觸摸感測(cè)裝置及其驅(qū)動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及觸摸感測(cè)裝置及其驅(qū)動(dòng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，主要使用電阻式觸摸屏、表面聲波（SAW)觸摸屏和電容式觸摸屏。電容式觸 摸屏能夠感測(cè)多個(gè)觸摸并具有極好的耐久性、靈敏性等。因此，目前的趨勢(shì)是采用電容式觸 摸屏作為移動(dòng)裝置的主要的輸入單元。
[0003] 電容式觸摸屏感測(cè)因觸摸屏面板上電容式傳感器中的用戶干擾而造成的電荷量 的變化，從而識(shí)別用戶的輸入。電容式觸摸屏根據(jù)電荷累積法分為自電容式和互電容式。在 自電容式觸摸屏中，各個(gè)電容式傳感器構(gòu)成一個(gè)電導(dǎo)體并與觸摸屏面板之外的參考地表面 一起形成帶電表面。另一方面，在互電容式觸摸屏中，觸摸屏面板上的兩個(gè)電導(dǎo)體形成帶電 表面并且用作一個(gè)電容式傳感器。
[0004] 一般的自電容式觸摸屏采用電導(dǎo)體的正交X/Y排列，并且在這種情況下，各個(gè)電 容式傳感器起到線傳感器的作用。因此，每當(dāng)觸摸屏嘗試感測(cè)觸摸時(shí)，就分別由X線傳感器 組和Y線傳感器組提供僅一個(gè)X感測(cè)信息和一個(gè)Y感測(cè)信息。因此，一般的自電容式觸摸 屏能夠感測(cè)并跟蹤單個(gè)觸摸，但無法支持多個(gè)觸摸?；ル娙菔接|摸屏也采用電導(dǎo)體的正交 X/Y排列，但是與自電容式觸摸屏的區(qū)別在于，各個(gè)電容式傳感器在電導(dǎo)體以直角交叉的每 個(gè)位置處被配置為柵格傳感器的形式，并且在嘗試檢測(cè)觸摸屏上的用戶輸入時(shí)，分開感測(cè) 所有柵格傳感器的響應(yīng)。因?yàn)楦鱾€(gè)柵格傳感器對(duì)應(yīng)于不同的X/Y坐標(biāo)并且提供分開的響 應(yīng)，所以互電容式觸摸屏可以從由X/Y柵格傳感器組提供的X/Y感測(cè)信息提取用戶的輸入 信息，以感測(cè)并跟蹤用戶的多個(gè)觸摸。
[0005] -般的互電容式觸摸屏面板具有以下電導(dǎo)體構(gòu)造和感測(cè)方法。由沿任意一個(gè)方向 延伸的電導(dǎo)體組成的第一電極和由沿以直角與第一電極交叉的方向延伸的電導(dǎo)體組成的 第二電極形成互電容式傳感器，介電材料插入在第一電極與第二電極之間。當(dāng)?shù)谝浑姌O與 第二電極之間的距離是d、帶電表面的面積是a并且?guī)щ姳砻嬷g的所有介電材料的等效 滲透率是時(shí)，各個(gè)傳感器的電容C被定義為C = a/d，并且與傳感器中累積的電荷量Q和施 加于兩個(gè)電極/帶電表面的電勢(shì)差（電壓）V具有Q = CV的關(guān)系。當(dāng)用戶接近傳感器時(shí)， 干擾出現(xiàn)在兩個(gè)電極之間所形成的電場(chǎng)中，并且妨礙傳感器中電荷的累積。然后，傳感器中 累積的電荷量減少，因此，電容減小。這可以被理解為由帶電表面之間的等效滲透率的變化 (該等效滲透率的變化由用戶的接近造成）而造成的電容變化，但實(shí)際上是一種帶電表面 之間的電場(chǎng)的一部分由于用戶的接近而分流并且電荷/累積電荷量減小的物理現(xiàn)象。當(dāng)交 流（AC)波形通過將AC電壓源連接到第一電極而應(yīng)用于傳感器的一個(gè)帶電表面時(shí)，對(duì)應(yīng)于 Q = CV的電荷量的變化Q相對(duì)于根據(jù)用戶的接近程度而變化的C而出現(xiàn)，并且連接到第二 電極的讀出電路將變化Q轉(zhuǎn)換為電流或電壓。這樣轉(zhuǎn)換的信息通常經(jīng)過信號(hào)處理操作（諸 如噪聲過濾、解調(diào)、數(shù)字化和累積），然后用于坐標(biāo)跟蹤算法和姿勢(shì)識(shí)別算法。美國(guó)專利第 7, 920, 129號(hào)公開了這種電容式觸敏面板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 當(dāng)物體觸摸觸摸面板時(shí)由觸摸面板輸出的信號(hào)是通過物體分流形成在驅(qū)動(dòng)電極 與感測(cè)電極之間的電場(chǎng)通量而產(chǎn)生的、并且由從信號(hào)源施加于驅(qū)動(dòng)電極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來調(diào)制 的電流信號(hào)?，F(xiàn)有的觸摸感測(cè)裝置利用積分器來積分從觸摸面板輸出的電流信號(hào)，從而將 電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓的形式。而且，觸摸感測(cè)裝置用于各種環(huán)境，由此基于使用觸摸感測(cè)裝 置的環(huán)境受到噪聲影響。
[0007] 為了提高信噪比（SNR)，與噪聲相比，施加了經(jīng)由觸摸物體獲得的觸摸信號(hào)的積分 器的輸出信號(hào)應(yīng)當(dāng)擺動(dòng)到最大程度。根據(jù)相關(guān)技術(shù)，為了獲得大SNR，使用充電泵來放大驅(qū) 動(dòng)信號(hào)的幅度，然后將驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加于驅(qū)動(dòng)電極。然而，當(dāng)如相關(guān)技術(shù)中使用充電泵時(shí)，應(yīng) 當(dāng)在芯片外部準(zhǔn)備多個(gè)大容量電容器，并且應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步形成用于將電容器與芯片連接的多 個(gè)芯片針腳，這是不經(jīng)濟(jì)的。
[0008] 另外，由觸摸面板輸出的電流信號(hào)經(jīng)由積分器被轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并且電壓信號(hào) 施加于模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)并且被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，或者利用解調(diào)器被解調(diào)成直流（DC)域， 然后被ADC轉(zhuǎn)換。
[0009] 為了將由這種相關(guān)技術(shù)的積分器輸出的電壓信號(hào)直接施加于ADC并且將電壓信 號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，需要以高工作頻率工作的高性能ADC，這在芯片尺寸和功耗方面是不經(jīng) 濟(jì)的。而且，即使在解調(diào)由積分器輸出的信號(hào)以便下轉(zhuǎn)換，然后將下轉(zhuǎn)換后的信號(hào)輸入到 ADC并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)時(shí)，芯片區(qū)域需要形成解調(diào)器，并且在功耗方面是不經(jīng)濟(jì)的。
[0010] 本發(fā)明致力于提供一種觸摸感測(cè)裝置，該觸摸感測(cè)裝置包括電荷放大器，該電荷 放大器能夠獲得以大幅度擺動(dòng)的信號(hào)并且產(chǎn)生高信噪比（SNR)，而不增大驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度， 也不需要形成在芯片外部的充電泵。
[0011] 本發(fā)明還致力于提供一種能夠在不使用高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)或混合器的情 況下下轉(zhuǎn)換由高頻調(diào)制的觸摸信號(hào)的觸摸感測(cè)裝置。
[0012] 本發(fā)明還致力于提供一種能夠克服上述相關(guān)技術(shù)的缺點(diǎn)的觸摸感測(cè)裝置的驅(qū)動(dòng) 方法。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種觸摸感測(cè)裝置，該觸摸感測(cè)裝置包括：信號(hào) 源，該信號(hào)源被配置為輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；觸摸面板，該觸摸面板被配置為由所述信號(hào)源所輸出 的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)并輸出使用所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生的電流信號(hào)；電荷放大器，該電荷放大 器被配置為將由所述觸摸面板輸出的所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；以及控制器，該控制 器被配置為控制所述電荷放大器被周期性地重置。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種驅(qū)動(dòng)觸摸感測(cè)裝置的方法，該方法包括以 下步驟：向觸摸面板施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)；輸出使用所述施加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生的電流信號(hào)；以及 使用電荷放大器來轉(zhuǎn)換所述電流信號(hào)。所述電荷放大器被周期性地重置，以轉(zhuǎn)換所述電流 信號(hào)。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種觸摸感測(cè)裝置，該觸摸感測(cè)裝置包括：信號(hào) 源，該信號(hào)源被配置為輸出具有邊沿的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；觸摸面板，該觸摸面板被配置為接收所述 驅(qū)動(dòng)信號(hào)并且輸出由所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)制的電流信號(hào)；信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，該信號(hào)轉(zhuǎn)換單元被配 置為將由所述觸摸面板輸出的所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；以及控制器，該控制器被配 置為控制所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，使得所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的所述邊沿施加于所述觸摸面板的時(shí)間點(diǎn) 包括在信號(hào)轉(zhuǎn)換單元重置時(shí)段中。所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元周期性地重置，以將所述電流信號(hào)下 轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并且輸出所述電壓信號(hào)。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種驅(qū)動(dòng)觸摸感測(cè)裝置的方法，該方法包括以 下步驟：向觸摸面板施加具有邊沿的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；生成由施加于所述觸摸面板的所述驅(qū)動(dòng)信 號(hào)調(diào)制的電流信號(hào)；以及使用信號(hào)轉(zhuǎn)換單元將所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。將所述電流 信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述電壓信號(hào)的步驟包括控制所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，使得所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的所述邊 沿施加于所述觸摸面板的時(shí)間點(diǎn)包括在信號(hào)轉(zhuǎn)換單元重置時(shí)段中，并且將所述電流信號(hào)下 轉(zhuǎn)換成所述電壓信號(hào)。
【附圖說明】
[0017] 通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，本發(fā)明的上述和其他目的、特 征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得更加顯而易見，附圖中：
[0018] 圖1是示出根據(jù)示例性實(shí)施方式的觸摸感測(cè)裝置的概觀的圖；
[0019] 圖2是示意性地示出觸摸面板的結(jié)構(gòu)的圖；
[0020] 圖3是示出一些可用驅(qū)動(dòng)信號(hào)的圖；
[0021]圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的觸摸感測(cè)裝置所發(fā)送和接收的信號(hào)的時(shí) 序圖的不例；
[0022] 圖5是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的積分器的輸出信號(hào)和根據(jù)示例性實(shí)施方式的電荷放 大器的輸出信號(hào)的圖；
[0023] 圖6是例示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的觸摸感測(cè)裝置的驅(qū)動(dòng)方法的概述的 流程圖；
[0024] 圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方式的由觸摸感測(cè)裝置所發(fā)送和接收的 信號(hào)的時(shí)序圖的示例；以及
[0025] 圖8是例示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方式的觸摸感測(cè)裝置的驅(qū)動(dòng)方法的 概述的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 本文公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)僅是用于描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的目的 的代表，并且本發(fā)明可以以許多替代形式具體實(shí)施，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為限于本文闡述的 本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。因此，雖然本發(fā)明容許各種修改和替代形式，但是其具體實(shí)施方 式在附圖中以示例的方式示出，并且在本文中詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，不旨在將本 發(fā)明限于所公開的具體形式，而是相反，本發(fā)明涵蓋落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修 改、等同物和替換物。
[0027] 本說明書中使用的術(shù)語應(yīng)當(dāng)如下理解。
[0028] 措辭"第一"、"第二"等用于描述各種元件。然而，因?yàn)檫@些措辭僅用于將一個(gè)元 件和其他元件區(qū)分開來，所以