TWI502443B - 應用於觸控面板基線校正的面板時間延遲檢測電路 - Google Patents

Description

應用於觸控面板基線校正的面板時間延遲檢測電路

本發明有關於一種觸控面板，且特別是一種應用於觸控面板基線校正的面板時間延遲檢測電路。

請參照圖1，圖1是傳統的電容觸控面板的示意圖。觸控面板1包括觸控介面11、驅動電路12與檢測電路13。觸控介面11通常具有多個彼此交錯的電極，驅動電路12提供驅動信號TX至觸控介面11的其中一個軸向的電極。檢測電路13則用以檢測觸控介面11的另一個軸向的電極的電容值(或電容值變化)。例如：如圖1所示，檢測電路13檢測觸控介面11的另一個軸向的電極的電容基線檢測信號RX。因為觸控介面11的尺寸，不同位置的電極所受到驅動信號TX和產生電容基線檢測信號RX的信號傳遞路徑不僅不相同，路徑長度也不相同。依據信號傳遞的不同長度，雖然使用相同的驅動信號TX，不同路徑長度所造成的電阻-電容延遲(RC delay)(或稱為時間延遲)會不同，使得所產生的電容基線檢測信號RX會有明顯差異。

請同時參照圖1和圖2，圖2是傳統的電容觸控面板的電容基線檢測信號與校正信號的波形圖。如圖1所示，路徑P1的長度明顯比路徑P2的長度還短，因此，在時間軸上，檢測電路13所量到對應於路徑P1的檢測信號會早於對應於路徑P2的檢測信號。另外，具有較短路徑的檢測信號可能會較短促(rush)與具有較大的 峰值。如圖2所示，路徑P1的信號的峰值大於路徑P2的信號的峰值，且相對而言路徑P2的信號較平緩。另外，較短路徑所對應的檢測信號的信號變化範圍可能會較容易超出電路預設的動態範圍(dynamic range)。如圖2所示，在臨界值Th以下的信號變化範圍是預設的動態範圍，路徑P1的信號的一部份大於臨界值Th，此部份是溢出信號(overflow或loss signal)，傳統的檢測電路13會把溢出信號截掉，使得檢測信號造成失真。

為了達到基線校正的目的，傳統的作法是提供一個校正信號，對每一個不同路徑的檢測信號做校正，如圖2所示的校正信號的波形，校正信號的波形是在檢測信號的時間軸的位置提供一個抑制(或扣抵)的信號，例如圖2的校正信號由第一準位Va改變為第二準位Vb。不論是路徑P1或路徑P2都可減去一個相同的校正信號，避免產生檢測信號超出動態範圍的情況。然而，不同路徑的檢測信號在時間軸上的位置並不相同，使得校正信號可能無法對應不同路徑所產生的位於不同時間軸上的檢測信號。因此，由於觸控面板的尺寸對檢測信號的路徑所造成的差異，傳統的校正方式不容易對觸控面板上所有路徑的檢測信號進行校正。

本發明實施例提供一種應用於觸控面板基線校正的面板時間延遲檢測電路，以對觸控面板進行即時的基線校正。

本發明實施例提供一種應用於觸控面板基線校正的面板時間延遲檢測電路，包括檢測放大器、比較器以及校正單元。檢測放大器接收來自觸控面板之電極的電容基線檢測信號，檢測放大器將電容基線檢測信號轉換為檢測結果信號。比較器耦接檢測放大器，並將檢測結果信號與參考信號做比較，據此產生比較信號。校正單元耦接檢測放大器以及比較器，校正單元依據比較信號產生控制信號，並將控制信號傳送至檢測放大器，用以控制檢測放大器校正檢測結果信號。當檢測結果信號大於參考信號時，檢測 放大器依據控制信號而將電容基線檢測信號減去校正信號，以使檢測放大器產生的檢測結果信號低於一臨界值。

綜上所述，本發明實施例提供一種應用於觸控面板基線校正的面板時間延遲檢測電路，其可對觸控面板進行即時的基線校正。所述面板時間延遲檢測電路可提供電阻-電容延遲的即時監測，且是自動的、適應性的校正。所述面板時間延遲檢測電路是獨立的檢測機制，方便地結合至現有的觸控面板的檢測電路的架構中。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

1‧‧‧觸控面板

11‧‧‧觸控介面

12‧‧‧驅動電路

13‧‧‧檢測電路

P1、P2‧‧‧路徑

TX、Vdrv‧‧‧驅動信號

RX、SS‧‧‧電容基線檢測信號

Th‧‧‧臨界值

E‧‧‧電極

C、Cm、Cint‧‧‧電容

3、4‧‧‧面板時間延遲檢測電路

31、41‧‧‧檢測放大器

32、42‧‧‧比較器

33、43‧‧‧校正單元

34‧‧‧類比/數位轉換器

Vout‧‧‧檢測結果信號

Vref‧‧‧參考信號

Kflag‧‧‧比較信號

CK‧‧‧控制信號

Dout‧‧‧數位信號

415‧‧‧電流鏡單元

411‧‧‧第一電流源

412‧‧‧第二電流源

413‧‧‧第一開關

414‧‧‧第二開關

I1‧‧‧第一電流

I2‧‧‧第二電流

A‧‧‧第一端

B‧‧‧第二端

VDD‧‧‧供應電壓

N1、N2、N3‧‧‧N型電晶體

P1、P2、P3‧‧‧P型電晶體

biasa、biasb‧‧‧偏壓

GND‧‧‧接地

圖1是傳統的電容觸控面板的示意圖。

圖2是傳統的電容觸控面板的電容基線檢測信號與校正信號的波形圖。

圖3是本發明實施例提供的應用於觸控面板基線校正的面板時間延遲檢測電路的電路圖。

圖4是本發明另一實施例提供的應用於觸控面板基線校正的面板時間延遲檢測電路的電路圖。

〔應用於觸控面板基線校正的面板時間延遲檢測電路之實施例〕

請參照圖3，圖3是本發明實施例提供的應用於觸控面板基線校正的面板時間延遲檢測電路的電路圖。應用於觸控面板基線校正的面板時間延遲檢測電路3包括檢測放大器31、比較器32、校正單元33與類比/數位轉換器34。

檢測放大器31連接觸控面板之電極，在此之觸控面板是電容 式觸控面板。檢測放大器31檢測觸控面板之電極的電容，所述電容可以是自容或互容。如圖3所示，電容C的一端接收驅動信號Vdrv，電容C的另一端連接電極E，電極E以電路的節點表示，其代表觸控面板的其中一個電極。本發明並不限定所述電極的形狀，面板時間延遲檢測電路3是用於連接至電極E以檢測電容值。

比較器32耦接檢測放大器31，校正單元33耦接檢測放大器31以及比較器32。類比/數位轉換器34耦接檢測放大器31。類比/數位轉換器34將檢測放大器31產生的檢測結果信號Vout轉換為數位信號Dout。在本實施例中，類比/數位轉換器34是隨著觸控面板所使用的觸控檢測的演算法而設計，本領域的通常知識者可以根據實際需要而改變類比/數位轉換器34，本發明並不因此限定。

檢測放大器31接收來自觸控面板之電極E的電容基線檢測信號SS，檢測放大器31將電容基線檢測信號SS轉換為檢測結果信號Vout。比較器32將檢測結果信號Vout與參考信號Vref做比較，據此產生比較信號Kflag。校正單元33依據比較信號Kflag產生控制信號CK，並將控制信號CK傳送至檢測放大器31，用以控制檢測放大器31校正檢測結果信號Vout。

檢測放大器31可以是電流放大器。在本實施例中，檢測放大器31所接收的電容基線檢測信號SS為電流形式。然而，本發明並不限定檢測放大器31的類型，檢測放大器31也可以是電壓放大器。

比較器32用以比較檢測結果信號Vout與參考信號Vref，所述參考信號Vref可以是對應於所需求設計的檢測結果信號Vout的一個臨界值Th。例如：當檢測結果信號Vout是電壓形式時，參考信號Vref也是電壓形式，參考信號Vref的電位可以等於圖2所述的臨界值Th。然而，本發明並不限定比較器32的實現方式，也不限定參考信號Vref內容。

校正單元33受控於比較信號Kflag，例如：校正單元33是可以是一個觸發電路，受控於比較信號Kflag的觸發(例如比較信號Kflag由一低電位改變為一高電位)，而產生控制信號CK。控制信號CK用以使檢測放大器31將電容基線檢測信號SS與一個校正信號(圖3未繪示)相減，使得檢測放大器31的輸入端(連接電極E的端點)所接收到的信號由原本的電容基線檢測信號SS改變為剩下電容基線檢測信號SS減去一個校正信號。由於檢測結果信號Vout是隨著電容基線檢測信號SS而改變(例如：檢測結果信號Vout與電容基線檢測信號SS成正比)，因此，當電容基線檢測信號SS減去一個校正信號時，檢測結果信號Vout也會減少，藉此達到讓檢測結果信號Vout低於臨界值Th的目的。

換句話說，當檢測結果信號Vout大於參考信號Vref時，檢測放大器31依據校正單元33的控制信號CK而將電容基線檢測信號SS減去校正信號，以使檢測放大器31產生的檢測結果信號Vout低於一個所設定臨界值。電容基線檢測信號SS與校正信號的相減可以是即時的，隨著檢測結果信號Vout而適應性改變的。

另外，在一實施例中，當檢測結果信號Vout大於參考信號Vref時，檢測放大器31可以依據控制信號CK而在一個預設時間內使電容基線檢測信號SS與校正信號彼此相減。所述預設時間可以依據電容基線檢測信號SS的信號變化幅度(波形的平緩或陡峭)來調整，藉此，電容基線檢測信號SS與校正信號的相減也可以是持續的維持一段所設定的預設時間。

為了達到信號校正的目的，當檢測結果信號Vout大於參考信號Vref時，校正信號可以為第一準位Va，如圖2所示。當檢測結果信號Vout不大於參考信號Vref時，校正信號為第二準位Vb。與傳統的做法不同的是，本發明實施例的面板時間延遲檢測電路3是針對每一個被偵測的電極的電容基線檢測信號SS作即時的、適應性的基線校正。本實施例所提供的校正信號在電容基線檢測信 號SS大於臨界值Th時，立即產生校正信號，不會有校正信號與電容基線檢測信號SS位於時間軸上的不同位置的問題。值得一提的是，所述校正信號是依據檢測放大器31的設計而有所不同，請參見後續實施例的說明。

〔應用於觸控面板基線校正的面板時間延遲檢測電路之另一實施例〕

請參照圖4，圖4是本發明另一實施例提供的應用於觸控面板基線校正的面板時間延遲檢測電路的電路圖。面板時間延遲檢測電路4包括檢測放大器41、比較器42與校正單元43，在本實施例中校正單元43也可以稱為基線校正控制器(Baseline Calibration Controller)。圖4提供了將一種檢測放大器41應用於面板時間延遲檢測電路4。

如圖4所示，檢測放大器41連接觸控面板之電極E，在本實施例中電極E以電路的節點表示。電容Cm的一端接收驅動信號Vdrv，另一端連接電極E，此電容Cm代表互容，接收驅動信號Vdrv的電極與所極E之間的互容為電容Cm。面板時間延遲檢測電路4是用於連接至電極E以檢測其互容的電容值。

比較器42耦接檢測放大器41，校正單元43耦接檢測放大器41以及比較器42。當檢測結果信號Vout大於參考信號Vref時，檢測放大器41依據校正單元43的控制信號CK而將電容基線檢測信號SS減去校正信號，以使檢測放大器41產生的檢測結果信號Vout低於一個所設定臨界值Th。所述校正信號可以是圖4中的電流I1或電流I2。

檢測放大器41的細部電路請參照下面的說明。在本實施例中，檢測放大器41包括至少一電流源(411或412)、至少一開關單元413或414、電流鏡單元415與電容Cint。本發明並不限定電流源與開關單元的數目與連接關係。電流源(411或412)用以產生電流(I1或I2)，電流(I1或I2)代表所述校正信號。開關單元耦接電流 源(411或412)以及校正單元43，接收校正單元43之控制信號CK，並依據控制信號CK控制電流源(411或412)是否耦接觸控面板之電極E。

電流鏡單元415，具第一端A與第二端A，第一端A用以耦接於電極E，電流鏡單元415對由電極E所接收的電容基線檢測信號SS做相位反轉，並於電流鏡單元415之該第二端B產生檢測結果信號Vout，其中檢測結果信號Vout與電容基線檢測信號SS的相位相反。電容之第一端連接電流鏡單元415之第二端B，電容之第二端連接接地GND。當檢測結果信號Vout大於參考信號Vref時，開關單元(413或414)依據控制信號CK而將電容基線檢測信號SS減去電流源(411或412)之電流(I1或I2)。本實施例的圖4僅是檢測放大器41的一種實現方式，本發明也不限定電流源(411或412)、開關單元(413或414)以及電流鏡單元415的實現方式。

更詳細地說，如圖4所示檢測放大器41包括第一電流源411、第二電流源412、第一開關單元413、第二開關單元414、電流鏡單元415與電容Cint。第一電流源411耦接供應電壓VDD，產生第一電流I1。第二電流源412耦接接地GND，產生第二電流I2，所述第一電流I1以及第二電流I2代表校正信號。第一開關單元413耦接第一電流源411以及校正單元43，受控於校正單元43之控制信號CK，並依據控制信號CK控制第一電流源411是否耦接觸控面板之電極E。換句話說，第一開關單元413控制第一電流源411的第一電流I1是否流入電極E，因此第一電流I1可以做為校正信號。

第二開關單元414耦接第二電流源412以及校正單元43，受控於校正單元43之控制信號CK，並依據控制信號CK控制第二電流源412是否耦接觸控面板之電極E。換句話說，第二開關單元414控制第二電流源412的第二電流I2是否流入電極E，因此第二電流I2可以做為校正信號。

更進一步，電流鏡單元415包括P型電晶體P1、P2、P3與N型電晶體N1、N2、N3。電流鏡單元415由兩個電流鏡所組成，兩個電流鏡的兩端彼此連接，且兩電流鏡的另外兩端分別連接供應電壓VDD與接地GND。上述其中一個電流鏡由P型電晶體P1、P2與N型電晶體N1所組成且被施加偏壓biasa，而上述另一個電流鏡則由P型電晶體P3與N型電晶體N2、N3所組成且被施加偏壓biasb。

接著，進一步地說明電流鏡單元415的詳細結構。P型電晶體P1、P2的源極連接供應電壓VDD，且P型電晶體P1、P2的閘極彼此連接。N型電晶體N1的汲極連接P型電晶體P1的閘極與汲極，且N型電晶體N1的源極與P型電晶體P2的汲極分別連接第一端A與第二端B，其中第一端A用以接收代表電容基線檢測信號SS的輸入電流，且第二端B用以將檢測結果信號Vout輸出至後續的信號取樣電路(例如：圖3的類比/數位轉換器34)。

N型電晶體N2、N3的源極連接接地GND，且N型電晶體N2、N3的閘極彼此連接。P型電晶體P3的汲極連接N型電晶體N2的閘極與汲極，且P型電晶體P3的源極與N型電晶體N3的汲極分別連接第一端A與第二端B。電容之Cint的第一端連接電流鏡單元415之第二端B，電容Cint之第二端連接接地GND。

簡單地說，電流鏡單元415的電路結構可以敘述如下。電流鏡單元415具有第一電流鏡(由P型電晶體P1、P2所組成)、第一偏壓電晶體(即N型電晶體N1)、第二偏壓電晶體(即P型電晶體P3)以及第二電流鏡(由N型電晶體N2、N3所組成)。第一電流鏡以及第二電流鏡分別連接至高電壓VDD以及接地GND。第一電流鏡之輸入端以及第二電流鏡之輸入端分別透過第一偏壓電晶體(N型電晶體N1)以及第二偏壓電晶體(P型電晶體P3)連接至電流鏡單元415之第一端A。第一電流鏡之輸出端以及第二電流鏡之輸出端連接至電流鏡單元415之第二端B。

基於圖4的電路，當檢測結果信號Vout大於參考信號Vref時，第一開關單元413以及第二開關單元414依據控制信號CK而將電容基線檢測信號SS減去第一電流源411之第一電流I1以及第二電流源412之第二電流I2。電容基線檢測信號SS與校正信號(第一電流I1以及第二電流I2)的相減可以是即時的，隨著檢測結果信號Vout而適應性改變的。

另外，在一實施例中，當檢測結果信號Vout大於參考信號Vref時，檢測放大器31可以依據控制信號CK而在一個預設時間內使電容基線檢測信號SS與校正信號彼此相減。如圖4所示，所述控制信號CK可使第一開關單元413與第二開關單元413導通一個預設時間，以使在預設時間內，電容基線檢測信號SS與校正信號(包括第一電流I1和第二電流I2)彼此相減。藉此，電容基線檢測信號SS與校正信號(第一電流I1以及第二電流I2)的相減也可以是持續的維持一段所設定的預設時間。另外，本發明也不限定第一電流I1和第二電流I2的大小。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明實施例所提供的一種應用於觸控面板基線校正的面板時間延遲檢測電路，其可對觸控面板進行即時的基線校正。所述面板時間延遲檢測電路可提供電阻-電容延遲的即時監測，且是自動的、適應性的校正。所述面板時間延遲檢測電路是獨立的檢測機制，方便地結合至現有的觸控面板的檢測電路的架構中。另外，本發明實施例所提供的面板時間延遲檢測電路可透過電流放大器的電流操作模式達到所述的自動的、適應性的校正。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

3‧‧‧面板時間延遲檢測電路

31‧‧‧檢測放大器

32‧‧‧比較器

33‧‧‧校正單元

34‧‧‧類比/數位轉換器

Vdrv‧‧‧驅動信號

SS‧‧‧電容基線檢測信號

E‧‧‧電極

C‧‧‧電容

Vout‧‧‧檢測結果信號

Vref‧‧‧參考信號

Kflag‧‧‧比較信號

CK‧‧‧控制信號

Dout‧‧‧數位信號

Claims (9)

1. 一種應用於觸控面板基線校正的面板時間延遲檢測電路，包括：一檢測放大器，接收來自該觸控面板之一電極的一電容基線檢測信號，該檢測放大器將該電容基線檢測信號轉換為一檢測結果信號；一比較器，耦接該檢測放大器，將該檢測結果信號與一參考信號做比較，據此產生一比較信號；以及一校正單元，耦接該檢測放大器以及該比較器，該校正單元依據該比較信號產生一控制信號，並將該控制信號傳送至該檢測放大器，用以控制該檢測放大器校正該檢測結果信號；其中，當該檢測結果信號大於該參考信號時，該檢測放大器依據該控制信號而將該電容基線檢測信號減去一校正信號，以使該檢測放大器產生的該檢測結果信號低於一臨界值；其中該參考信號代表該臨界值，該面板時間延遲檢測電路使該檢測放大器產生的該檢測結果信號低於該參考信號。
2. 根據請求項第1項之面板時間延遲檢測電路，更包括：一類比/數位轉換器，耦接該檢測放大器，將該檢測結果信號轉換為一數位信號。
3. 根據請求項第1項之面板時間延遲檢測電路，其中該檢測放大器包括：至少一電流源，產生一電流，該電流代表該校正信號；至少一開關單元，耦接該電流源以及該校正單元，接收該校正單元之該控制信號，並依據該控制信號控制該電流源是否耦接該觸控面板之該電極；一電流鏡單元，具一第一端與一第二端，該第一端用以耦接於該電極，該電流鏡單元對由該電極所接收的該電容基線檢測信號做相位反轉，並於該電流鏡單元之該第二端產生該檢測結果信 號，其中該檢測結果信號與該電容基線檢測信號的相位相反；以及一電容，該電容之第一端連接該電流鏡單元之該第二端，該電容之第二端連接一接地；其中，當該檢測結果信號大於該參考信號時，該開關單元依據該控制信號而將該電容基線檢測信號減去該電流源之該電流。
4. 根據請求項第1項之面板時間延遲檢測電路，其中該檢測放大器包括：一第一電流源，耦接一供應電壓，產生一第一電流；一第二電流源，耦接一接地，產生一第二電流，該第一電流以及該第二電流代表該校正信號；一第一開關單元，耦接該第一電流源以及該校正單元，受控於該校正單元之該控制信號，並依據該控制信號控制該第一電流源是否耦接該觸控面板之該電極；一第二開關單元，耦接該第二電流源以及該校正單元，受控於該校正單元之該控制信號，並依據該控制信號控制該第二電流源是否耦接該觸控面板之該電極；一電流鏡單元，具一第一端與一第二端，該第一端用以耦接於該電極，該電流鏡單元對由該電極所接收的該電容基線檢測信號做相位反轉，並於該電流鏡單元之該第二端產生該檢測結果信號，其中該檢測結果信號與該電容基線檢測信號的相位相反；以及一電容，該電容之第一端連接該電流鏡單元之該第二端，該電容之第二端連接該接地；其中，當該檢測結果信號大於該參考信號時，該第一開關單元以及該第二開關單元依據該控制信號而將該電容基線檢測信號減去該第一電流源之該第一電流以及該第二電流源之該第二電流。
5. 根據請求項第3項之面板時間延遲檢測電路，其中該電流鏡單 元具有一第一電流鏡、一第一偏壓電晶體、一第二偏壓電晶體以及一第二電流鏡，該第一電流鏡以及該第二電流鏡分別連接至一供應電壓以及該接地，該第一電流鏡之輸入端以及該第二電流鏡之輸入端分別透過該第一偏壓電晶體以及該第二偏壓電晶體連接至該電流鏡單元之該第一端，其中該第一電流鏡之輸出端以及該第二電流鏡之輸出端連接至該電流鏡單元之該第二端。
6. 根據請求項第4項之面板時間延遲檢測電路，其中該電流鏡單元具有一第一電流鏡、一第一偏壓電晶體、一第二偏壓電晶體以及一第二電流鏡，該第一電流鏡以及該第二電流鏡分別連接至該供應電壓以及該接地，該第一電流鏡之輸入端以及該第二電流鏡之輸入端分別透過該第一偏壓電晶體以及該第二偏壓電晶體連接至該電流鏡單元之該第一端，其中該第一電流鏡之輸出端以及該第二電流鏡之輸出端連接至該電流鏡單元之該第二端。
7. 根據請求項第1項之面板時間延遲檢測電路，其中該檢測放大器是電流放大器。
8. 根據請求項第1項之面板時間延遲檢測電路，其中當該檢測結果信號大於該參考信號時，該校正信號為一第一準位，當該檢測結果信號不大於該參考信號時，該校正信號為一第二準位。
9. 根據請求項第3項之面板時間延遲檢測電路，其中當該檢測結果信號大於該參考信號時，該檢測放大器在一預設時間內使該電容基線檢測信號與該校正信號彼此相減。