TWI549043B

TWI549043B - 觸控板的感測電路，以及其所應用的觸控模組、電子裝置和控制方法

Info

Publication number: TWI549043B
Application number: TW102117239A
Authority: TW
Inventors: 陳建任; 王倉鴻; 簡怡婷
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2016-09-11
Also published as: US20140340350A1; TW201443752A; CN103543892A

Description

觸控板的感測電路，以及其所應用的觸控模組、電子裝置和控制方法

本發明是有關於一種觸控面板的操作方式，且特別是有關於一種可以降低功耗之觸控面板的操作方式。

圖1繪示為習知之多點電容式觸控面板的架構圖。請參照圖1，習知之觸控板100包括多個第一電極，例如102和104，其朝向X方向排列。另外，觸控板100還包括多個第二電極，例如112和114，其朝向Y方向排列。其中，每一第一電極和第二電極的交會處，就是一感測點，例如122和124。另外，第一電極和第二電極在沒有被觸碰的狀況下不會相交。如此一來，每一感測點都是一電容，而在觸控板100上形成一電容陣列。

另外，習知的觸控板100會依序掃描第一電極和第二電極。更詳細地說，觸控板100會依序將感測輸入訊號，例如SI1和SI2，輸入至各第一電極。接著，觸控板100會依序從每一第二電極接收感測輸出訊號，例如SO1和SO2。如此一來，習知的觸控板100就可以依據所讀取到的感測輸出訊號來判斷被觸碰的位置。當然，第二電極也可以用來接收感測輸入訊號，而第一電極則用來輸出感測輸出訊號。

然而，習知的觸控板100在閒置的狀態，也就是沒有被觸碰的狀態，第一電極和第二電極還是需要不停的被掃描，以持續偵測是否被碰觸。如此一來，在觸控板100閒置的期間，仍舊會持續消耗電力。

因此，本發明提供一種感測電路，可以利用較低的功耗來感測一觸控板是否被觸碰。

本發明也提供一種觸控模組，可以用於觸控板的操作。

另外，本發明更提供一種具有觸控板的電子裝置，可以降低功率的消耗。

此外，本發明還提供一種觸控板的控制方法，可以以較低的功耗來控制觸控板。

本發明提供一種感測電路，可以用於具有電容陣列的觸控板，其中觸控板具有多個感測訊號輸入端和多個感測訊號輸出端。感測電路包括訊號收發模組和閒置模式處理單元。訊號收發模組可以耦接感測訊號輸入端和感測訊號輸出端，並且訊號收發模組會輸出一第一感測訊號。當感測電路在一閒置模式下時，則每隔一閒置掃描時間就會將第一感測訊號同時送至所有的感測訊號輸入端，並從感測訊號輸出端接收多個第二感測訊號。訊號收發模組會依據所接收到的第二感測訊號的狀態而產生一第三感測訊號給閒置模式處理單元。藉此，閒置模式處理單元會依據第三感測訊號的狀態而判斷觸控板是否被觸碰，並且決定是否致能一喚醒訊號以解除閒置模式。

從另一觀點來看，本發明也提供一種觸控模組，包括觸控板、訊號收發模組和閒置模式處理單元。觸控板具有朝一第一方向排列的多個第一感測電極，以及朝一第二方向排列的多個第二感測電極。另外，各第一感測電極和第二感測電極的交會處分別形成一電容，以組成一電容陣列。訊號收發模組可以耦接第一感測電極和第二感測電極，並且訊號收發模組會輸出一第一感測訊號。此第一感測訊號會在一閒置模式期間，每隔一閒置掃描週期被同時送至所有的第一感測電極，並從第二感測電極接收多個第二感測訊號。其中，訊號收發模組會依據所接收到的第二感測訊號的狀態而產生一第三感測訊號給至模式處理單元。如此一來，閒置模式處理單元就可以依據第三感測訊號的狀態而判斷觸控板是否被觸碰，並且決定是否解除閒置模式。

從另一觀點來看，本發明更提供一種具有觸控板的電子裝置，包括觸控板、訊號收發模組、閒置模式處理單元和控制模組。觸控板具有朝一第一方向排列的多個第一感測電極，以及朝一第二方向排列的多個第二感測電極。另外，各第一感測電極和第二感測電極的交會處分別形成一電容，以組成一電容陣列。訊號收發模組可以耦接第一感測電極和第二感測電極，並且訊號收發模組會輸出一第一感測訊號。此第一感測訊號會在一閒置模式期間，每隔一閒置掃描週期被同時送至所有的第一感測電極，並從第二感測電極接收多個第二感測訊號。其中，訊號收發模組會依據所接收到的第二感測訊號的狀態而產生一第三感測訊號給閒置模式處理單元。如此一來，閒置模式處理單元就可以依據第三感測訊號的狀態而判斷觸控板是否被觸碰，並且決定是否致能一喚醒訊號。控制模組也耦接閒置模式處理單元，並且在判斷喚醒訊號被致能時，解除閒置模式，並使電子裝置進入一正常模式，以進行正常的運作。

從另一觀點來看，本發明更提一種控制方法，可以控制上述的觸控板。本發明的控制方法可以先產生一第一感測訊號，並且在一閒置模式期間，每隔一閒置掃描週期就將第一感測訊號同時送至第一感測電極，並從第二感測電極接收多個第二感測訊號。如此一來，本發明可以依據所接收到的第二感測訊號的狀態而判斷觸控板是否被觸碰，以決定是否解除閒置模式。

由於本發明可以在觸控板為一閒置模式時，將一感測訊號同時送至所有的第一電極，並從第二電極接收第二訊號，以判斷觸控板是否被碰觸，因此本發明可以節省電力的損耗。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

100、202‧‧‧觸控板

102、104、112、114、222、224‧‧‧電極

122、124‧‧‧感測點

200‧‧‧觸控模組

202‧‧‧觸控板

204‧‧‧感測電路

212‧‧‧訊號收發模組

214‧‧‧正常模式處理模組

216‧‧‧閒置模式處理單元

302‧‧‧多工器

304、400、410‧‧‧類比處理單元

306‧‧‧記憶體

402‧‧‧放大器

404‧‧‧電容

406‧‧‧電阻

412‧‧‧比較器

512‧‧‧電位移轉器

514、612‧‧‧類比數位轉換器

614‧‧‧數位處理單元

616‧‧‧觸控處理單元

700‧‧‧電子裝置

702‧‧‧控制模組

704‧‧‧顯示螢幕

CS‧‧‧控制訊號

SI1、SI2‧‧‧感測輸入訊號

SO1、SO2‧‧‧感測輸出訊號

S1、S2、S3、S3’‧‧‧感測訊號

WS‧‧‧喚醒訊號

S802、S804、S806、S808、S810、S812‧‧‧觸控板之控制方法的步驟流程

V_REF‧‧‧參考電壓

圖1繪示為習知之多點電容式觸控面板的架構圖。

圖2繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種觸控模組的方塊圖。

圖3繪示為依照本發明之一實施例的圖2之訊號收發模組的電路方塊圖。

圖4A繪示為依照本發明之一實施例的圖3之類比處理單元的電路圖。

圖4B繪示為依照本發明另一實施例的一種圖3之類比處理單元的電路圖。

圖5繪示為依照本發明之一實施例的一種閒置模式處理單元的方塊圖。

圖6繪示為依照本發明圖2之一實施例的正常模式處理模組的方塊圖。

圖7繪示為依照本發明之一實施例的一種電子裝置的方塊圖。

圖8繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種觸控板之控制方法的步驟流程圖。

圖2繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種觸控模組的方塊圖。請參照圖2，本實施例所提供的觸控模組200，包括觸控板202和感測電路204。觸控板202可以利用圖1所繪示的觸控板100來實現。另外，感測電路204則包括訊號收發模組212和正常模式處理模組214。其中，訊號收發模組212耦接觸控板202以及正常模式處理模組214。在本實施例中，感測電路204更包括一閒置模式處理單元216，也會耦接訊號收發模組212。

觸控板202具有M條第一電極222以及N條第二電極224，分別耦接訊號收發模組212。當觸控板202工作在正常模式下，感測電路204會逐一掃描每一第一電極222。更詳細地說，當感測電路204逐一掃描各第一電極222時，訊號收發模組212會分別將一感測訊號S1依序送至每一第一電極222。另一方面，當訊號收發模組212將感測訊號S1送至第一電極222其中之一時，訊號收發模組212會從每一第二電極224接收感測訊號S2。接著，訊號收發模組212會將感測到的結果送至正常模式處理模組214。在本實施例中，所有第一電極被掃描一次所花費的時間被定義為正常掃描週期。

當觸控板202在閒置模式下工作時，正常模式處理模組214會被禁能，而閒置模式處理單元216則會被致能。此時，訊號收發模組212會每隔一閒置掃描週期，就將感測訊號S1實質上同時送至所有的第一電極222，然後再從第二電極224接收感測訊號S2，並且將感測的結果送至閒置模式處理單元216進行處理。為了達成把感測訊號S1同時送至所有的第一電極222，然後再從第二電極224接收感測訊號S2的目的，根據本發明之一實施例，可以把透過所有的M條第一電極222和所有的N條第二電極224全都連接在一起來實現。由此可知，觸控板202在閒置模式下工作時，實質上可以看作1x1陣列的面板，也就是所有的第一電極可以看作一條第一電極，而所有的第二電極也可以看作一條第二電極。從發送及接收感測訊號的角度來看，所需要的掃描時間實質上等同於只需掃描一條第一電極和接收一條第二電極所需的時間，因此可以節省掃描時間。

在一些實施例中，閒置掃描週期的長度可以等於正常掃描週期。然而，在另外一些實施例中，閒置掃描週期則是小於正常掃描週期。在這些實施例中，閒置掃描週期的長度，可以是觸控板202在正常模式下，每k條第一電極222被掃描時的長度，其中k大於等於1，並且小於M。例如，閒置掃描週期可以是觸控板202在正常模式下，掃描奇數條或偶數條第一電極222所花費的時間，或是隨機選取第一電極222之部分進行掃描所花費的時間。換句話說，在本實施例中，當觸控板202在閒置模式下時，訊號收發模組212在正常掃描週期的時間長度內，只會發送一次或少於M次的感測訊號S1到觸控板202，其中M為大於或等於2的正整數，因此本實施例可以有效地節省電力的消耗。

圖3繪示為依照本發明之一實施例的圖2之訊號收發模組212的電路方塊圖。請參照圖3，本實施例所提供的訊號收發模組212包括多工器302、類比處理單元304和記憶體306。類比處理單元304分別耦接多工器302和記憶體306。其中，多工器302具有第一輸入端耦接類比處理單元304、M個對應於第一輸入端的第一輸出端耦接觸控板202、N個第二輸入端耦接觸控板202、以及對應於第二輸入端的第二輸出端耦接類比處理單元304。

請合併參照圖2和圖3，當多工器302從第一輸入端接收到感測訊號S1，並且觸控板202工作在閒置模式下時，多工器302會將所接收到的感測訊號S1從其第一輸出端實質上同時送給每一第一電極222。換句話說，各第一電極222實質上同時會接收到感測訊號S1。另一方面，多工器302還會透過N個第二輸入端而從觸控板202的第二電極224接收感測訊號S2，並且透過第二輸出端送至類比處理單元304進行處理。

圖4A繪示為依照本發明之一實施例的圖3之類比處理單元的電路圖。請參照圖4A，本實施例所提供的類比處理單元400，可以適用於圖3的類比處理單元304，其包括放大器402、回授電容404和回授電阻406。在本實施例中，放大器402的負輸入端耦接圖3中之多工器302的第二輸出端，而其正輸入端則耦接參考電壓V_REF。在本實施例中，參考電壓V_REF可以儲存在圖3中的記憶體306中，而此記憶體306可以是一唯讀記憶體。另外，回授電容404和回授電阻406的第一端分別耦接至放大器402的負輸入端，而第二端則分別耦接至放大器402的輸出端，以構成一反相放大器電路。

當圖3中的多工器302從第二電極224取得感測訊號S2後，會將其送至放大器402的負輸入端。此時，放大器402就可以依據感測訊號S2而生成感測訊號S3。當觸控板202工作在閒置模式下時，此感測訊號S3會被送至圖2中的閒置模式處理單元216進行處理。

圖4B繪示為依照本發明一實施例的圖3之類比處理單元的電路圖。請參照圖4B，本實施例所提供的類比處理單元410包括比較器412，其負輸入端耦接圖3中之多工器302的第二輸出端，以接收感測訊號S2。另外，比較器412的正輸入端則耦接參考電壓V_REF。當比較器412接收到感測訊號S2時，會將其與參考電壓V_REF進行比較，並且依據比較結果而生成感測訊號S3。

圖5繪示為依照本發明之一實施例的一種閒置模式處理單元的方塊圖。請合併參照圖2和圖5，本實施例所提供的閒置模式處理單元216包括電位移轉器512和1位元類比數位轉換器514。電位移轉器512耦接訊號收發模組212，以接收感測訊號S3。另外，電位移轉器512也耦接1位元類比數位轉換器514。

當閒置模式處理單元216接收到感測訊號S3時，電位移轉器512會移轉感測訊號S3的電位，並且將電位移轉過的感測訊號S3’送至1位元類比數位轉換器514。若是觸控板202在閒置模式期間未被觸碰，則感測訊號S3’的位準會維持在一預設電位範圍之內，因此1位元類比數位轉換器514的輸出就是0。相對地，若是觸控板202在閒置模式期間被觸碰，則感測訊號S3’的位準就不會在上述的預設電位範圍內，因此就會使1位元類比數位轉換器514的輸出為1。從另一角度來看，當1位元類比數位轉換器514的輸出為1時，代表一喚醒訊號WS被致能。此時，閒置模式就會被解除，而使觸控板202進入正常模式。另一方面，當閒置模式被解除時，則正常模式處理模組214會被致能，而閒置模式處理單元216則被禁能。

雖然在圖5中提供了閒置模式處理單元216的實施例，但並非用來限定本發明。本領域具有通常知識者當知，不同的閒置模式處理單元的架構並不會對本發明主要的精神有任何影響。

圖6繪示為依照本發明圖2之一實施例的正常模式處理模組的方塊圖。請參照圖6，同樣地，本實施例所提供的正常模式處理模組214並非用來限定本發明。在本實施例中，正常模式處理模組214包括類比數位轉換器612、數位處理單元614和觸控處理單元616。類比數位轉換器612耦接訊號收發單元212以及數位處理單元614，而數位處理單元614還耦接觸控處理單元616。

請合併參照圖2和圖6，當觸控板202在正常模式下運作時，訊號收發模組212會接收第二電極所接收到的感測訊號S2並且進行處理。接著，訊號收發模組212會將處理結果傳送至類比數位轉換器612。藉此，類比數位轉換器612會將訊號收發模組212的輸出轉為數位形式，然後再送至數位處理單元614進行處理。而數位處理單元614可以依據類比數位轉換器612的輸出而生成一座標資料，並且送至觸控處理單元616。如此一來，觸控處理單元616就可以依據所接收到的座標資料而輸出相對應的控制訊號CS。

圖7繪示為依照本發明之一實施例的一種電子裝置的方塊圖。請合併參照圖2和圖7，本實施例所提供的電子裝置700，例如是筆記型電腦、智慧型行動電話、智慧型電視...等等，其應用上述的觸控模組200。在本實施例中，電子裝置700除了上述的觸控模組200之外，還包括控制模組702和顯示螢幕704。在一些實施例中，顯示螢幕704與觸控板202可以是分開的構件。然而，在另外一些實施例中，觸控板202則是被內建於顯示螢幕704之內，本發明並不限制。

在本實施例中，控制模組702可以耦接感測電路204以及顯示螢幕704。如此一來，控制模組702就可以控制顯示螢幕704顯示畫面。另一方面，當控制模組702判斷上述的喚醒訊號WS被致能時，則會禁能閒置模式處理單元216，並且致能正常模式處理模組214，並且解除觸控板202的閒置模式。此外，當控制模組702接收到上述從正常模式處理模組214所輸出的控制訊號CS時，則會依據控制訊號CS而控制電子裝置700進行對應的運作。

圖8繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種觸控板之控制方法的步驟流程圖。請參照圖8，本實施例所提供的控制方法，適用於上述圖1所揭露的觸控板200。本實施例所提供的控制方法會如步驟S802所述，產生第一感測訊號。接著，如步驟S804所述，判斷觸控板是否為閒置模式。若是觸控板並非閒置模式(就是步驟S804所標示的“否”)，則解除閒置模式，並且進行步驟S812，就是在正常模式下掃描觸控板，並且對其進行控制。

相對地，若是在步驟S804中，判斷觸控板在閒置模式下運作，則進行步驟S806，就是每隔一閒置掃描週期，就將第一感測訊號實質上同時送至觸控板上所有的第一感測電極，並且如步驟S808所述，從第二感測電極接收第二感測訊號。如此一來，本實施例就可以如步驟S810所述，依據第二感測訊號來判斷觸控板是否被碰觸。

若是觸控板在閒置模式下被碰觸時，則解除閒置模式，並且進入步驟S812。反之，若是判斷觸控板並沒有被碰觸，則重覆進行步驟S806，直到觸控板被碰觸。

綜上所述，由於本發明在觸控板處於閒置期間時，在正常掃描週期的時間長度內僅會掃描一次或是掃描部分第一感測電極，因此本發明可以節省電力的消耗。另外，本發明還可以觸控板於閒置模式下被觸碰時，即時解除閒置模式，使得觸控板得以正常使用。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種感測電路，適用於具有電容陣列的觸控板，該觸控板具有多個感測訊號輸入端和多個感測訊號輸出端，該感測電路包括：一訊號收發模組，耦接該些感測訊號輸入端和該些感測訊號輸出端，且該訊號收發模組會輸出一第一感測訊號，當該感測電路在一正常模式下時，則每隔一正常掃描時間將該第一感測訊號逐一送至該些感測訊號輸入端，並從該些感測訊號輸出端接收多個第二感測訊號，當該感測電路在一閒置模式下時，則每隔一閒置掃描時間將該第一感測訊號同時送至該些感測訊號輸入端，並從該些感測訊號輸出端接收多個第二感測訊號，其中該訊號收發模組會依據所接收到的該些第二感測訊號的狀態而產生一第三感測訊號；一正常模式處理模組，耦接該訊號收發模組，以在該正常模式期間接收並處理該第二感測訊號，以及一閒置模式處理單元，耦接該訊號收發模組，以在該閒置模式期間接收並處理該第三感測訊號，且該閒置模式處理單元依據該第三感測訊號的狀態而判斷該觸控板是否被觸碰，並決定是否致能一喚醒訊號以解除該閒置模式，其中當該感測電路在該閒置模式下時，該正常模式處理模組會被禁能。
如申請專利範圍第1項所述之感測電路，其中該訊號收發模組包括：一多工器，具有至少一第一輸入端、以及相對應的多個第一輸出端，且該多工器具有多個第二輸入端、以及相對應的一第二輸出端，其中每一該些第一輸出端分別對應耦接該些感測訊號輸入端其中之一，而各第二輸入端則分別對應耦接該些訊號輸出端其中之一，當該多工器從該第一輸入端接收到該第一感測訊號後，會將該第一感測訊號從該些第一輸出端傳送至該些感測訊號輸入端，而當該多工器透過該些第二輸入端接收到該些感測訊號輸出端的第二感測訊號時，會從該第二輸出端送出所接收到的第二感測訊號；以及一類比處理單元，具有一第一輸出端、一第二輸出端和一輸入端，其中該類比處理單元從該第一輸出端輸出該第一感測訊號到該多工器的第一輸入端，且該類比處理單元透過其輸入端接收從該多工器輸出的該些第二感測訊號進行處理，並從其第二輸出端輸出該第三感測訊號。
如申請專利範圍第2項所述之感測電路，其中該類比處理單元包括：一放大器，具有一正輸入端耦接一參考電壓、一負輸入端耦接該類比處理單元的輸入端、以及一輸出端耦接至該類比處理單元的第二輸出端，以送出該第三感測訊號；一迴授電容，其第一端耦接該放大器的負輸入端，而其第二端耦接至該放大器的輸出端；以及一回授電阻，其與該迴授電容並聯。
如申請專利範圍第2項所述之感測電路，其中該類比處理單元包括：一比較器，具有一正輸入端耦接一參考電壓、一負輸入端耦接該類比處理單元的輸入端、以及一輸出端耦接至該類比處理單元的第二輸出端，以送出該第三感測訊號。
如申請專利範圍第4項所述之感測電路，其中該閒置模式處理單元包括：一電位移轉器，耦接該比較器的輸出端，以將該第三感測訊號的電位偏移一預設電位；一第一類比數位轉換器，耦接該電位移轉器，以依據電位移轉器的輸出而決定是否致能該喚醒訊號。
如申請專利範圍第1項所述之感測電路，更包括：一第二類比數位轉換器，耦接該訊號收發模組，以在該正常模式下接收從該訊號收發模組所送出的第二感測訊號，並將其轉換為數位訊號；一數位處理單元，耦接該第二類比數位轉換器，接收並處理數位型式的第二感測訊號，當該觸控板在該正常模式被觸碰時，該數位處理單元會依據第二感測訊號而產生一座標資料；以及一觸控處理單元，耦接該數位處理單元，以在接收到該座標資料後，輸出一控制訊號。
一種觸控模組，具有如申請專利範圍第1-6項任一所述的感測電路，且更包括：一觸控板，具有朝一第一方向排列的多個第一感測電極分別耦接該些感測訊號輸出端，以及朝一第二方向排列的多個第二感測電極分別耦接該些感測訊號輸入端，且各該第一感測電極和各該第二感測電極的交會處分別形成一電容，以組成一電容陣列。
一種電子裝置，具有申請專利範圍第7項所述之觸控模組，且更包括：一觸控單元，用以進行一觸控操作；以及一控制模組，耦接該閒置模式處理單元、該正常模式處理模組以及該觸控單元，當該控制模組判斷該喚醒訊號被致能時，禁能該閒置模式處理單元並致能該正常模式處理模組，以使該觸控單元進行對應的觸控操作。
如申請專利範圍第8項所述之電子裝置，其中，該正常模式處理模組包括：一類比數位轉換器，耦接該訊號收發模組，以在該正常模式下接收從該訊號收發模組所送出的第二感測訊號，並將其轉換為數位訊號；一數位處理單元，耦接該類比數位轉換器，接收並處理數位型式的第二感測訊號，當該觸控板在該正常模式被觸碰時，該數位處理單元會依據第二感測訊號而產生一座標資料；以及一觸控處理單元，耦接該數位處理單元，以在接收到該座標資料後，輸出一控制訊號給該控制模組，使得該控制模組依據該控制訊號控制該電子裝置的運作。
一種控制方法，適用於申請專利範圍第7項所述的觸控模組，而該控制方法包括下列步驟：產生一第一感測訊號；在一閒置模式期間，每隔一閒置掃描週期將該第一感測訊號同時送至該些第一感測電極，並從該些第二感測電極接收多個第二感測訊號；以及依據所接收到之第二感測訊號的狀態而判斷該觸控板是否被觸碰，以決定是否解除該閒置模式。
如申請專利範圍第10項所述之控制方法，其中該閒置掃描週期的長度，小於或等於該觸控板在正常運作期間，該些第一電極被完整掃描完一次所花費的正常掃描週期。
如申請專利範圍第10項所述之控制方法，其中該閒置掃描週期為隨機掃描該些第一感測電極至少其中之一的週期。