觸摸感測系統(tǒng)及其驅(qū)動方法
【專利摘要】觸摸感測系統(tǒng)及其驅(qū)動方法。該觸摸感測系統(tǒng)包括：筆，其包括嵌入在其中的諧振電路；XY電極，其包括X電極以及垂直于所述X電極的Y電極；天線，其包圍所述XY電極；以及第一觸摸驅(qū)動電路，其通過電耦合將諧振感應(yīng)信號發(fā)送至所述筆，并通過所述天線接收來自所述筆的諧振信號。
【專利說明】觸摸感測系統(tǒng)及其驅(qū)動方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開的實施方式涉及能夠感測筆和手指的觸摸感測系統(tǒng)及其驅(qū)動方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 用戶接口（UI)被配置為使得用戶能夠與各種電子裝置交流，因此可容易且舒適 地控制電子裝置。用戶接口的示例包括鍵區(qū)、鍵盤、鼠標(biāo)、屏幕顯示（OSD)以及具有紅外通 信功能或射頻（RF)通信功能的遙控器。用戶接口技術(shù)持續(xù)擴展以增加用戶的靈敏度和處 理便利性。近來已開發(fā)出包括觸摸UI、語音識別n、3Dn等的用戶接口。
[0003] 觸摸n已不可或缺地用在便攜式信息電器中，并且已擴展至家用電器的使用。觸 摸n感測對觸摸屏進行觸摸的手指或筆的位置并生成位置信息。
[0004] 觸摸屏分成感測導(dǎo)體（例如，手指）的觸摸屏和感測筆的觸摸屏。后一種筆觸摸 屏的示例公開于美國專利No. 7, 903, 085(2011年3月8日）中（以下稱作"現(xiàn)有技術(shù)的筆 觸摸感測裝置"）?，F(xiàn)有技術(shù)的筆觸摸感測裝置包括嵌入有諧振電路的特制筆、從該特制筆 接收諧振信號的環(huán)狀天線以及從環(huán)狀天線的信號提取特制筆的位置信息和筆壓力信息的 模擬信號處理單元。
[0005] 如圖1所示，在現(xiàn)有技術(shù)的筆觸摸感測裝置中，用于感生（induce)筆PEN的諧振 的方波信號通過天線ANT經(jīng)由電磁諧振路徑傳播，并被發(fā)送至筆PEN。從筆PEN的諧振電 路生成的諧振信號經(jīng)由電磁諧振路徑（即，電磁場）傳播，并被天線ANT接收。筆PEN的 諧振電路由于通過電磁場接收的方波信號而諧振，并在電磁場中將諧振信號發(fā)送給環(huán)狀天 線。因此，在現(xiàn)有技術(shù)的筆觸摸感測裝置中，筆PEN和天線ANT在電磁場中發(fā)送和接收諧振 信號。
[0006] 然而，現(xiàn)有技術(shù)的筆觸摸感測裝置具有以下缺點。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)的筆觸摸感測裝置需要多個環(huán)狀天線以及用于順序地驅(qū)動環(huán)狀天線的 開關(guān)電路，以在XY坐標(biāo)系中檢測筆的觸摸位置。環(huán)狀天線必須按照矩陣形式以交疊形狀實 現(xiàn)，以在XY坐標(biāo)系中識別觸摸點。另外，由于必須給顯示面板增加單獨的天線層以在顯示 面板中實現(xiàn)環(huán)狀天線，所以顯示面板的厚度增加。由于必須增加將多個環(huán)狀天線和模擬信 號處理電路連接到顯示面板的結(jié)構(gòu)，所以線纜連接設(shè)備變得較大且復(fù)雜。因此，當(dāng)顯示面板 中集成多個環(huán)狀天線時，難以提供纖薄且簡單的顯示裝置。
[0008]由于現(xiàn)有技術(shù)的筆觸摸感測裝置利用模擬比較器比較接收的筆的信號，所以僅可 識別筆是否存在，難以精確地表示筆的觸摸位置的坐標(biāo)。由于現(xiàn)有技術(shù)的筆觸摸感測裝置 中所使用的脈沖發(fā)生器限制了諧振信號的頻率，所以難以改變諧振頻率。由于現(xiàn)有技術(shù)的 筆觸摸感測裝置中所使用的模擬信號處理單元根據(jù)周圍環(huán)境（例如，溫度和濕度）而表現(xiàn) 不同的操作結(jié)果，所以其可靠性較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 在一個方面，一種觸摸感測系統(tǒng)包括：筆，其包括嵌入其中的諧振電路；XY電極， 其包括X電極以及垂直于所述X電極的Y電極；天線，其被配置為包圍所述XY電極；以及第 一觸摸驅(qū)動電路，其被配置為通過電耦合將諧振感應(yīng)信號發(fā)送至所述筆，并通過所述天線 接收來自所述筆的諧振信號。
[0010] 在另一方面，一種用于驅(qū)動觸摸感測系統(tǒng)的方法，該觸摸感測系統(tǒng)包括筆、XY電極 和天線，所述筆包括嵌入其中的諧振電路，所述XY電極包括X電極以及垂直于所述X電極 的Y電極，所述天線包圍所述XY電極，其中，所述方法包括以下步驟：生成所述筆的諧振感 應(yīng)信號；通過電耦合將所述筆的所述諧振感應(yīng)信號發(fā)送至所述筆；通過所述天線接收來自 所述筆的諧振信號；以及分析所述天線接收的信號以估計所述筆的位置和筆壓力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 附圖被包括以提供對本發(fā)明的進一步理解，并且被并入本申請并構(gòu)成本申請的一 部分，附圖示出了本發(fā)明的實施方式并與說明書一起用于說明本發(fā)明的原理。附圖中：
[0012] 圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的筆觸摸感測裝置中的諧振信號的發(fā)送和接收；
[0013] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的觸摸感測系統(tǒng)中的電場的發(fā)送和諧振 信號的接收；
[0014] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的觸摸感測系統(tǒng)的框圖；
[0015] 圖4至圖6示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的觸摸屏和顯示面板的各種組合； [0016]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的觸摸屏中的XY電極和天線的平面 圖；
[0017] 圖8示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的一幀周期；
[0018] 圖9是示出筆的觸摸感測操作的波形圖；
[0019] 圖10是示出手指的觸摸感測操作的波形圖；
[0020] 圖11是詳細示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的第一觸摸驅(qū)動電路的電路圖；
[0021] 圖12示出嵌入筆中的電感器，其中左部分的圖示出了不存在筆壓力時的情況，右 部分的圖示出了存在筆壓力時的情況；
[0022] 圖13是示出第一觸摸驅(qū)動電路的操作的波形圖；
[0023] 圖14示出第一觸摸驅(qū)動電路被集成到單片集成電路（IC)中的示例；
[0024] 圖15示出在發(fā)送和接收諧振信號的現(xiàn)有技術(shù)的方法中生成的筆尖的位置識別誤 差；
[0025] 圖16示出能夠防止筆尖的位置識別誤差的本發(fā)明的示例性實施方式的效果；
[0026] 圖17和圖18不出估計筆的觸摸輸入坐標(biāo)的原理；以及
[0027]圖19和圖20示出估計筆的筆壓力的原理，其中圖20中的上部分的圖示出了壓力 較小時Tx驅(qū)動軸處的反正切值的結(jié)果，圖20中的下部分的圖示出了壓力較大時Tx驅(qū)動軸 處的反正切值的結(jié)果。

【具體實施方式】
[0028] 現(xiàn)在將詳細參照本發(fā)明的實施方式，其示例示出于附圖中。只要可能，貫穿附圖將 使用相同的標(biāo)號來指代相同或相似的部件。將注意的是，如果確定已知技術(shù)會誤導(dǎo)本發(fā)明 的實施方式，則將省略對已知技術(shù)的詳細描述。
[0029] 如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的觸摸感測系統(tǒng)包括多個XY電極X/Y、 天線ANT和筆PEN。XY電極X/Y被分成X電極組和Y電極組。X電極組包括多個X電極。Y 電極組包括垂直于X電極的多個Y電極（二者間夾有電介質(zhì)）。XY電極X/Y基本上具有與 現(xiàn)有電容式觸摸屏中的電極相同的結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明的實施方式可將XY電極X/Y實現(xiàn)為 用于現(xiàn)有手指觸摸感測操作的觸摸屏的電極。
[0030]XY電極X/Y與顯示輸入圖像的顯示面板的像素陣列交疊。因此，XY電極X/Y可由 具有高透射率的材料（例如，銦錫氧化物（ITO))形成。XY電極X/Y通過電容Csx與筆PEN 電容耦合。電容Cx是XY電極X/Y與筆PEN之間形成的電容。在XY電極X/Y與筆PEN之間 通過電容Cx生成電耦合。XY電極X/Y通過電容Csx將電場的諧振感應(yīng)信號發(fā)送給筆PEN。
[0031] 筆PEN包括諧振電路。筆PEN的諧振電路響應(yīng)于通過寄生電容Csx接收的諧振感 應(yīng)信號而諧振，并生成諧振信號。來自筆PEN的諧振信號在電磁場中被發(fā)送給天線ANT。
[0032] 天線ANT接收來自筆PEN的諧振信號。天線ANT可被實現(xiàn)為包圍XY電極X/Y的 單個環(huán)狀天線。根據(jù)本發(fā)明的實施方式的觸摸感測系統(tǒng)通過XY電極X/Y基于電容Csx的 變化來感測手指的觸摸輸入，并且利用XY電極X/Y和天線ANT來感測筆PEN的觸摸輸入。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式的觸摸感測系統(tǒng)可與各種類型的顯示裝置耦合。例如，顯 示裝置可基于諸如液晶顯示器（LCD)、場發(fā)射顯示器（FED)、等離子體顯示面板（PDP)、有機 發(fā)光顯示器和電泳顯示器（EH))的平板顯示器來實現(xiàn)。在以下描述中，將使用液晶顯示器 作為平板顯示器的示例來描述本發(fā)明的實施方式。也可使用其它平板顯示器。
[0034] 如圖3至圖6所示，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的顯示裝置包括顯示面板DIS、顯示驅(qū) 動電路、觸摸屏TSP、觸摸屏驅(qū)動電路等。
[0035] 顯示面板DIS包括形成在上基板GLSl和下基板GLS2之間的液晶層。顯示面板DIS 的像素陣列包括形成在由數(shù)據(jù)線Dl至Dm和選通線（或掃描線）Gl至Gn(其中m和n是正 整數(shù)）限定的像素區(qū)域中的像素。各個像素包括形成在數(shù)據(jù)線Dl至Dm與選通線Gl至Gn 的交叉處的薄膜晶體管（TFT)、被充電為數(shù)據(jù)電壓的像素電極、連接到像素電極并保持液晶 單元的電壓的存儲電容器等。
[0036] 黑色基底、濾色器等形成在顯不面板DIS的上基板GLSl上。顯不面板DIS的下基 板GLS2可按照COT(濾色器在TFT上）結(jié)構(gòu)來配置。在這種情況下，黑色基底和濾色器可 形成在顯示面板DIS的下基板GLS2上。被供應(yīng)有公共電壓Vcom的公共電極可形成在顯示 面板DIS的上基板GLSl或下基板GLS2上。偏振板分別附接到顯示面板DIS的上基板GLSl 和下基板GLS2。用于設(shè)定液晶的預(yù)傾角的配向?qū)臃謩e形成在顯示面板DIS的上基板GLSl 和下基板GLS2中的接觸液晶的內(nèi)表面上。柱狀間隔物形成在顯不面板DIS的上基板GLSl 和下基板GLS2之間以保持液晶單元的單元間隙恒定。
[0037] 背光單元可被設(shè)置在顯示面板DIS的后表面上。例如，背光單元可被實現(xiàn)為邊光 型背光單元和直下型背光單元中的一個，并將光照射到顯示面板DIS上。顯示面板DIS可 按照包括扭曲向列（TN)模式、垂直配向（VA)模式、面內(nèi)切換（IPS)模式、邊緣場開關(guān)（FFS) 模式等的任何已知模式來實現(xiàn)。
[0038] 顯示驅(qū)動電路包括數(shù)據(jù)驅(qū)動電路12、掃描驅(qū)動電路14和定時控制器20。顯示驅(qū) 動電路將輸入圖像的視頻數(shù)據(jù)電壓施加到顯示面板DIS的像素。數(shù)據(jù)驅(qū)動電路12將從定 時控制器20接收的輸入圖像的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)RGB轉(zhuǎn)換為正負模擬伽馬補償電壓并輸出數(shù) 據(jù)電壓。然后，數(shù)據(jù)驅(qū)動電路12將數(shù)據(jù)電壓供應(yīng)給數(shù)據(jù)線Dl至Dm。掃描驅(qū)動電路14將與 數(shù)據(jù)電壓同步的選通脈沖（或掃描脈沖）順序地供應(yīng)給選通線Gl至Gn，并選擇顯示面板 DIS的施加有數(shù)據(jù)電壓的線。
[0039] 定時控制器20從主機系統(tǒng)40接收諸如垂直同步信號Vsync、水平同步信號 Hsync、數(shù)據(jù)使能信號DE和主時鐘MCLK的定時信號。定時控制器20產(chǎn)生數(shù)據(jù)定時控制信號 和掃描定時控制信號以利用定時信號分別控制數(shù)據(jù)驅(qū)動電路12和掃描驅(qū)動電路14的操作 定時。數(shù)據(jù)定時控制信號包括源采樣時鐘SSC、源輸出使能信號S0E、極性控制信號POL等。 掃描定時控制信號包括選通起始脈沖GSP、選通移位時鐘GSC、選通輸出使能信號GOE等。
[0040] 定時控制器20將輸入圖像的幀率（framerate)乘以"N"，以獲得（幀率XN)Hz 的頻率，其中N是等于或大于2的正整數(shù)。因此，定時控制器20可基于（幀率XN)Hz的頻 率控制顯示驅(qū)動電路和觸摸屏驅(qū)動電路中的每一個的操作頻率。輸入圖像的幀率在美國國 家電視標(biāo)準委員會（NTSC)方案中為60Hz(-幀周期=16. 67msec)，在相位交替行（PAL)方 案中為50Hz( -巾貞周期=20msec)。
[0041] 如圖2和圖7所示，觸摸屏TSP包括XY電極Xl至Xi和Yl至Yj以及天線ANT。 觸摸傳感器Cts形成在XY電極Xl至Xi和Yl至Yj的交叉處，觸摸傳感器Cts的電荷量根 據(jù)是否存在導(dǎo)體（例如，手指）而變化。XY電極Xl至Xi和Yl至Yj可被實現(xiàn)為感測手指 的觸摸輸入的現(xiàn)有電容式觸摸屏中使用的電極。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的觸摸屏TSP 可簡單地通過在現(xiàn)有電容式觸摸屏的邊緣另外安裝天線ANT來實現(xiàn)。
[0042] 如圖4所示，觸摸屏TSP的XY電極Xl至Xi和Yl至Yj以及天線ANT可附接在顯 示面板DIS的上偏振板POLl上。另選地，如圖5所示，觸摸屏TSP的XY電極Xl至Xi和Yl 至Yj以及天線ANT可形成在顯示面板DIS的上偏振板POLl和上基板GLSl之間。另選地， 如圖6所示，在嵌入（in-cell)類型中，觸摸屏TSP的XY電極Xl至Xi和Yl至Yj以及天 線ANT可與顯示面板DIS的像素陣列一起被嵌入在顯示面板DIS的下基板GLS2中。在圖 4至圖6中，"PIX"表示液晶單元的像素電極，"P0L2"表示顯示面板DIS的下偏振板。觸摸 屏TSP的XY電極Xl至Xi和Yl至Yj以及天線ANT可形成在同一平面或不同的平面上。
[0043] 觸摸屏驅(qū)動電路包括第一觸摸驅(qū)動電路30和第二觸摸驅(qū)動電路32。
[0044] 第一觸摸驅(qū)動電路30將諧振感應(yīng)信號順序地供應(yīng)給XY電極Xl至Xi和Yl至Yj， 并通過天線ANT接收來自筆PEN的諧振信號。第一觸摸驅(qū)動電路30將通過天線ANT接收 的來自筆PEN的諧振信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)，并檢測諧振信號的振幅和相位。第一觸摸驅(qū)動 電路30將所檢測到的諧振信號的振幅與預(yù)定基準值進行比較，并判定筆PEN的觸摸位置信 息XY。另外，第一觸摸驅(qū)動電路30計算所檢測到的諧振信號的相位，并判定筆PEN的筆壓 力。通過第一觸摸驅(qū)動電路30生成的筆PEN的觸摸位置信息XY和筆壓力信息被發(fā)送給主 機系統(tǒng)40。
[0045] 第二觸摸驅(qū)動電路32基于觸摸操作前后觸摸傳感器Cts的電容的變化來感測手 指的觸摸位置。所述電容可分成自電容和互電容。第二觸摸驅(qū)動電路32將刺激信號順序 地供應(yīng)給X電極或者XY電極Xl至Xi和Yl至Yj，與刺激信號同步地檢測觸摸操作前后觸 摸傳感器Cts的電容變化，并且將所述電容變化轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)。第二觸摸驅(qū)動電路32將 該數(shù)字數(shù)據(jù)與預(yù)定基準值進行比較，并確定手指的觸摸位置信息XY。通過第二觸摸驅(qū)動電 路32生成的手指的觸摸位置信息XY被發(fā)送給主機系統(tǒng)40。刺激信號可被生成為各種形 狀（例如，脈沖和三角波）的AC信號。第二觸摸驅(qū)動電路32可被實現(xiàn)為感測手指觸摸輸 入的現(xiàn)有電容式觸摸屏中使用的觸摸驅(qū)動電路。
[0046] 例如，主機系統(tǒng)40可被實現(xiàn)為電視系統(tǒng)、機頂盒、導(dǎo)航系統(tǒng)、DVD播放器、藍光播放 器、個人計算機（PC)、家庭影院系統(tǒng)和電話系統(tǒng)中的一個，并接收輸入圖像。主機系統(tǒng)40從 第一觸摸驅(qū)動電路30接收筆PEN的觸摸位置信息XY和筆壓力信息，并從第二觸摸驅(qū)動電 路32接收手指的觸摸位置信息XY。
[0047] 主機系統(tǒng)40包括嵌入有縮放器的芯片系統(tǒng)（SoC)，并將輸入圖像的數(shù)字視頻數(shù)據(jù) RGB轉(zhuǎn)換為適合于顯示在顯示面板DIS上的數(shù)據(jù)格式。主機系統(tǒng)40將輸入圖像的數(shù)字視 頻數(shù)據(jù)RGB以及定時信號VsynC、HsynC、DE和MCLK發(fā)送給定時控制器20。另外，主機系統(tǒng) 40運行與從第一觸摸驅(qū)動電路30和第二觸摸驅(qū)動電路32接收的筆PEN的觸摸位置信息 XY和筆壓力信息以及手指的觸摸位置信息XY關(guān)聯(lián)的應(yīng)用。
[0048] 圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的觸摸屏中的XY電極和天線的平面圖。
[0049] 如圖7所示，XY電極包括沿著X軸平行布置的X電極Xl至X6以及沿著y軸平行 布置并且垂直于X電極Xl至X6的Y電極Yl至Y6。天線ANT可被實現(xiàn)為包圍XY電極Xl 至X6和Yl至Y6的單個天線。所述單個天線可形成在顯示圖像的像素陣列之外的邊框區(qū) 域中，使得像素的孔徑比不會減小。
[0050] 圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的一幀周期。
[0051] 當(dāng)如圖6所示觸摸屏TSP被嵌入在顯示面板DIS的像素陣列中時，在像素陣列與 觸摸屏TSP之間產(chǎn)生電耦合，該電耦合可能對像素陣列和觸摸屏TSP產(chǎn)生不利影響。因此， 如圖8中的（A)所示，當(dāng)觸摸屏TSP被嵌入在顯示面板DIS的像素陣列中時，一幀周期可被 時分成顯示周期Tdis、第一觸摸感測周期Tpen和第二觸摸感測周期Tfinger。
[0052] 當(dāng)觸摸屏TSP被嵌入在顯示面板DIS的像素陣列中時，觸摸屏TSP的XY電極可用 作向像素供應(yīng)公共電壓Vcom的公共電極。在這種情況下，在顯示周期Tdis期間將公共電 壓Vcom供應(yīng)給XY電極，在第一觸摸感測周期Tpen和第二觸摸感測周期Tfinger期間將刺 激信號或諧振感應(yīng)信號供應(yīng)給XY電極。
[0053] 當(dāng)觸摸屏TSP被嵌入在作為顯示裝置的有機發(fā)光顯示器的顯示面板DIS的像素陣 列中時，可在顯示周期Tdis期間將包括高電勢電源電壓VDD、低電勢電源電壓VSS、基準電 壓等的像素電源電壓供應(yīng)給觸摸屏TSP的XY電極。
[0054] 在顯示周期Tdis期間，顯示驅(qū)動電路被驅(qū)動并將輸入圖像的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)施加 到顯示面板DIS的像素。在第一觸摸感測周期Tpen期間，第一觸摸驅(qū)動電路30被驅(qū)動并 感測筆在觸摸屏TSP上的觸摸位置和筆壓力。在第二觸摸感測周期Tfinger期間，第二觸摸 驅(qū)動電路32被驅(qū)動并感測導(dǎo)體（例如，手指）在觸摸屏TSP上的觸摸位置。
[0055] 當(dāng)如圖4和圖5所示觸摸屏TSP形成在與顯示面板DIS的像素陣列分離的上基板 GLSl上時，像素陣列與觸摸屏TSP之間幾乎沒有電耦合。因此，如圖8中的（B)所示，當(dāng)觸 摸屏TSP與顯示面板DIS的像素陣列分離時，一幀周期可被指派為顯示周期Tdis。另外，一 幀周期可分成第一觸摸感測周期Tpen和第二觸摸感測周期Tfinger。在這種情況下，顯示周 期Tdis可與第一觸摸感測周期Tpen和第二觸摸感測周期Tfinger交疊。
[0056] 圖9是示出筆的觸摸感測操作的波形圖。
[0057] 如圖9所示，第一觸摸驅(qū)動電路30在第一觸摸感測周期Tpen中操作并將諧振感 應(yīng)信號順序地供應(yīng)給XY電極Yl至Yj和Xl至Xi，從而感生筆PEN的諧振。嵌入在筆PEN中 的諧振電路響應(yīng)于通過電容Csx作為電場輸入的諧振感應(yīng)信號而諧振，并生成諧振信號。 天線ANT在電磁場中接收來自筆PEN的諧振信號。第一觸摸驅(qū)動電路30將通過天線ANT 接收的模擬諧振信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)并計算數(shù)字數(shù)據(jù)中的諧振信號的振幅和相位，從而感 測筆PEN的位置和筆壓力。
[0058] 圖10是示出手指的觸摸感測操作的波形圖。
[0059] 如圖10所示，第二觸摸驅(qū)動電路32在第二觸摸感測周期Tfinger中操作。在互電 容中，第二觸摸驅(qū)動電路32將刺激信號順序地供應(yīng)給Y電極Yl至Yj并與刺激信號同步地 通過X電極Xl至Xi接收觸摸傳感器Cts的電荷。當(dāng)觸摸傳感器Cts被手指觸摸時，第二 觸摸驅(qū)動電路32基于觸摸操作前后觸摸傳感器Cts的電荷量的變化來感測觸摸輸入。因 此，在第二觸摸感測周期Tfinger期間，屬于Y電極組的Y電極Yl至Yj用作將刺激信號供應(yīng) 給觸摸傳感器Cts的Tx通道電極，屬于X電極組的X電極Xl至Xi用作從觸摸傳感器Cts 接收電荷的Rx通道電極。
[0060] 在自電容中，第二觸摸驅(qū)動電路32將刺激信號順序地供應(yīng)給X電極Xl至Xi和Y 電極Yl至Yj。在自電容中，第二觸摸驅(qū)動電路32基于觸摸操作前后刺激信號的下降沿時 間或上升沿時間的變化來通過X電極Xl至Xi和Y電極Yl至Yj感測觸摸輸入。因此，在 第二觸摸感測周期Tfinger期間，X電極Xl至Xi和Y電極Yl至Yj分別用作Tx通道電極 和Rx通道電極。
[0061] 圖11是詳細示出第一觸摸驅(qū)動電路30的電路圖。圖12示出嵌入在筆中的電感 器。圖13是示出第一觸摸驅(qū)動電路30的操作的波形圖。
[0062] 如圖11至圖13所示，第一觸摸驅(qū)動電路30包括模擬信號處理單元100和數(shù)字信 號處理單元200。
[0063] 筆PEN包括LC并聯(lián)諧振電路，其中電感器L和電容器C并聯(lián)連接。在圖11中，連 接到筆PEN的"Ch"表示當(dāng)人持握筆PEN時生成的寄生電容。當(dāng)通過電容Csx施加到筆PEN 的諧振感應(yīng)信號的頻率等于LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率時，筆PEN生成諧振信號。因此， 筆PEN不需要連接到LC并聯(lián)諧振電路的單獨的電源。施加到筆PEN的諧振感應(yīng)信號在數(shù) 字信號處理單元200中生成。諧振感應(yīng)信號可在數(shù)字信號處理單元200中按照包括方波信 號、正弦波信號等的各種類型來生成。來自筆PEN的諧振信號被天線ANT接收。
[0064] 筆PEN的LC并聯(lián)諧振電路中的電感根據(jù)筆壓力而變化。為此，電感器L如圖12 所示實現(xiàn)。繞在鐵氧體磁芯FC上的線圈Lll和繞在引導(dǎo)芯（guidecore)GC上的線圈L12 彼此串聯(lián)連接。彈簧SPR安裝在鐵氧體磁芯FC和引導(dǎo)芯GC之間。根據(jù)式"L=iiSN2/! "， 電感與磁導(dǎo)率U、線圈的橫截面積S以及匝數(shù)N的平方成正比，并且與線圈的長度（1)成反 t匕。因此，當(dāng)筆PEN被壓在觸摸屏TSP上并產(chǎn)生筆PEN的筆壓力時，鐵氧體磁芯FC和引導(dǎo) 芯GC之間的距離隨著彈簧SPR被壓縮而減小。換言之，當(dāng)產(chǎn)生筆壓力時，磁導(dǎo)率y增大， 線圈的長度（1)減小。因此，電感L增大。當(dāng)LC并聯(lián)諧振電路中的電感L增大時，諧振頻 率減小。本發(fā)明的實施方式可利用當(dāng)產(chǎn)生筆壓力時變化的諧振頻率來判定筆壓力。
[0065] 在圖11和圖13中，⑷示出通過電容Csx施加到筆PEN的電場的方波諧振 感應(yīng)信號的示例。（A'）是當(dāng)天線ANT接收到來自筆PEN的響應(yīng)于方波諧振感應(yīng)信 號（A)的諧振信號時，在天線ANT中測量到的模擬信號。來自筆PEN的諧振信號可由 V=Ve ? ，cos(et -W表示。諧振頻率w可根據(jù)筆PEN的筆壓力而變化。
[0066] 模擬信號處理單元100對通過天線ANT接收的模擬諧振信號進行放大并提取來自 筆PEN的諧振信號的頻帶，從而輸出數(shù)字諧振信號。為此，模擬信號處理單元100包括放大 器110、帶通濾波器（BPF) 112和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC) 114。
[0067]放大器110按照其增益對天線信號進行放大并將天線信號發(fā)送給BPF112。在圖 11和圖13中，（B)是被放大器110放大的天線信號。BPF112截斷除LC并聯(lián)諧振電路的 諧振頻率之外的頻帶并從天線信號去除噪聲，從而提取諧振信號。ADC114將從BPF112輸 入的諧振信號量化并輸出數(shù)字諧振信號。在圖11和圖13中，（C)是從ADC114輸出的數(shù)字 諧振信號，可由Sin(wf-W表示，其中S(t)是諧振信號的振幅，《是諧振頻率，軟是 相位。
[0068] 當(dāng)從模擬信號處理單元100輸入的數(shù)字信號中的諧振信號由復(fù)數(shù)表示時，數(shù)字信 號處理單元200從該復(fù)數(shù)提取實部和虛部，并基于所述實部和虛部計算諧振信號的振幅。 數(shù)字信號處理單元200將諧振信號的振幅與預(yù)定基準值進行比較，并判定是否在觸摸屏 TSP上感測到筆PEN。此時，數(shù)字信號處理單元200基于被施加有諧振信號的XY電極的位 置來計算筆PEN的坐標(biāo)。同時，數(shù)字信號處理單元200從數(shù)字諧振信號提取諧振信號的實 部和虛部，基于所述實部和虛部計算諧振信號的相位，并且基于諧振信號的相位判定筆PEN 的筆壓力。為此，數(shù)字信號處理單元200包括Tx驅(qū)動器230、數(shù)字解調(diào)器250、位置信息生 成器218和筆壓力信息生成器220。
[0069] 如圖9所示，Tx驅(qū)動器230順序地向XY電極Xl至Xi和Yl至Yj供應(yīng)頻率等于 筆PEN的諧振頻率的方波信號作為諧振感應(yīng)信號。當(dāng)基于位置信息生成器218的輸出（I) 判定筆PEN被設(shè)置在觸摸屏TSP上時，可基于被施加有諧振感應(yīng)信號的XY電極Xl至Xi和 Yl至Yj的坐標(biāo)信息來計算筆PEN的坐標(biāo)信息。
[0070] 數(shù)字解調(diào)器250從數(shù)字諧振信號提取諧振信號的實部和虛部，將從實部和虛部中 的每一個去除高頻噪聲的結(jié)果相加n次（其中n是等于或大于2的正整數(shù)）。數(shù)字解調(diào)器 250將相加結(jié)果供應(yīng)給位置信息生成器218和筆壓力信息生成器220。為此，數(shù)字解調(diào)器 250包括第一振蕩器206和第二振蕩器208、第一乘法器202和第二乘法器204、第一低通濾 波器（LPF) 210和第二LPF212以及第一積分器214和第二積分器216。
[0071] 第一振蕩器206將頻率和相位與諧振信號相同的振蕩信號（D)輸入給第一乘法器 202,以提取諧振信號的實部。在圖11和圖13中，當(dāng)（C)由4表示時，（D) 可由sin(wt)表示。
[0072] 第一乘法器202從所接收到的諧振信號檢測實部的包絡(luò)。第一乘法器202將所接 收到的諧振信號（C)與來自第一振蕩器206的振蕩信號（D)相乘，以輸出結(jié)果（E)。在圖 11和圖13中，當(dāng)（C)由S(t) ?simVt-P)表示，（D)由sin(wt)表示時，第一乘法器202的

【權(quán)利要求】
1. 一種觸摸感測系統(tǒng)，該觸摸感測系統(tǒng)包括： 筆，該筆包括嵌入在該筆中的諧振電路； XY電極，所述XY電極包括X電極以及垂直于所述X電極的Y電極； 天線，該天線包圍所述XY電極；以及 第一觸摸驅(qū)動電路，該第一觸摸驅(qū)動電路被配置為通過電耦合將諧振感應(yīng)信號發(fā)送至 所述筆，并通過所述天線接收來自所述筆的諧振信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸感測系統(tǒng)，該觸摸感測系統(tǒng)還包括第二觸摸驅(qū)動電路， 該第二觸摸驅(qū)動電路被配置為將刺激信號供應(yīng)給所述Y電極，并與所述刺激信號同步地通 過所述X電極接收電荷。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸感測系統(tǒng)，該觸摸感測系統(tǒng)還包括第二觸摸驅(qū)動電路， 該第二觸摸驅(qū)動電路被配置為將刺激信號供應(yīng)給所述X電極和所述Y電極，并與所述刺激 信號同步地通過所述X電極和所述Y電極接收電荷。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸感測系統(tǒng)，其中，所述天線包括包圍所述XY電極的單個 天線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的觸摸感測系統(tǒng)，其中，所述第一觸摸驅(qū)動電路包括： 模擬信號處理單元，該模擬信號處理單元被配置為將通過所述天線接收的模擬諧振信 號放大，提取來自所述筆的所述諧振信號的頻帶，并輸出數(shù)字諧振信號； Tx驅(qū)動器，該Tx驅(qū)動器被配置為生成所述諧振感應(yīng)信號并將所述諧振感應(yīng)信號順序 地供應(yīng)給所述XY電極； 數(shù)字解調(diào)器，該數(shù)字解調(diào)器被配置為從所述數(shù)字諧振信號提取實部和虛部并輸出將所 述實部和所述虛部中的每一個累計n次的結(jié)果，其中n是等于或大于2的正整數(shù)； 位置信息生成器，該位置信息生成器被配置為計算從所述數(shù)字解調(diào)器輸入的數(shù)據(jù)的均 方根RMS值；以及 筆壓力信息生成器，該筆壓力信息生成器被配置為計算從所述數(shù)字解調(diào)器輸入的所述 數(shù)據(jù)的反正切值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的觸摸感測系統(tǒng)，其中，所述模擬信號處理單元包括： 放大器，該放大器被配置為將通過所述天線接收的所述模擬諧振信號放大； 帶通濾波器，該帶通濾波器被配置為從所述放大器的輸出截斷除所述筆的諧振頻率之 外的頻帶；以及 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器被配置為將所述帶通濾波器的輸出轉(zhuǎn)換為所述數(shù)字諧振信 號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的觸摸感測系統(tǒng)，其中，所述數(shù)字解調(diào)器包括： 第一振蕩器，該第一振蕩器被配置為輸出頻率和相位與通過所述天線接收的所述筆的 所述諧振信號相同的第一振蕩信號； 第一乘法器，該第一乘法器被配置為將所述第一振蕩信號與通過所述天線接收的來自 所述筆的所述諧振信號相乘，并輸出相乘結(jié)果； 第一低通濾波器，該第一低通濾波器被配置為從所述第一乘法器的輸出去除高頻噪聲； 第一積分器，該第一積分器被配置為將從所述第一低通濾波器輸入的數(shù)據(jù)相加n次， 并輸出相加結(jié)果； 第二振蕩器，該第二振蕩器被配置為輸出頻率與通過所述天線接收的來自所述筆的所 述諧振信號相同并且相位相對于所述諧振信號延遲了 90°的第二振蕩信號； 第二乘法器，該第二乘法器被配置為將所述第二振蕩信號與通過所述天線接收的來自 所述筆的所述諧振信號相乘，并輸出相乘結(jié)果； 第二低通濾波器，該第二低通濾波器被配置為從所述第二乘法器的輸出去除高頻噪 聲；以及 第二積分器，該第二積分器被配置為將從所述第二低通濾波器輸入的數(shù)據(jù)相加n次， 并輸出相加結(jié)果。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸感測系統(tǒng)，其中，所述第一觸摸驅(qū)動電路還包括微處理 器和存儲器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸感測系統(tǒng)，其中，所述筆獨立于單獨的電源進行工作。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的觸摸感測系統(tǒng)，其中，所述筆的所述諧振電路包括電感器和 電容器， 其中，所述電感器包括繞在鐵氧體磁芯上的第一線圈、繞在引導(dǎo)芯上的第二線圈以及 設(shè)置在所述鐵氧體磁芯與所述引導(dǎo)芯之間的彈簧， 其中，所述第一線圈和所述第二線圈彼此串聯(lián)連接。
11. 一種用于驅(qū)動觸摸感測系統(tǒng)的方法，所述觸摸感測系統(tǒng)包括筆、XY電極和天線，所 述筆包括嵌入在所述筆中的諧振電路，所述XY電極包括X電極以及垂直于所述X電極的Y 電極，所述天線包圍所述XY電極，所述方法包括以下步驟： 生成所述筆的諧振感應(yīng)信號； 通過電耦合將所述諧振感應(yīng)信號發(fā)送至所述筆； 通過所述天線接收來自所述筆的諧振信號；以及 分析所述天線接收的信號，以估計所述筆的位置和筆壓力。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，該方法還包括以下步驟： 將刺激信號供應(yīng)給所述Y電極；以及 分析與所述刺激信號同步地通過所述X電極接收的信號，以估計手指的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，該方法還包括以下步驟： 將刺激信號供應(yīng)給所述X電極和所述Y電極；以及 分析與所述刺激信號同步地通過所述X電極和所述Y電極接收的信號，以估計手指的 位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，分析所述天線接收的信號以估計所述筆的位 置和筆壓力的步驟包括以下步驟： 將通過所述天線接收的模擬諧振信號放大，提取來自所述筆的所述諧振信號的頻帶， 并將所述模擬諧振信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字諧振信號； 從所述數(shù)字諧振信號提取來自所述筆的所述諧振信號的實部和虛部，并生成將所述實 部和所述虛部中的每一個累計n次的結(jié)果，其中n是等于或大于2的正整數(shù)； 計算所述累計結(jié)果的均方根RMS值；以及 計算所述累計結(jié)果的反正切值。
15. -種用戶接口，該用戶接口包括： 顯示器； 觸摸感測系統(tǒng)，該觸摸感測系統(tǒng)包括： 筆，該筆包括嵌入在該筆中的諧振電路； XY電極，所述XY電極包括X電極以及垂直于所述X電極的Y電極； 天線，該天線包圍所述XY電極；以及 第一觸摸驅(qū)動電路，該第一觸摸驅(qū)動電路被配置為通過電耦合將諧振感應(yīng)信號發(fā)送至 所述筆，并通過所述天線接收來自所述筆的諧振信號；以及 處理器和存儲器，該處理器和該存儲器被配置為分析所述天線接收的信號，以估計所 述筆在所述顯示器上的位置和筆壓力。
【文檔編號】G06F3/0354GK104516549SQ201410497965
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】樸東祚, 鄭昭廷 申請人:樂金顯示有限公司