TWI463369B - 訊號雜訊比例控制系統及其方法 - Google Patents

Description

訊號雜訊比例控制系統及其方法

本發明是有關於一種觸控面板的方法與裝置，且特別是有關於一種降低觸控面板雜訊的方法與裝置。

隨著社會的發展和技術的進步，各類觸控面板被應用於個人電腦及行動電話等設備中，現階段由於無線網路興起，過去傳統輸入裝置如鍵盤、滑鼠、軌跡球等產品，已經無法符合市場需求，而觸控面板因具備簡單操作、容易使用的特性，被廣泛應用在各項消費性電子終端產品上，其中，電容式觸控面板的應用越來越廣泛。

由於人體可視為導體，當手指靠近帶電的電極時，手指與電極之間的電容將會改變，故電容式觸控面板當中的觸碰感測器(Touch sensor)一般係以導電電極來設計。當手指或觸碰筆碰到觸控面板上的特定定點，而使該特定定點之電容值改變時，此改變的電容值會反應出被觸碰的特定定點的位置，以提供給電腦系統使用。

然而，觸碰感測器所輸出的類比信號經常會受到雜訊的干擾，如電源雜訊、顯示模組雜訊或是無線電波的干擾，使得電腦系統無法正確地判斷觸碰感測器的狀態，影響顯示裝置的動作以及品質。

因此，本發明之一方面在提供一種訊號雜訊比例控制系統，藉由偵測觸碰感測器上的雜訊變化，選擇準位適當的驅動電壓，以節省功率消耗。

依據本發明一實施例，訊號雜訊比例控制系統用來降低雜訊干擾，該訊號雜訊比例控制系統包含一觸碰感測器、一觸控積體電路，以及一準位偏移器。該觸碰感測器由一驅動信號所驅動，並依據被觸碰之狀況輸出至少一類比信號，觸控積體電路產生驅動信號，並依據該類比信號，提供一分壓電壓；準位偏移器依據分壓電壓之準位，調整驅動信號之電壓準位。

本發明之另一方面提供一種訊號雜訊比例控制方法，藉由偵測觸碰感測器上的雜訊變化，選擇準位大小適當的驅動電壓，以節省功率消耗。

依據本發明之另一實施例，訊號雜訊比例控制方法用以降低雜訊干擾，該訊號雜訊比例控制方法首先將一類比信號轉換為複數組數位原始信號，然後分析數位原始信號，根據數位原始信號之分析結果，決定是否需要切換一驅動信號之準位；當驅動信號之準位需調整，選擇一新分壓電壓；依據新分壓電壓或是一原分壓電壓，調整驅動信號之準位，接著以驅動信號驅動一觸碰感測器。

以上實施例的訊號雜訊比例控制系統以及訊號雜訊比例控制方法，可以依據目前的雜訊狀況，動態得調整驅動電壓的準位，驅動電壓不需要一直維持在高電壓的狀態下，因此可以降低功率消耗。

一般雜訊會隨著感應到的類比信號一起傳輸及放大，因此不容易被抑制。為了減少雜訊的干擾，最有效的方法就是提高訊號雜訊比，將驅動信號的電壓準位提高，使觸控積體電路感測到的類比訊號電壓增加，蓋過準位較小的雜訊信號。

以下實施例的訊號雜訊比例控制系統以及訊號雜訊比例控制方法，可以先偵測目前的雜訊狀況，然後依據所偵測到的雜訊狀況，透過電壓選擇電路選擇適當的電壓輸入到準位偏移器，再由準位偏移器將驅動電壓推升至適當的電壓，因此不需要一直使用高電壓來提高訊號雜訊比，可以降低功率消耗。

請參照第1圖，其係繪示本發明一實施方式訊號雜訊比例控制系統之方塊圖。訊號雜訊比例控制系統用來降低雜訊干擾，該訊號雜訊比例控制系統主要含有觸碰感測器(Touch sensor)101、觸控積體電路103、以及準位偏移器105。

觸碰感測器101由驅動信號109所驅動，並依據被觸碰之狀況輸出類比信號107。觸碰感測器101一般係以導電電極來設計，當手指或觸碰筆碰到特定定點而使該特定定點之電容值改變時，該改變的電容值會反應出被觸碰的特定定點的位置，以提供給電腦系統使用，例如可提供給視窗作業系統、Linux作業系統，或是Android作業系統使用。觸碰感測器101的電極設計可分為鑚石圖案(Diamond Pattern)型態或是條狀圖案(Strip pattern)型態或其他電容感應式之電極設計，感測電容變化的方法則可依照其圖案形態分為充放電轉換法或是RC振盪法，或其他可感測電容之方法。

觸控積體電路103負責產生驅動信號109，該驅動信號109可為一種脈波信號(Pulse width signal)，用來驅動觸碰感測器101；觸控積體電路103會依據觸碰感測器101所輸出的類比信號107提供分壓電壓111，然後再由準位偏移器105依據分壓電壓111之準位，調整驅動信號109之電壓準位，例如可將驅動信號109之電壓準位調整至18V，促使類比信號107的電壓準位也相對地提高，增加類比信號107的信號雜訊比，提升抗雜訊的能力。必須特別說明的是，倘若雜訊的狀況允許驅動信號109維持原來的電壓準位無需調整，則以原來的驅動信號109驅動觸碰感測器101即可，舉例來說，倘若雜訊的狀況不算嚴重不會導致系統失誤，則可以原來的3.3V電壓驅動觸碰感測器101。

觸控積體電路103含有類比數位轉換器113、微控制單元115，以及電壓選擇電路119。類比數位轉換器113負責將觸碰感測器101所輸出之類比信號107，轉換為數組數位原始信號(Raw data)123，原始信號123的數值代表特定定點充電至一預期電位所耗費的時間，這個時間係以驅動信號109的脈波數目進行累計估算，原始信號123的數值則會與雜訊的大小相關，一般來說，原始信號123的數值愈大，代表雜訊狀況嚴重，需要將驅動信號109之電壓準位提高。

微控制單元115會分析數位原始信號123，並依據數位原始信號123產生選擇控制信號125。微控制單元115內含一原始資料分析電路117，負責對數位原始信號123之數值進行分析，挑選出具有特定數值範圍之數位原始信號123。舉例來說，原始資料分析電路117可挑選出數值範圍在總數值範圍前20%的數位原始信號123來進行平均。

倘若數位原始信號123的數值範圍為0至1000，則可挑選出數值範圍為800至1000的數位原始信號123，然後再依據所挑選出之數位原始信號，產生選擇控制信號125。舉例來說，可對已挑選出數值範圍為800至1000的數位原始信號123進行平均以得到數位原始信號平均值，一般而言，雜訊狀況愈嚴重，數位原始信號平均值就會增大。然後將此數位原始信號平均值與一預設值進行比較，依照比較結果來產生選擇控制信號125。電壓選擇電路119則依據選擇控制信號125，產生分壓電壓，當雜訊狀況愈嚴重時，所產生的分壓電壓就會具有較高的電壓準位。

觸控積體電路103另外還含有驅動信號產生電路121，受到微控制單元115的控制，調整驅動信號109之強度以及頻率。

請參照第2圖，其係繪示本發明一實施方式電壓選擇電路之電路圖。電壓選擇電路內含電阻串201以及數個開關元件205。電阻串201內含串接之數個電阻203，電阻串201之一端點A連接至電壓輸入端，來接收並分壓供應電壓V1，此電阻串201之另一端點B則接地。

各個開關元件205之第一端C連接至相應之一電阻203，各個開關元件205之第二端D連接至分壓電壓輸出端，這些開關元件205受到選擇控制信號之控制而導通或截止，將電阻203之一電阻端點D連接至分壓電壓輸出端，以輸出分壓電壓Vref。

請參照第3圖，其係繪示本發明一實施方式訊號雜訊比例控制方法之流程圖。訊號雜訊比例控制方法用來降低雜訊干擾，此訊號雜訊比例控制方法首先將類比信號轉換為數組數位原始信號(步驟301)，然後分析數位原始信號(步驟303)。不同情況下的雜訊所造成的數位原始信號的數值也會不同，可以先使驅動信號的準位等於原始供應電壓VDD(3.3V)，然後量測分析各個位置上相應的數位原始信號，以初步得知雜訊的狀況。

對數位原始信號進行分析之步驟303可先挑選出具有特定數值範圍之數位原始信號，例如挑選出數值範圍在前20%的數位原始信號，再對被挑選出之數位原始信號進行平均，以取得一原始信號平均值。

接著，根據數位原始信號之分析結果，決定是否需要切換驅動信號之準位(步驟305)，其中係對原始信號平均值與一標準值進行比較，當原始信號平均值大於標準值時，代表雜訊嚴重，驅動信號之準位需要進行切換，則繼續選擇新分壓電壓(步驟307)。詳細來說，倘若雜訊的狀況嚴重，則可選擇準位較高的分壓電壓，倘若雜訊的狀況減輕，則可選擇準位較低的分壓電壓。

然後再依據新分壓電壓或是原分壓電壓，調整驅動信號之準位(步驟309)，必需特別說明的是，倘若在步驟305當中判斷出需要切換驅動信號之位準，則依據新分壓電壓來調整驅動信號之準位；倘若在步驟305當中判斷出無需切換驅動信號之準位，則依據原分壓電壓來調整驅動信號之準位。進一步來說，倘若所選擇出來的新分壓電壓為18V，就可以把驅動信號之準位調整至18V，也就是將驅動信號之準位調整至與分壓電壓之準位相等，再以此調整過的驅動信號驅動觸碰感測器(步驟311)，提高觸碰感測器所輸出的類比信號的高訊號雜訊比。

以上實施例的訊號雜訊比例控制系統以及訊號雜訊比例控制方法，可以先偵測目前的雜訊狀況，然後依據所偵測到的雜訊狀況，透過電壓選擇電路選擇適當的電壓輸入到準位偏移器，再由準位偏移器將驅動電壓推升至適當的電壓，因此不需要一直使用高電壓來提高訊號雜訊比，可以降低功率消耗。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在本發明所屬技術領域當中具有通常知識者者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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。

101．．．觸碰感測器

103．．．觸控積體電路

105．．．準位偏移器

107．．．類比信號

109．．．驅動信號

111．．．分壓電壓

113．．．類比數位轉換器

115．．．微控制單元

117．．．原始資料分析電路

119．．．電壓選擇電路

121．．．驅動信號產生電路

123．．．數位原始信號

125．．．選擇控制信號

201．．．電阻串

203．．．電阻

205．．．開關元件

301~311．．．步驟

A．．．端點

B．．．端點

C．．．第一端

D．．．第二端

V1．．．供應電壓

VDD．．．原始供應電壓

Vref．．．分壓電壓

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係繪示本發明一實施方式訊號雜訊比例控制系統之方塊圖。

第2圖係繪示本發明一實施方式電壓選擇電路之電路圖。

第3圖係其繪示本發明一實施方式訊號雜訊比例控制方法之流程圖。

101．．．觸碰感測器

103．．．觸控積體電路

105．．．準位偏移器

107．．．類比信號

109．．．驅動信號

111．．．分壓電壓

113．．．類比數位轉換器

115．．．微控制單元

117．．．原始資料分析電路

119．．．電壓選擇電路

121．．．驅動信號產生電路

123．．．數位原始信號

125．．．選擇控制信號

VDD．．．原始供應電壓

Claims (8)

1. 一種訊號雜訊比例控制系統，以降低雜訊干擾，該訊號雜訊比例控制系統包含：一觸碰感測器，由一驅動信號所驅動，並依據被觸碰之狀況輸出至少一類比信號；一觸控積體電路，其中該觸控積體電路更包含：一類比數位轉換器，以將該觸碰感測器所輸出之該類比信號，轉換為複數組數位原始信號；一微控制單元，分析該些數位原始信號，並依據該些數位原始信號，產生一選擇控制信號，其中該微控制單元包含一原始資料分析電路，以對該些數位原始信號之數值進行分析，挑選出具有特定數值範圍之該些數位原始信號；以及一電壓選擇電路，以依據該選擇控制信號，產生一分壓電壓；以及一準位偏移器，以依據該分壓電壓之準位，調整該驅動信號之電壓準位。
2. 如請求項1所述之訊號雜訊比例控制系統，其中該微控制單元係依據所挑選出之該些數位原始信號，產生該選擇控制信號。
3. 如請求項1所述之訊號雜訊比例控制系統，其中該電壓選擇電路包含： 一電阻串，包含串接之複數個電阻，該電阻串之一端點連接至一電壓輸入端，以接收並分壓一供應電壓，該電阻串之另一端點則接地；以及複數個開關元件，各個開關元件之一第一端連接至相應之一該電阻，各個開關元件之一第二端連接至一分壓電壓輸出端，其中，該些開關元件係受到該選擇控制信號之控制而導通或截止，將該些電阻之一電阻端點連接至該分壓電壓輸出端，以輸出該分壓電壓。
4. 如請求項1所述之訊號雜訊比例控制系統，其中該觸控積體電路更包含：一驅動信號產生電路，受到該微控制單元的控制，以調整該驅動信號之強度以及頻率。
5. 一種訊號雜訊比例控制方法，以降低雜訊干擾，該訊號雜訊比例控制方法包含：將一類比信號轉換為複數組數位原始信號；分析該些數位原始信號；根據該些數位原始信號之分析結果，決定是否需要切換一驅動信號之準位；當該驅動信號之準位需調整，選擇一新分壓電壓；依據該新分壓電壓或是一原分壓電壓，調整該驅動信號之準位；以及 以該驅動信號驅動一觸碰感測器。
6. 如請求項5所述之訊號雜訊比例控制方法，其中對該些數位原始信號進行分析之步驟包含：挑選出具有特定數值範圍之該些數位原始信號；以及對被挑選出之該些數位原始信號進行平均，以取得一原始信號平均值。
7. 如請求項6所述之訊號雜訊比例控制方法，其中係對該原始信號平均值與一標準值進行比較，當該原始信號平均值大於該標準值時，代表該驅動信號之準位需要進行切換。
8. 如請求項6所述之訊號雜訊比例控制方法，其中係將該驅動信號之準位調整至與該原分壓電壓或該新分壓電壓之準位相等。