TWI528259B - 具專用獨立電源觸控電路之電子裝置 - Google Patents

具專用獨立電源觸控電路之電子裝置 Download PDF

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金上
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Description

具專用獨立電源觸控電路之電子裝置
本發明係關於觸控板之技術領域，尤指一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置。
習知之觸控式平面顯示器係將觸控面板與平面顯示器直接進行上下之疊合，因為疊合之觸控面板為透明之面板，故而影像可以穿透疊合在上之觸控面板顯示影像，再藉由觸控面板作為輸入之媒介或介面。然而這種習知之技藝，因為必須增加一個觸控面板之完整重量，使得平面顯示器重量大幅地增加，不符合現時市場對於顯示器輕、薄、短、小之要求。而且直接疊合觸控面板以及平面顯示器時，將增加觸控面板本身之厚度，因而降低了光線的穿透率，增加反射率與霧度，使螢幕顯示的品質大打折扣。
針對前述之缺點，觸控式平面顯示器改採嵌入式觸控技術。嵌入式觸控技術目前主要的發展方向可分為On-Cell及In-Cell兩種技術。On-Cell技術是將投射電容式觸 控技術的感應電極(Sensor)製作在顯示面板彩色濾光片(Color Filter,CF)的背面(即貼附偏光板面)，整合為彩色濾光片的結構。On-Cell Touch的技術亦可將觸控面板的Sensor作在薄膜上，然後貼合在最上層的上基板的玻璃上。In Cell技術則是將感應電極(Sensor)置入LCD Cell的結構當中。然而，當感應電極置入LCD Cell結構後，由於感應電極與共通電壓層(Vcom)的距離僅有幾微米，因此彼此之間的電容量巨幅驟增，而觸碰的電容變化與之相比微乎其微難以偵測，且距離接近導致源自顯示訊號的干擾更為嚴重。
圖1A係一習知單層觸控面板的透明電極結構之示意圖。如圖1A所示，一透明感應電極11經由一走線12以將該透明感應電極11感應到的電氣訊號輸出。圖1A的單層透明電極結構可實現真實多點觸碰偵測。於使用時，圖1A的單層透明電極結構會與一顯示面板組合。然而單層觸控面板整合入顯示面板內時，該單層透明電極結構會與顯示面板的一共通電壓層(Vcom)之間形成顯著電容，且容易引起雜訊，而降低了偵測觸碰位置之準確度，因此，觸控電路，尤其是內嵌式(In-cell)觸控面板之觸控電路，為一對雜訊極為敏感之電路，故在設計上需儘量避免雜訊之干擾。
圖1B說明觸控電路受到雜訊干擾之示意圖，如圖所示，在一例如智慧型手機之電子裝置中之觸控電路晶片13係以走線14連接感應電極15，據以感應手指碰觸所產生之類比訊號，而電子裝置中另有微處理器16以連接線17連接至其他之電路晶片18或是該觸控電路晶片13， 據以傳輸數位訊號來提供電子裝置之功能，在內嵌式的觸控結構時，該處理器也可以是LCD的顯示驅動電路與共通電壓層(Vcom)，而由於電子裝置之小型化趨勢，該等走線14及連接線17極可能非常接近，且由於電子裝置中的觸控電路晶片13、微處理器16及其他之電路晶片18皆係由單一電池電源所供電，此將導致走線14中之類比訊號極易受到連接線17中之控制訊號所干擾，進而造成觸控感應之錯誤。因此，習知電子裝置之觸控電路設計實仍有予以改善的空間。
本發明之目的主要係在提供一具專用獨立電源觸控電路之電子裝置，當進行觸控感應操作時，可提高觸控感應控制電路觸控感應時的準確度。
依據本發明之一特色，本發明提出一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置，包括一功能電路、複數個觸控感應電極、及一觸控感應控制電路。該功能電路係由一第一電源供電。該複數個觸控感應電極用以感應一外部物件之觸碰。該觸控感應控制電路係由一不同於該第一電源之第二電源供電，該觸控感應控制電路連接至該複數個觸控感應電極，以驅動該複數個觸控感應電極，俾感應該外部物件之觸碰，其中，當進行觸控感應操作時，該第一電源及該第二電源之間無直接之電流迴路或經由一高阻抗形成直接電流迴路。
11‧‧‧感應電極
12‧‧‧走線
13‧‧‧觸控電路晶片
14‧‧‧走線
15‧‧‧感應電極
16‧‧‧微處理器
17‧‧‧連接線
18‧‧‧電路晶片
200,400,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300‧‧‧電子裝置
210‧‧‧功能電路
220‧‧‧觸控感應電極
230‧‧‧觸控感應控制電路
240‧‧‧開關裝置
242‧‧‧高阻抗元件
211‧‧‧第一電源供電
221‧‧‧發射電極
223‧‧‧接收電極
231‧‧‧第二電源供電
241‧‧‧開關元件
410‧‧‧光耦合電路
510‧‧‧電源充電迴路開關
2311‧‧‧可充電電容
710‧‧‧資料傳輸開關
910‧‧‧差動放大器
920‧‧‧第一阻抗
930‧‧‧第二阻抗
940‧‧‧第一電容
950‧‧‧訊號源
圖1A係一習知單層觸控面板的透明電極結構之示意圖。
圖1B係一示意圖說明觸控電路受到雜訊之干擾。
圖2係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置之一實施例的示意圖。
圖3A係本發明具專用獨立電源觸控電路之電子裝置的原理之示意圖。
圖3B係本發明具專用獨立電源觸控電路之電子裝置的原理之另一示意圖。
圖3C係本發明具專用獨立電源觸控電路之電子裝置的原理之又一示意圖。
圖4係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置之另一實施例的示意圖。
圖5係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置之另一實施例的示意圖。
圖6係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置之另一實施例的示意圖。
圖7係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置之另一實施例的示意圖。
圖8係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置之另一實施例的示意圖。
圖9係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置 之另一實施例的示意圖。
圖10係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置之另一實施例的示意圖。
圖11係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置之另一實施例的示意圖。
圖12係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置之另一實施例的示意圖。
圖13係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置之另一實施例的示意圖。
圖2係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置200之一實施例的示意圖。如圖2所示，該具專用獨立電源觸控電路之電子裝置200包括有一功能電路210、複數個觸控感應電極220、一觸控感應控制電路230、及一一開關裝置240，其中，該開關裝置240係為一可切換兩端導通與否之開關元件241，或是包括該開關元件241及跨接於其兩端之一高阻抗元件242，於本實施例中，該開關裝置240係包括有該開關元件241及跨接於其兩端之高阻抗元件242。
該功能電路210係為提供電子裝置200之特定功能的電路，該功能電路210由一第一電源211供電。該功能電路210及第一電源211的接地端為一第一接地(Gdisp)。 該功能電路210可為一顯示控制電路，其連接至一顯示單元(圖未示)以控制顯示單元進行影像之顯示。
複數個觸控感應電極220係用以感應一外部物件之觸碰。如圖2所示，該複數個觸控感應電極220可分為發射電極(TX)221、及接收電極(RX)223。於圖2中僅繪示一個發射電極(TX)221及一個接收電極(RX)223。於實際應用中，係有複數個發射電極(TX)221及複數個接收電極(RX)223，於一觸控面板(圖未示)上分別依據水平方向及垂直方向設置。亦即於本實施例中，係為互電容觸碰感應模式。
該觸控感應控制電路230係由一不同於該第一電源211之第二電源231供電，該觸控感應控制電路230及該第二電源231的接地端為一第二接地(Gtouch)。該觸控感應控制電路230連接至該複數個觸控感應電極220，以驅動該複數個觸控感應電極220，俾感應一外部物件之觸碰。其中，當進行觸控感應操作時，該第一電源211及該第二電源231之間無共同之電流迴路，或經由一高組抗元件形成迴路。
該開關裝置240係連接於該第一電源211的接地端及該第二電源231的接地端之間，用以控制該第一電源211的接地端及該第二電源231的接地端之斷開或連接。亦即當進行觸控感應操作時，該第一電源211及該第二電源231之間係呈斷開而無共同之電流迴路。當非進行觸控感應操作時，該第一電源211及該第二電源231之間係呈連接而 有共同之電流迴路。
該開關裝置240至少包含一開關元件241，其為電晶體開關元件。該開關裝置或者更包含一高阻抗元件242，該高阻抗元件242係跨接於該開關元件241，以防止該功能電路210與該觸控感應控制電路230之間形成靜電位差。該高阻抗元件242可為1MΩ以上的電阻。該開關元件241之閉合或斷開係由該功能電路210控制。在其它實施例中該開關元件241之閉合或斷開可由觸控感應控制電路230所控制。
圖3A係本發明具專用獨立電源觸控電路之電子裝置200的原理之示意。其中左側電流迴路電路之A點與右側電流迴路電路之B點係電氣連接在一起，亦即兩不共地且不共電源之電路之間僅有一共點(A/B)；即A點可視同為B點；如圖3A所示，該A點相對於第二接地(Gtouch)的電壓為(9V*R2)/(R1+R2)，該B點相對於第一接地(Gdisp)的電壓為(5V*R4)/(R3+R4)。亦即右側電路之電源5V對左側電路並無影響，同時左側電路之電源9V對右側電路亦無影響。
圖3B係本發明具專用獨立電源觸控電路之電子裝置200的原理之另一示意圖。如圖3B所示，左右兩側不共地之電路僅有一點相連接(C點即D點)，左側電路包含有一交流訊號源Vt，其係一三角波訊號；右側電路包含有另一交流訊號源Vd，其係一正弦波訊號；由於左右兩電路之間並無共同電流迴路，故示波器A相對於第二接地點(Gt) 在C點所量測到的為一三角波訊號，其振幅為(Vt*Z2)/(Z1+Z2)，其中並無右側正弦波訊號源的成份。同樣的示波器B相對於第一接地點(Gd)在D點所量測到的為一正弦波訊號，其振幅為(Vd*Z4)/(Z3+Z4)，其中並無左側三角波訊號源的成份。亦即左右兩側電路中的交流訊號彼此不會互相影響。
圖3C係本發明具專用獨立電源觸控電路之電子裝置200的原理之又一示意圖。如圖3C所示左右兩側電路不共地，無共同電流迴路且無任何連接點。Ct為左側電路的E點與右側電路的F點之間的雜散電容，Ctdg為左側電路之地點(第二接地點)與右側電路之地點(第一接地點)之間的雜散電容。左側電路包含有一交流訊號源Vt，其係一三角波訊號；右側電路包含有一交流訊號源Vd，其係一正弦波訊號；當Ctdg極小時，其阻抗幾近無限大，故示波器A相對於第二接地(Gt)在E點所量測到的為一三角波訊號，其振幅為(Vt*Z2)/(Z1+Z2)，其中並無右側正弦波訊號源的成份；同樣的示波器B相對於第一接地點(Gd)在F點所量測到的為一正弦波訊號，其振幅為(Vd*Z4)/(Z3+Z4)，其中並無左側三角波訊號的成份。亦即左右兩側電路中的交流訊號彼此不會互相影響。
在圖3B與圖3C中，左右兩側之交流訊號源Vt與Vd可代表無共同電流迴路的兩個電路各別之作動訊號以及疊加在雙方電源上的雜訊，其可能為各種頻律與各式 波形訊號之組合，圖例中的三角波與正弦波只是為方便描述說明，並非以此為限。
由圖3A、圖3B與圖3C可知，當進行觸控感應操作時，由於該第一電源211及該第二電源231之間無共同之電流迴路，因此該功能電路210上的訊號或雜訊不會對該觸控感應控制電路230造成影響，因此可提高該觸控感應控制電路230觸控感應時的靈敏性與準確度。
圖4係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置400之另一實施例的示意圖。其與圖2主要差別在於移除該至少一個開關元件241及該高阻抗元件242，並新增至少一個光耦合電路410，該至少一個光耦合電路410係位於該功能電路210及該觸控感應控制電路230之間，用以於其間傳輸訊號。
圖5係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置500之另一實施例的示意圖。其與圖2主要差別在於新增一電源充電迴路開關510，該電源充電迴路開關510係位於該第一電源211及該第二電源231之間，其中，當非進行觸控感應操作時，該電源充電迴路開關510呈接合，俾讓該第一電源211對該第二電源231的一可充電電容2311進行充電。在本實施例中該等開關元件之閉合與斷開係由該功能電路210所控制。在其它實施例中，該等開關元件之閉合與斷開可由該觸控感應控制電路230控制。
圖6係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置600之另一實施例的示意圖。其與圖5主要差別在於新增至少一個光耦合電路410，該至少一個光耦合電路410係位於該功能電路210及該觸控感應控制電路230之間，用以於其間傳輸訊號。
圖7係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置700之另一實施例的示意圖。其與圖2主要差別在於新增至少一資料傳輸開關710，該至少一資料傳輸開關710係位於該觸控感應控制電路230及該功能電路210之間，其中，當非進行觸控感應操作時，該至少一資料傳輸開關710呈接合，俾讓該觸控感應控制電路230及該功能電路210進行資料傳輸。在本實施例中，該等開關元件係由該功能電路210所控制。在其它可能實施例中，該等開關元件之開合可由該觸控感應控制電路230所控制。
圖8係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置800之另一實施例的示意圖。其與圖6主要差別在於移除該至少一個光耦合電路410，並新增至少一資料傳輸開關710，該至少一資料傳輸開關710係位於該觸控感應控制電路230及該功能電路210之間，其中，當非進行觸控感應操作時，該至少一資料傳輸開關710呈接合，俾讓該觸控感應控制電路230及該功能電路210進行資料傳輸。在本實施例中，該等開關元件之開合係由功能電路210所控制。在其它可能實施例中，該等開關元件之開合可由觸控感應控 制電路230所控制。
圖9係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置900之另一實施例的示意圖。其與圖8主要差別在於：圖8中該複數個觸控感應電極220可分為發射電極(TX)221及接收電極(RX)223，圖9中該複數個觸控感應電極220不再分為發射電極(TX)及接收電極(RX)，亦即圖9為自電容觸碰感應模式。圖9中新增一差動放大器910、一第一阻抗920、一第二阻抗930、一第一電容940、及一訊號源950。圖9中自電容觸碰感應模式的技術為已知，例如可參考本案發明人於美國所申請並已獲准的發明，其公告號為：US 8,704,539 B2。
圖10係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置1000之另一實施例的示意圖。其與圖9主要差別在於移除該第一電容940及第一阻抗920連接至該差動放大器910的正端(+)。
圖11係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置1100之另一實施例的示意圖。其與圖2主要差別在於由互電容觸碰感應模式改為自電容觸碰感應模式。
圖12係本發明一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置1200之另一實施例的示意圖。其與圖8主要差別在於由互電容觸碰感應模式改為自電容觸碰感應模式。
圖13係本發明一種具專用獨立電源觸控電路 之電子裝置1300之另一實施例的示意圖。其與圖4主要差別在於由互電容觸碰感應模式改為自電容觸碰感應模式。
由前述說明可知，本發明當進行觸控感應操作時，由於該第一電源211及該第二電源231之間無共同之電流迴路，因此該功能電路210上的訊號或雜訊不會對該觸控感應控制電路230造成影響，因此可提高該觸控感應控制電路230觸控感應時的準確度。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
200‧‧‧電子裝置
210‧‧‧功能電路
220‧‧‧觸控感應電極
230‧‧‧觸控感應控制電路
241‧‧‧開關元件
242‧‧‧高阻抗元件
211‧‧‧第一電源
221‧‧‧發射電極
223‧‧‧接收電極
231‧‧‧第二電源
240‧‧‧開關裝置

Claims (10)

  1. 一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置，包括：一功能電路，係由一第一電源供電；複數個觸控感應電極，以感應一外部物件之觸碰；一觸控感應控制電路，係由一不同於該第一電源之第二電源供電，該觸控感應控制電路連接至該複數個觸控感應電極，以驅動該複數個觸控感應電極，俾感應該外部物件之觸碰；以及至少一資料傳輸開關，係位於該觸控感應控制電路及該功能電路之間，其中，當非進行觸控感應操作時，該至少一資料傳輸開關呈接合，俾讓該觸控感應控制電路及該功能電路進行資料傳輸，其中，當進行觸控感應操作時，該第一電源及該第二電源之間無共同之電流迴路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具專用獨立電源觸控電路之電子裝置，其中，當進行觸控感應操作時，該第一電源及該第二電源之間係呈斷開而無共同之電流迴路。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之具專用獨立電源觸控電路之電子裝置，其中，當非進行觸控感應操作時，該第一電源及該第二電源之間係呈連接而有共同之電流迴路。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之具專用獨立電源觸控電路之電子裝置，其更包含一個開關元件，係連接於該第一電源的接地端及該第二電源的接地端之間，用以控制該第一電源及該第二電源之斷開或連接。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之具專用獨立電源觸控電路之電子裝置，其中，該開關元件為電晶體開關元件。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之具專用獨立電源觸控電路之電子裝置，其更包含一跨接於該開關元件之高阻抗元件。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之具專用獨立電源觸控電路之電子裝置，其更包含至少一個光耦合電路，係位於該功能電路及該觸控感應控制電路之間，用以於其間傳輸訊號。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之具專用獨立電源觸控電路之電子裝置，其更包一電源充電迴路開關，該電源充電迴路開關係位於該第一電源及該第二電源之間，其中，當非進行觸控感應操作時，該電源充電迴路開關呈接合，俾讓該第一電源對該第二電源進行充電。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之具專用獨立電源觸控電路之電子裝置，其中，該功能電路係為一顯示控制電路，其連接至一顯示單元以控制顯示單元進行影像之顯示。
  10. 一種具專用獨立電源觸控電路之電子裝置，包括：一功能電路，係由一第一電源供電；複數個觸控感應電極，以感應一外部物件之觸碰；一觸控感應控制電路，係由一不同於該第一電源之第二電源供電，該觸控感應控制電路連接至該複數個觸控感應電極，以驅動該複數個觸控感應電極，俾感應該外部物件之觸碰；以及至少一個光耦合電路，係位於該功能電路及該觸控感應控制電路之間，用以於其間傳輸訊號，其中，當進行觸控感應操作時，該第一電源及該第二電源之間無共同之電流迴路。
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