專利名稱：觸摸面板的傳感裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種傳感裝置及方法，特別是涉及一種觸摸面板的傳感裝 置及方法。
背景技術(shù)：
目前應(yīng)用在觸控面板上的電容式觸控感應(yīng)技術(shù)大多釆用模擬/數(shù)字
(A/D)轉(zhuǎn)換技術(shù)來對電容電位的變化進(jìn)行解析。舉例來說，當(dāng)手指觸摸到電 路板或玻璃面板時，由手指吸收的電荷很有限，而未被手指吸收的電荷分 成兩部分 一部分輻射到空間中，另 一部分被直接耦合至積分器和放大裝 置。
被耦合至積分器和放大裝置的信號電位將形成該觸摸點(diǎn)的觸摸電位 值，將該觸摸電位值與該觸摸點(diǎn)未被觸摸時的原始電位值進(jìn)行比較，可知 該觸摸電位值和該原始電位值之比約為80%~90%。也就是i兌，該觸摸電位 值和該原始電位值之間的差值僅占該原始電位值的10% 20%。
由此可知，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換后，有效的數(shù)據(jù)范圍也只有A/D轉(zhuǎn)換電路的 位數(shù)的10%~20%。因此，當(dāng)遇到觸摸電容板的特性不佳的情況時，容易導(dǎo) 致感應(yīng)分辨率變差，但如果因此要提高分辨率卻又必須提高A/D轉(zhuǎn)換電路 的位數(shù)或增加額外的電路，此舉將導(dǎo)致電路的設(shè)計(jì)成本增加。
其次，當(dāng)面板的尺寸面積較大時，觸摸點(diǎn)的量也會增加，在采用^i擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)的情況下，較長的掃描時間會嚴(yán)重影響使用的流暢度。
最后，對于大尺寸面板來說，由于分布在較遠(yuǎn)端的電容所含有的等效 連線阻抗較大，因此當(dāng)再發(fā)送信號給各等效電容時，位于最遠(yuǎn)端的電容所 獲得的能量比近端的電容低，因此大尺寸面板的觸摸靈敏度會大幅度地受到影響。
為了改善上述問題，US 2007/0247172 Al申請?zhí)岢隽艘环N觸摸裝置， 但其具有下列缺點(diǎn)
(1) 按鍵為對地(GND)充電再由按鍵電荷轉(zhuǎn)至另 一 電容以進(jìn)行電位比 較，需要進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移；
(2) 并沒有提到如何進(jìn)行計(jì)數(shù)方式；
(3) 只對單一按鍵對地進(jìn)行充電；以及
(4) 并沒有對電位進(jìn)行積分放大后再進(jìn)行比較，因此所需充電速度較慢。

發(fā)明內(nèi)容
因此，有必要構(gòu)思一種無需利用A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)的觸摸面板的傳感裝置 及方法。
根據(jù)上述構(gòu)想，本申請?zhí)岢隽艘环N觸摸面板的傳感裝置及方法，其中 該觸摸面板上的任一觸摸點(diǎn)電連接到觸摸電容，該傳感方法包括下列步驟: 對該觸摸電容所具有的電荷能量進(jìn)行積分放大，以在總時間周期內(nèi)獲得標(biāo) 準(zhǔn)電位值，其中該總時間周期是標(biāo)準(zhǔn)時間周期和額外時間周期的總和；以 及在該總時間周期內(nèi)，在該標(biāo)準(zhǔn)時間周期之后，以系統(tǒng)頻率對該額外時間 周期計(jì)數(shù)，以確定該觸摸點(diǎn)。
根據(jù)上述構(gòu)想，本申請進(jìn)一步提出了一種觸摸面板的傳感裝置，其中 該觸摸面板上的任一觸摸點(diǎn)電連接到觸摸電容，該傳感裝置包括積分》丈 大器，其具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，該第一輸入端是電耦合 于該觸摸電容的輸出端，該第二輸入端電耦合于地，其中該積分放大器對 該觸摸電容所具有的電荷能量進(jìn)行積分;^丈大，以在總時間周期內(nèi)獲得標(biāo)準(zhǔn) 電位值，且該總時間周期是標(biāo)準(zhǔn)時間周期和額外時間周期的總和；比較器， 其具有非反相輸入端、反相輸入端及輸出端，該非反相輸入端是電連接于 該積分放大器的該輸出端，該反相輸入端接收該標(biāo)準(zhǔn)電位值；以及計(jì)數(shù)器，其電耦合于該比較器的該輸出端，其中該計(jì)數(shù)器受控于該比較器，且在該 總時間周期內(nèi)，在該標(biāo)準(zhǔn)時間周期之后，以系統(tǒng)頻率對該額外時間周期計(jì)
數(shù)(counting),以確定該觸摸點(diǎn)。
本申請是釆用比較器的參考電位來確定系統(tǒng)是否開始啟動高速計(jì)數(shù)， 因?yàn)樗杏|摸電容充電電平都以比較器的參考電位為準(zhǔn)，因此每個觸摸電 容所形成的電位也相同，使得觸摸面板上所有觸摸電容的靈敏度都達(dá)到一 致，此外，因?yàn)橄到y(tǒng)采用高速計(jì)數(shù)方式進(jìn)行計(jì)數(shù)，使得分辨率可大幅度提 高。
通過下列圖示和詳細(xì)說明來更深入地理解本申請


圖1:本申請所提出的觸摸面板的傳感裝置的優(yōu)選實(shí)施例的電路以及
圖2:圖1中在初始模式和掃描模式下，積分電容所儲存的電荷能量 的電位時序?qū)φ請D。
具體實(shí)施例方式
本申請的主要構(gòu)想是不采用模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換技術(shù)，而僅通過對觸 摸面板的各個觸摸電容進(jìn)行積分放大，再利用高速的頻率對積分所耗費(fèi)的 時間進(jìn)行計(jì)數(shù)，以確定觸摸面板上的觸摸點(diǎn)是否被觸摸。
請參閱圖1，其為本申請所提出的觸摸面板的傳感裝置的優(yōu)選實(shí)施例 的電路圖，其中傳感裝置1主要包括脈沖產(chǎn)生器10 (在此實(shí)施例中以振蕩 器為代表)、開關(guān)組ll、積分放大器12、比較器13、計(jì)數(shù)器14以及存儲 器15。
未繪制在圖中的觸摸面板上的任一觸摸點(diǎn)都電連接到觸摸電容，雖然 在圖1中僅繪制了單個觸摸電容16作為代表，但本領(lǐng)域技術(shù)人員都知道 在使用額外的多工器的情況下，圖1的傳感裝置1可負(fù)責(zé)整個觸摸面板上的各個觸摸點(diǎn)的確定工作。
本申請所提出的觸摸面板的傳感裝置的配置方式如下
積分放大器12具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，該第一輸入 端是電耦合于觸摸電容16的輸出端，該第二輸入端電耦合于地。
比較器13具有非反相輸入端、反相輸入端和輸出端，該非反相輸入 端是電連接于積分放大器12的該輸出端，該反相輸入端接收標(biāo)準(zhǔn)電位值 Vref。
計(jì)數(shù)器14電耦合于比較器13的該輸出端，其中計(jì)數(shù)器14受控于比 較器13。
在本實(shí)施例中，積分放大器12由積分電容121和放大器122構(gòu)成， 其中放大器122具有第 一輸入端、第二輸入端和輸出端，該第 一輸入端是 電耦合于積分電容121的輸入端，該第二輸入端電耦合于地，該輸出端是 電耦合于積分電容121的輸出端。
脈沖產(chǎn)生器10電耦合于觸摸電容16的輸入端，用于產(chǎn)生連續(xù)脈沖并 將其輸入該觸摸電容，其中該連續(xù)脈沖中的各脈沖都具有上升沿和下降沿。
開關(guān)組ll具有第一端、第二端和第三端，開關(guān)組ll電耦合于觸摸電 容16和積分放大器12之間，該第一端是電耦合于觸摸電容16的輸出端， 該第二端是電浮接于積分放大器12的該第一輸入端，該第三端電浮接于 地。
在本實(shí)施例中，該開關(guān)組由第一開關(guān)S1和第二開關(guān)S2構(gòu)成。第一開 關(guān)Sl具有第一端和第二端，該第一端是電耦合于觸摸電容16的輸出端， 該第二端電浮接于地。第二開關(guān)S2具有第一端和第二端，該第一端是電 耦合于觸摸電容16的輸出端，該第二端是電浮接于積分放大器12的該第 一輸入端。
存儲器15電耦合于計(jì)數(shù)器14,用于儲存計(jì)數(shù)器14的計(jì)數(shù)值。 要完成本申請的傳感方法，傳感裝置1在工作時可分為以下兩種4莫式:脈沖產(chǎn)生器IO對觸摸電容16輸入連續(xù)脈沖，該連續(xù)脈沖中的各脈沖 都具有上升沿及下降沿。
開關(guān)組11由兩個開關(guān)Sl和S2構(gòu)成，通過斷開開關(guān)Sl并導(dǎo)通開關(guān)S2， 可以僅在該連續(xù)脈沖中的各脈沖的該上升沿通過觸摸電容16期間，對觸 摸電容16所具有的電荷能量利用積分放大器12進(jìn)行積分放大，而通過導(dǎo) 通開關(guān)Sl并斷開開關(guān)S2，可以僅在該連續(xù)脈沖中的各脈沖的該下降沿通 過觸摸電容16期間，對觸摸電容16所具有的電荷能量進(jìn)行放電至地。通 過此重復(fù)程序，可在標(biāo)準(zhǔn)時間周期內(nèi)在積分電容121內(nèi)獲得等于該標(biāo)準(zhǔn)電 位值Vref的電荷能量。
另一方面，從積分電容121剛開始^皮充電時，計(jì)數(shù)器14以標(biāo)準(zhǔn)頻率 開始計(jì)數(shù)，直到在積分電容121內(nèi)積分至等于該標(biāo)準(zhǔn)電位值Vref的電荷能 量時，比較器13輸出低電平信號，使得計(jì)數(shù)器14停止計(jì)數(shù)，此時存儲器 15會記錄下該標(biāo)準(zhǔn)時間周期。
之后，開關(guān)Sl和S2同時導(dǎo)通，積分電容121和觸4莫電容16的電位 則同時歸零。
(2) 掃描一莫式
如果要確定觸摸面板是否^皮觸摸，則需進(jìn)行掃描才莫式，同樣利用脈沖 產(chǎn)生器10對觸摸電容16輸入具有該上升沿及該下降沿的該連續(xù)脈沖，也 同樣通過開關(guān)組11的動作，以僅在該連續(xù)脈沖中的各脈沖的該上升沿通過 觸摸電容16期間，對觸摸電容16所具有的電荷能量利用積分;^丈大器12 進(jìn)行積分放大，以及僅在該連續(xù)脈沖中的各脈沖的該下降沿通過觸摸電容 16期間，對觸摸電容16所具有的電荷能量進(jìn)行;故電至地。進(jìn)而再次在另 一個時間周期內(nèi)在積分電容121內(nèi)獲得等于該標(biāo)準(zhǔn)電位值Vref的電荷能 量。
由于與觸摸電容16電連接的觸摸點(diǎn)在被觸摸時，電容值會變大，因 此，再次僅在該連續(xù)脈沖中的各脈沖的該上升沿通過觸摸電容16期間， 當(dāng)對觸摸電容16所具有的電荷能量利用積分放大器12進(jìn)行積分放大時，
9想要在積分電容121內(nèi)同樣獲得等于該標(biāo)準(zhǔn)電位值Vref的電荷能量所耗費(fèi) 的時間周期一定會增加；將此段時間周期定義為總時間周期，其中該總時 間周期是前述標(biāo)準(zhǔn)時間周期和額外時間周期的總和。
與初始模式不同之處在于，在掃描模式中，計(jì)數(shù)器14是在該總時間 周期內(nèi)，在該標(biāo)準(zhǔn)時間周期之后，才以系統(tǒng)頻率對該額外時間周期進(jìn)行計(jì) 數(shù)，由于該系統(tǒng)頻率相對于前述標(biāo)準(zhǔn)頻率是極高頻的頻率，因此傳感裝置 能夠利用比現(xiàn)有技術(shù)更高的分辨率來確定該觸摸點(diǎn)確實(shí)已被觸摸。
請參閱圖2,其為圖1中在初始模式和掃描模式下，積分電容所儲存 的電荷能量的電位時序?qū)φ請D。由圖2可以看出，在初始才莫式下，計(jì)數(shù)器 14以該標(biāo)準(zhǔn)頻率FL開始計(jì)數(shù)，直到在積分電容121內(nèi)積分至等于該標(biāo)準(zhǔn) 電位值Vref的電荷能量時，共需耗費(fèi)該標(biāo)準(zhǔn)時間周期T-NoTouch。
而在掃描;f莫式下，想要在積分電容121內(nèi)同樣獲得等于該標(biāo)準(zhǔn)電位值 Vref的電荷能量所耗費(fèi)的該總時間周期T-Touch—定大于該標(biāo)準(zhǔn)時間周期 T-No Touch;也就是說，該總時間周期是該標(biāo)準(zhǔn)時間周期T-No Touch和該 額外時間周期T-C的總和，而計(jì)數(shù)器14則以該系統(tǒng)頻率FH在該額外時間 周期T-C內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過此來確定該觸摸點(diǎn)。
綜上所述，本申請是利用外部積分電位與自行設(shè)定的參考電位相比， 當(dāng)外部積分電位達(dá)到參考電位時，將記錄下充電時間或開始以高速頻率進(jìn) 行計(jì)數(shù)和停止計(jì)數(shù)時間，不但節(jié)省系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本和耗能，還可提高系統(tǒng)識 別觸控按鍵的分辨率。與采用A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)的現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請具有 下述優(yōu)點(diǎn)
(1) 本申請所采用的計(jì)數(shù)方式不是A/D轉(zhuǎn)換，所以耗電較低；
(2) 因系統(tǒng)計(jì)數(shù)電平是比較器參考電平，因此所有的觸摸電容將可獲得 相同的電位場以進(jìn)行偵測；
(3) 本申請可應(yīng)用于大尺寸面板和多按鍵偵測；
(4) 當(dāng)本申請應(yīng)用于觸控面板時，由于比4^器的電平可靈活^沒定，因此 電容型式的設(shè)計(jì)彈性較大；以及
(5) 本申請結(jié)構(gòu)簡單、電場均勻，具有高分辨率。另一方面，與前述US 2007/0247172 Al申請的觸摸裝置相比，本申請 進(jìn)一步具有下列優(yōu)點(diǎn)
(1) 本申請無需進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移，而是直接進(jìn)行電荷積分充電；
(2) 本申請采用高速計(jì)數(shù)^i式，可大幅度提高解析能力；
(3) 本申請適用面板為數(shù)組型，可應(yīng)用于大型面板觸控偵測和多鍵偵觀'];
以及
(4) 本申請須利用積分器進(jìn)行積分放大后再進(jìn)行比較電位，充電速度較快。
本申請可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)行各種變化和更改，然而都不脫離如 所附權(quán)利要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種觸摸面板的傳感方法，其中所述觸摸面板上的任一觸摸點(diǎn)電連接到觸摸電容，所述傳感方法包括下列步驟(A)對所述觸摸電容所具有的電荷能量進(jìn)行積分放大，以在總時間周期內(nèi)獲得標(biāo)準(zhǔn)電位值，其中所述總時間周期是標(biāo)準(zhǔn)時間周期和額外時間周期的總和；以及(B)在所述總時間周期內(nèi)，在所述標(biāo)準(zhǔn)時間周期之后，以系統(tǒng)頻率對所述額外時間周期計(jì)數(shù)，以確定所述觸摸點(diǎn)。
2. 如權(quán)利要求1所述的傳感方法，其中在步驟(A)之前進(jìn)一步包括下 列步驟對所述觸摸電容輸入連續(xù)脈沖，所述連續(xù)脈沖中的各脈沖都具有上升 沿和下降沿；僅在所迷連續(xù)脈沖中的各脈沖的所述上升沿通過所述觸摸電容期間， 對所述觸摸電容所具有的電荷能量進(jìn)行積分放大，進(jìn)而在所述標(biāo)準(zhǔn)時間周 期內(nèi)獲得所述標(biāo)準(zhǔn)電位值；以標(biāo)準(zhǔn)頻率對所述標(biāo)準(zhǔn)時間周期計(jì)數(shù)；將所述觸摸電容所具有的電荷能量歸零；以及觸摸所述觸摸點(diǎn)。
3. 如權(quán)利要求2所述的傳感方法，其中在步驟(A)中進(jìn)一步包括下列 步驟對所述觸摸電容輸入所述連續(xù)脈沖，所述連續(xù)脈沖中的各脈沖都具有 所述上升沿和所述下降沿；以及僅在所述連續(xù)脈沖中的各脈沖的所述上升沿通過所述觸摸電容期間， 對所述觸摸電容所具有的電荷能量進(jìn)行積分放大，進(jìn)而在所述總時間周期 內(nèi)獲得所述標(biāo)準(zhǔn)電位值。
4. 一種觸摸面板的傳感裝置，其中所述觸摸面板上的任一觸摸點(diǎn)電連接到觸摸電容，所述傳感裝置包括積分放大器，其具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸 入端是電耦合于所述觸摸電容的輸出端，所述第二輸入端電耦合于地，其 中所述積分放大器對所迷觸摸電容所具有的電荷能量進(jìn)行積分放大，以在 總時間周期內(nèi)獲得標(biāo)準(zhǔn)電位值，且所述總時間周期是標(biāo)準(zhǔn)時間周期和額外 時間周期的總和；比較器，其具有非反相輸入端、反相輸入端及輸出端，所述非反相輸 入端是電連接于所述積分;^文大器的所述輸出端，所述反相輸入端接收所述 才示準(zhǔn)電j立^f直；以及計(jì)數(shù)器，其電耦合于所述比較器的所述輸出端，其中所述計(jì)數(shù)器受控 于所述比較器，而在所述總時間周期內(nèi)，在所述標(biāo)準(zhǔn)時間周期之后，以系 統(tǒng)頻率對所述額外時間周期計(jì)數(shù)，以確定所述觸摸點(diǎn)。
5. 如權(quán)利要求4所述的傳感裝置，其中所述積分放大器包括 積分電容，其具有輸入端和輸出端；以及放大器，其具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端 是電耦合于所述積分電容的所述輸入端，所述第二輸入端電耦合于地，所 述輸出端是電耦合于所述積分電容的所述輸出端。
6. 如權(quán)利要求4所述的傳感裝置，進(jìn)一步包括脈沖產(chǎn)生器，其電耦合于所述觸摸電容的輸入端，產(chǎn)生連續(xù)脈沖并將 其輸入所述觸摸電容，其中所述連續(xù)脈沖中的各脈沖都具有上升沿和下降 沿；以及開關(guān)組，其具有第一端、第二端和第三端，所述開關(guān)組電耦合于所述 觸摸電容和所述積分放大器之間，所述第一端是電耦合于所述觸摸電容的 輸出端，所述第二端是電浮接于所述積分放大器的所述第一輸入端，所述 第三端電浮接于地，其中所述開關(guān)組可進(jìn)行切換，而僅讓所述連續(xù)脈沖中 的各脈沖的所述上升沿通過所述觸摸電容以進(jìn)行積分放大。
7. 如權(quán)利要求6所述的傳感裝置，其中所述脈沖產(chǎn)生器是振蕩器。
8. 如權(quán)利要求6所述的傳感裝置，其中所述開關(guān)組進(jìn)一步包括第一開關(guān)，其具有第一端和第二端，所述第一端是電耦合于所述觸摸 電容的輸出端，所述第二端電浮接于地；以及第二開關(guān)，其具有第一端和第二端，所述第一端是電耦合于所述觸摸 電容的輸出端，所述第二端是電浮接于所述積分放大器的所述第一輸入端。
9. 如權(quán)利要求4所述的傳感裝置，進(jìn)一步包括存儲器，其電耦合于所述計(jì)數(shù)器，儲存所述計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。
全文摘要
本申請?zhí)峁┝艘环N觸摸面板的傳感裝置及方法，其中該觸摸面板上的任一觸摸點(diǎn)電連接到觸摸電容。該傳感方法包括下列步驟對該觸摸電容所具有的電荷能量進(jìn)行積分放大，以在總時間周期內(nèi)獲得標(biāo)準(zhǔn)電位值，其中該總時間周期是標(biāo)準(zhǔn)時間周期和額外時間周期的總和；以及在該總時間周期內(nèi)，在該標(biāo)準(zhǔn)時間周期之后，以系統(tǒng)頻率對該額外時間周期計(jì)數(shù)(counting)，以確定該觸摸點(diǎn)。
文檔編號G06F3/044GK101685364SQ200810148849
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者林怡誠 申請人:盛群半導(dǎo)體股份有限公司