TWI570601B - 在像素化自電容式觸控螢幕中減少浮動接地效應 - Google Patents

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Description

在像素化自電容式觸控螢幕中減少浮動接地效應
本發明大體上係關於觸控感測器面板，且更特定而言，係關於在觸控螢幕中減少浮動接地效應。
目前，許多類型之輸入器件可用於執行運算系統中之操作，諸如，按鈕或按鍵、滑鼠、軌跡球、搖桿、觸控感測器面板、觸控螢幕及其類似者。詳言之，觸控螢幕由於其操作簡易性及通用性以及其下降價格而正變得日益風行。觸控螢幕可包括：觸控感測器面板，其可為具有觸敏式表面之通透面板；及諸如液晶顯示器(LCD)之顯示器件，其可部分地或完全地定位於面板後方，使得觸敏式表面可覆蓋顯示器件之可檢視區域之至少一部分。觸控螢幕可允許使用者藉由在常常由顯示器件所顯示之使用者介面(UI)規定的部位處使用手指、手寫筆或其他物件來觸摸觸控感測器面板而執行各種功能。一般而言，觸控螢幕可辨識觸摸及觸摸在觸控感測器面板上之位置，且運算系統可接著根據在觸摸時出現之顯示而解譯觸摸，且此後可基於觸摸而執行一或多個動作。在一些觸控感測系統之狀況下，無需顯示器之實體觸摸來偵測觸摸。舉例而言，在一些電容型觸控感測系統中，用以偵測觸摸之邊緣電場(fringing electrical field)可延伸超出顯示器之表面，且可在表面附近偵測接近表面附近之物件而不實際上觸摸表面。
電容性觸控感測器面板可藉由用諸如氧化銦錫(ITO)之材料製成的實質上透明導電板之矩陣而形成。正是部分地歸因於電容性觸控感測器面板之實質透明度而可將電容性觸控感測器面板覆疊於顯示器上以形成觸控螢幕，如上文所描述。可藉由將觸控感測電路系統部分地整合至顯示像素堆疊(亦即，形成顯示像素之堆疊式材料層)中而形成一些觸控螢幕。
一些電容性觸控感測器面板可藉由用諸如氧化銦錫(ITO)之材料製成的實質上透明導電板之矩陣而形成，且可藉由將觸控感測電路系統部分地整合至顯示像素堆疊(亦即，形成顯示像素之堆疊式材料層)中而形成一些觸控螢幕。可藉由偵測導電板之自電容改變而在上述觸控感測器面板上感測觸摸事件。有時，用以感測觸摸事件之觸控感測電路系統之接地參考可相對於地線接地(earth ground)稍微浮動，此情形可造成觸控感測信號之不良改變。本發明之實例提供用於在觸控感測系統中減少此等浮動接地參考之效應的各種技術。在一些實例中，可驅動及感測觸控感測器面板上之一或多個觸控像素，而可將觸控感測器面板上之其他觸控像素耦接至參考電壓(例如，接地參考)。在一些實例中，耦接至觸控感測器面板上之觸控像素的佈線可經組態以減少佈線間寄生電容。在一些實例中，可利用各種其他觸控像素驅動方案以減少浮動接地參考之效應。
124‧‧‧觸控螢幕
126‧‧‧觸控螢幕
128‧‧‧觸控螢幕
130‧‧‧觸控螢幕
136‧‧‧行動電話
140‧‧‧數位媒體播放器
144‧‧‧個人電腦
148‧‧‧平板電腦
200‧‧‧運算系統
202‧‧‧觸控處理器
204‧‧‧周邊設備
206‧‧‧觸控控制器
208‧‧‧感測通道
210‧‧‧通道掃描邏輯
212‧‧‧隨機存取記憶體(RAM)
220‧‧‧觸控螢幕
222‧‧‧觸控像素
225‧‧‧驅動/感測介面
228‧‧‧主機處理器
232‧‧‧程式儲存體
234‧‧‧LCD驅動器
300‧‧‧觸控感測器電路
302‧‧‧自電容式觸控像素電極
304‧‧‧自電容
305‧‧‧手指
306‧‧‧輸入電壓源
308‧‧‧運算放大器
310‧‧‧回饋電容器
312‧‧‧回饋電阻器
314‧‧‧感測電路
320‧‧‧輸出
350‧‧‧觸控螢幕
351‧‧‧顯示像素
352‧‧‧共同電極
400‧‧‧電路
402‧‧‧觸控像素
404‧‧‧系統接地
406‧‧‧地線接地
408‧‧‧觸控電路系統/感測電路系統
409‧‧‧節點
410‧‧‧電容
412‧‧‧電容
414‧‧‧電容
416‧‧‧手指
500‧‧‧電路
502‧‧‧觸控像素
503‧‧‧觸控像素
508‧‧‧觸控電路系統
509‧‧‧節點
512‧‧‧電容
513‧‧‧電容
516‧‧‧手指
600‧‧‧電路
602‧‧‧觸控像素
603‧‧‧觸控像素
604‧‧‧系統接地
606‧‧‧地線接地
608‧‧‧觸控電路系統
609‧‧‧節點
610‧‧‧電容
612‧‧‧電容
613‧‧‧電容
614‧‧‧電容
616‧‧‧手指
700‧‧‧觸控螢幕
702‧‧‧觸控像素
704‧‧‧佈線
706‧‧‧佈線
708‧‧‧觸控像素行
710‧‧‧觸控像素行
712‧‧‧觸控像素行
800‧‧‧觸控螢幕
802‧‧‧觸控像素
810‧‧‧動態觸控像素驅動方案
812‧‧‧步驟
814‧‧‧步驟
816‧‧‧步驟
圖1A至圖1D說明根據本發明之實例的可各自包括例示性觸控螢幕之實例行動電話、實例媒體播放器、實例個人電腦及實例平板電腦。
圖2為根據本發明之實例的說明實例觸控螢幕之一項實施的實例運算系統之方塊圖。
圖3A說明根據本發明之實例的對應於自電容式觸控像素電極及感測電路之例示性觸控感測器電路。
圖3B說明共同電極可形成觸控感測系統之觸控感測電路系統之部分的實例組態。
圖4說明根據本發明之實例的可表示自電容式觸控螢幕之例示性操作的例示性電路。
圖5說明根據本發明之實例的可表示當驅動及感測多個觸控像素時的自電容式觸控螢幕之例示性操作的例示性電路。
圖6說明根據本發明之實例的可表示當驅動及感測一個觸控像素時的自電容式觸控螢幕之例示性操作的例示性電路。
圖7說明根據本發明之實例的例示性觸控像素驅動及佈線方案。
圖8A說明根據本發明之實例的例示性觸控像素驅動方案。
圖8B說明根據本發明之實例的例示性動態觸控像素驅動方案。
在實例之以下描述中，參考隨附圖式，該等圖式形成該描述之部分，且在該等圖式中作為說明而展示可實踐之特定實例。應理解，在不脫離所揭示實例之範疇的情況下，可使用其他實例且可進行結構改變。
一些電容性觸控感測器面板可藉由用諸如氧化銦錫(ITO)之材料製成的實質上透明導電板之矩陣而形成，且可藉由將觸控感測電路系統部分地整合至顯示像素堆疊(亦即，形成顯示像素之堆疊式材料層)中而形成一些觸控螢幕。可藉由偵測導電板之自電容改變而在上述觸控感測器面板上感測觸摸事件。有時，用以感測觸摸事件之觸控感測電路系統之接地參考可相對於地線接地稍微浮動，此情形可造成觸控感測信號之不良改變。本發明之實例提供用於在觸控感測系統中減少此等浮動接地參考之效應的各種技術。在一些實例中，可驅動及感測 觸控感測器面板上之一或多個觸控像素，而可將觸控感測器面板上之其他觸控像素耦接至參考電壓(例如，接地參考)。在一些實例中，耦接至觸控感測器面板上之觸控像素的佈線可經組態以減少佈線間寄生電容。在一些實例中，可利用各種其他觸控像素驅動方案以減少浮動接地參考之效應。
圖1A至圖1D展示可供實施根據本發明之實例之觸控螢幕的實例系統。圖1A說明包括觸控螢幕124之實例行動電話136。圖1B說明包括觸控螢幕126之實例數位媒體播放器140。圖1C說明包括觸控螢幕128之實例個人電腦144。圖1D說明包括觸控螢幕130之實例平板電腦148。應理解，上述觸控螢幕亦可實施於其他器件中，包括實施於可穿戴式器件中。
在一些實例中，觸控螢幕124、126、128及130可基於自電容。基於自電容之觸控系統可包括可被稱作觸控像素或觸控像素電極的導電材料之小板之矩陣。舉例而言，觸控螢幕可包括複數個觸控像素，每一觸控像素對應於觸控螢幕上之特定部位，在該特定部位處將感測觸摸或近接(亦即，觸摸或近接事件)。此觸控螢幕可被稱作像素化自電容式觸控螢幕。在操作期間，可運用AC波形來刺激觸控像素，且可量測觸控像素之自電容。隨著物件接近觸控像素，觸控像素之自電容可改變。可由觸控感測系統偵測及量測觸控像素之此自電容改變以在多個物件觸摸或近接於觸控螢幕時判定多個物件之位置。
圖2為根據本發明之實例的說明實例觸控螢幕220之一項實施的實例運算系統200之方塊圖。運算系統200可包括於(例如)行動電話136、數位媒體播放器140、個人電腦144、平板電腦148或包括觸控螢幕之任何行動或非行動運算器件(包括可穿戴式器件)中。運算系統200可包括一觸控感測系統，該觸控感測系統包括一或多個觸控處理器202、周邊設備204、觸控控制器206及觸控感測電路系統(下文更詳 細地所描述)。周邊設備204可包括但不限於隨機存取記憶體(RAM)或其他類型之記憶體或儲存體、看門狗計時器(watchdog timer)及其類似者。觸控控制器206可包括但不限於一或多個感測通道208及通道掃描邏輯210。通道掃描邏輯210可存取RAM 212，自感測通道208自發地讀取資料，且提供針對感測通道之控制。另外，通道掃描邏輯210可控制感測通道208以產生可選擇性地施加至觸控螢幕220之觸控像素的處於各種頻率及相位之刺激信號，如下文更詳細地所描述。在一些實例中，觸控控制器206、觸控處理器202及周邊設備204可整合至單一特殊應用積體電路(ASIC)中，且在一些實例中可與觸控螢幕220自身整合。
觸控螢幕220可為自電容式觸控螢幕，且可包括觸控感測電路系統，其可包括具有複數個觸控像素222之電容性感測媒體(例如，像素化自電容式觸控螢幕)。觸控像素222可耦接至觸控控制器206中之感測通道208，可經由驅動/感測介面225而由來自感測通道之刺激信號驅動，且亦可經由驅動/感測介面而由感測通道感測，如上文所描述。當觸控螢幕220被視為擷取觸摸之「影像」時，將用以偵測觸摸之導電板(亦即，觸控像素222)標記為「觸控像素」可特別有用。換言之，在觸控控制器206已判定在觸控螢幕220中之每一觸控像素222處偵測的觸摸之量之後，發生觸摸所在的觸控螢幕中之觸控像素的圖案可被認為觸摸之「影像」(例如，觸摸觸控螢幕之手指之圖案)。
運算系統200亦可包括用於自觸控處理器202接收輸出且基於該等輸出而執行動作之主機處理器228。舉例而言，主機處理器228可連接至程式儲存體232及諸如LCD驅動器234之顯示控制器。LCD驅動器234可將選擇(閘極)線上之電壓提供至每一像素電晶體，且可將沿著資料線之資料信號提供至此等相同電晶體以控制像素顯示影像，如下文更詳細地所描述。主機處理器228可使用LCD驅動器234以在觸控螢 幕220上產生影像(諸如，使用者介面(UI)之影像)，且可使用觸控處理器202及觸控控制器206以偵測觸控螢幕220上或附近之觸摸。觸摸輸入可由儲存於程式儲存體232中之電腦程式使用以執行動作，該等動作可包括但不限於移動諸如游標或指標之物件、捲動或水平移動、調整控制設定、開啟檔案或文件、檢視選單、進行選擇、執行指令、操作連接至主機器件之周邊器件、接聽電話呼叫、發出電話呼叫、終止電話呼叫、改變音量或音訊設定、儲存與電話通信相關之資訊(諸如，地址、常撥號碼、已接來電、未接來電)、登入至電腦或電腦網路上、准許經授權個人存取電腦或電腦網路之受限制區域、載入與使用者對桌上型電腦之偏好配置相關聯的使用者設定檔、准許存取網路內容、啟動特定程式、加密或解碼訊息，及/或其類似者。主機處理器228亦可執行可不與觸摸處理相關之額外功能。
應注意，本文中所描述之功能中之一或多者(包括電極及感測通道之組態及操作)可由儲存於記憶體(例如，圖2中之周邊設備204中的一者)中且由觸控處理器202執行或儲存於程式儲存體232中且由主機處理器228執行之韌體執行。該韌體亦可儲存及/或輸送於任何非暫時性電腦可讀儲存媒體內以供或結合指令執行系統、裝置或器件(諸如，基於電腦之系統、含有處理器之系統，或可自指令執行系統、裝置或器件提取指令且執行該等指令之其他系統)使用。在此文件之上下文中，「非暫時性電腦可讀儲存媒體」可為可含有或儲存程式以供或結合指令執行系統、裝置或器件使用之任何媒體(排除信號)。電腦可讀儲存媒體可包括但不限於：電子、磁性、光學、電磁、紅外線或半導體系統、裝置或器件；攜帶型電腦磁片(磁性)；隨機存取記憶體(RAM)(磁性)；唯讀記憶體(ROM)(磁性)；可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM)(磁性)；攜帶型光碟，諸如，CD、CD-R、CD-RW、DVD、DVD-R或DVD-RW；或快閃記憶體，諸如，緊密快閃卡、安全 數位卡、USB記憶體器件、記憶棒及其類似者。
該韌體亦可傳播於任何輸送媒體內以供或結合指令執行系統、裝置或器件(諸如，基於電腦之系統、含有處理器之系統，或可自指令執行系統、裝置或器件提取指令且執行該等指令之其他系統)使用。在此文件之上下文中，「輸送媒體」可為可傳達、傳播或輸送程式以供或結合指令執行系統、裝置或器件使用之任何媒體。輸送媒體可包括但不限於電子、磁性、光學、電磁或紅外線有線或無線傳播媒體。
圖3A說明根據本發明之實例的對應於自電容式觸控像素電極302及感測電路314之例示性觸控感測器電路300。觸控像素電極302可對應於觸控像素222。觸控像素電極302可具有至與其相關聯之接地的固有自電容，且亦具有在物件(諸如，手指305)近接於或觸摸該電極時形成的至接地之額外自電容。觸控像素電極302至接地之總自電容可被說明為電容304。觸控像素電極302可耦接至感測電路314(其可對應於感測通道208)。感測電路314可包括運算放大器308、回饋電阻器312、回饋電容器310及輸入電壓源306，但可使用其他組態。舉例而言，回饋電阻器312可由開關電容器電阻器替換以便最小化由可變回饋電阻器造成之任何寄生電容效應。觸控像素電極302可耦接至運算放大器308之反相輸入。AC電壓源306(Vac)可耦接至運算放大器308之非反相輸入。觸控感測器電路300可經組態以感測由於手指或物件觸摸或近接於觸控感測器面板而誘發的觸控像素電極302之總自電容304之改變。輸出320可由處理器(例如，觸控控制器206)使用以判定近接或觸摸事件之存在，或該輸出可輸入至離散邏輯網路中以判定觸摸或近接事件之存在。觸控感測器電路300可表示本發明之實例的觸控像素感測之結構及/或操作。
在一些實例中，觸控螢幕220可為整合式觸控螢幕，其中觸控感 測系統之觸控感測電路元件可整合至顯示器之顯示像素堆疊中。觸控螢幕220中之電路元件可包括(例如)可存在於LCD或其他顯示器(例如，OLED顯示器)中之元件，諸如，一或多個像素電晶體(例如，薄膜電晶體(TFT))、閘極線、資料線、像素電極及共同電極。在任何給定顯示像素中，像素電極與共同電極之間的電壓可控制顯示像素之亮度。像素電極上之電壓可由通過像素電晶體之資料線供應，該像素電晶體可由閘極線控制。應注意，電路元件不限於整個電路組件，諸如，整個電容器、整個電晶體等等，而可包括電路系統之部分，諸如，平行板電容器之兩個板中的僅一者。圖3B說明共同電極352可形成觸控感測系統之觸控感測電路系統之部分的實例組態；在本發明之一些實例中，該等共同電極可形成用以偵測觸控螢幕350上之觸摸之影像的觸控像素，如上文所描述。每一共同電極352(亦即，觸控像素)可包括複數個顯示像素351，且每一顯示像素351可包括共同電極352之部分，其可為一些類型之LCD或其他顯示器(其可操作為顯示系統之部分以顯示影像)之顯示像素的顯示像素堆疊(亦即，形成顯示像素之堆疊式材料層)中之顯示系統電路系統之電路元件。
在圖3B所展示之實例中，每一共同電極352可充當可操作為觸控螢幕350之顯示系統之顯示電路系統且亦可操作為觸控感測系統之觸控感測電路系統的多功能電路元件。在此實例中，每一共同電極352可操作為觸控螢幕350之顯示電路系統的共同電極(如上文所描述)，且亦可操作為觸控螢幕之觸控感測電路系統。舉例而言，共同電極352可在觸控感測階段期間操作為觸控感測電路系統之觸控像素之電容性部分。觸控螢幕350之其他電路元件可藉由(例如)切換電連接等等而形成觸控感測電路系統之部分。更具體而言，在一些實例中，在觸控感測階段期間，閘極線可連接至可施加電壓以將包括於觸控像素中之顯示像素中之TFT維持於「關斷」狀態中的電力供應器(諸如，電 荷泵)。可將刺激信號施加至共同電極352。可經由運算放大器而感測共同電極352之總自電容之改變，如先前所論述。共同電極352之總自電容之改變可取決於觸摸物件(諸如，手指)與共同電極之近接。以此方式，共同電極352之總自電容之測定改變可提供觸控螢幕上或附近之觸摸之指示。
一般而言，觸控感測電路元件中之每一者可為可形成觸控感測電路系統之部分且可執行一或多個其他功能(諸如，形成顯示電路系統之部分)的多功能電路元件，或可為可僅操作為觸控感測電路系統之單功能電路元件。類似地，顯示電路元件中之每一者可為可操作為顯示電路系統且執行一或多個其他功能(諸如，操作為觸控感測電路系統)之多功能電路元件，或可為可僅操作為顯示電路系統之單功能電路元件。因此，在一些實例中，顯示像素堆疊中之一些電路元件可為多功能電路元件，且其他電路元件可為單功能電路元件。在其他實例中，顯示像素堆疊之全部電路元件可為單功能電路元件。
另外，儘管本文中之實例可將顯示電路系統描述為在顯示階段期間操作且將觸控感測電路系統描述為在觸控感測階段期間操作，但應理解，顯示階段與觸控感測階段可同時操作(例如，部分地或完全地重疊)，或顯示階段與觸控感測階段可在不同時間操作。又，儘管本文中之實例將某些電路元件描述為多功能且將其他電路元件描述為單功能，但應理解，電路元件在其他實例中不限於特定功能性。換言之，在本文中之一項實例中被描述為單功能電路元件的電路元件可在其他實例中經組態為多功能電路元件，且在本文中之一項實例中被描述為多功能電路元件的電路元件可在其他實例中經組態為單功能電路元件。
圖3B之共同電極352(亦即，觸控像素)及顯示像素351在觸控螢幕350上被展示為矩形或方形區。然而，應理解，共同電極352及顯示 像素351不限於所展示之形狀、定向及位置，而可包括根據本發明之實例的任何合適組態。
雖然本發明中之論述集中於觸控螢幕，但應理解，本發明之實例中之一些或全部可類似地實施於觸控感測器面板(亦即，具有觸控感測電路系統而無顯示電路系統之面板)中。然而，出於簡潔起見，本發明之實例已且將在觸控螢幕之上下文中予以描述。
因為本發明之觸控螢幕可包括於各種器件(諸如，圖1A至圖1D所說明之彼等器件)中，所以可為如下狀況：觸控螢幕電子件中之接地節點(亦即，「系統接地」)可不與地線接地相同。此系統接地-地線接地失配可在使用者(其可接地至地線接地)與觸控螢幕互動時造成不良效應。
圖4說明根據本發明之實例的可表示自電容式觸控螢幕之例示性操作的例示性電路400。觸控像素402可耦接至觸控電路系統408，其可對應於(例如)感測通道208。觸控電路系統408可耦接至系統接地404。在一些實例中，觸控電路系統408可包括運算放大器，運算放大器之非反相輸入可耦接至刺激源，且運算放大器之反相輸入可耦接至觸控像素402。觸控電路系統408可刺激及感測觸控像素402以感測觸摸或近接於觸控像素之物件(諸如，手指416)，如上文所描述。
如上文所敍述，觸控電路系統408可驅動及感測觸控像素402以感測手指416之觸摸或近接。可藉由感測觸控像素402與手指416之間的電容412之改變而實現此觸摸或近接之感測，該等改變可基於手指與觸控像素相隔之距離而改變。手指416可經由電容414而接地至地線接地406。應理解，儘管本發明之實例描述手指與觸控螢幕互動，但本發明之範疇延伸至與觸控螢幕之任何互動，包括與諸如手寫筆之物件的互動。在此等情況下的觸控螢幕之操作可類似於此處所描述之操作。
因為觸控像素402可為可包括於可未接地至地線接地之器件(諸如，圖1A至圖1D中之器件)中的觸控螢幕之部分，所以系統接地404可不同於地線接地406。結果，電容410可存在於系統接地404與地線接地406之間以反映此差異。換言之，系統接地404可相對於地線接地406至少稍微浮動。在一些實例中，系統接地404相比於地線接地406可處於較高電壓，且在一些實例中，系統接地相比於地線接地可處於較低電壓-在一些實例中，系統接地可在相比於地線接地處於較高電壓與相比於地線接地處於較低電壓之間波動。
歸因於系統接地404相對於地線接地406稍微浮動，對於由感測電路系統408施加至節點409之給定電壓，被驅動通過電容412之電流之量可隨電容410之量值而變化。詳言之，當電容410相對大時(例如，當使用者接地或短路至系統接地404時，諸如，當使用者觸摸觸控螢幕駐留所在的底架時)，被驅動通過電容412之電流可相對大，且因此，感測電容412之改變可相對容易。另一方面，當電容410相對小時(例如，當使用者「未接地」時-亦即，當使用者未觸摸底架時)，被驅動通過電容412之電流可相對小，此係因為電流可需要被驅動通過除了電容412以外之串聯電容414及410；此情形可減少被驅動通過電容412之電流。此電流減少可又使感測電容412之改變相對困難。因此，觸控螢幕被良好接地之方式可影響被驅動通過電容412(所關注電容)之電流之量，且因此影響觸控螢幕之觸控感測效能。
系統接地404相對於地線接地406稍微浮動之另外後果可為：系統接地可隨著觸控電路系統408將電流通過電容412、手指416及電容414驅動至地線接地406而波動。結果，節點409處之電壓亦可波動，此情形可造成被驅動通過電容412(當判定存在於觸控像素402處之觸摸之量時的所關注電容)之電流之波動。流動通過電容412之電流之此等波動可接著由觸控電路系統408感測，且可被錯誤地解譯為歸因於 電容412之改變的電流波動，此情形可引起不準確的觸控感測結果。換言之，當可不為此狀況時，流動通過電容412之電流之波動(無論歸因於電容412之改變抑或歸因於系統接地404之改變)可全部被解譯為觸摸相關波動。此情形可引起觸控螢幕之觸控感測效能的誤差。
圖5說明根據本發明之實例的可表示當驅動及感測多個觸控像素時的自電容式觸控螢幕之例示性操作的例示性電路500。當同時驅動觸控螢幕上之多個觸控像素時，被驅動通過上文參看圖4所描述之所關注電容(例如，電容412)的電流之改變可加劇。圖5之組態可實質上為圖4之組態，惟觸控電路系統508可驅動觸控像素502及503兩者除外。電容512可存在於觸控像素502與手指516之間，且電容513可存在於觸控像素503與手指之間。因為通過電容512及513可存在用於自節點509至手指516之電流之平行路徑，所以與被驅動通過圖4中之電容412的電流相比較，較少電流可被驅動通過任一特定所關注電容，因此潛在地使較難以感測由觸摸或近接活動引起的彼電容之改變。舉例而言，若電容512為所關注電容(例如，觸控電路系統508將感測觸控像素502處之觸摸之量)，則原本可被驅動通過電容512之電流可代替地被驅動通過電容513，因此減少被驅動通過電容512之電流，此情形相比於原本可能的情況可使感測電容512之改變較困難。因此，由觸控螢幕被良好接地之方式之改變引起的被驅動通過所關注電容之電流之減少相比於圖4之組態中的情況可甚至更明顯。此情形可使感測電路系統508甚至更難以感測彼所關注電容之改變。
一種用以增加被驅動通過所關注電容之電流且因此減少可由觸控螢幕之接地條件改變引起之觸控感測誤差的方式可為同時驅動及感測觸控螢幕上之單一觸控像素，同時在一些實例中將剩餘觸控像素接地。
圖6說明根據本發明之實例的可表示當驅動及感測一個觸控像素 時的自電容式觸控螢幕之例示性操作的例示性電路600。圖6之組態可實質上為圖5之組態，惟觸控電路系統608可僅驅動及感測觸控像素602除外。觸控像素603可耦接至系統接地604。在一些實例中，可藉由將運算放大器(其反相輸入可耦接至觸控像素603)之非反相輸入切換至系統接地604而將觸控像素603耦接至該系統接地；在一些實例中，觸控像素603可經由開關網路而直接耦接至系統接地；在一些實例中，可利用用於將觸控像素603耦接至系統接地604之任何適當組態。
當觸控電路系統608驅動觸控像素602時，電流可通過電容612而經由電容614被驅動至地線接地606，以及通過電容612而經由電容613被驅動至系統接地604。此雙重電流路徑可增加被驅動通過電容612之電流，且因此可使觸控電路系統608較易於感測電容612之改變(例如，當較大電流流動通過電容612時，該電容之單位改變可造成橫越該電容之較大電壓改變，此情形可增加觸控感測系統之信雜比且可使觸摸活動較易於被感測)。在一些實例中，代替耦接至系統接地604，觸控像素603(及觸控螢幕上之其他非驅動觸控像素)可耦接至低於系統接地之電壓(例如，比系統接地低1V)以增加流動通過電容613之電流，且因此進一步增加流動通過電容612之電流。在一些實例中，觸控像素603(及觸控螢幕上之其他非驅動觸控像素)可耦接至任何其他合適參考電壓(例如，系統接地604、比系統接地低1V、諸如與電壓驅動觸控像素602異相之電壓的AC電壓，等等)以達成類似效應。
如前所述，儘管圖6之組態中的被驅動通過電容612之電流可繼續隨觸控螢幕被良好接地之方式變化而改變，但彼等改變可引起橫越電容612之電壓調變，該等電壓調變相比於之前(例如，相比於圖4及圖5之組態中的情況)為由觸控電路系統608感測之總電壓調變之較小百分比。因此，此等電流改變相比於先前所描述之實例中的情況可有 較少問題。
在一些實例中，可需要同時驅動及感測觸控螢幕上之一個以上觸控像素以減少感測橫越整個觸控螢幕之觸摸所需要的時間量，同時仍實質上受益於上文參看圖6所描述之效應。
圖7說明根據本發明之實例的例示性觸控像素驅動及佈線方案。觸控螢幕700可包括觸控像素702。如所說明，可以交替配置棋盤形圖案驅動及感測觸控像素702，其中在第一感測時間段期間，可驅動及感測「A」觸控像素，而可將「B」觸控像素繫結至系統接地(或其他參考電壓)，且在第二感測時間段期間，可驅動及感測「B」觸控像素，而可將「A」觸控像素繫結至系統接地(或其他參考電壓)。以此方式，任何兩個鄰近觸控像素702之電路表示可看起來實質上類似於圖6所說明之電路表示，且可實質上橫越觸控螢幕700實現關聯觸控像素至手指增加電流效應。
另外，因為在圖7之驅動及感測方案中未同時驅動正交鄰近觸控像素702，所以可實質上避免經同時驅動之觸控像素同時近接於手指的關於圖5所說明及描述之效應。儘管在圖7之驅動方案中同時驅動對角鄰近觸控像素702，但與正交鄰近觸控像素相比較，關於圖5所描述之效應在對角觸控像素之間可較不明顯；之所以可為此狀況係因為對角觸控像素與正交鄰近觸控像素相比較可具有較少鄰近區域，且因此可具有與可同時近接於對角觸控像素之手指的較少重疊。
除了上文所描述之驅動及感測方案以外，亦可如圖7所說明而組態用以將觸控電路系統(例如，觸控電路系統408、508及/或608)耦接至觸控像素702之佈線，以減少或消除可存在於觸控像素佈線行(touch pixel routing line)之間的寄生電容(且因此減少或消除可存在於觸控像素之間的寄生電容)。具體而言，可將用於待一起驅動及感測之像素之佈線分組及佈線在一起，此情形可減少或消除可存在於經分組佈線 行之間的任何電容，此係因為可以實質上相同頻率及相位而運用實質上相同電壓來驅動群組中之每一行。
參看圖7，用於包括於觸控像素行708及710中之「A」觸控像素702的佈線可被分組及佈線於行708及710之間，如由佈線706所說明。用於包括於觸控像素行710及712中之「B」觸控像素702的佈線可被分組及佈線於行710及712之間，如由佈線704所說明。佈線之此交替配置圖案可橫越觸控螢幕700而重複。使用此佈線組態可引起僅與「A」或「B」觸控像素702耦接之佈線行之分組。又，可減少或消除佈線間寄生電容。
應理解，雖然圖7所說明之佈線分組為藉由觸控像素之行而界定的分組，但無需為此狀況，且佈線分組可代替地藉由觸控像素之列而界定(例如，可以類似於上文所描述之方式的方式而對佈線行水平地分組及佈線)，或為類似佈線行(例如，耦接至相同類型之觸控像素的佈線行)在觸控螢幕上被分組及佈線在一起的任何其他組態。
應注意，圖7所說明之實體佈線方案不限制可在觸控螢幕700上利用之驅動及感測方案；實體佈線方案可與除了圖7所說明之方案以外的驅動及感測方案一起利用。然而，在此情境中，可損失上文所論述之佈線間寄生電容減少的一些或全部。圖7所說明之實體佈線方案仍然可用於下文所論述的本發明之實例中之任一者，包括圖8A至圖8B所說明之實例。
如上文所描述，可有益的是避免將經同時驅動之觸控像素定位成同時近接於手指。因此，可有益的是最小化在觸控螢幕上同時驅動及感測之觸控像素之數目。然而，同時驅動較少觸控像素可增加橫越整個觸控螢幕擷取觸摸之完全影像所花費的時間。因此，在一些實例中，觸控像素驅動方案可旨在最大化經同時驅動之觸控像素的數目(以減少觸控感測時間)，同時維持或最大化兩個經同時驅動之觸控像 素皆將不同時近接於手指的可能性。
圖8A說明根據本發明之實例的例示性觸控像素驅動方案。觸控螢幕800可包括觸控像素802。可驅動及感測觸控像素802，使得可在任何時間點同時驅動兩個觸控像素，同時最大化經同時驅動之觸控像素之間的距離(以增加經同時驅動之觸控像素將不同時近接於手指的可能性)，且實質上使經同時驅動之觸控像素之間的距離在不同群組間保持恆定以使寄生效應(諸如，電容)在不同掃描間保持相對恆定。舉例而言，在第一感測時間段期間，可同時驅動及感測「A」觸控像素，而可將剩餘觸控像素(例如，非驅動觸控像素)繫結至系統接地(或其他參考電壓)；在第二感測時間段期間，可同時驅動及感測「B」觸控像素，而可將剩餘觸控像素(例如，非驅動觸控像素)接地至系統接地(或其他參考電壓)；等等。在所說明之驅動及感測方案中，「A」、「B」、「C」、「D」、「E」、「F」及「G」觸控像素802之間的距離可實質上恆定(「H」觸控像素之間的距離可歸因於所說明之觸控像素佈局而略微較小)。另外，「A」、「B」、「C」、「D」、「E」、「F」、「G」及「H」觸控像素之間的距離可足夠大，以便實質上最小化相同類型之任何兩個觸控像素將同時近接於同一手指的可能性。
基於上述原理之其他驅動及感測方案類似地在本發明之範疇內。舉例而言，取決於觸控螢幕800及觸控像素802相對於平均手指之大小(或大小範圍)的大小及組態，可同時驅動及感測兩個以上觸控像素(例如，三個、四個、五個等等)，同時維持單一手指將同時近接於相同類型之一個以上觸控像素的足夠低可能性。類似地，相同類型之觸控像素之間的距離可另外或替代地取決於觸控螢幕800及觸控像素802相對於平均手指之大小(或大小範圍)的大小及組態。另外，可驅動及感測相同類型之觸控像素的時間長度可基於上述手指大小及觸控感測器面板大小/組態(例如，在一些實例中，被同時驅動及感測之觸 控像素愈多，則可被驅動及感測之觸控像素愈長，此係因為可較不需要快速地驅動及感測以能夠在指定時間量內掃描整個觸控面板)。
在一些實例中，由觸控螢幕800使用之精確驅動及感測方案可基於與觸控螢幕互動之手指之大小予以動態地判定及/或調整(例如，較大手指可引起較少觸控像素被同時驅動及感測及/或引起相同類型之觸控像素離得更遠，而較小手指可引起較多觸控像素被同時驅動及感測及/或引起相同類型之觸控像素更靠攏)。圖8B說明根據本發明之實例的例示性動態觸控像素驅動方案810。在此等實例中，可在812處以任何適當方式初始地掃描觸控螢幕800以判定(或大致判定)與觸控螢幕互動之手指之大小。舉例而言，耦接至觸控螢幕800之觸控控制器(例如，具有通道掃描邏輯210之觸控控制器206)及/或觸控處理器(例如，觸控處理器202)可在初始掃描時間段期間同時掃描全部觸控像素802以擷取觸控螢幕上之觸摸影像。在一些實例中，觸控控制器及/或觸控處理器可在初始掃描時間段期間同時掃描少於全部的觸控像素802(例如，每隔一個觸控像素掃描一次，或掃描一起作為單一有效「觸控像素」之觸控像素之集合)以擷取觸控螢幕800上之近似或粗略觸摸影像。執行觸控螢幕800之粗略掃描可節省執行初始掃描所需要之時間。
在814處，觸控控制器及/或觸控處理器可基於在初始掃描時間段期間獲得之觸摸影像而判定與觸控螢幕互動之物件或手指之大小及/或位置。
在816處，觸控控制器及/或觸控處理器可基於與觸控螢幕互動之物件或手指之所判定大小及/或部位而選擇一驅動及感測方案(包括判定觸控像素分組、距離、感測時間段等等)，其中相同類型之兩個或兩個以上觸控像素將不可能同時近接於所偵測大小之同一手指。在一些實例中，觸控控制器亦可嘗試最大化經同時驅動之觸控像素之數目 以減少觸控感測時間。
如上文所描述，在一些實例中，參看圖8A至圖8B所描述之驅動及感測方案可與關於圖7所描述之佈線方案一起利用，而不管圖7之佈線方案之全部益處可不運用圖8A至圖8B之驅動及感測方案而實現的事實。
因此，本發明之實例提供用於抵消觸控螢幕系統中之浮動系統接地節點之效應的一或多個組態。
因此，根據上述內容，本發明之一些實例係有關於一種觸控控制器，其包含：感測電路系統，其經組態以耦接至一觸控感測器面板上之一第一觸控像素及一第二觸控像素，該感測電路系統經組態以：在一第一時間段期間，驅動及感測該第一觸控像素且將該第二觸控像素耦接至一參考電壓；及在一第二時間段期間，驅動及感測該第二觸控像素且將該第一觸控像素耦接至該參考電壓。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該參考電壓包含該觸控控制器之一系統接地。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該感測電路系統經組態以耦接至第一複數個觸控像素及第二複數個觸控像素，該第一複數個觸控像素包括該第一觸控像素且該第二複數個觸控像素包括該第二觸控像素，該感測電路系統經組態以：在該第一時間段期間，驅動及感測該第一複數個觸控像素且將該第二複數個觸控像素耦接至該參考電壓；及在該第二時間段期間，驅動及感測該第二複數個觸控像素且將該第一複數個觸控像素耦接至該參考電壓。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該第一複數個觸控像素及該第二複數個觸控像素係以一棋盤形圖案交替地配置於該觸控感測器面板上。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示 之實例中之一或多者，在一些實例中，該感測電路系統經組態以使用該觸控感測器面板上之第一組佈線而耦接至該第一複數個觸控像素，該感測電路系統經組態以使用該觸控感測器面板上之第二組佈線而耦接至該第二複數個觸控像素，且該第一組佈線及該第二組佈線交替地安置於該觸控感測器面板上之觸控像素之行之間。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該第一複數個觸控像素中之觸控像素之間的一或多個距離與該第二複數個觸控像素中之觸控像素之間的一或多個距離實質上相同。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該感測電路系統經組態以在其他各別時間段期間驅動及感測該觸控感測器面板上之多個其他複數個觸控像素，該多個其他複數個觸控像素不同於該第一複數個觸控像素及該第二複數個觸控像素，且該等其他各別時間段不同於該第一時間段及該第二時間段。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該觸控控制器進一步包含經組態以動態地判定待由該感測電路系統驅動及感測之該第一觸控像素及該第二觸控像素的邏輯。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該邏輯經組態以：判定與該觸控感測器面板互動之一物件之一大小；及基於該物件之該所判定大小而判定該第一觸控像素及該第二觸控像素。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該邏輯經組態以：判定與該觸控感測器面板互動之一物件之一部位；及基於該物件之該所判定部位而判定該第一觸控像素及該第二觸控像素。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該邏輯經組態以：在判定該物件之該大小之前，起始該觸控感測器面板之一 初始掃描，其中同時驅動及感測該第一觸控像素及該第二觸控像素；及基於該初始掃描而判定該物件之該大小。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該邏輯經組態以：在判定該物件之該部位之前，起始該觸控感測器面板之一初始掃描，其中同時驅動及感測該第一觸控像素及該第二觸控像素；及基於該初始掃描而判定該物件之該部位。
本發明之一些實例係有關於一種操作一觸控感測器面板之方法，該方法包含：在一第一時間段期間：驅動及感測該觸控感測器面板上之一第一觸控像素，且將該觸控感測器面板上之一第二觸控像素耦接至一參考電壓；及在一第二時間段期間：驅動及感測該第二觸控像素，且將該第一觸控像素耦接至該參考電壓。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，將該第一觸控像素及該第二觸控像素分別耦接至該參考電壓包含將該第一觸控像素及該第二觸控像素分別耦接至該觸控感測器面板之一系統接地。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，第一複數個觸控像素包括該第一觸控像素且第二複數個觸控像素包括該第二觸控像素，該方法進一步包含：在該第一時間段期間：驅動及感測該第一複數個觸控像素，且將該第二複數個觸控像素耦接至該參考電壓；及在該第二時間段期間：驅動及感測該第二複數個觸控像素，且將該第一複數個觸控像素耦接至該參考電壓。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，第一複數個觸控像素及該第二複數個觸控像素係以一棋盤形圖案交替地配置於該觸控感測器面板上。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該方法進一步包含：使用該觸控感測器面板上之第一組佈線而將該第一複數個觸控像 素耦接至感測電路系統；及使用該觸控感測器面板上之第二組佈線而將該第二複數個觸控像素耦接至該感測電路系統，其中該第一組佈線及該第二組佈線交替地安置於該觸控感測器面板上之觸控像素之行之間。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該第一複數個觸控像素中之觸控像素之間的一或多個距離與該第二複數個觸控像素中之觸控像素之間的一或多個距離實質上相同。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該方法進一步包含在其他各別時間段期間驅動及感測該觸控感測器面板上之多個其他複數個觸控像素，該多個其他複數個觸控像素不同於該第一複數個觸控像素及該第二複數個觸控像素，且該等其他各別時間段不同於該第一時間段及該第二時間段。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該方法進一步包含動態地判定待驅動及感測之該第一觸控像素及該第二觸控像素。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，動態地判定該第一觸控像素及該第二觸控像素包含：判定與該觸控感測器面板互動之一物件之一大小；及基於該物件之該所判定大小而判定該第一觸控像素及該第二觸控像素。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，動態地判定該第一觸控像素及該第二觸控像素包含：判定與該觸控感測器面板互動之一物件之一部位；及基於該物件之該所判定部位而判定該第一觸控像素及該第二觸控像素。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該方法進一步包含：在判定該物件之該大小之前，起始該觸控感測器面板之一初始掃描，其中同時驅動及感測該第一觸控像素及該第二觸控像素；及基於該初始掃描而 判定該物件之該大小。除了上文所揭示之實例中之一或多者以外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該方法進一步包含：在判定該物件之該部位之前，起始該觸控感測器面板之一初始掃描，其中同時驅動及感測該第一觸控像素及該第二觸控像素；及基於該初始掃描而判定該物件之該部位。
儘管已參看隨附圖式充分地描述本發明之實例，但應注意，各種改變及修改對於熟習此項技術者將變得顯而易見。應將此等改變及修改理解為包括於如由隨附申請專利範圍所界定的本發明之實例之範疇內。
600‧‧‧電路
602‧‧‧觸控像素
603‧‧‧觸控像素
604‧‧‧系統接地
606‧‧‧地線接地
608‧‧‧觸控電路系統
609‧‧‧節點
610‧‧‧電容
612‧‧‧電容
613‧‧‧電容
614‧‧‧電容
616‧‧‧手指

Claims (16)

  1. 一種觸控控制器，其包含：感測電路系統，其經組態以耦接至一觸控感測器面板上之第一複數個觸控像素電極及第二複數個觸控像素電極，該第一複數個觸控像素電極包括一第一觸控像素電極且該第二複數個觸控像素包括一第二觸控像素電極，該感測電路系統經組態以：在一第一時間段期間，使用一第一電壓信號驅動該第一複數個觸控像素電極及感測該第一複數個觸控像素電極之自電容同時將該第二複數個觸控像素電極耦接至與該第一電壓信號不同之一參考電壓；及在一第二時間段期間，驅動該第二複數個觸控像素電極之自電容及感測該第二複數個觸控像素電極之自電容同時將該第一複數個觸控像素電極耦接至與該第二電壓信號不同之該參考電壓，其中該第一複數個觸控像素電極及該第二複數個觸控像素電極係以在二維方向中交替之一棋盤形圖案配置於該觸控感測器面板上。
  2. 如請求項1之觸控控制器，其中：該感測電路系統經組態以使用該觸控感測器面板上之第一組佈線而耦接至該第一複數個觸控像素電極，該感測電路系統經組態以使用該觸控感測器面板上之第二組佈線而耦接至該第二複數個觸控像素電極，且該第一組佈線及該第二組佈線交替地安置於該觸控感測器面板上之觸控像素電極之行之間。
  3. 如請求項1之觸控控制器，其中該第一複數個觸控像素電極中之 觸控像素電極之間的一或多個距離與該第二複數個觸控像素電極中之觸控像素電極之間的一或多個距離實質上相同。
  4. 如請求項1之觸控控制器，其進一步包含：經組態以動態地判定待由該感測電路系統驅動及使其自電容由該感測電路系統感測之該第一觸控像素電極及該第二觸控像素電極的邏輯。
  5. 如請求項4之觸控控制器，其中該邏輯經組態以：判定與該觸控感測器面板互動之一物件之一大小；及基於該物件之該所判定大小而判定該第一觸控像素電極及該第二觸控像素電極。
  6. 如請求項4之觸控控制器，其中該邏輯經組態以：判定與該觸控感測器面板互動之一物件之一部位；及基於該物件之該所判定部位而判定該第一觸控像素電極及該第二觸控像素電極。
  7. 如請求項5之觸控控制器，其中該邏輯經組態以：在判定該物件之該大小之前，起始該觸控感測器面板之一初始掃描，其中同時驅動及感測該第一觸控像素電極及該第二觸控像素電極；及基於該初始掃描而判定該物件之該大小。
  8. 如請求項6之觸控控制器，其中該邏輯經組態以：在判定該物件之該部位之前，起始該觸控感測器面板之一初始掃描，其中同時驅動及感測該第一觸控像素電極及該第二觸控像素電極；及基於該初始掃描而判定該物件之該部位。
  9. 一種操作一觸控感測器面板之方法，該方法包含：在一第一時間段期間： 使用一第一電壓信號驅動一第一複數個觸控像素電極及感測該觸控感測器面板上之該第一複數個觸控像素電極之自電容同時將該觸控感測器面板上之一第二複數個觸控像素電極耦接至與該第一電壓信號不同之一參考電壓；及在一第二時間段期間：驅動該第二複數個觸控像素電極之自電容及感測該第二複數個觸控像素電極之自電容同時將該第一觸控像素電極耦接至與該第二電壓信號不同之該參考電壓，其中該第一複數個觸控像素電極及該第二複數個觸控像素電極係以在二維方向中交替之一棋盤形圖案配置於該觸控感測器面板上。
  10. 如請求項9之方法，其進一步包含：使用該觸控感測器面板上之第一組佈線而將該第一複數個觸控像素電極耦接至感測電路系統；及使用該觸控感測器面板上之第二組佈線而將該第二複數個觸控像素電極耦接至該感測電路系統，其中該第一組佈線及該第二組佈線交替地安置於該觸控感測器面板上之觸控像素之行之間。
  11. 如請求項9之方法，其中該第一複數個觸控像素電極中之觸控像素電極之間的一或多個距離與該第二複數個觸控像素電極中之觸控像素電極之間的一或多個距離實質上相同。
  12. 如請求項9之方法，其進一步包含：動態地判定待驅動及使其自電容被感測之該第一觸控像素電極及該第二觸控像素電極。
  13. 如請求項12之方法，其中動態地判定該第一觸控像素電極及該第二觸控像素電極包含： 判定與該觸控感測器面板互動之一物件之一大小；及基於該物件之該所判定大小而判定該第一觸控像素電極及該第二觸控像素電極。
  14. 如請求項12之方法，其中動態地判定該第一觸控像素電極及該第二觸控像素電極包含：判定與該觸控感測器面板互動之一物件之一部位；及基於該物件之該所判定部位而判定該第一觸控像素電極及該第二觸控像素電極。
  15. 如請求項13之方法，其進一步包含：在判定該物件之該大小之前，起始該觸控感測器面板之一初始掃描，其中該第一觸控像素電極及該第二觸控像素電極被驅動同時使其等自電容被感測；及基於該初始掃描而判定該物件之該大小。
  16. 如請求項14之方法，其進一步包含：在判定該物件之該部位之前，起始該觸控感測器面板之一初始掃描，其中該第一觸控像素電極及該第二觸控像素電極被驅動同時使其等自電容被感測；及基於該初始掃描而判定該物件之該部位。
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