TWI526904B - Capacitive touch device and its chord wave measurement method - Google Patents

Description

互電容式觸控裝置及其弦波量測方法

本發明係提供一種互電容式觸控裝置及其弦波量測方法，其應用於觸控裝置，尤指透過弦波產生電路以時脈依據查表來產生弦波，且量測單元亦藉由弦波產生電路所搭載之查表以偵測取得複數感測訊號，並以此簡化觸控裝置之迴路作業，進而增加觸控裝置之運作效能。

按，現今電子產品為配合人類之直覺方式，觸控裝置已被廣泛應用在各種電子產品中，以便使用者能透過手或觸控筆等物件對電子產品進行觸控。

一般而言，觸控裝置係先在感測面板上設有複數驅動線及複數感測線，以形成有複數交越點，而另設有驅動模組電性連接至各驅動線；感測模組電性連接至各感測線，再設有處理器電性連接至感測模組，並透過驅動模組循序傳送驅動訊號至各驅動線，此時各驅動線之驅動訊號與各交越點電容性耦合至各感測線，並於各感測線之各交越點產生有可供偵測之量測訊號，並透過感測模組於各感測線取得各交越點之量測訊號，以供傳輸至處理器分析各量測訊號以得到有各交越點電容性耦合量及相對應之位置，再以各交越點電容性耦合量作為基準值，當使用者操作時則是進行上述動作來得到後續各交越點電容性耦合量，並以後續各交越點電容 性耦合量與相對應之基準值比較，當二者的差值為零時，則判斷感測面板無外部物件碰觸或覆蓋，反之則判斷有外部物件碰觸或覆蓋。

然而，上述觸控裝置於使用時，不論是在傳送驅動訊號、偵測量測訊號或判斷觸控狀態，觸控裝置之各作業皆需透過內部不同構件來完成，以致於觸控裝置內部電路傳輸作業過於複雜，並使得觸控裝置之運作效能下降。

是以，如何解決習用之問題與缺失，即為從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。

故，發明人有鑑於上述缺失，乃蒐集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種互電容式觸控裝置及其弦波量測方法的發明專利者。

本發明之主要目的乃在於驅動及感測模組之弦波產生電路以時脈依據弦波產生電路內部搭載之查表產生有複數弦波，並透過選擇電路將弦波循序傳輸至感測面板之各驅動線，且各驅動線之弦波分別電容性耦合至各感測線以產生有感測訊號，此時量測單元亦透過查表分別對各感測線之感測訊號進行偵測取得，故本發明以查表來產生弦波及偵測各感測訊號，藉此簡化觸控裝置之迴路傳輸作業，以增加觸控裝置之運作效能。

本發明之次要目的乃在於透過弦波產生電路以時脈依據查表所產生之弦波於複數預定量測相位為整數值，以供量測單元透過查表於感測面板之各感測線偵測感測訊號時，可因各弦波於複數預定量測相位之整數值供量測單元做偵測運算，故比起一般之浮點運算而能更簡化偵測各 感測訊號之過程，藉此可使用低等級之處理器，以降低本發明之製造成本。

1‧‧‧觸控裝置

11‧‧‧感測面板

111‧‧‧驅動線

112‧‧‧感測線

12‧‧‧驅動及感測模組

121‧‧‧選擇電路

122‧‧‧量測單元

1221‧‧‧通道

1222‧‧‧電流電壓轉換器

1223‧‧‧類比數位轉換器

1224‧‧‧減法電路

123‧‧‧弦波產生電路

13‧‧‧處理器

第一圖 係為本發明較佳實施例之電路示意圖。

第二圖 係為本發明之步驟流程圖。

第三圖 係為本發明之查表圖。

第四圖 係為本發明相位正弦值二倍數表圖。

第五圖 係為本發明另一實施例之電路示意圖。

第六圖 係為本發明又一實施例之電路示意圖。

第七圖 係為本發明再一實施例之電路示意圖。

為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。

請參閱第一圖所示，係為本發明較佳實施例之電路示意圖，由圖中可以清楚看出，本發明為一種互電容式觸控裝置及其弦波量測方法，係應用於互電容式之觸控裝置1，該觸控裝置1設有感測面板11，感測面板11上設有複數沿第一軸向(如橫軸向)延伸且彼此平行排列之驅動線111及複數沿第二軸向(如縱軸向)延伸且彼此平行排列之感測線112，且各感測線112交越於各驅動線111以形成有複數交越點，並另設有驅動及感測模組12，而驅動及感測模組12再設有選擇電路 121及量測單元122，又選擇電路121電性連接至各驅動線111，而量測單元122電性連接至各感測線112，且驅動及感測模組12內部再設有弦波產生電路123電性連接至選擇電路121及量測單元122，而於驅動及感測模組12外部設有處理器13電性連接至量測單元122。

前述選擇電路121可以是由一個或多個多工器(Multi-plexer，MUX)、切換器或開關構成。在本發明的另一實施例中，亦可將驅動及感測模組12及處理器13整合為一單晶片形式的積體電路元件。

前述觸控裝置1之驅動及感測模組12的弦波產生電路123係於內部搭載有查表，此查表係採用弦波微分的方式，將弦波分為複數段，而各段再分別對應一相位，且各相位正弦值之整數倍數即為該相位之預定電壓值，並於複數特定相位標記為預定量測相位(如30°、90°、150°、210°、270°或330°等)。

前述觸控裝置1之感測面板11為一個或一個以上之感測層所構成，當感測面板11為單一感測層時，感測面板11之複數驅動線111及複數感測線112為配置在同一感測層；而當感測面板11為複數感測層時，複數驅動線111及複數感測線112為配置在不同感測層上。

前述觸控裝置1之感測面板11上之各驅動線111及各感測線112分別為沿第一軸向平行排列及沿第二軸向平行排列，且各感測線112與各驅動線111呈交越狀，又驅動線111可為正交或非正 交於感測線112。

請參閱第一、二、三圖所示，係為本發明較佳實施例之電路示意圖、步驟流程圖、查表圖，由圖中可以清楚看出，本發明之觸控裝置基準值二維度檢測方法實施時，其步驟流程包括：

(200)弦波產生電路123以時脈依據查表產生有複數弦波，並將複數弦波傳輸至選擇電路121。

(201)選擇電路121將複數弦波循序傳輸至感測面板11之各驅動線111。

(202)各驅動線111之弦波透過各交越點分別電容性耦合至各感測線112，並於各感測線112上之各交越點分別產生有感測訊號。

(203)量測單元122透過弦波產生電路123之查表而於各預定量測相位對各感測線112上之各感測訊號進行偵測，以取得各交越點之感測訊號。

(204)量測單元122將各感測訊號透過各通道1221傳輸至處理器13，以供處理器13後續判斷感測面板11之觸控狀態。

上述步驟中，觸控裝置1於使用時，係先以驅動及感測模組12之弦波產生電路123產生有時脈，時脈係包含有複數時脈週期，並以弦波產生電路123內部搭載之查表供各時脈週期分別對應一相位，而各相位產生有預定電壓值，再透過各相位之預定電壓值連續構成有複數弦波，以供弦波產生電路123將複數弦波傳輸至選擇電路121，又選 擇電路121將複數弦波循序傳輸至感測面板11之各驅動線111，此時各驅動線111上之弦波係透過各交越點分別電容性耦合至各感測線112，各感測線112上之各交越點分別產生有感測訊號，此處之感測訊號為直接量測各交越點之電容性耦合量或間接經由量測各交越點的電流值、電壓值、電荷量值或其它電子特性值所得，並配合各交越點相對應之位置座標所構成。此時量測單元122亦透過弦波產生電路123之查表而於各預定量測相位對各感測線112進行偵測，以取得各交越點之感測訊號並傳輸至處理器13，以供後續判斷感測面板11之觸控狀態使用，其中，本發明於使用過程中可透過弦波產生電路123所搭載之查表來產生弦波，而量測單元122亦藉由弦波產生電路123之查表來偵測取得複數感測訊號，故本發明以查表即可供產生弦波及偵測各感測訊號，並以此簡化觸控裝置1之迴路作業，而增加觸控裝置1之運作效能。

又，請搭配參閱第三、四圖所示，係為本發明之查表圖、相位正弦值二倍數表圖，由圖中可以清楚看出，本發明之觸控裝置1係透過驅動及感測模組12內部之弦波產生電路123以時脈之各時脈週期分別依據查表內之各相位產生有預定電壓值，並以各相位之預定電壓值連續構成有弦波，且因各相位正弦值之倍數即為該相位之預定電壓值。由於弦波於複數預定量測相位之正弦值的整數倍數為整數值(如30°、90°、150°、210°、270°或330°等之正弦值於乘上相同之偶數倍數為整數值)，故當量測單元122透過查表對各感測線112上各交越點之感測訊號分別進行偵測取得時，可將各弦波於複數預定量測相位之整數值供處理器13做整數運算，而比起一般之浮點運算更能簡化偵測各感測訊 號之過程，進而可使用低等級之處理器13，以降低本發明之製造成本。

在本發明較佳實施例中，係將複數預定量測相位(如30°、90°、150°、210°、270°或330°等)之正弦值分別乘上相同之偶數倍數，用以產生相對應預定量測相位之預定電壓值。

前述觸控裝置1之驅動及感測模組12內部之選擇電路121將複數弦波循序傳輸至感測面板11之各驅動線111時，各驅動線111所接收之弦波數量可為相同；亦可隨著各驅動線111與量測單元122之距離增加而遞增供應弦波數量，藉此增加感測訊號的訊號強度，以供量測單元122偵測取得各感測線112上較遠距離之感測訊號時，能降低因傳輸距離所產生之衰減的影響。

請搭配參閱第五圖所示，係為本發明另一實施例之電路示意圖，由圖中可以清楚看出，前述各感測訊號若分別為交越點之電流值及相對應之位置座標所構成時，觸控裝置1之驅動及感測模組12亦可於之量測單元122設有複數通道1221分別電性連接至感測線112，並於各通道1221另側分別設有電流電壓轉換器1222(Current-to-voltage converter)電性連接至處理器13，以供將各感測訊號轉換為電壓形式，而防止電流形式之感測訊號於線路傳輸時產生分流，並以此得到有較精確之各感測訊號而傳輸至處理器13作後續判斷感測面板11之觸控狀態使用。

請搭配參閱第六圖所示，係為本發明又一實施例之電路示意圖，由圖中可以清楚看出，前述觸控裝置1之驅動及感測模組12亦可於量測單元122內部設有複數通道1221分別電性連接至感測線11 2，並於各通道1221另側分別設有類比數位轉換器1223(Analog-to-digital converter，ADC)電性連接至處理器13，以供將各感測訊號轉換為數位訊號並傳輸至處理器13對做後續數位運算使用。且各通道1221另側之類比數位轉換器1223亦可設置於處理器13內，感測訊號在傳送至處理器13後，經由處理器13內部之各類比數位轉換器1223將各感測訊號轉換為數位訊號，以供後續之數位運算使用。

請搭配參閱第七圖所示，係為本發明再一實施例之電路示意圖，由圖中可以清楚看出，前述觸控裝置1之驅動及感測模組12亦可於量測單元122內部設有複數通道1221分別電性連接至感測線112，並於相鄰若干通道1221間分別設有減法電路1224再各別電性連接至處理器13，如於每相鄰二通道1221間分別設有減法電路1224；或於每相鄰三通道1221間分別設有減法電路1224，藉此將各相鄰複數通道1221間之雜訊干擾(如寄生電容、溫度等)透過減法運算以供消除，並得到有較精準之各感測訊號傳輸至處理器13作後續判斷感測面板11之觸控狀態使用。

是以，本發明為主要針對互電容式觸控裝置及其弦波量測方法，其係應用於觸控裝置1，其中，該觸控裝置1於驅動及感測模組12之弦波產生電路以時脈依據弦波產生電路123內部搭載之查表產生有複數弦波，以供透過選擇電路121將弦波循序傳輸至感測面板11之各驅動線111，此時各驅動線111之弦波係分別電容性耦合至各感測線112並產生有感測訊號，而量測單元122亦透過查表分別對各感測線 112之感測訊號進行偵測取得，故本發明以查表即可供產生弦波及偵測各感測訊號，並以此簡化觸控裝置1之迴路傳輸作業，進而增加觸控裝置1之運作效能，故舉凡可達成前述效果之結構、裝置皆應受本發明所涵蓋，此種簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

上述本發明之互電容式觸控裝置及其弦波量測方法於實際使用時，為可具有下列各項優點，如：

(一)本發明藉由弦波產生電路123以時脈依據查表來產生弦波，而量測單元122亦藉由弦波產生電路123所搭載之查表以供偵測取得複數感測訊號，故本發明可透過查表來產生弦波及偵測各感測訊號，並以此簡化觸控裝置1之迴路作業，進而增加觸控裝置1之運作效能。

(二)本發明藉由弦波產生電路123以時脈依據查表產生有複數弦波，而各弦波之各相位正弦值之整數倍數即為該相位之預定電壓值，且各弦波於複數預定量測相位之正弦值的整數倍數為整數值，以供量測單元122透過查表於各感測線112之感測訊號偵測時，能將各弦波於複數預定量測相位之整數值供處理器13做偵測運算，故比起一般之浮點運算而能更簡化偵測各感測訊號之過程，進而可使用低等級之處理器13，以降低本發明之製造成本。

綜上所述，本發明上述互電容式觸控裝置及其弦波量測方法於使用時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之創作，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准 本案，以保障發明人之辛苦創作，倘若 鈞局審委有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，實感德便。

1‧‧‧觸控裝置

11‧‧‧感測面板

111‧‧‧驅動線

112‧‧‧感測線

12‧‧‧驅動及感測模組

121‧‧‧選擇電路

122‧‧‧量測單元

123‧‧‧弦波產生電路

13‧‧‧處理器

Claims (12)

1. 一種互電容式觸控裝置之弦波量測方法，其係應用於互電容式偵測之觸控裝置，該觸控裝置設有感測面板，並於感測面板上設有複數沿第一方向延伸之驅動線及複數沿第二方向延伸之感測線，且各感測線交越於各驅動線，以形成有複數交越點，而驅動及感測模組內部分別設有電性連接至各驅動線之選擇電路以及電性連接至各感測線之量測單元，並於驅動及感測模組內部再設有電性連接至選擇電路及量測單元之弦波產生電路，另於驅動及感測模組外部設有電性連接至量測單元之處理器，且該觸控裝置之驅動及感測模組內部的弦波產生電路搭載有查表，此查表係採用弦波微分的方式，將弦波分為複數段，而各段再分別對應一相位，且各相位正弦值之整數倍數即為該相位之預定電壓值，並於複數特定相位標記為預定量測相位，其步驟流程包括：(A01)弦波產生電路以時脈依據查表產生有複數弦波，並將複數弦波傳輸至選擇電路；(A02)選擇電路將複數弦波循序傳輸至感測面板之各驅動線；(A03)各驅動線之弦波透過各交越點分別電容性耦合至各感測線，並於各感測線上之各交越點分別產生有感測訊號；(A04)量測單元透過弦波產生電路之查表而於各預定量測相位對各感測線上之各感測訊號進行偵測，以取得各交越點之感測訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之互電容式觸控裝置之弦波量測方法，其中該預定量測相位為30°、90°、150°、210°、270°或33 0°。
3. 如申請專利範圍第1項所述之互電容式觸控裝置之弦波量測方法，其中該觸控裝置之驅動及感測模組內部之選擇電路將複數弦波循序傳輸至感測面板之各驅動線時，為隨各驅動線與量測單元之距離增加而遞增供應弦波數量。
4. 如申請專利範圍第1項所述之互電容式觸控裝置之弦波量測方法，其中該觸控裝置之驅動及感測模組於內部之量測單元設有複數通道分別電性連接至感測線，並於各通道另側分別設有電流電壓轉換器再電性連接至處理器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之互電容式觸控裝置之弦波量測方法，其中該觸控裝置之驅動及感測模組於內部之量測單元設有複數通道分別電性連接至感測線，並於各通道分別設有類比數位轉換器再電性連接至處理器。
6. 如申請專利範圍第1項所述之互電容式觸控裝置之弦波量測方法，其中該觸控裝置之驅動及感測模組於內部之量測單元設有複數通道分別電性連接至感測線，並於相鄰若干通道間分別設有減法電路再電性連接至處理器。
7. 一種互電容式觸控裝置，其包括：一感測面板，該感測面板設有複數沿第一方向延伸之驅動線及複數沿第二方向延伸之感測線，且各感測線交叉於各驅動線，以形成有複數交叉點；一驅動及感測模組，內部分別設有電性連接至各驅動線之選擇電路以 及電性連接至各感測線之量測單元，並於驅動及感測模組內部再設有電性連接至選擇電路及量測單元之弦波產生電路，弦波產生電路以時脈依據查表產生有複數弦波，並將複數弦波傳輸至選擇電路，選擇電路將複數弦波循序傳輸至感測面板之各驅動線，各驅動線之弦波透過各交叉點分別電容性耦合至各感測線，並於各感測線上之各交叉點分別產生有感測訊號，量測單元透過弦波產生電路之查表而於各預定量測相位對各感測線上之各感測訊號進行偵測，以取得各交叉點之感測訊號，且該驅動及感測模組內部的弦波產生電路搭載有查表，此查表係採用弦波微分的方式，將弦波分為複數段，而各段再分別對應一相位，且各相位正弦值之整數倍數即為該相位之預定電壓值，並於複數特定相位標記為預定量測相位；以及一處理器，電性連接於驅動及感測模組之量測單元。
8. 如申請專利範圍第7項所述之互電容式觸控裝置，其中該預定量測相位為30°、90°、150°、210°、270°或330°。
9. 如申請專利範圍第7項所述之互電容式觸控裝置，其中該觸控裝置之驅動及感測模組內部之選擇電路將複數弦波循序傳輸至感測面板之各驅動線時，為隨各驅動線與量測單元之距離增加而遞增供應弦波數量。
10. 如申請專利範圍第7項所述之互電容式觸控裝置，其中該觸控裝置之驅動及感測模組於內部之量測單元設有複數通道分別電性連接至感測線，並於各通道另側分別設有電流電壓轉換器再電性連接至處理器。
11. 如申請專利範圍第7項所述之互電容式觸控裝置，其中該觸控裝置之驅動及感測模組於內部之量測單元設有複數通道分別電性連接至感測線，並於各通道分別設有類比數位轉換器再電性連接至處理器。
12. 如申請專利範圍第7項所述之互電容式觸控裝置，其中該觸控裝置之驅動及感測模組於內部之量測單元設有複數通道分別電性連接至感測線，並於相鄰若干通道間分別設有減法電路再電性連接至處理器。