TWI453633B - 觸控面板的控制裝置 - Google Patents

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TWI453633B
TWI453633B TW100101580A TW100101580A TWI453633B TW I453633 B TWI453633 B TW I453633B TW 100101580 A TW100101580 A TW 100101580A TW 100101580 A TW100101580 A TW 100101580A TW I453633 B TWI453633 B TW I453633B
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Description

觸控面板的控制裝置
本發明係關於一種適用於觸控面板的控制裝置。
觸控面板目前業已廣泛應用於家電用品、通訊裝置及電子資訊裝置等領域上。觸控面板通常應用於個人數位助理(PDA)、電子產品及遊戲機等輸入介面。現今觸控面板和顯示幕的整合趨勢可允許使用者以手指或接觸筆選取面板上顯示之代表圖像(icon)，如此可使個人數位助理、電子產品及遊戲機執行喜好之功能。此種觸控面板亦可應用於公共資訊查詢系統，以使公眾能更有效率的操作系統。
圖1顯示一習知觸控面板10的示意圖。該觸控面板10包括複數條X方向感測線X1-Xm和複數條Y方向感測線Y1-Yn，其中m與n為相異或相同的正整數。該些X方向感測線X1-Xm和Y方向感測線Y1-Yn埋設於該觸控面板10中的不同層。參考圖1，該些X方向感測線X1-Xm和Y方向感測線Y1-Yn係交錯排列，藉以形成一感應網格。在該感應網格中，複數個交互電容(mutual capacitor)(未繪出)形成於每一X方向感測線和每一Y方向感測線之間，而複數個寄生電容(未繪出)形成於每一X方向及Y方向感測線和地端(ground)之間。
在習知的操作方式中，一驅動信號(通常為一方波信號)輸入至X方向感測線或Y方向感測線。藉由交互電容的耦合效應，複數個感應電壓將產生在對應的Y方向感測線或X方 向感測線上。由於該些感應電壓的值會隨使用者與感測線的觸碰狀況而改變，故藉由偵測該些感應電壓的差值，即可得知使用者的觸控位置。
然而，習知技術中驅動信號係同時施加於觸控面板上所有的X方向感測線或Y方向感測線，因此基於寄生電容和感測線本身的電阻所產生的延遲時間將頗長，其嚴重影響到驅動信號的工作頻率和感應電壓的偵測時間，且隨著觸控面板尺寸的加大將更加惡化。因此，有必要提出一種適用於觸控面板的控制裝置以改善上述問題。
本發明揭示一種觸控面板的控制裝置。該觸控面板包含複數條第一方向感測線和複數條第二方向感測線，該等第一方向感測線和第二方向感測線係交錯設置。在本發明一實施例中，該控制裝置包含一時脈產生電路、一選擇模組、一驅動信號產生電路、一差動偵測電路和一數位至類比轉換模組。該時脈產生電路用以產生一時脈信號。該選擇模組用以從該等第一方向感測線和該等第二方向感測線中選擇一第一感測線和一第二感測線。該差動偵測電路用以偵測該第一和第二感測線上的電壓以產生一比較信號。該驅動信號產生電路用以根據該時脈信號產生一第一驅動信號和一第二驅動信號以個別施加至該第一和第二感測線。該數位至類比轉換模組用以根據該比較信號和該時脈信號以選擇性地輸出一第一電壓至該第一感測線或輸出一第二電壓至該第二感測線。
在本發明另一實施例中，該控制裝置包含一時脈產生電路、一位準移位電路、一電壓產生模組、一選擇模組、一差動偵測電路和一第一及第二電容。該時脈產生電路用以根據一參考時脈信號產生一第一時脈信號和第二時脈信號，其中該第一時脈信號包含複數個脈波，且該第二時脈信號的頻率可為該參考時脈信號頻率的一半或相同於該參考時脈信號的頻率。該選擇模組用以從該等第一方向感測線和該等第二方向感測線中選擇一第一感測線和一第二感測線。該位準移位電路用以根據該第二時脈信號的電壓位準以產生一驅動信號。該差動偵測電路用以偵測該第一和第二感測線上的電壓以產生一比較信號。該電壓產生模組用以根據該比較信號、該第一時脈信號和該驅動信號以產生一第一施加電壓和一第二施加電壓。該第一電容耦接於該電壓產生模組與該第一感測線之間，用以反應該第一施加電壓的變化量至該第一感測線。該第二電容耦接於該電壓產生模組與該第二感測線之間，用以反應該第二施加電壓的變化量至該第二感測線。
本發明的較佳實施例將配合圖式詳細描述如下，其中相同或近似的元件係以類似的參考數字顯示之。
圖2顯示本發明一實施例之觸控輸入裝置20的方塊示意圖。該觸控輸入裝置20包含一觸控面板22和一控制裝置200，其中該控制裝置200用以偵測該觸控面板22的觸控狀態。該觸控面板22包括複數條X方向感測線X1 -X10 和複數條 Y方向感測線Y1 -Y10 。該等X方向感測線X1 -X10 和該等Y方向感測線Y1 -Y10 埋設於該觸控面板22中的不同層。參考圖2，該些X方向感測線X1 -X10 和該些Y方向感測線Y1 -Y10 係交錯排列，藉以形成，但不限定於一井字狀網格。在該井字狀網格中，複數個交互電容(未繪出)形成於每一X方向感測線與每一Y方向感測線之間。
該控制裝置200包含一時脈產生電路23、一選擇模組24、一驅動信號產生電路26、一差動偵測電路28和一數位至類比轉換模組30。該時脈產生電路23用以產生一時脈信號CLK。該選擇模組24用以從該等X方向感測線X1 -X10 和該等Y方向感測線Y1 -Y10 中選擇一第一感測線L1 和一第二感測線L2 。該差動偵測電路28用以偵測該第一和第二感測線L1 及L2 上的電壓以產生一比較信號Sout 。該驅動信號產生電路26用以根據該時脈信號CLK產生一驅動信號DRV1 和一驅動信號DRV2 以個別施加至該第一和第二感測線L1 及L2 。該數位至類比轉換模組30用以根據該比較信號Sout 和該時脈信號CLK以選擇性地輸出一電壓V1 至該第一感測線L1 或輸出一電壓V2 至該第二感測線L2 。
圖3顯示本發明一實施例之該選擇模組24的細部電路示意圖。參照圖3，該選擇模組24包含一控制電路242和多工器244及246。該等多工器244及246耦接於該觸控面板22和該差動偵測電路28之間。該控制電路242係設計以一預定掃描順序依序致能該些多工器244及246，藉以選擇每次掃描時欲施加驅動電壓和欲量測電壓的感測線L1 及L2 。
圖4顯示本發明一實施例之該驅動信號產生電路26的細部電路示意圖。參照圖4，該驅動信號產生電路26包含一位準移位電路262和電容264及266。該位準移位電路262用以接收時脈信號CLK的電壓位準以產生一驅動信號DRV3 。該電容264耦接於該位準移位電路262與該第一感測線L1 之間，用以根據該驅動信號DRV3 產生該驅動信號DRV1 。該電容266耦接於該位準移位電路262與該第二感測線L2 之間，用以根據該驅動信號DRV3 產生該驅動信號DRV2 。電容264及266具有相同的組態和容值。
圖5顯示本發明一實施例之該數位至類比轉換模組30的細部電路示意圖。參照圖5，該數位至類比轉換模組30包含一邏輯電路302、一數位至類比轉換器304、電容306A和306B和多工器308A和308B。該邏輯電路302用以接收該比較信號Sout 和該時脈信號CLK，並根據一二元搜尋演算法依序輸出N位元信號。該數位至類比轉換器304耦接於該邏輯電路302，其用以根據該N位元信號依序輸出複數個校正電壓。該些多工器308A及308B用以根據該時脈信號CLK和該比較信號Sout 以選擇一參考電壓VR或是該等校正電壓為其輸出電壓V1C 和V2C 。該些電容306A和306B分別耦接於該些多工器308A及308B，其用以根據輸出電壓V1C 和V2C 以產生耦合電壓至該第一感測線L1 和該第二感測線L2 。
復參圖2，該控制裝置200另包含一重置電路32。該重置電路32包含開關322和324。當該時脈信號CLK為低電壓位準時，該重置電路32藉由開關322和324重置該差動偵測 電路28的兩輸入端之電壓至一設定電壓VSET 。
圖6顯示本發明一實施例之觸控輸入裝置20的波形圖。參照圖6，該時脈信號CLK包含複數個連續脈波P1 至P9 ，且每一脈波具有一固定之時間間隔TS 。該驅動信號DRV3 係經由該位準移位電路262所產生，且該驅動信號DRV3 的高電壓位準VH2 可以等於或大於該時脈信號CLK的高電壓位準VH1 。在第一次掃描時，假設該選擇模組24從X方向感測線X1 -X10 中選擇感測線X3 為第一感測線L1 ，選擇感測線X4 為第二感測線L2 ，則感測線X3 將連接至差動偵測電路28的正輸入端而感測線X4 將連接至差動偵測電路28的負輸入端。
參照圖2至圖6，在第一脈波P1 期間，當該時脈信號CLK為低電壓位準(此處為接地電壓GND)時，該重置電路32重置該差動偵測電路28的兩輸入端之電壓至接地電壓GND。此時，該驅動信號DRV3 亦為低電壓位準(此處為接地電壓GND)。當該時脈信號CLK轉態為高電壓位準VH1 時，開關322和324首先被截止，使得該第一和第二感測線L1 及L2 為浮接(floating)狀態。此時圖5中的該些多工器308A和308B分別被邏輯電路302輸出的信號SEL1 和SEL2 所控制，以輸出該參考電壓VR(此處為接地電壓GND)至電容306A和306B。接著，該驅動信號DRV3 轉態為高電壓位準VH2 ，經由具有相同容值的電容264和266，該第一和第二感測線L1 及L2 將感應到相同的驅動電壓變化量。在本實施例中，因為感測線X3 被觸控而感測線X4 未被觸控，故該差動偵測電路28 的正輸入端之電壓VL1 小於其負輸入端VL2 之電壓。
該差動偵測電路28可以是，但不限定於，一電壓比較器。當其正輸入端之電壓VL1 小於其負輸入端VL2 之電壓時，該差動偵測電路28產生一具低邏輯位準的比較信號Sout 。該數位至類比轉換模組30中的邏輯電路302在該第一脈波P1 的降緣會鎖存該低邏輯位準，並輸出該位準作為一N位元信號的最大位元信號(MSB)。
接著，在第二脈波P2 期間，當該時脈信號CLK為低電壓位準時，該重置電路32重置該差動偵測電路28的兩輸入端之電壓至接地電壓GND，同時，該些多工器308A和308B分別被邏輯電路302輸出的信號SEL1 和SEL2 控制，以輸出該參考電壓VR。當該時脈信號CLK轉態為高電壓位準VH1 時，開關322和324被截止使得該第一和第二感測線L1 及L2 為浮接狀態。此時，該數位至類比轉換模組30中的邏輯電路302控制該數位至類比轉換器304輸出一第一校正電壓VDD/2，並根據在第一脈波P1 的降緣時鎖存的低邏輯位準輸出信號SEL1 和SEL2 至該些多工器308A和308B，並控制該些多工器308A和308B分別輸出該第一校正電壓VDD/2至電容306A和輸出該參考電壓VR至電容306B。該些多工器308A和308B的輸出電壓V1C 和V2C 的電壓變化量VDD/2和0(表示無變化)分別經電容306A和306B耦合至第一感測線L1和第二感測線L2。在該感測線L1 接收電壓V1 後，該差動偵測電路28更新比較信號Sout 。
接著，在後續脈波P3 至P9 期間，該數位至類比轉換模 組30根據更新後的比較信號Sout 重覆類似的運作。在本發明一實施例中，圖5中的邏輯電路302包含一逐次逼近暫存器(Successive Approximation Register,SAR)，其根據一二元搜尋演算法以逐位元控制該數位至類比轉換器304的輸出，藉以在連續脈波P1 至P9 期間輸出一9位元信號。該9位元信號代表該第一和第二感測線L1 及L2 上的電容差異量。該數位至類比轉換模組30在該連續脈波期間的運作在先申請案「觸控輸入電子裝置」(台灣申請案號99109924，申請日2010年3月31日)中有更詳盡之描述。
圖7顯示本發明另一實施例之觸控輸入裝置20'的方塊示意圖。參照圖7，該觸控輸入裝置20'包含一觸控面板22和一控制裝置200'，其中該控制裝置200'用以偵測該觸控面板22的觸控狀態。該控制裝置200'包含一時脈產生電路72、一位準移位電路74、一電壓產生模組76、電容80和82、一選擇模組24'和一差動偵測電路28'。該時脈產生電路72用以根據一參考時脈信號CLK_ref產生時脈信號CLK1 和CLK2 。該選擇模組24'用以從該等X方向感測線X1 -X10 和該等Y方向感測線Y1 -Y10 中選擇一第一感測線L1 和一第二感測線L2 。該差動偵測電路28’用以偵測該第一和第二感測線L1 及L2 上的電壓以產生一比較信號Sout 。
參照圖7，該位準移位電路74用以根據該時脈信號CLK2 的電壓位準以產生一驅動信號DRV。該電壓產生模組76用以根據該比較信號Sout 、該時脈信號CLK1 和該驅動信號DRV以產生施加電壓VA1 和VA2 。該電容80耦接於該電壓 產生模組76與該第一感測線L1 之間，用以反應該施加電壓VA1 的變化量至該第一感測線L1 。該電容82耦接於該電壓產生模組76與該第二感測線L2 之間，用以反應該施加電壓VA2 的變化量至該第二感測線L2 。
圖8顯示本發明一實施例之該電壓產生模組76的細部電路示意圖。參照圖8，該電壓產生模組76包含一邏輯電路762、一數位至類比轉換器764和多工器766及768。該邏輯電路762接收該比較信號Sout 和該時脈信號CLK，並根據一二元搜尋演算法依序輸出N位元信號。該數位至類比轉換器764耦接於該邏輯電路762，其根據該N位元信號依序輸出複數個校正電壓。該些多工器766及768根據該時脈信號CLK和該比較信號Sout 以選擇該驅動信號DRV或是該等校正電壓為該施加電壓VA1 和VA2 。
復參圖7，該控制裝置200'另包含一重置電路32'。該重置電路32'包含開關322'和324'。當該時脈信號CLK2 為低電壓位準時，該重置電路32'藉由開關322'和324'重置該差動偵測電路28的兩輸入端之電壓至一設定電壓VSET 。
圖9顯示本發明一實施例之觸控輸入裝置20’的波形圖。參照圖9，該時脈信號CLK1 根據該參考時脈信號CLK_ref的一昇緣而產生。如圖9所示，該時脈信號CLK1 包含一第一脈波P1 和跟隨該第一脈波P1 的複數個脈波P2 至P9 。該第一脈波P1 之脈波寬度T由該觸控面板22之一電阻電容延遲時間所決定。此外，該時脈信號CLK2 根據該參考時脈信號CLK_ref的一昇緣而產生，且該時脈信號CLK2 的頻率為該 參考時脈信號CLK_ref頻率的一半。
在第一次掃描時，假設該選擇模組24'從X方向感測線X1 -X10 中選擇感測線X3 為第一感測線L1 ，選擇感測線X4 為第二感測線L2 ，則感測線X3 將連接至差動偵測電路28的正輸入端，而感測線X4 將連接至差動偵測電路28'的負輸入端。參照圖7至圖9，在該第一脈波P1 區間，當該脈波信號為低電壓位準時，該重置電路32重置該差動偵測電路28'的兩輸入端之電壓至接地電壓GND。此時，該驅動信號DRV亦為低電壓位準。當該脈波信號轉態為高電壓位準時，開關322'和324'首先被截止，使得該第一和第二感測線L1 及L2 為浮接(floating)狀態。接著，該驅動信號DRV轉態為高電壓位準，且該些多工器766及768致能以輸出該驅動信號DRV至電容80和82。在本實施例中，該些電容80和82具有相同容值。因此，該第一和第二感測線L1 及L2 將感應到相同的驅動電壓變化量。
該第一和第二感測線L1 及L2 上的總電壓會隨觸控狀況而改變。舉例而言，若感測線X3 被觸控或觸控面積較多，而感測線X4 未被觸控或觸控面積較少，則該第一感測線L1 上的電壓VL1 將小於該第一感測線L2 上的電壓VL2 。在此狀況下，該差動偵測電路28輸出一具低邏輯位準的比較信號Sout 。該電壓產生模組76中的邏輯電路762在第一脈波P1 的降緣鎖存該低邏輯位準，並輸出該信號作為一N位元信號的最大位元信號(MSB)。
接著，在第二脈波P2 期間，該電壓產生模組76中的邏 輯電路762根據先前鎖存的低邏輯位準控制數位至類比轉換器764輸出一第一校正電壓VDD/2。該邏輯電路762同時產生一邏輯信號SEL3 以控制該多工器766保持輸出該驅動信號DRV至該第一感測線L1 ，並產生一邏輯信號SEL4 以控制該多工器768輸出該校正電壓VDD/2至該第二感測線L2 。該差動偵測電路28'在偵測感測線L1 及L2 的電壓後更新比較信號Sout 。接著，在該等脈波時間P2 至P9 內，該邏輯電路762以前述之二元搜尋演算法以逐位元控制該數位至類比轉換器764的輸出。因此，根據更新後的比較信號Sout ，複數個校正電壓施加至該電容82上以調整第二感測線L2 上的電壓。在本實施例中，在連續脈波P1 至P9 期間該邏輯電路762輸出一9位元信號。該9位元信號代表該第一和第二感測線L1 及L2 上的電容差異量。
本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。
10‧‧‧觸控面板
20,20’‧‧‧觸控輸入裝置
200,200’‧‧‧控制裝置
22‧‧‧觸控面板
23‧‧‧時脈產生電路
24,24’‧‧‧選擇模組
242‧‧‧控制電路
244~246‧‧‧多工器
26‧‧‧驅動信號產生電路
262‧‧‧位準移位電路
264~266‧‧‧電容
28,28’‧‧‧差動偵測電路
30‧‧‧數位至類比轉換模組
302‧‧‧邏輯電路
304‧‧‧數位至類比轉換器
306A,306B‧‧‧電容
308A,308B‧‧‧多工器
32,32’‧‧‧重置電路
322,322’,324,324’‧‧‧開關
72‧‧‧時脈產生電路
74‧‧‧位準移位電路
76‧‧‧電壓產生模組
762‧‧‧邏輯電路
764‧‧‧數位至類比轉換器
766~768‧‧‧多工器
80~82‧‧‧電容
圖1顯示一習知觸控面板的示意圖；圖2顯示本發明一實施例之觸控輸入裝置的方塊示意圖；圖3顯示本發明一實施例之該選擇模組的細部電路示意圖； 圖4顯示本發明一實施例之該驅動信號產生電路的細部電路示意圖；圖5顯示本發明一實施例之該數位至類比轉換模組的細部電路示意圖；圖6顯示本發明一實施例之觸控輸入裝置的波形圖；圖7顯示本發明另一實施例之觸控輸入裝置的方塊示意圖；圖8顯示本發明一實施例之該電壓產生模組的細部電路示意圖；及圖9顯示本發明一實施例之觸控輸入裝置的波形圖。
20‧‧‧觸控輸入裝置
200‧‧‧控制裝置
22‧‧‧觸控面板
23‧‧‧時脈產生電路
24‧‧‧選擇模組
26‧‧‧驅動信號產生電路
28‧‧‧差動偵測電路
30‧‧‧數位至類比轉換模組
32‧‧‧重置電路
322,324‧‧‧開關

Claims (10)

  1. 一種控制裝置，應用於一觸控面板中，該觸控面板包含複數條第一方向感測線和複數條第二方向感測線，該等第一方向感測線和第二方向感測線係交錯設置，該控制裝置包含：一時脈產生電路，用以產生一時脈信號；一選擇模組，用以從該等第一方向感測線和該等第二方向感測線中選擇一第一感測線和一第二感測線；一差動偵測電路，用以偵測該第一和第二感測線上的電壓以產生一比較信號；一驅動信號產生電路，用以根據該時脈信號產生一第一驅動信號和一第二驅動信號以個別施加至該第一和第二感測線；以及一數位至類比轉換模組，用以根據該比較信號和該時脈信號以選擇性地輸出一第一電壓至該第一感測線或輸出一第二電壓至該第二感測線。
  2. 根據請求項1之控制裝置，其中該數位至類比轉換模組在該時脈信號的N個脈波期間依序輸出一N位元信號，該N位元信號代表該第一和第二感測線上的電容差異量。
  3. 根據請求項1之控制裝置，其中該驅動信號產生電路包含：一位準移位電路，用以接收該時脈信號的電壓位準以產生一第三驅動信號；一第一電容，耦接於該位準移位電路與該第一感測線之間，用以根據該第三驅動信號產生該第一驅動信號；以及一第二電容，耦接於該位準移位電路與該第二感測線之間，用以根據該第三驅動信號產生該第二驅動信號。
  4. 根據請求項1之控制裝置，其中該控制裝置更包含一重置電路，該重置電路根據該時脈信號重置該差動偵測電路的輸入端之電壓至一設定電壓。
  5. 根據請求項2之控制裝置，其中該數位至類比轉換模組包含：一邏輯電路，用以接收該比較信號和該時脈信號，並根據一二元搜尋演算法依序輸出該N位元信號；一數位至類比轉換器，耦接於該邏輯電路，用以根據該N位元信號依序輸出複數個校正電壓；一第一多工器，用以根據該時脈信號和該比較信號以選擇一參考電壓或是該等校正電壓為一第一輸出電壓；一第二多工器，用以根據該時脈信號和該比較信號以選擇該參考電壓或是該等校正電壓為一第二輸出電壓；一第三電容，耦接於該第一多工器，用以根據該第一輸出電壓產生耦合電壓至該第一感測線；以及一第四電容，耦接於該第二多工器，用以根據該第二輸出電壓產生耦合電壓至該第二感測線。
  6. 一種控制裝置，應用於一觸控面板中，該觸控面板包含複數條第一方向感測線和複數條第二方向感測線，該等第一方向感測線和第二方向感測線係交錯設置，該控制裝置包含：一時脈產生電路，用以根據一參考時脈信號產生一第一時脈信號和第二時脈信號，其中該第一時脈信號包含複數個脈波，且該第二時脈信號的頻率為該參考時脈信號頻率的一半或相同於該參考時脈信號的頻率；一選擇模組，用以從該等第一方向感測線和該等第二方向感測線中選擇一第一感測線和一第二感測線；一位準移位電路，用以根據該第二時脈信號的電壓位準以產生一驅動信號；一差動偵測電路，用以偵測該第一和第二感測線上的電壓以產生一比較信號；一電壓產生模組，用以根據該比較信號、該第一時脈信號和該驅動信號以產生一第一施加電壓和一第二施加電壓；一第一電容，耦接於該電壓產生模組與該第一感測線之間，用以反應該第一施加電壓的變化量至該第一感測線；以及一第二電容，耦接於該電壓產生模組與該第二感測線之間，用以反應該第二施加電壓的變化量至該第二感測線。
  7. 根據請求項6之控制裝置，其中該控制裝置更包含一重置電路，該重置電路根據該第二時脈信號重置該差動偵測電路的輸入端之電壓至一設定電壓。
  8. 根據請求項6之控制裝置，其中該電壓產生模組在該第一時脈信號的該等脈波期間依序輸出一N位元信號，該N位元信號代表該第一和第二感測線上的電容變化量。
  9. 根據請求項6之控制裝置，其中該第一時脈信號包含一第一脈波和跟隨該第一脈波的複數個脈波，該時脈產生電路根據該觸控面板之一電阻電容延遲時間決定該第一脈波之脈波寬度，該電壓產生模組在該第一脈波期間選擇該驅動信號為該第一和第二施加電壓，且在該第一脈波後的該等脈波期間內，該電壓產生模組根據該比較信號產生複數個校正電壓至該第一電容或該第二電容。
  10. 根據請求項9之控制裝置，其中該電壓產生模組包含：一邏輯電路，用以接收該比較信號和該第一時脈信號，並根據一二元搜尋演算法依序輸出該N位元信號；一數位至類比轉換器，耦接於該邏輯電路，用以根據該N位元信號依序輸出複數個校正電壓；一第一多工器，用以根據該該第一時脈信號和該比較信號選擇該驅動信號或是該等校正電壓為該第一施加電壓；以及一第二多工器，用以根據該第一時脈信號和該比較信號選擇該驅動信號或是該等校正電壓為該第二施加電壓。
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