TWI545493B - 利用時域反射法之觸控感測 - Google Patents

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Description

利用時域反射法之觸控感測
本發明係關於觸控感測及螢幕，且更特定而言係關於藉由利用時域反射法(TDR)感測在觸控感測面板及螢幕上被觸控之位置。
本申請案主張優先於在2010年4月30日由James E. Bartling、Padmaraja Yedamale及Jerry Hanauer提出申請且標題為「Touch Sense Using Time Domain Reflectometry」之共同所有之美國臨時專利申請案(序列號61/329,650)；且出於各種目的以引用的方式併入本文中。
觸控感測面板及螢幕係用於使得使用者與家用電器、商業及工業控制面板等等介接之大量應用程式中。可藉由將諸如一手指之一物件放置於由複數個觸控感測器(例如，電容式、電導式、電阻式)配置之一矩陣之特定區域上方來個別地致動該觸控感測器矩陣之複數個觸控感測器。配置於該矩陣中之複數個觸控感測器中之每一者具有一經界定之啟動區域，且一旦已設計好該觸控感測器矩陣，則自其設計佈局之任何變化皆係不可能的。而且，該面板中之觸控感測器矩陣及至其之支援電子設備之製造可係複雜及昂貴的。
因此，期望具有在設計及實施上皆靈活且製造成本低之一觸控面板或螢幕。根據本發明之教示，一觸控面板具有製造於一基板(例如，印刷電路板)上之一蛇形傳輸線，且具有一恆定阻抗。對該觸控面板之一觸控將導致在該觸控位置處之傳輸線之一阻抗改變。時域反射法(TDR)用於藉由在初始脈衝之源處準確地量測傳回脈衝時間且然後將傳回脈衝時間轉變為觸控面板之X-Y座標來判定傳輸線之阻抗改變之位置。
該觸控面板或螢幕、或任一觸控應用程式可實施於具有一個或多個蛇形傳輸線之一基板上。使用一基板上之一(或多個)蛇形傳輸線用於觸控感測會降低製造成本，大大簡化一觸控面板之設計，乃因對於可在何處實施觸控區域及可實施多少觸控區域無實體限制、觸控位置軟體程式實施方案更容易、及與習用觸控感測實施方案相比觸控感測更可靠及準確。
基於本文揭示之計時電路之理論係更充分地闡述於共同擁有之下列專利中：由James E. Bartling之標題為「Measuring a Long Time Period」之美國專利第7,460,441號；由James E. Bartling之標題為「Current-Time Digital-to-Analog Converter」之美國專利申請公開案第2010/0001889號：由James E. Bartling之標題為「Capacitance Measurement Apparatus and Method」之美國專利申請公開案第2008/0204046號；及由Bruce Bohn之標題為「Microchip CTMU for Capacitive Touch Applications」之微芯片應用指南AN1250(在www.microchip.com可得)；其所有皆出於各種目的以引用的方式併入本文中。
根據本發明之一特定實例性實施例，一種用於感測對一基板之一觸控並判定其一位置之方法包括以下步驟：將一第一脈衝發送至製造於包括複數個觸控位置之一基板上之一蛇形傳輸線之一第一端，其中該蛇形傳輸線在其一第二端處未端接；藉助一恆定電流源對一計時電容器進行充電直至在蛇形傳輸線之第一端處接收到一第一觸控傳回脈衝為止；量測該計時電容器上之一第一電壓；及將所量測之第一電壓轉換為在該基板上之一第一位置。該方法進一步包括以下步驟：將一第二脈衝發送至該蛇形傳輸線之第二端，其中該蛇形傳輸線在其第一端處未端接；藉助該恆定電流源對該計時電容器進行充電直至在該蛇形傳輸線之第二端處接收到一第二觸控傳回脈衝為止；量測該計時電容器上之一第二電壓；及將所量測之第二電壓轉換為在該基板上之一第二位置。
根據本發明之另一特定實例性實施例，一種用於感測對一基板之一觸控並判定其一位置之方法包括以下步驟：將一第一脈衝發送至製造於包括複數個觸控位置之一基板上之一蛇形傳輸線之一第一端，其中該蛇形傳輸線在其一第二端處端接有一第一電阻器，該第一電阻器具有大致等於該蛇形傳輸線之一特性阻抗之一電阻；藉助一恆定電流源對一計時電容器進行充電直至在該蛇形傳輸線之該第一端處接收到一第一傳回脈衝為止；量測該計時電容器上之一第一電壓；及將所量測之第一電壓轉換為在該基板上之一第一位置。該方法進一步包括以下步驟：將一第二脈衝發送至該蛇形傳輸線之第二端，其中該蛇形傳輸線在該第一端處端接有一第二電阻器，該第二電阻器具有大致等於該蛇形傳輸線之特性阻抗之一電阻；藉助該恆定電流源對該計時電容器進行充電直至在該蛇形傳輸線之第二端處接收到一第二傳回脈衝為止；量測該計時電容器上之一第二電壓；及將所量測之第二電壓轉換為在該基板上之一第二位置。
根據本發明之再一特定實例性實施例，一種用於感測對一基板之一觸控並判定其一位置之方法包括以下步驟：a)初始化一時間量測裝置之一時間；b)將一脈衝驅動器耦合至製造於包括複數個觸控位置之一基板上之一蛇形傳輸線之一第一端，其中該蛇形傳輸線在其一第二端處未端接；c)開始藉助該脈衝驅動器在該蛇形傳輸線之第一端處發送一脈衝；d)開始該時間量測裝置中之時間；e)偵測是否在該蛇形傳輸線之第一端處接收到由在該基板上之一觸控所致之一負的傳回脈衝，其中在偵測到該負的傳回脈衝之情況下則去至步驟g)，且在未偵測到之情況下則去至步驟f)；f)當在該蛇形傳輸線之第一端處接收到一正的傳回脈衝時偵測來自該蛇形傳輸線之未端接第二端之正的傳回脈衝，其中在偵測到該正的傳回脈衝之情況下則返回至步驟a)，且在未偵測到之情況下則返回至步驟e)；g)停止該時間量測裝置中之時間；h)自該時間量測裝置讀取該時間；及i)將自該事件量測裝置讀取之時間轉換為在該基板上之一觸控位置然後返回至步驟a)。
根據本發明之另一特定實例性實施例，一種用於感測對一基板之一觸控並判定其一位置之方法包括以下步驟：a)初始化一時間量測裝置之一時間並將一觸控計數器中之一計數N設定為N=1；b)將一脈衝驅動器耦合至製造於包括複數個觸控位置之一基板上之一蛇形傳輸線之一第一端，其中該蛇形傳輸線在其一第二端處未端接；c)開始藉助該脈衝驅動器在該蛇形傳輸線之第一端處發送一脈衝；d)開始該時間量測裝置中之時間；e)偵測是否在該蛇形傳輸線之第一端處接收到由在該基板上之一觸控所致之一負的傳回脈衝，其中在偵測到該負的傳回脈衝之情況下則去至步驟g)且在未偵測到之情況下則去至步驟f)；f)當在該蛇形傳輸線之第一端處接收到一正的傳回脈衝時偵測來自該蛇形傳輸線之未端接第二端之正的傳回脈衝，其中在偵測到該正的傳回脈衝之情況下則返回至步驟a)且在未偵測到之情況下則返回至步驟e)；g)對來自時間量測裝置之與在步驟e)中偵測到之負的傳回脈衝相關聯之時間進行取樣；h)將所取樣之時間儲存於具有一位址N之一記憶體位置中；i)遞增N(N=N+1)；j)判定N是否大於M，M係可用於儲存所取樣時間之記憶體位置之數目，其中在N不大於M之情況下則返回至步驟e)且在N大於M之情況下則去至步驟k)；及k)將儲存於記憶體位置中之所取樣時間轉換為在基板上之觸控位置然後返回至步驟a)。
根據本發明之一特定實例性實施例，一種用於感測對一基板之一觸控並判定其一位置之設備包括：一脈衝產生器，其用於產生脈衝；一第一脈衝驅動器，其具有耦合至該脈衝產生器之一輸入及透過一第一電阻器耦合至製造於一基板上之一蛇形傳輸線之一第一端且透過一第二電阻器耦合至該蛇形傳輸線之一第二端之一輸出，其中該第一及第二電阻器各自具有大致等於該蛇形傳輸線之一特性阻抗之電阻；一恆定電流源；一計時電容器；一類比至數位轉換器(ADC)；及一數位處理器；其中該脈衝產生器產生一第一脈衝至該第一脈衝驅動器，該第一脈衝驅動器將該第一脈衝發送至該蛇形傳輸線之第一端，且然後該恆定電流源開始對該計時電容器進行充電直至在該蛇形傳輸線之第一端處接收到一第一傳回脈衝為止；該計時電容器上之一第一電壓電荷係由ADC進行取樣並轉換為一第一數位值；且該數位處理器自該ADC接收該第一數位值並將該第一數位值轉換為在該基板上之一第一位置。該設備進一步包括：一第二脈衝驅動器，其具有耦合至該脈衝產生器之一輸入及透過該第二電阻器耦合至該蛇形傳輸線之第二端並透過該第一電阻器耦合至該蛇形傳輸線之第一端之一輸出；其中該脈衝產生器產生一第二脈衝至該第二脈衝驅動器，該第二脈衝驅動器將該第二脈衝發送至該蛇形傳輸線之第二端，且然後該恆定電流源開始對該計時電容器進行充電直至在該蛇形傳輸線之第二端處接收到一第二傳回脈衝為止；該計時電容器上之一第二電壓電荷係由ADC進行取樣並轉換為一第二數位值；且該數位處理器自該ADC接收第二數位值並將該第二數位值轉換為在該基板上之一第二位置。
根據本發明之另一特定實例性實施例，一種用於感測對一基板之觸控並判定其位置之設備包括：一脈衝產生器，其用於產生一脈衝；一脈衝驅動器，其具有耦合至該脈衝產生器之一輸入及透過一第一電阻器耦合至製造於一基板上之一蛇形傳輸線之一第一端並透過一第二電阻器耦合至該蛇形傳輸線之一第二端之一輸出，其中該第一及第二電阻器各自具有大致等於該蛇形傳輸線之一特性阻抗之電阻；一電壓比較器，其具有負的及正的輸入及一輸出，其中該負的輸入耦合至該蛇形傳輸線之第一端；一電壓參考，其具有耦合至該電壓比較器之正輸入之一參考電壓輸出；一高解析度計時器，其具有耦合至該脈衝驅動器之輸出之一啟用輸入；複數個儲存位置，其用於儲存自該高解析度計時器取樣之複數個觸控時間；一觸控計數器，其在每當電壓比較器偵測到一負的傳回脈衝時便遞增一觸控計數數，其中該負的傳回脈衝表示對基板之一觸控；及一數位處理器，其耦合至該複數個儲存位置；其中該高解析度計時器在脈衝驅動器將脈衝發送至蛇形傳輸線之第一端時開始計時，且每當由電壓比較器偵測到一負的傳回脈衝時便將來自該高解析度計時器之一相關聯時間儲存於由來自觸控計數器之觸控計數數判定之複數個儲存位置中之一各別一者中；且其中該數位處理器讀取儲存於該複數個儲存位置中之時間並將此等時間轉換為在基板上之位置。
可藉由結合附圖參照以上說明來獲得其揭示內容之一更完整理解。
儘管本發明易於進行各種修改及替代形式，但已在該等圖示中展示並在本文中詳細闡述其特定實例性實施例。然而，應瞭解，本說明之特定實例性實施例並不意欲將該揭示內容限定於本文揭示之特定形式，相反，本發明欲涵蓋由隨附申請專利範圍所界定之所有修改及等效物。
現參照圖示，示意性地圖解說明一實例性實施例之細節。圖示中之相同元件將由相同編號表示，且類似元件將由具有一不同小寫字母下標之類似編號表示。
時域反射法(TDR)以與雷達類似之一原理起作用。沿具有一恆定阻抗之一導電路徑(例如，傳輸線)向下傳輸一能量脈衝。在彼脈衝到達導電路徑之一未端接端時，或沿該導電路徑存在一阻抗改變時，將該能量脈衝之部分或全部反射回至其源。在一起緊密接近地放置兩個金屬導體時，其形成具有一特性阻抗之一傳輸線，該特性阻抗係由該等金屬導體之間距及其間之絕緣電介質判定。在該傳輸線以其特性阻抗端接之情況下，在該傳輸線之開始處將不存在回至該脈衝起始處之反射脈衝。在該傳輸線未端接之情況下，則在該傳輸線之開始處將存在回至所傳輸脈衝起始處之一正的反射脈衝。在沿傳輸線之任一處存在一阻抗差時，將產生並順序地偵測到一反射脈衝。此反射脈衝返回至脈衝源位置所花費之時間用於判定已出現阻抗差之距離。沿該傳輸線之一電容增加(例如，手指觸控)將導致所傳回之反射脈衝相對於所產生(所傳輸)脈衝為負。
根據本發明之教示，一TDR電路產生一能量脈衝，然後量測一源脈衝之產生與回至所產生脈衝源之一反射脈衝之偵測之間的時間間隔。此量測之時間間隔用於判定自所產生脈衝之源至致使該反射脈衝之阻抗「凸塊」之距離。可將所量測時間間隔轉換為在導電路徑上之一距離及/或一實體位置(例如，觸控面板之X及Y座標)。可使用一表查找及/或計算用於該時間間隔至距離及/或實體位置之轉換。
參照圖1，繪示根據本發明之教示之一觸控面板或觸控螢幕系統之一示意性方塊圖。一觸控面板或螢幕(通常由數字100表示)包括具有一導電側及一不導電側之一基板110、接近於基板110之不導電側之一恆定阻抗蛇形條帶線112、一混合信號積體電路裝置102、一第一終端電阻器106及一第二終端電阻器104。針對觸控面板，恆定阻抗蛇形條帶線112及基板110可係自一雙側印刷電路板(PCB)製造，其中該PCB之一個側係一連續銅箔(連接至一共用電壓或在節點108處接地)且另一側係蝕刻成如圖1中展示之蛇形條帶線112組態。針對觸控螢幕，一透光絕緣材料具有其上具有蛇形傳輸線112(由透光材料或大致不阻塞穿透其之光之極薄導電材料製成)之一前側，及覆蓋有一透光及導電材料(例如，氧化銦錫(ITO))之一後側。可將一液晶顯示器(LCD)、一發光二極體(LED)顯示器、一電漿顯示器、一有機發光二極體(OLED)顯示器等放置於前述觸控螢幕後面，用於顯示圖形及諸如按鈕、滑塊開關、線規、刻度盤等之其他可視指示。
觸控面板或觸控螢幕之基板之前側上之蛇形條帶線112及後側上之導電層產生一恆定阻抗帶線型之傳輸線，該傳輸線在以其特性阻抗端接時不具有信號反射(例如，電壓駐波比(VSWR)1:1)，而在未端接時具有振幅大致等於所產生脈衝之一正的信號反射。第一及第二終端電阻器106及104具有大致等於蛇形條帶線112之特性阻抗之電阻。然而，在沿蛇形條帶線112之任一處存在一阻抗不匹配時，將把一反射(負信號)脈衝返回至第一次施加所產生(信號)脈衝之端。
一面板操作區域114可被劃分成複數個觸控區域，例如，觸控區域116及118表示兩個此等觸控區域。在將一物件(未展示)(例如，一手指)放置接近於一觸控區域時，受影響之觸控區域中之帶線112之彼部分將改變阻抗。現在存在導致一反射脈衝傳回回至所產生脈衝源之一阻抗「凸塊」。藉由量測反射脈衝到達回至信號源處所花費之時間，可判定自信號源至正觸控之面板操作區域114之一距離。
參照圖2，繪示根據本發明之教示在圖1中展示之一觸控面板或觸控螢幕系統之一脈衝波形之一電壓-計時曲線圖。混合信號積體電路裝置102在節點122(圖1)處產生具有一振幅大約為VDD之一脈衝。由於電阻器106具有與蛇形條帶線112之特性阻抗大致相同之電阻，因此在節點120處之脈衝將在時間150處升高至VDD/2。由對面板操作區域114之一觸控所致之一傳回脈衝具有一負振幅且出現於時間152處。自蛇形條帶線112之開放(未端接)端傳回之所產生脈衝(例如，在圖1中節點124及126皆在一高阻抗處)在時間154處將具有一正振幅(例如，大約VDD/2)，且將添加至原始產生之脈衝振幅在時間154之後導致一更大的正振幅(例如，大約VDD)。藉由偵測由節點120處之電壓振幅改變所致之前緣，使用此三個時間事件(在時間150處偵測達到大約VDD/2之一振幅之一正緣，在時間152處偵測達到小於VDD/2之一振幅之一負緣，及在時間154處偵測達到大約VDD之一振幅之一正緣)判定觸控位置及所產生脈衝應被終止之時間，如下文中更充分地闡述。
參照圖3，繪示根據本發明之一特定實例性實施例在圖1中展示之觸控面板或觸控螢幕系統之一混合信號積體電路裝置之一示意性方塊圖。混合信號積體電路裝置102包括一數位處理器230(具有記憶體)、一類比至數位轉換器232、ADC開關334、第一取樣開關380、第二取樣開關382及一反射脈衝傳回時間量測電路。數位處理器230可係(舉例而言，但不限於)一微控制器、一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一專用積體電路(ASIC)、可程式化邏輯陣列(PLA)及類似裝置。
反射脈衝傳回時間量測電路384包括電壓比較器238及242、自動設定參考與比較器280、充電控制正反器282、分壓電阻器262、264及266、恆定電流源244、充電開關272(正常情況下斷開之開關272a及正常情況下閉合之開關272b)、計時電容器270及放電開關268。比較器238具有一反轉輸出，然而，可在一標準非反轉輸出比較器之輸出上使用一反相器。分壓電阻器262、264及266將 VDD之參考電壓提供給比較器238之負輸入並將 VDD之參考電壓提供給比較器242之負輸入。因此，當在節點120處之一電壓比 VDD更具正性時，比較器238之輸出將轉成一邏輯低或「0」。比較器238之輸出處於邏輯低或「0」致使充電控制正反器282將Q輸出「設定」為一邏輯高或「1」，藉此閉合充電開關272a，其中計時電容器270開始自恆定電流源244進行充電。當在節點120處之電壓比 VDD更具正性時，比較器242之輸出將係在一邏輯高或「1」處。此預示所產生脈衝已自節點124處之蛇形條帶線112之另一端(其係開放的)(處於高阻抗處)返回。比較器242藉助一脈衝結束(EoP)輸出信號來對處理器230指示此情況。一旦此情況發生，則處理器230停止產生該脈衝。
自動設定參考與比較器280起到如下作用：在比較器238偵測到一正走向緣時，對在節點120處之所產生脈衝之電壓振幅進行取樣並儲存為一觸控傳回脈衝參考電壓減一偏移電壓，例如大約為VDD/2-ΔV。在將觸控傳回脈衝負電壓添加至節點120處之所產生脈衝電壓時，所得電壓將小於VDD/2-ΔV(見圖2)，則來自自動設定參考與比較器280之輸出轉成一邏輯「0」，重設充電控制正反器282以致使充電開關272a斷開，藉此停止計時電容器270之充電。
數位處理器230控制裝置102之電路之所有操作如下。在產生一源脈衝之前，透過放電開關268將計時電容器270完全放電。出於清晰闡釋之目的展示開關符號，然而，正常情況下將針對此等開關使用一半導體裝置。一旦計時電容器270被完全放電，則斷開放電開關268。接下來，由數位處理器230產生一脈衝並將其發送至第一脈衝驅動器236。在將所產生脈衝發送至第一脈衝驅動器236之前或與此同時地，將第二脈衝驅動器254之輸出設定為一高阻抗(例如，三態邏輯)以使得節點124及126係有效地處於一高阻抗處。現在，在節點124處之蛇形條帶線112之第二端係有效地開放，藉此如上文所述傳回所產生脈衝。本發明涵蓋且亦在本發明之範疇內的是，可將第二脈衝驅動器254設定為一邏輯低或「0」藉此將節點126接地。藉由將節點126接地，將在節點124處連接之蛇形條帶線112之第二端以其特性阻抗(例如，第二終端電阻器104之電阻)有效地端接且將不產生傳回脈衝。因此，可使用來自蛇形條帶線112之未端接第二端之一傳回脈衝結束如上文所述之產生脈衝，或處理器230可產生具有一固定持續時間之一脈衝至蛇形條帶線112之一端接第二端中。任一方式皆將實現期望之結果。可使用複數個脈衝來判定觸控。在使用一未端接(遠端)第二端時，可在偵測到各別產生之脈衝返回時終止該複數個脈衝中之每一者。在使用一端接(遠端)第二端時，該複數個脈衝中之每一者可具有固定的接通及斷開時間。
在第一脈衝驅動器236之輸出係處於一邏輯低「0」時，節點120處之電壓係在大致零伏處。因此，電壓比較器238之正輸入係在小於 VDD處，充電開關272a係斷開的，且恆定電流短路開關272b係閉合的。
在將來自第一脈衝驅動器236之輸出之一所產生脈衝施加至節點122時，此所產生脈衝在節點120處之振幅將係在約 VDD處，乃因第一終端電阻器106之電阻與蛇形條帶線112之特性阻抗大致相同，且兩者皆與第一脈衝驅動器236(亦即一 VDD分壓器)之輸出串聯。因此，在電壓比較器238之正輸入處之電壓係約 VDD且該電壓比較器之輸出係在一邏輯低「0」處。在比較器238之輸出轉成一邏輯低或「0」時，「設定」充電控制正反器282且其Q輸出轉成一邏輯高或「1」，藉此閉合充電開關272a，其中計時電容器270開始自恆定電流源244進行充電。
計時電容器270之充電形成由充電開關272a閉合之時間長度判定之一電壓。在沿蛇形條帶線112之任一部分出現一阻抗不匹配(例如，在一觸控區域處之觸控)之情況下，將在相依於此阻抗不匹配與在節點120處所產生脈衝之源的距離之一時間處產生一反射脈衝。
在自動設定參考與比較器280之輸出轉成一邏輯低或「0」時，比較器238獲取在節點120處所產生脈衝電壓之一樣本。儲存並藉由減去一ΔV來修改此經取樣之脈衝電壓，此導致由一反射觸控脈衝比較器594使用之一反射觸控脈衝參考電壓VDD/2-ΔV(例如，見圖5)。
在一反射觸控脈衝傳回至節點120時，節點120處之電壓將減小，且在返回觸控脈衝電壓比較器594(圖5)之一正輸入處之電壓亦減小。假設在節點120處之電壓(源脈衝與反射脈衝振幅之和)小於VDD/2-ΔV，則在電壓比較器592之正輸入處之電壓亦小於VDD/2-ΔV且其輸出轉成一邏輯低「0」，藉此重設正反器282。其後，充電開關272a斷開且恆定電流源244停止對計時電容器270進行充電。
在充電開關272a斷開時，計時電容器270上之電壓電荷現在表示在第一次產生源脈衝時與在傳回觸控脈衝到達節點120時之間的時間間隔。然後透過多工器開關234對此電壓電荷進行取樣並至ADC 232，ADC 232將此類比電壓轉換為其一數位表示。數位處理器230接收ADC 232之輸出，該輸出係計時電容器270上之電壓電荷之一數位表示。數位處理器230現在可藉由使用儲存於記憶體中之一查找表中之值及/或藉由計算電壓至時間轉換(其中該時間表示蛇形條帶線112上之阻抗改變之距離)而將此數位電壓資訊轉換為面板操作區域114上之一X-Y位置。亦可在已製造一觸控面板(或螢幕)及/或在(例如)欄位中重校準之後來判定電壓至X-Y位置轉換值之校準，欄位校準觸控位置值係儲存於數位處理器230之記憶體中。儲存觸控位置值之記憶體可係非揮發性的，例如電可抹除可程式化記憶體、快閃記憶體及類似記憶體。本文揭示之觸控面板(或螢幕)100係極為靈活且易於實施的。
在如上文所述使用蛇形條帶線112之第二端之端接之情況下，一時間間隔僅需足夠長以用於在蛇形條帶線112之長度(已知)之兩倍上傳播一脈衝。舉例而言，當不存在出現於蛇形條帶線112上之阻抗「凸塊」之情況下，則將不存在返回觸控脈衝，乃因其另一端係以其特性阻抗端接(第二終端電阻器104)，且計時電容器272將充電至一最大電壓值。由於數位處理器230程式知曉此最大時間及最大電壓值，因此TDR量測時間間隔僅需與此最大時間(例如，最大電壓值)一樣長。而且，可選擇計時電容器270及恆定電流源244之值，以使得在最大時間處計時電容器270上之電壓電荷係在ADC 232之滿刻度解析度下。因此，根據本發明之教示，可發生非常快速及準確的觸控取樣及偵測。
另一方面，蛇形條帶線112之第二端可未端接，且可在節點120處接收一線傳回脈衝結束，如下文更充分地闡述。然後，處理器230可使用來自比較器242之線傳回脈衝結束(EoP)之偵測來自動地終止所產生脈衝。此特徵消除不得不知曉蛇形條帶線112之長度或預定所產生脈衝時間之需要。亦有利地係，使用EoP偵測信號替代觸控傳回脈衝信號偵測以藉由允許比較器242之輸出終止計時電容器270之充電然後量測計時電容器270上之電壓以判定蛇形條帶線112之長度來判定蛇形條帶線112之實際長度。
可藉由使用一可程式化DAC作為對一個比較器之一參考來將比較器238及594之功能進一步組合成該單個比較器，其中該單個比較器可在產生脈衝至節點120中之前被設定為VDD/2，然後被設定為在節點120處之所量測電壓減去ΔV，例如VDD/2-ΔV。
在由James E. Bartling之標題為「Measuring a Long Time Period」之共同所有之美國專利第7,460,441號中、由James E. Bartling之標題為「Current-Time Digital-to-Analog Converter」之美國專利申請公開案第2010/0001889號中、由James E. Bartling之標題為「Capacitance Measurement Apparatus and Method」之美國專利申請公開案第2008/0204046號中、及由Bruce Bohn之標題為「Microchip CTMU for Capacitive Touch Applications」之微芯片應用指南AN1250(可在www.microchip.com獲得)中更充分闡述之一充電時間量測單元(CTMU)可有效地用於針對觸控傳回脈衝及傳輸線端傳回脈衝兩者判定傳回脈衝時間，如下文，該等文獻皆出於各種目的以全文引用之方式併入本文中。在依據所產生脈衝之偵測而形成一正緣時CTMU開始對計時電容器進行充電，然後在依據觸控傳回脈衝之偵測而形成一負緣時CTMU停止對計時電容器進行充電。另外，在一測試/設置模式期間，可使用來自比較器242之一正緣來停止對計時電容器進行充電，而非依據觸控傳回脈衝之偵測使用該負緣。
第一及第二取樣開關380及382可交替地操作，其中在正判定在節點120處之時間量測時，由ADC 232及數位處理器230處理在節點124處獲取之先前判定之時間量測，且反之亦然。因此，一優勢係可同時判定一時間量測及一觸控X-Y位置。另一優勢係可判定兩個同時觸控(例如，做手勢)。再一優勢係可藉由至少兩個不同的時間量測及各別位置計算來驗證所觸控之X-Y位置，亦即量測自阻抗凸塊至在節點120處連接之端的反射脈衝之時間，並轉換為相關聯X-Y位置，然後自連接至節點124之另一端如此做。該至少兩個所計算之X-Y位置應大致相同。其間之任何差異可經平均以獲得所觸控之實際X-Y位置之一更精細解析。
參照圖4，繪示根據本發明之另一特定實例性實施例在圖1中展示之觸控面板或觸控螢幕系統之一混合信號積體電路裝置之一示意性方塊圖。混合信號積體電路裝置102a包括一數位處理器230(具有記憶體)、一類比至數位轉換器232、多工器開關234、一第一脈衝驅動器236、一第二脈衝驅動器254及第一及第二反射脈衝傳回時間量測電路384及384a。數位處理器230可係(舉例而言，但不限於)一微控制器、一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一專用積體電路(ASIC)、可程式化邏輯陣列(PLA)及類似裝置。
在圖4中展示之第一反射脈衝傳回時間量測電路384及384a之操作以與圖3中展示及上文所闡述之反射脈衝傳回時間量測電路大致相同之方式運作。出於混合信號裝置102a設計之經濟目的，計時電容器270可係ADC 232之部分(例如，取樣與保持電容器)，且開關234亦可係ADC 232之部分(例如，取樣開關)。
數位處理器230控制裝置102之電路之所有操作如下。在產生一源脈衝之前，透過放電開關268將計時電容器270完全放電。出於清晰闡釋之目的展示開關符號，然而，正常情況下將針對此等開關使用一半導體裝置。一旦將計時電容器270完全放電，則斷開放電開關268。接下來，由數位處理器230產生一脈衝並將其發送至第一脈衝驅動器236。在將所產生脈衝發送至第一脈衝驅動器236之前或與此同時地，將第二脈衝驅動器254之輸出設定為一高阻抗(例如，三態邏輯)以使得節點124及126係有效地處於一高阻抗處。現在，在節點124處之蛇形條帶線112之第二端係有效地開放，藉此如上文所述傳回所產生脈衝。本發明涵蓋且亦在本發明之範疇內的是，可將第二脈衝驅動器254設定為一邏輯低或「0」藉此將節點126接地。藉由將節點126接地，將在節點124處連接之蛇形條帶線112之第二端以其特性阻抗(例如，第二終端電阻器104之電阻)有效地端接且將不產生傳回脈衝。因此，可使用來自蛇形條帶線112之未端接第二端之一傳回脈衝結束如上文所述之產生脈衝，或處理器230可產生具有一固定持續時間之一脈衝至蛇形條帶線112之一端接第二端中。任一方式皆將實現期望之結果。
在第一脈衝驅動器236之輸出係處於一邏輯低「0」時，在節點120處之電壓係在大致零伏處。因此，電壓比較器238之正輸入係在小於 VDD處，充電開關272a係斷開的，且恆定電流短路開關272b係閉合的。
在將來自第一脈衝驅動器236之輸出之所產生脈衝施加至節點122時，在節點120處之此所產生脈衝之振幅將係約 VDD，乃因第一終端電阻器106之電阻與蛇形條帶線112之特性阻抗大致相同，且二者皆與第一脈衝驅動器236(亦即一 VDD分壓器)之輸出串聯。因此，在電壓比較器238之正輸入處之電壓係約 VDD且其輸出係在一邏輯高「1」處。而且，在電壓比較器242之正輸入處之電壓係低於3/4 VDD且其輸出係在一邏輯低「0」處。
第一及第二反射脈衝傳回時間量測電路交替地操作，其中在判定第一時間量測時，由ADC 232及數位處理器230處理先前判定之第二時間量測，且反之亦然。因此，一優勢係可同時判定一時間量測及一所觸控X-Y位置。另一優勢係可判定至少兩個同時觸控(例如，做手勢)。再一優勢係可藉由至少兩個不同的時間量測及各別位置計算來驗證所觸控之X-Y位置，亦即量測自阻抗凸塊至在節點120處連接之端的反射脈衝之時間，並轉換為相關聯X-Y位置，然後對於自連接至節點124之另一端進行相同處理。該至少兩個所計算之X-Y位置應大致相同。其間之任何差異可經平均以獲得所觸控之實際X-Y位置之一更精細解析。
參照圖5，繪示在圖3及圖4中展示之脈衝緣偵測器之一特定實例性實施例之一更詳細示意圖。所反射脈衝傳回時間量測電路384包括電壓比較器238、242及594、一取樣與保持電壓參考590、充電控制正反器282、分壓電阻器262、264及266、恆定電流源244及一ΔV減壓二極體594。比較器238具有一反轉輸出，然而，可在一標準無反轉輸出比較器之輸出上使用一反相器。分壓電阻器262、264及266將 VDD之參考電壓提供給比較器238之負輸入並將VDD之參考電壓提供給比較器242之負輸入。因此，當在節點120處之一電壓比 VDD更具正性時，比較器238之輸出將轉成一邏輯低或「0」。處於邏輯低或「0」之比較器238之輸出致使充電控制正反器282將Q輸出「設定」為一邏輯高或「1」，藉此閉合充電開關272a，其中計時電容器270開始自恆定電流源244進行充電。當在節點120處之電壓比 VDD更具正性時，比較器242之輸出將係在一邏輯高或「1」處。此預示所產生脈衝已自蛇形條帶線112之另一端節點124處(其係開放的，即處於高阻抗處)返回。比較器242藉助一脈衝結束(EoP)輸出信號來對處理器230指示此情況。一旦此情況出現，則處理器230終止所產生脈衝。
取樣與保持電壓參考590將在比較器238之輸出轉成一邏輯低或「0」之後對節點120處之電壓取樣及儲存。此經取樣及儲存之電壓係所產生脈衝之電壓振幅。二極體592用於將來自取樣與保持電壓參考590之所儲存電壓降至比來自取樣與保持電壓參考590之電壓小ΔV之一參考電壓，且並將其施加至比較器594之負輸入。只要在節點120處不接收觸控傳回脈衝，比較器594之輸出就將維持於一邏輯高或「1」處。然而，當在節點120處接收到一觸控傳回脈衝時，其負電壓振幅(圖2)將致使在比較器594之正輸入處(來自節點120)之電壓降至低於比較器594之負輸入處之參考電壓處。當此情況發生時，重設正反器282且開關272a斷開，藉此停止計時電容器270之充電。已在上文更充分地闡述比較器242之操作。
參照圖6，繪示在圖3及圖4中展示之脈衝緣偵測器之另一特定實例性實施例之一更詳細示意圖。反射脈衝傳回時間量測電路384a包括電壓比較器694及242、一可程式化電壓參考694、一類比至數位轉換器(ADC)690、分壓電阻器662及266及一充電時間量測單元(CTMU)控制件696。分壓電阻器662及266將一參考電壓 VDD提供至比較器242之負輸入。當節點120處之電壓比 VDD更具正性時，比較器242之輸出將係在一邏輯高或「1」處。此預示所產生脈衝已自節點124處之蛇形條帶線112之另一端(其係開放的，即處於高阻抗處)傳回。比較器242藉助一脈衝結束(EoP)輸出信號來對處理器230及/或CTMU控制件696指示此情況。一旦此情況發生，則處理器230終止所產生脈衝。
比較器692與可程式化電壓參考694組合地提供一雙功能如下。當在節點120處產生一脈衝之前，將可程式化電壓參考設定為大約VDD/4。其中當節點120處之脈衝振幅電壓大於VDD/4時比較器692輸出將自一邏輯低「0」轉成一邏輯高「1」(正緣)，藉此指示在節點120處之所產生脈衝之開始。在所產生脈衝之開始之後，ADC 690將節點120處之脈衝振幅電壓轉換為一數位值，並將此數位值發送至可程式化電壓參考694。然後可程式化電壓參考694自此數位值減去一ΔV並藉此產生一新參考電壓V脈衝振幅-ΔV作為施加至比較器692之負輸入之電壓參考。當比較器692之正輸入上之電壓係在V脈衝振幅處時，其輸出將維持於一邏輯高「1」處。
當具有一負振幅之一觸控傳回脈衝到達回節點120處時，節點120處之電壓將降至低於V脈衝振幅-ΔV，且致使比較器692之輸出轉成一邏輯低「0」(負緣)。來自比較器692之正緣可用於由CTMU控制件開始對計時電容器270進行充電，且來自比較器692之正緣可用於停止對計時電容器270進行充電。計時電容器270上之電壓係用於如上文所述判定觸控位置。
除通知處理器230結束所產生脈衝外，來自比較器242之EoP信號亦可用於在一測試及設置模式期間與CTMU控制件696一起使用以如上文所述判定蛇形條帶線112之長度。
本發明涵蓋且亦在本發明之範疇內的是，混合信號積體電路裝置102之諸多其他實施方案係可能的，且熟習混合信號積體電路裝置技術且受益於本發明者可設計一等效裝置。
參照圖7，繪示根據本發明之一特定實例性實施例在圖1中展示之觸控面板系統之操作之一示意性過程流程圖。在步驟702處，將一脈衝發送至螺旋傳輸(帶)線之一第一端中。在步驟703中，監測螺旋傳輸(帶)線之第一端以偵測具有大於 VDD之一振幅之一脈衝之開始(正緣)。一旦偵測到該脈衝之開始，則步驟704開始自恆定電流源對計時電容器進行充電。
在步驟706中，監測螺旋傳輸(帶)線之第一端以偵測致使該線變得更具負性之一返回觸控脈衝，藉此產生在步驟708中停止計時電容器之充電之一負走向信號源。在步驟710中，量測計時電容器上之電壓電荷，且在步驟712中將此量測電壓轉換為觸控面板上之一X-Y座標。在步驟714中，與步驟712同時地，移除計時電容器電荷(短路至共同點或接地)以製備用於下一脈衝計時事件。當在步驟706中未偵測到傳回觸控脈衝之情況下，步驟716將仍操作如下。
在步驟716中，監測螺旋傳輸(帶)線之第一端以偵測在步驟702中產生之脈衝之一返回。當所產生脈衝自螺旋傳輸(帶)線之一開放第二端傳回時，在其第一端處之電壓將增加至大於 VDD。一旦偵測到所產生脈衝返回，則在步驟718中無需再斷定該脈衝。可預期對觸控面板之一個或多個觸控而連續地重複前述週期。只要對觸控面板之觸控之偵測係期望的，此等脈衝時間量測序列及位置判定就繼續。步驟716係可選的，其中所產生脈衝可具有固定的脈衝時間接通及斷開持續時間，且藉此將自動地開始及停止。
參照圖8，繪示根據本發明之另一特定實例性實施例在圖1中展示之觸控面板系統之操作之一示意性過程流程圖。在步驟802處，將一脈衝發送至螺旋傳輸(帶)線之一第二端中。在步驟803中，監測螺旋傳輸(帶)線之第二端以偵測具有大於 VDD之一振幅之一脈衝之開始(正緣)。一旦偵測到該脈衝之開始，則步驟804開始自恆定電流源對計時電容器進行充電。
在步驟806中，監測螺旋傳輸(帶)線之第二端以偵測致使該線變得更具負性之一傳回觸控脈衝，藉此產生在步驟808中停止計時電容器之充電之一負走向信號緣。在步驟810中，量測計時電容器上之電壓電荷，且在步驟812中將此量測電壓轉換為觸控面板上之一X-Y座標。在與步驟812同時之步驟814中，移除計時電容器電荷(短路至共用地或接地)以製備用於下一脈衝計時事件。當在步驟806中未偵測到返回觸控脈衝之情況下，步驟816仍將操作如下。
在步驟816中，監測螺旋傳輸(帶)線之第二端以偵測在步驟802中產生之脈衝之一傳回。當所產生脈衝自螺旋傳輸(帶)線之一開放第二端返回時，在其第二端處之電壓將增加至大於 VDD。一旦偵測到所產生脈衝，則在步驟818中將無需再斷定該脈衝。預期對觸控面板之一個或多個觸控，可與圖7中闡述之步驟連續地交替前述週期。只要對觸控面板之觸控之偵測係期望的，此等脈衝時間量測序列及位置判定就繼續。步驟816係可選的，其中所產生脈衝可具有固定的脈衝時間接通及斷開持續時間，且藉此將自動地開始及停止。
參照圖9，繪示根據本發明之再一特定實例性實施例在圖1中展示之用於偵測及判定一單個觸控之位置之觸控面板系統或觸控螢幕之操作之一示意性過程流程圖。在步驟902中，將時間量測初始化(例如，設定為零時間)。在步驟904中，將脈衝驅動器連接至蛇形傳輸線之一個端，且蛇形傳輸線之另一端(例如)以高阻抗斷開。在步驟906中，在蛇形傳輸線之脈衝驅動器連接端處產生一脈衝，且在步驟908中開始該時間量測。步驟910偵測何時出現由於對蛇形傳輸線之一個端之一觸控傳回所致之一負脈衝。當在步驟910中偵測到一負脈衝時，在步驟916中停止及然後讀取該時間量測。在步驟918中將所讀取之時間量測轉換為X-Y座標(表示觸控位置)，然後返回至步驟902。當在步驟912中偵測到來自該傳輸線之該端之一正脈衝時，則返回至步驟902。
參照圖10，繪示根據本發明之再一特定實例性實施例在圖1中展示之用於偵測及判定複數個觸控之位置之觸控面板系統或觸控螢幕之操作之一示意性過程流程圖。在步驟1002中，將時間量測初始化(例如，設定為零時間)且將一N計數設定為一(1)。在步驟1004中，將脈衝驅動器連接至蛇形傳輸線之一個端，且該蛇形傳輸線之另一端(例如)以高阻抗斷開。在步驟1006中，在蛇形傳輸線之脈衝驅動器連接端處產生一脈衝，且在步驟1008中開始時間量測。步驟1010偵測何時出現由於對蛇形傳輸線之一個端之一觸控返回所致之一負脈衝。當在步驟1010中偵測到一負脈衝時，在步驟1014中對時間量測進行取樣，且在步驟1016中將所取樣之時間量測儲存於位置N處。步驟1018將N計數遞增一，且然後步驟1020判定N計數是否大於M，其中M係所取樣之時間量測儲存位置之數目。在N大於M之情況下，則在步驟1022中將所儲存之時間量測轉換為表示觸控位置之X-Y座標。在N不大於M之情況下，則返回至步驟1010。當在步驟1012中偵測到來自傳輸線之端之一正脈衝時，則回至步驟1002。
參照圖11，繪示根據本發明之再一特定實例性實施例在圖1中展示之觸控面板或觸控螢幕系統之一混合信號積體電路裝置之一示意性方塊圖。混合信號積體電路裝置102b包括一數位處理器230(具有記憶體)、一高解析度計時器1160、一觸控計數器1156、觸控時間儲存器1158、一脈衝驅動器236、一電壓比較器1152、一電壓參考1150及一AND閘1154。數位處理器230可係(舉例而言，但不限於)一微控制器、一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一專用積體電路(ASIC)、可程式化邏輯陣列(PLA)及類似裝置。
數位處理器230耦合至驅動連接至一第一終端電阻器106之節點122之一脈衝驅動器236。第一終端電阻器106可具有與蛇形條帶線112之特性阻抗大致相同之電阻值。在將來自第一脈衝驅動器236之輸出之一所產生脈衝施加至節點122時，在節點120處之所產生脈衝之振幅將係約VDD/2，乃因第一終端電阻器106之電阻與蛇形條帶線112之特性阻抗大致相同，且兩者皆與第一脈衝驅動器236(亦即，一VDD/2分壓器)之輸出串聯。
來自電壓參考1150之一電壓耦合至電壓比較器1152之正輸入，且係大約VDD/2-ΔV。將電壓比較器1152之負輸入耦合至節點120。當在節點120處之電壓小於VDD/2-ΔV(例如，0伏)(無產生脈衝)時，其輸出係在一邏輯低「0」處。當在節點120處之電壓大於VDD/2-ΔV(例如，VDD/2伏)(所產生脈衝之振幅)時，其輸出係在一邏輯高「1」處。
來自數位處理器230之所產生脈衝可係以一固定持續時間，或可藉由自節點124處之未端接(開放式)端返回之反射脈衝終止，如上文更充分地闡述。為便於闡釋此實施例，將針對某一可選時間週期以可選時間間隔(例如但不限於，當不偵測到觸控時每100毫秒地且當偵測到一觸控時每1毫秒地)由數位處理器重複固定持續時間之一所產生脈衝。所產生脈衝之固定持續時間僅在時間上足夠長地使所產生脈衝自節點120穿行至節點124，且然後傳回至蛇形條帶線112之節點120。所產生脈衝之終止時間可係變化的，例如在尚未偵測到觸控時每時間間隔產生極少脈衝，且在偵測到至少一個觸控時，每時間間隔產生更頻繁的脈衝。
由於在圖11中展示之實施例產生固定持續時間之脈衝，因此連接至蛇形條帶線112之第二端之節點124可係開放、短路、或以蛇形條帶線112之特性阻抗端接。此實施例亦可同等地作用於如針對在圖3中展示之實施例更充分闡述之一返回產生脈衝偵測器。
當脈衝驅動器236之輸出係在一邏輯低「0」處時，節點120處之電壓係在大致零伏處，電壓比較器1152之負輸入小於VDD/2-ΔV，且比較器1152之輸出係在一邏輯高「1」處。然而，AND閘1154使其輸出中之一者在邏輯低「0」處，以使得其輸出維持於邏輯低「0」處。而且，在觸控計數器1156之啟用輸入係在邏輯低「0」處時將其設定為零(0)計數。只要高解析度計時器1160之連接至第一脈衝驅動器236之輸入維持於邏輯低「0」處，其就維持為時間零(0)。
一旦在節點120處產生一脈衝，則比較器1152之負輸入轉成大約VDD/2且比較器1152之輸出轉成一邏輯低「0」。高解析度計時器1160係在其輸入處於一邏輯一「1」時啟用並開始計時，如下文更充分闡述。AND閘1154使一個輸入在一邏輯一「1」處且另一輸入(比較器1152之輸出)在一邏輯低「0」處。當在節點120處接收回由一觸控所致之一負走向傳回脈衝時，在比較器1154之負輸入處之電壓將小於VDD/2-ΔV，且比較器1154之輸出將轉成一邏輯高「1」。現在AND閘1154之兩個輸入皆將處於邏輯一「1」處，且AND閘1154之輸出將藉此轉成一邏輯一「1」。
當AND閘1154之輸出轉成邏輯一「1」時，將獲取與該觸控傳回脈衝相關聯之時間值之一樣本並將其儲存於觸控時間儲存器1158中。而且觸控計數器1156將遞增。使用來自觸控計數器1156之計數針對在所產生脈衝之持續時間期間接收之每一觸控傳回脈衝選擇一不同的時間值儲存構件，例如，一第一觸控傳回脈衝時間將被儲存於一第一時間值儲存構件中，一第二觸控傳回脈衝時間將被儲存於一第二時間值儲存構件中，等等。在觸控計數器1156溢出(由接收過多所偵測觸控傳回脈衝所致)之情況下，則數位處理器可較早地終止所產生脈衝並開始一新產生脈衝，藉此重設觸控計數器1156。數位處理器230可讀取在所產生脈衝時間間隔期間或一其後的任一時間處所捕獲之觸控傳回脈衝時間。可在每一所產生脈衝結束時重設或覆寫觸控時間儲存器1158。
本發明涵蓋且在本發明範疇內的是，當如針對上文在圖3及圖4中展示之實施例更充分地闡述且藉助其所有前述權益來實施在節點120及124處交替產生之脈衝時，可利用二倍的高解析度計時器1160、觸控時間儲存器1158及觸控計數器1156。
參照圖12，繪示在圖11中展示之觸控面板或觸控螢幕系統之混合信號積體電路裝置之操作之一示意性時間-振幅曲線圖。當所產生脈衝1280轉成一邏輯高「1」時，在節點120處之電壓1282將轉成大約VDD/2。然而，當出現一觸控傳回脈衝1284時，電壓1282將降至低於VDD/2-ΔV，並觸發與彼(等)觸控傳回脈衝1284相關聯之時間值1286之一觸控時間「捕獲」(由編號為1至6之垂直虛線表示)，如上文更充分地闡述。
參照圖13，繪示根據本發明之一特定實例性實施例之一精確時間參考、多次觸控時間捕獲及觸控時間儲存電路之一更詳細示意圖。一高解析度計時器1160a包括一恆定電流源244、一計時電容器270及開始/停止時間開關272。當脈衝驅動器236之輸出在一邏輯低「0」處時，將開關272a斷開且將開關272b及272c閉合。計時電容器270上之電壓電荷將係大致零(0)伏。當脈衝驅動器236之輸出轉成一邏輯高「1」時，開關272a將閉合且開關272b及272c將斷開。現在恆定電流源244將開始對計時電容器270進行充電，如上文更充分地闡述。
當偵測到一觸控傳回脈衝時，AND閘1154之輸出將轉成一邏輯高「1」，此致使開關1372中之一者閉合以使得對與彼觸控傳回脈衝相關聯之計時電容器270上之電壓電荷進行取樣並將其儲存於取樣與保持電容器1374中之一各別一者中。觸控計數器1156針對當前所偵測之觸控傳回脈衝判定開關1372中之哪一者閉合。當所產生脈衝係在一邏輯高「1」處且在計時電容器270之最大電壓電荷內時可捕獲並判定複數個觸控之時間。較佳地，所產生脈衝時間與最大電荷彼此同時地出現。所產生脈衝如上文所述地重複發生，且在每一所產生脈衝之開始之前藉由開關272c之閉合將計時電容器270上之電壓電荷帶回至零伏。
數位處理器230控制多工器1376，多工器1376用於將取樣與保持電容器1374中之每一者連接至ADC 232，ADC 232用於將表示觸控傳回脈衝時間之電壓轉換為數位時間值以供進一步由數位處理器230處理成觸控距離。
參照圖14，繪示根據本發明之另一特定實例性實施例之一精確時間參考、多個觸控時間捕獲及觸控時間儲存電路之一更詳細示意圖。一非常高速的時鐘及計數器1160a包括一特高頻時鐘1480及一超高速計數器1482。當脈衝驅動器236之輸出係在一邏輯低「0」處時，將超高速計數器1482重設及保持於零(0)計數處。當脈衝驅動器236之輸出轉成一邏輯高「1」時，啟用超高速計數器1482並開始計數。
當偵測到一觸控傳回脈衝時，AND閘1154之輸出將轉成一邏輯高「1」，此致使觸控時間儲存器1158中之複數個觸控時間暫存器中之一者自表示一相關聯觸控傳回脈衝時間之超高速計數器1482捕獲時間計數。觸控計數器1156判定選擇該複數個觸控時間暫存器中之哪一者來捕獲所偵測觸控傳回脈衝之時間值。當所產生脈衝係在一邏輯高「1」處且在該複數個觸控時間暫存器之最大數目內時可捕獲及判定複數個觸控之時間。所產生脈衝如上文所述地重複發生。當在當前所產生脈衝結束之後的下一所產生脈衝或重設期間可覆寫該複數個觸控時間暫存器。數位處理器230讀取儲存於該複數個觸控時間暫存器中之表示觸控傳回脈衝之時間之數位時間值，並將其處理成觸控距離，如上文更充分地闡述。
儘管已參照本發明之實例性實施例來繪示、闡述及界定本發明之實施例，但此等參考並不暗示作為對本發明之一限定，且亦不欲推斷此限定。如熟習相關技術且受益於本發明者將想到，所揭示標的物能夠做出可考量之修改、變更及形式上的等效物及功能。本發明之所繪示及闡述之實施例僅係實例，且並非窮盡本發明之範疇。
100．．．觸控面板
102．．．混合信號積體電路裝置
104．．．第二終端電阻器
106．．．第一終端電阻器
108．．．節點
110．．．基板
112．．．蛇形條帶線
114．．．面板操作區域
116．．．觸控區域
118．．．觸控區域
120．．．節點
122．．．節點
124．．．節點
126．．．節點
230．．．數位處理器
232．．．類比至數位轉換器
236．．．第一脈衝驅動器
238．．．電壓比較器
242．．．電壓比較器
244．．．恆定電流源
254．．．第二脈衝驅動器
262．．．分壓電阻器
264．．．分壓電阻器
266．．．分壓電阻器
268．．．放電開關
270．．．計時電容器
272a．．．充電開關
272b．．．充電開關
280．．．自動設定參考與比較器
282．．．充電控制正反器
380．．．第一取樣開關
382．．．第二取樣開關
334．．．類比至數位轉換器開關
384．．．反射脈衝傳回時間量測電路
384a．．．第二反射脈衝傳回時間量測電路
234．．．多工器開關
590．．．取樣與保持電壓參考
592．．．電壓比較器
594．．．反射觸控脈衝比較器
662．．．分壓電阻器
690．．．類比至數位轉換器
692．．．電壓比較器
694．．．可程式化電壓參考
696．．．充電時間量測單元控制件
1150．．．電壓參考
1152．．．電壓比較器
1154．．．AND閘
1156．．．觸控計數器
1158．．．觸控時間儲存器
1160．．．高解析度計時器
1160a．．．高解析度計時器
1372．．．開關
1374．．．取樣與保持電容器
1376．．．多工器
1480．．．特高頻時鐘
1482．．．超高速計數器
圖1根據本發明之教示圖解說明一觸控面板或觸控螢幕系統之一示意性方塊圖；
圖2根據本發明之教示圖解說明在圖1中展示之一觸控面板或觸控螢幕系統之一脈衝波形之一電壓-計時曲線圖；
圖3根據本發明之一特定實例性實施例圖解說明在圖1中展示之觸控面板或觸控螢幕系統之一混合信號積體電路裝置之一示意性方塊圖；
圖4根據本發明之另一特定實例性實施例繪示在圖1中展示之觸控面板或觸控螢幕系統之一混合信號積體電路裝置之一示意性方塊圖；
圖5圖解說明在圖3及圖4中展示之脈衝緣偵測器之一特定實例性實施例之一更詳細示意圖；
圖6圖解說明在圖3及圖4中展示之脈衝緣偵測器之另一特定實例性實施例之一更詳細示意圖；
圖7圖解說明根據本發明之一特定實例性實施例在圖1中展示之觸控面板或觸控螢幕系統之操作之一示意性過程流程圖；
圖8圖解說明根據本發明之另一特定實例性實施例在圖1中展示之觸控面板系統或觸控螢幕之操作之一示意性過程流程圖；
圖9圖解說明根據本發明之再一特定實例性實施例在圖1中展示之用於偵測及判定一單個觸控之位置之觸控面板系統或觸控螢幕之操作之一示意性過程流程圖；
圖10圖解說明根據本發明之再一特定實例性實施例在圖1中展示之用於偵測及判定複數個觸控之位置之觸控面板系統或觸控螢幕之操作之一示意性過程流程圖；
圖11圖解說明根據本發明之再一特定實例性實施例在圖1中展示之觸控面板或觸控螢幕系統之一混合信號積體電路裝置之一示意性方塊圖；
圖12圖解說明在圖11中展示之觸控面板或觸控螢幕系統之混合信號積體電路裝置之操作之一示意性時間-振幅曲線圖；
圖13圖解說明根據本發明之一特定實例性實施例之一精確時間參考、多次觸控時間捕獲及觸控時間儲存電路之一更詳細示意圖；及
圖14圖解說明根據本發明之另一特定實例性實施例之一精確時間參考、多個觸控時間捕獲及觸控時間儲存電路之一更詳細示意圖。
(無元件符號說明)

Claims (27)

  1. 一種用於感測對一基板之一觸控並判定該觸控的位置之方法，該方法包括以下步驟：提供一製造於包括複數個觸控位置之一基板上之一蛇形(serpentine)傳輸線，該蛇形傳輸線具有一第一端與一第二端；使該蛇形傳輸線之該第二端未端接(unterminating)；將一第一脈衝發送至該蛇形傳輸線之該第一端；藉助一恆定電流源對一計時電容器進行充電直至在該蛇形傳輸線之該第一端處接收到一第一觸控傳回脈衝為止；量測該計時電容器上之一第一電壓；將該所量測之第一電壓轉換為該基板上之一第一位置；使該蛇形傳輸線之該第一端未端接；將一第二脈衝發送至該蛇形傳輸線之該第二端；藉助一恆定電流源對一計時電容器進行充電直至在該蛇形傳輸線之該第二端點接收到一第二觸控傳回脈衝為止；量測該計時電容器上之一第二電壓；及將該所量測之第二電壓轉換為該基板上之一第二位置。
  2. 如請求項1之方法，其中未端接該第一或第二端之步驟係藉由控制一具有透過一第一終端電阻器與該蛇形傳輸 線之該第一端耦合之一輸出之第一驅動器，該輸出使設定於高阻抗；或藉由控制一具有透過一第二終端電阻器與該蛇形傳輸線之該第二端耦合之一輸出之第二驅動器，使該輸出設定於高阻抗而執行。
  3. 如請求項2之方法，其進一步包括以下步驟：交替地將該第一脈衝發送至該蛇形傳輸線之該第一端以用於判定該第一位置，然後將該第二脈衝發送至該蛇形傳輸線之該第二端以用於判定該第二位置，並連續地重複此等步驟。
  4. 如請求項1之方法，其中該對該計時電容器進行充電之步驟包括以下步驟：在藉助一第一電壓比較器在該蛇形傳輸線之該第一端處偵測到一第一脈衝電壓位準時，開始藉助該恆定電流源對該計時電容器進行充電；及在藉助一第二電壓比較器在該蛇形傳輸線之該第一端處偵測到一第一傳回觸控脈衝電壓位準時，停止對該計時電容器進行充電，其中該第一傳回觸控脈衝電壓位準小於該第一脈衝電壓位準。
  5. 如請求項1之方法，其中藉助一類比至數位轉換器(ADC)完成該量測該計時電容器上之該第一電壓之步驟。
  6. 如請求項1之方法，其中該將該所量測之第一電壓轉換為該基板上之該第一位置之步驟包括在具有複數個第一電壓值及其在該基板上之對應位置之一查找表中找出對應於該所量測之第一電壓之一第一電壓值之步驟。
  7. 如請求項1之方法，其中該將該所量測之第一電壓轉換為該基板上之該第一位置之步驟包括以下步驟：藉由將該所量測之第一電壓與自光速導出之一常數及該蛇形傳輸線之一速度因數相乘來計算沿該蛇形傳輸線之一第一距離；及在具有複數個第一距離值及其在該基板上之對應位置之一查找表中找出對應於該所計算之第一距離之一第一距離值。
  8. 如請求項2之方法，其進一步包括平均化該第一及第二位置以用於改良在該基板上觸控之該位置之解析度之步驟。
  9. 如請求項3之方法，其進一步包括平均化複數個第一及第二位置以用於改良在該基板上觸控之該位置之解析度之步驟。
  10. 如請求項3之方法，其進一步包括判定在某一時間週期內對該基板之至少兩個同時觸控之位置之步驟。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包括依據在該某一時間週期內對該基板之該至少兩個同時觸控判定一手勢運動之步驟。
  12. 如請求項1之方法，其中該基板係一觸控面板，該觸控面板包括在其一前印刷電路側上具有該蛇形傳輸線且一後印刷電路側覆蓋有一電導體之一印刷電路板。
  13. 如請求項1之方法，其中該基板係包括一透光絕緣材料之一觸控螢幕，該觸控螢幕具有在其上具有該蛇形傳輸 線之一前側及覆蓋有一透光電導體之一後側。
  14. 如請求項1之方法，其進一步包括在該第一脈衝之開始處當在該蛇形傳輸線之該第一端處偵測到大於一第一結束電壓位準之一電壓時結束該第一脈衝之步驟。
  15. 如請求項1之方法，其進一步包括在該第二脈衝之開始處當在該蛇形傳輸線之該第二端處偵測到大於一第二結束電壓位準之一電壓時結束該第二脈衝之步驟。
  16. 一種用於感測對一基板之一觸控並判定該觸控的位置之方法，該方法包括以下步驟：a)初始化一時間量測裝置之一時間；b)將一脈衝驅動器耦合至製造於包括複數個觸控位置之一基板上之一蛇形傳輸線之一第一端，其中該蛇形傳輸線在其一第二端處未端接；c)藉助該脈衝驅動器在該蛇形傳輸線之該第一端處開始發送一脈衝；d)開始該時間量測裝置中之該時間；e)偵測是否在該蛇形傳輸線之該第一端處接收到由該基板上之一觸控所致之一負傳回脈衝，其中在偵測到該負傳回脈衝之情況下則去至步驟g)，且在未偵測到之情況下則去至步驟f)；f)當在該蛇形傳輸線之該第一端處接收到一正傳回脈衝時偵測來自該蛇形傳輸線之該未端接第二端之該正傳回脈衝，其中在偵測到該正傳回脈衝之情況下則返回至步驟a)，且 在未偵測到之情況下則返回至步驟e)；g)停止該時間量測裝置中之該時間；h)自該時間量測裝置讀取該時間；及i)將自該時間量測裝置讀取之該時間轉換為該基板上之該觸控之一位置，然後返回至步驟a)。
  17. 一種用於感測對一基板之一觸控並判定其一位置之設備，其包括：一脈衝產生器，其用於產生脈衝；一第一脈衝驅動器，其具有耦合至該脈衝產生器之一輸入及透過一第一電阻器耦合至製造於一基板上之一蛇形傳輸線之一第一端之一輸出，其中該第一脈衝驅動器之該輸出可受控制而設定至高阻抗；一第二脈衝驅動器，其具有耦合至該脈衝產生器之一輸入及透過一第二電阻器耦合至該蛇形傳輸線之一第二端之一輸出，其中該第二脈衝驅動器之該輸出可受控制而設定至高阻抗，其中該第一及第二電阻器各自具有大致等於該蛇形傳輸線之一特性阻抗之電阻；一恆定電流源；一計時電容器；一類比至數位轉換器(ADC)；及一數位處理器；其中該數位處理器控制該第二脈衝驅動器之該輸出以設定至高阻抗且其中該脈衝產生器產生一第一脈衝至該第一脈衝驅動器，該第一脈衝驅動器將該第一脈衝發送 至該蛇形傳輸線之該第一端，且然後該恆定電流源開始對該計時電容器進行充電直至在該蛇形傳輸線之該第一端處接收到一第一傳回脈衝為止；由該ADC對該計時電容器上之一第一電壓電荷進行取樣並轉換為一第一數位值；且該數位處理器自該ADC接收該第一數位值並將該第一數位值轉換為該基板上之一第一位置。
  18. 如請求項17之設備，其中當一第一電壓比較器在該蛇形傳輸線之該第一端處偵測到來自該脈衝產生器之該第一脈衝時該恆定電流源開始對該計時電容器進行充電，且當一第二電壓比較器在該蛇形傳輸線之該第一端處偵測到該第一傳回脈衝時停止對該計時電容器進行充電。
  19. 如請求項17之設備，其中該數位處理器包括一微控制器。
  20. 如請求項17之設備，其中該數位處理器係選自由以下構成之群組：一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一專用積體電路(ASIC)及可程式化邏輯陣列(PLA)。
  21. 如請求項17之設備，其中該基板係一觸控面板，該觸控面板包括在其一前印刷電路側上具有該蛇形傳輸線且一後印刷電路側覆蓋有一電導體之一印刷電路板。
  22. 如請求項17之設備，其中該基板係包括一透光絕緣材料之一觸控螢幕，該觸控螢幕具有在其上具有該蛇形傳輸線之一前側及覆蓋有一透光及導電材料之一後側。
  23. 如請求項22之設備，其中該透光及導電材料係氧化銦錫 (ITO)。
  24. 如請求項22之設備，其進一步包括一圖形顯示器，該觸控螢幕係在該圖形顯示器與一視野之間。
  25. 如請求項24之設備，其中該圖形顯示器係選自由以下構成之群組：一液晶顯示器(LCD)、一發光二極體(LED)顯示器、一電漿顯示器及一有機發光二極體(OLED)顯示器。
  26. 如請求項17之設備，其中該數位處理器控制該第一脈衝驅動器之該輸出以設定至高阻抗且其中該脈衝產生器產生一第二脈衝至該第二脈衝驅動器，該第二脈衝驅動器將該第二脈衝發送至該蛇形傳輸線之該第二端，且然後該恆定電流源開始對該計時電容器進行充電直至在該蛇形傳輸線之該第二端處接收到一第二傳回脈衝為止；由該ADC對該計時電容器上之一第二電壓電荷進行取樣並轉換為一第二數位值；且該數位處理器自該ADC接收該第二數位值並將該第二數位值轉換為該基板上之一第二位置。
  27. 一種用於感測對一基板之一觸控並判定該觸控的位置之方法，該方法包括以下步驟：將一第一脈衝發送至製造於包括複數個觸控位置之一基板上之一蛇形傳輸線之一第一端，而藉由將之一驅動器之一輸出切換至高阻抗使該蛇形傳輸線之一第二端未端接，其中該驅動器之該輸出係透過一終端電阻器與該 第二端耦合；藉助一恆定電流源對一計時電容器進行充電直至在該蛇形傳輸線之該第一端處接收到一第一觸控傳回脈衝為止；量測該計時電容器上之一第一電壓；將該所量測之第一電壓轉換為該基板上之一第一位置。
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