TWM613913U - 觸控感測裝置 - Google Patents

Abstract

一種觸控感測裝置被提出。觸控感測裝置包括驅動電壓選擇器、參考電壓選擇器、電壓檢測電路以及控制器。驅動電壓選擇器在雜訊感測期間依序提供不同的多個驅動電壓以對觸控板充電以分別產生多個充電電壓。參考電壓選擇器在雜訊感測期間對應驅動電壓以分別依序提供不同的多個參考電壓。電壓檢測電路在雜訊感測期間依序使充電電壓分別與對應的參考電壓進行比較以產生多個感測結果。控制器依據感測結果以設定觸控感測策略。

Description

觸控感測裝置

本新型創作是有關於一種觸控感測裝置，且特別是有關於一種可提升雜訊值感測準確度的觸控感測裝置。

在現今的電子裝置中，為提升更便利的人機介面，觸控感測裝置成為電子裝置必備的組件。

在習知技術領域中，為排除外界雜訊所造成的干擾，會針對觸控感測裝置的觸控板施加單一驅動電壓，並施加與驅動電壓相同的單一參考電壓。在當外界雜訊進入系控感測裝置中時，可透過比較觸控板上的電壓以及參考電壓的差異來得知。

然而，在習知技術領域中，電子裝置的系統中，不同資料路徑（data path）將帶來不同的頻率響應，而這個頻率響應的差異會導致感測出的電壓差有所誤差，而造成雜訊值感測在判斷上的錯誤。

本新型創作提供一種觸控感測裝置，可更準確的進行雜訊值的估測，優化觸控偵測結果。

本新型創作的觸控感測裝置包括驅動電壓選擇器、參考電壓選擇器、電壓檢測電路以及控制器。驅動電壓選擇器在雜訊感測期間依序提供不同的多個驅動電壓以對觸控板充電以分別產生多個充電電壓。參考電壓選擇器在雜訊感測期間對應驅動電壓以分別依序提供不同的多個參考電壓。電壓檢測電路耦接至觸控板，在雜訊感測期間依序使充電電壓分別與對應的參考電壓進行比較以產生多個感測結果。控制器耦接電壓檢測電路，依據感測結果以設定觸控感測策略。

基於上述，本新型創作的觸控感測裝置在雜訊感測期間，利用多個不同的驅動電壓來執行雜訊值的測試動作，可以將來自於不同資料路徑（data path）的雜訊充分的顯現出來。觸控感測裝置再依據對應不同驅動電壓所獲得的感測結果來制定觸控感測策略，可優化測控動作的準確度，提升觸控感測裝置的效能。

請參照圖1，圖1繪示本新型創作一實施例的觸控感測裝置的示意圖。觸控感測裝置100包括驅動電壓選擇器110、參考電壓選擇器120、電壓檢測電路130以及控制器140。驅動電壓選擇器110耦接至觸控板SX。驅動電壓選擇器110接收多個待選電壓V1~VN，並在雜訊感測期間依序選擇各個待選電壓V1~VN以提供不同的多個驅動電壓至觸控板SX，並透過對觸控板SX充電以分別產生多個充電電壓VCP。參考電壓選擇器120耦接至電壓檢測電路130並接收待選電壓V1~VN。參考電壓選擇器120在雜訊感測期間，對應驅動電壓選擇器110所分別提供的驅動電壓以分別依序提供不同的多個參考電壓VREF至電壓檢測電路130。在本實施例中，待選電壓V1~VN中的任二者的電壓準位均不相同。

在本實施例中，在雜訊感測期間，電壓檢測電路130依序使充電電壓VCP分別與對應的參考電壓VREF進行比較，並分別產生多個感測結果QVC。電壓檢測電路130耦接至控制器140，並將感測結果QVC傳送至控制器140。控制器140並可依據所接收的多個感測結果QVC來設定觸控感測裝置100的觸控感測策略。

在此請注意，在本實施例中，觸控感測裝置100中分時依序透過不同電壓準位的驅動電壓，配合對應驅動電壓的參考電壓VREF來執行雜訊值的感測動作。而在積體電路中，不同準位的電壓在晶片內部的運作過程中，是透過不同的資料路徑（data path）來達到目標電壓的。而不同的資料路徑也代表不同的電阻電容負載效應（resistor-capacitor （RC）loading）,故當外界電壓差導入至電壓檢測電路130的類比前端（analog front end, AFE）電路時，會產生不同的頻率響應。

電壓檢測電路130可將上述的頻率響應透過對應產生多個感測結果QVC來進行反映。控制器140可搜集足夠多的感測結果QVC，並依據感測結果QVC來設定觸控感測裝置100的觸控感測策略。

在此，控制器140所制定的觸控感測策略中，可以依據觸控感測裝置100的雜訊值對應不同驅動電壓的狀態，來在觸控感測動作中，進行工作頻率的跳頻（frequency hopping）動作、調整感測取樣點的數量或者調整切換為雜訊模式的參數的數量。例如，控制器140可依據感測結果QVC來選擇具有相對低雜訊值的工作頻率，來使觸控感測裝置100進行運算。控制器140也可透過調整軟體的演算式，以軟體濾波器、解彈跳等機制，來降低雜訊對觸控感測裝置100所產生的影響。

在本實施例中，在雜訊感測期間，驅動電壓選擇器110以及參考電壓選擇器120在同一時間點所提供的驅動電壓以及參考電壓VREF可以是相同的。也就是說，對應此時間點，在沒有雜訊干擾的條件下，電壓檢測電路130可比較驅動電壓以及參考電壓VREF並應該產生為0的感測結果QVC。然而，實際的動作中，驅動電壓及/或參考電壓VREF上可能載有一定的雜訊值，電壓檢測電路130則可透過比較驅動電壓以及參考電壓VREF以感測出其中的雜訊值，並據以產生感測結果QVC。

在本實施例中，在硬體架構上，驅動電壓選擇器110可以為一電壓選擇器，並在雜訊感測期間依據控制信號，以依序選擇待選電壓V1~VN中的一者來產生驅動電壓。參考電壓選擇器120可以為另一電壓選擇器，並同樣在雜訊感測期間依據控制信號，以依序選擇待選電壓V1~VN中的一者來產生參考電壓VREF。電壓檢測電路130可以由差動放大器來建構。控制器140則可以為具運算能力的處理器。或者，控制器140可以是透過硬體描述語言（Hardware Description Language, HDL）或是其他任意本領域具通常知識者所熟知的數位電路的設計方式來進行設計，並透過現場可程式邏輯門陣列（Field Programmable Gate Array, FPGA）、複雜可程式邏輯裝置（Complex Programmable Logic Device, CPLD）或是特殊應用積體電路（Application-specific Integrated Circuit, ASIC）的方式來實現的硬體電路。

以下請參照圖2，圖2繪示本新型創作一實施例的觸控感測裝置在一雜訊感測期間中的動作流程圖。在步驟S210中，觸控感測裝置可設定一查找順序，並初始化索引值i=-1，其中查找順序具有n個元素，n為大於1的正整數，查找順序[n]= {V1, V2, …, VN}，V1~VN對應多個待選電壓。接著，在步驟S220中，觸控感測裝置使索引值i遞增1，並在步驟S230中，觸控感測裝置使驅動電壓以及參考電壓 = 查找順序[i]。也就是說，當i=0時，驅動電壓以及參考電壓可等於V1；當i=1時，驅動電壓以及參考電壓可等於V2，其餘依此類推。

在步驟S240中，觸控感測裝置執行感測動作，並在步驟S250中獲得感測結果。

接著，步驟S260中，觸控感測裝置可判斷i是否小於n，若判斷結果為是，表示雜訊感測動作未完成，可重回步驟S220以繼續執行雜訊感測動作。相對的，當判斷結果為否，表示雜訊感測動作已完成。觸控感測裝置可透過控制器以依據所獲得的感測結果以設定觸控感測策略（步驟S270）。

附帶一提的，待選電壓V1~VN在查找順序[n]中，可以依據電壓準位大小，以升冪方式或降冪方式進行排列，或者也可以不依據電壓準位大小任意排列，沒有固定的限制。

在本實施例中，步驟S210~S270的操控，可以由觸控感測裝置中的控制器來完成。查找順序則可以記錄在一查找表中，查找表則可以儲存在可由控制器進行存取的任意形式的記憶體中。

以下請參照圖3A以及圖3B，圖3A以及圖3B繪示本新型創作不同實施例中，觸控感測裝置的雜訊感測動作的不同實施方式的動作波形圖。在圖3A中，觸控感測裝置的雜訊感測動作可以透過連續的改變驅動電壓以及參考電壓的電壓準位來進行。其中，在第一時間區間NLC1中，觸控感測裝置可使驅動電壓以及參考電壓均等於待選電壓V1；在接下來的第二時間區間NLC2中，觸控感測裝置可使驅動電壓以及參考電壓均等於待選電壓V2；以及，在接下來的第三時間區間NLC3中，觸控感測裝置則可使驅動電壓以及參考電壓均等於待選電壓V3。其中，第一時間區間NLC1至第三時間區間NLC3可以連續發生。

另外，在圖3B中，觸控感測裝置可使驅動電壓以及參考電壓在第一時間區間NLC1等於相對低的待選電壓V1，並執行雜訊感測動作。接著，在第一時間區間NLC1後的電容感測時間SC1中，觸控感測裝置可以執行正常的觸控感測動作，並透過感測觸控板上的電容值變化，來感測出觸控板的被觸碰狀態。觸控感測裝置並可在後續的第N時間區間NLCN，使驅動電壓以及參考電壓等於高的待選電壓VN，並執行雜訊感測動作。在第N時間區間NLCN後的電容感測時間SCN中，同樣可以執行正常的觸控感測動作。

在圖3B中，對應多個待選電壓V1~VN的雜訊感測動作可以分開在不同的幀期（frame period）中進行。

以下請參照圖4，圖4繪示本新型創作另一實施例的觸控感測裝置的電路架構示意圖。觸控感測裝置400包括驅動電壓選擇器410、參考電壓選擇器420以及電壓檢測電路430。驅動電壓選擇器410包括多個開關SW11~SW1N。開關SW11~SW1N的多個第一端分別接收多個待選電壓V1~VN，開關SW11~SW1N的多個第二端共同耦接至觸控板SX，並耦接至電壓檢測電路430。參考電壓選擇器420包括多個開關SW21~SW2N。開關SW21~SW2N的多個第一端分別接收多個待選電壓V1~VN，開關SW21~SW2N的多個第二端共同耦接至電壓檢測電路430。驅動電壓選擇器410以及參考電壓選擇器420分別依據控制信號CTR1、CTR2來工作，其中開關SW11~SW1N中的至多其中之一可依據控制信號CTR1被導通，開關SW21~SW2N中的至多其中之一可依據控制信號CTR2被導通。在雜訊感測期間，驅動電壓選擇器410以及參考電壓選擇器420可選擇相同的待選電壓V1~VN以分別做為驅動電壓以及參考電壓VREF。

在另一方面，電壓檢測電路430包括開關SW3、運算放大器OP以及電容Cint。運算放大器OP具有負輸入端以耦接至開關SW3，並可透過開關SW3以接收充電電壓VCP。運算放大器OP的正輸入端接收參考電壓VREF。運算放大器OP的輸出端產生感測結果QVC。電容Cint則串聯耦接在運算放大器OP的輸出端與運算放大器OP的負輸入端間。

在動作細節上，驅動電壓選擇器410可在第一時間選擇待選電壓V1~VN的其中之一（例如待選電壓V1）以作為驅動電壓，並使驅動電壓對觸控板SX充電，並經此產生充電電壓VCP。參考電壓選擇器420可對應在第一時間選擇待選電壓V1~VN的其中之一（待選電壓V1）以作為參考電壓VREF。在此同時，開關SW3被斷開。

接著，在第一時間後的第二時間中，開關SW3被導通，且開關SW11~SW1N均被斷開。此時，驅動電壓選擇器410停止提供驅動電壓。電壓檢測電路430可依據比較觸控板SX上的充電電壓VCP以及參考電壓VREF來產生感測結果QVC。

附帶一提，觸控感測裝置400以可執行自容式的電容值感測動作。在電容值感測動作中，當驅動電壓選擇器410選擇相對高電壓的待選電壓V1~VN以作為驅動電壓時，參考電壓選擇器420可選擇相對低電壓的待選電壓V1~VN以作為參考電壓VREF。觸控感測裝置400在電容值感測動作中的動作時序，跟在雜訊感測動作中的動作時序是相同的，在此不多贅述。

在本實施例中，控制信號CTR1、CTR2可以由觸控感測裝置400中的控制器來產生。控制器的實施細節在圖1的實施例有詳細的說明，在此不多贅述。

以下請參照圖5，圖5繪示本新型創作實施例的觸控感測裝置的觸控感測方法的流程圖。在步驟S510中，在雜訊感測期間依序提供不同的多個驅動電壓以對觸控板充電以分別產生多個充電電壓；在步驟S520中，在雜訊感測期間對應驅動電壓以分別依序提供不同的多個選擇電壓；在步驟S530中，則在雜訊感測期間依序使充電電壓分別與對應的參考電壓進行比較以產生多個感測結果；在步驟S540中則依據感測結果以設定觸控感測策略。

關於上述多個步驟S510~S540的實施細節，在前述的多個實施例以及實施方式中已有詳細的說明，在此恕不多贅述。

綜上所述，本新型創作的觸控感測裝置在雜訊感測期間，透過提供多個不同的驅動電壓來對觸控板充電，並對應驅動電壓提供不同的參考電壓，以分別對觸控板上的充電電壓比較，並獲得感測結果。基於依序產生的驅動電壓分別具有多個不同的電壓準為，觸控感測裝置所屬系統中的多個資料路徑的頻率響應可以被呈現在感測結果中。因此，依據感測結果所制定的觸控感測策略可以更優質化，提升觸控感測的準確度。

100、400:觸控感測裝置 110、410:驅動電壓選擇器 120、420:參考電壓選擇器 130、430:電壓檢測電路 140:控制器 Cint:電容 CTR1、CTR2:控制信號 NLC1~NLC3、NLCN:時間區間 OP:運算放大器 QVC:感測結果 S210~S270:雜訊感測步驟 S510~S530:觸控感測步驟 SC1、SCN:電容感測時間 SW11~SW1N、SW21~SW2N、SW3:開關 SX:觸控板 V1~VN:待選電壓 VCP:充電電壓 VREF:參考電壓

圖1繪示本新型創作一實施例的觸控感測裝置的示意圖。 圖2繪示本新型創作一實施例的觸控感測裝置在一雜訊感測期間中的動作流程圖。 圖3A以及圖3B繪示本新型創作不同實施例中，觸控感測裝置的雜訊感測動作的不同實施方式的動作波形圖。 圖4繪示本新型創作另一實施例的觸控感測裝置的電路架構示意圖。 圖5繪示本新型創作實施例的觸控感測裝置的觸控感測方法的流程圖。

100:觸控感測裝置

110:驅動電壓選擇器

120:參考電壓選擇器

130:電壓檢測電路

140:控制器

SX:觸控板

V1~VN:待選電壓

VCP:充電電壓

VREF:參考電壓

QVC:感測結果

Claims (11)

1. 一種觸控感測裝置，包括： 一驅動電壓選擇器，在一雜訊感測期間依序提供不同的多個驅動電壓以對一觸控板充電以分別產生多個充電電壓； 一參考電壓選擇器，在該雜訊感測期間對應該些驅動電壓以分別依序提供不同的多個參考電壓； 一電壓檢測電路，耦接至該觸控板，在該雜訊感測期間依序使該些充電電壓分別與對應的該些參考電壓進行比較以產生多個感測結果；以及 一控制器，耦接該電壓檢測電路，依據該些感測結果以設定一觸控感測策略。
2. 如請求項1所述的觸控感測裝置，其中該驅動電壓選擇器在該雜訊感測期間的多個第一時間中，分別提供該些驅動電壓以對該觸控板充電來分別產生該些充電電壓，該電壓檢測電路在該雜訊感測期間的多個第二時間中，使該些充電電壓分別與對應的該些參考電壓進行比較以產生該些感測結果。
3. 如請求項2所述的觸控感測裝置，其中各該第一時間與對應的各該第二時間不相重疊。
4. 如請求項2所述的觸控感測裝置，其中該驅動電壓選擇器包括： 多個第一開關，分別具有多個第一端以分別接收多個待選電壓，該些第一開關的多個第二端共同耦接至該電壓檢測電路，該些開關分別依據多個第一控制信號以被導通或斷開。
5. 如請求項4所述的觸控感測裝置，其中該參考電壓選擇器包括： 多個第二開關，分別具有多個第一端以分別接收該些待選電壓，該些第二開關的多個第二端共同耦接至該電壓檢測電路，該些開關分別依據多個第二控制信號以被導通或斷開。
6. 如請求項5所述的觸控感測裝置，其中該些第一開關的至多其中之一被導通，該些第二開關的至多其中之一被導通。
7. 如請求項5所述的觸控感測裝置，其中該控制器用以產生該些第一控制信號以及該些第二控制信號。
8. 如請求項4所述的觸控感測裝置，其中該電壓檢測電路包括： 一運算放大器，具有負輸入端以接收各該充電電壓，該運算放大器的正輸入端接收各該參考電壓，該運算放大器的輸出端產生該感測結果； 一電容，串聯耦接在該運算放大器的輸出端與該運算放大器的負輸入端間；以及 一第三開關，串聯耦接在該運算放大器的負輸入端以及該觸控板間。
9. 如請求項8所述的觸控感測裝置，其中該第三開關在該些第一時間被斷開，在該些第二時間被導通。
10. 如請求項2所述的觸控感測裝置，其中在各該第一時間中，對應的各該驅動電壓以及各該參考電壓相同，各該參考電壓在各該第一時間中與對應的各該第二時間中，電壓準位維持不變。
11. 如請求項1所述的觸控感測裝置，其中在該雜訊感測期間，該控制器依據一查找順序以決定該些驅動電壓以及該些參考電壓的提供順序，其中該查找順序記錄在一查找表中。

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