具体实施方式
首先,请参考图1。图1是本发明一实施例的触控感测装置示意图。如图1所示,触控感测装置100包括驱动线Tx1-Tx16、感测线Rx1-Rx18、驱动单元110、感测单元120、以及解调单元130。驱动线Tx1-Tx16以及感测线Rx1-Rx18设置于触碰表面50。使得使用者在按压触碰表面50的某一触碰位置时,解调单元130可得知使用者按压触碰表面50的触碰位置。
驱动线Tx1-Tx16依序平行设置且均分成群组GP1-GP4。而每一群组GP1-GP4皆具有驱动线Tx1-Tx16均分而形成的多个群组驱动线。在此,群组GP1对应到群组驱动线Txg1-Txg4。群组GP2对应到群组驱动线Txg5-Txg8。群组GP3对应到群组驱动线Txg9-Txg12。群组GP4对应到群组驱动线Txg13-Txg16。在本实施例中,驱动线共有16条、群组共有4群、以及群组驱动线共有4条。但在实务上,驱动线、群组、以及群组驱动线也可以为其他数量。如多个驱动线共有30条、群组共有10群、以及群组驱动线共有3条。驱动线、群组、以及群组驱动线之间的数量仅需符合多个驱动线均分成多个群组以及每一群组皆具有多个驱动线均分而形成的多个群组驱动线即可,本发明并不对此作限制。
感测线Rx1-Rx18与驱动线Tx1-Tx16依序交叉设置。每一驱动线Tx1-Tx16与每一感测线Rx1-Rx18的交叉处对应设置有感应电容(图1未示出)。感应电容的一端电连接对应的驱动线,以及感应电容的另一端电连接对应的感测线。为了进一步说明感测线、驱动线、以及感应电容之间的连接关系,以下将以驱动线Tx1-Tx16、感测线Rx1以及感应电容C1-C16之间的连接关系作解释。如图2所示,驱动线Tx1-Tx16与感测线Rx1的交叉处对应设置有感应电容C1-C16。感应电容C1-C16的一端分别电连接对应的驱动线Tx1-Tx16,以及感应电容C1-C16的另一端电连接对应的感测线Rx1。在本实施例中,感测线Rx1-Rx18与驱动线Tx1-Tx16为依序垂直交叉设置。而在实务上,感测线Rx1-Rx18与驱动线Tx1-Tx16也可为其他角度的交叉设置关系。每一感测线Rx1-Rx18与每一驱动线Tx1-Tx16之间的交叉设置关系皆为一致即可,本发明并不对此作限制。此外,本实施例的感测线共有18条。但在实务上,感测线也可为其他数量,如感测线共有32条,本发明不对此作限制。
驱动单元110电连接驱动线Tx1-Tx16,以及感测单元120电连接感测线Rx1-Rx18。驱动单元110根据群组GP1-GP4的顺序同时驱动同一群组的群组驱动线,也即驱动单元110依序驱动群组GP1的群组驱动线Txg1-Txg4、驱动群组GP2的群组驱动线Txg5-Txg8、驱动群组GP3的群组驱动线Txg9-Txg12、以及驱动群组GP4的群组驱动线Txg13-Txg16,并于同一群组中驱动多个驱动周期(如图3的驱动周期T1-T4)。而驱动单元110于同一群组的每一驱动周期中分别提供不同强度的驱动电压到群组驱动线(如图3的驱动电压V11,V12,V13,V14,V21,V22,V23,V24,V31,V32,V33,V34,V41,V42,V43,V44)。在本实施例中,驱动电压的强度电压值在5~20伏之间,以及驱动周期在100~500微秒(μs)之间。此外驱动单元110于同一群组的每一驱动周期中也可分别提供不同相位的驱动电压,或是不同强度以及不同相位的驱动电压到群组驱动线(图3未示出),本发明并不对此作限制。接着群组驱动线对应的感应电容将分别产生感应电容量(如图2的感应电容C1-C4)。在此,群组驱动线的数量与驱动周期的数量相同,如图2的群组驱动线Txg1-Txg4以及图3的驱动周期T1-T4的数量皆为4。通过上述驱动单元110驱动驱动线Tx1-Tx16的方式,使得干扰感应电容的外界噪声(如温度、湿度、电磁干扰、静电等)可以分散到多个感应电容,如外界噪声分散到图2的感应电容C1-C4,以避免外界噪声直接影响单一个感应电容,进而可提高每一个感应电容的感应电容量的准确度。
接着,每一感测线Rx1-Rx18将分别接收对应的多个感应电容产生的多个感应电容量加总后的总电容量,如图2的感测线Rx1分别在图3的驱动周期T1-T4中接收到感应电容C1-C16产生的感应电容量加总后的总电容量。
此外,请同时参考图2,感测单元120包含多个模拟前端元件122(analog front end,AFE)以及多个模拟数字转换元件124(analog to digital,ADC)。每一模拟前端元件122对应连接每一感测线Rx1-Rx18,以分别接收对应的多个感应电容产生的多个感应电容量加总后的总电容量,如图2的模拟前端元件122电连接感测线Rx1,且模拟前端元件122分别在图3的驱动周期T1-T4中接收到感应电容C1-C16产生的感应电容量加总后的总电容量。多个模拟前端元件122分别对应连接多个模拟数字转换元件124,以分别将接收到的总电容量转换成数字信号型式,并传送数字型式的总电容量至解调单元130。
解调单元130为电连接到感测单元120。而解调单元130将根据每一感测线感测到的同一群组的每一驱动周期所产生的总电容量以及驱动电压,以分别计算出每一感测线上的同一群组的每一群组驱动线对应的感应电容的感应电容量,如图2的解调单元130计算出感测线Rx1上的群组GP1的群组驱动线Txg1-Txg4对应的感应电容C1-C4的感应电容量。因此,当有使用者按压触碰表面的某一触碰位置时,解调单元130将检测到上述触碰位置对应的感应电容的感应电容量有改变以及触碰表面的其他位置对应的感应电容的感应电容量皆无改变。使得解调单元130可据此得知使用者按压触碰表面的触碰位置。
接下来,请同时参考图4。图4是本发明一实施例的触控感测装置的运作方法流程图。首先,驱动单元110根据群组GP1-GP4的顺序同时驱动同一群组的多个群组驱动线,也即驱动单元110依序驱动群组GP1的群组驱动线Txg1-Txg4、驱动群组GP2的群组驱动线Txg5-Txg8、驱动群组GP3的群组驱动线Txg9-Txg12、以及驱动群组GP4的群组驱动线Txg13-Txg16。且驱动单元110于同一群组中驱动多个驱动周期,如驱动单元110于群组GP1中驱动图3的4个驱动周期T1-T4。且驱动单元110于同一群组的每一驱动周期中分别提供不同强度的驱动电压到多个群组驱动线。如驱动单元110于群组GP1的驱动周期T1分别提供图3的驱动电压V11,V12,V13,V14到群组驱动线Txg1-Txg4、于群组GP1的驱动周期T2分别提供图3的驱动电压V21,V22,V23,V24到群组驱动线Txg1-Txg4、于群组GP1的驱动周期T3分别提供图3的驱动电压V31,V32,V33,V34到群组驱动线Txg1-Txg4、以及于群组GP1的驱动周期T4分别提供图3的驱动电压V41,V42,V43,V44到群组驱动线Txg1-Txg4。其中多个群组驱动线的数量与多个驱动周期的数量相同,如图2的群组驱动线Txg1-Txg4以及图3的驱动周期T1-T4的数量皆为4,并分别于对应的感应电容产生感应电容量(步骤S410)。由驱动单元110驱动驱动线Tx1-Tx16的方式可知,干扰感应电容的外界噪声将分散到多个感应电容(如外界噪声分散到图2的感应电容C1-C4),以避免外界噪声直接影响单一个感应电容,进而可提高每一个感应电容的感应电容量的准确度。
接下来,每一感测线遂接收到对应的多个感应电容所产生的感应电容量加总后的总电容量。如图1的感测线Rx1-Rx18在每一驱动周期中接收到对应的多个感应电容所产生的感应电容量加总后的总电容量。接着每一感测线滤除总电容量的噪声,并将总电容量转换成数字信号型式,以传送数字型式的总电容量至解调单元130作进一步分析(步骤S420)。
再来,解调单元130根据每一感测线感测到的同一群组的每一驱动周期的驱动电压以及总电容量,分别计算出每一感测线上的同一群组的每一群组驱动线对应的感应电容的感应电容量(步骤S430)。如解调单元130根据图3的驱动周期T1-T4的驱动电压V11,V12,V13,V14,V21,V22,V23,V24,V31,V32,V33,V34,V41,V42,V43,V44以及感应电容C1-C4分别于驱动周期T1-T4产生的感应电容量加总后的总电容量,并计算出感应电容C1-C4的感应电容量。
在此,解调单元130以克拉玛运算式(Cramer’s Rule)计算出每一感测线上的同一群组的每一群组驱动线对应的感应电容的感应电容量。克拉玛运算式如下所示:
其中,ST1…STn为同一感测线感测到的同一群组的感应电容在每一驱动周期所产生的总电容量,如图2的感测线Rx1感测到群组GP1的感应电容C1-C4在图3的驱动周期T1-T4所产生的总电容量。[V11~V1n]、[V21~V2n]…[Vn1~Vnn]为同一群组的每一驱动周期中,驱动单元110分别提供到多个群组驱动线的驱动电压。如图2的驱动单元110在群组GP1的驱动周期T1中分别提供不同强度的驱动电压V11,V12,V13,V14到群组驱动线Txg1-Txg4、在群组GP1的驱动周期T2中分别提供不同强度的驱动电压V21,V22,V23,V24到群组驱动线Txg1-Txg4、在群组GP1的驱动周期T3中分别提供不同强度的驱动电压V31,V32,V33,V34到群组驱动线Txg1-Txg4、以及在群组GP1的驱动周期T4中分别提供不同强度的驱动电压V41,V42,V43,V44到群组驱动线Txg1-Txg4。C1…Cn为同一感测线感测到的同一群组的多个群组驱动线的感应电容量,如图2的感测线Rx1感测到群组GP1的感应电容C1-C4的感应电容量。
此外,在本实施例中,驱动电压由多个相同的脉冲电压所组成,如图3的驱动周期T1的群组驱动线Txg1的驱动电压由4个脉冲电压所组成。因此,每一感测线可先行在多个脉冲电压中选择较佳的脉冲电压作为驱动电压,如感测线Rx1在图3的驱动周期T1中选择第2个脉冲电压作为驱动周期T1的驱动电压,以提供给解调单元130作分析。又或者每一感测线将可在同一个驱动周期中感测到多个电容量总和,接着解调单元130再平均多个电容量总和以产生总电容量。如感测线Rx1在图3的驱动周期T1中感测到4个电容量总和,接着解调单元130平均4个电容量总和而产生总电容量。故驱动电压由多个相同的脉冲电压所组成,将可进一步降低驱动单元110提供不稳定的驱动电压的问题,使得解调单元130可以取得更准确的总电容量。当然,驱动电压也可由一个脉冲电压所组成、或持续输出驱动电压,本发明并不对此作限制。此外,本实施例的脉冲电压可以为方波、弦波、三角波、或其他型式的波形,本发明并不对此作限制。
而在步骤S430后,解调单元130可进一步检测设置于驱动线Tx1-Tx16以及感测线Rx1-Rx18上的每一个感应电容的感应电容量是否有改变,并将感应电容量有改变的感应电容所对应的触碰位置传送到后端处理单元(图未示出)作分析(步骤S440)。因此,当有使用者按压触碰表面的某一触碰位置时,解调单元130将检测到上述触碰位置对应的感应电容的感应电容量有改变且触碰表面的其他位置对应的感应电容的感应电容量皆无改变,接着解调单元130传送触碰位置到后端处理单元进一步分析,使得后端处理单元可据此得知使用者按压触碰表面的触碰位置,并进一步控制后端的电子装置。
为了进一步说明驱动单元110驱动驱动线Tx1-Tx16、感测单元120于每一驱动周期中感测每一感测线Rx1-Rx18接收到的总电容量、以及解调单元130计算出每一感应电容的感应电容量的情形。请同时参考图2以及图3,以下将说明驱动单元110同时驱动群组GP1的群组驱动线Txg1-Txg4,且驱动单元110于群组GP1的驱动周期T1-T4中分别输出不同强度的驱动电压V11,V12,V13,V14,V21,V22,V23,V24,V31,V32,V33,V34,V41,V42,V43,V44到驱动线Tx1-Tx4,感测线Rx1分别在驱动周期T1-T4中接收到感应电容C1-C4对应产生的感应电容量加总后的总电容量,以及解调单元130分别计算出感应电容C1-C4的感应电容量。
请同时参考图2以及图3。驱动单元110于群组GP1中同时驱动群组驱动线Txg1-Txg4。由于本实施例的群组驱动线为4条,故驱动周期将设定为4个时间周期,即图3的驱动周期为T1-T4。接下来驱动单元110将对群组GP1的群组驱动线Txg1-Txg4驱动4个驱动周期T1-T4,且每一驱动周期分别提供不同强度的驱动电压到群组驱动线Txg1-Txg4,如图3所示。也即驱动单元110在驱动周期T1中分别输出驱动电压V11、V12、V13、V14到群组驱动线Txg1-Txg4、在驱动周期T2中分别输出驱动电压V21、V22、V23、V24到群组驱动线Txg1-Txg4、在驱动周期T3中分别输出驱动电压V31、V32、V33、V34到群组驱动线Txg1-Txg4、以及在驱动周期T4中分别输出驱动电压V41、V42、V43、V44到群组驱动线Txg1-Txg4。
感应电容C1-C4也将在4个驱动周期T1-T4中分别产生感应电容量。此时感测线Rx1将会分别接收到每一个驱动周期的感应电容C1-C16对应产生的感应电容量加总后的总电容量ST1、ST2、ST3、ST4。此时,由于驱动单元110并未输出驱动电压到群组GP2-GP4的每一群组驱动线,感应电容C5-C16不会产生感应电容量,故此时的总电容量为感应电容C1-C4对应产生的感应电容量的总和。也即于驱动周期T1时,感测线Rx1接收到的总电容量ST1为V11×C1+V12×C2+V13×C3+V14×C4。于驱动周期T2时,感测线Rx1接收到的总电容量ST2为V21×C1+V22×C2+V23×C3+V24×C4。于驱动周期T3时,感测线Rx1接收到的总电容量ST3为V31×C1+V32×C2+V33×C3+V34×C4。于驱动周期T4时,感测线Rx1接收到的总电容量ST4为V41×C1+V42×C2+V43×C3+V44×C4。
总电容量ST1、ST2、ST3、ST4经整理后得到克拉玛运算式如下:
再来,解调单元130将根据上述克拉玛运算式计算出感测线Rx1上的感应电容C1-C4的感应电容量,也即C1为经det(V1)/det(V)计算而得,C2为经det(V2)/det(V)计算而得,C3为经det(V3)/det(V)计算而得,以及C4为经det(V4)/det(V)计算而得。而在同样的驱动周期T1-T4中,解调单元130也以同样的方式分别计算出感测线Rx2-Rx18上,群组GP1的群组驱动线Txg1-Txg4对应的感应电容的感应电容量。使得解调单元130经过驱动周期T1-T4(即第1-4个驱动周期)之后,就可以计算出群组驱动线Txg1-Txg4与感测线Rx1-Rx18的交叉处的每一感应电容的感应电容量。
同样地,解调单元130再经过4个驱动周期(即第5-8个驱动周期)后,就可以计算出群组驱动线Txg5-Txg8与感测线Rx1-Rx18的交叉处的感应电容的感应电容量。而解调单元130也可在第9-12个驱动周期后,取得群组驱动线Txg9-Txg12与感测线Rx1-Rx18的交叉处的感应电容的感应电容量,以及解调单元130在第13-16个驱动周期后,取得群组驱动线Txg13-Txg16与感测线Rx1-Rx18的交叉处的感应电容的感应电容量。故由上述可知,本实施例的解调单元130经过16个驱动周期后可取得设置在驱动线Tx1-Tx16以及感测线Rx1-Rx18上的每一个感应电容的感应电容量。
再请同时参考图5,当使用者以手指按压触碰表面50的触碰位置Tch时,驱动线Tx3-Tx5以及感测线Rx6-Rx8的交叉处的感应电容C36、C37、C38、C46、C47、C48、C56、C57、C58的感应电容量因手指接触到触碰位置Tch而改变。在本实施例中,感应电容量为因手指接触到触碰位置Tch而增加。此时,解调单元130将计算每一感应电容的感应电容量,并得知触碰位置Tch上的感应电容C36、C37、C38、C46、C47、C48、C56、C57、C58的感应电容量有改变,以及触碰位置Tch以外的感应电容的感应电容量皆未改变。接着,解调单元130将传送触碰位置Tch到后端处理单元(如手机中的微控制器(micro-controller,MCU))作分析,使得后端处理单元可据此得知使用者按压触碰表面50的触碰位置Tch,并进一步控制后端的电子装置(如手机)。
综上所述,本发明实施例所提供的触控感测装置及其运作方法,通过驱动单元110于多个驱动周期同时驱动多条驱动线,且驱动单元110于每一驱动周期中分别提供不同强度及/或不同相位的驱动电压到上述多条驱动线。使得干扰感应电容的外界噪声分散到多个感应电容,进而降低了外界信号对单一个感应电容的影响,提高了每一个感应电容的感应电容量的准确度。
以上所述仅为本发明的实施例,其并非用以局限本发明的专利范围。