CN112394830A - 触摸模拟前端电路及其触摸显示设备 - Google Patents

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Abstract

一种触摸模拟前端电路包含电流输送器和累加器。电流输送器接收第一电压作为操作电压，且根据从触摸显示面板接收到的触摸感测信号来产生电流信号。累加器耦接到电流输送器，接收第二电压作为操作电压，且根据电流信号和参考电压来产生累积结果。第一电压高于第二电压。

Description

触摸模拟前端电路及其触摸显示设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年8月15日提交的美国临时申请第62/886,969号的优先权权益。上文所提及的专利申请的全部内容特此以引用的方式并入本文中且成为本说明书的一部分。
技术领域
本发明涉及用于减少功耗的触摸模拟前端电路和其触摸显示设备。
背景技术
在常规触摸显示装置中，数据驱动电路安置成用于产生多个数据电压以用于驱动触摸显示面板的显示像素，其中数据电压的一部分是正极性且数据电压的另一部分是负极性，且多个触摸模拟前端(analog front-end；AFE)电路安置成且配置成处理来自触摸显示面板上的触摸传感器的触摸感测信号。每一触摸AFE电路的功耗取决于相同的电压范围，所述电压范围通常是数据驱动电路的供应电压范围的一半且仍然是大的消耗。
发明内容
本发明提供可节省更多功率的触摸模拟前端电路和其触摸显示设备。
根据本发明的实施例的，触摸模拟前端电路包含电流输送器和累加器。电流输送器接收第一电压作为操作电压，且根据从触摸显示面板接收到的触摸感测信号来产生电流信号。累加器耦接到电流输送器，接收第二电压作为操作电压，且根据电流信号和参考电压来产生累积结果。第一电压高于第二电压。
根据本发明的另一实施例，触摸显示设备包含显示面板和触摸显示驱动装置。显示面板与触摸传感器阵列集成，其中触摸传感器阵列包含多个触摸电极。触摸显示驱动装置包含用于处理来自触摸传感器阵列的多个触摸感测信号的多个触摸模拟前端电路。每一触摸模拟前端电路包含电流输送器和累加器。电流输送器耦接到触摸传感器阵列的触摸电极以用于从触摸电极接收触摸感测信号，接收第一电压作为操作电压，且根据触摸感测信号来产生电流信号。累加器耦接到电流输送器，接收第二电压作为操作电压，且根据电流信号和参考电压来产生累积结果。第一电压高于第二电压。
总而言之，触摸模拟前端电路的累加器在具有较低电压值的第二电压上操作。累加器的功耗可减小且触摸模拟前端电路的功耗可因此减小。
为了可更好地理解本发明的以上特征和优势，下文参考附图详细地描述实施例。
附图说明
包含随附附图以提供对本发明的进一步理解，且随附附图并入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图示出本发明的实施例，且与描述一起用于解释本发明的原理。
图1是根据本公开的实施例的触摸模拟前端电路的示意图。
图2是根据本公开的另一实施例的触摸模拟前端电路的示意图。
图3是根据本公开的图2中的实施例的触摸模拟前端电路的波形曲线图。
图4是根据本公开的实施例的触摸显示设备的示意图。
附图标记说明
100、200、421、422：触摸模拟前端电路；
110、210、4211、4221：电流输送器；
120、220、4212、4222：累加器；
211、42111、42211：电压跟随器；
212、42112、42212：缓冲器；
400：触摸显示设备；
410：显示面板；
420：触摸显示驱动装置；
ACR：累积结果；
CF1、CF2：电容器；
CS、CS1、CS2：电容器；
GNDA：参考接地电压；
IC：操作电流；
IO：电流信号；
IS1、IS2：输入信号；
OP1、OP2：运算放大器；
MP1、MP2、MN1、MN2：晶体管；
T[n]、T[n+1]：触摸电极；
VB1、VB2：偏置电压；
VCC：第二电压；
VO：输出DC电压；
VOP[n]、VOP[n+1]、VON[n]、VON[n+1]：累积信号；
VDDA：第一电压；
VREF：参考电压；
VTX：触摸驱动信号；
ΔCS、ΔCS1、ΔCS2：电容变化。
具体实施方式
贯穿本申请的说明书(包含权利要求书)的术语“耦接(或连接)”广泛地使用，且涵盖直接和间接的连接或耦接构件。举例来说，如果本公开描述第一设备耦接(或连接)到第二设备，那么应解译为第一设备可直接连接到第二设备，或第一设备可通过其它装置或由某一耦接构件间接连接到第二设备。另外，贯穿本申请的说明书(包含权利要求书)提及的如“第一”和“第二”的术语仅用于命名元件的名称或区分不同实施例或范围，且并不意图限制元件数目的上限或下限，并不意图限制元件的顺序。此外，具有相同参考标号的元件/组件/步骤表示图式和实施例中的相同或类似部分。在不同实施例中具有相同参考标号的元件/组件/符号可参考相关描述。
请参考图1，其是根据本公开的实施例的触摸模拟前端电路的示意图。触摸模拟前端电路100包含电流输送器110和累加器120。电流输送器110接收第一电压VDDA作为操作电压，且接收参考接地电压GNDA。电流输送器110进一步接收输入信号IS1和触摸驱动信号(或称为触摸激励信号)VTX。电流输送器110根据输入信号IS1和触摸驱动信号VTX来产生电流信号IO。累加器120耦接到电流输送器110。累加器120接收电流信号IO作为输入，接收第二电压VCC作为操作电压且进一步接收参考接地电压GNDA。累加器120是电流累加器。累加器120根据电流信号IO和参考电压VREF来产生累积结果ACR。电流输送器110的输出DC电压VO(其是其中电流信号IO输入到累加器120的节点处的电压)可等于参考电压VREF。换句话说，基于参考电压VREF而确定电流输送器210的输出DC电压VO。此处应注意，第一电压VDDA高于第二电压VCC，且电流输送器110和累加器120接收相同的参考接地电压GNDA。通过施加低于电流输送器110的操作电压的操作电压，累加器120的操作电压(VCC)与累加器120的参考接地电压GNDA之间的差减小且累加器120的功耗可减小。如果累加器120的操作电流是IC，那么参考接地电压GNDA是0伏，累加器120的功耗等于IC×VCC，其低于IC×VDDA。
在这一实施例中，触摸驱动信号VTX可以是周期性脉冲信号。触摸驱动信号VTX可由外部信号产生源提供，且在第一电压VDDA下转变。电流输送器110可基于触摸驱动信号VTX通过输送输入信号IS1的电流部分来产生电流信号IO。
另外，由累加器120接收的参考电压VREF可根据第二电压VCC进行预设，且由外部电子装置提供。在本公开的一个实施例中，参考电压VREF可等于
Figure BDA0002630999110000041
如果参考接地电压GNDA是0伏，那么参考电压VREF等于第二电压VCC的一半。此外，累加器120可累积电流信号IO与参考电压VREF之间的差以产生累积结果ACR。
请参考图2，其是根据本公开的另一实施例的触摸模拟前端电路的示意图。触摸模拟前端电路200包含电流输送器210和累加器220。电流输送器210包含电压跟随器211和缓冲器212。电压跟随器211包含运算放大器OP1，其中运算放大器OP1包含输出级电路，所述输出级电路包含晶体管MP1和晶体管MN1。运算放大器OP1具有用于接收触摸驱动信号VTX的正输入端、耦接到触摸电极T[n]以用于接收输入信号IS1的负输入端，其中输入信号IS1可根据触摸电极T[n]上的电容器CS的电容变化ΔCS而改变。
此处应注意，运算放大器OP1接收第一电压VDDA作为操作电压，且接收参考接地电压GNDA。
关于运算放大器OP1的输出级电路，详细地说，晶体管MP1和晶体管MN1串联耦接在第一电压VDDA与参考接地电压GNDA之间。晶体管MP1的第一端接收第一电压VDDA，晶体管MP1的第二端耦接到晶体管MN1的第一端，且晶体管MN1的第二端接收参考接地端GNDA。晶体管MP1和晶体管MN1的控制端分别接收由运算放大器OP1产生的偏置电压VB1和偏置电压VB2。此外，晶体管MP1的第二端和晶体管MN1的第一端耦接到运算放大器OP1的负输入端以形成反馈路径。在这一实施例中，晶体管MP1可以是P型晶体管，且晶体管MN1可以是N型晶体管。
缓冲器212包含晶体管MP2和晶体管MN2。晶体管MP2的第一端接收第一电压VDDA，晶体管MP2的第二端耦接到晶体管MN2的第一端，且晶体管MN2的第二端接收参考接地电压GNDA。晶体管MP2和晶体管MN2的控制端分别接收偏置电压VB1和偏置电压VB2，且晶体管MP2的第二端和晶体管MN2的第一端输出电流信号IO。
另一方面，累加器220包含运算放大器OP2以及电容器CF1和电容器CF2。运算放大器OP2接收第二电压VCC作为操作电压，且接收参考接地电压GNDA。运算放大器OP2的负输入端接收参考电压VREF，且运算放大器OP2的正输入端耦接到电流输送器210以用于接收电流信号IO。运算放大器OP2的正输入端的电压是电流输送器210的输出DC电压VO，其等于参考电压VREF。换句话说，基于参考电压VREF而确定电流输送器210的输出DC电压VO。此外，电容器CF1耦接在运算放大器OP2的第一输出端与负输入端之间，且电容器CF2耦接在运算放大器OP2的第二输出端与正输入端之间。运算放大器OP2的第一输出端和第二输出端分别输出累积信号VOP[n]和累积信号VON[n]，其中累积信号VOP[n]和累积信号VON[n]可以是差分信号，且累积信号VOP[n]与累积信号VON[n]之间的差是累加器220的累积结果。
在此处，运算放大器OP2的操作电流IC流经第二电压VCC和参考接地电压GNDA，且如果参考接地电压GNDA是0伏，累加器220的功耗等于IC×VCC，其低于IC×VDDA。
请参考图2和图3，其中图3是根据本公开的图2中的实施例的触摸模拟前端电路的波形曲线图。在图3中，电流输送器210基于第一电压VDDA和参考接地电压GNDA而操作，其中第一电压VDDA高于参考接地电压GNDA。由电流输送器210接收的触摸驱动信号VTX在第一电压VDDA与参考接地电压GNDA之间转变。
另一方面，累加器220基于第二电压VCC和参考接地电压GNDA而操作，其中第二电压VCC低于第一电压VDDA，且第二电压VCC高于参考接地电压GNDA。此外，参考电压VREF设置为低于第二电压VCC且高于参考接地电压GNDA，且电流信号VO可在第二电压VCC与参考接地电压GNDA之间转变。在一个实施例中，参考接地电压GNDA可以是0伏，且参考电压VREF可设置为等于第二电压VCC的一半。通过运算放大器OP2的操作，在稳定状态中，电流信号IO的电压电平(其是电流输送器210的输出电压)可等于参考电压VREF。如在不稳定状态中，电流信号IO的电压电平可基于参考电压VREF而改变。因此，累加器220的功耗可减小到VCC×IC。
在本实施例中，电流输送器210基于第一电压VDDA而操作，且电子组件(如运算放大器OP1和晶体管MP1、晶体管MP2、晶体管MN1以及晶体管MN2)具有第一耐压。累加器220基于第二电压VCC而操作，且电子组件(如运算放大器OP2和电容器CF1以及电容器CF2)具有第二耐压。由于第一电压VDDA高于第二电压VCC，第二耐压低于第一耐压。如，累加器220的线路大小可减小，且触摸模拟前端电路200的主要成本也可减小。
请参考图4，其是根据本公开的实施例的触摸显示设备的示意图。触摸显示设备400包含显示面板410和触摸显示驱动装置420。显示面板410与触摸传感器阵列集成，称为触摸显示面板，其中触摸传感器阵列包含多个触摸电极，包含触摸电极T[n]和触摸电极T[n+1]。在此处，图4中未示出显示像素，且显示面板410中的显示像素可由本领域中的技术人员所已知的方案配置，此处不特定限制。
触摸显示驱动装置420包含多个触摸模拟前端电路421和触摸模拟前端电路422。触摸模拟前端电路421包含电流输送器4211和累加器4212。电流输送器4211包含电压跟随器42111和缓冲器42112。此外，触摸模拟前端电路422包含电流输送器4221和累加器4222。电流输送器4221包含电压跟随器42211和缓冲器42212。
此处应注意，触摸模拟前端电路421和触摸模拟前端电路422的电路结构相同，且触摸模拟前端电路421和触摸模拟前端电路422中的每一个的电路结构等于图2的实施例中的触摸模拟前端电路200。
触摸模拟前端电路421和触摸模拟前端电路422分别耦接到触摸电极T[n]和触摸电极T[n+1]。输入信号IS1和输入信号IS2根据分别在触摸电极T[n]和触摸电极T[n+1]上的电容器CS1和CS2的电容变化ΔCS1和ΔCS2来产生。触摸模拟前端电路421和触摸模拟前端电路422分别接收输入信号IS1和输入信号IS2，且分别产生累积信号VOP[n]、累积信号VON[n]以及累积信号VOP[n+1]、累积信号VON[n+1]。
在本实施例中，累加器4212和累加器4222基于低于第一电压VDDA的第二电压VCC而操作。也就是说，累加器4212的功耗(＝VCC×IC1)和累加器4222的功耗(＝VCC×IC2)可减小，其中IC1和IC2分别是累加器4212和累加器4222的操作电流。
总之，本实施例的触摸模拟前端电路提供基于第二电压操作的累加器，所述第二电压低于由电流输送器接收的第一电压。通过减小操作电压，累加器的功耗可减小。此外，累加器可由具有较低耐压的电子组件建构，且累加器的线路大小可对应地减小以用于减小触摸模拟前端电路的主要成本。
本领域的技术人员将明白，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可对所公开实施例的结构进行各种修改和改变。鉴于前述内容，希望本公开涵盖属于所附权利要求书和其等效物的范围内的本公开的修改和改变。

Claims (14)

1.一种触摸模拟前端电路，包括：
电流输送器，接收第一电压作为操作电压，且根据从触摸显示面板接收到的触摸感测信号来产生电流信号；
累加器，耦接到所述电流输送器，接收第二电压作为操作电压，且根据所述电流信号和参考电压来产生累积结果，
其中所述第一电压高于所述第二电压。
2.根据权利要求1所述的触摸模拟前端电路，其中所述参考电压低于所述第二电压。
3.根据权利要求2所述的触摸模拟前端电路，其中所述参考电压等于所述第二电压的一半。
4.根据权利要求1所述的触摸模拟前端电路，其中所述电流输送器包括：
电压跟随器，具有用于接收所述触摸感测信号的负输入端、用于接收触摸驱动信号的正输入端以及耦接到所述负输入端的输出端，其中所述电压跟随器产生所述电流信号，且其中所述电压跟随器包括耦接到第一偏置电压和第二偏置电压的输出级电路；以及
缓冲器，耦接到所述第一偏置电压和所述第二偏置电压，且将所述电流信号转移至所述累加器。
5.根据权利要求4所述的触摸模拟前端电路，其中所述运算放大器的所述输出级电路包括：
第一晶体管，具有接收所述第一电压的第一端、耦接到所述运算放大器的所述负输入端的第二端以及接收所述第一偏置电压的控制端；以及
第二晶体管，具有耦接到所述第一晶体管的所述第二端的第一端、耦接到参考接地端的第二端以及接收所述第二偏置电压的控制端。
6.根据权利要求4所述的触摸模拟前端电路，其中所述缓冲器包括：
第一晶体管，具有接收所述第一电压的第一端、产生所述电流信号的第二端以及接收所述第一偏置电压的控制端；以及
第二晶体管，具有耦接到所述第一晶体管的所述第二端的第一端、耦接到参考接地端的第二端以及接收所述第二偏置电压的控制端。
7.根据权利要求1所述的触摸模拟前端电路，其中所述累加器包括：
运算放大器，具有用于接收所述参考电压的负输入端、用于接收所述电流信号的正输入端、用于输出第一累积信号的第一输出端以及用于输出第二累积信号的第二输出端，其中所述累积结果是所述第一累积信号与所述第二累积信号之间的差；
第一电容器，耦接在所述运算放大器的所述第一输出端与所述负输入端之间；以及
第二电容器，耦接在所述运算放大器的第二输出端与所述正输入端之间。
8.根据权利要求1所述的触摸模拟前端电路，其中所述电流输送器的电子组件具有第一耐压，所述累加器的电子组件具有第二耐压，且所述第二耐压低于所述第一耐压。
9.一种触摸显示设备，包括：
显示面板，与触摸传感器阵列集成，其中所述触摸传感器阵列包括多个触摸电极；以及
触摸显示驱动装置，包含用于处理来自所述触摸传感器阵列的多个触摸感测信号的多个触摸模拟前端电路，其中每一触摸模拟前端电路包括：
电流输送器，耦接到所述触摸传感器阵列的触摸电极以用于从所述触摸电极接收触摸感测信号，接收第一电压作为操作电压，且根据所述触摸感测信号和触摸驱动信号来产生电流信号；
累加器，耦接到所述电流输送器，接收第二电压作为操作电压，且根据所述电流信号和参考电压来产生累积结果，
其中所述第一电压高于所述第二电压，且所述触摸驱动信号包括周期性脉冲信号。
10.根据权利要求9所述的触摸显示设备，其中所述参考电压低于所述第二电压。
11.根据权利要求10所述的触摸显示设备，其中所述参考电压等于所述第二电压的一半。
12.根据权利要求10所述的触摸显示设备，其中所述电流输送器包括：
电压跟随器，具有用于接收所述触摸感测信号的负输入端、用于接收触摸驱动信号的正输入端以及耦接到所述负输入端的输出端，其中所述电压跟随器包括耦接到第一偏置电压和第二偏置电压的输出级电路；以及
缓冲器，耦接到所述第一偏置电压和所述第二偏置电压，且将所述电流信号转移至所述累加器。
13.根据权利要求9所述的触摸显示设备，其中所述累加器包括：
运算放大器，具有用于接收所述参考电压的负输入端、用于接收所述电流信号的正输入端以及用于输出第一累积信号的第一输出端；
第一电容器，耦接在所述运算放大器的所述第一输出端与所述负输入端之间；以及
第二电容器，耦接在所述运算放大器的第二输出端与所述正输入端之间，
其中所述第二输出端输出第二累积信号，且所述第一累积信号和所述第二累积信号是差分信号。
14.根据权利要求9所述的触摸显示设备，其中所述电流输送器的电子组件具有第一耐压，所述累加器的电子组件具有第二耐压，且所述第二耐压低于所述第一耐压。
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