TWI465996B - 電容式觸控裝置及其感測方法 - Google Patents

電容式觸控裝置及其感測方法 Download PDF

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Description

電容式觸控裝置及其感測方法
本發明是有關於一種電容式觸控裝置及其感測方法。
現有的電容式觸控裝置在感測電容式觸控面板後，依感測的結果辨別電容式觸控面板有無被接觸，並據以判斷觸碰位置(position)或是操控手勢(gesture)。為了提高操作敏感度(sensitivity)，感測結果必須要被檢視以區別微量差異。然而，電容式觸控裝置的實際操作環境可能充滿雜訊，必須要增強訊號強度或是降低雜訊才能夠得到相同的訊雜比(signal to noise ratio，SNR)並保持操作敏感度。
增強訊號強度的作法例如可以增強驅動電壓。常見的雜訊會與電容式觸裝置形成新的電場而造成影響。電場來源包括人體靜電、液晶顯示器模組(LCD module)、電源供應器、充電器或電器產品(household appliances)等。降低雜訊的方法例如可採用同步(synchronous)、遮蔽(shielding)、濾波(filtering)或接地(grounding)等，以降低雜訊來保持較佳的訊雜比。
然而，上述增強訊號強度或是降低雜訊的方法在整體設計上都需要額外的成本，且可能造成整體機構設計的改變而無法達成產品輕薄化的目的。
本揭露是有關於一種電容式觸控裝置及其感測方法，找尋最佳的感測頻率以對抗實際操作環境的雜訊。
根據本揭露之第一方面，提出一種電容式觸控裝置，包括一電容式觸控面板、一驅動控制單元、k個類比數位轉換器、一多路傳輸網路以及一處理單元，k為正整數。電容式觸控面板具有由m條驅動線與n條感測線組成之一m×n感測點矩陣，m及n為正整數。驅動控制單元耦接m條驅動線。一多路傳輸網路，以分時多工的方式連接n條感測線與k個類比數位轉換器。處理單元耦接k個類比數位轉換器。其中，至少部分之此些驅動線與至少部分之此些感測線被設定為電性連接。處理單元依據一預設範圍內之多個頻率感測電性連接之此些驅動線與此些感測線以從對應的類比數位轉換器得到多個訊號強度值，並據以比較並選擇對應到最小訊號強度值之頻率為電容式觸控裝置之一感測頻率。
根據本揭露之第二方面，提出一種電容式觸控裝置之感測方法。電容式觸控裝置包括一電容式觸控面板、一驅動控制單元、k個類比數位轉換器、一多路傳輸網路以及一處理單元。電容式觸控面板具有由m條驅動線與n條感測線組成之一m×n感測點矩陣；驅動控制單元耦接m條驅動線；多路傳輸網路以分時多工的方式連接n條感測線與k個類比數位轉換器；處理單元耦接k個類比數位轉換器，m、n及k為正整數。電容式觸控裝置之感測方法包括下列步驟。設定至少部分之此些驅動線與至少部分之此些感測線為電性連接。利用處理單元依據一預設範圍內之多個頻率感測電性連接之此些驅動線與此些感測線以從對應的類比數位轉換器得到多個訊號強度值。利用處理單元比較此些訊號強度值。利用處理單元選擇對應到最小訊號強度值之頻率為電容式觸控裝置之一感測頻率。
根據本揭露之第三方面，提出一種電容式觸控裝置，包括一電容式觸控面板、一驅動控制單元、k個類比數位轉換器、一多路傳輸網路、至少一條虛掃描線以及一處理單元，k為正整數。電容式觸控面板具有由m條驅動線與n條感測線組成之一m×n感測點矩陣，m及n為正整數。驅動控制單元耦接m條驅動線。多路傳輸網路以分時多工的方式連接n條感測線與k個類比數位轉換器。至少一條虛掃描線配置於電容式觸控面板上並連接至k個類比數位轉換器之一。處理單元耦接k個類比數位轉換器。其中，處理單元依據一預設範圍內之多個頻率感測電性連接之至少一條虛掃描線以從對應的類比數位轉換器得到多個訊號強度值，並據以比較並選擇對應到最小訊號強度值之頻率為電容式觸控裝置之一感測頻率。
為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉一實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本揭露所提出之電容式觸控裝置及其感測方法，藉由設定驅動線與感測線或虛掃描線(dummy scan line)的連接方式，依據感測到的雜訊強度找尋最佳的感測頻率以對抗實際操作環境的雜訊。
請參照第1圖，其繪示依照一實施範例之電容式觸控裝置之方塊圖。電容式觸控裝置100包括一電容式觸控面板110、一驅動控制單元120、k個類比數位轉換器130、一多路傳輸網路(multiplex network)135以及一處理單元140。電容式觸控面板110具有由m條驅動線(driving line)y1 ~ym 與n條感測線(sensing line)x1 ~xn 組成之一m×n感測點矩陣，m及n為正整數。驅動控制單元120耦接m條驅動線y1 ~ym 。電容式觸控裝置100可能更包括m個放大器152，且驅動控制單元120實質上可透過此m個放大器152以可程式化陣列邏輯(programmable array logic)的方式分別耦接m條驅動線y1 ~ym 。
多路傳輸網路135以分時多工的方式連接n條感測線x1 ~xn 與個類比數位轉換器130，類比數位轉換器130將接收到的值轉換為訊號強度值，此訊號強度值代表每條驅動線與感測線交錯的感測點之電容感應量。電容式觸控裝置100可能更包括k個放大器154，且k個類比數位轉換器130實質上可透過此k個放大器154與多路傳輸網路135以可程式化陣列邏輯的方式分時多工耦接至n條感測線x1 ~xn 。對應於所感測到的訊號強度值太過微弱時，可利用放大器154做積分的動作以供類比數位轉換器130做轉換。
處理單元140耦接k個類比數位轉換器130，其採用互耦式感應(mutual sensing)以偵測m×n感測點矩陣，並對類比數位轉換器130轉換得到的訊號強度值做後續的判斷處理。驅動控制單元120與處理單元140實質上可整合為一電容感測積體電路(capacitance sensing IC)。
請參照第2圖，其繪示依照一實施範例之電容式觸控裝置之感測方法之流程圖。於步驟S200中，設定至少部分之此些驅動線y1 ~ym 與至少部分之此些感測線x1 ~xn 為電性連接。驅動線y1 ~ym 與感測線x1 ~xn 的電性連接方式並不限制，端視實際需求而定。請參照第3圖，其繪示依照一實施範例之電容式觸控裝置之示意圖。於第3圖中，全部的驅動線y1 ~ym 與全部的感測線x1 ~xn 被設定為電性連接。如此一來，全部的感測點可被視為同一個感測點，而電容式觸控裝置100可被視為一雜訊檢知器。
另外，請參照第4圖，其繪示依照另一實施範例之電容式觸控裝置之示意圖。在第4圖中，驅動線y1 、y3 、…與感測線x1 、x3 、…被設定為電性連接。更進一步地，在考量m×n感測點矩陣的感測時間可能過長，可將驅動線y1 ~ym 與感測線x1 ~xn 進行分組以減少掃描時間並適於觀察較高頻率的雜訊。驅動線y1 ~ym 例如可被區分為一第一組驅動線y1 、y3 、…與一第二組驅動線y2 、y4 、…，感測線x1 ~xn 例如可被區分為一第一組感測線x1 、x3 、…與一第二組感測線x2 、x4 、…，且第一組驅動線y1 、y3 、…與第一組感測線x1 、x3 、…被設定為電性連接，該第二組驅動線y2 、y4 、…與第二組感測線x2 、x4 、…被設定為電性連接。驅動線y1 ~ym 與感測線x1 ~xn 的電性連接方式並不限制，以儘可能涵蓋整個電容式觸控面板110為佳。
於步驟S210中，設定一預設範圍內之多個頻率，此預設範圍可以為全部頻率範圍，亦可以在考慮有限時間或特定環境的情況下為特定頻率範圍。於步驟S220中，處理單元140依據預設範圍內之多個頻率感測電性連接之此些驅動線與此些感測線以從對應的類比數位轉換器130得到對應於不同頻率之多個訊號強度值。於步驟S230中，處理單元140比較此些訊號強度值。於步驟S240中，處理單元140選擇對應到最小訊號強度值之頻率為電容式觸控裝置100之一感測頻率。
處理單元140例如可用統計方法來實現比較。處理單元140可以使用相同頻率下的最大訊號強度值減去最小訊號強度值得到差值，比較不同頻率的各個差值，最小的即為最佳的感測頻率。處理單元140例如可以使用相同頻率的前後兩筆訊號強度值的差值，差值大於一個預設值則計數加一，比較不同頻率的各個計數值，最小計數值對應的頻率的即為最佳的感測頻率。處理單元140例如可以使用相同頻率的所有訊號強度值的平均值，與每個訊號強度值相減後取絕對值相加，以能量的積分表示雜訊能量的強度，比較不同頻率的各個積分值，最小積分值對應的頻率即為最佳的感測頻率。
處理單元140例如可以使用相同頻率的所有訊號強度值均方根值，與每個訊號強度值相減後取絕對值相加，以能量積分表示雜訊能量的強度，比較不同頻率的各個積分值，最小能量積分對應的頻率即為最佳的感測頻率。處理單元140例如可以使用相同頻率的所有訊號強度值排序的中間值，與每個訊號強度值相減後取絕對值相加，以能量積分表示雜訊能量的強度，比較不同頻率的各個積分值，最小能量積分對應的頻率即為最佳的感測頻率。處理單元140例如可以使用相同頻率的所有訊號強度值經統計的算法，與每個訊號強度值相減後取絕對值相加，以能量積分表示雜訊能量的強度，比較不同頻率的各個積分值，最小能量積分對應的頻率即為最佳的感測頻率。
此外，處理單元140可更進一步選擇對應到較小訊號強度值之多個頻率為電容式觸控裝置100之感測頻率。亦即，電容式觸控裝置100可以選定一最佳感測頻率對m×n感測點矩陣進行感測以對抗實際操作環境的雜訊，亦可以選定多個較佳的感測頻率對m×n感測點矩陣進行感測以對抗實際操作環境的雜訊。
此外，當多條驅動線與多條掃描線電性連接在一起時，過大的負載可能會導致類比數位轉換器130無法得到訊號強度值。因此，在步驟S220中，驅動控制單元120可更經由未被設定為電性連接之此些驅動線之一輸出一驅動電壓至m×n感測點矩陣，處理單元140依據多個頻率感測電性連接之此些驅動線與此些感測線。如此一來，驅動電壓可被視為載波，而雜訊會在載波上波動進而可感測得到訊號強度值。
請參照第5圖，其繪示依照又一實施範例之電容式觸控裝置之示意圖。於第3圖中，全部的驅動線y2 ~ym 與全部的感測線x1 ~xn 被設定為電性連接，而驅動控制單元120經由驅動線y1 輸出驅動電壓至m×n感測點矩陣。請參照第6圖，其繪示依照再一實施範例之電容式觸控裝置之示意圖。在第6圖中，驅動線y1 、y3 、…與感測線x1 、x3 、…被設定為電性連接，而驅動控制單元120經由驅動線y2 輸出驅動電壓至m×n感測點矩陣。
除了利用上述電性連接之至少部分之此些驅動線與至少部分之此些感測線外，本揭露亦可利用至少一條虛掃描線來感測雜訊強度。請參照第7圖，其繪示依照另一實施範例之電容式觸控裝置之方塊圖。電容式觸控裝置700包括一電容式觸控面板710、一驅動控制單元720、k個類比數位轉換器730、一多路傳輸網路735、至少一條虛掃描線760以及一處理單元740。電容式觸控面板710具有由m條驅動線y1 ~ym 與n條感測線x1 ~xn 組成之一m×n感測點矩陣，m及n為正整數。驅動控制單元720耦接m條驅動線y1 ~ym 。電容式觸控裝置700可能更包括m個放大器752，且驅動控制單元720實質上可透過此m個放大器752以可程式化陣列邏輯的方式分別耦接m條驅動線y1 ~ym 。
多路傳輸網路735以分時多工的方式連接n條感測線x1 ~xn 與個類比數位轉換器730。電容式觸控裝置700可能更包括k個放大器754，且k個類比數位轉換器730實質上可透過此k個放大器754與多路傳輸網路735以可程式化陣列邏輯的方式分時多工耦接至n條感測線x1 ~xn 。至少一條虛掃描線760配置於電容式觸控面板710上並連接至k個類比數位轉換器754之一。處理單元740耦接k個類比數位轉換器730。
請參照第8圖~第10圖，其繪示依照一實施例之至少一條虛掃描線與電容式觸控面板之配置關係圖。於第8圖中，至少一條虛掃描線760以一柵欄佈局方式配置於電容式觸控面板710上。於第9圖中，至少一條虛掃描線760以一口字佈局方式配置於電容式觸控面板710上。於第10圖中，至少一條虛掃描線760以一橫向條狀佈局方式配置於電容式觸控面板710上。
處理單元740依據一預設範圍內之多個頻率感測電性連接之至少一條虛掃描線760以從對應的類比數位轉換器730得到多個訊號強度值，並據以比較並選擇對應到最小訊號強度值之頻率為電容式觸控裝置700之一感測頻率。
此外，電容式觸控裝置700除了應用至少一條虛掃描線之外，更可結合前述電容式觸控裝置100中所提及的電性連接之至少部分之此些驅動線y1 ~ym 與至少部分之此些感測線x1 ~xn 。亦即，第8圖~第10圖中的至少一條虛掃描線760更可分別搭配第3圖~第6圖中的電性連接之至少部分之此些驅動線y1 ~ym 與至少部分之此些感測線x1 ~xn ，但並不限於此。
本揭露上述實施例所揭露之電容式觸控裝置及其感測方法，藉由設定驅動線與感測線或至少一虛掃描線的電性連接方式，依據感測到的雜訊強度找尋最佳的感測頻率以對抗實際操作環境的雜訊，可在電容式觸控裝置使用前依照環境或整體的狀態得到最佳的感測頻率，亦可在電容式觸控裝置使用中動態更新感測頻率來適應隨時改變的環境。在本揭露中，更利用分組的方式，使得感測數量大幅減少，可減少搜尋佳較感測頻率的時間，適於快速觀察環境雜訊的強度以進行動態更新。本揭露之電容式觸控裝置及其感測方法不需要額外的設計成本即可達到減少雜訊的目的。
綜上所述，雖然本發明已以多個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明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，當可作各種之更動與潤飾。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。
100、700．．．電容式觸控裝置
110、710．．．電容式觸控面板
120、720．．．驅動控制單元
130、730．．．類比數位轉換器
135、735．．．多路傳輸網路
140、740．．．處理單元
152、154、752、754．．．放大器
760．．．至少一條虛掃描線
y1 ~ym ．．．驅動線
x1 ~xn ．．．感測線
第1圖繪示依照一實施範例之電容式觸控裝置之方塊圖。
第2圖繪示依照一實施範例之電容式觸控裝置之感測方法之流程圖。
第3圖繪示依照一實施範例之電容式觸控裝置之示意圖。
第4圖繪示依照另一實施範例之電容式觸控裝置之示意圖。
第5圖繪示依照又一實施範例之電容式觸控裝置之示意圖。
第6圖繪示依照再一實施範例之電容式觸控裝置之示意圖。
第7圖繪示依照另一實施範例之電容式觸控裝置之方塊圖。
第8圖~第10圖繪示依照一實施例之至少一條虛掃描線與電容式觸控面板之配置關係圖。

Claims (20)

  1. 一種電容式觸控裝置，包括：一電容式觸控面板，具有由m條驅動線與n條感測線組成之一m×n感測點矩陣，m及n為正整數；一驅動控制單元，耦接該m條驅動線；k個類比數位轉換器，k為正整數；一多路傳輸網路，以分時多工的方式連接該n條感測線與該k個類比數位轉換器；以及一處理單元，耦接該k個類比數位轉換器；其中，至少部分之該些驅動線與至少部分之該些感測線被設定為電性連接，該處理單元依據一預設範圍內之複數個頻率感測電性連接之該些驅動線與該些感測線以從對應的該類比數位轉換器得到複數個訊號強度值，並據以比較並選擇對應到最小訊號強度值之該頻率為該電容式觸控裝置之一感測頻率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控裝置，其中該處理單元更選擇對應到較小訊號強度值之該些頻率為該電容式觸控裝置之感測頻率。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控裝置，更包括複數個放大器，其中，該驅動控制單元透過m個該放大器分別耦接該m條驅動線，且該k個類比數位轉換器透過k個該放大器分時多工耦接至該n條感測線。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控裝置，其中全部之該些驅動線與全部之該些感測線被設定為電性連接。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控裝置，其中該些驅動線被區分為一第一組驅動線與一第二組驅動線，該些感測線被區分為一第一組感測線與一第二組感測線，該第一組驅動線與該第一組感測線被設定為電性連接，該第二組驅動線與該第二組感測線被設定為電性連接。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控裝置，其中未被設定為電性連接之該些驅動線之一輸出一驅動電壓至該m×n感測點矩陣，該處理單元依據該些頻率感測電性連接之該些驅動線與該些感測線。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控裝置，其中該處理單元以一統計方法實現該比較並選擇該感測頻率之步驟。
  8. 一種電容式觸控裝置之感測方法，該電容式觸控裝置包括一電容式觸控面板、一驅動控制單元、k個類比數位轉換器、一多路傳輸網路以及一處理單元，該電容式觸控面板具有由m條驅動線與n條感測線組成之一m×n感測點矩陣，該驅動控制單元耦接該m條驅動線，該多路傳輸網路以分時多工的方式連接該n條感測線與該k個類比數位轉換器，該處理單元耦接該k個類比數位轉換器，k、m及n為正整數，該電容式觸控裝置之感測方法包括：設定至少部分之該些驅動線與至少部分之該些感測線為電性連接；利用該處理單元依據一預設範圍內之複數個頻率感測電性連接之該些驅動線與該些感測線以從對應的該類比數位轉換器得到複數個訊號強度值；利用該處理單元比較該些訊號強度值；以及利用該處理單元選擇對應到最小訊號強度值之該頻率為該電容式觸控裝置之一感測頻率。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電容式觸控裝置之感測方法，更包括：利用該處理單元選擇對應到較小訊號強度值之該些頻率為該電容式觸控裝置之感測頻率。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之電容式觸控裝置之感測方法，更包括：設定全部之該些驅動線與全部之該些感測線為電性連接。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之電容式觸控裝置之感測方法，更包括：區分該些驅動線為一第一組驅動線與一第二組驅動線，並區分該些感測線為一第一組感測線與一第二組感測線；以及設定該第一組驅動線與該第一組感測線為電性連接，且設定該第二組驅動線與該第二組感測線為電性連接。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之電容式觸控裝置之感測方法，更包括：利用未被設定為電性連接之該些驅動線之一輸出一驅動電壓至該m×n感測點矩陣；以及利用該處理單元依據該些頻率感測電性連接之該些驅動線與該些感測線。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之電容式觸控裝置之感測方法，更包括：利用該處理單元以一統計方法實現該比較並選擇該感測頻率之步驟。
  14. 一種電容式觸控裝置，包括：一電容式觸控面板，具有由m條驅動線與n條感測線組成之一m×n感測點矩陣，m及n為正整數；一驅動控制單元，耦接該m條驅動線；k個類比數位轉換器，k為正整數；一多路傳輸網路，以分時多工的方式連接該n條感測線與該k個類比數位轉換器；至少一條虛掃描線(dummy scan line)，配置於該電容式觸控面板上並連接至該k個類比數位轉換器之一；以及一處理單元，耦接該k個類比數位轉換器；其中，該處理單元依據一預設範圍內之複數個頻率感測電性連接之該至少一條虛掃描線以從對應的該類比數位轉換器得到複數個訊號強度值，並據以比較並選擇對應到最小訊號強度值之該頻率為該電容式觸控裝置之一感測頻率。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之電容式觸控裝置，其中該處理單元更選擇對應到較小訊號強度值之該些頻率為該電容式觸控裝置之感測頻率。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之電容式觸控裝置，其中該至少一條虛掃描線更被設定為電性連接至少部分之該些驅動線與至少部分之該些感測線。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之電容式觸控裝置，其中該些驅動線被區分為一第一組驅動線與一第二組驅動線，該些感測線被區分為一第一組感測線與一第二組感測線，該至少一條虛掃描線電性連接該第一組驅動線與該第一組感測線，或該至少一條虛掃描線電性連接該第二組驅動線與該第二組感測線。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之電容式觸控裝置，其中未被設定為電性連接之該些驅動線之一輸出一驅動電壓至該m×n感測點矩陣，該處理單元依據該些頻率感測電性連接之該些驅動線、該些感測線與該至少一條虛掃描線。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之電容式觸控裝置，其中該處理單元以一統計方法實現該比較並選擇該感測頻率之步驟。
  20. 如申請專利範圍第14項所述之電容式觸控裝置，其中該至少一條虛掃描線以一柵欄佈局方式、一口字佈局方式、一縱向條狀佈局方式或一橫向條狀佈局方式配置於該電容式觸控面板上。
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