TW201218053A - Control device for a touch panel - Google Patents

Description

201218053 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種適用於觸控面板的控制裝置。 【先前技術】 觸控面板目前業已廣泛應用於家電用品、通訊裝置及 電子資訊裝置等領域上。觸控面板通常應用於個人數位助 理（PDA)、電子產品及遊戲機等輸入介面。現今觸控面板和 顯示幕的整合趨勢可允許使用者以手指或接觸筆選取面板 上顯示之代表圖像（icon) ’如此可使個人數位助理、電子產 口口及遊戲機執行吾好之功能。此種觸控面板亦可應用於公 共資訊查詢系統’以使公眾能更有效率的操作系統。 為能有效偵測使用者以手指或接觸筆所觸碰面板的正 破位置，觸控面板現已發展出多種技術。舉例而言，觸控 面板可以设§十為一電容式觸控面板’其定位原理是利用埋 設於觸控面板内的感應網格之電容的變化來判斷接觸點的 位置。除了上述電容式觸控面板外，根據不岗的感應原理 ，觸控面板另包含電阻式觸控面板、光學式觸控面板和音 波式觸控面板。 圖1顯示一習知觸控面板1〇的示意圖。該觸控面板1〇 包括複數條X方向感測線xl_Xm和複數條γ方向感測線 Yl-Yn ’其中111與η為相異或相同的正整數。該些X方向感測 線Xl-Xm和Υ方向感測線γι_γη埋設於該觸控面板1〇中的 不同層。參考圖1，該些χ方向感測線xl_Xm和Υ方向感測 線Yl-Yn係交錯排列，藉以形成一感應網格。在該感應網格 201218053 中’複數個交互電容（mutual capacitor)(未繪出）形成於每一 X方向感測線和每一 Y方向感測線之間，複數個寄生電容（ 未繪出）形成於每一 X方向感測線和地端（gr〇und)之間。 在操作時’一驅動信號（通常為一方波信號）輸入至X方 向感測線或Y方向感測線。藉由交互電容的耦合效應，複數 個感應電壓將產生在對應的γ方向感測線或χ方向感測線 上。由於該些感應電壓其值會隨使用者與感測線的觸碰而

改變’故藉由偵測該些感應電壓的差值，即可得知使用者 的觸控位置。 然而，由於觸控面板内部的寄生電容和感測線本身的 電阻，該些感應電壓在經過一段延遲時間後方能到達一穩 定而可量測的電壓。該延遲時間嚴重地影響驅動信號的二 作頻率和感應電壓的偵測時間，且上述問題會隨著觸控面 板尺寸的加大而更加凸顯。因此，有必要提出一種適用於 觸控面板的控制裝置以符合業界需求。 【發明内容】 本發明揭示一種觸控面板的控制裝置。該觸控面板包 含複數條第一方向感測線和複數條第二方向感測線，該^ 第-方向感測線和該第二方向感測線係交錯設置。該控制 裝置包含-時脈產生電路、一選擇模組、一驅動信號產生 電路、-數位至類比轉換模組、第—和第二電容和 偵測電路。 I動 ^ …&炫工％吩低佩一参考 脈信號產生-第-時脈信號和—第三時脈信號。該第 201218053

脈信號的頻率等於該參考時脈信號的頻率，該第三時脈信 號的頻率為該參考時脈信號頻率的一半，且該第三時脈信 號的相位領先該第—時脈信號。該選擇模組根據—預定掃 描项序於該等第一方向感測線或該等第二方向感測線中選 擇欲里測的感測線，並根據該第一時脈信號產生一第一電 壓和一第二電壓。該驅動信號產生電路根據該參考時脈信 號產生一驅動信號，藉以施加至該等欲量測的感測線以外 的其他感測線，其中該驅動信號具有_第一驅動電壓位準 和：第二驅動電壓位準，且該驅動信號的頻率為該參考時 脈號的頻率的—半^該數位至類比轉換模組根據一比較 號該第時脈信號和該第三時脈信號以選擇性地產生 一第三電壓或-第四電壓。該第-電容耦接於該選擇模組 與-差動偵測電路之間，用以反應該第三電壓的變化量至 =第電壓’而該第二電容輕接於該選擇模組與該差動偵 電路之間’用以反應該第四電壓的變化量至該第二電壓 :該差動摘測電路债測該第一和第二電壓以產生該比較信 根據本發明一實施例，該預定掃描順序包含一第一 描和跟隨該第一掃描的— 掃描時㈣笛 '第-掃描。該選擇模組在該第 、一和第二感測線而連接至該第一和第二電 二Ϊ該第：掃描時選擇第三和第四感測線而連接至該 排列或。該第一、第二、第三和第四感測線為依 第四：丨，該第一和第三感測線為間隔排列，該第二 ’ι 線為間隔排列’且該第二感測線鄰近該第一感 201218053 線。 【實施方式】 圖2顯不本發明一實施例之觸控輸入裝置20的方塊示 意圖。該觸控輸入裝置2〇包含一觸控面板22和一控制裝置 200，其中該控制裝置2〇〇用以偵測該觸控面板22的觸控狀 態。該觸控面板22包括複數條χ方向感測線Xi_Xiq和複數條 Y方向感測線。該等χ方向感測線Χι_Χι❶和該等γ方向 感測線Υ^Υη)埋設於該觸控面板22中的不同層。參考圖2， 該些X方向感測線Uu和該些Υ方向感測線係交錯 排列，藉以形成，但不限定於一井字狀網格。在該井字狀 網格中，複數個交互電容（未繪出）形成於每一 χ方向感測線 與每一 Y方向感測線之間。 該控制裝置200包含一時脈產生電路24、一驅動信號產 生電路26、一選擇模組28、一數位至類比轉換模組儿、電 谷32和34和一差動偵測電路36。該時脈產生電路24根據一 參考時脈信號CLK_ref的一昇緣產生一時脈信號CLKi和一 時脈信號CLK：3至該數位至類比轉換模組3〇。該時脈信號 CLK3的頻率為該參考時脈信號CLK_ref頻率的一半，且其 相位稍微領先該時脈信號CLKl。該驅動信號產生電路26根 據該參考時脈信號CLK_ref的一降緣產生一驅動信號DRV 至該觸控面板22。該驅動信號DRV的頻率為該參考時脈信 號CLK一ref頻率的一半。該選擇模組28用以根據一預定掃描 順序於該等χ方向感測線Xl_XlQ和該等γ方向感測線Υι_Υι〇 中選擇欲量測的感測線，並根據該第一時脈信號(：]：1^產生 201218053 電壓V!和電壓V2至該差動偵測電路36。 該差動偵測電路3 6可以是，但不限定於，一電壓比較 器’該差動偵測電路36偵測電壓乂!和V2以產生一比較信號 S〇ut。該數位至類比轉換模組30根據該比較信號選擇性 地產生電壓Vs或電壓V4至該些電容32和34。該些電壓V3或 電壓V4的變化量藉由該些電容32和34反應至電壓Vi和乂2。 圖3顯示本發明一實施例之該選擇模組28的細部電路 示意圖。參照圖3 ’該選擇模組28包含多個多工器282-288 。該等多工器282和284耦接於該驅動信號產生電路26和該 觸控面板22之間’且該等多工器286和288耦接於該觸控面 板22以及該差動偵測電路36之間。 圖4顯示本發明一實施例之該數位至類比轉換模組3〇 的細部電路示意圖。該數位至類比轉換模組30包含一邏輯 電路302、一數位至類比轉換器3〇4和多個多工器3〇631〇。 參照圖4,該邏輯電路3〇2接收該比較信號％“，藉以依序輸 出該N位元信號至該數位至類比轉換器3〇4。該多工器3 1〇 根據該時脈信號C L K3選擇性地輸出電源電壓V D D或接地電 壓GND至該等多工器3〇6和3〇8。該等多工器3〇6和3〇8耦接 於該數位至類比轉換器3〇4，其根據該比較信號Scm和該時 脈信號CLK!輸出電壓心或電壓V4至該些電容32和34。 圖5顯示本發明一實施例之觸控輸入裝置20的波形圖 > ’系圖5，該時脈信號CLK!具有一固定之時間間隔ts，且 母一時間間隔Ts由一第一持續時間Tdl、一第二持續時間 T1和跟隨該第一持續時間Tdi和第二持續時間τι的連續 201218053 脈成。在本發明一實施例中’該連續脈波為8個脈波 以：輸入裝置20根據-預定掃描順序、該時脈信號 CLKi、》時脈信號CLK2、該時脈信號CLK3和該驅動信號 刪而運作。圖7顯示本發明-實施例之—預定掃描順序， 而圖8顯示本發明另一實施例之另—預定掃描順序。該掃描 順序在先巾請案「觸控輸人裝置及其掃描方法」（台灣申請 案號〇99127G43’中請日2⑽年8月13日）中有更詳盡之描^

。猎由圖5的波形圖和圖7至圖8的掃描順序該觸控輸入裝 置20的工作方式說明如下。 在本發明一實施例中，首先，在進行第一次掃描時， 該差動偵測電路36的正端輸入和負端輸入之電壓在該第— 持續時間T1内會先重置至一設定電壓。參考圖9，在時脈 仏號（^尺2為低邏輯位準時，開關4〇及42會導通，使得該差 動偵測電路36的正端輸入和負端輸入之電壓重置至該驅動 電壓DRV。參考圖5，該時脈信號CLK2在第一持續時間Tdi 產生該低邏輯信號。或者，參考圖1〇，該差動偵測電路％ 的正端輪入和負端輸入之電壓會藉由一多工器44以由時脈 信號CLK：3選擇重置至電源電壓vDD或接地電壓GND。 在第一次掃描時’根據圖5所示的預定掃描順序，該選 擇模組28選擇感測線&和又2為初始量測通道。因此，該驅 動信號DRV透過該些多工器282和284耦接至感測線χ2 以外的其他感測線，而感測線又〗和A上的電壓個別透過多 工器286和288輸出至電容32和34。該些感測線χ2上的 電壓在時脈信號CLK!的第二持續時間Td2内到達一穩定電 201218053 壓。該第二持續時間Tt之長度是由該觸控面板22之一電阻 電容延遲時間來決定。影響該電阻電容延遲時間的可能因 素為感測線的電阻值和觸控面板内部的寄生電容等。 此外，在該第一持續時間丁七和第二持續時間Td2内， 該些電壓Vs和V4由該多工器31〇所決定。在本實施例中，由 於該時脈信號CLK3此時為高邏輯位準，故該些電壓乂3和乂4 設定為電源電壓VDD。在該第一持續時間Tdl和第二持續時 間Tdz内’驅動信號DRV自第一驅動電壓位準（此例為接地電 壓）轉態為第二驅動電壓位準（此例為電源電壓vDD)。該差動 债測電路36在該第二持續時間Td2内比較電壓Vi和V2之大 小後產生輸出該比較信號s〇ut。由於該時脈信號cLK3為高 邏輯位準，故該邏輯電路302在該第二持續時間Td2結束時 鎖存該比較信號S。"。舉例而言，若感測線χ2被觸控或觸控 面積較多，而感測線Xi未被觸控或觸控面積較少，則該邏 輯電路302鎖存一高邏輯位準。該數位至類比轉換器3〇4根 據該尚邏輯位準輸出一小於電源電壓vDD的電壓，且該多工 益3 06根據該高邏輯位準而致能。該電容32反應該減少的電 壓至該電壓V, ’使得該差動偵測電路36在該連續脈波期間 更新該比較信號8。^。該邏輯電路3〇2包含一連續漸近暫存 盗（Successive Approximati〇n Register，SAR)，其根據—二 元搜尋演异法以逐位元控制該數位至類比轉換器3〇4的輸 出。該數位至類比轉換模組3〇在該連續脈波期間的運作在 先申睛案「觸控輸入電子裝置」（台灣申請案號991〇9924， 申請日20 10年3月31日）中有更詳盡之描述。 t si 10 201218053 參考圖5和圖9。在進行第二次掃描時，該時脈信號 CLK：2在該第一持續時間Td!内出現低邏輯位準，使得該差動 偵測電路36的正端輸入和負端輸入之電壓重置至該驅動電 壓DRV。根據圖5所示的預定掃描順序，該選擇模組28選擇 感測線X3和X4為量測通道。因此，該驅動信號DRV透過該 些多工器282和284耦接至感測線\和&以外的其他感測線 ，而感測線X3和X4上的電壓個別透過多工器286和288輸出 至電容32和34。 在該第二次掃描的第一持續時間Tdi和第二持續時間 Tt内，由於該時脈信號CLK3為低邏輯位準，故該些電壓 Vs和V4設定為接地電壓GND。在該第一持續時間Tdi和第二 持續時間Tt内，驅動信號DRV自第二驅動電壓位準轉態為 第一驅動電壓位準。該差動偵測電路36在該第二持續時間 Td2内比較感測線X3和X4上的電壓以產生該輪出信號s 。 由於該時脈信號CLK;為低邏輯位準，故該邏輯電路3〇2在 該第二持續時間Td2結束時鎖存該比較信號s。"的互補信號 。舉例而言，若感測線X3被觸控或觸控面積較多，而感測 線X4未被觸控或觸控面積較少，則該邏輯電路3〇2鎖存—低 邏輯位準。該數位至類比轉換器3〇4根據該低邏輯位準輪出 一大於接地電壓GND的電壓，且該多工器3〇8根據該低邏輯 位準而輸出該數位至類比轉換器之類比信號至電容34。該 電容34反應增加的電壓至該電壓V2，使得該差動偵測電路 36在該連續脈波期間更新該比較信號Scut。依類似的操作方 法，在該時脈信號CLK】的第二持續時間τι和連續脈波期間 201218053 該數位至類比轉換模組3 〇完成n位元信號之輸出。 圖6顯示本發明另一實施例之觸控輸入裝置2〇的波形 圖。在實施例中，在進行第二次掃描時的第一持續時間丁山 和第二持續時間ΤΙ内，該些電壓％和％根據低邏輯位準的 k夺脈彳„號CLK：3设定為電源電壓vDD。該差動偵測電路3 6 在該第二持續時間内比較感測線&和&上的電壓以產 生該輸出信號s。^。該邏輯電路302在該第二持續時間Td2 結束時不論驅動信號的電壓位準均鎖存該比較信號^。亦 即，在感測線X3被觸控或觸控面積較多，且感測線&未被 觸控或觸控面積較少，該邏輯電路302將鎖存一高邏輯位準 。該數位至類比轉換器304根據該高邏輯位準輪出一小於電 源電壓vDD的電壓，且該多工器306根據該高邏輯位準而輸 出該數位至類比轉換器之類比信號至電容32。該電容32反 應減、的電壓至該電廢，使得該差動彳貞測電路3 6在該連 續脈波期間更新該比較信號S(>ut。依類似的操作方法，在該 時脈信號CLh的第二持續時間τι和連續脈波期間，該數位 至類比轉換模組30完成N位元信號之輸出。 根據本發明所提供之控制裝置200和特定掃描順序，在 該觸控面板22進行第二次掃描前，該等又方向感測線 和該等Y方向感測線u1()上的電壓不需重置至第一驅動 電壓位準（此例為接地電壓），且該觸控面板22在進行第二次 掃描時，該等X方向感測線Xl_XlQ和該等γ方向感測線 Υΐ-Υΐο上的電壓不需重置至第二驅動電壓位準（此例為電源 電壓VDD)，故該觸控面板22的感測速度可以大幅的提升。 12 201218053 本發明之技術内容及技術特點已揭示如上，然而熟悉 本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種 不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範 圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明 之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。 【圖式簡要說明】 圖1顯示一習知觸控面板的示意圖； 圖2顯示本發明一實施例之觸控輸入裝置的方塊示意 ，圖； & 圖3顯示本發明一實施例之該選擇模組的細部電路示 意圖； 圖4顯示本發明一實施例之該數位至類比轉換模組的 細部電路示意圖； 圖5顯示本發明一實施例之觸控輸入裝置的波形圖； 圖6顯示本發明另—實施例之觸控輸人裝置的波形圖； . 圖7顯示本發明一實施例之一預定掃描順序； 圖8顯不本發明另一實施例之另一預定掃描順序； 圖9顯示本發明一實施例之一重置電路；及. 圖1〇顯示本發明另一實施例之一重置電路。 【主要元件符號說明】 10 觸控面板 20 觸控輸入裝置 2〇〇 控制裝置 22 觸控面板 [S] 13 201218053

24 時脈產生電路 26 驅動信號產生電路 28 選擇模組 282〜288 多工器 30 數位至類比轉換模組 302 邏輯電路 304 數位至類比轉換器 306〜310 多工器 32 電容 34 電容 36 差動偵測電路 40〜42 開關 44 多工器

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Claims (1)

1. 201218053 七、申請專利範園： L數裝1，、應用於-觸控面板中，該觸控面板包含複 八 方向感測線和複數條第二方向感測線，該等第一 方向感測線和該第二方向感測線係交錯設置，該控制裝置 包含： （ 時脈產生電路，用以根據一參考時脈信號產生一第 7時脈仏號和第三時脈信號，其中該第-時脈信號的頻率 等於=參考時脈信號的頻率，該第三時脈信號的頻率為該 > #考時脈㈣頻率的__半，且該第三時脈信號的相位領先 該第一時脈信號； 選擇模組，用以根據一預定掃描順序於該等第一方 向感測線或該等第二方向感測線中選擇欲量測的感測 線，並根據該第一時脈信號產生一第一電壓和一第二電 壓； 一驅動信號產生電路，用以根據該參考時脈信號產生 一驅動、號’藉以施加至該等欲量測的感測線以外的其他 感測線’其中該驅動信號具有一第一驅動電壓位準和一第 二驅動電壓位準，且該驅動信號的頻率為該參考時脈信號 的頻率的一半； 一數位至類比轉換模組，其根據一比較信號、該第一 時脈信號和該第三時脈信號以選擇性地產生一第三電壓 或一第四電壓； 一第一電容，搞接於該選擇模組與一差動偵測電路之 間，用以反應該第二電壓的變化量至該第一電歷； 一第二電容’耦接於該選擇模組與該差動偵測電路之 15 201218053 間，用以反應該第四電壓的變化量至 該差動伯測電路，用以伯測該第二-電屋；以及 該比較信號； 第—電壓以產至 二中該預定掃描順序包含—第—掃描和跟 田第一㈣’該選擇模叙在該第—掃擇—掃 苐一感測線而連接至該第一和 、擇第一和 時選擇第三和第四感測線而連接至該二和在第該第二掃插 第一和第三减測線為線為依序排列，或者該 隔排列，且= = 第_測線為間 該第一感測線鄰近該第一感測線。 2· 2據請求们之控制裝置，其中該數位至類比轉換模 職心§號’該Ν位元信號代表該觸控面板之-電Γ 變化量。 似'、书谷 3.

   根據請求項2之控制裝置，纟中該第-時脈信號具有固定 之時間間隔，每—時間間隔由第-和第二持續時間和跟隨 該第二持續時間的連續脈波所構成，該時脈產生電路根據 該觸控面板之—電阻電容延遲時間來決定該第二持續時 門之長度而在該時間間隔内，該差動偵測電路完成對該 電各變化量之偵測，且該數位至類比轉換模組完成該Ν位 元信號之輸出。 4.根據清求項3之控制裝置，其中該時脈產生電路產生—第 一時脈仏號’用以在該第一持續時間内重置該差動偵測電 路的輸入端之電壓至該驅動信號。 5.根據請求項3之控制裝置，其中該控制裝置更包含一重置 電麗選擇多工器’該重置電壓選擇多工器根據該第三時脈 201218053 信號選擇輸出一電源電壓或一接地電壓，而該差動偵測電 路的輸入端之電壓在該第一持續時間内重置至該重置電 壓選擇多工器之輸出電壓。 6.根據請求項1之控制裝置，其中該選擇模組包含·· 一第 ^工器，麵接於該驅動信號產生電路和該觸控 面板的該等第一方向感測線之間，用以根據該預定掃描順 序將該驅動彳§號耦接至該等欲量測的感測線以外的其他 感測線； • 一第二多工器，耦接於該驅動信號產生電路和該觸控 面板的該等第二方向感測線之間，用以根據該預定掃描順 序該驅動信號耦接至該等欲量測的感測線以外的其他感 測線； 一第二多工器’耦接於該觸控面板以及該差動偵測電 路之間’用以根據該預定掃描順序選擇該等欲量測的感測 線之其中一者至該差動偵測電路；以及 一第四多工器’輕接於該觸控面板以及該差動偵測電 # 路之間’用以根據該預定掃描順序選擇該等欲量測的感測 線之另一者至該差動偵測電路。 根據吻求項3之控制裝置，其中該數位至類比轉換模組更 包含： 邏輯電路’用以接收該比較信號，以在該時間間隔 内依序輸出該Ν位元信號； 數位至類比轉換器’耦接於該邏輯電路，以根據該Ν 位元k號依序輸出一類比信號； —第五多工器，用以根據該驅動信號輸出一第—設定 [S1 17 201218053 電壓或—第二設定電壓； 第、多工n，純於該數位至類比轉換器，用以在 該：：和：二持續時間内輸出該第一或第二設定電星至 該電容，且在該連續脈波期間根據該比較信號和該第 一％ = k號輸出該類比信號至該第一電容；以及 弟七多工器，耦接於該數位至類比轉換器，用以在 該f:和：二持續時間内輪出該第-或第二設定電堡至 該弟-電容，且在該連續脈波期間根據該比較信號和該第 φ 一時脈彳1號輪出該類比信號至該第二電容； “其中當該第六多卫器輸出該數位至類比轉換器之類比 心唬至該第一電容時，該第七多工器輸出該第一或第二讯 定㈣至該第二電容，而當該第七多工器輸出該數位：： =換=類比信號至該第二電容時，該第六多工器輸出 兹弟一或第二設定電壓至該第一電容。 8·根^求項7之控制裝置，其中在該第一掃描時，該驅動 該第一驅動電廢位準轉態為該第二驅動電塵位 # 準’該第三和第四電壓於該第一和第二持續時間時位於一 第一設定電壓位準，該邏輯電路在該第二持續時間結束時 鎖存該比較信號’且該鎖存值決定致能該第六多工器或該 第七多工器以輸出該數位至類比轉換器之類比信號。" 9.根據請求項8之控制裝置，其中在該第二掃描時°，’該驅動 信號由該第二驅動電壓位準轉態為該第_驅動電壓仇 準’該第三和第四電壓於該第一和第二持續時間時位於一 第二設定電壓位準，該邏輯電路在該第二持續時間結束時 鎖存該比較信號的互補信號，且該鎖存值決定致能該第六 18 1 201218053 多工器或該第七多工哭w认山 器以輸出該數位至類比轉換器之類 比信號。 1〇.=據請求項8之控制裝置，其中在該第二掃描時，該驅動 k號位於由㈣二驅動電壓位準轉態為該驅 位準’該第三和第四電麗於該第一和第二持續時間時 第一設定電壓位準，該邏輯電路在該第二持續時間=於 鎖存該比較信號，且該鎖存值決定致能該第六客 束時 器或j兮' 第七多工器以輸出該數位至類比轉換器之類比作號 〇Λ

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