通過(guò)將傳輸線中的阻抗改變特征化而確定的觸摸感測(cè)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種觸摸面板或屏幕，其具有制造在例如印刷電路板、LCD、等離子體或LED屏幕等襯底上的蛇形傳輸線，且具有恒定阻抗。對(duì)所述觸摸面板的觸摸將導(dǎo)致所述傳輸線在所述觸摸的位置處的阻抗改變。使用時(shí)域反射儀TDR來(lái)通過(guò)在多個(gè)脈沖的來(lái)源處準(zhǔn)確測(cè)量返回脈沖時(shí)間及隨后將所述返回脈沖時(shí)間轉(zhuǎn)換為所述觸摸面板或屏幕的X-Y坐標(biāo)而確定所述傳輸線的所述阻抗改變的位置。
【專利說(shuō)明】通過(guò)將傳輸線中的阻抗改變特征化而確定的觸摸感測(cè)
[0001]相關(guān)專利申請(qǐng)案
[0002]本申請(qǐng)案主張2011年4月21日申請(qǐng)的詹姆斯*S.巴特林(James S.Bartling)及丹尼斯.Ρ.雷曼(Dennis P.Lehman)共同擁有的標(biāo)題為“通過(guò)將傳輸線中的阻抗改變特征化而確定的觸摸感測(cè)(Touch Sense Determined by Characterizing Impedance Changesin a Transmission Line) ”的第61/477，952號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)；為了所有目的，所述臨時(shí)專利申請(qǐng)案特此以引用的方式并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及觸摸感測(cè)面板及屏幕，且更特定來(lái)說(shuō)，涉及通過(guò)將制造在觸摸感測(cè)面板或屏幕上的傳輸線的阻抗改變特征化而感測(cè)觸摸感測(cè)面板或屏幕上被觸摸的位置。
【背景技術(shù)】
[0004]觸摸感測(cè)面板及屏幕用于許多應(yīng)用中供用戶與消費(fèi)型器具、商業(yè)及工業(yè)控制面板等介接。布置為矩陣的多個(gè)觸摸傳感器(例如，電容性、電感性、電阻性傳感器)可各自通過(guò)將物體(例如手指)放置在觸摸傳感器矩陣的特定區(qū)域上方而個(gè)別地致動(dòng)。布置為矩陣的所述多個(gè)觸摸傳感器中的每一者具有經(jīng)界定的激活區(qū)域，且一旦觸摸傳感器矩陣經(jīng)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)布局就不可能改變。此外，面板及其支持電子裝置中的觸摸傳感器的矩陣的制造可能是復(fù)雜且昂貴的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，需要具有設(shè)計(jì)與實(shí)施方案皆靈活且制造成本低的觸摸面板或屏幕。
[0006]根據(jù)一實(shí)施例，一種用于感測(cè)對(duì)襯底的觸摸并確定其位置區(qū)域的方法可包括下列步驟:a)提供取樣時(shí)間參考值；b)使定時(shí)電容器上的任何電壓電荷放電到實(shí)質(zhì)零伏；c)將具有電壓振幅的脈沖發(fā)送到制造在包括多個(gè)觸摸位置區(qū)域的襯底上的蛇形傳輸線的第一端；d)用恒定電流源為定時(shí)電容器充電；e)將取樣時(shí)間參考值轉(zhuǎn)換為取樣時(shí)間參考電壓；
f)將取樣時(shí)間參考電壓與定時(shí)電容器上的電壓電荷進(jìn)行比較，其中如果取樣時(shí)間參考電壓與定時(shí)電容器上的電壓電荷實(shí)質(zhì)相等，那么存儲(chǔ)取樣時(shí)間參考值及蛇形傳輸線的第一端處的電壓的樣本，隨后進(jìn)入步驟h)，且如果取樣時(shí)間參考電壓與定時(shí)電容器上的電壓電荷不實(shí)質(zhì)相等，那么進(jìn)入步驟g) ;g)確定脈沖是否已結(jié)束，其中如果脈沖已結(jié)束，那么返回到步驟a)，且如果脈沖尚未結(jié)束，那么返回到步驟f) ；h)確定蛇形傳輸線的第一端處的所取樣電壓是否小于脈沖的電壓振幅，其中如果不小于脈沖的電壓振幅，那么返回到步驟a)，且如果小于脈沖的電壓振幅，那么進(jìn)入步驟i);及1)將所存儲(chǔ)的取樣時(shí)間參考值轉(zhuǎn)換為襯底上的位置區(qū)域，隨后返回到步驟a)。
[0007]根據(jù)所述方法的又一實(shí)施例，提供取樣時(shí)間參考值的步驟包括在每次脈沖結(jié)束時(shí)增加取樣時(shí)間參考值的步驟。根據(jù)所述方法的又一實(shí)施例，提供取樣時(shí)間參考值的步驟包括在每次新脈沖開(kāi)始時(shí)增加取樣時(shí)間參考值的步驟。[0008]根據(jù)所述方法的又一實(shí)施例，額外步驟可包括:于在蛇形傳輸線的第一端處斷言一個(gè)脈沖及隨后在蛇形傳輸線的第二端處斷言后續(xù)脈沖之間交替；及當(dāng)在第一端處斷言脈沖時(shí)存儲(chǔ)來(lái)自蛇形傳輸線的第一端的電壓樣本，及當(dāng)在第二端處斷言后續(xù)脈沖時(shí)存儲(chǔ)來(lái)自蛇形傳輸線的第二端的后續(xù)電壓樣本。
[0009]根據(jù)所述方法的又一實(shí)施例，比較取樣時(shí)間參考電壓與定時(shí)電容器上的電壓電荷的步驟可包括使用電壓比較器的步驟。
[0010]根據(jù)所述方法的又一實(shí)施例，確定蛇形傳輸線的第一端處的所存儲(chǔ)取樣電壓是否小于脈沖的電壓振幅的步驟可包括下列步驟:用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將第一端處的所存儲(chǔ)電壓樣本轉(zhuǎn)換為數(shù)字值；及用數(shù)字比較器將所述數(shù)字值與數(shù)字參考值進(jìn)行比較。
[0011]根據(jù)所述方法的又一實(shí)施例，將所存儲(chǔ)的取樣時(shí)間參考值轉(zhuǎn)換為襯底上已被觸摸的位置區(qū)域的步驟可包括用具有多個(gè)取樣時(shí)間參考值及其對(duì)應(yīng)位置區(qū)域的查找表檢索對(duì)應(yīng)于所存儲(chǔ)取樣時(shí)間參考值的位置區(qū)域的步驟。根據(jù)所述方法的又一實(shí)施例，將對(duì)應(yīng)于來(lái)自第一端的電壓樣本的位置區(qū)域與來(lái)自第二端的后續(xù)電壓樣本的位置區(qū)域平均化的步驟改進(jìn)襯底上被觸摸的位置區(qū)域的分辨率。
[0012]根據(jù)所述方法的又一實(shí)施例，額外步驟可包括下列步驟:將已被觸摸的多個(gè)位置區(qū)域存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；及從存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的多個(gè)位置區(qū)域計(jì)算鄰近位置區(qū)域的高斯概率分布。根據(jù)本方法的又一實(shí)施例，額外步驟可包括下列步驟:將已被觸摸的多個(gè)位置區(qū)域存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；及將來(lái)自存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的多個(gè)位置區(qū)域的大體上類似位置區(qū)域平均化。根據(jù)所述方法的又一實(shí)施例，額外步驟可包括下列步驟:將已被觸摸的多個(gè)位置區(qū)域存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；及從存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的多個(gè)位置區(qū)域確定改變位置區(qū)域的方向及速度。
[0013]根據(jù)所述方法的又一實(shí)施例，襯底可為包括印刷電路板的觸摸面板，所述印刷電路板在其前印刷電路側(cè)上具有蛇形傳輸線，且后印刷電路側(cè)覆蓋有電導(dǎo)體。根據(jù)所述方法的又一實(shí)施例，襯底可為包括透光絕緣材料的觸摸屏幕，所述透光絕緣材料具有上面具有蛇形傳輸線的前側(cè)及覆蓋有透光電導(dǎo)體的后側(cè)。
[0014]根據(jù)另一實(shí)施例，一種用于感測(cè)對(duì)襯底的觸摸并確定其位置區(qū)域的設(shè)備可包括:充電時(shí)間測(cè)量單元(CTMU)，其包括定時(shí)電容器及恒定電流源；取樣時(shí)間參考源，其提供取樣時(shí)間參考值；數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC),其將取樣時(shí)間參考值轉(zhuǎn)換為取樣時(shí)間參考電壓；電壓比較器，其具有耦合到DAC的輸出的第一輸入及耦合到CTMU的定時(shí)電容器的第二輸入；蛇形傳輸線，其制造在包括多個(gè)觸摸位置區(qū)域的襯底上，蛇形傳輸線具有第一端及第二端及通過(guò)第一電阻器耦合到第一端的第一電壓感測(cè)節(jié)點(diǎn)；脈沖產(chǎn)生器，其用于在蛇形傳輸線的第一端處產(chǎn)生脈沖，所述脈沖具有電壓振幅；取樣與保持電路，其具有耦合到蛇形傳輸線的第一端的輸入及稱合到電壓比較器的輸出的取樣控制輸入；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),其具有率禹合到取樣與保持電路的輸出的輸入；及具有存儲(chǔ)器的數(shù)字處理器，數(shù)字處理器耦合到ADC的輸出；其中當(dāng)來(lái)自脈沖產(chǎn)生器的脈沖在蛇形傳輸線的第一端上斷言時(shí)，恒定電流源耦合到定時(shí)電容器并開(kāi)始為定時(shí)電容器充電；其中當(dāng)定時(shí)電容器上的電壓電荷等于來(lái)自取樣時(shí)間參考電壓源的取樣時(shí)間參考電壓時(shí)，電壓比較器致使取樣與保持電路在蛇形傳輸線的第一電壓感測(cè)節(jié)點(diǎn)上對(duì)電壓進(jìn)行取樣及保持；其中如果在蛇形傳輸線的第一電壓感測(cè)節(jié)點(diǎn)處取得的電壓樣本小于參考電壓，那么數(shù)字處理器將取樣時(shí)間參考值轉(zhuǎn)換為襯底的位置區(qū)域。[0015]根據(jù)又一實(shí)施例，蛇形傳輸線的第二端可端接有第二電阻器。根據(jù)又一實(shí)施例，蛇形傳輸線的第二端可以不端接。根據(jù)又一實(shí)施例，多路復(fù)用器具有耦合到第一電壓感測(cè)節(jié)點(diǎn)的第一輸入、耦合到第二電壓感測(cè)節(jié)點(diǎn)的第二輸入及耦合到取樣與保持電路的輸入的輸出。根據(jù)又一實(shí)施例，數(shù)字處理器可包括微控制器。
[0016]根據(jù)又一實(shí)施例，襯底可為包括印刷電路板的觸摸面板，所述印刷電路板在其前印刷電路側(cè)上具有蛇形傳輸線，且后印刷電路側(cè)覆蓋有電導(dǎo)體。根據(jù)又一實(shí)施例，襯底可為包括透光絕緣材料的觸摸屏幕，所述透光絕緣材料具有上面具有蛇形傳輸線的前側(cè)及覆蓋有透光及導(dǎo)電材料的后側(cè)。根據(jù)又一實(shí)施例，透光及導(dǎo)電材料可為氧化銦錫(ITO)。根據(jù)又一實(shí)施例，觸摸屏幕可位于圖形顯示器與視域之間。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]可通過(guò)參考結(jié)合附圖進(jìn)行的下列描述獲得對(duì)本發(fā)明的更全面了解，其中:
[0018]圖1說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)例實(shí)施例的觸摸面板或屏幕系統(tǒng)的示意性框圖；
[0019]圖2說(shuō)明展示根據(jù)本發(fā)明教示的如圖1所示的觸摸面板或屏幕系統(tǒng)的脈沖波形的電壓振幅對(duì)時(shí)間的示意性曲線圖；
[0020]圖3說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)例實(shí)施例的如圖1所示的觸摸面板或屏幕的觸摸區(qū)域的不意圖；
[0021]圖4說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)例實(shí)施例的如圖1所示的觸摸面板或屏幕系統(tǒng)的混合信號(hào)集成電路裝置的示意性框圖；
[0022]圖5說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明另一特定實(shí)例實(shí)施例的如圖1所示的觸摸面板或屏幕系統(tǒng)的混合信號(hào)集成電路裝置的示意性框圖；
[0023]圖6說(shuō)明正從恒定電流源充電的電容器的時(shí)間-電壓曲線圖；
[0024]圖7說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明教示的與圖4、5及8所示的正從混合信號(hào)集成電路裝置的恒定電流源充電的電容器的源脈沖及返回脈沖相關(guān)的源脈沖、返回脈沖、取樣脈沖及充電電壓的時(shí)間-電壓曲線圖；
[0025]圖8說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明又一特定實(shí)例實(shí)施例的如圖1所示的觸摸面板或屏幕系統(tǒng)的混合信號(hào)集成電路裝置的示意性框圖；
[0026]圖9說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明另一特定實(shí)例實(shí)施例的能夠交錯(cuò)來(lái)自觸摸面板或屏幕系統(tǒng)的傳輸線的各端的TDR取樣的混合信號(hào)集成電路裝置的示意性框圖；
[0027]圖10說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明教示的與圖9所示的正從混合信號(hào)集成電路裝置的恒定電流源充電的電容器的源脈沖及返回脈沖相關(guān)的交替源脈沖、返回脈沖及充電電壓的時(shí)間-電壓曲線圖；
[0028]圖11說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明另一特定實(shí)例實(shí)施例的用于檢測(cè)及確定多個(gè)觸摸的位置的圖1所示的觸摸面板系統(tǒng)或觸摸屏幕的操作的示意性進(jìn)程流程圖；及
[0029]圖12說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明又一特定實(shí)例實(shí)施例的用于檢測(cè)及確定多個(gè)觸摸的位置的圖1所示的觸摸面板系統(tǒng)或觸摸屏幕的操作的示意性進(jìn)程流程圖。
[0030]雖然本發(fā)明具有不同修改及替代形式，但其特定實(shí)例實(shí)施例已展示在圖式中并在本文中詳細(xì)描述。然而，應(yīng)理解，本文對(duì)特定實(shí)例實(shí)施例的描述無(wú)意將本發(fā)明限于本文所揭示的特定形式，而是相反，本發(fā)明將涵蓋如所附權(quán)利要求書(shū)所定義的所有修改及等效例?！揪唧w實(shí)施方式】
[0031]時(shí)域反射儀(TDR)以與雷達(dá)類似的原理運(yùn)行。能量脈沖沿著具有恒定阻抗的導(dǎo)電路徑(例如，傳輸線)傳輸。當(dāng)所述脈沖到達(dá)導(dǎo)電路徑的未端接端時(shí)或沿著導(dǎo)電路徑存在阻抗改變時(shí)，所述能量脈沖的部分或全部反射回其來(lái)源。當(dāng)兩個(gè)金屬導(dǎo)體被緊鄰地放置在一起時(shí)，其形成具有由金屬導(dǎo)體與其間的絕緣電介質(zhì)的間距確定的特性阻抗的傳輸線。
[0032]如果傳輸線以其特性阻抗端接，那么無(wú)脈沖反射回傳輸線的開(kāi)端產(chǎn)生脈沖之處。如果傳輸線未端接，那么將存在正脈沖反射回傳輸線的開(kāi)端產(chǎn)生所傳輸?shù)拿}沖之處。當(dāng)沿著傳輸線的任何地方存在阻抗差異時(shí)，將產(chǎn)生且隨后檢測(cè)到所反射的脈沖。此反射脈沖返回到脈沖源位置所用的時(shí)間用于確定阻抗差異已發(fā)生的距離。沿著傳輸線的電容增大(例如，手指觸摸)將導(dǎo)致返回反射脈沖相對(duì)于所產(chǎn)生(所傳輸)的脈沖為負(fù)。
[0033]當(dāng)沿著傳輸線發(fā)送脈沖時(shí)，來(lái)源處的電壓可用于將傳輸線的阻抗特征化。通過(guò)在脈沖源處對(duì)脈沖電壓振幅對(duì)時(shí)間進(jìn)行取樣，可確定傳輸線的阻抗，且可沿著傳輸線定位歸因于對(duì)面板或屏幕的觸摸的任何阻抗改變。此舉提供用舉例來(lái)說(shuō)但不限于制造在觸摸面板或屏幕上的蛇形傳輸線檢測(cè)無(wú)限數(shù)量的同時(shí)觸摸的能力。此外，此舉可用于較廣范圍的材料及傳輸線。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是以高分辨率檢測(cè)觸摸面板或屏幕上的無(wú)限數(shù)量的觸摸。
[0034]TDR電路可用于產(chǎn)生能量脈沖到傳輸線，且隨后確定所產(chǎn)生的源脈沖的開(kāi)始與檢測(cè)到反射脈沖返回所產(chǎn)生的脈沖的來(lái)源之間的時(shí)間間隔。此時(shí)間間隔隨后用于確定從所產(chǎn)生的脈沖的來(lái)源到導(dǎo)致反射脈沖的阻抗“凸塊”的距離。時(shí)間間隔可轉(zhuǎn)換為導(dǎo)電路徑上的距離及/或物理位置，例如，觸摸面板的X及Y坐標(biāo)。表格查找及/或計(jì)算可用于將時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換為觸摸面板或屏幕上的距離及/或物理位置。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的教示，觸摸面板或屏幕具有制造在襯底(例如，印刷電路板或透光屏幕)上的蛇形傳輸線，且具有恒定阻抗。對(duì)觸摸面板或屏幕的觸摸將在觸摸位置處導(dǎo)致傳輸線的阻抗改變。將在施加到傳輸線的多個(gè)脈沖的各者開(kāi)始之后以精確時(shí)間增量對(duì)傳輸線的脈沖源(接近)端處的電壓的取樣用于確定由觸摸(來(lái)自手指或物體的電容)導(dǎo)致的傳輸線的阻抗改變的位置。傳輸線上的觸摸引起的“阻抗凸塊”導(dǎo)致按與觸摸位置相距傳輸線的脈沖源端的距離成比例的時(shí)間間隔返回到傳輸線的脈沖源端的負(fù)電壓脈沖。此負(fù)電壓脈沖將導(dǎo)致傳輸線的脈沖源端處的電壓下降，當(dāng)在精確返回時(shí)間處對(duì)所述電壓下降進(jìn)行取樣時(shí)，將界定觸摸位置與傳輸線的脈沖源端之間的距離。對(duì)此電壓突降進(jìn)行取樣的時(shí)間間隔(從脈沖源開(kāi)始到負(fù)電壓返回脈沖的時(shí)間)隨后可轉(zhuǎn)換為觸摸面板或屏幕的X-Y坐標(biāo)。
[0036]觸摸面板或屏幕或任意觸摸應(yīng)用可在具有一個(gè)或一個(gè)以上蛇形傳輸線的襯底上實(shí)施。在襯底上使用蛇形傳輸線來(lái)進(jìn)行觸摸感測(cè)降低了制造成本、由于不存在對(duì)可實(shí)施觸摸區(qū)域的位置及數(shù)量的物理限制而大大簡(jiǎn)化了觸摸面板的設(shè)計(jì)、方便了觸摸位置軟件程序?qū)嵤┓桨?，且觸摸感測(cè)比常規(guī)觸摸感測(cè)實(shí)施方案更可靠及準(zhǔn)確。
[0037]現(xiàn)在參考圖式，示意性地說(shuō)明特定實(shí)例實(shí)施例的細(xì)節(jié)。圖式中相同元件將用相同數(shù)字表示，且類似元件將用帶不同小寫(xiě)字母下標(biāo)的相同數(shù)字表示。
[0038]參考圖1，描繪根據(jù)本發(fā)明教示的觸摸面板或屏幕系統(tǒng)的示意性框圖。通常用標(biāo)號(hào)100表示的觸摸面板或屏幕包括具有導(dǎo)電側(cè)及非導(dǎo)電側(cè)的襯底110、接近襯底110的非導(dǎo)電側(cè)的恒定阻抗蛇形帶狀線112、混合信號(hào)集成電路裝置102、第一端接電阻器106及第二端接電阻器104。對(duì)于觸摸面板，恒定阻抗蛇形帶狀線112及襯底110可由雙面印刷電路板(PCB)制作，其中PCB的一側(cè)為連續(xù)銅箔(連接到節(jié)點(diǎn)108處的電源供應(yīng)共用端或接地)，且另一側(cè)為蝕刻為圖1所示的蛇形帶狀線112配置的銅箔。對(duì)于觸摸屏幕，透光絕緣材料具有上面具有蛇形傳輸線112(由透光材料或不會(huì)實(shí)質(zhì)阻擋光穿過(guò)其中的非常薄的導(dǎo)電材料制成)的前側(cè)，及覆蓋有透光且導(dǎo)電材料(例如，氧化銦錫(ITO))的后側(cè)。液晶顯示器(IXD)、發(fā)光二極管(LED)顯示器、等離子體顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器等可放置在上述觸摸屏幕后面，用于顯示圖形及其它視覺(jué)指示，例如按鈕、滑動(dòng)開(kāi)關(guān)、計(jì)量表、標(biāo)度
舟坐
[0039]觸摸面板或屏幕的襯底的前側(cè)上的蛇形帶狀線112及后側(cè)上的導(dǎo)電層形成恒定阻抗帶狀線型傳輸線，所述傳輸線在以其特性阻抗端接時(shí)，無(wú)信號(hào)反射(例如，電壓駐波比(VSWR)1:1)，且在未端接時(shí)具有振幅大體上等于所產(chǎn)生的脈沖的正信號(hào)反射。第一端接電阻器106及第二端接電阻器104具有大體上等于蛇形帶狀線112的特性阻抗的電阻。然而，當(dāng)沿著蛇形帶狀線112的任意處存在阻抗失配時(shí)，所反射的(負(fù)信號(hào))脈沖將返回到首次施加所產(chǎn)生的(信號(hào))脈沖的端。
[0040]面板操作區(qū)域114可劃分為多個(gè)觸摸區(qū)域，例如代表兩個(gè)此些觸摸區(qū)域的觸摸區(qū)域116及118。當(dāng)例如手指等物體(未圖示)放置為緊鄰觸摸區(qū)域時(shí)，帶狀線112的位于受影響觸摸區(qū)域中的部分將改變阻抗?，F(xiàn)在存在導(dǎo)致返回到所產(chǎn)生的脈沖的源的反射脈沖的阻抗“凸塊”。通過(guò)(基于源處脈沖開(kāi)始的時(shí)間)了解反射脈沖回到脈沖源的時(shí)間，可確定蛇形帶狀線112的從脈沖信號(hào)源到正被觸摸的面板操作區(qū)域114的長(zhǎng)度(距離)。
[0041]參考圖2，描繪展示根據(jù)本發(fā)明教示的如圖1所示的觸摸面板或屏幕系統(tǒng)的脈沖波形的電壓振幅對(duì)時(shí)間的示意性曲線圖?；旌闲盘?hào)集成電路裝置102在節(jié)點(diǎn)122(圖1)處產(chǎn)生具有大約Vdd的振幅及至少為蛇 形帶狀線112的傳播時(shí)間兩倍的脈沖持續(xù)時(shí)間的脈沖。由于電阻器106具有與蛇形帶狀 線112的特性阻抗大體上相同的電阻，所以節(jié)點(diǎn)120處的脈沖將在時(shí)間150處升到Vdd/2。對(duì)面板操作區(qū)域114的觸摸所導(dǎo)致的返回脈沖具有負(fù)振幅且在時(shí)間152處出現(xiàn)。從蛇形帶狀線112的開(kāi)放(未端接)端(例如，在圖1中，節(jié)點(diǎn)124及126皆處于高阻抗下)返回的所產(chǎn)生脈沖將在時(shí)間154處具有正振幅(例如，大約Vdd/2)，并將加到原始產(chǎn)生的脈沖振幅(VDD/2)，在時(shí)間154處導(dǎo)致更大正振幅，例如大約VDD。通過(guò)在時(shí)間150及152處檢測(cè)節(jié)點(diǎn)120的電壓振幅改變，可確定被觸摸區(qū)域。注意，(當(dāng)蛇形帶狀線112的遠(yuǎn)端開(kāi)放時(shí))，在時(shí)間150處，節(jié)點(diǎn)120處的正電壓脈沖轉(zhuǎn)為大約Vdd/2的振幅；在時(shí)間152處，負(fù)返回脈沖致使節(jié)點(diǎn)120處的電壓具有小于Vdd/2的振幅，且在時(shí)間154處，正返回脈沖致使節(jié)點(diǎn)120處的電壓具有大約Vdd的振幅。確定觸摸面板或屏幕上的觸摸區(qū)域不一定需要在時(shí)間154處確定電壓振幅。時(shí)間154處的電壓振幅確定可用于確定蛇形帶狀線112的總長(zhǎng)度，及/或何時(shí)結(jié)束TDR脈沖持續(xù)時(shí)間，例如何時(shí)施加到未知長(zhǎng)度的蛇形帶狀線112。當(dāng)蛇形帶狀線112的遠(yuǎn)端以其特性阻抗端接時(shí)，在時(shí)間154處將不存在任何正反射脈沖。
[0042]參考圖3，描繪根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)例實(shí)施例的如圖1所示的觸摸面板或屏幕的觸摸區(qū)域的示意圖。觸摸區(qū)域(例如，觸摸區(qū)域116及118)布置為X-Y矩陣。為實(shí)例說(shuō)明的目的，針對(duì)各行(Y軸)及各列(X軸)展示二進(jìn)制數(shù)。觸摸區(qū)域116具有Y = 0101及X =00101的位置，且觸摸區(qū)域118具有Y = 1000及X = 01001的位置。這些觸摸區(qū)域116及118兩者對(duì)應(yīng)于蛇形帶狀線112上的不同特定傳播時(shí)間。如下文更全面描述，本發(fā)明的特征是當(dāng)負(fù)脈沖歸因于觸摸面板或屏幕的相關(guān)觸摸區(qū)域上的觸摸而發(fā)生時(shí)準(zhǔn)確且精確地測(cè)量特定傳播時(shí)間。
[0043]參考圖4，描繪根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)例實(shí)施例的如圖1所示的觸摸面板或屏幕系統(tǒng)的混合信號(hào)集成電路裝置的示意性框圖?；旌闲盘?hào)集成電路裝置102可包括取樣時(shí)間增量計(jì)數(shù)器402、充電時(shí)間測(cè)量單元(CTMU)404、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)406、電壓比較器408、高速取樣與保持器410、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 418及具有存儲(chǔ)器的數(shù)字處理器420。
[0044]可通過(guò)參考圖6更好地理解CTMU404的功能，其中描繪正從恒定電流源充電的電容器的時(shí)間電壓曲線圖。根據(jù)等式(I)，當(dāng)通過(guò)恒定電流源604為電容器618充電時(shí)，跨電容器618的電壓V隨時(shí)間而線性增大:
[0045]I = C*dV/Dt 等式(I)
[0046]其中C為電容器618的電容值；1為來(lái)自恒定電流源604的電流，且V為時(shí)間T處電容器618上的電壓。當(dāng)電流1、時(shí)間T及電壓V中的任何兩個(gè)值已知時(shí)，可從兩個(gè)已知值計(jì)算其它未知值。舉例來(lái)說(shuō)，如果電容器618的電容及來(lái)自恒定電流源604的充電電流已知，那么可使用上述等式(I)確定電壓V1下的時(shí)間T1及電壓V2下的時(shí)間T2。
[0047]當(dāng)節(jié)點(diǎn)122處的邏輯電平從邏輯低(“O”)轉(zhuǎn)為邏輯高(“I”)時(shí)，取樣時(shí)間增量計(jì)數(shù)器402將增加(1)，且CTMU404(精確時(shí)間測(cè)量模塊)將啟用以通過(guò)用恒定電流源604(所述恒定電流源604導(dǎo)致電容器618上與相應(yīng)多個(gè)逝去時(shí)間成比例的線性增大的電壓電荷值)為已知值電容器618充電而開(kāi)始精確定時(shí)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)122回到邏輯低(“O”)時(shí)，CTMU404復(fù)位回到零電壓電荷。這些逝去時(shí)間中的每一者代表脈沖沿著蛇形帶狀線112在源節(jié)點(diǎn)120與被觸摸區(qū)域之間來(lái)回相應(yīng)距離將花費(fèi)的時(shí)間。這些逝去時(shí)間可用于基于穿過(guò)蛇形帶狀線112的長(zhǎng)度的傳播延遲時(shí)間確定觸摸面板或屏幕110被觸摸的區(qū)域位置。然而，查找表可構(gòu)造(經(jīng)校準(zhǔn)并與區(qū)域位置相關(guān)聯(lián))并保存在數(shù)字處理器420的存儲(chǔ)器中，所述查找表使各不同電壓電荷值與觸摸面板或屏幕110上的相應(yīng)區(qū)域位置相關(guān)聯(lián)。數(shù)字處理器420可用于產(chǎn)生具有高邏輯電平及低邏輯電平的多個(gè)脈沖到節(jié)點(diǎn)122。數(shù)字處理器420可為舉例來(lái)說(shuō)但不限于微控制器、微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、可編程邏輯陣列(PLA)、專用集成電路(ASIC)等。數(shù)字處理器420的存儲(chǔ)器可為易失性存儲(chǔ)器及/或非易失性存儲(chǔ)器。
[0048]CTMU更全面地描述于可從www.microchip, com獲得的微芯片申請(qǐng)單AN1250及AN1375及由詹姆斯.E.巴特林(James E.Bartling)共同擁有的標(biāo)題為“測(cè)量長(zhǎng)時(shí)間周期(Measuring a long time period) ”的第US7, 460，441B2號(hào)美國(guó)專利及標(biāo)題為“實(shí)時(shí)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(Current-time digital-to-analog converter) ”的第 US7, 764, 213B2 號(hào)美國(guó)專利中；其中為了所有目的，所有申請(qǐng)案全部特此以引用的方式并入本文中。
[0049]DAC406提供模擬電壓參考值到電壓比較器408的負(fù)輸入且CTMU404的電容器618上的電壓電荷耦合到電壓比較器408的正輸入。來(lái)自取樣時(shí)間增量計(jì)數(shù)器402的計(jì)數(shù)值輸出耦合到DAC406的數(shù)字輸入，且DAC406在其輸出處提供來(lái)自于其的相應(yīng)模擬電壓。當(dāng)來(lái)自CTMU404的定時(shí)電壓電荷等于或大于來(lái)自DAC406的電壓時(shí)，電壓比較器408的輸出將轉(zhuǎn)為邏輯高(“I”)，且施加到取樣與保持器410的輸入428。取樣與保持器的輸入428經(jīng)正沿觸發(fā)(丨)。輸入428處的正沿觸發(fā)(丨)將導(dǎo)致取樣與保持器410在取樣脈沖的正沿出現(xiàn)時(shí)(在其取樣輸入426處)對(duì)節(jié)點(diǎn)120處的電壓進(jìn)行取樣。
[0050]取樣與保持器410在取樣電容器(未圖示)中保持節(jié)點(diǎn)120的電壓樣本，使得ADC418可讀取并將其轉(zhuǎn)換為其數(shù)字表示。當(dāng)在處理器420的輸入434處斷言邏輯高(“I”)時(shí)，可初始化數(shù)字處理器420以執(zhí)行讀取ADC418的數(shù)字輸出432處的電壓樣本的數(shù)字表示的中斷例程。數(shù)字處理器420還可以數(shù)字電路設(shè)計(jì)中且受益于本發(fā)明的技術(shù)人員所知的任何其它方式讀取來(lái)自ADC418的輸出。
[0051]節(jié)點(diǎn)122處的脈沖由處理器420重復(fù)產(chǎn)生。每當(dāng)節(jié)點(diǎn)122處的脈沖開(kāi)始，例如正沿觸發(fā)時(shí)，CTMU404定時(shí)電路復(fù)位(定時(shí)電容器復(fù)位到零伏)，且取樣時(shí)間增量計(jì)數(shù)器402計(jì)數(shù)值增加一個(gè)計(jì)數(shù)。從取樣時(shí)間增量計(jì)數(shù)器402提供的不同計(jì)數(shù)值的數(shù)量由基于DAC406、取樣與保持器410及ADC418的分辨率的所要及/或可行分辨率確定。定時(shí)電容器618及恒定電流充電源604為模擬電路，且因此具有實(shí)質(zhì)無(wú)限分辨率，但溫度、電壓改變及組件老化確實(shí)限制絕對(duì)分辨率可重復(fù)性。此模擬分量“漂移”可以許多方式補(bǔ)償，例如當(dāng)必要或需要時(shí)，可重新校準(zhǔn)觸摸系統(tǒng)。
[0052]可能存在會(huì)返回多個(gè)負(fù)脈沖的多個(gè)被觸摸區(qū)域，但僅關(guān)注對(duì)應(yīng)于取樣時(shí)間增量計(jì)數(shù)器402中的現(xiàn)有計(jì)數(shù)值的觸摸。脈沖重復(fù)速率比任何觸摸移動(dòng)或改變快得多，因此當(dāng)取樣時(shí)間增量計(jì)數(shù)器402中的計(jì)數(shù)值從I增加到N時(shí)，將在多個(gè)脈沖期間容易地辨識(shí)多個(gè)觸摸及/或觸摸移動(dòng)(例如，做示意動(dòng)作)。取樣時(shí)間增量計(jì)數(shù)器402的一個(gè)或一個(gè)以上計(jì)數(shù)值可與觸摸面板或屏幕100的各區(qū)域位置相關(guān)聯(lián)，例如，表示觸摸面板或屏幕100的各區(qū)域位置。允許來(lái)自比較器408的輸出的每個(gè)正沿(當(dāng)輸出從邏輯低轉(zhuǎn)為邏輯高時(shí))僅取一個(gè)電壓電荷(定時(shí))樣本，例如取一個(gè)電壓樣本“快拍”給予ADC418及數(shù)字處理器420足夠的時(shí)間來(lái)分別進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換及觸摸位置確定。
[0053]如果在一脈沖時(shí)間期間在節(jié)點(diǎn)120處檢測(cè)到負(fù)返回脈沖，那么圖4所示的電路將在所述脈沖時(shí)間內(nèi)僅取一個(gè)電壓樣本，然而，可通過(guò)在每次時(shí)間匹配時(shí)每個(gè)脈沖時(shí)間取一個(gè)樣本，但僅在節(jié)點(diǎn)120處的電壓樣本指示返回負(fù)脈沖已在所述取樣時(shí)間返回到此時(shí)，存儲(chǔ)取樣時(shí)間電壓(觸摸位置的區(qū)域)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電路模塊及復(fù)雜性的進(jìn)一步減小。
[0054]現(xiàn)在參考圖5，描繪根據(jù)本發(fā)明另一特定實(shí)例實(shí)施例的如圖1所示的觸摸面板或屏幕系統(tǒng)的混合信號(hào)集成電路裝置的示意性框圖。混合信號(hào)集成電路裝置102a可包括取樣時(shí)間增量計(jì)數(shù)器402、充電時(shí)間測(cè)量單元(CTMU)404、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)406、電壓比較器408、高速取樣與保持器410、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 418、多路復(fù)用器519及520以及具有存儲(chǔ)器的數(shù)字處理器420。取樣與保持器410可與多路復(fù)用器519組合或組合為多路復(fù)用器519，且還可為ADC418的一體式部分。
[0055]當(dāng)來(lái)自CTMU404的電壓電荷值與來(lái)自DAC406的參考電壓(取樣時(shí)間)匹配時(shí)，圖5所示的TDR電路的操作取節(jié)點(diǎn)120處的電壓樣本。節(jié)點(diǎn)120的電壓樣本由ADC418轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示。由于在脈沖關(guān)閉時(shí)間周期期間存在足夠時(shí)間，所以電壓樣本可以低功率速度轉(zhuǎn)換及評(píng)估。數(shù)字處理器420隨后可通過(guò)(舉例來(lái)說(shuō)但不限于)首先評(píng)估節(jié)點(diǎn)120的電壓樣本來(lái)評(píng)估數(shù)字表示，且如果此樣本小于VDD/2，那么將所取樣的充電電壓值(代表負(fù)脈沖的行進(jìn)時(shí)間)轉(zhuǎn)換為被觸摸位置，并將被觸摸位置存儲(chǔ)在數(shù)字處理器420的存儲(chǔ)器中供進(jìn)一步使用。
[0056]多路復(fù)用器519選擇節(jié)點(diǎn)120或122來(lái)監(jiān)視相應(yīng)節(jié)點(diǎn)120或122處的返回脈沖。數(shù)字處理器420還通過(guò)開(kāi)關(guān)多路復(fù)用器520來(lái)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)122或節(jié)點(diǎn)126。多路復(fù)用器519及520由數(shù)字處理器420控制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)122時(shí)，節(jié)點(diǎn)126保持在邏輯低(“O”)，且當(dāng)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)126時(shí)，節(jié)點(diǎn)122保持在邏輯低(“O”)。因此，蛇形帶狀線112總是保持以其特性阻抗端接，使得觸摸面板或屏幕110的被觸摸位置區(qū)域?qū)H形成返回(反射)脈沖。
[0057]通過(guò)存儲(chǔ)多個(gè)被觸摸位置，觸摸位置的圖案將變明顯。此外，通過(guò)對(duì)被觸摸位置進(jìn)行超取樣及存儲(chǔ)，樣本的抽選、平均化及/或平滑化將產(chǎn)生較準(zhǔn)確且精確的被觸摸位置?？蛇M(jìn)一步使用數(shù)字信號(hào)處理(舉例來(lái)說(shuō)例如但不限于維特比(Viterbi)處理)來(lái)改進(jìn)噪聲條件下的準(zhǔn)確度。
[0058]參考圖7，描繪根據(jù)本發(fā)明教示的與圖4、5及8所示的正從混合信號(hào)集成電路裝置的恒定電流源充電的電容器的源脈沖及返回脈沖相關(guān)的源脈沖、返回脈沖、取樣脈沖及充電電壓的時(shí)間-電壓曲線圖。電壓波形750圖形表示節(jié)點(diǎn)120處的電壓振幅，其展示各種負(fù)返回脈沖；電壓波形752圖形表示定時(shí)電容器618上的時(shí)間線性增大電壓電荷；電壓波形754圖形表示節(jié)點(diǎn)122處的源脈沖電壓，且電壓波形756圖形表示多個(gè)取樣脈沖的取樣脈沖沿，其指示在節(jié)點(diǎn)122處產(chǎn)生的多個(gè)脈沖內(nèi)取得的不同時(shí)隙。為說(shuō)明的目的，展示非鄰接的這些波形的段。(相對(duì)于節(jié)點(diǎn)122處的每一相應(yīng)2T源脈沖的開(kāi)始)在時(shí)間ta、tb及t。處指示負(fù)返回脈沖。這些負(fù)返回脈沖中的每一者表示觸摸面板或屏幕110的不同位置區(qū)域處的觸摸。如所指示，當(dāng)定時(shí)電容器618上的電壓電荷值分別處于Vca、Vcb及Vc。時(shí)，取節(jié)點(diǎn)120處的電壓的各樣本。當(dāng)已在相應(yīng)時(shí)間ta、tb及t。處檢測(cè)到負(fù)返回脈沖中的每一者時(shí)，數(shù)字處理器420分別使用這些電壓電荷值Vca、Vcb及Vc。來(lái)確定觸摸面板或屏幕110的曾被觸摸的位置區(qū)域。
[0059]參考圖8，描繪根據(jù)本發(fā)明又一特定實(shí)例實(shí)施例的如圖1所示的觸摸面板或屏幕系統(tǒng)的混合信號(hào)集成電路裝置的示意性框圖。圖8所示的TDR電路的操作類似于圖5的電路，除了取樣時(shí)間增量計(jì)數(shù)器402已被免除，且數(shù)字處理器420將數(shù)字輸入值直接提供給DAC406。由于數(shù)字處理器420將源脈沖提供給節(jié)點(diǎn)122，所以其還可增加內(nèi)部計(jì)數(shù)器以界定在什么充電電壓(時(shí)間)下，將在節(jié)點(diǎn)120處進(jìn)行取樣?；蛘?，數(shù)字處理器420可產(chǎn)生非循序(非鄰接)數(shù)字輸入值到DAC406。這在關(guān)注的位置區(qū)域可在觸摸面板或屏幕上界定且/或可結(jié)合過(guò)取樣、取樣平均化、DSP估計(jì)算法(例如維特比)等使用時(shí)有用。此外，通過(guò)將時(shí)間取樣獲取限制在所關(guān)注的那些位置區(qū)域，可進(jìn)一步節(jié)省電力。數(shù)字輸入值的更新并非時(shí)間關(guān)鍵的，因?yàn)榇烁峦ǔ?huì)在節(jié)點(diǎn)122處于邏輯零時(shí)(在所取樣的充電電壓值轉(zhuǎn)換為位置區(qū)域期間)進(jìn)行。
[0060]表示指定的取樣時(shí)間的電壓電荷值樣本及節(jié)點(diǎn)120的電壓樣本兩者由ADC418轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示。由于在脈沖關(guān)閉時(shí)間周期(節(jié)點(diǎn)122處于邏輯低(“O”))期間存在足夠時(shí)間，所以這兩個(gè)電壓樣本可以低功率速度依序轉(zhuǎn)換及評(píng)估。數(shù)字處理器420隨后可通過(guò)(舉例來(lái)說(shuō)但不限于)首先評(píng)估節(jié)點(diǎn)120的電壓樣本來(lái)評(píng)估所述兩個(gè)數(shù)字表示，且如果此樣本小于VDD/2，那么將所取樣的充電電壓值(代表負(fù)脈沖的行進(jìn)時(shí)間)轉(zhuǎn)換為被觸摸位置，并將被觸摸位置存儲(chǔ)在數(shù)字處理器420的存儲(chǔ)器中供進(jìn)一步使用。
[0061 ] 預(yù)期且在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可交替地將脈沖施加到節(jié)點(diǎn)122，且隨后將后續(xù)脈沖施加到節(jié)點(diǎn)126。因此，交替(往復(fù)式)脈沖可有效改進(jìn)觸摸分辨率。隨后,來(lái)自交替脈沖源位置(節(jié)點(diǎn)122及126)中的每一者的觸摸負(fù)返回脈沖可平均化，以更確切地確定正被觸摸的區(qū)域。多個(gè)樣本還可平均化以細(xì)化觸摸位置的確定。因此，多個(gè)及/或交替(往復(fù)式)脈沖可有效改進(jìn)觸摸位置分辨率。
[0062]為實(shí)現(xiàn)上述交替(往復(fù)式)脈沖，多路復(fù)用器519選擇節(jié)點(diǎn)120或122以監(jiān)視相應(yīng)節(jié)點(diǎn)120或122處的返回脈沖。數(shù)字處理器420還通過(guò)開(kāi)關(guān)多路復(fù)用器520驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)122或節(jié)點(diǎn)126。多路復(fù)用器519及520由數(shù)字處理器420控制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)122時(shí)，節(jié)點(diǎn)126保持在邏輯低(“O”)，且當(dāng)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)126時(shí)，節(jié)點(diǎn)122保持在邏輯低(“O”)。因此，蛇形帶狀線112總是保持以其特性阻抗端接，使得僅返回(反射)脈沖由觸摸面板或屏幕110的被觸摸位置區(qū)域形成。
[0063]參考圖9，描繪根據(jù)本發(fā)明另一特定實(shí)例實(shí)施例的能夠交錯(cuò)來(lái)自觸摸面板或屏幕系統(tǒng)的傳輸線的各端的TDR取樣的混合信號(hào)集成電路裝置的示意性框圖?；旌闲盘?hào)集成電路裝置102c包括與圖8所示的裝置102b大體上相同的元件，且另外，如上文所述用于對(duì)各節(jié)點(diǎn)122及126交替進(jìn)行驅(qū)動(dòng)及取樣的元件提供在圖9所示的電路中。CTMU404的一部分包括恒定電流源604、定時(shí)充電電容器618及電流導(dǎo)弓丨開(kāi)關(guān)972。OR門984具有耦合到節(jié)點(diǎn)122的第一輸入及耦合到節(jié)點(diǎn)126的第二輸入。當(dāng)在節(jié)點(diǎn)122或126上存在邏輯高(“I”)時(shí)，OR門984的輸出將轉(zhuǎn)為邏輯高(“I”)，藉此，開(kāi)關(guān)972a閉合且開(kāi)關(guān)972b及972c斷開(kāi)。
[0064]當(dāng)開(kāi)關(guān)972b及972c閉合且開(kāi)關(guān)972a斷開(kāi)時(shí)，電容器618上的電壓電荷為零伏。當(dāng)開(kāi)關(guān)972a閉合且開(kāi)關(guān)972b及972c斷開(kāi)時(shí)，恒定電流源604開(kāi)始對(duì)定時(shí)電容器618充電。多路復(fù)用器519選擇節(jié)點(diǎn)120或122以監(jiān)視相應(yīng)自節(jié)點(diǎn)120或122處的返回脈沖。多路復(fù)用器519由數(shù)字處理器420控制。數(shù)字處理器420還分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)器936或954驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)122或節(jié)點(diǎn)126。當(dāng)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)122時(shí)，節(jié)點(diǎn)126保持在邏輯低(“O”)，且當(dāng)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)126時(shí)，節(jié)點(diǎn)122保持在邏輯低(“O”)。因此，蛇形帶狀線112總是保持以其特性阻抗端接，使得返回(反射)脈沖將僅由觸摸面板或屏幕110的被觸摸位置區(qū)域形成。
[0065]預(yù)期且在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可在節(jié)點(diǎn)122及126處的源脈沖的斷言之間引入停滯時(shí)間，以允許足夠的內(nèi)務(wù)操作時(shí)間用于來(lái)自節(jié)點(diǎn)120及124的所取樣充電電壓值及電壓樣本的模/數(shù)字轉(zhuǎn)換。額外樣本與保持器可用于對(duì)來(lái)自節(jié)點(diǎn)120及124的電壓值進(jìn)行取樣及保持。當(dāng)源脈沖在節(jié)點(diǎn)122與126之間交替時(shí)，取決于ADC418及數(shù)字處理器420的等待時(shí)間、轉(zhuǎn)換及計(jì)算時(shí)間，用于節(jié)點(diǎn)120及124處的電壓值的單個(gè)共享取樣與保持器410可能不夠。
[0066]參考圖10，描繪根據(jù)本發(fā)明教示的與圖9所示的正從混合信號(hào)集成電路裝置的恒定電流源充電的電容器的源脈沖及返回脈沖相關(guān)的交替源脈沖、返回脈沖及充電電壓的時(shí)間-電壓曲線圖。電壓波形1050、1054、1051及1055分別圖形表示節(jié)點(diǎn)120、122、124及126處的電壓振幅。電壓波形1052圖形表不定時(shí)電容器618上的時(shí)間線性增大電壓電荷。節(jié)點(diǎn)122與126之間的交替源脈沖驅(qū)動(dòng)允許在蛇形帶狀線112的相對(duì)端處取得兩倍的電壓樣本。本技術(shù)可用于通過(guò)將來(lái)自蛇形帶狀線112的兩個(gè)端的觸摸電壓電荷值平均化而增大電壓取樣速率及改進(jìn)觸摸位置區(qū)域的分辨率。源脈沖時(shí)間優(yōu)選為蛇形帶狀線112的傳播時(shí)間(2T)的至少兩倍。
[0067]本文所述的TDR被觸摸區(qū)域位置技術(shù)的脈沖重復(fù)速率比觸摸觸摸面板或屏幕的物體(手指)的接觸及/或移動(dòng)快得多。因此，許多所檢測(cè)的實(shí)質(zhì)相同觸摸事件的觸摸區(qū)域位置可保存在數(shù)字處理器420的存儲(chǔ)器中，并用于進(jìn)一步細(xì)化被觸摸位置區(qū)域的確定。此外，位置區(qū)域分辨率可比觸摸物體(肥手指)的面積精細(xì)，因此將針對(duì)所述觸摸事件檢測(cè)一個(gè)以上被觸摸位置區(qū)域?？墒褂媒y(tǒng)計(jì)分析來(lái)細(xì)化觸摸位置區(qū)域的檢測(cè)以及觸摸運(yùn)動(dòng)(例如，做示意動(dòng)作)的方向及速度。可使用高斯概率分析及/或其它統(tǒng)計(jì)分析方法，以及過(guò)取樣及抽選技術(shù)來(lái)細(xì)化及更好地界定被觸摸位置區(qū)域、其運(yùn)動(dòng)、方向及模式。
[0068]如本文(例如圖4、5、8圖9)所揭示結(jié)合取樣與保持電路利用具有CTMU的TDR的優(yōu)點(diǎn)是大大減小功率消耗、成本、印刷電路板空間及所需模塊或裝置的數(shù)量。在此之前，實(shí)現(xiàn)精細(xì)定時(shí)分辨率需要消耗大量電力并產(chǎn)生大量熱的超高頻頻率時(shí)鐘及非常高速計(jì)數(shù)器、數(shù)字比較器等。本發(fā)明與此不同，因?yàn)獒槍?duì)用被適當(dāng)調(diào)適來(lái)用于電池供電電子裝置(例如，個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、平板個(gè)人計(jì)算機(jī)的觸摸屏幕、觸摸屏幕等離子體、發(fā)光二極管(LED)及液晶顯示器(LCD)面板；設(shè)備及器具觸摸面板等)的簡(jiǎn)單、低功率混合信號(hào)(模擬及數(shù)字)電路進(jìn)行確切TDR觸摸定位實(shí)現(xiàn)超精細(xì)時(shí)間分辨率粒度。
[0069]參考圖11，描繪根據(jù)本發(fā)明另一特定實(shí)例實(shí)施例的用于檢測(cè)及確定多個(gè)觸摸的位置的圖1所示的觸摸面板系統(tǒng)或觸摸屏幕的操作的示意進(jìn)程流程圖。在步驟1102中，將取樣時(shí)間參考設(shè)為零值。在步驟1104中，增加取樣時(shí)間參考值。在步驟1106中，將定時(shí)電容器上的任何電壓電荷放電到零(O)伏。在步驟1108中，將具有周期2T的脈沖施加到觸摸面板傳輸線的第一端。在步驟1110中，恒定電流源開(kāi)始給定時(shí)電容器充電。在步驟1112中，將取樣時(shí)間參考值轉(zhuǎn)換為取樣時(shí)間參考電壓。
[0070]步驟1114確定定時(shí)電容器上的電壓電荷何時(shí)等于取樣時(shí)間參考電壓，且在相等時(shí)，在步驟1120中對(duì)觸摸面板傳輸線的第一端上的電壓進(jìn)行取樣及存儲(chǔ)。步驟1116確定具有周期2T的脈沖何時(shí)結(jié)束，且當(dāng)脈沖已結(jié)束時(shí)，步驟1104隨后增加當(dāng)前取樣時(shí)間參考值，且隨后后續(xù)步驟繼續(xù)。步驟1122確定觸摸面板傳輸線的第一端上所取樣的電壓是否小于脈沖電壓振幅，且如果小于，那么將取樣時(shí)間參考轉(zhuǎn)換為被觸摸位置區(qū)域。如果不是這樣，那么增加當(dāng)前取樣時(shí)間參考值，且隨后后續(xù)步驟繼續(xù)。被觸摸位置區(qū)域可保存在存儲(chǔ)器中、顯示及/或傳達(dá)給另一裝置(未圖示)。
[0071]參考圖12，描繪根據(jù)本發(fā)明又一特定實(shí)例實(shí)施例的用于檢測(cè)及確定多個(gè)觸摸的位置的圖1所示的觸摸面板系統(tǒng)或觸摸屏幕的操作的示意性進(jìn)程流程圖。圖12以與圖11所示的流程圖大體上相同的方式運(yùn)作，除了取樣時(shí)間參考值可設(shè)定為任何值及任何順序。這允許較窄范圍地搜尋觸摸面板或屏幕的特定區(qū)域，用于較快速地獲取快速移動(dòng)的觸摸等。還預(yù)期且在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可將重復(fù)脈沖交替施加到觸摸面板傳輸線的任一端(即第一端或第二端)，且基于取樣時(shí)間參考值取得其相應(yīng)電壓樣本。
[0072]雖然已通過(guò)參考本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施例而描繪、描述并界定了本發(fā)明的實(shí)施例，但此些參考不暗指對(duì)本發(fā)明的限制且不應(yīng)推斷有此限制。如在相關(guān)領(lǐng)域中且受益于本發(fā)明的一般技術(shù)人員將想到，所揭示的標(biāo)的物的形式及功能可存在相當(dāng)大的修改、變更及等效物。本發(fā)明的所描繪及描述的實(shí)施例僅為實(shí)例，而非本發(fā)明的范圍的詳盡闡述。
【權(quán)利要求】
1.一種用于感測(cè)對(duì)襯底的觸摸并確定其位置區(qū)域的方法，所述方法包括下列步驟: a)提供取樣時(shí)間參考值； b)將定時(shí)電容器上的任何電壓電荷放電到大體零伏； c)將具有電壓振幅的脈沖發(fā)送到制造在包括多個(gè)觸摸位置區(qū)域的襯底上的蛇形傳輸線的第一端； d)用恒定電流源給所述定時(shí)電容器充電； e)將所述取樣時(shí)間參考值轉(zhuǎn)換為取樣時(shí)間參考電壓； f)將所述取樣時(shí)間參考電壓與所述定時(shí)電容器上的電壓電荷進(jìn)行比較，其中 如果所述取樣時(shí)間參考電壓與所述定時(shí)電容器上的所述電壓電荷大體上相等，那么存儲(chǔ)所述取樣時(shí)間參考值及所述蛇形傳輸線的所述第一端處的電壓的樣本，隨后轉(zhuǎn)到步驟h),及 如果所述取樣時(shí)間參考電壓與所述定時(shí)電容器上的所述電壓電荷不大體上相等，那么轉(zhuǎn)到步驟g) g)確定所述脈沖是否已結(jié)束，其中 如果所述脈沖已結(jié)束，那么返回到步驟a)，及 如果所述脈沖尚未結(jié)束，那么返回到步驟f); h)確定所述蛇形傳輸線的所 述第一端上的所述所取樣電壓是否小于所述脈沖的所述電壓振幅，其中 如果不小于所述脈沖的所述電壓振幅，那么返回到步驟a)，及 如果小于所述脈沖的所述電壓振幅，那么轉(zhuǎn)到步驟i) '及 i)將所述所存儲(chǔ)的取樣時(shí)間參考值轉(zhuǎn)換為所述襯底上的位置區(qū)域，隨后返回到步驟a)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述提供取樣時(shí)間參考值的步驟包括:在每次所述脈沖結(jié)束時(shí)增加所述取樣時(shí)間參考值的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述提供取樣時(shí)間參考值的步驟包括:在每次新脈沖開(kāi)始時(shí)增加所述取樣時(shí)間參考值的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括下列步驟: 于在所述蛇形傳輸線的所述第一端處斷言一個(gè)脈沖與隨后在所述蛇形傳輸線的所述第二端處斷言后續(xù)脈沖之間交替；及 當(dāng)在所述第一端處斷言所述脈沖時(shí)，存儲(chǔ)來(lái)自所述蛇形傳輸線的所述第一端的所述電壓樣本，及當(dāng)在所述第二端處斷言所述后續(xù)脈沖時(shí)，存儲(chǔ)來(lái)自所述蛇形傳輸線的所述第二端的后續(xù)電壓樣本。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述將所述取樣時(shí)間參考電壓與所述定時(shí)電容器上的所述電壓電荷進(jìn)行比較的步驟包括:使用電壓比較器的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定所述蛇形傳輸線的所述第一端處的所述所存儲(chǔ)的取樣電壓是否小于所述脈沖的所述電壓振幅的步驟包括下列步驟: 用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC將所述第一端處的所述電壓的所述所存儲(chǔ)樣本轉(zhuǎn)換為數(shù)字值；及 用數(shù)字比較器將所述數(shù)字值與數(shù)字參考值進(jìn)行比較。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述所存儲(chǔ)的取樣時(shí)間參考值轉(zhuǎn)換為所述襯底上已被觸摸的位置區(qū)域的步驟包括:用具有多個(gè)取樣時(shí)間參考值及其對(duì)應(yīng)位置區(qū)域的查找表檢索對(duì)應(yīng)于所述所存儲(chǔ)的取樣時(shí)間參考值的所述位置區(qū)域的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其進(jìn)一步包括將對(duì)應(yīng)于來(lái)自所述第一端的所述電壓樣本的位置區(qū)域與對(duì)應(yīng)于來(lái)自所述第二端的所述后續(xù)電壓樣本的位置區(qū)域平均化以改進(jìn)所述襯底上被觸摸的位置區(qū)域的分辨率的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括下列步驟: 將已被觸摸的多個(gè)位置區(qū)域存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；及 從所述存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的所述多個(gè)位置區(qū)域計(jì)算出鄰近位置區(qū)域的高斯概率分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括下列步驟: 將已被觸摸的多個(gè)位置區(qū)域存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；及 將來(lái)自所述存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的所述多個(gè)位置區(qū)域的大體上類似的位置區(qū)域平均化。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括下列步驟: 將已被觸摸的 多個(gè)位置區(qū)域存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；及 從所述存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的所述多個(gè)位置區(qū)域確定改變位置區(qū)域的方向及速度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底為包括印刷電路板的觸摸面板，所述印刷電路板在其前印刷電路側(cè)上具有所述蛇形傳輸線，且后印刷電路側(cè)覆蓋有電導(dǎo)體。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底為包括透光絕緣材料的觸摸屏幕，所述透光絕緣材料具有上面具有所述蛇形傳輸線的前側(cè)及覆蓋有透光電導(dǎo)體的后側(cè)。
14.一種用于感測(cè)對(duì)襯底的觸摸并確定其位置區(qū)域的設(shè)備，其包括: 充電時(shí)間測(cè)量單元CTMU，其包括定時(shí)電容器及恒定電流源； 取樣時(shí)間參考源，其提供取樣時(shí)間參考值； 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC，其將所述取樣時(shí)間參考值轉(zhuǎn)換為取樣時(shí)間參考電壓； 電壓比較器，其具有耦合到所述DAC的輸出的第一輸入及耦合到所述CTMU的所述定時(shí)電容器的第二輸入； 蛇形傳輸線，其制造在包括多個(gè)觸摸位置區(qū)域的襯底上，所述蛇形傳輸線具有第一端及第二端，及通過(guò)第一電阻器耦合到所述第一端的第一電壓感測(cè)節(jié)點(diǎn)； 脈沖產(chǎn)生器，其用于在所述蛇形傳輸線的所述第一端處產(chǎn)生脈沖，所述脈沖具有電壓振幅； 取樣與保持電路，其具有耦合到所述蛇形傳輸線的所述第一端的輸入及耦合到所述電壓比較器的輸出的取樣控制輸入； 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，其具有耦合到所述取樣與保持電路的輸出的輸入 '及 具有存儲(chǔ)器的數(shù)字處理器，所述數(shù)字處理器耦合到所述ADC的輸出； 其中當(dāng)來(lái)自所述脈沖產(chǎn)生器的脈沖在所述蛇形傳輸線的所述第一端上斷言時(shí)，所述恒定電流源耦合到所述定時(shí)電容器并開(kāi)始給所述定時(shí)電容器充電； 其中 當(dāng)所述定時(shí)電容器上的電壓電荷等于來(lái)自所述取樣時(shí)間參考電壓源的所述取樣時(shí)間參考電壓時(shí)， 所述電壓比較器致使所述取樣與保持電路對(duì)所述蛇形傳輸線的所述第一電壓感測(cè)節(jié)點(diǎn)上的電壓進(jìn)行取樣及保持；其中如果所述蛇形傳輸線的所述第一電壓感測(cè)節(jié)點(diǎn)上取得的所述電壓樣本小于參考電壓，那么所述數(shù)字處理器將所述取樣時(shí)間參考值轉(zhuǎn)換為所述襯底的位置區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述蛇形傳輸線的第二端端接有第二電阻器。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述蛇形傳輸線的第二端未端接。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括:多路復(fù)用器，其具有耦合到所述第一電壓感測(cè)節(jié)點(diǎn)的第一輸入、耦合到第二電壓感測(cè)節(jié)點(diǎn)的第二輸入及耦合到所述取樣與保持電路的所述輸入的輸出。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述數(shù)字處理器包括微控制器。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述襯底為包括印刷電路板的觸摸面板，所述印刷電路板在其前印刷電路側(cè)上具有所述蛇形傳輸線，且后印刷電路側(cè)覆蓋有電導(dǎo)體。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述襯底為包括透光絕緣材料的觸摸屏幕，所述透光絕緣材料具有上面具有所述蛇形傳輸線的前側(cè)及覆蓋有透光且導(dǎo)電材料的后側(cè)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述透光且導(dǎo)電材料為氧化銦錫ITO。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括圖形顯示器，所述觸摸屏幕位于所述圖形顯示器與視域之間。
【文檔編號(hào)】G06F3/041GK103477310SQ201280019268
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月21日
【發(fā)明者】詹姆斯·E·巴特林, 丹尼斯·P·萊曼 申請(qǐng)人:密克羅奇普技術(shù)公司