TWI714007B - 觸摸控制器積體電路中的自電容驅動偏移消除 - Google Patents

Abstract

介面電路包括：具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端的放大器；耦合到放大器的第一輸入端的驅動電容器；及耦合在放大器的輸出端和放大器的第二輸入端之間的回饋路徑。介面電路亦包括：耦合到放大器的第一輸入端和放大器的第二輸入端的電流驅動器，其中電流驅動器被配置為：利用第一電流來對驅動電容器進行驅動，並且利用第二電流來對耦合到放大器的第二輸入端的觸摸面板電容器進行驅動。

Description

觸摸控制器積體電路中的自電容驅動偏移消除

請求優先權

本專利申請案請求享受於2018年4月6日提出申請的、名稱為「SELF CAPACITANCE DRIVE OFFSET CANCELLATION IN TOUCH CONTROLLER INTEGRATED CIRCUITS」的申請案第15/947,547號的優先權，該申請被轉讓給本案的受讓人並且據此經由引用方式明確地併入本文。

概括地說，本案內容的各態樣係關於觸摸面板，並且更具體地，本案內容的各態樣涉及具有電容式觸摸感測器的觸摸面板。

觸摸面板包括覆蓋在顯示器上的觸摸感測器陣列。觸摸感測器可以採用電容式感測，其中經由偵測由使用者手指引起的感測器的電容（例如，互電容及/或自電容）變化來偵測使用者手指。

下文提供了一或多個實現的簡化概述，以便提供對此種實現的基本理解。該概述不是對所有預期實現的詳盡綜述，而且既不意欲標識所有實現的關鍵或重要元素，亦不意欲說明任何或所有實現的範圍。其唯一目的是以簡化的形式提供一或多個實現的一些概念，作為稍後提供的更加詳細的描述的前序。

第一態樣涉及介面電路。該介面電路包括：具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端的放大器；耦合到該放大器的該第一輸入端的驅動電容器；耦合在該放大器的該輸出端和該放大器的該第二輸入端之間的回饋路徑。該介面電路亦包括：耦合到該放大器的該第一輸入端和該放大器的該第二輸入端的電流驅動器，其中該電流驅動器被配置為：利用第一電流來對該驅動電容器進行驅動，並且利用第二電流來對耦合到該放大器的該第二輸入端的觸摸面板電容器進行驅動。

第二態樣涉及一種用於操作到觸摸面板的介面電路的方法。該介面電路包括放大器、耦合到該放大器的第一輸入端的驅動電容器、以及耦合在該放大器的輸出端和該放大器的第二輸入端之間的回饋路徑。該方法包括：利用第一電流來對該驅動電容器進行驅動；及利用第二電流來對耦合到該放大器的該第二輸入端的觸摸面板電容器進行驅動。

下文結合附圖闡述的詳細描述意欲作為各種配置的描述，而並非意欲表示可以在其中實施本文所描述的概念的僅有配置。為了提供對各個概念的透徹理解，詳細描述包括特定細節。然而，對於本領域技藝人士將顯而易見的是，可以在沒有該等特定細節的情況下實施該等概念。在一些情況中，以方塊圖形式圖示公知的結構和元件，以便避免模糊此種概念。

觸摸面板包括覆蓋在顯示器上的觸摸感測器陣列。觸摸感測器可以採用電容式感測，其中經由偵測由使用者手指引起的感測器的電容（例如，互電容及/或自電容）變化來偵測使用者手指。

觸摸面板通常包括以網格佈置的第一組電極和第二組電極，其中第一組電極垂直於第二組電極延伸。由於電極之間的相互耦合電容，第一組電極和第二組電極形成互電容器。每個互電容器位於第一組電極中的一個電極和第二組電極中的一個電極的交叉點處，並且用作電容式觸摸感測器。在此種情況下，經由偵測由使用者手指引起的互電容器的電容變化來偵測使用者手指在互電容器的位置處或附近的存在。通常，使用者手指經由干擾相應電極之間的電場來減小互電容器的電容。

另外，由於電極和接地之間的電容，觸摸面板之每一者電極形成相應的自電容器。每個自電容器可以用作電容式觸摸感測器，以偵測使用者手指在相應的電極處或附近的存在。在此種情況下，經由偵測由使用者手指引起的相應的自電容器的電容變化來偵測使用者手指在電極處或附近的存在。通常，使用者手指經由將手指和相應電極之間的電容添加到自電容器來增加自電容器的電容。與互電容器相比，自電容器由於重影而降低了觸摸控制器準確地分辨多個手指在觸摸面板上的位置的能力。然而，與互電容器相比，自電容器通常需要較少的功率，並且因此可以在某些應用中使用以節省功率。

圖1圖示介面電路105的例子，介面電路105被配置為驅動和感測觸摸面板中的觸摸面板電容器（表示為「Cpanel」）的電容。觸摸面板電容器Cpanel可以包括由觸摸面板中的電極中的一個電極形成的自電容器，如上所論述的。亦在圖1中圖示電阻器（表示為「Rpanel」），其模型化對應於觸摸面板電容器Cpanel的電極的電阻。注意的是，電極的電容和電阻可以沿著該電極分佈，在此種情況下，圖1中所示的觸摸面板電容器Cpanel和電阻器Rpanel表示電容和電阻的集總模型近似。介面電路105可以整合在耦合到觸摸面板的晶片上。儘管在圖1中圖示一個介面電路105，但是應明白的是，觸摸控制器可以包括介面電路105的多個實例（亦即，副本），其中介面電路的每個實例耦合到觸摸面板中的相應的觸摸面板電容器（例如，自電容器）。

介面電路105包括放大器110（例如，低雜訊放大器）、耦合在放大器110的輸出端和放大器110的負輸入端之間的回饋電容器（表示為「Cf」）、以及耦合在放大器110的輸出端和放大器110的負輸入端之間的回饋電阻器（表示為「Rf」）。放大器110的輸出端在圖1中標記為「Out」。回饋電容器Cf和回饋電阻器Rf形成放大器110的輸出端和放大器110的負輸入端之間的回饋路徑。介面電路105亦包括耦合到放大器110的正輸入端的電壓驅動器120。電壓驅動器120被配置為利用電壓驅動信號來驅動放大器110的正輸入端。

在操作時，放大器110根據由電壓驅動器120輸入到放大器110的正輸入端的電壓驅動信號來反向驅動觸摸面板電容器Cpanel。這是因為放大器110的輸出端和放大器110的負輸入端之間的回饋路徑使得放大器110的輸出端經由回饋路徑向觸摸面板電容器Cpanel提供電流，使得放大器110的負輸入端處的電壓追蹤放大器的正輸入端處的電壓。換句話說，放大器110經由回饋路徑向觸摸面板電容器Cpanel提供電荷，使得放大器100的負輸入端處的電壓近似等於放大器110的正輸入端處的驅動信號的電壓。對於給定的驅動信號而言，被提供給觸摸面板電容器Cpanel的電荷量取決於觸摸面板電容器Cpanel的電容。

放大器110將輸出信號輸出，其中輸出信號的幅度取決於由放大器110提供給觸摸面板電容器Cpanel的電荷量。由於針對給定的驅動信號而言，被提供給觸摸面板電容器Cpanel的電荷量取決於觸摸面板電容器Cpanel的電容，所以輸出信號的幅度亦取決於觸摸面板電容器Cpanel的電容。因此，輸出信號可以用於感測觸摸面板電容器Cpanel的電容，並且因此感測由使用者手指的存在引起的觸摸面板電容器Cpanel的電容變化。該資訊可以用於偵測使用者手指的存在。在這點上，放大器110的輸出端可以耦合到處理器（未圖示），該處理器經由偵測由使用者手指的存在引起的輸出信號的變化來偵測使用者手指。

不需要為了偵測使用者手指而感測觸摸面板電容器Cpanel的絕對電容。僅需要感測使用者手指引起的電容變化來偵測使用者手指。由使用者手指引起的電容變化可以被稱為增量（delta）電容，其可以被定義為在存在使用者的手指的情況下觸摸面板電容器Cpanel的電容與觸摸面板電容器Cpanel的基線電容（亦即，在沒有使用者手指的情況下觸摸面板電容器Cpanel的電容）之間的差異。因為僅需要偵測增量電容來偵測使用者手指，所以可以經由減小輸出信號中的由於觸摸面板電容器Cpanel的基線電容導致的部分來增加放大器110的動態範圍。

在這點上，圖2圖示偏移消除電路210的例子，其被配置為減小輸出信號中的由於觸摸面板電容器Cpanel的基線電容導致的部分。偏移消除電路210包括電壓驅動器220、片上電阻器222、片上電容器225、偏置電路230和電流源240(1)-240(N)。電流源240(1)-240(N)耦合到觸摸面板電容器Cpanel。片上電容器225的電容近似匹配觸摸面板電容器Cpanel的基線電容，並且片上電阻器222的電阻近似匹配電阻器Rpanel的電阻。

在操作時，電壓驅動器220利用與耦合到放大器110的正輸入端的電壓驅動器120的驅動信號近似相同的驅動信號，經由片上電阻器222來驅動片上電容器225。片上電容器225對驅動信號的電壓進行差分，從而產生輸入到偏置電路230的電流。偏置電路230基於輸入電流來對電流源240(1)-240(N)進行偏置，使得電流源基於輸入電流來向觸摸面板電容器Cpanel提供電流，該電流在觸摸面板電容器Cpanel上產生電壓。

當不存在使用者手指時，在觸摸面板電容器Cpanel上由來自電流源240(1)-240(N)的電流產生的電壓近似匹配在放大器100的正輸入端處的驅動信號的電壓。因此，對於不存在使用者手指的情況而言，偏移消除電路210向觸摸面板電容器Cpanel提供用於使觸摸面板電容器Cpanel上的電壓與驅動信號的電壓近似匹配所需要的電荷。

當存在使用者手指時，由使用者手指引起的觸摸面板電容器Cpanel的電容變化（亦即，增量電容）改變用於使觸摸面板電容器上的電壓與驅動信號的電壓相匹配所需要的電荷量。放大器110的輸出端經由回饋路徑提供電荷差。因此，在該例子中，放大器110僅需要提供對應於增量電容的電荷差，並且放大器110的輸出信號指示增量電容。這顯著地減小了放大器110的輸出信號中的由於觸摸面板電容器Cpanel的基線電容導致的部分，從而增加了放大器110的動態範圍。

圖2中的偏移消除電路210的缺點在於：其需要與觸摸面板電容器Cpanel匹配的相對大的片上電容器225。因此，片上電容器225在晶片上佔用大面積。另一缺點是電流源240(1)-240(N)將電晶體閃爍雜訊引入到輸出信號中。可以經由使電流源240(1)-240(N)中的電晶體的寬度和長度變大，來減少閃爍雜訊。然而，此種方法可能需要在晶片上佔用大面積的大電晶體。因此，需要一種克服上述缺點中的一或多個缺點的偏移消除電路。

圖3圖示根據本案內容的某些態樣的介面電路305的例子，介面電路305被配置為驅動和感測觸摸面板電容器Cpanel（例如，自電容器）的電容。介面電路305克服了與圖2中的偏移消除電路210相關聯的一或多個缺點，如下文進一步論述的。

介面電路305包括上文論述的放大器110、回饋電容器Cf和回饋電阻器Rf。上文提供的對放大器110、回饋電容器Cf和回饋電阻器Rf的描述適用於圖3中的介面電路305，並且為了簡潔起見，此處不再重複。

介面電路305亦包括驅動電阻器330和驅動電容器335，其串聯耦合在放大器110的正輸入端和接地之間。驅動電阻器330及/或驅動電容器335可以與放大器110整合在同一晶片上。在某些態樣中，驅動電容器335是觸摸面板電容器Cpanel的按比例縮小的版本，其電容近似等於觸摸面板電容器Cpanel的基線電容的1/N，其中N是縮放因數。驅動電阻器330是電阻器Rpanel的按比例放大的版本，其電阻近似等於電阻器Rpanel的電阻的N倍。如前述，電阻器Rpanel模型化對應於觸摸面板電容器Cpanel的電極的電阻。

介面電路305亦包括耦合在放大器110的正輸入端和接地之間的複製回饋電容器340。複製回饋電容器340是回饋路徑中的回饋電容器Cf的按比例縮小的版本，並且具有近似等於回饋電容器Cf的電容的1/N的電容。

介面電路305亦包括電流驅動器310，其具有耦合到放大器110的負輸入端的第一輸出端315、以及耦合到放大器110的正輸入端的第二輸出端320。在某些態樣中，電流驅動器310被配置為利用第一驅動電流（表示為「Id/N」）來對驅動電容器335和複製回饋電容器340進行驅動，並且利用第二驅動電流（表示為「Id」）來對觸摸面板電容器Cpanel和回饋電容器Cf進行驅動，其中第一驅動電流近似等於第二驅動電流的電流值的1/N。換句話說，第二驅動電流近似等於第一驅動電流的電流值的N倍。

在圖3中的例子中，第一驅動電流Id/N被分成對複製回饋電容器340進行驅動的電流Ifb/N和對驅動電容器335進行驅動的電流Ipanel/N。因此，在該例子中，電流驅動器310利用電流Ifb/N來對複製回饋電容器340進行驅動，並且利用電流Ipanel/N來對驅動電容器335進行驅動。第二驅動電流Id被分成對回饋電容器Cf進行驅動的電流Ifb和對觸摸面板電容器Cpanel進行驅動的電流Ipanel。因此，在該例子中，電流驅動器310利用電流Ifb來對回饋電容器Cf進行驅動，並且利用電流Ipanel來對觸摸面板電容器Cpanel進行驅動。在該例子中，電流Ipanel/N近似等於電流Ipanel的電流值的1/N，並且電流Ifb/N近似等於電流Ifb的電流值的1/N。

在操作時，電流驅動器310利用第一驅動電流Id/N來對驅動電容器335和複製回饋電容器340進行驅動，以在放大器110的正輸入端處產生電壓驅動信號。因此，在該例子中，經由利用第一驅動電流Id/N(而不是圖2中的電壓驅動器120)來對驅動電容器335和複製回饋電容器340進行驅動，從而產生放大器的正輸入端處的電壓驅動信號。

例如，電流驅動器310可以利用第一驅動電流Id/N來對驅動電容器335和複製回饋電容器340進行驅動，以產生具有梯形波形的電壓驅動信號。在這點上，圖4圖示梯形波形的例子。如圖4所示，電壓在第一時間間隔(表示為「t1」)內斜升至近似Vc的電壓，在第二時間間隔(表示為「t2」)內時保持在近似Vc的電壓處，並且在第三時間間隔(表示為「t3」)內斜降。在該例子中，經由在第一時間間隔t1內將第一驅動電流驅動進入驅動電容器335和複製回饋電容器340，電流驅動器310將電壓斜升至近似Vc。當電壓達到近似Vc時，電流驅動器310在第二時間間隔t2的持續時間內關閉第一驅動電流。在該時間期間，觸摸面板電容器Cpanel將電壓保持在近似Vc處。在第二時間間隔t2結束時，電流驅動器310使第一驅動電流在反向方向上重新接通以使電壓斜降。反 向方向與圖3中箭頭所指的方向相反。在該例子中，第一驅動電流在兩個方向上具有近似恆定的幅度。

電流驅動器310亦利用第二驅動電流Id來對觸摸面板電容器Cpanel和回饋電容器Cf進行驅動，第二驅動電流Id是用於對驅動電容器335和複製回饋電容器340進行驅動的第一驅動電流的N倍。由於驅動電容器335的電容近似等於觸摸面板電容器Cpanel的基線電容的1/N，並且複製回饋電容器340的電容近似等於回饋電容器Cf的電容的1/N，所以針對基線情況(亦即，其中不存在使用者手指的情況)而言，在放大器的負輸入端處經由利用第二驅動電流Id對觸摸面板電容器Cpanel和回饋電容器Cf進行驅動而產生的電壓與在放大器的正輸入端處經由利用第一驅動電流Id/N對驅動電容器335和複製回饋電容器340進行驅動而產生的電壓近似匹配。

對於其中電流驅動器310利用第一驅動電流Id/N來對驅動電容器335和複製回饋電容器340進行驅動以在放大器110的正輸入端處產生梯形電壓波形的例子，針對基線情況，電流驅動器310利用第二驅動電流Id來對觸摸面板電容器Cpanel和回饋電容器Cf進行驅動，以在放大器110的負輸入處產生匹配的梯形電壓波形。在該例子中，經由在第一時間間隔t1內將第二驅動電流驅動到觸摸面板電容器Cpanel和回饋電容器Cf中，電流驅動器310將負輸入端處的電壓斜升至近似Vc。當電壓達到近似Vc時，電流驅動器310在第二時間間隔t2的持續時間內關閉第二驅動電流。在該時間期間，觸摸面板電容器Cpanel將電壓保持在近似Vc處。在第二時間間隔t2結束時，電流驅動器310在反向方向上重新接通第二驅動電流以使電壓斜降。注意的是，反向方向與圖3中箭頭所指的方向相反。

因此，針對基線情況（亦即，其中不存在使用者手指的情況），電流驅動器310將用於使放大器110的負輸入端處的電壓與放大器110的正輸入端處的電壓近似匹配所需要的電荷提供給觸摸面板電容器Cpanel和回饋電容器Cf。這基本上消除了來自放大器110的輸出信號的基線電容，從而增加了放大器110的動態範圍。

當存在使用者手指時，由使用者手指引起的觸摸面板電容器Cpanel的電容變化（亦即，增量電容）改變了在觸摸面板電容器Cpanel處用於使放大器110的負輸入端的電壓與放大器110的正輸入端處的電壓相匹配所需要的電荷量。在此種情況下，放大器110向觸摸面板電容器Cpanel提供電荷差，以使放大器110的負輸入端處的電壓與放大器110的正輸入端處的電壓相匹配。因此，放大器110的輸出信號指示由使用者手指引起的觸摸面板電容器Cpanel的電容變化（亦即，增量電容），並且因此可以用於偵測使用者手指。

圖3中的介面電路305的優點在於：驅動電容器335可以比圖2中所示的片上電容器225小得多。這是因為圖1中的片上電容器225需要較大，以便匹配觸摸面板電容器Cpanel的電容，而驅動電容器335是觸摸面板電容器Cpanel的按比例縮小的版本。例如，若縮放因數N等於16，則驅動電容器335比觸摸面板電容器Cpanel小近似16倍，並且因此在晶片上佔用小得多的面積。在某些態樣中，縮放因數可以是至少四。

與圖2中的片上電阻器222相比，驅動電阻器330具有較大的電阻。這是因為驅動電阻器330的電阻近似等於面板電阻乘以縮放因數N。然而，驅動電阻器330可以使用面積有效技術（例如，利用開關電容器電阻器來實現驅動電阻器330）來在與圖2中所示的片上電容器225相比小得多的區域中實現。因此，與圖2中的片上電容器225和片上電阻器222佔用的總晶片面積相比，驅動電容器335和驅動電阻器330佔用的總晶片面積可以小得多，從而導致晶片面積淨減少。

在上面的論述中，忽略了流過回饋電阻器Rf的電流。回饋電阻器Rf可以具有幾百K歐姆的電阻，在此種情況下，流過回饋電阻器Rf的電流非常小並且在被忽略時引入可忽略的誤差。

圖5圖示包括多個電流源540(1)-540(N+1)的電流驅動器310的示例性實現，其中電流驅動器310在多個交換循環內在驅動電容器335和觸摸面板電容器Cpanel之間（亦即，在放大器110的正輸入端和負輸入端之間）交換電流源540(1)-540(N+1)以減少閃爍雜訊。在每個交換循環期間，電流源中的一個電流源耦合到驅動電容器335，而剩餘的N個電流源耦合到觸摸面板電容器Cpanel。在每個交換循環開始時，改變耦合到驅動電容器335的電流源，使得該等電流源之每一者電流源在N+1個交換循環內輪流耦合到驅動電容器335。假設每個電流源具有近似相同的電流，則被提供給驅動電流電容器335的電流近似等於被提供給觸摸面板電容器Cpanel的電流的1/N。因此，在給定的時間處，該等電流源中的一個電流源耦合到放大器110的正輸入端以提供第一驅動電流Id/N，並且該等電流源中的N個電流源耦合到放大器110的負輸入端以提供第二驅動電流Id。

在觸摸面板電容器Cpanel和驅動電容器335之間（亦即，在放大器110的正輸入端和負輸入端之間）交換電流源540(1)-540(N+1)減少了在放大器110的輸出端處的電晶體閃爍雜訊。這是因為每個電流源的閃爍雜訊被施加到放大器110的兩個輸入端，並且因此經由共模抑制而被減少。此種方法減少了閃爍雜訊，而不必增加電流源中的電晶體的寬度和長度，並且因此是針對閃爍雜訊的晶片面積更加高效的解決方案。

在圖5中的例子中，電流驅動器310包括開關網路550和交換控制器570，交換控制器570用於在驅動電容器335和觸摸面板電容器Cpanel之間（亦即，在放大器110的正輸入端和負輸入端之間）交換電流源540(1)-540(N+1)。開關網路550包括多個開關設備555(1)-555(N+1)，其中每個開關設備對應於電流源540(1)-540(N+1)中的相應電流源。如圖5所示，開關設備555(1)-555(N+1)之每一者開關設備包括耦合在相應的電流源和驅動電容器335（亦即，放大器110的正輸入端）之間的相應的第一開關556(1)-556(N+1)、以及耦合在相應的電流源和觸摸面板電容器Cpanel（亦即，放大器110的負輸入端）之間的相應的第二開關558(1)-558(N+1)。在該例子中，經由在相應的開關設備中封閉第一開關並且打開第二開關來將電流源耦合到驅動電容器335，並且經由在相應的開關設備中打開第一開關並且封閉第二開關來將電流源耦合到觸摸面板電容器Cpanel。注意的是，在圖5中未圖示針對開關設備555(2)和555(N)中的開關的元件符號，以避免使圖5混亂。此外，注意的是，為了便於說明，沒有在圖5中明確地示出交換控制器570和開關之間的各個連接。

交換控制器570控制開關設備555(1)-555(N+1)，以在多個交換循環內在驅動電容器335和觸摸面板電容器Cpanel之間（亦即，在放大器110的正輸入端和負輸入端之間）交換電流源540(1)-540(N+1)。在每個交換循環期間，交換控制器570經由在相應的開關設備中封閉第一開關並且打開第二開關來將該等電流源中的一個電流源耦合到驅動電容器335，並且經由在相應的開關設備中打開第一開關並且封閉第二開關來將剩餘的N個電流源之每一者電流源耦合到觸摸面板電容器Cpanel。交換控制器570控制開關設備，使得耦合到驅動電容器335的電流源在每個交換循環開始時改變，並且該等電流源之每一者電流源在N+1個交換循環內輪流耦合到驅動電容器335。

在某些態樣中，放大器110的輸出信號被輸出到處理器580，處理器580處理輸出信號以偵測使用者手指在觸摸面板電容器Cpanel處或附近的存在。例如，處理器580可以在積分時間間隔內對輸出信號進行積分，並且基於所得到的積分信號的幅度來決定是否存在使用者手指。在該例子中，在存在使用者手指時的積分信號的幅度不同於在不存在使用者手指時的積分信號的幅度，從而允許處理器基於積分信號的幅度來決定是否存在使用者手指。積分時間間隔可以跨越至少N+1個交換循環，使得每個電流源在積分時間間隔期間至少輪流一次耦合到驅動電容器335。

應當明白的是，圖5中所示的電流源540(1)-540(1+N)之每一者電流源可以由多個較小的電流源（例如，並聯耦合的多個較小的電流源）組成。

圖6圖示根據本案內容的某些態樣的電流源540的示例性實現。電流源540可以用於實現圖5中所示的電流源540(1)-540(N+1)之每一者電流源。換句話說，電流源540(1)-540(N+1)之每一者電流源可以是圖6中的電流源540的單獨實例（副本）。

電流源540包括p型場效應電晶體（PFET）610、第一開關625、第二開關630和n型場效應電晶體（NFET）620。PFET 610和第一開關625串聯耦合在供電軌Vdd和電流源540的輸出端640之間。NFET 620和第二開關630串聯耦合在電流源540的輸出端640和接地之間。輸出端640耦合到（圖5中所示的）開關設備555(1)-555(N+1)中的相應開關設備。如上所論述的，在交換控制器570的控制下，相應的開關設備將輸出端640耦合到觸摸面板電容器Cpanel或驅動電容器335。

PFET 610的閘極被第一偏置電壓（表示為「pbias」）偏置，並且NFET 620的閘極被第二偏置電壓（表示為「nbias」）偏置。在這點上，介面電路305包括用於產生偏置電壓pbias和nbias的偏置電路530（圖5中所示的）。第一偏置電壓pbias經由控制PFET 610的通道電導來控制流過PFET 610的電流量。類似地，第二偏置電壓nbias經由控制NFET 620的通道電導來控制流過NFET 620的電流量。

第一開關625接收第一控制信號（表示為「c1」），並且第二開關630接收第二控制信號（表示為「c2」）。控制信號c1和c2中的每一者控制相應的開關。在這點上，介面電路305包括電流控制器560，其產生控制信號c1至c2以控制電流源540(1)-540(N+1)的電流，如下文進一步論述的。注意的是，為了便於說明，沒有在圖5中明確地示出電流控制器560和電流源540(1)-540(N+1)之間的各個連接。

在操作時，電流控制器560經由封閉第一開關625並且打開第二開關630，使電流源540在方向642上提供電流。在此種情況下，電流流入觸摸面板電容器Cpanel和回饋電容器Cf或者流入驅動電容器335和複製回饋電容器340，這取決於電流源540在給定的時間處經由相應的開關設備耦合到放大器的輸入端中的哪個輸入端。如上所論述的，方向642上的電流的電流位準由第一偏置電壓pbias來控制。

電流控制器560經由打開第一開關625並且封閉第二開關630，使電流源540在方向644上提供電流，其中電流的方向644與方向642相反。在此種情況下，電流從觸摸面板電容器Cpanel和回饋電容器Cf流出或者從驅動電容器335和複製回饋電容器340流出，這取決於電流源540在給定的時間處經由相應的開關設備耦合到放大器的輸入端中的哪個輸入端。如上所論述的，方向644上的電流的電流位準由第二偏置電壓nbias來控制。

電流控制器560經由打開第一開關625和第二開關630二者來關閉電流源540。

在某些態樣中，電流控制器560可以控制電流源540(1)-540(1+N)，以在放大器110的輸入端處產生梯形電壓波形。例如，參照圖4，電流控制器560可以經由執行以下步驟來在放大器110的每個輸入端處產生梯形電壓波形。電流控制器560可以首先在第一時間間隔t1內經由在每個電流源中封閉第一開關並且打開第二開關，使每個輸入端處的電壓斜升。隨後，電流控制器560可以在第二時間間隔t2內經由在每個電流源中打開第一和第二開關，來關閉電流源。在第二時間間隔t2結束時，電流控制器560可以在第三時間間隔t3內經由在每個電流源中打開第一開關並且封閉第二開關，使每個輸入端處的電壓斜降。

經由針對每個驅動循環來重複上述步驟，電流控制器560可以在多個驅動循環內在放大器110的每個輸入端處順序地產生多個梯形電壓波形。在此種情況下，在每個驅動循環期間在每個輸入端處產生梯形電壓波形。在一個例子中，每個驅動循環可以對應於一個交換循環。在該例子中，交換控制器570可以在相鄰的梯形電壓波形之間改變耦合到放大器110的正輸入端的電流源540(1)-540(1+N)。在另一例子中，每個驅動循環可以跨越多個交換循環。在該例子中，交換控制器570亦可以在每個梯形波形期間（例如，在梯形波形的電壓斜升和電壓斜降之間）改變耦合到放大器110的正輸入端的電流源。

在以上例子中，電流源540(1)-540(N+1)中的PFET和NFET以開關頻率接通和斷開。這將PFET和NEFT的閃爍雜訊在頻率上移位了開關頻率。如上所論述的，經由在放大器110的輸入端之間交換電流源540(1)-540(N+1)，減少了此種閃爍雜訊。

應明白的是，本案內容不限於梯形電壓波形的例子，並且電流驅動器310可以利用電流來驅動電容器以產生其他類型的電壓波形。

圖7圖示根據本案內容的某些態樣的偏置電路530的示例性實現。如上所論述的，偏置電路530產生偏置電壓pbias和nbias，其控制電流源540(1)-540(N+1)的電流位準。在該例子中，偏置電路530包括放大器710、第一偏置PFET 715和偏置電阻器Rb。

第一偏置PFET 715和偏置電阻器Rb串聯耦合在供電軌Vdd和接地之間。放大器710的正輸入端耦合到第一偏置PFET 715和偏置電阻器Rb之間的節點，並且放大器710的負輸入端接收參考電壓(表示為「Vref」)。此外，放大器710的輸出端耦合到第一偏置PFET 715的閘極。因此，放大器710的輸出電壓控制第一偏置PFET 715的通道電導。如下文進一步論述的，放大器710的輸出電壓提供第一偏置電壓pbias。

在該例子中，跨越偏置電阻器的電壓(表示為「Vb」)被回饋到放大器710。這使得放大器710調整放大器710的輸出電壓(並且因此調整第一偏置PFET 715的電導)，使得跨越電阻器Rb的電壓Vb近似等於參考電壓Vref。在此種情況下，穿過第一偏置PFET 715的電流（表示為「Ib」）近似等於Vref/Rb。因此，經由相應地設置參考電壓Vref及/或偏置電阻器Rb的電阻，可以將穿過第一偏置PFET715的電流Ib設置為期望的電流位準。

放大器710的輸出電壓提供第一偏置電壓pbias，其被輸出到電流源540(1)-540(1+N)中的PFET的閘極。因此，若第一偏置PFET 715與電流源540(1)-540(1+N)中的PFET近似匹配，則第一偏置電壓pbias使得電流源中的PFET中的每一者傳導近似等於偏置電路530中的電流Ib的電流。

偏置電路530亦包括串聯耦合在供電軌Vdd和接地之間的第二偏置PFET 720和偏置NFET 725。偏置NFET 725的汲極和閘極連接在一起。如下文進一步論述的，在偏置NFET 725的閘極處產生第二偏置電壓nbias。

第二偏置PFET 720的閘極被第一偏置電壓pbias偏置。因此，假設第一偏置PFET 715和第二偏置PFET 720是匹配的，則流過第二偏置PFET 720的電流近似等於電流Ib。流過第二偏置PFET 720的電流亦流過偏置NFET 725，因為第二偏置PFET 720和偏置NFET 725串聯耦合。流過偏置NFET 725的電流使得在偏置NFET 725的閘極處產生第二偏置電壓nbias。由於流過偏置NFET 725的電流近似等於電流Ib，所以第二偏置電壓nbias對應於電流Ib。因此，若偏置NFET 725與電流源540(1)-540(1+N)中的NFET近似匹配，則第二偏置電壓nbias使電流源中的NFET中的每一者傳導近似等於電流Ib的電流。

在以上例子中，偏置電壓pbias和nbias使得電流源540(1)-540(N+1)之每一者電流源提供近似等於偏置電路530中的電流Ib的電流。因為電流Ib近似等於Vref/Rb，所以可以經由相應地設置參考電壓Vref及/或偏置電阻器Rb的電阻，將每個電流源的電流設置為期望的電流位準。

應當明白的是，每個電流源的電流可以相對於偏置電路530中的電流Ib進行縮放。例如，電流源之每一者電晶體的寬度可以是偏置電路530之每一者偏置電晶體的寬度的M倍，其中M是電流縮放因數。在該例子中，每個電流源的電流近似等於電流Ib的M倍。因此，在該例子中，亦可以經由相應地設置電流縮放因數M，將每個電流源的電流設置為期望的電流位準。

在某些態樣中，電流源540(1)-540(N+1)之每一者電流源可以包括多位元電流源。多位元電流源被配置為根據輸入到多位元電流源的多位元值，以多個可選電流位準之一來提供電流。可選電流位準之每一者電流位準可以是基礎電流位準的不同倍數，其中基礎電流位準由上面論述的偏置電壓pbias和nbias來設置。例如，兩位元電流源可以根據一位元值來提供兩個電流位準中的一個電流位準，其中兩個電流位準中的一者等於基礎電流位準，並且兩個電流位準中的另一者等於基礎電流位準的兩倍或基礎電流的另一倍數。

如上所論述的，電流源540(1)-540(N+1)可以包括用於在方向642上提供電流的PFET、以及用於在方向644上提供電流的NFET。由PFET和NFET提供的電流可以存在小的差異，這導致增量電流。在此種情況下，增量電流可以隨著時間積分在驅動電容器335和觸摸面板電容器Cpanel上，從而使得放大器110的輸入端處的DC電壓隨著時間向上或向下漂移。若不糾正，可能會導致電流源切斷。為解決該問題，介面電路305可以包括電壓緩衝器810、第一電阻器Rvcm和第二電阻器Rvcm/N，如圖8中的例子所示的。第二電阻器Rvcm/N的電阻近似為第一電阻器Rvcm的電阻的1/N。

在該例子中，電壓緩衝器810被配置為輸出DC電壓（表示為「Vcm」），其可以近似等於放大器110的電源電壓的一半。假設電阻器的電阻相對高，則放大器110的正輸入端經由第一電阻器Rvcm弱耦合到電壓緩衝器810，並且放大器110的負輸入端經由第二電阻器Rvcm/N弱耦合到電壓緩衝器810。例如，第一電阻器Rvcm可以具有1.25 M歐姆的電阻。可以經由利用開關電容器電阻器來實現電阻器，在小區域中實現電阻器的高電阻。經由將DC電壓拉向Vcm，電阻器有助於防止放大器110的輸入端處的DC電壓由於上面論述的增量電流而隨著時間向上或向下漂移。例如，若增量電流近似為0.1 μA並且第一電阻器Rvcm的電阻近似為1.25 M歐姆，則正輸入端處的DC電壓穩定在近似Vcm+125mV。若驅動信號是梯形信號，則在該例子中，梯形信號近似以Vcm+125mV為中心。應明白的是，可以採用其他技術來減輕上面論述的增量電流。

圖9是示出根據某些態樣的用於操作到觸摸面板的介面電路的方法900的流程圖。介面電路（例如，介面電路305）包括放大器（例如，放大器110）、耦合到放大器的第一輸入端（例如，放大器110的正輸入端）的驅動電容器（例如，驅動電容器335）、以及耦合在放大器的輸出端和放大器的第二輸入端（例如，放大器110的負輸入端）之間的回饋路徑。

在方塊910處，利用第一電流來對驅動電容器進行驅動。例如，可以利用第一電流（例如，Ipanel/N）來對驅動電容器進行驅動，以在放大器的第一輸入端（例如，放大器110的正輸入端）處產生驅動電壓。

在方塊920處，利用第二電流來對耦合到放大器的第二輸入端的觸摸面板電容器進行驅動。例如，可以利用第二電流（例如，Ipanel）來對觸摸面板電容器（例如，自電容器）進行驅動，以在放大器的第二輸入端（例如，放大器110的負輸入端）處產生近似匹配針對觸摸面板電容器的基線情況而言在放大器的第一輸入端處的驅動電壓。可以這樣操作，以從放大器的輸出基本上消除觸摸面板電容器的基線電容。

方法900亦可以包括如下的可選步驟：使用電流源（例如，電流源540(1)-540(1+N)）來產生第一電流和第二電流；及在放大器的第一輸入端和放大器的第二輸入端之間交換電流源。可以這樣操作以減少來自電流源中的電晶體的閃爍雜訊。

應明白的是，本案內容並不限於以上用於描述本案內容的各態樣的特定術語，並且本案內容亦涵蓋等同術語。例如，應明白的是，觸摸面板亦可以被稱為觸控式螢幕、觸摸介面或其他術語。在另一例子中，應明白的是，電流源亦可以被稱為電流單元或另一術語。在又一例子中，應明白的是，術語「交換」亦可以被稱為互換（exchange）、切換或其他術語。

在以上例子中，觸摸面板電容器Cpanel用於偵測使用者手指。然而，應明白的是，本案內容並不限於該例子，並且觸摸面板電容器Cpanel可以用於偵測在觸摸面板電容器Cpanel處或附近的另一物件（例如，觸筆），其中該物件使觸摸面板電容器Cpanel的電容變化（改變）。在此種情況下，觸摸面板電容器Cpanel的基線電容是當不存在物件時觸摸面板電容器Cpanel的電容。

應明白的是，觸摸面板電容器Cpanel可以包括自電容器、並聯的自電容器和互電容器，及/或另一類型的觸敏電容器。

如本文關於所述值或特性所使用的術語「近似」意欲指示處於所述值或特性的20％以內。

此外，應明白的是，本案內容並不限於將回饋路徑和觸摸面板電容器Cpanel耦合到放大器110的負輸入端，以及將驅動電容器335耦合到放大器110的正輸入端。一般來說，驅動電容器335和複製回饋電容器340耦合到放大器110的第一輸入端，並且回饋路徑和觸摸面板電容器Cpanel耦合到放大器110的第二輸入端。

在本文中，使用諸如「第一」、「第二」等命名來對元素的任何引用一般來說不限制彼等元素的數量或次序。確切而言，在本文中，該等命名可以用作一種在兩個或更多個元素或一個元素的多個實例之間進行區分的便捷方式。因此，對第一元素和第二元素的引用並不意味著僅能夠使用兩個元素，亦不意味著第一元素必須在第二元素之前。該等命名亦可以用作一種在兩個或更多個電流之間進行區分的便捷方法。例如，「第一」可以用於指定上文論述的電流中的任何一個電流，而「第二」可以用於指定上文論述的電流中的另一電流。

在本案內容中，「示例性」一詞意味著「用作例子、實例或說明」。本文中描述為「示例性」的任何實現或態樣未必被解釋為比本案內容的其他態樣優選或者有優勢。同樣，術語「態樣」並不要求本案內容的所有態樣皆包括所論述的特徵、優點或者操作模式。術語「耦合」在本文中用於代表兩個結構之間的直接或間接電耦合。

上文論述的電流控制器560和交換控制器570可以利用被設計為執行本文描述的功能的通用處理器、數位訊號處理器（DSP）、特殊應用積體電路（ASIC）、現場可程式化閘陣列（FPGA）或其他可程式化邏輯裝置、個別硬體元件（例如，邏輯閘）或者其任意組合來實現。處理器可以經由執行包括用於執行該等功能的代碼的軟體，來執行本文描述的功能。軟體可以被儲存在電腦可讀取儲存媒體上，例如，RAM、ROM、EEPROM、光碟及/或磁碟。

為了使本領域的任何技藝人士能夠實現或使用本案內容，提供了對本案內容的先前描述。對於本領域技藝人士而言，對本案內容的各種修改將是顯而易見的，並且在不脫離本案內容的精神或範圍的情況下，本文中定義的通用原理可以適用於其他變型。因此，本案內容並非意欲限於本文中所描述的例子，而是被賦予與本文中揭露的原理和新穎特徵相一致的最廣範圍。

105:介面電路

110:放大器

120:電壓驅動器

210:偏移消除電路

220:電壓驅動器

222:片上電阻器

225:片上電容器

230:偏置電路

240(1):電流源

240(2):電流源

240(N):電流源

305:介面電路

310:電流驅動器

315:第一輸出端

320:第二輸出端

330:驅動電阻器

335:驅動電容器

340:複製回饋電容器

530:偏置電路

540:電流源

540(1):電流源

540(2):電流源

540(N):電流源

540(N+1):電流源

550:開關網路

555(1):開關設備

555(2):開關設備

555(N):開關設備

555(N+1):開關設備

556(1):第一開關

556(N+1):第一開關

558(1):第二開關

558(N+1):第二開關

560:電流控制器

570:交換控制器

580:處理器

610:p型場效應電晶體（PFET）

620:n型場效應電晶體（NFET）

625:第一開關

630:第二開關

640:輸出端

642:方向

644:方向

710:放大器

715:第一偏置PFET

720:第二偏置PFET

725:偏置NFET

810:電壓緩衝器

900:方法

910:方塊

920:方塊

圖1圖示用於觸摸面板的介面電路的例子。

圖2圖示具有偏移消除的介面電路的例子。

圖3圖示根據本案內容的某些態樣的被配置為提供偏移消除電流的電流驅動器的例子。

圖4圖示根據本案內容的某些態樣的梯形驅動電壓的例子。

圖5圖示根據本案內容的某些態樣的介面電路中的電流驅動器的示例性實現，該電流驅動器包括在放大器的第一輸入端和第二輸入端之間交換的多個電流源。

圖6圖示根據本案內容的某些態樣的電流源之一的示例性實現。

圖7圖示根據本案內容的某些態樣的用於電流源的偏置電路的示例性實現。

圖8圖示根據本案內容的某些態樣的其中放大器的第一輸入端和第二輸入端弱耦合到電壓緩衝器的例子。

圖9是示出根據本案內容的某些態樣的用於操作到觸摸面板的介面電路的方法的流程圖。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無

國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

305:介面電路

310:電流驅動器

315:第一輸出端

320:第二輸出端

330:驅動電阻器

335:驅動電容器

340:複製回饋電容器

Claims (24)

1. 一種介面電路，包括：具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端的一放大器；耦合到該放大器的該第一輸入端的一驅動電容器；耦合在該放大器的該輸出端和該放大器的該第二輸入端之間的一回饋路徑；及耦合到該放大器的該第一輸入端和該放大器的該第二輸入端的一電流驅動器，其中該電流驅動器被配置為：利用一第一電流來對該驅動電容器進行驅動，並且利用一第二電流來對耦合到該放大器的該第二輸入端的一觸摸面板電容器進行驅動，其中該驅動電容器的一電容近似等於該觸摸面板電容器的一基線電容的1/N，其中N是一縮放因數。
2. 根據請求項1之介面電路，其中該第一電流的一電流位準近似等於該第二電流的一電流位準的1/N。
3. 根據請求項2之介面電路，其中該電流驅動器被配置為：利用該第一電流來對該驅動電容器進行驅動，以在該放大器的該第一輸入端處產生一第一電壓波形。
4. 根據請求項3之介面電路，其中該電流驅動 器被配置為：利用該第二電流來對該觸摸面板電容器進行驅動，以在該放大器的該第二輸入端處產生一第二電壓波形。
5. 根據請求項4之介面電路，其中針對該觸摸面板電容器的一基線情況而言，該第一電壓波形與該第二電壓波形近似匹配。
6. 根據請求項4之介面電路，其中該第一電壓波形包括一第一梯形電壓波形，並且該第二電壓波形包括一第二梯形電壓波形。
7. 根據請求項1之介面電路，其中該觸摸面板電容器包括一觸摸面板中的一自電容器。
8. 根據請求項1之介面電路，其中該回饋路徑包括一回饋電容器。
9. 根據請求項8之介面電路，亦包括：耦合到該放大器的該第一輸入端的一複製回饋電容器。
10. 根據請求項9之介面電路，其中該複製回饋電容器的一電容近似等於該回饋路徑中的該回饋電容器的一電容的1/N。
11. 根據請求項1之介面電路，其中該驅動電容器耦合在該放大器的該第一輸入端和一接地之間。
12. 根據請求項1之介面電路，其中該電流驅動器包括多個電流源，並且該電流驅動器被配置為： 在該放大器的該第一輸入端和該放大器的該第二輸入端之間交換該等電流源。
13. 根據請求項12之介面電路，其中該電流驅動器被配置為：在多個交換循環內交換該等電流源，使得在該多個交換循環之每一者交換循環期間，該等電流源中的一不同電流源耦合到該放大器的該第一輸入端。
14. 根據請求項13之介面電路，其中該等電流源之每一者電流源在該多個交換循環內輪流耦合到該放大器的該第一輸入端。
15. 一種用於操作到一觸摸面板的一介面電路的方法，該介面電路包括一放大器、耦合到該放大器的一第一輸入端的一驅動電容器、以及耦合在該放大器的一輸出端和該放大器的一第二輸入端之間的一回饋路徑，該方法包括：利用一第一電流來對該驅動電容器進行驅動；及利用一第二電流來對耦合到該放大器的該第二輸入端的一觸摸面板電容器進行驅動，其中該驅動電容器的一電容近似等於該觸摸面板電容器的一基線電容的1/N，其中N是一縮放因數。
16. 根據請求項15之方法，其中該第一電流的一電流位準近似等於該第二電流的一電流位準的 1/N。
17. 根據請求項16之方法，其中利用該第一電流來對該驅動電容器進行驅動包括：利用該第一電流來對該驅動電容器進行驅動，以在該放大器的該第一輸入端處產生一第一電壓波形。
18. 根據請求項17之方法，其中利用該第二電流來對該觸摸面板電容器進行驅動包括：利用該第二電流來對該觸摸面板電容器進行驅動，以在該放大器的該第二輸入端處產生一第二電壓波形。
19. 根據請求項18之方法，其中針對該觸摸面板電容器的一基線情況而言，該第一電壓波形與該第二電壓波形近似匹配。
20. 根據請求項18之方法，其中該第一電壓波形包括一第一梯形電壓波形，並且該第二電壓波形包括一第二梯形電壓波形。
21. 根據請求項15之方法，其中該觸摸面板電容器包括該觸摸面板中的一自電容器。
22. 根據請求項15之方法，亦包括：使用多個電流源來產生該第一電流和該第二電流；及在該放大器的該第一輸入端和該放大器的該第二輸入端之間交換該等電流源。
23. 根據請求項22之方法，其中交換該等電流源包括：在多個交換循環內在該放大器的該第一輸入端和該放大器的該第二輸入端之間交換該等電流源，使得在該多個交換循環之每一者交換循環期間，該等電流源中的一不同電流源耦合到該放大器的該第一輸入端。
24. 根據請求項23之方法，其中該等電流源之每一者電流源在該多個交換循環內輪流耦合到該放大器的該第一輸入端。

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