TWI543060B - 校正方法與電容式感測裝置 - Google Patents

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Description

校正方法與電容式感測裝置
本發明係指一種校正方法與電容式感測裝置，尤指一種透過自感偵測協助互感偵測消除雜訊的校正方法與電容式感測裝置。
隨著觸控技術的進步，越來越多的電子裝置改以觸控面板取代傳統的鍵盤或滑鼠，作為主要的輸入裝置。觸控面板為一貼附在顯示器上之裝置，使用者可透過手指觸碰或由觸控筆輕壓面板來操作電子裝置。如此一來，電子裝置能省略傳統的鍵盤配置空間，把空間挪至顯示器，以加大使用者之可視區域。
觸控面板依感應方式區分有電阻式、電容式、光學式及聲波式等，其中電容式觸控面板具有操控靈敏的優點，而廣泛地被應用在各式電子裝置中。電容式觸控面板係根據面板的電容值變化，判斷面板被觸壓的區域。然而，除了製造商預設的面板電容外，面板不可避免地存在非理想的寄生電容。寄生電容會導致觸控偵測訊號產生偏移，導致後續辨識觸控偵測訊號的困難。因此觸控偵測訊號中寄生電容導致的偏移成分實有消除之必要。
因此，本發明的主要目的即在於提供一種校正方法與電容式感測裝置，用來消除面板寄生電容導致的訊號偏移。
本發明揭露一種校正方法，用來校正一電容式感測裝置，該電容式感測裝置可操作於一自感偵測模式及一互感偵測模式，該校正方法包含有以該自感偵測模式偵測一面板之電容變化，以產生一自感輸出訊號；以該互感偵測模式偵測該面板之電容變化，以產生一互感輸出訊號；計算該自感輸出訊號與一自感靜態參數之一自感差異值；以及根據該互感輸出訊號及該自感差異值，校正該互感輸出訊號。
本發明另揭露一種電容式感測裝置，用於一面板，該電容式感測裝置包含有一自感偵測單元，電性耦接於該面板，用來偵測該面板之電容變化，以產生一自感輸出訊號；一互感偵測單元，電性耦接於該面板，用來偵測該面板之電容變化，以產生一互感輸出訊號；一計算單元，電性耦接於該自感偵測單元，用來計算該自感輸出訊號與一自感靜態參數之一自感差異值；以及一校正單元，電性耦接於該計算單元與該互感偵測單元，用來根據該互感輸出訊號及該自感差異值，校正該互感輸出訊號。
請參考第1A圖，第1A圖為一電容式觸控裝置10的示意圖。電容式觸控裝置10包含有一面板100及一類比前端電路120。面板100包含有多個區域102_1～102_N，每個區域的電性可視為一等效電容與一等效電阻之組合，如第1A圖所示。等效電容C1～CN之一端用來接地或接收驅動訊號TX1～TXN。驅動訊號TX1～TXN係輪流饋入面板100，亦即當驅動訊號TX1饋入時，區域102_2～102_N接地；當驅動訊號TX2饋入時，區域102_1、102_3～102_N接地；依此類推。類比前端電路120用來偵測驅動訊號TX1～TXN饋入時一節點130之電壓變化，並產生一輸出訊號Raw_data，以指示面板100上被碰觸的位置。舉例來說，若一手指碰觸區域102_2，驅動訊號TX2饋入面板100時，節點130之電壓將與其他驅動訊號TX1、TX3～TXN饋入時顯著不同，此一差異將反應於輸出訊號Raw_data上，如第2圖所示。如此一來，手指碰觸區域102_2之事件即被偵測出來。
然而，面板100中存在非理想因子，其可以一寄生電容C noise表示，如第1B圖所示。寄生電容C noise會造成節點130之電壓產生偏移，此偏移亦會反應在輸出訊號Raw_data中，亦即Raw_data = Signal_Data + Noise_Data（Signal_Data表示訊號成分、Noise_Data表示偏移成分），如第3圖所示。由於在後續的訊號處理中，以「Raw_data = 0」表示沒有物體碰觸面板區域最容易辨識，因此本發明另提供下述實施例，可消除輸出訊號Raw_data中的偏移成分Noise_Data。
請參考第4圖，第4圖為本發明實施例一電容式感測裝置40之示意圖。電容式感測裝置40用來偵測一面板400之電容變化。電容式感測裝置40包含有一自感偵測單元410、一互感偵測單元420、一計算單元430及一校正單元440。自感偵測單元410用來偵測面板400之電容變化，以產生一自感輸出訊號Raw_Data Self。互感偵測單元420用來偵測面板400之電容變化，以產生一互感輸出訊號Raw_Data Mutual。計算單元430用來計算自感輸出訊號Raw_Data Self與一自感靜態參數BASE_LINE_RX N之一自感差異值β。校正單元440用來根據互感輸出訊號Raw_Data Mutual及自感差異值β，校正互感輸出訊號Raw_Data Mutual，並產生一校正後互感輸出訊號Calibrated_Raw_Data Mutual。
詳細來說，請參考第5、6圖，第5圖為自感偵測單元410之示意圖，第6圖為互感偵測單元420之示意圖。在第5、6圖中，面板400之等效電路與第1B圖之面板100相同，故以相同的符號表示之。自感偵測單元410包含有一類比前端電路412與一自感電容C self。類比前端電路412用來偵測一時脈訊號CLK self饋入時一節點414之電壓變化，並產生自感輸出訊號Raw_Data Self，以指示面板400有無被碰觸（自感偵測模式）。互感偵測單元420包含有一類比前端電路422，類比前端電路422用來偵測驅動訊號TX1～TXN輪流饋入時一節點424之電壓變化，並產生互感輸出訊號Raw_Data Mutual，以指示面板400上被碰觸的位置（互感偵測模式）。互感輸出訊號Raw_Data Mutual包含有一訊號成分Signal_Data與一偏移成分Noise_Data，亦即Raw_Data Mutual= Signal_Data + Noise_Data。偏移成分Noise_Data為寄生電容C noise引起的非理想成分，本發明之目的即在於消除偏移成分Noise_Data，使得校正後互感輸出訊號Calibrated_Raw_Data Mutual= Signal_Data。需注意的是，自感與互感偵測模式可共用同一個類比前端電路，亦即類比前端電路412即為類比前端電路422。
對自感偵測單元410與互感偵測單元420而言，偵測的是同一面板400，代表寄生電容C noise引起的非理想成分於自感輸出訊號Raw_Data Self及互感輸出訊號Raw_Data Mutual中存在一特定的比例關係。因此，本發明之主要精神即在於利用自感偵測單元410所測得之非理想成分消除偏移成分Noise_Data，來計算校正後互感輸出訊號Calibrated_Raw_Data Mutual。
詳細來說，計算單元430計算自感輸出訊號Raw_Data Self與自感靜態參數BASE_LINE_RX N之自感差異值β = Raw_Data Self- BASE_LINE_RX N。需注意的是，自感靜態參數BASE_LINE_RX N為自感偵測單元410在面板400沒有電容變化時輸出的自感輸出訊號Raw_Data Self，可透過實際電路量測或電腦模擬取得。接著，校正單元440計算校正後互感輸出訊號Calibrated_Raw_Data Mutual= Raw_Data Mutual– α*β，其中α表示一倍率參數。如前所述，由於自感偵測單元410與互感偵測單元420偵測的是同一面板400，自感偵測單元410量測到的自感差異值β與互感偵測單元420量測到的偏移成分Noise_Data之間存在Noise_Data = α*β的關係。倍率參數α亦可透過實際電路量測或電腦模擬取得。如此一來，校正後互感輸出訊號Calibrated_Raw_Data Mutual= Raw_Data Mutual– α*β = Signal_Data + Noise_Data – α*β = Signal_Data，可達到消除偏移成分Noise_Data的目的。
上述關於電容式感測裝置40之操作，可整理為一校正流程70，如第7A圖所示。校正流程70包含有下列步驟：
步驟700：開始。
步驟702：自感偵測單元410偵測面板400之電容變化，以產生自感輸出訊號Raw_Data Self。
步驟704：互感偵測單元420偵測面板400之電容變化，以產生互感輸出訊號Raw_Data Mutual。
步驟706：計算單元430計算自感輸出訊號Raw_Data Self與自感靜態參數BASE_LINE_RX N之自感差異值β。
步驟708：校正單元440根據互感輸出訊號Raw_Data Mutual及自感差異值β，計算校正後互感輸出訊號Calibrated_Raw_Data Mutual。
步驟710：結束。
關於校正流程70之功效，請參考第7B、7C圖，第7B圖為校正前的互感輸出訊號Raw_Data Mutual之示意圖。第7C圖為校正後互感輸出訊號Calibrated_Raw_Data Mutual之示意圖。比較第7B、7C圖可知，偏移成分Noise_Data已被消除，表示後續的控制電路可以根據「乾淨」的校正後互感輸出訊號Calibrated_Raw_Data Mutual判讀面板400上被接觸的區域，能顯著提升後續訊號處理的便利性。
本領域具通常知識者可根據不同的應用，調整校正流程70，而不限於第7圖之實施例。舉例來說，校正單元440另可根據自感差異值β，判斷寄生電容C noise引起的偏移成分Noise_Data是否嚴重，若不嚴重，則不需執行校正。具體來說，校正流程70可調整為一校正流程80，如第8圖所示。校正流程80包含有下列步驟：
步驟800：開始。
步驟702：自感偵測單元410偵測面板400之電容變化，以產生自感輸出訊號Raw_Data Self。
步驟704：互感偵測單元420偵測面板400之電容變化，以產生互感輸出訊號Raw_Data Mutual。
步驟706：計算單元430計算自感輸出訊號Raw_Data Self與自感靜態參數BASE_LINE_RX N之自感差異值β。
步驟802：|β| ≧ 一門檻值？若是，進行至步驟804；反之，進行至步驟806。
步驟804：校正單元440設定倍率參數α ≠ 0，並進行至步驟708。
步驟806：校正單元440設定倍率參數α = 0，並進行至步驟708。
步驟708：校正單元440根據互感輸出訊號Raw_Data Mutual及自感差異值β，計算校正後互感輸出訊號Calibrated_Raw_Data Mutual。
步驟808：結束。
校正流程80係由校正流程70所衍伸，故相同之步驟沿用校正流程70之標號。關於新增之步驟802、804、806，簡單來說係校正單元440另於自感差異值β之一絕對值|β|小於門檻值時，設定倍率參數α為零。倍率參數α = 0等同於不執行校正，亦即Calibrated_Raw_Data Mutual= Raw_Data Mutual= Signal_Data + Noise_Data。
綜上所述，為了得到乾淨的互感輸出訊號值，本發明依據電容式感測裝置於自感與互感偵測模式中訊號的關聯性，透過自感輸出訊號消除非理想之互感輸出訊號值偏移成分，進而簡化後續的觸控辨識處理。   以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧電容式觸控裝置
102_1～102_N‧‧‧區域
120、412、422‧‧‧類比前端電路
130、414、424‧‧‧節點
C1～CN‧‧‧等效電容
Cnoise‧‧‧寄生電容
TX、TX1～TXN‧‧‧驅動訊號
Raw_data‧‧‧輸出訊號
Signal_Data‧‧‧訊號成分
Noise_Data‧‧‧偏移成分
40‧‧‧電容式感測裝置
100、400‧‧‧面板
410‧‧‧自感偵測單元
420‧‧‧互感偵測單元
430‧‧‧計算單元
440‧‧‧校正單元
Raw_DataSelf‧‧‧自感輸出訊號
Raw_DataMutual‧‧‧互感輸出訊號
BASE_LINE_RXN‧‧‧自感靜態參數
β‧‧‧自感差異值
Calibrated_Raw_DataMutual‧‧‧校正後互感輸出訊號
Cself‧‧‧自感電容
CLKself‧‧‧時脈訊號
70、80‧‧‧校正流程
700、702、704、706、708、710、800、802、804、806、808‧‧‧步驟
第1A圖為一電容式觸控裝置之示意圖。        第1B圖為一面板之等效電路之示意圖。        第2圖為第1A圖之電容式觸控裝置之一理想輸出訊號之示意圖。        第3圖為第1A圖之電容式觸控裝置之一實際輸出訊號之示意圖。        第4圖為本發明實施例一電容式感測裝置之示意圖。        第5圖為第4圖之電容式感測裝置之一自感偵測單元之示意圖。        第6圖為第4圖之電容式感測裝置之一互感偵測單元之示意圖。        第7A圖為本發明實施例一校正流程之示意圖。        第7B圖為第4圖之電容式感測裝置之一互感輸出訊號之示意圖。        第7C圖為第4圖之電容式感測裝置之一校正後互感輸出訊號之示意圖。        第8圖為本發明實施例一校正流程之示意圖。
40‧‧‧電容式感測裝置
400‧‧‧面板
410‧‧‧自感偵測單元
420‧‧‧互感偵測單元
430‧‧‧計算單元
440‧‧‧校正單元
Raw_DataSelf‧‧‧自感輸出訊號
Raw_DataMutual‧‧‧互感輸出訊號
BASE_LINE_RXN‧‧‧自感靜態參數
β‧‧‧自感差異值
Calibrated_Raw_DataMutual‧‧‧校正後互感輸出訊號

Claims (10)

  1. 一種校正方法，用來校正一電容式感測裝置，該電容式感測裝置可操作於一自感偵測模式及一互感偵測模式，該校正方法包含有： 以該自感偵測模式偵測一面板之電容變化，以產生一自感輸出訊號； 以該互感偵測模式偵測該面板之電容變化，以產生一互感輸出訊號； 計算該自感輸出訊號與一自感靜態參數之一自感差異值；以及 根據該互感輸出訊號及該自感差異值，校正該互感輸出訊號。
  2. 如請求項1所述之校正方法，其中根據該互感輸出訊號及該自感差異值，校正該互感輸出訊號之步驟包含有計算一校正後互感輸出訊號為該互感輸出訊號減去一倍率參數與該自感差異值之積。
  3. 如請求項2所述之校正方法，其中該自感差異值為該自感輸出訊號減去該自感靜態參數之差； 其中該自感靜態參數等於該電容式感測裝置於該自感偵測模式下，沒有電容變化時之該自感輸出訊號。
  4. 如請求項2所述之校正方法，另包含有根據該自感差異值，決定該倍率參數。
  5. 如請求項4所述之校正方法，其中根據該自感差異值，決定該倍率參數之步驟包含有： 當該自感差異值之一絕對值小於一門檻值時，設定該倍率參數為零。
  6. 一種電容式感測裝置，用於一面板，該電容式感測裝置包含有： 一自感偵測單元，電性耦接於該面板，用來偵測該面板之電容變化，以產生一自感輸出訊號； 一互感偵測單元，電性耦接於該面板，用來偵測該面板之電容變化，以產生一互感輸出訊號； 一計算單元，電性耦接於該自感偵測單元，用來計算該自感輸出訊號與一自感靜態參數之一自感差異值；以及 一校正單元，電性耦接於該計算單元與該互感偵測單元，用來根據該互感輸出訊號及該自感差異值，校正該互感輸出訊號。
  7. 如請求項6所述之電容式感測裝置，其中該校正單元另用來計算一校正後互感輸出訊號為該互感輸出訊號減去一倍率參數與該自感差異值之積。
  8. 如請求項7所述之電容式感測裝置，其中該自感差異值為該自感輸出訊號減去該自感靜態參數之差； 其中該自感靜態參數等於該自感偵測單元在沒有電容變化時輸出之該自感輸出訊號。
  9. 如請求項7所述之電容式感測裝置，其中該校正單元另根據該自感差異值，決定該倍率參數。
  10. 如請求項9所述之電容式感測裝置，其中該校正單元另用來於該自感差異值之一絕對值小於一門檻值時，設定該倍率參數為零。
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