TWI883781B - 觸控感測裝置及觸控感測方法 - Google Patents

Abstract

一種觸控感測裝置及觸控感測方法。觸控感測裝置包括參考電壓產生器、開關、電荷儲存裝置、觸控面板感測器及至少一電路元件。參考電壓產生器提供參考電壓。開關的一端獲得所述參考電壓。電荷儲存裝置耦接開關的另一端。電路元件耦接觸控面板感測器且電路元件的參考電壓端耦接電荷儲存裝置。開關於第一時期導通以使參考電壓提供至電荷儲存裝置，其中電荷儲存裝置暫存參考電壓的電壓位準以作為第一電壓位準。開關於第二時期關斷，其中觸控面板感測器及電路元件依據電荷儲存裝置所暫存的第一電壓位準執行觸控感測功能。

Description

觸控感測裝置及觸控感測方法

本發明是有關於一種觸控感測中參考電壓傳輸技術，且特別是有關於一種觸控感測裝置及觸控感測方法。

消費型電子裝置常使用觸控面板及相應的觸控感測技術來做為輸入資訊的手段之一。然則，現今觸控感測技術十分容易受到外部雜訊或電路元件的物理特性為非理想時的雜訊的影響。因此，為了提高信號雜訊比(signal-to-noise ratio；SNR)，便需要抑制觸控面板上的各種雜訊。

觸控面板上的雜訊常會出現在元件之間的傳遞上，例如，參考電壓產生器會傳遞參考信號至觸控面板上的各元件，但也會將雜訊伴隨著參考信號傳到到前述元件，而使前述元件受到雜訊影響。因此，如何降低或抑制觸控面板上的雜訊，便是設計觸控面板時欲解決的問題之一。

本發明提供一種觸控感測裝置及觸控感測方法，其將參考信號暫存於電荷儲存裝置中，避免其他雜訊影響所暫存的參考信號，並利用數位濾波器消除直流雜訊的影響，以提升顯示面板或相應顯示裝置中的信號雜訊比(SNR)。

本發明實施例的觸控感測裝置包括參考電壓產生器、開關、電荷儲存裝置、觸控面板感測器以及至少一個電路元件。參考電壓產生器用以提供參考電壓。所述開關的一端耦接所述參考電壓產生器以獲得所述參考電壓。電荷儲存裝置耦接所述開關的另一端。至少一電路元耦接所述觸控面板感測器且所述電路元件的參考電壓端耦接所述電荷儲存裝置。所述開關於第一時期導通以使所述參考電壓產生器的所述參考電壓提供至所述電荷儲存裝置，其中所述電荷儲存裝置暫存所述參考電壓的電壓位準以作為第一電壓位準。所述開關於第二時期關斷，其中所述觸控面板感測器及所述至少一電路元件依據所述電荷儲存裝置所暫存的所述第一電壓位準執行觸控感測功能。

本發明實施例的觸控感測方法應用於觸控感測裝置。所述觸控感測裝置包括參考電壓產生器、觸控面板感測器、至少一電路元件、開關及耦接所述至少一電路元件的電荷儲存裝置。所述觸控感測方法包括以下步驟。於第一時期，導通所述開關以使所述參考電壓產生器提供的參考電壓提供至所述電荷儲存裝置，其中所述電荷儲存裝置暫存所述參考電壓的電壓位準以作為第一電壓位準。以及，於第二時期，關斷所述開關，其中所述觸控面 板感測器及所述至少一電路元件依據所述電荷儲存裝置所暫存的所述第一電壓位準執行觸控感測功能。

基於上述，本發明實施例的觸控感測裝置及觸控感測方法利用開關將參考信號暫存於電荷儲存裝置中，使得雜訊成為直流偏移雜訊。接著，利用被暫存的參考信號提供給電路元件以執行對應功能，本發明實施例除了利用開關及相應時序避免其他雜訊(如，從與參考電壓產生器耦接的端點所傳遞來的雜訊)持續地影響由前述電路元件所接收的參考信號以外，還利用數位濾波器消除直流偏移雜訊的影響，以維持或提升顯示面板或相應顯示裝置中的信號雜訊比(SNR)。本發明實施例採用開關及電荷儲存裝置來取代以往的電阻-電容電路，可有效減少電路的佈局面積。

100、200:觸控感測裝置

110、210:觸控面板感測器

120、220:參考電壓產生器

131、231:傳輸端電路

132、232、LDO:低壓差穩壓器

133、233:接收端電路

134、234、ADC:類比數位轉換器

141~143:濾波器

251~253:電荷儲存裝置

S410~S440:觸控感測方法的各步驟

R:電阻

C、C1:電容器

Vref、Vref1~Vref3、Vref21-Vref23:參考電壓

SW1-SW3:開關

SSW:切換信號

T1:第一時期

T2:第二時期

T21:觸控感應功能時期

T22:數位處理時期

圖1是先前技術的一種觸控感測裝置的電路示意圖。

圖2是本發明一實施例的一種觸控感測裝置的電路示意圖。

圖3為本發明一實施例中數位濾波器對觸控感測信號進行數位處理的示意圖。

圖4是本發明一實施例的一種觸控感測方法的流程圖。

圖5為本發明一實施例中觸控感測方法的第一種時序圖。

圖6為本發明一實施例中觸控感測方法的第二種時序圖。

圖1是先前技術的一種觸控感測裝置100的電路示意圖。圖1觸控感測裝置100包括觸控面板感測器110、參考電壓產生器120及與觸控面板感測器110相匹配的多個電路元件(包括但不限於傳輸端電路131、低壓差穩壓器(LDO)132、接收端電路133、類比數位轉換器(ADC)134...等)。圖1參考電壓產生器120提供參考電壓Vref至各個電路元件以準備由觸控面板感測器110及這些電路元件執行觸控感測功能。

特別說明的是，每個電路元件所需要的參考電壓Vref的電壓值可能不盡相同，也就是，與傳輸端電路131對應的參考電壓Vref1、與LDO 132對應的參考電壓Vref2及與接收端電路133與ADC 134對應的參考電壓Vref3三者對應的電壓值可以各不相同。

如圖1所示，圖1參考電壓Vref中具備伴隨的雜訊。為了提高電子元件(如，傳輸端電路131、LDO 132、ADC 134等)的效率，需要提供具備低雜訊的參考電壓。因此，電路元件的參考電壓端處會設置用於降低雜訊的濾波器141~143(如，電阻-電容濾波器)來降低參考電壓Vref1~Vref3中的雜訊。然則，電阻R與電容器C將會占用電路較大的佈局面積，且無法完全濾除雜訊。LDO 132及接收端電路133對於雜訊的影響較大，因此在電路設計時還需要注意電源電壓抑制比(power supply rejection ratio；PSRR)。

圖2是本發明一實施例的一種觸控感測裝置200的電路示意圖。本發明一實施例在觸控感測裝置200中以開關SW1~SW3及電荷儲存裝置251~253來取代濾波器141~143，除了利用開關SW1~SW3及相應時序避免其他雜訊持續地影響由電路元件所接收的參考信號Vref21~V23以外，還利用數位濾波器消除直流偏移雜訊的影響，以維持或提升顯示面板或相應顯示裝置中的信號雜訊比(SNR)。

詳細來說，觸控感測裝置200包括參考電壓產生器220、開關(如，圖2開關SW1~SW3)、電荷儲存裝置(如，圖2電荷儲存裝置251~253)、觸控面板感測器210以及與觸控面板感測器210相匹配的至少一個電路元件(例如且不限於，傳輸端電路231、LDO 232、接收端電路233及ADC 234)。參考電壓產生器220用以提供參考電壓Vref。參考電壓產生器220可以是能帶隙參考(bandgap reference)電路。本實施例的參考電壓Vref可能包括隨附的雜訊。開關SW1~SW3的一端耦接參考電壓產生器220以獲得參考電壓Vref。電荷儲存裝置251~253分別耦接對應的開關SW1~SW3的另一端。電路元件直接或間接地耦接觸控面板感測器210且這些電路元件的參考電壓端分別耦接對應的電荷儲存裝置251~253。

開關SW1~SW3於第一時期導通。藉此，使參考電壓產生器220的參考電壓Vref提供至對應的電荷儲存裝置251~253。 電荷儲存裝置251~253暫存參考電壓Vref的電壓位準以作為第一電壓位準。例如，電荷儲存裝置251於第一時期暫存參考電壓Vref的電壓位準以作為參考電壓Vref21的第一電壓位準；電荷儲存裝置252於第一時期暫存參考電壓Vref的電壓位準以作為參考電壓Vref22的第一電壓位準；電荷儲存裝置253於第一時期暫存參考電壓Vref的電壓位準以作為參考電壓Vref23的第一電壓位準。

開關SW1~SW3於第二時期關斷，以使參考電壓產生器220的參考電壓Vref不會提供給電荷儲存裝置251~253。此時的電荷儲存裝置251~253應已暫存參考電壓Vref21~Vref23的第一電壓位準，且此第一電壓位準包括理想中參考電壓Vref的電壓位準及作為雜訊的直流偏壓。於第二時期，觸控面板感測器210及前述至少一個電路元件分別依據對應的電荷儲存裝置251~253所暫存的第一電壓位準來執行本發明實施例的觸控感測功能。觸控感測功能被執行後可產生類比觸控感測信號。換句話說，參考電壓產生器220所提供的雜訊於此時便是一個固定數值的直流偏壓雜訊，而不具備頻率抖動。此直流偏壓雜訊在前述電子元件(如，傳輸端電路231、LD0 232、接收端電路233或ADC 234)進行操作時都不會影響到其效能，從而可使觸控感測裝置200整體達到較高的SNR。

觸控感測裝置200還包括數位濾波器。數位濾波器可以是帶通濾波器或是有限脈衝響應(FIR)濾波器。數位濾波器可 接收並處理前述類比觸控感測信號以產生數位觸控感測信號。參考電壓中的直流偏壓雜訊由數位濾波器所濾除，藉以消除類比觸控感測信號中雜訊的影響。

本實施例的電荷儲存裝置251~253可由電容器C1來實現，且此電荷儲存裝置251~253中電容器C1的電容值相較於圖1中R-C電路141~143中電容器C的電容值來的小，可降低電路佈局面積。例如，圖2電容器C1的電容值不大於1pF，可約為1pF甚至1pF以下，而圖1電容器C的電容值則遠大於1pF，例如是10pF以上。

圖3為本發明一實施例中數位濾波器對觸控感測信號進行數位處理的示意圖。圖3呈現經由數位濾波器進行數位處理後的數位觸控感測信號的波型，圖3橫軸為頻率，圖3縱軸為信號強度(電壓)。從圖3可看出，數位觸控感測信號主要以交流信號為主，可濾除參考電壓中的直流偏壓雜訊(如圖3中箭頭310所示)。特別說明的是，箭頭310並非數位觸控感測信號的波型的一部分，而僅是用於說明，參考電壓的直流偏壓雜訊由數位濾波器所濾除。

圖4是本發明一實施例的一種觸控感測方法400的流程圖。圖4觸控感測方法400可應用於圖2觸控感測裝置200的電路結構。本實施例的圖4觸控感測方法400可以是執行一次觸控感測功能的整體步驟。於步驟S410，於第一時期，控制圖2開關SW1~SW3從關斷到導通，使圖2由參考電壓產生器220提供的 參考電壓Vref提供至對應的電荷儲存裝置251~253。電荷儲存裝置251~253分別暫存參考電壓Vref的電壓位準以作為參考電壓Vref21~Vref23的第一電壓位準。於步驟S420，於第二時期，控制SW1~SW3從導通到關斷，此時圖2觸控面板感測器210及前述電路元件依據電荷儲存裝置251~253所分別暫存的參考電壓Vref21~Vref23的第一電壓位準執行觸控感測功能。觸控感測功能被執行後產生類比觸控感測信號。

於步驟S430，數位濾波器接收並處理由觸控感測功能所產生的類比觸控感測信號以產生數位觸控感測信號。參考電壓中的直流偏壓雜訊由數位濾波器所濾除。於步驟S440，等待下一次觸控感測功能的開始。圖4觸控感測方法400的其他詳細操作可參考其他實施例。

圖5為本發明一實施例中觸控感測方法的第一種時序圖。圖5中的第一時期T1用以執行圖4步驟S410，圖5中的第二時期T2用以執行圖5步驟S420及步驟S430。切換信號SSW用以控制開關SW1~SW3導通或關斷。本實施例的開關SW1~SW3在切換信號SSW為致能(如，邏輯”1”)時為導通(即，開關兩端導通)，且在切換信號SSW為禁能(如，邏輯”0”)時為關斷(即，開關兩端關斷且截止)。步驟S420對應圖5中觸控感應功能時期T21。步驟S430對應圖5中數位處理時期T22。圖5中的第一時期T1與第二時期T2可合稱作是本實施例中觸控感測功能的一個完整循環。

圖6為本發明一實施例中觸控感測方法的第二種時序圖。圖6與圖5不同之處在於，圖6中第一時期T1所執行的圖4步驟S410之後，會執行兩次第二時期T2對應的步驟S420與步驟S430。圖4步驟S410用以使開關導通而讓圖2電荷儲存裝置251~253能夠更新或維持參考電壓Vref21~Vref23的第一電壓位準。若圖2電荷儲存裝置251~253的設計良好且能夠使參考電壓Vref21~Vref23的第一電壓位準較長時間不變動，則圖6第一時期T1所執行的圖4步驟S410便可執行一次後，多次執行第二時期T2對應的步驟S420與步驟S430。

綜上所述，本發明實施例的觸控感測裝置及觸控感測方法利用開關將參考信號暫存於電荷儲存裝置中，使得雜訊成為直流偏移雜訊。接著，利用被暫存的參考信號提供給電路元件以執行對應功能，本發明實施例除了利用開關及相應時序避免其他雜訊(如，從與參考電壓產生器耦接的端點所傳遞來的雜訊)持續地影響由前述電路元件所接收的參考信號以外，還利用數位濾波器消除直流偏移雜訊的影響，以維持或提升顯示面板或相應顯示裝置中的信號雜訊比(SNR)。本發明實施例採用開關及電荷儲存裝置來取代以往的電阻-電容電路，可有效減少電路的佈局面積。

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。

200:觸控感測裝置

210:觸控面板感測器

220:參考電壓產生器

231:傳輸端電路

232、LDO:低壓差穩壓器

233:接收端電路

234、ADC:類比數位轉換器

251-253:電荷儲存裝置

C1:電容器

Vref、Vref21-Vref23:參考電壓

SW1-SW3:開關

Claims (11)

1. 一種觸控感測裝置，包括： 參考電壓產生器，用以提供參考電壓； 開關，所述開關的一端耦接所述參考電壓產生器以獲得所述參考電壓； 電荷儲存裝置，耦接所述開關的另一端； 觸控面板感測器；以及 至少一個電路元件，耦接所述觸控面板感測器且所述電路元件的參考電壓端耦接所述電荷儲存裝置， 其中，所述開關於第一時期導通以使所述參考電壓產生器的所述參考電壓提供至所述電荷儲存裝置，其中所述電荷儲存裝置暫存所述參考電壓的電壓位準以作為第一電壓位準， 所述開關於第二時期關斷，其中所述觸控面板感測器及所述至少一個電路元件依據所述電荷儲存裝置所暫存的所述第一電壓位準執行觸控感測功能， 其中所述第一電壓位準為所述參考電壓的直流電壓位準及雜訊的直流偏壓。
2. 如請求項1所述的觸控感測裝置，其中所述觸控感測功能被執行後產生類比觸控感測信號， 所述觸控感測裝置還包括： 數位濾波器，接收並處理所述類比觸控感測信號以產生數位觸控感測信號，其中所述參考電壓中的直流偏壓雜訊由所述數位濾波器所濾除。
3. 如請求項2所述的觸控感測裝置，其中所述數位濾波器是帶通濾波器或是有限脈衝響應濾波器。
4. 如請求項1所述的觸控感測裝置，其中所述電荷儲存裝置包括電容器，其中所述電容器的電容值不大於1pF。
5. 如請求項1所述的觸控感測裝置，其中所述至少一個電路元件是傳輸端電路、接收端電路、低壓差穩壓器、類比數位轉換器的其中一者或其組合。
6. 如請求項1所述的觸控感測裝置，其中執行完所述第一時期後多次執行所述第二時期的所述觸控感測功能。
7. 一種觸控感測方法，應用於觸控感測裝置，所述觸控感測裝置包括參考電壓產生器、觸控面板感測器、至少一個電路元件、開關及耦接所述至少一個電路元件的電荷儲存裝置，所述觸控感測方法包括： 於第一時期，導通所述開關以使由所述參考電壓產生器提供的參考電壓提供至所述電荷儲存裝置，其中所述電荷儲存裝置暫存所述參考電壓的電壓位準以作為第一電壓位準；以及 於第二時期，關斷所述開關，其中所述觸控面板感測器及所述至少一個電路元件依據所述電荷儲存裝置所暫存的所述第一電壓位準執行觸控感測功能， 其中所述第一電壓位準為所述參考電壓的直流電壓位準及雜訊的直流偏壓。
8. 如請求項7所述的觸控感測方法，還包括： 在所述第二時期中，處理由所述觸控感測功能產生的類比觸控感測信號以產生數位觸控感測信號，其中所述參考電壓中的直流偏壓雜訊由所述數位濾波器所濾除。
9. 如請求項7所述的觸控感測方法，其中所述電荷儲存裝置包括電容器，其中所述電容器的電容值不大於1pF。
10. 如請求項7所述的觸控感測方法，其中所述至少一個電路元件是傳輸端電路、接收端電路、低壓差穩壓器、類比數位轉換器的其中一者或其組合。
11. 如請求項7所述的觸控感測方法，其中執行完所述第一時期後多次執行所述第二時期的所述觸控感測功能。

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