触控装置及其电容式触控感测电路与触控感测方法

摘要

本发明提供一种触控装置及其电容式触控感测电路与触控感测方法。其中，电容式触控感测电路包括切换电容式积分电路、编码电路、反馈电路以及解码电路。切换电容式积分电路接收输入信号，并针对输入信号进行积分以产生输出信号。编码电路接收输出信号，并针对输出信号来进行编码以产生编码结果。反馈电路提供切换电容式积分电路电荷耗散路径以进行电荷耗散动作，其中反馈电路接收并依据编码结果，调整电荷耗散路径所提供的电荷耗散能力。解码电路接收并针对输出信号进行解码以产生触控检测结果。本发明提供的电容式触控感测电路及其触控感测方法，可有效提升电容变化检测的解析度以及可检测范围。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容式触控感测电路，尤其涉及一种一比特累加增量(1-bit sigma delta)式电容式触控感测电路。

背景技术

随着电子产品的普及化，良好的人机操作介面成为电子装置中的必要功能。而在近代的电子装置中，电容式触控面板可以说是一种较受欢迎的作法。

在电容式触控面板的应用上，现有技术提出利用一比特累加增量式电容式触控感测电路来进行触控感测动作。这种一比特累加增量式电容式触控感测电路不论是在电路的尺寸、电力的消耗也或是抗噪声的能力的表现上，都比传统的模拟数字转换器式的触控感测电路更为优良。不过，由于现有技术领域中的一比特累加增量式电容式触控感测电路在反馈电路中提供固定的电荷耗散能力，使得其在电容变化检测的解析度以及可检测范围无法兼顾，导致效率受到限制而无法提升。

发明内容

本发明提供一种电容式触控感测电路及其触控感测方法，可有效提升电容变化检测的解析度以及可检测范围。

本发明提供一种触控装置，应用电容式触控感测电路及其触控感测方法以有效提升电容变化检测的解析度以及可检测范围。

本发明的电容式触控感测电路，包括切换电容式积分电路、编码电路、反馈电路以及解码电路。切换电容式积分电路耦接至受测电容式触控单元以由受测电容式触控单元接收输入信号，并针对输入信号进行积分以产生输出信号。编码电路耦接切换电容式积分电路以接收输出信号，并针对输出信号来进行编码以产生编码结果。反馈电路耦接至切换电容式积分电路及编码电路，提供切换电容式积分电路电荷耗散路径以进行电荷耗散动作，其中反馈电路接收并依据编码结果，调整电荷耗散路径所提供的电荷耗散能力。解码电路耦接切换电容式积分电路，接收并针对输出信号进行解码以产生触控检测结果。

本发明的触控装置包括触控面板以及至少一如前述的电容式触控感测电路。触控面板包括多数个电容式触控单元。电容式触控感测电路耦接至电容式触控单元的其中之一的受测电容式触控单元。

本发明的电容式触控感测方法包括：由受测电容式触控单元接收输入信号，并提供切换电容式积分电路以针对输入信号进行积分以产生输出信号；针对输出信号来进行编码以产生编码结果；提供电荷耗散路径至切换电容式积分电路以进行电荷耗散动作，并依据编码结果来调整电荷耗散路径所提供的电荷耗散能力；以及，针对输出信号进行解码以产生触控检测结果。

基于上述，本发明提供编码电路以依据输出信号来进行编码，并藉以产生编码结果。而反馈电路所提供的电荷耗散路径的电荷耗散能力可以依据编码结果来动态的进行调整。也就是说，本发明提供可随着负载电流来进行动态调整的电荷耗散机制，并使电容式触控感测电路在很大的转移电容中，仍可以检测到微小的电容变化量，达到可兼顾检测解析度以及检测范围的要求。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的电容式触控感测电路的示意图；

图2为本发明另一实施例的电容式触控感测电路的示意图；

图3为本发明再一实施例的电容式触控感测电路的示意图；

图4为本发明更一实施例的电容式触控感测电路的示意图；

图5为本发明实施例的编码电路的编码动作的波形图；

图6为本发明一实施例的触控装置的示意图；

图7为本发明实施例的电容式触控感测方法的流程图。

附图标记说明：

100、200、300、400、620：电容式触控感测电路；

110、210、310、410：切换电容式积分电路；

120、220、320、420：解码电路；

130、230、330、430：反馈电路；

140、240、340、440：编码电路；

TUNT：受测电容式触控单元；

VIN：信号；

OUT：输出信号；

IN：输入信号；

ER：编码结果；

DR：触控检测结果；

S1～S6、Sop：开关；

Vref：参考电压；

GND：参考接地端；

OP1：运算放大器；

Cop：电容；

CMP1：比较器；

LA1：闩锁器；

CK：时脉信号；

231、331：切换式电容电路；

332：权重电压调整器；

Cfb：电容；

CTR：控制信号；

WV：权重电压；

Cfbv：电容值；

232：电容权重调整器；

I1、I2：电流源；

T1～T7：时间点；

600：触控装置；

610：触控面板；

S710～S740：触控感测步骤。

具体实施方式

请参照图1，图1为本发明一实施例的电容式触控感测电路的示意图。电容式触控感测电路100包括切换电容式积分电路110、解码电路120、反馈电路130以及编码电路140。切换电容式积分电路110耦接至受测电容式触控单元TUNT的一端。受测电容式触控单元TUNT的另一端接收信号VIN。当受测电容式触控单元TUNT的触控检测动作被执行时，信号VIN可以是一个时脉信号，而受测电容式触控单元TUNT对应信号VIN可产生输入信号IN，并提供输入信号IN至切换电容式积分电路110。切换电容式积分电路110则可针对所接收的输入信号IN进行积分，并藉以产生输出信号OUT。

在本实施例中，受测电容式触控单元TUNT会依据有无被触碰的状态而改变其电容值，相对应的，输入信号IN也会因受测电容式触控单元TUNT的电容值变化而产生变化。通过切换电容式积分电路110依据输入信号IN进行积分，其中的积分结果可以有效反应出输入信号IN的变化状态，并得知受测电容式触控单元TUNT的被触碰状态。在另一方面，切换电容式积分电路110可以设定一个参考电压，并通过使积分结果与参考电压来进行比较以产生输出信号OUT。在本发明实施例中，输出信号OUT可以是一个数字信号，并且，输出信号OUT的电压电平在连续的多个时间周期中可以是相同，或也可以是不相同的。

编码电路140耦接切换电容式积分电路110，并接收输出信号OUT。编码电路140针对输出信号OUT来进行编码以产生编码结果ER。其中，编码电路140可在多个时间周期中，依序依据输出信号OUT在相邻的二时间周期中的电压变化状态来产生编码结果ER。更具体来说明，编码电路140可判断连续两个相邻的时间周期中，输出信号OUT的电压是否均维持在相同的逻辑电平(均为高逻辑电平或均为低逻辑电平)，若是，编码电路140则使编码结果ER递增1，相对的，若连续两个相邻的时间周期中，输出信号OUT的电压发生高、低逻辑电平间的转态动作时，编码电路140则使编码结果ER递减1。举例来说明，若输出信号OUT在连续多个时间周期中的高逻辑电平依序为1、1、1、1、0、1、0，编码电路140产生的编码结果ER依序为(初始值设定为0)0、1、2、3、2、1、0，其中，编码结果ER最小值为0。

另外，反馈电路130耦接至切换电容式积分电路110及编码电路140。反馈电路130提供切换电容式积分电路110一个电荷耗散路径以进行切换电容式积分电路110中的电荷耗散动作。其中反馈电路130接收并依据编码结果ER，来调整电荷耗散路径所提供的电荷耗散能力。此外，反馈电路130也接收输出信号OUT，并可依据输出信号OUT来决定电荷充放电动作。

在本实施例中，反馈电路130可以依据编码结果ER的数值大小来调整其提供给切换电容式积分电路110的电荷耗散路径的电荷耗散能力大小。在编码结果ER为具有三个比特的数值的范例中，反馈电路130可以提供八种(2³)不同大小的电荷耗散能力。而当反馈电路130提供电荷耗散能力较小时，电容式触控感测电路100可以提升其感测的解析度，相对的，当反馈电路130提供电荷耗散能力较大时，电容式触控感测电路100可以提升其感测的电容变化的范围。

解码电路120则耦接至切换电容式积分电路110。解码电路120接收输出信号OUT，并针对输出信号OUT进行解码以产生触控检测结果DR。在动作细节方面，解码电路120可在多个时间周期中，依序依据输出信号OUT在相邻的二时间周期中的电压变化状态来产生多数个数值，并通过累加这些数值以获得触控检测结果DR。

由上述的说明可以得知，电容式触控感测电路100的反馈电路130可以依据切换电容式积分电路110所产生的输出信号OUT的状态来调整所提供的电荷耗散路径的电荷耗散能力。如此一来，电容式触控感测电路100可因应其工作时的状态，在高解析度以及大检测范围的需求间进行调整，以较佳化其工作效能。

以下请参照图2，图2为本发明另一实施例的电容式触控感测电路的示意图。电容式触控感测电路200包括切换电容式积分电路210、解码电路220、反馈电路230以及编码电路240。切换电容式积分电路210耦接至电容式触控单元TUNT。本实施例中的电容式触控单元TUNT则接收由开关S1及S2交错导通及断开所产生的信号VIN，并对应产生输入信号IN。信号VIN可为在参考接地端GND的电压以及参考电压Vref间转态的周期性信号。

切换电容式积分电路210包括运算放大器OP1、电容Cop、开关Sop、比较器CMP1以及闩锁器LA1。运算放大器OP1接收输入信号IN，并通过开关Sop以及电容Cop对输入信号IN进行积分动作。运算放大器OP1的输出端产生积分结果，并将积分结果传送至比较器CMP1。比较器CMP1通过比较积分结果以及参考信号VR，并通过闩锁器LA闩锁比较器CMP1所产生的比较结果来产生输出信号OUT。其中，闩锁器LA依据时脉信号CK进行数据闩锁动作。

输出信号OUT被传送至解码电路220、编码电路240以及反馈电路230。解码电路220接收输出信号OUT并据以产生检测结果DR。编码电路240则接收输出信号OUT，并依据输出信号OUT来执行编码动作以产生编码结果ER。

反馈电路230中包括切换式电容电路231。切换式电容电路231接收输出信号OUT，且切换式电容电路231的第一端耦接至切换电容式积分电路210接收输入信号IN的端点。切换式电容电路231则包括电容权重调整器232。电容权重调整器212提供一电容值Cfbv，且电容权重调整器232所提供的电容值Cfbv可依据编码结果ER来进行调整。

通过调整电容权重调整器232所提供的电容值Cfbv，反馈电路230所提供的电荷耗散路径的充电荷耗散能力可以获得调整，并使电容式触控感测电路200可以兼顾电容变化的解析度以及电容变化范围的两个需求。

在关于切换式电容电路231的其他细节部分，切换式电容电路231另包括开关S3、S4、S5以及S6。开关S3的第一端接收输入信号IN，开关S3的第二端耦接至开关S4的第一端。开关S4的第二端则耦接至开关S5、S6的第一端，开关S5、S6的第二端分别耦接至参考接地端GND以及参考电压Vref。电容权重调整器312则串接在开关S4的第二端与参考接地端GND间。开关S5以及S6可以依据相同的控制信号以被导通或切断，而开关S3、S4则依据输出信号OUT来被导通或切断，开关S3、S4的导通或切断状态是相反的。

在本实施例中，开关S5、S6可受控于控制信号CTR以导通或断开，开关S3、S4则受控于输出信号OUT以导通或断开，其中开关S3、S4的导通或断开状态是相反的。在当开关S4受控于输出信号OUT以导通时，反馈电路230提供切换电容式积分电路210一电荷耗散路径以耗散切换电容式积分电路210中的电荷。

关于解码电路220以及编码电路240的实施细节，其中，可在多个时间周期中，解码电路220可依序依据输出信号OUT在相邻的二时间周期中的电压变化状态来产生多数个数值，并通过累加这些数值以获得触控检测结果DR。

编码电路240则是在多个时间周期中，依序依据输出信号OUT在相邻的二时间周期中的电压变化状态来产生编码结果ER。更具体来说明，编码电路240可判断连续两个相邻的时间周期中，输出信号OUT的电压维持在相同的逻辑电平时，使编码结果ER递增1，相对的，若连续两个相邻的时间周期中，输出信号OUT的电压发生高、低逻辑电平间的转态动作时，编码电路240则使编码结果ER递减1。

关于上述的解码电路220以及编码电路240的电路细节，其中，解码电路220以及编码电路240皆可利用数字电路来实施。也因此，依据上述说明的电路动作原理，解码电路220以及编码电路240可通过任何一种本领域普通技术人员所熟知的数字设计方式来实现，例如硬件描述语言(hardwaredescription language,HDL)或传统的真值表(truth table)、卡诺图(Karnaughmap)及米利型或墨尔型的有限状态机(finite state machine)等方法来完成。也因此，解码电路220以及编码电路240并没有固定的电路型态。以利用硬件描述语言进行设计为范例，设计者所采用的电路合成(synthesizer)软件及电路基本逻辑门的数据库将会决定电路中所采用的逻辑门的形态与个数，并没有固定的结果。

以下请参照图3，图3为本发明再一实施例的电容式触控感测电路的示意图。电容式触控感测电路300包括切换电容式积分电路310、解码电路320、反馈电路330以及编码电路340。本实施例的反馈电路330除接收输出信号OUT外，另接收编码结果ER。与前一实施例不同的，本实施例的反馈电路330包括切换式电容电路331以及权重电压调整器332。其中，切换式电容电路331包括开关S3～S6以及电容Cfb。开关S3的一端接收输入信号IN，另一端耦接至开关S4的一端。开关S4的另一端耦接至开关S5及S6的第一端，开关S5及S6的第二端分别耦接至参考接地端GND以及权重电压调整器332。电容Cfb则串接在开关S3与S4的耦接端以及参考接地端GND间。

权重电压调整器332提供权重电压WV至开关S6的第二端，并且，权重电压调整器332可依据编码结果ER来调整权重电压WV的电压值。通过调整权重电压WV的电压值，反馈电路330可有效的调整其所提供的电荷耗散路径的电荷耗散能力大小。

举例来说明，以三个比特的编码结果ER为范例，分别对应16进位的0–7等八种不同数值的编码结果ER，权重电压WV的电压值可以在1/8*Vref–8/8*Vref间进行调整。也就是说，反馈电路330可针对电荷耗散路径的电荷耗散能力大小执行八段式的调整。

当然，编码结果ER的比特数并没有一定的限制，若要实现更佳的电容变化检测的解析度，可以应用更多比特的编码结果ER来实施。反馈电路330也可针对电荷耗散路径的电荷耗散能力大小执行更多段次的调整动作。

以下请参照图4，图4为本发明另一实施例的电容式触控感测电路的示意图。电容式触控感测电路400包括切换电容式积分电路410、解码电路420、反馈电路430以及编码电路440。与前述实施例不相同的，本实施例中的反馈电路430包括电流源I1以及I2以及开关S3、S4。开关S3、S4的第一端共同耦接至切换电容式积分电路410的输入端，开关S3、S4的第二端则分别耦接至电流源I1以及I2。值得注意的是，电流源I2由开关S4汲取电流至参考接地端GND。

重点在于，开关S3以及开关S4受控于输出信号OUT，而电流源I1、I2则受控于编码结果ER，且开关S3以及开关S4的导通或断开状态是相反的。其中，依据编码结果ER以及输出信号OUT，电流源I1、I2汲取的电流值大小或执行电荷耗散的时间可以被进行调整。并藉以动态调整反馈电路410所提供的电荷耗散路径，例如是充放电路径的充放电能力。

以下请参照图5，图5为本发明实施例的编码电路的编码动作的波形图。通过周期性的检测输出信号OUT的电压电平，其中在时间点T1以及T2时分别检测出输出信号OUT为相同的逻辑高电平，编码电路可使编码结果ER在时间点T2由0递增为1。接着，在时间点T3时，编码电路检测输出信号OUT的电压电平仍为逻辑高电平，因此，编码电路在时间点T3使编码结果ER由1递增为2。在时间点T4时，编码电路持续检测输出信号OUT的电压电平，并检测出输出信号OUT的电压电平维持在逻辑高电平，编码电路则在时间点T4使编码结果ER由2递增为3。

在时间点T5时，编码电路检测输出信号OUT的电压电平转态为逻辑低电平，同时，编码电路则在时间点T5使编码结果ER由3递减为2。同样的，在时间点T6时，编码电路检测输出信号OUT的电压电平分别由逻辑低电平转态为逻辑高电平，在时间点T7时输出信号OUT的电压电平再由逻辑高电平转态为逻辑低电平，因此，编码电路在时间点T6分别使编码结果ER由2递减为1，再于时间点T7使编码结果ER由1递减为0。

以下请参照图6，图6为本发明一实施例的触控装置的示意图。触控装置600包括触控面板610以及至少一电容式触控感测电路620，其中触控面板610可为自容式触控面板也可为互容式触控面板。触控面板610包括多个电容式触控单元，其中，电容式触控单元中的受测电容式触控单元TUNT耦接至电容式触控感测电路620以执行受测电容式触控单元TUNT的电容变化的检测动作，并藉此获得受测电容式触控单元TUNT的被触碰状态。在本实施例中，触控面板610可以是嵌入式(In Cell)的触控显示面板。然而，在其它实施例中，也可是外挂式的触控面板，或者其它具有触控功能的面板。

本实施例中的电容式触控感测电路620可以应用图2～图4中的任一电容式触控感测电路200、300、400来实施，而关于电容式触控感测电路200、300、400的实施细节在前述的多个实施例中已有详尽的说明，在此恕不赘述。

以下请参照图7，图7为本发明实施例的电容式触控感测方法的流程图。在步骤S710中，由受测电容式触控单元接收输入信号，并提供切换电容式积分电路以针对输入信号进行积分以产生输出信号；并且，在步骤S730中，针对输出信号来进行编码以产生编码结果；在步骤S730中，提供电荷耗散路径至切换电容式积分电路以进行电荷耗散动作，并依据编码结果来调整电荷耗散路径所提供的电荷耗散能力；以及，在步骤S740中，针对输出信号进行解码以产生触控检测结果。

在此，关于各步骤的执行细节，在前述多个实施例中都有详尽的说明，在此恕不赘述。

综上所述，本发明通过编码电路来对输出信号进行编码，并将编码结果提供至反馈电路。反馈电路依据编码结果动态调整其所提供的电荷耗散路径的电荷耗散能力，如此一来，电容式触控感测电路不会因为需要高检测解析度而牺牲电容变化的可检测范围，也不会因为需要大的电容检测范围而牺牲解析度。也就是说，本发明的电容式触控感测电路可在兼顾解析度以及检测范围的条件下进行运作，提升工作效能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。