TWI630528B - 電子裝置、接收電路與觸控訊號的處理方法 - Google Patents

電子裝置、接收電路與觸控訊號的處理方法 Download PDF

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Abstract

本發明提出一種電子裝置，包括觸控電極以及接收電路。接收電路包括以下元件。第一解調器耦接至觸控電極並根據第一頻率解調來自觸控電極的觸控訊號以產生第一類比訊號。第一類比數位轉換器耦接至第一解調器並將第一類比訊號轉換至第一數位訊號。第二解調器耦接至觸控電極並根據第二頻率解調觸控訊號以產生第二類比訊號，其中第二頻率不同於第一頻率。第二類比數位轉換器耦接至第二解調器並將第二類比訊號轉換至第二數位訊號。

Description

電子裝置、接收電路與觸控訊號的處理 方法
本發明是有關於觸控感測，且特別是有關於一種電子裝置、接收電路與訊號處理方法，可同時偵測多種不同類型的觸碰。
在一些手機、平板、筆記型電腦等電子裝置中，配置有觸控螢幕與主動筆以方便使用者書寫或畫圖。在一些應用中，電子裝置中設置有兩種觸控電極，一種是用於感測手指的觸控，另一種是用於感測主動筆的觸控，但這樣的設置成本較高。若要使用同一個觸控電極，則可以讓接收電路分時處理來自手指的觸控訊號與來自主動筆的觸控訊號，但這樣的設置會增加反應時間。因此，如何共用觸控電極與接收電路，同時提供好的觸控效能，為此領域技術人員所關心的議題。
本發明的實施例提出一種具備觸控功能的電子裝置，包括觸控電極以及接收電路。接收電路包括以下元件。第一解調器耦接至觸控電極並根據第一頻率解調來自觸控電極的觸控訊號以產生第一類比訊號。第一類比數位轉換器耦接至第一解調器並將第一類比訊號轉換至第一數位訊號。第二解調器耦接至觸控電極並根據第二頻率解調觸控訊號以產生第二類比訊號，其中第二頻率不同於第一頻率。第二類比數位轉換器耦接至第二解調器並將第二類比訊號轉換至第二數位訊號。
在一些實施例中，第一類比數位轉換器在第一時間長度內將第一類比訊號轉換為第一數位訊號，其中第二頻率大於或小於第一頻率至少第一頻率臨界值，第一頻率臨界值為第一時間長度的倒數。
在一些實施例中，第二類比數位轉換器在第二時間長度內將第二類比訊號轉換為第二數位訊號，其中第一頻率大於或小於第二頻率至少第二頻率臨界值，第二頻率臨界值為第二時間長度的倒數。
在一些實施例中，電子裝置更包括第一傳送電路與第二觸控電極。第二觸控電極與觸控電極交錯。第一傳送電路用以傳送具有第一頻率的訊號至第二觸控電極，藉此在觸控電極感應出觸控訊號。
在一些實施例中，電子裝置更包括主動筆。此主動筆包括第二傳送電路，用以產生具有第二頻率的訊號。
在一些實施例中，電子裝置更包括接收級，耦 接在觸控電極與第一解調器和第二解調器之間。此接收級包括操作放大器與電容。操作放大器具有第一輸入端與第二輸入端，第一輸入端耦接至觸控電極，第二輸入端接收一可程式化訊號，此可程式化訊號具有第一頻率。電容則耦接在第一輸入端與操作放大器的輸出端之間。
在一些實施例中，電子裝置更包括主動筆。此主動筆包括第二傳送電路，用以產生具有第二頻率的訊號。
在一些實施例中，上述可程式化訊號的振幅是逐漸地上升並逐漸地下降，並且第一輸入端與觸控電極之間不具有開關。
在一些實施例中，上述的可程式化訊號為三角波。
以另外一個角度來說，本發明的實施例提出上述的接收電路。
以另外一個角度來說，本發明的實施例提出一種觸控訊號的處理方法，適用於一電子裝置，此電子裝置包括觸控電極。此處理方法包括：透過第一解調器根據第一頻率解調來自觸控電極的一觸控訊號以產生第一類比訊號；透過第一類比數位轉換器第一類比訊號轉換至第一數位訊號；透過第二解調器根據第二頻率解調觸控訊號以產生第二類比訊號，其中第二頻率不同於第一頻率；以及透過第二類比數位轉換器將第二類比訊號轉換至第二數位訊號。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100‧‧‧電子裝置
110‧‧‧顯示面板
111、112‧‧‧觸控電極
113、131‧‧‧訊號
120‧‧‧接收電路
130‧‧‧主動筆
140‧‧‧傳送電路
C1、C2‧‧‧電容
X、Y‧‧‧軸
TS‧‧‧觸控訊號
151、152‧‧‧解調器
161、162‧‧‧類比數位轉換器
A1、A2‧‧‧類比訊號
D1、D2‧‧‧數位訊號
300‧‧‧電子裝置
310‧‧‧觸控電極
C3、C4‧‧‧電容
410‧‧‧接收級
420‧‧‧操作放大器
421‧‧‧可程式化訊號
IN1、IN2‧‧‧輸入端
OUT‧‧‧輸出端
501~504‧‧‧步驟
600‧‧‧電子裝置
610、620、630‧‧‧主動筆
[圖1]是根據一實施例繪示互容式觸控感測的電子裝置示意圖。
[圖2]是根據圖1的實施例繪示接收電路的電路示意圖。
[圖3]是根據一實施例繪示自容式觸控感測的電子裝置示意圖。
[圖4]是根據圖3的實施例繪示電子裝置的示意圖。
[圖5]是根據一實施例繪示觸控訊號的處理方法的流程圖。
[圖6]是根據一實施例繪示配置有多隻主動筆的電子裝置的示意圖。
關於本文中所使用之『第一』、『第二』、...等，並非特別指次序或順位的意思，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。另外，關於本文中所使用之「耦接」，可指二個元件直接地或間接地作電性連接。也就是說，當以下描述「第一物件耦接至第二物件」時，第一物件與第二物件之間還可設置其他的物件。
圖1是根據一實施例繪示互容式觸控感測的電子裝置示意圖。請參照圖1，電子裝置100包括了顯示面板110、接收電路120、主動筆130、傳送電路140(亦稱為第 一傳送電路)。在一些實施例中，電子裝置100可以是螢幕、智慧型手機、平板電腦、個人電腦、筆記型電腦、工業電腦或各種形式的可攜式裝置等，本發明並不在此限。
顯示面板110包括沿著X方向延伸的觸控電極(例如，觸控電極111，亦被稱為第一觸控電極)以及沿著Y方向延伸的觸控電極(例如，觸控電極112，亦被稱為第二觸控電極)。觸控電極111耦接至傳送電路140，而觸控電極112耦接至接收電路120。觸控電極111、112的材料例如包括氧化銦錫(Indium tin oxide，ITO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide,IZO)、氧化鍗錫(antimony tin oxide,ATO)、氧化氟錫(fluorine tin oxide,FTO)或其他導電且透明的材料。觸控電極111與觸控電極112之間是彼此電性絕緣，等同於形成一個電容C1。傳送電路140會將訊號113傳送至觸控電極111，並透過電容C1在觸控電極112上感應出一個觸控訊號給接收電路120。當顯示面板110上觸控電極111與觸控電極112的交會處有手指觸碰時會改變電容C1的電容值，藉此可以偵測出手指的觸碰。
主動筆130與顯示面板110之間會形成電容C2。主動筆130中具有一個傳送電路(亦稱為第二傳送電路)，用以產生訊號131，此訊號131會透過電容C2在對應的觸控電極上感應出一個訊號給接收電路120，藉此接收電路120可以判斷出主動筆130的位置。
在此實施例中，訊號113與訊號131為方波，但本發明並不在此限，在其他實施例中，訊號113與訊號131 也可以為三角波會其他波形。特別的是，訊號113與訊號131的頻率不相同，接收電路120中有兩個解調器操作在不同的頻率以分別處理這兩個訊號113、131，因此可以共用觸控電極與接收電路120。圖2是根據圖1的實施例繪示接收電路的電路示意圖。請參照圖1照圖2，在此以觸控電極112為例來說明。接收電路120中包括了第一解調器151、第一類比數位轉換器161、第二解調器152與第二類比數位轉換器162。訊號113具有第一頻率，而訊號131具有第二頻率，這兩個訊號都會傳送至觸控電極112。第一解調器151與第二解調器152都耦接至觸控電極112。第一解調器151是根據第一頻率解調來自觸控電極112的觸控訊號TS以產生第一類比訊號A1。換言之，第一解調器151是作為一個帶通濾波器(band pass filter)，用以從觸控訊號TS中擷取出訊號113(即，第一類比訊號A1)。第一類比數位轉換器161耦接至第一解調器151並將第一類比訊號A1轉換至第一數位訊號D1。此第一數位訊號D1是反應於電容C1的電容值，可用來判斷顯示面板110對應的位置上是否被觸碰。第二解調器152根據第二頻率解調觸控訊號TS以產生第二類比訊號A2。類似地，第二解調器152是作為一個帶通濾波器，用以從觸控訊號TS中擷取出訊號131(即，第二類比訊號A2)。第二類比數位轉換器162耦接至第二解調器152並將第二類比訊號A2轉換至第二數位訊號A2，此第二數位訊號D2是反應於電容C2的電容值，可用來判斷主動筆130是否接觸到顯示面板110以及/或者判斷出筆觸的大小。特別的是，第二 頻率不同於第一頻率，因此訊號113與訊號131之間不會相互干擾。舉例來說，第一頻率可以為100k Hz，而第二頻率可以為200k Hz。然而，本發明並不限制第一頻率與第二頻率的數值。在一些實施例中，第一頻率也可以大於第二頻率。在一些實施例中，第一頻率與第二頻率之間的絕對差是大於一臨界值(例如，0.5k)。
在一些實施例中，第一頻率與第二頻率之間的差的絕對值是大於一個頻率臨界值，此頻率臨界值是反比於類比數位轉換器161、162的轉換時間。舉例來說，如果第二頻率是200k Hz，則一個週期是5微秒(micro second)。如果第二類比數位轉換器162需要20個週期來將第二類比訊號A2轉換為第二數位訊號D2，則第二類比數位轉換器162的轉換時間是20*5=100微秒(亦稱為第二時間長度)。100微秒的倒數為10k Hz，這表示第一頻率必須大於或小於第二頻率至少10k Hz。類似地，當第一頻率是100k Hz，則一個週期是10微秒。如果第一類比數位轉換器161需要20個週期來將第一類比訊號A1轉換為第一數位訊號D1，則第一類比數位轉換器161的轉換時間是20*10=200微秒(亦稱為第一時間長度)。200微秒的倒數為5k Hz，這表示第二頻率必須大於或小於第一頻率至少5k Hz。換言之，當第一類比數位轉換器161具有第一時間長度以將第一類比訊號A1轉換為第一數位訊號D1時，第二頻率必須大於或小於第一頻率至少一個第一頻率臨界值，此第一頻率臨界值為第一時間長度的倒數。當第二類比數位轉換器162具有第二時間長 度以將第二類比訊號A2轉換為第二數位訊號D2時，第一頻率必須大於或小於第二頻率至少一個第二頻率臨界值，此第二頻率臨界值為第二時間長度的倒數。
圖3是根據一實施例繪示自容式觸控感測的電子裝置示意圖。在電子裝置300中，顯示面板110包括多個排列為矩陣的觸控電極(例如，觸控電極310)。在此實施例中這些觸控電極是排列為矩陣，但本發明並不限制觸控電極的排列方式。每個觸控電極都透過一條導線連接至接收電路120，觸控電極與基板會形成電容(例如電容C3)，當手指觸碰到顯示面板110上觸控電極310所在之處時，電容C3的電容值會改變。因此，透過偵測電容C3的電容值可以判斷對應的位置是否被手指觸碰。主動筆130與電容C2已經說明如上，在此並不再贅述。
圖4是根據圖3的實施例繪示電子裝置的示意圖。請參照圖3與圖4，在此以觸控電極310為例來說明。圖4與圖2的不同之處在於，圖4中的接收電路120還包括接收級410，此接收級410耦接在觸控電極310與第一解調器151和第二解調器152之間。接收級410包括操作放大器420與電容C4。操作放大器420的第一輸入端IN1耦接至觸控電極310，第二輸入端IN2接收一個具有第一頻率的可程式化訊號421。電容C4是耦接在第一輸入端IN1與操作放大器420的輸出端OUT之間。由於操作放大器420的兩個輸入端IN1、IN2之間為虛短路(virtual short)，因此可程式化訊號421會透過第一輸入端IN1傳送至電容C3。電容C4與操 作放大器420也用以將來自電容C3、電容C2的訊號加總起來成為觸控訊號TS。第一解調器151、第一類比數位轉換器161、第二解調器152與第二類比數位轉換器162的操作已經說明如上，在此並不再贅述。在此實施例中，可程式化訊號421的頻率不同於訊號131的頻率，因此兩者之間並不會相互干擾，藉此可以同時偵測手指與主動筆的觸碰。
值得一提的是，可程式化訊號421的振幅是逐漸地上升並逐漸地下降。例如，可程式化訊號421為三角波(不為方波)。藉此，電容C4不會快速的充電/放電，可以降低對於操作放大器420的頻寬需求。另一方面，第一輸入端IN1與觸控電極310之間不具有開關，本實施例中並不是透過開關來對電容C3充電，因此觸控電極310上的雜訊並不會被摺疊至主要的頻帶。
在上述的實施例中，觸控電極112、310是設置在顯示面板110中，但在其他實施例中觸控電極112、310可以設置在顯示面板110以外的觸控模組之中。本發明並不限制觸控電極112、310的設置位置。
圖5是根據一實施例繪示觸控訊號的處理方法的流程圖，此處理方法適用於圖1或圖3的電子裝置。在步驟501中，透過第一解調器根據第一頻率解調來自觸控電極的觸控訊號以產生第一類比訊號。在步驟502中，透過第一類比數位轉換器將第一類比訊號轉換至第一數位訊號。在步驟503中，透過第二解調器根據第二頻率解調上述的觸控訊號以產生第二類比訊號，其中第二頻率不同於第一頻率。在 步驟504中，透過第二類比數位轉換器將第二類比訊號轉換至第二數位訊號。然而，圖5中各步驟已詳細說明如上，在此便不再贅述。值得注意的是，圖5中各步驟可以實作為一或多個電路，這些電路可以設置在任意的電子裝置上。此外，圖5的各步驟之間也可以加入其他的步驟。
在上述的實施例中，電子裝置可以同時偵測手指與主動筆130，但上述實施例中也可應用在更多主動筆的電子裝置中。圖6是根據一實施例繪示配置有多隻主動筆的電子裝置的示意圖。請參照圖6，電子裝置600是搭配主動筆610、620、630一起使用，並且電子裝置600也可以偵測手指的觸碰。具體來說，電子裝置600中的接收電路具有四個不同頻率的解調器，這些解調器都會接收來自於觸控電極的觸控訊號，其中一個解調器是用於偵測手指，另外三個解調器分別用於偵測主動筆610、620、630。本發明並不限制電子裝置600要搭配幾隻主動筆來使用。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (14)

  1. 一種具備觸控功能的電子裝置，包括：一觸控電極；以及一接收電路，包括：一第一解調器，耦接至該觸控電極並根據一第一頻率解調來自該觸控電極的一觸控訊號以產生一第一類比訊號；一第一類比數位轉換器，耦接至該第一解調器並將該第一類比訊號轉換至一第一數位訊號；一第二解調器，耦接至該觸控電極並根據一第二頻率解調該觸控訊號以產生一第二類比訊號，其中該第二頻率不同於該第一頻率；以及一第二類比數位轉換器，耦接至該第二解調器並將該第二類比訊號轉換至一第二數位訊號，其中該第一類比數位轉換器在一第一時間長度內將該第一類比訊號轉換為該第一數位訊號，該第二頻率大於或小於該第一頻率至少一第一頻率臨界值，該第一頻率臨界值為該第一時間長度的倒數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該第二類比數位轉換器在一第二時間長度內將該第二類比訊號轉換為該第二數位訊號，該第一頻率大於或小於該第二頻率至少一第二頻率臨界值，該第二頻率臨界值為 該第二時間長度的倒數。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，更包括一第一傳送電路與一第二觸控電極，其中該第二觸控電極與該觸控電極交錯，該第一傳送電路用以傳送具有該第一頻率的訊號至該第二觸控電極，藉此在該觸控電極感應出該觸控訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電子裝置，更包括一主動筆，該主動筆包括一第二傳送電路，用以產生具有該第二頻率的訊號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，更包括一接收級，耦接在該觸控電極與該第一解調器和該第二解調器之間，該接收級包括：一操作放大器，具有一第一輸入端與一第二輸入端，該第一輸入端耦接至該觸控電極，該第二輸入端接收一可程式化訊號，該可程式化訊號具有該第一頻率；以及一電容，耦接在該第一輸入端與該操作放大器的輸出端之間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電子裝置，更包括一主動筆，該主動筆包括一第二傳送電路，用以產生具有該第二頻率的訊號。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之電子裝置，其中該可程式化訊號的振幅是逐漸地上升並逐漸地下降，並且該第一輸入端與該觸控電極之間不具有開關。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中該可程式化訊號為三角波。
  9. 一種接收電路，設置於一電子裝置中，該電子裝置包括一觸控電極，該接收電路包括：一第一解調器，耦接至該觸控電極並根據一第一頻率解調來自該觸控電極的一觸控訊號以產生一第一類比訊號；一第一類比數位轉換器，耦接至該第一解調器並將該第一類比訊號轉換至一第一數位訊號；一第二解調器，耦接至該觸控電極並根據一第二頻率解調該觸控訊號以產生一第二類比訊號，其中該第二頻率不同於該第一頻率；以及一第二類比數位轉換器，耦接至該第二解調器並將該第二類比訊號轉換至一第二數位訊號，其中該第一類比數位轉換器在一第一時間長度內將該第一類比訊號轉換為該第一數位訊號，該第二頻率大於或小於該第一頻率至少一第一頻率臨界值，該第一頻率臨界值為該第一時間長度的倒數。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之接收電路，其中該第二類比數位轉換器在一第二時間長度內將該第二類比訊號轉換為該第二數位訊號，該第一頻率大於或小於該第二頻率至少一第二頻率臨界值，該第二頻率臨界值為該第二時間長度的倒數。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之接收電路，更包括一接收級，耦接在該觸控電極與該第一解調器和該第二解調器之間，該接收級包括：一操作放大器，具有一第一輸入端與一第二輸入端，該第一輸入端耦接至該觸控電極，該第二輸入端接收一可程式化訊號，該可程式化訊號具有該第一頻率；以及一電容，耦接在該第一輸入端與該操作放大器的輸出端之間。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之接收電路，其中該可程式化訊號的振幅是逐漸地上升並逐漸地下降，並且該第一輸入端與該觸控電極之間不具有開關。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之接收電路，其中該可程式化訊號為三角波。
  14. 一種觸控訊號的處理方法，適用於一電 子裝置，該電子裝置包括一觸控電極，該處理方法包括：透過一第一解調器根據一第一頻率解調來自該觸控電極的一觸控訊號以產生一第一類比訊號；透過一第一類比數位轉換器該第一類比訊號轉換至一第一數位訊號，其中該第一類比數位轉換器在一第一時間長度內將該第一類比訊號轉換為該第一數位訊號；透過一第二解調器根據一第二頻率解調該觸控訊號以產生一第二類比訊號，其中該第二頻率不同於該第一頻率，其中該第二頻率大於或小於該第一頻率至少一第一頻率臨界值，該第一頻率臨界值為該第一時間長度的倒數；以及透過一第二類比數位轉換器將該第二類比訊號轉換至一第二數位訊號。
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