TWI464661B - 電容式觸控螢幕或觸控面板系統及其操作方法 - Google Patents

電容式觸控螢幕或觸控面板系統及其操作方法 Download PDF

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Description

電容式觸控螢幕或觸控面板系統及其操作方法
本文所述本發明之各種實施例係關於觸控螢幕或觸控板系統、裝置、組件及方法等領域，該等觸控螢幕或觸控板系統、裝置、組件及方法使用電容感測技術來偵測一觸控螢幕或觸控面板上之觸控，並提供表示此等觸控位置之數位化輸出訊號。
觸控螢幕裝置之控制器將觸控螢幕所產生之位置相關訊號(position-dependent signals)發送至類比轉數位轉換器(analog to digital converters；ADCs)，使之在實施進一步處理之前被數位化，進而抽取所關心之位置資訊。該等裝置用於在高射頻(RF)雜訊環境中運作時，可使用精密之數位濾波器對ADC輸出訊號加以處理。Avago Technologies所製造之AMRI-5200便是使用此方法之控制器。
然而，來自特定雜訊演算法之誤差及使用數位濾波器時所固有之累積算術誤差可導致經濾波訊號之精度之顯著損失。為容許此種精度之損失，ADC被設計成在濾波器輸入處所提供之訊號精度相較在濾波器輸出處實際所需者多若干位元。遺憾的是，使用一高精度ADC將增大功率消耗。
對於行動消費者裝置(mobile consumer device)而言，功率消耗問題尤其重要，因為其對電池壽命有顯著的影響。然而，除極少出現之極端環境外，期望在行動消費者裝置環境之RF雜訊為低等至中等應是合理的。在更典型的環境中會減低所需之數位濾波程度，此舉又使得在ADC中所需之精度降低並減小功率消耗。
因此，此領域需要一種觸控螢幕系統及一種操作此一系統之方法，該觸控螢幕系統及該方法可在二模式之間切換，其中一模式用於不需要高ADC精度之低雜訊情境，而另一模式則用於可能有必要付出與高ADC精度相關之功率損失之高雜訊情境或其他異常情境。
根據一實施例，提供一種電容式觸控螢幕或觸控面板系統，其包含一觸控螢幕、一驅動電路、一感測電路及一控制器。該觸控螢幕包含複數個第一導電性驅動電極以及複數個第二導電性感測電極。該等第一導電性驅動電極排列成複數個列或行，且該等第二導電性感測電極則相對於該等第一導電性驅動電極之該等列或行成一角度排列成複數個列或行。在該等第一導電性驅動電極與該等第二導電性感測電極相交處，具有該等第一導電性驅動電極與該等第二導電性感測電極間之互電容(mutual capacitance)。當一使用者之一或多個手指或觸控裝置靠近時，該等互電容發生變化。該驅動電路可操作地連接至該等第一導電性驅動電極。該感測電路可操作地連接至該等第二導電性感測電極，並用以自該等第二導電性感測電極感測輸入訊號。該控制器可操作地連接至該等第一導電性驅動電極及該等第二導電性感測電極。該控制器包含一類比轉數位轉換器(analog-to-digital converter；ADC)，該ADC以一第一模式及一第二模式運作，該第一模式之特徵在於一第一解析度，該第一解析度具有一第一數目之(ADC)位元及一第一功耗位準與其相關聯，該第二模式之特徵在於一第二解析度，該第二解析度具有一第二數目之位元及一第二功耗位準與其相關聯。該ADC係於該控制器之控制下運作並被配置成使該第一數目之位元大於該第二數目之位元且該第一功率位準大於該第二功率位準。該控制器用以在該感測電路、該ADC及該控制器其中之一偵測到低射頻(radio frequency；RF)雜訊狀態時使該ADC自以該第一模式運作切換成以該第二模式運作。
根據另一實施例，提供一種操作一電容式觸控螢幕或觸控面板系統之方法。該電容式觸控螢幕或觸控面板系統包含一觸控螢幕、一驅動電路、一感測電路及一控制器。該觸控螢幕包含複數個第一導電性驅動電極以及複數個第二導電性感測電極。該等第一導電性驅動電極排列成複數個列或行，該等第二導電性感測電極則相對於該等第一導電性驅動電極之該等列或行成一角度排列成複數個列或行。在該等第一導電性驅動電極與該等第二導電性感測電極相交處具有該等第一導電性驅動電極與該等第二導電性感測電極間之互電容。當一使用者之一或多個手指或觸控裝置靠近時，該等互電容發生變化。該驅動電路可操作地連接至該等第一導電性驅動電極。該感測電路可操作地連接至該等第二導電性感測電極，並用以自該等第二導電性感測電極感測輸入訊號。該控制器可操作地連接至該等第一導電性驅動電極及該等第二導電性感測電極。該控制器包含一類比轉數位轉換器(ADC)，該ADC以一第一模式及一第二模式運作，該第一模式之特徵在於一第一解析度，該第一解析度具有一第一數目之ADC位元及一第一功耗位準與其相關聯。該第二模式之特徵在於一第二解析度，該第二解析度具有一第二數目之位元及一第二功耗位準與其相關聯。該ADC係於該控制器之控制下運作並被配置成使該第一數目之位元大於該第二數目之位元且該第一功率位準大於該第二功率位準。該方法包含下列步驟：在該感測電路、該ADC及該控制器其中之一偵測到低射頻(RF)雜訊狀態時，使該ADC自以該第一模式運作切換成以該第二模式運作。
本文將揭示其他實施例，或於熟習此項技術者閱讀並理解本說明書及附圖之後，其他實施例將變得一目了然。
如第1圖所示，一電容式觸控螢幕系統110通常包含一下層LCD(或OLED)顯示器112、一上層觸控螢幕(或觸控感測面板)90、一設置於觸控螢幕90上方之介電板(或保護罩)95以及一觸控螢幕控制器100(或可為微處理器、特定功能積體電路(application specific integrated circuit；ASIC)、中央處理裝置(CPU))。須說明者，亦可於觸控螢幕90下方設置除LCD顯示器或OLED顯示器外之其他影像顯示器。
第2圖顯示一觸控螢幕控制器100之一實施例之方塊圖。在一實施例中，觸控螢幕控制器100可為根據本文之教示內容而修改之Avago TechnologiesTM AMRI-5000 ASIC或晶片。在一實施例中，觸控螢幕控制器為一低功率電容式觸控面板控制器，以替一觸控螢幕系統提供高精確度之螢幕導航。
第3圖及第4圖所示之電容式觸控螢幕(或觸控面板)90可藉由對一介電板之一或多個表面塗敷例如氧化銦錫(Indium Tin Oxide；ITO)等導電材料而形成，該介電板通常包含玻璃、塑膠或其他適合的電絕緣材料且較佳情況為光學透射性材料，且該介電板通常被構造成呈一電極網格(grid)之形狀。該網格之電容容納一電荷，且當使用一手指觸控該面板時會出現通往使用者身體之一電路通道，此舉會引起該電容之變化。
觸控螢幕控制器100感測並分析電容產生變化之座標。當觸控螢幕90固定至具有一圖形使用者介面之一顯示器時，可藉由追蹤該等觸控座標而達成螢幕導航。通常需要偵測多個觸控。該網格之尺寸取決於該等觸控所需之解析度。通常存在一額外介電板(保護罩)95來保護觸控螢幕90之頂部ITO層，進而形成一完整之觸控螢幕解決方案(例如，參見第1圖)。
形成觸控螢幕90之一種方式為僅於一介電板或基板之一側塗敷一ITO網格。當觸控螢幕90與一顯示器配合時，將不需要一額外之保護罩。這樣的好處在於產生一透射率獲得改良(>90%)且更薄的顯示系統，進而能夠達成更亮且更輕之手持式裝置。觸控螢幕控制器100之應用包括但不限於：智慧型電話(smart phone)、可攜式媒體播放器(portable media player)、行動網際網路裝置(Mobile Internet Device；MID)、及全球定位系統(GPS)裝置。
現在參照第3圖及第4圖，在一實施例中，觸控螢幕控制器100包含一類比前端(analog front end)，該類比前端具有9條驅動訊號線及16條感測線連接至一觸控螢幕上之一ITO網格。觸控螢幕控制器100對該等驅動電極施加一激發(excitation)，例如一方波(square wave)、一彎折線訊號(meander signal)或其他適宜類型之驅動訊號，該等訊號之頻率介於約40千赫茲至約200千赫茲之間。交流(Analog Current；AC)訊號經由互電容耦合至該等感測線。使用手指觸控觸控螢幕(或觸控面板)90會改變該觸控位置之電容。觸控螢幕控制器100可同時解析並追蹤多個觸控。高的更新率(refresh rate)容許主機無明顯延遲地追蹤快速觸控及任何另外之移動。內嵌式處理器對資料進行濾波、辨識觸控座標並將該等觸控座標報告至主機。可經由載入修補程式(patch)來更新所嵌入之韌體。當然，亦可考慮其他數目之驅動線及感測線，例如8×12陣列及12×20陣列。
觸控螢幕控制器100可具有功耗位準不同之多個運作模式。舉例而言，在休息模式中，觸控螢幕控制器100可由休息速率暫存器(register)所程式化之一速率來週期性地搜尋觸控。存在多個休息模式，依次具有較小之功耗。若於某一時間區間內不存在觸控，則觸控螢幕控制器100可自動地變換至一更低功耗之模式。然而，當功耗減小時，對觸控之響應時間可能會變長。
根據一實施例，且如第4圖所示，觸控螢幕90上之一ITO網格或其他電極配置包含感測行20a-20p及驅動列10a-10i，其中感測行20a-20p係可操作地連接至對應之感測電路且驅動列10a-10i係可操作地連接至對應之驅動電路。第4圖繪示一種將來自驅動電極及感測電極之ITO線或其他線連至通往觸控螢幕控制器100之線之配置。
熟習此項技術者應可理解，在不背離本發明各實施例之範圍或精神之條件下，在電容式觸控螢幕系統110中除了採用經修改之AMRI-5000晶片或觸控螢幕控制器100外，亦可採用其他觸控螢幕控制器、微處理器、ASIC或CPU。此外，除本文明確所示者之外，亦可採用不同數目之驅動線及感測線與不同數目及不同配置之驅動電極及感測電極。
第5圖顯示AMRI-5200觸控螢幕系統控制器100之示意圖。一典型互電容量測技術藉由量測驅動訊號與對應訊號間之電容耦合來感測在觸控螢幕(或觸控面板矩陣)90上的電容變化，其中該等驅動訊號係由方波叢發產生器(square wave burst generator)140經行驅動器150提供，而該等對應訊號則自顯示於觸控螢幕(或觸控面板矩陣)90右側之感測間隙接腳網格陣列(interstitial pin grid array；IPGA)之接腳輸出。須說明者，儘管圖中僅繪示一個方波叢發產生器140及一個行驅動器150，然而亦可考慮其他配置，例如針對陣列之每一行或每一列皆設置一個方波叢發產生器140及一個行驅動器150。由粗增益及類比濾波器控制元件160所控制的放大器元件155會將感測到的訊號放大並以高通濾波(high-pass filtered)方式處理。該等經增益調整、高通濾波後之訊號被低通濾波器165低通濾波，接著在其被輸入至可配置之數位濾波器模組(digital filtering module)180之前被可配置之ADC 170數位化。應注意者，儘管放大器元件155、粗增益及類比濾波器控制元件160、低通濾波器165、ADC 170及可配置之數位濾波器模組180其中每一種僅顯示一個，然而亦可考慮此等組件之其他配置，例如針對陣列(觸控螢幕90)之每一列或行皆有一組該等組件。自數位濾波器模組180輸出之訊號被提供至控制器CPU 185，控制器CPU 185使用演算法協同處理器(algorithm coprocessor)190來抽取觸控及/或手勢資訊。所得資料經外部介面195而被發送至主機控制器120。
根據下文所述之一實施例，ADC 170被定級(scaled)成僅以二個位準之一運作，即12位元運作或9位元運作。然而，本發明並非僅限於此一實施例。舉例而言，該等ADC可被定級成以12位元及10位元精度運作，或以11位元、9位元或8位元精度運作。此外，本發明並非僅限於在此二個極限值之間實施一單一定級步驟。舉例而言，可在12位元與8位元運作極限值之間平滑地定級ADC，根據所需精度程度而以12位元、11位元、10位元、9位元或8位元五個位準之任一者運作。每一位準係由一對應之功耗值表徵，因此，可選擇所需之最低精度來對應地使功耗最小化。
第6圖顯示一控制ADC解析度之狀態圖200，其係視需要而藉由在一高解析度(12位元)狀態205與一低解析度(9位元)狀態210之間切換來達成。該等狀態係由粗增益及類比濾波器控制元件160所使用之粗增益(coarse gain；CG)之值確定。粗增益運作係由以下三個因素決定：(1)輸入訊號之值；(2)偵測到信號削幅(clip)之頻率；及(3)欲使用之特定數位濾波演算法。
首先，若輸入訊號之值為高，表示周圍雜訊為高位準，故使用一較低之粗增益值，並且因此，在增益減小之情況下，可能需要12位元解析度來達成精細之訊號解析度。其次，若輸入訊號包含會造成削幅之雜訊尖峰(spikes)，則使用更低之增益，並且因此可能需要12位元解析度。接著，端視所使用之特定雜訊濾波演算法而定，可能適合高解析度或低解析度之數位化。
在第7圖中，用於選擇恰當ADC精度之方法300係始於步驟302或步驟308。於步驟302中進行一系統重設，且隨後在步驟304中檢查是否具有一主機覆寫訊號(override signal)。步驟308則為正常入口點(entry point)。在進行系統重設之情形中，若偵測到一覆寫訊號，則控制權被傳遞至步驟330，且控制器在步驟340中實施被視為必要之任何其他處理。當不存在覆寫訊號時，則在步驟306中將預設ADC精度位準設定為12位元解析度。在步驟308之更典型之正常入口點，或在上述步驟302至306之後，控制權傳遞至步驟310。
若在步驟310中偵測到一主機覆寫訊號，則控制權傳遞至步驟330，且控制器在步驟340中實施被視為必要之任何其他處理。若在步驟310中未偵測到主機覆寫訊號，則該方法在步驟312中判斷該訊號是否被歸類為「小(small)」。若該訊號未被歸類為小，則在步驟314中將ADC解析度維持於12位元(或者，若該方法於上一輪執行中曾於步驟328修改該位準，則設定為12位元)，且控制權傳遞至步驟330。若該訊號可被歸類為「小」，則在步驟316中判斷是否存在明顯之訊號削幅(signal clipping)。若為「是」，則在步驟318中將ADC解析度維持於12位元(或者，若該方法於上一輪執行中曾於步驟328修改該位準，則設定為12位元)，且控制權傳遞至步驟330。若不存在明顯削幅，則在步驟320中判斷所欲採用之特定濾波器演算法是否需要進入濾波器之訊號具有12位元解析度。若為「是」，則在步驟322中將ADC解析度維持於12位元(或者，若該方法於上一輪執行中曾於步驟328修改該位準，則設定為12位元)，且控制權傳遞至步驟330。若該濾波器演算法不需要此高解析度，則在步驟324中判斷該「小」訊號是否已在一長的時間內一直為「小」。若為「否」，則控制傳遞至步驟330。若該訊號已在一長的時間內一直為「小」，則在步驟326中判斷自偵測到任何訊號削幅時起是否已經過一長的時間間隔。若為「否」(即，若偵測到削幅相對不久)，則控制權傳遞至步驟330。若自偵測到訊號削幅時起已經過一長的時間，則在步驟328中將ADC解析度設定為9位元，控制傳遞至330，且控制器接著在步驟340中實施被視為必要之任何其他處理。
根據一實施例，該ADC具有一12位元管線式差分輸入架構(pipelined differential-input architecture)，其具有一0.9伏之輸入共模(common mode)參考位準及一介於約0.45伏與1.35伏間之動態範圍。此ADC之模擬電性特性列示於下表1中。
表1：根據一實施例之ADC電性特性
第8圖以方塊圖形式顯示此一ADC之一可能的管線式架構400。該鏈係由11個連續之1.5位元級410a至410k及末尾處之一1位元快閃記憶體(Flash)420組成。該等鏈級自輸入(前端)至輸出(後端)按比例縮小以節省功率及面積。由於第一級需要最高之規格，因此此等第一級中之對應電容器需要最大電容值，後續各級順次按比例縮小。舉例而言，若第一級被認為具有一比例因數1，則第二級為2/3、第三級為1/3、第四級為1/6、且第五級至第十級為1/10，且若滿級(full scale)電容係為1.5皮法(pF)，則第一級具有C=1.5皮法、第二級具有C=1.0皮法、第三級具有C=0.5皮法、第四級具有C=0.25皮法、且第五級至第十級具有C=0.15皮法。
來自可調整之偏壓產生器(bias generator)430、參考電壓產生器440及非交疊時脈產生器(non-overlap clock generator)450之輸入呈現於該ADC鏈之對應區域。正輸入訊號Vip及負輸入訊號Vin被饋入第一級410a中。來自每一級之對應正類比輸出及負類比輸出被饋入該鏈中之下一級。來自每一級之數位化輸出訊號被饋入數位電路460中，數位電路460包含延遲元件並在輸出12位元數位化訊號之前執行數位誤差校正。
第9圖顯示該ADC之1.5位元級其中之一之電路圖500之一實施例。輸入訊號Vin 被饋入至一乘法式數位轉類比轉換器(multiplying digital to analog converter；MDAC)510中，此乘法式數位轉類比轉換器510包含取樣-保持電路(sample and hold circuitry)515、加法器(adder)520、數位轉類比轉換器(digital to analog converter；DAC)525及二倍放大器530。輸入訊號Vin 亦被饋入至一次取樣類比轉數位轉換器(sub-sampled analog to digital converter；Sub ADC)540。由二倍放大器530輸出之訊號被向下饋至下一級，且於次取樣ADC 540與DAC 525間之一節點處提供表示來自此級之數位化輸出之所需訊號。
再次參照第8圖，可藉由繞過某些級來修改所示管線式架構以達成例如9位元ADC。
下表2顯示由ADC之一實施例之各種方框元件所汲取之估計電流。此等資料顯示，若節省功率係為重要目的，則最有利的是繞過用於處理最高有效位元(most significant bit)之前三級(即MSB級)。
表2：ADC方框功率估計值之一實施例
下表3顯示用於定義ADC外部介面195之接腳名稱及功能說明。
表3：ADC介面定義之一實施例
第10圖顯示用於12位元運作之ADC時序圖600之一實施例。第10圖顯示一時間週期為T之時脈脈衝列610，其係起始於電源通電之時。通電(Power On)後之設定時間間隔Tsμ約為100微秒。來自一系列管道620(Pipe1至Pipe13)之訊號於連續的時脈脈衝之上升緣被依序地饋入ADC級中，且如圖所示經為時6.5T之轉換潛時(conversion latency time)被數位化，以提供在單元630中所示之位元，每一位元與一對應延遲640相關聯。花費一額外時間1T來使該等位元訊號同步化。接著，該等同步化位元訊號D[0]至D[11]於下一時脈脈衝之下降緣被平行輸出，俾將所有12個位元在一7.5T之時間間隔內輸出。該管線中之下一量測值將於隨後之時脈脈衝之下降緣被輸出。
第11圖顯示用於9位元運作之ADC時序圖600之一實施例。為達成此較低解析度模式之運作，停用Pipe1至Pipe3，將它們的輸出迫至零伏，且它們對應於該等MSB級之對應輸入訊號被直接地連接至Pipe4。該數位化的輸出訊號係由同步化位元訊號D[0]至D[8]構成。
應注意者，該12位元模式之運作與該9位元模式之運作之不同處在於各自之轉換潛時。針對每一ADC位元之解析度，該系統需要半個ADC時脈週期。由於該二模式皆於一上升緣產生一ADC輸出結果，因此該12位元模式於一上升緣開始轉換，而該9位元模式於一下降緣開始轉換。在此二種情形中，在轉換開始之前的半個ADC時脈週期，對類比資料訊號進行抽樣。第12A圖及第12B圖繪示利用時序圖700之二實施例來說明此等點，其分別顯示12位元模式與9位元模式之ADC時脈脈衝列(clock pulse train)610、類比輸入訊號650及ADC輸出660之間的關係。
藉由參閱以下設計的計算，可最佳地理解本文所揭示之該等ADC設計及運作之某些態樣。
‧ 功率、速度及精確度折衷規則：
其中FOM表示適當之優值(Figure of Merit)，ENOB為有效位元數目，且fS 係為抽樣率。此表達式清楚地說明：(1)隨有效位元數目之增加，功率以指數方式增大，以及(2)功率的變化係與抽樣率fS 成正比。作為一範例，考量自一4 Msps(四百萬樣本/每秒)之抽樣率及一9位元解析度切換至10 Msps之抽樣率及一12位元解析度。功率由於ENOB單獨增大而以一因數23 增大，且由於抽樣率單獨增大而以一因數2.5增大。因此，功率實際上增大之總體因數為23 ×2.5或20。此意味著若在前一情形中由ADC汲取一0.5毫安之電流，則在後一情形中需要10毫安之電流。
‧ 熱雜訊：
若我們以下列公式來估算熱雜訊
其中
K =1.38×10-23 (J /K ),T =300K ;KT =4.14×1()-21 J ;
我們得到
並如下給出訊雜失真比(signal to noise and distortion ratio；SNDR)
其中FSR係為滿級範圍。
‧ 電容失配：
電容失配量
以下計算一1.5位元級之有益增益表達式：
其中Vi 係為輸入電壓；VR 係為參考電壓；VO 係為輸出電壓；D(i)=-1、0、+1；A係為運算放大器(op-amp)增益，CS 係為樣本電容器之電容且Cf 係為回饋電容器之電容。
採用以下定義，
最後之表達式顯示，輸出電壓VO 可被視為係由理想訊號與二誤差項構成，前者起因於電容器失配，而後者起因於運算放大器之有限增益。
1)　電容器失配量：
2)　運算放大器增益：
顯然的，根據一實施例，該級增益(stage gain)最佳地係由電容器Cs 對Cf 之比來決定。因此，為確保一增益之精確度至少為12位元以上，對於管線中之第一級，Cs 與Cf 必須以至少12位元精確度或在0.02%內匹配。為獲得至少0.01%之匹配，使用一高品質電容器，例如一金屬-絕緣-金屬(Metal-Insulator-Metal；MIM)電容器。若恰當地設計佈局，則MIM電容器可達成0.01%以內之匹配。
‧ 光圈抖動(Aperture Jitter)：
由抖動所引起之誤差電壓Verr 以下列公式表示：
V err =A ‧2πf in t a
其中fin 係為輸入訊號頻率，且ta 係為光圈抖動時間。
訊雜比(signal to noise ratio；SNR)由以下公式表示：
其中
舉例而言，
若SNR =72dB ，則t a </(2π×0.2×106 )= pS 200pS
或者，作為另一範例，
若SNR =80dB ，則t a </(2π×0.2×106 )= pS 80pS
本文所揭示之實施例之各種態樣係使用於AvagoAMRI-5200控制器，針對該AvagoAMRI-5200控制器，一篇日期為2011年4月20日且名稱為「AMRI-5200低功率10-觸控控制器(AMRI-5200 Low-Power 10-Touch Controller)」之對應初步產品資料表(Preliminary Product Data Sheet)與本案之美國相應案在同一日期提交至美國專利暨商標局，且該初步產品資料表以引用方式全文併入本文中。
除上文所揭示實施例外，亦可設想出本發明之各種實施例。上述實施例應被視為本發明之實例，而非對本發明範圍之限制。除本發明之上述實施例外，在閱讀本詳細說明及附圖後將知，本發明亦存在其他實施例。因此，本文未明確闡述之本發明上述實施例之許多組合、排列、改變及潤飾將仍然歸屬於本發明範圍內。
90．．．觸控螢幕
95．．．介電板
100．．．觸控螢幕控制器
110．．．電容式觸控螢幕系統
112．．．LCD顯示器
120．．．主機控制器
10a-10i．．．驅動列
20a-20p．．．感測行
140．．．方波叢發產生器
150．．．行驅動器
155．．．放大器元件
160．．．粗增益及類比濾波器控制元件
165．．．低通濾波器
170．．．ADC
180．．．數位濾波器模組
185．．．控制器CPU
190．．．演算法協同處理器
195．．．外部介面
200．．．狀態圖
205．．．高解析度(12位元)狀態
210．．．低解析度(9位元)狀態
400．．．管線式架構
410a-410k．．．1.5位元級
420．．．1位元快閃記憶體
430．．．偏壓產生器
440．．．參考電壓產生器
450．．．非交疊時脈產生器
460．．．數位電路
500．．．電路圖
510．．．乘法式數位轉類比轉換器
515．．．取樣-保持電路
520．．．加法器
525．．．數位轉類比轉換器
530．．．二倍放大器
540．．．次取樣類比轉數位轉換器
600．．．ADC時序圖
610．．．時脈脈衝列
620．．．系列管道
630．．．單元
640．．．對應延遲
650．．．類比輸入訊號
660．．．ADC輸出
700．．．時序圖
根據以下說明、圖式及申請專利範圍，各種實施例之不同態樣將變得一目了然，其中：
第1圖顯示一電容式觸控螢幕系統之一實施例之剖視圖；
第2圖顯示一電容式觸控螢幕控制器之方塊圖；
第3圖顯示一電容式觸控螢幕系統及一主機控制器之一實施例之方塊圖；
第4圖顯示一電容式觸控螢幕系統之一實施例之示意圖；
第5圖顯示一系統控制器之一實施例之示意性方塊圖；
第6圖顯示一ADC之一實施例之狀態圖；
第7圖顯示根據一種用於控制一ADC之方法之一實施例之流程圖；
第8圖顯示一12位元管線式ADC架構之一實施例之一方塊圖；
第9圖顯示一ADC之一1.5位元級結構之一實施例之電路圖；
第10圖顯示12位元運作之一ADC之一實施例之時序圖；
第11圖顯示9位元運作之一ADC之一實施例之時序圖；以及
第12A圖及第12B圖顯示12位元及9位元運作之ADC之某些實施例之時序圖。
該等附圖未必按比例繪製。在所有附圖中，相同編號指示相同部件或步驟。
90．．．觸控螢幕
140．．．方波叢發產生器
150．．．行驅動器
155．．．放大器元件
160．．．粗增益及類比濾波器控制元件
165．．．低通濾波器
170．．．ADC
180．．．數位濾波器模組
185．．．控制器CPU
190．．．演算法協同處理器
195．．．外部介面

Claims (30)

  1. 一種電容式觸控螢幕或觸控面板系統，包含：一觸控螢幕，包含複數個第一導電性驅動電極以及複數個第二導電性感測電極，該等第一導電性驅動電極排列成複數個列或行，該等第二導電性感測電極則相對於該等第一導電性驅動電極之該等列或行成一角度排列成複數個列或行，在該等第一導電性驅動電極與該等第二導電性感測電極相交處具有該等第一導電性驅動電極與該等第二導電性感測電極間之複數個互電容(mutual capacitances)，當一使用者之一或多個手指或觸控裝置靠近時，該等互電容發生變化；一驅動電路，可操作地連接至該等第一驅動電極；一感測電路，可操作地連接至該等第二感測電極，並配置為自該等第二感測電極感測輸入訊號；以及一控制器，可操作地連接至該等第一驅動電極及該等第二感測電極，該控制器包含一類比轉數位轉換器(analog-to-digital converter；以下簡稱「ADC」)及一粗增益及類比濾波器控制元件，該ADC被配置為以一第一模式及一第二模式運作，該第一模式之特徵在於一第一解析度，該第一解析度具有一第一數目之ADC位元且一第一功耗位準與其相關聯，該第二模式之特徵在於一第二解析度，該第二解析度具有一第二數目之位元且一第二功耗位準與其相關聯，該ADC於該控制器之控制下運作並被配置成該第一數目之位元大於該第二數目之位元且該第一功率位準大於該第二功率位準，該控制器在該感測電路、該ADC及該控制器其中之一偵 測到低射頻(radio frequency；RF)雜訊狀態時，依據該粗增益及類比濾波器控制元件所使用之粗增益之值，使該ADC自以該第一模式運作切換成以該第二模式運作。
  2. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕或觸控面板系統，其中該ADC被配置為以該第一模式或該第二模式運作。
  3. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕或觸控面板系統，其中該控制器被配置為在該觸控螢幕或觸控面板系統啟動時使該ADC以該第一模式運作作為一預設模式。
  4. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕或觸控面板系統，其中該控制器被配置為在該觸控螢幕或觸控面板系統啟動時使該ADC以該第一模式運作作為一預設模式，除非自一主機處理器接收到一覆寫訊號(override signal)，且該主機處理器可操作地連接至該控制器。
  5. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕或觸控面板系統，其中該控制器被配置為在該感測電路、該ADC及該控制器其中之一偵測到高RF雜訊狀態時使該ADC以該第一模式運作。
  6. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕或觸控面板系統，其中該控制器用以在該感測電路、該ADC及該控制器其中之一偵測到輸入訊號被削幅(clip)之一頻率超過一預定門檻值時使該ADC以該第一模式運作。
  7. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕或觸控面板系統，其中該控制器用以在該感測電路、該ADC及該控制器其中之一偵測到雜訊尖峰(spike)時使該ADC以該第一模式運作。
  8. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕或觸控面板系統，其中該ADC包含一管線式差分輸入架構(pipelined differential-input architecture)。
  9. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕或觸控面板系統，其中當該ADC以該第一模式運作時，其最高有效位元級(most significant bit stage)被分流(bypassed)。
  10. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕或觸控面板系統，其中該ADC所提供之輸出出現於時鐘脈衝之下降緣(falling edge)。
  11. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕或觸控面板系統，其中該ADC所提供之輸出出現於時鐘脈衝之上升緣(rising edge)。
  12. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕或觸控面板系統，其中該ADC之該第一模式對應於其10位元運作。
  13. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕或觸控面板系統，其中該ADC之該第二模式對應於其9位元運作。
  14. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕或觸控面板系統，其中該ADC之該第二模式對應於其8位元運作。
  15. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕或觸控面板系統，其中該ADC之該第一模式對應於其12位元運作。
  16. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕或觸控面板系統，其中該觸控螢幕或觸控面板系統被包含於一可攜式裝置中。
  17. 如請求項16所述之電容式觸控螢幕或觸控面板系統，其中該可攜式裝置係為一行動電話。
  18. 一種操作一電容式觸控螢幕或觸控面板系統之方法，該電容 式觸控螢幕或觸控面板系統包含一觸控螢幕、一驅動電路、一感測電路及一控制器，該觸控螢幕包含複數個第一導電性驅動電極以及複數個第二導電性感測電極，該等第一導電性驅動電極排列成複數個列或行，該等第二導電性感測電極則相對於該等第一導電性驅動電極之該等列或行成一角度排列成複數個列或行，在該等第一導電性驅動電極與該等第二導電性感測電極相交處具有該等第一導電性驅動電極與該等第二導電性感測電極之間之複數個互電容，當一使用者之一或多個手指或觸控裝置靠近時，該等互電容發生變化，該驅動電路可操作地連接至該等第一驅動電極，該感測電路可操作地連接至該等第二感測電極並用以自該等第二感測電極感測輸入訊號，該控制器可操作地連接至該等第一驅動電極及該等第二感測電極，該控制器可操作地連接至該等第一驅動電極及該等第二感測電極，該控制器包含一類比轉數位轉換器(ADC)及一粗增益及類比濾波器控制元件，該ADC被配置為以一第一模式及一第二模式運作，該第一模式之特徵在於一第一解析度，該第一解析度具有一第一數目之ADC位元及一第一功耗位準與其相關聯，該第二模式之特徵在於一第二解析度，該第二解析度具有一第二數目之位元及一第二功耗位準與其相關聯，該ADC係於該控制器之控制下運作並被配置成該第一數目之位元大於該第二數目之位元且該第一功率位準大於該第二功率位準，該方法包含下列步驟：在該感測電路、該ADC及該控制器其中之一偵測到低射 頻(RF)雜訊狀態時，依據該粗增益及類比濾波器控制元件所使用之粗增益之值，使該ADC自以該第一模式運作切換成以該第二模式運作。
  19. 如請求項18所述之方法，更包含下列步驟：在該觸控螢幕或觸控面板系統啟動時，該ADC以該第一模式運作作為一預設模式。
  20. 如請求項18所述之方法，更包含下列步驟：在該觸控螢幕或觸控面板系統啟動時，該ADC以該第一模式運作作為一預設模式，除非自一主機處理器接收到一覆寫訊號，且該主機處理器係可操作地連接至該控制器。
  21. 如請求項18所述之方法，更包含下列步驟：在該感測電路、該ADC及該控制器其中之一偵測到高RF雜訊狀態時，該ADC以該第一模式運作。
  22. 如請求項18所述之方法，更包含下列步驟：在該感測電路、該ADC及該控制器其中之一偵測到輸入訊號被削幅之一頻率超過一預定門檻值時，該ADC以該第一模式運作。
  23. 如請求項18所述之方法，更包含下列步驟：在該感測電路、該ADC及該控制器其中之一偵測到雜訊尖峰時，該ADC以該第一模式運作。
  24. 如請求項18所述之方法，更包含下列步驟：當該ADC以該第一模式運作時，該ADC之最高有效位元級被分流。
  25. 如請求項18所述之方法，更包含下列步驟：於時鐘脈衝之下降緣自該ADC提供輸出。
  26. 如請求項18所述之方法，更包含下列步驟：於時鐘脈衝之上升緣自該ADC提供輸出。
  27. 如請求項18所述之方法，其中該ADC之該第二模式對應於其10位元運作。
  28. 如請求項18所述之方法，其中該ADC之該第二模式對應於其9位元運作。
  29. 如請求項18所述之方法，其中該ADC之該第二模式對應於其8位元運作。
  30. 如請求項18所述之方法，其中該ADC之該第一模式對應於其12位元運作。
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