TWI492137B - Used in capacitive touch panel anti-noise circuit - Google Patents

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TWI492137B TW102142538A TW102142538A TWI492137B TW I492137 B TWI492137 B TW I492137B TW 102142538 A TW102142538 A TW 102142538A TW 102142538 A TW102142538 A TW 102142538A TW I492137 B TWI492137 B TW I492137B
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應用於電容式觸控面板的抗噪電路
本發明有關一種抗噪電路,尤指一種應用於電容式觸控面板的抗噪電路。
為了能夠具體呈現多點觸控,現今的觸控式面板多以電容式為主流,然而,所稱電容式的觸控式面板架構於操控時,人體接觸該觸控式面板除了所接觸位置產生有一觸控訊號之外,更會在觸控位置的周遭產生一雜訊訊號,而該雜訊訊號的強烈亦會影響到該觸控式面板判斷觸控位置的精準度。
然而,現今該觸控式面板多會接設一積分電路,以將該觸控式面板感測到的該觸控訊號經過積分放大,以令後續電路接受訊號進行相對應的運算。但實際上該積分電路除了接受該觸控訊號外,同時間會接受摻雜於該觸控訊號中的一雜訊訊號,導致該積分電路同時對該雜訊訊號進行積分放大,使該觸控式面板無法正確分析讀出該觸控訊號,而令該觸控式面板容易產生誤判。
本發明之主要目的,在於提供一種可提升電容式觸控面板的觸控精確度的抗噪電路。
為達上述目的,本發明提供一種應用於電容式觸控面板的抗噪電路,該電容式觸控面板具有複數分別輸出有一觸控訊號的感應矩陣電路。該抗噪電路包括一時脈輸出單元、一雙重取樣單元、一可變耦合電容以及一積分單元。該時脈輸出單元輸出一第一基準時脈、一相對該第一基準時脈延遲至少一時間周期的第一緩衝基準時脈、一第二基準時脈、一相對該第二基準時脈延遲至少一時間周期的第二緩衝基準時脈、一重置時脈以及一相對該重置時脈延遲至少一時間周期的緩衝重置時脈。該雙重取樣單元分別連接該些感應矩陣電路的其中之一以及該時脈輸出單元,並自該感應矩陣電路接受該觸控訊號而以該第一基準時脈、該第二基準時脈以及該重置時脈對該觸控訊號進行採樣同時濾去該觸控訊號中的高頻雜訊,輸出一採樣訊號。該可變耦合電容連接該雙重取樣單元且受一函數訊號控制而改變電容值,並接受該採樣訊號以濾去該採樣訊號中的高頻訊號輸出一耦合採樣訊號。該積分單元連接該可變耦合電容及該時脈輸出單元並具有一積分電容,自該可變耦合電容接受該耦合採樣訊號而以該第一緩衝基準時脈、該第二緩衝基準時脈以及該緩衝重置時脈控制該積分電容對該耦合採樣訊號進行積分輸出一控制訊號。
於一實施例中,該雙重取樣單元包含一連接該些感應矩陣電路的其中之一的訊號接受端、一第一運算放大器、以及分別連接該訊號接受端的一第一工作電路以及一第二工作電路,該第一運算放大器具有一與該訊號接受端連接的反相輸入端、一與一接地基準連接的正相輸入端,以及一輸出一接觸感應訊號的運算輸出端,該第一工作電路具有一包含有一正端以及一負端的第一濾波電容,一連接該第一濾波電容的該正端以及該訊號接受端並受該第一基準時脈控制的第一濾波開關,一連接該第一濾波電容的該正端以及該接地基準並受該第二基準時脈控制的第二濾波開關,一連接該第一濾波電容的該負端以及該接地基準並受該第二基準時脈以及該重置時脈控制的第三濾波開關,以及一連接該第一濾波電容的該負端以及該運算輸出端並受該第一基準時脈及該重置時脈控制的第四濾波開關,該第二工作電路具有一包含有一正極以及一負極的第二濾波電容,一連接該第二濾波電容的該正極以及該訊號接受端並受該第二基準時脈控制的第五濾波開關,一連接該第二濾波電容的該正極以及該接地基準並受該第一基準時脈控制的第六濾波開關,一連接該第二濾波電容的該負極以及該接地基準並受該第一基準時脈控制的第七濾波開關以及一連接該第二濾波電容的該負極以及該運算輸出端並受該第二基準時脈控制的第八濾波開關。
於一實施例中,控制該可變耦合電容的該函數訊號進一步為一窗函數加權訊號。
於一實施例中,該積分單元具有一連接該可變耦合電容並受該第二緩衝基準時脈控制的第一開關,一連接該可變耦合電容並受該第一緩衝基準時脈控制的第二開關,一具有一與該第一開關連接的負輸入端與一分別與該第二開關及該接地基準連接的正輸入端以及一輸出端的第二運算放大器,一連接該負輸入端與該輸出端且受該緩衝重置時脈控制的第三開關,而該積分電容則分別連接該第二運算放大器的該負輸入端以及該輸出端。
於一實施例中,該第一基準時脈與該第二基準時脈的觸發時間相異。
於一實施例中,該第一緩衝基準時脈與該第二緩衝基準時脈的觸發時間相異。
透過本發明所揭抗噪電路,相較於習用抗噪電路能夠更具體地抑制觸控雜訊。本發明利用該雙重取樣單元對該觸控訊號進行採樣,並經由該雙重取樣單元及該可變電容的分級濾波,濾去原先存於該觸控訊號中50Hz至60Hz的低頻雜訊以及較高頻率的高頻雜訊,令該電容式觸控面板的抗噪能力提升,改善該電容式觸控面板的觸控精確度。

1.............感應矩陣電路
2.............抗噪電路
3.............時脈輸出單元
4.............雙重取樣單元
41.............訊號接受端
42.............第一運算放大器
421.............反相輸入端
422.............正相輸入端
423.............運算輸出端
43.............第一工作電路
431.............第一濾波電容
432.............第一濾波開關
433.............第二濾波開關
434.............第三濾波開關
435.............第四濾波開關
436.............正端
437.............負端
44.............第二工作電路
441.............第二濾波電容
442.............第五濾波開關
443.............第六濾波開關
444.............第七濾波開關
445.............第八濾波開關
446.............正極
447.............負極
5.............可變耦合電容
6.............積分單元
61.............積分電容
62.............第一開關
63.............第二開關
64.............第二運算放大器
641.............負輸入端
642.............正輸入端
643.............輸出端
65.............第三開關
ph1.............第一基準時脈
ph1x.............第一緩衝基準時脈
ph2.............第二基準時脈
ph2x.............第二緩衝基準時脈
rst.............重置時脈
rstx.............緩衝重置時脈
AGND.............接地基準
W.............函數訊號
cs.............觸控電容
cn.............雜訊電容
Vdd.............峰值電壓
VH.............高壓值
VL.............低壓值

圖1,本發明應用於電容式觸控面板的抗噪電路的電路組成示意圖。
圖2,本發明應用於電容式觸控面板的抗噪電路的雙重採樣取樣單元的組成示意圖。
圖3,本發明應用於電容式觸控面板的抗噪電路的可變耦合電容以及積分單元的組成示意圖。
圖4,本發明應用於電容式觸控面板的抗噪電路的波形示意圖(一)。
圖5,本發明應用於電容式觸控面板的抗噪電路的波形示意圖(二)。
圖6,本發明應用於電容式觸控面板的抗噪電路一實施例的實施結果波形示意圖。
有關本發明之詳細說明及技術內容,現就配合圖式說明如下:
請參閱圖1至圖5,本發明抗噪電路主要應用於一電容式觸控面板,經本發明濾波,可濾除該電容式觸控面板受觸控產生的雜訊,進而提升該電容式觸控面板的抗躁能力以及觸控精確度。本發明所實施的該電容式觸控面板具有複數感應矩陣電路1,每一該感應矩陣電路1分別輸出有一觸控訊號,而該抗噪電路2對應該些感應矩陣電路1的其中之一設置,其具有一時脈輸出單元3、一雙重取樣單元4、一可變耦合電容5以及一積分單元6。其中,該時脈輸出單元3可以是利用類比或數位的方式產生時脈訊號,而該時脈輸出單元3經啟動後輸出有一第一基準時脈ph1、一第一緩衝基準時脈ph1x、一第二基準時脈ph2、一第二緩衝基準時脈ph2x、一重置時脈rst以及一緩衝重置時脈rstx,,進一步地,該第一緩衝基準時脈ph1x相對該第一基準時脈ph1延遲至少有一時間周期觸發,該第二緩衝基準時脈ph2x則相對該第二基準時脈ph2延遲至少一時間周期觸發,而該緩衝重置時脈rstx則相對該重置時脈rst延遲至少一時間周期觸發,於本實施例中該第一緩衝基準時脈ph1x、該第二緩衝基準時脈ph2x以及該緩衝重置時脈rstx分別相對該第一基準時脈ph1、該第二基準時脈ph2以及該重置時脈rst半個時間周期輸出觸發,其波型就如圖4,再者,本發明所稱的時間周期即為該領域通常知識對於波型的定義,其係可依據不同實施例調整不同的工作周期。另外,該第一基準時脈ph1與該第二基準時脈ph2的觸發時間為相異,該第一緩衝基準時脈ph1x與該第二緩衝基準時脈ph2x的觸發時間為相異而該重置時間rst 可以為一工作時間內與該第一基準時脈ph1具有相同工作周期的單次觸發脈波。而該雙重取樣單元4分別連接該些感應矩陣電路1的其中之一以及該時脈輸出單元3,並自所連接該感應矩陣電路1接受該觸控訊號,而以該第一基準時脈ph1、該第二基準時脈ph2以及該重置時脈rst對該觸控訊號進行採樣,輸出一採樣訊號。更進一步地,本發明該雙重取樣單元4具有一訊號接受端41、一第一運算放大器42、一第一工作電路43以及一第二工作電路44,其中,該訊號接受端41亦指該雙重取樣單元4與該些感應矩陣電路1的其中之一的連接端,並接受該觸控訊號。該第一運算放大器42就如圖1所繪,其實際上為業界通知的Operational Amplifier,俗稱OPA,具有一反相輸入端421、一正相輸入端422以及一運算輸出端423,該反相輸入端421與該訊號接受端41連接並接受來自該感應矩陣電路1的訊號,該正相輸入端422與一接地基準AGND連接,而該運算輸出端423則輸出該第一運算放大器42運算後的該採樣訊號。該第一工作電路43與該訊號接受端41連接,並具有一第一濾波電容431、一第一濾波開關432、一第二濾波開關433、一第三濾波開關434以及一第四濾波開關435。其中,該第一濾波電容431具有一正端436以及一負端437而該第一濾波開關432則分別連接該第一濾波電容431的該正端436以及該訊號接受端41,且該第一濾波開關432是受該第一基準時脈ph1所控制。該第二濾波開關433其一端同樣連接該第一濾波電容431的該正端436,另一端則與該接地基準AGND連接,而該第二濾波開關433是受該第二基準時脈ph2所控制。該第三濾波開關434則分別連接該第一濾波電容431的該負端437以及該接地基準AGND,並受該第二基準時脈ph2以及該重置時脈rst所控制。該第四濾波開關435則連接該第一濾波電容431的該負端437以及該第一運算放大器42的該運算輸出端423,且該第四濾波開關435是受該第一基準時脈ph1及該重置時脈rst控制。該第二工作電路44同樣與該訊號接受端41連接,其主要具有一第二濾波電容441、一第五濾波開關442、一第六濾波開關443、一第七濾波開關444以及一第八濾波開關445。其中,該第二濾波電容441包含有一正極446以及一負極447,該第五濾波開關442分別連接該第二濾波電容441的該正極446以及該訊號接受端41,且該第五濾波開關442是受該第二基準時脈ph2所控制。該第六濾波開關443則分別連接該第二濾波電容441的該正極446以及該接地基準AGND,而該第六濾波開關443是受該第一基準時脈PH1控制。該第七濾波開關444則連接該第二濾波電容441的該負極447以及該接地基準AGND,且與該第六濾波開關443相同是以該第一基準時脈ph1控制。該第八濾波開關445則分別與該第二濾波電容441的該負極447以及該運算輸出端423連接,且該第八濾波開關445是受該第二基準時脈ph2控制。
另一方面,該可變耦合電容5連接該雙重取樣單元4且受一函數訊號W控制而改變電容值,並自該雙重取樣單元4接受該採樣訊號以濾去該採樣訊號中的高頻訊號輸出一耦合採樣訊號。具體解釋,控制該可變耦合電容5電容值感生改變的該函數訊號W可自一控制訊號產生單元(本圖未示)獲得,而該函數訊號W可進一步為一窗函數加權訊號,而所稱窗函數加權訊號可為一切比雪夫窗函數加權訊號(Chebyshev Window Function),該切比雪夫窗函數加權訊號可由以下方程式演算得出:
再者,該積分單元6接設於該可變耦合電容5與該雙重取樣單元4的另端,其主要具有一積分電容61,並自該可變耦合電容5接受該耦合採樣訊號而以該積分電容61對該耦合採樣訊號進行積分輸出一控制訊號。更進一步地,該積分單元6除具有該積分電容61外,更包含有一第一開關62、一第二開關63、一第二運算放大器64以及一第三開關65。其中,該第一開關62連接該可變耦合電容5並受該第二緩衝基準時脈ph2x控制,而該第二開關63則與該可變耦合電容5連接並受該第一緩衝基準時脈ph1x控制,該第二運算放大器64則具有一與該第一開關62連接的負輸入端641、一與該第二開關63以及該接地基準AGND連接的正輸入端642以及一輸出端643。該第三開關65則與該第二運算放大器64的該負輸入端641與該輸出端643連接並受該緩衝重置時脈rstx控制,最後,該積分電容61是分別連接該第二運算放大器64的該負輸入端641與該輸出端643。
復請參閱圖1以及圖5,該電容式觸控面板於受觸控操作時,受接觸而產生感應的位置會形成一觸控電容cs,而鄰近感應位置的周圍則會形成一雜訊電容cn,該雜訊電容cn亦指該電容式觸控面板於觸控時產生的雜訊,而本發明該訊號接受端41則接受該觸控電容cs及該雜訊電容cn所輸出的電氣訊號。然而,本實施例進行說明前,預先假設該第一基準時脈ph1、該第二基準時脈ph2、該重置時脈rst以及該感應矩陣電路1的一取樣時脈,其脈波峰值為一峰值電壓Vdd,而該第一基準時脈ph1、該第二基準時脈ph2、該重置時脈rst以及該取樣時脈是以該工作時間為一個工作周期。而該運算輸出端423的輸出電壓值則界於一高壓值VH以及一低壓值VL之間,而該高壓值VH與該低壓值VL實際上可為該第一運算放大器42所接設的正相輸入電壓以及負相輸入電壓,所稱的正相輸入電壓以及負相輸入電壓實屬該運算放大器的通知常識,於此不再贅述。再者,本發明該雙重取樣單元4於實施過程中,當工作時間於為T時,也就是該第二基準時脈ph2進入負緣時,該第一運算放大器42受該第一工作電路43以及該第二工作電路44的作用,令該運算輸出端423輸出該高壓值VH,而經過一段時間後(T+Ts/2),該第一基準時脈ph1進入負緣,該第一運算放大器42經運算後則令該運算輸出端423輸出該低壓值VL。進一步地,搭配該第一濾波電容431以及該第二濾波電容441進行解釋,並定義該第一濾波電容4311以及該第二濾波電容441為一電容電壓值CH,依此搭配上述說明,可將本發明該抗噪電路的工作原理理解成下述運算方程式:
VH-V(AGND)=(Vdd*cs+Noise(T)*cn)/CH
VL-V(AGND)=(-Vdd*cs-Noise(T+Ts/2)*cn)/CH
VH-VL=(2Vdd*cs+(Noise(T)-Noise(T+Ts/2)*cn))/CH
其中,Noise即指上述該雜訊電容cn所產生的雜訊。而由上述運算方程式可以清楚看出,低頻雜訊Noise(T)逼近於Noise(T+Ts/2),並由最末方程式(即VH-VL)中可以知道,當兩項目(Noise(T)、Noise(T+Ts/2))相減後,低頻雜訊即會消除,並輸出該採樣訊號,而此時該採樣訊號的波形即如圖4、圖5中VOO所示。接著,該採樣訊號進入該可變耦合電容5,而該可變耦合電容5隨即輸入該耦合採樣訊號,供該積分單元6對該耦合採樣訊號進行積分,然而,於該積分單元6進行積分的同時,該可變耦合電容5受該函數訊號W的控制改變了電容值,並同時透過調變的該可變耦合電容5濾去高頻雜訊,使該積分單元6得以輸出較少雜訊干擾的該控制訊號。而本發明應用於250kHz的抗噪成果請參閱圖6所繪。
綜上所述,本發明公開一種應用於電容式觸控面板的抗噪電路,該電容式觸控面板具有複數感應矩陣電路,該抗噪電路接設於該些感應矩陣電路的其中之一以接受一觸控訊號,而該抗噪電路包含一時脈輸出單元、一雙重取樣單元、一可變耦合電容以及一積分單元,其中該雙重取樣單元及該積分單元分別受該時脈輸出單元控制,而該可變耦合電容則受一函數訊號控制,藉此,本發明以該雙重取樣單元對該觸控訊號進行採樣,再經該可變耦合電容及該積分單元的作用,濾去該觸控訊號中的雜訊,令該電容式觸控面板的抗噪能力提升,改善該電容式觸控面板的觸控精確度。
以上已將本發明做一詳細說明,惟以上所述者,僅爲本發明之一較佳實施例而已,當不能以此限定本發明實施之範圍,即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾,皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。
 
1.............感應矩陣電路
2.............抗噪電路
3.............時脈輸出單元
4.............雙重取樣單元
41.............訊號接受端
42.............第一運算放大器
421.............反相輸入端
422.............正相輸入端
423.............運算輸出端
43.............第一工作電路
431.............第一濾波電容
432.............第一濾波開關
433.............第二濾波開關
434.............第三濾波開關
435.............第四濾波開關
436.............正端
437.............負端
44.............第二工作電路
441.............第二濾波電容
442.............第五濾波開關
443.............第六濾波開關
444.............第七濾波開關
445.............第八濾波開關
446.............正極
447.............負極
5.............可變耦合電容
6.............積分單元
61.............積分電容
62.............第一開關
63.............第二開關
64.............第二運算放大器
641.............負輸入端
642.............正輸入端
643.............輸出端
65.............第三開關
ph1.............第一基準時脈
ph1x.............第一緩衝基準時脈
ph2.............第二基準時脈
ph2x.............第二緩衝基準時脈
rst.............重置時脈
rstx.............緩衝重置時脈
AGND.............接地基準
W.............函數訊號
cs.............觸控電容
cn.............雜訊電容

Claims (6)

  1. 一種應用於電容式觸控面板的抗噪電路,該電容式觸控面板具有複數分別輸出有一觸控訊號的感應矩陣電路,其包括:一時脈輸出單元,輸出一第一基準時脈、一相對該第一基準時脈延遲至少一時間周期的第一緩衝基準時脈、一第二基準時脈、一相對該第二基準時脈延遲至少一時間周期的第二緩衝基準時脈、一重置時脈以及一相對該重置時脈延遲至少一時間周期的緩衝重置時脈;一雙重取樣單元,分別連接該些感應矩陣電路的其中之一以及該時脈輸出單元,並自該感應矩陣電路接受該觸控訊號而以該第一基準時脈、該第二基準時脈以及該重置時脈對該觸控訊號進行採樣同時濾去該觸控訊號中的高頻雜訊,輸出一採樣訊號;一可變耦合電容,連接該雙重取樣單元且受一函數訊號控制而改變電容值,並接受該採樣訊號以濾去該採樣訊號中的低頻雜訊輸出一耦合採樣訊號;一積分單元,連接該可變耦合電容及該時脈輸出單元並具有一積分電容,自該可變耦合電容接受該耦合採樣訊號而以該第一緩衝基準時脈、該第二緩衝基準時脈以及該緩衝重置時脈控制該積分電容對該耦合採樣訊號進行積分輸出一控制訊號。
  2. 如請求項第1項所述的應用於電容式觸控面板的抗噪電路,其中,該雙重取樣單元包含一連接該些感應矩陣電路的其中之一的訊號接受端、一第一運算放大器、以及分別連接該訊號接受端的一第一工作電路以及一第二工作電路,該第一運算放大器具有一與該訊號接受端連接的反相輸入端、一與一接地基準連接 的正相輸入端,以及一輸出一接觸感應訊號的運算輸出端,該第一工作電路具有一包含有一正端以及一負端的第一濾波電容,一連接該第一濾波電容的該正端以及該訊號接受端並受該第一基準時脈控制的第一濾波開關,一連接該第一濾波電容的該正端以及該接地基準並受該第二基準時脈控制的第二濾波開關,一連接該第一濾波電容的該負端以及該接地基準並受該第二基準時脈以及該重置時脈控制的第三濾波開關,以及一連接該第一濾波電容的該負端以及該運算輸出端並受該第一基準時脈及該重置時脈控制的第四濾波開關,該第二工作電路具有一包含有一正極以及一負極的第二濾波電容,一連接該第二濾波電容的該正極以及該訊號接受端並受該第二基準時脈控制的第五濾波開關,一連接該第二濾波電容的該正極以及該接地基準並受該第一基準時脈控制的第六濾波開關,一連接該第二濾波電容的該負極以及該接地基準並受該第一基準時脈控制的第七濾波開關以及一連接該第二濾波電容的該負極以及該運算輸出端並受該第二基準時脈控制的第八濾波開關。
  3. 如請求項第1項所述的應用於電容式觸控面板的抗噪電路,其中,控制該可變耦合電容的該函數訊號進一步為一窗函數加權訊號。
  4. 如請求項第1項所述的應用於電容式觸控面板的抗噪電路,其中,該積分單元具有一連接該可變耦合電容並受該第二緩衝基準時脈控制的第一開關,一連接該可變耦合電容並受該第一緩衝基準時脈控制的第二開關,一具有一與該第一開關連接的負輸入端與一分別與該第二開關及一接地基準連接的正輸入端以及一輸出端的第二運算放大器,一連接該負輸入端與該輸出端且受該緩衝重置時脈 控制的第三開關,而該積分電容則分別連接該第二運算放大器的該負輸入端以及該輸出端。
  5. 如請求項第1項所述的應用於電容式觸控面板的抗噪電路,其中,該第一基準時脈與該第二基準時脈的觸發時間相異。
  6. 如請求項第1項所述的應用於電容式觸控面板的抗噪電路,其中,該第一緩衝基準時脈與該第二緩衝基準時脈的觸發時間相異。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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