TWI406032B - 觸控面板的讀取裝置與多通道讀取裝置 - Google Patents

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觸控面板的讀取裝置與多通道讀取裝置
本發明是有關於一種觸控裝置，且特別是有關於一種觸控面板的讀取裝置。
隨著電子技術的蓬勃發展，以及無線通訊與網路的普及化，各式各樣的電子裝置逐漸成為生活不可或缺的工具。然而，一般常見的輸入與輸出(input/output,I/O)界面，像是鍵盤或是滑鼠，具有相當程度的操作困難。相形之下，觸控面板是一種直觀、簡單的輸入與輸出界面。因此，觸控面板常被應用作為人與電子裝置之間的人機界面，以執行控制。
一般來說，觸控面板可以分為電阻式觸控面板、光學式觸控面板、電容式觸控面板等。若依讀取(readout)手段，則可分為電流式觸控面板(current type touch panel)與電荷式觸控面板(charge type touch panel)等。圖1說明光學電荷式觸控面板(photo charge type touch panel)與傳統讀取電路(readout circuit)的示意圖。光學電荷式觸控面板110的多條資料線(data line)與多條掃描線(scan line)分別由源極驅動器(source driver)120與閘極驅動器(gate driver)130所驅動，而觸控面板110的多條感測線(sensor line)耦接至多個讀取電路140。圖1中僅繪示其中一條掃描線、其中一條資料線與其中一條感測線。
儲存電容Cst1與液晶電容Clc分別耦接至偏壓電壓(bias voltage)VBIAS1與共同電壓VCOM。偏壓電壓VBIAS1與共同電壓VCOM二者可以是相同電壓或是不同的電壓。當閘極驅動器130經由掃描線導通(turn on)開關SW1時，源極驅動器120便對應地經由資料線將像素資料寫入儲存電容Cst1與液晶電容Clc。由於像素資料與共同電壓VCOM二者的電位差對應地偏轉了液晶電容Clc的液晶分子，使得該像素呈現出對應的灰階。
依據偏壓電壓(bias voltage)VBIAS2，光電晶體(photo transistor)PT在儲存電容Cst2與偏壓電壓VBIAS2之間提供一條放電路徑。若光電晶體PT所在位置沒被使用者觸摸，則光電晶體PT會因為外界光線照射而加速儲存電容Cst2的放電。反之，若因使用者觸摸而減少外界光線照射光電晶體PT，則光電晶體PT會減慢儲存電容Cst2的放電速度。當閘極驅動器130經由掃描線導通了開關SW2時，讀取電路140便可以經由感測線去讀取儲存電容Cst2所剩餘的電荷量，並且對儲存電容Cst2充電至正常額定電壓準位。
讀取電路140對光學電荷式觸控面板110的偵測方式，主要是透過儲存電容Cst2的放電不一致或是有無耦合電容的差異來判定使用者觸摸的位置。對於光學電荷式觸控面板110而言，一般是在讀取電路140中配置積分器(即運算放大器141與回授電容Cfb)，以便偵測觸控面板110的電荷差異。類比數位轉換器(analog-to-digital converter, ADC)143將積分器輸出的積分結果準換為對應的數位碼，並將此數位碼傳送給影像處理電路(image processing circuit)150進行觸摸位置的判定。
圖2說明光學電流式觸控面板(photo current type touch panel)與傳統讀取電路的示意圖。觸控面板210的多條掃描線是由閘極驅動器130所驅動，而觸控面板210的多條感測線則耦接至讀取電路240。傳統光學電流式觸控面板的像素佈局(pixel layout)如圖2所示。每一個像素各自具有開關SW1與光電晶體PT。當偏壓電壓VBIAS高過節點A的電壓，且閘極驅動器130經由掃描線導通開關SW1時，由於光電晶體PT處於順向偏壓狀態，使得一感測電流Is會經由光電晶體PT、開關SW1而流至感測線。其中，光電晶體PT的受照光強度會影響感測電流Is的大小。
利用讀取電路240去檢測各個感測線上感測電流Is的大小與差異，可以知道觸控面板210中對應位置有無遮光物(也就是有無外物去觸碰面板210)。讀取電路240會將檢測結果以數位碼形式送給影像處理電路150。影像處理電路150便依據所有讀取電路240所提供的數位碼來進行觸摸位置的判定。傳統讀取電路240是使用積分器(即運算放大器241與回授電容Cfb)將感測電流Is轉換為對應電壓，然後再由類比至數位轉換器(analog-to-digital converter,ADC)243將此電壓轉換成對應數位碼，最後由影像處理電路150依據此數位碼來進行觸摸位置的判定。
圖3說明電容式觸控面板與傳統讀取電路的示意圖。一般電容式觸控面板310的Y軸方向與X軸方向各自具有多條感測線。一條Y軸方向的感測線與一條X軸方向的感測線之間會形成一個耦合電容Cp。每一條感測線均配置一個積分器320，而每一個積分器320均配置一個運算放大器322與一個回授電容Cfb。一開始所有運算放大器322的正輸入端接收0V的參考電壓Vref，並且所有開關323均為導通(turn on)，因此所有感測線均被充電至0V。接下來各個積分器320會將開關323截止(turn off)，以便進行讀取操作。在開關323截止期間，假設沒有任何導電體(例如手指)接近觸控面板310，當參考電壓Vref從0V轉態至5V時，Y軸方向與X軸方向的積分器320會使耦合電容Cp的二端電壓均為5V。由於不需對耦合電容Cp進行充放電，因此在參考電壓Vref轉態至5V時，此變化會反應在積分器320的輸出上。在各個積分器320完成讀取操作後，所有開關323會再一次被導通，如此週而復始。
當導電體(例如手指)接近觸控面板310時，對應位置會形成額外的電容Cf(如圖3所示)。在開關323截止期間，當參考電壓Vref從0V轉態至5V時，對應的積分器320需要經由感測線對額外電容Cf進行充放電。因此，在參考電壓Vref轉態至5V時，額外電容Cf所對應的積分器320的輸出OUT會發生變化，其公式為OUT=5+[(5V-0V)×Cf]/Cfb。積分器320將讀取結果交由後續電路(包含類比數位轉換器與影像處理電路，在此未繪示)判斷位置 座標。藉由形成額外電容Cf的感測線所讀取信號與沒有額外電容Cf的感測線所讀取信號二者的不同，因此可以定位出被接觸的位置。由上述公式可知，若是額外電容Cf越大則回授電容Cfb就得越大，否則很容易讓積分器320的輸出達到飽和(saturation)而判斷不出觸碰位置。
然而，為了避免積分器的輸出達到飽和，積分器內的回授電容Cfb也必須隨之增加電容量(即增加面積)。由於每一條感測線需要一個積分器，因此積分器所佔的晶片面積將會很可觀。再者，不同類型的觸控面板需要不同功能的讀取電路將其信號讀出並轉換為後續影像處理電路可以運算的數位信號。例如，圖3的回授電容Cfb的電容值遠大於回授電容Cfb的電容值，因此用於光學電荷式觸控面板110的讀取電路140並無法適用於電容式觸控面板310。若每換一種類型的觸控面板便要使用不同功能的讀取電路，則在觸控面板讀取裝置的使用彈性上會比較窄。
本發明提供一種觸控面板的讀取裝置與多通道讀取裝置，可適用於多種類型的觸控面板。
本發明提出一種觸控面板的讀取裝置，包括第一選擇器、第二選擇器、第三選擇器、第四選擇器、電流至電壓轉換單元、第一電阻、第二電阻、第一運算放大器、回授電容以及回授開關。上述每一個選擇器的共同端選擇性地電性連接至第一選擇端或第二選擇端。電流至電壓轉換單 元的輸入端耦接至第一選擇器的第一選擇端。第一電阻的第一端耦接至電流至電壓轉換單元的輸出端。第二選擇器的第一選擇端耦接至第一電阻的第二端，而第二選擇器的第二選擇端耦接至第一選擇器的第二選擇端。第一運算放大器的第一輸入端耦接至第二選擇器的共同端，第一運算放大器的第二輸入端接收參考電壓。第三選擇器的共同端耦接至第一運算放大器的第一輸入端。第四選擇器的共同端耦接至第一運算放大器的輸出端。第二電阻的第一端耦接至第三選擇器的第一選擇端，而第二電阻的第二端耦接至第四選擇器的第一選擇端。回授電容的第一端耦接至第三選擇器的第二選擇端，而回授電容的第二端耦接至第四選擇器的第二選擇端。回授開關的第一端與第二端分別耦接至回授電容的第一端與第二端。
本發明提出一種觸控面板的多通道讀取裝置。此多通道讀取裝置包括積分器以及多個通道。每一個通道各自包括輸入選擇器、第一選擇器、第二選擇器、第三選擇器、第四選擇器、電流至電壓轉換單元、第一電阻、第二電阻、第一運算放大器、回授電容、回授開關以及輸出選擇器。上述每一個選擇器的共同端選擇性地電性連接至第一選擇端或第二選擇端。輸入選擇器的第一選擇端耦接至積分器的輸入端。第一選擇器的共同端耦接至輸入選擇器的第二選擇端。電流至電壓轉換單元的輸入端耦接至第一選擇器的第一選擇端。第一電阻的第一端耦接至電流至電壓轉換單元的輸出端。第二選擇器的第一選擇端耦接至第一電阻 的第二端，而第二選擇器的第二選擇端耦接至第一選擇器的第二選擇端。第一運算放大器的第一輸入端耦接至第二選擇器的共同端，第一運算放大器的第二輸入端接收參考電壓。第三選擇器的共同端耦接至第一運算放大器的第一輸入端。第四選擇器的共同端耦接至第一運算放大器的輸出端。第二電阻的第一端耦接至第三選擇器的第一選擇端，而第二電阻的第二端耦接至第四選擇器的第一選擇端。回授電容的第一端耦接至第三選擇器的第二選擇端，而回授電容的第二端耦接至第四選擇器的第二選擇端。回授開關的第一端與第二端分別耦接至回授電容的第一端與第二端。輸出選擇器的第一選擇端耦接至積分器的輸出端，而輸出選擇器的第二選擇端耦接至第一運算放大器的輸出端。
在本發明之一實施例中，當在第一模式時，輸入選擇器、第一選擇器、第二選擇器、第三選擇器、第四選擇器、輸出選擇器均選擇將其共同端電性連接至其第二選擇端。
在本發明之一實施例中，當在第二模式時，輸入選擇器、第一選擇器、第二選擇器、第三選擇器、第四選擇器、輸出選擇器均選擇將其共同端電性連接至其第一選擇端。
在本發明之一實施例中，當在第三模式時，第一選擇器、第二選擇器、第三選擇器、第四選擇器均選擇將其共同端電性連接至其第二選擇端，而回授開關為導通。在該第三模式中，這些通道當中一個通道的輸入選擇器、輸出選擇器均選擇將其共同端電性連接至其第一選擇端，而其 餘通道的輸入選擇器、輸出選擇器均選擇將其共同端電性連接至其第二選擇端。
基於上述，本發明實施例整合不同類型的讀取電路。利用電流至電壓轉換單元與反相放大器讀取電流式觸控面板的感測電流，因此可避免使用積分電容而減少回授電容佔用晶片面積。在某些實施例中，藉由多個通道之間輪流共用一組積分器來讀取電容式觸控面板的感測電荷，因此可大幅減少回授電容(積分電容)的面積。因此，本發明實施例除了可以達成減少晶片面積的目的外，更可適用於多種類型的觸控面板。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下實施例將以光學電荷式觸控面板110與光學電流式觸控面板210為例，說明本發明之讀取裝置的應用範例。然而，本發明的應用範圍不應以此為限。
圖4是依據本發明實施例說明一種觸控面板的讀取裝置400的電路示意圖。此讀取裝置400的輸入端耦接至觸控面板401的感測線，而讀取裝置400的輸出端將讀取結果交由後續電路(包含類比數位轉換器與影像處理電路，在此未繪示)判斷觸碰位置的座標。此觸控面板401可以是電荷式觸控面板(例如圖1所示的光學電荷式觸控面板 110)，也可以是電流式觸控面板(例如圖2所示的光學電流式觸控面板210)。
讀取裝置400包括第一選擇器411、第二選擇器412、第三選擇器413、第四選擇器414、電流至電壓轉換單元420、第一電阻R1、第二電阻R2、第一運算放大器OP1、回授電容Cfb以及回授開關SWfb。上述每一個選擇器411~414的共同端選擇性地電性連接至第一選擇端或第二選擇端。例如，選擇器411可以將其共同端電性連接至其第一選擇端，或是將其共同端電性連接至其第二選擇端。在本實施例中，選擇器411與選擇器413是解多工器，而選擇器412與選擇器414則是多工器。
選擇器411的共同端耦接至觸控面板401的對應感測線。電流至電壓轉換單元420的輸入端耦接至選擇器411的第一選擇端。電阻R1的第一端耦接至電流至電壓轉換單元420的輸出端，而電阻R1的第二端則耦接至選擇器412的第一選擇端。選擇器412的第二選擇端耦接至選擇器411的第二選擇端。運算放大器OP1的第一輸入端耦接至選擇器412的共同端，而運算放大器OP1的第二輸入端接收第一參考電壓Vref。在本實施例中，運算放大器OP2的第一輸入端為反相輸入端(inverting input)，而運算放大器OP2的第二輸入端為非反相輸入端(non-inverting input)。運算放大器OP1的輸出端將讀取結果交由後續電路(未繪示)判斷觸碰位置的座標。
應用本實施例者可以視其設計需求以及觸控面板401的類型而決定參考電壓Vref的準位。例如，將參考電壓Vref設定為系統電壓VDDA準位的一半(即VDDA/2)，或是設定為能帶隙電壓(band-gap voltage)，或是設定為+5V，或是設定為其他固定電壓。在某些實施例中，參考電壓Vref可以設定為響應於重置信號RESET的時變電壓。圖11是依照本發明實施例說明重置信號與參考電壓的波形圖。當重置信號RESET為邏輯低準位時，參考電壓Vref為接地電壓(即0V)。在重置信號RESET轉態為邏輯高準位後，參考電壓Vref會響應於重置信號RESET而轉態為系統電壓VDDA的一半(即VDDA/2，例如+5V)。
選擇器413的共同端耦接至運算放大器OP1的第一輸入端。選擇器414的共同端耦接至運算放大器OP1的輸出端。電阻R2的第一端耦接至選擇器413的第一選擇端，而電阻R2的第二端耦接至選擇器414的第一選擇端。回授電容Cfb的第一端耦接至選擇器413的第二選擇端，而回授電容Cfb的第二端耦接至選擇器414的第二選擇端。回授開關SWfb的第一端與第二端分別耦接至回授電容Cfb的第一端與第二端。回授開關SWfb受控於信號RESETB，其中信號RESETB是重置信號RESET的反相信號。
當在第一模式時，選擇器411~414各自選擇將其共同端電性連接至第二選擇端。在第一模式中，當回授開關SWfb為截止(turn off)時，運算放大器OP1與回授電容Cfb 組成一個積分器。設為第一模式的讀取裝置400可以讀取光學電荷式觸控面板110的感測信號。
圖5是依照本發明實施例說明圖4中設為第一模式的讀取裝置400之等效電路示意圖。在此假設觸控面板401是如圖1所示的光學電荷式觸控面板110。當系統於電源初通(power on)期間，或是系統於重置(reset)期間，系統會將重置信號RESET設為致能(enable)狀態(例如為邏輯低準位)。當重置信號RESET為邏輯低準位時(即信號RESETB為邏輯高準位)，回授開關SWfb為導通(turn on)而重置回授電容Cfb。當重置信號RESET為失能(disable)狀態(例如為邏輯高準位，即信號RESETB為邏輯低準位)，且開關SW2為導通時，積分器便可以對觸控面板110(即觸控面板401)的感測線進行積分操作，然後運算放大器OP1將讀取結果交由後續電路(未繪示)判斷觸碰位置的座標。
請參照圖4，當在第二模式時，選擇器411~414各自選擇將其共同端電性連接至第一選擇端。在第二模式中，讀取裝置400可以視為由電流至電壓轉換單元420與反相放大器(inverting amplifier)610所組成的讀取電路。設為第二模式的讀取裝置400可以讀取光學電流式觸控面板210的感測信號。
圖6是依照本發明實施例說明圖4中設為第二模式的讀取裝置400之等效電路示意圖。在此假設觸控面板401是如圖2所示的光學電流式觸控面板210。電流至電壓轉換單元420將電流式觸控面板210的感測電流Is轉換為感 測電壓Vs。由電阻R1、電阻R2與運算放大器OP1所組成反相放大器610的輸入端耦接至電流至電壓轉換單元420的輸出端以接收感測電壓Vs。反相放大器610在增益(gain)此感測電壓Vs後，便可以將讀取結果交由後續電路(未繪示)判斷觸碰位置的座標。
在本實施例中，電流至電壓轉換單元420包括第三電阻421以及單位增益放大器。在此是以運算放大器422實現單位增益放大器。電阻421的第一端做為電流至電壓轉換單元420的輸入端，而電阻421的第二端耦接至第二參考電壓(例如接地電壓)。運算放大器422的第一端(即單位增益放大器的輸入端)耦接至電阻421的第一端，運算放大器422的第二端耦接至運算放大器的輸出端(即單位增益放大器的輸出端)，而運算放大器422的輸出端做為電流至電壓轉換單元420的輸出端。為了因應不同觸控面板的不同特性，應用本實施例者可以視其設計需求而改以「可變電阻」實現電阻421、R1與/或R2。
圖7是依據本發明實施例說明圖4中電流至電壓轉換單元420的另一種電路示意圖。電流至電壓轉換單元420包括電阻710與電流鏡720。電阻710的第一端接收第三參考電壓(例如系統電壓VDDA)，而電阻710的第二端耦接至電阻R1。在此是以P通道金氧半(PMOS)電晶體711實現電阻710，以減少電阻710所佔晶片面積。電晶體711的第一端(例如源極)接收系統電壓VDDA，而電晶體711的第二端(例如汲極)與控制端(例如閘極)耦接至電阻R1。
電流鏡720的主電流端接收感測電流Is，而電流鏡720的僕電流端耦接至電阻710的第二端。藉由設定電流鏡720的主電流端與僕電流端二者的電流倍率，電流鏡720可以將微弱的感測電流Is放大。此放大的感測電流會經由電阻710而轉換為感測電壓Vs。如此，在強光與弱光照射光電晶體PT的條件下，所獲得感測電壓Vs的變化幅度可以加大，因此可以增加感測電壓Vs的辨識度。此感測電壓Vs再經由反相放大器610作二次放大而利於後續電路進行處理。
在此電流鏡720包括第一電晶體721以及第二電晶體722。本實施例是以N通道金氧半(NMOS)電晶體實現電晶體721以及722。電晶體721的第一端(例如汲極)作為電流鏡720的主電流端，電晶體721的第二端(例如源極)接收第四參考電壓(例如接地電壓)，而電晶體721的控制端(例如閘極)耦接至電晶體721的第一端。電晶體722的第一端作為電流鏡720的僕電流端，電晶體722的第二端接收第四參考電壓(接地電壓)，而電晶體722的控制端耦接至電晶體721的控制端。透過決定電晶體721與722的外觀比，可以設定電流鏡720的主電流端與僕電流端二者的電流倍率。
圖8是依據本發明實施例說明圖4中電流至電壓轉換單元420的又一種電路示意圖。此實施例與圖7相似，故部分內容便不再贅述。二者不同的地方在於圖8是採用電流鏡730來代替前述電流鏡720。電流鏡730包括第一電 晶體731、第二電晶體732、第三電晶體733以及第四電晶體734。電晶體731的第一端(例如汲極)作為電流鏡730的主電流端，而電晶體731的控制端(例如閘極)耦接至電晶體731的第一端。電晶體732的第一端(例如汲極)作為電流鏡730的僕電流端，而電晶體732的控制端(例如閘極)耦接至電晶體731的控制端。電晶體733的第一端(例如汲極)耦接至電晶體731的第二端(例如源極)，電晶體733的第二端(例如源極)接收參考電壓(例如接地電壓)，而電晶體733的控制端(例如閘極)耦接至電晶體733的第一端。電晶體734的第一端(例如汲極)耦接至電晶體732的第二端(例如源極)，電晶體734的第二端(例如源極)接收參考電壓(接地電壓)，而電晶體734的控制端(例如閘極)耦接至電晶體733的控制端。
圖9是依據本發明另一實施例說明一種觸控面板的多通道讀取裝置900的電路示意圖。此讀取裝置900具有多個通道，每一個通道的輸入端耦接至觸控面板901的對應感測線，而各個通道的輸出端將讀取結果交由後續電路(包含類比數位轉換器與影像處理電路，在此未繪示)判斷觸碰位置的座標。觸控面板901可以是光學電荷式觸控面板110、光學電流式觸控面板210、電容式觸控面板310或是其他類型的觸控面板。
多通道讀取裝置900包括一個積分器910以及多個通道，其中每一個通道各自包括一個輸入選擇器、一個單通道讀取裝置(如圖4所示讀取裝置400)以及一個輸出選擇 器。例如，第一個通道包括輸入選擇器920-1、單通道讀取裝置400-1以及輸出選擇器930-1，第二個通道包括輸入選擇器920-2、單通道讀取裝置400-2以及輸出選擇器930-2。以此類推，第n個通道包括輸入選擇器920-n、單通道讀取裝置400-n以及輸出選擇器930-n。上述每一個選擇器920-1~920-n與930-1~930-n的共同端選擇性地電性連接至第一選擇端或第二選擇端。例如，輸入選擇器920-1可以將其共同端電性連接至其第一選擇端，或是將其共同端電性連接至其第二選擇端。在本實施例中，輸入選擇器920-1~920-n是解多工器，而輸出選擇器930-1~930-n則是多工器。
積分器910包括運算放大器OP3、回授電容912以及回授開關911。運算放大器OP3的第一輸入端耦接至所有通道中輸入選擇器920-1~920-n的第一選擇端。回授電容912的第一端與第二端分別耦接至運算放大器OP3的反相輸入端與輸出端。回授開關911的第一端與第二端亦分別耦接至運算放大器OP3的反相輸入端與輸出端。運算放大器OP3的非反相輸入端接收參考電壓Vref。在此，回授電容912的電容值(或面積)遠大於各個通道的回授電容Cfb的電容值(或面積)。
於本實施例中，單通道讀取裝置400-1~400-n的實現方式均相同於圖4所示的讀取裝置400，因此不再贅述其詳細內容。另外，以下將詳細說明第一個通道，其他通道可以參照第一個通道的說明而類推之。
在第一個通道中，輸入選擇器920-1的共同端耦接至觸控面板901對應的感測線(例如第一條感測線)。輸入選擇器920-1的第一選擇端耦接至積分器910的輸入端，而輸入選擇器920-1的第二選擇端耦接至單通道讀取裝置400-1中選擇器411的共同端。輸出選擇器930-1的第一選擇端耦接至積分器910的輸出端，而輸出選擇器930-1的第二選擇端耦接至單通道讀取裝置400-1中第一運算放大器OP1的輸出端。
在此第一模式所對應的觸控面板901可以是如圖1所示的光學電荷式觸控面板110。當在第一模式時，所有通道的輸入選擇器920-1~920-n、選擇器411~414以及輸出選擇器930-1~930-n各自選擇將其共同端電性連接至第二選擇端。在第一模式中，當回授開關SWfb為截止(turn off)時，運算放大器OP1與回授電容Cfb組成一個積分器。設為第一模式的多通道讀取裝置900，其各個通道可以等效為如圖5所示的積分器(即圖5中的讀取裝置400)。因此，設為第一模式的多通道讀取裝置900可以讀取光學電荷式觸控面板110的感測信號，然後將讀取結果經過輸出選擇器930-1~930-n交由後續電路(未繪示)判斷觸碰位置的座標。
請參照圖9，在此第二模式所對應的觸控面板901可以是如圖2所示的光學電流式觸控面板210。當在第二模式時，所有通道的輸入選擇器920-1~920-n以及輸出選擇器930-1~930-n各自選擇將其共同端電性連接至第二選擇 端，而選擇器411~414各自選擇將其共同端電性連接至第一選擇端。在第二模式中，多通道讀取裝置900的各個通道可以視為由電流至電壓轉換單元420與反相放大器610所組成的讀取電路，如圖6所示。因此，電流至電壓轉換單元420可以將電流式觸控面板210的感測電流Is轉換為感測電壓Vs。由電阻R1、電阻R2與運算放大器OP1所組成反相放大器610在增益(gain)此感測電壓Vs後，便可以將讀取結果經過輸出選擇器930-1~930-n交由後續電路(未繪示)判斷觸碰位置的座標。
請參照圖9，在此第三模式所對應的觸控面板901可以是如圖3所示的電容式觸控面板310。當在第三模式時，各通道的選擇器411~414均選擇將其共同端電性連接至其第二選擇端，並且各通道的回授開關SWfb為導通。因此，各通道的讀取裝置400-1~400-n會形成單位增益(unit-gain)放大器，如圖10所示。
圖10是依照本發明實施例說明圖9中設為第三模式的讀取裝置900之等效電路示意圖。在此假設觸控面板901是如圖3所示的電容式觸控面板310。請參照圖10，當系統於電源初通期間，或是系統於重置期間，系統會將重置信號RESET設為致能狀態(例如為邏輯低準位)，且所有通道的輸入選擇器920-1~920-n以及輸出選擇器930-1~930-n各自選擇將其共同端電性連接至第二選擇端。當重置信號RESET為邏輯低準位時(即信號RESETB為邏輯高準位)，回授開關911為導通而重置回授電容912。
請參照圖10與圖11，當進入第一通道期間T1時，系統會將重置信號RESET設為邏輯高準位(即信號RESETB為邏輯低準位)，第一個通道的輸入選擇器920-1與輸出選擇器930-1選擇將其共同端電性連接至其第一選擇端，而其餘通道的輸入選擇器(例如輸入選擇器920-n)與輸出選擇器(例如輸入選擇器930-n)選擇將其共同端電性連接至其第二選擇端。因此，在第一通道期間T1，第一個通道可以使用積分器910。當重置信號RESET為邏輯高準位而使開關911為截止時，積分器910便可以對觸控面板310(即觸控面板901)的感測線進行積分操作，然後運算放大器OP3將讀取結果經過輸出選擇器930-1交由後續電路(未繪示)判斷觸碰位置的座標。在第一通道期間T1，除了第一個通道外，其餘通道便以其內部的單位增益放大器(即讀取裝置400-2~400-n)的輸入端耦接至觸控面板310對應的感測線。
當目前通道期間(例如第一通道期間T1)結束但尚未進入下一個通道期間(例如第二通道期間T2)時(相當於重置期間)，系統會將重置信號RESET設為邏輯低準位(如圖11所示)，使得回授開關911為導通而重置回授電容912。在此期間，所有通道的輸入選擇器920-1~920-n以及輸出選擇器930-1~930-n選擇將該共同端電性連接至該第二選擇端，使得單位增益放大器(即讀取裝置400-1~400-n)耦接至觸控面板110的感測線。
接著進入第二通道期間T2。在第二通道期間T2，第二個通道(圖10未繪示，可以第一個通道的相關說明而類推之)可以使用積分器910，而其餘通道便以其內部的單位增益放大器的輸入端耦接至觸控面板310對應的感測線，以便擬替積分器的輸入端。以此類推，在進入第n通道期間Tn時，第n個通道可以使用積分器220，而其餘通道便以其內部的單位增益放大器的輸入端耦接至觸控面板110對應的感測線。第二通道期間T2、...、第n通道期間Tn的詳細操作可以參照第一通道期間T1的相關說明，故不再贅述。
綜上所述，上述實施例整合不同類型的讀取電路。當多通道讀取裝置900操作於第二模式時，多通道讀取裝置900利用電流至電壓轉換單元420與反相放大器讀取電流式觸控面板的感測電流，因此可避免使用積分電容而減少回授電容佔用晶片面積。在第三模式中，多通道讀取裝置900藉由多個通道之間輪流共用一組積分器來讀取電容式觸控面板的感測電荷，因此可大幅減少回授電容(積分電容)的面積。因此，本實施例的多通道讀取裝置900除了可以達成減少晶片面積的目的外，更可適用於多種類型的觸控面板。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。
110、210、310、401、901‧‧‧觸控面板
120‧‧‧源極驅動器
130‧‧‧閘極驅動器
140、240、320、400、400-1~400-n‧‧‧讀取電路
141、241、322、422、OP1、OP3‧‧‧運算放大器
912、Cfb‧‧‧回授電容
143、243‧‧‧類比數位轉換器
150‧‧‧影像處理電路
323、911、SWfb‧‧‧回授開關
411~414、920-1~920-n、930-1~930-n‧‧‧選擇器
420‧‧‧電流至電壓轉換單元
421、710、R1、R2‧‧‧電阻
610‧‧‧反相放大器
711、721~722、731~734‧‧‧電晶體
720、730‧‧‧電流鏡
900‧‧‧多通道讀取裝置
910‧‧‧積分器
Clc‧‧‧液晶電容
Cst1、Cst2‧‧‧儲存電容
Is‧‧‧感測電流
PT‧‧‧光電晶體
RESET‧‧‧重置信號
RESETB‧‧‧重置信號RESET的反相信號
SW1、SW2‧‧‧開關
VBIAS‧‧‧偏壓電壓
VCOM‧‧‧共同電壓
Vref‧‧‧參考電壓
Vs‧‧‧感測電壓
圖1說明光學電荷式觸控面板與傳統讀取電路的示意圖。
圖2說明光學電流式觸控面板與傳統讀取電路的示意圖。
圖3說明電容式觸控面板與傳統讀取電路的示意圖。
圖4是依據本發明實施例說明一種觸控面板的讀取裝置的電路示意圖。
圖5是依照本發明實施例說明圖4中設為第一模式的讀取裝置之等效電路示意圖。
圖6是依照本發明實施例說明圖4中設為第二模式的讀取裝置之等效電路示意圖。
圖7是依據本發明實施例說明圖4中電流至電壓轉換單元的另一種電路示意圖。
圖8是依據本發明實施例說明圖4中電流至電壓轉換單元的又一種電路示意圖。
圖9是依據本發明另一實施例說明一種觸控面板的多通道讀取裝置的電路示意圖。
圖10是依照本發明實施例說明圖9中設為第三模式的讀取裝置之等效電路示意圖。
圖11是依照本發明實施例說明重置信號與參考電壓的波形圖。
400‧‧‧讀取電路
401‧‧‧觸控面板
411~414‧‧‧選擇器
420‧‧‧電流至電壓轉換單元
Cfb‧‧‧回授電容
Is‧‧‧感測電流
OP1‧‧‧運算放大器
R1、R2‧‧‧電阻
RESETB‧‧‧重置信號的反相信號
SWfb‧‧‧回授開關
Vref‧‧‧參考電壓
Vs‧‧‧感測電壓

Claims (25)

  1. 一種觸控面板的讀取裝置，包括：一第一選擇器，其共同端選擇性地電性連接至第一選擇端或第二選擇端；一電流至電壓轉換單元，其輸入端耦接至該第一選擇器的第一選擇端；一第一電阻，其第一端耦接至該電流至電壓轉換單元的輸出端；一第二選擇器，其共同端選擇性地電性連接至第一選擇端或第二選擇端，其中該第二選擇器的第一選擇端耦接至該第一電阻的第二端，而該第二選擇器的第二選擇端耦接至該第一選擇器的第二選擇端；一第一運算放大器，其第一輸入端耦接至該第二選擇器的共同端，該第一運算放大器的第二輸入端接收一第一參考電壓；一第三選擇器，其共同端選擇性地電性連接至第一選擇端或第二選擇端，其中該第三選擇器的共同端耦接至該第一運算放大器的第一輸入端；一第四選擇器，其共同端選擇性地電性連接至第一選擇端或第二選擇端，其中該第四選擇器的共同端耦接至該第一運算放大器的輸出端；一第二電阻，其第一端耦接至該第三選擇器的第一選擇端，而該第二電阻的第二端耦接至該第四選擇器的第一選擇端； 一回授電容，其第一端耦接至該第三選擇器的第二選擇端，而該回授電容的第二端耦接至該第四選擇器的第二選擇端；以及一回授開關，其第一端與第二端分別耦接至該回授電容的第一端與第二端。
  2. 如申請專利範圍第1項所述觸控面板的讀取裝置，其中該電流至電壓轉換單元包括：一第三電阻，其第一端做為該電流至電壓轉換單元的輸入端，而該第三電阻的第二端耦接至一第二參考電壓；以及一單位增益放大器，其輸入端耦接至該第三電阻的第一端，而該單位增益放大器的輸出端做為該電流至電壓轉換單元的輸出端。
  3. 如申請專利範圍第2項所述觸控面板的讀取裝置，其中該單位增益放大器包括一第二運算放大器，該第二運算放大器的第一端做為該單位增益放大器的輸入端，該第二運算放大器的第二端耦接至該第二運算放大器的輸出端，而該第二運算放大器的輸出端做為該單位增益放大器的輸出端。
  4. 如申請專利範圍第1項所述觸控面板的讀取裝置，其中該電流至電壓轉換單元包括：一第三電阻，其第一端接收一第三參考電壓，該第三電阻的第二端做為該電流至電壓轉換單元的輸出端；以及 一電流鏡，其主電流端做為該電流至電壓轉換單元的輸入端，而該電流鏡的僕電流端耦接至該第三電阻的第二端。
  5. 如申請專利範圍第4項所述觸控面板的讀取裝置，其中該第三電阻為一電晶體，該電晶體的第一端接收該第三參考電壓，該電晶體的第二端與控制端耦接至該電流鏡的僕電流端。
  6. 如申請專利範圍第4項所述觸控面板的讀取裝置，其中該電流鏡包括：一第一電晶體，其第一端作為該電流鏡的主電流端，該第一電晶體的第二端接收一第四參考電壓，而該第一電晶體的控制端耦接至該第一電晶體的第一端；以及一第二電晶體，其第一端作為該電流鏡的僕電流端，該第二電晶體的第二端接收該第四參考電壓，而該第二電晶體的控制端耦接至該第一電晶體的控制端。
  7. 如申請專利範圍第6項所述觸控面板的讀取裝置，其中該第三參考電壓為一系統電壓，而該第四參考電壓為一接地電壓。
  8. 如申請專利範圍第4項所述觸控面板的讀取裝置，其中該電流鏡包括：一第一電晶體，其第一端作為該電流鏡的主電流端，而該第一電晶體的控制端耦接至該第一電晶體的第一端；一第二電晶體，其第一端作為該電流鏡的僕電流端，而該第二電晶體的控制端耦接至該第一電晶體的控制端； 一第三電晶體，其第一端耦接至該第一電晶體的第二端，該第三電晶體的第二端接收一第四參考電壓，而該第三電晶體的控制端耦接至該第三電晶體的第一端；以及一第四電晶體，其第一端耦接至該第二電晶體的第二端，該第四電晶體的第二端接收該第四參考電壓，而該第四電晶體的控制端耦接至該第三電晶體的控制端。
  9. 如申請專利範圍第1項所述觸控面板的讀取裝置，其中當在一第一模式時，該第一、第二、第三、第四選擇器均選擇將其共同端電性連接至其第二選擇端。
  10. 如申請專利範圍第1項所述觸控面板的讀取裝置，其中當在一第二模式時，該第一、第二、第三、第四選擇器均選擇將其共同端電性連接至其第一選擇端。
  11. 如申請專利範圍第1項所述觸控面板的讀取裝置，其中該第一選擇器的共同端電性連接至該觸控面板中相對應的感測線。
  12. 一種觸控面板的多通道讀取裝置，包括：一積分器；以及多個通道，其中每一個通道包括：一輸入選擇器，其共同端選擇性地電性連接至第一選擇端或第二選擇端，其中該輸入選擇器的第一選擇端耦接至該積分器的輸入端；一第一選擇器，其共同端選擇性地電性連接至第一選擇端或第二選擇端，其中該第一選擇器的共同端耦接至該輸入選擇器的第二選擇端； 一電流至電壓轉換單元，其輸入端耦接至該第一選擇器的第一選擇端；一第一電阻，其第一端耦接至該電流至電壓轉換單元的輸出端；一第二選擇器，其共同端選擇性地電性連接至第一選擇端或第二選擇端，其中該第二選擇器的第一選擇端耦接至該第一電阻的第二端，而該第二選擇器的第二選擇端耦接至該第一選擇器的第二選擇端；一第一運算放大器，其第一輸入端耦接至該第二選擇器的共同端，該第一運算放大器的第二輸入端接收一第一參考電壓；一第三選擇器，其共同端選擇性地電性連接至第一選擇端或第二選擇端，其中該第三選擇器的共同端耦接至該第一運算放大器的第一輸入端；一第四選擇器，其共同端選擇性地電性連接至第一選擇端或第二選擇端，其中該第四選擇器的共同端耦接至該第一運算放大器的輸出端；一第二電阻，其第一端耦接至該第三選擇器的第一選擇端，而該第二電阻的第二端耦接至該第四選擇器的第一選擇端；一回授電容，其第一端耦接至該第三選擇器的第二選擇端，而該回授電容的第二端耦接至該第四選擇器的第二選擇端； 一回授開關，其第一端與第二端分別耦接至該回授電容的第一端與第二端；以及一輸出選擇器，其共同端選擇性地電性連接至第一選擇端或第二選擇端，其中該輸出選擇器的第一選擇端耦接至該積分器的輸出端，而該輸出選擇器的第二選擇端耦接至該第一運算放大器的輸出端。
  13. 如申請專利範圍第12項所述觸控面板的多通道讀取裝置，其中該電流至電壓轉換單元包括：一第三電阻，其第一端做為該電流至電壓轉換單元的輸入端，而該第三電阻的第二端耦接至一第二參考電壓；以及一單位增益放大器，其輸入端耦接至該第三電阻的第一端，而該單位增益放大器的輸出端做為該電流至電壓轉換單元的輸出端。
  14. 如申請專利範圍第13項所述觸控面板的多通道讀取裝置，其中該單位增益放大器包括一第二運算放大器，該第二運算放大器的第一端做為該單位增益放大器的輸入端，該第二運算放大器的第二端耦接至該第二運算放大器的輸出端，而該第二運算放大器的輸出端做為該單位增益放大器的輸出端。
  15. 如申請專利範圍第12項所述觸控面板的多通道讀取裝置，其中該電流至電壓轉換單元包括：一第三電阻，其第一端接收一第三參考電壓，該第三電阻的第二端做為該電流至電壓轉換單元的輸出端；以及 一電流鏡，其主電流端做為該電流至電壓轉換單元的輸入端，而該電流鏡的僕電流端耦接至該第三電阻的第二端。
  16. 如申請專利範圍第15項所述觸控面板的多通道讀取裝置，其中該第三電阻為一電晶體，該電晶體的第一端接收該第三參考電壓，該電晶體的第二端與控制端耦接至該電流鏡的僕電流端。
  17. 如申請專利範圍第15項所述觸控面板的多通道讀取裝置，其中該電流鏡包括：一第一電晶體，其第一端作為該電流鏡的主電流端，該第一電晶體的第二端接收一第四參考電壓，而該第一電晶體的控制端耦接至該第一電晶體的第一端；以及一第二電晶體，其第一端作為該電流鏡的僕電流端，該第二電晶體的第二端接收該第四參考電壓，而該第二電晶體的控制端耦接至該第一電晶體的控制端。
  18. 如申請專利範圍第17項所述觸控面板的多通道讀取裝置，其中該第三參考電壓為一系統電壓，而該第四參考電壓為一接地電壓。
  19. 如申請專利範圍第15項所述觸控面板的多通道讀取裝置，其中該電流鏡包括：一第一電晶體，其第一端作為該電流鏡的主電流端，而該第一電晶體的控制端耦接至該第一電晶體的第一端；一第二電晶體，其第一端作為該電流鏡的僕電流端，而該第二電晶體的控制端耦接至該第一電晶體的控制端； 一第三電晶體，其第一端耦接至該第一電晶體的第二端，該第三電晶體的第二端接收一第四參考電壓，而該第三電晶體的控制端耦接至該第三電晶體的第一端；以及一第四電晶體，其第一端耦接至該第二電晶體的第二端，該第四電晶體的第二端接收該第四參考電壓，而該第四電晶體的控制端耦接至該第三電晶體的控制端。
  20. 如申請專利範圍第12項所述觸控面板的多通道讀取裝置，其中當在一第一模式時，該輸入、第一、第二、第三、第四、輸出選擇器均選擇將其共同端電性連接至其第二選擇端。
  21. 如申請專利範圍第12項所述觸控面板的多通道讀取裝置，其中當在一第二模式時，該輸入選擇器與該輸出選擇器均選擇將其共同端電性連接至其第二選擇端，而該第一、第二、第三、第四選擇器均選擇將其共同端電性連接至其第一選擇端。
  22. 如申請專利範圍第12項所述觸控面板的多通道讀取裝置，其中當在一第三模式時，該第一、第二、第三、第四選擇器均選擇將其共同端電性連接至其第二選擇端，該回授開關為導通。
  23. 如申請專利範圍第22項所述觸控面板的多通道讀取裝置，其中在該第三模式，該些通道當中一個通道的該輸入、輸出選擇器均選擇將其共同端電性連接至其第一選擇端，該些通道當中其餘通道的該輸入、輸出選擇器均選擇將其共同端電性連接至其第二選擇端。
  24. 如申請專利範圍第22項所述觸控面板的多通道讀取裝置，其中當一目前通道期間結束但尚未進入下一個通道期間時，該些通道的該輸入、輸出選擇器均選擇將其共同端電性連接至其第一選擇端。
  25. 如申請專利範圍第12項所述觸控面板的多通道讀取裝置，其中該些通道的該第一選擇器的共同端電性連接至該觸控面板中相對應的感測線。
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