TWI508445B - 多重觸控感測電路 - Google Patents

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Description

多重觸控感測電路
本發明係關於感測電路，且更特定言之，係關於用於最小化外部電容性負載(C/L)之效應的多重觸控感測電路。
本申請案主張在2008年12月1日向韓國智慧財產局申請之韓國專利申請案第10-2008-0120686號的優先權及權利，該案之全文以引用的方式併入本文中。
觸控感測技術包括自電容性方法及互電容性方法。多重觸控為碰觸一觸控感測器件之觸控部分上的至少兩個物件之動作。偽多重觸控(pseudo multi-touch)用於自電容性方法中，且同時解譯觸控螢幕上的任何數目之獨立區域的多重觸控全區輸入(multi-touch all point)用於互電容性方法中。
在互電容性方法中，將脈衝電壓施加至具有恆定電容之兩個節點的第一節點，且在具有恆定電容之兩個節點的第二節點處收集對應於脈衝電壓之電荷。在此狀況下，當使用者之手指放於兩個節點之間時，兩個節點之間的電場變化，且在第二節點處收集之電荷的量歸因於變化之電場而變化。在此狀況下，藉由當未發生碰觸時收集之電荷的量與當發生碰觸時收集之電荷的量之間的差異來判定觸控感測。
在互電容性方法中，當觸控感測電路之下部中存在大電容負載時，觸控感測電路可能故障。因此，通常添加屏蔽以自觸控感測電路切斷電容負載。然而，屏蔽之添加引起多重觸控感測電路的製造成本增加。
本發明之例示性實施例提供一具有一簡單結構且最小化一電容性負載之效應的多重觸控感測電路。
根據本發明之一例示性實施例，一種多重觸控感測電路包括：一電壓-電流轉換器，其將一輸入電壓轉換為一電流；一觸控感測區塊，其感測一物件之碰觸；及一放大器。該放大器之一第一輸入端子連接至該電壓-電流轉換器之一輸出端子且連接至該觸控感測區塊之一第一端子。該放大器之一第二輸入端子接地。該放大器之一輸出端子連接至該觸控感測區塊之一第二端子。
該輸入電壓之量值及頻率可變化。
該多重觸控感測電路可進一步包括一產生該輸入電壓之電壓源。
該電壓-電流轉換器可為一運算轉導放大器。
該觸控感測區塊可經組態以感測一電容性負載之一碰觸。
該觸控感測區塊可包括：一水平線控制開關區塊，其具有複數個水平線控制開關，其中該等水平線控制開關中之每一者的一第一端子共同地連接至該放大器之該第一輸入端子，及該等水平線控制開關中之每一者的一第二端子連接至安置於一感測碰觸之區中之複數個水平線中的一各別一者；及一垂直線控制開關區塊，其具有複數個垂直線控制開關，其中該等垂直線控制開關中之每一者的一第一端子共同地連接至該放大器之該輸出端子，及該等垂直線控制開關中之每一者的一第二端子連接至安置於一感測碰觸之區中之複數個垂直線中的一各別一者。可將絕緣材料插入於該複數個水平線與該複數個垂直線之間。
該多重觸控感測電路可進一步包括一產生控制信號的控制區塊，該控制區塊用於控制該水平線控制開關區塊之開關及用於控制該垂直線控制開關區塊之開關。
該多重觸控感測電路可進一步包括一重設開關，其中該重設開關之一第一端子連接至該放大器之該第一端子，及該重設開關之一第二端子連接至該放大器之該輸出端子。
可將該複數個水平線及該複數個垂直線安置於一顯示面板之一觸控螢幕的一側或兩側。
該觸控感測區塊可經組態以藉由一使用者之一手指感測一碰觸。
根據本發明之一例示性實施例，一觸控感測裝置包括：複數個大體上平行之列電路線；複數個大體上平行之行電路線，其與該等大體上平行之列電路線絕緣，使得在該等大體上平行之列電路線中的一各別一者與該等大體上平行之行電路線中的一各別一者之間形成一電容；及一切換電路，其耦接至該等大體上平行之列電路線中之每一者且耦接至該等大體上平行之行電路線中之每一者，且經組態以回應於切換電路控制信號而提供一輸出電路路徑來輸出該電容。
在將一外部電容性負載施加至鄰近該等大體上平行之列電路線中之該各別一者及該等大體上平行之行電路線中之該各別一者的一區域時，該電容可能可變。
該切換電路可包括：一各別列開關，其耦接於一共同列輸出線與一各別列電路線之間；一各別行開關，其耦接於一共同行輸出線與一各別行電路線之間；及一提供該等切換控制信號之開關控制器，其耦接至每一各別列開關且耦接至每一各別行開關。當該等切換控制信號閉合該各別列開關及該各別行開關時，該共同列輸出線及該共同行輸出線可提供該輸出電路路徑。
該開關控制器可提供各別切換控制信號以閉合一各別列開關，且在該各別列開關保持閉合時依序閉合該等行開關中之每一者。
技術方案之該觸控感測裝置可進一步包括一放大器，其中該共同列輸出線耦接至該放大器之一輸入端子，及該共同行輸出線耦接至該放大器之一輸出端子。
該觸控感測裝置可進一步包括一電壓-電流轉換器，其輸出耦接至該放大器之該輸入端子，使得一輸入電流基於一經輸入至該電壓-電流轉換器之電壓而提供至該放大器。
結合隨附圖式自以下詳細描述將更清楚地理解本發明之例示性實施例。
下文將參看隨附圖式描述本發明之例示性實施例。在圖式中相同參考數字表示相同元件。
圖1說明互電容性方法。互電容性方法包括將預定脈衝電壓施加至驅動電極，及在接收電極處收集對應於該脈衝電壓之電荷。在此方面，當使用者之手指放於驅動電極與接收電極之間時，電場(由虛線描繪)發生變化。
圖2為根據本發明之例示性實施例的多重觸控感測電路200。多重觸控感測電路200包括電壓源210、電壓-電流轉換器220、觸控感測區塊(T/S)230、重設開關SW及放大器240。
電壓源210產生輸入電壓且將輸入電壓傳輸至電壓-電流轉換器220，其中若必要可改變輸入電壓之量值及頻率。
電壓-電流(V/I)轉換器220將輸入電壓轉換為電流Iin ，且將電流Iin 供應至放大器240之第一輸入端子(-)、重設開關SW之第一端子，及觸控感測區塊230之第一端子。因為根據本發明之例示性實施例引入電壓-電流轉換器220以便將輸入電壓轉換為電流Iin ，且電流Iin 由觸控感測區塊230使用，所以下文所描述之習知問題得以處理。
觸控感測區塊230藉由使用電容性負載(電容器)來感測碰觸。將參看圖3提供電容器之使用的詳細描述。
重設開關SW回應於來自重設控制區塊270之重設控制信號260而重設多重觸控感測電路200。當接通重設開關SW時，放大器240操作作為電流Iin 之緩衝器，且構成觸控感測區塊230之第一電容器CTS 的正端子短接，使得累積於第一電容器CTS 中之電荷放電至電壓-電流轉換器220及放大器240。
放大器240之第一輸入端子(-)連接至電壓-電流轉換器220之輸出端子及觸控感測區塊230之第一端子，且放大器240之第二輸入端子(+)接地，且放大器240之輸出端子連接至觸控感測區塊230之第二端子及重設開關SW之第二端子。
藉由使用方程式1獲得放大器240之電壓VOUT
其中Iin 為自電壓-電流轉換器220輸出之電流的量值，CTS 為觸控感測區塊230之等效電容，且複數s 對應於電流Iin 之頻率。
可將第二電容器250安置於電壓-電流轉換器220與放大器240的輸入端子之間。在使用電壓作為用於判定碰觸之方式的習知感測電路(未圖示)中，輸入電壓之電荷經分配至第二電容器250及構成觸控感測區塊230之第一電容器CTS 。因此，習知感測電路之效率極大地降低。因此，需要用於使第二電容器250與構成觸控感測區塊230之電容器CTS 隔離的額外單元。額外單元使系統複雜且增加系統之重量及製造成本。
然而，在根據當前例示性實施例之多重觸控感測電路200的狀況下，第二電容器250不影響放大器240之輸出電壓VOUT 。此係因為，在預定電荷累積於第二電容器250中之後，第二電容器250不再影響多重觸控感測電路200之操作及累積於構成觸控感測區塊230之第一電容器CTS 中的電荷之量。
當觸控感測區塊230之第一電容器CTS 較大時，放大器240之輸出電壓減少(如方程式1所表示)，且感測效率降低。在此狀況下，電流Iin 之頻率s 減小，或電流Iin 之量值增大。電壓-電流轉換器220可經實施為運算轉導放大器(OTA)。在此狀況下，可藉由調整OTA之轉導Gm而調整電流輸出之量值。
圖3說明根據本發明之例示性實施例之圖2之多重觸控感測電路中的觸控感測區塊230。參看圖3，觸控感測區塊230包括複數個水平線控制開關SWH1、...、SWH(n-1)、SWHn及複數個垂直線控制開關SWV1、...、SWV(m-1)、SWVm。
水平線控制開關SWH1、...、SWH(n-1)、SWHn中之每一者的第一端子連接至放大器240之第一輸入端子(-)，且其第二端子連接至安置於感測碰觸之區中的複數個水平線中之每一者。垂直線控制開關SWV1、...、SWV(m-1)、SWVm中之每一者的第一端子連接至放大器240之輸出端子，且其第二端子連接至安置於感測碰觸之區中的複數個垂直線中之每一者。
圖3中所說明之水平線及垂直線可由金屬形成。可將預定絕緣材料插入於水平線與垂直線之間。因此，水平線與垂直線之間為預定電容。另外，可將水平線及垂直線安置於觸控螢幕之一側或兩側。
在圖3中，當接通第一水平線控制開關SWH1及第一垂直線控制開關SWV1時，第一水平線與第一垂直線之間為由電容器C1表示之電容。當接通第一水平線控制開關SWH1及第二垂直線控制開關SWV2時，第一水平線與第二垂直線之間為由電容器C2表示之電容。為圖式之簡潔，省略當接通剩餘水平線控制開關及垂直線控制開關時對應水平線與垂直線組合之間的電容器。
如圖3中所展示，用於產生控制信號290之開關控制區塊280可用於控制構成水平線控制開關SWH1、...、SWH(n-1)、SWHn及垂直線控制開關SWV1、...、SWV(m-1)、SWVm的開關中之每一者。
現將更詳細描述圖3之觸控感測區塊230的操作。
當在第一水平線控制開關SWH1接通時接通第一垂直線控制開關SWV1時，產生放大器240之輸出電壓。接著，斷開第一垂直線控制開關SWV1，且接著接通第二垂直線控制開關SWV2，且再次產生放大器240之輸出電壓。執行上文所描述之程序直至最後的垂直線控制開關SWVm(其中為m 整數)。
隨後，斷開第一水平線控制開關SWH1且接通第二水平線控制開關SWH2，其中使用第二水平線控制開關SWH2執行上文所描述之程序。使用後續水平線控制開關中之每一者執行該操作直至最後的水平線控制開關SWHn(其中n 為整數)。
藉由執行以上操作，可偵測到預定水平線與預定垂直線彼此交叉之位置處之電容的改變。因此，可辨識觸控感測區塊230之執行觸控的位置。此處，該位置為觸控感測區塊230上之至少一位置。
雖然圖2及圖3中未展示，但可進一步提供執行操作之處理器。
圖4展示根據本發明之例示性實施例之使用圖2的多重觸控感測電路執行之電腦模擬的結果。參看圖4，當使用者之手指碰觸觸控感測區塊230之位置時(手指碰觸)與當使用者之手指未碰觸觸控感測區塊230之位置時(無手指碰觸)的電壓差異大於1V。
在以上電腦模擬中，假設放大器240、電壓-電流轉換器220、複數個水平線控制開關區塊SWH1、...、SWH(n-1)、SWHn，以及複數個垂直線控制開關區塊SWV1、...、SWV(m-1)、SWVm為理想的。電壓源之頻率為600Hz，且圖2中所說明之第二電容器250之大小為100微微法拉(pF)。
雖然已特定展示及描述本發明之例示性實施例，但將理解在不脫離以下申請專利範圍之精神及範疇的情況下可在該等實施例中進行形式上及細節上之各種改變。
200．．．多重觸控感測電路
210．．．電壓源
220．．．電壓-電流(V/I)轉換器
230．．．觸控感測區塊(T/S)
240．．．放大器
250．．．第二電容器
260．．．重設控制信號
270．．．重設控制區塊
280．．．開關控制區塊
290．．．控制信號
C1．．．電容器
C2．．．電容器
Iin ．．．電流
SW．．．重設開關
SWH1．．．水平線控制開關
SWH2．．．水平線控制開關
SWH3．．．水平線控制開關
SWH(n-1)．．．水平線控制開關
SWHn．．．水平線控制開關
SWV1．．．垂直線控制開關
SWV2．．．垂直線控制開關
SWV3．．．垂直線控制開關
SWV(m-1)．．．垂直線控制開關
SWVm．．．垂直線控制開關
VOUT ．．．電壓
圖1說明互電容性方法；
圖2為根據本發明之一例示性實施例的多重觸控感測電路；
圖3說明圖2之多重觸控感測電路的觸控感測區塊；及
圖4展示使用圖2之多重觸控感測電路執行之電腦模擬的結果。
200．．．多重觸控感測電路
210．．．電壓源
220．．．電壓-電流(V/I)轉換器
230．．．觸控感測區塊(T/S)
240．．．放大器
250．．．第二電容器
260．．．重設控制信號
270．．．重設控制區塊
Iin ．．．電流
SW．．．重設開關
VOUT ．．．電壓

Claims (16)

  1. 一種多重觸控感測電路，其包含：一電壓-電流轉換器，其將一輸入電壓轉換為一電流；一觸控感測區塊，其感測一物件之碰觸；及一放大器，其中該放大器之一第一輸入端子被連接至該電壓-電流轉換器之一輸出端子且被連接至該觸控感測區塊之一第一端子，該放大器之一第二輸入端子被接地，及該放大器之一輸出端子被連接至該觸控感測區塊之一第二端子。
  2. 如請求項1之多重觸控感測電路，其中該輸入電壓之量值及頻率變化。
  3. 如請求項2之多重觸控感測電路，其進一步包含一產生該輸入電壓之電壓源。
  4. 如請求項1之多重觸控感測電路，其中該電壓-電流轉換器為一運算轉導放大器。
  5. 如請求項1之多重觸控感測電路，其中該觸控感測區塊感測一電容性負載之碰觸。
  6. 如請求項4之多重觸控感測電路，其中該觸控感測區塊包含：一水平線控制開關區塊，其包含複數個水平線控制開關，其中該等水平線控制開關中之每一者的一第一端子共同地被連接至該放大器之該第一輸入端子，及該等水平線控制開關中之每一者的一第二端子被連接至安置於一感測碰觸之區中之複數個水平線中的一各別一者；及一垂直線控制開關區塊，其包含複數個垂直線控制開關，其中該等垂直線控制開關中之每一者的一第一端子共同地被連接至該放大器之該輸出端子，及該等垂直線控制開關中之每一者的一第二端子連接至安置於一感測碰觸之區中之複數個垂直線中的一各別一者，其中絕緣材料經插入於該複數個水平線與該複數個垂直線之間。
  7. 如請求項6之多重觸控感測電路，其進一步包含一產生控制信號的控制區塊，該控制區塊用於控制該水平線控制開關區塊之控制開關及用於控制該垂直線控制開關區塊之開關。
  8. 如請求項1之多重觸控感測電路，其進一步包含一重設開關，其中該重設開關之一第一端子連接至該放大器之該第一端子，且該重設開關之一第二端子連接至該放大器之該輸出端子。
  9. 如請求項6之多重觸控感測電路，其中該複數個水平線及該複數個垂直線安置於一顯示面板之一觸控螢幕的一側或兩側。
  10. 如請求項1之多重觸控感測電路，其中該觸控感測區塊經組態以藉由一使用者之一手指感測一碰觸。
  11. 一種觸控感測裝置，其包含：複數個大體上平行之列電路線；複數個大體上平行之行電路線，其與該等大體上平行之列電路線絕緣，使得在該等大體上平行之列電路線中的一各別一者與該等大體上平行之行電路線中的一各別一者之間形成一電容；及一切換電路，其耦接至該等大體上平行之列電路線中之每一者且耦接至該等大體上平行之行電路線中之每一者，且經組態以回應於切換電路控制信號而提供一輸出電路路徑來輸出該電容。
  12. 如請求項11之觸控感測裝置，其中在將一外部電容性負載施加至接近該等大體上平行之列電路線中之該各別一者及該等大體上平行之行電路線中之該各別一者的一區域時，該電容可變。
  13. 如請求項12之觸控感測裝置，其中該切換電路包含：一各別列開關，其耦接於一共同列輸出線與一各別列電路線之間；一各別行開關，其耦接於一共同行輸出線與一各別行電路線之間；及一提供該等切換控制信號之開關控制器，其耦接至每一各別列開關且耦接至每一各別行開關，其中當該等切換控制信號閉合該各別列開關及該各別行開關時，該共同列輸出線及該共同行輸出線提供該輸出電路路徑。
  14. 如請求項13之觸控感測裝置，其中該開關控制器提供各別切換控制信號以閉合一各別列開關，且在該各別列開關保持閉合時依序閉合該等行開關中之每一者。
  15. 如請求項13之觸控感測裝置，其進一步包含一放大器，其中該共同列輸出線耦接至該放大器之一輸入端子，及該共同行輸出線耦接至該放大器之一輸出端子。
  16. 如請求項15之觸控感測裝置，其進一步包含一電壓-電流轉換器，該電壓-電流轉換器之輸出耦接至該放大器之該輸入端子，使得一輸入電流基於一經輸入至該電壓-電流轉換器之電壓而經提供至該放大器。
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