TWI489347B - 觸控系統 - Google Patents

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TWI489347B TW102123323A TW102123323A TWI489347B TW I489347 B TWI489347 B TW I489347B TW 102123323 A TW102123323 A TW 102123323A TW 102123323 A TW102123323 A TW 102123323A TW I489347 B TWI489347 B TW I489347B
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Description

觸控系統
本發明係有關一種觸控系統，特別是關於一種可同時驅動及偵測至少一對電極線的觸控系統。
觸控螢幕為結合觸控技術與顯示技術的輸出入裝置，用以讓使用者直接與所顯示者進行互動。第一圖顯示傳統觸控螢幕之驅動信號的波形。於t0至t3期間，驅動信號TX1相關的第一電極線被驅動，而其他電極線(例如，與驅動信號TX2及TX3相關的第二及第三電極線)則必須等待。依此原則，第二電極線於t3至t6期間被驅動，且第三電極線於t6至t9期間被驅動。因此，必須花費t0至t9很長的一段時間才能完成三條電極線的驅動。
上述傳統驅動機制無法適用於較大面板尺寸或/且較大解析度的先進觸控螢幕，主要原因在於信號處理器無法即時完成所有的驅動及偵測工作，因而造成偵測的漏失。
因此亟需提出一種新穎機制以增加驅動速度。
鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種觸控系統，可同時驅動及偵測至少一對電極線。在一實施例中，使用部分視窗(partial window)以降低雜訊而不會增加太多頻寬。
根據本發明實施例，觸控系統包含傳送(TX)驅動單元、至少一對TX電極線、接收(RX)電極線及RX偵測單元。TX驅動單元用以產生至少一對正交驅動信號，每一對具有單一特定頻率。該至少一對TX電極線同時受驅動於該至少一對正交驅動信號。該對TX電極線與RX電極線之間的電容使得RX電極線感應得到偵測信號。RX偵測單元偵測該偵測信號以同時產生二偵測成分，其分別預測該對TX電極線所對應的該些電容。
100‧‧‧觸控系統
200‧‧‧觸控系統
11‧‧‧傳送驅動單元
12‧‧‧傳送電極線
13‧‧‧接收偵測單元
131A‧‧‧第一混合器
131B‧‧‧第二混合器
132‧‧‧類比至數位轉換器
133A‧‧‧第一累加器
133B‧‧‧第二累加器
134‧‧‧快速傅立葉轉換單元
135‧‧‧視窗函數單元
14‧‧‧接收電極線
TX1~TX3‧‧‧驅動信號
h1 ~h8 ‧‧‧電容
win_α‧‧‧上升部分
win_β‧‧‧下降部分
win_c‧‧‧中央部分
第一圖顯示傳統觸控螢幕之驅動信號的波形。
第二A圖顯示本發明實施例之觸控系統的示意圖。
第二B圖顯示第二A圖之觸控性統的細部RX偵測單元。
第三圖例示一觸控系統的示意圖。
第四A圖例示使用三對正交驅動信號的信號時序圖，該三對驅動信號分別具有個別頻率。
第四B圖顯示第四A圖之正交驅動信號的頻譜。
第五圖顯示第三圖的另一細部RX偵測單元。
第六圖顯示使用與未使用漢寧(Hanning)視窗的頻譜。
第七A圖顯示本發明實施例之部分視窗函數。
第七B圖例示第七A圖之部分視窗的操作。
第八圖顯示使用與未使用部分視窗的頻譜。
第二A圖顯示本發明實施例之觸控系統100的示意圖。觸控系統100可實施於觸控面板或觸控螢幕(例如內嵌式觸控螢幕)。在本實施例中，傳送(TX)驅動單元11產生相同頻率的一對正交驅動信號，用以同時驅動一對TX電極線12(如圖示的行1與行2)。本實施例之該對正交驅動信號包含餘弦信號cos(ωc t)及正弦信號sin(ωc t)，其中ωc 為載波頻率。
觸控系統100還包含接收(RX)偵測單元13，用以接收並偵測RX電極線14(如圖示的列1)所感應的偵測信號。為簡化起見，僅顯示一條RX電極線。RX偵測信號係由TX電極線12與RX電極線14之間的電容(如圖示的h1與h2)所感應得到的，而該電容會受到TX/RX電極線12/14上的手指觸碰所影響。藉此，電容受到影響的RX偵測信號，連同被驅動的TX電極線12，可被用以決定觸碰位置。
根據本實施例的特徵之一，藉由該對TX電極線12之驅動信號的正交特性，RX電極線14(例如列1)所感應的偵測信號可被偵測(或解調)以同時產生二偵測成分(其分別預測前述的該些電容)，用以分別對應至該對TX電極線12(如行1與行2)。第二B圖顯示第二A圖之觸控性統100的細部RX偵測單元13。於第二B圖所示實施例中，使用正交(in-phase quadrature,IQ)解調器，利用同頻率的二正交解調信號同時解調偵測信號。其中，正交解調器包含第一混合器 (mixer)131A(例如乘法器)用以將偵測信號乘上cos(Ωc t)，及第二混合器131B(例如乘法器)用以將偵測信號乘上sin(Ωc t)，其中Ωc =ωc /fs，且fs 為取樣頻率。
RX偵測單元13還可包含類比至數位轉換器(ADC)132，使得第一及第二混合器131A/131B可運作於數位域，而可由數位信號處理器來執行。RX偵測單元13還可包含第一累加器133A及第二累加器133B(例如加法器)，其分別耦接第一及第二混合器131A/131B的輸出，用以加總偵測信號所表示之傅立葉級數的係數。雖然第二B圖所示RX偵測單元13係運作於數位域，然而RX偵測單元13也可運作於類比域。若運作於類比域，則第一及第二累加器133A/133B以積分器來取代，而類比至數位轉換器132則改耦接於積分器的輸出。
上述實施例可延伸應用於複數對的正交驅動信號，每一對驅動信號各具有相同的頻率，用以同時分別驅動複數對TX電極線12。第三圖例示一觸控系統200，其產生四對正交驅動信號，分別具有頻率ω1 、ω2 、ω3 及ω4 。本實施例未使用第二B圖的混合器131A/131B及累加器133A/133B，改使用快速傅立葉轉換(FFT)單元134，其可由數位信號處理器來執行FFT演算法，以簡化計算。值得注意的是，以餘弦波解調所估算得到的電容將出現於實數部(例如行1至4所相關的h1 、h2 、h3 及h4 )，而以正弦波解調所估算得到的電容將出現於虛數部(例如行5至8所相關的h’5 、h’6 、h’7 及h’8 )。
第四A圖例示使用三對正交驅動信號的信號時序圖，該三對驅動信號分別具有個別頻率。第四B圖顯示第四A圖之正交驅動信號的頻譜。如圖所示，三對驅動信號的主葉(main lobe)相隔5k赫茲，而主葉受到相鄰驅動信號之副葉(side lobe)的影響幾乎為零。
於雜訊不可忽略的應用當中，實務上可使用視窗函數單元135以降低相鄰雜訊之副葉所產生的干擾，如第五圖所例示。在本實施例中，視窗函數單元135設於類比至數位轉換器132與快速傅立葉轉換單元134之間。在本說明書中，視窗函數(或簡稱視窗)係一種數學函數，其在預設區間外的值為零。例如，某一函數於一區間內為常數，而位於區間外的值為零，則稱為矩形視窗。第六圖顯示使用與未使用漢寧(Hanning)視窗的頻譜。使用視窗的缺點之一為所形成主葉的頻寬為原頻寬的二倍。
第七A圖顯示本發明實施例之部分視窗(partial window)函數。部分視窗具有中央部分win_c、上升部分win_α及下降部分win_β。中央部分win_c具常數值(例如1)，上升部分win_α的值從零升至win_c的常數值，且下降部分win_β的值從win_c的常數值降至零。上升部分win_α與下降部分win_β互補並符合下式：win_α+win_β=1。例如，win_α的起始端點與win_β的起始端點之和等於該常數值；win_α的結束端點與win_β的結束端點之和也等於該常數值。
第七B圖例示第七A圖之部分視窗的操作。假設驅動信號的週期為200微秒(μs)，則部分視窗的中央部分win_c定義於80至200微秒，上升部分win_α定義於0至80微秒，而下降部分win_β定義於200至280微秒。換句話說，win_α與win_c的時間總長等於驅動信號的週期。當使用部分視窗運作(例如使用內積運算)於偵測信號時，(向左)移動視窗化之下降部分並疊加於視窗化之上升部分，如第七B圖所示，因而形成一重建偵測信號，其接著被饋至快速傅 立葉轉換單元134。第八圖顯示使用與未使用部分視窗的頻譜。相較於第六圖，使用部分視窗所形成主葉的頻寬小於使用漢寧(Hanning)視窗的頻寬。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
100‧‧‧觸控系統
11‧‧‧傳送驅動單元
12‧‧‧傳送電極線
13‧‧‧接收偵測單元
14‧‧‧接收電極線
h1 ~h2 ‧‧‧電容

Claims (14)

  1. 一種觸控系統，包含：       一傳送（TX）驅動單元，用以產生至少一對正交驅動信號，每一對具有單一特定頻率；       至少一對TX電極線，同時受驅動於該至少一對正交驅動信號；       一接收（RX）電極線，該對TX電極線與該RX電極線之間的電容使得該RX電極線感應得到偵測信號；及       一RX偵測單元，偵測該偵測信號以同時產生二偵測成分，其分別預測該對TX電極線所對應的該些電容。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之觸控系統，其中該對正交驅動信號包含同頻率的一餘弦信號及一正弦信號。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之觸控系統，其中該RX偵測單元包含一正交（IQ）解調器，利用同頻率的二正交解調信號同時解調該偵測信號。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述之觸控系統，其中該正交解調器包含第一混合器用以將該偵測信號乘上一餘弦解調信號，及第二混合器用以將該偵測信號乘上一正弦解調信號，其中該餘弦解調信號與該正弦解調信號具相同頻率。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述之觸控系統，其中該第一混合器包含一第一乘法器，且該第二混合器包含一第二乘法器。
  6. 根據申請專利範圍第4項所述之觸控系統，其中該RX偵測單元更包含一類比至數位轉換器，其接收該偵測信號並據以產生一輸出，用以饋至該第一混合器及該第二混合器。
  7. 根據申請專利範圍第4項所述之觸控系統，其中該RX偵測單元更包含一第一累加器及一第二累加器，其分別耦接該第一混合器及該第二混合器的輸出。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述之觸控系統，其中該第一累加器及該第二累加器係用以加總該偵測信號所表示之傅立葉級數的係數。
  9. 根據申請專利範圍第7項所述之觸控系統，其中該第一累加器包含一第一加法器，且該第二累加器包含一第二加法器。
  10. 根據申請專利範圍第1項所述之觸控系統，其中該RX偵測單元更包含一視窗函數單元，用以對該偵測信號執行視窗函數。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述之觸控系統，其中該視窗函數包含漢寧（Hanning）視窗。
  12. 根據申請專利範圍第10項所述之觸控系統，其中該視窗函數包含一部分視窗，其具有中央部分、上升部分及下降部分，其中該中央部分具常數值，該上升部分的值為上升，且該下降部分的值為下降，該上升部分與該下降部分互補。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述之觸控系統，其中該部分視窗執行內積運算於該偵測信號。
  14. 根據申請專利範圍第12項所述之觸控系統，當該部分視窗執行於該偵測信號之後，該上升部分形成一視窗化上升部分，該下降部分形成一視窗化下降部分，接著移動該視窗化下降部分並疊加於該視窗化上升部分，因而形成一重建偵測信號。
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