CN107193429B - 用于内嵌触摸lcd显示器的触摸传感高-低驱动方案 - Google Patents

用于内嵌触摸lcd显示器的触摸传感高-低驱动方案 Download PDF

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Abstract

一种电容传感方法，其中，将第一激励信号驱动至传感器电极，并将第二激励信号驱动至嵌入电极。第一激励信号或第二激励信号中一个具有恒定的第一振幅的电压振荡，另一个具有变化的第二振幅的电压振荡。第二振幅在高振幅值与低振幅值之间变化，所述高振幅值比所述第一振幅大一个振幅差，所述低振幅值比所述第一振幅小一个振幅差；该方法还包括使用一个或多个积分器在积分周期内对由第一激励信号和第二激励信号的组合电压振荡而产生的电流进行积分，以及产生用于检测在传感器电极上的电容变化的积分信号；其中积分周期包括第一激励信号和第二激励信号的多个电压振荡。

Description

用于内嵌触摸LCD显示器的触摸传感高-低驱动方案
技术领域
本发明通常涉及在液晶显示器(LCD)触摸显示面板和其它触摸传感输入装置中的触摸传感技术和机制。具体地，本发明涉及用于通过减小在触摸传感器上的寄生电容来提高触摸信号的信噪比的方法和设备。
背景技术
能够触摸传感的有源矩阵LCD面板是具有检测在该面板上进行的可能性触摸接触的位置的附加功能的有源矩阵LCD显示器。该检测可通过静电电容方法来完成。该方法在本文中指的是电容触摸传感方法。
在电容触摸传感方法中，所聚集的大寄生电容是影响由触摸传感器所产生的触摸传感信号的信噪比(SNR)的常见问题。触摸传感器通常由一层或多层的铟锡氧化物(ITO)或金属制成。在触摸传感器上所集聚的寄生电容大部分是由于在LCD触摸显示器面板中的触摸传感器与各种嵌入电极之间的极贴近。这些嵌入电极包括在每个显示面板子像素内部的显示电极、源线/数据线、扫描线/栅极线和VCOM线。参见图1，该寄生电容包括CSource，CGate和CVCOM，其可在20～100pF的量级内。
各种电容触摸传感方法中的一种，自电容传感，是基于驱动具有激励波形(以下简称“传感器电极激励信号”)的传感器电极，所述激励波形通常采用多电压周期的形式，并反过来检测向前和向后流过传感器电极的电荷。传感器电极激励信号提供用于使触摸传感器在基态与预定义的电势态之间切换的能量。当在触摸显示器面板上进行接触时，额外的电容(即如图1所示的CFinger)被添加至触摸传感器电极，导致向前和向后穿过接触传感器电极的电荷增加。由于由触摸接触所导致的电容的这些变化通常是非常小的，因此在0.5pF的量级内，寄生电容的减小可极大地增加触摸传感的模拟动态范围。当在没有寄生电容减少的情况下，更佳的模拟动态范围反过来使用相同的模拟-数字转换器(ADC)来增加数字化的触摸信号的SNR，用于更好的分辨率。
对于减少寄生电容的目的，已经开发出各种方法。一种此方法是为了驱动具有激励信号(以下简称“嵌入电极激励信号”)的嵌入电极，所述激励信号类似于用于驱动触摸传感器的传感器电极激励信号。通过这样做，在触摸传感器与嵌入电极之间的电压差可以保持恒定，阻止寄生电容的聚集。本发明通过改变在触摸传感器与嵌入电极之间的电压差来改进当前方法。
发明内容
根据本发明的各种实施例，提供了用于触摸传感的信号驱动方案和用于LCD触摸显示面板的接触模拟前端(TAFE)设计。本发明的目的是通过使用此触摸传感信号驱动方案和TAFE设计来消除寄生电容对触摸传感的影响。本发明的目的还在于通过向ADC的输入提供多电平模拟信号来减轻在触摸传感电路中所使用的ADC的特定缺陷，诸如，量化噪声和不均匀的量化步骤。
在第一实施例中，在触摸显示面板操作的触摸传感期间，提供传感器电极规则激励信号用于驱动传感器电极，其中传感器电极规则激励信号是方波信号，所述方波信号的振幅在最大值与最小值之间周期性地交替。传感器电极规则激励信号由有源积分器产生，所述激励信号跟随由规则脉冲产生器所提供的护送信号。
另外，提供嵌入电极高-低激励信号用于驱动嵌入电极，其中嵌入电极高-低激励信号类似于传感器电极规则激励信号，除了在各正-负-正-负周期内的传感器电极规则激励信号内的那个外。嵌入电极高-低激励信号具有其电压振幅比传感器电极规则激励信号的电压振幅大第一电压差的其第一正向转移，接着是第一负向转移，然后是其电压振幅比传感器电极规则激励信号的电压振幅小第二电压差的第二正向转移，以及然后是第二负向转移。第一电压差的绝对值基本等于第二电压差的绝对值。总之，嵌入电极高-低激励信号V2包括正向交替的高方形脉冲与低方形脉冲。
在该第一实施例中，与触摸传感信号驱动方案结合的TAFE包括相互并联连接的正向脉冲积分器与负向脉冲积分器。一对并联连接的积分器使用馈送两个积分器的负输入的传感器电极来与每个传感器电极串联连接。由规则脉冲产生器所产生的护送信号馈送两个积分器的正向输入，间接地驱动传感器电极。正向脉冲积分器和负向脉冲积分器的两个输出提供ADC的差分输入端口。在每个积分周期开始之前，两个积分器也被配置成重置(使它们各自的存储电容器放电)。
通过该TAFE设计，正向脉冲积分器在其输入处接收的信号电荷进行积分(考虑到触摸电容和寄生电容)。通过对在每个积分周期内的传感器电极规则激励信号与嵌入电极高-低激励信号的组合结果的第一正向脉冲和第二正向脉冲进行积分的操作，在正向脉冲积分器的所获得的正输出电荷中消除寄生电容的影响。类似地，负向脉冲积分器对在每个积分周期内的传感器电极规则激励信号与嵌入电极高-低激励信号的组合结果的第一负向脉冲和第二负向脉冲进行积分，导致负输出电荷，避免寄生电容的影响。
在第二实施例中，在触摸显示面板操作的触摸传感期间，提供嵌入电极规则激励信号用于驱动嵌入电极，其中嵌入电极规则激励信号是方波信号，所述方波信号的振幅在最大值与最小值之间周期地交替。而且，提供传感器电极高-低激励信号用于间接地驱动传感器电极，其中传感器电极高-低激励信号类似于规则方波嵌入电极的规则激励信号，除了在每个正-负-正-负周期内的规则方波嵌入电极的规则激励信号外，传感器电极高低激励信号具有其电压振幅比嵌入电极规则激励信号的电压振幅大第一电压差的第一正向转移，接着是第一负向转移，然后是其电压振幅比嵌入电极规则激励信号的电压振幅小第二电压差的第二正向转移，以及然后是第二负向转移。第一电压差的绝对值基本等于第二电压差的绝对值。
总之，传感器电极高-低激励信号包括正向交替的高方形脉冲与低方形脉冲。在实践中，嵌入电极规则激励信号和传感器电极高-低激励信号的直流(DC)电压电平并不完全地相同，两个信号的相位角不相等，但极接近于稍微滞后于传感器电极高-低激励信号的嵌入电极规则激励信号。
在该第二实施例中，与触摸传感信号驱动方案结合的TAFE具有与在第一实施例中的相同的设计，其包括并联连接的相同的正向脉冲积分器与负向脉冲积分器。然而，在该第二实施例中，馈送两个积分器的正输入的是传感器电极高-低激励信号，并且驱动嵌入电极的是嵌入电极规则激励信号，然而，在第一实施例中，馈送两个积分器的正输入的是传感器规则激励信号，且驱动嵌入电极的是嵌入电极高-低激励信号。
在第三实施例中，提供与在第一实施例中的触摸传感信号驱动方案相同的触摸传感信号驱动方案。然而，在该第三实施例中的TAFE设计仅仅使用与每个传感器电极串联连接的正向脉冲积分器。该TAFE设计比第一实施例的TAFE设计更简单。这提供了更低的制造成本和节省芯片空间的优点。另一方面，作为至ADC的单一端部输入的单一脉冲积分器输出将具有比作为至ADC的差分输入来组合的正向脉冲积分器输出和负向脉冲积分器输出较差的SNR。
在第四实施例中，提供与在第二实施例中的触摸传感信号驱动方案相同的触摸传感信号驱动方案。在该第四实施例中的TAFE设计与在第三实施例中的TAFE设计相同，除了馈送正向脉冲积分器的正输入的是传感器电极高-低激励信号外和除了驱动嵌入电极的是嵌入电极规则激励信号外，然而，在第三实施例中，馈送正向脉冲积分器的正输入的是传感器电极规则激励信号，且驱动嵌入电极的是嵌入电极高-低激励信号。
附图说明
以下参见附图，更详细地描述本发明的实施例，其中：
图1图示在使用自电容传感方法的示例性LCD触摸显示面板中的触摸电容和寄生电容；
图2描述根据本发明的各种实施例的有源积分器的电路图；
图3描述图示根据本发明的第一实施例的触摸模拟前端(TAFE)设计和触摸传感信号驱动方案的电路图；
图4显示根据本发明的第一实施例的用于触摸传感器电极和各种嵌入电极的激励信号的时间-振幅图；
图5描述图示根据本发明的第二实施例的TAFE设计和触摸传感信号驱动方案的电路图；
图6显示根据本发明的第二实施例的用于触摸传感器和各种嵌入电极两者、往返于触摸传感器的TAFE电流以及积分器的输出电压电平的时间-振幅图；
图7描述图示根据本发明的第三实施例的TAFE设计和触摸传感信号驱动方案的电路图；
图8描述图示根据本发明的第四实施例的TAFE设计和触摸传感信号驱动方案的电路图；
图9图示根据本发明的可替代性实施例的触摸传感信号驱动方案；
图10图示根据本发明的另一可替代性实施例的触摸传感信号驱动方案；
图11A描述SAR ADC的示例性实施例的简化的电路图；图11B描述在SAR ADC中电荷再分布DAC的简化的电路图；
图12显示SAR ADC的常规的模拟-数字转换曲线；
图13显示SAR ADC的模拟-数字转换曲线并图示其非线性的减轻；以及
图14图示使用自电容传感方法的示例性LCD触摸显示驱动器集成电路(IC)的各种接地连接。
具体实施方式
在以下描述中，作为优选实例提出了用于电容触摸传感的方法的设备等等。对本领域技术人员来说显而易见的是，在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以进行包括添加和/或替代的修改。可省略特定细节，以使本发明清晰；然而，书写本公开，以使本领域技术人员能够在不具备不适当实验的情况下实践本文的教导。
本发明提供消除寄生电容的影响的用于电容触摸传感的各种方法和设备。本发明的各种实施例可用于利用自电容传感技术和机制的LCD触摸显示面板。上述寄生电容是在触摸传感器上所集聚的电容，其大部分是由于在LCD触摸显示器面板中的触摸传感器与各种嵌入电极之间的极贴近。这些嵌入电极包括在每个显示面板子像素内部的显示电极、源线/数据线、扫描线/栅极线和VCOM线。该寄生电容可以采用20pF～100pF的量级。
如在本文所公开的方法和设备被阐述之前，提供与有源积分器有关的背景说明。
有源积分器的背景
随着时间积分的电流i(t)是电荷Q(t)。对于电容电路：
Q(t)＝C*V(t)； (1)
其中C是电容电路的电容器的电容，且V(t)是穿过电容器的电压。由于V(t)随着时间与电流的积分成比例，因此电容电路根据以下方程式运行：
Figure BDA0001144823050000061
其中Vc0是在积分周期的开始处的电容电路的初始电压。从方程(2)了解到，使用电容积分器电路来测量向前和向后流过触摸传感器电极的电流是方便的，因为电压可以容易地被ADC数字化成数字数据。
图2描述根据本发明的各种实施例的有源积分器的电路图。在该有源积分器中，将重置开关201与存储电容器202并联连接。在积分周期开始之前，关闭重置开关201，使存储电容器202放电至未充电状态。因此，有源积分器的初始输出电压是零。基于方程式(2)，在积分周期的终止时，有源积分器的随着时间的输出电压V(t)可以被简化：
Figure BDA0001144823050000062
另外，使用积分的开始/停止开关203来设置积分周期。
实施例1
图3描述图示根据本发明的第一实施例的触摸模拟前端(TAFE)设计和触摸传感信号驱动方案的电路图。为了清晰起见，在图3中显示了单传感通道和TAFE电路。在合法实施方式中，并联设置多个传感通道和TAFE电路。在触摸显示面板操作的触摸传感期间，提供传感器电极规则激励信号V1用于驱动传感器电极，其中V1是方波信号，所述方波信号的振幅在最大值与最小值之间周期性地交替。V1的正向转移和负向转移具有基本类似的斜率。在实际生活应用中，多个传感通道同时由多个传感器电极规则激励信号所驱动。传感器电极规则激励信号中的每个均由有源积分器产生，其跟随由规则脉冲产生器所提供的护送信号。
此外，提供嵌入电极高-低激励信号V2用于驱动嵌入电极，其中V2类似于传感器电极规则激励信号V1，除了在每个正-负-正-负周期内的那个外，V2具有其电压振幅比V1的电压振幅大第一电压差ΔV1的其第一正向转移，接着是第一负向转移，然后是其电压振幅V2比V1的电压振幅小第二电压差ΔV2的第二正向转移，以及然后是第二负向转移。ΔV1的绝对值大致等于ΔV2的绝对值；因此ΔV1＝ΔV2＝ΔV。
总之，嵌入电极高-低激励信号V2包括正向交替的高方形脉冲与低方形脉冲。在实践中，V1和V2的直流电压电平不完全地相同，且两个信号的相位角不相等，但是极接近于稍微滞后V1的V2。
在该第一实施例中，与触摸传感信号驱动方案结合的TAFE包括并联连接的正向脉冲积分器301与负向脉冲积分器302。一对并联连接的积分器使用馈送两个积分器301和302的负输入的传感器电极来与每个传感器电极303串联连接。由规则脉冲积分器所产生的护送信号馈送两个积分器的正向输入，间接地驱动传感器电极303。正向脉冲积分器301和负向脉冲积分器302的两个输出馈送ADC 304的差分输入端口。两个积分器分别具有重置开关305和306。重置开关305和306被配置成关闭的，在积分周期开始之前使它们的各自存储电容器307和308放电。积分器也分别设置有积分开始/停止开关309和310，用于设置用于各自积分器的积分周期(在正向脉冲积分器的正向脉冲过程中关闭并在负向脉冲积分器的负向脉冲过程中关闭)。
参见图4，传感器规则激励信号V1和嵌入电极高-低激励信号V2的每个正-负-正-负周期可以被视为积分周期401。在每个积分周期内，在V1的第一正向转移(或第一提升边缘)与恰恰之前的第一负向转移(或第一下降边缘)之间的时间周期可以逻辑地被标示为偶数周期正向脉冲402；在V1的第一负向转移(或第一下降边缘)与恰恰之前的第二正向转移(或第二提升边缘)之间的时间周期可逻辑地被标示为偶数周期负向脉冲403；在V1的第二正向转移(或第二提升边缘)与恰恰之前的第二负向转移(或第二下降边缘)之间的时间周期可逻辑地被标示为奇数周期正向脉冲404；在V1的下一个积分周期的第二负向转移(或第二下降边缘)与恰恰之前的第一正向转移(或第一提升边缘)之间的时间周期可逻辑地被标示为奇数周期负向脉冲405。应该注意，偶数和奇数周期是任意标示的，用于图示仅仅本发明所蕴含的概念的目的。
通过该TAFE设计，正向脉冲积分器对在其输入处接收的电荷进行积分(考虑触摸电容和寄生电容)。通过对传感器电极规则激励信号和嵌入电极高-低激励信号的组合结果的偶数周期正/负向脉冲和奇数周期正/负向脉冲的积分的操作，消除了寄生电容的影响。这在以下步骤中解释：
1.在每个积分周期之前，随时关闭重置开关305和306，以使它们各自积分器的存储电容器307和308放电。
2.积分开始/停止开关309在每个积分周期中的偶数周期正向脉冲和奇数周期正向脉冲过程中关闭；因此在偶数正向脉冲周期的末端处在正向脉冲积分器301的输出处的电荷Qeven+是：
Qeven+＝C1||V1(t)||even+C2(||V1(t)||even-||V2(t)||even)； (4)
其中C1是触摸电容，且C2是寄生电容。由于在偶数正向脉冲周期过程中，||V2(t)||even＝||V1(t)||even+ΔV，因此方程式(4)变成：
Qeven+＝C1||V1(t)||even-C2ΔV。 (5)
在奇数正向脉冲周期的末端处在正向脉冲积分器301的输出处的仅仅用于奇数正向脉冲周期电荷Qodd+是：
Qodd+＝C1||V1(t)||odd+C2(||V1(t)||odd-||V2(t)||odd)。 (6)
由于在奇数正向脉冲周期过程中，||V2(t)||odd＝||V1(t)||odd-ΔV，因此方程式(6)变成：
Qodd+＝C1||V1(t)||odd+C2ΔV。 (7)
且在积分周期的末端处在正向脉冲积分器301的输出处的总电荷Q+是
Qeven++Qodd+。由于||V1(t)||even＝||V1(t)||odd＝||V1(t)||,因此
Q+＝2C1||V1(t)||。 (8)
3.积分开始/停止开关310在每个积分周期中的偶数周期负向脉冲和奇数周期负向脉冲过程中关闭；因此在偶数负向脉冲周期的末端处在负向脉冲积分器302的输出处的电荷Qeven-是：
-Qeven-＝C1||V1(t)||even+C2(||V1(t)||even-||V2(t)||even)； (9)
由于在偶数负向脉冲周期过程中，||V2(t)||even＝||V1(t)||even-ΔV，因此方程式(9)变成：
-Qeven-＝C1||V1(t)||even+C2ΔV。 (10)
在奇数负向脉冲周期的末端处在负向脉冲积分器302的输出处的仅仅奇数负向脉冲周期电荷Qodd-是：
-Qodd-＝C1||V1(t)||odd+C2(||V1(t)||odd-||V2(t)||odd)。 (11)
由于在奇数负向脉冲周期过程中，||V2(t)||odd＝||V1(t)||odd+ΔV，因此方程式(11)变成：
-Qodd-＝C1||V1(t)||odd-C2ΔV。 (12)
且在积分周期的末端处在负向脉冲积分器302的输出处的总电荷Q-是
-Qeven-+-Qodd-。
Q-＝-2C1||V1(t)||. (13)
4.Q+和Q-两者然后作为差分输入被采纳、被采样和由ADC 304数字化。如所看到的，寄生电容C2在积分过程中被消除。
实施例2
图5描述图示根据本发明的第二实施例的TAFE设计和触摸传感信号驱动方案的电路图。再次地，为了清晰起见，在图5中显示了单传感通道和TAFE电路。在合法实施方式中，并联设置多个传感通道和TAFE电路。在该第二实施例中，在触摸显示面板操作的触摸传感期间，提供嵌入电极规则激励信号V2用于驱动嵌入电极，其中V2是方波信号，所述方波信号的振幅在最大值与最小值之间周期地交替。V2的正向转移和负向转移具有大致相同的斜率。
此外，提供传感器电极高-低激励信号V1用于间接地驱动传感器电极，其中V1类似于嵌入电极规则激励信号V2，除了在每个积分周期内的那个外，V1具有其电压振幅比V2的电压振幅大电压差ΔV的第一正向转移，随后是第一负向转移，然后是其电压振幅比V2的电压振幅小相同电压差ΔV的第二正向转移，以及然后是第二负向转移。
总之，传感器电极高-低激励信号V1包含正向交替的高方形脉冲和低方形脉冲。在实践中，V2和V1的直流电压电平不完全地相同，且两个信号的相位角不相等，但是极接近于稍微滞后V1的V2。
在该第二实施例中，与触摸传感信号驱动方案结合的TAFE具有与在第一实施例中的相同的设计，其包括并联连接的相同的正向脉冲积分器301与负向脉冲积分器302。在该第二实施例中，馈送两个积分器的正输入是传感器电极高-低激励信号，并且驱动嵌入电极的是嵌入电极规则激励信号，然而，在第一实施例中，馈送两个积分器的正输入的是传感器规则激励信号，且驱动嵌入电极的是嵌入电极高-低激励信号。
参见图6，类似于第一实施例，传感器电极高-低激励信号V1和嵌入电极规则激励信号V2的每个正-负-正-负周期可以被视为积分周期601；通过对传感器电极高-低激励信号和嵌入电极规则激励信号的组合结果的偶数周期正/负向脉冲和奇数周期正/负向脉冲的积分，消除了寄生电容的影响。这在以下步骤中解释：
1.在每个积分周期之前，随时关闭重置开关305和306，以使它们各自积分器的存储电容器307和308放电。
2.积分开始/停止开关309在每个积分周期中的偶数周期正向脉冲和奇数周期正向脉冲过程中关闭；因此在偶数正向脉冲周期的末端处在正向脉冲积分器301的输出处的电荷Qeven+还是由以下确定：
Qeven+＝C1||V1(t)||even+C2(||V1(t)||even-||V2(t)||even)； (4)
然而，在该第二实施例中，由于在偶数正向脉冲周期过程中，
||V1(t)||even＝||V2(t)||even+ΔV，因此方程式(4)变成：
Qeven+＝C1(||V2(t)||even+ΔV)+C2ΔV。 (14)
在奇数正向脉冲周期的末端处在正向脉冲积分器301的输出处的仅仅用于奇数正向脉冲周期电荷Qodd+还由以下确定：
Qodd+＝C1||V1(t)||odd+C2(||V1(t)||odd-||V2(t)||odd)。 (6)
然而，在该第二实施例中，由于在奇数正向脉冲周期过程中，
||V1(t)||odd＝||V2(t)||odd-ΔV，因此方程式(6)变成：
Qodd+＝C1(||V2(t)||odd-ΔV)-C2ΔV。 (15)
在积分周期的末端处在正向脉冲积分器301的输出处的总电荷Q+是
Qeven++Qodd+。由于||V2(t)||even＝||V2(t)||odd＝||V2(t)||,
Q+＝2C1||V2(t)||. (16)
3.积分开始/停止开关310在每个积分周期中的偶数周期负向脉冲和奇数周期负向脉冲过程中关闭；因此在偶数负向脉冲周期的末端处在负向脉冲积分器302的输出处的电荷Qeven-还由以下确定：
-Qeven-＝C1||V1(t)||even+C2(||V1(t)||even-||V2(t)||even)； (9)
然而，在该第二实施例中，由于在偶数负向脉冲周期过程中，
||V1(t)||even＝||V2(t)||even-ΔV，因此方程式(9)变成：
-Qeven-＝C1(||V2(t)||even-ΔV)-C2ΔV。 (17)
在奇数负向脉冲周期的末端处在负向脉冲积分器302的输出处的仅仅用于奇数负向脉冲周期电荷Qodd-还由以下确定：
-Qodd-＝C1||V1(t)||odd+C2(||V1(t)||odd-||V2(t)||odd)。 (11)
然而，在该第二实施例中，由于在奇数负向脉冲周期过程中，
||V1(t)||odd＝||V2(t)||odd+ΔV，因此方程式(11)变成：
-Qodd-＝C1(||V2(t)||odd+ΔV)+C2ΔV。 (18)
在积分周期的末端处在负向脉冲积分器302的输出处的总电荷Q-是
-Qeven-+-Qodd-；或
Q-＝-2C1||V2(t)||。 (13)
4.Q+和Q-两者然后作差分输入被采纳、被采样和由ADC 304数字化。
如所看到的，寄生电容C2在积分过程中被消除。
实施例3
参见图7，在第三实施例中，提供与在第一实施例中的触摸传感信号驱动方案相同的触摸传感信号驱动方案。然而，在该第三实施例中的TAFE设计仅仅使用与每个传感器电极串联连接的正向脉冲积分器701。该TAFE设计比第一实施例的TAFE设计简单。这提供了更低的制造成本和节省芯片空间的优点。另一方面，作为至ADC的单一端部输入的单一正向脉冲积分器701输出将具有比作为至ADC的差分输入的组合的正向脉冲积分器输出和负向脉冲积分器输出较差的SNR。
实施例4
参见图8，在第四实施例中，提供与在第二实施例中的触摸传感信号驱动方案相同的触摸传感信号驱动方案。在该第四实施例中的TAFE设计与在第三实施例中的TAFE设计相同，除了馈送正向脉冲积分器701的正输入的是传感器电极高-低激励信号外和除了驱动嵌入电极的是嵌入电极规则激励信号外，然而，在第三实施例中，供应正向脉冲积分器701的正输入的是传感器电极规则激励信号，且驱动嵌入电极的是嵌入电极高-低激励信号。
其它实施例
第三实施例和第四实施例的变型TAFE设计可以用于积分偶数和奇数负向脉冲的负向脉冲积分器而不是正向脉冲积分器来推导。
在上述实施例中，每个积分周期由传感器电极激励信号和嵌入电极激励信号的偶数周期正向脉冲、传感器电极激励信号和嵌入电极激励信号的偶数周期负向脉冲、传感器电极激励信号和嵌入电极激励信号的奇数周期正向脉冲、以及传感器电极激励信号和嵌入电极激励信号的奇数周期负向脉冲组成。基本地，一对偶数-奇数周期正向脉冲和/或一对偶数-奇数周期负向脉冲在用于消除寄生电容的影响的积分中使用。上述实施例的变型可以使用在积分中任何数量对的偶数-奇数周期正向脉冲和/或负向脉冲。
“高-高-低-低”触摸传感信号驱动方案
参见图9，在一个可替代实施例中，提供传感器电极规则激励信号V1用于驱动传感器电极，其中V1是方波信号，所述方波信号的振幅在最大值与最小值之间周期性地交替。提供嵌入电极高-低激励信号V2用于驱动嵌入电极，其中V2类似于V1，除了在每个积分周期内的那个外，V2具有其电压振幅比V1的电压振幅大电压差ΔV的其第一正向转移，随后是第一负向转移，然后是其电压振幅再次比V1的电压振幅大电压差ΔV的第二正向转移，随后是第二负向转移，然后随后是其电压振幅比V1的电压振幅小电压差ΔV的第三正向转移，随后是第三负向转移，然后是其电压振幅比V1的电压振幅小电压差ΔV的第四正向转移，随后是第四负向转移。因此，该可替代实施例的触摸传感信号驱动方案具有积分周期901，按它们被举例的顺序，所述积分周期901由第一高正方形脉冲902、第一负方形脉冲903、第二高正方形脉冲904、第二负方形脉冲905、第三低正方形脉冲906、第三负方形脉冲907、第四低正方形脉冲908、以及最后第四负方形脉冲909组成。
使用第一实施例的相同的TAFE，第一正方形脉冲902和第二正方形脉冲904由正向脉冲积分器301积分，同时第一负方形脉冲903和第二负方形脉冲905由在第一半积分中的负向脉冲积分器302积分，提供了待取样和待由ADC 304数字化的第一差分输入，以产生第一触摸传感信号数据：数据【0】。然后，第三正方形脉冲906和第四正方形脉冲908由正向脉冲积分器301积分，同时第三负方形脉冲907和第四负方形脉冲909由在第二半积分中的负向脉冲积分器302积分，提供了待取样和待由ADC 304数字化的第一差分输入，以产生第二触摸传感信号数据：数据【1】。规则激励信号和高-低激励信号的差分电荷输入的实际组合结果的数字化值是数据【0】和数据【1】：(data[0]+data[1])/2。
类似于在第二实施例中所提供的触摸传感信号驱动方案，在另一替代实施例中，驱动传感器电极的是“高-高-低-低”传感器电极高-低激励信号，且驱动嵌入电极的是嵌入电极规则激励信号。这在图10中图示。
在上述可替代实施例中的“高-高-低-低”触摸传感信号驱动方案不仅仅消除寄生电容的影响(在由ADC转换后)，其减轻了ADC的特定缺陷，这将在以下解释。
减缓ADC转移曲线的非线性
能够在传感器电极激励信号和嵌入电极激励信号的积分中使用任何数量对的偶数-奇数周期正向脉冲和/或任何数量对的偶数-奇数周期负向脉冲对减缓ADC转移曲线的非线性是有用的。
与大多数的ADC应用(例如，视频编码和音频编码)不同，(该应用注重ADC的有效位数(ENOB)、信噪失真比(SINAD)和总谐波失真(THD)的影响)，电容触摸传感应用强调微分非线性(DNL)，但忽略ADC的积分非线性(INL)的影响。针对此的原因是由于两个触摸传感器(在相同触摸面板内)之间的电容差可是大的(例如，30％)但是在触摸与非触摸之间的传感器电容中的增量变化是小的(例如，1％-2％)的事实。逐次逼近寄存器(SAR)ADC是在中-高分辨率(例如，10比特至12比特)和中等速度(例如，小于5MSPS)的ADC应用中的优选构造。
SAR ADC由于使用电荷再分布数字-模拟转换器(DAC)时的它们的电容缩减结构具有众所周知的问题。参见图11A和11B。在该示例性SAR ADC(其它的SAR ADC可以具有不同数量的缩减电容器和/或电容比)中，电容缩减依赖于缩减电容器1102,1103,1104,1105和1106与在电荷再分布DAC 1101中的确切的Cunit,2Cunit,4Cunit,8Cunit,和16Cunit的比值，其中Cunit是单位电容器。然而，由于在缩减电容器的底板与IC的基底的底板之间集聚的寄生电容，因此，电容缩减不能在IC上完美达成。这反过来造成了SAR ADC的模拟-数字转移曲线的非线性现象。例如，图12显示具有两个死区1201和1202的SAR ADC的常规的模拟-数字转移曲线，其中模拟信号振幅电平不被线性地转换成数字值。
使用在积分中的特定数量对的偶数-奇数周期正-负向脉冲或如上所述的(高-高-低-低)触摸传感信号驱动方案向ADC提供了差分输入，所述ADC改变并扩展远离在ADC的模拟-数字转换曲线上的死区的转换点。例如，参见图13，使用“高-高-低-低”触摸传感信号驱动方案，至ADC的两个差分输入被提供至ADC，以产生数字化的值：数据【0】和数据【1】，避免了死区，其中规则激励信号和高-低激励信号的至ADC的差分电荷输入的实际组合结果将落在其内。
接地噪声抑制
参见图14，根据本发明的接触传感信号驱动方案和TAFE设计的各种实施例的另一优点是防止来自脉冲产生器和电源的相对嘈杂局部接地1401的噪音影响到在接触显示面板中的各种部件的***模拟接地1402，所述部件包括TAFE和ADC。在***模拟接地1402中的噪音的抑制具有特别的重要性，因TAFE和ADC处理相对小振幅的信号，所述信号对信号接地噪音敏感。
在触摸传感信号驱动方案的各种实施例中的高方形脉冲和低方形脉冲分别由三个不同电压电平Vdd、-ΔV和+ΔV的至少三个电源1403,1404和1405所驱动。因此，高正向脉冲具有振幅Vdd-(-ΔV)＝Vdd+ΔV，低正向脉冲具有振幅Vdd-(+ΔV)＝Vdd-ΔV。高方形脉冲和低方形脉冲的切换电流是相对大的，尤其是在其中嵌入电极高-低激励信号驱动扩展的嵌入电极的实施例中。通过此大的切换电流，局部接地1401因此是相对嘈杂的。幸运的是，从-ΔV电源1404和+ΔV电源1405拖曳的功率的量是相同的，并在短的瞬态响应时间后可以相互抵消平衡。因此，在***模拟接地1402与局部接地1401之间流动的净电流是小的，避免了通过嘈杂的局部接地1401影响***模拟接地1402。
在实践实施方式中，触摸传感信号驱动方案可以作为LCD触摸显示面板的积分触摸显示驱动器或控制器的一部分而被实现。如上所公开的设备的实施例可以作为积分装置或积分电路而实现。
尽管上述的本发明的各种实施例被应用至利用自电容传感技术和机制的LCD触摸显示面板，但是对于各种实施例的修改可以由本领域的技术人员实现，以适应于其它电容传感技术和机制，诸如相互电容传感和其它触摸传感装置的那些，而不背离本发明的范围和精神。
本文所公开的方法和设备的各种电子实施例可以使用通用计算装置或特殊计算装置、计算机处理器，或包括但不限于专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)的电子电路，以及根据本公开的教导而配置或编程的其它可编程逻辑装置。在通用计算装置或特殊计算装置、计算机处理器或可编程逻辑装置中运行的计算机指令或软件代码可以由软件或电子领域的普通技术人员基于本公开的教导所容易编写。
已提供本发明的上述描述用于图示和说明的目的。其目的并不在于全面详尽地描述本发明或将本发明限定于所公开的具体形式。许多修正和变化对本领域的普通技术人员来说均是显而易见的。
选择和描述本实施例，以更好地解释本发明的原理和其实际用途，从而使本领域的技术人员能理解用于各种实施例的并具有适于所设想的特定用途的各种修正的本发明。

Claims (6)

1.一种电容传感设备，其特征在于，包括：
一个或多个传感器电极；
一个或多个嵌入电极；
产生器，所述产生器被配置成：
产生第一激励信号和第二激励信号；
驱动所述第一激励信号至所述传感器电极的至少一个上；
驱动所述第二激励信号至所述嵌入电极上；
其中所述第一激励信号和所述第二激励信号是具有基本相同的频率和相位的交替的波峰和波谷的周期性波形信号；
其中所述第一激励信号具有恒定的第一振幅的电压振荡、而所述第二激励信号具有变化的第二振幅的电压振荡；
其中各电压振荡是正向脉冲或负向脉冲；
其中所述第二振幅在高振幅值与低振幅值之间变化，所述高振幅值比所述第一振幅大一个振幅差，所述低振幅值比所述第一振幅小所述振幅差；以及
其中所述第二激励信号的电压振荡具有交替的高振幅值和低振幅值；以及
一个或多个积分器，所述积分器被配置成：
在第一积分周期内对由所述第一激励信号和所述第二激励信号的组合电压振荡而产生的电流进行积分；以及
产生用于检测所述传感器电极上的电容变化的一个或多个第一积分信号；其中所述第一积分周期包括所述第一激励信号和所述第二激励信号的多个电压振荡；以及
其中所述第二激励信号的电压振荡在所述第一积分周期內具备相同数量的高振幅值的所述电压振荡和低振幅值的所述电压振荡。
2.一种电容传感设备，其特征在于，包括：
一个或多个传感器电极；
一个或多个嵌入电极；
产生器，所述产生器被配置成：
产生第一激励信号和第二激励信号；
驱动所述第一激励信号至所述传感器电极的至少一个上；
驱动所述第二激励信号至所述嵌入电极上；
其中所述第一激励信号和所述第二激励信号是具有基本相同的频率和相位的交替的波峰和波谷的周期性波形信号；
其中所述第一激励信号具有恒定的第一振幅的电压振荡，而所述第二激励信号具有变化的第二振幅的电压振荡；
其中各电压振荡是正向脉冲或负向脉冲；
其中所述第二振幅在高振幅值与低振幅值之间变化，所述高振幅值比所述第一振幅大一个振幅差，所述低振幅值比所述第一振幅小所述振幅差；以及
其中所述第二激励信号的电压振荡具有重复系列，依次是高振幅值、高振幅值、低振幅值、以及最后的低振幅值；以及
一个或多个积分器，所述积分器被配置成：
在第一积分周期内对由所述第一激励信号和所述第二激励信号的组合电压振荡而产生的第一电流进行积分；其中所述第一积分周期包括当所述第二激励信号具有高振幅值的所述电压振荡时的时间周期内的所述电压振荡；在第二积分周期内对由所述第一激励信号和所述第二激励信号的组合电压振荡而产生的第二电流进行积分；其中所述第二积分周期包括当所述第二激励信号具有低振幅值的所述电压振荡时的时间周期内的所述电压振荡；以及
产生用于检测所述传感器电极上的电容变化的一个或多个第一积分信号和一个或多个第二积分信号；
其中所述第一积分周期包括所述第一激励信号和所述第二激励信号的多个电压振荡；以及
其中，当组合所述第一积分信号和所述第二积分信号时，在所述第一积分周期和所述第二积分周期内的振幅差在所述积分后相互抵消。
3.一种电容传感设备，其特征在于，包括：
一个或多个传感器电极；
一个或多个嵌入电极；
产生器，所述产生器被配置成：
产生第一激励信号和第二激励信号；
驱动所述第一激励信号至所述传感器电极的至少一个上；
驱动所述第二激励信号至所述嵌入电极上；
其中所述第一激励信号和所述第二激励信号是具有基本相同的频率和相位的交替的波峰和波谷的周期性波形信号；
其中所述第二激励信号具有恒定的第一振幅的电压振荡，而所述第一激励信号具有变化的第二振幅的电压振荡；
其中各电压振荡是正向脉冲或负向脉冲；
其中所述第二振幅在高振幅值与低振幅值之间变化，所述高振幅值比所述第一振幅大一个振幅差，所述低振幅值比所述第一振幅小所述振幅差；以及
其中所述第一激励信号的电压振荡具有重复系列，依次是高振幅值、高振荡值、低振幅值、以及最后的低振幅值；以及
一个或多个积分器，所述积分器被配置成：
在第一积分周期内对由所述第一激励信号和所述第二激励信号的组合电压振荡而产生的第一电流进行积分；其中所述第一积分周期包括当所述第一激励信号具有高振幅值的所述电压振荡时的时间周期内的所述电压振荡；
在第二积分周期内对由所述第一激励信号和所述第二激励信号的组合电压振荡而产生的第二电流进行积分；其中第二积分周期包括当所述第一激励信号具有低振幅值的所述电压振荡时的时间周期内的所述电压振荡；以及
产生用于检测所述传感器电极上的电容变化的一个或多个第一积分信号和一个或多个第二积分信号；
其中所述第一积分周期包括所述第一激励信号和所述第二激励信号的多个电压振荡；以及
其中，当组合所述第一积分信号和所述第二积分信号时，在所述第一积分周期和所述第二积分周期内的振幅差在所述积分后相互抵消。
4.一种电容传感方法，其特征在于，包括：
产生第一激励信号和第二激励信号；
将所述第一激励信号驱动至一个或多个传感器电极上；
将所述第二激励信号驱动至一个或多个嵌入电极上；
其中所述第一激励信号和所述第二激励信号是具有基本相同的频率和相位的交替的波峰和波谷的周期性波形信号；
其中所述第一激励信号具有恒定的第一振幅的电压振荡，而所述第二激励信号具有变化的第二振幅的电压振荡；
其中各电压振荡是正向脉冲或负向脉冲；
其中所述第二振幅在高振幅值与低振幅值之间变化，所述高振幅值比所述第一振幅大一个振幅差，所述低振幅值比所述第一振幅小所述振幅差；以及
其中所述第二激励信号的电压振荡具有交替的高振幅值和低振幅值；以及
在第一积分周期内对由所述第一激励信号和所述第二激励信号的组合电压振荡而产生的电流进行积分；以及
产生用于检测所述传感器电极上的电容变化的一个或多个第一积分信号；
其中所述第一积分周期包括所述第一激励信号和所述第二激励信号的多个电压振荡；以及
其中，所述第二激励信号的电压振荡在所述第一积分周期內具备相同数量的高振幅值的所述电压振荡和低振幅值的所述电压振荡。
5.一种电容传感方法，其特征在于，包括：
产生第一激励信号和第二激励信号；
将所述第一激励信号驱动至一个或多个传感器电极上；
将所述第二激励信号驱动至一个或多个嵌入电极上；
其中所述第一激励信号和所述第二激励信号是具有基本相同的频率和相位的交替的波峰和波谷的周期性波形信号；
其中所述第一激励信号具有恒定的第一振幅的电压振荡，而所述第二激励信号具有变化的第二振幅的电压振荡；
其中各电压振荡是正向脉冲或负向脉冲；
其中所述第二振幅在高振幅值与低振幅值之间变化，所述高振幅值比所述第一振幅大一个振幅差，所述低振幅值比所述第一振幅小所述振幅差；以及
其中所述第二激励信号的电压振荡具有重复系列，依次是高振幅值、高振荡值、低振幅值、以及最后的低振幅值；以及
在第一积分周期内对由所述第一激励信号和所述第二激励信号的组合电压振荡而产生的第一电流进行积分；其中所述第一积分周期包括当所述第二激励信号具有高振幅值的所述电压振荡时的时间周期内的所述电压振荡；
在第二积分周期内对由所述第一激励信号和所述第二激励信号的组合电压振荡而产生的第二电流进行积分；其中所述第二积分周期包括当所述第二激励信号具有低振幅值的所述电压振荡时的时间周期内的所述电压振荡；以及
产生用于检测所述传感器电极上的电容变化的一个或多个第一积分信号和一个或多个第二积分信号；
其中所述第一积分周期包括所述第一激励信号和所述第二激励信号的多个电压振荡；以及
其中，当组合所述第一积分信号和所述第二积分信号时，在所述第一积分周期和所述第二积分周期内的振幅差在所述积分后相互抵消。
6.一种电容传感方法，其特征在于，包括：
产生第一激励信号和第二激励信号；
将所述第一激励信号驱动至一个或多个传感器电极上；
将所述第二激励信号驱动至一个或多个嵌入电极上；
其中所述第一激励信号和所述第二激励信号是具有基本相同的频率和相位的交替的波峰和波谷的周期性波形信号；
其中所述第二激励信号具有恒定的第一振幅的电压振荡，而所述第一激励信号具有变化的第二振幅的电压振荡；
其中各电压振荡是正向脉冲或负向脉冲；
其中所述第二振幅在高振幅值与低振幅值之间变化，所述高振幅值比所述第一振幅大一个振幅差，所述低振幅值比所述第一振幅小所述振幅差；以及
其中所述第一激励信号的电压振荡具有重复系列，依次是高振幅值、高振荡值、低振幅值、以及最后的低振幅值；以及
在第一积分周期内对由所述第一激励信号和所述第二激励信号的组合电压振荡而产生的第一电流进行积分；其中所述第一积分周期包括当所述第一激励信号具有高振幅值的所述电压振荡时的时间周期内的所述电压振荡；
在第二积分周期内对由所述第一激励信号和所述第二激励信号的组合电压振荡而产生的第二电流进行积分；其中所述第二积分周期包括当所述第一激励信号具有低振幅值的所述电压振荡时的时间周期内的所述电压振荡；以及
产生用于检测所述传感器电极上的电容变化的一个或多个第一积分信号和一个或多个第二积分信号；
其中所述第一积分周期包括所述第一激励信号和所述第二激励信号的多个电压振荡；以及
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