TWI832613B

TWI832613B - 觸控面板驅動器

Info

Publication number: TWI832613B
Application number: TW111148132A
Authority: TW
Inventors: 黃獻霆
Original assignee: 奕力科技股份有限公司
Priority date: 2022-12-15
Filing date: 2022-12-15
Publication date: 2024-02-11

Abstract

觸控面板驅動器包括電荷泵電路、第一電容、第二電容以及電壓選擇器。電荷泵電路根據第一電壓與第二電壓以執行電荷泵操作來在第一節點上產生第一基準電壓，以及在第二節點上產生第二基準電壓。其中，第一電壓與第二電壓不相同。第一電容耦接在第一節點與第三節點間。第二電容耦接在第三節點與第二節點間。電壓選擇器選擇第一參考電壓或第二參考電壓以輸出至第三節點，並在第三節點上產生模式電壓。其中第一節點以及第二節點的其中之一被選擇以輸出閘極驅動信號。

Description

觸控面板驅動器

本發明是有關於一種觸控面板驅動器，且特別是有關於一種可減低電路尺寸的觸控面板驅動器。

隨著電子科技的演進，現今的電子產品中配置觸控面板的人機互動介面，已成為一種趨勢。為了提升觸控面板的精確度，一種所謂的負載效益免除驅動(Load free drive)技術被提出。在負載效益免除驅動技術中，觸控面板驅動器可提供一閘極驅動信號，並使閘極驅動信號可與觸控板所接收的感測信號產生同步的轉態動作，來達成負載效益免除的效果。然而，在習知的技術領域中，為了提供上述的閘極驅動信號，需要很多的電路元件來完成。這樣的建構方式，在應用到攜帶式電子裝置中，常因受限於機構提供的有限尺寸，而發生的實施上的困難。

本發明提供一種觸控面板驅動器，可有效減少電路元件的數量。

本發明的觸控面板驅動器包括電荷泵電路、第一電容、第二電容以及電壓選擇器。其中，上述電荷泵電路根據第一電壓與第二電壓以執行電荷泵操作來在第一節點上產生第一基準電壓，以及在第二節點上產生第二基準電壓，其中第一電壓與第二電壓不相同；上述第一電容耦接在第一節點與第三節點間；上述第二電容耦接在第三節點與第二節點間；以及上述電壓選擇器選擇第一參考電壓或第二參考電壓以輸出至第三節點，並在第三節點上產生模式電壓。其中第一節點以及第二節點的其中之一被選擇以輸出閘極驅動信號。

基於上述，本發明的觸控面板驅動器透過使電壓選擇器以及電荷泵電路共用第一電容以及第二電容，可有效減少所需要的電容數量，並可有效實現無負載驅動行為，以降低電路面積，並降低電路成本。

100、200、300、500:觸控面板驅動器

101、103、201、203、205、215、301、303、305、502、503、505:電容

105、107、113、202、204、206、208、210、212、239:節點

109、225、319、521:電荷泵電路

111、237、321、525:電壓選擇器

207、209、211、217、219、221、231、233、235:開關

213、223:輸出開關

227、229:子電荷泵電路

302、304、306、308、323、502、504、506、508、510、525:節點

307、309、311、313、507、509、511、513、519:開關

315、317、515、517:輸出開關

A1、A2、A3、A4:控制信號

Gout_1、Gout_2:閘極驅動信號

Ph A1~Ph A4、Ph B1~Ph B2、Ph C1~Ph C3、Hiz:相位

SX:觸控偵測信號

t1~t3:時間區間

TVCH、TVCL:參考電壓

VGH、VGL:基準電壓

Vmod_gate:模式電壓

VSP、VSN:電壓

圖1繪示本發明一實施例之觸控面板驅動器的電路示意圖。

圖2繪示本發明一實施例之觸控面板驅動器的電路示意圖。

圖3繪示本發明另一實施例之觸控面板驅動器的電路示意圖。

圖4A及圖4B繪示本發明觸控面板驅動器的多種實施方式的工作時序圖。

圖5A繪示本發明另一實施例之觸控面板驅動器的電路示意圖。

圖5B繪示本發明圖5A的觸控面板驅動器的實施方式的工作時序圖。

請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例之觸控面板驅動器的電路示意圖。觸控面板驅動器100包括電容101、電容103、電荷泵電路109以及電壓選擇器111。電容101耦接於在節點105與節點113之間。電容103耦接於在節點113與節點107之間。電荷泵電路109接收不相同的電壓VSP和電壓VSN，並基於電壓VSP和電壓VSN以執行電荷泵操作，來在節點105上產生基準電壓VGH，以及在節點107產生基準電壓VGL。其中，基準電壓VGH和基準電壓VGL並不相同。在本實施例中，電荷泵電路109可使電壓VSP和電壓VSN相互疊加以產生基準電壓VGH以及基準電壓VGL。其中，電壓VSP可以為操作電壓，電壓VSN則可以為參考接地電壓。

電壓選擇器111的輸出端耦接於節點113。電壓選擇器111接收參考電壓TVCH以及參考電壓TVCL，並可選擇參考電壓TVCH或參考電壓TVCL以輸出至節點113。電壓選擇器111透過提供參考電壓TVCH或參考電壓TVCL至節點113。

在動作的細節上，電壓選擇器111可交錯提供參考電壓TVCH、TVCL至節點113上。基於電荷泵電路109提供至節點105上的基準電壓VGH，透過電容101以及節點113上的電壓變化，節點105上可產生以基準電壓VGH加上參考電壓TVCL為基準，具有參考電壓TVCH減去參考電壓TVCL的振幅的觸控板的閘極驅動信號Gout_1。在另一方面，基於電荷泵電路109提供至節點107的基準電壓VGL，透過電容103以及節點113上的電壓變化，節點107上可產生以基準電壓VGL加上參考電壓TVCL為基準，具有參考電壓TVCH減去參考電壓TVCL的振幅的觸控板的閘極驅動信號Gout_2。

閘極驅動信號Gout_1以及Gout_2的其中之一可被選擇以提供至對應的觸控板。

值得一提的，觸控面板驅動器100所提供的交流的閘極驅動信號Gout_1以及Gout_2，可與觸控板的感測端上接收的驅動信號同步轉態，並可達到負載效應免除驅動(load free drive)的功效。

請參照圖2，圖2繪示本發明一實施例之觸控面板驅動器的電路示意圖。觸控面板驅動器200包括電容201、電容203、電荷泵電路225以及電壓選擇器237。電容201耦接於在節點206與節點239之間。電容203耦接於在節點239與節點212之間。電荷泵電路225接收不相同的電壓VSP和電壓VSN，並基於電壓VSP和電壓VSN以執行電荷泵操作，來在節點206上產生基準電壓VGH，以及在節點212上產生基準電壓VGL。其中，基準電壓VGH和基準電壓VGL並不相同。在本實施例中，電荷泵225可使電壓VSP和電壓VSN相互疊加以產生基準電壓VGH以及基準電壓VGL。其中，電壓VSP可以為操作電壓，電壓VSN則可以為參考接地電壓。

在本實施例中，電壓選擇器237之輸出端耦接於節點239，並可利用開關231和開關233選擇參考電壓TVCH或參考電壓 TVCL以輸出至節點239，並在節點239上產生觸控板的模式電壓Vmod_gate。

在本實施例中，電荷泵電路225包括子電荷泵電路227以及子電荷泵電路229。子電荷泵電路227包括電容205、開關207、開關209、開關211以及輸出開關213；開關207的一端用於接收電壓VSP，另一端耦接至電容205的其中一端。開關209的一端用於接收電壓VSN，另一端耦接至節點204。開關211的一端用於接收電壓VSP，另一端耦接至節點204。輸出開關213的一端耦接至節點202，另一端耦接至節點206。

此外，子電荷泵電路229包括電容215、開關217、開關219、開關221以及輸出開關223。開關217的一端用於接收電壓VSP，另一端耦接至節點208。開關219的一端用於接收電壓VSN，另一端耦接至節點210。開關221的一端用於接收電壓VSN，另一端耦接至節點208。輸出開關223的一端耦接至節點210，另一端耦接至節點212。

在動作細節上，在子電荷泵電路227中，開關207、209可根據控制信號A1被導通(此時開關211、輸出開關213可根據控制信號A3被斷開)，並使電容205可根據電壓VSP、VSN以進行充電。在本實施例中，電壓VSP大於電壓VSN，且電壓VSN可等於參考接地電壓。接著，開關207、209可根據控制信號A1被斷開，並使開關211、輸出開關213根據控制信號A3被導通，此時電容205耦接至節點204的端點可透過被導通的輸出開關213以接收電壓 VSP並產生電荷泵效應。電容205耦接至節點206的端點上可對應產生基準電壓VGH，其中基準電壓VGH可以為電壓VSP的兩倍。

另外，透過被導通的輸出開關213，基準電壓VGH可被傳送至節點206。

相類似的，在子電荷泵電路229中。開關217、219可根據控制信號A2被導通(此時開關221、輸出開關223可根據控制信號A4被斷開)，並使電容215可根據電壓VSP、VSN以進行充電。接著，開關217、219可根據控制信號A2被斷開，並使開關221、輸出開關223根據控制信號A4被導通，此時電容215耦接至節點208的端點可透過被導通的開關221以接收電壓VSN並產生電荷泵效應，電容215耦接至節點212的端點上可對應產生基準電壓VGL。

電壓選擇器237包括開關231、開關233以及開關235。開關231的一端用於接收參考電壓TVCH，另一端耦接至節點239，開關233的一端用於接收參考電壓TVCL，另一端耦接至節點239；開關235的一端接收參考接地電壓GND，另一端耦接至節點239。

在動作細節上，在執行負載效應免除驅動模式時，開關231與開關233可互補式地交錯的被導通及被斷開；而在非負載效應免除驅動模式下，開關231與開關233被斷開且開關235可被導通，並使節點239的電壓為參考接地電壓GND。

當開關235被導通時(開關231、開關233被斷開)，電壓選擇器237可提供參考接地電壓GND至節點239。此時，子電荷泵電路227、229可分別提供基準電壓VGH、VGL至電容201、203，並分別使電容201、203執行充放電動作。在負載效應免除驅動模式下時，輸出開關213、223可被斷開。並且，電壓選擇器237可交錯的選擇參考電壓TVCH以及TVCL以做為模式電壓Vmod_gate。此時，節點206上所產生閘極驅動信號Gout_1可具有基準電壓VGH，並具有多個在參考電壓TVCH以及TVCL間轉態的脈波。節點212上所產生閘極驅動信號Gout_2則可具有基準電壓VGL，並具有多個在參考電壓TVCH以及TVCL間轉態的脈波。

請參照圖3，圖3繪示本發明另一實施例之觸控面板驅動器的電路示意圖。觸控面板驅動器300包括電容301、電容303、電荷泵電路319以及電壓選擇器321。電容301耦接於在節點302與節點323之間。電容303耦接於在節點323與節點304之間。電荷泵電路319會基於電壓VSP和電壓VSN以執行電荷泵操作，來在節點302上產生基準電壓VGH，以及在節點304上的基準電壓VGL。其中，基準電壓VGH和基準電壓VGL並不相同。在本實施例中，電荷泵319可使電壓VSP和電壓VSN相互疊加以分時產生基準電壓VGH以及基準電壓VGL。其中，電壓VSP可以為操作電壓，電壓VSN則可以為參考接地電壓。

在本實施例中，電壓選擇器321輸出端耦接於節點323，並可選擇參考電壓TVCH或參考電壓TVCL以輸出至節點323，並在節點323上產生觸控板的模式電壓Vmod_gate。

在本實施例中，節點323上的模式電壓Vmod_gate可透過電容301與基準電壓VGH相耦合，以在節點302上產生閘極驅動信號Gout_1，並透過電容303與基準電壓VGL相耦合，以在節點304上產生閘極驅動信號Gout_2。

與前述實施例不相同的，在本實施例中，電荷泵電路319包括電容305、開關307、開關309、開關311、開關313、輸出開關315以及輸出開關317。開關307的端用於接收電壓VSP，另一端耦接至節點306。開關309的一端用於接收電壓VSN，另一端耦接至節點306。開關311的一端用於接收電壓VSN，另一端耦接至節點308。開關313的一端用於接收電壓VSP，另一端耦接至節點308。輸出開關315耦接在節點302與節點306之間。輸出開關317則耦接在節點304與節點308之間。

在動作細節上，在觸控面板驅動器300進入第一相位(phase)時，開關307與開關311可被導通，且使開關309、313以及輸出開關315、317被斷開，電容305可根據電壓VSP、VSN來進行充電。接著，在觸控面板驅動器300進入第二相位時，可使開關313和輸出開關315變更為導通，並切斷開關307、311，電荷泵電路319可在節點302上產生基準電壓VGH。

另外，觸控面板驅動器300在進入第一相位後可接續進入第三相位。在第三相位中，可使開關309和輸出開關317變更為導通，並切斷開關307、311，電荷泵電路319可在節點304上產生基準電壓VGL。在此，觸控面板驅動器300可依據設定順序，重複的執行第一相位、第二相位以及第三相位的操作，相關細節可參照以下的圖4A、圖4B的實施例。

在本實施例中，電壓選擇器321可具有與圖2實施例的電壓選擇器237具有相同的電路架構以及動作細節。電壓選擇器237可選擇參考電壓TVCH、參考電壓TVCL或參考接地電壓GND以提供模式電壓Vmod_gate，並透過電容301、303，藉由耦合效應以在節點302、304上分別產生閘極驅動信號Gout_1、Gout_2。

以下請參照圖3以及圖4A及圖4B，其中圖4A及圖4B繪示本發明觸控面板驅動器的多種實施方式的工作時序圖。

在圖4A中，觸控面板驅動器300可操作在顯示狀態以及觸控狀態。在顯示狀態下，觸控面板驅動器300可第一次的進入第一相位Ph A1，並使電容305進行充電。接著，觸控面板驅動器300可先第一次的進入第三相位Ph C1，並在節點304上提供等於基準電壓VGL的閘極驅動信號Gout_2。相對應的，基於此時觸控動作未被執行，對應的觸控偵測信號SX等於固定的電壓值。

在其他實施例中，在第一相位Ph A1後，觸控面板驅動器300也可接續進入第二相位，並藉以在節點302上提供等於基準電壓VGH的閘極驅動信號Gout_1。

在實際的操作上，觸控面板驅動器300可在第一相位以及第二相位、第一相位以及第三相位間交錯的切換，以有效的產生基準電壓VGH以及VGL。

接著，進入觸控狀態。在時間區間t1中，觸控面板驅動器300可第二次的進入第一相位Ph A2或高阻抗相位HiZ。其中在高阻抗相位下，觸控面板驅動器300中的所有開關均被斷開。在此時，觸控面板驅動器300中的輸出開關317、315可被斷開。電壓選擇器321交錯的選擇參考電壓TVCH以及TVCL以產生模式電壓Vmod_gate。相對應的，觸控面板驅動器300可在節點302上產生具有多個脈波的閘極驅動信號Gout_1，並在節點304上產生具有多個脈波的閘極驅動信號Gout_2。其中，閘極驅動信號Gout_1上的脈波的電壓介於參考電壓TVCH+基準電壓VGH以及參考電壓TVCL+基準電壓VGH間，閘極驅動電壓Gout_2上的脈波的電壓介於參考電壓TVCH+基準電壓VGL以及參考電壓TVCL+基準電壓VGL間。

附帶一提的，在觸控期間，觸控偵測信號SX可具有多個脈波，觸控偵測信號SX上的多個脈波與閘極驅動電壓Gout_1以及Gout_2的脈波的轉態時間是同步的。

在觸控期間結束後，觸控面板驅動器300可重新進入顯示期間，並可第三次進入第一相位Ph A3及第一次的進入第二相位Ph B1(或再次進入第三相位)。

在圖4B中，觸控面板驅動器300可操作在顯示狀態以及觸控狀態。在顯示狀態下，觸控面板驅動器300可依序執行：第一次的進入第二相位Ph B1、第一次的進入第一相位Ph A1以及第一次的進入第三相位Ph C1。觸控面板驅動器300可在第三相位Ph C1中，在節點304上提供等於基準電壓VGL的閘極驅動信號Gout_2，並在第二相位Ph B1中，在節點304上提供等於基準電壓VGH的閘極驅動信號Gout_1。相對應的，基於此時觸控動作未被執行，對應的觸控偵測信號SX等於固定的電壓值。

接著，進入觸控狀態。在時間區間t2中，觸控面板驅動器300可第二次的進入第一相位Ph A2或高阻抗相位HiZ。其中在高阻抗相位下，觸控面板驅動器300中的所有開關均被斷開。在此時，觸控面板驅動器300中的輸出開關317、315可被斷開。電壓選擇器321交錯的選擇參考電壓TVCH以及TVCL以產生模式電壓Vmode_gate。相對應的，觸控面板驅動器300可在節點302上產生具有多個脈波的閘極驅動電壓Gout_1，並在節點304上產生具有多個脈波的閘極驅動電壓Gout_2。

在觸控期間結束後，觸控面板驅動器300可重新進入顯示期間，並依序第二次的進入第一相位Ph A2、第二次的進入第二相位Ph B2、第三次的進入第一相位Ph A3以及第二次的進入第三相位Ph C2，以使閘極驅動信號Gout_1維持為基準電壓VGH，並使閘極驅動信號Gout_2維持為基準電壓VGL。

請參照圖5A，圖5A繪示本發明另一實施例之觸控面板驅動器的電路示意圖。觸控面板驅動器500包括電容501、電容503、電荷泵電路519以及電壓選擇器523。觸控面板驅動器500與觸控面板驅動器300具有相類似的電路架構。相同的部分請參照圖3實施例的說明，在此恕不重複說明。與圖3實施例不相同的，電荷泵電路521包括電容505、開關507、開關509、開關511、開關513、輸出開關515、輸出開關517以及開關519。其中，開關519耦接在輸出開關517以及節點506間。開關519斷開時可用以阻隔節點506以及504。在觸控期間，當節點506上的閘極驅動信號VGLO被選擇以提供至對應的觸控板時，透過切斷開關519，可使節點504上的基準電壓VGL不受到干擾。

以下請參照圖5B，圖5B繪示本發明圖5A的觸控面板驅動器的實施方式的工作時序圖。觸控面板驅動器500可操作在顯示狀態以及觸控狀態。在顯示狀態下，觸控面板驅動器500可依序的第一次進入第一相位Ph A1、第一次進入第二相位Ph B1、第二次進入第一相位Ph A2以及第一次進入第三相位Ph C1。觸控面板驅動器500可在第三相位Ph C1中，在節點506上提供等於基準電壓VGLO的閘極驅動信號Gout_2，並在第二相位Ph B1中，在節點502上提供等於基準電壓VGH的閘極驅動信號Gout_1。相對應的，基於此時觸控動作未被執行，對應的觸控偵測信號SX等於固定的電壓值。

接著，進入觸控狀態。在時間區間t3中，觸控面板驅動器500可第二次進入第三相位Ph C2。電壓選擇器523交錯的選擇參考電壓TVCH以及TVCL以產生模式電壓Vmode_gate。相對應的，觸控面板驅動器500可在節點502上產生具有多個脈波的閘極驅動電壓Gout_1，並在節點506上產生具有多個脈波的閘極驅動電壓Gout_2。

值得注意的，在時間區間t3中，基於觸控面板驅動器500處於第三相位Ph C2，開關517可被導通並維持基準電壓VGL的產生。在此時，開關519可對應被切斷，並使節點506上的閘極驅動電壓Gout_2與基準電壓VGL不會相互干擾。

在觸控期間結束後，觸控面板驅動器300可重新進入顯示期間，並依序的第三次進入第一相位Ph A3、第二次進入第二相位Ph B2、第四次進入第一相位Ph A4以及第三次進入第三相位Ph C3，以使閘極驅動信號Gout_1維持為基準電壓VGH，並使閘極驅動信號Gout_2維持為基準電壓VGLO。

綜上所述，本發明的觸控面板驅動器中，透過使電荷泵電路以及電壓選擇器共用部分的電容，並藉此降低電路元件的數量以實現無負載驅動技術，可有效節省電路的尺寸以及成本。

100:觸控面板驅動器

101、103:電容

105、107:節點

109:電荷泵電路

111:電壓選擇器

Gout_1、Gout_2:閘極驅動信號

TVCH、TVCL:參考電壓

VGH、VGL:基準電壓

Vmod_gate:模式電壓

VSP、VSN:電壓

Claims

一種觸控面板驅動器，包括：一電荷泵電路，根據一第一電壓與一第二電壓以執行一電荷泵操作來在一第一節點上產生一第一基準電壓，以及在一第二節點上產生一第二基準電壓，其中該第一電壓與該第二電壓不相同；一第一電容，耦接在該第一節點與一第三節點間；一第二電容，耦接在該第二節點與該第三節點間；以及一電壓選擇器，選擇一參考電壓以輸出至該第三節點，並在該第三節點上產生觸控板的一模式電壓，其中該第一節點以及該第二節點的其中之一被選擇以輸出一閘極驅動信號，其中該電壓選擇器包括：一第一電壓選擇開關，具有第一端接收一第一參考電壓，該第一電壓選擇開關的第二端耦接至該第三節點；一第二電壓選擇開關，具有第一端接收一第二參考電壓，該第二電壓選擇開關的第二端耦接至該第三節點；以及一第三電壓選擇開關，具有第一端接收一參考接地電壓，該第三電壓選擇開關的第二端耦接至該第三節點，其中在一負載效應免除驅動模式下，該第一電壓選擇開關與該第二電壓選擇開關互補式的交錯的被導通及被斷開，其中在該負載效應免除驅動模式外，該第一電壓選擇開關與該第二電壓選擇開關被斷開且該第三電壓選擇開關被導通。
如請求項1所述的觸控面板驅動器，其中該電荷泵電路包括：一第一子電荷泵電路，耦接至該第一節點，基於該第一電壓與該第二電壓，根據一第一控制信號以執行該電荷泵操作來產生該第一基準電壓，並根據一第一輸出信號以決定是否輸出該第一基準電壓至該第一節點；以及一第二子電荷泵電路，耦接至該第二節點，基於該第一電壓與該第二電壓，根據一第二控制信號以執行該電荷泵操作來產生該第二基準電壓，並根據一第二輸出信號以決定是否輸出該第二基準電壓至該第二節點。
如請求項2所述的觸控面板驅動器，其中該第一子電荷泵電路與該第二子電荷泵電路的每一者包括：一第三電容；一第一開關，具有第一端接收該第一電壓，該第一開關的第二端耦接至該第三電容的第一端；一第二開關，具有第一端接收該第二電壓，該第二開關的第二端耦接至該第三電容的第二端；一第三開關，具有第一端接收該第一電壓，該第三開關的第二端耦接至該第三電容的第二端；以及一第一輸出開關，耦接至該第三電容的第一端與該第一節點或該第二節點間。
如請求項3所述的觸控面板驅動器，其中該第一開關以及該第二開關被導通時，該第三電容執行充電動作，且該第三開關被斷開。
如請求項4所述的觸控面板驅動器，其中該第一開關以及該第二開關被斷開時，該第三開關被導通以產生該第一基準電壓或該第二基準電壓。
如請求項1所述的觸控面板驅動器，其中該電荷泵電路包括：一第三電容；一第一開關，具有第一端接收該第一電壓，該第一開關的第二端耦接至該第三電容的第一端；一第二開關，具有第一端接收該第二電壓，該第二開關的第二端耦接至該第三電容的第一端；一第三開關，具有第一端接收該第二電壓，該第三開關的第二端耦接至該第三電容的第二端；一第四開關，具有第一端接收該第一電壓，該第四開關的第二端耦接至該第三電容的第二端；一第一輸出開關，耦接在該第一節點與該第三電容的第一端間；以及一第二輸出開關，耦接在該第二節點與該第三電容的第二端間。
如請求項6所述的觸控面板驅動器，其中該電荷泵電路更包括：一第五開關，耦接在該第二輸出開關耦接該第二節點的耦接路徑間。
如請求項6所述的觸控面板驅動器，其中在一第一相位中，該第一開關與該第三開關被導通以使該第三電容進行充電，該第二開關與該第四開關被斷開。
如請求項8所述的觸控面板驅動器，其中在該第一相位後的一第二相位中，該第一開關、該第二開關與該第三開關被斷開，該第四開關被導通以產生該第一基準電壓。
如請求項9所述的觸控面板驅動器，其中在該第一相位後的一第三相位中，該第一開關、該第三開關與該第四開關被斷開，該第二開關被導通以產生該第二基準電壓。
如請求項10所述的觸控面板驅動器，其中一負載效應免除驅動模式發生在該第一相位或該第三相位中。