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TWI875457B - 觸控感應裝置及其訊號處理方法 - Google Patents

觸控感應裝置及其訊號處理方法 Download PDF

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TWI875457B
TWI875457B TW113103896A TW113103896A TWI875457B TW I875457 B TWI875457 B TW I875457B TW 113103896 A TW113103896 A TW 113103896A TW 113103896 A TW113103896 A TW 113103896A TW I875457 B TWI875457 B TW I875457B
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徐榮貴
翁文格
范銓奇
徐嘉駿
徐建昌
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奕力科技股份有限公司
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Abstract

觸控感測裝置包括運算電路和調整電路。運算電路包括回授電容，經由第一輸入端接收感測訊號，經由第二輸入端接收驅動訊號，經由輸出端通過回授電容及第一輸入端以回授輸出訊號。調整電路提供調整訊號至所述運算電路的所述第一輸入端，以調整輸出訊號。調整訊號中的第一子訊號基於驅動訊號的反相訊號而設定。調整訊號中的第二子訊號基於感測訊號的反相訊號而設定。

Description

觸控感應裝置及其訊號處理方法
本發明是關於一種觸控感測技術，且特別是關於一種觸控感測裝置及其訊號處理方法。
隨著觸控裝置的應用日漸廣泛，觸控感測的相關技術也變得愈趨重要。在自容式觸控裝置中，電容感測方式為利用電荷轉移，將自容式觸控電容在觸控動作時產生的電量全部傳輸至觸控裝置的內部電容，再由內部電容根據其所接收的電量針對上述觸控動作進行對應處理。這導致當自容式觸控電容和內部電容的電容值相差過大時，內部電容會較難接收自容式觸控電容的電量。
本發明提供一種自容感測裝置及其訊號處理方法，可使自容感測裝置在不需使用較大電容值的內部回授電容的情況下接收具有大電壓的感測訊號，並使內部回授電容可準確感測出感測訊號是否發生變化。
本發明的觸控感測裝置包括運算電路和調整電路。運算電路包括回授電容，經由第一輸入端接收感測訊號，經由第二輸入端接收驅動訊號，經由輸出端通過回授電容及第一輸入端以回授輸出訊號。回授電容耦接至運算電路的第一輸入端。調整電路耦接至運算電路的第一輸入端，提供調整訊號至所述運算電路的所述第一輸入端，以調整輸出訊號。調整訊號中的第一子訊號基於驅動訊號的反相訊號而設定。調整訊號中的第二子訊號基於感測訊號的反相訊號而設定。
本發明的訊號處理方法包括：提供運算電路，用以接收感測訊號以及驅動訊號，以產生初始輸出訊號；提供調整電路，經由調整電路提供調整訊號，並根據調整訊號對初始輸出訊號進行抵消，以產生輸出訊號；以及通過運算電路的回授電容接收輸出訊號。其中，調整訊號中的第一子訊號基於驅動訊號的反相訊號而設定。調整訊號中的第二子訊號基於感測訊號的反相訊號而設定。
基於上述，本發明實施例的觸控感測裝置利用調整電路去抵消感測訊號以及驅動訊號輸入至運算電路的電壓值，降低運算電路的輸出訊號的電量，進而使運算放大器內的回授電容可接收具有較大電壓的感測訊號。因此，本發明的觸控感測器不需使用較大的回授電容即可接收具有較大電壓的感測訊號，也可達到節省電路面積的有利功效。
圖1繪示本發明一實施例的觸控感測裝置100的電路示意圖。觸控感測裝置100可應用於作為輸入設備的電子裝置中，例如，平板電腦、智慧型等機等的消費型電子裝置，且不限制電子裝置的顯示技術。換言之，前述電子裝置的顯示技術可為主動矩陣有機發光二極體（AMOLED）。請參照圖1，觸控感測裝置100包括調整電路110以及運算電路120。調整電路110的輸出端耦接至運算電路120的第一輸入端，運算電路120具有回授電容CF。運算電路120可經由第一輸入端接收感測訊號VCL，並經由第二輸入端接收驅動訊號VIN。
運算電路120接收感測訊號VCL和驅動訊號VIN產生初始輸出訊號。調整電路110可提供調整訊號VBK至運算電路120的第一輸入端，並對運算電路120的初始輸出訊號進行抵消。運算電路120可基於調整訊號VBK和初始輸出訊號，產生輸出訊號VOUT。
運算電路120的回授電容CF設置於運算電路120的輸出端和第一輸入端之間。運算電路120可通過回授電容CF，將輸出訊號VOUT從輸出端回授至第一輸入端。值得注意的是，驅動訊號VIN可為正弦波訊號。感測訊號VCL及調整訊號VBK同時具有正弦部分和餘弦部分的訊號。
在本實施例中，調整訊號VBK具有第一子訊號和第二子訊號。調整訊號VBK的第一子訊號可基於驅動訊號VIN的反相訊號而設定，用以抵消傳輸至運算電路120的驅動訊號VIN的電壓值。也就是說，調整訊號VBK的第一子訊號亦可為正弦波訊號。調整訊號VBK的第二子訊號可用於抵消傳輸至運算電路120的感測訊號VCL的電壓值。調整訊號VBK的第二子訊號包括正弦單位部分以及餘弦單位部分。所述正弦單位部分得以其倍數抵消感測訊號VCL的正弦部分，所述餘弦單位部分得以其倍數抵消感測訊號VCL的餘弦部分。
在本實施例中，運算電路120利用調整訊號VBK使初始輸出訊號進行抵消，得出較小的輸出訊號VOUT。觸控感測裝置100不需使用較大的回授電容即可接收具有較大電壓的感測訊號，並經由訊號VOUT的變化量判斷感測訊號VCL是否發生變化。
在本發明的一實施例中，輸出訊號VOUT中接收至驅動訊號VIN的部份可被調整訊號VBK的第一子訊號完全抵消。輸出訊號VOUT中接收至感測訊號VCL的部份可被調整訊號VBK的第二子訊號的正弦單位部分以及餘弦單位部分抵消。在理想狀態下，輸出訊號VOUT可等於感測訊號VCL的正弦波電壓部份除以第二子訊號的正弦單位部分所得之餘數，加上感測訊號VCL的餘弦波電壓部份除以所述第二子訊號的餘弦單位部分所得之餘數。
請參照圖2A至圖2C。圖2A至2C皆繪示本發明一實施例的訊號向量示意圖。在圖2A中，運算電路僅接收感測訊號VCL和驅動訊號VIN，且調整電路並未提供調整訊號VBK。驅動訊號VIN為正弦波訊號，而感測訊號VCL及調整訊號VBK同時具有正弦部分和餘弦部分。輸出訊號VOUT具有接收至感測訊號VCL的部份和接收至驅動訊號VIN的部份，圖2A的輸出訊號VOUT亦可被視為上述的初始輸出訊號。
在圖2B中，運算電路接收感測訊號VCL和驅動訊號VIN，且調整電路提供調整訊號VBK的第一子訊號VBK1。輸出訊號VOUT中接收至驅動訊號VIN的部份被調整訊號VBK的第一子訊號VBK1抵消，圖2B的輸出訊號VOUT可等於驅動訊號VIN的電壓值，因此，觸控感測裝置300使用更大的驅動訊號VIN也不影響輸出訊號VOUT。
在圖2C中，運算電路接收感測訊號VCL和驅動訊號VIN，且調整電路提供調整訊號VBK的第一子訊號VBK1。輸出訊號VOUT中接收至驅動訊號VIN的部份被調整訊號VBK的第一子訊號VBK1抵消，圖2B的輸出訊號VOUT可等於感測訊號VCL的電壓值。
在圖2C中，運算電路接收感測訊號VCL和驅動訊號VIN，且調整電路提供調整訊號VBK的第一子訊號VBK1和第二子訊號VBK2。第二子訊號VBK2具有正弦單位部分VBK2si以及餘弦單位部分VBK2co，第二子訊號VBK2與感測訊號VCL可為反向不同大小的訊號。輸出訊號VOUT中接收至驅動訊號VIN的部份被調整訊號VBK的第一子訊號VBK1抵消，輸出訊號VOUT中接收至感測訊號VCL的部份被正弦單位部分VBK2si以及餘弦單位部分VBK2co抵消。圖2C的輸出訊號VOUT可等於感測訊號VCL的正弦波電壓部份除以正弦單位部分VBK2si所得之餘數，加上感測訊號VCL的餘弦波電壓部份除以餘弦單位部分VBK2co所得之餘數。例如，正弦單位部分VBK2si具有X單位的正弦波電壓，餘弦單位VBK2co具有Y單位的餘弦電壓，輸出訊號VOUT的正弦波電壓部份可為0.5X單位的正弦波電壓，輸出訊號VOUT的餘弦波電壓部份可為0.5Y單位的餘弦波電壓，另外，如無餘數時，輸出訊號VOUT的正弦波電壓部份可為X單位的正弦波電壓，輸出訊號VOUT的餘弦波電壓部份可為Y單位的餘弦波電壓。
請參照圖3。圖3繪示本發明另一實施例的觸控感測裝置的電路示意圖。在圖3中，觸控感測裝置300包括調整電路310、運算電路320、自容觸控電路330以及電壓隨耦器340。調整電路310的輸出端耦接至運算電路320的第一輸入端。自容觸控電路330的輸出端經輸入電阻RIN耦接至運算電路320的第一輸入端。電壓隨耦器340的輸出端耦接至運算電路320的第二輸入端。
調整電路310可包括調整電阻RBK，調整電阻RBK可接收電壓VBK，可透過調整電阻RBK大小設定調整訊號VBK傳輸至運算電路320的電壓值大小，也就是說，當觸控感應裝置的自容感應量較大時，調整電阻RBK可選用較低電阻值抵消感測訊號VCL和驅動訊號VIN。
運算電路320可包括回授電容CF、回授電阻RF和運算放大器OP1。回授電容CF耦接於運算放大器OP1的輸出端和反相輸入端之間。回授電阻RF同樣耦接於運算放大器OP1的輸出端和反相輸入端之間。運算放大器OP1的反相輸入端可為運算電路320的第一輸入端，即運算放大器OP1的反相輸入端可耦接至調整電路310以及自容觸控電路330。運算放大器OP1的非反相輸入端可為運算電路320的第二輸入端，即運算放大器OP1的非反相輸入端可耦接至電壓隨耦器340。
自容觸控電路330可包括自容式觸控電容Cr和電阻Rr。自容式觸控電容Cr用來感測使用者的觸控動作，以產生感測訊號VCL。自容觸控電路330可將感測訊號VCL傳輸至運算電路320的第一輸入端。
電壓隨耦器340可包括運算放大器OP2。運算放大器OP2的非反相輸入端可接收正弦波訊號V_SIN，以生成驅動訊號VIN。運算放大器OP2的輸出端可耦接至反相輸入端，將驅動訊號VIN從輸出端回授至反相輸入端。並且，運算放大器OP2可將驅動訊號VIN傳輸至運算電路320的第二輸入端。此外，根據運算電路320的運算放大器OP1負回授虛接地的特性，運算放大器OP1的反相輸入端可具有驅動訊號VIN的電壓值。驅動訊號VIN的電壓值可用於驅動自容式觸控電容Cr，使自容式觸控電容Cr得以感測使用者的觸控動作。
值得一提的是，回授電阻RF做為運算電路320中的負回授電阻，可用以轉化輸出訊號VOUT的電壓值，使回授電容CF接收對應輸出訊號VOUT電壓值的電量，觸控感測裝置300也可透過回授電阻RF及調整電阻RBK的大小比例設計調整訊號VBK的大小。
在本實施例中，觸控感應裝置可使用在較大的自容感應量。例如，在使用電容值40pF的回授電容CF情況下，自容式觸控電容Cr的電容值可大於400pF。自容觸控電路330將自容式觸控電容Cr內儲存的電能以感測訊號VCL的形式傳輸至運算電路320。運算電路320利用從調整電路310接收的調整訊號VBK，使回授電容CF得以接收到輸出訊號VOUT，而在本實施例中，輸出訊號VOUT的電量可小於感測訊號VCL的電量。
參照圖4，圖4繪示本發明一實施例的訊號處理方法的流程圖。在步驟S410中，本實施例提供運算電路，用以接收感測訊號以及驅動訊號，以產生初始輸出訊號。在步驟S420中，本實施例提供調整電路，經由所述調整電路提供調整訊號，並根據所述調整訊號對所述初始輸出訊號進行抵消，以產生輸出訊號。在步驟S430中，本實施例可通過所述運算電路的回授電容接收所述輸出訊號。其中，本實施例步驟S420中的調整訊號中的第一子訊號可包括正弦單位部分，可用來消減驅動訊號的正弦部分，第二子訊號可包括正弦單位部分及餘弦單位部分，正弦單位部分或其倍數可用來抵消感測訊號的正弦部分，而餘弦單位部分或其倍數可用來抵消感測訊號的餘弦部分。關於上述步驟的實施細節，在前述的多個實施例已有詳細的說明。
綜上所述，本發明實施例的觸控感測裝置應用調整電路抵消感測訊號以及驅動訊號輸入至運算電路的電壓值，降低運算電路的輸出訊號的電壓值，使運算放大器內的回授電容不需使用較大電容值便可接收具有較大電壓的感測訊號，也可達到節省電路面積的有利功效。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、300:觸控感測裝置
110、310:調整電路
120、320:運算電路
CF:回授電容
VCL:感測電壓
VIN:驅動訊號
VOUT:輸出訊號
VBK:調整訊號
VBK1:第一子訊號
VBK2:第二子訊號
VBK2si:正弦單位部分
VBK2co:餘弦單位部分
330:自容觸控電路
340:電壓隨耦器
Rr、RF:電阻
RIN:輸入電阻
Cr:自容式觸控電容
OP1、OP2:運算放大器
V_SIN:正弦波訊號
VBK:電壓
RBK:可變電阻
S410、S420、S430:步驟
圖1繪示本發明一實施例的觸控感測裝置的電路示意圖。 圖2A繪示本發明一實施例的訊號向量示意圖。 圖2B繪示本發明一實施例的訊號向量示意圖。 圖2C繪示本發明一實施例的訊號向量示意圖。 圖3繪示本發明另一實施例的觸控感測裝置的電路示意圖。 圖4繪示本發明一實施例的訊號處理方法的流程圖。
100:觸控感測裝置
110:調整電路
120:運算電路
CF:回授電容
VCL:感測電壓
VIN:驅動訊號
VOUT:輸出訊號

Claims (13)

  1. 一種觸控感測裝置，包括：運算電路，包括回授電容，經由第一輸入端接收感測訊號，經由第二端輸入接收驅動訊號，經由輸出端通過所述回授電容及所述第一輸入端以回授輸出訊號，其中所述回授電容耦接所述第一輸入端；以及調整電路，包括調整電阻，耦接所述運算電路的第一輸入端，提供調整訊號至所述運算電路的所述第一輸入端，透過所述調整電阻調整所述輸出訊號，其中所述調整訊號包含第一子訊號及第二子訊號，其中所述調整訊號中的所述第一子訊號基於所述驅動訊號的反相訊號而設定，且所述第一子訊號用於抵消傳輸至所述運算電路的所述驅動訊號的電壓值的一部分或全部，其中所述調整訊號中的所述第二子訊號基於所述感測訊號的反相訊號而設定，且所述第二子訊號用於抵消傳輸至所述運算電路的所述感測訊號的電壓值的一部分。
  2. 如請求項1所述的觸控感測裝置，其中所述輸出訊號的大小小於所述感測訊號的大小。
  3. 如請求項1所述的觸控感測裝置，其中所述驅動訊號以及所述第一子訊號皆為正弦波電壓訊號，所述第二子訊號包括正弦單位部分及餘弦單位部分。
  4. 如請求項3所述的觸控感測裝置，其中所述第二子訊號的所述正弦單位部分或其倍數用來抵消所述感測訊號的正弦部分，所述餘弦單位部分或其倍數用來抵消所述感測訊號的餘弦部分。
  5. 如請求項1所述的觸控感測裝置，其中所述運算電路更包括：運算放大器，具有第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，所述第一輸入端耦接所述調整電路，所述第二輸入端接收所述驅動訊號；以及回授電阻，耦接於所述第一輸入端以及所述輸出端之間，其中所述回授電容耦接於所述第一輸入端以及所述輸出端之間。
  6. 如請求項5所述的觸控感測裝置，其中透過所述調整電阻及所述回授電阻的大小比例調整所述輸出訊號。
  7. 如請求項1所述的觸控感測裝置，其中所述驅動訊號的大小不影響所述輸出訊號。
  8. 如請求項1所述的觸控感測裝置，其中更包括電壓隨耦器，接收第一正弦波訊號以產生所述驅動訊號。
  9. 一種觸控感測裝置的訊號處理方法，包括：提供運算電路，用以接收感測訊號以及驅動訊號，以產生初始輸出訊號；提供調整電路，經由所述調整電路提供調整訊號，並根據所 述調整訊號對所述初始輸出訊號進行抵消，以產生輸出訊號；以及通過所述運算電路的回授電容接收所述輸出訊號，其中所述調整訊號中的第一子訊號基於所述驅動訊號的反相訊號而設定，且所述第一子訊號用於抵消傳輸至所述運算電路的所述驅動訊號的電壓值的一部分或全部，其中所述調整訊號中的第二子訊號基於所述感測訊號的反相訊號而設定，且所述第二子訊號用於抵消傳輸至所述運算電路的所述感測訊號的電壓值的一部分。
  10. 如請求項9所述的訊號處理方法，其中所述輸出訊號的大小小於所述感測訊號的大小。
  11. 如請求項9所述的訊號處理方法，其中所述驅動訊號以及所述第一子訊號皆為正弦波電壓訊號，所述第二子訊號包括正弦單位部分及餘弦單位部分。
  12. 如請求項11所述的訊號處理方法，其中所述第二子訊號的所述正弦單位部分或其倍數用來消減所述感測訊號的正弦部分，所述餘弦單位部分或其倍數用來消減所述感測訊號的餘弦部分。
  13. 如請求項9所述的訊號處理方法，其中所述驅動訊號的大小不受影響所述輸出訊號。
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