TWI410848B - Detection Circuit and Method of Capacitive Touchpad - Google Patents

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TWI410848B TW098129041A TW98129041A TWI410848B TW I410848 B TWI410848 B TW I410848B TW 098129041 A TW098129041 A TW 098129041A TW 98129041 A TW98129041 A TW 98129041A TW I410848 B TWI410848 B TW I410848B
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Description

電容式觸控板的偵測電路及方法
本發明係有關一種電容式觸控板，特別是關於一種電容式觸控板的偵測電路及方法。
二維式的電容式觸控板上設置有多條X方向跡線和Y方向跡線，該些X方向跡線和Y方向跡線相互交錯組成多個感應器，當使用者以導電性物件，例如手指，接近該些感應器時，手指與該感應器之間的耦合電容將使得連接該感應器的跡線的電容值增加，偵測電路便藉由偵測該些跡線上的電容值變化，定位出手指的位置，並將該位置的變化轉換成資訊，提供給主機執行相應操作。
圖1係手指對跡線造成電容值變化的示意圖，橫座標表示橫向的跡線Y1，跡線X1~X8與跡線Y1交錯，曲線10表示跡線Y1上的電容值變化。當手指接近跡線Y1與跡線X4、X5的交點時，遠離手指的跡線X1、X2和X7、X8的電容值未受影響，低於門檻值CTH ，較接近手指的跡線X3和X6的電容值上升，略高於門檻值CTH ，距離手指更近的跡線X5的電容值更高，而手指位置所在處的跡線X4和的電容值則為曲線10的峰值，因此，將跡線X4和Y1組合後，即可判斷出手指位於(X4,Y1)。在圖1中，跡線X1、X2和X7、X8的電容值未受到手指影響，在偵測時的值接近零，在後續的轉換和運算判斷中是無用的(useless)。
電容值在實際電路中無法直接偵測，因此電容式觸控板的偵測方法是逐一對每條跡線充電，偵測每條跡線上的電壓變化以獲得電容值變化的資訊，再加以轉換，圖2係習知連續逼近暫存器(Successive Approximation Register;SAR)類比轉數位電路(ADC)的示意圖。取樣及保持電路12取樣一跡線的跡線電壓Vin，產生取樣電壓VS 給比較器14，同時，SAR和控制電路18輸出連續逼近數位碼D0 ~Dn-1 ，經由數位轉類比轉換器16配合參考電壓Vref轉換產生電壓VD ，與取樣電壓VS 比較產生比較結果給SAR和控制電路18，SAR和控制電路18再根據比較結果調整連續逼近數位碼D0 ~Dn-1 ，再次轉換出新的電壓VD 與取樣電壓VS 比較，逐步逼近取樣電壓VS 而產生數位碼，該數位碼提供給韌體，填入該跡線的值。
習知的偵測方法是逐一對電容式觸控板上的每條跡線充電，偵測每一跡線的跡線電壓並執行前述之連續逼近而轉換產生該跡線的數位碼提供給韌體，再跳到下一跡線，執行相同的步驟而逐一取得每一跡線的數位碼，轉換產生一幀(frame)資訊而定位出手指位置，其中，電容值無變化的跡線其跡線電壓轉換成數位碼後沒有功用，因此，本發明提出一種預先將無用跡線濾除的方法，減少偵測電路的運算量，提升幀速(frame rate)或減少偵測電路的耗電，提升電容式觸控板的效能。
本發明的目的之一，在於提出一種電容式觸控板的偵測電路。
本發明的目的之一，在於提出一種電容式觸控板的偵測方法。
根據本發明，一種電容式觸控板的偵測電路包括取樣及保持電路取樣複數條跡線之一的跡線電壓產生取樣電壓，SAR及控制電路提供門檻數位碼以及連續逼近數位碼，並在開始轉換該取樣電壓時提供預轉換訊號，數位轉類比電路根據該門檻數位碼或該連續逼近數位碼轉換產生門檻電壓或比較電壓，多工器連接在該SAR及控制電路以及該數位轉類比電路之間，根據該預轉換訊號將該門檻數位碼提供給該數位轉類比電路，其他時候將該連續逼近數位碼提供給該數位轉類比電路，以及比較器連接該數位轉類比電路以及該取樣及保持電路，將該取樣電壓與該門檻電壓或該比較電壓相比較，並輸出比較結果給該SAR及控制電路，其中，若該取樣電壓低於該門檻電壓，該SAR及控制電路輸出中止訊號並停止轉換，若該取樣電壓高於該門檻電壓，該SAR及控制電路對該取樣電壓執行連續逼近以產生該取樣電壓的數位碼。
根據本發明，一種電容式觸控板的偵測方法包括取樣複數條跡線之一的跡線電壓產生取樣電壓，比較該取樣電壓與門檻電壓相，若該跡線電壓小於該門檻電壓，則中止該跡線電壓的轉換，以及若該跡線電壓大於該門檻電壓，則對該跡線電壓執行連續逼近以產生該跡線電壓的數位碼。較佳者，在判斷出該跡線電壓小於該門檻電壓時，發出中止訊號跳過該跡線，或使該跡線的值填為零。
圖3係根據本發明一實施例的示意圖，SAR及控制電路30除了提供連續逼近數位碼D0 ~Dn-1 之外，還提供門檻數位碼T0 ~Tn-1 ，多工器28是一個二選一的多工器，在接收到SAR及控制電路30的預轉換命令時將門檻數位碼T0 ~Tn-1 提供給數位轉類比電路26，其他時候則將連續逼近數位碼D0 ~Dn-1 提供給數位轉類比電路26。在其他實施例中，亦可以使用計數的方式，在將門檻數位碼T0 ~Tn-1 提供給數位轉類比電路26後，於接下來的n個循環將連續逼近數位碼D0 ~Dn-1 提供給數位轉類比電路26。比較器24將數位轉類比電路26轉換產生之門檻電壓VTH 或電壓VD 與取樣及保持電路22取樣產生之取樣電壓VS 相比較，輸出比較結果給SAR及控制電路30。在本實施例中，SAR及控制電路30在開始對一筆跡線的取樣電壓做轉換時，輸出預轉換訊號使得多工器28將門檻數位碼T0 ~Tn-1 提供給數位轉類比轉換器26，數位轉類比轉換器26根據門檻數位碼T0 ~Tn-1 轉換產生門檻電壓VTH ，若取樣電壓VS 低於門檻電壓VTH ，SAR及控制電路30便輸出中止訊號Abort，停止對該筆跡線的取樣電壓的後續轉換動作，並跳到下一條跡線；若取樣電壓VS 高於門檻電壓VTH ，多工器28便繼續將連續逼近數位碼D0 ~Dn-1 提供給數位轉類比電路26，對該取樣電壓執行連續逼近以產生數位碼供韌體填入該跡線的值。門檻數位碼T0 ~Tn-1 係根據無手指接觸時的跡線基本電壓而決定。
圖4係圖3之實施例的流程圖，開始50後，在步驟52將取樣電壓VS 與門檻電壓VTH 相比較，判斷取樣電壓VS 是否小於門 檻電壓VTH 54，若是，中斷當前轉換62，跳到結束轉換64；若否，進入步驟56執行一位元的SAR ADC轉換，並判斷當前是否為最後位元58，若是，結束轉換64，若否，進行下一位元運算60，回到步驟56。
在前述實施例中，發出中止訊號或中斷當前轉換後，可以藉由軟體或韌體跳過該條跡線的運算，或將該條跡線的值填為零，如果一來，便可以直接省略無用跡線的運算。在其他實施例中，可以以硬體、軟體或韌體實現本發明提出之預濾除級(pre-filtering stage)。
在實際電路中，偵測電路常對同一條跡線偵測兩次、四次、六次甚至八次後，再切換到下一條跡線做同樣的偵測，以具有N條X方向跡線和N條Y方向跡線之電容式觸控板為例，組成一幀需要掃瞄N+N條跡線，而每條跡線需偵測M次，因此一幀需運算M*2N次。本發明提出之偵測方法可以在第一次偵測一條跡線時便判斷出該條跡線無用，不但省略後續的資料轉換，亦省去對該條無用跡線的重覆掃瞄，有效降低運算量，因而提升幀速或降低耗電。
以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。
10‧‧‧曲線
12‧‧‧取樣及保持電路
14‧‧‧比較器
16‧‧‧數位轉類比電路
18‧‧‧SAR及控制電路
22‧‧‧取樣及保持電路
24‧‧‧比較器
26‧‧‧數位轉類比電路
28‧‧‧多工器
30‧‧‧SAR及控制電路
50‧‧‧開始
52‧‧‧比較VS 和VTH
54‧‧‧VS <VTH ？
56‧‧‧1-bit SAR類比轉數位轉換
58‧‧‧當前位元為最後位元？
60‧‧‧進行下一位元運算
62‧‧‧中斷當前轉換
64‧‧‧結束轉換
圖1係手指對跡線電容值造成變化的示意圖；圖2係習知SAR ADC的示意圖；圖3係根據本發明一實施例的示意圖；以及圖4係圖3之實施例的流程圖。
22．．．取樣及維持電路
24．．．比較器
26．．．數位轉類比電路
28．．．多工器
30．．．SAR及控制電路

Claims (5)

  1. 一種電容式觸控板的偵測電路，包括：取樣及保持電路，取樣一跡線的跡線電壓產生取樣電壓；SAR及控制電路，提供門檻數位碼以及連續逼近數位碼，並在開始轉換該取樣電壓時提供預轉換訊號；數位轉類比電路，根據該門檻數位碼或該連續逼近數位碼轉換產生門檻電壓或比較電壓；多工器，連接在該SAR及控制電路以及該數位轉類比電路之間，根據該預轉換訊號將該門檻數位碼提供給該數位轉類比電路，其他時候將該連續逼近數位碼提供給該數位轉類比電路；以及比較器，連接該數位轉類比電路以及該取樣及保持電路，將該取樣電壓與該門檻電壓或該比較電壓相比較，並輸出比較結果給該SAR及控制電路；其中，若該取樣電壓低於該門檻電壓，則該SAR及控制電路輸出中止訊號並停止轉換，若該取樣電壓高於該門檻電壓，則該SAR及控制電路對該取樣電壓執行連續逼近以產生該取樣電壓的數位碼。
  2. 一種電容式觸控板的偵測方法，包括：(a)取樣一跡線的跡線電壓產生取樣電壓；(b)比較該取樣電壓與門檻電壓；(c)若該取樣電壓小於該門檻電壓，則中止該取樣電壓的轉換；以及(d)若該取樣電壓大於該門檻電壓，則對該取樣電壓執行連續 逼近以產生該取樣電壓的數位碼。
  3. 如請求項2之偵測方法，更包括根據門檻數位碼轉換產生該門檻電壓。
  4. 如請求項2之偵測方法，其中該步驟(c)包括：若該取樣電壓小於該門檻電壓，則產生中止訊號；以及根據該中止訊號中止該取樣電壓的轉換，跳過該跡線。
  5. 如請求項2之偵測方法，其中該步驟(c)包括：若該取樣電壓小於該門檻電壓，則產生中止訊號；以及根據該中止訊號中止該取樣電壓的轉換，將該跡線的值填為零。
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