TWI755156B - 可過濾雜訊的觸控偵測器與其觸控偵測方法 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種可過濾雜訊的觸控偵測器與其觸控偵測方法。方法包含：產生一頻率訊號，通過一觸控電容，其中該觸控電容受觸碰或未受觸碰時，將使得該頻率訊號對應改變，藉此可判斷該觸控電容是否受到觸碰；偵測並計算該頻率訊號之頻率，藉此判斷該觸控電容是否受到觸碰；以及以多個計數週期來採計該頻率訊號平均頻率，藉此計算頻率，以過濾雜訊，其中該計數週期之長度與雜訊的反覆週期並不一致。

Description

可過濾雜訊的觸控偵測器與其觸控偵測方法

本發明係有關一種觸控偵測器，特別是指一種可過濾雜訊的觸控偵測器，以及其觸控偵測方法。

先前技術中，可藉由各種不同的方式達成觸控偵測之效果，例如：光學式、壓電電阻式及電容式等。在電容式觸控偵測的方式中，由於手指觸碰電容與否將發生頻率改變之情形，因此藉由偵測該改變的頻率，可分辨電容是否受到觸碰，藉此達成觸控偵測之目的。

第1圖顯示此種觸控偵測器，包括環式震盪器1、觸控電容Cx及頻率偵測計數器2。觸控電容Cx可以是環式震盪器1電路的一部分、或是另一個獨立的電容，耦接於環式震盪器1，作為手指(或其他合宜的工具或人體部位，以下以手指來舉例說明)觸碰之位置。當觸控電容Cx受觸碰或未受觸碰時，將使得環式震盪器1的操作頻率改變。頻率偵測計數器2偵測此改變，就可以判斷觸控電容Cx是否受到觸碰。

第2圖顯示對應於第1圖觸控偵測器的電容－頻率特性圖。參閱第2圖，如前所述，當觸控電容Cx受觸碰或未受觸碰時，將使得環式震盪器1的操作頻率改變。若適當設定頻率臨界值Fth，就可以藉由偵測操作頻率高於或低於頻率臨界值Fth，來判斷觸控電容Cx是否受到觸碰。舉例而言，觸碰與不觸碰電容分別對應如第2圖所示電容－頻率特性曲線中的操作點P1或操作點P2，其中操作點P1之頻率F1低於頻率臨界值Fth，而操作點P2之頻率F2高於頻率臨界值Fth，因此可判斷電容Cx是否受到觸碰。

請參閱第3圖。然而，當手指觸碰觸控電容Cx時，在手指和觸控電容Cx之間，存在一耦合電容Cf，而在人體與大地之間，又存在一個大約為100pF的電容。從觸控偵測器的電源而來的雜訊或是環境耦合到人體的雜訊，將透過這些電容所構成的耦合路徑來傳遞，因此影響環式震盪器1所產生的頻率訊號之頻率。例如請參閱第4圖，原本欲產生的頻率訊號應為波形B，但因為受到從電源而來的雜訊(例如波形A)所影響，以致實際產生的頻率訊號為波形C，其中的頻率並非定值而是會呈週期性的變化。在此情況下，請參閱第2圖，環式震盪器1所產生的頻率訊號之頻率受到干擾，例如呈週期性擺動，此時即無法判斷電容Cx是否受到觸碰。

本發明針對解決上述問題，提供一種可過濾雜訊的觸控偵測器，以及其觸控偵測方法。

就其中一個觀點言，本發明提供了一種可過濾雜訊的觸控偵測器，包含：一環式震盪器，用以產生一頻率訊號；一觸控電容，耦接於該環式震盪器，其中該觸控電容受觸碰或未受觸碰時，將使得該頻率訊號對應改變，藉此可判斷該觸控電容是否受到觸碰；以及一具有多週期綜合運算功能的頻率偵測計數器，耦接於該環式震盪器，用以偵測並計算該頻率訊號之頻率，藉此判斷該觸控電容是否受到觸碰；其中該具有多週期綜合運算功能的頻率偵測計數器以多個計數週期來採計該頻率訊號的頻率，以過濾雜訊並偵測該觸控電容是否受到觸碰，其中該計數週期之長度與週期重複次數並不一致，可根據雜訊特性做調整。

在一較佳實施例中，該具有多週期綜合運算功能的頻率偵測計數器以移動平均法將該多個計數週期得到的數值平均，以計算目前計數週期的頻率。

在一較佳實施例中，該多個計數週期為n個計數週期，n為大於等於2的正整數，且n根據雜訊的反覆週期來決定。

在一較佳實施例中，該計數週期為Ts而計數週期中的計數時段為Tc，Tc≦Ts，且該觸控偵測器過濾頻率為1/((n-1)Ts+Tc)以及其整倍數之雜訊，以及過濾頻率為1/Tc以及其整倍數之雜訊。依據要過濾之雜訊頻率調整n、Tc和Ts。

就另一個觀點言，本發明也提供了一種觸控偵測方法，包含：產生一頻率訊號，通過一觸控電容，其中該觸控電容受觸碰或未受觸碰時，將使得該頻率訊號對應改變，藉此可判斷該觸控電容是否受到觸碰；偵測並計算該頻率訊號之頻率，藉此判斷該觸控電容是否受到觸碰；以及以多個計數週期來採計該頻率訊號變換位準的次數，藉此計算頻率，以過濾雜訊，其中該計數週期之長度與雜訊的反覆週期並不一致。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路組成部分間之相互關係，至於形狀與尺寸則並未依照比例繪製。

第5圖顯示本發明的一個實施例。參閱第5圖，本發明之觸控偵測器100包括環式震盪器1、觸控電容Cx及具有多週期綜合運算功能的頻率偵測計數器3。觸控電容Cx可以是環式震盪器1電路的一部分、或是另一個獨立的電容，耦接於環式震盪器1；具有多週期綜合運算功能的頻率偵測計數器3用以偵測並計算環式震盪器1輸出的頻率訊號之頻率，藉此判斷觸控電容Cx是否受到觸碰。本實施例中，舉例顯示環式震盪器1包含成環形串聯的三級緩衝反相器11，環式震盪器1中包括多級的緩衝反相器11，緩衝反相器11的正操作電壓受電壓VDD經電流源Is而控制，負操作電壓為系統參考地電位。但這僅是舉例；在不同實施例中，緩衝反相器11的級數、正負操作電壓、以及是否電流源Is而控制，都可以改變。

第6圖說明去除雜訊影響的運算方式實施例。請對照第4圖與第6圖，如第4圖所示，由電源而來的雜訊有週期性反覆的特徵，因此本發明使用具有多週期綜合運算功能的頻率偵測計數器3，採計多個週期而非僅是單一週期來計算頻率，如此，將可過濾雜訊的影響。

詳言之，請參閱第6圖，先前技術中，是以每個單一週期中的一個計數時段Tc來計算環式震盪器1輸出的頻率訊號變換位準的次數，藉此計算頻率，但如前所述，雜訊會造成環式震盪器1所產生的頻率訊號之頻率發生偏移，因此根據單一週期計算來得到的頻率並不準確。本發明採計多個週期，因此，在一週期中因雜訊造成頻率變慢，會由另一週期中因雜訊造成頻率變快所抵銷，最後的結果將不受雜訊所影響。先前技術的問題在於：頻率計數的週期是根據電路的需求來決定，與雜訊的週期性反覆之週期並不一致，且頻率計數的週期遠較雜訊的週期性反覆之週期為短（即，頻率計數的頻率遠較雜訊的頻率為快），因此無法去除雜訊而會造成偵測上的錯誤。

當計算頻率訊號變換位準次數的計數時段長度為Tc時，則頻率為1/Tc或其整倍數的雜訊將可被過濾。根據本發明，可以採計多個週期，因此可以過濾頻率為1/(n*Tc)或其整倍數的雜訊，其中n為大於等於2的正整數。根據本發明，可以根據雜訊的週期，來適當決定n、Tc，就可以過濾雜訊。舉例來說，當雜訊來自電源時，可以根據電源的週期（例如50Hz或60Hz），來適當決定n、Tc。（當然本發明並不限於應用來過濾電源雜訊，其他任何週期性反覆的雜訊，都可以過濾。）也就是說，先前技術只有在1/Tc或其整倍數剛好與雜訊的週期相符時，才能過濾雜訊，但本發明經過適當設計後，就可以過濾任何週期性反覆的雜訊，並且當有兩種以上週期性反覆的雜訊出現時，可以取所有雜訊週期的公倍數來得到n、Tc，而同時過濾所有雜訊。

頻率訊號變換位準的次數，以多個週期來累計計數，為本發明的基本概念，但如果需要將計數值不斷累加，將造成需要較高位元的電路，因此在一較佳實施例中，是以移動平均的方式來運算，如此就可以使用較低位元的電路來達成。移動平均法的本身為本技術領域者所熟知，在此不贅述。概念上，可等效視為將n個週期的累計計數予以平均，作為目前週期的計數，以藉此計算頻率，而隨著時間的移動，每一週期所產生的計數，都是該週期與先前(n-1)個週期的累計計數之平均值，並對應計算出頻率。

第7圖舉例顯示本發明的另一個實施例。為電路運算處理的需要，假設週期為Ts而週期中的計數時段為Tc，則可能需要在計數完畢後，有一段資料傳送處理的時間（例如先進行觸控判斷），因此Tc可能小於Ts。在第6圖實施例中，是假設這段資料傳送處理的時間是可以忽略的或是不先判斷觸控；但如果要更精密計算將其考慮在內，則所能過濾的雜訊頻率將是 1/((n-1)Ts+Tc)以及其整倍數，以及1/Tc以及其整倍數。 即，(n-1)個週期的完整週期Ts，加上目前週期的計數時段Tc。根據本發明，可以根據雜訊的週期，來適當決定n、Tc和Ts，就可以過濾雜訊。舉例來說，當雜訊來自電源時，可以根據電源的週期（例如50Hz或60Hz），來適當決定n、Tc和Ts。

總之，本發明中，藉由具有多週期綜合運算功能的頻率偵測計數器3，以多個週期來採計環式震盪器1輸出的頻率訊號變換位準的次數，藉此計算頻率，可以過濾週期性反覆的雜訊。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，環式震盪器之電路結構，不限於如圖所示，而可為其他結構。又例如，各實施例所示的內容，可以相互組合。此外，實施例電路圖中所示直接連接的兩元件或兩電路，其間可以插置不影響整體電路主要作用的元件或電路，例如開關、緩衝器、電阻等；因此，本發明之用語「耦接」包括直接連接與間接連接。本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。

1:環式震盪器 3:具有多週期綜合運算功能的頻率偵測計數器 11:緩衝反相器 100:觸控偵測器 A, B, C:波形 C1, C2:情況 Cx:觸控電容 Fth:頻率臨界值 Is:電流源 P1~P6:操作點 Tc:計數時段 Ts:週期 VDD:電壓

第1圖顯示一種先前技術的觸控偵測器。 第2圖顯示對應於第1圖的電容－頻率特性圖。 第3圖顯示觸控時因電容耦合而造成雜訊傳遞。 第4圖舉例顯示雜訊造成的頻率偏移。 第5圖舉例顯示本發明的一個實施例。 第6、7圖說明去除雜訊影響的運算方式實施例。

1:環式震盪器

3:具有多週期綜合運算功能的頻率偵測計數器

11:緩衝反相器

100:觸控偵測器

Cx:觸控電容

Is:電流源

VDD:電壓

Claims (8)

1. 一種可過濾雜訊的觸控偵測器，包含：一環式震盪器，用以產生一頻率訊號；一觸控電容，耦接於該環式震盪器，其中該觸控電容受觸碰或未受觸碰時，將使得該頻率訊號對應改變，藉此可判斷該觸控電容是否受到觸碰；以及一具有多週期綜合運算功能的頻率偵測計數器，耦接於該環式震盪器，用以偵測並計算該頻率訊號之頻率，藉此判斷該觸控電容是否受到觸碰；其中該具有多週期綜合運算功能的頻率偵測計數器以多個計數週期來採計該頻率訊號變換位準的次數，藉此計算頻率，以過濾雜訊，其中該計數週期之長度與雜訊的反覆週期並不一致。
2. 如請求項1所述之可過濾雜訊的觸控偵測器，其中該具有多週期綜合運算功能的頻率偵測計數器以移動平均法將該多個計數週期得到的數值平均，以計算目前計數週期的頻率。
3. 如請求項1所述之可過濾雜訊的觸控偵測器，其中該多個計數週期為n個計數週期，n為大於等於2的正整數，且n根據雜訊的反覆週期來決定。
4. 如請求項3所述之可過濾雜訊的觸控偵測器，其中計數週期為Ts而計數週期中的計數時段為Tc，Tc≦Ts，且該觸控偵測器過濾頻率為1/((n-1)Ts+Tc)以及其整倍數之雜訊，以及過濾頻率為1/Tc以及其整倍數之雜訊。
5. 一種觸控偵測方法，包含： 產生一頻率訊號，通過一觸控電容，其中該觸控電容受觸碰或未受觸碰時，將使得該頻率訊號對應改變，藉此可判斷該觸控電容是否受到觸碰；偵測並計算該頻率訊號之頻率，藉此判斷該觸控電容是否受到觸碰；以及以多個計數週期來採計該頻率訊號變換位準的次數，藉此計算頻率，以過濾雜訊，其中該計數週期之長度與雜訊的反覆週期並不一致。
6. 如請求項5所述之觸控偵測方法，更包含：以移動平均法將該多個計數週期得到的數值平均，以計算目前計數週期的頻率。
7. 如請求項5所述之觸控偵測方法，其中該多個計數週期為n個計數週期，n為大於等於2的正整數，且n根據雜訊的反覆週期來決定。
8. 如請求項7所述之觸控偵測方法，其中計數週期為Ts而計數週期中的計數時段為Tc，Tc≦Ts，且該觸控偵測方法過濾頻率為1/((n-1)Ts+Tc)以及其整倍數之雜訊，以及過濾頻率為1/Tc以及其整倍數之雜訊。

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