TWI401599B - 電容式觸控面板的感測電路 - Google Patents

電容式觸控面板的感測電路 Download PDF

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TWI401599B
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Description

電容式觸控面板的感測電路
本發明是有關於一種觸控面板(touch panel)的感測電路，且特別是有關於一種電容式觸控面板(capacitive touch panel)的感測電路。
請參照第一圖，其所繪示為習知電容式觸控面板系統示意圖。電容式觸控面板系統包括：驅動單元(driving unit)u1～u6、感測電路(sensing circuit)s1～s6、以及一觸控面板。其中，觸控式面板上包括不相接觸的驅動電極(driven electrode)d1～d6以及接收電極(receiving electrode)r1～r6，而每個驅動電極d1～d6連接至相對應驅動單元u1～u6輸出端，每個接收電極r1～r6連接至相對應的感測電路s1～s6輸入端。再者，不相互接觸的驅動電極d1～d6與接收電極r1～r6會產生互電容(mutual capacitance)Cs11～Cs66。當然，第一圖的電容式觸控面板僅以六條驅動電極d1～d6以及六條接收電極r1～r6為例，更多的驅動電極以及接收電極所組成的電容式觸控面板其結構也類似，因此不再贅述。
第一圖的電容式觸控面板可作為多點觸控(multi-finger)的觸控面板。其操作原理係利用互電容的數值(電容值)改變，來計算使用者所接觸的位置。一般來說，當使用者在電容式觸控面板上產生一接觸點(touch point)時，接觸點位置處的互電容數值(電容值)會改變，此時，提供一驅動信號至該互電容，其充電的電荷量會相對應的改變。而感測電路即利用此特性來偵測電荷量的改變，藉由電壓訊號的變化判斷互感電容的大小變化，再由互感電容的大小變化來判斷是否有接地導體靠近或接觸觸控面板的位置。當然，由於電荷量(Q)、電壓(V)與電容值(C)之間的關係為Q=C×V，因此，感測電路也可以提供電壓的改變，使得後續電路根據電壓的改變量來決定使用者接觸點的位置。
由第一圖可知，六個驅動信號P1～P6會依序提供一脈波(pulse)，經由驅動單元u1～u6傳遞至驅動電極d1～d6。由於驅動電極d1～d6與接收電極r1～r6之間會有互電容Cs11～Cs66，所以互電容Cs11～Cs66上的感應電荷量(coupling charge)會經由接收電極r1～r6傳遞至相對應的感測電路s1～s6。因此，感測電路s1～s6可以產生相對應的輸出電壓Vo1～Vo6。
以第一驅動信號P1為例，於一驅動週期(T)內產生的脈波會對第一驅動電極d1上的互電感Cs11～Cs16進行充電，同時互電感Cs11～Cs16上的感應電荷會經由接收電極r1～r6傳遞至感測電路s1～s6，使得感測電路s1～s6可以產生相對應的輸出電壓Vo1～Vo6。
因此，假設接觸點位於互電感Cs11附近時，第一感測電路s1的輸出電壓Vo1會異於其他感測電路s2～s6的輸出電壓Vo2～Vo6。當然，如果二個接觸點位於互電感Cs11與互電感Cs16附近時，第一感測電路s1與第六感測電路s6的輸出電壓Vo1、Vo6會異於其他感測電路s2～s5的輸出電壓Vo2～Vo5。
利用相同的原理，於後續的驅動週期，驅動信號P2～P6會依序提供脈波至驅動電極d2～d6，使得感測電路s1～s6產生相對應的輸出電壓Vo1～Vo6。
由上述可知，六個驅動週期可視為一個掃描週期(scanning cycle，τ)。也就是說，於一個掃描週期τ之後，電容式觸控面板上所有的區域皆會被掃描(scan)一次，而使用者於觸控面板上所產生的接觸點的位置即可正確的獲得。
請參照第二圖，其所繪示為習知感測電路。感測電路s係利用一積分器(integrator)來實現，包括：運算放大器(operation amplifier)200、一回授電容(feedback capacitance，Cf)。其中，運算放大器200的正輸入端(+)接收一參考電壓Vref，負輸入端(-)與輸出端Vo之間連接回授電容Cf。再者，運算放大器200的負輸入端(-)更連接至接收電極r，而接收電極r與驅動電極d之間連接互電容Cs。
運算放大器200於正常操作之下，其正輸入端(+)與負輸入端(-)的電壓相同並等於參考電壓Vref。因此，當驅動電極d上的脈波振幅為Vy時，可以進一步地於輸出端Vo獲得一電壓變化量(ΔVo)。
而ΔVo=-Vy*Cs/Cf----(I)。因此，以第一圖的第一驅動信號P1為例，當使用者沒有產生接觸點時，互電容Cs11～Cs16不會改變，進而感測電路s1～s6輸出端Vo1～Vo6上的電壓變化量會相同。反之，假設使用者產生的接觸點位於互電感Cs11附近時，互電感Cs11的數值(電容值)會改變，使得第一感測電路s1輸出端Vo1的電壓變化量異於其他感測電路s2～s6輸出端Vo2～Vo6的電壓變化量。而後續電路即可根據感測電路s1～s6輸出端Vo1～Vo6上的電壓變化量來得知接觸點的位置。
然而，當接觸點上的互電容Cs變化很小時，其感應電荷量與其他互電容的感應電荷量差異太小，因而將造成接觸點對應的感測電路所產生的電壓變化量與其他感測電路的電壓變化量差異太小，使得後續電路無法據以計算出接觸點的位置。
請參照第三圖，其所繪示為習知另一電容式觸控面板系統示意圖。於第三圖中可知，驅動信號P1～P6於一個驅動週期(T)包括二個子週期(t1、t2)，使得電容式觸控面板300中的互電容能夠多次產生感應電荷。因此，經過設計的感測電路s1～s6可多次累積互電容上的感應電荷，使得感測電路s1～s6的輸出電壓Vo1～Vo6產生電壓變化量能夠更容易被分辨。
由第三圖可知，一個掃描週期(scanning cycle，τ)中有六個驅動週期(T)，而一個驅動週期中有二個子週期(t1、t2)。也就是說，每個驅動信號P1～P6於每個驅動週期(T)二個子週期(t1、t2)各產生一個脈波，來使得互電容多次產生感應電荷。而感測電路s1～s6的設計係可多次累積互電容產生的感應電荷，並產生較大的電壓變化量。因此，於一個掃描週期τ之後，電容式觸控面板上所有的區域皆會被掃描(scan)一次，而使用者於觸控面板上所產生的接觸點的位置即可正確的獲得。
第三圖僅以一個驅動週期(T)中的二個子週期(t1、t2)提供二個脈波為例，當然也可以於一個驅動週期(T)中包含更的多的子週期並產生更多的脈波，使得感測電路s1～s6產生更大的電壓變化量。而美國專利號碼US6452514揭露一種電容感測器與陣列“Capacitive sensor and array”，其係利用多個脈波來累積互電容所產生的電荷。
本發明提出一種感測電路，適用於一電容式觸控面板，該感測電路連接於該電容式觸控面板的一接收電極，且該電容式觸控面板的一驅動電極與該接收電極之間具有一互電容，而該驅動電極用以接收一驅動信號，該感測電路包括：一第一開關，其具有一第一端用以連接至該接收電極；一第二開關，其具有一第一端用以連接至該接收電極；一第三開關，其具有一第一端用以連接至該第一開關的一第二端；一回授電容，其具有一第一端用以連接至該第一開關的該第二端；一第四開關，其具有一第一端用以連接至該回授電容的一第二端；以及一運算放大器，其具有一正輸入端用以連接至一接地端，一負輸入端連接至該第四開關的該第一端，以及一輸出端連接至該第二開關的一第二端，該第三開關的一第二端，以及該第四開關的一第二端，其中，該驅動信號於一驅動週期中產生N個子週期，N為正整數，當該N個子週期中的一高準位時，該第一開關與該第四開關為一關閉狀態，該第二開關與該第三開關為一開路狀態，當該N個子週期中的一低準位時，該第一開關與該第四開關為該開路狀態，以及該第二開關與該第三開關為該關閉狀態，進而使得位於該第N個子週期中的該低準位時，該運算放大器的該輸出端產生一輸出電壓。
本發明更提出一種感測電路，適用於一電容式觸控面板，該感測電路連接於該電容式觸控面板的一接收電極，且該電容式觸控面板的一驅動電極與該接收電極之間具有一互電容，而該驅動電極可接收一驅動信號，該感測電路包括：一第一開關，其具有一第一端用以連接至該接收電極；一第二開關，其具有一第一端用以連接至該接收電極；一第三開關，其具有一第一端用以連接至該第一開關的一第二端；一回授電容，其具有一第一端用以連接至該第一開關的該第二端；一第四開關，其具有一第一端用以連接至該回授電容的一第二端；以及一運算放大器，其具有一正輸入端用以連接至一接地端，一負輸入端連接至該第四開關的該第一端，以及一輸出端連接至該第二開關的一第二端，該第三開關的一第二端，以及該第四開關的一第二端，其中，該驅動信號於一驅動週期中具有N個子週期，N為正整數，該N個子週期分別包括一第一相位、一第二相位、一第三相位與一第四相位，當為該第一相位時，該驅動信號為一浮接狀態，該第一開關與該第二開關為一開路狀態，該第三開關與該第四開關為一關閉狀態，當於該第二相位時，該驅動信號為一低準位，該第一開關與該第四開關為該關閉狀態，該第二開關與該第三開關為該開路狀態，當於該第三相位時，該驅動信號為一高準位，該第一開關與該第四開關為該關閉狀態，該第二開關與該第三開關為該開路狀態，以及，當於該第四相位時，該驅動信號為該低準位，該第一開關與該第四開關為該開路狀態，該第二開關與該第三開關為該關閉狀態，進而使得於前述第N個子週期中的該第四相位時，該運算放大器的該輸出端產生一輸出電壓。
本發明更提出一種感測電路，適用於一電容式觸控面板，該感測電路連接於該電容式觸控面板的一接收電極，且該電容式觸控面板的一驅動電極與該接收電極之間具有一互電容，而該驅動電極連接至一接地端，該感測電路包括：一第一開關，其具有一第一端用以連接至該接收電極；一第二開關，其具有一第一端用以連接至該接收電極；一第三開關，其具有一第一端用以連接至該第一開關的一第二端；一回授電容，其具有一第一端用以連接至該第一開關的該第二端；一第四開關；一運算放大器，其具有一正輸入端用以連接至該接地端，一負輸入端連接至該第四開關的一第一端，以及一輸出端連接至該第二開關的一第二端，該第三開關的一第二端，以及該第四開關的一第二端；一第五開關，其具有一第一端用以連接至一電壓源，一第二端連接至該回授電容的一第二端；以及一第六開關，其具有第一端連接至該回授電容的該第二端，一第二端連接至該第四開關的該第一端，其中，一驅動週期具有N個子週期，N為正整數，該N個子週期包括一第一相位與一第二相位，當於該第一相位時，該第一開關、該第四開關與該第五開關為一關閉狀態，該第二開關與該第三開關與該第六開關為一開路狀態，以及，當於第二相位時，該第一開關、該第四開關與該第五開關為該開路狀態，該第二開關、該第三開關與該第六開關為該關閉狀態，進而使得前述位於第N個子週期中的該第二相位時，該運算放大器的該輸出端產生一輸出電壓。
為了使　貴審查委員能更進一步瞭解本發明特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
請參照第四圖A與B，其所繪示為本發明感測電路及其控制信號的第一實施例。感測電路s包括：一運算放大器400、一回授電容Cf、四個開關電路sw1～sw4。再者，驅動信號P可經由驅動電極d，在互電容(Cs)產生感應電荷，並經由接收電極r傳送至感應電路s的輸入端。
其中，感測電路s輸入端連接至第一開關sw1(受控於第一控制信號ctr1)與第二開關sw2(受控於第二控制信號ctr2)的第一端，第一開關sw1的第二端連接至第三開關sw3(受控於第三控制信號ctr3)與回授電容Cf的第一端；運算放大器400的負輸入端(-)連接回授電容Cf的第二端與第四開關sw4(受控於第四控制信號ctr4)的第一端，運算放大器400的正輸入端(+)連接至一接地端(GND)，運算放大器400的輸出端為感測電路s的輸出端(Vo)，並連接至第二開關sw2、第三開關sw3、第四開關sw4的第二端。
再者，由第四圖B可知，驅動信號P於一個掃描週期(scanning cycle)中包括重置週期(reset cycle)以及驅動週期(driving cycle，T)。其中，驅動信號P的一驅動週期(T)中包括三個子週期(t1、t2、t3)，共產生三個脈波，而其他時間即為重置週期。再者，四個控制信號ctr1～ctr4於高準位時可使得開關sw1～sw4為關閉(close)狀態，於低準位時可使得開關sw1～sw4為開路(open)狀態。第四圖B中僅以三個脈波為例，實際上驅動週期(T)中的子週期以及脈波數目並不限定。
以下詳細介紹第一實施例感測電路s的詳細運作情形。請參照第五圖A，其所繪示為重置週期時的感測電路示意圖。於重置週期時，第一開關sw1至第四開關sw4為關閉狀態。此時，驅動信號P尚未產生脈波，並且回授電容Cf與互電容Cs的二端點短路(short circuit)，因此電荷量為0。而運算放大器400連接成一單位增益放大器(unit gain amplifier)，因此輸出端(Vo)電壓為0。
請參照第五圖B，其所繪示為驅動週期(T)中第一子週期(t1)的高準位時間(t1a)的感測電路示意圖。由第四圖B可知，於第一子週期(t1)高準位時間(t1a)時，第一開關sw1、第四開關sw4為關閉狀態，第二開關sw2、第三開關sw3為開路狀態。
此時，運算放大器400連接成一單位增益放大器，因此輸出端(Vo)電壓為0。而驅動信號P的脈波振幅為Vy，因此回授電容Cf上的電壓為。
請參照第五圖C，其所繪示為驅動週期(T)中第一子週期(t1)的低準位時間(t1b)的感測電路示意圖。由第四圖B可知，於第一子週期(t1)低準位時間(t1b)時，第二開關sw2、第三開關sw3為關閉狀態，第一開關sw1、第四開關sw4為開路狀態。
此時，運算放大器400輸出端(Vo)電壓為V1=Δ。由於驅動信號P的電壓為0，因此，互電容Cs上的電壓亦為V1。所以，互電容Cs上儲存的電荷為Cs×V1，以及回授電容Cf上儲存的電荷為Cf×V1。
請參照第五圖D，其所繪示為驅動週期(T)中第二子週期(t2)的高準位時間(t2a)的感測電路示意圖。由第四圖B可知，於第二子週期(t2)高準位時間(t2a)時，第一開關sw1、第四開關sw4為關閉狀態，第二開關sw2、第三開關sw3為開路狀態。
此時，運算放大器400連接成一單位增益放大器，輸出端(Vo)電壓為0。而驅動信號P的脈波振幅為Vy，並且假設回授電容Cf上的電壓為V2。因此，
請參照第五圖E，其所繪示為驅動週期(T)中第二子週期(t2)的低準位時間(t2b)的感測電路示意圖。由第四圖B可知，於第二子週期(t2)低準位時間(t2b)時，第二開關sw2、第三開關sw3為關閉狀態，第一開關sw1、第四開關sw4為開路狀態。
運算放大器400輸出端(Vo)電壓為V2=2ΔV=，並且使得互電容Cs上的電壓也為V2。此時，互電容Cs上儲存的電荷為Cs×V2；而回授電容Cf上儲存的電荷為Cf×V2。
請參照第五圖F，其所繪示為驅動週期(T)中第三子週期(t3)的高準位時間(t3a)的感測電路示意圖。由第四圖B可知，於第三子週期(t3)高準位時間(t3a)時，第一開關sw1、第四開關sw4為關閉狀態，第二開關sw2、第三開關sw3為開路狀態。
此時，運算放大器400連接成一單位增益放大器，輸出端(Vo)電壓為0。而驅動信號P的脈波振幅為Vy，並且假設回授電容Cf上的電壓為V3。因此，
請參照第五圖G，其所繪示為驅動週期(T)中第三子週期(t3)的低準位時間(t3b)的感測電路示意圖。由第四圖B可知，於第三子週期(t3)低準位時間(t3b)時，第二開關sw2、第三開關sw3為關閉狀態，第一開關sw1、第四開關sw4為開路狀態。
運算放大器400輸出端(Vo)電壓為V3=3ΔV=，並且使得互電容Cs上的電壓也為V3。也就是說，於第三子週期(t3)的低準位時間，即可於感測電路s的輸出端Vo獲得輸出電壓。
由本發明的第一實施例可知，當驅動週期T中子週期數目為N個脈波時，於脈波的高準位時，電荷會以一固定數量累積於回授電容Cf。而於第N個脈波的低準位時，感測電路s輸出端(Vo)上即可獲得的輸出電壓為Vo=NΔV。因此，後續電路即可根據輸出電壓來進行判斷之參考。
請參照第六圖A與B，其所繪示為本發明感測電路及其控制信號的第二實施例。感測電路s包括：一運算放大器600、一回授電容Cf、四個開關電路sw1～sw4。再者，驅動信號P係切換第五開關sw5(受控於第五控制信號ctr5)與第六開關sw6(受控於第六控制信號ctr6)而產生。
其中，感測電路s輸入端連接至第一開關sw1(受控於第一控制信號ctr1)與第二開關sw2(受控於第二控制信號ctr2)的第一端，第一開關sw1第二端連接至第三開關sw3(受控於第三控制信號ctr3)與回授電容Cf第一端；運算放大器600的負輸入端(-)連接回授電容Cf的第二端與第四開關sw4(受控於第四控制信號ctr4)的第一端，運算放大器600的正輸入端(+)連接至一接地端(GND)，運算放大器600的輸出端為感測電路s的輸出端(Vo)，並連接至第二開關sw2、第三開關sw3、第四開關sw4的第二端。
再者，六個控制信號ctr1～ctr6於高準位時可使得開關sw1～sw6為關閉(close)狀態，於低準位時可使得開關sw1～sw6為開路(open)狀態。由第六圖B可知，驅動信號P於一個掃描週期中包括一重置週期與一驅動週期(T)。再者，驅動信號P於一驅動週期(T)中產生三個子週期(t1、t2、t3)，每個子周其中包括四個相位(phase)。以第一子週期(t1)為例，於第一相位(t1a)時，第五開關sw5與第六開關sw6同時為開路狀態，驅動信號為浮接狀態(floating)；第二相位(t1b)時，第五開關sw5為開路狀態與第六開關sw6為關閉狀態，驅動信號P為低準位(0V)；第三相位(t1c)時，第五開關sw5為關閉狀態與第六開關sw6為開路狀態，驅動信號P為高準位(Vy)；以及，第四相位(t1d)時，第五開關sw5為開路狀態與第六開關sw6為關閉狀態，驅動信號P為低準位(0V)。而驅動週期(T)以外的其他時間即為重置週期。第六圖B中僅以三個子週期為例，實際上驅動週期(T)中的子週期數目並不限定。
以下詳細介紹第二實施例感測電路s的詳細運作情形。請參照第七圖A，其所繪示為重置週期時的感測電路示意圖。於重置週期時，第一開關sw1至第四開關sw4為關閉狀態。再者，第五開關sw5為開路狀態，第六開關sw6為關閉狀態，驅動信號P為低準位(0V)，並且回授電容Cf與互電容Cs的二端點短路(short circuit)，因此電荷量為0。而運算放大器600連接成一單位增益放大器，因此輸出端(Vo)電壓為0。
請參照第七圖B，其所繪示為驅動週期(T)中第一子週期(t1)的第一相位(t1a)的感測電路示意圖。由第六圖B可知，於第一子週期(t1)的第一相位(t1a)時，第一開關sw1與第二開關sw2為開路狀態，第三開關sw3與第四開關sw4為關閉狀態，而驅動信號P為浮接狀態(floating)。此時，回授電容Cf上二端點短路使得電荷量為0，而運算放大器600連接成一單位增益放大器，因此輸出端(Vo)電壓為0。
請參照第七圖C，其所繪示為驅動週期(T)中第一子週期(t1)的第二相位(t1b)的感測電路示意圖。由第六圖B可知，於第一子週期(t1)的第二相位(t1b)時，第一開關sw1與第四開關sw4為關閉狀態，第二開關sw2與第三開關sw3為開路狀態，而驅動信號P為低準位(0V)。此時，回授電容Cf與互電容Cs串連，並且連接至接地端，而運算放大器600連接成一單位增益放大器，因此輸出端(Vo)電壓為0。
請參照第七圖D，其所繪示為驅動週期(T)中第一子週期(t1)的第三相位(t1c)的感測電路示意圖。由第六圖B可知，於第一子週期(t1)的第三相位(t1c)時，第一開關sw1與第四開關sw4為關閉狀態，第二開關sw2與第三開關sw3為開路狀態，而驅動信號P為高準位(Vy)。此時，回授電容Cf與互電容Cs串連，並且連接至高準位(Vy)，使得回授電容Cf上的電壓。而運算放大器600連接成一單位增益放大器，因此輸出端(Vo)電壓為0。
請參照第七圖E，其所繪示為驅動週期(T)中第一子週期(t1)的第四相位(t1d)的感測電路示意圖。由第六圖B可知，於第一子週期(t1)的第四相位(t1d)時，第一開關sw1與第四開關sw4為開路狀態，第二開關sw2與第三開關sw3為關閉狀態，而驅動信號P為低準位(0V)。此時，運算放大器600輸出端(Vo)電壓為。同時，互電容Cs上的電壓亦為V1。所以，互電容Cs上儲存的電荷為Cs×V1；而回授電容Cf上儲存的電荷為Cf×V1。
請參照第七圖F，其所繪示為驅動週期(T)中第二子週期(t2)的第一相位(t2a)的感測電路示意圖。由第六圖B可知，於第二子週期(t2)的第一相位(t2a)時，第一開關sw1與第二開關sw2為開路狀態，第三開關sw3與第四開關sw4為關閉狀態，而驅動信號P為浮接狀態(floating)。此時，回授電容Cf上二端點短路使得電荷量為0，而互電容Cs上的電荷量不變(Cs×V1)，而運算放大器600連接成一單位增益放大器，因此輸出端(Vo)電壓為0。
請參照第七圖G，其所繪示為驅動週期(T)中第二子週期(t2)的第二相位(t2b)的感測電路示意圖。由第六圖B可知，於第二子週期(t2)的第二相位(t2b)時，第一開關sw1與第四開關sw4為關閉狀態，第二開關sw2與第三開關sw3為開路狀態，而驅動信號P為低準位(0V)。此時，回授電容Cf與互電容Cs串連，並且連接至接地端，因此，回授電容Cf與互電容Cs上的電荷量總和為(Cs×V1)。而運算放大器600連接成一單位增益放大器，因此輸出端(Vo)電壓為0。
請參照第七圖H，其所繪示為驅動週期(T)中第二子週期(t2)的第三相位(t2c)的感測電路示意圖。由第六圖B可知，於第二子週期(t2)的第三相位(t2c)時，第一開關sw1與第四開關sw4為關閉狀態，第二開關sw2與第三開關sw3為開路狀態，而驅動信號P為高準位(Vy)。此時，回授電容Cf與互電容Cs串連，並且假設回授電容Cf的電壓改變為V2。因此，Cs ×V 1=(V 2-Vy )×Cs +V 2×Cf ，
其中，。而運算放大器600連接成一單位增益放大器，因此輸出端(Vo)電壓為0。
請參照第七圖I，其所繪示為驅動週期(T)中第二子週期(t2)的第四相位(t2d)的感測電路示意圖。由第六圖B可知，於第二子週期(t2)的第四相位(t2d)時，第一開關sw1與第四開關sw4為開路狀態，第二開關sw2與第三開關sw3為關閉狀態，而驅動信號P為低準位(0V)。此時，運算放大器600輸出端(Vo)電壓為V2=(A 2 +A )Vy 同時，互電容Cs上的電壓亦為V2。所以，互電容Cs上儲存的電荷為Cs×V2；而回授電容Cf上儲存的電荷為Cf×V2。
請參照第七圖J，其所繪示為驅動週期(T)中第三子週期(t3)的第一相位(t3a)的感測電路示意圖。由第六圖B可知，於第三子週期(t3)的第一相位(t3a)時，第一開關sw1與第二開關sw2為開路狀態，第三開關sw3與第四開關sw4為關閉狀態，而驅動信號P為浮接狀態(floating)。此時，回授電容Cf上二端點短路使得電荷量為0，而互電容Cs上的電荷量不變(Cs×V2)，而運算放大器600連接成一單位增益放大器，因此輸出端(Vo)電壓為0。
請參照第七圖K，其所繪示為驅動週期(T)中第三子週期(t3)的第二相位(t3b)的感測電路示意圖。由第六圖B可知，於第三子週期(t3)的第二相位(t3b)時，第一開關sw1與第四開關sw4為關閉狀態，第二開關sw2與第三開關sw3為開路狀態，而驅動信號P為低準位(0V)。此時，回授電容Cf與互電容Cs串連，並且連接至接地端，因此，回授電容Cf與互電容Cs上的電賀量總和為(Cs×V2)。而運算放大器600連接成一單位增益放大器，因此輸出端(Vo)電壓為0。
請參照第七圖L，其所繪示為驅動週期(T)中第三子週期(t3)的第三相位(t3c)的感測電路示意圖。由第六圖B可知，於第三子週期(t3)的第三相位(t3c)時，第一開關sw1與第四開關sw4為關閉狀態，第二開關sw2與第三開關sw3為開路狀態，而驅動信號P為高準位(Vy)。此時，回授電容Cf與互電容Cs串連，並且假設回授電容Cf的電壓改變為V3。因此，Cs ×V 2=(V 3-Vy )×Cs +V 3×Cf ，，其中，。而運算放大器600連接成一單位增益放大器，因此輸出端(Vo)電壓為0。
請參照第七圖M，其所繪示為驅動週期(T)中第三子週期(t3)的第四相位(t3d)的感測電路示意圖。由第六圖B可知，於第三子週期(t3)的第四相位(t3d)時，第一開關sw1與第四開關sw4為開路狀態，第二開關sw2與第三開關sw3為關閉狀態，而驅動信號P為低準位(0V)。此時，運算放大器600輸出端(Vo)電壓為V3=(A 3 +A 2 +A )Vy 同時，互電容Cs上的電壓亦為V3。所以，互電容Cs上儲存的電荷為Cs×V3；而回授電容Cf上儲存的電荷為Cf×V3。也就是說，於第三脈波(t3)的第四相位(t3d)時，即可於感測電路s的輸出端Vo獲得輸出電壓。
由本發明的第二實施例可知，當驅動週期T中子週期數目為N時，於子週期的第三相位時，電荷會累積於回授電容Cf。而於第N個子週期的第四相位時，感測電路s輸出端(Vo)上即可獲得的輸出電壓為Vo=，其中，。因此，後續電路即可根據輸出電壓來進行判斷。
請參照第八圖A與B，其所繪示為本發明感測電路及其控制信號的第三實施例。感測電路s包括：一運算放大器800、一回授電容Cf、六個開關電路sw1～sw6。再者，驅動電極d直接連接至接地端，而接收電極r連接至感測電路s的輸入端。
其中，感測電路s輸入端連接至第一開關sw1(受控於第一控制信號ctr1)與第二開關sw2(受控於第二控制信號ctr2)的第一端，第一開關sw1第二端連接至第三開關sw3(受控於第三控制信號ctr3)與回授電容Cf第一端；第五開關(受控於第五控制信號ctr5)第一端接收Vy電壓，第二端連接至回授電容Cf第二端以及第六開關(受控於第六控制信號ctr6)的第一端；運算放大器800的負輸入端(-)連第六開關sw6的第二端與第四開關sw4(受控於第四控制信號ctr4)的第一端，運算放大器800的正輸入端(+)連接至一接地端(GND)，運算放大器800的輸出端為感測電路s的輸出端(Vo)，並連接至第二開關sw2、第三開關sw3、第四開關sw4的第二端。
再者，六個控制信號ctr1～ctr6於高準位時可使得開關sw1～sw6為關閉(close)狀態，於低準位時可使得開關sw1～sw6為開路(open)狀態。由第八圖B可知，根據第五控制信號(ctr5)以及第六控制信號(ctr6)，可將一個掃描週期區分為：一重置週期與一驅動週期(T)。驅動週期(T)中區分為三個子週期(t1、t2、t3)，每個子週期分別包括一第一相位與一第二相位。以第一脈波(t1)為例，第一相位(t1a)時，第五開關sw5為關閉狀態，第六開關sw6為開路狀態；第二相位(t1b)時，第五開關sw5為開路狀態，第六開關sw6為關閉狀態。第八圖B中僅以三個子週期為例，實際上驅動週期(T)中的子週期數目並不限定。
以下詳細介紹第三實施例感測電路s的詳細運作情形。請參照第九圖A，其所繪示為重置週期時的感測電路示意圖。於重置週期時，僅有第五開關sw5為開路狀態，第一開關sw1至第四開關sw4與第六開關sw6為關閉狀態。因此，回授電容Cf與互電容Cs的二端點短路(short circuit)，因此電荷量為0。而運算放大器800連接成一單位增益放大器，因此輸出端(Vo)電壓為0。
請參照第九圖B，其所繪示為驅動週期(T)中第一子週期(t1)的第一相位(t1a)的感測電路示意圖。由第八圖B可知，於第一子週期(t1)的第一相位(t1a)時，第一開關sw1、第四開關sw4與第五開關sw5為關閉狀態，第二開關sw2、第三開關sw3與第六開關sw6為開路狀態。此時，回授電容Cf上的電壓為。而運算放大器800連接成一單位增益放大器，因此輸出端(Vo)電壓為0。
請參照第九圖C，其所繪示為驅動週期(T)中第一子週期(t1)的第二相位(t1b)的感測電路示意圖。由第八圖B可知，於第一子週期(t1)的第二相位(t1b)時，第一開關sw1、第四開關sw4與第五開關sw5為開路狀態，第二開關sw2、第三開關sw3與第六開關sw6為關閉狀態。此時，運算放大器800輸出端電壓。同時互電容上的電壓也為V1。所以，互電容Cs上儲存的電荷為Cs×V1，以及而回授電容Cf上儲存的電荷為CfxV1。
請參照第九圖D，其所繪示為驅動週期(T)中第二子週期(t2)的第一相位(t2a)的感測電路示意圖。由第八圖B可知，於第二子週期(t2)的第一相位(t2a)時，第一開關sw1、第四開關sw4與第五開關sw5為關閉狀態，第二開關sw2、第三開關sw3與第六開關sw6為開路狀態。此時，假設回授電容Cf的電壓改變為V2。因此，
而運算放大器800連接成一單位增益放大器，因此輸出端(Vo)電壓為0。
請參照第九圖E，其所繪示為驅動週期(T)中第二子週期(t2)的第二相位(t2b)的感測電路示意圖。由第八圖B可知，於第二子週期(t2)的第二相位(t2b)時，第一開關sw1、第四開關sw4與第五開關sw5為開路狀態，第二開關sw2、第三開關sw3與第六開關sw6為關閉狀態。此時，運算放大器800輸出端電壓。同時互電容上的電壓也為V2。所以，互電容Cs上儲存的電荷為Cs×V2；而回授電容Cf上儲存的電荷為Cf×V2。
請參照第九圖F，其所繪示為驅動週期(T)中第三子週期(t3)的第一相位(t3a)的感測電路示意圖。由第八圖B可知，於第三子週期(t3)的第一相位(t3a)時，第一開關sw1、第四開關sw4與第五開關sw5為關閉狀態，第二開關sw2、第三開關sw3與第六開關sw6為開路狀態。此時，假設回授電容Cf的電壓改變為V3。因此，
而運算放大器800連接成一單位增益放大器，因此輸出端(Vo)電壓為0。
請參照第九圖G，其所繪示為驅動週期(T)中第三子週期(t3)的第二相位(t3b)的感測電路示意圖。由第八圖B可知，於第三子週期(t3)的第二相位(t3b)時，第一開關sw1、第四開關sw4與第五開關sw5為開路狀態，第二開關sw2、第三開關sw3與第六開關sw6為關閉狀態。此時，運算放大器800輸出端電壓。同時互電容上的電壓也為V3。
由本發明的第三實施例可知，當驅動週期T中子週期數目為N時，於第一相位時，電荷會累積於回授電容Cf。而於第N個脈波的第二相位時，感測電路s輸出端(Vo)上即可獲得的輸出電壓為。因此，後續電路即可根據輸出電壓來進行判斷。
根據本發明的實施例，於驅動週期時，感測電路s的輸出端上所產生的電壓會變大，因此後續電路即可輕易地區別有接觸點以及沒有接觸點時的電壓變化量，並判斷正確的接觸點位置，提高觸控面板的敏感度(sensitivity)。
本發明的優點在於提出一種電容式觸控面板的感測電路，其可於輸出端產生較大的電壓變化量，因此可使得訊雜比(SNR)提高，後續電路可輕易地根據感測電路的輸出電壓來進行接觸點位置的計算，大幅提昇觸控面板的感測能力。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
本案圖式中所包含之各元件列示如下：
200．．．運算放大器
300．．．電容式觸控面板
400、600、800．．．運算放大器
本案得藉由下列圖式及說明，俾得一更深入之了解：
第一圖所繪示為習知電容式觸控面板系統示意圖。
第二圖所繪示為習知感測電路。
第三圖所繪示為習知另一電容式觸控面板系統示意圖。
第四圖A與B所繪示為本發明感測電路及其控制信號的第一實施例。
第五圖A至G所繪示為第一實施例的動作示意圖。
第六圖A與B所繪示為本發明感測電路及其控制信號的第二實施例。
第七圖A至M所繪示為第二實施例的動作示意圖。
第八圖A與B所繪示為本發明感測電路及其控制信號的第三實施例。
第九圖A至G所繪示為第三實施例的動作示意圖。
400．．．運算放大器

Claims (5)

  1. 一種感測電路，適用於一電容式觸控面板，該感測電路連接於該電容式觸控面板的一接收電極，且該電容式觸控面板的一驅動電極與該接收電極之間具有一互電容，而該驅動電極用以接收一驅動信號，該感測電路包括：一第一開關，其具有一第一端用以連接至該接收電極；一第二開關，其具有一第一端用以連接至該接收電極；一第三開關，其具有一第一端用以連接至該第一開關的一第二端；一回授電容，其具有一第一端用以連接至該第一開關的該第二端；一第四開關，其具有一第一端用以連接至該回授電容的一第二端；以及一運算放大器，其具有一正輸入端用以連接至一接地端，一負輸入端連接至該第四開關的該第一端，以及一輸出端連接至該第二開關的一第二端，該第三開關的一第二端，以及該第四開關的一第二端，其中，該驅動信號於一驅動週期中產生N個子週期，N為正整數，當該N個子週期中的一高準位時，該第一開關與該第四開關為一關閉狀態，該第二開關與該第三開關為一開路狀態，當該N個子週期中的一低準位時，該第一開關與該第四開關為該開路狀態，以及該第二開關與該第三開關為該關閉狀態，進而使得位於該第N個子週期中的該低準位時，該運算放大器的該輸出端產生一輸出電壓。
  2. 如申請專利範圍1所述之感測電路，其中該驅動信號包括該驅動週期與一重置週期。
  3. 如申請專利範圍2所述之感測電路，其中於該重置週期時，係用以控制該第一開關、該第二開關、該第三開關、與該第四開關為該關閉狀態，使得該回授電容與該互電容上的電荷為0。
  4. 如申請專利範圍1所述之感測電路，其中，該輸出電壓為，當中該互電容的電容值為Cs，該回授電容的電容值為Cf，該高準位為Vy。
  5. 如申請專利範圍4所述之感測電路，於該第N個子週期中的該低準位之該輸出電壓為於該第一個子週期中的該低準位之該輸出電壓的N倍。
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