CN107562294B - 低功率触摸屏 - Google Patents

Abstract

本公开涉及低功率触摸屏。例如，双电源和能量回收技术用于采用并行驱动方案的电容式触摸面板中。双电源输出缓冲器将电容器从中间电压水平提高到高压水平。能量回收交换在电容器与电感器之间的存储能量。当这两种技术一起被使用时，电容式触摸面板驱动电路的功率损耗可以显著地降低多达大约80％。这种高效率触摸面板已经广泛应用于超薄触摸屏，包括那些适合用于移动设备和柔性显示器中的触摸屏。

Description

低功率触摸屏

技术领域

本公开总体上涉及在柔性显示器中使用的低功率触摸屏技术。

背景技术

现在许多电子设备(如智能电话、媒体播放器、游戏设备、平板计算机和电子信息亭)配备有触摸屏用户界面。触摸屏通常包括具有触摸传感器、显示器和触摸控制器的触摸面板。一些触摸控制器在触摸表面上测量图案化层之间的互电容。一些触摸控制器测量触摸屏图案与接近物体之间的自电容。当感测触摸事件时，触摸屏与下面的显示表面之间的电容被认为是不期望的。随着触摸屏变薄，电容值增加，并且对更大的不期望的电容器充电和放电所需要的功率也增加。同时，期望触摸屏变得更加敏感，并且期望它们的操作频率增加，从而使得信号可以以更快的速率传输。这些参数--针对更高敏感度的更高的电压和针对更快的报告速率的更高的频率--也都需要更多功率。再有，许多配备有触摸屏的设备是移动的、由电池供电的设备，对这些设备来说低功耗是期望的。

为了提供更有能力但消耗更少功率的触摸屏，触摸屏面板的效率已经变成当前感兴趣的话题。一种提高任何电子电路的效率的方式是减小与各种电路部件相关联的电阻。然而，在触摸屏的情况下，寻址电阻仅将该问题从***的一部分转移到另一部分。实际上，驱动电容所需要的总功率是P＝CV²f，该功率在驱动器本身和面板中消散。可能在触摸面板中降低功率耗散，但是这样做将简单增加驱动面板的触摸控制器中的功率耗散。在美国专利号8,432,364中描述了另一种用于提高触摸屏面板的效率的技术(具体地，称为电荷共享)。通过将电荷从放电电容器回收到充电电容器来进行电荷共享。然而，当使用并行扫描时，电荷共享可能不合适。即使受益于电荷共享，但是针对先进的触摸屏显示技术仍然需要功率消耗的更加剧烈的增加。

发明内容

一种提高触摸屏效率的方法使用多电源驱动方式结合能量回收方法。可以通过采用多电源方式来减少电容驱动所需要的功率，在该多电源方式中触摸面板具有大量不同可用电压源，这些电压源可以连续地用于将电容器从初始电压充电和放电至最终电压。可以证明的是，这种充电和放电所需要的功率小于使用具有单电压源的传统方式直接将电容器充电至最终电压所需要的功率。此外，当这种多电源方式结合能量回收方案时，可以大幅度地提高***的总效率。

具体地，使用能量回收技术连同多电源驱动方案，可以使得使用并行驱动方案实现的电容式触摸面板更加节能。通过交换在电容器与电感器之间的存储的能量来操作能量回收。当这两种技术一起使用时，用于驱动电容式触摸面板的功率损耗电路可以显著地增加多达大约80％。这种高效率触摸面板已经广泛应用于适合用于移动设备和柔性显示器中的超薄触摸屏。

附图说明

在这些附图中，相同的参考号标识相似的元件。附图中元件的大小和相对位置不一定按比例绘制。

图1A是示意图，示出了根据本文中所描述的实施例的具有简化架构的电容式触摸屏的俯视图，该简化架构包括四条示例性传输线的阵列和四条示例性读取线的阵列。

图1B是时序图，示出了施加到图1A中所示出的四条传输线的方波驱动信号。

图2是电路示意图，表示根据本文中所描述的实施例的触摸面板的示例性传输线和示例性读取线。

图3A是根据本文中所描述的实施例的对根据并行驱动方案在十个时间间隔期间驱动八条传输线的展示。

图3B是时序图，示出了针对使用传统单电源实现的触摸面板电路的作为时间的函数的驱动信号电压。

图4A是使用传统电荷共享方法实现的触摸面板电路的示意图。

图4B是图4A中所示出的触摸面板电路的时序图。

图4C和图4D是电路示意图，展示了图4A中所示出的传统电荷共享电路的操作。

图5A是使用具有单个保持电容器的传统驱动方案实现的触摸面板电路的示意图。

图5B和图5C是电路示意图，展示了图5A中所示出的触摸面板电路的操作。

图6A是根据本文中所描述的实施例的使用双电压驱动方案实现的触摸面板电路的示意图。

图6B是图6A中所示出的触摸面板电路的时序图。

图7A是根据本文中所描述的实施例的使用双电源和能量回收实现的触摸面板电路的示意图。

图7B是针对图7A中所示出的触摸面板电路的作为时间的函数的电压和电流的图示。

图8A是根据本文中所描述的实施例的针对图5A、5B中所示出的电路的考虑沿着电流路径的寄生电阻的作为时间的函数的电压和电流的图示。

图8B是参考图，示出了在共振期间流过传统R-L-C阻尼网络的电流。

图9是根据本文中所描述的实施例的针对使用能量回收实现的电路的作为时间的函数的电压和电流的曲线图。

图10是示意电路图，示出了根据本文中所描述的实施例的触摸面板的四个典型输出缓冲器，其中，使用双电源驱动技术和能量回收两者。

图11A至图11E是相比于如本文中所描述的各种驱动电路的切换操作的一系列电压曲线图。

具体实施方式

在以下描述中，列出了某些特定细节以便提供所公开的主题的各个方面的透彻理解。然而，可以在没有这些特定细节的情况下实践所公开的主题。在一些实例中，为了避免模糊对本公开的其他方面的描述，没有详细地描述包括本文中所公开的主题的实施例的众所周知的半导体工艺结构和方法。

贯穿本说明书和所附权利要求书，“包括”一词及其变体(如，“包括(comprises)”和“包括(comprising)”)将以一种开放式的和包含性的意义来进行解释，即，作为“包括，但不限于”。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“一种实施例”的引用意味着结合实施例所描述的特定的特征、结构、或特性是包括在至少一个实施例中的。因此，贯穿本说明书，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”在不同场合中的出现并不必定都是指相同的方面。此外，特定特征、结构或特性可以根据任何合适的方式组合在本公开的一个或多个方面中。

在此参照已经生产的触摸屏描述具体实施例；然而，本公开和对某些材料、维度以及加工步骤的细节和排序的引用是示例性的并且不应限于所示出的那些。

图1A展示了根据本公开的实施例的电容式触摸面板显示器100的一部分。电容式触摸面板显示器100由玻璃制成，其中，传输线102和读取线104的矩阵被作为嵌入在触摸面板显示器100中的薄导电线形成。作为示例，示出了水平定向的四条传输线102：T1、T2、T3、T4；并且示出了垂直定向的四条读取线104：R1、R2、R3和R4。在全部电容式显示面板110中，将存在几十条或几百条这种线102和104。读取线104在结点106处与传输线102重叠，形成平行板电容器114，其中，玻璃触摸面板充当将导体分离的介电材料。

触摸控制器将驱动信号施加到传输线(例如，T1至T4)，并从读取线(例如，R1至R4)中读取信号。图1B示出了以方波形式施加到传输线T1至T4的示例性驱动信号108。

图2示出了根据本公开的实施例的触摸面板显示器100的电路模型110。电路模型110包括由与电容结相对应的串联电容器C_s分离的示例性传输线102和示例性读取线104。电路模型110将传输线102和读取线104中的每一条表示为电阻器112和电容器114的集总RC网络。使用具有耦合至主电源V_CP的标准输出缓冲器116的传统方案来驱动每条传输线102。将每条读取线104的输出存储在运算放大器(op-amp)读取线缓冲器118中。传输线和读取线102、104可以实际上接地。

在传统触摸面板显示器100中，传输线102与地面之间的净电容C通常在约40到80微微法拉(pF)的范围内。施加到传输线102的典型的12伏驱动信号108采用具有约150kHz的频率f的方波的形式。使用图1B中所示出的驱动方案和图2中所示出的电路模型110来连续驱动这种传统触摸面板显示器100所需要的功率由P＝CV²f给出。使用33％的转换效率因子从低电压源中获得电压V。对由具有785uA电流的3.3V电源驱动的标准的40pF触摸面板而言，所计算的功率为864uW或0.864mW。

相比而言，在柔性触摸面板显示器100中，传输线102与地面之间的电容为约350pF并且可以高达1nF。因此，驱动柔性显示器触摸面板所需要的功率(P＝CV²f)大得多--在约6.4mW到19mW的范围内。此外，随着触摸面板变薄，电容增加，并且驱动触摸面板所需要的功率也成比例地增加。为了增加触摸敏感性，还使用更高的电压以便达到更大的信噪比(SNR)。SNR也在更高的操作频率处得到提高。所有这些因素用于增加高性能应用所需要的驱动功率P＝CV²f。

用于驱动和扫描触摸面板的传统技术使用顺序方法，在该方法中，一次驱动一条传输线，并且同时读取所有读取线。可替代地，可以使用如码分多址(CDMA)等并行方法，在该方法中，同时驱动传输线并且同时读取读取线。在这种并行方法中，可以在扫描读取线的同时驱动所有传输线。因此，并行方法消耗更多功率。存在允许显著降低驱动单独线所需要的功率的驱动触摸面板的替代技术。使用这种技术，在对功率合理需求情况下，可能驱动多条传输线。在这种方案下，电荷和能量在传输线与电源之间或可替代地在驱动线本身之间交换。在不应用任何特定能量节省技术的情况下，根据P＝CV²f，当驱动四条350pF线同时在频率150kHz处使用12V电源时所消耗的功率被计算为约30mW。假设从低电压源到高电压源的33％的转换效率，则功率需求变为约90mW，这对应于3V电源上汲取的30mA电流。30mW估计被视为在以下所讨论的比较中使用的参考数字。

图3A和图3B展示了根据本公开的实施例的可以用于驱动多条传输线102的并行驱动方案120。图3A展示了具有八条驱动线(被标记为传输线T1至T8)的示例。使用并行技术120，在时隙d1和d2中的每个时隙期间驱动四条传输线T1，T2，T7和T8；在时隙d3和d4中的每个时隙期间驱动四条传输线T1，T2，T3，T4，等等。“+”符号表示完整的驱动周期122，在该驱动周期内，例如在如图3B的时序图中所示出的时隙d1期间，驱动信号108展现了上升转变，接着是下降转变。参照图2，在驱动周期122期间，由电源V_CP供电的驱动信号108使负载电容器C_S上的电压V_CS从0V转变到12V并且然后回到0V。“-”符号描述了完整的驱动周期124，在该驱动周期内驱动信号108的下降边缘在上升边缘之前。

在时隙d1期间，传输线T1，T7和T8都具有相同符号，而T2具有相反符号。在相同的时间间隔d1期间的相反方波信号跃迁提供电荷共享的机会。电荷共享是可以通过交换放电电容器与充电电容器之间的电荷来节省对电容器充电所需要的电池电量的已知技术。

图4A至图4D展示了根据现有技术使用传统电荷共享电路130对电容器C_A，C_B进行的操作。电荷共享电路130可以用于再循环电荷并降低对功率的需求。电荷共享是众所周知的，并且已经用于电气设计的许多领域，包括：低功率数字CMOS电路、LCD显示驱动器、以及例如，如美国专利号8,432,364中所公开的触摸传感器面板。以下示出了，电荷共享可以用于在每个相反的+到–或者–到+转变期间降低50％的功率损耗。

图4A中示出的电荷共享电路130包括两个缓冲器116A和116B，这两个缓冲器经由电容器开关CS_A和CS_B分别耦合至电荷共享线131。在电荷共享电路130中，电荷共享线131将两个输出缓冲器116A，116B的输出信号耦合至彼此。电荷共享线131然后根据图4B中所示出的时序图134驱动电容器C_A和C_B。假设C_A和C_B具有基本上相等的电容值。图4B示出了在高到低转变期间，随着电容器C_A放电，在所选时间间隔处电容器C_A上的电压V_A的曲线图。V_A在第一个阶跃136的时间间隔135期间从12V降低到6V，并且然后在第二个阶跃138的时间间隔137期间从6V降低到0V。图4B还示出了在低到高转变期间，在所选时间间隔处电容器C_B上的电压V_B的曲线图。V_B在时间间隔135期间在第一个阶跃139中从0V上升到6V，并且然后在时间间隔137期间在第二个阶跃140中从6V上升到12V。电容器C_A和C_B之间的电荷共享在第一个阶跃和第二个阶跃之间的转变处在短暂的时间间隔141期间发生。在电荷共享周期期间，来自电容器C_A的电荷经由电荷共享线131转移至电容器C_B。

尽管以上所描述的传统电荷共享方案能够引起多达50％的能量节省，但是达到50％假设：每条线的电容相等并且驱动方案120中的正符号数量和负符号数量相等。为展示此过程，图4C和图4D示出了具有两个相等电容器C的简化电荷共享电路。在图4C中，在电荷共享之前，耦合两个电容器的开关C_s打开，从而使得一个电容器充电至电压V，而另一个电容器放电。充电的电容器的能量为E＝1/2CV²，而存储在放电的电容器中的能量为零。在图4D中，耦合两个电容器的开关C_s闭合并且电荷被共享，从而使得每个电容器充电至电压V/2。然后，存储在每个电容器中的能量为E＝1/2C(V/2)²＝1/8CV²，并且总能量为1/4CV²，即，最终能量是初始总能量的50％。因为在电荷共享之后剩余总能量的一半，所以这种电荷共享方案的效率仅为50％。

当使用先进的并行驱动方法(在该方法中，具有不平衡的+/-转变的动态变化模式是常见的)时，这种转变提供了实施作为传统电荷共享的替代物的新双电源能量节省方法的机会。在双电源方法中，能量被回收并直接或通过使用附加的感应设备存储在第二个电源中。双电源方法允许能量节省超过存在于以上所描述的传统电荷共享过程中的50％的限度。

图5A展示了本领域中已知的包括保持电容器的修改的电荷共享电路142。当保持电容器C_保持已经预先充电至最佳电压水平时，所产生的修改的电荷共享电路142可能达到50％的效率。图5B和图5C展示了每当保持电容还未充电至最优电压水平时，修改的电荷共享电路142的效率较低。

图5B和图5C展示了修改的电荷共享电路142的操作。修改的电荷共享电路142的简化版本包括电容器C和保持电容器kC。在图5B中，在电荷共享之前，耦合两个电容器的开关C_s打开，从而使得电容器C充电至电压V，而电容器kC放电。充电的电容器的能量为E＝1/2CV²，而存储在电容器kC中的能量为零。在图5C中，耦合两个电容器的开关C_s闭合并且电荷被共享，从而使得每个电容器充电至电压V/(1+k)。然后，两个电容器中存储的总能量为E＝1/(1+k)1/2CV²。由此，最终能量是初始能量的1/(1+k)倍，这意味着当k＝1时，效率为50％，但是当k>1时，效率小于50％。

图6A示出了根据本公开的实施例的与能量回收过程相关联的双电源驱动电路143。在双电源驱动电路143中，电容器C_A由两个输出缓冲器132a，b驱动，这两个输出缓冲器具有用于提供三态输出的电容。输出缓冲器132a，b分别由主电源V_Cp和中间电压电源V_中间供电。主电源V_Cp提供电压V。中间电压电源V_中间提供约等于V/2的电压。使用这种双电源结构，电容器充电/放电过程可以由两个电源一起执行。

图6B示出了用于操作双电源驱动电路143的时序图144。时序图144是在低到高转变期间，随着电容器C_A从0V充电至12V，在所选时间间隔处电容器C_A上的电压V_A的曲线图。如本领域中已知的，在频率f处将电容器C充电至电压V所需要的功率为P＝CV²f。存储在电容器C上的相应电荷由Q＝CV给出，并且平均电流由I＝Q/t＝CVf给出。

在操作双电源驱动电路143期间的功率预算具体地可以被理解为以下：

在充电时间间隔144期间，V_A在第一个阶跃145中从0V上升到6V，并且然后在第三个阶跃147中上升到12V之前在第二个阶跃146中保持水平。在第一个阶跃145期间，一些能量由电源V_中间提供以便对电容器C_A充电。针对在完整周期中由V_中间提供的相关联的功率P₁＝1/4CV²f，所提供的电荷为Q₁＝CV/2，并且平均电流为I₁＝Q₁/t＝1/2CVf。在第三个阶跃147期间，由主电源Vcp提供的用于将电容器C_A从V/2充电至V的功率为P₂＝1/2CV²f，电流为I₂＝Q₂/t＝1/2CVf。

在放电时间间隔148期间，V_A在第一个阶跃149中从12V降低到6V，并且然后在第三个阶跃151中降低到0V之前在第二个阶跃150中保持水平。在第一个阶跃149期间，一些电荷从电容器C_A中流失，引起电压V_A从V_cp降低到V_中间，而等于I₃＝-Q₃/t＝-1/2CVf的平均电流进入V_中间电源。因此，恢复到V_中间的功率为P₃＝-1/4CV²f，平衡了阶跃145中损耗的功率P₁。在第三个阶跃151中，电容器C_A被完全放电至接地，从而使得V_A＝0。因此，总功率耗散为P＝1/2CV²f，这只是在使用单电源V_cp时本将需要的功率的50％。

注意，在阶跃145和151期间，接合输出缓冲器132b，而在阶跃147和149期间，接合输出缓冲器132a。阶跃146和150被用作不同时接合输出缓冲器132a，b的安全间隔。

图7A，7B展示了根据本公开的实施例的被称为能量回收的另一种能量节省技术。使用能量回收原理，能量经由非耗散路径在电路中的存储元件之间转移。非耗散路径可以通过用具有电感L的电感器162代替电阻负载来实现。因为所产生的L-C振荡器将能量保存在电感器中，所以在基本上没有能量损耗的情况下，其可以被恢复到电容器。使用能量回收，在每次电容器放电时，理论上能够100％回收存储在电容器中的能量。因此，与电荷在电容器之间转移以及功率沿将一些能量转换成热的耗散路径提供由此招致显著的能量损耗的其他技术相反，术语“回收”在本文中用于指示基本上完全的能量回收。能量回收可以与电荷共享分开或者结合电荷共享使用，考虑存在于能量节省与电路复杂性之间的权衡。

图7A展示了根据本公开的实施例的参考理想化的能量回收电路154的能量回收的原理。能量回收电路154可以用于在+到+转变期间从电容器C中回收能量。在能量回收电路154中，三态输出缓冲器132经由开关137耦合至能量回收轨道160。输出缓冲器132的三个状态是高、低和打开。能量回收轨道160根据图7B中所示出的时序图180驱动电感器L。电容器C表示触摸屏的表征图2中所示出的RC网络的集总电容C_s。电感器L耦合至复合开关164。开关137接合电感器L和复合开关164。复合开关164包括与第二个二极管170和第二个二极管开关173并联耦合的第一个二极管166和第一个二极管开关168。复合开关164由二极管表示，以便提供在操作期间流过的电流的方向的简单说明。然而，本发明不限于此示例。使用例如同步控制的开关的其他实现方式可以在功率节省方面更有效。

能量回收电路154通常操作如下：在时间t₀之前，将驱动线连接至能量回收轨道160的开关137打开，并且电容器C通过输出缓冲器132充电。当能量回收是期望的时，闭合开关137和168，并且将输出缓冲器置于三态，使能量回收电路154变成LC振荡电路。随着电容器C放电，离开电容器C的能量被临时存储在电感器L的磁场中，而电容器C上的电荷被转移到节点174处的电源V_中间。逐渐地，电感器L中的电流I_p升高，达到最大值，并且然后在存在经由电感器L从电容器C到电源V_中间的电荷的渐进式转移的同时开始降低。电感器162上的线圈的数量和其欧姆电阻是影响可以由电感器L捕获和存储的能量的因素。在操作中，具有电感值为2.2μH的0.6mm厚度的CMS感应线圈已经被用作电感器L，以便回收从电容器C离开的能量的70％至80％。具有更大电感的感应线圈可以用于存储更多能量。然而，将更期望将电感器162的大小减小到0.4mm厚度的CMS线圈，以便节省空间并达到更快的响应时间，而不是增加电感器L的大小。电感器L因此可以采用取决于可用面积与期望性能之间的权衡的不同值。例如，电感器L可以是具有多个抽头的可变电感器，并且所选特定抽头可以基于特定操作所期望的电感值。

图7B示出了使用如以上所描述的能量回收电路154的在电容器放电事件期间随时间的电压和电流的曲线图。在时间t₀处开始，电容器上的电压是最大值V_p。时间间隔从t₁到t₃表示高到低转变。在时间t₁处，闭合开关137，并且闭合第一个二极管开关168，以便完成LC电路并开始使电容器C放电。随着电容器C放电，能量回收电路154中流过的电流开始升高，如曲线182所示出的，而电容器C上的电压V_p下降，如曲线184所示出的。在时间t₂处，当已经达到最大电流I_p时，电压V_p继续下降至零，如曲线186所示出的，而电流在已经达到其最大值之后开始减小。在t₃处，电感器中的能量返回到零，并且电容器C的全部电荷量已经转移到电源174。因为电容器C被完全放电，所以电流停止流过能量回收电路154。类似地，在-到+转变期间，开关172将被激活，并且电容器C将从0V充电至12V，从V_中间中获得其能量。因此，在+到-转变期间从电容器C恢复到电源V_中间的能量最终重新用于在-到+转变期间从V_中间向电容器C提供能量。在一个示例中，C＝700pF；L＝2.2μH；时间间隔t₁至t₃＝123ns；并且电流I_p＝1√LC*V_p/2＝107mA。

因为沿着电流路径的寄生电阻(如与二极管和开关、电感器等相关联的电阻)，所以在真实***中能量回收将不会是100％。寄生电阻和触摸面板显示器100的电阻可以集总成单个电阻值R，这将根据以下阻尼率减弱LC电路的振荡：

ζ＝R/2√C/L。(1)

在等式1中，阻尼率zeta(ζ)是集总的寄生电阻R、电容C和电感L的函数。

图8A和图8B展示了考虑这些寄生电阻的能量回收电路154的操作。图8A示出了时序图190，在该时序图中，电压V_p开始沿曲线182下降，但是仅降低到非零最终电压值192，而电流I_p根据曲线194仅上升到最大电流值，该最大电流值小于在图7B中所示出的理想最大电流值187。图8B示出了在分别针对从0.4到3.0范围的阻尼率ζ的不同值202、204、206、208、210、212和214的若干振荡周期期间用于示出RLC电路的欠阻尼和过阻尼响应的作为时间的函数的电流的曲线图。在所示出的示例中，集总的电阻R＝135Ω；总时间间隔t₃至t₁＝123ns；最大值I_p＝107mA，并且阻尼率ζ＝1.2。将L增加到10μH使阻尼率ζ降低到0.24。只要阻尼率远小于1，则能量回收方法优于传统电荷共享方法。

图9展示了使用能量回收收获的能量可以超过使用传统电荷共享收获的能量。图9示出了在非理想条件下能量回收电路154的时序图250，但是其中，在从t₁到t₃的+到-转变和从t₄到t₆的-到+转变期间，能量回收超过50％。图9所示出的在从t₁到t₆的整个时间间隔期间的曲线图表示完整的+到-转变。在时间t₀处开始，电容器C经由输出缓冲器132完全充电，从而使得电容器上的电压处于最大值V_p。在时间t₁处，打开开关137，输出缓冲器132置于三态模式并且闭合第一个二极管开关168，以便完成LC电路并开始使电容器C放电。随着电容器C放电，能量回收电路154中流过的电流开始升高，如曲线232所示出的，而电容器C上的电压V_p下降，如曲线182所示出的。当已经达到最大电流I_p时，电压跨电感器L反转。随着放电过程变慢，电压V_p继续下降，如曲线184所示出的，而电流开始开始减小，如曲线233所示出的。在时间t₂处，电压V_p在非零值V_记录处(在图9中的图示上示出为点220)开始趋于平稳。

在时间t₂处，能量回收完成，并且在时间t₃处必须驱动传输线102以便达到期望的零值。为此，借助于输出缓冲器132将线102拉到地面。针对总周期时间τ＝π√LC，能量回收已经将周期时间延长了约20％。然而，振荡结束时记录的电压V_记录小于V_p/2，这意味着多于50％的能量已经回收。驱动信号仅应用于t₂与t₃之间的短时间间隔。下一个阶跃重新使用在+到-转变期间收获的能量以便执行-到+转变。在时间t₄处，输出缓冲器132仍然保持电容器C接地。在时间t₁处，输出缓冲器132置于三态模式，并且闭合开关137和172。作为响应，电流经由二极管170和电感器L开始从电源V_中间174流向电容器C。在阶段t₄至t₅期间，电压将上升并达到超过V_p/2的V_记录值，而在此时间期间，电感器L中的电流将达到最大值。

图10展示了根据本公开的实施例的基本低功率驱动电路实现方式220。应注意的是，本文中所描述的用于操作触摸面板的包括驱动传输线和读取读取线的方法中的任何方法可以由微处理器222进行计算机实现。微处理器222可以是CPU或专用处理器(如信号处理器)。因此，驱动信号和相关联的电连接和其信号时序可以根据存储在计算机可读存储器224中的微处理器实现指令来确定。此外，微处理器实现指令可以用于生成控制信号并激活触摸控制器226的不同电路中的电子开关。微处理器222、存储器224可以是片上***(SOC)的一部分。触摸控制器226通常作为显示器的一部分被提供。

如图10中所示出的驱动信号T1至T4耦合至触摸控制器226的相应传输线。在低功率驱动电路实现方式220中，双电源驱动和能量回收两者可以选择性地应用于驱动信号。示出了四个典型通道、传输线T1至T4。期望实现双电源驱动和能量回收两者，以便降低与并行驱动和扫描技术相关联的功率损耗。传输线T1至T4中的每条传输线经由如图6A中所示出的缓冲器132a，b通过如图7A中所示出的开关ER_X耦合至公共能量回收轨道160。缓冲器132a，b可以是电源V_p和V_中间提供的三态输出缓冲器。传输线T1至T4然后耦合至对应的电容器C1-C4。尽管图10中仅示出了一个能量回收轨道160和一个电感器L，但是可能期望实现具有耦合至两个或更多个电感器162的两个或更多个能量回收轨道160。多个能量回收轨道160可以在一个模式中被区分开或者在另一个模式中合并。

图11A至图11E示出了在不同模拟驱动条件下在图10中所示出的电路中的具有四条传输线T1，T2，T3和T4的计算机模型的作为时间的函数的驱动电压的曲线图。每条曲线表示在时间间隔d1期间的第一转变-到+或者+到-期间以及在时间间隔d2期间的第二相反的转变+到-或者-到+期间的特定传输线的电压。合起来，两个时间间隔d1和d2表示从-到-或者从+到+的转变。

图11A示出了在没有双驱动或能量回收的益处的正常驱动条件下触摸面板上的驱动电压的曲线图。在初始时间间隔d1期间，曲线253表示从+到-的转变，并且曲线254表示从-到+的转变。在随后的时间间隔d2期间，曲线253表示从-到+的转变，并且曲线254表示从+到-的转变。为了完成这种转变，传输线通过使用单电源提供的它们各自的缓冲器被简单地驱动高或低。在图11A的示例中的正常驱动条件下，所消耗的功率是最高的，大约为30mW。

图11B示出了仅使用双电源的电压的曲线图，其中，能量回收轨道160通过保持开关ER_X打开而被断开。在初始时间间隔d3期间，曲线255表示从+到-的转变，并且曲线256表示从-到+的转变，其中，两个电源连续地在四个电容器的共享时间间隔d3内使用。在随后的时间间隔d4期间，曲线255表示从-到+的转变，并且曲线256表示从+到-的转变。在图11B的示例中，当仅使用双电源驱动来驱动四个输出端时，所消耗的功率大约为15mW。

图11C示出了当能量回收轨道160被接合时，在仅利用能量回收(即使用施加有单个电压的单个缓冲器)的驱动条件下电压的曲线图。曲线257表示从+到-的转变，并且曲线258表示从-到+的转变，其中，能量在时间间隔d5的大部分时间上存储在单个感应线圈中。理想地，由于在时间间隔d5期间能量从四个电容器通过电感器L转移到V_中间，因此能量被保存并且功率损失被最小化。在接近时间间隔d5的结束时，能量回收轨道160通过打开开关ER_x被断开。相关传输线然后通过它们对应的输出缓冲器132驱动高或低。在随后的时间间隔d6期间，曲线257表示从-到+的转变，并且曲线258表示从+到-的转变。在图11C的示例中，当使用能量回收和一个10μH感应线圈通过三个+/-转变和一个-/+转变驱动四个输出端时，所消耗的功率仅为大约13mW。

图11D示出了使用两个输出端的双电源驱动和另外两个输出端的能量回收的组合的电压的曲线图，即，当使用双电源驱动执行四个转变中的两个转变的同时能量回收轨道160通过选择开关ER_C和ER_D来接合单个感应线圈，以便驱动四个电容器中的两个电容器时。在初始时间周期d7期间，曲线259表示从+到-的转变，并且曲线260，261表示从-到+的转变，其中，使用第一电源驱动。同时，功率经由电感器L通过将能量在另外两个电容器与V_中间之间转移而被保存。在接近时间间隔d7的结束时，能量回收轨道通过打开开关ER_C和ER_D被断开。四条传输线T₁至T₄然后通过它们对应的输出缓冲器132驱动高或低。在随后的时间间隔d8期间，曲线259表示从-到+的转变，并且曲线260，261中的每一个表示从+到-的转变。在图11D的示例中，当使用双电源驱动来驱动两个输出端以及使用能量回收和一个10μH感应线圈驱动两个输出端时，所消耗的功率仅为大约12.5mW。由此，使用双电源驱动和能量回收的组合比当使用双电源驱动或能量回收中的任一者驱动这些线中的所有线时消耗更少的功率。图11D中所展示的配置(在该配置中双驱动方法与能量回收结合)在仅接合单个线圈时提供节省功率耗散并且使功率耗散最低的最高能量。

图11E示出了在仅使用能量回收的驱动条件下的功率的曲线图。图11E与使用两条能量回收线、两个10μH感应线圈和四条传输线相关联的二极管和开关实现的驱动电路相对应。在这种条件下，不使用双驱动方法。相反，使用单电源缓冲器，并且两个能量回收轨道通过选择对应的开关来接通感应线圈。在一个实施例中，使用。在初始时间间隔d9期间，曲线262表示从+到-的转变，并且曲线263表示从-到+的转变，其中，能量在时间间隔d9的大部分时间上存储在两个感应线圈中。能量的转移从两个感应线圈中发生，以便对四个负载电容器充电。在接近时间间隔d1的结束时，能量回收轨道通过打开开关ER_x被断开。四条传输线然后通过它们对应的输出缓冲器132驱动高或低。在图11E的示例中，当使用能量回收以及两个10μH感应线圈来驱动所有四条传输线时，功率损耗仅为大约9.5mW，小于使用图11A的正常驱动条件的功率损耗的1/3。

以上所描述的各实施例可以被组合以提供进一步的实施例。在本说明书中所提及的和/或在申请资料表中所列出的所有美国专利、美国专利申请出版物、美国专利申请、国外专利、国外专利申请和非专利出版物都以其全文通过引用结合在此。如有必要，可以对实施例的方面进行修改，以便利用各专利、申请和出版物的概念来提供又进一步实施例。

将理解的是，尽管出于说明的目的在此描述了本公开的具体实施例，但是在不背离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种修改。因此，本公开除由所附权利要求书限制外不受限制。

鉴于以上详细的描述，可以对这些实施例做出这些和其他改变。一般而言，在以下权利要求书中，所使用的术语不应当被解释为将权利要求书局限于本说明书和权利要求书中所披露的特定实施例，而是应当被解释为包括所有可能的实施例、连同这些权利要求有权获得的等效物的整个范围。因此，权利要求书并不受到本公开的限制。

Claims (17)

1.一种触摸屏，包括：

主电源线，被配置为提供主电源电压；

显示器，所述显示器电耦合至所述主电源线；

读取线阵列，所述读取线阵列覆盖在所述显示器上；

传输线阵列，所述传输线阵列覆盖在所述显示器上，所述传输线在横向于所述读取线的方向的方向上延伸，所述传输线和所述读取线在它们彼此重叠的位置创建电容结；以及

多对输出缓冲器，每对输出缓冲器均分别耦合至所述传输线中的相应传输线，每对输出缓冲器均包括第一输出缓冲器和第二输出缓冲器，一对输出缓冲器中的所述第一输出缓冲器具有连接至所述主电源线的第一电源输入和连接至所述相应传输线的输出，所述一对输出缓冲器中的所述第二输出缓冲器具有连接至中间电压电源线的第一电源输入和连接至所述相应传输线的输出，所述一对输出缓冲器中的所述第二输出缓冲器被配置为将所述相应传输线充电至中间电源电压，并且所述一对输出缓冲器中的所述第一输出缓冲器被配置为将所述相应传输线充电至所述主电源电压。

2.如权利要求1所述的触摸屏，进一步包括：

能量回收轨道，所述能量回收轨道可选择地使所述传输线彼此耦合；以及

感应级，所述感应级具有感应线圈，所述感应级耦合至所述能量回收轨道。

3.如权利要求2所述的触摸屏，其中，所述感应级进一步包括将存储在所述感应线圈中的能量传输至所述中间电压电源线的第一个二极管/开关对。

4.如权利要求3所述的触摸屏，其中，所述感应级进一步包括将来自所述中间电压电源线中的能量传输至所述感应线圈的第二个二极管/开关对。

5.如权利要求2所述的触摸屏，其中，所述感应线圈是可以结合所述线圈的不同匝数以便改变能量回收率的可变感应线圈。

6.如权利要求1所述的触摸屏，其中，所述主电源电压来源于移动设备的电池。

7.如权利要求1所述的触摸屏，其中，所述显示器是柔性显示器。

8.一种用于触摸屏的方法，包括：

在第一时间间隔期间将触摸屏控制器的所选传输线耦合至第一电源线，所述所选传输线具有传输线电压，并且所述第一电源线具有第一电源电压；

在第一转变时间间隔期间，等待所述传输线电压达到所述第一电源电压；

将所述所选传输线与所述第一电源线断开连接；

将所述所选传输线连接至第二电源线，所述第二电源线具有第二电源电压，所述第二电源电压不同于所述第一电源电压；以及

在第二转变时间间隔期间，等待所述传输线电压达到所述第二电源电压。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述第一电源电压基本上等于所述第二电源电压的一半。

10.一种触摸屏控制器，包括：

多个负载电容器，所述多个负载电容器耦合至触摸屏；

多条驱动线，所述多条驱动线被配置成用于传输驱动信号以便驱动所述多个负载电容器中的所选负载电容器；以及

多对输出缓冲器，每对输出缓冲器均分别与所述驱动线中的相应驱动线相关联，每对输出缓冲器均包括第一输出缓冲器和第二输出缓冲器，一对输出缓冲器中的所述第一输出缓冲器具有连接至处于电源电压的主电源线的第一电源输入和连接至所述相应驱动线的输出，所述一对输出缓冲器中的所述第二输出缓冲器具有连接至处于中间电压的中间电压电源线的第一电源输入和连接至所述相应驱动线的输出，所述中间电压是低于所述电源电压的电压，所述一对输出缓冲器中的所述第二输出缓冲器被配置为将所述相应驱动线充电至所述中间电压，并且所述一对输出缓冲器中的所述第一输出缓冲器被配置为将所述相应驱动线充电至所述电源电压。

11.如权利要求10所述的触摸屏控制器，进一步包括：

能量回收轨道；以及

多个开关，所述多个开关经由所述能量回收轨道将所述负载电容器耦合至电感器。

12.如权利要求11所述的触摸屏控制器，进一步包括在所述电感器与所述中间电压电源线之间耦合的开关，所述开关用于：

当第一开关闭合时，将功率从所述中间电压电源线引导至所述电感器；以及

当第二开关闭合时，将功率从所述电感器引导至所述中间电压电源。

13.如权利要求12所述的触摸屏控制器，其中，所述第一开关和所述第二开关中的至少一个开关是复合开关。

14.如权利要求12所述的触摸屏控制器，其中，所述第一开关和所述第二开关中的至少一个开关是同步控制开关。

15.一种非瞬态计算机可读存储器，具有存储于其上的指令，所述指令可由微处理器执行，所述微处理器被配置成用于输出控制信号，所述控制信号激活：

在第一时间间隔期间将触摸屏控制器的所选传输线耦合至第一电源线，所述所选传输线具有传输线电压，并且所述第一电源线具有第一电源电压；

在第一转变时间间隔期间，等待所述传输线电压达到所述第一电源电压；

将所述所选传输线与所述第一电源线断开连接；

将所述所选传输线连接至第二电源线，所述第二电源线具有不同于所述第一电源电压的第二电源电压；以及

在第二转变时间间隔期间，等待所述传输线电压达到所述第二电源电压。

16.如权利要求15所述的非瞬态计算机可读存储器，其中，所述控制信号进一步激活：

在第一时间间隔期间将所述触摸屏控制器的所述所选传输线耦合至能量回收轨道，所述能量回收轨道耦合至激励的感应线圈；以及

延长所述转变时间间隔以便允许能量均衡在所述激励的感应线圈与耦合至所述所选传输线的负载电容器之间发生。

17.如权利要求15所述的非瞬态计算机可读存储器，其中，在程序化指令中指定所述时间间隔中的一个或多个时间间隔。

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