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TWI447625B - 電容式觸控偵測系統及其偵測訊號接收及波形整形模組 - Google Patents

電容式觸控偵測系統及其偵測訊號接收及波形整形模組 Download PDF

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TWI447625B
TWI447625B TW098130956A TW98130956A TWI447625B TW I447625 B TWI447625 B TW I447625B TW 098130956 A TW098130956 A TW 098130956A TW 98130956 A TW98130956 A TW 98130956A TW I447625 B TWI447625 B TW I447625B
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Taiwan
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capacitive touch
detection signals
waveform shaping
touch panel
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Fu Cheng Wei
Yu Min Hsu
Yung Tse Cheng
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Au Optronics Corp
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    • H03K17/962—Capacitive touch switches
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Description

電容式觸控偵測系統及其偵測訊號接收及波形整形模組
本發明是有關於一種觸控偵測技術領域，且特別是有關於一種電容式觸控偵測系統及其偵測訊號接收及波形整形模組。
參見圖1，其示出先前技術中的一種電容式觸控偵測系統之結構框圖。如圖1所示，電容式觸控偵測系統20包括偵測控制電路22及電容式觸控面板24。其中，偵測控制電路22包括數位控制器220、發射器(Transmitter)221、電位移轉器222、接收器(Receiver)224、充電電路225、電壓放大器226以及類比/數位轉換器228，發射器221、接收器224、充電電路225及類比/數位轉換器228接受數位控制器220的控制。
請一併參考圖1及圖2，電容式觸控面板24包括多個輸入端X1~Xm及多個輸出端Y1~Yn。偵測控制電路22之發射器221產生初始電壓訊號後經電位移轉器222執行電位移轉操作而得具特定電壓幅度之掃描電壓訊號(圖2中示出其為方波訊號)，掃描電壓訊號以雙邊驅動方式輸入至電容式觸控面板24的輸入端X1~Xm來掃描整個電容式觸控面板24。接收器224從電容式觸控面板24之多個輸出端Y1~Yn接收多個偵測電壓後，送至充電電路225並依序經電壓放大器226放大處理及類比/數位轉換器228數位化後輸入至數位控制器220，這些數位偵測電壓經數位控制器220處理後將作為觸控偵測結果輸出。
圖3示出電容式觸控面板24之多個輸出端Y1~Yn各自輸出的多個偵測電壓之波形。結合圖2及圖3可知，由於電容式觸控面板24原有的RC負載分佈不均勻，越往電容式觸控面板24中間RC負載越大；因此電容式觸控面板24在未被觸碰狀態下中間的偵測電壓之幅值最低(例如，70mV)，而在雙邊驅動方式下，電容式觸控面板24最左邊和最右邊的偵測電壓之幅值最高(例如，分別為380mV及360mV)。
然而，在圖1所示的偵測控制電路22中，當類比/數位轉換器228的參考電壓為一定值(例如，3.3V)時，經過電壓放大器226放大後的偵測電壓勢必皆要在3.3V以下類比/數位轉換器228才有辦法辨別；若以圖3中的最高偵測電壓來計算電壓放大器226的放大倍率且不超過類比/數位轉換器228的參考電壓3.3V，則放大倍率為8。因此，最高放大後偵測電壓為3.04V，最低放大後偵測電壓為0.56V；考慮人體觸碰電容式觸控面板24導走的電流有限，在未被觸碰狀態下各個輸出端Y1~Yn輸出之偵測電壓經放大後差異過大之情形將不利於類比/數位轉換器228轉出數位值的階數判斷。
本發明的目的就是在提供一種電容式觸控偵測系統，以有效改善先前技術中電容式觸控面板原有RC負載分佈不均勻所造成的影響。
本發明的再一目的是提供一種偵測訊號接收及波形整形模組，以有效改善先前技術中電容式觸控面板原有RC負載分佈不均勻所造成的影響。
本發明一實施例提出一種電容式觸控偵測系統，包括電容式觸控面板及偵測控制電路；電容式觸控面板包括多個輸入端及多個輸出端；偵測控制電路包括掃描訊號發射模組及偵測訊號及波形整形模組。掃描訊號發射模組電性耦接至上述之輸入端以向這些輸入端提供掃描電壓訊號，偵測訊號接收及波形整形模組電性耦接至上述之輸出端以接收並處理這些輸出端輸出之多個偵測訊號而產生多個處理後的偵測訊號。其中，偵測訊號接收及波形整形模組包括接收器及阻抗匹配網路；接收器用以接收上述之偵測訊號，阻抗匹配網路用以對上述之偵測訊號進行波形整形處理以補償電容式觸控面板上RC負載分佈不均勻所造成之影響而得上述之處理後的偵測訊號，該阻抗匹配網路包括多個相互獨立的RC串聯電路，每一該些RC串聯電路之一端電性耦接至一預設電位，另一端因電性耦接關係而接收該些偵測訊號中之一相應者；每一該些RC串聯電路中電阻與電容之取值係相關於該電容式觸控面板在未被觸碰狀態下該些偵測訊號中之該相應者之電壓幅度和與該相應者對應之該處理後的偵測訊號之電壓幅度之比值。
在本發明的一實施例中，上述之掃描訊號發射模組包括發射器及電位移轉器，發射器用以產生初始電壓訊號，電位移轉器用以對初始電壓訊號進行電位移轉操作而產生上述之掃描電壓訊號。
在本發明的一實施例中，上述之偵測控制電路進一步包括：電壓放大器、類比/數位轉換器及數位控制器；掃描訊號發射模組、偵測訊號接收及波形整形模組及類比/數位轉換器接受數位控制器的控制，上述之處理後的偵測訊號分別依序經電壓放大器放大處理及類比/數位轉化器數位化後而得多個數位偵測訊號，這些數位偵測訊號經數位控制器處理後作為觸控偵測結果輸出。進一步地，偵測控制電路更可包括充電電路，其電性耦接於偵測訊號接收及波形整形模組與電壓放大器之間並接受數位控制器的控制。
在本發明的一實施例中，上述之掃瞄電壓訊號之傳輸路徑越短，RC負載的補償值就越大。
本發明再一實施例提出一種偵測訊號接收及波形整形模組，適用於用以對電容式觸控面板執行偵測控制操作之偵測控制電路；此偵測訊號接收及波形整形模組電性耦接至電容式觸控面板之多個輸出端以接收並處理這些輸出端輸出之多個偵測訊號而產生多個處理後的偵測訊號，其包括：接收器及阻抗匹配網路。其中，接收器用以接收上述之偵測訊號；阻抗匹配網路用以對上述之偵測訊號進行波形整形處理而得處理後的偵測訊號，以致於當電容式觸控面板在未被觸碰狀態下這些處理後的偵測訊號之電壓幅度趨於一致。進一步地，阻抗匹配網路可包括多個相互獨立的RC串聯電路，每一RC串聯電路之一端電性耦接至預設電位，另一端因電性耦接關係而接收這些偵測訊號中之相應者。更進一步地，每一RC串聯電路中電阻與電容之取值係相關於電容式觸控面板在未被觸碰狀態下這些偵測訊號中之相應者之電壓幅度和與此相應者對應之處理後的偵測訊號之電壓幅度之比值。更進一步地，掃瞄電壓訊號之傳輸路徑越短，RC負載的補償值就越大。
本發明實施例藉由增設阻抗匹配網路來對電容式觸控面板之各個輸出端進行阻抗匹配，以達成對電容式觸控面板之各個輸出端輸出之多個偵測訊號進行波形整形之目的；因此可有效改善先前技術中電容式觸控面板RC負載分佈不均勻所造成的影響，進而大大利於偵測控制電路中類比轉數位之階數判斷。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
參見圖4，其示出相關於本發明實施例之一種電容式觸控 偵測系統的結構框圖。如圖4所示，電容式觸控偵測系統10包括偵測控制電路12及電容式觸控面板14。其中，偵測控制電路12包括數位控制器120、掃描訊號發射模組122、偵測訊號接收及波形整形模組124、充電電路125、電壓放大器126以及類比/數位轉換器128；掃描訊號發射模組122、偵測訊號接收及波形整形模組124、充電電路125及類比/數位轉換器128接受數位控制器120的控制。
請一併參考圖5，其示出電容式觸控偵測系統10之部分模組的具體結構框圖。如圖5所示，電容式觸控面板14包括多個輸入端X1~Xm及多個輸出端Y1~Yn。掃描訊號發射模組122電性耦接至電容式觸控面板14之多個輸入端X1~Xm且包括發射器1220及電位移轉器1222，發射器1220產生之初始電壓訊號透過電位移轉器1222執行電位移轉操作後而得掃描電壓訊號(圖5中示出其為方波訊號)，掃描電壓訊號以雙邊驅動方式輸入至電容式觸控面板14之多個輸入端X1~Xm來對整個電容式觸控面板14進行掃描。偵測訊號接收及波形整形模組124電性耦接至電容式觸控面板14之多個輸出端Y1~Yn且包括接收器1240及阻抗匹配網路例如，RC阻抗匹配網路1242；接收器1240從電容式觸控面板14之多個輸出端Y1~Yn接收多個偵測訊號，RC阻抗匹配網路1242對多個輸出端Y1~Yn輸出之多個偵測訊號進行波形整形處理而得多個處理後的偵測訊號。其中，RC阻抗匹配網路1242包括多個相互獨立的RC串聯電路，每一RC串聯電路包括相互串接的電容C1(或C2~Cn之一)及電阻R1(或R2~Rn之一相應者)；每一RC串聯電路之一端電性耦接至預設電位(例如圖5中的接地電位)，另一端因電性耦接關係而接收多個輸出端Y1~Yn 輸出之多個偵測訊號中之一相應者。在此需要說明的是，雖然圖5中示出多個輸出端Y1~Yn輸出之多個偵測訊號係由接收器1240接收並輸出至RC阻抗匹配網路1242進行波形整形處理而得處理後的偵測訊號，但是多個輸出端Y1~Yn輸出之多個偵測訊號亦可先透過RC阻抗匹配網路1242進行波形整形處理而得處理後的偵測訊號，再由接收器1240接收並輸出這些處理後的偵測訊號。
再參考圖4，偵測訊號接收及波形整形模組124輸出之多個處理後的偵測訊號將送至充電電路125並依序透過電壓放大器126放大處理及類比/數位轉換器128數位化而得多個數位偵測訊號，這些數位偵測訊號輸入至數位控制器120並經數位控制器120處理後將作為觸控偵測結果輸出。其中，偵測訊號接收及波形整形模組124可透過多工器(Multiplexer，圖中未繪示)與充電電路125相電性耦接。
承上述，於掃描電壓訊號以雙邊驅動方式輸入至電容式觸控面板14之多個輸入端X1~Xm之情形下，RC阻抗匹配網路1242之補償規則為：越往電容式觸控面板14之兩邊，RC負載之補償值越大；換而言之，掃描電壓訊號之傳輸路徑越短，RC負載的補償值就越大。更具體地，RC阻抗匹配網路1242之每一RC串聯電路中的電阻及電容之取值係相關於電容式觸控面板14在未被觸碰狀態下多個輸出端Y1~Yn輸出之多個偵測訊號中之相應者之電壓幅度和與此相應者對應之處理後的偵測訊號之電壓幅度之比值。具體地，為使電容式觸控面板14在未被觸碰狀態下其輸出端Y1~Yn輸出的多個偵測訊號經波形整形後而得之多個處理後的偵測訊號之電壓幅度趨於一致，則每一RC串連電路之轉折頻率(Cut-off frequency)f0 滿足條件：f0 =f/(Vi /V0 )；其中，f為輸入至多個輸入端X1~Xm之掃描電壓訊號之頻率，Vi 為未被觸碰狀態下輸出端Y1~Yn中之第i個輸出端輸出之偵測訊號的電壓幅度，V0 為未被觸碰狀態下各個處理後的偵測訊號之電壓幅度。進一步地，由於f0 =1/(2 π Ri Ci )，因此Ri Ci =(Vi /V0 )/(2 π f)。
舉例說明如下：可再參考圖3，假定電容式觸控面板14在未被觸碰狀態下各個處理後的偵測訊號之電壓幅度設置為70mV(亦即V0 =70mV)，且掃描電壓訊號之頻率f為600KHz(千赫茲)，則對於最左邊的輸出端Y1輸出之偵測訊號的電壓幅度為380mV之情形，則R1 C1 =(V1 /V0 )/(2 π f)=(380/70)/(2π *600KHZ)≒110KHz/2 π；對於其它之RC串聯電路中的電阻及電容之取值的計算方式與此相同，故不再一一贅述。在此需要說明的是，電容式觸控面板14在未被觸碰狀態下各個處理後的偵測訊號之電壓幅度並不限於設置為相等於電容式觸控面板14在未被觸碰狀態下各個輸出端Y1~Yn輸出之多個偵測訊號中的最低電壓幅度(例如，圖3所示之70mV)，其亦可設置為低於多個偵測訊號中的最低電壓幅度。
於上述實施例中，掃描電壓訊號並不限於以雙邊驅動方式輸入至電容式觸控面板14之多個輸入端X1~Xm，其亦可以單邊驅動方式輸入至電容式觸控面板之多個輸入端，而RC阻抗匹配網路之補償規則仍然是：掃描電壓訊號之傳輸路徑越短，RC負載的補償值就越大。
綜上所述，本發明上述實施例藉由增設RC阻抗匹配網路來對電容式觸控面板之各個輸出端進行阻抗匹配，以達成對電容式觸控面板之各個輸出端輸出之多個偵測訊號進行波形整形之目的；因此可有效改善先前技術中電容式觸控面板RC負 載分佈不均勻所造成的影響，進而大大利於偵測控制電路類比轉數位之階數判斷。
另外，任何熟習此技藝者還可對本發明上述實施例提出的電容式觸控偵測系統做適當變更，例如省略掉充電電路而將偵測訊號接收及波形整形模組直接電性耦接至電壓放大器、適當變更阻抗匹配網路的電路結構，只要其能達成預定的阻抗匹配效果均可，等等。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，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。
20‧‧‧電容式觸控偵測系統
22‧‧‧偵測控制電路
220‧‧‧數位控制器
221‧‧‧發射器
222‧‧‧電位移轉器
224‧‧‧接收器
225‧‧‧充電電路
226‧‧‧電壓放大器
228‧‧‧類比/數位轉換器
24‧‧‧電容式觸控面板
X1~Xm‧‧‧輸入端
Y1~Yn‧‧‧輸出端
10‧‧‧電容式觸控偵測系統
12‧‧‧偵測控制電路
120‧‧‧數位控制器
122‧‧‧掃描訊號發射模組
124‧‧‧偵測訊號接收及波形整形模組
125‧‧‧充電電路
126‧‧‧電壓放大器
128‧‧‧類比/數位轉換器
14‧‧‧電容式觸控面板
1220‧‧‧發射器
1222‧‧‧電位移轉器
1240‧‧‧接收器
1242‧‧‧RC阻抗匹配網路
R1~Rn‧‧‧電阻
C1~Cn‧‧‧電容
圖1繪示為先前技術中之一種電容式觸控偵測系統的結構框圖。
圖2繪示為圖1所示電容式觸控偵測系統中的電容式觸控面板之結構示意圖。
圖3繪示為圖2所示電容式觸控面板在未被觸碰狀態下各個輸出端輸出之多個偵測電壓之波形。
圖4繪示為相關於本發明實施例之一種電容式觸控偵測系統的結構框圖。
圖5繪示為圖4所示電容式觸控偵測系統中部分模組之具體結構框圖。
10．．．電容式觸控偵測系統
12．．．偵測控制電路
120．．．數位控制器
122．．．掃描訊號發射模組
124．．．偵測訊號接收及波形整形模組
125．．．充電電路
126．．．電壓放大器
128．．．類比/數位轉換器
14．．．電容式觸控面板

Claims (7)

  1. 一種電容式觸控偵測系統，包括：一電容式觸控面板，包括多個輸入端及多個輸出端；以及一偵測控制電路，包括一掃描訊號發射模組及一偵測訊號接收及波形整形模組，該掃描訊號發射模組電性耦接至該些輸入端以向該些輸入端提供一掃描電壓訊號，該偵測訊號接收及波形整形模組電性耦接至該些輸出端以接收並處理該些輸出端輸出之多個偵測訊號而產生多個處理後的偵測訊號；其中，該偵測訊號接收及波形整形模組包括一接收器及一阻抗匹配網路，該接收器用以接收該些偵測訊號，該阻抗匹配網路用以對該些偵測訊號進行波形整形處理以補償該電容式觸控面板上RC負載分佈不均勻所造成之影響而得該些處理後的偵測訊號，該阻抗匹配網路包括多個相互獨立的RC串聯電路，每一該些RC串聯電路之一端電性耦接至一預設電位，另一端因電性耦接關係而接收該些偵測訊號中之一相應者；每一該些RC串聯電路中電阻與電容之取值係相關於該電容式觸控面板在未被觸碰狀態下該些偵測訊號中之該相應者之電壓幅度和與該相應者對應之該處理後的偵測訊號之電壓幅度之比值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控偵測系統，其中該掃描訊號發射模組包括一發射器及一電位移轉器，該發射器用以產生一初始電壓訊號，該電位移轉器用以對該初始電壓訊號進行電位移轉操作而產生該掃描電壓訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控偵測系統，其中該偵測控制電路進一步包括：一電壓放大器，一類比/數位 轉換器及一數位控制器；該掃描訊號發射模組、該偵測訊號接收及波形整形模組及該類比/數位轉換器接受該數位控制器之控制，該些處理後的偵測訊號分別依序經該電壓放大器放大處理及該類比/數位轉換器數位化後而得多個數位偵測訊號，該些數位偵測訊號經該數位控制器處理後作為觸控偵測結果輸出。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電容式觸控偵測系統，其中該偵測控制電路更包括：一充電電路，其電性耦接於該偵測訊號接收及波形整形模組與該電壓放大器之間並接受該數位控制器之控制。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控偵測系統，其中掃瞄電壓訊號之傳輸路徑越短，RC負載的補償值就越大。
  6. 一偵測訊號接收及波形整形模組，適用於用以對一電容式觸控面板執行偵測控制操作之偵測控制電路；該偵測訊號接收及波形整形模組電性耦接於該電容式觸控面板之多個輸出端以接收並處理該些輸出端輸出之多個偵測訊號而產生多個處理後的偵測訊號；該偵測訊號接收及波形整形模組包括：一接收器，用以接收該些偵測訊號；以及一阻抗匹配網路，用以對該些偵測訊號進行波形整形處理而得該些處理後的偵測訊號，以致於當該電容式觸控面板在未被觸碰狀態下該些處理後的偵測訊號之電壓幅度趨於一致，該阻抗匹配網路包括多個相互獨立的RC串聯電路，每一該些RC串聯電路之一端電性耦接至一預設電位，另一端因電性耦 接關係而接收該些偵測訊號中之一相應者；每一該些RC串聯電路中電阻與電容之取值係相關於該電容式觸控面板在未被觸碰狀態下該些偵測訊號中之該相應者之電壓幅度和與該相應者對應之該處理後的偵測訊號之電壓幅度之比值。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之偵測訊號接收及波形整形模組，其中掃瞄電壓訊號之傳輸路徑越短，RC負載的補償值就越大。
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