TWI493418B - 電容式觸控系統及其驅動裝置 - Google Patents

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TWI493418B TW102102511A TW102102511A TWI493418B TW I493418 B TWI493418 B TW I493418B TW 102102511 A TW102102511 A TW 102102511A TW 102102511 A TW102102511 A TW 102102511A TW I493418 B TWI493418 B TW I493418B
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Description

電容式觸控系統及其驅動裝置
本案與觸控系統相關，並且尤其與電容式觸控系統的電極驅動裝置相關。
隨著科技日益進步，近年來各種電子產品的操作介面都愈來愈人性化。舉例而言，透過觸控螢幕，使用者可直接以手指或觸控筆在螢幕上操作程式、輸入訊息/文字/圖樣，省去使用鍵盤或按鍵等輸入裝置的麻煩。現有的觸控技術大致分為電阻式、電容式、電磁感應式、超音波式以及光學式幾類。
電容式觸控面板包含多個電極，使用者的觸碰會改變電極的電容量。藉由量測各個電極的電容量是否發生變化，便可判斷觸碰點的位置。以互容式(mutual capacitive)觸控技術為例，其感應面板後方設有構成矩陣圖樣的透明電極，如圖一所示。此例中的平行於X方向的電極為驅動電極，而平行於Y方向的電極為接收電極。每個驅動電極各自連接至一驅動器12，每個接收電極各自連接至一接收器14。該等驅動器12會依序送出驅動信號，該等接收器14則會持續接收感應信號。當觸碰發生時，對應於觸碰點的驅動電極和接收電極間會出現電容耦合現象，導致與互電容量相關的感應信號發生變化。根據偵測到感應信號發生變化之接收器14的位置，以及觸碰發生時送出驅動信號之驅動器12的位置，後續電路即可判斷觸碰點在X/Y方向上的座標。
一般而言，驅動器12送出的驅動信號是方波信號。如本案所屬技術領域中具有通常知識者所知，理想的方波信號是 由多個不同頻率的弦波組成。方波信號之升緣(rising edge)及降緣(falling edge)的斜率愈陡，其中所包含的高頻成分愈多。對採用觸控螢幕的行動通訊裝置(例如智慧型手機)來說，驅動信號中的高頻成分會對鄰近的通訊電路造成干擾，甚至使其表現效能下降。如圖一所示，驅動電極的分布範圍正比於感應面板的大小。也就是說，只要是鄰近於該感應面板的電路都可能會受到驅動信號的干擾，其影響範圍不可謂不廣。
為解決上述問題，本案提出新的電容式觸控系統及其電極驅動裝置，藉由減少電極驅動信號中的高頻成分來降低電極驅動信號對其他周邊電路的干擾。
根據本案之一具體實施例為一種用以配合電容式觸控系統中之電極的驅動裝置，其中包含一信號產生模組及一調整模組。該信號產生模組係用以產生一驅動信號。該調整模組係連接於該電極和該信號產生模組間，並係用以根據該驅動信號產生一調整後信號，以取代該驅動信號。該調整模組控制該調整後信號之一升緣或一降緣之波形，使得相對於該驅動信號，該調整後信號中之一高頻成分較少。
根據本案之另一具體實施例為一種電容式觸控系統，其中包含一電極、一信號產生模組及一調整模組。該信號產生模組係用以產生一驅動信號。該調整模組係連接於該電極和該信號產生模組間，並係用以根據該驅動信號產生一調整後信號，以取代該驅動信號。該調整模組控制該調整後信號之一升緣或一降緣之波形，使得相對於該驅動信號，該調整後信號中之一高頻成分較少。
關於本案的優點與精神可以藉由以下發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
12‧‧‧驅動器
14‧‧‧接收器
22‧‧‧信號產生模組
24‧‧‧調整模組
300‧‧‧電極
24A、24B‧‧‧運算放大器
I1、I2‧‧‧電流源
SW1~SW4‧‧‧開關
VD‧‧‧驅動信號
VA‧‧‧調整後信號
圖一為一觸控式感應裝置之電極佈線範例。
圖二為根據本案之一實施例中的驅動裝置之方塊圖。
圖三(A)係繪示根據本案之調整模組的一種內部詳細電路範例；圖三(B)為相對應的信號時序圖。
圖四(A)係繪示根據本案之調整模組的另一種內部詳細電路範例；圖四(B)為相對應的信號時序圖。
根據本案之一具體實施例為一種用以配合電容式觸控系統中之電極的驅動裝置，其功能方塊圖如圖二所示。此驅動裝置包含信號產生模組22和調整模組24。信號產生模組22係用以產生一驅動信號VD。連接於電極300和信號產生模組22之間的調整模組24負責根據驅動信號VD產生一調整後信號VA，以取代驅動信號VD。如圖二所示，用以驅動電極300的是調整後信號VA而非驅動信號VD。相對於驅動信號VD，調整後信號VA中之高頻成分較少。
於一實施例中，調整模組24係藉由調降調整後信號VA之升緣斜率以減少其中的高頻成分。圖三(A)係繪示一種調整模組24的內部詳細電路範例，圖三(B)則是相對應的信號時序圖。此範例中的調整模組24包含一參考電壓源(未繪示)、第一開關SW1、第二開關SW2、充電電流源I1以及運算放大器24A。該參考電壓源具有兩個電壓供應端，其輸出電壓分別為0.2VDD和0.8VDD；VDD表示此電路的供電電壓。實務上，電極300等效於一個電容，因此在圖三(A)中以電容符號表示。
第一開關SW1係連接於0.2VDD電壓供應端與電極300之間，並且受驅動信號VD控制。當驅動信號VD處於第一狀態(於此範例中為具有電壓VL)，第一開關SW1被切換為導通。相對地，當驅動信號VD處於第二狀態(於此範例中為具有電壓VH)，第一開關SW1被切換為不導通。
第二開關SW2係連接於充電電流源I1與電極300之間，並且受運算放大器24A之輸出信號的控制。當運算放大器24A之正輸入端的電壓低於負輸入端的電壓，第二開關SW2被切換為導通。當運算放大器24A之正輸入端的電壓高於負輸入端的電壓，第二開關SW2被切換為不導通。
由圖三(A)可看出，當第一開關SW1為導通，電極300的跨壓(也就是調整後信號VA的電壓)會等於0.2VDD。此時，因為運算放大器24A之正輸入端的電壓(0.2VDD)低於負輸入端的電壓(0.8VDD)，第二開關SW2為導通。隨後，一旦第一開關SW1受驅動信號VD影響自導通被切換為不導通，充電電流源I1所供應之充電電流I1便會開始對電極300充電，使得調整後信號VA的電壓持續增加。假設電極300的等效電容量為C，則調整後信號VA的電壓增加斜率會大致等於I1/C。直到調整後信號VA的電壓升高至略高於0.8VDD，運算放大器24A的輸出信號會轉而將第二開關SW2切換為不導通，令充電電流源I1停止對電極300充電。只要電極300的等效電容量夠大，調整後信號VA的電壓便可維持在0.8VDD左右。
由圖三(B)可看出，相較於驅動信號VD，調整後信號VA的升緣較緩，因此所包含之高頻成分較少。由於驅動信號VD僅用以控制第一開關SW1而非驅動整個電極300，受到驅動信號VD之高頻成分影響的區域顯然較先前技術小。也就是說，整體而言，根據本案之驅動裝置所產生的信號對其他電路構成的干擾較小。
本案所屬技術領域中具有通常知識者可理解，驅動信號VD的兩種電壓狀態不以上述範例中的VL和VH為限，調整後信號VA的電位變化區間亦不以0.2VDD~0.8VDD為限。此外，驅動信號VD的波形不以方波為限。
於另一實施例中，調整模組24係藉由調降調整後信號VA之降緣斜率以減少其中的高頻成分。圖四(A)係繪示一種調 整模組24的內部詳細電路範例，圖四(B)則是相對應的信號時序圖。此範例中的調整模組24包含一參考電壓源(未繪示)、第三開關SW3、第四開關SW4、放電電流源I2以及運算放大器24B。該參考電壓源之輸出電壓為0.2VDD；VDD表示此電路的供電電壓。電極300等效於一個電容，因此在圖四(A)中以電容符號表示。
第三開關SW3連接於電極300和運算放大器24B的負輸入端之間，並且受驅動信號VD控制。當驅動信號VD處於第一狀態(於此範例中為具有電壓VL)，第三開關SW3被切換為導通。相對地，當驅動信號VD處於第二狀態(於此範例中為具有電壓VH)，第三開關SW3被切換為不導通。
第四開關SW4連接於放電電流源I2和運算放大器24B的輸出端之間，並且受運算放大器24B的輸出信號控制。當運算放大器24B之正輸入端的電壓低於負輸入端的電壓，第四開關SW4被切換為導通。當運算放大器24B之正輸入端的電壓高於負輸入端的電壓，第四開關SW4被切換為不導通。
由圖四(A)可看出，當第三開關SW3為不導通，第三開關SW3右側的電路不會對電極300造成影響。假設電極300在未受影響前的跨壓為0.8VDD。一旦第三開關SW3受驅動信號VD影響自不導通被切換為導通，由於運算放大器24B之正輸入端的電壓(0.2VDD)低於負輸入端的電壓(0.8VDD)，第四開關SW4為導通。放電電流源I2供應之放電電流I2會開始為電極300放電，令調整後信號VA的電壓持續下降。假設電極300的等效電容量為C，調整後信號VA的電壓減少斜率會大致等於I2/C。直到調整後信號VA的電壓下降至略低於0.2VDD後，運算放大器24B的輸出信號會轉而將第四開關SW4切換為不導通，令放電電流源I2停止對電極300放電。只要電極300的等效電容量夠大，調整後信號VA的電壓隨後便可維持在0.2VDD左右。
由圖四(B)可看出，相較於驅動信號VD，調整後信號VA的降緣較緩，因此所包含之高頻成分較少。由於驅動信號 VD僅用以控制第三開關SW3而非驅動整個電極300，受到驅動信號VD之高頻成分影響的區域顯然較先前技術小。也就是說，整體而言，根據本案之驅動裝置所產生的信號對其他電路構成的干擾較小。
須說明的是，圖三(A)中的充電電路和圖四(A)中的放電電路可各自獨立存在，亦可同時存在。易言之，調整模組24可僅控制調整後信號VA之升緣斜率、僅控制調整後信號VA之降緣斜率，或是同時控制調整後信號VA的升緣斜率及降緣斜率。無論是上述哪一種做法，都可以達到減少調整後信號VA中之高頻成分的效果。本案所屬技術領域中具有通常知識者可理解，圖三(A)中的充電電路和圖四(A)中的放電電路存在多種功能相同但細部電路不同的變化型態。此外，本案所屬技術領域中具有通常知識者亦可理解，調整後信號VA的升緣或降緣波形不必須為圖三(B)、圖四(B)中呈現的斜直線，舉例而言，該升緣或降緣波形可為或是包含曲線。只要調整模組24提供的調整後信號VA包含較少的高頻成分，便可達到降低高頻干擾的效果。
如上所述，本案提出新的電容式觸控系統及其電極驅動裝置，藉由減少電極驅動信號中的高頻成分來降低電極驅動信號對其他周邊電路的干擾。
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案之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本案之範疇加以限制。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案所欲申請之專利範圍的範疇內。
22‧‧‧信號產生模組
24‧‧‧調整模組
300‧‧‧電極

Claims (4)

  1. 一種驅動裝置，用以配合一電容式觸控系統中之一電極，該驅動裝置包含：一信號產生模組，用以產生一驅動信號；以及一調整模組，連接於該電極和該信號產生模組間，用以根據該驅動信號產生一調整後信號，以取代該驅動信號，該調整模組控制該調整後信號之一升緣或一降緣之波形，使得相對於該驅動信號，該調整後信號中之一高頻成分較少，其中該調整模組包含：一參考電壓源，具有一第一電壓供應端與一第二電壓供應端，該第一電壓供應端輸出之一第一電壓低於該第二電壓供應端輸出之一第二電壓；一第一開關，連接於該第一電壓供應端與該電極之間，當該驅動信號係處於一第一狀態，該第一開關被切換為導通，當該驅動信號係處於一第二狀態，該第一開關被切換為不導通；一充電電流源，用以供應一充電電流；一第二開關，連接於該充電電流源與該電極之間；以及一運算放大器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端連接該電極，該負輸入端連接該第二電壓供應端，該輸出端係用以控制該第二開關；當該正輸入端之電壓低於該負輸入端之電壓，該第二開關被切換為導通，當該正輸入端之電壓高於該負輸入端之電壓，該第二開關被切換為不導通。
  2. 一種驅動裝置，用以配合一電容式觸控系統中之一電極，該驅動裝置包含：一信號產生模組，用以產生一驅動信號；以及一調整模組，連接於該電極和該信號產生模組間，用以根據該驅動信號產生一調整後信號，以取代該驅動信號，該調整模組控制該調整後信號之一升緣或一降緣之波形，使得相對於該驅動信號，該調整後信號中之一高頻成分較少，其中該調整模組包含：一參考電壓源，用以輸出一第一電壓； 一放電電流源，用以供應一放電電流；一運算放大器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端連接該參考電壓源；一第三開關，連接於該負輸出端與該電極之間，當該驅動信號係處於一第一狀態，該第三開關被切換為導通，當該驅動信號係處於一第二狀態，該第三開關被切換為不導通；一第四開關，連接於該放電電流源與該輸出端之間；以及一電容，連接於該負輸入端及該第四開關之間；其中當該正輸入端之電壓低於該負輸入端之電壓，該第四開關被切換為導通，當該正輸入端之電壓高於該負輸入端之電壓，該第四開關被切換為不導通。
  3. 一種觸控系統，包含：一電極；一信號產生模組，用以產生一驅動信號；以及一調整模組，連接於該電極和該信號產生模組間，用以根據該驅動信號產生一調整後信號，以取代該驅動信號，該調整模組控制該調整後信號之一升緣或一降緣之波形，使得相對於該驅動信號，該調整後信號中之一高頻成分較少，其中該調整模組包含：一參考電壓源，具有一第一電壓供應端與一第二電壓供應端，該第一電壓供應端輸出之一第一電壓低於該第二電壓供應端輸出之一第二電壓；一第一開關，連接於該第一電壓供應端與該電極之間，當該驅動信號係處於一第一狀態，該第一開關被切換為導通，當該驅動信號係處於一第二狀態，該第一開關被切換為不導通；一充電電流源，用以供應一充電電流；一第二開關，連接於該充電電流源與該電極之間；以及一運算放大器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端連接該電極，該負輸入端連接該第二電壓供應 端，該輸出端係用以控制該第二開關；當該正輸入端之電壓低於該負輸入端之電壓，該第二開關被切換為導通，當該正輸入端之電壓高於該負輸入端之電壓，該第二開關被切換為不導通。
  4. 一種觸控系統，包含：一電極；一信號產生模組，用以產生一驅動信號；以及一調整模組，連接於該電極和該信號產生模組間，用以根據該驅動信號產生一調整後信號，以取代該驅動信號，該調整模組控制該調整後信號之一升緣或一降緣之波形，使得相對於該驅動信號，該調整後信號中之一高頻成分較少，其中該調整模組包含：一參考電壓源，用以輸出一第一電壓；一放電電流源，用以供應一放電電流；一運算放大器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端連接該參考電壓源；一第三開關，連接於該負輸出端與該電極之間，當該驅動信號係處於一第一狀態，該第三開關被切換為導通，當該驅動信號係處於一第二狀態，該第三開關被切換為不導通；一第四開關，連接於該放電電流源與該輸出端之間；以及一電容，連接於該負輸入端及該第四開關之間；其中當該正輸入端之電壓低於該負輸入端之電壓，該第四開關被切換為導通，當該正輸入端之電壓高於該負輸入端之電壓，該第四開關被切換為不導通。
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