TWI804238B - 具有降低雜訊之觸控電路 - Google Patents

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TWI804238B
TWI804238B TW111109702A TW111109702A TWI804238B TW I804238 B TWI804238 B TW I804238B TW 111109702 A TW111109702 A TW 111109702A TW 111109702 A TW111109702 A TW 111109702A TW I804238 B TWI804238 B TW I804238B
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呂季桓
林春生
戴宏彥
楊鎮源
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矽創電子股份有限公司
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Abstract

本發明係為一種具有降低雜訊之觸控電路，其藉由一差動運算模組將一參考電路之一參考訊號與一觸控感測電極之一感測訊號經差動補償而產生對應之一輸出訊號，藉此降低觸控電路之輸出訊號的雜訊。

Description

具有降低雜訊之觸控電路
本發明係關於一種感測電路，特別是一種具有降低雜訊之觸控電路。
投射式電容面板目前已被廣泛應用於各種行動裝置，例如：手機、平板、觸控筆記型電腦，而投射式電容面板，其觸控電路之操作原理主要是利用人體手指或其他導電物體與面板上之ITO(銦錫氧化物)透明電極接近時，兩者間產生的感應電容，透過感測電路轉為輸出訊號並由後續的邏輯電路運算，轉為可供行動裝置之運算處理單元判讀的座標資料，因而回饋對應之觸控操作結果。
如第1A圖與第1B圖所示，一般而言，行動裝置之觸控顯示裝置10設有一玻璃蓋板12、一觸控面板14、一玻璃基板16、一空氣間隙GAP、一玻璃基板22、一顯示電極24與一玻璃基板26疊加設置，亦即觸控面板14設置於顯示電極24之上，為了行動裝置之輕薄化設計，觸控面板14與顯示面板20之間的距離隨著玻璃基板22共用而輕薄化，而越來越接近彼此，例如：觸控面板14與顯示面板20從兩者之間具有空氣間隙GAP之傳統面板結構，一直演進到on-cell觸控顯示裝置10A(參第1B圖)，觸控面板14與顯示面板20之間的間隔距離一直在減少，導致 觸控面板14越來越接近顯示面板20之顯示電極24，如此兩者之間會形成耦合電容CP，且兩者之間的距離越來越接近而導致耦合電容CP之電容值逐漸增加。
顯示雜訊(display noise)或環境雜訊(environment noise)會隨著耦合電容CP逐漸增加的電容值而進一步放大，如此顯示雜訊(display noise)或環境雜訊(environment noise)會透過耦合電容CP干擾觸控面板14的運作，並導致觸控面板14之觸控精確度降低。進一步參閱第2圖，雜訊N1，其指顯示雜訊或其他環境雜訊，會透過耦合電容CP耦合至觸控驅動電極TX，再透過觸控驅動電極TX與觸控感測電極RX之間耦合的感測電容CR耦合至觸控感測電極RX，或者雜訊N1透過耦合電容CP耦合至觸控感測電極RX。由於運算放大器30為一端接收感測訊號，另一端接收參考電壓VREF，因此觸控感測電極RX輸入至運算放大器30前端的感測訊號S1~SN皆會受到N1雜訊的影響，導致運算放大器30後端輸出的輸出訊號OUT帶有雜訊，因而造成輸出訊號OUT之訊噪比下降。
基於上述之問題，本發明提供一種具有降低雜訊之觸控電路，其藉由一差動運算模組接收一參考電路之一參考訊號與一觸控感測模組之一感測訊號，使該差動運算模組將該參考訊號與該觸控感測模組經一差動補償，而產生對應之一輸出訊號，藉此降低輸出訊號之雜訊。
本發明之一目的，在於提供一種具有降低雜訊之觸控電路，其藉由一差動運算模組透過差動補償一參考電路之一參考訊號與一觸控感測模組之一感測訊號，而產生對應之一輸出訊號，如此該參考訊號與該感測訊號所夾帶之雜訊會相互抵消，因而獲得降低雜訊之輸出訊號。
本發明之一目的，在於提供一種具有降低雜訊之觸控電路，其藉由一差動運算模組透過差動補償一觸控感測模組之二感測訊號，而產生對應之一輸出訊號，如此該觸控感測模組之該二感測訊號所夾帶之雜訊會相互抵消，因而獲得降低雜訊之輸出訊號。
針對上述之目的，本發明提供一種具有降低雜訊之觸控電路，其包含一觸控驅動模組、一參考電路、一觸控感測模組及一差動運算模組。該觸控驅動模組接收一驅動電壓，該參考電路接收該驅動電壓並耦接該觸控驅動模組，並依據該驅動電壓與該觸控驅動模組之複數個驅動訊號之其中一者產生一參考訊號至該差動運算模組。該觸控感測模組設置於該觸控驅動模組之上並耦合該觸控驅動模組之至少一驅動訊號而產生一感測訊號至該差動運算模組，該差動運算模組依據該參考訊號與該感測訊號產生對應之一第一輸出訊號，由於該參考訊號與該第一感測訊號之雜訊經該差動運算模組之差動補償而相抵消，如此本發明即可降低輸出訊號之雜訊。
針對上述之目的，本發明進一步提供該差動運算模組接收該觸控感測模組之二感測訊號，該差動運算模組依據該觸控感測模組之該二感測訊號經差動補償而產生一第二輸出訊號，因此本發明可經差動補償而降低該觸控感測模組之二感測訊號之雜訊，因而降低該第二輸出訊號之雜訊。
針對上述之目的，本發明提供一種具有降低雜訊之觸控電路，其包含複數個觸控驅動電極、複數個觸控感測電極、一參考電路與複數個差動運算單元。該些個觸控驅動電極接收一驅動電壓，該些個觸控感測電極設置於該些個觸控驅動電極之上，該些個觸控驅動電極與該些個觸控感測電極耦合而對應產生複數個感測訊號並由該些個觸控感測電極輸出該些個驅動訊號至該些個差動 運算單元，該參考電路係接收該些個觸控驅動電極之至少一驅動訊號並接收該驅動電壓，使該參考電路依據該驅動電壓與對應之該至少一驅動訊號產生一參考訊號至該些個差動運算單元之一差動運算單元，且該差動運算單元接收該些個感測訊號之一感測訊號，因此該第一差動運算單元依據該參考訊號與所接收之該感測訊號經一差動補償，而產生對應之一輸出訊號，由於該參考訊號與該感測訊號之雜訊經該差動補償而相抵消，如此本發明即可降低輸出訊號之雜訊。
針對上述之目的，本發明進一步提供該些個差動運算單元之一第二差動運算單元耦接該些個觸控感測電極之二觸控感測電極，其係用以接收該二觸控感測電極之二感測訊號，該第二差動運算單元依據該二感測訊號經差動補償而產生一第二輸出訊號，因此本發明可經差動補償而降低二觸控感測電極對應之二感測訊號之雜訊，因而降低該第二輸出訊號之雜訊。
10:觸控顯示裝置
10A:觸控顯示裝置
12:玻璃蓋板
14:觸控面板
16:玻璃基板
20:顯示面板
22:玻璃基板
24:顯示電極
26:玻璃基板
30:差動運算單元
100:觸控電路
101:觸控電極模組
101T:觸控驅動模組
101R:觸控感測模組
104:觸控基板
200:顯示模組
202:顯示電極
300:差動運算模組
301~30N:差動運算單元
400:參考電路
402:可變電阻
404:可變電容
500:切換電路
502:選擇單元
CP:耦合電容
CR:感測電容
D1~DN:驅動訊號
DG:訊號
DRV:驅動端
GAP:空氣間隙
GUARD:保護端
IC:積體電路
IN1~INN:輸入端
N1:雜訊
OUT:輸出訊號
OUT1:第一輸出訊號
OUT2:第二輸出訊號
OUTN:第N輸出訊號
PANEL:面板
RX:觸控感測電極
RX1~RXN:觸控感測電極
S1~SN:感測訊號
SREF:參考訊號
SI1~SIN:訊號端
TX:觸控驅動電極
TX1~TXN:觸控驅動電極
VREF:參考電壓
VTX:驅動電壓
第1A圖：其為習知觸控顯示面板之一結構示意圖；第1B圖：其為習知觸控顯示面板之另一結構示意圖；第2圖：其為習知觸控電路之電路示意圖；第3圖：其為本發明之觸控電路之電路示意圖；第4圖：其為本發明之觸控電路之訊號狀態示意圖；第5圖：其為本發明之輸入訊號之曲線圖；以及第6圖：其為本發明之輸出訊號之曲線圖。
為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：在說明書及請求項當中使用了某些詞彙指稱特定的元件，然，所屬本發明技術領域中具有通常知識者應可理解，同一個元件可能會用不同的名詞稱呼，而且，本說明書及請求項並不以名稱的差異作為區分元件的方式，而是以元件在整體技術上的差異作為區分的準則。在通篇說明書及請求項當中所提及的「包含」為一開放式用語，故應解釋成「包含但不限定於」。再者，「耦接」一詞在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接一第二裝置，則代表第一裝置可直接連接第二裝置，或可透過其他裝置或其他連接手段間接地連接至第二裝置。
有鑑於習知觸控顯示面板因顯示電極與觸控面板之間的間距接近而產生耦合電容，進而造成顯示電極或外部環境之雜訊影響到觸控面板之操作的問題。
本發明透過差動補償輸入訊號，以讓觸控電路之輸出訊號降低雜訊，因而改善觸控面板之操作。
在下文中，將藉由圖式來說明本發明之各種實施例來詳細描述本發明。然而本發明之概念可能以許多不同型式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。
首先，請參閱第3圖，其為本發明之觸控電路之電路示意圖，以及第4圖，其為本發明之觸控電路之訊號狀態示意圖。如圖所示，本實施例之一具有降低雜訊之觸控電路100係包含一觸控電極模組101、一差動運算模組300與一 參考電路400，其中觸控電極模組101設置於顯示模組200上，且觸控電極模組101與顯示模組200設置於面板PANEL，觸控電極模組101包含一觸控驅動模組101T與一觸控感測模組101R與一觸控基板104，觸控驅動模組101T為經由驅動端DRV端接收驅動電壓VTX，觸控驅動模組101T包含複數個觸控驅動電極TX1~TXN，觸控感測模組101R包含複數個觸控感測電極RX1~RXN。差動運算模組300設有複數個差動運算單元301~30N，設置於積體電路IC，經訊號端SI1~SIN耦接參考電路400與位於面板PANEL之觸控感測模組101R，進一步地，第一差動運算單元301為耦接參考電路400與第一觸控感測電極RX1，而第二差動運算單元302至第N差動運算單元為分別耦接二觸控感測電極，例如第二差動運算單元302為耦接第二觸控感測電極RX2與第三觸控感測電極RX3。觸控基板104與顯示模組200之顯示電極202之間具有一耦合電容CP。差動運算模組300與參考電路400設置於積體電路IC內。
如第4圖所示，觸控驅動模組101T依據驅動電壓VTX，產生對應之驅動訊號D1~DN，觸控感測模組101R藉由觸控感測電極RX1~RXN與觸控驅動電極TX1~TXN之間具有感測電容CR，而讓觸控感測模組101R藉由觸控感測電極RX1~RXN耦合驅動訊號D1~DN，而耦合出感測訊號S1~SN，並經訊號端SI1~SIN輸入至差動運算模組300之差動運算單元301~30N。
復參閱第3圖與第4圖，參考電路400設有一可變電阻402與一可變電容404，參考電路400耦接觸控驅動模組101T，進一步如第4圖所示，參考電路400依據觸控驅動模組101T之其中一觸控驅動電極TX1、TX2、...、TXN的驅動訊號D1、D2、...、DN，保護端GUARD的訊號DG，直接接收雜訊N1，並依據驅動電壓VTX，產生一參考訊號SREF，其係用以輸入至第一差動運算單元301，本實施 例之參考電路400以可變電阻402與可變電容404作為舉例說明，本發明之參考電路400更可設置至少一被動元件，也就是設置一可變電容元件、一可變電感元件、一可變電阻元件或上述之組合，用以調變阻抗而改變參考訊號SREF的振幅與波形為近似或相等於第一感測訊號S1的振幅與波形，其中上述之可變電容元件為包含至少一電容，上述之可變電感元件為包含至少一電感，上述之可變電阻元件為包含至少一電阻。
因此第一差動運算單元301為依據參考訊號SREF以及第一觸控感測電極RX1之一第一感測訊號S1經差動補償，而產生對應之第一輸出訊號OUT1，對應地，第二差動運算單元302為接收第二觸控感測電極RX2之一第二感測訊號S2與第三觸控感測電極RX3之一第三感測訊號S3，因而依據第二感測訊號S2與第三感測訊號S3經差動補償，而產生對應之第二輸出訊號OUT2，藉此，依序至第N差動運算單元30N為產生第N輸出訊號OUTN。
復參閱第3圖與第4圖，本實施例之觸控電路100進一步包含一切換電路500，耦接於觸控驅動模組101T與參考電路400之間，切換電路500包含一選擇單元502經多個輸入端IN1~INN耦接該些個觸控驅動電極TX1~TXN，即接收驅動訊號D1~DN，甚至進一步耦接觸控基板104之保護端GUARD，即接收訊號DG，切換電路500耦接該些個觸控驅動電極TX1~TXN與保護端GUARD，當觸控操作時，切換電路500針對驅動訊號D1~DN，訊號DG選擇其一或部分而輸出，如此即傳送對應之驅動訊號至參考電路400。其中藉由數位控制電路(圖未示)之控制訊號輸入至選擇單元，選擇單元502除了本實施例所述之選擇保護端GUARD的訊號DG，更可自多個輸入端IN1~INN擇一選擇輸入驅動訊號至參考電路400，或更可選擇保護端GUARD的訊號DG搭配自多個輸入端IN1~INN擇一選擇輸入驅 動訊號至參考電路400，或甚至是全部選擇而輸出至參考電路400，也就是說選擇單元502可選擇一個以上的輸入訊號，例如：驅動訊號D1~DN、訊號DG，而輸出至參考電路400。本實施例所述之數位控制電路可為顯示面板之時序控制電路。
復參閱第4圖，由於觸控基板104與顯示電極202之間具有耦合電容CP，因此耦合電容CP會將雜訊N1耦合至觸控驅動電極TX1~TXN，而基於觸控感測電極RX1~RXN與觸控驅動電極TX1~TXN之間分別具有另一感測電容CR，因此雜訊N1會經由感測電容CR耦合至觸控感測電極RX1~RXN。在另一實施例，雜訊N1會透過耦合電容CP耦合至觸控感測電極RX1~RXN，如此觸控感測電極RX1~RXN輸入至差動運算模組300之感測訊號S1~SN會夾帶雜訊N1。進一步地，切換電路500所選擇耦接之觸控驅動電極TX1~TXN亦是會提供夾帶雜訊N1之驅動訊號D1~DN、訊號DG，因此參考電路400依據驅動電壓VTX與所接收之驅動訊號亦是產生夾帶雜訊N1之參考訊號SREF至第一差動運算單元301，本實施例係以切換電路500選擇性耦接至保護端GUARD，亦即直接輸入含有雜訊N1之訊號DG至參考電路400，用以依據含有雜訊N1之訊號DG以及驅動電壓VTX產生含有雜訊N1之參考訊號SREF至第一差動運算單元301。如此第一差動運算單元301即會於二輸入端接收到雜訊N1之參考訊號SREF以及含有雜訊N1之第一感測訊號S1，其如同第5圖所示。
進一步，參考訊號SREF為參考電路400藉由可變電阻402與可變電容404改變阻抗值與電容值，因而產生對應於第一感測訊號S1之振福與波形，也就是使得第一感測訊號S1與參考訊號SREF的雜訊幾乎擁有相同的振幅和相位，因此如第5圖所示，參考訊號SREF與第一感測訊號S1的訊號波形為近似波形。由於參考訊號SREF與第一感測訊號S1皆為夾帶雜訊N1，因此第一差動運算單元301之 差動運算，相當於對訊號做補償，而將雜訊N1相抵消，藉此輸出訊號OUT1為未夾帶雜訊N1之訊號。其中可變電阻402與可變電容404改變阻抗值與電容值，而改變參考訊號SREF中N1雜訊的大小，例如：電容調變10-11F至10-6F，電阻調變10-11Ω至10-6Ω，上述之可變電阻402與可變電容404為舉例說明，本發明更可利用至少一被動元件，也就是利用一可變電容元件、一可變電感元件、一可變電阻元件或上述之組合，用以調變阻抗而改變參考訊號SREF的振幅與波形為近似或相等於第一感測訊號S1的振幅與波形，上述之可變電容元件為包含至少一電容，上述之可變電感元件為包含至少一電感，上述之可變電阻元件為包含至少一電阻。
一併參閱第4圖與第6圖，在理想化電路中，第一差動運算單元301所產生之輸出訊號OUT1的訊號波形如第一曲線C1所示，當第一差動運算單元301依據參考訊號SREF與第一感測訊號S1並未經差動補償而產生輸出訊號OUT1時，第一差動運算單元301所產生之輸出訊號OUT1的訊號波形如第二曲線C2所示，當第一差動運算單元301依據參考訊號SREF與第一感測訊號S1經差動補償而產生輸出訊號OUT1時，第一差動運算單元301所產生之輸出訊號OUT1的訊號波形如第三曲線C3所示。如此差異比較可知，本發明之第一運算單元301將雜訊N1相抵銷後，產生之輸出訊號OUT1(第三曲線C3)為近似於理想化電路之輸出訊號OUT1(第一曲線C1)。因此本發明之觸控電路100為藉由差動運算模組300之差動運算單元301~30N經差動補償所接收之參考訊號SREF、感測訊號S1~SN，即可在降低雜訊的情況下，產生較佳之輸出訊號OUT1~OUTN，進一步差動運算模組300可將任一感測訊號S1~SN藉由與感測訊號S1~SN或參考訊號SREF進行運算，例如將任一感測訊號S1~SN藉由與感測訊號S1~SN或參考訊號SREF進行運算，例如：相減或相加，藉此得到降低雜訊的輸出訊號OUT1~OUTN，增加觸控的訊噪比，如此即可 讓後續邏輯運算電路(圖未示)不必受到雜訊N1之干擾，所以本發明可有效改善觸控操作品質。
以上所述之實施例，本發明之具有降低雜訊之觸控電路係為透過差動補償參考訊號與對應之感測訊號，或差動補償二感測訊號，因而產生降低雜訊之輸出訊號至後續邏輯運算電路，使後續邏輯運算電路不必受到雜訊的影響，也就是將任一感測訊號藉由與感測訊號或參考訊號進行運算，得到低雜訊的輸出訊號，增加觸控的訊噪比。
故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
100:觸控電路
101:觸控電極模組
101T:觸控驅動模組
101R:觸控感測模組
104:觸控基板
200:顯示模組
202:顯示電極
300:差動運算模組
301~30N:差動運算單元
400:參考電路
402:可變電阻
404:可變電容
500:切換電路
502:選擇單元
CP:耦合電容
CR:感測電容
DRV:驅動端
GUARD:保護端
IC:積體電路
IN1~INN:輸入端
OUT1:第一輸出訊號
OUT2:第二輸出訊號
OUTN:第N輸出訊號
PANEL:面板
RX1~RXN:觸控感測電極
S1~SN:感測訊號
SREF:參考訊號
SI1~SIN:訊號端
TX1~TXN:觸控驅動電極
VTX:驅動電壓

Claims (12)

  1. 一種具有降低雜訊之觸控電路，其包含：一觸控驅動模組，接收一驅動電壓；一參考電路，接收該驅動電壓並耦接該觸控驅動模組，並依據該驅動電壓與該觸控驅動模組所提供之至少一驅動訊號產生一參考訊號；一觸控感測模組，耦合該至少一驅動訊號產生一感測訊號；以及一差動運算模組，耦接該參考電路與該觸控感測模組，並依據該參考訊號與該感測訊號經差動補償而產生一輸出訊號。
  2. 如請求項1所述的具有降低雜訊之觸控電路，更包含一切換電路，其耦接於該參考電路與該觸控驅動模組之間，該切換電路之一輸出端耦接該參考電路，該切換電路之複數個輸入端耦接該些個驅動訊號。
  3. 如請求項1所述的具有降低雜訊之觸控電路，其中該差動運算模組設有一第一差動運算單元，其二輸入端分別接收並運算該參考訊號與該感測訊號，該第一差動運算單元之輸出端產生該輸出訊號。
  4. 如請求項1所述的具有降低雜訊之觸控電路，其中該參考電路設有至少一可調被動元件，其為一可變電阻元件、一可變電容元件、一可變電感元件或上述之組合。
  5. 一種具有降低雜訊之觸控電路，其包含：一觸控驅動模組，接收一驅動電壓； 一觸控感測模組，依據該觸控驅動模組之二驅動訊號耦合出二感測訊號；以及一差動運算模組，耦接該觸控感測模組，該差動運算模組接收該進一步依據該二感測訊號經差動補償而產生一輸出訊號。
  6. 如請求項5所述的具有降低雜訊之觸控電路，其中複數個差動運算單元為差動運算放大器，其二輸入端分別接收並運算該二感測訊號，該些個差動運算放大器分別於一輸出端產生該輸出訊號。
  7. 一種具有降低雜訊之觸控電路，其包含：複數個觸控驅動電極，接收一驅動電壓，該些個觸控驅動電極設置於一觸控基板；一參考電路，接收該驅動電壓以及該些個觸控驅動電極與該觸控基板所提供之至少一訊號，該參考電路依據該驅動電壓與該至少一訊號產生一參考訊號；複數個觸控感測電極，經與該些個觸控驅動電極耦合而產生複數個感測訊號；以及複數個差動運算單元，耦接該些個觸控感測電極與該參考電路，該些個差動運算單元之一差動運算單元接收該參考訊號與該些個感測訊號之其中一感測訊號，該差動運算單元依據該參考訊號與該感測訊號經差動補償而產生一輸出訊號。
  8. 如請求項7所述的具有降低雜訊之觸控電路，更包含一切換電路，其耦接於該參考電路與該些個觸控驅動電極之間，該切換電 路之一輸出端耦接該參考電路，該切換電路之複數個輸入端耦接該些個觸控驅動電極。
  9. 如請求項7所述的具有降低雜訊之觸控電路，其中該些個差動運算單元之一為一差動運算放大器，其二輸入端分別接收該參考訊號與該些個感測訊號之其中一感測訊號，該差動運算放大器之一輸出端產生該輸出訊號。
  10. 如請求項7所述的具有降低雜訊之觸控電路，其中該參考電路設有至少一可調被動元件，其為一可變電阻元件、一可變電容元件、一可變電感元件或上述之組合。
  11. 一種具有降低雜訊之觸控電路，其包含：複數個觸控驅動電極，接收一驅動電壓；複數個觸控感測電極，依據該些個觸控驅動電極之複數個驅動訊號耦合而產生複數個感測訊號；以及複數個差動運算單元，分別耦接該些個觸控感測電極之二觸控感測電極，其係用以接收該些個感測訊號之二感測訊號，該些個差動運算單元分別依據該些個感測訊號之該二感測訊號經差動補償而產生一輸出訊號。
  12. 如請求項11所述的具有降低雜訊之觸控電路，其中該些個差動運算單元為差動運算放大器，其二輸入端分別耦接該二觸控感測電極，而分別接收並運算該些個感測訊號之該二感測訊號，該些個差動運算放大器分別於一輸出端產生該輸出訊號。
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