TWI489365B - 電容式觸控感測器及其自容與互容的切換方法 - Google Patents

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Description

電容式觸控感測器及其自容與互容的切換方法
本發明有關於一種觸控感測器，且特別是一種電容式觸控感測器及其自容與互容的切換方法。
電容式觸控感測器，做為一種人機介面之輸入工具，一般而言投射式電容觸控感測器有自容(self capacitance)，與互容(mutual capacitance)之分。所謂自容是指驅動端與感測端皆為同一點；而互容是指驅動端與感測端為分開的兩點，自容與互容各有其優缺點，自容有鬼點(ghost point)的問題，互容則否，因此互容可實現真正多點觸控。
台灣專利公開號TW 201133319，揭示一種觸控感測系統、電子觸控裝置及觸控感測方法，其電路方塊如圖1A與圖1B所示。電子觸控裝置100包括觸控介面110、至少一感測單元120(包括120a、120b)、切換單元130、處理單元140以及驅動單元160。驅動單元160耦接於切換單元130與處理單元140，且適於傳送驅動信號。
以圖1B之互容模式來說，先將開關單元130切換連接至驅動單元160，驅動單元160對驅動線114(drive line)驅動信號，再由感測單元120循序接收接收線112(receive line)的信號，最後由處理單元140將接收到的類比信號轉換成數位信號，一直到最後一 條接收線的信號處理完畢。接著，切換到下一條驅動線。因此，若驅動線有m條線路(trace)，接收線有n條線路，則掃描一個框(frame)需對應m*n條掃描路徑。
若要執行自容模式，如圖1A的自容模式，將開關單元130切換連接至感測單元120，整體的掃描機制為X軸與Y軸循序掃描，由於自容感測其驅動接點(pin)與感測接點共用同一接點，每掃描一條線路時，將驅動信號驅動該條線路，同時由處理單元140感測該條線路的類比信號，並將之轉換成數位信號。若X軸有m條線路，Y軸有n條線路，則掃描一個框需對應m+n條掃描路徑。
互容掃描的時間較長，但是互容沒有鬼點的問題；相對的，自容的掃描時間較短，但是自容有鬼點的問題。由此可知，傳統的做法主要的特點在於用於互容感測的驅動單元160與自容的感測單元120需各自建置一套電路，同時還需切換開關130，用以切換驅動單元160與感測單元120，這樣的機制較為浪費晶片面積，增加晶片成本。
本發明實施例提供一種電容式觸控感測器及其自容與互容的切換方法，可提供自容與互容的感測。
本發明實施例提供一種電容式觸控感測器，包括觸控介面、感測單元、驅動/感測單元以及控制單元。觸控介面具有複數條第一線路與複數條第二線路。感測單元用以耦接觸控介面。驅動/感測單元產生驅動信號。控制單元控制感測單元與驅動/感測單元，控制單元將電容式觸控感測器切換為互容感測模式或自容感測模式。控制單元具有類比多工器，類比多工器之輸出端耦接感測單元，類比多工器之第一輸入端耦接第一線路，類比多工器之第二輸入端耦接第二線路。當電容式觸控感測器於互容感測模式時，驅動/感測單元提供驅動信號至第二線路，感測單元透過類比多工器耦接第一線路，以使感測單元感測第一線路之第一感測信號。 當電容式觸控感測器於自容感測模式時，感測單元依據類比多工器之切換而耦接第一線路或第二線路，並感測第一線路之第一感測信號或第二線路之第二感測信號。
本發明實施例提供一種自容與互容的切換方法，用於電容式觸控感測器，電容式觸控感測器包括觸控介面、感測單元、驅動/感測單元與控制單元，控制單元具有類比多工器，所述方法包括以下步驟。首先，判斷電容式觸控感測器操作於互容感測模式或自容感測模式，其中類比多工器依據互容感測模式或自容感測模式而使感測單元耦接於觸控介面之第一線路或第二線路。然後，當電容式觸控感測器於互容感測模式時，一偏壓透過類比多工器被提供至第一線路，且將第一線路之第一感測信號積分，並將第一感測信號的積分結果轉換為感測結果信號。接著，當電容式觸控感測器於自容檢測模式時，第二線路耦接接地，第一線路透過類比多工器耦接感測單元，且感測單元以特定頻率對第一線路所形成的寄生電容充放電，以使第一線路的電位接***衡電位，接著將平衡電位轉換為感測結果信號。
綜上所述，本發明實施例提供一種電容式觸控感測器及其自容與互容的切換方法，依據自容與互容的感測條件，透過類比多工器的切換而將驅動單元與感測單元整合在一起，簡化電路的結構，以節省電路(或晶片)的面積。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
100‧‧‧電子觸控裝置
110‧‧‧觸控介面
120、120a、120b‧‧‧感測單元
130‧‧‧切換單元
140‧‧‧處理單元
160‧‧‧驅動單元
114‧‧‧驅動線
112‧‧‧感測線
2‧‧‧電容式觸控感測器
210‧‧‧觸控介面
220、41‧‧‧感測單元
230‧‧‧控制單元
240‧‧‧處理單元
250‧‧‧驅動/感測單元
212、RCV‧‧‧第一線路
214、DRV‧‧‧第二線路
42‧‧‧類比多工器
VP‧‧‧驅動信號
TS1‧‧‧第一感測信號
TS2‧‧‧第二感測信號
TS3‧‧‧感測結果信號
CPD、CPR、CM‧‧‧寄生電容
OP1‧‧‧比較器
412‧‧‧偏壓電路
411‧‧‧電流鏡
413‧‧‧重置電路
CLD、CS‧‧‧電容
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7‧‧‧開關
P1、P2、P3、P4、N1、P5、P6、P7‧‧‧電晶體
Vo、M1‧‧‧輸出端
M2‧‧‧第一輸入端
M3‧‧‧第二輸入端
T1‧‧‧第一輸出端
T2‧‧‧第二輸出端
OP2‧‧‧操作放大器
SENS‧‧‧端點
VSENS ‧‧‧感測信號
Vref‧‧‧參考信號
Cmp‧‧‧比較信號
pRECT、pISRC、pGATE、pDISCHRG、nSENS、pINIT‧‧‧控制信號
nSENS‧‧‧平衡信號
ISRC1、ISRC2‧‧‧電流源
GND‧‧‧接地
VDD‧‧‧電壓
S101、S103、S105‧‧‧步驟流程
圖1A是傳統的電子觸控裝置的電路方塊圖。
圖1B是傳統的電子觸控裝置的電路方塊圖。
圖2是本發明實施例提供的電容式觸控感測器的電路方塊 圖。
圖3是本發明實施例提供的觸控介面的線路布局圖。
圖4是圖3的觸控介面的等效電路圖。
圖5A是本發明實例提供的用於感測單元與驅動/感測單元的電路的電路圖。
圖5B是圖5A的電路的波形圖。
圖6是本發明實施例提供的感測單元在互容感測模式的電路圖。
圖7是圖6的感測單元的時序圖。
圖8是本發明實施例提供的感測單元在自容感測模式的電路圖。
圖9是圖8的感測單元的波形圖。
圖10是本發明實施例提供的感測單元在自容感測模式的電路圖。
圖11是本發明實施例提供的自容與互容的切換方法的流程圖。
自容的掃描時間正比於X軸和Y軸的線路(trace)數目的和(X+Y)，互容的掃描時間則正比於X軸和Y軸的線路數目的乘積(X*Y)，因此自容的掃描時間較短且較省電。所以為整合自容與互容的優點，本發明提出一種電容式觸控感測器及其自容與互容的切換方法，該切換方法具有節省電路(或晶片)面積的優點。本發明所提出的自容與互容切換的電路及其方法免除圖1A(與圖1B)的切換單元130，並且將圖1A(與圖1B)的驅動單元160與感測單元120整合在一起。
〔電容式觸控感測器之實施例〕
本發明之電容式觸控感測器的電路方塊如圖2所示，電容式觸 控感測器2包含觸控介面210、感測單元220、驅動/感測單元250、處理單元240與控制單元230。觸控介面210具有複數條第一線路212(圖2中以接收線表示)與複數條第二線路214(圖2中以驅動線表示)，依據自容與互容的感測，所述第一線路212與第二線路214可以是驅動線或者是接收線，本發明並不限定第一線路212與第二線路214是驅動線或是接收線。
依據圖2的架構，控制單元230控制感測單元220與驅動/感測單元250，控制單元230將電容式觸控感測器2切換為互容感測模式或自容感測模式。控制單元230具有類比多工器(analog mux)(圖2未繪示，參照圖6的類比多工器42)，類比多工器42之輸出端M1耦接感測單元220，類比多工器之42第一輸入端M2耦接第一線路212(圖4的第一線路RCV)，類比多工器42之第二輸入端M3耦接第二線路214(圖4的第二線路DRV)。當電容式觸控感測器2於互容感測模式時，驅動/感測單元250提供驅動信號VP至第二線路214，感測單元220透過類比多工器耦接第一線路212，以使感測單元220感測第一線路212之第一感測信號TS1。當電容式觸控感測器2於自容感測模式時，感測單元220依據類比多工器之切換而耦接第一線路212或第二線路214，並感測第一線路212之第一感測信號TS1或第二線路214之第二感測信號TS2。
詳細的說，驅動/感測單元250可由控制單元230切換成驅動模式或感應模式，所述驅動模式對應於互容感測模式，所述感應模式對應於自容感測模式。處理單元240耦接感測單元220、驅動/感測單元250以及控制單元230，並將類比的第一感測信號TS1以及第二感測信號TS2轉換成數位信號。換句話說，處理單元240則是接收來自感測單元220或驅動/感測單元250的類比信號，並將之轉換成數位信號。控制單元230則用以控制感測單元220、驅動/感測單元250與處理單元240。
驅動/感測單元250產生驅動信號VP。當要執行互容感測模式時，由控制單元230將驅動/感測單元250切換成驅動模式，驅動/感測單元250提供驅動信號至觸控介面210之第二線路214(驅動線)，再由感測單元220循序接收來自觸控介面210之第一線路212的第一感測信號TS1，接著由處理單元240將接收到的類比信號轉換成數位信號，一直到最後一條第一線路212(接收線)的信號被處理完畢。然後，切換到下一條第二線路214(驅動線)，再次循序感測第一感測信號TS1。因此，若第二線路214(驅動線)有m條線路(trace)，接收線有n條線路，則掃描一個框(frame)需m*n條掃描路徑。
若要執行自容感測模式，整體的掃描機制為X軸與Y軸循序掃描，由於自容感測其驅動接點(pin)與感測接點共用同一接點，每掃描一條線路時，將驅動信號驅動該條線路，同時由處理單元240接收感測單元220所感測到的該條線路的類比信號，並將之轉換成數位信號。若X軸有m條線路，Y軸有n條線路，則掃描一個框需m+n條掃描路徑。
請同時參照圖3與圖4，假設兩條交錯的第二線路DRV(X軸)與第一線路RCV(Y軸)的線路布局如圖3所示，第二線路DRV對地的寄生電容為CPD，而第一線路RCV對地的寄生電容為CPR，第二線路DRV與第一線路RCV兩者間的寄生電容為CM，其等效電路則如圖4所示。值得注意的是，在圖3中，第二線路DRV與第一線路RCV以節點表示，第二線路DRV即圖2中的第一線路212，第一線路RCV即圖2中的第二線路214。在本實施例中，在互容感測模式下，第二線路DRV是驅動線，第一線路RCV是感測線。在自容感測模式下，第二線路DRV(或第一線路RCV)同時為驅動線與感測線。
請同時參照圖2、圖5A與圖6，圖5A是感測單元220與驅動/感測單元250中所使用的電路。圖6是本發明實施例提供的感測 單元在互容感測模式的電路圖。針對圖2中的感測單元220的電路架構，進一步敘述如下。感測單元220以圖6的感測單元41實現。感測單元41包括比較器OP1(在本實施例中為操作放大器)、偏壓電路412、電流鏡411、第一電容CLD、第二電容CS、重置電路413、第一電晶體P1、第二電晶體P2、第三電晶體P3、第四電晶體P4、第二開關S2、第三開關S3、電流源ISRC1與第四開關S4。類比多工器42、所有的開關(S1、S2、S3、S4、S5)的控制信號pRECT、pISRC、pGATE、pDISCHRG、第三電晶體P3、第四電晶體P4以及電晶體N1的控制信號nSENS、pINIT都受控於控制單元230。
比較器OP1之第一輸入端(-)接收參考信號Vref，比較器之第二輸入端(+)依據類比多工器42之切換而接收第一感測信號TS1或第二感測信號TS2，比較器OP1之輸出端產生比較信號Cmp。偏壓電路412耦接比較器OP1之第二輸入端(+)，偏壓電路412提供一偏壓，在本實施例中所述偏壓是Vref，但本發明並不一此限定，偏壓可以依據實際設計而調整。偏壓電路412包括第一開關S1與單位增益緩衝器(unit gain buffer)(由操作放大器OP2所構成)。電流鏡411具有第一輸出端T1以及第二輸出端T2，在本實施例中電流鏡411由電晶體P5、P6、P7與電流源ISRC2所構成。第一電容CLD之第一端耦接比較器OP1之第二輸入端(+)以及電流鏡411之第一輸出端T1，第一電容CLD之第二端耦接接地GND。第二電容CS之第一端耦接電流鏡411之第二輸出端T2，第二電容CS之第二端耦接接地GND，第二電容CS之第一端(即輸出端Vo)提供感測結果信號TS3。重置電路413耦接第二電容CS之第一端(即輸出端Vo)，用以重置第二電容CS之第一端(Vo)的電位。在本實施例中，重置電路413是以電晶體N1實現。第一電晶體P1耦接於電流鏡411之第一輸出端T1以及第一電容CLD之第一端之間，且受控於比較信號Cmp。第二電晶體P2耦接於電 流鏡411之第二輸出端T2以及第二電容CS之第一端(Vo)之間，且受控於比較信號Cmp。第三電晶體P3耦接於第一電晶體P1以及第一電容CLD之第一端之間，且受控於一平衡信號nSENS。第四電晶體P4耦接於第二電晶體P2以及第二電容CS之第一端(Vo)之間，且受控於平衡信號nSENS。第二開關S2耦接於類比多工器42之輸出端M1以及比較器OP1之第二輸入端(+)之間。電流源ISRC1透過第三開關S3耦接於比較器OP1之第二輸入端(+)。第四開關S4耦接於類比多工器42之輸出端M1以及接地GND之間。
在本實施例中，第一電晶體P1、第二電晶體P2、第三電晶體P3以及第四電晶體P4是P型電晶體(PMOS)。上述電晶體是用於控制感測單元41的作動，上述電晶體也可以替換為N型電晶體(NMOS)。為了達到相同的功能或操作目的，本領域具有通常知識者可以輕易將P型電晶體替換為N型電晶體而完成類似於圖5A的電路，不再贅述。
圖6中的比較器OP1、電流鏡411、第一電容CLD、第二電容CS、重置電路413、第一電晶體P1、第二電晶體P2、第三電晶體P3、第四電晶體P4繪製於圖5A，以進一步敘述其操作方式。針對圖5A的電路的操作方式敘述如下，圖5A的電路的基本型態是峰值偵測器(peak detector)，並以參考信號Vref為參考電位。端點SENS上的信號為感測信號VSENS ，在本實施例中感測信號VSENS 為第一感測信號TS1。在當端點SENS上的感測信號VSENS 低於Vref的電位時，感測電路做出反應，如圖5B的波形所顯示。在本實施例中，由操作放大器(OP1)扮演電位比較器角色，比對參考信號Vref和感測信號VSENS 。當感測信號VSENS 高於參考信號Vref，則操作放大器(OP1)輸出的比較信號Cmp為高電位(high)，並關閉(turn OFF)P型電晶體(PMOS)P1和P2(即第一電晶體與第二電晶體)，輸出端Vo的電位不會改變。輸出端Vo要由控制信號pINIT清除其電位，使每次的偵測都能由接地電位(GND)開始累積。亦即 控制信號pINIT為重置信號，以使第二電容CS之電位重置為接地電位(GND)。當感測信號VSENS 低於參考信號Vref時，操作放大器(OP1)輸出的比較信號Cmp為低電位(low)，且打開(turn ON)P型電晶體P1和P2(即第一電晶體與第二電晶體)，同時拉高感測信號VSENS 和輸出端Vo的電位，直到感測信號VSENS 等於參考信號Vref，即VSENS =Vref。如此，完成一次的信號轉換。信號轉換可以多做幾次，以累積足夠電荷在輸出端Vo上(產生感測結果信號TS3)。值得注意的是，只在一開始做信號檢測時控制信號pINIT重置(reset)輸出端Vo的電位。通過多次信號轉換的累積，可有助於消除背景雜訊。
請同時參照圖6與圖7。如圖6所示，當電路設定為互容感測模式時，類比多工器42將觸控介面210的第一線路RCV接到感測電路41，開關S5關閉(close)，並將驅動信號(voltage pulse)VP輸入到觸控介面210的第二線路DRV，第三開關S3與第四開關S4打開(open)，操作放大器OP2以單位增益緩衝器形式提供第一線路RCV及端點SENS的偏壓點。在第二線路DRV轉態時，要關掉單位增益緩衝器412的輸出，由控制信號pRECT打開(open)第一開關S1。在第二線路DRV的上升邊緣(rising edge)時，第二開關S2要關閉(close)，以讓信號積分至電容CLD。時序圖如圖7所示。
值得一提的是，在互容感測模式之下，由於手指接觸觸控介面210時寄生電容CM會變小，因此在第二線路DRV的上升邊緣時，當手指未接觸時，感測信號VSENS 的電位比較高。相對地，手指接觸時，感測信號VSENS 的電位比較低。因此可分辨出手指的存在。
換句話說，當電容式觸控感測器2於互容感測模式時，電容式觸控感測器2先操作於一偏壓階段再操作於一感測階段。在偏壓階段，第一開關S1關閉(close)以使偏壓電路412提供偏壓至比較器OP1之第二輸入端(+)，且偏壓電路412透過類比多工器42提 供偏壓至第一線路RCV。接著，在感測階段，第一開關S1打開(open)、第二開關S2關閉(close)以使第一感測信號TS1積分至第一電容CLD，且第三電晶體P3與第四電晶體P4打開(trun on)，並利用電流鏡411將第一感測信號TS1的積分結果轉換為感測結果信號TS3。
請同時參照圖8與圖9，在本實施例中，當電容式觸控感測器2於自容感測模式時，感測單元41以一特定頻率f對第一線路RCV或第二線路DRV所形成之寄生電容充放電，使第一線路RCV或第二線路DRV的電位接近一平衡電位，並將所述平衡電位透過一電流鏡轉換為感測結果信號TS3。詳細的電路操作方式請參照後續的說明。
請參照圖8，當電路設定為自容模式且感測第二線路DRV時，感測線RCV透過開關S6(受控於控制單元230)被接地，造成寄生電容CPD與寄生電容CM並聯，類比多工器42將觸控介面210的第二線路DRV接到感測電路41，第一開關S1與S5打開(open)，第三開關S3關閉(close)。透過特定頻率，控制第二開關S2和第四開關S4的開和關。在第二開關S2關閉時，第四開關S4打開，電流源ISRC1充電到寄生電容CPD和寄生電容CM。在第二開關S2打開時，第四開關S4關閉，使已充到寄生電容CPD和寄生電容CM的電荷經由第四開關S4放電。這就是一個電容至電阻的轉換電路(C to R電路)，其等效電阻如下：
其中，f為頻率。電流源ISRC1提供電流IDAC 。在控制信號pISRC關閉(close或enable)第三開關S3的時候，感測信號VSENS 會平衡為下式：
時序圖如圖9所示，上式所表示感測信號VSENS 的即是平衡電位。在平衡電位達到之後，控制信號pGATE和pISRC分別關閉第二開關S2和第三開關S3，且控制信號nSENS打開P型電晶體P6和P7。由以上敘述可知，第二感測信號TS2可以依據上述的電路操作方式而獲得。值得一提的是，感測單元41可以是圖2的感測單元220或是驅動/感測單元250，當驅動/感測單元250具有與感測單元220相同的電路(感測單元41的電路)時，驅動/感測單元250可以直接感測第二線路DRV的第二感測信號TS2。
值得一提的是，在自容感測模式之下，由於手指接觸觸控介面210時會使寄生電容變大，當手指未接觸時，感測信號VSENS 的電位比較高。相對地，手指接觸時，感測信號VSENS 的電位比較低。因此可分辨出手指的存在。
換句話說，當電容式觸控感測器2於自容感測模式時，為了感測第二線路DRV，電容式觸控感測器2先操作於一平衡階段再操作於一感測階段。在平衡階段，第一開關S1打開(open)，第一線路RCV耦接接地GND，第三開關S3關閉(close)，第二開關S2以及第四開關S4以特定頻率f交錯地開關，使電流源ISRC1以特定頻率f對第二線路DRV所形成的寄生電容(寄生電容CPD與寄生電容CM並聯)充放電，以使比較器OP1之第二輸入端(+)的電位接***衡電位。接著，在感測階段，第二開關S2、第三開關S3與第四開關S4打開(open)，平衡信號nSENS使第三電晶體P3與第四電晶體P4打開(turn on)，並利用電流鏡411將比較器OP1之第二輸入端(+)的平衡電位轉換為感測結果信號TS3。
如圖10所示，當電路設定為自容感測模式且感測第一線路RCV時，第二線路DRV透過開關S7(受控於控制單元)被接地，造成寄生電容CPR與寄生電容CM並聯。類比多工器42將觸控介面210的第一線路RCV接到感測單元41。以特定頻率對第一線路212所形成之寄生電容充放電，使第一線路212的電位接近一平衡電 位，並將所述平衡電位透過電流鏡411轉換為感測結果信號。其餘操作方式將與自容感測模式感測第二線路DRV時類似，敘述如下。
當電容式觸控感測器2於自容感測模式時，為了感測第一線路RCV，電容式觸控感測器2先操作於一平衡階段再操作於一感測階段。在平衡階段，第一開關S1打開(open)，第二線路S2耦接接地GND，第三開關S3關閉(close)，第二開關S2以及第四開關S4以特定頻率f交錯地開關，使電流源ISRC1以特定頻率f對第一線路RCV所形成的寄生電容(寄生電容CPR與寄生電容CM並聯)充放電，以使比較器OP1之第二輸入端(+)的電位接***衡電位。接著，在感測階段，第二開關S2與第三開關S3打開(open)，平衡信號nSENS使第三電晶體P3與第四電晶體P4打開(turn on)，並利用電流鏡411將比較器OP1之第二輸入端(+)的平衡電位轉換為感測結果信號TS3。
〔自容與互容的切換方法之實施例〕
請同時參照圖2、圖6和圖11，圖11是本發明實施例提供的自容與互容的切換方法的流程圖。本實施例的自容與互容的切換方法，用於圖2的電容式觸控感測器2，電容式觸控感測器2包括觸控介面210、感測單元220、驅動/感測單元250、控制單元230與處理單元240。控制單元230具有如圖6所示的類比多工器42。所述方法包括以下步驟。首先，在步驟S101中，判斷電容式觸控感測器2操作於互容感測模式或自容感測模式，其中類比多工器42依據互容感測模式或自容感測模式而使感測單元41耦接於觸控介面210之第一線路RCV或第二線路DRV(即圖2的第一線路212與第二線路214)。
然後，在步驟S103中，當電容式觸控感測器2於互容感測模式時，一偏壓(由偏壓電路412提供)透過類比多工器42被提供至第一線路RCV，且將第一線路RCV之第一感測TS1信號積分， 並將第一感測信號TS1的積分結果轉換為感測結果信號TS3。一般而言，當電容式觸控感測器2於互容感測模式時，驅動/感測單元250可提供脈衝信號VP至觸控介面210之第二線路DRV。
接著，在步驟S105中，當電容式觸控感測器2於自容檢測模式時，第二線路DRV耦接接地GND，第一線路RCV透過類比多工器42耦接感測單元41(即感測單元220)，且感測單元41以特定頻率f對第一線路RCV所形成的寄生電容(寄生電容CPR與寄生電容CM並聯)充放電，以使第一線路RCV的電位接***衡電位，接著將平衡電位轉換為感測結果信號TS3。
在步驟S105結束後，為了感測第二線路DRV，可以進行類似於步驟S105的步驟，僅將第一線路RCV和第二線路DRV的角色互換。如下所述，當電容式觸控感測器2於自容檢測模式時，為了感測第二線路DRV，第一線路RCV耦接接地GND，第二線路DRV透過類比多工器42耦接感測單元41，且感測單元41以特定頻率f對第二線路DRV所形成的寄生電容(寄生電容CPD與寄生電容CM並聯)充放電，以使第二線路DRV的電位接***衡電位，接著將平衡電位轉換為感測結果信號TS3。
詳細的說，感測結果信號TS3的產生方式可由圖6的電流鏡411實現。當電容式觸控感測器2於互容感測模式時，利用電流鏡411將第一感測信號TS1的積分結果轉換為感測結果信號TS3。當電容式觸控感測器2於自容檢測模式時，利用電流鏡411將平衡電位轉換為感測結果信號TS3。
〔實施例的可能功效〕
綜上所述，本發明實施例所提供的電容式觸控感測器及其自容與互容的切換方法，依據自容與互容的感測條件，透過類比多工器的切換而將驅動單元與感測單元整合在一起，簡化電路的結構，以節省電路(或晶片)的面積。在自容感測模式時，以特定頻率對觸控介面的第一線路或第二線路所形成之寄生電容充放電， 使第一線路或第二線路的電位接***衡電位，並將平衡電位透過電流鏡轉換為感測結果信號。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。
2‧‧‧電容式觸控感測器
210‧‧‧觸控介面
220‧‧‧感測單元
230‧‧‧控制單元
240‧‧‧處理單元
250‧‧‧驅動/感測單元
212‧‧‧第一線路
214‧‧‧第二線路
TS1‧‧‧第一感測信號
TS2‧‧‧第二感測信號

Claims (14)

  1. 一種電容式觸控感測器，包括：一觸控介面，具有複數條第一線路與複數條第二線路；一感測單元，用以耦接該觸控介面；一驅動/感測單元，產生一驅動信號；以及一控制單元，控制該感測單元與該驅動/感測單元，該控制單元將該電容式觸控感測器切換為一互容感測模式或一自容感測模式，該控制單元具有一類比多工器，該類比多工器之一輸出端耦接該感測單元，該類比多工器之一第一輸入端耦接該第一線路，該類比多工器之一第二輸入端耦接該第二線路；其中，當該電容式觸控感測器於該互容感測模式時，該驅動/感測單元提供該驅動信號至該第二線路，該感測單元透過該類比多工器耦接該第一線路，以使該感測單元感測該第一線路之一第一感測信號；其中，當該電容式觸控感測器於該自容感測模式時，該感測單元依據該類比多工器之切換而耦接該第一線路或該第二線路，並感測該第一線路之該第一感測信號或該第二線路之一第二感測信號。
  2. 根據請求項第1項之電容式觸控感測器，其中當該電容式觸控感測器於該自容感測模式時，該感測單元以一特定頻率對該第一線路或該第二線路所形成之寄生電容充放電，使該第一線路或該第二線路的電位接近一平衡電位，並將該平衡電位透過一電流鏡轉換為一感測結果信號。
  3. 根據請求項第1項之電容式觸控感測器，更包括：一處理單元，耦接該感測單元、該驅動/感測單元以及該控制單元，該處理單元受控於該控制單元，並將類比的該第一感測信號以及該第二感測信號轉換成數位信號。
  4. 根據請求項第1項之電容式觸控感測器，其中該感測單元包括： 一比較器，該比較器之一第一輸入端接收一參考信號，該比較器之一第二輸入端依據該類比多工器之切換而接收該第一感測信號或該第二感測信號，該比較器之一輸出端產生一比較信號；一偏壓電路，耦接該比較器之該第二輸入端，該偏壓電路提供一偏壓，該偏壓電路具有一第一開關；一電流鏡，具有一第一輸出端以及一第二輸出端；一第一電容，該第一電容之第一端耦接該比較器之該第二輸入端以及該電流鏡之該第一輸出端，該第一電容之第二端耦接一接地；一第二電容，該第二電容之第一端耦接該電流鏡之該第二輸出端，該第二電容之第二端耦接該接地，該第二電容之第一端提供一感測結果信號；一重置電路，耦接該第二電容之第一端，用以重置該第二電容之第一端的電位；一第一電晶體，耦接於該電流鏡之該第一輸出端以及該第一電容之第一端之間，受控於該比較信號；一第二電晶體，耦接於該電流鏡之該第二輸出端以及該第二電容之第一端之間，受控於該比較信號；一第三電晶體，耦接於該第一電晶體以及該第一電容之第一端之間，受控於一平衡信號；一第四電晶體，耦接於該第二電晶體以及該第二電容之第一端之間，受控於該平衡信號；一第二開關，耦接於該類比多工器之該輸出端以及該比較器之該第二輸入端之間；一電流源，透過一第三開關耦接於該比較器之該第二輸入端；以及一第四開關，耦接於該類比多工器之該輸出端以及該接地之間。
  5. 根據請求項第4項之電容式觸控感測器，其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體以及該第四電晶體是P型電晶體(PMOS)。
  6. 根據請求項第4項之電容式觸控感測器，其中該重置電路受控於一重置信號，以使該第二電容之電位重置為接地電位。
  7. 根據請求項第4項之電容式觸控感測器，其中該偏壓電路包括一單位增益緩衝器。
  8. 根據請求項第4項之電容式觸控感測器，其中當該電容式觸控感測器於該互容感測模式時，該電容式觸控感測器先操作於一偏壓階段再操作於一感測階段，其中在該偏壓階段，該第一開關關閉(close)以使該偏壓電路提供該偏壓至該比較器之該第二輸入端，且該偏壓電路透過該類比多工器提供該偏壓至該第一線路，接著在該感測階段，該第一開關打開(open)、該第二開關關閉(close)以使該第一感測信號積分至該第一電容，且該第三電晶體與該第四電晶體打開(trun on)，並利用該電流鏡將該第一感測信號的積分結果轉換為該感測結果信號。
  9. 根據請求項第4項之電容式觸控感測器，其中當該電容式觸控感測器於該自容感測模式時，該電容式觸控感測器先操作於一平衡階段再操作於一感測階段，其中在該平衡階段，該第一開關打開(open)，該第二線路耦接該接地，該第三開關關閉(close)，該第二開關以及該第四開關以一特定頻率交錯地開關，使該電流源以該特定頻率對該第一線路所形成的寄生電容充放電，以使該比較器之該第二輸入端的電位接近一平衡電位，接著在該感測階段，該第二開關與該第三開關打開(open)，該平衡信號使該第三電晶體與該第四電晶體打開(turn on)，並利用該電流鏡將該比較器之該第二輸入端的該平衡電位轉換為該感測結果信號。
  10. 根據請求項第4項之電容式觸控感測器，其中當該電容式觸控感測器於該自容感測模式時，該電容式觸控感測器先操作於一 平衡階段再操作於一感測階段，其中在該平衡階段，該第一開關打開(open)，該第一線路耦接該接地，該第三開關關閉(close)，該第二開關以及該第四開關以一特定頻率交錯地開關，使該電流源以該特定頻率對該第二線路所形成的寄生電容充放電，以使該比較器之該第二輸入端的電位接近一平衡電位，接著在該感測階段，該第二開關、該第三開關與該第四開關打開(open)，該平衡信號使該第三電晶體與該第四電晶體打開(turn on)，並利用該電流鏡將該比較器之該第二輸入端的該平衡電位轉換為該感測結果信號。
  11. 一種自容與互容的切換方法，用於一電容式觸控感測器，該電容式觸控感測器包括一觸控介面、一感測單元、一驅動/感測單元與一控制單元，該控制單元具有一類比多工器，該方法包括：判斷該電容式觸控感測器操作於一互容感測模式或一自容感測模式，其中該類比多工器依據該互容感測模式或該自容感測模式而使該感測單元耦接於該觸控介面之一第一線路或一第二線路；當該電容式觸控感測器於該互容感測模式時，一偏壓透過該類比多工器被提供至該第一線路，且將該第一線路之一第一感測信號積分，並將該第一感測信號的積分結果轉換為一感測結果信號；當該電容式觸控感測器於該自容檢測模式時，該第二線路耦接一接地，該第一線路透過該類比多工器耦接該感測單元，且該感測單元以一特定頻率對該第一線路所形成的寄生電容充放電，以使該第一線路的電位接近一平衡電位，接著將該平衡電位轉換為該感測結果信號。
  12. 根據請求項第11項之自容與互容的切換方法，更包括：當該電容式觸控感測器於該自容檢測模式時，該第一線路耦接一接地，該第二線路透過該類比多工器耦接該感測單元，且該感測單元以該特定頻率對該第二線路所形成的寄生電容充放電，以 使該第二線路的電位接近該平衡電位，接著將該平衡電位轉換為該感測結果信號。
  13. 根據請求項第11項之自容與互容的切換方法，其中當該電容式觸控感測器於該互容感測模式時，該驅動/感測單元提供一脈衝信號至該觸控介面之該第二線路。
  14. 根據請求項第11項之自容與互容的切換方法，其中當該電容式觸控感測器於該互容感測模式時，利用一電流鏡將該第一感測信號的積分結果轉換為該感測結果信號，當該電容式觸控感測器於該自容檢測模式時，利用該電流鏡將該平衡電位轉換為該感測結果信號。
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