TWI581167B - 雜訊抑制電路 - Google Patents

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Description

雜訊抑制電路
本發明係關於一種雜訊抑制電路，特別是指一種用於驅動觸控面板的雜訊抑制電路。
在觸控面板(Touch panel)的驅動電路中，類比前端(Analog front-end，簡稱AFE)通常含有操作放大器及濾波器，藉以將觸控面板傳送來的微弱觸控感測訊號放大並濾除部分的雜訊，之後才會送入類比至數位轉換器(Analog-to-digital converter，簡稱ADC)及數位訊號處理器(Digital signal processor，簡稱DSP)，以產生訊號雜訊比(Signal-to-noise ratio，簡稱SNR)較佳且經過數位化的觸控感測訊號；其中的操作放大器必須使用到一直流參考電壓，其通常產生自參考電壓產生器。
然而，參考電壓產生器在產生直流參考電壓的過程中，也同時會產生雜訊而摻雜於直流參考電壓中，使得上述雜訊在經過類比前端之後隨著變大，這將降低上述驅動電路整體的訊號雜訊比；因此，有必要針對觸控面板的驅動電路發展新的雜訊抑制技術。
因此本發明的目的之一即在解決上述間題。
根據本發明的第一實施例，其提供一種雜訊抑制電路，用以抑制一電壓信號中所包含的雜訊，其包括：一切換單元，具有一第一端及一第二端，該第一端接收該電壓信號；一電容器，其一端連接該切換單元的第二端，另一端接地；以及一類比前端單元，包含一操作放大器，該操作放大器具有一信號輸入端及一參考電壓輸入端，該參考電壓輸入端電性連接該切換單元的第二端；其 中，該切換單元受到一脈波信號的控制。
根據本發明的第二實施例，其提供一種雜訊抑制電路，用以抑制一電壓信號中所包含的雜訊，其包括：一切換單元，具有一第一端及一第二端，該第一端接收該電壓信號；一電容器，其一端連接該切換單元的第二端，另一端接地；以及一類比前端單元，包含一操作放大器，該操作放大器具有一信號輸入端及一參考電壓輸入端；其中，該切換單元受到一脈波信號的控制，該類比前端單元進一步包含一第二參考電壓產生器，其輸入端連接該切換單元的第二端，且其輸出端連接該操作放大器的參考電壓輸入端。
根據本發明的第三實施例，其提供一種雜訊抑制電路，用以抑制一電壓信號中所包含的雜訊，其包括：一切換單元，具有一第一端及一第二端，該第一端接收該電壓信號；一電容器，其一端連接該切換單元的第二端，另一端接地；以及一類比前端單元，包含一操作放大器，該操作放大器具有一信號輸入端及一參考電壓輸入端，該參考電壓輸入端電性連接該切換單元的第二端；其中，該切換單元受到一脈波信號的控制；該電壓信號係為一第三參考電壓產生器所產生的直流電壓，且該第三參考電壓產生器的輸出端電性連接該切換單元的第一端；且該雜訊抑制電路進一步包含一第四參考電壓產生器，其輸入端連接該第三參考電壓產生器的輸出端，且其輸出端連接該切換單元的第一端。
100、200、300‧‧‧雜訊抑制電路
110、210、310‧‧‧切換單元
111、211、311‧‧‧輸入端
112、212、312‧‧‧輸出端
113、213、313‧‧‧控制端
120、220、320‧‧‧電容器
130、230、330‧‧‧類比前端單元
131、231、331‧‧‧操作放大器
132、231、332‧‧‧信號輸入端
133、233、333‧‧‧參考電壓輸入端
140、240、340‧‧‧脈波信號
150‧‧‧參考電壓產生器
250‧‧‧第一參考電壓產生器
235‧‧‧第二參考電壓產生器
350‧‧‧第三參考電壓產生器
351‧‧‧輸出端
360‧‧‧第四參考電壓產生器
361‧‧‧輸入端
362‧‧‧輸出端
第1圖為本發明第一實施例的雜訊抑制電路之方塊示意圖。
第2圖為本發明第二實施例的雜訊抑制電路之方塊示意圖。
第3圖為本發明第三實施例的雜訊抑制電路之方塊示意圖。
為使貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，茲配合圖式詳細說明本發明的實施例如後。在所有的說明書及圖示中，將採用相同的元件編號以指定相同或類似 的元件。
在各個實施例的說明中，當一元素被描述是在另一元素之「上方/上」或「下方/下」，係指直接地或間接地在該另一元素之上或之下的情況，其可能包含設置於其間的其他元素；所謂的「直接地」係指其間並未設置其他中介元素。「上方/上」或「下方/下」等的描述係以圖式為基準進行說明，但亦包含其他可能的方向轉變。所謂的「第一」、「第二」、及「第三」係用以描述不同的元素，這些元素並不因為此類謂辭而受到限制。為了說明上的便利和明確，圖式中各元素的厚度或尺寸，係以誇張或省略或概略的方式表示，且各元素的尺寸並未完全為其實際的尺寸。
本發明的雜訊抑制電路係用以抑制一電壓信號中所包含的雜訊，特別是用於觸控面板的驅動電路；例如，其中的類比前端(AFE)通常含有操作放大器及濾波器，藉以將觸控面板傳送來的微弱觸控感測訊號放大並濾除部分的雜訊，才會送入後端進行類比至數位轉換及數位訊號處理。上述的操作放大器必須使用到一直流參考電壓，其常摻雜有雜訊，而本發明的雜訊抑制電路即可用以抑制此類電壓信號中所包含的雜訊；但不以此為限，本發明的其他實施例亦可用於具有感測功能的其他電路模組。
第1圖為本發明第一實施例的雜訊抑制電路100之方塊示意圖。該雜訊抑制電路100包含：一切換單元110、一電容器120、以及一類比前端單元130；其中，該切換單元110具有一用以接受訊號輸入的輸入端111、一用以輸出訊號的輸出端112及一用以控制輸入訊號是否進行切換的控制端113，而所欲進行雜訊抑制的電壓信號即經由該輸入端111進入該雜訊抑制電路100。該類比前端單元130可包含一操作放大器131及一濾波器(圖未示)，其中該操作放大器131具有一用以接受欲進行放大的訊號之信號輸入端132及一用以接受參考電壓信號的參考電壓輸入端133，該信號輸入端132所接收的訊號可為感測訊號，例如電容式觸控面板或電阻式觸控面板的感測訊號，或是顯示驅動電路因應溫度變化而輸出的感測訊號。如第1圖所示，該切換單元110的輸出端112連 接該電容器120及該類比前端單元130。也就是說，該電容器120的一端以及該操作放大器131的參考電壓輸入端133連接該切換單元110的輸出端112，而該電容器120的另一端接地。
在本實施例中，上述欲進行雜訊抑制的電壓信號為一帶有雜訊的直流參考電壓，且該切換單元110的控制端113將接受一脈波信號140而受其控制由該輸入端111輸入的訊號之切換狀態。該脈波信號140為一高電壓位準與低電壓位準交替(或邏輯”1”電壓位準與邏輯”0”電壓位準交替)的信號；例如，該脈波信號140可以是觸控面板驅動電路內建的工作脈波，其高電壓位準的時段用以偵測觸控面板是否有被觸摸的情況發生(亦即，使觸控面板處於偵測觸摸物的工作狀態)，而其低電壓位準的時段用以點亮觸控面板(亦即，使觸控面板處於顯示的工作狀態)。就目前的觸控面板技術而言，上述工作脈波的高電壓位準時段大約為200微秒(μs)，而其低電壓位準時段則大於100微秒(μs)。也就是說，該脈波信號140的導通(ON)時間為200微秒的數量級，而其關閉(OFF)時間為100微秒的數量級，且其工作周期比(Duty cycle)約為33%；但不以此為限，本發明的其他實施例亦可使用其他規格的脈波信號。
由於該類比前端單元130係用以放大觸控面板傳送來的觸控感測訊號，亦即該信號輸入端132所接收的訊號，因此該操作放大器131只在該脈波信號140處於高電壓位準時才須要動作，而此時其參考電壓輸入端133所接受到的參考電壓信號也才會對該操作放大器131是有效的。又，由於該脈波信號140係處於高電壓位準，因此該切換單元110會被導通(ON)，而使上述自其輸入端111輸入之帶有雜訊的直流參考電壓由其輸出端112輸出。此時，由於該切換單元110的輸出端112連接另一端接地的該電容器120，上述帶有雜訊的直流參考電壓之中，高頻的雜訊將會被該電容器120耦合至接地，而直流參考電壓將會對該電容器120充電。在本實施例中，該電容器120的電容值約為1皮法拉(pF)的數量級，因此其端電壓將快速被充電而達到上述直流參考電壓。當該脈波信號140接著切換為低電壓位準，則該切換單元110會被 關閉(OFF)，而使得該電容器120上已被取出雜訊的直流參考電壓就傳送該操作放大器131的參考電壓輸入端133。此時，因為該脈波信號140為關閉(OFF)狀態，且該電容器120因其本身為電容器而不會帶來雜訊，因此該參考電壓輸入端133的雜訊量將是非常低，故能達到雜訊抑制的效果。也就是說，藉由該切換單元110與該電容器120的電路組合，搭配觸控面板驅動電路內建的工作脈波作為該切換單元110的控制端信號，本實施例可在該觸控面板處於偵測觸摸物的工作狀態時，有效地抑制帶有雜訊的直流參考電壓中的雜訊，而使該類比前端單元130中的該操作放大器131能達成其任務(在維持良好訊號雜訊比的條件下執行信號的放大功能)。
在本實施例中，上述直流參考電壓係由一參考電壓產生器150所產生；該參考電壓產生器150可以是電壓緩衝器(Voltage buffer)、位準移位器(Level shifter)、直流對直流轉換器(DC-DC converter)、或電壓調節器(Voltage regulator)，其可產生較少失真的直流定電壓而提供給該操作放大器131作為參考電壓。此外，如第1圖所示，本實施例的雜訊抑制電路100亦適用於多個類比前端單元130並聯而共用一個切換單元110及一個電容器120；例如，現行技術的觸控面板可能用到28個類比前端單元130，而本實施例的雜訊抑制電路100只須使用一個切換單元110及一個電容器120即可提供該等類比前端單元130相同的直流參考電壓。
第2圖為本發明第二實施例的雜訊抑制電路200之方塊示意圖。該雜訊抑制電路200包含：一切換單元210、一電容器220、一類比前端單元230、以及一第一參考電壓產生器250；其中，該切換單元210具有一輸入端211及一輸出端212，且其導通(ON)或關閉(OFF)係受一脈波信號240之控制；該類比前端單元230包含一操作放大器231、一濾波器(圖未示)及一第二參考電壓產生器235，其中該操作放大器231具有一信號輸入端232及一參考電壓輸入端233，該信號輸入端232所接收的訊號可為感測訊號，例如電容式觸控面板或電阻式觸控面板的感測訊號，或是顯示驅動電路因應溫度變化而輸出的感測訊號。該切換單元210、該電容器 220、該類比前端單元230、該操作放大器231、該第一參考電壓產生器250及該脈波信號240的元件及電路操作或信號規格分別類似於如上所述第一實施例的切換單元110、電容器120、類比前端單元130、操作放大器131、參考電壓產生器150及脈波信號140，相同的說明在此不再贅述。
雖然該第一參考電壓產生器250所產生帶有雜訊的直流參考電壓已經過該切換單元210與該電容器220的電路組合進行雜訊的抑制，但是倘若操作放大器231會對電容器220抽電流的話，可在兩者之間放置第二參考電壓產生235，可避免輸出端212的電壓訊號失真。因此在本實施例中，該類比前端單元230進一步包含該第二參考電壓產生器235，其輸入端236連接該切換單元210的輸出端212，其輸出端237連接該操作放大器231的參考電壓輸入端233，用以接收雜訊已被初步抑制的直流參考電壓，並進一步的提供驅動能力給後級的操作放大器231，如此可避免操作放大器231對電容器220抽電流導致電壓失真，而將較佳的直流參考電壓提供給該操作放大器231。該第二參考電壓產生器235亦可以是電壓緩衝器、位準移位器、直流對直流轉換器、或電壓調節器，其可達成減小直流參考電壓的漏電影響。
第3圖為本發明第三實施例的雜訊抑制電路300之方塊示意圖。該雜訊抑制電路300包含：一第三參考電壓產生器350及一類比前端單元330；其中，該第三參考電壓產生器350用以提供直流參考電壓給該類比前端單元330，其元件操作類似於如上所述第一實施例的參考電壓產生器150，相同的說明在此不再贅述。此外，如第3圖所示，本實施例的雜訊抑制電路300亦適用於多個類比前端單元330並聯而共用一個第三參考電壓產生器350；例如，現行技術的觸控面板可能用到28個類比前端單元330，而本實施例的雜訊抑制電路300只須使用一個第三參考電壓產生器350即可提供該等類比前端單元330相同的直流參考電壓。
如前所述，該第三參考電壓產生器350所產生的直流參考電壓可能帶有過強的雜訊，因此在本實施例中，該類比前端單元330 包含一第四參考電壓產生器360、一切換單元310、一電容器320、及一操作放大器331；其中，該第四參考電壓產生器360的輸入端361連接該第三參考電壓產生器350的輸出端351，其輸出端362連接該切換單元310的輸入端311，用以接收帶有雜訊的直流參考電壓，並增強直流參考電壓的驅動能力，而將較佳的直流參考電壓提供給該切換單元310與該電容器320，以進行進一步的雜訊抑制。該第四參考電壓產生器360亦可以是電壓緩衝器、位準移位器、直流對直流轉換器、或電壓調節器，其可達成減小直流參考電壓的漏電影響。
該切換單元310具有一輸入端311及一輸出端312，且其導通(ON)或關閉(OFF)係受一脈波信號340之控制；該操作放大器331具有一信號輸入端332及一參考電壓輸入端333，該信號輸入端332所接收的訊號可為感測訊號，例如電容式觸控面板或電阻式觸控面板的感測訊號，或是顯示驅動電路因應溫度變化而輸出的感測訊號。該切換單元310、該電容器320、該操作放大器331、及該脈波信號340的元件及電路操作或信號規格分別類似於如上所述第一實施例的切換單元110、電容器120、操作放大器131、及脈波信號140，相同的說明在此不再贅述。請參閱如上第一實施例的說明，該切換單元210與該電容器220的電路組合將可有效地抑制直流參考電壓所帶有的雜訊，而將較佳的直流參考電壓提供給該操作放大器331。
唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能以之限制本發明的範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。
100‧‧‧雜訊抑制電路
110‧‧‧切換單元
111‧‧‧輸入端
112‧‧‧輸出端
113‧‧‧控制端
120‧‧‧電容器
130‧‧‧類比前端單元
131‧‧‧操作放大器
132‧‧‧信號輸入端
133‧‧‧參考電壓輸入端
140‧‧‧脈波信號
150‧‧‧參考電壓產生器

Claims (10)

  1. 一種雜訊抑制電路，用以抑制一電壓信號中所包含的雜訊，包括：一切換單元，具有一第一端及一第二端，該第一端接收該電壓信號；一電容器，其一端連接該切換單元的第二端，另一端接地；以及一類比前端單元，包含一操作放大器，該操作放大器具有一信號輸入端及一參考電壓輸入端，該參考電壓輸入端電性連接該切換單元的第二端；其中，該切換單元受到一脈波信號的控制。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雜訊抑制電路，其中，該電壓信號係為一第一參考電壓產生器所產生的直流電壓。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之雜訊抑制電路，其中，該第一參考電壓產生器為一電壓緩衝器、一位準移位器、一直流對直流轉換器、或一電壓調節器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之雜訊抑制電路，其中，該類比前端單元進一步包含一第二參考電壓產生器，其輸入端連接該切換單元的第二端，且其輸出端連接該操作放大器的參考電壓輸入端。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之雜訊抑制電路，其中，該第二參考電壓產生器為一電壓緩衝器、一位準移位器、一直流對直流轉換器、或一電壓調節器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之雜訊抑制電路，其中，該電壓信號係為一第三參考電壓產生器所產生的直流電壓，且該第三參考電壓產生器的輸出端電性連接該切換單元的第一端。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之雜訊抑制電路，其中，該第三參考電壓產生器為一電壓緩衝器、一位準移位器、一直流對直流轉換器、或一電壓調節器。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之雜訊抑制電路，進一步包含一第 四參考電壓產生器，其輸入端連接該第三參考電壓產生器的輸出端，且其輸出端連接該切換單元的第一端。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之雜訊抑制電路，其中，該第四參考電壓產生器為一電壓緩衝器、一位準移位器、一直流對直流轉換器、或一電壓調節器。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之雜訊抑制電路，其中，該雜訊抑制電路係用於一觸控面板的驅動。
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