專利名稱：電容式觸控屏幕的感測(cè)方法與驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電容式觸控屏幕，尤其涉及一種電容式觸控屏幕的感測(cè)方法，也 涉及一種電容式觸控屏幕的驅(qū)動(dòng)電路。
背景技術(shù)：
由于觸控式屏幕易于使用的特性以及技術(shù)已臻成熟，因此已廣泛應(yīng)用于各類便攜 式電子產(chǎn)品上。目前在操作檢測(cè)考量上以電阻式觸控感測(cè)器和電容式觸控感測(cè)器較符合市 場(chǎng)的需求。尤其是電容式觸控感測(cè)器，其具有支援多點(diǎn)觸控(Multi-Touch)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，更 具有未來市場(chǎng)潛力。電容式觸控感測(cè)器主要是利用一電極與人體一部分(如手指)靠近或碰觸該電極 時(shí)的靜電交互作用所產(chǎn)生的電容值變化來進(jìn)行檢測(cè)。為能實(shí)現(xiàn)此種檢測(cè)方式，開發(fā)出多種 電容式觸控感測(cè)解決方案(capacitive touch sensorsolutions)來獲知精確的電容變化。請(qǐng)參見圖1，其圖示一公知電容式觸控感測(cè)電路。如圖所示，該感測(cè)電路包括一電 容開關(guān)組10、一三角積分調(diào)制器(Sigma-delta modulator) 11、一調(diào)制器位元串流濾波器 (modulator bitstream filter) 13、時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器14、以及一韌件15。其中時(shí)鐘脈沖產(chǎn) 生器14產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖信號(hào)用以控制電容開關(guān)組10中的開關(guān)Swl、Sw2。電容開關(guān)組10包 括感測(cè)電容Cs。感測(cè)電容Cs于開關(guān)Swl開路、Sw2導(dǎo)通的狀態(tài)下，將對(duì)三角積分調(diào)制器11 中的積分電容(integrating capacitor)Cint進(jìn)行充電。而三角積分調(diào)制器11中的比較 器111的輸出電壓轉(zhuǎn)為高態(tài)的時(shí)間點(diǎn)即為積分電容Cint的電壓充電至參考電壓Vref的時(shí) 間點(diǎn)，而對(duì)積分電容Cint充電至參考電壓Vref所需的時(shí)間與感測(cè)電容Cs的電容值呈線性 相關(guān)。另外，比較器111的輸出電壓將被閂鎖器112閂鎖并當(dāng)做調(diào)制器位元串流濾波器13 中計(jì)數(shù)器130的選通信號(hào)(gatingsignal)。感測(cè)電容Cs的電容值由于與計(jì)數(shù)器130輸出 的計(jì)數(shù)值大小相關(guān)，因此可利用韌件15中所包含的決定邏輯單元150估計(jì)出而可被后端所 用。但是，上述方法具有一些缺點(diǎn)，例如，積分電容Cint的充電行為涉及多個(gè)充放電 循環(huán)，因此相當(dāng)耗費(fèi)電力與時(shí)間，而且每個(gè)感測(cè)電路都需要設(shè)置一個(gè)積分電容Cint。因此， 并列式感測(cè)架構(gòu)的感測(cè)電路將需要大量的積分電容Cint，因此會(huì)占用大量晶片面積或是耗 用大量外部元件。而若是采用序列式感測(cè)架構(gòu)的感測(cè)電路，上述方法將會(huì)被噪聲(noise) 嚴(yán)重影響，進(jìn)而需要充分的濾波(filtering)與屏蔽(shielding)來克服噪聲問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種電容式觸控屏幕的感測(cè)方 法，該電容式觸控屏幕包含有多個(gè)感測(cè)電容，而該方法包含下列步驟提供一參考電容單 元，其包括所述多個(gè)感測(cè)電容中的至少一感測(cè)電容；計(jì)算該參考電容單元與所述多個(gè)感測(cè) 電容的電容差值；以及根據(jù)所述多個(gè)電容差值找到在該電容式觸控屏幕上的觸控位置。本發(fā)明的目的還在于提供一種電容式觸控屏幕的驅(qū)動(dòng)電路，用以進(jìn)行差分電容量測(cè)，該電容式觸控屏幕包括多個(gè)感測(cè)電以及一參考電容單元，其中該參考電容單元包含一 參考電容，而該驅(qū)動(dòng)電路包括一參考信號(hào)產(chǎn)生器，電連接至該參考電容單元，并根據(jù)該參 考電容產(chǎn)生一對(duì)互補(bǔ)參考信號(hào)；多個(gè)感測(cè)電路，分別對(duì)應(yīng)電連接至所述多個(gè)感測(cè)電容，并連 接至該參考信號(hào)產(chǎn)生器，接收該對(duì)互補(bǔ)參考信號(hào)以量測(cè)該參考電容與該多個(gè)感測(cè)電容間的 電容差值；以及一定位裝置，電連接至所述多個(gè)感測(cè)電容，根據(jù)所量測(cè)到的所述多個(gè)電容差 值找到在該電容式觸控屏幕上的觸控位置。本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明可有效濾除電容感測(cè)元件上的噪聲，進(jìn)而可有效 達(dá)到抗噪聲的目的，因此可有效解決上述公知手段的缺陷。


圖1顯示一公知電容式觸控感測(cè)電路的功能方框示意圖。圖2a 圖2c顯示可應(yīng)用本發(fā)明的觸控屏幕配置示意圖的一實(shí)施例，其中圖2a圖 示以一中央感測(cè)電容作為單一的參考電容；圖2b圖示以一外部電容作為單一的參考電容； 圖2c圖示使用多重參考電容。圖3顯示一電容式觸控屏幕的驅(qū)動(dòng)電路的功能方框示意圖，用以實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明 一實(shí)施例的差分電容量測(cè)的一實(shí)施例。圖4顯示利用圖3驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行差分電容量測(cè)方式的一實(shí)施例的電路圖。
圖5顯示一-電容式觸控屏幕的驅(qū)動(dòng)電路的功能方框示意圖，用以實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的差分電容量測(cè)的一實(shí)施例,O
其中，附圖標(biāo)記說明如下
10電容開關(guān)組11三角積分調(diào)制器
111比較器112閂鎖器
13調(diào)制器位元串流130計(jì)數(shù)器
濾波器
14時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器15韌件
150決定邏輯單元Sw 1、Sw2開關(guān)
Cint積分電容Cs感測(cè)電容
Vref參考電壓2電容式觸控屏幕
201廣 290感測(cè)電容200,20η,參考感測(cè)器
Refl, Refm
301廣 390感測(cè)電路81 83模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器
VOl廣 V90模擬輸出電壓601 690取樣與保持器
71 ‘73多路復(fù)用器50解碼與接口邏輯電路
60控制邏輯單元Vrefp, Vrefn補(bǔ)參考電壓信號(hào)
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參照?qǐng)D2a，其為可應(yīng)用本發(fā)明的觸控屏幕配置示意圖的一實(shí)施例。在本例中，電 容式觸控屏幕2由90個(gè)感測(cè)電容201 290所構(gòu)成，不過感測(cè)電容的數(shù)目可視實(shí)際需要加 以選用。根據(jù)本發(fā)明，選擇感測(cè)電容201 290中之一作為參考電容單元中的參考感測(cè)器，而參考感測(cè)器的電容值則為參考電容值。然后計(jì)算其它每一電容值與參考電容值的差值。 通過比較這些差值可辨識(shí)使用者觸摸的位置。原則上任一感測(cè)電容均可用作參考感測(cè)器。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，選用中央的 感測(cè)電容20η作為參考感測(cè)器，與其它感測(cè)電容201 290進(jìn)行減法運(yùn)算?；蛘?，亦可輪流 選用不同的感測(cè)電容作為參考感測(cè)器，以達(dá)平均的效果。在另一實(shí)施例中，選用一外部電容200作為參考感測(cè)器，如圖2b所示，并計(jì)算面板 中每一感測(cè)電容201 290與外部電容200的差值。通過比較這些差值可辨識(shí)使用者觸摸 的位置。在又一實(shí)施例中，差分量測(cè)以小范圍進(jìn)行，而在參考電容單元中選用多個(gè)感測(cè)電 容作為參考感測(cè)器。將感測(cè)電容201 290分割成多個(gè)群組，并于不同群組中分別使用參 考感測(cè)器Refl Refm進(jìn)行減法運(yùn)算，如圖2c所示。通過比較這些差值可辨識(shí)使用者觸摸 的位置。在又一實(shí)施例中，在參考電容單元中選用所有感測(cè)電容作為參考感測(cè)器，以所有 感測(cè)電容201 290的平均電容值作為參考電容值，與每一電容201 290的電容值進(jìn)行 比較。通過比較這些差值可辨識(shí)使用者觸摸的位置。通過本發(fā)明的差分方法，可檢測(cè)到一感測(cè)器相對(duì)于另一感測(cè)器的電容變化。觸控 感測(cè)的差分方法可進(jìn)行所有感測(cè)器的平行量測(cè)。由于噪聲已經(jīng)校正，因此噪聲問題可減輕。 觸控檢測(cè)的速度可因基本上需要較少濾波程序而加快。同時(shí)，因?yàn)榭稍诿恳桓袦y(cè)器的單一 充放電周期完成量測(cè)，和其它使用多周期的方法相較之下可減少電力損耗。另外，在傳統(tǒng)觸 控式屏幕中，感測(cè)器的檢測(cè)電路常需要校正以適用于不同的量測(cè)條件。由于本發(fā)明方法使 用差分技術(shù)，因此校正的問題可因所有感測(cè)器的量測(cè)條件有相同的變化而簡(jiǎn)化。以下，參考圖3與圖4說明一用以實(shí)現(xiàn)上述差分電容量測(cè)的電容式觸控屏幕的驅(qū) 動(dòng)電路實(shí)例。該驅(qū)動(dòng)電路包括一參考信號(hào)產(chǎn)生器30η與多個(gè)相同的感測(cè)電路301 390。 參考信號(hào)產(chǎn)生器30η連接到圖2a所示的參考感測(cè)電容20η，而感測(cè)電路301 390分別連 接到感測(cè)電容201 290。參考信號(hào)產(chǎn)生器30η根據(jù)參考電容值產(chǎn)生一對(duì)互補(bǔ)的參考電壓 信號(hào)Vrefp與Vrefn，用以驅(qū)動(dòng)感測(cè)電路301 390的差分電容量測(cè)。差分電容量測(cè)的實(shí) 例可見于文獻(xiàn) Prakash& Abshire,"A Fully Differential Rail-to-Rail Capacitance Measurement Circuitfor Integrated Cell Sensing”(用于集成細(xì)胞傳感器的全差分軌 對(duì)軌電容測(cè)量電路)，IEEE SENSORS 2007 Conference，p. 1444-1447中，其并于此以為參 考。因此可得到的參考感測(cè)電容20η與各感測(cè)電容201 290間的差值為模擬輸出電 壓VOl V90，不包括對(duì)應(yīng)參考信號(hào)產(chǎn)生器30η的電壓Vn。通過連接至參考信號(hào)產(chǎn)生器30η 與感測(cè)電路301 390的控制邏輯單元60所進(jìn)行的操作時(shí)機(jī)控制，模擬輸出電壓VOl V90以用做定位電路的相對(duì)應(yīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器401 490轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。所述多個(gè)數(shù)字 數(shù)據(jù)再輸入至解碼與接口邏輯電路50進(jìn)行處理，得知所觸控的位置。應(yīng)注意參考圖3所述的實(shí)施例僅一可與圖2a所示參考設(shè)定并用的例子，亦可由本 領(lǐng)域技術(shù)人員將類似的電路設(shè)計(jì)應(yīng)用至其它參考設(shè)定中，以實(shí)現(xiàn)差分電容量測(cè)的目的。例 如在圖2c的實(shí)施例中提供另一參考電容，并于該驅(qū)動(dòng)電路中另包含一參考信號(hào)產(chǎn)生器。圖5顯示用以實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的差分電容量測(cè)的一電容式觸控屏幕的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)施例。在此實(shí)施例中，通過將感測(cè)電路分組而可使用較少的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。 例如，將感測(cè)電路301 390分成三組，故只需要三個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器81 83。在此種實(shí) 施方式下，如圖3所示由感測(cè)電路301 390所輸出的模擬輸出電壓VOl V90經(jīng)取樣與 保持器601 690取樣并維持一段時(shí)間，然后通過多路復(fù)用器71 73選擇輸出。此種構(gòu) 成有利于簡(jiǎn)化電路。綜上所述，本發(fā)明可有效濾除電容感測(cè)元件上的噪聲，進(jìn)而可有效達(dá)到抗噪聲的 目的，因此可有效解決上述公知手段的缺陷。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到在不脫離本發(fā)明所附的權(quán)利要求所揭示的本發(fā)明的 范圍和精神的情況下所作的更動(dòng)與潤(rùn)飾，均屬本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種電容式觸控屏幕的感測(cè)方法，該電容式觸控屏幕包含有多個(gè)感測(cè)電容，而該方法包含下列步驟提供一參考電容單元，其包括所述多個(gè)感測(cè)電容中的至少一感測(cè)電容；計(jì)算該參考電容單元與所述多個(gè)感測(cè)電容的電容差值；以及根據(jù)所述多個(gè)電容差值找到在該電容式觸控屏幕上的觸控位置。
2.如權(quán)利要求1所述的感測(cè)方法，其特征在于，該參考電容單元包括單一參考電容。
3.如權(quán)利要求2所述的感測(cè)方法，其特征在于，該單一參考電容為所述多個(gè)感測(cè)電容 中位于中央的一個(gè)。
4.如權(quán)利要求2所述的感測(cè)方法，其特征在于，該單一參考電容在不同時(shí)間點(diǎn)上由不 同位置的感測(cè)電容中輪流選出。
5.如權(quán)利要求1所述的感測(cè)方法，其特征在于，該參考電容單元包括所述多個(gè)感測(cè)電 容中的多個(gè)感測(cè)電容作為多重參考電容，并以該多重參考電容的平均電容值與所述多個(gè)感 測(cè)電容的電容值計(jì)算所述多個(gè)電容差值。
6.如權(quán)利要求1所述的感測(cè)方法，其特征在于，該參考電容單元包括所有所述多個(gè)感 測(cè)電容作為多重參考電容，并以該多重參考電容的平均電容值與所述多個(gè)感測(cè)電容的電容 值計(jì)算所述多個(gè)電容差值。
7.如權(quán)利要求1所述的感測(cè)方法，其特征在于，該感測(cè)方法包含下列步驟將所述多個(gè)感測(cè)電容分組；在每一組中選擇所述多個(gè)感測(cè)電容之一作為該參考電容單元中的一參考電容；以及計(jì)算每一組中該參考電容與同一組中所述多個(gè)感測(cè)電容的電容差值。
8.一種電容式觸控屏幕的驅(qū)動(dòng)電路，用以進(jìn)行差分電容量測(cè)，該電容式觸控屏幕包括 多個(gè)感測(cè)電容以及一參考電容單元，其中該參考電容單元包含一參考電容，而該驅(qū)動(dòng)電路 包括一參考信號(hào)產(chǎn)生器，電連接至該參考電容單元，并根據(jù)該參考電容產(chǎn)生一對(duì)互補(bǔ)參考 信號(hào)；多個(gè)感測(cè)電路，分別對(duì)應(yīng)電連接至所述多個(gè)感測(cè)電容，并連接至該參考信號(hào)產(chǎn)生器，接 收該對(duì)互補(bǔ)參考信號(hào)以量測(cè)該參考電容與該多個(gè)感測(cè)電容間的電容差值；以及一定位裝置，電連接至所述多個(gè)感測(cè)電容，根據(jù)所量測(cè)到的所述多個(gè)電容差值找到在 該電容式觸控屏幕上的觸控位置。
9.如權(quán)利要求8所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，該電容式觸控屏幕還包括另一參考電 容電路以及另一參考信號(hào)產(chǎn)生器。
10.如權(quán)利要求8所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所測(cè)得的該電容差值以模擬數(shù)據(jù)形式 由感測(cè)電路輸出，而該定位電路包括多個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，電連接到所述多個(gè)感測(cè)電路，用 以將該模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
11.如權(quán)利要求10所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述多個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)目等 于感測(cè)電路的數(shù)目。
12.如權(quán)利要求10所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，該定位電路包括一控制邏輯單元，電 連接到所述多個(gè)感測(cè)電路與所述多個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于操作時(shí)機(jī)控制。
13.如權(quán)利要求10所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，該定位電路包括一解碼與接口邏輯電路，電連接于所述多個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用以對(duì)所述多個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行解碼，并根據(jù)所述 多個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)得知于電容式觸控屏幕上的觸控位置。
14.如權(quán)利要求10所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述多個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)目少 于感測(cè)電路的數(shù)目。
15.如權(quán)利要求14所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，該定位電路包括多個(gè)取樣與保持器，分別電連接于所述多個(gè)感測(cè)電路，用以將所述多個(gè)模擬電壓值進(jìn) 行取樣并保持一段時(shí)間；以及多個(gè)多路復(fù)用器，分別電連接于所述多個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其數(shù)量小于所述多個(gè)取樣 與保持器，每一多路復(fù)用器上電連接有多個(gè)取樣與保持器，用以將所述多個(gè)取樣與保持器 輸出的模擬輸出電壓分時(shí)多工地輸出至相對(duì)應(yīng)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電容式觸控屏幕的感測(cè)方法與驅(qū)動(dòng)電路，該電容式觸控屏幕包含有多個(gè)感測(cè)電容，該電容式觸控屏幕的感測(cè)方法中，提供一參考電容單元，其包括所述多個(gè)感測(cè)電容中的至少一感測(cè)電容，并計(jì)算該參考電容單元與所述多個(gè)感測(cè)電容的電容差值，再根據(jù)所述多個(gè)電容差值找到在該電容式觸控屏幕上的觸控位置。本發(fā)明的感測(cè)方法可有效濾除電容感測(cè)元件上的噪聲。
文檔編號(hào)G06F3/044GK101893972SQ201010149579
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者大衛(wèi)·朱利安·葉慈, 費(fèi)藍(lán)斯·飛維 申請(qǐng)人:統(tǒng)寶光電股份有限公司