TW201007538A - Touch sensor driving method and device and capacitive touch module - Google Patents

Description

201007538 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種觸控感應器（touch sensor)驅動方 法、裝置以及電容式觸控模組，且特別是有關於一種提供可產 生近似弦波波形的純或近似弦波電流源到銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，IT0)觸控感應器的觸控感應器驅動方法、裝置以及 電容式觸控模組。 【先前技術】 ❹ 因應整合與時尚風潮’各式觸控與偵測技術被應用到筆記 型電服、鍵盤、行動電話、數位影音播放器、數位相機等手持 裝置、行動通訊與電腦週邊產品，並且IT〇也被廣泛應用在觸 控模組中。請參閱圖1，其係習知具有雙層ΙΤ〇導線(trace)的 二維電容式觸控感應器示意圖。觸控感應器10具有多條父轴 導線11與Y轴導線12，各導線具有多個感應器接點(sens〇r pad) 13與各感應器接點之間的連接線μ。對於任一條導線η 與12而^，電阻主要的貢獻來源來自連接線14，電容則是感 應器接點13本身對地的電容。舉例來說，假設某一 ΙΤ〇製程 的ITO sheet其電阻值為每單位面積1〇〇Ω，兩個感應器接點 13之間具有7個單位，並且整條導線共有9條連接線，則電 阻值將為7*1〇〇* 9=6300Ω ’而每個感應器接點13對地的電容 例如可以是4pF，因此整條導線的電路模型可以確立。 另一方面，對於二維電容式觸控感應器驅動訊號產生與提 2 ’美@發明專利第6,323,846號主張以電源供魅裝置供應 疋電壓源’而第5,920,309號則主張以調變器(modulator)提供 驅動訊號’並且此驅動訊號可以是電壓源或是固定頻率之正負 兩方向=疋電流源。進一步來看，美國發明專利第5,92〇,3〇9 號以固定頻率之正負兩方向的定電流源是以所形成的方波電 5 201007538 流源對觸控感應器進行充放電。 然而，因為ITO的電阻特性使得導電特性不及金屬，觸控 感應器具有等效的RC網路特性’從而造纽號在此網路末 端（觸控感應器前級）產生嚴重衰減，進而使得觸控板控制器 f信號制上的瞻：此外，由於方波具有高躺諧波，使得 信號在ΠΌ導線的前級觸控感應器即被嚴重衰減。因此，一 種可消除或減緩訊號衰減的觸控感應器驅動方法、裝置以 容式觸控模組實為所冀。 ❹

【發明内容】 本發明的目的就是在提供—難以純或 ^調變與解調變之觸控感應器驅動方法，以消除或減= 本，_再-目的是提供—種能㈣波電流源進行調變 ，、解，變之觸控感應器驅動裝置，以消除或減緩訊號衰減。變 鱼紐2_又—目的是提供—種能㈣波電流源進行調變 與解調變之餘摘控馳，㈣除錢緩訊號衰減。 似心明提出㈣應器驅動方法，係提供可產生近 面之純或近絲波電流_電容式難輸出入介 =組;以及提供一開關模組，具有多個開關元： 點打開或關閉所分別連接之—電源供應線路，從出 、、，屯或近似弦波電流源至觸控感應器。 j出 弦波提 之一觸控感應器，此裝置包含^關=谷2控輸出入介面 以依序於各時間點打開或關閉 而輪出純紐似織錢縣路 6 201007538 用以控制開關模組。 在本發明的較佳實施例中，上述之觸控感應器可以是ΙΤ0 觸控感應器，並且具有多銦ΙΤΟ感應導線；ΙΤΟ觸控感應器可 以是一維或二維，並且二維的ΙΤΟ觸控感應器其中一維是χ 軸導線，另一維則是γ軸導線。 ❹ 本發明提出一種電容式觸控模組，包含一開關模組、一控 制裝置、一銦錫氧化物觸控感應器以及一微控制器單元。其 中，開關模組具有多個開關元件，以依序於各時間 閉所分別連接H祕躲路錢出具有近姆 -純或近㈣波m以驅動錮錫氧化細域應器；控制 裝置用以控制開關模組對銦錫氧化物觸控感應器之充放電；姻 ，氧化物觸控感應H用以提供至少—導電物體觸摸而感應電 谷變化量；健制H單元_以根據電容變化 之座標或啟麟應魏。 瓶 在本發明的較佳實施例中，控制裝置可以是一解碼器 (De曰cod亦近健波波形由多個點構成，並且開關元件數量可 點數量的一半。在另—實施例中，近似弦波波形由多 這些點的數量可以藉由純或近似弦波電流源的 ’近似弦 觸控感應謎^ 服訊號在RC網路末端的嚴重奢觸控模組，因此能夠克 信號偵測上的困難，而且相較=降低觸控板控制器在 發明因為採祕有較快穩定；波形的定電流源’本 電流源’因此_祕較多與較大尺寸的ιτ〇面板。 201007538 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易 .丨董，下文特舉較佳實施例’並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 ❹ 、清參閱圖2’其係本發明一較佳實施例之觸控感應器驅動 方法步驟流程圖。於步驟S2U，提供一控制裝置，例如— 碼器，以控制開關模組，然後於步驟S212提供一開關模纟且以 =序於各時間點打開或關_分別連接之_電源供應線路而 輸出純或近似弦波電流源至電容式觸控輸出人介面之觸 在此㈣，馳錢器可以是具有多個肋感應導^的 TO觸控感應器’並且ΙΤ〇觸控感應器可以一維或二維，或^ ^層或雙層’並且二維之ΙΊΌ觸控感絲、其卜維是χ轴 二’另-維是γ軸導線。為了模擬出近似的純弦波電流源， =些近似的弦波波形由多個點（多個時間點相對應的 ❹ 塔:例如8個時間點t0〜t7相對應值可得到8點近似弦波電产 Π ’並且開關元件數量是8點的一半，也就是4個開關二 ’點則為8個開關元件，依此類推。另外，這些點 率Si，二？弦波電流源之電路最高頻率除以弦波頻 弦波頻率ί再而純^近波電流源之電路最高頻率除以 多則近似弦波實務上’由模擬結果可知’點數愈 穿詈3閱其係本發明—較佳實施例之觸控感應器驅動 衣罝方塊不意圖。如圖3,,,,. j 動裝罟30勺人一 ^ 斤不，在此實施例中，觸控感應器驅 ，一控制裝置31以及一開關模組32,用於產峰 輪之一純或近似弦波電流源至電容式觸控 以始；丨面觸控感應器34。控娜置31可以是解石馬哭， 線路分別傳輸控制訊號給開關模組32的開關元件。開；；模 8 201007538 組32 ’用以依序於各時間點打開或關閉開關元件所分別連 之電源供躲路’從而輪出近健波電流源至觸贼應器料。 其中’觸控感應器可以是具有多個IT〇感應導線的IT〇觸控 感應器’並且ΙΤ〇觸控感應器可以-維或二維，或是單層或^ 層，二維之1T〇觸控感應器其中-維是X軸導線，另-維是 Υ軸導線為了模擬出近似的純弦波電流源，這些近似的弦 波形由多個點（多個時間點相對應的值)構成，例如8個時間點 t〇〜t7相朗值可制8點近錄波電㈣ 元 Ο

Q =量”點的一半’也就是4個開關元件，16點則= 弦波電流源之電路最高頻率除以弦波頻率後而決定，例如g 3頻波頻率為7聰Z，則可以用32二t 點近健波韻源波形，或是還可以藉由純或近似弦j &源之電路最高解除__率後再降㈣ =為24馳且弦波頻率為獅Hz日夺，可以降頻而^用最二 ^點錢擬近健波電麵㈣。實務上 ，

知’點數愈多則近似弦波的效果愈好。 顺WT 請-併參閱圖3與圖4,圖4電路圖揭露 波電流源的電路，並且假設電__最高頻料弦 弦波頻率為75GKHZ，近似振幅為懸Α，因此〇 ， 點去近似滅，也可_幻6點及8點來近 ^ 32 所示，控制裝置31藉由線路311〜314 波。如圖4 組32，對開關元件切〜似進行 、控制訊號給開關模 «^#321-324 ^ 時電路不對觸控感應器34進行充放電。=331〜334,此 元件321關閉而連接電源供應線路331，复铋Θ點tl時，開關 接電源供應線路332〜334，此時雷%、:開關打開而不連 電路以7〇.7uA對觸控感應器 201007538 進仃充電，於時間點t2時，開關元件321盥 接電源供應線路331〜332，豆 m、322關閉而連 路333〜334,㈣㈣、 關打開而不連接電源供應線 時電路以1 〇〇uA對觸控感應考34進杆奋雷. 於時間點t3時，開關亓杜工為應态料進仃充電， η 1關件關閉而連接電源供應線路33卜 連接電源供應線路332〜334，此時電路以 ^ 應器34進行充電；於時_t4時，開關元件

/、打開而不連接電源供應線路331與334，此時電路 不對觸控感應器34進行充放電；於時間點t5時，開關元件奶 關閉而連接電源供應線路333，其餘開關㈣而不連接電源供 應線路331 332與334 ’此時電路以7〇 7uA對觸控感應器34 進行放電；於時間點t6時，開關元件321與322關閉而連接 電源供應線路331與332,其餘開關打開而不連接電源供應線 路333與334’此時電路以100uA對觸控感應器34進行放電； 於時間點t7時’開關元件323關閉而連接電源供應線路333， 其餘開關打開而不連接電源供應線路331、332與334，此時 電路以70.7uA對觸控感應器34進行放電。 承上實施例’圖5A〜5D係分別以頻率為750KHz、振幅 為100uA的方波與純弦波、8點弦波、16點弦波與32點弦波 對RC網路進行充放電以及在rc網路末端電容進行電壓模擬 量測結果之波形圖。由於可預期相較於純弦波或8點、16點、 32點弦波電流源’方波電流源在rC網路的末端具有最低的振 幅’因此我們假設方波電流源在RC網路末端的振幅為A1 ; 而純弦波或8點、16點、32點弦波電流源在RC網路末端的 振幅分別為A2、A3、A4、A5 ’觸控感應器的電阻與電容變化 分別可以下列公式獲得與比較：（Α2-Α1)/Α1*1〇〇%、 (A3-A1)/A1*100% 、 (A4-A1)/A1*100% 以 及 (A5-A1)/A1*100%。當觸控感應器的電容固定為4pF、電阻為 201007538 ❹ © 變數其範圍為0.1ΚΩ〜1.1ΚΩ以及觸控感應器電阻固定為 0.7ΚΩ、電容為變數其範圍為〇.5pF〜6pF時，可發現兩項特性: 其一，弦波穩定時間比方波快，因此弦波的掃描頻率會比方波 快；其二，在RC網路的末端，純弦波的振幅比方波多出 27·46%、8點弦波的振幅比方波多出21 57%、16點弦波的振 幅比方波多出25.83%、32點弦波的振幅比方波多出的％ 因此’本發明能夠克服訊號在此網路末端的嚴重衰減〇，° 降低觸控板控制器在信號偵測上的困難；而且能夠比提供 方波波形的定電流源具有較快穩定時間與較大振幅的弦^ 流源，從而能適用於較多與較大尺寸的IT〇面板。 請參閱圖6，其係本發明一較佳實施例之電容式觸控模扭 方塊不意圖。在此實施例中，電容式觸控模組6〇且 ' =-6^^模組/2一銦鍚氧化物帅)觸控感應器^ 以及微控制器^64。控制裝置61例如 觸控感應器63之充放電心 電源供應線路啸出具有錢波形之—純或近似 源’從而驅動ιτο觸控感應器63，ΙΤ ς 獲得導控制器單元64則根據電容變化量 付守电初體之座私或啟動對應功复 構成 後的數值所決定的數量路最南頻率除以弦波頻率 後再降頻所獲得數值決定除以弦波頻率 是2的冪次值，但眚熬 绝二點的數量理論上 好。 —務上㈣數愈多所得到的近似弦波效果愈 11 201007538 綜上所述’根據本發明所提出的觸控感應器驅動方法與裝 • 置以及電容式觸控模組，32點弦波與純弦波的模擬果近乎重 疊’因此點數愈多則近似弦波的效果愈好。進一步來看，本發 明因採用提供具有弦波波形之純或近似弦波電流源至觸控感 應器之觸控感應器驅動方法、裝置以及電容式觸控模組，因此 能夠克服訊號在RC網路末端的嚴重衰減問題，降低觸控板控 制器在信號偵測上的困難，而且能夠比提供具有方波波形的定 電流源具有較快穩定時間與較大振幅的弦波電流源。實務上， ❹ 假如原來的方波電流源驅動方式可支援到4.3英对的ITO面 板，若改以純弦波電流源進行驅動，所支援的最大IT〇面板尺 寸約為5.5英吋；若改以8點弦波電流源進行驅動，所支援的 最大ΙΤΟ面板尺寸約為5.2英吋；若改以16點弦波電流源進 行驅動，所支援的最大ΙΤ〇面板尺寸約為5 4英吋；若改以32 點弦波電流源進行驅動，所支援的最大ΙΤ〇面板尺寸約為5 5 英吋，因此本發明能夠適用於較多與較大尺寸的ΙΤ〇面板。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定 ❹ 本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍 内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後 附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1繪示為習知具有雙層ΙΤ〇導線的二維電容式觸控感 應器示意圖。 圖2係本發明一較佳實施例之觸控感應器驅動方法步驟 流程圖。 _圖3係本發明一較佳實施例之觸控感應器驅動裝置方塊 示意圖。 圖4係本發明一較佳實施例之觸控感應器驅動裝置電路 12

❹ 201007538 圖。 5A〜5D係本發明較佳實施例之方 波、點弦波與32點弦波 放皮、8點弦 圖6係本發明 電之波开♦ 佳實蘭之電容式難额 【主要元件符號說明】 10、34 :觸控感應器 ll:x輛導線 12 : Y軸導線 13 :感應器接點 14 :連接線 S211〜S212 :本發明—較佳實施例之觸控感應器驅動方法各步 30 :觸控感應器驅動裝置 31、 61 :控制裝置 311〜314 :線路 32、 62 :開關模組 321〜324 :開關元件 331〜334 :電源供應線路 60:電容式觸控模組 63 :銦錫氧化物觸控感應器 64 :微控制器單元 t0〜t7 :時間點0〜7 A1〜A5 :振幅

Claims (1)

1. 201007538 十、申請專利範圍： • 少丨.一種觸控感應器驅動方法，係提供可產生一近似弦波波 形之一純或近似弦波電流源至電容式觸控輸出入介面之一魎 控感應器，包含： 提供一開關模組，係具有複數開關元件，以依序於各時間 點打開或關閉所分別連接之—電雜應線路而輸丨該純 似弦波電流源至該觸控感應器；以及 一 提供一控制裝置，係用以控制該開關模組。 ❹ 2.如巾請專利朗第1項所述之觸控感應H驅動方法，Α 中該觸控感應器係—銦錫氧化物觸控感應器並 ς 錫氧化物感應導線。 ^復數銦 3. 如I請專魏圍第2項所述之觸減鋪驅動方法，盆 中該銦錫Α化物觸控感應器係—維或二維，並且 ς $化物觸控感應器其中-維係X軸導線，另-維則係; 4. 如申請專利範圍第〗項所述之 中該：===:=二= 或近似弦波電流源之〜雷玖田人 双置係由该純 -申請專利範二定。 :==::，成，並且該_ = 電路最高頻率除以-弦波頻率後再降 “Ιίΐϊί利範圍第1項所述之觸控感應器驅動方法Α 中該控制裝置係一解螞器。 勒万法，其 14 201007538 歡驅動裝置’係提供可產生*"近似弦波波 形之一純或近似弦波電流源至電容式觸控輸出入介 控感應器，包含： 觸 一開關模組，係具有複數開關元件，以依序於各 開或關閉所分料接之—電縣應線路而輸㈣純似 波電流源至該觸控感應器；以及 一控制裝置’係用以控制該開關模組。 9.如申請專利範圍第8項所述之觸控感應器驅動裴置，复 ❹ ❹ 中該觸控感應器係一銦錫氧化物觸控感應器並且具 /、 錫氧化物感應導線。 、職鋼 10.如申請專利範圍第8項所述之觸控感應器驅動裝置’ 其中該銦錫氧化物觸控感應器係一維或二維，並且二維^ ， 錫氧化物觸控感應器其中一維係X軸導線，另一維則係 導線。 ’、轴 11. 如申請專利範圍第8項所述之觸控感應器驅動裴置， 其中該近似弦波波形係由複數點構成，並且該些開關元 _ 係該些點數量之一半。 董 12. 如申請專利範圍第8項所述之觸控感應器驅動裝置， 其中該近似弦波波形係由複數點構成，並且'該些點數量係由兮 純或近似弦波電流源之一電路最高頻率除以一弦波頻率而= 13. 如申請專利範圍第8項所述之觸控感應器驅動裝置， 其中該近似弦波波形係由複數點構成，並且該些點數量係由嗲 純或近似弦波電流源之一電路最高頻率除以—弦波頻二 降頻而決定。 I再 14. 如申請專利範圍第8項所述之觸控感應器驅動裝置， 其中該控制裝置係一解碼器。 15 201007538 15. —種電容式觸控模組，包含： -開關模組，係具有複數開關元件 開或關閉所分別連接之一電源供應線^時間點打 應器； 騙動該銦錫氧化物觸控感 一控制裝置，係用以控制該開關模 感應器之充放電； 、、、對該鋼錫氧化物觸控 -銦錫氧化物_感應 Ο ❹ 模而感應電容變化量；以及 攸供至夕一導電物體觸 -微控制器單元，係用以根據該 體之座標或啟動對應功能。 變化I獲得該導電物 16. 如申請專利範圍第15項所述 該近似弦波波形係由複數點構 式觸控模組，其令 些點數量之一半。 ，I些開關元件數量係該 17·如申請專利範圍第15項 該近似弦波波形係由複數 電*式觸控模組，其中 近似弦波電流源之一電路最高、及些點數量係由該純或 认如申請專利制第！ —弦波頻率而决定。 該近似弦波波形係由複數點 以之^容式觸控模纽，其t 过似弦波電流源之一電路最 ^些點數量係由該純或 而決定。 羊除乂—弦波頻率後再降頻 19. 如申請專利範㈣i 該控制裝置係一解瑪器。 電谷式觸控模組，其_ 20. 如申請專利範圍第】5 該導電物體係手指或且有=所述之電容式觸控模組，龙 、于电特性之操作用物件。 、 16