本發(fā)明涉及一種能夠利用有源觸控筆進行觸摸輸入的觸摸感測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

用戶界面(ui)配置為使用戶能與各種電子裝置通信，因而能很容易和方便地按其需要控制電子裝置。用戶接口的示例包括小鍵盤、鍵盤、鼠標(biāo)、屏上顯示(osd)以及具有紅外通信功能或射頻(rf)通信功能的遙控器。不斷發(fā)展的用戶界面技術(shù)提高了用戶的靈敏度和操作便利性。近來用戶界面已發(fā)展為包括觸摸ui、語音識別ui、3dui等。

觸摸ui必然地適用于便攜式信息裝置。通過在顯示裝置的屏幕上形成觸摸屏，實現(xiàn)觸摸ui。觸摸屏可實現(xiàn)為電容式觸摸屏。當(dāng)用戶用其手指或?qū)щ姴牧辖佑|(或靠近)觸摸傳感器時，具有電容式觸摸傳感器的觸摸屏根據(jù)輸入的觸摸驅(qū)動信號感測電容變化(也就是觸摸傳感器中的電荷變化)，從而檢測觸摸輸入。

近年來，觸控筆已被用作智能電話、智能書等中的人機接口裝置(hid)。觸控筆相比手指可有利地執(zhí)行更精細(xì)的輸入。觸控筆包括無源觸控筆和有源觸控筆。無源觸控筆難以檢測與無源觸控筆接觸的觸摸屏的觸摸位置，因為觸摸位置處的電容變化非常小。與無源觸控筆相比，有源觸控筆更易于檢測與有源觸控筆接觸的觸摸屏的觸摸位置，因為有源觸控筆產(chǎn)生筆驅(qū)動信號，并將筆驅(qū)動信號輸出至觸摸位置。因此，有源觸控筆的開發(fā)受到關(guān)注。

在相關(guān)技術(shù)的觸摸感測系統(tǒng)中，有源觸控筆與筆驅(qū)動信號分離地發(fā)送有源觸控筆的附加信息(例如筆壓力信息)給觸摸集成電路(ic)，從而實現(xiàn)各種便捷的功能。為此，相關(guān)技術(shù)的有源觸控筆通過利用高頻(例如數(shù)mhz至數(shù)十mhz)正弦波的調(diào)制方法單獨地發(fā)送筆驅(qū)動信號和附加筆信息給觸摸ic。觸摸ic利用帶通濾波器、檢測電路等分別處理筆驅(qū)動信號和附加筆信息。筆驅(qū)動信號和附加筆信息的頻率遠(yuǎn)高于驅(qū)動觸摸屏的觸摸驅(qū)動信號的頻率。

由于相關(guān)技術(shù)的觸摸感測系統(tǒng)必須增加復(fù)雜的處理電路以分離筆驅(qū)動信號和附加筆信息后提供給觸摸ic，因此增加了觸摸ic的尺寸和制造成本。

此外，相關(guān)技術(shù)的觸摸感測系統(tǒng)只能應(yīng)用于附加式(add-on)觸摸屏，不能應(yīng)用于集成式(in-cell)觸摸屏。附加式觸摸屏使用的觸摸屏形成方法是將觸摸屏附接在顯示面板上，而集成式觸摸屏使用的觸摸屏形成方法是將觸摸屏的觸摸傳感器嵌入顯示面板的像素陣列中。

由于集成式觸摸屏的觸摸傳感器通過寄生電容與像素信號線耦合，因此集成式觸摸屏中的rc延遲大于附加式觸摸屏中的rc延遲。因此，在相關(guān)技術(shù)的觸摸感測系統(tǒng)中，由于缺少rc時間，集成式觸摸屏難以精確地將高頻的筆驅(qū)動信號和附加筆信息傳輸給觸摸ic。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種能夠精確地接收和處理從具有集成式觸摸屏(觸摸傳感器嵌入顯示面板的像素陣列中)的觸摸感測系統(tǒng)中的有源觸控筆輸入的附加筆信息的觸摸感測系統(tǒng)，以及有源觸控筆。

在一個方面，提供一種觸摸感測系統(tǒng)，其中一個幀被時分為至少一個觸摸驅(qū)動時段和一個顯示驅(qū)動時段，所述觸摸感測系統(tǒng)包括：有源觸控筆，用于產(chǎn)生與從觸摸屏輸入的觸摸驅(qū)動信號同步的第一筆驅(qū)動信號以及第二筆驅(qū)動信號，并向所述觸摸屏輸出所述第一筆驅(qū)動信號和所述第二筆驅(qū)動信號，其中所述第一筆驅(qū)動信號用于檢測觸摸輸入，所述第二筆驅(qū)動信號用于在所述觸摸驅(qū)動時段中檢測與所述有源觸控筆的附加功能相關(guān)的附加輸入；以及觸摸驅(qū)動裝置，用于將所述觸摸驅(qū)動信號提供給所述觸摸屏，在所述觸摸驅(qū)動時段的第一時段中感測通過所述觸摸屏輸入的第一筆驅(qū)動信號，并且在所述觸摸驅(qū)動時段的第二時段中感測通過所述觸摸屏輸入的第二筆驅(qū)動信號。

在另一方面，提供一種觸摸驅(qū)動裝置，其中一個幀被時分為至少一個觸摸驅(qū)動時段和一個顯示驅(qū)動時段并且所述觸摸驅(qū)動裝置在所述至少一個觸摸驅(qū)動時段中進行操作，其中，所述觸摸驅(qū)動裝置用于在所述觸摸驅(qū)動時段產(chǎn)生觸摸驅(qū)動信號，將所述觸摸驅(qū)動信號提供給觸摸屏，在所述觸摸驅(qū)動時段的第一時段中感測從觸控筆提供給所述觸摸屏的第一筆驅(qū)動信號，并在所述觸摸驅(qū)動時段的第二時段中感測從所述觸控筆提供給所述觸摸屏的第二筆驅(qū)動信號，其中，所述第一筆驅(qū)動信號和所述第二筆驅(qū)動信號與所述觸摸驅(qū)動信號同步，所述第一筆驅(qū)動信號用于檢測觸摸輸入，所述第二筆驅(qū)動信號用于檢測與所述觸控筆的附加功能相關(guān)的附加輸入。

附圖說明

附圖提供對本發(fā)明的進一步理解，并入且構(gòu)成本說明書的一部分；附圖顯示了本發(fā)明的多個實施方式，且與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中：

圖1示意性地顯示了本發(fā)明的一個實施方式的觸摸感測系統(tǒng)；

圖2顯示了應(yīng)用于按照本發(fā)明一個實施方式的觸摸感測系統(tǒng)的顯示裝置；

圖3顯示了圖2所示的顯示裝置中所包括的、由集成式互電容傳感器實現(xiàn)的觸摸屏的示例；

圖4顯示了圖2所示的顯示裝置中所包括的、由集成式自電容傳感器實現(xiàn)的觸摸屏的示例；

圖5顯示了按照本發(fā)明的一個實施方式的有源觸控筆的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；

圖6顯示了在觸摸驅(qū)動時段內(nèi)與觸摸驅(qū)動信號同步地將第一筆驅(qū)動信號和第二筆驅(qū)動信號相繼輸出給按照本發(fā)明一個實施方式的有源觸控筆；

圖7顯示了以幅度調(diào)制法在按照本發(fā)明的一個實施方式的有源觸控筆中產(chǎn)生與觸摸驅(qū)動信號同步的第二筆驅(qū)動信號；

圖8顯示了以頻率調(diào)制法在按照本發(fā)明的一個實施方式的有源觸控筆中產(chǎn)生與觸摸驅(qū)動信號同步的第二筆驅(qū)動信號；

圖9顯示了圖2所示的顯示裝置中所包括的觸摸驅(qū)動裝置；

圖10顯示了圖9所示的、用于數(shù)字地處理第二筆驅(qū)動信號的感測值的觸摸驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)；

圖11和12為顯示圖9所示的觸摸驅(qū)動裝置的操作時序的波形圖；

圖13和14顯示了在三種狀態(tài)下產(chǎn)生的、與按照本發(fā)明的一個實施方式的有源觸控筆中的觸摸驅(qū)動信號同步的第二筆驅(qū)動信號；以及

圖15顯示了當(dāng)在三種狀態(tài)下產(chǎn)生第二筆驅(qū)動信號時能夠發(fā)送的信息量。

具體實施方式

下面將對本發(fā)明的實施方式進行詳細(xì)描述，其示例顯示于附圖中。盡可能地在整個附圖中使用相同的參考標(biāo)記表示相同或類似的部分。需要注意的是，如果確定對已知技術(shù)的詳細(xì)描述會誤導(dǎo)本發(fā)明的實施方式，則這些詳細(xì)描述將被省略。

圖1示意性地顯示了本發(fā)明的一個實施方式的觸摸感測系統(tǒng)。

參照圖1，按照本發(fā)明的一個實施方式的觸摸感測系統(tǒng)包括顯示裝置10和有源觸控筆20。

顯示裝置10執(zhí)行顯示功能和觸摸檢測功能。顯示裝置10能檢測導(dǎo)電物體例如手指或有源觸控筆20的觸摸輸入，且其中嵌有集成的電容式觸摸屏。在本文所公開的實施方式中，觸摸屏可實現(xiàn)為集成式觸摸屏，其中觸摸傳感器嵌入顯示面板的像素陣列中。顯示裝置10的具體結(jié)構(gòu)和操作將在下文中參照圖2至4和圖9至12進行描述。

有源觸控筆20基于觸摸同步信號而在rx模式和tx模式操作。有源觸控筆20產(chǎn)生與從觸摸屏接收的觸摸驅(qū)動信號同步的第一筆驅(qū)動信號，用于檢測觸摸輸入，并產(chǎn)生第二筆驅(qū)動信號，用于檢測與有源觸控筆20的附加功能相關(guān)的附加輸入，并在觸摸屏和有源觸控筆20之間的觸摸位置處相繼輸出第一筆驅(qū)動信號和第二筆驅(qū)動信號，從而很容易地檢測觸摸屏上的觸摸位置。特別是，由于有源觸控筆20以與觸摸驅(qū)動信號相同的頻率處理第二筆驅(qū)動信號，然后在與第一筆驅(qū)動信號相隔一時間間隔輸出處理后的第二筆驅(qū)動信號，因此具有能夠傳輸更精確的信息的優(yōu)點。有源觸控筆20的結(jié)構(gòu)和操作將在下文參照圖5至8進行詳細(xì)描述。

圖2顯示了應(yīng)用于按照本發(fā)明實施方式的觸摸感測系統(tǒng)的顯示裝置。圖3和4顯示了圖2所示的顯示裝置中所包括的、由集成式互電容傳感器和集成式自電容傳感器實現(xiàn)的觸摸屏。

參照圖2至4，按照本發(fā)明實施方式的顯示裝置10可以在例如液晶顯示器(lcd)、場發(fā)射顯示器(fed)、等離子體顯示面板(pdp)、有機發(fā)光二極管(oled)顯示器或電泳顯示器(epd)等平板顯示器的基礎(chǔ)上實現(xiàn)。在下文的描述中，本發(fā)明的實施方式將以液晶顯示器作為平板顯示器的示例進行描述。但本發(fā)明的實施方式不限于此，也可以使用其他平板顯示器。

顯示裝置10包括顯示模塊和觸摸模塊。

觸摸模塊包括觸摸屏tsp和觸摸驅(qū)動器18。

觸摸屏tsp可實現(xiàn)為通過多個電容傳感器以電容方式感測觸摸輸入。觸摸屏tsp包括多個觸摸傳感器，每個觸摸傳感器都具有電容。電容可分為自電容和互電容。沿一個方向上形成的單層導(dǎo)線可形成自電容，而在彼此交叉的兩條導(dǎo)線之間可形成互電容。

如圖3所示，由互電容傳感器cm實現(xiàn)的觸摸屏tsp包括tx電極線(或tx通道)、與tx電極線交叉的rx電極線(或rx通道)以及在tx電極線和rx電極線的交叉處分別形成的觸摸傳感器cm。tx電極線是通過向每個觸摸傳感器cm提供觸摸驅(qū)動信號而向觸摸傳感器cm提供電荷的驅(qū)動信號線。rx電極線是連接至觸摸傳感器cm并將觸摸傳感器cm的電荷提供給觸摸驅(qū)動裝置18的傳感器線。在互電容感測方法中，通過經(jīng)由tx電極線向tx電極提供觸摸驅(qū)動信號來給觸摸傳感器cm提供電荷，并且通過rx電極和rx電極線與觸摸驅(qū)動信號同步地感測觸摸傳感器cm的電容變化，從而可識別觸摸輸入。

如圖4所示，在由自電容傳感器cs實現(xiàn)的觸摸屏tsp中，電極31可分別連接至沿一個方向形成的傳感器線32。自電容傳感器cs在每個電極31中均形成有電容。在自電容感測方法中，當(dāng)通過傳感器線32向電極31提供觸摸驅(qū)動信號時，在觸摸傳感器cs上累積電荷q。在這種情況下，當(dāng)手指或?qū)щ娢矬w觸摸電極31時，寄生電容cf被附加地連接到自電容傳感器cs，引起總電容值的變化。由于手指或?qū)щ娢矬w所觸摸的傳感器的電容不同于手指或?qū)щ娢矬w未觸摸的傳感器的電容，因此可以確定是否進行了觸摸輸入。

觸摸屏tsp的觸摸傳感器cm或cs可嵌入顯示面板dis的像素陣列中。像素的公共電極可被分為多個區(qū)段(segment)，從而在像素陣列中嵌入觸摸傳感器cm或cs。在這種情況下，觸摸傳感器cm或cs可實現(xiàn)為分離的公共電極。每個公共電極區(qū)段可共同連接至多個像素并可形成一個觸摸傳感器。在顯示驅(qū)動時段期間，公共電壓被提供給像素的公共電極。在觸摸驅(qū)動時段期間，觸摸驅(qū)動信號和筆驅(qū)動信號被提供給像素的公共電極。

觸摸驅(qū)動裝置18感測觸摸傳感器中的電荷變化，確定是否有手指(或觸控筆)等導(dǎo)電材料觸摸了觸摸屏tsp，當(dāng)執(zhí)行觸摸輸入時檢測觸摸位置，并計算觸摸輸入的坐標(biāo)值xy。此外，觸摸驅(qū)動裝置18感測觸摸傳感器的電荷變化，并產(chǎn)生與有源觸控筆20的附加功能相關(guān)的信息paf。有源觸控筆20的附加信息paf包括筆壓力信息、與是否使用按鍵功能相關(guān)的信息(例如清除功能、滾動(barrel)功能等)以及id信息。

顯示模塊可包括顯示面板dis、顯示驅(qū)動電路(12、14和16)以及主機系統(tǒng)19。

顯示面板dis包括上基板和下基板之間的液晶層。顯示面板dis的像素陣列包括在由數(shù)據(jù)線d1至dm和柵極線g1至gn所限定的像素區(qū)域中形成的像素，其中m和n為正整數(shù)。每個像素可包括在數(shù)據(jù)線d1至dm和柵極線g1至gn的交叉處形成的薄膜晶體管(tft)、利用數(shù)據(jù)電壓充電的像素電極、以及與像素電極相連并保持液晶單元的電壓的存儲電容器等。

顯示面板dis的上基板上可形成黑矩陣、濾色器等部件。顯示面板dis的下基板可配置為cot(tft上的濾色器)結(jié)構(gòu)。在這種情況下，可以在顯示面板dis的下基板上形成黑矩陣和濾色器。在顯示面板dis的上基板或下基板上可以形成被提供公共電壓的公共電極。在顯示面板dis的上基板和下基板上分別貼有偏振板。在顯示面板dis的上基板和下基板的與液晶接觸的內(nèi)表面分別形成設(shè)定液晶預(yù)傾角的取向膜。在顯示面板dis的上基板和下基板之間形成柱狀間隔物以保持液晶單元的單元間隙不變。

在顯示面板dis的后表面下方可設(shè)置背光單元。背光單元可實現(xiàn)為邊緣型背光單元和直下型背光單元之一并可向顯示面板dis照射光。顯示面板dis可實現(xiàn)為任意的已知模式，包括扭曲向列(tn)模式、垂直對齊(va)模式、面內(nèi)切換(ips)模式、邊緣場切換(ffs)模式等。

顯示驅(qū)動電路包括數(shù)據(jù)驅(qū)動電路12、柵極驅(qū)動電路14和時序控制器16。顯示驅(qū)動電路將輸入圖像的視頻數(shù)據(jù)寫入顯示面板dis的像素。數(shù)據(jù)驅(qū)動電路12將從時序控制器16接收的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)rgb轉(zhuǎn)換為正/負(fù)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)電壓提供給數(shù)據(jù)線d1至dm。柵極驅(qū)動電路14依次向柵極線g1至gn提供與數(shù)據(jù)電壓同步的柵極脈沖(或掃描脈沖)，并選擇被提供數(shù)據(jù)電壓的顯示面板dis的像素行(pixelline)。

時序控制器16基于時序信號使數(shù)據(jù)驅(qū)動電路12的操作時序與柵極驅(qū)動電路14的操作時序同步，這些時序信號例如為從主機系統(tǒng)19輸入的垂直同步信號vsync、水平同步信號hsync、數(shù)據(jù)使能信號de和主時鐘信號mclk。時序控制器16利用時序信號產(chǎn)生分別用于控制數(shù)據(jù)驅(qū)動電路12的操作時序與柵極驅(qū)動電路14的操作時序的數(shù)據(jù)時序控制信號和掃描時序控制信號。數(shù)據(jù)時序控制信號包括源極采樣時鐘信號ssc、源極輸出使能信號soe、極性控制信號pol等。掃描時序控制信號包括柵極起始脈沖gsp、柵極移位時鐘信號gsc、柵極輸出使能信號goe等。

主機系統(tǒng)19可向時序控制器16發(fā)送數(shù)字視頻數(shù)據(jù)rgb以及時序信號vsync、hsync、de和mclk，并執(zhí)行與從觸摸驅(qū)動裝置18輸入的觸摸坐標(biāo)信息xy和筆附加功能相關(guān)的應(yīng)用程序。

在按照本發(fā)明的實施方式的顯示裝置10中，一個幀被時分為至少一個觸摸驅(qū)動時段tp(參見圖6)和一個顯示驅(qū)動時段dp(參見圖6)。觸摸驅(qū)動時段tp是觸摸同步信號tsync(參見圖6)被保持在第一電壓電平的時段，顯示驅(qū)動時段dp是觸摸同步信號tsync(參見圖6)被保持在第二電壓電平的時段。在時序控制器16或主機系統(tǒng)19中可產(chǎn)生觸摸同步信號tsync。

在顯示驅(qū)動時段dp期間，數(shù)據(jù)驅(qū)動電路12在時序控制器16的控制下向數(shù)據(jù)線d1至dm提供數(shù)據(jù)電壓，且柵極驅(qū)動電路14在時序控制器16的控制下依次地向柵極線g1至gn提供與數(shù)據(jù)電壓同步的柵極脈沖。在顯示驅(qū)動時段dp期間，觸摸驅(qū)動裝置18停止操作。

在觸摸驅(qū)動時段tp期間，觸摸驅(qū)動裝置18向觸摸屏tsp的觸摸傳感器提供觸摸驅(qū)動信號。在觸摸驅(qū)動時段tp期間，顯示驅(qū)動電路(12、14和16)可向信號線d1至dm和g1至gn提供與觸摸驅(qū)動信號的幅度和相位相同的ac信號，從而使觸摸傳感器和與像素連接的信號線d1至dm和g1至gn之間的寄生電容最小化。在這種情況下，觸摸感測信號中所混有的顯示噪聲可得到顯著降低，從而提高觸摸感測的精確度。

圖5顯示了按照本發(fā)明實施方式的有源觸控筆的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖6顯示了在觸摸驅(qū)動時段內(nèi)與觸摸驅(qū)動信號同步地將第一筆驅(qū)動信號和第二筆驅(qū)動信號相繼輸出給按照本發(fā)明實施方式的有源觸控筆。圖7顯示了以幅度調(diào)制法在按照本發(fā)明實施方式的有源觸控筆中產(chǎn)生與觸摸驅(qū)動信號同步的第二筆驅(qū)動信號。圖8顯示了以頻率調(diào)制法在按照本發(fā)明實施方式的有源觸控筆中產(chǎn)生與觸摸驅(qū)動信號同步的第二筆驅(qū)動信號。

參照圖5至8，按照本發(fā)明實施方式的有源觸控筆20包括導(dǎo)電尖端201、與導(dǎo)電尖端201相連的開關(guān)單元202、接收單元203、有效性檢驗單元204、筆驅(qū)動信號生成器205、參數(shù)選擇器206和發(fā)送單元207。在觸摸驅(qū)動時段tp期間，有源觸控筆20與觸摸驅(qū)動信號ts同步地相繼輸出第一筆驅(qū)動信號pd1和第二筆驅(qū)動信號pd2。

導(dǎo)電尖端201由導(dǎo)電材料例如金屬形成，并用作接收電極和發(fā)送電極。當(dāng)導(dǎo)電尖端201接觸顯示裝置10的觸摸屏tsp時，導(dǎo)電尖端201在接觸位置處與觸摸屏tsp耦合。在導(dǎo)電尖端201在接觸位置處接收來自觸摸屏tsp的觸摸驅(qū)動信號ts后，導(dǎo)電尖端201將有源觸控筆20內(nèi)部產(chǎn)生的、與觸摸屏驅(qū)動信號ts同步的筆驅(qū)動信號ps發(fā)送給觸摸屏tsp的接觸位置。由于導(dǎo)電尖端201用作接收電極和發(fā)送電極，因此有源觸控筆具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。

當(dāng)導(dǎo)電尖端201接觸顯示裝置10的觸摸屏tsp時，開關(guān)單元202在時間上將觸摸驅(qū)動信號ts的接收時序與筆驅(qū)動信號ps的發(fā)送時序分開。開關(guān)單元202在rx模式下通過導(dǎo)電尖端201將從觸摸屏tsp輸入的觸摸驅(qū)動信號ts發(fā)送給接收單元203，并在tx模式下通過導(dǎo)電尖端201將筆驅(qū)動信號生成器205中產(chǎn)生的筆驅(qū)動信號ps發(fā)送給觸摸屏tsp。

接收單元203包括至少一個放大器和比較器，并數(shù)字地處理通過開關(guān)單元202輸入的觸摸驅(qū)動信號ts。

在有效性檢驗單元204從接收單元203接收觸摸驅(qū)動信號ts后，有效性檢驗單元204基于預(yù)定的默認(rèn)參數(shù)集的有效條件分析觸摸驅(qū)動信號ts，并檢驗觸摸驅(qū)動信號ts的有效性。更具體而言，如圖6所示，當(dāng)觸摸驅(qū)動信號ts的n個相繼脈沖滿足預(yù)定默認(rèn)參數(shù)集的有效條件(例如，有效時段pe和有效占空比dt)時，有效性檢驗單元204可確定觸摸驅(qū)動信號ts有效，其中n為大于等于2的正整數(shù)。在這種情況下，有效性檢驗單元204將開關(guān)單元202從rx模式變?yōu)閠x模式。

當(dāng)有效性檢驗單元204確定觸摸驅(qū)動信號ts有效時，筆驅(qū)動信號生成器205參考默認(rèn)參數(shù)集的信號生成條件來產(chǎn)生與觸摸驅(qū)動信號ts同步的筆驅(qū)動信號ps。也就是說，筆驅(qū)動信號生成器205在從tx模式的轉(zhuǎn)換時間點起經(jīng)過預(yù)定時間后，可基于載入寄存器的默認(rèn)參數(shù)集的信號生成條件(例如時段(period)、占空比、數(shù)量等)產(chǎn)生與觸摸驅(qū)動信號ts同步的筆驅(qū)動信號ps。

筆驅(qū)動信號ps包括用于檢測觸摸輸入的第一筆驅(qū)動信號pd1以及用于檢測與有源觸控筆20的附加功能相關(guān)的附加輸入的第二筆驅(qū)動信號pd2。第一筆驅(qū)動信號pd1與觸摸驅(qū)動信號ts的第一頻率f1分量同步，第二筆驅(qū)動信號pd2與觸摸驅(qū)動信號ts的第二頻率f2分量同步。在觸摸驅(qū)動時段tp的第一時段期間可以以第一頻率f1輸入觸摸驅(qū)動信號ts，在觸摸驅(qū)動時段tp的第二時段期間可以以第二頻率f2輸入觸摸驅(qū)動信號ts。在本發(fā)明的實施方式中，第一頻率f1和第二頻率f2可以如圖11所示互不相同，也可以如圖12所示彼此基本相同。

參照圖12，當(dāng)?shù)谝活l率f1和第二頻率f2彼此相同時，第二筆驅(qū)動信號pd2具有與第一筆驅(qū)動信號pd1相同的頻率。另一方面，參照圖11，當(dāng)?shù)谝活l率f1和第二頻率f2互不相同時，第二筆驅(qū)動信號pd2具有與第一筆驅(qū)動信號pd1不同的頻率。為了在第二時段的固定時段期間內(nèi)發(fā)送與附加功能相關(guān)的多得多的信息，通過使第二頻率f2高于第一頻率f1,使得第二筆驅(qū)動信號pd2的頻率可高于第一筆驅(qū)動信號pd1的頻率。

筆驅(qū)動信號生成器205可通過圖7所示的幅度調(diào)制法產(chǎn)生與觸摸驅(qū)動信號ts的第二頻率f2分量同步的第二筆驅(qū)動信號pd2。筆驅(qū)動信號生成器205利用第二筆驅(qū)動信號pd2實現(xiàn)預(yù)先確定的各種附加功能，其中第二筆驅(qū)動信號pd2利用第一電壓電平v1表示數(shù)字信息“1”，利用小于第一電壓電平v1的第二電壓電平v2表示數(shù)字信息“0”。按照幅度調(diào)制法，第二筆驅(qū)動信號pd2可配置為第一電壓電平v1和第二電壓電平v2的各種組合，例如，分別具有第一幅度a1的多個第一脈沖和分別具有第二幅度a2的多個第二脈沖的各種組合。筆驅(qū)動信號生成器205可通過圖8所示的頻率調(diào)制法產(chǎn)生與觸摸驅(qū)動信號ts的第二頻率f2分量同步的第二筆驅(qū)動信號pd2。筆驅(qū)動信號生成器205利用第二筆驅(qū)動信號pd2實現(xiàn)預(yù)先確定的各種附加功能，其中第二筆驅(qū)動信號pd2利用第一頻率fa表示數(shù)字信息“1”，利用快于第一頻率fa的第二頻率fb表示數(shù)字信息“0”。按照頻率調(diào)制法，第二筆驅(qū)動信號pd2可配置為第一頻率fa和第二頻率fb的各種組合，例如，分別具有第一脈沖寬度w1的多個第一脈沖和分別具有第二脈沖寬度w2的多個第二脈沖的各種組合。由于第二筆驅(qū)動信號pd2中的寬度和頻率互相呈反比，因此與第一頻率fa相關(guān)的脈沖寬度w1大于與第二頻率fb相關(guān)的脈沖寬度w2。

更具體而言，如圖12所示，當(dāng)觸摸驅(qū)動信號ts在第一時段ss1和第二時段ss2具有相同頻率時，第二筆驅(qū)動信號pd2具有與第一筆驅(qū)動信號pd1相同的頻率，且如圖7所示，還可包括分別具有第一幅度a1的多個第一脈沖和分別具有不同于第一幅度a1的第二幅度a2的多個第二脈沖。

此外，如圖12所示，當(dāng)觸摸驅(qū)動信號ts在第一時段ss1和第二時段ss2具有相同頻率時，第二筆驅(qū)動信號pd2具有與第一筆驅(qū)動信號pd1相同的頻率，且如圖8所示，還可包括分別具有第一脈沖寬度w1的多個第一脈沖和分別具有不同于第一脈沖寬度w1的第二脈沖寬度w2的多個第二脈沖。

如圖11所示，當(dāng)觸摸驅(qū)動信號ts在第二時段ss2的頻率比第一時段ss1高時，第二筆驅(qū)動信號pd2具有比第一筆驅(qū)動信號pd1高的頻率，且如圖7所示，還可包括分別具有第一幅度a1的多個第一脈沖和分別具有不同于第一幅度a1的第二幅度a2的多個第二脈沖。

此外，如圖11所示，當(dāng)觸摸驅(qū)動信號ts在第二時段ss2的頻率比第一時段ss1高時，第二筆驅(qū)動信號pd2具有比第一筆驅(qū)動信號pd1高的頻率，且如圖8所示，還可包括分別具有第一脈沖寬度w1的多個第一脈沖和分別具有不同于第一脈沖寬度w1的第二脈沖寬度w2的多個第二脈沖。

發(fā)送單元207包括電平移位器。因此，發(fā)送單元207對從筆驅(qū)動信號生成器205輸入的筆驅(qū)動信號ps的電壓電平進行放大，然后將放大后的筆驅(qū)動信號ps提供給開關(guān)單元202。

圖9顯示了圖2所示的顯示裝置中所包括的觸摸驅(qū)動裝置。圖10顯示了用于數(shù)字地處理第二筆驅(qū)動信號的感測值的觸摸驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)。圖11和12為顯示圖9所示的觸摸驅(qū)動裝置的操作時序的波形圖。

按照本發(fā)明的實施方式的觸摸驅(qū)動裝置18可實現(xiàn)為集成電路(ic)封裝。

參照圖9至12，觸摸驅(qū)動裝置18包括觸摸集成icsric和微控制器mcu。觸摸集成icsric包括感測單元sut、模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc，比較器comp、數(shù)字控制器ctr、開關(guān)單元sw等。

感測單元sut連接至觸摸屏tsp的傳感器線并向觸摸屏tsp提供觸摸驅(qū)動信號ts。此外，感測單元sut感測由第一筆驅(qū)動信號pd1產(chǎn)生的觸摸輸入，并感測由第二筆驅(qū)動信號pd2產(chǎn)生的附加筆輸入。為此，感測單元sut包括觸摸驅(qū)動信號提供單元(未顯示)、觸摸傳感器通道單元(或通道多路復(fù)用器)、多個感測單元afe以及多路復(fù)用器單元mux。觸摸傳感器通道單元通過傳感器線(或rx電極線)連接至觸摸傳感器的電極。觸摸傳感器通道單元將傳感器線連接至感測單元afe。感測單元afe感測通過傳感器線輸入的觸摸傳感器的電荷量。感測單元afe在觸摸驅(qū)動時段tp的第一時段ss1期間感測由通過觸摸屏tsp輸入的第一筆驅(qū)動信號pd1產(chǎn)生的電荷量，并在觸摸驅(qū)動時段tp的第一時段ss1之后的第二時段ss2期間感測由通過觸摸屏tsp輸入的第二筆驅(qū)動信號pd2產(chǎn)生的電荷量。多路復(fù)用器單元mux在第一至第n觸摸驅(qū)動時段(參見圖11和12)響應(yīng)于觸摸同步信號tsync選擇性地將每個感測單元afe連接到開關(guān)單元sw。

開關(guān)單元sw響應(yīng)于來自數(shù)字控制器ctr的時分控制信號cont進行開關(guān)操作。在第一至第n個觸摸驅(qū)動時段中的每個時段的第一時段ss1期間，開關(guān)單元sw將感測單元sut的輸出端連接至模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc的輸入端。此外，在第一至第n個觸摸驅(qū)動時段中的每個時段的第二時段ss2期間，開關(guān)單元sw將感測單元sut的輸出端連接至比較器comp的輸入端。

在第一至第n個觸摸驅(qū)動時段中的每個時段的第一時段ss1期間，模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc將與觸摸輸入對應(yīng)的模擬感測值(也就是根據(jù)第一筆驅(qū)動信號pd1產(chǎn)生的電荷量)轉(zhuǎn)換為數(shù)字觸摸感測值。

在第一至第n個觸摸驅(qū)動時段中的每個時段的第二時段ss2期間，比較器comp將對應(yīng)于附加輸入的模擬感測值(也就是根據(jù)第二筆驅(qū)動信號pd2產(chǎn)生的電荷量)與預(yù)定參考值vref比較，并產(chǎn)生數(shù)字附加感測值。當(dāng)?shù)诙P驅(qū)動信號pd2按照圖7所示的幅度調(diào)制法配置為第一電壓電平v1和第二電壓電平v2的組合時，由第一電壓電平v1產(chǎn)生的電荷量可大于參考值vref，因此可作為數(shù)字信息“1”而產(chǎn)生；由第二電壓電平v2產(chǎn)生的電荷量可小于參考值vref，因此可作為數(shù)字信息“0”而產(chǎn)生。此外，當(dāng)?shù)诙P驅(qū)動信號pd2按照圖8所示的頻率調(diào)制法配置為第一頻率fa和第二頻率fb的組合時，由第一頻率fa產(chǎn)生的電荷量可大于參考值vref，因此可作為數(shù)字信息“1”而產(chǎn)生；由第二頻率fb產(chǎn)生的電荷量可小于參考值vref，因此可作為數(shù)字信息“0”而產(chǎn)生。

數(shù)字控制器ctr在第一存儲器中存儲來自模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc的數(shù)字觸摸感測值，并在第二存儲器中存儲來自比較器comp的數(shù)字附加感測值。數(shù)字控制器ctr產(chǎn)生時分控制信號cont，用于將第一至第n觸摸驅(qū)動時段中的每一個時段分為第一時段ss1和第二時段ss2，并將時分控制信號cont提供給開關(guān)單元sw。數(shù)字控制器ctr將第一存儲器中存儲的數(shù)字觸摸感測值以及第二存儲器中存儲的數(shù)字附加感測值通過串行外圍接口(spi)發(fā)送給微控制器單元mcu。

微控制器單元mcu基于數(shù)字觸摸感測值計算觸摸輸入的坐標(biāo)值，并基于數(shù)字附加感測值產(chǎn)生與有源觸控筆的附加功能相關(guān)的信息。然后微控制器單元mcu將觸摸坐標(biāo)信息xy和與筆附加功能相關(guān)的信息paf發(fā)送給主機系統(tǒng)。

圖13和14顯示了在三種狀態(tài)下產(chǎn)生的、與按照本發(fā)明實施方式的有源觸控筆中的觸摸驅(qū)動信號同步的第二筆驅(qū)動信號。圖15顯示了當(dāng)在三種狀態(tài)下產(chǎn)生第二筆驅(qū)動信號時能夠發(fā)送的信息量。

參照圖13和14，有源觸控筆在一個幀的某些觸摸驅(qū)動時段tp中產(chǎn)生第一筆驅(qū)動信號pen1，……，pen4，……，并在一個幀的其余觸摸驅(qū)動時段tp中產(chǎn)生第二筆驅(qū)動信號data1，……，data6，……。傳輸?shù)谝还P驅(qū)動信號pen1，……，pen4，……的時段和傳輸?shù)诙P驅(qū)動信號data1，……，data6，……的時段之間插入顯示驅(qū)動時段dp，且輸出給觸摸屏。觸摸驅(qū)動時段的第一時段中產(chǎn)生第一筆驅(qū)動信號pen1，……，pen4，……，觸摸驅(qū)動時段的第二時段中產(chǎn)生第二筆驅(qū)動信號data1，……，data6，……，將中間插入顯示驅(qū)動時段tp的觸摸驅(qū)動時段的第一時段和觸摸驅(qū)動時段的第二時段設(shè)置在不同的觸摸驅(qū)動時段tp。

當(dāng)表示與筆附加功能有關(guān)的附加輸入的第二筆驅(qū)動信號data1，……，data6，……在單獨的觸摸驅(qū)動時段tp中被輸出給觸摸屏?xí)r，可以提高附加輸入的感測靈敏度。此外，由于輸出給觸摸屏的第一筆驅(qū)動信號pen1，……，pen4，……的傳輸時段和第二筆驅(qū)動信號data1，……，data6，……的傳輸時段之間插入顯示驅(qū)動時段dp，因此可以在顯示驅(qū)動時段dp期間處理感測數(shù)據(jù)。因此，可以充分保證處理數(shù)據(jù)所需的時間。

第二筆驅(qū)動信號data1，……，data6，……可具有三種狀態(tài)，從而增加與附加輸入有關(guān)的信息的傳輸量。例如，具有三種狀態(tài)的第二筆驅(qū)動信號data1，……，data6，……可包括相位與觸摸驅(qū)動信號ts相同的第一狀態(tài)(由“0”表示)信號，相位與觸摸驅(qū)動信號ts相反的第二狀態(tài)(由“1”表示)信號，以及用于不驅(qū)動有源觸控筆的第三狀態(tài)(由“無源(passive)”表示)信號。

當(dāng)以三種狀態(tài)實現(xiàn)第二筆驅(qū)動信號data1，……，data6，……時，可以利用有限的數(shù)據(jù)量傳輸與附加功能有關(guān)的多得多的信息，這是因為本發(fā)明的實施方式能利用2比特數(shù)據(jù)產(chǎn)生3比特數(shù)據(jù)的效果。因此，易于實現(xiàn)高性能的有源觸控筆。此外，與以兩種狀態(tài)(“0”和“1”)實現(xiàn)第二筆驅(qū)動信號的情況相比，由于三種狀態(tài)的第二筆驅(qū)動信號能以較短的驅(qū)動時間實現(xiàn)同樣的性能，因此三種狀態(tài)的第二筆驅(qū)動信號能有效降低功耗。

例如，如圖15所示，當(dāng)以三種狀態(tài)實現(xiàn)第二筆驅(qū)動信號data1，……，data6，……時，在三個符號的情況下可以發(fā)送27種信息。另一方面，當(dāng)以兩種狀態(tài)實現(xiàn)第二筆驅(qū)動信號data1，……，data6，……時，在三個符號的情況下只能發(fā)送8種信息。

雖然圖13和14中未顯示，但觸摸驅(qū)動信號ts可以在產(chǎn)生第一筆驅(qū)動信號pen1，……，pen4，……的觸摸驅(qū)動時段的第一時段和在產(chǎn)生第二筆驅(qū)動信號data1，……，data6，……的觸摸驅(qū)動時段的第二時段中具有同樣的頻率。

在這種情況下，第二筆驅(qū)動信號data1，……，data6，……的頻率可與第一筆驅(qū)動信號pen1，……，pen4，……的頻率相同，且還可包括相位與觸摸驅(qū)動信號ts相同的第一狀態(tài)(由“0”表示)信號，相位與觸摸驅(qū)動信號ts相反的第二狀態(tài)(由“1”表示)信號，以及用于不驅(qū)動有源觸控筆的第三狀態(tài)(由“無源(passive)”表示)信號。

雖然圖13和14中未顯示，但在產(chǎn)生第二筆驅(qū)動信號data1，……，data6，……的觸摸驅(qū)動時段的第二時段中觸摸驅(qū)動信號ts的頻率可比產(chǎn)生第一筆驅(qū)動信號pen1，……，pen4，……的觸摸驅(qū)動時段的第一時段中的頻率高。

在這種情況下，第二筆驅(qū)動信號data1，……，data6，……的頻率可比第一筆驅(qū)動信號pen1，……，pen4，……的頻率高，且還可包括相位與觸摸驅(qū)動信號ts相同的第一狀態(tài)(由“0”表示)信號，相位與觸摸驅(qū)動信號ts相反的第二狀態(tài)(由“1”表示)信號，以及用于不驅(qū)動有源觸控筆的第三狀態(tài)(由“無源”表示)信號。

在圖13中，“信標(biāo)(beacon)”表示向有源觸控筆指示筆頻率、筆驅(qū)動方法(例如接觸、懸停(hovering)等)、顯示面板的驅(qū)動狀態(tài)(例如基本驅(qū)動、低功率驅(qū)動等)等的信號。

本發(fā)明的實施方式具有以下效果。

首先，本發(fā)明的實施方式能通過在現(xiàn)有的集成式觸摸驅(qū)動裝置中增加用于數(shù)字地處理第二筆驅(qū)動信號的感測值的電路，精確地接收從筆發(fā)出的數(shù)字附加信息(例如壓力、按鍵、筆id等)。

第二，由于本發(fā)明的實施方式在時間上分離并輸出包括第一筆驅(qū)動信號和第二筆驅(qū)動信號的觸摸驅(qū)動信號，因此能夠發(fā)送更精確的信息。

第三，本發(fā)明的實施方式能通過數(shù)字附加信息以與觸摸報告速率(touchreportrate)相同的速率發(fā)送與大于等于2048的筆壓力相關(guān)的信息。

第四，本發(fā)明的實施方式能通過數(shù)字附加信息發(fā)送兩個或更多個按鍵信息(包括清除信息、滾動信息等)。

第五，本發(fā)明的實施方式能通過數(shù)字附加信息發(fā)送筆id，同時能夠識別多個筆。

第六，本發(fā)明的實施方式能將數(shù)字附加信息處理為三個狀態(tài)，并在有限的時間內(nèi)傳輸多得多的信息。

雖然已參考多個示例性實施方式描述了多個實施方式，但所屬領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的原理的范圍內(nèi)可以提出多種其他修改和實施方式。特別是，在說明書、附圖和權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可以對組件部分和/或主題組合設(shè)置的配置進行各種變形和修改。除了組件部分和/或配置的各種變形和修改之外，替代使用對于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員而言也將是顯而易見的。