TWI447617B - 觸控感測裝置 - Google Patents

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Chien Kuo Wang
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Hung Li
Ko Yang Tso
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Description

觸控感測裝置
本發明係與觸控感測有關，特別是關於一種利用電荷泵浦(charge pump)的概念實現類比累加器(analog adder)之功能的觸控感測裝置，藉以降低液晶顯示面板及外在環境所產生之雜訊對觸控感測的干擾，有效提升系統的訊號-雜訊比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)並可省去放大器之設置以降低成本。
隨著科技快速發展，薄膜電晶體液晶顯示器(TFT LCD)已逐步取代傳統顯示器，並已廣泛應用於電視、平面顯示器、行動電話、平板電腦以及投影機等各種電子產品上。對於具有觸控功能的薄膜電晶體液晶顯示器而言，觸控感測器是其重要的模組之一，其性能之優劣也直接影響液晶顯示器之整體效能。
一般而言，傳統具有互感式電容觸控功能的液晶顯示器包含有顯示面板、導電薄膜感應器(ITO sensor)以及觸控控制晶片。其中，導電薄膜感應器包含有複數條感測線及複數條驅動線，而觸控控制晶片則包含有複數個接腳。該等感測線分別耦接該等接腳。當驅動線傳送一驅動脈衝並於感測線耦合一微小電壓後，觸控控制晶片將會感應耦合電壓並根據耦合電壓的大小去判斷導電薄膜感應器是否被觸控。
然而，上述傳統的液晶顯示器觸控感測方式具有某些嚴重的缺點，例如掃瞄速率太低、顯示面板所產生的雜訊嚴重影響觸控控制晶片的運作，甚至導致觸控點之誤判。有些系統為了避開面板所產生的雜訊而在導電薄膜感應器與面板之間多設置一層絕緣物質，然而，這種做法將會增加成本，並且導致整體裝置增厚，不利於機構之設計。此外，傳統的觸控感測裝置均需設置有放大器以將感應到之耦合電壓放大，使得晶片面積(die size)無法縮小，因而無法進一步降低成本。
因此，本發明提出一種利用電荷泵浦的概念實現類比累加器功能的觸控感測裝置，以解決上述問題。
本發明之一範疇在於提供一種觸控感測裝置。於一實施例中，觸控感測裝置包含有邏輯控制模組、至少一儲存控制模組及至少一解碼控制模組。邏輯控制模組係用以產生具有不同控制時序之複數個控制訊號，該等控制訊號包含複數個儲存控制訊號及複數個解碼控制訊號。每一個儲存控制模組包含複數個儲存電容，用以依照儲存控制訊號之儲存控制時序分別將複數個感測電壓中之每一感測電壓於不同時間點儲存於不同的儲存電容中，其中該等感測電壓為感測自導電薄膜感應器之掃瞄線的類比資料。解碼控制模組係用以依照解碼控制訊號之解碼控制時序對該等儲存電容所儲存的該等感測電壓進行類比累加處理，以輸出具有高訊號- 雜訊比之解碼後類比資料。
於實際應用中，每一個儲存控制模組進一步包含至少一累加開關，該至少一累加開關中之每一累加開關係分別耦接於兩個儲存電容之間。當儲存控制模組已將該等感測電壓中之每一感測電壓於不同時間點儲存於不同的儲存電容後，儲存控制模組控制該至少一累加開關同時關閉，致使該等儲存電容之間彼此導通，藉此，解碼控制模組可利用電荷泵浦之方式進行類比累加處理，將儲存於不同儲存電容的感測電壓累加起來，以輸出具有高訊號-雜訊比之解碼後類比資料。
相較於先前技術，根據本發明之觸控感測裝置係利用電荷泵浦(charge pump)的概念實現類比累加器(analog adder)之功能，不僅能夠有效地降低液晶顯示面板及外在環境所產生之雜訊對於觸控感測裝置感測觸控點時的干擾，亦不會導致整個系統的資料傳送回報速率(reporting rate)降低及電力消耗(power consumption)增加，故觸控感測裝置能夠更為準確地對於觸控顯示面板進行觸控點的感測。此外，由於根據本發明之觸控感測裝置不需設置有放大器，即可得到具有放大效果的高訊號-雜訊比之類比資料，故其晶片面積(die size)得以縮小，而能達到節省成本之功效。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
根據本發明之第一具體實施例為一種觸控感測裝置。於此實施例中，該觸控感測裝置可以是互感式電容觸控感測裝置，能夠同時自導電薄膜感應器感測複數筆資料並可避免其感測到之資料受到液晶顯示面板的雜訊影響而導致觸控點之誤判。
請參照圖1，圖1係繪示本發明之觸控感測裝置對於顯示面板進行觸控點感測之示意圖。如圖1所示，液晶顯示器包含有導電薄膜感應器100以及觸控感測裝置1。至於液晶顯示面板一般是貼合在導電薄膜感應器100下，但不以此為限。觸控感測裝置1包含有邏輯控制模組10、複數個接腳20、至少一驅動/感測控制模組30、至少一儲存控制模組40、至少一解碼控制模組50及類比/數位轉換模組70。
其中，該至少一驅動/感測控制模組30、該至少一儲存控制模組40、該至少一解碼控制模組50及類比/數位轉換模組70均屬於處理類比(analog)訊號之模組，而邏輯控制模組10屬於處理數位(digital)訊號之模組。驅動/感測控制模組30耦接至邏輯控制模組10及接腳20；儲存控制模組40耦接至邏輯控制模組10及驅動/感測控制模組30；解碼控制模組50耦接至邏輯控制模組10及儲存控制模組40；類比/數位轉換模組70耦接至解碼控制模組50及邏輯控制模組10。
於此實施例中，邏輯控制模組10係用以產生具有不同控制時序之複數個控制訊號。舉例而言，邏輯控制模組10可以產生至少一驅動/感測控制訊號S1、至少一儲存控制訊號S2及至少一解碼控制訊號S3。其中，該至少一驅動/感測控制訊號S1、該至少一儲存控制訊號S2及該至少一解碼控制訊號S3係分別具有驅動/感測控制時序、儲存控制時序及解碼控制時序，並且分別用以控制該至少一驅動/感測控制模組30、該至少一儲存控制模組40及該至少一解碼控制模組50，但不以此為限。
需說明的是，觸控感測裝置1所包含的該等接腳20不只具有單一種功能，而是可以視實際需求於不同功能之間進行切換，例如驅動(driving)功能、感測(sensing)功能、接地(ground)功能或浮接(floating)功能等，但不以上述功能為限。
當驅動/感測控制模組30自邏輯控制模組10接收到驅動/感測控制訊號S1時，驅動/感測控制模組30將會依照驅動/感測控制訊號S1之驅動/感測控制時序控制該等接腳20分別執行複數種功能，致使該等接腳20能夠同時自導電薄膜感應器100感測到複數筆類比資料(感測電壓)，並分別儲存於該至少一儲存控制模組40中的儲存電容之中。
如圖1所示，導電薄膜感應器100包含有互相垂直分布的複數條感測線80及複數條驅動線90。需說明的是，驅動線90與感測線80是可互換的，也就是說圖1中的90實際上也可當感測線，圖1中的80實際上也可當驅動線，可由觸控感測裝置1所控制。於此實施例中，由於不同的接腳20可分別對一條驅動線90進行掃瞄，並同時分別對複數條感測線80進行感測，故可據以感測到複數筆類比資料(感測電壓)。實際上，觸控感測裝置1之邏輯控制模組10可選擇在特定時序控制該等接腳20中之某一特定接腳進行感測。
需說明的是，邏輯控制模組10亦可根據外部同步訊號產生具有不同控制時序之該等控制訊號S1~S3，或者邏輯控制模組10亦可不根據外部同步訊號自行產生具有不同控制時序之該等控制訊號S1~S3，使得接腳20進行感測時能夠避開液晶顯示面板產生雜訊(noise)之時間區段，進而避免顯示面板之雜訊影響接腳20所感測到的類比資料。
需注意的是，由於本發明之主要技術特徵在於觸控感測裝置1的儲存控制模組40及解碼控制模組50，接下來，將透過實施例對儲存控制模組40及解碼控制模組50之電路架構及其具備之功能進行詳細的說明。
請參照圖2，圖2係繪示觸控感測裝置1的單一個儲存控制模組40及單一個解碼控制模組50之一實施例的電路示意圖。如圖2所示，每一個儲存控制模組40包含有儲存電容C1~C3及開關SW1~SW7及開關SW11~SW12。其中，開關SW1~SW3為分別對應於儲存電容C1~C3的充電開關；開關SW4~SW5及SW11為接地開關；開關SW6及SW7則為累加開關；SW2則為參考電位開關。充電開關SW1~SW3係分別耦接於儲存電容C1~C3與驅動/感測控制模組30之間；開關SW4係耦接於儲存電容C1與接地端之間；開關SW5係耦接於儲存電容C2與接地端之間；開關SW6係耦接於儲存電容C1與C2之間；開關SW7係耦接於儲存電容C2與C3之間；開關SW11係耦接於儲存電容C3與接地端之間；開關SW12係耦接於儲存電容C3與參考電位(固定電位)Vref之間。當開關SW11關閉且開關SW12開啟時，儲存電容C3將會耦接至接地端；當開關SW11開啟且開關SW12關閉時，儲存電容C3將會耦接至參考電位(固定電位)Vref。需說明的是，每一個儲存控制模組40所包含的儲存電容與開關數目並不以此例為限，每一個儲存控制模組40亦可包含複數組儲存電容以及其相對應數目的開關，於此不另行贅述。
於此實施例中，當儲存控制模組40自邏輯控制模組10接收到儲存控制訊號S2時，儲存控制模組40將會依照儲存控制訊號S2之儲存控制時序自驅動/感測控制模組30將接腳20所感測到之每一筆類比資料(感測電壓)分別於不同時間點儲存於不同的儲存電容C1~C3中。實際上，儲存控制模組40係透過開啟或關閉充電開關SW1~SW3來控制是否自驅動/感測控制模組30將類比資料(感測電壓)儲存至儲存電容C1~C3。
舉例而言，若預設充電開關SW1~SW3、接地開關SW4~SW5，SW11及累加開關SW6~SW7，SW12均處於開啟狀態下，於第一時間點，儲存控制模組40將充電開關SW1關閉及接地開關SW4關閉並維持充電開關SW2及SW3開啟，驅動/感測控制模組30所輸出的第一類比資料即可儲存於儲存電容C1中；於第二時間點，儲存控制模組40將充電開關SW2關閉及接地開關SW5關閉並維持充電開關SW1及SW3開啟，驅動/感測控制模組30所輸出的第二類比資料即可儲存於儲存電容C2中；於第三時間點，儲存控制模組40將充電開關SW3關閉及接地開關SW11關閉並維持開關SW1及SW2開啟，驅動/感測控制模組30所輸出的第三類比資料即可儲存於儲存電容C3中。因此，儲存控制模組40即可於不同時間點將驅動/感測控制模組30所輸出的每一筆類比資料(感測電壓)分別儲存於不同的儲存電容C1~C3中。
需說明的是，儲存控制模組40控制充電開關SW1~SW3開啟或關閉的順序及方式並不以上述情況為限，儲存控制模組40亦可控制充電開關SW1~SW3同時關閉以及不同時間點開啟，這種方式可提升裝置的掃瞄速度及回報速率，可視實際需求進行調整。
於實際應用中，當儲存控制模組40已將驅動/感測控制模組30所輸出的每一筆類比資料(感測電壓)均儲存於儲存電容C1~C3後，可將充電開關SW1~SW3開啟並控制導電薄膜感應器100執行放電(discharge)程序，藉以避免環境雜訊干擾控制晶片的運作及導電薄膜感應器100上殘留的電荷影響到接腳20感測時之準確性。
接著，將就觸控感測裝置1如何利用電荷泵浦的概念實現類比累加器之功能進行說明。當儲存控制模組40已將驅動/感測控制模組30所輸出的每一筆類比資料(感測電壓)均儲存於儲存電容C1~C3後，充電開關SW1~SW3及接地開關SW4~SW5，SW11開啟，耦接於儲存電容C1與C2之間的開關SW6以及耦接於儲存電容C2與C3之間的開關SW7及耦接於儲存電容C3與Vref之間的開關SW12將會於一第四時間點同時被關閉，SW6，SW7及SW12亦可在不同時間點被關閉，致使儲存電容C1~C3之間彼此導通，假設儲存於儲存電容C1~C3的電荷分別為Q1~Q3，此時儲存於儲存電容C1~C3的電荷Q1~Q3即可被累加起來。
藉此，觸控感測裝置1利用上述電荷泵浦之方式對儲存於儲存電容C1~C3的類比資料(感測電壓)進行類比累加器之濾波處理，以提高系統的訊號-雜訊比，達到降低雜訊干擾之功效。此外，由於經過上述累加處理後的類比資料(感測電壓)已具有放大的效果，觸控感測裝置1不需另外設置放大器來放大解碼後的類比資料，故晶片面積(die size)得以縮小，亦可達到節省成本之功效。
需說明的是，本發明之觸控感測裝置1所包含之該至少一儲存控制模組40中之每一個儲存控制模組40運作都是一致的，係由邏輯控制模組10產生具有不同控制時序之該等控制訊號S2，使得該至少一儲存控制模組40可以將導電薄膜感應器100感測到的複數筆類比資料分別儲存於複數個電容當中。
接著，將就單一個解碼控制模組50進行說明。如圖2所示，單一個解碼控制模組50包含有開關SW8~SW10以及緩衝器A1。其中，開關SW8係耦接於儲存電容C1與緩衝器A1之間；開關SW9為放電開關，耦接於開關SW8與緩衝器A1之間；開關SW10係耦接於緩衝器A1與類比/數位轉換模組70之間。
於此實施例中，預設開關SW8~SW10均處於開啟狀態下，當儲存於儲存電容C1~C3的類比資料已透過類比累加器之濾波處理形成累加類比資料之後，解碼控制模組50將會依照解碼控制時序關閉開關SW8，使得累加類比資料能夠輸出至緩衝器A1後，由解碼控制模組50對累加類比資料進行解碼，並透過關閉的開關SW10將解碼後之累加類比資料輸出至類比/數位轉換模組70。
需說明的是，當儲存於儲存電容C1~C3的該些類比資料均已輸出至緩衝器A1後，且經由類比/數位轉換模組70將感測電壓之類比資料轉換成數位資料S4輸出至邏輯控制模組10後，解碼控制模組50將會控制開關SW8及放電開關SW9均關閉，致使儲存電容C1~C3執行放電程序，以消除儲存電容C1~C3上殘餘的電荷。
接著，類比/數位轉換模組70係用以將解碼後之累加類比資料轉換成數位資料S4。實際上，類比/數位轉換模組70可以是任意形式的類比/數位轉換器，並無特定之限制。
然後，類比/數位轉換模組70再將轉換後的數位資料S4輸出至邏輯控制模組10。實際上，邏輯控制模組10可包含數位濾波器(digital filter，未圖示)，用以對數位資料S4進行數位濾波處理，以降低雜訊之干擾。需注意的是，由於觸控感測裝置1的類比端已利用電荷泵浦的概念透過累加方式實現類比濾波及放大的功能，降低類比資料的誤差，以便類比資料轉換成數位資料時，能夠大幅提升數位資料之準確性，故可減輕數位端之邏輯控制模組10的負擔，進而達到提升觸控感測裝置1的觸控準確度之功效。
相較於先前技術，根據本發明之觸控感測裝置係利用電荷泵浦(charge pump)的概念實現類比累加器(analog adder)之功能，不僅能夠有效地降低液晶顯示面板及外在環境所產生之雜訊對於觸控感測裝置感測觸控點時的干擾，亦不會導致整個系統的資料傳送回報速率(reporting rate)降低及電力消耗(power consumption)增加，故觸控感測裝置能夠更為準確地對於觸控顯示面板進行觸控點的感測，以大幅減少其誤判之機率。此外，由於根據本發明之觸控感測裝置不需設置有放大器，即可得到具有放大效果的高訊號-雜訊比之類比資料，故晶片面積(die size)得以縮小，達到節省成本之功效。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
1．．．觸控感測裝置
10．．．邏輯控制模組
20．．．接腳
30．．．驅動/感測控制模組
40．．．儲存控制模組
50．．．解碼控制模組
70．．．類比/數位轉換模組
80．．．感測線
C1~C3．．．儲存電容
S1．．．驅動/感測控制訊號
S2．．．儲存控制訊號
S3．．．解碼控制訊號
S4．．．數位資料
SW1~SW12．．．開關
A1．．．緩衝器
90．．．驅動線
100．．．導電薄膜感應器
Vref．．．參考電位(固定電位)
圖1係繪示本發明之觸控感測裝置對導電薄膜感應器進行觸控點感測之示意圖。
圖2係繪示觸控感測裝置的儲存控制模組及解碼控制模組之一實施例的電路示意圖。
30．．．驅動/感測控制模組
40．．．儲存控制模組
50．．．解碼控制模組
C1~C3．．．儲存電容
Vref．．．參考電位(固定電位)
1．．．觸控感測裝置
SW1~SW12．．．開關
A1．．．緩衝器
70．．．類比/數位轉換模組

Claims (9)

  1. 一種觸控感測裝置，包含：一邏輯控制模組，用以產生具有不同控制時序之複數個控制訊號，該等控制訊號包含一儲存控制訊號及一解碼控制訊號；至少一儲存控制模組，耦接至該邏輯控制模組且分別包含複數個儲存電容，其中每一儲存控制模組係依照該儲存控制訊號之一儲存控制時序分別將複數個感測電壓中之每一感測電壓於不同時間點儲存於不同的儲存電容中，該等感測電壓為感測自一導電薄膜感應器之一掃瞄線的類比資料；以及至少一解碼控制模組，耦接至該邏輯控制模組及該至少一儲存控制模組，用以依照該解碼控制訊號之一解碼控制時序利用電荷泵浦之方式對該等儲存電容所儲存的該等感測電壓進行一類比累加處理，將儲存於不同儲存電容的感測電壓累加起來，以輸出具有高訊號-雜訊比(signal-to-noise ratio)之一解碼後類比資料；其中，每一個解碼控制模組包含有一第一開關、一第二開關、一第三開關及一緩衝器，該第一開關係耦接於該等儲存電容中之一儲存電容與該緩衝器之間，該第二開關為一放電開關，耦接於該第一開關與該緩衝器之間，該第三開關係耦接至該緩衝器，該第一開關、該第二開關及該第三開關均係預設處於開啟狀態下，當儲存於該等儲存電容的該等感測電壓已被累加完畢時，該解碼控制模組依照該解碼控制時序關閉該第一開關，使得累加的該等感測電壓輸出至該緩衝器，並由該解碼控制模組將累加的該等感測電 壓解碼為具有高訊號-雜訊比之該解碼後類比資料後，該解碼控制模組依照該解碼控制時序關閉該第三開關，以輸出具有高訊號-雜訊比之該解碼後類比資料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控感測裝置，其中該邏輯控制模組係根據一外部同步訊號產生具有不同控制時序之該等控制訊號，使得該等接腳進行感測時能夠避開一液晶顯示面板產生雜訊之時間區段。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控感測裝置，其中該每一儲存控制模組進一步包含至少一累加開關，該至少一累加開關中之每一累加開關係分別耦接於相鄰兩儲存電容之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之觸控感測裝置，其中當該每一儲存控制模組已將該等感測電壓中之每一感測電壓於不同時間點儲存於不同的儲存電容後，該每一儲存控制模組控制該至少一累加開關同時關閉，致使該等儲存電容之間彼此導通，以將儲存於該等儲存電容的該等感測電壓累加起來。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之觸控感測裝置，其中當該至少一解碼控制模組已將所有該等儲存電容所儲存的該等感測電壓解碼完畢後，該至少一儲存控制模組對該等儲存電容執行一放電(discharge)程序。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之觸控感測裝置，進一步包含：複數個接腳；以及至少一驅動/感測控制模組，耦接至該邏輯控制模組及該 等接腳，用以自該邏輯控制模組接收該等控制訊號中之一驅動/或測控制訊號，並依照該驅動/感測控制訊號之一驅動/感測控制時序控制該等接腳分別執行複數種接腳功能，致使該等接腳能夠自該導電薄膜感應器的該掃瞄線感測到該等感測電壓。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之觸控感測裝置，其中該等接腳功能包含驅動(driving)功能、感測(sensing)功能、接地(ground)功能及浮接(floating)功能。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之觸控感測裝置，進一步包含：一類比/數位轉換模組，耦接至該至少一解碼控制模組及該邏輯控制模組，用以將該解碼後類比資料轉換成一數位資料，並將該數位資料傳送至該邏輯控制模組。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之觸控感測裝置，其中該邏輯控制模組包含一數位濾波器(digital filter)，用以對該數位資料進行數位濾波處理，以降低雜訊之干擾。
TW100100190A 2011-01-04 2011-01-04 觸控感測裝置 TWI447617B (zh)

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