TWI632498B

TWI632498B - 觸控辨識裝置及其訊號量測方法

Info

Publication number: TWI632498B
Application number: TW106140994A
Authority: TW
Inventors: 李尚禮; 丁科豪
Original assignee: 意象無限股份有限公司; 鹽光股份有限公司
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2018-08-11
Also published as: TW201926000A

Abstract

一種觸控辨識裝置之訊號量測方法，包括：初始化複數個感應電極位於零電壓或參考電壓；同時將第一組感應電極充電至特定準位；驅動複數個驅動電極；以及，進行一量測循環。其中量測循環包括：進行一重設動作，以將取樣保持電路設定於零電壓或參考電壓；將第一組感應電極電性連接至取樣保持電路；藉由類比數位轉換電路對取樣保持電路進行量測，以得到複數個第一量測讀值；比較第一量測讀值之數量大於或等於預設值，則輸出複數個第一量測讀值。

Description

觸控辨識裝置及其訊號量測方法

本發明關於一種觸控辨識裝置及其訊號量測方法，特別係有關於一種藉由序列量測技術而可快速獲得觸控裝置之訊號的感測方法。

觸控面板或觸控螢幕是主要的現代人機介面之一，作為一種位置辨識裝置，能夠巧妙的結合輸入和顯示介面，故具有節省裝置空間和操作人性化的優點，目前已非常廣泛應用在各式消費性或者工業性電子產品上。舉例：個人數位助理(personal digital assistant，PDA)、掌上型電腦(palm-sized PC)、平板電腦(tablet computer)、行動電話(mobile phone)、智慧型手機(smart phone)手寫輸入裝置、資訊家電(Information Appliance)、自動金融機(Automated Teller Machine，ATM)、店頭銷售櫃員機(Point-Of-Sale，POS)等等裝置上，泛見於各種商業與工業應用的場合。

目前的觸控訊號量測方法，採用訊號相減的方式，將雜訊減除。藉由重複進行一量測循環，得到二個以上不同的感測電壓訊號再相減之，以排除雜訊來得到一觸控訊號。除上述量測方法外，美國前案US 12/466,230係比較量測循環所得之複數個信號值與所預設之最大值及最小值之間的接受值範圍，捨棄超出範圍之訊號，利用介於預設接受範圍內的一或多個信號改變來判定觸控位置。此外，台灣前案TW 100112718其係分別對觸摸屏電容矩陣的行和列進行掃描，並同時掃描兩行或兩列，獲取兩行或兩列的電容差值，或掃描一行或一列，獲取該行或列與其基準電容的電容差值，然後進行資料處理。

上述量測方法由於需要在驅動電極未充電時對感測電極進行量測，因此將拖慢反應時間。此外，上述每條感測電極進行每一次的量測循環需要經過接地放電、充電、等待電壓平衡、等待類比數位轉換完成的步驟，花費許多等待時間才能完成所有感測電極的量測，造成每一次的量測會浪費許多無效時間，而拖慢觸控感測的反應速度，因此，需要一個可省去無效時間，又不影響訊號品質的方法。

鑑於上述發明背景，本發明實施例提供一種改良的觸控辨識裝置之訊號量測方法，以有效的排除偵測時產生之雜訊干擾，並減少感測所需時間以加快訊號處理。

為了達到上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明實施例提供一種觸控辨識裝置之訊號量測方法，其中觸控面板具有複數個驅動電極及複數個感應電極。本發明之訊號量測方法包括：進行初始化作動，使得感應電極皆位於一零電壓或一參考電壓；同時將複數個感應電極中的一第一組感應電極充電至一特定準位；驅動複數個驅動電極；以及，進行一量測循環。其中量測循環包括：進行一重設動作，以將一取樣保持電路(Sample and hold circuit)設定於零電壓或參考電壓；將第一組感應電極電性連接至取樣保持電路；藉由一類比數位轉換電路對取樣保持電路進行量測，以得到複數個第一量測讀值；比較第一量測讀值之數量是否大於或等於一預設值；以及，當第一量測讀值之數量大於或等於預設值，則輸出複數個第一量測讀值。

在一較佳實施例中，將第一組感應電極充電至特定準位時，採直拉式電路充電達到特定準位。其中初始化動作包括：釋放取樣保持電路中一輸入電容及一取樣電容的電荷，或是將輸入電容及取樣電容拉至相同的電位。

在一實施例中，當第一量測讀值之數量小於預設值，則重新進行量測循環，釋放取樣保持電路中一輸入電容及一取樣電容的電荷或將輸入電容及取樣電容拉至相同的電位，直到輸出上述第一量測讀值。

在一實施例中，訊號量測方法更包括：於驅動複數個驅動電極之前，等待平衡複數個感應電極中的第一組的電荷。

在一較佳實施例中，重設動作包括：將一輸入電容及一取樣電容電性連接至一非浮接準位，以釋放輸入電容及取樣電容中的殘留電荷。其中輸入電容可切換地電性連接類比數位轉換電路，該取樣電容電性連接該類比數位轉換電路，且該非浮接準位包括參考電壓或接地電壓(零電壓)。

在一較佳實施例中，訊號量測方法更包括：將複數個感應電極中一第二組、一第三組及其他剩餘組依序採直拉式電路充電至特定準位，並重複上述動作，依序得到複數個第二量測讀值、複數個第三量測讀值及複數個其他量測讀值。藉由一控制單元處理複數個第一量測讀值、複數個第二量測讀值、複數個第三量測讀值及複數個其他量測讀值，以得到一訊號值。

為了達到上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明實施例提供一種觸控辨識裝置，以執行上述訊號量測方法。

100‧‧‧觸控面板

110‧‧‧驅動電極

120‧‧‧感應電極

200‧‧‧感測電路

第一圖，係為本發明實施例中一種觸控辨識裝置及其感測電路的示意圖。

第二圖，係為本發明實施例中的一種觸控辨識裝置之感測電路的簡易電路示意圖。

第三圖，係為本發明實施例中一種觸控辨識裝置之訊號量測方法的流程方塊圖。

有關本發明前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是用於參照隨附圖式的方向。因此，該等方向用語僅是用於說明並非是用於限制本發明。

請參考第一圖，係本發明所實施之電容式觸控面板100及其感測電路200的示意圖。觸控面板100係由至少一驅動電極110及至少一感應電極120構成一基本架構，驅動電極110與感應電極120係由導電物質所構成，並相互形成一矩陣結構，且感應電極120設置於驅動電極110的上方。驅動電極110係由複數行電極條所構成，感應電極120係由複數列電極條所構成。矩陣結構之電容式觸控面板100係與感測電路200電耦合而具有觸控之功能。

本發明實施例中的一種觸控面板100之感測電路200的簡易電路示意圖，如第二圖所示。感測電路200包括一電源電路210、一取樣保持電路220、一驅動電路230、一類比數位轉換電路240(Analog to Digital Converter，ADC)及一控制單元250。控制單元250電性連接電源電路210、取樣保持電路220、驅動電路230、類比數位轉換電路240、驅動電極110及感應電極120，以控制感測電路200實施觸控面板100之感測方法。

本實施例中電源電路210可以是參考電壓V或定電流源I，其中定電流源I包括直拉式電路(pull-up)電流，可提供一參考電壓。當電源電路210關閉時，感應電極120位於一接地電壓；當電源電路210開啟時，感應電極120位於一參考電壓。電源電路210藉由多工器M電性連接感應電極120，多工器M可切換複數組的感應電極120與電源電路210的電性連接關係，使得電源電路210可直接地對感應電極120充電。

取樣保持電路220藉由切換器Q可選擇性地電耦合感應電極120，且取樣保持電路220具有一輸入電容Cpin及一取樣電容C-Hold，輸入電容Cpin通過切換器Q可切換地電性連接類比數位轉換電路240，取樣電容C-Hold電性連接類比數位轉換電路240，輸入電容Cpin及取樣電容C-Hold通過切換器Q可選擇性地電性連接至一非浮接準位，以釋放其中的殘留電荷，此非浮接準位由電源電路210提供，其包括參考電壓或接地電壓，電源電路 210更可控制將輸入電容Cpin及取樣電容C-Hold拉至相同電位。藉由切換器Q切斷取樣保持電路220與其他電路或電極的電性連接，令類比數位轉換電路240對取樣保持電路220進行量測。

驅動電路230通過切換器R可切換驅動電極110至接地電壓或供應任一電位給驅動電極110。

第三圖係為本發明實施例中一種觸控辨識裝置之訊號量測方法及其中進行量測循環的流程方塊圖。本實施例之訊號量測方法係應用於上述感測電路，請配合參照第二圖之簡易電路示意圖。本發明實施例中訊號量測方法其步驟包括：

步驟S1：控制單元250初始化感應電極120，通過電源電路210使得感應電極120皆位於一零電壓或一參考電壓。當電源電路210關閉時，感應電極120位於一零電壓；當電源電路210開啟時，感應電極120位於一參考電壓。同一步驟中，將切換器Q連接，以釋放輸入電容Cpin及取樣電容C-Hold上的電荷，或是通過電源電路210將輸入電容Cpin及取樣電容C-Hold拉至相同的電位。

步驟S2：控制單元250通過多工器M及電源電路210同時將複數個感應電極120中的某一組感應電極充電至一特定準位。在本發明實施例中，將感應電極分為三組，此步驟通過多工器M切換，電源電路210先同時將第一組中複數個感應電極充電至特定準位時，例如：直拉式電路充電(pull up)達到特定準位V_dd=3.3伏特或V_dd/2=1.65伏特。特別地是，此步驟的整個充電時程不超過1微秒(μs)，且充電過程中感應電極120位於零電壓或參考電壓，並非浮接狀態，因此較不易受到其他電磁干擾。

步驟S3：控制單元250通過驅動電路230驅動驅動電極110，等待約5至10微秒(μs)，待複數個感應電極中的第一組的電荷平衡。值得注意得是，本步驟中可以僅驅動一個或一組驅動電極110，本發明不限制其驅動數量。本發明實施中使用8階有限脈衝響應濾波器，此步驟可節省花費36至81微秒(μs)。

步驟S4：控制單元250進行一量測循環，包括步驟S5至S9。

步驟S5：控制單元250進行一重設動作。由於取樣保持電路220中的輸入電容Cpin及取樣電容C-Hold在前一次量測的類比數位轉換後會有殘留的電荷，且輸入電容Cpin會和其電性連接的感測電極分壓。當在切換下一組感測電極量測時，輸入電容Cpin及取樣電容C-Hold這兩項數值都會影響到訊號量測的結果，因此需要作重設的動作。在訊號量測前，先將輸入電容Cpin及取樣電容C-Hold電性連接至一非浮接準位(non-floating pin)，以釋放輸入電容Cpin及取樣電容C-Hold中的殘留電荷，來作重設的動作。其中非浮接準位由電源電路210提供，其包括參考電壓或接地電壓(零電壓)。此步驟的整個放電時程不超過1微秒(μs)。

步驟S6：控制單元250將第一組的感應電極120電性連接至取樣保持電路220。其中步驟S7所耗費時間不超過1微秒(μs)。

步驟S7：將切換器Q斷開，控制單元250藉由類比數位轉換電路240對取樣保持電路220進行量測，以得到量測第一組感測電極中複數個第一量測讀值。此步驟的整個量測時程大約耗時1微秒(μs)。

步驟S8：控制單元250比較步驟S7所得到的量測讀值之數量是否大於或等於一預設值。若量測讀值之數量大於或等於一預設值，則前往步驟S9；當第一量測讀值之數量小於預設值，重新進行量測循環，回到步驟S4，初始化輸入電容Cpin及取樣電容C-Hold，將切換器Q連接，以釋放輸入電容Cpin及取樣電容C-Hold上的電荷，或是通過電源電路210將輸入電容Cpin及取樣電容C-Hold拉至相同的電位。

步驟S9：控制單元250輸出上一步驟所得到的量測讀值。

重複上述步驟S1-S9，以將複數個感應電極中一第二組、一第三組及其他剩餘組依序採直拉式電路充電至特定準位，並依序得到複數個第二量測讀值、複數個第三量測讀值及複數個其他量測讀值。最後，藉由控制單元250處理複數個第一量測讀值、複數個第二量測讀值、複數個第三量測讀值及複數個其他量測讀值，以得到一訊號值。

本發明之訊號量測方法使用電流源採直拉式電路充電同時對多條感應電極進行充電，以將感應電極充電至一特定準位，僅需等待電位平衡，可快速地進行量測來得到不同狀態下的多個讀值，以藉由多個讀值濾除雜訊並得到最佳訊號。由於本發明於量測循環下僅需等待電位平衡，避免習知所作之量測循環需要經過接地放電、驅動、等待電壓平衡、放電、等待放電完成的步驟，因此有效地縮短了觸控感測的反應時間。

Claims

一種觸控辨識裝置之訊號量測方法，其中該觸控辨識裝置具有複數個驅動電極及複數個感應電極，該訊號量測方法包括：進行一初始化動作，使該複數個感應電極皆位於一接地電壓或一參考電壓；同時將該複數個感應電極中的一第一組感應電極充電至一特定準位；驅動該複數個驅動電極；進行一量測循環，該量測循環包括：進行一重設動作；將該第一組感應電極電性連接至一取樣保持電路；藉由一類比數位轉換電路對該取樣保持電路進行量測，以得到複數個第一量測讀值；比較該複數個第一量測讀值之數量是否大於或等於一預設值；以及，當該複數個第一量測讀值之數量是大於或等於該預設值，則輸出該複數個第一量測讀值。
如申請專利範圍第1項所述之訊號量測方法，其中當該複數個第一量測讀值之數量是小於該預設值，則重新進行該量測循環，直到輸出該複數個第一量測讀值。
如申請專利範圍第1項所述之訊號量測方法，其中該重設動作包括：將該取樣保持電路中的一輸入電容及一取樣電容電性連接至一非浮接準位，以釋放該輸入電容及該取樣電容中的殘留電荷。
如申請專利範圍第3項所述之訊號量測方法，其中該輸入電容可切換地電性連接該類比數位轉換電路，該取樣電容電性連接該類比數位轉換電路，其中該非浮接準位包括該參考電壓或該接地電壓。
如申請專利範圍第1項所述之訊號量測方法，更包括：將該複數個感應電極中一第二組、一第三組及其他剩餘組依序充電至該特定準位，並重複上述動作，依序得到複數個第二量測讀值、複數個第三量測讀值及複數個其他量測讀值。
如申請專利範圍第5項所述之訊號量測方法，其中藉由一控制單元處理該複數個第一量測讀值、該複數個第二量測讀值、該複數個第三量測讀值及該複數個其他量測讀值，以得到一訊號值。
如申請專利範圍第1項所述之訊號量測方法，其中將該第一組感應電極充電至該特定準位時，採直拉式電路充電達到該特定準位。
如申請專利範圍第1項所述之訊號量測方法，其中該初始化動作包括：釋放該取樣保持電路中一輸入電容及一取樣電容的電荷，或是將該輸入電容及該取樣電容拉至相同的電位。
一種觸控辨識裝置，包括：複數個驅動電極；複數個感應電極，與該複數個驅動電極相互形成一矩陣結構；以及，一感測電路，電性連接該複數個驅動電極及該複數個感應電極；其中，該感測電路用以執行一初始化動作，使該複數個感應電極皆位於一接地電壓或一參考電壓；同時，該感測電路將該複數個感應電極中的一第一組感應電極充電至一特定準位；該感測電路驅動該複數個驅動電極；接著，該感測電路執行一量測循環；其中，該量測循環包括：該感測電路進行一重設動作；該感測電路將該第一組感應電極電性連接至一取樣保持電路；該感測電路通過一類比數位轉換電路對該取樣保持電路進行量測，以得到複數個第一量測讀值；該感測電路比較該複數個第一量測讀值之數量是否大於或等於一預設值；以及，當該複數個第一量測讀值之數量是大於或等於該預設值，則該感測電路輸出該複數個第一量測讀值。
如申請專利範圍第9項所述之觸控辨識裝置，其中該取樣保持電路包括一輸入電容及一取樣電容，該感測電路將該輸入電容及該取樣電容電性連接至一非浮接準位，以進行該重設動作。