CN106547414A - 自电容触控操作方法及自电容触控感测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种自电容触控操作方法及自电容触控感测装置，应用于自电容触控面板。自电容触控操作方法设置可程序控制的多个触控感测节点并且于不同的操作模式下，选择性地控制每一个触控感测节点各自独立操作或将多个触控感测节点中的至少两个触控感测节点彼此合并操作。自电容触控感测装置包含可程序控制的多个触控感测节点及控制模块。于不同的操作模式下，控制模块选择性地控制每一个触控感测节点各自独立操作或是将多个触控感测节点中的至少两个触控感测节点彼此合并操作。

Description

自电容触控操作方法及自电容触控感测装置
技术领域
本发明与电容式触控有关，尤其是关于一种自电容触控操作方法及自电容触控感测装置。
背景技术
一般而言，传统上应用于自电容触控面板的自电容触控感测方法将每个触控感测节点(Touch sensing nodes)分别独立为一感测单位。因此，每个独立的触控感测节点的最小电容感测量将会随着其感测面积大小以及其与待测物之间的距离大小及介质种类的不同而改变。
由于每一个触控感测节点各自独立进行感测，且触控感测节点数量众多，这将会导致触控感测时所需的功耗大幅增加。此外，当每一个触控感测节点各自独立进行触控感测时，一旦触控信号属于微小信号(例如使用者戴手套触碰自电容触控面板)时，单一触控感测节点所感测到的触控信号强度可能无法与噪声区隔，将会导致其信号-信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)变低，因而严重影响到其自电容触控感测的效能。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种自电容触控操作方法及自电容触控感测装置，以有效解决现有技术所遭遇到的上述种种问题。
根据本发明的一具体实施例为一种自电容触控操作方法。于此实施例中，自电容触控操作方法应用于一自电容触控面板。自电容触控操作方法包含下列步骤：设置可程序控制的多个触控感测节点(Touch sensing nodes)；以及于不同的操作模式下，选择性地控制该多个触控感测节点中的每一个触控感测节点各自独立操作或是将该多个触控感测节点中的至少两个触控感测节点彼此合并操作。
于一实施例中，自电容触控操作方法还包含下列步骤：于一自电容感测模式下，控制多个触控感测节点中的至少两个触控感测节点彼此合并进行感测，以结合至少两个触控感测节点的触控感测信号。
于一实施例中，当触控感测信号为微小信号时，该至少两个触控感测节点的触控感测信号彼此结合并由单一个模拟数字转换器计算结合后的触控感测信号的电容变化量，以提高信号信噪比(SNR)并减少功耗。
于一实施例中，在低功耗需求时，该至少两个触控感测节点的触控感测信号彼此结合并由单一个模拟数字转换器计算结合后的触控感测信号的电容变化量，以降低模拟数字转换器与后端数字信号处理的功耗。
于一实施例中，自电容触控操作方法还包含下列步骤：于一自电容驱动模式下，控制多个触控感测节点中的每一个触控感测节点各自独立进行驱动。
于一实施例中，自电容触控操作方法还包含下列步骤：于一自电容补偿模式下，控制多个触控感测节点中的每一个触控感测节点各自独立进行补偿。
于一实施例中，自电容触控面板为内嵌式(In-cell)触控面板、On-cell触控面板或Out-cell触控面板。
根据本发明的另一具体实施例为一种自电容触控感测装置。于此实施例中，自电容触控感测装置应用于一自电容触控面板。自电容触控感测装置包含可程序控制的多个触控感测节点(Touch sensing nodes)及控制模块。控制模块耦接多个触控感测节点。于不同的操作模式下，控制模块选择性地控制多个触控感测节点中的每一个触控感测节点各自独立操作或是将多个触控感测节点中的至少两个触控感测节点彼此合并操作。
于一实施例中，自电容触控感测装置，于一自电容感测模式下，该控制模块控制该多个触控感测节点中的该至少两个触控感测节点彼此合并进行感测，以结合该至少两个触控感测节点的触控感测信号。
于一实施例中，自电容触控感测装置，当该触控感测信号为微小信号时，该至少两个触控感测节点的该触控感测信号彼此结合并由单一个模拟数字转换器计算结合后的该触控感测信号的电容变化量，以提高信号信噪比并减少功耗。
于一实施例中，自电容触控感测装置，在低功耗需求时，该至少两个触控感测节点的该触控感测信号彼此结合并由单一个模拟数字转换器计算结合后的该触控感测信号的电容变化量，以降低模拟数字转换器与后端数字信号处理的功耗。
于一实施例中，自电容触控感测装置，于一自电容驱动模式下，该控制模块控制该多个触控感测节点中的该每一个触控感测节点各自独立进行驱动。
于一实施例中，自电容触控感测装置，于一自电容补偿模式下，该控制模块控制该多个触控感测节点中的该每一个触控感测节点各自独立进行补偿。
于一实施例中，自电容触控感测装置，该自电容触控面板为内嵌式触控面板、On-cell触控面板或Out-cell触控面板。
相较于现有技术，根据本发明的自电容触控操作方法及自电容触控感测装置通过于不同的操作模式下选择性地将至少两个触控感测节点彼此合并操作，由以大幅降低触控感测时所需的功耗，并能够有效提升其对于微小触控信号的感测能力，使得本发明的自电容触控操作方法及自电容触控感测装置所感测到的触控信号能具有较佳的信号-信噪比，由以提高其自电容触控感测的效能。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附附图得到进一步的了解。
附图说明
图1为根据本发明的一较佳具体实施例的自电容触控操作方法的流程图。
图2为根据本发明的另一较佳具体实施例的自电容触控感测装置的功能方块图。
图3为六个触控感测节点A～F的示意图。
图4及图5分别为采用多个触控感测节点合并进行自电容触控感测以及采用单一个触控感测节点进行自电容触控感测的模拟电路示意图。
图6A至图6D分别为图4及图5中的不同电压VS、VP1～VP2、VCT1～VCT2及电流IL1～IL2的时序图。
图7A及图7B分别为于自电容驱动模式下，每一个触控感测节点A～D各自独立驱动以及每一个触控感测节点A～D彼此合并驱动的示意图。
主要元件符号说明：
S10～S16 步骤
1 自电容触控感测装置
10 控制模块
A～F 触控感测节点
IC 芯片
N1～N6 区域
VS 电压
RON 电阻
R 电阻
C 电容
VP、VP1～VP2 电压
VCT、VCT1～VCT2 电压
IL、IL1～IL2 电流
P1～P4 感测垫
71～74 数字前端与补偿电路
ADC、ADC1～ADC4 模拟数字转换电路
具体实施方式
根据本发明的一较佳具体实施例为一种自电容触控操作方法。于此实施例中，自电容触控操作方法应用于自电容触控面板，并且自电容触控面板可以是内嵌式(In-cell)触控面板、On-cell触控面板或Out-cell触控面板，但不以此为限。
请参照图1，图1为根据本发明的一较佳具体实施例的自电容触控操作方法的流程图。如图1所示，于步骤S10中，自电容触控操作方法设置可程序控制的多个触控感测节点。
接着，于不同的操作模式下，自电容触控操作方法选择性地控制该多个触控感测节点中的每一个触控感测节点各自独立操作或是将该多个触控感测节点中的至少两个触控感测节点彼此合并操作。
下列即为各种不同的操作模式下的实施例。
(1)于自电容感测模式下，自电容触控操作方法执行步骤S12，控制多个触控感测节点中的至少两个触控感测节点彼此合并进行感测，以结合至少两个触控感测节点的触控感测信号。当触控感测信号为微小信号时，该至少两个触控感测节点的触控感测信号彼此结合并由单一个模拟数字转换器计算结合后的触控感测信号的电容变化量，以提高信号信噪比(SNR)并减少功耗。
(2)于自电容驱动模式下，自电容触控操作方法执行步骤S14，控制多个触控感测节点中的每一个触控感测节点各自独立进行驱动。
(3)于自电容补偿模式下，自电容触控操作方法执行步骤S16，控制多个触控感测节点中的每一个触控感测节点各自独立进行补偿。
根据本发明的另一具体实施例为一种自电容触控感测装置。于此实施例中，自电容触控感测装置应用于一自电容触控面板，并且自电容触控面板可以是内嵌式(In-cell)触控面板、On-cell触控面板或Out-cell触控面板，但不以此为限。
请参照图2，图2为根据本发明的另一较佳具体实施例的自电容触控感测装置的功能方块图。如图2所示，自电容触控感测装置1包含控制模块10以及可程序控制的多个触控感测节点A,B,C,…。其中，控制模块10耦接该多个触控感测节点A,B,C,…。
需说明的是，自电容触控感测装置1可具有不同的操作模式，例如自电容感测模式、自电容驱动模式及自电容补偿模式等，但不以此为限。于各种不同的操作模式下，控制模块10会选择性地控制该多个触控感测节点A,B,C,…中的每一个触控感测节点各自独立操作或是将多个触控感测节点A,B,C,…中的至少两个触控感测节点彼此合并操作。
举例而言，如图3所示，假设自电容触控感测装置1的触控感测节点A～F分别耦接芯片IC的不同区域N1～N6，并可分别用以对自电容触控面板的不同区域进行自电容触控感测。当自电容触控感测装置1操作于自电容感测模式时，控制模块10会控制触控感测节点A～F中的至少两个触控感测节点彼此合并对自电容触控面板进行自电容触控感测，以结合该至少两个触控感测节点的触控感测信号。
当触控感测信号属于微小信号(电容变化量很小)时，控制模块10即会将彼此合并感测的至少两个触控感测节点的触控感测信号加以结合，由以增加其电容变化量，并使得其信号信噪比(SNR)能够提高。
表一
合并感测的触控感测节点数目 1 2 6
以手指直接触控时的电容变化量 0.6 0.8 1
以戴3mm厚手套的手指触控时的电容变化量 0.04 0.08 0.24
于实际应用中，如表一所示，若如同现有技术以单一个触控感测节点(例如A)进行触控感测时，虽然以手指直接碰触自电容触控面板时，该触控感测节点所感测到的电容变化量(0.6)仍相当大，应可与噪声明显区隔，但若以戴3mm厚手套的手指碰触自电容触控面板时，该触控感测节点所感测到的电容变化量(0.04)就非常微小，可能与噪声差不多大而难以区别，将会导致其触控感测信号的信号-噪声比不佳。
当采用本发明的自电容触控感测装置1对自电容触控面板进行触控感测时，由于本发明的自电容触控感测装置1操作于自电容感测模式下，因此，控制模块10可控制触控感测节点A～F中的两个触控感测节点(例如A与B)彼此合并对自电容触控面板进行自电容触控感测，以结合两个触控感测节点(例如A与B)的触控感测信号。此时，若以手指直接碰触自电容触控面板时，该触控感测节点所感测到的电容变化量会由原本的0.6增加为0.8，更重要的是，若以戴3mm厚手套的手指碰触自电容触控面板时，合并感测的两个触控感测节点(例如A与B)所感测到的电容变化量亦会明显由0.04增加为0.08。
为了感测到更大的电容变化量，控制模块10亦可控制更多个触控感测节点(例如六个触控感测节点A～F)彼此合并对自电容触控面板进行自电容触控感测，以结合六个触控感测节点A～F的触控感测信号。此时，若以手指直接碰触自电容触控面板时，该触控感测节点所感测到的电容变化量会增加为1，即使以戴3mm厚手套的手指碰触自电容触控面板时，合并感测的六个触控感测节点A～F所感测到的电容变化量更会显著增加为0.24，故可有效提升其触控感测信号的信号-噪声比。
此外，当自电容触控显示面板处于闲置(Idle)状态或唤醒(Wake-up)状态时，由于自电容触控感测装置1仅需感测有无触控，故控制模块10可控制多个触控感测节点合并感测，以有效降低功耗。
表二
举例而言，如表二所示，当自电容触控显示面板处于闲置状态时，若如同现有技术以单一个触控感测节点进行触控感测时，自电容触控感测装置的功耗会相当大，约为100uW。当采用本发明的自电容触控感测装置1对自电容触控面板进行触控感测时，控制模块10可控制触控感测节点A～F中的两个触控感测节点(例如C与D)彼此合并感测，可将自电容触控感测装置1的功耗降低为81uW。为了更进一步降低自电容触控感测装置1的功耗，控制模块10亦可控制更多个触控感测节点(例如A～F)彼此合并感测，可使自电容触控感测装置1的功耗更降低为68uW。
同理，当自电容触控显示面板处于唤醒状态时，若如同现有技术以单一个触控感测节点进行触控感测时，自电容触控感测装置的功耗会相当大，约为50uW。当采用本发明的自电容触控感测装置1对自电容触控面板进行触控感测时，控制模块10可控制触控感测节点A～F中的两个触控感测节点(例如E与F)彼此合并感测，可将自电容触控感测装置1的功耗降低为44uW。为了更进一步降低自电容触控感测装置1的功耗，控制模块10亦可控制更多个触控感测节点(例如A～F)彼此合并感测，可使自电容触控感测装置1的功耗更降低为41uW。
由上述实施例可知：在低功耗需求时，控制模块10可控制至少两个触控感测节点的触控感测信号彼此结合，并可由单一个模拟数字转换器计算结合后的触控感测信号的电容变化量，由以有效降低前端的模拟数字转换器的功耗。此外，由于进行后端数字信号处理时所处理的数据量也会与结合的感测节点数成反比，故本发明将多个感测节点数彼此结合感测亦有助于降低后端数字信号处理的功耗。
接着，请参照图4及图5，图4及图5分别为采用多个触控感测节点合并进行自电容触控感测以及采用单一个触控感测节点进行自电容触控感测的模拟电路示意图。
如图4所示，于多个触控感测节点合并感测的模拟电路中，电阻RON设置于电压VS与电压VP1之间，多组串接的电阻R与电容C彼此并联于电压VP1与接地端之间，并且该多组电阻R与电容C均相同。于每一组串接的电阻R与电容C之间的电压均为VCT1。
如图5所示，于单一个触控感测节点进行感测的模拟电路中，电阻RON设置于电压VS与电压VP2之间，单一组串接的电阻R与电容C耦接于电压VP2与接地端之间。于电阻R与电容C之间的电压为VCT2。
亦请参照图6A至图6D，图6A至图6D分别为图4及图5中的不同电压VS、VP1～VP2、VCT1～VCT2及电流IL1～IL2的时序图。由图6A至图6D可知：相较于传统上采用单一个触控感测节点进行自电容触控感测的感测方法，本发明所采用的多个触控感测节点合并进行自电容触控感测的感测方法并不会造成电阻-电容时间常数(RC Time Constant)的需求提高。
接着，请参照图7A及图7B，图7A及图7B分别为于自电容驱动模式下，每一个触控感测节点A～D各自独立驱动以及每一个触控感测节点A～D彼此合并驱动的示意图。
如图7A所示，每一个触控感测节点A～D分别通过感测垫(Pad)P1～P4及数字前端(Analog Front-End,AFE)与补偿(Compensation)电路71～74耦接至不同的模拟数字转换电路ADC1～ADC4，使得每一个触控感测节点A～D各自独立驱动。
如图7B所示，每一个触控感测节点A～D分别通过感测垫P1～P4及数字前端与补偿电路71～74耦接至同一个模拟数字转换电路ADC，使得每一个触控感测节点A～D彼此合并驱动。
需说明的是，图7A与图7B所绘示的电路耦接方式仅为实施例，实际上可采用其他不同的电路耦接方式，并不以此为限。
相较于现有技术，根据本发明的自电容触控操作方法及自电容触控感测装置通过于不同的操作模式下选择性地将至少两个触控感测节点彼此合并操作，由以大幅降低触控感测时所需的功耗，并能够有效提升其对于微小触控信号的感测能力，使得本发明的自电容触控操作方法及自电容触控感测装置所感测到的触控信号能具有较佳的信号-信噪比，由以提高其自电容触控感测的效能。
由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (13)

1.一种自电容触控操作方法，应用于一自电容触控面板，其特征在于，包含下列步骤：
设置可程序控制的多个触控感测节点；以及
于不同的操作模式下，选择性地控制该多个触控感测节点中的每一个触控感测节点各自独立操作或是将该多个触控感测节点中的至少两个触控感测节点彼此合并操作。
2.如权利要求1所述的自电容触控操作方法，其特征在于，还包含下列步骤：
于一自电容感测模式下，控制该多个触控感测节点中的该至少两个触控感测节点彼此合并进行感测，以结合该至少两个触控感测节点的触控感测信号。
3.如权利要求2所述的自电容触控操作方法，其特征在于，当该触控感测信号为微小信号时，该至少两个触控感测节点的该触控感测信号彼此结合并由单一个模拟数字转换器计算结合后的该触控感测信号的电容变化量，以提高信号信噪比并减少功耗。
4.如权利要求1所述的自电容触控操作方法，其特征在于，还包含下列步骤：
于一自电容驱动模式下，控制该多个触控感测节点中的该每一个触控感测节点各自独立进行驱动。
5.如权利要求1所述的自电容触控操作方法，其特征在于，还包含下列步骤：
于一自电容补偿模式下，控制该多个触控感测节点中的该每一个触控感测节点各自独立进行补偿。
6.如权利要求1所述的自电容触控感测方法，其特征在于，该自电容触控面板为内嵌式触控面板、On-cell触控面板或Out-cell触控面板。
7.一种自电容触控感测装置，应用于一自电容触控面板，其特征在于，该自电容触控感测装置包含：
可程序控制的多个触控感测节点；以及
一控制模块，耦接该多个触控感测节点，于不同的操作模式下，该控制模块选择性地控制该多个触控感测节点中的每一个触控感测节点各自独立操作或是将该多个触控感测节点中的至少两个触控感测节点彼此合并操作。
8.如权利要求7所述的自电容触控感测装置，其特征在于，于一自电容感测模式下，该控制模块控制该多个触控感测节点中的该至少两个触控感测节点彼此合并进行感测，以结合该至少两个触控感测节点的触控感测信号。
9.如权利要求8所述的自电容触控感测装置，其特征在于，当该触控感测信号为微小信号时，该至少两个触控感测节点的该触控感测信号彼此结合并由单一个模拟数字转换器计算结合后的该触控感测信号的电容变化量，以提高信号信噪比并减少功耗。
10.如权利要求8所述的自电容触控感测装置，其特征在于，在低功耗需求时，该至少两个触控感测节点的该触控感测信号彼此结合并由单一个模拟数字转换器计算结合后的该触控感测信号的电容变化量，以降低模拟数字转换器与后端数字信号处理的功耗。
11.如权利要求7所述的自电容触控感测装置，其特征在于，于一自电容驱动模式下，该控制模块控制该多个触控感测节点中的该每一个触控感测节点各自独立进行驱动。
12.如权利要求7所述的自电容触控感测装置，其特征在于，于一自电容补偿模式下，该控制模块控制该多个触控感测节点中的该每一个触控感测节点各自独立进行补偿。
13.如权利要求7所述的自电容触控感测装置，其特征在于，该自电容触控面板为内嵌式触控面板、On-cell触控面板或Out-cell触控面板。
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