TW201126401A - Method and system of differential sensing capacitive touch panel - Google Patents

Description

201126401 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於觸控面板之技術領域，尤指一種差動 偵測電容式觸控的解調變方法及系統。 【先前技術】 現代消費性電子裝置多配備觸控板做為其輸入裝置 之一。為符合輕、薄、短、小等需求，觸控板亦多與面 板整合成為觸控面板，用以方便使用者輸入。觸控板根 β 據感測原理的不同可分為電阻式、電容式、音波式、及 光學式等四種。 觸控面板的技術原理是當手指或其他介質接觸到螢 幕時，依據不同感應方式，偵測電壓、電流、聲波或紅 外線等，進而測出觸壓點的座標位置。例如電阻式即為 利用上、下電極間的電位差，用以計算施壓點位置檢測 出觸控點所在。電容式觸控面板是利用排列之透明電極 與人體之間的靜電結合所產生之電容變化，從所產生之 春 電流或電壓來檢測其座標。 圖1係習知電容式觸控面板的驅動之示意圖，其係用 以驅動一nxm觸控面板，其中，n，m為大於丨之整數。 如圖1所示，一驅動電路（圖未示）依序在一個方向的導體 線X〗，X2，X3,…上產生一驅動訊號Vy ,經由導體線幻 X2, X3,…及導體線γι，γ2, γ3，之間的互感電容 Cm(mutual capacitance)，搞合電荷進人導體線η, w 4 201126401 Y3,…。偵測電路丨1()藉由η個感測電路（圖未示）透過量測 電荷’進而產生電壓訊號V⑴，V(2)，V(3),…,V(n)。 當沒有接地導體或手指靠近觸控面板時互感電容 Cm的大小為CmO。當有接地導體或手指靠近觸控面板 時’會干擾導體線XI，X2, X3,…及導體線Yl，Y2, Y3，... 之間的電力線’進而會影響互感電容Cm的大小（假設接觸 時大小為Cml) »偵測電路Π0透過互感電容Cm的變化而 鲁 量測電荷，進而產生電壓訊號V(l)，V(2)，V(3)，…,V(n)。 可程式增益碑大器U0將電壓訊號V(i)，V(2)， ν(3)，···，ν(η)放大至類比至數位轉換器n〇的輸入範圍，而 產生電壓訊號Va(l)，Va(2)，Va(3)，...，Va(n)。類比至數位 轉換器130則將電壓訊號Va(1)〜va(n)轉換成數位訊號 D(l)〜D(n)。 偏移裝置140調整D(1)〜D(n)的偏移量，調整後的 D(l)〜D(n)寫入圖框緩衝器15〇中，成為導體線χι的相關 資料。驅動電路依序在導體線X2，Χ3,…上產生一驅動訊 • 號Vy，並重複以上的動作，得到每一條導體線Χ2, Χ3,… 的相關資料。 當湊齊整個圖框緩衝器丨5〇中的資料後，經由座標判 斷裝置160判斷是否有導體或手指觸碰面板導致耦合電 荷量改變而造成D(l)-K〜D(n)-K的改變，若判斷為導體或 手指則進行座標計算進而產生接觸點座標。 當導體或手指罪近或觸碰面板時，互感電容Cm的變 化量非常小，因而容易受受到外來的共同雜訊（c〇mm〇n noise)的影響，共同雜訊經由可程式增益放大器12〇放大 201126401 後’則降低整個系統的訊號雜訊比（Signal t〇 N〇ise Rati〇, SNR) ’因而偏移裝置140輸出的訊號D(l)-K〜D(n)-K會因 具有較多雜訊而有抖動現象’進而造成座標判斷裝置16〇 所產生接觸點座標的不穩定，甚至不正確。因此，習知 偵測電容式觸控面板的技術，仍有改善的空間。 【發明内容】 本發明之目的主要係在提供差動偵測電容式觸控的 解調變方法及系統’以降低共同雜訊（Common Noise)的 影響’並獲得最佳的訊號雜訊比，進而提高接觸點座標 的準確度。 依據本發明之一特色，本發明提出一種差動偵測電 容式觸控的解調變系統，其用於一電容式觸控面板，該 電谷式觸控面板具有分佈在第一方向之η條導體線及分 佈在第二方向之m條導體線’ n，m為大於1之整數，該第一 方向導體線與第二方向導體線之間的相疊處形成感應電 谷’該第一方向係垂直於該第二方向，該系統包含一债 測電路、一組減法器、一組可程式增益放大器、一類比 至數位轉換器、及一解調變裝置。該偵測電路具有η個輸 入端’用以偵測電容式觸控面板之η條導體線的感應電 谷’並產生相對應的η個感應訊號，。該組減法器連接至 δ亥倘測電路’其具有η-1個減法器’以對該偵測電路輸出 的鄰近兩條導體線之感應訊號兩兩相減’以產生^丨個的 差動訊號。該組可程式增益放大器連接至該組減法器， 以對該η-1個的差動訊號進行放大，以產生η· 1個放大差動 6 201126401 訊號。該類比至數位轉換器連接至該組可程式增益放大 器’以將該n-l個放大差動訊號轉換為n-l個數位差動訊 號。該解調變裝置連接至該類比至數位轉換器，將該nq 個數位差動訊號解調變為η個數位訊號。其中，該組減法 器係在該組可程式增益放大器之前將該電容式觸控面板 之η條導體線的共同雜訊（Common noise)移除，以免該共 同雜訊被該組可程式增益放大器放大。 依據本發明之另一特色，本發明提出一種差動偵測 電容式觸控的解調變方法，其用以偵測一物件是否觸碰 該電容式觸控面板，該電容式觸控面板在第一方向有η條 導體線，在第二方向有m條導體線，n，m為大於1之整數， 該第一方向導體線與第二方向導體線之間的相疊處形成 感應電容’該第一方向係垂直於該第二方向，該方法包 含：（A)使用一偵測電路以偵測一電容式觸控面板之η條 導體線的感應電容，並產生相對應的η個感應訊號；（β) 使用一組減法器以對該偵測電路輸出的鄰近2條導體線 之感應訊號兩兩相減，以產生η-1個的差動訊號；（〇使用 一組可程式增益放大器，以對該n-l個的差動訊號進行放 大，以產生n-l個放大差動訊號；（D)使用一類比至數位轉 換器’以將該η-1個放大差動訊號轉換為η-1個數位差動訊 號；（Ε)使用一解調變裝置，以將將該n-l個數位差動訊號 解調變為η個數位訊號；其中，該組減法器係在該组可程 式增益放大器之前將該電容式觸控面板η條線的共同雜 訊（common noise)移除’以免該共同雜訊被該組可程式增 益放大器放大。 201126401 【實施方式】 圖2係本發明一種差動偵測電容式觸控的解調變系 統的方塊圖，該解調變系統包含：一偵測電路21〇、一組 減法器220、一組可程式增益放大器23〇、一類比至數位 轉換器240、一解調變裝置25〇、一偏移裝置26〇、一圖框 緩衝器270、及一座標判斷裝置28〇。 該偵測電路210其具有1!個輸入端，用以偵測一電容 式觸控面板290之η條導體線的感應電容，進而產生相對 應的η個感應訊號。 於本發明中，該感應訊號可為感應電壓或感應電 流’為方便說明’於本實施例中以感應電壓為例，該偵 測電路210產生相對應的η個感應電壓ν( 1)〜ν(η)。 如圖2所示，該電容式觸控面板29〇in條導體線係分 佈在第一方向，該電容式觸控面板290在第二方向更有m 條導體線，該第一方向導體線與第二方向導體線之間的 相疊處形成感應電容Cm，其中’該第一方向係垂直於該 第一方向，m為大於1之整數，η為大於1之整數； 該組減法器220連接至該偵測電路21 〇，其具有η_ 1個 減法器，用以對該偵測電路輸出的鄰近兩條導體線之感 應電壓進行兩兩相減’進而產生η· 1個的差動訊號。 於本發明中’該差動訊號可為差動電壓或差動電 流’為方便說明’於本實施例申以差動電壓為例，該組 減法器220產生相對應的η個差動電壓v(2)-V(l), 201126401 V(3)-V(2)，…，V(n)-V(n-1)»該n-l個減法器較佳為類比減 法器’並且可為差動放大器（Differential Amplifier)。 其中，第i個類比減法器接收第i+1個感應電壓V(i+1) 及一第i個感應電壓V(i)，並將該第i+1個感應電壓V(i+1) 減去該第i個感應電壓V(i)，而產生一第i個差動電壓 V(i+1)-V(i)，當中，i=l，2, 3，...，η-I。 該組可程式增益放大器230連接至該組減法器220， 用以對該η-I個的差動電壓V(2)-V(l)，V(3)-V(2)，...， • V(n)-V(n-1)進行放大，進而產生η-i個放大差動訊號。於 本發明中’該放大差動訊號可為放大差動電壓或放大差 動電流’為方便說明，於本實施例中以放大差動電壓為 例，該組可程式增益放大器230產生相對應的n個放大差 動電壓 Va(2)-Va(l)，Va(3)-Va(2)，…，Va(n)-Va(n-1)，其 中，該n-1個放大差動電壓係符合該類比至數位轉換器 240的輸入範圍，用以降低類比至數位轉換時的量化誤差 (Quantization Error)。 φ 於本發明中，該組減法器220係在該組可程式增益放 大器230之前將該電容式觸控面板之η條導體線的共同雜 訊（Common noise)移除，進而避免該共同雜訊被該組可程 式增益放大器放大’藉此以降低共同雜訊的影響，並獲 得最佳的訊號雜訊比，進而提高接觸點座標的準確度。 該類比至數位轉換器240連接至該組可程式增益放 大器230 ’以將該η-I個放大差動電壓va(2)-va(i) Va(3)-Va(2)，…，Va(n)-Va(n-1)轉換為n-l個數位差動訊 號 D(2)-D(l)，D(3)-D(2)，…，D(n)-D(n-1)。 201126401 該解調變裝置250連接至該類比至數位轉換器240， 將該n-1個數位差動訊號d(2)-D(1)，D(3)-D(2)，...， D(n)-D(n-1)解調變為n個數位訊號d(1)-D(1)， D(2)-D(l)，...，D(n)-D(l)。 圖3係本發明該解調變裝置250之運作的示意圖。其 輸入端接收n-Ι個數位差動訊號d(2)-D(1)，D(3)-D(2)，...， D(n)-D(n-1) ’該解調變裝置250直接輸出D(l)-D(l)、 D(2)-D(l)為第1個數位訊號及第2個數位訊號。 該解調變裝置250並將第2個數位差動訊號D(3)-D(2) # 與第1個數位差動訊號D(2)-D(l)相加，而產生第3個數位 訊號D(3)-D(l)。再將第3個數位訊號d(3)-D(1)與第3個數 位差動訊號D(4)-D(3)相加，而產生第4個數位訊號 D(4)-D(l) ’依序類推’不再予以贅述。 亦即’該解調變裝置250將第i個數位差動訊號與第i 個數位訊號相加’而產生第i+丨個數位訊號，當十，丨=2， 3,..., n-1 〇 該偏移裝置260連接至該解調變裝置250，用以將該〇 ^ 個數位訊號進行偏移調整，進而產生η個偏移訊號。 該偵測電路110透過互感電容Cm的變化，其係相對 值’故該偏移裝置260係對該n個數位訊號加上一可程式 固定值Κ，而產生η個偏移訊號。當可程式固定值反為口㈠） 時，該η個偏移訊號為D(1)_K，D(2)_K，，D(n)_K。於其他 實施例中，可程式固定值尺可為D(1)，D(2)， ，D(n)中的 最小值，亦即 K=min{D(l)，D(2)，…，D(n)}。 10 201126401 本發明中，依序驅動該電容式觸控面板29〇的111條導 體線XI，X2,…，xm，並依序儲存條導體線χι, χ2，…，Xm 對應的η個偏移訊號。故該圖框緩衝器27〇連接至該偏移 裝置260,以暫存該偏移裝置依序輸出的〇1組11個偏移訊 號》 該座標判斷裝置280連接至該圖框緩衝器270，依據 該mxn個偏移訊號的變化，以判斷是否有接地導體或一手 指觸碰該電容式觸控面板。 圖4係本發明一種差動偵測電容式觸控的解調變方 法的流程圖，並請參照圖2所示之差動偵測電容式觸控的 解調變系統的方塊圖，該解調變方法用以偵測—物件是 否觸碰該電容式觸控面板290，該電容式觸控面板290在 第一方向有η條導體線，在第二方向有m條導體線，該第 一方向導體線與第二方向導體線之間的相疊處形成感應 電容，該第一方向係垂直於該第二方向。 首先於步驟S410中，使用一偵測電路210以偵測一電 容式觸控面板290之η條導體線的感應電容，並產生相對 應的η個感應訊號V(l)〜V(n)。 於步驟S420中，使用一組減法器220以對該偵測電路 輸出的鄰近2條導體線之感應訊號兩兩相減，進而產生 n-1個的差動訊號 V(2)-V(l)，V(3)-V(2)，…，V(n)-V(n-1)。 其中，第i個類比減法器接收一第i+1個感應訊號V(i + 1)及 一第i個感應訊號V(i) ’並將該第i+Ι個感應訊號V(i+1)減 去該第i個感應訊號V(i)，進而產生一第i個差動訊號 V(i+1)-V(i)，當中 ’ i=l，2, 3，..·，η-I。 11 201126401 於步驟S430中，使用一組可程式增益放大器230，以 對該 n-1 個的差動訊號 V(2)-V(l)， V(3)-V(2)，...， V(n)-V(n-1)進行放大，進而產生n-1個放大差動訊號 Va(2)-Va(l)，Va(3)-Va(2)，…，Va(n)-Va(n-1) » 本發明係在步驟S420中先將η條線的鄰近2條導體線 之感應訊號兩兩相減，用以將共同雜訊（common noise) 移除，以免該共同雜訊於步驟S430中被放大。 於步驟S440中，使用一類比至數位轉換器240,以將 該 η·1 個放大差動訊號 Va(2)-Va(l)，Va(3)-Va(2)，...， #

Va(n)-Va(n-1)轉換為n-1個數位差動訊號D(2)-D(l)， D(3)-D(2)，…，D(n)-D(n-1)。 於步驟S450中，使用一解調變裝置250，以將該n-i 個數位差動訊號D(2)-D(l)，D(3)-D(2)，…，D(n)-D(n-1)解 調變為 η 個數位訊號 D(l)-D(l), D(2)-D(l)，...，D(n)-D ⑴。 該解調變裝置250並將第2個數位差動訊號d(3)-D(2) 與第1個數位差動訊號D(2)-D(l)相加，而產生第3個數位 訊號D(3)-D(l)。再將第3個數位訊號D(3)-D(l)與第3個數 鲁 位差動訊號D(4)-D(3)相加’而產生第4個數位訊號 D(4)-D(l) ’依序類推’不再予以贅述。亦即，該解調變 裝置250將第i個數位差動訊號與第丨個數位訊號相加而 產生第i+Ι個數位訊號，當令，i=2, 3， ，n l。 於步驟S460中，使用一偏移裝置26〇，以將該n個數 位訊號進行偏移調整，而產生n個偏移訊號。該偵測電路 110透過互感電容Cm的變化，其係相對值，故該偏移裝置 係對該η個數位訊號加上一可程式固定值κ，而產生η個偏 12 201126401 移訊號。當可程式固定值1^為0(1)時，該n個偏移訊號為 D(l)-K，D(2)-K，··.，D(n)-K。於其他實施例中，可程式固 定值尺可為〇(1)，0(2)，...，1)(11)中的最小值，亦即 K=min{D(l)，D(2)，…，D(n)}。 於步驟S470中，使用一圖框緩衝器27〇，以暫存該偏 移裝置依序輸出m組的η個偏移訊號；以及 於步驟S480中，使用一座標判斷裝置，依據該爪… 個偏移sTl號的變化，進而判斷是否有接地導體或一手指 觸碰該電容式觸控面板。 由前述說明可知，本發明在類比電路之前端採用差 動相減架構，用以偵測在第一方向上所有鄰近2條導體線 的號差值，以降低共同雜訊（C〇mm〇n N〇ise)，並提昇 訊號雜訊比（SNR)，進而提高接觸點座標判斷的準確度。 同時依據本發明技術，在第一方向上鄰近導體線之間的 間距可以降低，不必擔心因導體線靠太近而會同時觸摸 到兩條導體線時，並同時在兩條導體線產生訊號而造成 讯號相互減除的問題，因此可提昇電容式觸控面板導體 線的解析度。 由上述可知，本發明無論就目的、手段及功效，在 在均顯示其迥異於習知技術之特徵，極具實用價值。惟 應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例 而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所 述為準’而非僅限於上述實施例。 【圖式簡單說明】 13 201126401 圖1係習知電容式觸控面板的驅動之示意圖。 圖2係本發明一種差動偵測電容式觸控的解調變系統的 方塊圖。 圖3係本發明該解調變裝置之運作的示意圖。 圖4係本發明一種差動偵測電容式觸控的解調變方法的 流程圖。 【主要元件符元說明】 可程式增益放大器120 φ 偏移裝置140 座標判斷裝置160 減法器220 類比至數位轉換器240 偏移裝置260 座標判斷裝置280 偵測電路11 〇 類比至數位轉換器130 圖框緩衝器150 偵測電路21 〇 可程式增益放大器230 解調變裝置250 圖框緩衝器270 電容式觸控面板290 步驟S410〜S480 14

Claims (1)

1. 201126401 七、申請專利範圍： 1. 一種差動偵測電容式觸控的系統，用於—電容式 觸控面板，該電容式觸控面板具有分佈在第一方向之η 條導體線及分佈在第二方向之爪條導體線，n，m為大於！ 之整數，位於該第一方向的導體線與位於第二方向的導 體線之間的相疊處分別形成感應電容，該第一方向係垂 直於該第一方向，該系統包含： 一偵測電路，其具有!!個輸入端，用以偵測該電容式 籲觸控面板中分佈在該第一方向之η條導體線的前述感應 電容’並產生相對應的η個感應訊號； 一組減法器，連接至該偵測電路，其具有n-1個減法 器，用以分別對該偵測電路輸出對應於鄰近兩條導體線 之感應訊號進行兩兩相減，進而產生心丨個的差動訊號； 一組可程式增益放大器’連接至該組減法器，以對 該η-1個的差動訊號進行放大，進而產生丨個放大差動訊 號； • 一類比至數位轉換器，連接至該組可程式增益放大 器’以將該n-1個放大差動訊號轉換為n-i個數位差動訊 號；以及 一解調變裝置’連接至該類比至數位轉換器，用以 將該個數位差動訊號解調變為η個數位訊號； 其中，該組減法器用以將該電容式觸控面板中分佈 在該第一方向之η條導體線的共同雜訊移除，以免該共同 雜訊被該組可程式增益放大器放大。 15 201126401 2. 如申請專利範圍第1項所述之差動偵測電容式觸控 的解調變系統，其更包含： 一偏移裝置，連接至該解調變裝置，用以將該η個數 位訊號進行偏移調整，進而產生η個偏移訊號。 3. 如申請專利範圍第1項所述之差動偵測電容式觸控 的解調變系統，其中，該組減法器係由η-1個類比減法器 所組成。 4. 如申請專利範圍第3項所述之差動偵測電容式觸 控的解調變系統，其中，前述第i個類比減法器用以接收 該第i+Ι個感應訊號及該第i個感應訊號，並將該第i+Ι個 感應訊號減去該第i個感應訊號，進而產生前述第i個差動 訊號’當中，i=l，2, 3，...，η-I。 5. 如申請專利範圍第4項所述之差動偵測電容式觸 控的解調變系統，其中，該解調變裝置直接輸出零、第i 個數位差動訊號為第1個數位訊號及第2個數位訊號，並 將第i個數位差動訊號與第丨個數位訊號相加，而產生第 1+1個數位訊號’當中，沁2, 3，...，η-I。 6. 如申請專利範圍第2項所述之差動偵測電容式觸 控的解調變系統’其中，該偏移裝置係對該η個數位訊號 分別加上一可程式固定值，進而產生該η個偏移訊號。 7. 如申請專利範圍第2項所述之差動偵測電容式觸 控的解調變系統，其更包含： 一圖框緩衝器，連接至該偏移裝置，用以暫存該偏 移裝置依序輸出m組的該η個偏移訊號；以及 201126401 一座標判斷裝置’連接至該圖框緩衝器，依據該爪乂 η個偏移訊號的變化，進而判斷是否有接地導體或一手指 觸碰該電容式觸控面板。 8·—種差動偵測電容式觸控的方法，適用於一電容 式觸控面板，其用以偵測一接地導體是否觸碰該電容式 觸控面板’該電容式觸控面板位在一第一方向有η條導體 線，以及位在一第二方向有m條導體線，n，m為大於1之 Φ 整數’該第一方向導體線與第二方向導體線之間的相疊 處分別形成感應電容，該第一方向係垂直於該第二方 向，該方法包含： (A)使用一偵測電路用以偵測該電容式觸控面板分 佈在該第一方向之n條導體線的前述感應電容，進而產生 相對應的η個感應訊號； (Β)使用一組減法器用以分別對該偵測電路輸出相 對於鄰近2條導體線之感應訊號進行兩兩相減，以產生 n-Ι個的差動訊號； (C) 使用一組可程式增益放大器，用以對該η_丨個的差 動訊號進行放大’進而產生η_ι個放大差動訊號； (D) 使用一類比至數位轉換器，用以將該心丨個放大 差動sR號轉換為η-1個數位差動訊號；以及 (Ε)使用一解調變裝置，以將該心丨個數位差動訊號解 調變為η個數位訊號； 17 201126401 其中’該組減法器用以將該電容式觸控面板位於該 第一方向之η條導體線的共同雜訊移除，進而避免該共同 雜訊被該組可程式增益放大器放大。 9. 如申請專利範圍第8項所述之電容式觸控面板的方 法，其更包含： (F)使用一偏移裝置，以將該η個數位訊號進行偏移調 整，進而產生η個偏移訊號。 10. 如申請專利範圍第8項所述之電容式觸控面板的 方法’其中，該組減法器係由η-1個類比減法器所組成。 11. 如申請專利範圍第1〇項所述之電容式觸控面板 的方法’其中’前述第i個類比減法器用以接收該第i+1 個感應訊號及該第i個感應訊號，並將該第i+1個感應訊號 減去該第i個感應訊號，進而產生一第i個差動訊號，當 中 ’ i= 1，2,3”..，n-1 〇 12. 如申請專利範圍第1丨項所述之電容式觸控面板 的方法，其中，該解調變裝置直接輸出零 '第1個數位差 動sfl號為第1個數位訊號及第2個數位訊號，並將第丨個數 位差動訊號與第i個數位訊號相加，而產生第i+丨個數位訊 號’當中 ’ i=2, 3,...，η-I。 13. 如申請專利範圍第12項所述之電容式觸控面板 的方法’其中’該偏移裝置係對該η個數位訊號加上一可 程式固定值，而產生η個偏移訊號。 14. 如申請專利範圍第13項所述之電容式觸控面板 的方法，其更包含： 18 201126401 (G)使用一圖框缓衝器，用以暫存該偏移裝置依序輸 出m組的該η個偏移訊號；以及 (Η)使用一座標判斷裝置，依據該mxn個偏移訊號 的變化，進而主丨邮β τ上 ^ ^ W斷疋否有該接地導體觸碰該電容式觸控

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