觸控感應(yīng)電路及方法
【專利摘要】一種觸控感應(yīng)電路及方法，該觸控感應(yīng)電路包括：一觸控電容器，用以承受一觸碰；一觸控電容頻率偵測單元，用以偵測該觸控電容器的一電容輸出頻率；一參考頻率產(chǎn)生單元，用以產(chǎn)生一參考頻率；一運算單元，用以計算該電容輸出頻率與該參考頻率的差值的變化率；以及一判斷單元，用以在該差值的變化率超過一基準(zhǔn)值時判斷該觸控電容器正被觸碰。
【專利說明】觸控感應(yīng)電路及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于觸控感應(yīng)技術(shù)，更關(guān)于提升觸控感應(yīng)靈敏度的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]觸控感應(yīng)科技的進步讓我們的日常生活起了重大的改變。舉凡家用電器、手機、計算機等電子裝置，其操控接口上的傳統(tǒng)機械開關(guān)皆已逐漸被觸控裝置所取代。
[0003]就電容式觸控裝置而言，其目的在于處理人體碰觸電容式開關(guān)時所產(chǎn)生的電容值變化。由于電容值的變化相當(dāng)微弱，因此，外界的溫度、濕度以及電磁干擾皆可能造成觸控裝置發(fā)生誤動作，甚至導(dǎo)致整個裝置失效。若觸控裝置是一手持式產(chǎn)品，不同使用者的不同觸控行為都可能造成觸控裝置產(chǎn)生不一致的反應(yīng)。此外，觸控電路IC在量產(chǎn)時也常因為制程飄移因素而使其觸控感應(yīng)的靈敏度受到影像。
[0004]為了避免前述事情，現(xiàn)有技術(shù)在生產(chǎn)觸控產(chǎn)品時必須一一針對各個產(chǎn)品做測試及微調(diào)，才能維持觸控裝置的品質(zhì)。然而，此舉不僅耗時耗力，也限制了觸控裝置在電子裝置上的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種觸控感應(yīng)電路。該觸控感應(yīng)電路包括:一觸控電容器，用以承受一觸碰；一觸控電容頻率偵測單元，耦接至該觸控電容器，用以偵測該觸控電容器的一電容輸出頻率；一參考頻率產(chǎn)生單元，用以產(chǎn)生一參考頻率；一運算單元，耦接至該觸控電容頻率偵測單元及該參考頻率產(chǎn)生單元，用以計算該電容輸出頻率與該參考頻率的差值的變化率；以及一判斷單元，耦接至該運算單元，用以在該差值的變化率超過一基準(zhǔn)值時判斷該觸控電容器正被觸碰。
[0006]本發(fā)明另提供一種觸控感應(yīng)方法。該觸控感應(yīng)方法包括:偵測一觸控電容器的一電容輸出頻率；產(chǎn)生一參考頻率；計算該電容輸出頻率與該參考頻率的差值的變化率；在該差值的變化率超過一基準(zhǔn)值時判斷該觸控電容器正被觸碰。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是依據(jù)本發(fā)明一實施例的電容式觸控感應(yīng)電路的系統(tǒng)方塊圖。
[0008]圖2是依據(jù)本發(fā)明一實施例的觸控電容頻率偵測單元120及觸控電容器110的示意圖。
[0009]圖3是本發(fā)明的切換電容網(wǎng)絡(luò)取代示意圖。
[0010]圖4是本發(fā)明一實施例的充放電電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖5是依據(jù)本發(fā)明一實施例的參考頻率產(chǎn)生單元130的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖6是依據(jù)本發(fā)明一實施例的觸控感應(yīng)方法流程圖。
[0013]附圖中的符號簡單說明如下:
[0014]100:電容式觸控感應(yīng)電路；110:觸控電容器；120:觸控電容頻率偵測單元；130:參考頻率產(chǎn)生單元;140:運算單元；150:判斷單元；Τ1、Τ2、Τ3、Τ4:晶體管；122:施密特觸發(fā)器；124:切換電容網(wǎng)絡(luò)；126:充放電電路；128:充放電開關(guān)；Cswr:接地電容器；Cs:觸控電容器的電容值；Cint:參考電容器的電容值；fdet:觸控電容的電容輸出頻率；fref:參考頻率；Vin:實際電壓；V+:充電電壓；V-:放電電壓；162:運算放大器；164:電流鏡；166:濾波電路；168:濾波電路；112:參考電容器；114:參考電容頻率取樣單元；132:施密特觸發(fā)器；134:切換電容網(wǎng)絡(luò)；136:充放電電路；138:充放電開關(guān)；S602?S608:步驟。
【具體實施方式】
[0015]下文為介紹本發(fā)明的最佳實施例。各實施例用以說明本發(fā)明的原理，但非用以限制本發(fā)明。本發(fā)明的范圍當(dāng)以權(quán)利要求項為準(zhǔn)。
[0016]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺失、提升電容式觸控裝置的靈敏度以及抗干擾的能力，本發(fā)明提供一種特別的電容式觸控感應(yīng)電路及觸控感應(yīng)方法。下文將參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的各個實施例。
[0017]觸控感應(yīng)電路
[0018]圖1是依據(jù)本發(fā)明一實施例的電容式觸控感應(yīng)電路的系統(tǒng)方塊圖。本發(fā)明的電容式觸控感應(yīng)電路100包括一觸控電容器110、一觸控電容頻率偵測單元120、一參考頻率產(chǎn)生單元130、一運算單元140以及一判斷單元150。其中，該觸控電容器110可用以承受使用者的觸碰，而其電容值(電容量)C s會因觸碰而發(fā)生變化。一般來說，當(dāng)人體觸碰電容器110時，其電容值C s會變大。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的觸控電容頻率偵測單元120耦接至該觸控電容器110，可用來偵測該觸控電容器110的一電容輸出頻率fdet。圖2是依據(jù)本發(fā)明一實施例的觸控電容頻率偵測單元120及觸控電容器110的示意圖。在此實施例中，本發(fā)明的觸控電容頻率偵測單元120包括一施密特觸發(fā)器(Schmitttrigger) 122、一切換電容網(wǎng)絡(luò)124、一充放電電路126以及一組充放電開關(guān)128。本發(fā)明采用施密特觸發(fā)器122用以做為一振蕩架構(gòu)，其耦接至前述觸控電容器110，目的在于因應(yīng)電容值Cs的變化產(chǎn)生雙穩(wěn)態(tài)振蕩信號，以做為后續(xù)數(shù)字信號處理之用。如圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)中常以一電阻將施密特觸發(fā)器122的輸入端與輸出端連接起來。然而，為了能夠更精準(zhǔn)的控制觸控電容器110所產(chǎn)生的電容輸出頻率fdet，本發(fā)明另以該切換電容網(wǎng)絡(luò)124取代現(xiàn)有的電阻，以利于更加精準(zhǔn)地控制其阻值，后文將再詳述。雖然此實施例以切換電容網(wǎng)絡(luò)124取代傳統(tǒng)電阻，然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可了解到本發(fā)明不必以此為限。本發(fā)明的切換電容網(wǎng)絡(luò)124連接至該施密特觸發(fā)器122的輸入端，包括兩個切換晶體管Tl及T2以及一接地電容器Cswr。該兩個切換晶體管T I及T2皆連接至一節(jié)點P，并以一切換頻率fswr輪流開啟及關(guān)閉，而該接地電容器Cswr則連接于該節(jié)點P與接地端之間。由此可知，本發(fā)明的切換電容網(wǎng)絡(luò)124的等效電阻值Rswr將等于:l/(CsWrXfswr)。因此，施密特觸發(fā)器122最后輸出的電容輸出頻率fdet可表示為fdet=l/ (KXRswrXCs),此即表示 fdet/fswr= (1/K) X (Cswr/Cs),其中 K 為常數(shù)，其值約為
0.69。從此式可了解到，通過控制本發(fā)明的切換電容網(wǎng)絡(luò)124中兩晶體管開關(guān)Tl及T2間的切換頻率fswr，即可產(chǎn)生適當(dāng)大小的電容輸出頻率fdet。本發(fā)明切換電容網(wǎng)絡(luò)124的設(shè)計不僅將觸控電容器110所輸出的信號予以數(shù)字化，其更能精確地將電容輸出頻率控制在適當(dāng)范圍，將有助于提升整體觸控感應(yīng)電路100對觸碰感應(yīng)的靈敏度。[0020]本發(fā)明的充放電電路126通過充放電開關(guān)128以及前述切換電容網(wǎng)絡(luò)124耦接至該觸控電容器110，目的在于提供一充電電壓V+及一放電電壓V-至該觸控電容器110上。請一并參照圖2與圖4，其中，圖4是本發(fā)明一實施例的充放電電路結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的充放電電路126至少包括一運算放大器162以及一電流鏡164。其中該運算放大器162耦接至該觸控電容器110，用以接收該觸控電容器110的實際電壓Vin。明確地說，本發(fā)明的運算放大器162是一單一增益放大(unit gain)器，其可用以確保電阻Rl與電阻R2相連接的節(jié)點X上的電壓與實際電壓值相同。該電流鏡164以一輸入端A連接至一電源VDD，并以一輸出端B串聯(lián)至一第一電阻Rl,而該第一電阻Rl又串聯(lián)至一第二電阻R2。在一實施例中，該第一電阻Rl與該第二電阻R2具有相同的電阻值。其中，該第一電阻Rl與該第二電阻R2相連接的節(jié)點X可接收該觸控電容器110上的實際電壓Vin。如圖4所示，由于該第一電阻Rl與該第二電阻R2具有相同的電阻值，因此電流I可在兩電阻上形成相同的跨壓Δ V，使得該第一電阻R I可在節(jié)點B上輸出該放電電壓V-，其值等于Vin- Δ V,并使得該第二電阻R2可在節(jié)點Y上輸出該充電電壓V+，其值等于Vin+Λ V。最后，充放電開關(guān)128中的晶體管T3以及T4會配合對觸控電容器110充放電的時機輪流開啟及關(guān)閉。明確地說，當(dāng)對觸控電容器110充電時，晶體管T3開啟，而晶體管T4關(guān)閉；而當(dāng)對觸控電容器110放電時，晶體管T3關(guān)閉，而晶體管T4開啟。本發(fā)明充放電電路126的設(shè)計，其目的在于迅速平衡觸控電容110的電壓電平、提升充放電的品質(zhì)，亦具有提升本發(fā)明觸控感應(yīng)電路100靈敏度的功效。如圖4所示，在某些實施例中，本發(fā)明的充放電電路126還包括濾波電路166及168，目的在于進一步穩(wěn)定所輸出的充放電電壓的電壓電平，然而，此實施例中濾波電路166及168的電路架構(gòu)僅為方便說明，本發(fā)明不必以特定的濾波電路為限。
[0021]本發(fā)明的參考頻率產(chǎn)生單元130可用以產(chǎn)生一參考頻率fref。其中，參考頻率產(chǎn)生單元130的目的在于產(chǎn)生一個與觸控電容頻率偵測單元120所偵測到的電容輸出頻率fdet相近但不相等的參考頻率fref。圖5是依據(jù)本發(fā)明一實施例的參考頻率產(chǎn)生單元130的結(jié)構(gòu)示意圖。在此實施例中，該參考頻率產(chǎn)生單元130包括一參考電容器112以及一參考電容頻率取樣單元114。其中，該參考電容器112的電容值為Cint，其值應(yīng)與前述觸控電容器110電容值相近但不相等。在一最佳實施例中，該參考電容頻率取樣單元114應(yīng)與前述觸控電容頻率偵測單元120有著相同電路結(jié)構(gòu)，至少包括一施密特觸發(fā)器(Schmitttrigger) 132、一切換電容網(wǎng)絡(luò)134、一充放電電路136以及一組充放電開關(guān)138。由于本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照前文關(guān)于觸控電容頻率偵測單元120的實施例了解參考頻率產(chǎn)生單元130的工作原理及實施方式，故本文不在贅述。由于參考頻率產(chǎn)生單元130可與觸控電容頻率偵測單元120在相同的制程環(huán)境中被制造于相同的集成電路上，因此制程飄移因素對整個集成電路所造成的不良影像將可被適當(dāng)?shù)叵?br> [0022]回到圖1。本發(fā)明最主要的優(yōu)勢來自于所提供的運算單元140，其可進一步提升本發(fā)明觸控感應(yīng)的靈敏度，并消除制程飄移的影響。明確地說，本發(fā)明的運算單元140可計算觸控電容頻率偵測單元120所偵測到的電容輸出頻率fdet與參考頻率產(chǎn)生單元130所產(chǎn)生的參考頻率fref的差值的變化率。舉例來說，假設(shè)當(dāng)觸控電容器110未受到觸碰時，觸控電容頻率偵測單元120所偵測到的電容輸出頻率fdet的值為IOkHz ;而當(dāng)觸控電容器110受到觸碰時，觸控電容頻率偵測單元120所偵測到的電容輸出頻率fdet的值會變?yōu)?kHz (—般來說，當(dāng)人體觸碰電容器110時，其電容值會變大，而其輸出頻率會變小)，此夕卜，假設(shè)本發(fā)明的參考頻率產(chǎn)生單元130所提供的參考頻率fref為llkHz(與電容輸出頻率fdet相近但不相等)，其值不受觸控行為的影響?，F(xiàn)有技術(shù)中，多以偵測電容輸出頻率fdet的變化率的方式判斷是否正在受到觸碰，就此例而言，偵測電容輸出頻率fdet的變化率僅為(9kHZ-10kHZ)/10kHZ=10%，相當(dāng)容易受到制程飄移以及各種干擾而被忽略，造成觸控感應(yīng)不良。與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，本發(fā)明運算單元140會先將電容輸出頻率fdet扣除參考頻率fref而取得一差值后,再計算該差值因觸碰所產(chǎn)生的變化率(后文簡稱為“差值變化率”)。就此例而言，其差值變化率為(2kHZ-lkHz)/lkHz=100%，為前者10%的10倍，其相當(dāng)于將原先的靈敏度放大10倍，極有利于觸碰行為的偵測與感應(yīng)。本發(fā)明的運算單元140主要可由一減法器與一除法器所組成(圖未示)，由于其電路實施方式繁多，故本文將不再贅述其電路細(xì)節(jié)。
[0023]本發(fā)明的判斷單元150可預(yù)先將適當(dāng)?shù)牟钪底兓蕛Υ娉梢换鶞?zhǔn)值。之后，每當(dāng)運算單元140所計算得到的差值變化率超過前述基準(zhǔn)值時，本發(fā)明的判斷單元150即可判斷該觸控電容器110正在被觸碰，完成整個觸控感應(yīng)的動作。值得注意的是，外界環(huán)境的變化(例如電源電力的變化、環(huán)境溫度、濕度的變化)皆會對前述差值變化率造成影響。因此，在某些實施例中，本發(fā)明的運算單元140可針對前述不同的環(huán)境分別計算其差值變化率，而判斷單元150即可將不同環(huán)境下的差值變化率儲存為基準(zhǔn)值，如此一來，本發(fā)明即可滿足動態(tài)運算的需求。
[0024]觸控感應(yīng)方法
[0025]除了前述觸控感應(yīng)電路，本發(fā)明另提供一種觸控感應(yīng)方法。圖6是依據(jù)本發(fā)明一實施例的觸控感應(yīng)方法流程圖。本發(fā)明的觸控感應(yīng)方法600包括:在步驟S602中，偵測一觸控電容器的一電容輸出頻率；在步驟S604中，產(chǎn)生一參考頻率；在步驟S606中，計算該電容輸出頻率與該參考頻率的差值的變化率；在步驟S607中，進行基準(zhǔn)值計算，以及在步驟S608中，當(dāng)該差值的變化率超過一基準(zhǔn)值時判斷該觸控電容器正被觸碰。值得注意的是，在一理想實施例中，步驟S604所產(chǎn)生的參考頻率應(yīng)與該電容輸出頻率相近但不相等。由于本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照前文關(guān)于觸控感應(yīng)電路的內(nèi)容理解并實施本發(fā)明的觸控感應(yīng)方法600中的各個步驟，故本文將不再贅述本方法的其它各種實施例。
[0026]以上所述僅為本發(fā)明較佳實施例，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟悉本項技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可在此基礎(chǔ)上做進一步的改進和變化，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)以本申請的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種觸控感應(yīng)電路，其特征在于，包括: 一觸控電容器，用以承受一觸碰； 一觸控電容頻率偵測單元，耦接至該觸控電容器，用以偵測該觸控電容器的一電容輸出頻率； 一參考頻率產(chǎn)生單元，用以產(chǎn)生一參考頻率； 一運算單元，耦接至該觸控電容頻率偵測單元及該參考頻率產(chǎn)生單元，用以計算該電容輸出頻率與該參考頻率的差值的變化率；以及 一判斷單元，耦接至該運算單元，用以在該差值的變化率超過一基準(zhǔn)值時判斷該觸控電容器正被觸碰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控感應(yīng)電路，其特征在于，該參考頻率相近但不相等于該電容輸出頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控感應(yīng)電路，其特征在于，該觸控電容頻率偵測單元還包括一施密特觸發(fā)器，其以一輸入端串聯(lián)至該觸控電容器的一輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的觸控感應(yīng)電路，其特征在于，該觸控電容頻率偵測單元還包括一切換電容網(wǎng) 絡(luò)，其中該切換電容網(wǎng)絡(luò)連接至該施密特觸發(fā)器的輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的觸控感應(yīng)電路，其特征在于，該切換電容網(wǎng)絡(luò)還包括: 兩切換晶體管，皆連接至一節(jié)點，以一切換頻率輪流開啟及關(guān)閉；以及 一接地電容器，連接于該節(jié)點與一接地端之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控感應(yīng)電路，其特征在于，該觸控電容頻率偵測單元還包括一充放電電路，耦接至該觸控電容器，用以提供一充電電壓及一放電電壓至該觸控電容器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的觸控感應(yīng)電路，其特征在于，還包括一組充放電開關(guān)，耦接于該充放電電路以及該觸控電容器之間，用以控制該充放電電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的觸控感應(yīng)電路，其特征在于，該充放電電路還包括: 一電流鏡，其以一輸入端連接至一電源，并以一輸出端串聯(lián)至一第一電阻，而該第一電阻又串聯(lián)至一第二電阻，其中該第一電阻與該第二電阻連接于一節(jié)點；該節(jié)點用以接收該觸控電容器的一實際電壓，而該第一電阻用以輸出該放電電壓，而該第二電阻用以輸出該充電電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的觸控感應(yīng)電路，其特征在于，該第一電阻與該第二電阻具有相同的電阻值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控感應(yīng)電路,其特征在于,該參考頻率產(chǎn)生單元還包括: 一參考電容器；以及 一參考電容頻率取樣單元，耦接至該參考電容器，用以偵測該參考電容器的一電容輸出頻率，其中該參考電容頻率取樣單元與該觸控電容頻率偵測單元具有相同的電路結(jié)構(gòu)。
11.一種觸控感應(yīng)方法，其特征在于，包括: 偵測一觸控電容器的一電容輸出頻率； 產(chǎn)生一參考頻率； 計算該電容輸出頻率與該參考頻率的差值的變化率； 在該差值的變化率超過一基準(zhǔn)值時判斷該觸控電容器正被觸碰。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的觸控感應(yīng)方法，其特征在于，該參考頻率相近但不相等于該電容輸出頻率。`
【文檔編號】G06F3/044GK103823598SQ201210466527
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月16日
【發(fā)明者】李威龍, 謝進益, 涂介勇, 蔡鍵賢 申請人:普誠科技股份有限公司