CN102045059B

CN102045059B - 多通道积分器

Info

Publication number: CN102045059B
Application number: CN 200910207707
Authority: CN
Inventors: 庄凯岚; 李国铭; 陈英烈
Original assignee: Himax Technologies Ltd
Current assignee: Himax Technologies Ltd
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2029-10-22
Also published as: CN102045059A

Abstract

一种多通道积分器，包括第一开关、第二开关以及多个积分单元。第一与第二开关的第一端接收参考电压。每一个积分单元各自包括运算放大器、回授开关、第三开关、第四开关以及回授电容。运算放大器的第二输入端接收第二参考电压。回授开关的第一端与第二端分别耦接至运算放大器的第一输入端与输出端。第三开关的第一端耦接至运算放大器的第一输入端。第四开关的第一端耦接至运算放大器的输出端。回授电容的第一端耦接至第一开关的第二端以及第三开关的第二端。回授电容的第二端耦接至第二开关的第二端以及第四开关的第二端。

Description

多通道积分器

技术领域

本发明涉及一种积分器，并且特别涉及一种多个通道的积分器。

背景技术

随着电子技术的蓬勃发展，以及无线通讯与网络的普及化，各式各样的电子装置逐渐成为生活不可或缺的工具。然而，一般常见的输入与输出(input/output，I/O)接口，像是键盘或是鼠标，具有相当程度的操作困难。相形之下，触控面板是一种直观、简单的输入与输出接口。因此，触控面板常被应用作为人与电子装置之间的人机接口，以执行控制。

一般来说，触控面板可以分为电阻式触控面板、光学式触控面板、电容式触控面板等。若依读取(readout)手段，则可分为电流式触控面板(currenttype touch panel)与电荷式触控面板(charge type touch panel)等。图1说明电容式触控面板(capacitor type touch panel)与传统读取电路(readout circuit)的示意图。一般电容式触控面板110的Y轴方向与X轴方向各自具有多条感测线(sensor line)。一条Y轴方向的感测线与一条X轴方向的感测线之间会形成一个耦合电容Cp。

每一条感测线均配置一个积分器120，而每一个积分器120均配置一个运算放大器122与一个回授电容Cfb。一开始所有运算放大器122的非反相输入端接收0V的参考电压V_ref，并且所有开关123均为导通(turn on)，因此所有感测线均被充电至0V。接下来各个积分器120会将开关123截止(turnoff)，以便进行读取操作。在开关123截止期间，假设没有任何导电体(例如手指)接近触控面板110，当参考电压V_ref从0V转态至5V时，Y轴方向与X轴方向的积分器120会使耦合电容Cp的二端电压均为5V。由于不需对耦合电容Cp进行充放电，因此在参考电压V_ref转态至5V时，此变化并会反应在积分器120的输出上。在各个积分器120完成读取操作后，所有开关123会再一次被导通，如此周而复始。

当导电体(例如手指)接近触控面板110时，对应位置会形成额外的电容Cf(如图1所示)。在开关123截止期间，当参考电压V_ref从0V转态至5V时，对应的积分器120需要经由感测线对额外电容Cf进行充放电。因此，在参考电压V_ref转态至5V时，额外电容Cf所对应积分器120的输出OUT会发生变化，其公式为OUT＝5+[(5V-0V)×Cf]/Cfb。积分器120将读取(readout)结果交由后续电路(包含模拟数字转换器与影像处理电路，在此未示出)判断位置坐标。藉由形成额外电容Cf的感测线所读取信号与没有额外电容Cf的感测线所读取信号二者的不同，因此可以定位出被接触的位置。

由上述公式可知，若是额外的电容Cf越大则回授电容Cfb就得越大，否则很容易让积分器120的输出达到饱和(saturation)而判断不出触碰位置。然而，为了避免积分器120的输出达到饱和，积分器120的回授电容Cfb也必须随之增加电容量(即增加面积)。由于每一条感测线需要一个积分器120，因此积分器120所占的芯片面积将会很可观。

发明内容

本发明提供一种多通道积分器，藉由共用回授电容而大幅减少多个通道的积分器所占芯片面积。

本发明的一实施例提出一种多通道积分器，包括一第一开关、一第二开关以及多个积分单元。第一开关与第二开关的第一端接收第一参考电压。每一个积分单元各自包括一运算放大器、一回授开关、一第三开关、一第四开关以及一回授电容。运算放大器具有第一输入端、第二输入端以及输出端，其中第二输入端接收第二参考电压。回授开关的第一端与第二端分别耦接至运算放大器的第一输入端与输出端。第三开关的第一端耦接至运算放大器的第一输入端。第四开关的第一端耦接至运算放大器的输出端。回授电容的第一端耦接至第一开关的第二端以及第三开关的第二端。回授电容的第二端耦接至第二开关的第二端以及第四开关的第二端。

本发明的另一实施例提出一种多通道积分器，包括一第一开关、一第二开关、一回授电容以及多个积分单元。第一开关与第二开关的第一端接收第一参考电压。回授电容的第一端与第二端分别耦接至第一开关的第二端与第二开关的第二端。每一个积分单元各自包括一运算放大器、一回授开关、一第三开关、以及一第四开关。运算放大器具有第一输入端、第二输入端以及输出端，其中第二输入端接收第二参考电压。回授开关的第一端与第二端分别耦接至运算放大器的第一输入端与输出端。第三开关的第一端耦接至运算放大器的第一输入端，而第三开关的第二端耦接至回授电容的第一端。第四开关的第一端耦接至运算放大器的输出端，而第四开关的第二端耦接至回授电容的第二端。

基于上述，藉由多个通道之间轮流共用一组(或一个)回授电容，因此可以大幅减少这些通道的积分器所占芯片面积，进而节省成本。

为让本发明的上述特征和优点能更显而易见，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1说明电容式触控面板与传统读取电路的示意图。

图2是依据本发明实施例说明一种多通道积分器的电路示意图。

图3是依据本发明实施例说明图2中各开关的控制时序。

图4是依据本发明实施例说明另一种多通道积分器的电路示意图。

【主要元件符号说明】

110：触控面板

120：积分器

Cfb：回授电容

122、211、411：运算放大器

123、SW1～SW4、SWfb：开关

200、400：多通道积分器

210-1、210-n、410-1、410-n：积分单元

Cf：额外的电容

Cp：耦合电容

RESET：重置信号

RESETB：重置信号RESET的反相信号

V_ref、V_ref1：参考电压

S1～S3、S1’、Sn、Sn’：控制信号

具体实施方式

以下实施例将以电容式触控面板(capacitor type touch panel)为例，说明本发明的多通道积分器的应用方式。然而，本发明的应用范围不应以此为限。任何电荷式触控面板，甚至是任何需要多通道积分器的电路或是电子产品，均可以依据本说明书的教诲而应用之。

图2是依据本发明实施例说明一种多通道积分器的电路示意图。此多通道积分器200具有n个通道，每一个通道各自配置一个积分单元。图中仅绘出第一个通道的积分单元210-1与第n个通道的积分单元210-n，其他通道可以参照下述说明而类推之。除此之外，多通道积分器200尚具有第一开关SW1与第二开关SW2。第一开关SW1与第二开关SW2的第一端均接收第一参考电压V_ref1。第一开关SW1与第二开关SW2受控于信号RESETB，其中信号RESETB是重置信号RESET的反相信号。

于本实施例中，积分单元210-1至210-n的实现方式均相同。例如，积分单元210-1包括运算放大器211、回授开关SWfb、第三开关SW3、第四开关SW4以及回授电容Cfb。运算放大器211具有第一输入端、第二输入端以及输出端。在积分单元210-1中，运算放大器211的第一输入端耦接触控面板110的第一条感测线，运算放大器211的第二输入端接收第二参考电压V_ref。在本实施例中，运算放大器211的第一输入端为反相输入端(inverting input)，而运算放大器211的第二输入端为非反相输入端(non-inverting input)。另外，应用本实施例者可以视其设计需求而决定第一参考电压V_ref1与第二参考电压V_ref的准位。例如，将第一参考电压V_ref1与/或第二参考电压V_ref设定为***电压VDDA准位的一半(即VDDA/2)，或是设定为能带隙电压(band-gap voltage)，或是设定为+5V，或是设定为其他固定电压。于本实施例中，第二参考电压V_ref依据重置信号RESET而在0V至5V的范围内转态(如图3所示)。

回授开关SWfb的第一端与第二端分别耦接至运算放大器211的第一输入端与输出端。第三开关SW3的第一端耦接至运算放大器211的第一输入端，而第三开关SW3的第二端耦接至回授电容Cfb的第一端。第四开关SW4的第一端耦接至运算放大器211的输出端，而第四开关SW4的第二端耦接至回授电容Cfb的第二端。

回授电容Cfb的第一端耦接至第一开关SW1的第二端，而回授电容Cfb的第二端耦接至第二开关SW2的第二端。因此，积分单元210-1至210-n内部较小的回授电容Cfb相互并联而形成一个大的等效电容(即n×Cfb)。此大的等效电容会依序轮流给积分单元210-1至210-n来使用，因此可以避免积分单元210-1至210-n的输出达到饱和。所以，积分单元210-1至210-n内的回授电容Cfb可以设计成较小的电容量，进而大幅减少多个通道的积分器所占芯片面积。多通道积分器200的通道数n越大，节省芯片面积的效果越显著。以下将详细说明积分单元210-1至210-n如何轮流使用这个大的等效电容(即积分单元210-1至210-n内的回授电容Cfb)。

图3是依据本发明实施例说明图2中各开关的控制时序。请同时参照图2与图3，当***于电源初通(power on)期间时，或是***于重置(reset)期间，***会将重置信号RESET设为致能(enable)状态(例如为逻辑低准位)。第一开关SW1与第二开关SW2受控于信号RESETB，其中信号RESETB是重置信号RESET的反相信号。当重置信号RESET为逻辑低准位时(即信号RESETB被设为逻辑高准位)，第一开关SW1与第二开关SW2为导通，所有积分单元210-1至210-n内的第三开关SW3与第四开关SW4全部为截止，而所有积分单元210-1至210-n内的回授开关SWfb全部为导通。

当进入第一通道期间T1时，***会将重置信号RESET设为失能(disable)状态(例如为逻辑高准位，即信号RESETB被设为逻辑低准位)，如图3所示。在第一通道期间T1，控制信号S1会响应重置信号RESET而转态为逻辑高准位，而其他控制信号S2～Sn则维持在逻辑低准位。图2中控制信号S1’是控制信号S1的反相信号，而控制信号Sn’则是控制信号Sn的反相信号。因此，在第一通道期间T1，第一开关SW1与第二开关SW2为截止，第一个积分单元210-1的第三开关SW3与第四开关SW4为导通且其回授开关SWfb为截止。因此，积分单元210-1可以在第一通道期间T1使用积分单元210-1至210-n的回授电容Cfb，而避免输出达到饱和。在此同时，其他积分单元(例如积分单元210-n)的第三开关SW3与第四开关SW4为截止且其回授开关SWfb为导通。因此，其他积分单元210-2～210-n在第一通道期间T1被设定为单位增益(unit-gain)组态。

当目前通道期间(例如第一通道期间T1)结束但尚未进入下一个通道期间(例如第二通道期间T2)时(相当于重置期间)，***会将重置信号RESET设为逻辑低准位，如图3所示，此时控制信号S1会响应重置信号RESET而转态为逻辑低准位。在此期间，第一开关SW1与第二开关SW2为导通，积分单元210-1至210-n内的第三开关SW3与第四开关SW4全部为截止，而积分单元210-1至210-n内的回授开关SWfb全部为导通。因此，所有积分单元210-1～210-n被设定为单位增益组态，并且所有积分单元210-1～210-n内回授电容Cfb的二端电位会被重置为第一参考电压V_ref1。

在所有积分单元210-1～210-n内的回授电容Cfb完成重置操作后，接着进入第二通道期间T2。在第二通道期间T2，控制信号S2会响应重置信号RESET而转态为逻辑高准位，而其他控制信号S1、S3～Sn则维持在逻辑低准位。因此，第二个积分单元(图2未示出，可以积分单元210-1的相关说明而类推之)可以在第二通道期间T2使用积分单元210-1至210-n的回授电容Cfb，而避免输出达到饱和。其他积分单元(例如积分单元210-1与210-n)在第二通道期间T2被设定为单位增益组态。以此类推，在进入第n通道期间Tn时，第n个积分单元210-n可以使用积分单元210-1至210-n的回授电容Cfb，而避免输出达到饱和。其他积分单元(例如积分单元210-1)在第n通道期间Tn被设定为单位增益组态。第二通道期间T2、第三通道期间T3、…、第n通道期间Tn的详细操作可以参照第一通道期间T1的相关说明，故不再赘述。

图4是依据本发明实施例说明另一种多通道积分器的电路示意图。此多通道积分器400具有n个通道，每一个通道各自配置一个积分单元。图中仅示出第一个通道的积分单元410-1与第n个通道的积分单元410-n，其他通道可以参照下述说明而类推之。除此之外，多通道积分器400尚具有第一开关SW1、第二开关SW2以及回授电容Cfb。第一开关SW1与第二开关SW2的第一端均接收第一参考电压V_ref1。回授电容Cfb的第一端与第二端分别耦接至第一开关SW1的第二端与第二开关SW2的第二端。

于本实施例中，积分单元410-1至410-n的实现方式均相同。例如，积分单元410-1包括运算放大器411、回授开关SWfb、第三开关SW3以及第四开关SW4。运算放大器411具有第一输入端、第二输入端以及输出端。在积分单元410-1中，运算放大器411的第一输入端耦接触控面板110的第一条感测线，运算放大器411的第二输入端接收第二参考电压V_ref。在此，运算放大器411的第一输入端为反相输入端，而运算放大器411的第二输入端为非反相输入端。另外，应用本实施例者可以视其设计需求而决定第一参考电压V_ref1与第二参考电压V_ref的准位。在此将设定第一参考电压V_ref1为固定电压，例如将第一参考电压V_ref1设定为接地电压(即0V)。第二参考电压V_ref依据重置信号RESET而在0V至5V的范围内转态(如图3所示)。

回授开关SWfb的第一端与第二端分别耦接至运算放大器411的第一输入端与输出端。第三开关SW3的第一端耦接至运算放大器411的第一输入端，而第三开关SW3的第二端耦接至回授电容Cfb的第一端。第四开关SW4的第一端耦接至运算放大器411的输出端，而第四开关SW4的第二端耦接至回授电容Cfb的第二端。藉由对积分单元410-1至410-n内部开关SW3、SW4与SWfb的控制，使得积分单元410-1至410-n可以依序轮流使用回授电容Cfb。若多通道积分器400的通道数n越大，节省芯片面积的效果越显著。以下将详细说明积分单元410-1至410-n如何轮流使用回授电容Cfb。

第一开关SW1与第二开关SW2受控于信号RESETB，其中信号RESETB是重置信号RESET的反相信号。请同时参照图3与图4，当***于电源初通期间时，或是***于重置期间，***会将重置信号RESET设为致能状态(在此假设是逻辑低准位，即信号RESETB被设为逻辑高准位)。在此期间，第一开关SW1与第二开关SW2为导通而将回授电容Cfb两端电压重置为参考电压V_ref1。在此期间，所有积分单元410-1至410-n内的第三开关SW3与第四开关SW4全部为截止，而所有积分单元210-1至210-n内的回授开关SWfb全部为导通。因此，在重置信号RESET被设为逻辑低准位的期间，所有积分单元410-1至410-n均被设定为单位增益组态。

当进入第一通道期间T1时，***会将重置信号RESET设为失能状态(例如为逻辑高准位，即信号RESETB被设为逻辑低准位)，如图3所示。在第一通道期间T1，控制信号S1会响应重置信号RESET而转态为逻辑高准位，而其他控制信号S2～Sn则维持在逻辑低准位。图4中控制信号S1’是控制信号S1的反相信号，而控制信号Sn’则是控制信号Sn的反相信号。因此，在第一通道期间T1，第一开关SW1与第二开关SW2为截止，第一个积分单元410-1的第三开关SW3与第四开关SW4为导通，而第一个积分单元410-1的回授开关SWfb为截止。因此，积分单元410-1可以在第一通道期间T1使用回授电容Cfb。在此同时，其他积分单元(例如积分单元410-n)的第三开关SW3与第四开关SW4为截止，且其他积分单元(例如积分单元410-n)的回授开关SWfb为导通。因此，除了积分单元410-1外，其他积分单元在第一通道期间T1被设定为单位增益组态。

当第一通道期间T1结束但尚未进入第二通道期间T2时(相当于重置期间)，***会将重置信号RESET设为逻辑低准位(如图3所示)，此时控制信号S1会响应重置信号RESET而转态为逻辑低准位。在此期间，第一开关SW1与第二开关SW2为导通，积分单元410-1至410-n内的第三开关SW3与第四开关SW4全部为截止，而积分单元410-1至410-n内的回授开关SWfb全部为导通。因此，所有积分单元410-1～410-n被设定为单位增益组态，并且回授电容Cfb的二端电位会被重置为第一参考电压V_ref1。

在回授电容Cfb完成重置操作后，接着进入第二通道期间T2。在第二通道期间T2，控制信号S2会响应重置信号RESET而转态为逻辑高准位，而其他控制信号S1、S3～Sn则维持在逻辑低准位。因此，第二个积分单元(图4未示出，可以积分单元410-1的相关说明而类推之)可以在第二通道期间T2使用回授电容Cfb。其他积分单元(例如积分单元410-1与410-n)在第二通道期间T2被设定为单位增益组态。以此类推，在进入第n通道期间Tn时，第n个积分单元410-n可以使用回授电容Cfb。其他积分单元(例如积分单元410-1)在第n通道期间Tn被设定为单位增益组态。第二通道期间T2、第三通道期间T3、…、第n通道期间Tn的详细操作可以参照第一通道期间T1的相关说明，故不再赘述。

综上所述，上述实施例藉由多个通道之间轮流共用一组(或一个)回授电容，因此可以大幅减少这些通道的积分器所占芯片面积，进而节省成本。

虽然本发明已以实施例披露如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种各样的修改和变更，因此本发明的保护范围应由所附权利要求书来界定。

Claims

1.一种多通道积分器，包括：

一第一开关，其第一端接收一第一参考电压；

一第二开关，其第一端接收所述第一参考电压；以及

多个积分单元，其中每一个积分单元均包括：

一运算放大器，具有一第一输入端、一第二输入端以及一输出端，其中所述第二输入端接收一第二参考电压；

一回授开关，其第一端与第二端分别耦接至所述运算放大器的第一输入端与输出端；

一第三开关，其第一端耦接至所述运算放大器的第一输入端；

一第四开关，其第一端耦接至所述运算放大器的输出端；以及

一回授电容，其第一端耦接至所述第一开关的第二端以及所述第三开关的第二端，而所述回授电容的第二端耦接至所述第二开关的第二端以及所述第四开关的第二端。

2.如权利要求1所述的多通道积分器，其中当在一电源初通期间时，所述第一开关与所述第二开关为导通，这种第三开关与这种第四开关为截止，而这种回授开关为导通。

3.如权利要求1所述的多通道积分器，其中当在一重置期间时，所述第一开关与所述第二开关为导通，这种第三开关与这种第四开关为截止，而所述回授开关为导通。

4.如权利要求1所述的多通道积分器，其中当在多个通道期间中的一通道期间时，所述第一开关与所述第二开关为截止，这种积分单元中一对应积分单元的第三开关与第四开关为导通且其回授开关为截止，以及这种积分单元中其他积分单元的第三开关与第四开关为截止且其回授开关为导通。

5.如权利要求1所述的多通道积分器，其中当一目前通道期间结束但尚未进入下一个通道期间时，所述第一开关与所述第二开关为导通，这种积分单元的第三开关与第四开关为截止且其回授开关为导通。

6.如权利要求1所述的多通道积分器，其中这种运算放大器的第一输入端为反相输入端，而这种运算放大器的第二输入端为非反相输入端。

7.如权利要求1所述的多通道积分器，其中所述第一参考电压等于所述第二参考电压。

8.如权利要求1所述的多通道积分器，其中这种积分单元中所述运算放大器的第一输入端分别耦接至一触控面板中相对应的感测线。

9.一种多通道积分器，包括：

一第一开关，其第一端接收一第一参考电压；

一第二开关，其第一端接收所述第一参考电压；

一回授电容，其第一端与第二端分别耦接至所述第一开关的第二端与所述第二开关的第二端；以及

多个积分单元，其中每一个积分单元均包括：

一第三开关，其第一端耦接至所述运算放大器的第一输入端，而所述第三开关的第二端耦接至所述回授电容的第一端；以及

一第四开关，其第一端耦接至所述运算放大器的输出端，而所述第四开关的第二端耦接至所述回授电容的第二端。

10.如权利要求9所述的多通道积分器，其中当在一电源初通期间时，所述第一开关与所述第二开关为导通，这种第三开关与这种第四开关为截止，而所述回授开关为导通。

11.如权利要求9所述的多通道积分器，其中当在一重置期间时，所述第一开关与所述第二开关为导通，这种第三开关与这种第四开关为截止，而所述回授开关为导通。

12.如权利要求9所述的多通道积分器，其中当在多个通道期间中的一通道期间时，所述第一开关与所述第二开关为截止，这种积分单元中一对应积分单元的第三开关与第四开关为导通且其回授开关为截止，以及这种积分单元中其他积分单元的第三开关与第四开关为截止且其回授开关为导通。

13.如权利要求9所述的多通道积分器，其中当一目前通道期间结束但尚未进入下一个通道期间时，所述第一开关与所述第二开关为导通，这种积分单元的第三开关与第四开关为截止且其回授开关为导通。

14.如权利要求9所述的多通道积分器，其中这种运算放大器的第一输入端为反相输入端，而所述运算放大器的第二输入端为非反相输入端。

15.如权利要求9所述的多通道积分器，其中所述第一参考电压等于所述第二参考电压。

16.如权利要求9所述的多通道积分器，其中这种积分单元中所述运算放大器的第一输入端分别耦接至一触控面板中相对应的感测线。