TWI499963B - 在薄膜輸入裝置上偵測觸壓點的方法 - Google Patents

在薄膜輸入裝置上偵測觸壓點的方法 Download PDF

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Description

在薄膜輸入裝置上偵測觸壓點的方法
本發明揭露一種在薄膜輸入裝置上偵測觸壓點的方法，尤指一種藉由動態掛載無需過高阻值之感應電阻於薄膜輸入裝置上的部分感應線以使多個被觸壓的感應線交錯點不致因感應電阻並聯而減小阻值造成電位過高而被誤判為未被觸壓的方法。
含純碳之碳混合銀漿膜因為其材料成本相對純銀漿膜來的低廉許多，因此未來極有可能作為製造鍵盤為主之各種薄膜輸入裝置時的主要材料。然而，由於碳混合銀漿膜的電阻值比純銀漿膜的電阻值來的大上非常多，因此若薄膜輸入裝置所使用的感應電阻值不夠大，多個鍵被按壓時，其感應電阻會受並聯而明顯減小阻值，而使得以碳混合銀漿膜製造的薄膜輸入裝置在被使用時，常會有誤判被按壓之按鍵為未被按壓之按鍵的情形發生。
請參閱第1圖，其為一般以碳銀漿混合膜製造之一薄膜輸入裝置100中薄膜電阻的等效電路示意圖。如第1圖所示，薄膜輸入裝置100包含了一薄膜元件101以及一未圖示之處理器。薄膜元件101包含了至少複數條縱向感應線SL1、SL2與複數條橫向感應線RL1、RL2、RL3，其中縱向感應線SL1上包含有複數個串聯之電阻Rs11、Rs12、Rs13、Rs14，縱向感應線SL2上包含有複數個串聯之電阻Rs21、Rs22、Rs33、Rs24，橫向感應線RL1上包含有複數個串聯之電阻Rr11、Rr12、Rr13，橫向感應線RL2上包含有複數個串聯之電阻Rr21、Rr22、Rr23，橫向感應線RL3上包含有複數個串聯之電阻Rr31、Rr32、Rr33。如第1圖所示，縱向感應線SL1、SL2與橫向感應 線RL1、RL2、RL3係交錯出共六個交錯點，且該些交錯點上的電位可用來判定該些交錯點是否被按壓，而據以判定出使用者對薄膜輸入裝置100的正確觸壓點。另外，當未被按壓時，各橫向感應線與各縱向感應線之間彼此不會接觸，反之，當一橫向感應線與一縱向感應線之間的交錯點被按壓時，該橫向感應線與該縱向感應線之間會彼此接觸。另外，第1圖所示之橫向開關SWR1、SWR2、SWR3、縱向開關SWL1、SWL2、以及感應電阻Rpu1、Rpu2、Rpu3、Rpu4等皆被包含於上述之處理器中。
薄膜輸入裝置100偵測觸壓點的方式主要是：(1)將單一縱向感應線(例如第1圖所示之縱向感應線SL1)之一端接地，以將該縱向感應線放電，並將其他縱向感應線都透過一感應電阻(例如縱向感應線SL2透過縱向開關SWL2所掛載之感應電阻Rpu4)而掛載於一直流電壓源VDD；(2)將(1)中與被接地之縱向感應線交錯的所有橫向感應線(例如第1圖所示之橫向感應線RL1、RL2、RL3)都透過感應電阻(例如橫向感應線RL1、RL2、RL3各自透過橫向開關SWR1、SWR2、SWR3所各自掛載之感應電阻Rpu1、Rpu2、Rpu3)而掛載於直流電壓源VDD。透過步驟(1)、步驟(2)，可將該單一縱向感應線上的所有觸壓點偵測出來，且可再依序將步驟(1)、步驟(2)實施於其他的單一縱向感應線，以完整掌握薄膜輸入裝置100上的所有觸壓點。在此文案中都 係假設每一感應線所掛載之感應電阻的電阻值皆相等為一感應電阻值Rpu，也就是說感應電阻Rpu1、Rpu2、Rpu3、Rpu4的電阻值皆相等為感應電阻值Rpu。
步驟(1)與步驟(2)的實施方式將更詳細描述如下。當縱向感應線SL1被偵測時，若與之交錯之一橫向感應線(例如橫向感應線RL1)上的電位被偵測到低於一臨界按壓電位Vth(其可為代表邏輯值0之一低電位)，則代表該縱向感應線與該橫向感應線之交錯點被按壓而使得該縱向感應線暫時接觸於 該橫向感應線，並使得該交錯點之電位因透過該縱向感應線所連接之接地端而被放電至低於該臨界按壓電位；反之，若該橫向感應線上的電位被偵測到未低於該臨界按壓電位，則代表該縱向感應線與該橫向感應線之交錯點因為未被按壓而使得該縱向感應線此時未接觸於該橫向感應線，使得該交錯點之電位大約等於直流電壓源VDD之電位。
感應電阻Rpu1的理想最小電阻值可由以下過程推導。此時橫向開關SWR1、SWR2、SWR3皆被切換為短路，且假設縱向開關SWL1被切換至一接地端使得縱向感應線SWL1將可被偵測，同時縱向開關SW2被切換以透過感應電阻Rpu4來耦接於直流電壓源VDD。在此文案中都 假設該臨界按壓電位為直流電壓源VDD之電位的三分之一，並假設在此文案中 該些橫向感應線與該些縱向感應線上的所有等效電阻(也就是橫向電阻Rr11、Rr12、Rr13、Rr21、Rr22、Rr23、Rr31、Rr32、Rr33與縱向電阻Rs11、Rs12、Rs13、Rs14、Rs21、Rs22、Rs23、Rs24)的電阻值皆為R。若在某一時刻，縱向感應線Rs11與橫向感應線Rr11之間的交錯點V1被按壓，則在觀察由直流電壓源VDD通過感應電阻Rpu1、橫向開關SWR1、橫向電阻Rr11、縱向電阻Rs11、縱向開關SWL1、再至接地端的路徑後，可發現要滿足感應電阻Rpu1之電阻值Rpu為最小的等式如下：
將(1)經過轉換，可發現等式如下：Rpu =4R (2)
也就是說，在交錯點V1被按壓的情況下，感應電阻值Rpu至少也要是4R。接下來再看看當交錯點V1與交錯點V2(縱向感應線SL1與橫向感應線RL2之交錯點)被同時按壓時的狀況。利用安培定律可求得流入交錯點V1的電流的等式如下：
若要判定交錯點V2有被按壓，則感應線RL2所偵則到的電位要小於臨界按壓電位Vth，可得等式如下：
由等式(3)及(4)經過解聯立方程後，可發現其不等式如下：Rpu>8R(5)
換言之，當交錯點所對應到的橫向感應線偵測之電位低於臨界按壓電位時，交錯點才會被正確的判定為被按壓，然而要滿足交錯點V1及交錯點V2所對應之感應線RL1及RL2的電位都要低於臨界按壓電位，因此感應電阻值Rpu再往上調，然而這樣的作法也會大幅提高薄膜輸入裝置100的積體電路面積與成本。
為了克服先前技術中感測薄膜輸入裝置上的觸壓點時，會被感應電阻之高電阻值拉大積體電路面積與成本的問題，本發明揭露了一種在薄膜輸入裝置上偵測觸壓點的方法。
在本發明所揭露在一薄膜輸入裝置上偵測觸壓點的方法中，該薄膜輸入裝置包含複數個縱向感應線以及複數個橫向感應線；每一縱向感應線上包含有複數個串聯之縱向電阻及一縱向開關；該每一縱向感應線係以交錯點被按壓時才彼此接觸的方式交錯於每一橫向感應線；每一橫向感應線上包含有複數個串聯之橫向電阻、一感應電阻、以及一橫向開關；該橫向開關耦 接於該複數個橫向電阻與該感應電阻之間，且該感應電阻耦接於該橫向開關與一電壓源之間。本發明所揭露在薄膜輸入裝置上偵測觸壓點的方法包含步驟如下：(a)將該複數個縱向感應線與該複數個橫向感應線充電至一第一電位；(b)將該每一縱向感應線上之該縱向開關切換至開路，以浮接該每一縱向感應線；(c)將該複數個縱向感應線中之一第一縱向感應線進行放電；(d)將該複數個橫向感應線中至少一個第一橫向感應線上之橫向開關切換至開路，以浮接該至少一個第一橫向感應線；(e)偵測該至少一個第一橫向感應線上的電位；及(f)當偵測到該至少一個第一橫向感應線上之一第一橫向感應線上的電位低於一臨界按壓電位時，判定電位低於該臨界按壓電位之該第一橫向感應線與該第一縱向感應線之間的一第一交錯點被按壓。
100‧‧‧薄膜輸入裝置
101‧‧‧薄膜元件
SWL1、SWL2‧‧‧縱向開關
SWR1、SWR2、SWR3‧‧‧橫向開關
VDD‧‧‧直流電壓源
Rpu1、Rpu2、Rpu3、Rpu4‧‧‧感應電阻
RL1、RL2、RL3‧‧‧橫向感應線
SL1、SL2‧‧‧縱向感應線
V1、V2、V3‧‧‧交錯點
Rr11、Rr12、Rr13、Rr21、Rr22、Rr23、Rr31、Rr32、Rr33、Rs11、Rs12、Rs13、Rs14、Rs21、Rs22、Rs23、Rs24‧‧‧串聯電阻
300、302、304、306、308、310、312、314、316、318‧‧‧步驟
Vth‧‧‧臨界按壓電位
第1圖為一般以碳銀漿混合膜製造之一薄膜輸入裝置中薄膜電阻的等效電路示意圖。
第2圖為根據本發明之一實施例所揭露在薄膜輸入裝置上偵測觸壓點的方法之流程圖。
第3圖與第4圖為實施第2圖所示之在薄膜輸入裝置上偵測觸壓點的方法時，第1圖所示之薄膜輸入裝置的操作概略示意圖。
為了克服先前技術中感測薄膜輸入裝置100上的觸壓點時，會被感應電阻之高電阻值拉大積體電路面積與成本的問題，本發明揭露了一種在薄膜輸入裝置上偵測觸壓點的方法，且該方法可應用於第1圖所示之薄膜輸入裝置100。
請參閱第2圖，為了避免混淆圖示造成記載之不明確，之後的圖示將不另行標註薄膜元件101，然仍應視為薄膜元件101存在於之後圖示薄 膜輸入裝置100之各圖中。其該方法包含步驟如下：步驟300：開始。
步驟302：將薄膜輸入裝置100上所有的橫向感應線與所有的縱向感應線充電至一第一電位。
步驟304：將欲偵測之縱向感應線接地，並將欲偵測之縱向感應線以外的其餘所有縱向感應線皆浮接。
步驟306：將一部分的橫向感應線浮接。
步驟308：判斷被浮接之該部分橫向感應線上的電位是否低於臨界按壓電位Vth；當該部分橫向感應線中出現有電位低於臨界按壓電位Vth的橫向感應線時，對電位低於臨界按壓電位Vth的橫向感應線執行步驟310；當該部分橫向感應線中出現有電位未低於臨界按壓電位Vth的橫向感應線時，對電位未低於臨界按壓電位Vth的橫向感應線執行步驟312。
步驟310：判定電位低於臨界按壓電位Vth的橫向感應線與欲偵測之縱向感應線之間的交錯點為觸壓點。
步驟312：判定電位未低於臨界按壓電位Vth的橫向感應線與欲偵測之縱向感應線之間的交錯點為未觸壓點。
步驟314：確認與欲偵測之縱向感應線交錯之所有橫向感應線是否皆已被偵測過電位；若與欲偵測之縱向感應線交錯之所有橫向感應線皆已被偵測過電位，則執行步驟318；若與欲偵測之縱向感應線交錯之所有橫向感應線尚未皆被偵測過電位，則執行步驟316。
步驟316：將所有的橫向感應線與正在偵測之縱向感應線以外的所有縱向感應線皆充電至該第一電位，並接著執行步驟306，以及以步驟308中未被判斷過電位的其他橫向感應線之至少一部分為對象來浮接，以於再次到達步驟308時，以該些被浮接的橫向感應線為對象來偵測電位。
步驟318：確認是否已偵測過所有的縱向感應線；若已偵測過所有的縱向感應線，則執行步驟300；若尚未偵測過所有的縱向感應線，則以 尚未被偵測過的剩餘縱向感應線中選取其一，並接著執行步驟302，使得在再次執行步驟304時，以步驟318中被選取的單一剩餘縱向感應線作為被接地與被偵測的對象。
請另外參閱第3圖與第4圖。第3圖與第4圖為實施第2圖所示之在薄膜輸入裝置上偵測觸壓點的方法時，薄膜輸入裝置100的操作概略示意圖，以方便解釋第2圖所揭露的方法，其中交錯點V1、V2、V3為同一時間被按壓。
步驟302中，會先將所有的縱向感應線SL1、SL2與所有的橫向感應線RL1、RL2、RL3都先充電至一第一電位(例如被薄膜輸入裝置100視為邏輯1之電位)，其中充電的方式可包含將縱向開關SWL1、SWL2都切換為短路並直接連接於直流電壓源VDD、以及將橫向開關SWR1、SWR2、SWR3都切換為短路並各自透過感應電阻Rpu1、Rpu2、Rpu3耦接於直流電壓源VDD來完成。如此一來，各橫向感應線與各縱向感應線上的電位將會接近於直流電壓源VDD的電位。請注意，縱向開關SWL1、SWL2與橫向開關SWR1、SWR2、SWR3都具有被一處理器控制後直接以短路狀態直接連接於直流電壓源VDD的能力、以短路狀態各自透過感應電阻Rpu1、Rpu2、Rpu3耦接於直流電壓源VDD的能力、以短路狀態連接於一接地端的能力、以及以開路狀態使其所在之感應線被浮接的能力；另外，由於縱向開關SWL1、SWL2與橫向開關SWR1、SWR2、SWR3都具備相同的功能，故可大大降低設計處理器的複雜度，甚至可選用流通市場上適合之處理器來實施本發明之在薄膜輸入裝置上偵測觸壓點的方法。
步驟304目的在於使將要被偵測的單一縱向感應線先行被接地，並使其餘的縱向感應線與所有的橫向感應線皆被浮接；如第3圖所示，在此 係假設縱向感應線SL1會先行被選擇被接地來當作被偵測的縱向感應線，而其餘的縱向感應線SL2則會在此被浮接(例如將縱向開關SL1以短路狀態接到接地端，並將縱向開關SL2切換為開路狀態)。請注意，由步驟304到步驟314的過程中，同時間只會有一條縱向感應線被接地以被偵測，且若要換其他的縱向感應線，則需要在步驟314中確認與被接地之該縱向感應線相交的所有橫向感應線已被偵測完畢，才能在步驟318的確認過程中換另外一條縱向感應線來進行步驟304至步驟314的過程。
步驟306中，可由橫向感應線RL1、RL2、RL3中選擇一部分的橫向感應線來進行浮接；如第3圖所示，在此假設橫向感應線RL1、RL3被選擇浮接(例如將橫向開關SWRL1、SWRL3切換至開路)，且剩餘的橫向感應線RL2則保持與步驟302中相同被充電至該第一電位的狀態，例如橫向感應線RL2透過將橫向開關RL2切換至短路，而透過感應電阻Rpu2與直流電壓源VDD耦接的狀態。
在步驟308中，需要判斷目前被浮接的橫向感應線RL1、RL3上的電位是否低於臨界按壓電位Vth。在步驟310中，橫向感應線RL1、RL3中電位低於臨界按壓電位Vth的橫向感應線，代表其與縱向感應線SL1之間的交錯點目前被按壓，導致原先被充電的電壓被接地的縱向感應線SL1所放電而低於臨界按壓電位Vth；同理，在步驟312中，橫向感應線RL1、RL3中電位未低於臨界按壓電位Vth的橫向感應線，代表其與縱向感應線SL1之間的交錯點目前未被按壓，導致原先被充電的電壓被接地的縱向感應線SL1仍保持其充電後的該第一電位，而未低於臨界按壓電位Vth。
在步驟308、310、312中將目前浮接之所有橫向感應線的電位判斷完畢後，在步驟314中需先確認與目前接地之縱向感應線SL1交錯的所有 橫向感應線是否已被判斷完畢。在此由於還剩下橫向感應線RL2尚未被判斷完畢，因此需要執行步驟316。在步驟316中，除了目前接地的縱向感應線SL1以外，需要把剩餘的所有縱向感應線SL2與所有的橫向感應線RL1、RL2、RL3都充電回該第一電位，以為下一階段的電位判斷作準備，並接著執行步驟304。
再次回到步驟304時，縱向感應線SL1會再次被接地(因為先前與橫向感應線RL1或RL3中被按壓點的電位需要被清乾淨，也就是重置)，且剩餘未被接地的縱向感應線SL2也會再次被浮接。
再次回到步驟306時，可將縱向感應線SL1在接地狀態下未被選取的其他橫向感應線選取其一部分或全部，而作為執行步驟308及310/312的對象。如第4圖所示，在此由於只剩下橫向感應線RL2在縱向感應線SL1為接地狀態下未被選取，故此時則以橫向感應線RL2作為執行步驟308、310/312的對象，以判定橫向感應線RL2與縱向感應線SL1之間的交錯點V2是否被觸壓；例如可將橫向開關SWRL1、SWRL3各自切換為短路以各自透過感應電阻Rpu1、Rpu3耦接於直流電壓源VDD，並將橫向開關SWRL2切換至開路以浮接橫向感應線RL2。
接著回到步驟314時，由於在縱向感應線SL1之接地狀態下，所有的橫向感應線RL1、RL2、RL3皆已被判定過電位，因此可繼續執行步驟318；另，若否，則可再次回到步驟316，直至縱向感應線SL1在接地狀態下的所有橫向感應線皆已被偵測過電位為止。
在步驟318中，由於在縱向感應線SL1之接地狀態下，所有的橫向感應線RL1、RL2、R13皆已被判定過電位，因此可再另外換一條未被接 地過的縱向感應線(例如縱向感應線SL2)來實施步驟306-316的過程(但仍需維持一次只有一條縱向感應線被接地的原則)，直到所有縱向感應線各自被接地的情況下，所有橫向感應線的電位都已被判斷過電位為止，以準確掌握薄膜輸入裝置100上目前所有觸壓點的位置。
在步驟306中，選取將要被執行步驟308-312的一部分橫向感應線時，可任意選取一條、複數條、或甚至是全部的橫向感應線作為對象，只要選取的是在目前被接地之縱向感應線下尚未被偵測過的橫向感應線即可，直到所有的橫向感應線與目前被接地之縱向感應線之間的交錯點都被確認過是否為觸壓點。
另外，在執行步驟318時，所選取的下一條用來接地的縱向感應線亦可任意選擇，只要不是之前已經接地並檢驗過的縱向感應線即可，直到所有的縱向感應線皆被接地且其與所有橫向感應線之間的交錯點都被確認過是否為觸壓點即可。
第2圖所示之方法可應用的薄膜輸入裝置在橫向感應線與縱向感應線的數量，不受第1圖、第3圖、第4圖所示的限制。也就是說，將本發明於第2圖揭示的方法應用於不同類型的薄膜輸入裝置，仍應視為本發明之實施例。
第3圖由於橫向SWR1及SWR3為開路，故感應線RL3所偵測到的電位即為交錯點V2被按壓電位VV2 ，若要判定為被按壓，其交錯點V2被觸壓電位VV2 要低於臨界按壓電位Vth( VDD )，求得等式如下：，可求 得Rpu=3R (6)
而交錯點V1被觸壓電位VV1 為即為感應線RL1所偵測到的電位，可由電壓分壓定律求得如下：
將(6)代入(7)式，可得交錯點V1被觸壓電位VV1 為 VDD ，小於臨界按壓電位Vth。
只要感應電阻值Rpu大於三倍R，感應線RL1及RL3所偵測的電位都可判定為邏輯0，但薄膜元件101在製造過程其電阻值不可能為均勻分佈，故感應電阻值Rpu應為選擇比3*R高較為適當，以薄膜元件101最大迴路阻值為基礎：Rpu=Rr31+Rr32+Rs23+Rs22+Rs21=5R(8)
第4圖由於橫向SWR2為開路，故感應線RL2所偵測到的電位即為交錯點V2，先求交錯點V1電位VV1 ，流入交錯點V1的電流等式如下：
將(8)代入(9)可求得交錯點V1被觸壓電位VV1 為 VDD ，進而可求得交錯點V2被觸壓電位VV2 為，也小於臨界按壓電位Vth，故也被判定為是邏輯0。
本發明揭露了一種在薄膜輸入裝置上偵測觸壓點的方法。藉由比 較(5)及(8)得知本發明所揭露之方法，不但可避免先前技術中感應電阻之電阻值過高而加大製造成本與積體電路面積的問題，也可避免同時按壓多個觸壓點時，被按壓的感應線交錯點受到感應電阻並聯而減少之影響而被誤判成未觸壓點的問題。另外，由於臨界按壓電位Vth是以浮接方式來進行判斷，在少了感應電阻可增加放電速度的條件下，可進而縮短判斷時間。
300、302、304、306、308、310、312、314、316、318‧‧‧步驟

Claims (5)

  1. 一種在一薄膜輸入裝置上偵測觸壓點的方法，該薄膜輸入裝置包含複數個縱向感應線以及複數個橫向感應線，每一縱向感應線上包含有複數個串聯之縱向電阻及一縱向開關，該每一縱向感應線係以交錯點被按壓時才彼此接觸的方式交錯於每一橫向感應線，每一橫向感應線上包含有複數個串聯之橫向電阻、一感應電阻、以及一橫向開關，該橫向開關耦接於該複數個橫向電阻與該感應電阻之間，且該感應電阻耦接於該橫向開關與一電壓源之間，該方法包含：(a)將該複數個縱向感應線與該複數個橫向感應線充電至一第一電位；(b)將該每一縱向感應線上之該縱向開關切換至開路，以浮接(float)該每一縱向感應線；(c)將該複數個縱向感應線中之一第一縱向感應線進行放電；(d)將該複數個橫向感應線中至少一個第一橫向感應線上之橫向開關切換至開路，以浮接該至少一個第一橫向感應線；(e)偵測該至少一個第一橫向感應線上的電位；及(f)當偵測到該至少一個第一橫向感應線上之一第一橫向感應線上的電位低於一臨界按壓電位時，判定電位低於該臨界按壓電位之該第一橫向感應線與該第一縱向感應線之間的一第一交錯點被按壓。
  2. 如請求項1所述之方法，另包含：(g)當偵測到該至少一個第一橫向感應線上之一第一橫向感應線上的電位未低於該臨界按壓電位時，判定電位未低於該臨界按壓電位之該第一橫向感應線與該第一縱向感應線之間的一第二交錯點未被按壓。
  3. 如請求項1所述之方法，另包含：(h)將該至少一個第一橫向感應線上之橫向開關切換至短路；(i)將該複數個橫向感應線中除了該至少一個第一橫向感應線的至少一個第二橫向感應線上之橫向開關切換至開路，以浮接該至少一個第二橫向感應線；(j)偵測該至少一個第二橫向感應線上的電位；及(k)當偵測到該至少一個第二橫向感應線上之一第二橫向感應線上的電位低於該臨界按壓電位時，判定電位低於該臨界按壓電位之該第二橫向感應線與該第一縱向感應線之間的一第三交錯點被按壓。
  4. 如請求項3所述之方法，另包含：(l)當該複數個橫向感應線與該第一縱向感應線的所有交錯點是否被按壓之狀況皆已被判定後，將該複數個橫向感應線與該複數個縱向感應線充電至該第一電位；(m)將該每一縱向感應線上之該縱向開關切換至開路，以浮接該每一縱向感應線；(n)將該複數個縱向感應線之一第二縱向感應線進行放電；(o)將該複數個橫向感應線中至少一個第三橫向感應線上之橫向開關切換至開路，以浮接該至少一個第三橫向感應線；(p)偵測該至少一個第三橫向感應線上的電位；及(f)當偵測到該至少一個第三橫向感應線上之一第三橫向感應線上的電位低於該臨界按壓電位時，判定電位低於該臨界按壓電位之該第三橫向感應線與該第二縱向感應線之間的一第四交錯點被按壓。
  5. 如請求項4所述之方法，另包含： (o)當偵測到該至少一個第三橫向感應線上之一第三橫向感應線上的電位未低於該臨界按壓電位時，判定電位未低於該臨界按壓電位之該第三橫向感應線與該第二縱向感應線之間的一第五交錯點未被按壓。
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