TWI497362B - 觸控面板的控制系統及控制方法 - Google Patents

Description

觸控面板的控制系統及控制方法

本發明涉及一種觸控電路系統及控制方法，特別是涉及一種觸控面板的控制系統及控制方法。

傳統的電子裝置的輸入方式以鍵盤或滑鼠等週邊設備作為輸入介面，然而這些週邊輸入裝置的體積過大不易攜帶，容易造成電子產品薄型化的一大阻礙。因為薄型化電子裝置的需求，觸控面板在可攜式電子產品逐漸受到消費者的青睞而嶄露頭角。另外，觸控面板除了應用在個人可攜式資訊產品的外，應用領域也逐漸擴向資訊家電、公共資訊、通訊設備、辦公室自動化設備、資訊收集設備等。因此，觸控面板的研究發展，也逐漸成為電子產業的發展重心。

觸控面板通常需要通過控制系統控制而判斷出觸碰點位置。其中，類比數位轉換器是控制系統中重要的元件，用來直接將直流電壓信號從類比信號轉換數位信號，但其容易受到周遭相近頻率的雜訊(如控制系統內的熱雜訊(Thermal Noise)與閃爍雜訊(Flicker Noise))影響而降低控制系統的信號雜訊比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)。另外，當控制系統的供應電壓越來越小時，例如，從5伏特、3伏特、1.8伏特、1.2伏特逐步下降，信號雜訊比也會越來越小。因此，為了提升觸控面板的控制系統的靈敏度及觸碰辨識度，如何才能有效地提高控制系統的信號雜訊比，便 是目前值得進一步研究改善的課題。

有鑑於此，本發明提供一種改以弦波信號來進行信號處理的觸控面板的控制系統，藉由弦波信號本身的頻率變化範圍大的特性，以解決信號雜訊比易受雜訊因素影響而降低的問題。

根據本發明的一實施例，提供一種觸控面板的控制系統，包括：壓控振盪器，用於將對應該觸控面板的一感測信號的直流電壓信號轉換為弦波信號；及信號處理模組，用於計算該弦波信號的頻率數。

上述觸控面板的控制系統的壓控振盪器可將直流電壓信號轉換為弦波信號，而由於壓控振盪器所輸出的弦波信號的頻率變化範圍大，不易受雜訊影響，致使控制系統的信號雜訊比較高。

另外，根據本發明的另一實施例，提供一種觸控面板的控制方法，其步驟包括：將對應該觸控面板的一感測信號的直流電壓信號轉換為弦波信號；及計算該弦波信號的頻率數。

上述觸控面板的控制方法採用壓控振盪器可將直流電壓信號轉換為弦波信號，而由於壓控振盪器所輸出的弦波信號的頻率變化範圍大，不易受雜訊影響，致使控制系統的信號雜訊比較高。因此，上述觸控面板的控制方法的信號雜訊比較高。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能 進一步說明本發明為達成預定目的所採取之方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。

下面主要結合附圖說明本發明的具體實施方式。

請參閱圖1，一實施例的觸控面板的控制系統100，用於控制觸控面板200，以判斷觸控面板200上的觸碰動作，並進而得出實際的觸碰位置。觸控面板的控制系統100包括壓控振盪器(VCO,voltage controlled oscillators)140與信號處理模組150，其中，壓控振盪器140是用於將對應觸控面板200的一感測信號的直流電壓信號轉換為弦波信號，而信號處理模組150是用於計算該弦波信號的頻率數。該控制系統100更包括脈衝信號驅動模組110、信號檢測模組120、第一多工器130、第二多工器135及一微控制單元160。關於上述元件的內部構造及其作動與連接方式，將在後續更詳細說明。

微控制單元160連接脈衝信號驅動模組110，用於控制脈衝信號驅動模組110產生脈衝驅動信號，使脈衝驅動信號通過第二多工器135傳輸給觸控面板200。觸控面板200根據脈衝驅動信號來耦合感應出感測信號，其中感測信號進一步通過第一多工器130來傳遞給信號檢測模組120。具體在本實施例中，觸控面板200為投射電容式觸控面板，其上設置有多個陣列分佈的驅動電極(未圖示)及多個陣列分佈的接收電極(未圖示)。脈衝驅動信號模組110輸入 脈衝驅動信號於驅動電極上，使驅動電極與接收電極之間產生電場，從而形成一電容。當使用者觸碰觸控面板200時，觸碰位置的驅動電極與接收電極之間的電場受到手指的影響，使得觸碰位置的電容發生變化，從而根據該脈衝驅動信號來耦合感應出的感測信號也就會有所差異。

信號檢測模組120通過第一多工器130與觸控面板200相連，用於檢測觸控面板200的感測信號，並進而輸出直流電壓信號。壓控振盪器140用於將直流電壓信號轉換為弦波信號。當觸控面板200未被觸碰時，信號檢測模組120所輸出的直流電壓信號的電壓準位高，經過壓控振盪器140轉換為高頻率的弦波信號；當觸控面板200被觸碰時，信號檢測模組120所輸出的直流電壓信號的電壓準位低，經過壓控振盪器140轉換為低頻率的弦波信號。信號處理模組150與壓控振盪器140連接，用於計算該弦波信號的頻率數。微控制單元160與信號處理模組150連接，用於根據信號處理模組150計算輸出的弦波信號的頻率來確定是否有觸碰動作及進一步判斷觸碰位置。

需要說明的是，在實際設計上，脈衝信號驅動模組110、信號檢測模組120、第一多工器130、第二多工器135、壓控振盪器140、信號處理模組150及微控制單元160是設計為一單晶片系統，用來驅動控制觸控面板200。此外，可以理解，第一多工器130及第二多工器135也可省略，此時，觸控面板200直接與脈衝信號驅動模組110及信號處理模組150直接連接。脈衝信號驅動模組110也可根據觸控面板200的類型而被其它信號驅動模組替換，觸控面板 200也可為其它類型的電容式觸控面板或電阻式觸控面板等。

由於上述觸控面板的控制系統100的壓控振盪器140可將直流電壓信號轉換為弦波信號，而壓控振盪器140所輸出的弦波信號的頻率變化範圍大，不易受雜訊影響，致使提高整體觸控面板的控制系統100的信號雜訊比。

請參閱圖2，在一個更具體的實施例中，信號檢測模組120包括依序電連接的積分器124、取樣保持電路126、及放大器129。

積分器124用於將感測信號轉換為直流電壓信號。觸控面板200輸出的感測信號經過積分器124多次累計疊加後，輸出一個高準位的直流電壓信號。

取樣保持電路126用於取樣和保持積分器124輸出的直流電壓信號的電壓準位。取樣保持電路126對積分器124輸出的直流電壓信號進行取樣，採集直流電壓信號瞬間的電壓準位，使得直流電壓信號保持輸出電壓不變。

放大器129用於放大直流電壓信號的電壓準位，並將放大後的直流電壓信號提供給壓控振盪器140。具體在本實施例中，放大器129為可程式設計增益放大器(PGA，Pmgrammable Gain Amplifier)。

請參閱圖3，信號處理模組150包括依序電連接的低雜訊放大器152、頻率計數器154。低雜訊放大器152用於放大壓控振盪器140輸出的弦波信號的振幅。頻率計數器154用於計算放大後的弦波信號的頻率數。例如，弦波信號的頻率為8兆赫茲，經過頻率計數器154計算得出80count。

如此一來，微控制單元160便可根據該頻率計數器154所輸出的頻率數來判斷是否有觸碰動作產生，並進而判斷出實際的觸碰位置。當觸控面板200未被觸碰時，直流電壓信號高，壓控振盪器140輸出為高頻的弦波信號，頻率計數器154計算出較多的頻率數；當觸控面板200被觸碰時，直流電壓信號低，壓控振盪器140輸出為低頻的弦波信號，頻率計數器154計算出較少的頻率數。微控制單元160根據弦波信號的頻率數多少來判斷是否有觸碰動作產生。

最後，補充說明本實施例信號雜訊比的計算公式為：SNR=(F1-F2)/Delta F。其中，F1為觸控面板200未被觸碰時，壓控振盪器140輸出的弦波信號頻率；F2為觸控面板200被觸碰時，壓控振盪器140輸出的弦波信號頻率；Delta F為雜訊造成頻率的偏移量。藉此，即可藉由公式來簡單地驗證控制系統100在各種設計環境下的信號雜訊比。

由上述設計架構來看，本實施例觸控面板的控制系統100具有以下優點：

(1)壓控振盪器140的輸入為直流電壓信號，當觸控面板200未被觸碰時，直流電壓信號高，壓控振盪器140輸出為高頻的弦波信號；當觸控面板200被觸碰時，直流電壓信號低，壓控振盪器140輸出為低頻的弦波信號。弦波信號的頻率變化範圍大，不易受雜訊影響，因此，即使當觸控面板的控制系統100的供應電壓越來越小時，其信號雜訊比也不受影響。

(2)由於壓控振盪器140可操作的頻率為兆赫(MHz) 到吉赫(GHz)之間，使得熱雜訊和閃爍雜訊不會影響壓控振盪器140輸出的弦波信號，因此，觸控面板的控制系統100內的熱雜訊和閃爍雜訊不會降低整體的信號雜訊比。

(3)壓控振盪器140的成本相對於類比數位轉換器較低，可降低觸控面板的控制系統100的成本。

(4)由於壓控振盪器140本身的相位雜訊(phase noise)較低，信號雜訊比較高，使得觸控面板的控制系統100不僅適用於小尺寸的觸控面板，也可適用於大尺寸的觸控面板。

(5)若需獲得更大的信號雜訊比，亦可進一步對積分器124及放大器129的參數進行調整。

請參閱圖4及圖5，一實施例的觸控面板的控制方法，其包括如下步驟：

步驟S201，將對應該觸控面板的一感測信號的直流電壓信號轉換為弦波信號。

具體的，步驟S201進一步地包括如下步驟S2011~S2013。

步驟S2011，將該感測信號轉換為直流電壓信號。

脈衝信號驅動模組110對觸控面板200產生一脈衝驅動信號。觸控面板200上設置有多個陣列分佈的驅動電極(未圖示)及多個陣列分佈的接收電極(未圖示)。脈衝驅動信號模組110輸入脈衝驅動信號於驅動電極上，使驅動電極與接收電極之間產生電場，從而形成一電容。當使用者觸碰觸控面板200時，觸碰位置的驅動電極與接收電極之間的電場受到手指的影響，使得觸碰位置的電容發生變 化。採用信號檢測模組120檢測到觸控面板200上的感測信號。信號檢測模組120與觸控面板200相連，脈衝驅動信號被傳送到觸控面板200後，如果觸控面板200被觸碰，將導致觸控面板200輸出的感測信號產生變化，即觸控面板200被觸碰與未被觸碰的感測信號將會不同。此外，本實施例是例如採用積分器124來將感測信號轉換為直流電壓信號。

步驟S2012，取樣和保持直流電壓信號的電壓準位。

具體在本實施例中，採用取樣保持電路126取樣和保持直流電壓信號的電壓準位。

步驟S2013，放大該直流電壓信號的電壓準位。具體在本實施例中，採用放大器129放大直流電壓信號。

步驟S2014，將直流電壓信號轉換為弦波信號。具體在本實施例中，採用壓控振盪器140將感測信號轉換為弦波信號。當觸控面板200未被觸碰時，感測信號的電壓準位高，經過壓控振盪器140轉換為高頻率的弦波信號；當觸控面板200被觸碰時，感測信號的電壓準位低，經過壓控振盪器140轉換為低頻率的弦波信號。

步驟S202，放大該弦波信號的振幅。具體在本實施例中，通過低雜訊放大器152放大該弦波信號的振幅。

步驟S203，計算該弦波信號的頻率數。具體在本實施例中，採用信號處理模組150來計算出弦波信號的頻率數。壓控振盪器140在觸控面板200未被觸碰時輸出的弦波信號與觸控面板200被觸控時輸出的弦波信號不同，此時，信號處理模組150可計算出觸控面板200在被觸碰和未被 觸碰時的弦波信號的頻率數。具體的，通過頻率計數器154計算弦波信號的頻率數。

步驟S204，根據弦波信號的頻率數來判斷觸碰動作。

可以理解，若將直流電壓信號轉換為弦波信號後的振幅已達到檢測的標準，此時步驟S202也可省略。

上述觸控面板的控制系統的壓控振盪器可將感測信號轉換為弦波信號，而由於壓控振盪器所輸出的弦波信號的頻率變化範圍大，不易受雜訊影響，致使控制系統的信號雜訊比較高。

惟，以上所述，僅為本發明的具體實施例之詳細說明及圖式而已，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案所界定之專利範圍。

100‧‧‧控制系統

110‧‧‧脈衝信號驅動模組

120‧‧‧信號檢測模組

124‧‧‧積分器

126‧‧‧取樣保持電路

129‧‧‧放大器

130‧‧‧第一多工器

135‧‧‧第二多工器

140‧‧‧壓控振盪器

150‧‧‧信號處理模組

152‧‧‧低雜訊放大器

154‧‧‧頻率計數器

160‧‧‧微控制單元

200‧‧‧觸控面板

S201至S204‧‧‧流程圖步驟說明

S2011至S2014‧‧‧流程圖步驟說明

圖1為一實施例的觸控面板的控制系統的模組示意圖；圖2為圖1所示觸控面板的控制系統的信號檢測模組的模組示意圖；圖3為圖1所示觸控面板的控制系統的信號處理模組的模組示意圖；圖4為一實施例的觸控面板的控制方法的流程圖；及圖5為圖4所示觸控面板的控制方法中步驟一的具體流程圖。

100‧‧‧控制系統

110‧‧‧脈衝信號驅動模組

120‧‧‧信號檢測模組

130‧‧‧第一多工器

135‧‧‧第二多工器

140‧‧‧壓控振盪器

150‧‧‧信號處理模組

160‧‧‧微控制單元

200‧‧‧觸控面板

Claims (9)

1. 一種觸控面板的控制系統，包括：一壓控振盪器，用於將對應該觸控面板的一感測信號的一直流電壓信號轉換為一弦波信號；及一信號處理模組，用於計算該弦波信號的頻率數；其中該觸控面板的控制系統還包括一信號檢測模組，電連接該觸控面板，用於檢測該觸控面板的該感測信號；其中該信號檢測模組包括：一積分器，用於將該感測信號轉換為該直流電壓信號；一取樣保持電路，用於取樣和保持該直流電壓信號的電壓準位；及一放大器，用於放大該直流電壓信號的電壓準位。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之觸控面板的控制系統，其中該信號處理模組包括一頻率計數器。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之觸控面板的控制系統，其中該信號處理模組還包括一用於放大該弦波信號的振幅的低雜訊放大器。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之觸控面板的控制系統，還包括一用於產生傳輸至該觸控面板的脈衝驅動信號的脈衝信號驅動模組，其中該觸控面板依據該脈衝驅動信號來耦合感應出該感測信號。
5. 根據申請專利範圍第4項所述之觸控面板的控制系統，還包括一用於接收該脈衝驅動信號和該感測信號的多工器。
6. 根據申請專利範圍第4項所述之觸控面板的控制系統， 還包括一用於控制該脈衝信號驅動模組的運作並且根據該頻率數來判斷觸碰動作的微控制單元。
7. 一種觸控面板的控制方法，其步驟包括：將對應該觸控面板的一感測信號的一直流電壓信號轉換為一弦波信號；計算該弦波信號的頻率數；將該感測信號轉換為該直流電壓信號；取樣和保持該直流電壓信號的電壓準位；及放大該直流電壓信號的電壓準位。
8. 根據申請專利範圍第7項所述之觸控面板的控制方法，還包括：根據該弦波信號的頻率數來判斷觸碰動作。
9. 根據申請專利範圍第7項所述之觸控面板的控制方法，還包括放大該弦波信號的振幅，以供計算該弦波信號的頻率數。