TWI774779B

TWI774779B - 應用於觸控辨識裝置之感測模組及其方法

Info

Publication number: TWI774779B
Application number: TW107118795A
Authority: TW
Inventors: 李尚禮
Original assignee: 李尚禮
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2022-08-21
Also published as: TW202004465A

Abstract

一種應用於觸控辨識裝置之感測方法，包括：指定至少一奇數量測電路為第一反向量測電路，且其餘電性連接正向量測電路；進行第一量測循環，由第一反向量測電路得到第一反向訊號，且由正向量測電路得到第一正向訊號；將第一反向訊號及第一正向訊號依序進行差分運算，以得到第一量測訊號；指定至少一偶數量測電路為第二反向量測電路，且其餘者電性連接正向量測電路；進行第二量測循環，由第二反向量測電路得到第二反向訊號，且由正向量測電路得到複數個第二正向訊號；及將第二反向訊號及第二正向訊號依序進行差分運算，以得到第二量測訊號。

Description

應用於觸控辨識裝置之感測模組及其方法

本發明關於一種應用於觸控辨識裝置之感測模組，特別是關於一種藉由電路設計來達到濾除雜訊且同步訊號處理的感測模組。

觸控面板或觸控螢幕是主要的現代人機介面之一，作為一種位置辨識裝置，能夠巧妙的結合輸入和顯示介面，故具有節省裝置空間和操作人性化的優點，目前已非常廣泛應用在各式消費性或者工業性電子產品上。舉例：個人數位助理(personal digital assistant，PDA)、掌上型電腦(palm-sized PC)、平板電腦(tablet computer)、行動電話(mobile phone)、資訊家電(Information Appliance)、銷售櫃員機(Point-Of-Sale，POS)等裝置上。

現有電容式觸控面板包括資料處理模組、驅動電極及感應電極等，其中驅動電極及感應電極分別經由各自之介面與資料處理模組電性連結。驅動電極係由相互平行的複數個驅動電極條所組成，感應電極係由複數個相互平行的感應電極條所組成，其中各驅動電極條與各感應電極條係互相垂直配置而形成複數個交叉處。當驅動電極受到驅動電壓之驅動時，其與感應電極之間形成電場，使得感應電極產生感應電荷，而具有一交互電容，複數個驅動電極條與複數個感應電極條即形成複數個電場，因此可擬似每一該交叉處即具有一交互電容，複數個交叉處即形成交互電容陣列。交互電容陣列在穩態之環境下，具有一穩定之電容量(以下稱基底電容)，使得感應電極產生一感應電壓(此時之感應電壓稱為基底電壓)，資料處理模組經由其介面讀取感應電壓。當手指或其他導電物質接近交叉處時，將改變該處之電場，造成感應電壓變化。變化之感應電壓向資料處理模組傳輸後，由類比對數位轉換器轉換成數位訊號後，再由經由演算法辨識其是否為一觸控訊號，決定是否進行觸碰位置之演算，進而處理形成向主機端輸出的觸碰資訊輸入資料。其中，主機端為具有至少一中央處理器(CPU)控制的設備，例如電腦、PDA等。

由於驅動電極與感應電極之間所形成的電場容易受到外來電磁波等的干擾，導致不能準確地量測手指等導電性物質所引起的電容性充電轉移之電荷量的變化。因此現有技術有利用訊號相減的方式將此一雜訊減除的方法，其重複進行一量測循環，得到二個以上不同的感測電壓訊號再相減之，以得到一觸控訊號。該量測循環首先將驅動電極與感應電極接地，清除殘存電荷後，利用類比對數為轉換器進行第一次量測，得到一感測訊號A；然後將感應電極浮接，等待驅動訊號對驅動電極充電；接著，以一固定電壓對驅動電極充電，此時感應電極產生感應電壓；接著，利用類比對數為轉換器進行第二次量測，得到一感測訊號B；然後同時將驅動電極與感應電極接地，清除殘存電荷，等待下一個量測循環；最後，藉由差分法(deferential)處理感測訊號A及B，以得到消除基底雜訊(common mode noise)的觸控訊號。

採用一般差分法雖然可以消除基底雜訊，但是需要兩兩成對的感測訊號來計算出差分值，可能造成精確度或解析度下降，且拖慢反應時間。由於每次量測時點若不同步，雜訊出現的時點可能不同，而更必須留意在差分處理訊號時，需要採用同步發出的訊號點，避免不同量測時點所出現雜訊狀態不同，因此需要花費較多時間在接收前，先進行同步處理。因此，如何解決現有電容觸控面板中各種技術造成靈敏度下降，造成使用者感到觸控面板防水性能差，以及如何提升觸控面中抗干擾性能差的問題。

鑑於上述發明背景，本發明實施例提供一種應用於觸控辨識裝置的改良感測方法及其模組。本發明利用至少一個反向量測電路，對應複數個正向量測電路；也就是說，指定一組量測電路作為反向(negative)感測，其餘的量測電路作為正向(positive)感測，並與上述指定的反向量測電路所得到的兩兩同步訊號逐一進行差分，在差分處理訊號中由於每兩訊號皆為同步發出，因此減少同步處理的時間，並且提高整體精確度。

10:第一相位電路

20:第二相位電路

21:(第一)反向量測電路

22:(第二)反向量測電路

30:類比數位轉換電路

40、40a及40b:多工器

N:反向量測電路

P:正向量測電路

第一圖，係為本發明第一實施例中一種應用於觸控辨識裝置之感測模組的示意圖。

第二圖，係為本發明第二實施例中一種應用於觸控辨識裝置之感測模組的示意圖。

第三圖，係為本發明第一實施例及第二實施例中一種應用於觸控辨識裝置之感測方法的流程圖。

第四圖，係為本發明第三實施例及第四實施例中一種應用於觸控辨識裝置之感測方法的流程圖。

第五圖，係為本發明第三實施例中一種應用於觸控辨識裝置之感測模組的示意圖。

第六圖，係為本發明第四實施例中一種應用於觸控辨識裝置之感測模組的示意圖。

有關本發明前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是用於參照隨附圖式的方向。因此，該等方向用語僅是用於說明並非是用於限制本發明。

請參考第一圖，係本發明第一實施例中一種應用於觸控辨識裝置之感測模組的示意圖。一種應用於觸控辨識裝置之感測模組，其中觸控辨識裝置具有複數個驅動電極及複數個感應電極(未圖示)。感測模組包括：至少一第一相位電路10，電性連接驅動電極及感應電極；複數個第二相位電路20，電性連接驅動電極及感應電極；以及，至少一類比數位轉換電路30，電性連接第一相位電路10及複數個第二相位電路20。在本實施例中，類比數位轉換電路之數量是相對應於第二相位電路20的數量。

在本實施例中，每一第二相位電路20依序會同第一相位電路10進行量測，分別同步得到一第一訊號及一第二訊號；類比數位轉換電路 30用以接收第一訊號及第二訊號，來轉換得到一量測訊號。其中，第一相位電路10所得到之第一訊號與複數個第二相位電路20所得到之第二訊號的相位訊號是180度偏移。其中，第一相位電路10為一反向量測電路，其所得到第一訊號為一反向訊號，複數個第二相位電路20為一正向量測電路，其所得到該第二訊號為一正向訊號。

在一實施例中，感測模組更包括一處理單元(未圖示)，處理單元電性連接複數個類比數位轉換電路，用以將第一訊號及第二訊號進行差分運算，以得到量測訊號。其中，無指向元件例如液體或手掌接觸觸控辨識裝置時，則量測訊號為一基底訊號；若有指向元件例如手指或觸控筆接觸觸控辨識裝置，則量測訊號為一接觸訊號。處理單元電性連接複數個類比數位轉換電路30，用以計算基底訊號及接觸訊號之差值，以產生一觸控訊號。

如第二圖所示，係本發明第二實施例中一種應用於觸控辨識裝置之感測模組的示意圖。感測模組更包括一多工器40，電性連接於第一及第二相位電路10/20與類比數位轉換電路30之間。本實施例通過多工器40的設置來調整第一及第二相位電路10/20與類比數位轉換電路30的連結關係，僅需一個類比數位轉換電路30，而節省掉類比數位轉換電路30的使用數量。

藉由本發明實施例的量測電路設計，直接採用至少一個反向量測電路來得到一反向訊號(負訊號值)，以作為參考基準。當觸控辨識裝置的感測過程中，若有任何雜訊例如液晶顯示面板(LCD)雜訊隨之進入，本發明中的正向量測電路20搭配至少一個反向量測電路10同步所讀取之兩訊號值，利用雜訊不會因讀取量測方式而改變其”正負向”相位訊號的特性，將上述同步讀取的兩訊號做差分，可相互抵消LCD雜訊。此外，利用同步讀取訊號的特性，避免雜訊在不同量測時點出現，容易造成量測誤差的問題。因此，本發明可減少同步處理的時間，並且提高整體精確度。

請參考第三圖，係為本發明第一或第二實施例中一種應用於觸控辨識裝置之感測方法的流程圖，觸控辨識裝置例如觸控面板或觸控螢幕。一種應用於觸控辨識裝置之感測方法，包括：

步驟S10：提供至少一第一相位電路，電性連接複數個驅動電極及複數個感應電極；

步驟S11：提供複數個第二相位電路，電性連接複數個驅動電極及複數個感應電極；

步驟S12：每一第二相位電路依序會同第一相位電路進行量測，使得第一相位電路及第二相位電路分別同步得到一第一訊號及一第二訊號。其中，第一相位電路所得到之第一訊號與複數個第二相位電路所得到之第二訊號的相位訊號是180度偏移。在本實施例中，第一相位電路為一反向量測電路，其所得到第一訊號為一反向訊號，複數個第二相位電路為一正向量測電路，其所得到該第二訊號為一正向訊號。

步驟S13：最後，通過一類比數位轉換電路接收第一訊號及第二訊號，以轉換得到一量測訊號。

除上述步驟510-S13，感測方法更包括：提供一處理單元以將第一訊號及第二訊號進行差分運算，以得到量測訊號。

在一實施例中，若觸控面板上提供配置有30條量測電路，其中可設置3條反向量測電路，每10條量測電路中有一條反向量測電路並搭配設置一個類比數位轉換電路，使得3組量測電路同時進行，可加快同步處理的時間，令感測模組的操作速度更快。

請參考第四圖，係為本發明第三實施例及第四實施例中一種應用於觸控辨識裝置之感測方法的流程圖。一種應用於觸控辨識裝置之感測方法，包括：

步驟S20：指定複數個奇數量測電路之至少其一者為一第一反向量測電路N，且其餘者電性連接一正向量測電路P。特別地是，於初始未作動量測前，正向量測電路P電性連接一模擬電壓變化產生的完美指令，使得正向量測電路P產生一初始訊號，利用初始訊號進行先期校正。其中完美指令是為了產生不帶雜訊的量測訊號，完美指令可用電路呈現或是直接提供訊號。

步驟S21：進行一第一量測循環，第一反向量測電路依序會同其餘者之正向量測電路進行量測，分別同時由第一反向量測電路得到一第一反向訊號，且由正向量測電路P得到複數個第一正向訊號。其中，第一反向訊號及的第一正向訊號相位訊號是180度偏移。

步驟S22：將第一反向訊號及複數個第一正向訊號依序進行差分運算，以得到複數個第一量測訊號。

步驟S23：指定複數個偶數量測電路之至少其一者為一第二反向量測電路N，且其餘者電性連接該正向量測電路P。

步驟S24：進行一第二量測循環，第二反向量測電路依序會同其餘者之正向量測電路進行量測，分別同時由第二反向量測電路得到一第二反向訊號，由正向量測電路P得到複數個第二正向訊號。

步驟S25：將第二反向訊號及複數個第二正向訊號依序進行差分運算，以得到複數個第二量測訊號。

除上述步驟S20-S25，感測方法更包括：通過一處理單元計算初始訊號、第一量測訊號及第二量測訊號，以產生一觸控值容許範圍；接著，重複進行第一或第二量測循環，以得到一第一或第二新量測訊號；比較第一或第二新量測訊號是否落在觸控值容許範圍中；以及，若是落在觸控值容許範圍中，則輸出第一或第二新量測訊號。

在一實施例中，若無指向元件例如液體或手掌接觸觸控面板，則第一及第二量測訊號為一基底訊號。若有指向元件例如手指或觸控筆接觸觸控面板，則第一及第二量測訊號為一接觸訊號。上述步驟更包括通過一處理單元計算基底訊號及接觸訊號之差值，以產生一觸控訊號。

請見第五圖及第六圖，分別係為第三實施例及第四實施例中中一種應用於觸控辨識裝置之感測模組的示意圖。如第五圖所示，一種觸控辨識裝置之感測模組，包括：複數個量測電路20/21/22及複數個類比數位轉換電路30。

奇數量測電路於本實施例中的數量為2m-1個，其中奇數量測電路之至少其一者為一第一反向量測電路21，其餘者電性連接一正向量測電路20，奇數量測電路之其餘者依序會同第一反向量測電路21進行量測，分別同步得到一第一反向訊號及一第一正向訊號。偶數量測電路於本實施例中的數量為2m個，與複數個奇數量測電路交錯排列，其中偶數量測電路之至少其一者為一第二反向訊號量測電路22，其餘者電性連接正向量測電路20，偶數量測電路之其餘者依序會同第二反向量測電路22進行量測，分別同步得到一第二反向訊號及一第二正向訊號。

類比數位轉換電路30分別電性連接複數個奇數量測電路及複數個偶數量測電路，用以接收第一/第二正向訊號及第一/第二反向訊號，分別轉換得到一第一量測訊號及一第二量測訊號。於本實施例中，類比數位轉換電路30的數量是一對一於正向量測電路20的數量，但本發明不限於此。感測模組更包括一處理單元(未圖示)，處理單元電性連接複數個奇數量測電路及複數個偶數量測電路，用以計算第一量測訊號及第二量測訊號，以產生一觸控值容許範圍。

第六圖所示的一種觸控辨識裝置之感測模組與第五圖所示感測模組相比，更包括兩個多工器40a及40b，但僅有一個類比數位轉換電路30。奇數量測電路透過多工器40a電性連接類比數位轉換電路30，偶數量測電路透過多工器40b電性連接類比數位轉換電路30。本實施例可簡化感測模組的電路整體，但不限於此。

由於上述實施例中具有至少2條以上的反向量測電路，因此在本實施例中，第一條反向量測電路21可以利用多工器，來作為正向量測電路或是連接上正向量測電路，並藉由另一組反向量測電路22來得到一負訊號值，以做為參考基準。

藉由本發明實施例的量測電路設計，具有多項優點：可省去多個配對訊號線，且反向訊號與正向訊號可以同步發出，因此也省去了進行訊號同步處理的時間。由於不需要準備配對訊號線，因此可以將所有線路用來作為訊號量測，相較傳統的作法更為經濟。此外，比起習知的差分法，本發明的感測模組使得整體量測操作速度更快，且不會降低精準度，並利用反向量測電路與正向量測電路來感測且同時驅動，不會產生時間差的問題。

S20-S25‧‧‧步驟

Claims

一種應用於觸控辨識裝置之感測方法，包括指定複數個奇數量測電路之至少其一者為一第一反向量測電路，且其餘者電性連接一正向量測電路；進行一第一量測循環，由該第一反向量測電路得到一第一反向訊號，且由該正向量測電路得到複數個第一正向訊號；將該第一反向訊號及該複數個第一正向訊號依序進行差分運算，以得到複數個第一量測訊號；指定複數個偶數量測電路之至少其一者為一第二反向量測電路，且其餘者電性連接該正向量測電路；進行一第二量測循環，由該第二反向量測電路得到一第二反向訊號，且由該正向量測電路得到複數個第二正向訊號；以及，將該第二反向訊號及該複數個第二正向訊號依序進行差分運算，以得到複數個第二量測訊號。
如申請專利範圍第1項所述之感測方法，更包括：於作動量測前，將該正向量測電路電性連接一完美指令，以產生一初始訊號。
如申請專利範圍第2項所述之感測方法，更包括：通過一處理單元計算該初始訊號、該複數個第一量測訊號及該複數個第二量測訊號，以產生一觸控值容許範圍。
如申請專利範圍第3所述之感測方法，更包括：重複進行該第一或第二量測循環，以得到一第一或第二新量測訊號；比較該第一或第二新量測訊號是否落在該觸控值容許範圍中；以及，若是落在該觸控值容許範圍中，則輸出該第一或第二新量測訊號。
如申請專利範圍第1項所述之感測方法，其中進行該第一量測循環的步驟包括：該第一反向量測電路依序會同其餘者之該正向量測電路進行量測，分別同時得到該第一反向訊號及該複數個第一正向訊號。
如申請專利範圍第1項所述之感測方法，其中進行該第二量測循環的步驟包括：該第二反向量測電路依序會同其餘者之該正向量測電路進行量測，分別同時得到該第二反向訊號及該複數個第二正向訊號。
如申請專利範圍第1項所述之感測方法，其中若無指向元件接觸該觸控辨識裝置，則該複數個第一量測訊號及該複數個第二量測訊號為一基底訊號。
如申請專利範圍第7項所述之感測方法，其中若有指向元件接觸該觸控辨識裝置，則該複數個第一量測訊號及該複數個第二量測訊號為一接觸訊號。
如申請專利範圍第8項所述之感測方法，更包括：通過一處理單元計算該基底訊號及該接觸訊號之差值，以產生一觸控訊號。
一種觸控辨識裝置之感測模組，包括：複數個奇數量測電路，其中該複數個奇數量測電路之至少其一者為一第一反向量測電路，其餘者電性連接一正向量測電路，該複數個奇數量測電路之其餘者依序會同該第一反向量測電路進行量測，分別同步得到一第一反向訊號及一第一正向訊號；複數個偶數量測電路，與該複數個奇數量測電路交錯排列，其中該複數個偶數量測電路之至少其一者為一第二反向量測電路，其餘者電性連接該正向量測電路，該複數個偶數量測電路之其餘者依序會同該第二反向量測電路進行量測，分別同步得到一第二反向訊號及一第二正向訊號；以及，一類比數位轉換電路，電性連接該複數個奇數量測電路及該複數個偶數量測電路，用以接收該第一/第二正向訊號及該第一/第二反向訊號，分別轉換得到一第一量測訊號及一第二量測訊號。