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触控输入电子装置.pdf

  • 上传人:柴****2
  • 文档编号:5862139
  • 上传时间:2019-03-26
  • 格式:PDF
  • 页数:14
  • 大小:570.56KB
  • 摘要
    申请专利号:

    CN201010152204.9

    申请日:

    2010.04.16

    公开号:

    CN102221944A

    公开日:

    2011.10.19

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情:

    授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 3/044申请日:20100416|||公开

    IPC分类号:

    G06F3/044

    主分类号:

    G06F3/044

    申请人:

    瑞鼎科技股份有限公司

    发明人:

    光宇; 周世宗

    地址:

    中国台湾新竹市

    优先权:

    专利代理机构:

    北京康信知识产权代理有限责任公司 11240

    代理人:

    吴贵明;张英

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    内容摘要

    一种触控输入电子装置,包括:触控输入装置;时钟产生电路,用于产生第一时钟与第二时钟;触控感测电路,耦接至该触控输入装置,该触控感测电路操作于该第一时钟;逻辑电路,接收该触控感测电路的感测输出信号,该逻辑电路操作于该第二时钟;以及转换电路,受控于该逻辑电路以输出输出电压,该输出电压耦合至该触控感测电路,该转换电路操作于该第二时钟。响应于该触控感测电路的该感测输出信号,该逻辑电路控制该转换电路以改变该输出电压,以检测该触控输入装置的电容变化量。在本发明的触控输入电子装置中,较慢的驱动时钟和较快的感测时钟分离,以提高感测速率。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种电子装置,包括:
    触控输入装置;
    时钟产生电路,用于产生第一时钟与第二时钟;
    触控感测电路,耦接至所述触控输入装置,所述触控感测电路操作于所述第一时钟;
    逻辑电路,接收所述触控感测电路的感测输出信号,所述逻辑电路操作于所述第二时钟;以及
    转换电路,受控于所述逻辑电路以输出输出电压,所述输出电压耦合至所述触控感测电路,所述转换电路操作于所述第二时钟;
    其中,响应于所述触控感测电路的所述感测输出信号,所述逻辑电路控制所述转换电路以改变所述输出电压,以检测所述触控输入装置的电容变化量。

    2.  根据权利要求1所述的电子装置,其中,所述输出电压通过电容耦合效应而耦合至所述触控感测电路。

    3.  根据权利要求1所述的电子装置,其中,在所述第一时钟的一个周期内,所述触控感测电路完成对所述电容变化量的检测。

    4.  根据权利要求3所述的电子装置,其中,所述时钟产生电路根据所述触控输入装置的电阻电容延迟时间来决定所述第二时钟的第一周期的长度。

    5.  根据权利要求3所述的电子装置,进一步包括:
    第一选择器,受控于所述逻辑电路以决定是否将所述转换电路的所述输出电压耦接至所述触控感测电路,所述第一选择器操作于所述第二时钟;
    第一耦合电容,耦接于所述第一选择器与所述触控感测电路之间;
    第二选择器,受控于所述逻辑电路以决定是否将所述转换电路的所述输出电压耦接至所述触控感测电路,所述第二选择器操作于所述第二时钟;以及
    第二耦合电容,耦接于所述第二选择器与所述触控感测电路之间。

    6.  根据权利要求3所述的电子装置,其中,在所述第二时钟的第二周期之后,响应于所述触控感测电路的所述感测输出信号,所述逻辑电路逐位地控制所述转换电路以改变所述输出电压,所述逻辑电路逐位锁住所述触控感测电路的所述感测输出信号,以逐位地形成所述电容变化量。

    7.  根据权利要求1所述的电子装置,进一步包括:
    选择器,受控于所述逻辑电路以决定是否将所述转换电路的所述输出电压耦接至所述触控感测电路的正输入端或负输入端,所述选择器操作于所述第二时钟;以及
    耦合电容,耦接于所述选择器与所述转换电路之间。

    8.  根据权利要求7所述的电子装置,其中,
    在所述第一时钟的第一周期内,所述触控输入装置传送耦合电压至所述触控感测电路,以比较所述触控感测电路的所述正输入端与所述负输入端;以及
    在所述第一时钟的第二周期内,根据所述触控感测电路的所述感测输出信号,所述逻辑电路决定所述选择器耦接至所述触控感测电路的所述正输入端或所述负输入端。

    9.  根据权利要求8所述的电子装置,其中:
    所述第二时钟的第一周期与所述第一时钟的所述第一周期相同;
    所述时钟产生电路根据所述触控输入装置的电阻电容延迟时间来决定所述第二时钟的第二周期的长度;以及
    在所述第二时钟的所述第二周期之后,响应于所述触控感测电路的所述感测输出信号,所述逻辑电路逐位地控制所述转换电路以改变所述输出电压,所述逻辑电路逐位锁住所述触控感测电路的所述感测输出信号,以逐位地形成所述电容变化量。

    说明书

    说明书触控输入电子装置
    技术领域
    本发明涉及一种触控输入电子装置,并且特别涉及一种可提高感测速度的触控输入电子装置。
    背景技术
    为使用便利性,触控面板(touch panel)或显示触控面板(同时具有显示与触控的功能)可被使用者输入、点选等并应用于各种电子装置,例如行动电话。这样,可使使用者直接在触控面板或显示触控面板上输入或点选画面,以提供便捷且人性化的操作模式。触控面板或显示触控面板的类型包括:电容式触控面板、电容式显示触控面板等。
    当使用者操作电容式触控面板、电容式显示触控面板、或电容式开关时,其内部待测电容的电容值会随使用者操作而发生变化。因而,如果能检测待测电容的电容值与其变化,即可检测(感觉)使用者的操作。电容式触控面板的定位原理是利用埋设于触控面板内的感应网格的电容的变化来判断接触点的位置。
    图1A显示现有触控面板10的示意图。请参照图1A,触控面板10包括多条X方向导线(X1~Xm)与多条Y方向导线(Y1~Yn),m与n均为正整数,m与n可相等或不相等。X方向导线与Y方向导线埋设于不同层。X方向导线与Y方向导线交错排列,以形成感应网格。在X方向导线与Y方向导线的各交叉点会形成一个交叉耦合电容(如图1A中的交叉耦合电容100a,100b与100c)。以图1A为例,此触控面板10共有m*n个交叉耦合电容。
    当物件(如手指或触控笔)触控到触控面板10时,物件与感应网格间的耦合关系将改变邻近的交叉耦合电容的电容值。检测电路可检测交叉耦合电容的电容值的变化量来检测接触点的坐标位置。
    在操作中,驱动信号(例如:方波、三角波、弦波等)输入到Y(或X)方向导线。比较X(或Y)方向导线上的耦合电压值,以判断此导线是否被触摸。但是,触控面板上的各导线本身电阻值,以及触控面板的内部寄生电容(包含各导线的对地寄生电容及导线间交互耦合电容),会造成RC延迟。
    图1B显示现有技术的RC延迟。于图1B中,clk代表驱动信号或其操作时钟;而clk’代表触控面板上的导线所接收到的驱动信号;IN(-)与IN(+)分别代表感测电路(未示出)上的负与正输入端信号。由于此RC延迟,远方导线所接收到的驱动信号须较长的时间才能达到稳定。因而,驱动信号频率不能太快。此外,由于感测电路也由此驱动信号控制,进而造成感测速率变慢。
    发明内容
    本发明的实施例涉及一种触控输入电子装置,其中,较慢的驱动时钟(其用于传送驱动信号至导线)和较快的感测时钟(用于控制感测电路)分离,以提高感测速率。
    本发明的一个实施例提出了一种电子装置,包括:触控输入装置;时钟产生电路,用于产生第一时钟与第二时钟;触控感测电路,耦接至该触控输入装置,该触控感测电路操作于该第一时钟;逻辑电路,接收该触控感测电路的感测输出信号,该逻辑电路操作于该第二时钟;以及转换电路,受控于该逻辑电路以输出输出电压,该输出电压耦合至该触控感测电路,该转换电路操作于该第二时钟。响应于该触控感测电路的该感测输出信号,该逻辑电路控制该转换电路以改变该输出电压,以检测该触控输入装置的电容变化量。
    根据本发明的电子装置,在一种实施方式中,输出电压通过电容耦合效应而耦合至触控感测电路。
    根据本发明的电子装置,在一种实施方式中,于所述第一时钟的一个周期内,触控感测电路完成对电容变化量的检测。
    根据本发明的电子装置,在一种实施方式中,时钟产生电路根据触控输入装置的电阻电容延迟时间来决定第二时钟的第一周期的长度。
    根据本发明的电子装置,在一种实施方式中,进一步包括:第一选择器,受控于逻辑电路以决定是否将转换电路的输出电压耦接至触控感测电路,第一选择器操作于第二时钟;第一耦合电容,耦接于第一选择器与触控感测电路之间;第二选择器,受控于逻辑电路以决定是否将转换电路的输出电压耦接至触控感测电路,第二选择器操作于第二时钟;以及第二耦合电容,耦接于第二选择器与触控感测电路之间。
    根据本发明的电子装置,在一种实施方式中,于第二时钟的第二周期之后,响应于触控感测电路的感测输出信号,逻辑电路逐位地控制转换电路以改变输出电压,逻辑电路逐位锁住触控感测电路的感测输出信号,以逐位地形成电容变化量。
    根据本发明的电子装置,在一种实施方式中,进一步包括:选择器,受控于逻辑电路以决定是否将转换电路的输出电压耦接至触控感测电路的正输入端或负输入端,选择器操作于第二时钟;以及耦合电容,耦接于选择器与转换电路之间。
    根据本发明的电子装置,在一种实施方式中,于第一时钟的第一周期内,触控输入装置传送耦合电压至触控感测电路,以比较触控感测电路的正输入端与负输入端;以及于第一时钟的第二周期内,根据触控感测电路的感测输出信号,逻辑电路决定选择器耦接至触控感测电路的正输入端或负输入端。
    根据本发明的电子装置,在一种实施方式中,第二时钟的第一周期相同于第一时钟的第一周期;时钟产生电路根据触控输入装置的电阻电容延迟时间来决定第二时钟的第二周期的长度;以及于第二时钟的第二周期之后,响应于触控感测电路的感测输出信号,逻辑电路逐位地控制转换电路以改变输出电压,逻辑电路逐位锁住触控感测电路的感测输出信号,以逐位地形成电容变化量。
    为使本发明的上述内容能更明显易懂,下文特举实施例,并结合附图,详细说明如下:
    附图说明
    图1A是示出了现有触控面板的示意图。
    图1B示出了现有技术的RC延迟。
    图2是示出了本发明第一实施例的电子装置的示意图。
    图3示出了根据本发明第一实施例的信号时序图。
    图4是示出了本发明第二实施例的电子装置的示意图。
    图5示出了根据本发明第二实施例的信号时序图。
    具体实施方式
    在大尺寸触控面板中,导线较长且RC延迟较严重。因而,在本发明多个实施例中,将驱动信号的驱动时钟和控制感测电路的感测时钟分离。在驱动信号的1个或2个周期内,感测时钟具有两种频率。第1个(甚至是第2个)感测周期的频率慢(周期时间长),以等待触控面板的导线上的驱动信号稳定;而之后的感测时钟的频率快,因为只要等待DAC(数字模拟转换电路)的输出电压稳定即可。通常,DAC的输出耦合电容很小(约在5pF以下),所以DAC的输出电压稳定所须时间很短。如此可提高感测速率。
    第一实施例
    图2显示根据本发明第一实施例的电子装置的示意图。如图2所示,电子装置200包括触控面板210、时钟产生电路215、驱动信号产生电路220、X方向驱动通道选择模块230、Y方向驱动通道选择模块240、选择与检测模块250、逼近电路261、数字模拟转换电路(DAC)262、第三多任务选择器263、第四多任务选择器264、耦合电容265~266与开关SW1~SW2。
    时钟产生电路215会产生两种不同时钟clk与ck_l,如图3所示。时钟clk输入至逼近电路261、数字模拟转换电路(DAC)262、第三多任务选择器263与第四多任务选择器264,以作为其操作时钟。时钟ck_l则输入至其他电路,以作为其操作时钟。IN(+)与IN(-)分别代表差动检测模块252的正输入端电压与负输入端电压。
    驱动信号产生电路220根据时钟ck_l而产生驱动信号D至X方向导线X1~Xm与Y方向导线Y1~Yn。或者,驱动信号D可相同于时钟ck_l。驱动信号D例如但不限定为方波驱动信号、三角波驱动信号、弦波驱动信号等。于驱动信号D(或时钟ck_l)的一个周期内,电容值检测会完成。
    X方向驱动通道选择模块230包括m个开关,各开关受控于控制电路2511所产生的个别控制信号,这些m个控制信号分别通过信号线232而输入至个别开关。各开关耦接于驱动信号产生电路220与各对应X方向导线X1~Xm之间。X方向导线X1~Xm的耦合电压分别通过信号线231而输入至选择与检测模块250。
    Y方向驱动通道选择模块240包括n个开关,各开关受控于控制电路2511所产生的个别控制信号,这些n个控制信号分别通过信号线242而输入至个别开关。各开关耦接于驱动信号产生电路220与各对应Y方向导线Y1~Yn之间。Y方向导线Y1~Yn的耦合电压分别通过信号线241而输入至选择与检测模块250。
    选择与检测模块250包括选择模块251与差动检测模块252。选择模块251包括控制电路2511、第一多任务选择器2512与第二多任务选择器2513。
    现将说明第一实施例的操作原理。于感测时,Y方向或X方向通道选择模块会选定哪个导线(通道)(比如,Y1通道)可接收驱动信号。控制电路2511控制第一多任务选择器2512和第二多任务选择器2513,以选择两通道(比如,X1与X2通道)分别接到差动检测模块252的正输入端和负输入端。
    交互耦合电容(形成于Y导线和X导线之间)对驱动信号分压,且分压后驱动信号耦合至两导线(其分别接到差动检测模块252的正输入端和负输入端)。差动检测模块252可为电压比较器。差动检测模块252的输出会控制逼近电路261。逼近电路261为控制逻辑电路,其例如为连续逼近缓存器(SAR,Successive ApproximationRegister)电路但不受限于此。逼近电路261的输出信号可控制DAC262,以逐位地调整DAC的输出电压。根据时钟clk,DAC的输出电压会通过电容耦合效应而耦合至差动检测模块252的正输入端或负输入端。如此,差动检测模块252的正输入端电压与负输入端电压将会逐渐相等,以更精细地检测出触摸所导致的触控面板210的电容变化值。
    现举例说明如下,但应明了本发明及其实施例并不受限于此。假设Y方向驱动通道选择模块240选择导线Y1~Yn为驱动通道,并将导线Y1~Yn接至驱动信号产生电路。X方向驱动通道选择模块230选择导线X1和X2分别接到差动检测模块252的正输入端和负输入端(通过第一与第二多任务选择器)。
    时钟ck_l(或驱动信号D)如图3所示。于图3中,ck_l’为导线所接收到的驱动信号。当时钟ck_l为逻辑低时,开辟SW1和SW2为导通,使差动检测模块252的正和负输入端接至V2(其为固定电压源,比如为0V)。反之亦然。于图3中,根据触控面板的RC延迟时间来决定时钟clk的第1个周期(T1)的长度。T1~T9代表时钟clk的9个周期。
    在时钟clk的第1个周期T1时,通过第三多任务选择器263和第四多任务选择器264,差动检测模块252的正输入端和负输入端会连接至固定电压源V1(比如为VCC)。此时,经由Y导线和X导线之间所形成的交互耦合电容,驱动信号耦合至两导线(其分别接到差动检测模块252的正输入端和负输入端),假设为X1导线和X2导线。若X1导线被碰触,则X1导线与Y导线之间的耦合电容变小,使得X1导线上的耦合电压也较小。因而,差动检测模块252的正输入端电压小于负输入端电压(如图3的T1所示),使差动检测模块252的输出信号S为0。在时钟clk的第一周期T1的下降缘,逼近电路261锁住输出信号S,以成为电容变化量(其为数字格式)的第一位值(MSB)。
    响应于输出信号,在逼近电路的控制下,于第2个周期T2,DAC的输出模拟电压会被改变(下降或上升)。例如在T1时,耦合电容266的上端(耦接至第四多任务选择器的那一端)接到VCC。在T2时,因输出信号S为0,DAC的输出模拟电压由VCC下降至VCC/2,使得耦合电容266的上端的电压变小,此负向电压变化通过电容266而耦合至差动检测模块252的负输入端。
    在耦合后,如果差动检测模块252的负输入端电压因而低于正输入端电压,则差动检测模块输出1。逼近电路261在时钟clk的第二负缘处锁住此“1”信号,以作为电容变化量的第二位值。
    因为输出信号S为1,于T3时,在逼近电路的控制下,DAC的输出电压往上调升至VCC*3/4。如此将使得电容266的上端的电压由VCC/2向正变化至VCC*3/4。通过电容耦合效应,电容266的上端的正向电压变化会耦合至差动检测模块252的负输入端。在耦合后,差动检测模块252会再次比较负输入端电压与正输入端电压,以输出信号S。逼近电路261会锁住此信号S,以成为电容变化量的第三位值。
    如此依序解出每一位(图3所示为9位)。因而,在本实施例中,于9个clk时钟信号后,即完成因触控导致电容变化量的检测并进而得知触控点的位置。
    由图3可看出,于检测电容变化量时,时钟ck_l(其频率较低)只须被触发1次;相反,较高频的时钟clk则会被触发多次。而且,时钟clk的第一个周期T1(其等待触控面板的导线上的驱动信号稳定)的频率低于其他周期T2~T9,各T2~T9只要等待DAC(数字模拟转换电路)的输出电压稳定即可。
    第二实施例
    图4显示根据本发明第二实施例的电子装置200A的示意图。本发明第二实施例的大部份元件相同或相似于第一实施例。如图4所示,耦合电容410耦接于DAC 262与第三多任务选择器之间。图5显示第二实施例的信号时序图。
    现将说明第二实施例的操作原理。如图5所示,时钟clk的前两个周期T1与T2具较低频率。于周期T1中,驱动信号D(或时钟ck l)被触发,使得耦合电压从导线传送至差动检测模块,由差动检测模块252判断正输入端电压与负输入端电压何者较大(但此时,第三多任务选择器不会使差动检测模块的正输入端和负输入端的任一端接到耦合电容410的下端);而且,根据输出信号S,逼近电路261会决定在T2及之后,电容410要通过第三多任务选择器而耦接至差动检测模块252的正输入端或负输入端。周期T2的长度取决于触控面板210的导线所接收的驱动信号的稳定时间。
    信号clk的周期T3~T9具较高频率。在T1的负缘处,逼近电路会锁住差动检测模块252的输出信号S,以作为电容变化量的第一位值(MSB)。依被锁住的输出信号S,于T2时,逼近电路261控制第三多任务选择器263,以将差动检测模块252的正输入端或负输入端之一接到耦合电容410的下端。以图5的时序图为例,差动检测模块252的负输入端接到耦合电容410的下端。
    在T2的逻辑低周期,DAC的输出电压为VCC;而在T2的逻辑高周期,DAC的输出电压会变化为VCC/2。此电压变化会在使电容410的上端造成负向电压变化,并耦合至差动检测模块252的负输入端。于电压耦合后,如果差动检测模块252的负输入端电压因而低于差动检测模块252的正输入端电压,则差动检测模块的输出信号S为“1”,且逼近电路261于时钟clk的时钟第二下降边缘锁住输出信号“1”,以作为电容变化量的第二位值。
    之后,于逼近电路261的控制下,DAC的输出电压往上调升至VCC*3/4,使电容410的上端电压由VCC/2向正变化至VCC*3/4。此正向电压变化通过电容耦合效应而耦合至差动检测模块252的负输入端。差动检测模块252比较负输入端电压与正输入端电压,以输出信号S。逼近电路261会在时钟下降边缘锁住输出信号S,以成为电容变化量的第三位值。
    如此依序解出每一位(图3所示为9位)。因而,在本实施例中,于9个clk时钟信号后,即完成因触控导致电容变化量的检测并进而得知触控点的位置。
    在上述两个实施例中,DAC的初始输出电压为VCC,并且调整差动检测模块252的负输入端电压与正输入端电压的较大者。但在本发明其他实施例中,也可将DAC的初始输出电压设为GND,并且调整差动检测模块252的负输入端电压与正输入端电压的较小者。
    综上所述,虽然本发明已以实施例披露如上,然其并非用于限定本发明。本发明所属技术领域中的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种更改与修饰。因此,本发明的保护范围应当以后附权利要求为准。
    主要元件符号说明
    10、210:触控面板
    X1~Xm:X方向导线
    Y1~Yn:Y方向导线
    100a、100b、100c:交叉耦合电容
    200、200A:电子装置
    220:驱动信号产生电路
    215:时钟产生电路
    230:X方向驱动通道选择模块
    240:Y方向驱动通道选择模块
    231、232、241、242:信号线
    250:选择与检测模块
    251:选择模块
    252:差动检测模块
    2511:控制电路
    2512、2513、263、264:多任务选择器
    261:逼近电路
    262:数字模拟转换电路
    265~266、410:耦合电容
    SW1~SW2:开关。

    关 键  词:
    输入 电子 装置
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