TWI469004B - 觸控輸入裝置的驅動及感測方法及其模組 - Google Patents

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Description

觸控輸入裝置的驅動及感測方法及其模組
本發明係關於一種觸控輸入裝置的驅動及感測方法及其模組，其中該觸控輸入裝置包含一觸控面板模組和一液晶面板模組。
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。現今觸控面板和液晶面板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、電子產品及進戲機執行喜好之功能。此種輸入裝置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顯示一習知觸控輸入裝置10的示意圖。該輸入裝置10包含一液晶面板11、一閘極驅動電路12、一源極驅動電路13、一時序控制電路14、一觸控面板15以及一觸控面板控制電路16。參照圖1，該觸控面板15形成於該液晶面板11之上方。該時序控制電路14接收一水平同步信號HSYNC、一垂直同步信號VSYNC、一時脈信號CLK和影像資料信號RGB_DATA，並傳送該影像資料信號RGB_DATA、源極驅動信號和閘極驅動信號至該源極驅動器13和該閘極驅動器12。該源極驅動器13接收該影像資料信號RGB_DATA和源極驅動信號後，根據該水平同步信號HSYNC輸出該影像資料信號RGB_DATA至該液晶面板11的資料線。該閘極驅動 器12接收該閘極驅動信號後，產生閘線驅動信號以依序驅動該液晶面板11的閘線。
參照圖1，該觸控面板15包括複數條X方向導線和複數條Y方向導線。該觸控面板控制電路16用以提供驅動信號至X方向或Y方向導線上，並接收產生在對應的Y方向或X方向導線上的感應電壓。該些感應電壓在該觸控面板控制電路16內部轉換為一數位信號後，再藉由一濾波電路濾除雜訊。接著，該控制電路16藉由一演算法根據濾波後的數位信號計算觸控面板的觸碰狀況。由於感應電壓的值會隨使用者與導線的觸碰狀況而改變，故藉由計算代表感應電壓的數位信號，該控制電路16可獲得觸控面板的觸控狀況，例如觸控位置和觸控面積等資訊。
在習知技術中，當該源極驅動器13輸出資料至該液晶面板11的資料線或當該閘極驅動器12驅動該液晶面板11的閘線時，該觸控面板15很容易感應到該些驅動信號。因此習知架構中該觸控面板控制電路16需內建一複雜的濾波電路以濾除雜訊信號。此外，該控制電路16需要一額外接腳以接收來自該時序控制電路14的信號，藉以根據該信號產生遠離該些驅動信號的觸控面板15之控制信號。為了減少額外的接腳和簡化濾波電路，有必要提出一種適用於觸控輸入裝置的驅動及感測方法及其模組以改善上述問題。
本發明揭示一種觸控輸入裝置的驅動及感測方法，該觸控輸入裝置包含一觸控面板模組和一液晶面板模組。該 觸控面板模組包含一觸控面板和一控制裝置，其中該觸控面板包含複數條第一方向導線和複數條第二方向導線，且該等第一方向導線和該等第二方向導線係交錯設置。該驅動及感測方法包含以下步驟：藉由該控制裝置產生一展頻時脈信號，根據該展頻時脈信號產生一驅動信號和一感測信號，輸出該驅動信號至該等第一方向導線或該等第二方向導線上，根據該感測信號接收對應的第二方向導線或第一方向導線上的電壓並轉換為一數位信號，以及根據該數位信號判斷該觸控面板的觸控狀況。
本發明另揭示一種觸控輸入裝置的驅動及感測模組，該觸控輸入裝置包含一觸控面板模組和一液晶面板模組。該觸控面板模組包含一觸控面板和一控制裝置，其中該觸控面板包含複數條第一方向導線和複數條第二方向導線，且該等第一方向導線和該等第二方向導線係交錯設置。該驅動及感測模組包含一展頻時脈產生器、一選擇模組、一驅動信號產生電路、一類比至數位轉換模組和一信號處理單元。該展頻時脈產生器用以產生一展頻時脈信號。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每次掃描時的掃描線和感測線。該驅動信號產生電路用以根據該展頻時脈信號產生一驅動信號以施加至該選擇模組在每次掃描時所選擇的掃描線上。該類比至數位轉換模組用以根據該展頻時脈信號以接收該選擇模組在每次掃描時所選擇的感測線上之電壓，並轉換該些電壓為一數位信號。該信號處理單元用以根據該類比至數位轉換模組 所輸出的數位信號計算該觸控面板的觸控狀況。
為更流暢地闡釋本發明之觸控輸入裝置的驅動及感測方法，以下將先描述執行本發明之觸控輸入裝置。圖2係本發明一實施例之觸控輸入裝置20，其包含一液晶面板模組22和一觸控面板模組24。該觸控面板模組24形成於該液晶面板模組22之上方。圖3顯示本發明一實施例之液晶面板模組22的方塊示意圖。參照圖3，該液晶面板模組22包含一液晶面板222、一閘極驅動電路224、一源極驅動電路226和一時序控制電路228。圖4顯示本發明一實施例之觸控面板模組24的方塊示意圖。參照圖4，該觸控面板模組24包含一觸控面板242和一觸控面板控制單元244。該觸控面板242包括複數條X方向導線X1 -XM 和複數條Y方向導線Y1 -YN 。該觸控面板控制單元244包含一展頻時脈產生器2442、一選擇模組2444、一驅動信號產生電路2446、一類比至數位轉換模組2448和一信號處理單元2450。
圖4中的該等X方向導線X1 -XM 和該等Y方向導線Y1 -YN 係埋設於該觸控面板242中的不同層。參照圖4，該些X方向導線X1 -XM 和該些Y方向導線Y1 -YN 呈交錯排列，以形成一井字狀網格。在該井字狀網格中，複數個交互電容(未繪出)形成於每一X方向導線與每一Y方向導線之間。藉由交互電容的耦合效應，當一驅動信號施加於X方向導線或Y方向導線上時，複數個感應電壓將產生在對應的Y方向導線或X方向導線上。由於該些感應電壓其值會隨使用者與導線的觸 碰狀況而改變，故藉由偵測該些感應電壓值，即可得知使用者的觸控位置。
根據本發明之一實施範例，圖5例示一驅動及感測方法之流程圖，其中該驅動及感測方法可用於該觸控輸入裝置20的該觸控面板模組24中。該驅動及感測方法包含以下步驟：藉由該控制裝置產生一展頻時脈信號(步驟S10)，根據該展頻時脈信號產生一驅動信號和一感測信號(步驟S20)，輸出該驅動信號至該等第一方向導線或該等第二方向導線上(步驟S30)，根據該感測信號接收對應的第二方向導線或第一方向導線上的電壓並轉換為一數位信號(步驟S40)，以及根據該數位信號判斷該觸控面板的觸控狀況(步驟S50)。為了使本領域通常知識者可以透過本實施範例的教導而實施本發明，以下配合圖2至圖9進一步說明本發明之驅動及感測方法之細節
參照圖3，當該液晶面板模組22運作時，該時序控制電路228接收來自一視訊處理系統(未繪出)的一水平同步信號HSYNC、一垂直同步信號VSYNC、一時脈信號CLK和影像資料信號RGB_DATA後，傳送該影像資料信號RGB_DATA、一源極驅動信號和一閘極驅動信號至該源極驅動電路226和該閘極驅動電路224。該源極驅動電路226接收該影像資料信號RGB_DATA和該源極驅動信號後，根據該同步信號HSYNC輸出該影像資料信號RGB_DATA至該液晶面板11的資料線。該閘極驅動電路224包含複數條閘線。該閘極驅動電路224接收該閘極驅動信號後，控制該些閘線使得來自該 源極驅動電路226的信號可依序輸出至該液晶面板222。
由於該觸控面板模組24覆蓋於該液晶面板模組22的上方，在該液晶面板模組22運作時，特別是該源極驅動電路226產生資料線驅動信號或該閘極驅動電路224產生閘線驅動信號時，該觸控面板模組24很容易耦合到該些驅動信號。因此，在該觸控面板模組24偵測該觸控面板242的觸控狀況時，一較佳方式是偵測時間需遠離該些驅動信號的產生區間以避免雜訊耦合效應。據此，習知的觸控面板模組需要一額外接腳以接收來自時序控制電路的同步信號。藉以根據該同步信號產生觸控面板之控制信號，其中該觸控面板之控制信號會具有一足夠大的餘裕以盡可能地錯開該些驅動信號的產生區間。
然而，本發明中的該觸控面板模組24係根據內部產生的展頻時脈信號以錯開該些驅動信號的產生區間。圖6顯示本發明一實施例之該展頻時脈產生器2442的方塊示意圖，其中該展頻時脈產生器2442包含一參考時脈產生單元52、一調變單元54和一電壓控制延遲單元56。參照圖6，該參考時脈產生單元52用以產生具有固定頻率的一參考時脈信號CLK_ref。該調變單元54用以產生一控制電壓信號VC。該電壓控制延遲單元56耦接於該參考時脈產生單元52和該調變單元54之間，其用以根據該控制電壓信號VC以對該參考時脈信號CLK_ref進行頻率調變，藉以產生該展頻時脈信號CLK_SS。
該電壓控制延遲單元56可為數位式延遲電路或類比式 延遲電路。在本實施例中，該電壓控制延遲單元56為一類比式延遲電路，其根據控制電壓信號VC對該參考時脈信號CLK_ref進行頻率調變，使得該展頻時脈信號CLK_SS的頻率產生週期性地變化。舉例而言，如圖7所示，該控制電壓信號VC為一三角波信號，而調變後的該展頻時脈信號CLK_SS之頻率係以三角波形式於頻率f1 與f2 之間變化。在其他實施例中，該控制電壓信號亦可為一正弦波信號或一赫氏(Hershey's Kiss)信號。此外，該展頻時脈信號CLK_SS的脈波寬度亦可根據該調變單元54的另一輸出信號而進行調整。
在上述實施例中，該展頻時脈產生器2442是由一類比方式所實施。然而，該展頻時脈產生器亦可藉由一數位方式而實施。圖8A顯示本發明一實施例之數位展頻時脈產生器2442'的方塊示意圖。參照圖8A，該數位展頻時脈產生器2442'包含一參考時脈產生單元52'和一控制單元82。該參考時脈產生單元52'用以產生具有固定頻率的一參考時脈信號CLK_ref'。該控制單元82用以對該參考時脈信號CLK_ref'進行頻率調變，藉以產生該展頻時脈信號CLK_SS。接著，該驅動信號產生電路2446根據該展頻時脈信號CLK_SS以施加驅動信號DRV至該選擇模組2444所選擇的掃描線上，如圖4所示。因此，該驅動信號DRV為一展頻之驅動信號。
圖8B顯示本發明一實施例之展頻驅動信號DRV的波形圖。參照圖8B，調變後的該展頻驅動信號DRV之頻率係以一遞增於參考時脈信號CLK_ref'的頻率之比例而從頻率f1 增加至頻率f2 ，再以一遞減於參考時脈信號CLK_ref'的頻率之比例而從頻率f2 減少至頻率f1 。亦即，調變後的該展頻驅動信號DRV的頻率會是該參考時脈信號CLK_ref'的頻率之遞增或遞減倍數。由於該參考時脈信號CLK_ref'具有一固定脈波寬度，調變後的該展頻驅動信號DRV的脈波寬度不會是定值。
參照圖4，該選擇模組2444根據一預定掃描順序以從該些X方向導線X1 -XM 或該些Y方向導線Y1 -YN 中選擇每次掃描時的掃描線。該驅動信號產生電路2446根據該展頻時脈信號CLK_SS以施加驅動信號DRV至該選擇模組2444在每次掃描時所選擇的掃描線上。接著，該類比至數位轉換模組2448根據該展頻時脈信號CLK_SS以接收該選擇模組2444在每次掃描時所選擇的感測線上之電壓，並轉換該些電壓為一數位信號。該信號處理單元2450根據該類比至數位轉換模組2448每次轉換後的數位信號進行運算以獲得該觸控面板242的觸控狀況。
為了進一步濾除被雜訊干擾的信號，在本發明一實施例中，該類比至數位轉換模組2448更包含一分組單元92，如圖9所示。在本實施例中，該驅動信號產生電路2446會連續施加驅動信號DRV至該選擇模組2444所選擇的掃描線上。例如，該驅動信號產生電路2446連續施加五次驅動信號DRV至掃描線X1 上。因此，對應的感測線Y1 將產生五個感應電壓1.0V、1.6V、1.1V、1.05V、1.15V。該分組單元92根據電壓值中的最大和最小者將感應電壓分為多組電壓區 間。在本實施例中，感應電壓值1.0V、1.1V、1.05V、1.15V將落在第一組電壓區間1.0V至1.2V中，而感應電壓值1.6V將落在第三組電壓區間1.4V至1.6V中。由於第一組電壓區間包含最多個感應電壓值，故該類比至數位轉換模組2448會轉換第一組電壓區間1.0V至1.2V的電壓平均值1.1V為一數位信號，而該信號處理單元2450會根據該數位信號進行運算以獲得感測線Y1 的觸控狀況。
在本發明之實施例中，該驅動信號產生電路2446和該類比至數位轉換模組2448係根據該展頻時脈信號CLK_SS而運作。因此，該信號處理單元2450所接收的信號同步於該展頻時脈信號CLK_SS。相反地，習知架構中的觸控面板模組需同步於時序控制電路的同步信號，例如信號HSYNC，以盡可能地錯開源極驅動電路或閘極驅動電路運作的區間。因此，習知架構中的觸控面板模組需要一額外接腳以接收來自時序控制電路的同步信號。此外，習知的觸控面板中的X方向導線或該些Y方向導線係根據一固定頻率的時脈信號而進行掃描和感測。因此，習知架構中信號的能量會集中在一個很窄的基礎頻帶和該頻帶的諧波上。當能量集中在高頻諧波時很容易導致電磁干擾(Electro-Magnetic Interference,EMI)的輻射能量超過規範限制，例如美國聯邦通訊委員會(FCC)、日本JEITA及歐洲IEC所制定之規範限制。
反之，本發明之模組使用展頻(Spread Spectrum，SS)技術來對時脈信號的頻率進行調變。經過展頻的時脈信號 ，其頻率不會固定在某一特定頻率，而會在一給定的頻率範圍內變動。因此，本發明之模組可藉由分散特定頻率的能量，使信號具有較低的能量分布或較低的頻率範圍，藉以降低電磁干擾。
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
11‧‧‧液晶面板
12‧‧‧閘極驅動電路
13‧‧‧源極驅動電路
14‧‧‧時序控制電路
15‧‧‧觸控面板
16‧‧‧觸控面板控制電路
20‧‧‧觸控輸入裝置
22‧‧‧液晶面板模組
222‧‧‧液晶面板
224‧‧‧閘極驅動電路
226‧‧‧源極驅動電路
228‧‧‧時序控制電路
24‧‧‧觸控面板模組
242‧‧‧觸控面板
2442‧‧‧展頻時脈產生器
2444‧‧‧選擇模組
2446‧‧‧驅動信號產生電路
2448‧‧‧類比至數位轉換模組
2450‧‧‧信號處理單元
52,52'‧‧‧參考時脈產生單元
54‧‧‧調變單元
56‧‧‧電壓控制延遲單元
82‧‧‧控制單元
92‧‧‧分組單元
94‧‧‧類比至數位轉換單元
S10~S50‧‧‧步驟
圖1顯示一習知觸控輸入裝置的示意圖；圖2係本發明一實施例之觸控輸入裝置；圖3顯示本發明一實施例之液晶面板模組的方塊示意圖；圖4顯示本發明一實施例之觸控面板模組的方塊示意圖；圖5顯示本發明一實施例之驅動及感測方法之流程圖；圖6顯示本發明一實施例之該展頻時脈產生器的方塊示意圖；圖7顯示圖6所示之展頻時脈產生器的波形示意圖；圖8A和8B顯示本發明一實施例之數位展頻時脈產生器的方塊示意圖和波形示意圖；及圖9顯示本發明一實施例之類比至數位轉換模組的方塊示意圖。
S10~S50‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種驅動及感測方法，應用於一觸控輸入裝置中，該觸控輸入裝置包含一觸控面板模組和一液晶面板模組，該觸控面板模組包含一觸控面板和一控制裝置，其中該觸控面板包含複數條第一方向導線和複數條第二方向導線，且該等第一方向導線和該等第二方向導線係交錯設置，該方法包含以下步驟：藉由該控制裝置產生一展頻時脈信號；根據該展頻時脈信號產生一驅動信號和一感測信號；輸出該驅動信號至該等第一方向導線或該等第二方向導線上；根據該感測信號接收對應的第二方向導線或第一方向導線上的電壓，並轉換為一數位信號；以及根據該數位信號判斷該觸控面板的觸控狀況。
  2. 根據請求項1之驅動及感測方法，其中藉由該控制裝置產生該展頻時脈信號之步驟包含：產生一具有固定頻率的輸入時脈信號；以及對該輸入時脈信號進行頻率調變以產生該展頻時脈信號，其中該展頻時脈信號的頻率具有週期性的變化。
  3. 根據請求項2之驅動及感測方法，其中該展頻時脈信號的脈波寬度係根據一控制信號而進行調整。
  4. 根據請求項2之驅動及感測方法，其中該展頻時脈信號的頻率以一三角波形式或一正弦波形式於一最大頻率和一最小頻率間變化。
  5. 根據請求項1之驅動及感測方法，其中該液晶面板模組係 根據來自一時脈控制器的同步信號而運作，且該展頻時脈信號不同步於該同步信號。
  6. 根據請求項1之驅動及感測方法，其中該驅動信號係連續輸出至該等第一方向導線或該等第二方向導線中之其中一者，且對應的第二方向導線或第一方向導線根據該驅動信號產生M個電壓值，該轉換步驟和該判斷步驟包含：將M個電壓值的範圍分為N組電壓區間，其中M和N為正整數且M>N；在N組電壓區間中選擇M個電壓值分佈最多的一組電壓區間；將該組電壓區間的電壓值轉換為一數位信號；以及根據該數位信號判斷該觸控面板的觸控狀況。
  7. 一種驅動及感測模組，應用於一觸控輸入裝置中，該觸控輸入裝置包含一觸控面板模組和一液晶面板模組，該觸控面板模組包含一觸控面板和該驅動及感測模組，其中該觸控面板包含複數條第一方向導線和複數條第二方向導線，且該等第一方向導線和該等第二方向導線係交錯設置，該驅動及感測模組包含：一展頻時脈產生器，用以產生一展頻時脈信號；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每次掃描時的掃描線和感測線；一驅動信號產生電路，用以根據該展頻時脈信號產生一驅動信號以施加至該選擇模組在每次掃描時所選擇的掃描線上；一類比至數位轉換模組，用以根據該展頻時脈信號以 接收該選擇模組在每次掃描時所選擇的感測線上之電壓，並轉換該些電壓為一數位信號；以及一信號處理單元，用以根據該類比至數位轉換模組所輸出的數位信號計算該觸控面板的觸控狀況。
  8. 根據請求項6之驅動及感測模組，其中該展頻時脈產生器包含：一參考時脈產生單元，用以提供一具有固定頻率的參考時脈信號；一調變單元，用以提供一控制電壓信號；以及一電壓控制延遲單元，用以根據該控制電壓信號對該參考時脈信號進行頻率調變以提供該展頻時脈信號；其中該展頻時脈信號的頻率具有週期性的變化。
  9. 根據請求項7之驅動及感測模組，其中該展頻時脈信號的脈波寬度係根據一控制信號而進行調整。
  10. 根據請求項7之驅動及感測模組，其中該控制電壓信號為一三角波信號或一正弦波信號。
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