TWI456474B - 用於高系統抗擾性之低電壓電容式觸控螢幕電荷採集及讀出系統、電路及方法 - Google Patents

Claims (39)

1. 一種電容式觸控螢幕系統，包含：一觸控螢幕，包含複數個導電性驅動電極以及複數個導電性感測電極，該複數個導電性驅動電極排列成複數個列或行，該複數個導電性感測電極與該複數個導電性驅動電極之該等列或行成一角度排列成複數個列或行，在該複數個導電性驅動電極與該複數個導電性感測電極相交之位置，該複數個導電性驅動電極與該複數個導電性感測電極之間存在複數個互電容，當一手指、多個手指或一觸摸裝置靠近該觸控螢幕時，該等互電容發生變化；複數個驅動電路，各該複數個驅動電路可操作地連接至該複數個導電性驅動電極其中之一對應者，各該導電性驅動電極可操作地連接至一第三開關及一第四開關，該第三開關用以將該導電性驅動電極可操作地連接至一驅動電壓，該第四開關用以將該導電性驅動電極可操作地連接至地電位，各該導電性驅動電極具有一與其相關聯之驅動雜散電容；以及複數個感測電路，各該複數個感測電路可操作地連接至該複數個導電性感測電極其中之一對應者，各該感測電路包含一第一開關、一第二開關、以及一電荷採集電路，該電荷採集電路包含一與一第五開關並聯排列之電荷儲存電容器，該第一開關用以將該導電性感測電極可操作地連接至地電位，該第二開關用以將該導電性感測電極可操作地連接至該電荷採集電路，各該導電性感測電極具有一與其相關聯之感測雜散電容； 其中於該複數個導電性驅動電極與該複數個導電性感測電極之一給定相交點，於一給定導電性驅動電極與一給定導電性感測電極之間存在一互電容、與該給定導電性驅動電極相關聯之該驅動雜散電容以及與該給定導電性感測電極相關聯之該感測雜散電容一起界定一觸控螢幕電容網路，在一第一時間段(phase)期間，該第三開關閉合，該第四開關斷開，該第一開關閉合，該第二開關斷開，該給定導電性感測電極之一第一電位對應至地電位，且該給定導電性驅動電極與該給定導電性感測電極之間之該互電容被充電至一第一電荷值，該第一電荷值實質上對應於該驅動電壓乘以該互電容，在一第二時間段期間，該第三開關斷開，該第四開關閉合，該第一開關斷開，該第二開關閉合，該給定導電性驅動電極之一第二電位對應至地電位，且該電荷儲存電容器被充電至一數值，該數值近似對應於在該第一時間段與該第二時間段期間分別出現之觸控螢幕電容網路電荷之一差值，該第一時間段與該第二時間段在時間上不交疊。
2. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕系統，其中該電荷採集電路包含一運算放大器。
3. 如請求項2所述之電容式觸控螢幕系統，其中該運算放大器包含一正輸入端子、一負輸入端子、以及一輸出端子。
4. 如請求項3所述之電容式觸控螢幕系統，其中該正輸入端子連接至一第一參考電壓。
5. 如請求項3所述之電容式觸控螢幕系統，其中該負輸入端子可操作地連接至該第二開關。
6. 如請求項2所述之電容式觸控螢幕系統，其中該運算放大器包含一回饋環路，該回饋環路可操作地連接至該運算放大器之一負輸入端子及一輸出端子。
7. 如請求項6所述之電容式觸控螢幕系統，其中該回饋環路包含該第五開關及該電荷儲存電容器。
8. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕系統，其中該電荷採集電路包含一跨導放大器。
9. 如請求項8所述之電容式觸控螢幕系統，其中該跨導放大器包含一正輸入端子、一負輸入端子、以及一輸出端子。
10. 如請求項9所述之電容式觸控螢幕系統，其中該負輸入端子連接至一第一參考電壓。
11. 如請求項9所述之電容式觸控螢幕系統，其中該正輸入端子可操作地連接至該第二開關。
12. 如請求項9所述之電容式觸控螢幕系統，其中該正輸入端子與該負輸入端子經由一負載電阻器連接。
13. 如請求項9所述之電容式觸控螢幕系統，其中該第五開關及該電荷儲存電容器可操作地連接至該輸出端子。
14. 如請求項13所述之電容式觸控螢幕系統，其中該第五開關及該電荷儲存電容器可操作地連接至一第二參考電壓。
15. 如請求項1所述之電容式觸控螢幕系統，其中該第一開關、該第二開關、該第三開關、該第四開關及該第五開關之運作由一觸控螢幕控制器所控制，該觸控螢幕控制器可操作地連接至該感測電路及該驅動電路。
16. 如請求項15所述之電容式觸控螢幕系統，其中該觸控螢幕控 制器用以提供複數個第一數位控制訊號至該第一開關及該第三開關。
17. 如請求項15所述之觸控螢幕系統，其中該觸控螢幕控制器用以提供一第二數位控制訊號至該第二開關及該第四開關。
18. 如請求項15所述之觸控螢幕系統，其中該觸控螢幕控制器用以提供一第三數位控制訊號至該第五開關。
19. 如請求項15所述之觸控螢幕系統，其中該給定感測電路更包含一暗框(dark frame)電荷採集電路，該暗框電荷採集電路用以採集一對應於該給定相交點之暗框訊號。
20. 一種在一電容式觸控螢幕系統中採集電荷之方法，該電容式觸控螢幕系統包含：一觸控螢幕，包含複數個導電性驅動電極以及複數個導電性感測電極，該複數個導電性驅動電極排列成複數個列或行，該複數個導電性感測電極與該複數個導電性驅動電極之該等列或行成一角度排列成複數個列或行，在該複數個導電性驅動電極與該複數個導電性感測電極相交之位置，該複數個導電性驅動電極與該複數個導電性感測電極之間存在複數個互電容，當一手指、多個手指或一觸摸裝置靠近該觸控螢幕時，該等互電容發生變化；複數個驅動電路，各該複數個驅動電路可操作地連接至該複數個導電性驅動電極其中之一對應者，各該導電性驅動電極可操作地連接至一第三開關及一第四開關，該第三開關用以將該導電性驅動電極可操作地連接至一驅動電壓，該第四開關用以將該導電性驅動電極可操作地連接至地電位，各該驅動電極具有一與其相關聯之驅動雜散電容；複數個感測電路，各該複數個 感測電路可操作地連接至該複數個導電性感測電極其中之一對應者，各該感測電路包含一第一開關、一第二開關、以及一電荷採集電路，該電荷採集電路包含一與一第五開關並聯排列之電荷儲存電容器，該第一開關用以將該導電性感測電極可操作地連接至地電位，該第二開關用以將該導電性感測電極可操作地連接至該電荷採集電路，各該感測電極具有一與其相關聯之感測雜散電容；其中於該複數個導電性驅動電極與該複數個導電性感測電極之間之一給定相交點，於一給定導電性驅動電極與一給定導電性感測電極之間存在一互電容、與該給定導電性驅動電極相關聯之該驅動雜散電容以及與該給定導電性感測電極相關聯之該感測雜散電容一起界定一觸控螢幕電容網路，該方法包含：在一第一時間段期間，閉合該第三開關，斷開該第四開關，閉合該第一開關，及斷開該第二開關，將該給定導電性感測電極之一第一電位對應至地電位，且將該給定導電性驅動電極與該給定導電性感測電極之間之該互電容充電至一第一電荷值，該第一電荷值實質上對應於該驅動電壓乘以該互電容，以及在一第二時間段期間，斷開該第三開關，閉合該第四開關，斷開該第一開關，及閉合該第二開關，將該給定導電性驅動電極之一第二電位對應至地電位，且將該電荷儲存電容器充電至一數值，該數值近似對應於在該第一時間段與該第二時間段期間分別出現之觸控螢幕電容網路電荷之一差值；其中該第一時間段與該第二時間段在時間上不交疊。
21. 如請求項20所述之方法，更包含在該電荷採集電路中採用一運算放大器。
22. 如請求項21所述之方法，其中該運算放大器包含一正輸入端子、一負輸入端子、以及一輸出端子。
23. 如請求項22所述之方法，其中該正輸入端子連接至一第一參考電壓。
24. 如請求項22所述之方法，其中該負輸入端子可操作地連接至該第二開關。
25. 如請求項22所述之方法，其中該運算放大器包含一回饋環路，該回饋環路可操作地連接至該運算放大器之一負輸入端子及一輸出端子。
26. 如請求項25所述之方法，其中該回饋環路包含該第五開關及該電荷儲存電容器。
27. 如請求項20所述之方法，更包含在該電荷採集電路中採用一跨導放大器。
28. 如請求項27所述之方法，其中該跨導放大器包含一正輸入端子、一負輸入端子、以及一輸出端子。
29. 如請求項28所述之方法，其中該負輸入端子連接至一第一參考電壓。
30. 如請求項28所述之方法，其中該正輸入端子可操作地連接至該第二開關。
31. 如請求項28所述之方法，其中該正輸入端子與該負輸入端子經由一負載電阻器連接。
32. 如請求項28所述之方法，其中該第五開關及該電荷儲存電容 器可操作地連接至該輸出端子。
33. 如請求項22所述之方法，其中該第五開關及該電荷儲存電容器可操作地連接至一第二參考電壓。
34. 如請求項20所述之方法，其中該第一開關、該第二開關、該第三開關、該第四開關及該第五開關之運作由一觸控螢幕控制器所控制，該觸控螢幕控制器可操作地連接至該感測電路及該驅動電路。
35. 如請求項34所述之方法，其中該觸控螢幕控制器用以提供複數個第一數位控制訊號至該第一開關及該第三開關，當該驅動訊號為高位凖時，該等第一數位控制訊號處於一高邏輯狀態，且當該驅動訊號為低位凖時，該等第一數位控制訊號處於一低邏輯狀態。
36. 如請求項34所述之方法，其中該觸控螢幕控制器用以提供一第二數位控制訊號至該第二開關及該第四開關，在一高位凖驅動訊號之後緣之後且在下一高位凖驅動訊號之前緣之前，該第二數位控制訊號處於一高邏輯狀態。
37. 如請求項34所述之方法，其中該觸控螢幕控制器用以提供一第三數位控制訊號至該第五開關，在該驅動訊號為高位凖之至少一部分時間內，該第三數位控制訊號處於一高邏輯狀態。
38. 如請求項20所述之方法，更包含採集對應於該給定相交點之一暗框訊號。
39. 如請求項38所述之方法，更包含自該觸控螢幕電容網路電荷之該差值減去該暗框訊號。