TWI584170B - Applies to the touch screen controller - Google Patents

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TWI584170B
TWI584170B TW105100545A TW105100545A TWI584170B TW I584170 B TWI584170 B TW I584170B TW 105100545 A TW105100545 A TW 105100545A TW 105100545 A TW105100545 A TW 105100545A TW I584170 B TWI584170 B TW I584170B
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Description

應用於觸控螢幕之控制器
本發明係提供一種應用於觸控螢幕之控制器，尤指可透過驅動電路與感測電路傳送的工作電壓訊號，進行辨識觸控螢幕的觸控狀態之控制器，可供控制器進行判斷觸控螢幕是否被觸控。
按，隨著電子科技產品的不斷創新，早期應用之各式桌上型電腦、筆記型電腦、行動電話或自動櫃員機等電子產品，都需要透過實體按鍵輸入操控指令、訊號，以啟動電子產品運作，但有些電子產品體積小、附設之操控鍵盤的各實體按鍵也較小，所以在透過按壓按鍵進行操控訊號之輸入時，經常會發生誤觸或按錯其他按鍵等情形，導致輸入作業相當麻煩與不便；因此，近年來各式智慧型電子產品相繼問世，例如智慧型手機、平板電腦、自動櫃員機或導覽機等，各式電子產品已不再需要透過實體按鍵進行操控訊號，而是可透過手指或是觸控筆等，直接碰觸觸控螢幕顯示的區塊，利用觸控螢幕感應被觸碰的位置，再透過電子產品內部控制器執行相關的作業模式。一般應用之觸控螢幕約可區分為電容式及電阻式觸控螢幕，則就電容式觸控螢幕的操作模式，係利用手指、觸控筆或導電物體來接近或觸碰該觸控螢幕，藉以改變觸控螢幕上之電容值，當觸控螢幕之觸控控制器偵測到電容值變化時，即可判斷觸碰之位置，進而執行 觸碰位置的相關對應動作。當觸控螢幕之驅動訊號的電壓較高時，觸控控制器所偵測之感應訊號較準確，但當觸控螢幕之驅動訊號的電壓較低時，觸控控制器較無法透過感應訊號偵測觸控螢幕上之觸碰點，則觸控控制器偵測觸控螢幕之觸控準確度亦降低。
而為了提高驅動訊號的驅動電壓，觸控控制器的驅動電路會採用高壓製程，以供輸出振幅大的驅動訊號，而感測電路則會採用低壓製程，以節省晶片面積成本；而為使驅動訊號經過觸控螢幕的衰減後所感應的感應訊號，能夠符合感測電路在低壓製程的電壓範圍內，通常驅動電路雖採用高壓製程，但多侷限於感測電路的低壓製程(≒3.3V)之2~5倍電壓以內，則驅動電路的高壓製程大約介於5V~16V區間內，並無法傳送太高的工作電壓，然因觸控螢幕在應用時，觸控面板會耦合環境中的噪音或雜音(noise)進來，導致觸控控制器所接的感應訊號之訊噪比(SNR)降低，亦會影響觸控控制器判斷觸控螢幕上觸碰點的準確度降低。
請參閱第八圖所示，目前觸控控制器A之感應訊號(RX)A2之線路，當驅動訊號(TX)A1輸出高工作電壓至觸控螢幕B後，經過觸控螢幕B耦合衰減後的感應訊號(RX)A2仍大於供電源(VDD，LV)的電壓或低於接地端(GND)因此驅動訊號(TX)A1的高工作電壓觸發低壓靜電放電保護電路(LV ESD)後，則導致感應訊號(RX)A2經由低壓靜電放電保護電路(LV ESD)釋出漏掉，則無法將正確的感應訊號(RX)A2傳送至觸控控制器A供計算，影響觸控控制器A的判斷準確度降低，不能準確的判斷觸控螢幕B是否被 按壓或觸碰。
是以，如何解決目前觸控螢幕的觸控控制器所偵測感應訊號電壓不足，導致判斷觸控點的準確度降低之問題與困擾，且觸控螢幕耦合較大雜訊而致感應訊號的雜訊比變差，影響觸控控制器判斷觸控點的準確度降低等之缺失與麻煩，即為從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。
故，發明人有鑑於上述之問題與缺失，乃搜集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種可大幅提升驅動電路的工作電壓，以供觸控螢幕耦合衰減後之偵測訊號訊噪比較佳，可供控制器準確判斷觸控螢幕上的觸控點位置的應用於觸控螢幕之控制器之發明專利誕生者。
本發明之主要目的乃在於該控制器係包括驅動電路(TX)及感測電路(RX)，且透過驅動電路發射高工作電壓訊號至觸控螢幕、再由感測電路偵測自觸控螢幕耦合衰減後的低工作電壓訊號，並供控制器將感測電路所偵測的訊號進行計算觸控螢幕於觸控前、後之訊號變化量，以辨識觸控螢幕是否被觸控，而驅動電路的高工作電壓係可為感測電路的工作電壓之5倍以上，即可供感測電路所偵測的感應訊號之訊噪比(SNR)效果較佳，達到控制器辨識控螢幕上觸碰位置的效果亦可提升之目的。
本發明之次要目的乃在於該控制器之驅動電路(TX)，係可採用DMOS、LDMOS或FDMOS等製程製成，且該驅動電路 (TX)係包括數位類比轉換器(DAC)、訊號放大電路、輸出訊號切換選擇器及高壓靜電放電保護電路(HV ESD circuit)，可透過數位類比轉換器接收輸出波形控制信號及低電壓，並進行電壓轉換後，即由數位類比轉換器將訊號傳輸至訊號放大電路，且同時輸入高電壓至訊號放大電路，再由訊號放大電路將訊號傳送至輸出訊號切換選擇器(TX MUX selector)，則透過輸出訊號切換選擇器電性連接靜電放電保護電路(HV ESD protect circuit)，以供驅動電路發射高壓訊號至觸控螢幕，以供觸控螢幕進行耦合衰減後，仍可符合感測電路之低工作電壓訊號。
本發明之另一目的乃在於該驅動電路(TX)，係包括一組以上之訊號傳輸線路，而該一組以上之傳輸線路則包括電壓位準移位器、互補式金氧半電晶體(CMOS)及高壓靜電放電保護電路，即透過電壓位準移位器接收低壓訊號(TX LV signal)，並由電壓位準移位器將訊號傳輸至互補式金氧半電晶體(CMOS)，且透過互補式金氧半電晶體電性連接高壓靜電放電保護電路(HV ESD protect circuit)，以供驅動電路發射高壓訊號至觸控螢幕。
本發明之再一目的乃在於該感測電路(RX)一側係電性連接一電阻後再電性連接至觸控螢幕，感測電路另側為電性連接位於控制器內部之低壓靜電放電保護電路後(LV ESD circuit)、再透過低壓靜電放電保護電路電性連接至控制器核心；或該感測電路(RX)一側直接電性連接於觸控螢幕、另側依序電性連接位於控制器內部 之電阻、低壓靜電放電保護電路(LV ESD circuit)及控制器核心；亦或該感測電路(RX)一側直接電性連接於觸控螢幕、另側依序電性連接位於控制器內部之低壓靜電放電保護電路(LV ESD circuit)、電阻、另一低壓靜電放電保護電路(LV ESD circuit)及控制器核心。
1‧‧‧控制器
11‧‧‧驅動電路(TX)
110‧‧‧驅動訊號電路
111‧‧‧數位類比轉換器
112‧‧‧訊號放大電路
113‧‧‧訊號切換選擇器
114‧‧‧高壓靜電放電保護電路
115‧‧‧電壓位準移位器
116‧‧‧互補式金氧半電晶體
12‧‧‧感測電路(RX)
121‧‧‧電阻
13‧‧‧晶片核心
14‧‧‧低壓靜電放電保護電路
15‧‧‧第一低壓靜電放電保護電路
16‧‧‧第二低壓靜電放電保護電路
2‧‧‧觸控螢幕
A‧‧‧觸控控制器
A1‧‧‧驅動訊號(TX)
A2‧‧‧感應訊號(RX)
B‧‧‧觸控螢幕
第一圖 係為本發明之方塊圖。
第二圖 係為本發明控制器簡易構造示意圖。
第三圖 係為本發明驅動電路第一實施例之線路圖。
第四圖 係為本發明驅動電路第二實施例之線路圖。
第五圖 係為本發明感測電路第一實施例之線路圖。
第六圖 係為本發明感測電路第二實施例之線路圖。
第七圖 係為本發明感測電路第三實施例之線路圖。
第八圖 係為習知操控控制器感應訊號之線路圖。
為達成上述目的與功效，本發明所採用之技術手段及其構造、實施之方法等，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。
請參閱第一、二圖所示，係為本發明之方塊圖、控制器簡易構造示意圖，由圖中所示可以清楚看出，本發明應用於觸控螢幕之控制器1係包括驅動電路(TX)11及感測電路(RX)12，其中： 該控制器1係透過半導體製程中的高壓製程成型驅動電路11，並透過半導體製程中的傳統低壓製程製成感測電路12，則由控制器1透過驅動電路11傳送高工作電壓至預設觸控螢幕2，而使高壓訊號通過觸控螢幕2後，再由控制器1利用感測電路12接收觸控螢幕2之偵測訊號，則透過控制器1進行控制、計算經由驅動電路11傳送至觸控螢幕2的按壓前訊號與透過感測電路12接收來自觸控螢幕2之被按壓後訊號的變化量，進一步判斷觸控螢幕2是否被按壓觸碰。
且因控制器1之驅動電路11係透過高壓製程，例如可為DEMOS(汲極延伸金氧半導體)、LDMOS(橫向雙擴散金氧半導體)或FDMOS(場漂移金氧半導體)等製成，可發射大於或等於18伏特(V)之電壓源，而感測電路12為利用低壓製程成型，係可接收外部小於或等於3.3伏特(V)之電壓源，則驅動電路11之高壓製程所使用之電壓係為感測電路12之低壓製程使用電壓的5倍以上，則可使驅動電路11傳送更高的工作電壓〔可為等於或大於18伏特(V)之電壓〕至觸控螢幕2，以使工作電壓經觸控螢幕2耦合並產生衰減現象後之工作電壓訊號，再經由感測電路12被控制器1接收，因驅動電路11傳送高工作電壓至觸控螢幕2時，觸控螢幕2在耦合工作電壓訊號時，可能會受到境影響而耦合雜訊(Noise)進來，可能造成感測電路12接收工作電壓時的訊噪比(SNR)變差，如下列公式：SNR=PSignal/PNoise
因此，控制器1之驅動電路11可以發射越高的工作電壓訊號(PSignal)至觸控螢幕2，並經過觸控螢幕2耦合時所加入 之噪音(PNoise)，則感測電路12所接收來自觸控螢幕2的工作電壓感應訊號之訊噪比(SNR)也會越好，以供控制器1判斷觸控螢幕2按壓前、按壓後的工作電壓之訊號變化量也更準確。
請參閱第一、三、四圖所示，係為本發明之方塊圖、驅動電路第一實施例之線路圖、驅動電路第二實施例之線路圖，由圖中所示可以清楚的看出，本發明控制器1之驅動電路11，係採用高壓製程所製成，而驅動電路係包括數位類比轉換器111、訊號放大電路112、訊號切換選擇器113及高壓靜電放電保護電路114，而數位類比轉換器(DAC)111係可接收輸出波形控制信號(TX waveform Control signal)後，進行數位類比訊號之轉換，再將訊號傳送至訊號放大器112進行放大後，再將放大後的訊號傳送至訊號切換選擇器(TX MUX selector)113，並透過訊號切換選擇器113電性連接至少一組以上之高壓靜電放電保護電路(HV ESD protect circuit)114，則可將高壓訊號經過驅動電路11傳送至觸控螢幕2。
該驅動電路11亦可包括至少一組以上之驅動訊號電路110，該至少一組以上之驅動訊號電路110係分別包括電壓位準移位器115、互補式金氧半電晶體116及高壓靜電放電保護電路114，透過電壓位準移位器115接收低壓發射訊號(TX LV signal )，再由電壓位準移位器115升壓後將訊號傳送至互補式金氧半電晶體116，同時互補式金氧半電晶體116並由高壓電源進行觸發，而使互補式金氧半電晶體116將訊號透過高壓靜電放電保護電路114傳送至 驅動電路11，以透過驅動電路11將高工作電壓傳送至觸控螢幕2。
請參閱第一、五、六、七圖所示，係為本發明之方塊圖、感測電路第一實施例之線路圖、感測電路第二實施例之線路圖、感測電路第三實施例之線路圖，由圖中所示可以清楚看出，本發明之控制器1透過感測電路12接收觸控螢幕2之工作電壓訊號，但若接收之工作電壓訊號高於感測電路12的低壓製程之工作電壓時，工作電壓訊號可能自低壓靜電放電保護電路(LV ESD)漏掉，導致控制器1所接收之工作電壓訊號不正確，即無法與驅動電路11所發射之工作電壓訊號進行計算，可能發生無法計算或計算錯誤的情形，因此感測電路12係可透過串聯電阻121的方式進行降壓，以供控制器1可以自觸控螢幕2接收較正確的工作電壓訊號，而感測電路12串聯電阻121之方式係可為：該控制器1內部包括晶片核心13、低壓靜電放電保護電路(LV ESD circuit)14，並透過感測電路12外部串聯電阻121，以供控制器1透過感測電路12接收來自觸控螢幕2的工作電壓訊號時，可以透過外部串聯之電阻121先行降壓、衰減，使其工作電壓訊號振幅介於低壓的供電源(LV VDD小於或等於3.3V)及接地側(GND)的電壓之間，並符合感測電路12低壓製程，而供控制器1接收來自觸控螢幕2的工作電壓後，再與驅動電路11傳送之工作電壓進行計算，以辨識觸控螢幕2按壓前、按壓後之工作電壓訊號變化量，以準確判斷觸控螢幕2是否被觸碰。
再者，該控制器1內部包括晶片核心13、低壓靜電放電保護電路(LV ESD circuit)14，並透過低壓靜電放電 保護電路14與感測電路12之間串聯電阻121，而供電阻121串聯於控制器1內部，則當控制器1透過感測電路12接收來自觸控螢幕2的工作電壓訊號時，可以透過位於感測電路12一側的控制器1內部串聯之電阻121先行降壓、衰減，使其工作電壓訊號振幅介於低壓的供電源(LV VDD小於或等於3.3V)及接地側(GND)的電壓之間，以成為符合感測電路12低壓製程的工作電壓，而供控制器1接收來自觸控螢幕2的工作電壓後，再與驅動電路11傳送之工作電壓進行計算，以辨識觸控螢幕2按壓前、按壓後之工作電壓訊號變化量，以準確判斷觸控螢幕2是否被觸碰。
另，該控制器1內部包括晶片核心13、二組串聯之第一低壓靜電放電保護電路(LV ESD circuit)15、第二低壓靜電放電保護電路16，並透過第一低壓靜電放電保護電路15與第二低壓靜電放電保護電路16之間串聯電阻121，而供電阻121串聯於控制器1內部，則當控制器1透過感測電路12接收來自觸控螢幕2的工作電壓訊號時，可以透過位於感測電路12一側位於控制器1內部的第一、第二低壓靜電放電保護電路15、16之間串聯之電阻121先行降壓、衰減，使其工作電壓訊號振幅介於低壓的供電源(LV VDD小於或等於3.3V)及接地側(GND)的電壓之間，則可成為符合感測電路12低壓製程的工作電壓，而供控制器1接收來自觸控螢幕2的工作電壓後，再與驅動電路11傳送之工作電壓進行計算，即得以辨識觸控螢幕2按壓前、按壓後之工作電壓訊號變化量，以準確判斷觸控螢幕2是否被觸碰。
是以，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此侷限本發明之專利範圍，本發明應用於觸控螢幕之控制器，係於控制器1透過高壓製程製成驅動電路11，另以低壓製程製成感測電路12，而利用驅動電路11傳送高工作電壓訊號至觸控螢幕2，並經觸控螢幕2耦合後，利用感測電路12接收觸控螢幕2之工作電壓訊號，以供控制器1計算觸控螢幕2觸碰前、後之訊號變化量，俾可達到準確判斷觸控螢幕2是否被按壓、觸碰之目的，並可利用驅動電路11以高壓製程製成，而可傳送大於感測電路12工作電壓的5倍以上之工作電壓訊號之功效，以供觸控瑩幕2耦合後衰減之作電壓訊號符合感測電路12之低壓製程的工作電壓，且可提高控制器1判斷觸控螢幕2的工作電壓訊號變化量的準確度，故舉凡可達成前述效果之結構、裝置皆應受本發明所涵蓋，此種簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。
故，本發明為主要針對應用於觸控螢幕之控制器進行設計，係於控制器利用高壓製程成型驅動電路、低壓製程成型感測電路，以供控制器透過驅動電路傳送高工作電壓訊號至觸控螢幕，經過觸控螢幕耦合衰減後之工作電壓訊號，供控制器利用感測電路接收，而可達到控制器準確判斷觸控螢幕處控前、後之訊號變化量為主要保護重點，並能準確辨識觸控螢幕是否被按壓，藉由控制器由驅動電路傳送高工作電壓至預設觸控螢幕，乃僅使控制器透過感測電路接收的感應訊號之訊噪比更佳之優勢，可提高控制器接收工作電壓訊號訊噪比之功效，且可使觸控螢幕耦合衰減後之訊號振幅符合感測電路之工作電壓，惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書 及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。
綜上所述，本發明上述應用於觸控螢幕之控制器於實際應用、實施時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之研發，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦研發、創設，倘若 鈞局審委有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，實感德便。
1‧‧‧控制器
11‧‧‧驅動電路
12‧‧‧感測電路
2‧‧‧觸控螢幕

Claims (10)

  1. 一種應用於觸控螢幕之控制器，其中：該控制器係包括發射高工作電壓訊號至預設觸控螢幕之驅動電路、接收自觸控螢幕耦合衰減後的低工作電壓訊號之感測電路，並供控制器將感測電路所偵測的訊號進行計算觸控螢幕於觸控前、後之訊號變化量，以辨識觸控螢幕是否被觸控，而驅動電路的高工作電壓係為感測電路的工作電壓之5倍以上，該驅動電路(TX)係包括接收輸出波形控制信號及低電壓之數位類比轉換器(DAC)，並供數位類比轉換器將訊號傳輸至訊號放大電路，且同時輸入高電壓至訊號放大電路，再由訊號放大電路將訊號傳送至輸出訊號切換選擇器(TX MUX selsctor)，則透過輸出訊號切換器電性連接靜電放電保護電路(HV ESD protect circuit)，以供驅動電路發射高壓訊號至觸控螢幕。
  2. 如申請專利範圍第1項所述應用於觸控螢幕之控制器，其中該感測電路(RX)一側係電性連接一電阻後再電性連接至觸控螢幕，感測電路另側為電性連接位於控制器內部之低壓靜電放電保護電路後(LV ESD circuit)、再透過低壓靜電放電保護電路電性連接至控制器之晶片核心。
  3. 如申請專利範圍第1項所述應用於觸控螢幕之控制器，其中該感測電路(RX)一側直接電性連接於觸控螢幕、另側依序電性連接位於控制器內部之電阻、低壓靜電放電保護電路(LV ESD circuit)及晶片核心。
  4. 如申請專利範圍第1項所述應用於觸控螢幕之控制器，其中該感測電路(RX)一側直接電性連接於觸控螢幕、另側依序電性連接位於控制器內部之低壓靜電放電保護電路(LV ESD circuit)、電阻、另一低壓靜電放電保護電路(LV ESD circuit)及晶片核心。
  5. 如申請專利範圍第1項所述應用於觸控螢幕之控制器，其中該控制器一側之驅動電路係連接外部等於或大於18伏特(V)以上之電壓源，而另側之感測電路則連接外部等於或小於3.3伏特(V)以下之電壓源。
  6. 一種應用於觸控螢幕之控制器，其中：該控制器係包括發射高工作電壓訊號至預設觸控螢幕之驅動電路、接收自觸控螢幕耦合衰減後的低工作電壓訊號之感測電路，並供控制器將感測電路所偵測的訊號進行計算觸控螢幕於觸控前、後之訊號變化量，以辨識觸控螢幕是否被觸控，而驅動電路的高工作電壓係為感測電路的工作電壓之5倍以上，該驅動電路(TX)係包括一組以上之訊號傳輸線路，而該一組以上之傳輸線路係包括接收輸出低壓訊號(TX LV signal)之電壓位準移位器，並由電壓位準移位器將訊號傳輸至互補式金氧半電晶體(CMOS)，且透過互補式金氧半電晶體(CMOS)電性連接高壓靜電放電保護電路(HVESD protect circuit)，以供驅動電路發射高壓訊號至觸控螢幕。
  7. 如申請專利範圍第6項所述應用於觸控螢幕之控制器，其中該感測電路(RX)一側係電性連接一電阻後再電性連接至觸控螢幕，感測電 路另側為電性連接位於控制器內部之低壓靜電放電保護電路後(LV ESD circuit)、再透過低壓靜電放電保護電路電性連接至控制器之晶片核心。
  8. 如申請專利範圍第6項所述應用於觸控螢幕之控制器，其中該感測電路(RX)一側直接電性連接於觸控螢幕、另側依序電性連接位於控制器內部之電阻、低壓靜電放電保護電路(LV ESD circuit)及晶片核心。
  9. 如申請專利範圍第6項所述應用於觸控螢幕之控制器，其中該感測電路(RX)一側直接電性連接於觸控螢幕、另側依序電性連接位於控制器內部之低壓靜電放電保護電路(LV ESD circuit)、電阻、另一低壓靜電放電保護電路(LV ESD circuit)及晶片核心。
  10. 如申請專利範圍第6項所述應用於觸控螢幕之控制器，其中該控制器一側之驅動電路係連接外部等於或大於18伏特(V)以上之電壓源，而另側之感測電路則連接外部等於或小於3.3伏特(V)以下之電壓源。
TW105100545A 2016-01-08 2016-01-08 Applies to the touch screen controller TWI584170B (zh)

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