TWI640912B - 應用於互電容觸控面板的互電容觸控感測電路及雜訊抑制方法 - Google Patents

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Abstract

一種互電容觸控感測電路，包含運算放大器、內部電容及第一開關~第三開關。運算放大器之第一輸入端及第二輸入端分別耦接待測電容及接地端，並由輸出端輸出一輸出電壓。內部電容耦接運算放大器之輸出端與第一輸入端。第一開關耦接第一外部充電電壓、待測電容及第一輸入端。第二開關耦接第二外部充電電壓及待測電容。第三開關耦接第三外部充電電壓、第二開關及待測電容。第二與第三外部充電電壓大小相等且極性相反，第一開關~第三開關依照特定順序進行切換，致使不同的外部充電電壓選擇性地對待測電容進行充電。

Description

應用於互電容觸控面板的互電容觸控感測電路及雜訊抑制方法
本發明係與觸控面板有關，尤其是關於一種應用於互電容觸控面板的互電容觸控感測電路及雜訊抑制方法。
一般而言，互電容觸控面板可採用內嵌式(In-cell)或On-cell之結構設計來實現薄型化的觸控面板設計。
然而，相較於具有Out-cell結構的互電容式觸控面板，內嵌式(In-cell)或On-cell的互電容式觸控面板所採用的互電容觸控感測電路會更靠近面板而更容易受到液晶翻轉所產生的高雜訊干擾。
如圖1所示，上面的曲線是在有頻率10KHz的外部雜訊之條件下所得到的頻譜響應圖，而下面的曲線則是在沒有外部雜訊之條件下所得到的頻譜響應圖。由下面的曲線可知：位於直流準位的是屬於訊號的部分；由上面的曲線可知：除了位於直流準位的是屬於訊號部分之外，還包含具有頻率10KHz的雜訊部分。由於雜訊部分與訊號部分所處頻率太接近，導致互電容觸控 感測電路難以透過簡易的低通濾波器來將雜訊部分有效濾除。
此外，由於互電容觸控感測電路會距離手指訊號源更遠，使得觸控感測訊號之訊雜比不佳，不僅會導致電容式觸控面板的觸控感測效能低落，還需額外透過硬體來提升觸控感測訊號之訊雜比，導致製造成本無法降低。
有鑑於此，本發明提出一種應用於互電容觸控面板的互電容觸控感測電路及雜訊抑制方法，以有效解決先前技術所遭遇到之上述種種問題。
根據本發明之一具體實施例為一種應用於互電容觸控面板的互電容觸控感測電路。於此實施例中，互電容觸控感測電路係用以感測待測電容於互電容觸控面板受觸控時所產生之電容變化量並抑制外部環境雜訊。互電容觸控感測電路包含一運算放大器、一內部電容、一第一開關、一第二開關、一第三開關、一第一電容及一第二電容。運算放大器具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，其中第一輸入端係耦接待測電容之一端且第二輸入端係接地，輸出端輸出一輸出電壓。內部電容係耦接於運算放大器之輸出端與第一輸入端之間。第一開關之一端耦接一第一外部充電電壓且其另一端耦接至待測電容與第一輸入端之間。第二開關之一端耦接一第二外部充電電壓且其另一端耦接至待測電容之另一端。第三開關之一端耦接一第三外部充電電壓且其另一端耦接第二開關與待測電容之另一端。第一電容之一端耦 接至待測電容與第一輸入端之間且其另一端係接地。第二電容之一端耦接至待測電容之另一端且其另一端係接地。其中，第二外部充電電壓與第三外部充電電壓係大小相等且極性相反，第一開關、第二開關及第三開關係依照一特定順序進行切換，致使第一外部充電電壓與第二外部充電電壓對待測電容進行充電，或是第一外部充電電壓與第三外部充電電壓對待測電容進行充電。
於一實施例中，第一開關之另一端與第一電容均耦接至待測電容與第一輸入端之間的一接點。
於一實施例中，互電容觸控感測電路進一步包含一第四開關。第四開關係耦接於接點與第一輸入端之間。
於一實施例中，互電容觸控感測電路進一步包含一類比/數位轉換器及一數位訊號處理器。類比/數位轉換器耦接運算放大器之輸出端。數位訊號處理器耦接類比/數位轉換器。
於一實施例中，互電容觸控感測電路進一步包含一第一極性單元及一第二極性單元。第一極性單元耦接於運算放大器之輸出端與類比/數位轉換器之間，用以自運算放大器之輸出端接收具有類比格式之輸出電壓並維持輸出電壓之極性後輸出至類比/數位轉換器。第二極性單元耦接於運算放大器之輸出端與類比/數位轉換器之間，用以自運算放大器之輸出端接收具有類比格式之輸出電壓並反轉輸出電壓之極性後輸出至類比/數位轉換器。
於一實施例中，互電容觸控感測電路進一步包含一第一極性單元及一第二極性單元。第一極性單元耦接於類比/數位 轉換器與數位訊號處理器之間，用以自類比/數位轉換器接收已被類比/數位轉換器由類比格式轉換為數位格式之輸出電壓並維持輸出電壓之極性後輸出至數位訊號處理器。第二極性單元耦接於類比/數位轉換器與數位訊號處理器之間，用以自類比/數位轉換器接收已被類比/數位轉換器由類比格式轉換為數位格式之輸出電壓並反轉輸出電壓之極性後輸出至數位訊號處理器。
於一實施例中，互電容觸控感測電路進一步包含一第一極性單元及一第二極性單元。第一極性單元耦接數位訊號處理器，用以自數位訊號處理器接收已依序被類比/數位轉換器由類比格式轉換為數位格式且經數位訊號處理器處理後之輸出電壓並維持輸出電壓之極性。第二極性單元耦接數位訊號處理器，用以自數位訊號處理器接收已依序被類比/數位轉換器由類比格式轉換為數位格式且經數位訊號處理器處理後之輸出電壓並反轉輸出電壓之極性。
於一實施例中，互電容觸控感測電路進一步包含另一數位訊號處理器，分別耦接第一極性單元及第二極性單元，用以分別自第一極性單元接收維持極性之輸出電壓以及自第二極性單元接收反轉極性之輸出電壓。
於一實施例中，於第奇數個相位下，第一開關與第二開關導通，但第三開關與第四開關未導通，則由第一外部充電電壓與第二外部充電電壓對待測電容充電，致使待測電容所儲存之一第一電荷量等於(第二外部充電電壓與第一外部充電電壓之間 的差值)與待測電容之乘積。
於一實施例中，於第偶數個相位下，切換成第三開關與第四開關導通且第一開關與第二開關未導通，改由第三外部充電電壓對待測電容充電，致使待測電容所儲存之第二電荷量等於第三外部充電電壓與待測電容之乘積。
於一實施例中，當待測電容受觸控時，輸出電壓之一第一輸出電壓變化量與內部電容之乘積等於待測電容受觸控時之電容變化量與兩倍的第三外部充電電壓之乘積。
於一實施例中，於第奇數個相位下，第一開關與第三開關導通，但第二開關與第四開關未導通，則由第一外部充電電壓與第三外部充電電壓對待測電容充電，致使待測電容所儲存之第一電荷量等於(第三外部充電電壓與第一外部充電電壓之間的差值)與待測電容之乘積。
於一實施例中，於第偶數個相位下，切換成第二開關與第四開關導通且第一開關與第三開關未導通，改由第二外部充電電壓對待測電容充電，致使待測電容所儲存之第二電荷量等於第二外部充電電壓與待測電容之乘積。
於一實施例中，當待測電容受觸控時，輸出電壓之第一輸出電壓變化量與內部電容之乘積等於待測電容受觸控時之電容變化量與兩倍的第二外部充電電壓之乘積。
根據本發明之另一具體實施例為一種應用於互電容觸控面板的雜訊抑制方法，用以在互電容觸控面板感測因觸控所 產生之電容變化訊號時抑制外部環境雜訊。該雜訊抑制方法包含下列步驟：(a)即時感測外部環境雜訊所處之一原始頻帶，其中原始頻帶係相近於電容變化訊號所處之一直流頻帶；(b)根據步驟(a)之感測結果選擇相對應的電容驅動調變係數，致使外部環境雜訊由原始頻帶移至一高頻頻帶，其中高頻頻帶高於原始頻帶及直流頻帶；(c)透過一解調變機制將電容變化訊號拉回至直流頻帶，致使處於直流頻帶之電容變化訊號與處於高頻頻帶之外部環境雜訊能彼此分離；以及(d)採用低通濾波器將處於高頻頻帶之外部環境雜訊濾除，以保留處於直流頻帶之電容變化訊號。
相較於先前技術，根據本發明之應用於互電容觸控面板的互電容觸控感測電路及雜訊抑制方法可有效改善先前技術所遭遇到之問題並達到下列具體功效：(1)可適用於高雜訊的電容感測環境；(2)可有效降低電容的驅動時間；(3)可有效降低電容驅動的整體耗電需求；(4)可得到更好的觸控感測效果。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
OP‧‧‧運算放大器
SW1‧‧‧第一開關
SW2‧‧‧第二開關
SW3‧‧‧第三開關
SW4‧‧‧第四開關
Cm‧‧‧待測電容
Cf‧‧‧內部電容
Vo‧‧‧輸出電壓
V1‧‧‧第一外部充電電壓
V2‧‧‧第二外部充電電壓
-V2‧‧‧第三外部充電電壓
Cb1‧‧‧第一電容
Cb2‧‧‧第二電容
X(1)‧‧‧第一極性單元
X(-1)‧‧‧第二極性單元
ADC‧‧‧類比/數位轉換器
DSP‧‧‧數位訊號處理器
S10~S16‧‧‧步驟
圖1繪示先前技術的互電容觸控感測電路所得到的互電容觸控感測訊號在有無外部雜訊之條件下的頻譜響應圖。
圖2繪示根據本發明之一較佳具體實施例中之互電 容觸控感測電路的示意圖。
圖3A至圖3C分別繪示互電容觸控感測電路之不同實施例。
圖4繪示本發明的互電容觸控感測電路所得到的互電容觸控感測訊號在有外部雜訊之條件下其低頻部分可展延至高頻區域的頻譜響應圖。
圖5繪示本發明之一較佳具體實施例中之雜訊抑制方法的流程圖。
根據本發明之一較佳具體實施例為一種應用於互電容觸控面板的互電容觸控感測電路。於此實施例中，互電容觸控感測電路係用以感測待測電容於互電容觸控面板受觸控時所產生之電容變化量並抑制外部環境雜訊。
請參照圖2，圖2繪示根據本發明之一較佳具體實施例中之互電容觸控感測電路的示意圖。如圖2所示，互電容觸控感測電路包含運算放大器OP、內部電容Cf、第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3、第四開關SW4、第一電容Cb1及第二電容Cb2。
運算放大器OP具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，其中運算放大器OP的第一輸入端係耦接待測電容Cm之一端且運算放大器OP的第二輸入端係接地，運算放大器OP的輸出端輸出一輸出電壓Vo。第四開關SW4耦接於待測電容Cm與運算 放大器OP的第一輸入端之間。
內部電容Cf係耦接於運算放大器OP之輸出端與第一輸入端之間。第一開關SW1的一端耦接第一外部充電電壓V1且第一開關SW1的另一端耦接至待測電容Cm與第四開關SW4之間的一接點。第二開關SW2的一端耦接第二外部充電電壓V2且第二開關SW2的另一端耦接至待測電容Cm之另一端。第三開關SW3的一端耦接第三外部充電電壓(-V2)且第三開關SW3的另一端耦接第二開關SW2的另一端與待測電容Cm的另一端。第一電容Cb1的一端耦接至待測電容Cm與第四開關SW4之間的該接點且第一電容Cb1的另一端係接地。第二電容Cb2的一端耦接至待測電容Cm之另一端且第二電容Cb2的另一端係接地。
需說明的是，本發明中之第二外部充電電壓V2與第三外部充電電壓(-V2)係大小相等且極性相反。本發明中之互電容觸控感測電路中之第一開關SW1、第二開關SW2及第三開關SW3係依照一特定順序進行切換，致使第一外部充電電壓V1與第二外部充電電壓V2對待測電容Cm進行充電，或是第一外部充電電壓V1與第三外部充電電壓(-V2)對待測電容Cm進行充電。
接下來，將針對本發明所採用的不同驅動方式及電容轉電荷偵測機制進行詳細說明。
(1)第一種驅動方式：於第奇數個相位(例如第一相位、第三相位、…)下，控制第一開關SW1與第二開關SW2導通且控制第三開關SW3及第 四開關SW4未導通，此時會由第一外部充電電壓V1與第二外部充電電壓V2對待測電容Cm進行充電，致使待測電容Cm所儲存之第一電荷量等於[(Cm)x(V2-V1)]，亦即(第二外部充電電壓V2與第一外部充電電壓V1之間的差值)與(待測電容Cm)之乘積，至於較靠近運算放大器OP之第一輸入端的第一電容Cb1所儲存之電荷量則為(Cb1xV1)。
於第偶數個相位(例如第二相位、第四相位、…)下，控制第三開關SW3與第四開關SW4導通且控制第一開關SW1與第二開關SW2未導通，此時會由第三外部充電電壓(-V2)對待測電容Cm進行充電，致使待測電容Cm所儲存之第二電荷量等於[(Cm)x(-V2)]，亦即第三外部充電電壓(-V2)與待測電容Cm之乘積，至於較靠近運算放大器OP之第一輸入端的第一電容Cb1所儲存之電荷量則為0。
當待測電容Cm受觸控時，輸出電壓Vo之第一輸出電壓變化量△Vout1與內部電容Cf之乘積會等於待測電容Cm受觸控時之電容變化量△Cfinger與兩倍的第三外部充電電壓(-V2)之乘積，亦即輸出電壓Vo之第一輸出電壓變化量△Vout1=[(△Cfinger)x(-2V2)]/(Cf)。
若受到外部雜訊干擾，則輸出電壓Vo之第三輸出電壓變化量△Vout3與內部電容Cf之乘積會等於受雜訊干擾時之電壓變化量△Vnoise與第一電容Cb1之乘積，亦即輸出電壓Vo之第三輸出電壓變化量△Vout3=[(△Vnoise)x(Cb1)]/(Cf)。
(2)第二種驅動方式：於第奇數個相位(例如第一相位、第三相位、…)下，控制第一開關SW1與第三開關SW3導通且控制第二開關SW2及第四開關SW4未導通，此時會由第一外部充電電壓V1與第三外部充電電壓(-V2)對待測電容Cm進行充電，致使待測電容Cm所儲存之第一電荷量等於[(Cm)x(-V2-V1)]，亦即(第三外部充電電壓(-V2)與第一外部充電電壓V1之間的差值)與(待測電容Cm)之乘積，至於較靠近運算放大器OP之第一輸入端的第一電容Cb1所儲存之電荷量則為(Cb1xV1)。
於第偶數個相位(例如第二相位、第四相位、…)下，控制第二開關SW2與第四開關SW4導通且控制第一開關SW1與第三開關SW3未導通，此時會由第二外部充電電壓V2對待測電容Cm進行充電，致使待測電容Cm所儲存之第二電荷量等於[(Cm)x(V2)]，亦即第二外部充電電壓V2與待測電容Cm之乘積，至於較靠近運算放大器OP之第一輸入端的第一電容Cb1所儲存之電荷量則為0。
當待測電容Cm受觸控時，輸出電壓Vo之第二輸出電壓變化量△Vout2與內部電容Cf之乘積會等於待測電容Cm受觸控時之電容變化量△Cfinger與兩倍的第二外部充電電壓V2之乘積，亦即輸出電壓Vo之第二輸出電壓變化量△Vout2=[(△Cfinger)x(2V2)]/(Cf)。
若受到外部雜訊干擾，則輸出電壓Vo之第三輸出電 壓變化量△Vout3與內部電容Cf之乘積會等於受雜訊干擾時之電壓變化量△Vnoise與第一電容Cb1之乘積，亦即輸出電壓Vo之第三輸出電壓變化量△Vout3=[(△Vnoise)x(Cb1)]/(Cf)。
接下來，請參照圖3A至圖3C。圖3A至圖3C分別繪示本發明之互電容觸控感測電路的不同實施例。
於圖3A所示之實施例中，互電容觸控感測電路除了包含前述圖2中的電路之外，互電容觸控感測電路還可進一步包含類比/數位轉換器ADC、數位訊號處理器DSP、第一極性單元X(1)及第二極性單元X(-1)。第一極性單元X(1)與第二極性單元X(-1)並聯於運算放大器OP之輸出端與類比/數位轉換器ADC之輸入端之間。類比/數位轉換器ADC之輸出端耦接數位訊號處理器DSP之輸入端。
第一極性單元X(1)用以自運算放大器OP之輸出端接收具有類比格式之輸出電壓Vo並維持輸出電壓Vo之極性後輸出至類比/數位轉換器ADC之輸入端。第二極性單元X(-1)用以自運算放大器OP之輸出端接收具有類比格式之輸出電壓Vo並反轉輸出電壓Vo之極性後輸出至類比/數位轉換器ADC之輸入端。當類比/數位轉換器ADC分別接收到第一極性單元X(1)所輸出之維持原本極性的類比格式之輸出電壓Vo與第二極性單元X(-1)所輸出之反轉原本極性的類比格式之輸出電壓Vo時，類比/數位轉換器ADC會分別將維持原本極性的類比格式之輸出電壓Vo及反轉原本極性的類比格式之輸出電壓Vo均轉換為數位格式後輸出至數位訊 號處理器DSP進行數位訊號處理。
於圖3B所示之實施例中，類比/數位轉換器ADC之輸入端耦接至運算放大器OP之輸出端。第一極性單元X(1)與第二極性單元X(-1)並聯於類比/數位轉換器ADC之輸出端與數位訊號處理器DSP之輸入端之間。
類比/數位轉換器ADC用以自運算放大器OP之輸出端接收具有類比格式之輸出電壓Vo並將其轉換為具有數位格式之輸出電壓Vo。第一極性單元X(1)用以自類比/數位轉換器ADC之輸出端接收已被類比/數位轉換器ADC由類比格式轉換為數位格式之輸出電壓Vo並維持輸出電壓Vo之極性後輸出至數位訊號處理器DSP之輸入端。第二極性單元X(-1)用以自類比/數位轉換器ADC之輸出端接收已被類比/數位轉換器ADC由類比格式轉換為數位格式之輸出電壓Vo並反轉輸出電壓Vo之極性後輸出至數位訊號處理器DSP之輸入端。當數位訊號處理器DSP分別接收到維持原本極性的數位格式之輸出電壓Vo與反轉原本極性的數位格式之輸出電壓Vo時，數位訊號處理器DSP會分別對維持原本極性的數位格式之輸出電壓Vo與反轉原本極性的數位格式之輸出電壓Vo進行數位訊號處理。
於圖3C所示之實施例中，類比/數位轉換器ADC之輸入端耦接至運算放大器OP之輸出端。數位訊號處理器DSP之輸入端耦接至類比/數位轉換器ADC之輸出端。第一極性單元X(1)與第二極性單元X(-1)並聯於數位訊號處理器DSP之輸出端與數位訊號 處理器DSP之輸入端之間。
類比/數位轉換器ADC用以自運算放大器OP之輸出端接收具有類比格式之輸出電壓Vo並將其轉換為具有數位格式之輸出電壓Vo後輸出至數位訊號處理器DSP進行數位訊號處理。
第一極性單元X(1)用以自數位訊號處理器DSP之輸出端接收已依序被類比/數位轉換器ADC由類比格式轉換為數位格式且經數位訊號處理器DSP處理後之數位格式的輸出電壓Vo並維持輸出電壓Vo之極性後輸出至另一數位訊號處理器DSP之輸入端。第二極性單元X(-1)用以自數位訊號處理器DSP之輸出端接收已依序被類比/數位轉換器ADC由類比格式轉換為數位格式且經數位訊號處理器DSP處理後之數位格式的輸出電壓Vo並反轉輸出電壓Vo之極性後輸出至另一數位訊號處理器DSP之輸入端。
當另一數位訊號處理器DSP分別自第一極性單元X(1)接收到維持原本極性的數位格式之輸出電壓Vo與自第二極性單元X(-1)接收到反轉原本極性的數位格式之輸出電壓Vo時，另一數位訊號處理器DSP會分別對維持原本極性的數位格式之輸出電壓Vo與反轉原本極性的數位格式之輸出電壓Vo進行數位訊號處理。
需說明的是，於上述各實施例中，每當外部充電電壓之極性改變時，例如從第二外部充電電壓V2切換為第三外部充電電壓(-V2)或從第三外部充電電壓(-V2)切換為第二外部充電電壓V2時，亦會改變輸出電壓Vo之極性。
於第奇數個相位(例如第一相位、第三相位、…)下，當正極性的第二外部充電電壓V2對待測電容Cm充電時，觸控與雜訊干擾所造成的輸出電壓變化量=[(△Cfinger)x(2V2)/(Cf)]+[(△Vnoise)x(Cb1)/(Cf)]；當負極性的第三外部充電電壓(-V2)對待測電容Cm充電時，觸控與雜訊干擾所造成的輸出電壓變化量=[(△Cfinger)x(-2V2)/(Cf)]+[(△Vnoise)x(Cb1)/(Cf)]。假設於掃瞄過程中，掃瞄頻率遠大於雜訊頻率，則正極性的第二外部充電電壓V2對待測電容Cm充電之次數與負極性的第三外部充電電壓(-V2)對待測電容Cm充電之次數相同，均為N/2，則由於觸控與雜訊干擾所造成的總輸出電壓變化量 =(N/2)x{[(△Cfinger)x(2V2)/(Cf)]+[(△Vnoise)x(Cb1)/(Cf)]}-(N/2)x{[(△Cfinger)x(-2V2)/(Cf)]+[(△Vnoise)x(Cb1)/(Cf)]}=2N x V2 x(△Cfinger)/(Cf)。
需說明的是，於圖3A所示之實施例中，第二極性單元X(-1)係對類比的輸出電壓Vo進行極性反轉；於圖3B及圖3C所示之實施例中，第二極性單元X(-1)係對數位的輸出電壓Vo進行極性反轉。也就是說，本發明中之輸出電壓極性反轉機制可發生於類比端或數位端，無特定之限制。
此外，由於上述輸出電壓極性反轉機制對於相同頻率或相近頻率之雜訊抑制效果較有限，因此，上述輸出電壓極性反轉機制可進一步配合環境偵測技巧來動態或非動態地調整相位切換的頻率。例如：於第奇數個相位(例如第一相位、第三相 位、…)下，以正極性的第二外部充電電壓V2對待測電容Cm充電或是以負極性的第三外部充電電壓(-V2)對待測電容Cm充電之次數多寡及出現順序及關連性均無特定限制，可視實際應用環境之需求而搭配不同係數組合進行調整，以得到最佳的雜訊抑制效果。
接著，請參照圖4，圖4繪示本發明的互電容觸控感測電路所得到的互電容觸控感測訊號在有外部雜訊之條件下其低頻部分可展延至高頻區域的頻譜響應圖。其中，圖4中上面的曲線是在有頻率10KHz的外部雜訊之條件下所得到的頻譜響應圖，而下面的曲線則是在沒有外部雜訊之條件下所得到的頻譜響應圖。
相較於圖1所繪示之先前技術，由圖4可知：在有頻率10KHz的外部雜訊之條件下，本發明的互電容觸控感測電路所得到的互電容觸控感測訊號除了位於直流準位的訊號部分之外，還可將頻率10KHz的低頻部分展延至頻率240KHz的高頻區域，藉此即可將雜訊部分所處的頻率範圍與訊號部分所處的頻率範圍拉開，使得本發明之互電容觸控感測電路能夠透過簡易的低通濾波器將雜訊部分濾除。
根據本發明之另一具體實施例為一種應用於互電容觸控面板的雜訊抑制方法。於此實施例中，該雜訊抑制方法係用以在互電容觸控面板感測因觸控所產生之電容變化訊號時抑制外部環境雜訊。
請參照圖5，圖5繪示此實施例中之雜訊抑制方法的流程圖。如圖5所示，該雜訊抑制方法包含下列步驟：步驟S10：即時感測外部環境雜訊所處之原始頻帶，其中原始頻帶係相近於電容變化訊號所處之直流頻帶；步驟S12：根據步驟S10之感測結果選擇相對應的電容驅動調變係數，致使外部環境雜訊由原始頻帶移至高頻頻帶，其中高頻頻帶高於原始頻帶及直流頻帶；步驟S14：透過解調變機制將電容變化訊號拉回至直流頻帶，致使處於直流頻帶之電容變化訊號與處於高頻頻帶之外部環境雜訊能彼此分離；以及步驟S16：採用低通濾波器將處於高頻頻帶之外部環境雜訊濾除，以保留處於直流頻帶之電容變化訊號。
於實際應用中，雜訊抑制方法可進一步依照特定順序切換以第一外部充電電壓與第二外部充電電壓對待測電容進行充電、以第一外部充電電壓與第三外部充電電壓對待測電容進行充電、或是僅由第二外部充電電壓或第三外部充電電壓對待測電容進行充電，其中第二外部充電電壓與第三外部充電電壓係大小相等且極性相反。
當第一外部充電電壓與第二外部充電電壓對待測電容進行充電時，待測電容所儲存之第一電荷量等於(第二外部充電電壓與第一外部充電電壓之間的差值)與待測電容之乘積；當第一外部充電電壓與第三外部充電電壓對待測電容進行充電時，待測 電容所儲存之第二電荷量等於(第三外部充電電壓與第一外部充電電壓之間的差值)與待測電容之乘積。
相較於先前技術，根據本發明之應用於互電容觸控面板的互電容觸控感測電路及雜訊抑制方法可有效改善先前技術所遭遇到之問題並達到下列具體功效：(1)可適用於高雜訊的電容感測環境；(2)可有效降低電容的驅動時間；(3)可有效降低電容驅動的整體耗電需求；(4)可得到更好的觸控感測效果。
由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

Claims (16)

  1. 一種雜訊抑制方法，應用於一互電容觸控面板，用以在該互電容觸控面板感測因觸控所產生之一電容變化訊號時抑制一外部環境雜訊，該雜訊抑制方法包含下列步驟：(a)即時感測該外部環境雜訊所處之一原始頻帶，其中該原始頻帶係相近於該電容變化訊號所處之一直流(DC)頻帶；(b)根據步驟(a)之感測結果選擇相對應的電容驅動調變係數，致使該外部環境雜訊由該原始頻帶移至一高頻頻帶，其中該高頻頻帶高於該原始頻帶及該直流頻帶；(c)透過一解調變機制將該電容變化訊號拉回至該直流頻帶，致使處於該直流頻帶之該電容變化訊號與處於該高頻頻帶之該外部環境雜訊能彼此分離；以及(d)採用一低通濾波器將處於該高頻頻帶之該外部環境雜訊濾除，以保留處於該直流頻帶之該電容變化訊號；其中，該雜訊抑制方法進一步包含：依照一特定順序切換以一第一外部充電電壓與一第二外部充電電壓對一待測電容進行充電、以該第一外部充電電壓與一第三外部充電電壓對該待測電容進行充電、或是僅由該第二外部充電電壓或該第三外部充電電壓對該待測電容進行充電，其中該第二外部充電電壓與該第三外部充電電壓係大小相等且極性相反。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雜訊抑制方法，其中當該第一外部充電電壓與該第二外部充電電壓對該待測電容進行充電時，該待測電容所儲存之一第一電荷量等於(該第二外部充電電壓與該第一外部充電電壓之間的差值)與該待測電容之乘積；當該第一外部充電電壓與該第三外部充電電壓對該待測電容進行充電時，該待測電容所儲存之一第二電荷量等於(該第三外部充電電壓與該第一外部充電電壓之間的差值)與該待測電容之乘積。
  3. 一種互電容觸控感測電路，應用於一互電容觸控面板，用以感測一待測電容於該互電容觸控面板受觸控時所產生之一電容變化量並抑制一外部環境雜訊，該互電容觸控感測電路包含：一運算放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，其中該第一輸入端係耦接該待測電容之一端且該第二輸入端係接地，該輸出端輸出一輸出電壓；一內部電容，係耦接於該運算放大器之該輸出端與該第一輸入端之間；一第一開關，其一端耦接一第一外部充電電壓且其另一端耦接至該待測電容與該第一輸入端之間；一第二開關，其一端耦接一第二外部充電電壓且其另一端耦接至該待測電容之另一端；一第三開關，其一端耦接一第三外部充電電壓且其另一端耦接該第二開關之該另一端與該待測電容之該另一端；一第一電容，其一端耦接至該待測電容與該第一輸入端之間且其另一端係接地；以及一第二電容，其一端耦接至該待測電容之該另一端且其另一端係接地；其中，該第二外部充電電壓與該第三外部充電電壓係大小相等且極性相反，該第一開關、該第二開關及該第三開關係依照一特定順序進行切換，致使該第一外部充電電壓與該第二外部充電電壓對該待測電容進行充電、該第一外部充電電壓與該第三外部充電電壓對該待測電容進行充電、或是僅由該第二外部充電電壓或該第三外部充電電壓對該待測電容進行充電。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之互電容觸控感測電路，其中該第一開關之該另一端與該第一電容均耦接至該待測電容與該第一輸入端之間的一接點。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之互電容觸控感測電路，進一步包含：一第四開關，係耦接於該接點與該第一輸入端之間。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之互電容觸控感測電路，進一步包含：一類比/數位轉換器，耦接該運算放大器之該輸出端；以及一數位訊號處理器，耦接該類比/數位轉換器。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之互電容觸控感測電路，進一步包含：一第一極性單元，耦接於該運算放大器之該輸出端與該類比/數位轉換器之間，用以自該運算放大器之該輸出端接收具有類比格式之該輸出電壓並維持該輸出電壓之極性後輸出至該類比/數位轉換器；以及一第二極性單元，耦接於該運算放大器之該輸出端與該類比/數位轉換器之間，用以自該運算放大器之該輸出端接收具有類比格式之該輸出電壓並反轉該輸出電壓之極性後輸出至該類比/數位轉換器。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之互電容觸控感測電路，進一步包含：一第一極性單元，耦接於該類比/數位轉換器與該數位訊號處理器之間，用以自該類比/數位轉換器接收已被該類比/數位轉換器由類比格式轉換為數位格式之該輸出電壓並維持該輸出電壓之極性後輸出至該數位訊號處理器；以及一第二極性單元，耦接於該類比/數位轉換器與該數位訊號處理器之間，用以自該類比/數位轉換器接收已被該類比/數位轉換器由類比格式轉換為數位格式之該輸出電壓並反轉該輸出電壓之極性後輸出至該數位訊號處理器。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之互電容觸控感測電路，進一步包含：一第一極性單元，耦接該數位訊號處理器，用以自該數位訊號處理器接收已依序被該類比/數位轉換器由類比格式轉換為數位格式且經該數位訊號處理器處理後之該輸出電壓並維持該輸出電壓之極性；以及一第二極性單元，耦接該數位訊號處理器，用以自該數位訊號處理器接收已依序被該類比/數位轉換器由類比格式轉換為數位格式且經該數位訊號處理器處理後之該輸出電壓並反轉該輸出電壓之極性。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之互電容觸控感測電路，進一步包含：另一數位訊號處理器，分別耦接該第一極性單元及該第二極性單元，用以分別自該第一極性單元接收維持極性之該輸出電壓以及自該第二極性單元接收反轉極性之該輸出電壓。
  11. 如申請專利範圍第5項所述之互電容觸控感測電路，其中於第奇數個相位下，該第一開關與該第二開關導通，但該第三開關與該第四開關未導通，則由該第一外部充電電壓與該第二外部充電電壓對該待測電容充電，致使該待測電容所儲存之一第一電荷量等於(該第二外部充電電壓與該第一外部充電電壓之間的差值)與該待測電容之乘積。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之互電容觸控感測電路，其中於第偶數個相位下，切換成該第三開關與該第四開關導通且該第一開關與該第二開關未導通，改由該第三外部充電電壓對該待測電容充電，致使該待測電容所儲存之一第二電荷量等於該第三外部充電電壓與該待測電容之乘積。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之互電容觸控感測電路，其中當該待測電容受觸控時，該輸出電壓之一第一輸出電壓變化量與該內部電容之乘積等於該待測電容受觸控時之該電容變化量與兩倍的該第三外部充電電壓之乘積。
  14. 如申請專利範圍第5項所述之互電容觸控感測電路，其中於第奇數個相位下，該第一開關與該第三開關導通，但該第二開關與該第四開關未導通，則由該第一外部充電電壓與該第三外部充電電壓對該待測電容充電，致使該待測電容所儲存之一第一電荷量等於(該第三外部充電電壓與該第一外部充電電壓之間的差值)與該待測電容之乘積。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之互電容觸控感測電路，其中於第偶數個相位下，切換成該第二開關與該第四開關導通且該第一開關與該第三開關未導通，改由該第二外部充電電壓對該待測電容充電，致使該待測電容所儲存之一第二電荷量等於該第二外部充電電壓與該待測電容之乘積。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之互電容觸控感測電路，其中當該待測電容受觸控時，該輸出電壓之一第一輸出電壓變化量與該內部電容之乘積等於該待測電容受觸控時之該電容變化量與兩倍的該第二外部充電電壓之乘積。
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