TWI584184B - 觸控偵測裝置及觸控偵測方法 - Google Patents

Description

觸控偵測裝置及觸控偵測方法

本發明係關於一種觸控偵測裝置及觸控偵測方法，尤指一種可根據位準值之變化量判斷是否發生一觸控事件之觸控偵測裝置及觸控偵測方法。

當前的觸控偵測裝置中，係藉由輸出訊號執行電容充電，再接收對應於電容放電之輸入訊號，判斷是否有觸控事件。為了執行充放電，上述之輸出訊號及輸入訊號係僅限於數位訊號（例如方波），故不利於後端之濾波處理，從而難以濾除雜訊，故訊雜比（signal-to-noise ratio；SNR）無法提高，也大為減損觸控靈敏度和使用者體驗。

本案之一實施例揭露一種觸控偵測裝置，包含一處理單元、一第一電容及一第二電容。該處理單元，具有一輸出端，用以輸出一第一類比訊號、及一輸入端，用以接收一第二類比訊號。該第一電容，具有一可調整之第一電容值，該第一電容包含一第一端，耦接於該處理單元之該輸出端、及一第二端，耦接於該處理單元之該輸入端。該第二電容，具有一第二電容值，該第二電容包含一第一端，耦接於該處理單元之該輸入端，及一第二端，耦接於一地端；其中該第一電容值係被調整從而實質上等於該第二電容值，且該處理單元係根據該第二類比訊號之位準值之變化量判斷是否發生一觸控事件。

本案之另一實施例揭露一種用於一觸控偵測裝置之觸控偵測方法。該觸控偵測裝置包含一處理單元，一第一電容及一第二電容，該第一電容之一第一端耦接於該處理單元之一輸出端，該第一電容之一第二端耦接於該處理單元之一輸入端及該第二電容之一第一端，該第二電容之一第二端係耦接於一地端。該觸控偵測方法包含經由該處理單元之該輸出端輸出一第一類比訊號；經由該處理單元之該輸入端接收一第二類比訊號，其中該第二類比訊號之位準值對應於該第一類比訊號之位準值、該第一電容之一第一電容值、及該第二電容之一第二電容值；該處理單元比較該第二類比訊號之位準值及該第一類比訊號之位準值；及若該第二類比訊號之位準值實質上不等於該第一類比訊號之位準值之一半，則調整該第一電容值，從而使該第二類比訊號之位準值實質上等於該第一類比訊號之位準值之一半。

第1圖係本發明一實施例的觸控偵測裝置100之示意圖。觸控偵測裝置100可包含處理單元110、第一電容C1及第二電容C2。處理單元110具有輸出端1101，用以輸出第一類比訊號Sa1（其可對應於位準值Va1）、及輸入端1102，用以接收第二類比訊號Sa2（其可對應於位準值Va2）。第一電容C1可為可調電容，具有可調整之（adjustable）第一電容值Cv1，第一電容C1包含第一端c11，耦接於處理單元1110之輸出端1101、及第二端c12，耦接於處理單元110之輸入端1102。第二電容C2具有第二電容值Cv2，第二電容C2包含第一端c21，耦接於處理單元110之輸入端1102，及第二端c22，耦接於地端GND。第一電容值Cv1可被調整從而實質上等於第二電容值Cv2，且處理單元110係根據第二類比訊號Sa2之位準值Va2之變化量判斷是否發生觸控事件。其中，第一類比訊號Sa1與第二類比訊號Sa2可例如為弦波，第一電容C1及處理單元110可整合於電路模組，例如整合於積體電路（integrated circuit；IC）內，第二電容C2可對應於觸控面板之等效接地電容。

第2圖係本發明之一實施例中，發生觸碰事件之示意圖。該觸控事件可對應於外部物體Cx觸碰觸控偵測裝置100之情境，外部物體Cx可具有第三電容值Cvx，第二類比訊號Sa2之位準值Va2之變化量△Va2可對應於第一電容值Cv1、第二電容值Cv2、第三電容值Cvx及第一類比訊號Sa1之位準值Va1，其細節原理將述於後文。其中，外部物體可例如（但不限於）手指或觸控筆（stylus）等。

第3圖係本發明之一實施例中觸控偵測裝置100a之示意圖。觸控偵測裝置100a可為上述之觸控偵測裝置100的一實施方式，其中處理單元110可另包含第一轉換單元T1、第二轉換單元R1、數位控制單元D1。第一轉換單元T1可用以根據第一數位訊號Sd1產生第一類比訊號Sa1，其包含第一端t11，用以接收第一數位訊號Sd1，及第二端t12，耦接於處理單元110之輸出端1101，用以輸出第一類比訊號Sa1。第二轉換單元R1可用以根據第二類比訊號Sa2產生第二數位訊號Sd2，第二轉換單元R1可包含第一端r11，耦接於處理單元110之輸入端1102，用以接收第二類比訊號Sa2，及第二端r12，用以輸出第二數位訊號Sd2。數位控制單元D1可為數位電路模組，用以產生第一數位訊號Sd1、接收第二數位訊號Sd2、及根據第一數位訊號Sd1及第二數位訊號Sd2判斷是否發生觸控事件。數位控制單元D1可包含輸出端d11，耦接於第一轉換單元T1之第一端t11，用以輸出第一數位訊號Sd1，及輸入端d12，耦接於第二轉換單元R1之第二端r12，用以接收第二數位訊號Sd2。

第4圖係本發明一實施例中之第一轉換單元T1的示意圖。第一轉換單元T1可包含數位轉類比（Digital to Analog）單元DAC及緩衝單元BUF1。數位轉類比單元DAC之輸入端可耦接於第一轉換單元T1之第一端t11，數位轉類比單元DAC之輸出端可耦接於緩衝單元BUF1的輸入端，緩衝單元BUF1的輸出端可耦接於第一轉換單元T1之第二端t12。數位轉類比單元DAC可用以將第一數位訊號Sd1轉換為第一中介類比訊號Sa1’。緩衝單元BUF1可具有放大（amplifying）功能，用以對第一中介類比訊號Sa1’執行放大運算操作以產生第一類比訊號Sa1。其中，該放大運算操作之放大倍數可為n倍（n可為大於等於1之正數），從而提昇第一類比訊號Sa1之穩定度。

第5圖係本發明另一實施例中之第一轉換單元T1的示意圖。第一轉換單元T1可包含緩衝單元BUF1a，緩衝單元BUF1a之輸入端可耦接於第一轉換單元T1之第一端t11，且緩衝單元BUF1a之輸出端可耦接於第一轉換單元T1之第二端t12。緩衝單元BUF1a可用以對第一數位訊號Sd1執行濾波操作及放大運算操作以產生第一類比訊號Sa1。

第6圖係本發明之一實施例之第二轉換單元R1的示意圖。第二轉換單元R1可包含類比轉數位（Analog to Digital）單元ADC1，其輸入端與輸出端可分別耦接於第二轉換單元R1之第一端r11與第二端r12，類比轉數位單元ADC1可用以將第二類比訊號Sa2轉換為第二數位訊號Sd2。

第7圖係本發明另一實施例之第二轉換單元R1的示意圖。第二轉換單元R1可包含緩衝單元BUF2及類比轉數位單元ADC2，緩衝單元BUF2之輸入端與類比轉數位單元ADC2之輸出端可分別耦接於第二轉換單元R1之第一端r11與第二端r12，且緩衝單元BUF2之輸出端可耦接於類比轉數位單元ADC2之輸入端。緩衝單元BUF2可用以對第二類比訊號Sa2執行放大運算操作以產生第二中介類比訊號Sa2’。類比轉數位單元ADC2可用以將第二中介類比訊號Sa2’轉換為第二數位訊號Sd2。緩衝單元BUF2可用以提高訊號之穩定度。

第8圖係本發明之一實施例之觸控偵測方法800的流程圖。參看第1圖所示之觸控偵測裝置100，觸控偵測方法800可包含下列步驟：

步驟810：經由處理單元110之輸出端1101輸出第一類比訊號Sa1；

步驟820：經由處理單元110之輸入端1102接收第二類比訊號Sa2，其中第二類比訊號Sa2之位準值Va2可對應於第一類比訊號Sa1之位準值Va1、第一電容C1之第一電容值Cv1、及第二電容C2之第二電容值Cv2；

步驟830：處理單元110比較第二類比訊號Sa2之位準值Va2及第一類比訊號Sa1之位準值Va1；

步驟840：位準值Va2是否實質上等於位準值Va1之一半？若是，進入步驟860，若否，進入步驟850；

步驟850：調整第一電容值Cv1，從而使位準值Va2實質上等於位準值Va1之一半；進入步驟830；

步驟860：紀錄第一電容值Cv1；進入步驟870；

步驟870：執行觸控偵測操作。

第9圖係第8圖之步驟870可包含之操作步驟的流程圖。參看第1圖及第2圖，觸控偵測方法800之步驟870可包含：

步驟8710：處理單元110比較第二類比訊號Sa2之位準值Va2之變化量△Va2；

步驟8720：位準值Va2之變化量△Va2是否大於一門檻值？若是，進入步驟8730；若否，進入步驟8710；

步驟8730：判斷觸控事件發生。

參看第1、2、8、9圖，步驟810至860可為觸控偵測裝置100尚未被外部物體觸控前，所做的操作步驟，亦即步驟810至860可為校正（calibration）步驟。步驟810至步驟820中，根據電路架構，位準值Va1、位準值Va2、第一電容值Cv1及第二電容值Cv2之關係可如算式eq-1所示： Va2 = Va1*[Cv1/(Cv1+Cv2)] … (eq-1)

由於步驟8710至8730係藉由位準值Va2之變化量△Va2的值判斷觸控事件是否發生，故發生觸控事件時，變化量△Va2越大，則偵測之靈敏度可越高。如第2圖所示，當觸控事件發生時，外部物體Cx（具有第三電容值Cvx）可等效表示為並聯於第二電容C2，故對應於觸控事件的位準值Va2之變化量△Va2可為觸碰事件發生前、發生後的位準值Va2之差值，如算式eq-2所示： △Va2 = Va1*[Cv1/(Cv1+Cv2)] –Va1*[Cv1/(Cv1+Cv2+Cvx)] = Va1* Cv1*Cvx/ [(Cv1+Cv2)*( Cv1+Cv2+Cvx)] …(eq-2)

為求得△Va2之最大值，可預設Cv1+Cv2 ＞＞ Cvx從而得到偏微分計算式（eq-3）： □ △Va2/□ Cv1 = Cvx * Va1 * (Cv2^2-Cv1^2) / (Cv1+Cv2)^4 …(eq-3)

當△Va2為最大值時，□△Va2/□Cv1 = 0，此情況下之Cv1=Cv2，因此，參考算式eq-1，可知當觸控事件尚未發生時，位準值Va2的值應如算式eq-4所示： Va2 = Va1*[Cv1/(Cv1+Cv2)] = 0.5*Va1 …(eq-4)

換言之，將第一電容C1之第一電容值Cv1調整至實質上等於第二電容C2之第二電容值Cv2，則第二類比訊號Sa2之位準值Va2係第一類比訊號Sa1之位準值Va1的一半，經此校正後，偵測之靈敏度可為最佳，故步驟810至850可執行校正，步驟860中可將校正後之第一電容值Cv1儲存，以供備用，如此可避免反覆執行步驟810至850的校正，但步驟860亦可根據使用者需求予以省略。

於本發明一實施例中，若第二電容C2（亦即觸控面板之等效接地電容）的第二電容值Cv2之大致範圍係已知，則可將第一電容值Cv1設定為大致接近第二電容值Cv2，再於步驟830至850進行微調，由於溫度或使用壽命等可靠度因素均可能對第二電容值Cv2或先前已調整之第一電容值Cv1造成影響，故微調校正仍有助於改善靈敏度。於本案另一實施例中，若第二電容值Cv2之大致範圍係未知，則上述之校正可更有助於提高觸控偵測之靈敏度。步驟830至850中，可根據位準值Va1與位準值Va2之比例，使用複數位元之控制單元微調第一電容值Cv1，或利用二分法（bisection method）調整第一電容值Cv1，從而使第一電容值Cv1實質上等於第二電容值Cv2。如上述，當第一電容值Cv1實質上等於第二電容值Cv2，偵測觸控事件時可有最大之訊雜比。步驟8720中，可設定對應於觸控事件產生之變化量△Va2大於門檻值時，判斷為觸控事件發生，根據本發明實施例，門檻值可為可設定之數值。

第10圖係本發明之一實施例之操作步驟對應於頻道CH1-CHn的執行示意圖。根據本發明實施例，如第1圖所示之觸控偵測裝置100可對應於觸控面板之一頻道（channel），且觸控面板可具有多個頻道。例如第10圖之觸控面板10被分為n個部份，則可對應於n個頻道CH1-CHn。如第10圖所示，觸控面板10具有n個頻道，則可反覆執行前述第8至9圖所示之流程圖，以校正第1頻道CH1至第n頻道CHn，並將校正後計算求得之各個頻道的第一電容值Cv11至Cv1n儲存備用，以調整對應於各頻道之第一電容，及執行觸控事件之偵測。

綜上所述，本案實施例揭露的觸控偵測裝置及觸控偵測方法可藉由調整本案第1至3圖所示之第一電容值Cv1，使之實質上等於第二電容值Cv2，從而使觸控事件發生時的訊雜比達到計算上的最大值。實務上，第二電容值Cv2可能為已知、或未知之電容值，於此兩種情境中，本案實施例提供之解決方案均可適用，從而提高訊雜比。由於本發明實施例用以判斷觸控事件是否發生之第二類比訊號Sa2可為類比訊號（例如為弦波），故可執行窄頻濾波，有助於濾除雜訊，相較於先前技術，本發明實施例揭露的觸控偵測裝置及觸控偵測方法的抗雜訊能力較高，可得到觸控事件發生時的最大訊號變化量，從而提高訊雜比，偵測觸控事件之靈敏度與精準度也大為改善。因此可知，本發明對於觸控偵測之領域，實有助益。   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。

100、100a‧‧‧觸控偵測裝置

110‧‧‧處理單元

1101‧‧‧輸出端

1102‧‧‧輸入端

C1‧‧‧第一電容

Cv1、Cv11至Cv1n‧‧‧第一電容值

C2‧‧‧第二電容

Cv2‧‧‧第二電容值

Cx‧‧‧第三電容

Cvx‧‧‧第三電容值

GND‧‧‧地端

c11、c21、t11、r11‧‧‧第一端

c12、c22、t12、r12‧‧‧第二端

Sa1‧‧‧第一類比訊號

Sa2‧‧‧第二類比訊號

Sa1’‧‧‧第一中介類比訊號

Sa2’‧‧‧第二中介類比訊號

Sd1‧‧‧第一數位訊號

Sd2‧‧‧第二數位訊號

Va1、Va2‧‧‧位準值

△Va2‧‧‧變化量

T1‧‧‧第一轉換單元

R1‧‧‧第二轉換單元

BUF1、BUF1a‧‧‧緩衝單元

DAC‧‧‧數位轉類比單元

ADC1、ADC2‧‧‧類比轉數位單元

800‧‧‧觸控偵測方法

810至870、8710至8730‧‧‧步驟

10‧‧‧觸控面板

CH1至CHn‧‧‧頻道

第1圖係本發明之一實施例的觸控偵測裝置之示意圖。 第2圖係本發明之一實施例中發生觸碰事件之示意圖。 第3圖係本發明之一實施例的觸控偵測裝置之示意圖。 第4圖係本發明之一實施例中之第一轉換單元的示意圖。 第5圖係本發明之另一實施例中之第一轉換單元的示意圖。 第6圖係本發明之一實施例之第二轉換單元的示意圖。 第7圖係本發明之另一實施例之第二轉換單元的示意圖。 第8圖係本發明之一實施例之觸控偵測方法的流程圖。 第9圖係第8圖之步驟870可包含之操作步驟的流程圖。 第10圖係本發明之一實施例之操作步驟對應於頻道的執行示意圖。

100‧‧‧觸控偵測裝置

110‧‧‧處理單元

1101‧‧‧輸出端

1102‧‧‧輸入端

C1‧‧‧第一電容

Cv1‧‧‧第一電容值

C2‧‧‧第二電容

Cv2‧‧‧第二電容值

GND‧‧‧地端

c11、c21‧‧‧第一端

c12、c22‧‧‧第二端

Sa1‧‧‧第一類比訊號

Sa2‧‧‧第二類比訊號

Va1、Va2‧‧‧位準值

Claims (10)

1. 一種觸控偵測裝置，包含：一處理單元，具有一輸出端，用以輸出一第一類比訊號、及一輸入端，用以接收一第二類比訊號；一第一電容，具有一可調整之第一電容值，該第一電容包含一第一端，耦接於該處理單元之該輸出端、及一第二端，耦接於該處理單元之該輸入端；及一第二電容，具有一第二電容值，該第二電容包含一第一端，耦接於該處理單元之該輸入端，及一第二端，耦接於一地端；其中該第一電容值係被調整從而使該第二類比訊號之位準值實質上等於該第一類比訊號之位準值之一半，且該處理單元係根據該第二類比訊號之位準值之變化量判斷是否發生一觸控事件。
2. 如請求項1所述的觸控偵測裝置，其中該觸控事件係對應於一外部物體觸碰該觸控偵測裝置，該外部物體具有一第三電容值，該第二類比訊號之位準值之變化量係對應於該第一電容值、該第二電容值、該第三電容值及該第一類比訊號之位準值。
3. 如請求項1所述的觸控偵測裝置，其中該處理單元另包含：一第一轉換單元，用以根據一第一數位訊號產生該第一類比訊號，該第一轉換單元包含一第一端，用以接收該第一數位訊號，及一第二端，耦接於該處理單元之該輸出端，用以輸出該第一類比訊號；一第二轉換單元，用以根據該第二類比訊號產生一第二數位訊號，該第二轉 換單元包含一第一端，耦接於該處理單元之該輸入端，用以接收該第二類比訊號，及一第二端，用以輸出該第二數位訊號；及一數位控制單元，用以產生該第一數位訊號、接收該第二數位訊號、及根據該第一數位訊號及該第二數位訊號判斷是否發生一觸控事件，該數位控制單元包含一輸出端，耦接於該第一轉換單元之該第一端，用以輸出該第一數位訊號，及一輸入端，耦接於該第二轉換單元之該第二端，用以接收該第二數位訊號。
4. 如請求項3所述的觸控偵測裝置，該第一轉換單元另包含：一數位轉類比單元，用以將該第一數位訊號轉換為一第一中介類比訊號；及一第一緩衝單元，耦接於該數位轉類比單元，用以對該第一中介類比訊號執行一放大運算操作以產生該第一類比訊號。
5. 如請求項3所述的觸控偵測裝置，該第一轉換單元另包含：一第一緩衝單元，用以對該第一數位訊號執行一濾波操作及一放大運算操作以產生該第一類比訊號。
6. 如請求項3、4或5所述的觸控偵測裝置，其中該第二轉換單元另包含：一類比轉數位單元，用以將該第二類比訊號轉換為該第二數位訊號。
7. 如請求項3、4或5所述的觸控偵測裝置，其中該第二轉換單元另包含：一第二緩衝單元，用以對該第二類比訊號執行一放大運算操作以產生一第二中介類比訊號；及一類比轉數位單元，耦接於該第二緩衝單元，用以將該第二中介類比訊號轉 換為該第二數位訊號。
8. 一種用於一觸控偵測裝置之觸控偵測方法，該觸控偵測裝置包含一處理單元，一第一電容及一第二電容，該第一電容之一第一端耦接於該處理單元之一輸出端，該第一電容之一第二端耦接於該處理單元之一輸入端及該第二電容之一第一端，該第二電容之一第二端係耦接於一地端，該觸控偵測方法包含：經由該處理單元之該輸出端輸出一第一類比訊號；經由該處理單元之該輸入端接收一第二類比訊號，其中該第二類比訊號之位準值對應於該第一類比訊號之位準值、該第一電容之一第一電容值、及該第二電容之一第二電容值；該處理單元比較該第二類比訊號之位準值及該第一類比訊號之位準值；及若該第二類比訊號之位準值實質上不等於該第一類比訊號之位準值之一半，則調整該第一電容值，從而使該第二類比訊號之位準值實質上等於該第一類比訊號之位準值之一半。
9. 如請求項8所述的觸控偵測方法，另包含：該處理單元比較該第二類比訊號之位準值之變化量；及若該處理單元比較該第二類比訊號之位準值之變化量大於一門檻值，判斷一觸控事件發生。
10. 如請求項9所述的觸控偵測方法，其中該觸控事件係對應於一外部物體觸碰該觸控偵測裝置，該外部物體具有一第三電容值，該第二類比訊號之位準值之變化量係對應於該第一電容值、該第二電容值、該第三電容值及該 第一類比訊號之位準值。