Y3 (n)之間，Y軸共同電壓電阻器RYCOM 電性連接於第二Y軸端點Y2 (n)和第四Y軸端點Y4 (n)之間，X軸電容器CX 電性連接於第一X軸端點X1 (m)和第二X軸端點X2 (m)之間，Y軸電容器CY 電性連接於第三Y軸端點Y3 (n)和第四Y軸端點Y4 (n)之間，XY軸交錯電容器CXY 則是電性連接於第一Y軸端點Y1 (n)和第二X軸端點X2 (m)之間。
第13-15圖係分別依照本發明不同實施例繪示採用複數個如第12圖所示之感應器負載模型{S(m,n)}的電容式位置偵測器1300、1400和1500的示意圖。以感應器負載模型{S(m,n)}而言，m=1、2、...、M，n=1、2、...、N，M和N中每一者均為一正整數，且感應器負載模型於空間上係以具有M列和N行之矩陣形式(1310、1410或1510)進行配置。上述感應器負載模型{S(m,n)}彼此電性耦接，以感應出與電容式感應器矩陣1310、1410或1510接觸之物件的位置。具體而言，在第n行中，第(j+1)列感應器負載模型S(j+1,n)之第一X軸端點X1 (j+1)和第二X軸端點X2 (j+1)，係電性連接於第(j)列感應器負載模型S(j,n)之第三X軸端點X3 (j)和第四X軸端點X4 (j)，其中j=1、2、...、(M-1)。另外，在第m列中，第(k+1)行感應器負載模型S(m,k+1)之第一Y軸端點Y1 (k+1)和第二Y軸端點Y2 (k+1)電性連接於第k行感應器負載模型S(m,k)之第三Y軸端點Y3 (k)和第四Y軸端點Y4 (k)，其中k=1、2、...、(N-1)。
電容式位置偵測器1300、1400和1500中每一者更包含M個X軸偵測單元{DX (m)}以及N個Y軸偵測單元{DY (n)}，其中m=1、2、...、M，n=1、2、...、N。每一個X軸偵測單元DX (m)具有第一偵測輸入端以及第二偵測輸入端，其分別電性連接於第m列第N行感應器負載模型S(m,N)之第三Y軸端點Y3 (N)和第四Y軸端點Y4 (N)。每一個Y軸偵測單元DY (n)具有第一偵測輸入端以及第二偵測輸入端，其分別電性連接於第M列第n行感應器負載模型S(M,n)之第三X軸端點X3 (M)和第四X軸端點X4 (M)。
在此，為了方便說明起見，同樣以M=3為例來說明第13圖所示之實施例，然而並不以此電容器的數目為限來限定本發明。
在一實施例中，X軸偵測單元DX (1)、DX (2)和DX (3)的每一者以及Y軸偵測單元DY (1)、DY (2)和DY (3)的每一者彼此均相同。下述實施例將僅針對X軸偵測單元DX (1)、DX (2)或DX (3)來作說明。
在如第13圖所示之實施例中，X軸偵測單元DX (1)、DX (2)或DX (3)包含運算放大器，且此運算放大器具有一反相輸入端、一非反相輸入端以及一輸出端，其中輸出端用以輸出一輸出信號。運算放大器具有一第三輸入端，且此第三輸入端電性連接於供應電壓VIN 。X軸偵測單元DX (1)、DX (2)或DX (3)亦包含一迴授電容器CT 以及兩電阻器RP1 和RP2 ，其中迴授電容器CT 電性連接於第一偵測輸入端和運算放大器的輸出端之間，電阻器RP1 電性連接於第一偵測輸入端和運算放大器的反相輸入端之間，電阻器RP2 電性連接於第二偵測輸入端和運算放大器的非反相輸入端之間。
在如第14圖所示之另一實施例中，X軸偵測單元DX (1)、DX (2)或DX (3)包含完全差動運算放大器、兩迴授電容器CT 以及兩電阻器RP1 和RP2 。完全差動運算放大器具有一反相輸入端、一非反相輸入端、一第三輸入端、一第一輸出端以及一第二輸出端，其中第三輸入端電性連接於一供應電壓，第一輸出端用以輸出一第一輸出信號，第二輸出端用以輸出一第二輸出信號。第一個迴授電容器CT 電性連接於完全差動運算放大器的反相輸入端和第一輸出端之間，而第二個迴授電容器CT 電性連接於完全差動運算放大器的非反相輸入端和第二輸出端之間。電阻器RP1 電性連接於第一偵測輸入端和完全差動運算放大器的反相輸入端之間，而電阻器RP2 電性連接於第二偵測輸入端和完全差動運算放大器的非反相輸入端之間。
在如第15圖所示之又一實施例中，X軸偵測單元DX (1)、DX (2)或DX (3)中係採用完全差動運算放大器和單端運算放大器，且其結構係與第7圖所示之偵測單元相似。
對電容式位置偵測器1300、1400或1500而言，當手指或類似物件在欲偵測位置處觸碰電容式感應器矩陣1310、1410或1510時，會感應其中電荷，接著電荷會同時藉由相對應的X軸偵測單元DX (1)、DX (2)或DX (3)以及相對應的Y軸偵測單元DY (1)、DY (2)或DY (3)來進行偵測，因而決定電容式感應器矩陣1310、1410或1510中的觸碰位置。如上所述，輸出信號與感應器負載模型S(m,n)中的RX 、RY 、RXCOM 、RYCOM 、CX 、CY 和CXY 不相關，因此電容式位置偵測裝置的靈敏度可大大地提升。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域具通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此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、400、700．．．感應電容偵測器
110、410、710．．．電容式感應器陣列
110a、410a、710a．．．第一感應輸出端
110b、410b、710b．．．第二感應輸出端
111a、112a、113a．．．第一電極
111b、112b、113b．．．第二電極
115．．．第一端
120、420、720．．．偵測單元
120a．．．第一偵測輸入端
120b．．．第二偵測輸入端
125、425、725、726．．．運算放大器
125a、425a、725a、726a．．．反相輸入端
125b、425b、725b、726b．．．非反相輸入端
125c、425c、425d、725c、725d、726c．．．輸出端
130、430、730．．．輸入端
190、490、790．．．物件
729．．．參考電壓源
1300、1400、1500．．．電容式位置偵測器
1310、1410、1510．．．電容式感應器矩陣
第1圖係依照本發明實施例繪示一種感應電容偵測器的示意圖。
第2圖係繪示如第1圖所示之感應電容偵測器對應不同電容CF 以及供應電壓VIN 正弦波形所形成的輸出信號VOUT 的電荷轉電壓波形圖。
第3圖係繪示如第1圖所示之感應電容偵測器對應不同電容CF 以及供應電壓VIN 方波形所形成的輸出信號VOUT 的電荷轉電壓波形圖。
第4圖係依照本發明另一實施例繪示一種感應電容偵測器的示意圖。
第5圖係繪示如第4圖所示之感應電容偵測器對應不同電容CF 以及供應電壓VIN 正弦波形所形成的第一輸出信號VOUTP 和第二輸出信號VOUTN 的電荷轉電壓波形圖。
第6圖係繪示如第4圖所示之感應電容偵測器對應不同電容CF 以及供應電壓VIN 方波形所形成的第一輸出信號VOUTP 和第二輸出信號VOUTN 的電荷轉電壓波形圖。
第7圖係依照本發明又一實施例繪示一種感應電容偵測器的示意圖。
第8圖係繪示如第7圖所示之感應電容偵測器對應不同電容CF 以及供應電壓VIN 正弦波形所形成的輸出信號VOUTT 的電荷轉電壓波形圖。
第9圖係繪示如第7圖所示之感應電容偵測器對應不同電容CF 以及供應電壓VIN 方波形所形成的輸出信號VOUTT 的電荷轉電壓波形圖。
第10圖係依照本發明實施例繪示一種電容式位置偵測器中感應器矩陣的示意圖。
第11A圖和第11B圖係依照本發明實施例繪示一種電容式位置偵測器的雙層結構的示意圖。
第12圖係依照本發明實施例繪示一種感應器負載模型的示意圖。
第13圖係依照本發明一實施例繪示採用複數個感應器負載模型的電容式位置偵測器的示意圖。
第14圖係依照本發明另一實施例繪示採用複數個感應器負載模型的電容式位置偵測器的示意圖。
第15圖係依照本發明又一實施例繪示採用複數個感應器負載模型的電容式位置偵測器的示意圖。
第16圖係繪示一般電容式位置偵測器於觸碰前和觸碰後的示意圖。
第17圖係繪示如第16圖所示之一般電容式位置偵測器的輸出信號。
100．．．感應電容偵測器
110．．．電容式感應器陣列
110a．．．第一感應輸出端
110b．．．第二感應輸出端
111a．．．第一電極
111b．．．第二電極
115．．．第一端
120．．．偵測單元
120a．．．第一偵測輸入端
120b．．．第二偵測輸入端
125．．．運算放大器
125a．．．反相輸入端
125b．．．非反相輸入端
125c．．．輸出端
130．．．輸入端
190．．．物件

Claims (22)

  1. 一種感應電容偵測器，包含：一輸入端，用以提供一供應電壓VIN ；一電容式感應器陣列，包含：一第一感應輸出端；一第二感應輸出端；複數個電容器{C(m)}，其中m=1、2、...、M，且M為一正整數，每一該些電容器C(m)具有一第一電極和一第二電極；複數個感應電阻器{RS (m)}，每一該些感應電阻器RS (m)具有一第一端和一第二端，其中第j個感應電阻器RS (j)之該第一端和該第二端係分別電性連接於第j個電容器C(j)和第(j+1)個電容器C(j+1)之該些第一電極，其中j=1、2、...、(M-1)，且第M個感應電阻器RS (M)之該第一端和該第二端係分別電性連接於第M個電容器C(M)之該第一電極和該第一感應輸出端；以及複數個參考電阻器{RCOM (m)}，每一該些參考電阻器RCOM (m)具有一第一端和一第二端，其中第j個參考電阻器RCOM (j)之該第一端和該第二端係分別電性連接於該第j個電容器C(j)和該第(j+1)個電容器C(j+1)之該些第二電極，且第M個參考電阻器RCOM (M)之該第一端和該第二端係分別電性連接於該第M個電容器C(M)之該第二電極和該第二感應輸出端；一運算放大器，具有一反相輸入端、一非反相輸入端 以及一輸出端，該反相輸入端電性耦接於該電容式感應器陣列之該第一感應輸出端，其中該非反相輸入端和該電容式感應器陣列之該第二感應輸出端係共同電性連接於該輸入端，且該輸出端係用以輸出一輸出信號VOUT ；以及一迴授電容器，電性連接於該運算放大器之該輸出端和該反相輸入端之間，其中於一給定時間t下之該輸出信號VOUT (t)滿足下列方程式： 其中VIN (t)係為由該輸入端所接收之該供應電壓，CF 係為介於該電容式感應器陣列和一物件間之一感應電容，CT 係為該迴授電容器之電容。
  2. 如請求項1所述之感應電容偵測器，其中每一該些電容器{C(m)}具有一電容CS 。
  3. 如請求項1所述之感應電容偵測器，其中每一該些感應電阻器{RS (m)}具有一電阻RS ，每一該些參考電阻器{RCOM (m)}具有一電阻RCOM ，且該電阻RS 與該電阻RCOM 相同或相異。
  4. 如請求項1所述之感應電容偵測器，更包含：一開關SR ，電性連接於該運算放大器之該輸出端和該反相輸入端之間。
  5. 如請求項1所述之感應電容偵測器，更包含：兩電阻器RP1 和RP2 ，其中該電阻器RP1 電性連接於該第一感應輸出端和該運算放大器之該反相輸入端之間，該電阻器RP2 電性連接於該第二感應輸出端和該運算放大器之該非反相輸入端之間。
  6. 一種感應電容偵測器，包含：一輸入端，用以提供一供應電壓VIN ；一電容式感應器陣列，包含：一第一感應輸出端；一第二感應輸出端；複數個電容器{C(m)}，其中m=1、2、...、M，且M為一正整數，每一該些電容器C(m)具有一第一電極和一第二電極；複數個感應電阻器{RS (m)}，每一該些感應電阻器RS (m)具有一第一端和一第二端，其中第j個感應電阻器RS (j)之該第一端和該第二端係分別電性連接於第j個電容器C(j)和第(j+1)個電容器C(j+1)之該些第一電極，其中j=1、2、...、(M-1)，且第M個感應電阻器RS (M)之該第一端和該第二端係分別電性連接於第M個電容器C(M)之該第一電極和該第一感應輸出端；以及複數個參考電阻器{RCOM (m)}，每一該些參考電阻器RCOM (m)具有一第一端和一第二端，其中第j個參 考電阻器RCOM (j)之該第一端和該第二端係分別電性連接於該第j個電容器C(j)和該第(j+1)個電容器C(j+1)之該些第二電極，且第M個參考電阻器RCOM (M)之該第一端和該第二端係分別電性連接於該第M個電容器C(M)之該第二電極和該第二感應輸出端；以及一偵測單元，具有一第一偵測輸入端以及一第二偵測輸入端，其中該第一偵測輸入端電性連接於該電容式感應器陣列之該第一感應輸出端，該第二偵測輸入端和該電容式感應器陣列之該第二感應輸出端共同電性連接於該輸入端，該偵測單元包含：一運算放大器，具有一反相輸入端、一非反相輸入端、一第一輸出端以及一第二輸出端，該反相輸入端電性耦接於該第一偵測輸入端，該非反相輸入端電性耦接於該第二偵測輸入端，該第一輸出端用以輸出一第一輸出信號VOUTP ，該第二輸出端用以輸出一第二輸出信號VOUTN ；一第一迴授電容器CT1，電性連接於該第一偵測輸入端和該運算放大器之該第一輸出端之間；一第二迴授電容器CT2，電性連接於該第二偵測輸入端和該運算放大器之該第二輸出端之間；一第一開關SR1，電性連接於該第一偵測輸入端和該運算放大器之該第一輸出端之間；以及一第二開關SR2，電性連接於該第二偵測輸入端和該運算放大器之該第二輸出端之間。
  7. 如請求項6所述之感應電容偵測器，其中該第一迴授電容器CT1 和該第二迴授電容器CT2 中之每一者均具有一電容CT 。
  8. 如請求項7所述之感應電容偵測器，其中該第一輸出信號VOUTP 與該第二輸出信號VOUTN 相反。
  9. 如請求項8所述之感應電容偵測器，其中於一給定時間t下之該第一輸出信號VOUTP (t)和該第二輸出信號VOUTN (t)分別滿足下列方程式： 其中VIN (t)係為由該輸入端所接收之該供應電壓，CF 係為介於該電容式感應器陣列和一物件間之一感應電容，CT 係為該第一迴授電容器和該第二迴授電容器之電容。
  10. 如請求項6所述之感應電容偵測器，其中該偵測單元更包含：一附加運算放大器，具有一反相輸入端、一非反相輸入端以及一輸出端，該輸出端用以輸出一輸出信號VOUTT ；一對第一電阻器R1 ，該對第一電阻器中之一者R1 電性 連接於該運算放大器之該第一輸出端和該附加運算放大器之該非反相輸入端之間，該對第一電阻器中之另一者R1 電性連接於該運算放大器之該第二輸出端和該附加運算放大器之該反相輸入端之間；以及一對第二電阻器R2 ，該對第二電阻器中之一者R2 電性連接於該附加運算放大器之該非反相輸入端和一參考電壓源之間，該對第二電阻器中之另一者R2 電性連接於該附加運算放大器之該反相輸入端和該輸出端之間。
  11. 如請求項10所述之感應電容偵測器，其中於一給定時間t下之該輸出信號VOUTT (t)滿足下列方程式： 其中VIN (t)係為由該輸入端所接收之該供應電壓，CF 係為介於該電容式感應器陣列和一物件間之一感應電容，CT 係為該第一迴授電容器和該第二迴授電容器之電容。
  12. 一種電容式位置偵測裝置，包含複數個如請求項6所述之感應電容偵測器。
  13. 一種電容式位置偵測裝置，包含：複數個感應器負載模型{S(m,n)}，其中m=1、2、...、M，n=1、2、...、N，M和N中每一者均為一正整數，該些感應器負載模型於空間上係以具有M列和N行之矩陣形 式配置，每一該些感應器負載模型S(m,n)包含：一第一X軸端點X1 (m)、一第二X軸端點X2 (m)、一第三X軸端點X3 (m)以及一第四X軸端點X4 (m)；一第一Y軸端點Y1 (n)、一第二Y軸端點Y2 (n)、一第三Y軸端點Y3 (n)以及一第四Y軸端點Y4 (n)；一X軸感應電阻器RX ，電性連接於該第一X軸端點X1 (m)和該第三X軸端點X3 (m)之間；一X軸共同電壓電阻器RXCOM ，電性連接於該第二X軸端點X2 (m)和該第四X軸端點X4 (m)之間；一Y軸感應電阻器RY ，電性連接於該第一Y軸端點Y1 (n)和該第三Y軸端點Y3 (n)之間；一Y軸共同電壓電阻器RYCOM ，電性連接於該第二Y軸端點Y2 (n)和該第四Y軸端點Y4 (n)之間；一X軸電容器CX ，電性連接於該第一X軸端點X1 (m)和該第二X軸端點X2 (m)之間；一Y軸電容器CY ，電性連接於該第三Y軸端點Y3 (n)和該第四Y軸端點Y4 (n)之間；以及一XY軸交錯電容器CXY ，電性連接於該第一Y軸端點Y1 (n)和該第二X軸端點X2 (m)之間；其中在第n行中，第(j+1)列感應器負載模型S(j+1,n)之該第一X軸端點X1 (j+1)和該第二X軸端點X2 (j+1)電性連接於第(j)列感應器負載模型S(j,n)之該第三X軸端點X3 (j)和該第四X軸端點X4 (j)，其中j=1、2、...、(M-1)； 其中在第m列中，第(k+1)行感應器負載模型S(m,k+1)之該第一Y軸端點Y1 (k+1)和該第二Y軸端點Y2 (k+1)電性連接於第k行感應器負載模型S(m,k)之該第三Y軸端點Y3 (k)和該第四Y軸端點Y4 (k)，其中k=1、2、...、(N-1)；M個X軸偵測單元{DX (m)}，其中m=1、2、...、M，每一該些X軸偵測單元DX (m)具有一第一偵測輸入端以及一第二偵測輸入端分別電性連接於第m列第N行感應器負載模型S(m,N)之該第三Y軸端點Y3 (N)和該第四Y軸端點Y4 (N)；N個Y軸偵測單元{DY (n)}，其中n=1、2、...、N，每一該些Y軸偵測單元DY (n)具有一第一偵測輸入端以及一第二偵測輸入端分別電性連接於第M列第n行感應器負載模型S(M,n)之該第三X軸端點X3 (M)和該第四X軸端點X4 (M)。
  14. 如請求項13所述之電容式位置偵測裝置，其中每一該些X軸偵測單元DX (m)以及每一該些Y軸偵測單元DY (n)彼此相同。
  15. 如請求項14所述之電容式位置偵測裝置，其中每一該些X軸偵測單元DX (m)包含：一運算放大器，具有一反相輸入端、一非反相輸入端以及一輸出端，該反相輸入端電性耦接於該第一偵測輸入端，該非反相輸入端電性耦接於該第二偵測輸入端，該輸 出端用以輸出一輸出信號；以及一迴授電容器CT ，電性連接於該第一偵測輸入端和該運算放大器之該輸出端之間。
  16. 如請求項15所述之電容式位置偵測裝置，其中該運算放大器具有一第三輸入端，該第三輸入端電性連接於一供應電壓。
  17. 如請求項15所述之電容式位置偵測裝置，其中每一該些X軸偵測單元DX (m)更包含：兩電阻器RP1 和RP2 ，其中該電阻器RP1 電性連接於該第一偵測輸入端和該運算放大器之該反相輸入端之間，該電阻器RP2 電性連接於該第二偵測輸入端和該運算放大器之該非反相輸入端之間。
  18. 如請求項14所述之電容式位置偵測裝置，其中每一該些X軸偵測單元DX (m)包含：一運算放大器，具有一反相輸入端、一非反相輸入端、一第三輸入端、一第一輸出端以及一第二輸出端，該反相輸入端電性耦接於該第一偵測輸入端，該非反相輸入端電性耦接於該第二偵測輸入端，該第三輸入端電性連接於一供應電壓，該第一輸出端用以輸出一第一輸出信號，該第二輸出端用以輸出一第二輸出信號；一第一迴授電容器CT1 ，電性連接於該第一偵測輸入端和該運算放大器之該第一輸出端之間；以及 一第二迴授電容器CT2 ，電性連接於該第二偵測輸入端和該運算放大器之該第二輸出端之間。
  19. 如請求項18所述之電容式位置偵測裝置，其中該第一迴授電容器CT1 和該第二迴授電容器CT2 中每一者均具有一電容CT 。
  20. 如請求項18所述之電容式位置偵測裝置，其中每一該些X軸偵測單元DX (m)更包含：兩電阻器RP1 和RP2 ，其中該電阻器RP1 電性連接於該第一偵測輸入端和該運算放大器之該反相輸入端之間，該電阻器RP2 電性連接於該第二偵測輸入端和該運算放大器之該非反相輸入端之間。
  21. 如請求項18所述之電容式位置偵測裝置，其中每一該些X軸偵測單元DX (m)或每一該些Y軸偵測單元DY (m)更包含：一附加運算放大器，具有一反相輸入端、一非反相輸入端、一第三輸入端以及一輸出端，該第三輸入端電性連接於一供應電壓，該輸出端用以輸出一輸出信號；一對第一電阻器R1 ，該對第一電阻器中之一者R1 電性連接於該運算放大器之該第一輸出端和該附加運算放大器之該非反相輸入端之間，該對第一電阻器中之另一者R1 電性連接於該運算放大器之該第二輸出端和該附加運算放大器之該反相輸入端之間；以及 一對第二電阻器R2 ，該對第二電阻器中之一者R2 電性連接於該附加運算放大器之該非反相輸入端和一參考電壓源之間，該對第二電阻器中之另一者R2 電性連接於該附加運算放大器之該反相輸入端和該輸出端之間。
  22. 如請求項21所述之電容式位置偵測裝置，其中每一該些X軸偵測單元DX (m)或每一該些Y軸偵測單元DY (m)更包含：一對電容器CR ，該對電容器CR 中之一者電性連接於該運算放大器之該第一輸出端和一接地端之間，該對電容器CR 中之另一者電性連接於該運算放大器之該第二輸出端和該接地端之間。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5446426B2 (ja) * 2009-04-24 2014-03-19 パナソニック株式会社 位置検出装置
TWM408075U (en) * 2010-12-02 2011-07-21 Shee-Yau Wu Touch control structure and touch control device
DE102011018463A1 (de) * 2011-04-21 2012-10-25 Trw Automotive Electronics & Components Gmbh Eingabevorrichtung und Verfahren zur Positionsbestimmung
TWI443571B (zh) * 2011-05-06 2014-07-01 Raydium Semiconductor Corp 觸控感測裝置
US9072479B2 (en) * 2011-05-06 2015-07-07 Welch Allyn, Inc. Variable control for handheld device
TWI465980B (zh) * 2012-05-03 2014-12-21 Sentelic Corp 具備觸控功能之電子裝置
CN102880367B (zh) * 2012-09-12 2015-05-13 京东方科技集团股份有限公司 投射电容式触摸屏的参数τ计算方法及其图形控制器
TWI609299B (zh) * 2013-12-24 2017-12-21 鴻海精密工業股份有限公司 內嵌式觸控顯示裝置
CN105512601B (zh) * 2014-09-29 2019-12-27 神盾股份有限公司 指纹感测装置及其感测方法
TWI553537B (zh) * 2015-02-17 2016-10-11 新唐科技股份有限公司 感應元件
TWM516193U (zh) * 2015-06-29 2016-01-21 Round P Technology Co Ltd 降低寄生電容之指紋辨識感測器
CN106548116B (zh) * 2015-09-22 2020-09-15 神盾股份有限公司 阵列式感测装置及其感测方法
CN105677093B (zh) * 2016-01-04 2018-06-12 京东方科技集团股份有限公司 一种触控装置及电子设备
KR102533653B1 (ko) * 2017-12-14 2023-05-16 엘지디스플레이 주식회사 적분기, 터치 표시 장치 및 이의 구동 방법
US10635228B2 (en) 2018-02-22 2020-04-28 Samsung Display Co., Ltd. System and method for mutual capacitance sensing
CN110518882B (zh) * 2018-05-21 2023-08-18 矽统科技股份有限公司 可组态式放大器模块
KR102523383B1 (ko) * 2018-11-16 2023-04-19 엘지디스플레이 주식회사 포토 센서가 내장된 표시패널과 이를 이용한 표시장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2272906A (en) * 1992-11-18 1994-06-01 Sharp Kk Sealing material for liquid crystal display panel, and liquid crystal display panel using it
US6239788B1 (en) * 1997-08-08 2001-05-29 Sharp Kabushiki Kaisha Coordinate input device and display-integrated type coordinate input device capable of directly detecting electrostatic coupling capacitance with high accuracy
US20060049834A1 (en) * 2004-09-06 2006-03-09 Yuichi Umeda Capacitance detection circuit and capacitance detection method
TWM359752U (en) * 2009-02-13 2009-06-21 Young Fast Optoelectronics Co Improved capacitor sensing structure of touch panel

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69324067T2 (de) * 1992-06-08 1999-07-15 Synaptics Inc Objekt-Positionsdetektor
US6466036B1 (en) 1998-11-25 2002-10-15 Harald Philipp Charge transfer capacitance measurement circuit
US20030067447A1 (en) 2001-07-09 2003-04-10 Geaghan Bernard O. Touch screen with selective touch sources
JP4336066B2 (ja) 2001-07-11 2009-09-30 株式会社豊田中央研究所 静電容量型センサ装置
JP4440603B2 (ja) * 2003-11-06 2010-03-24 アルプス電気株式会社 容量検出回路及び検出方法並びにそれを用いた指紋センサ
US7301350B2 (en) 2005-06-03 2007-11-27 Synaptics Incorporated Methods and systems for detecting a capacitance using sigma-delta measurement techniques
US20080122832A1 (en) 2006-11-29 2008-05-29 Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute Company Limited Image display apparatus
CH698425B1 (de) 2006-12-01 2009-08-14 Hsr Hochschule Fuer Technik Ra Anordnung zum Messen einer physikalischen Grösse.
CN102187236B (zh) * 2008-09-24 2015-04-22 3M创新有限公司 互电容测量电路和方法
JP2010114877A (ja) * 2008-10-06 2010-05-20 Panasonic Corp 演算増幅回路及び表示装置
JP2010108501A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Samsung Electronics Co Ltd センシング感度を向上させたタッチスクリーンコントローラ、タッチスクリーンコントローラを備えるディスプレイ駆動回路、ディスプレイ装置及びシステム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2272906A (en) * 1992-11-18 1994-06-01 Sharp Kk Sealing material for liquid crystal display panel, and liquid crystal display panel using it
US6239788B1 (en) * 1997-08-08 2001-05-29 Sharp Kabushiki Kaisha Coordinate input device and display-integrated type coordinate input device capable of directly detecting electrostatic coupling capacitance with high accuracy
US20060049834A1 (en) * 2004-09-06 2006-03-09 Yuichi Umeda Capacitance detection circuit and capacitance detection method
TWM359752U (en) * 2009-02-13 2009-06-21 Young Fast Optoelectronics Co Improved capacitor sensing structure of touch panel

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