台湾专利TW201305880A 檢測電極陣列控制電路、控制方法及其觸控檢測系統

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一種檢測電極陣列控制電路、控制方法及其觸控檢測系統，該檢測電極陣列控制電路包括信號強度解析器、強度/相頻轉換器與相頻解析單元。信號強度解析器依據檢測電極陣列上的每一條檢測線的檢測信號獲得對應的強度信號，其中每一個強度信號為直流信號。強度/相頻轉換器依據每一個強度信號產生對應的相頻信號，其中每一個相頻信號的頻率與相位的至少其中之一相關於對應的強度信號的準位。相頻解析單元依照每一個相頻信號獲得對應的檢測線的信號量。使用此檢測電極陣列控制電路的觸控檢測系統具有較高信號雜訊比與較快的操作速度。
公开号:TW201305880A
申请号:TW101126129
申请日:2012-07-20
公开日:2013-02-01
发明作者:Chun-Hsueh Chu；Jui-Jung Chiu
申请人:Tpk Touch Solutions Inc；
IPC主号:G06F3-00

专利说明:
檢測電極陣列控制電路、控制方法及其觸控檢測系統
本發明涉及一種觸控檢測系統，且特別涉及一種用於觸控檢測系統的檢測電極陣列控制電路、控制方法及其觸控檢測系統。
觸控檢測系統目前被廣泛地使用於各種顯示裝置中，其中不論是採用何種尺寸的觸控面板都可以在日常生活中被發現。舉例來說，智慧型手機使用小尺寸的觸控面板，而自動提款機則使用中尺寸的觸控面板。
觸控面板目前主要有電阻式與電容式觸控面板等類型。然而，不論是那一種類型的觸控面板都具有檢測電極陣列，且需要檢測電極陣列控制電路來檢測使用者於觸控面板上所觸碰的觸碰區域。
請參照圖1，圖1是傳統觸控檢測系統的功能結構圖。傳統觸控檢測系統1包括傳統檢測電極陣列控制電路11、多工器12、13、觸控面板14、脈衝信號產生器15與數位信號處理電路16。脈衝信號產生器15連接多工器13，且多工器13連接觸控面板14。觸控面板14連接多工器12，且多工器12與數位信號處理電路16連接傳統檢測電極陣列控制電路11。
多工器13是接收脈衝信號產生器15所提供的脈衝信號。另外，多工器13還接收時脈信號Clock_Sig與重置信號Reset_Sig。多工器13依照時脈信號Clock_Sig的觸發將所接收到的脈衝信號的多個脈衝依序傳送至其多個輸出埠，以將多個輸出埠上的多個脈衝輸出為多個驅動信號Driving_Sigs。多工器13的多個輸出埠分別連接到觸控面板14的多個驅動線，且多個驅動信號Driving_Sigs分別被送至觸控面板14的多個驅動線。除此之外，重置信號Reset_Sig則用以重置多工器13，以使多工器13重新自第一個輸出埠輸出驅動信號Driving_Sig。
觸控面板14具有多條驅動線與多條檢測線，以形成檢測電極陣列，其中多條驅動線接收多個驅動信號，且多條檢測線則用以輸出多個檢測信號。多條驅動線可能為縱向排列，且多條檢測線可能為橫向排列；或者，多條驅動線可能為橫向排列，且多條檢測線可能為縱向排列。總之，所述多條驅動線與多條檢測線是形成相互交叉且不導通的檢測電極陣列，使得驅動線上的驅動信號Driving_Sigs會因為場耦合的因素，而使得檢測線產生檢測信號Sensing_Sigs，且在觸控面板14被觸碰時，觸碰區域上的檢測線的檢測信號Sensing_Sigs會發生變化。
多工器12的多個輸入埠接收多個檢測信號Sensing_Sigs，且多工器12還用以接收控制信號Control_Sig。多工器依照控制信號Control_Sig的控制依序地將每一個檢測信號Sensing_Sig送至傳統檢測電極陣列控制電路11，換言之，每一個檢測信號Sensing_Sig會在不同的時間被送至傳統檢測電極陣列控制電路11。
傳統檢測電極陣列控制電路11接收多個檢測信號Sensing__Sigs，並依照每一個檢測信號Sensing_Sigs獲得所對應的檢測線的信號量。更詳細地說，當使用者觸碰到觸控面板14時，至少會有部分檢測信號Sensing_Sigs會發生變化，據此，傳統檢測電極陣列控制電路11依照檢測信號Sensing_Sigs所獲得的每一檢測線的信號量就會有所不同，進而後端的數位信號處理電路16得以判斷每一檢測線在觸碰前後的信號變化量來順利地獲得觸碰區域。
請參照圖2，圖2是觸控面板的結構示意圖。觸控面板14還包括面板141、驅動信號緩衝器142、驅動電極143與接收電極144。驅動信號緩衝器142接收多個驅動信號Driving_Sigs，並據此產生多個驅動脈衝Drive_Pulses。驅動脈衝Drive_Pulses經過驅動電極143分別被送至多條驅動線，且多個檢測信號Sensing_Sigs通過接收電極144被送至多工器12。
當使用者的手指觸碰到面板14時，部分驅動脈衝Drive_Pulses所形成的電場會因為場耦合的因素，而被耦合至使用者的手指。據此，使用者的手指觸碰到面板141時的部分檢測信號Sensing_Sigs將與在使用者的手指未觸碰到面板141時的部分檢測信號Sensing_Sigs不同。如此，僅要通過檢測部分檢測信號Sensing_Sigs的變化，便可以獲得使用者的手指於觸控面板14的觸碰區域。
請繼續參照圖1，傳統檢測電極陣列控制電路11包括積分器111、取樣保持電路112與類比數位轉換器113。積分器111耦接於取樣保持電路112，且取樣保持電路112耦接於類比數位轉換器113。
積分器111的功能如圖3所示，請參照圖3，圖3是積分器的輸入與輸出信號的波形圖。積分器111用以對輸入的檢測信號Sensing_Sig積分一段特定時間，並將積分後的積分信號Integrated_Sig輸出。積分器111會在特定時間結束後，將積分信號Integrated_Sig歸零。
再次參照圖1，取樣保持電路112用以在特定時間結束時對積分信號Integrated_Sig進行取樣保持以輸出取樣保持信號，其中取樣保持信號為積分信號Integrated_Sig在特定時間結束時的強度值，且為直流電壓信號。
類比數位轉換器113用以將取樣保持電路112每一個信號通道所輸出的類比信號轉換為數位信號。類比數位轉換器113為傳統檢測電極陣列控制電路11重要的元件，其會影響整個傳統觸控檢測系統1的信號雜訊比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)。
傳統觸控檢測系統1內的熱雜訊(thermal noise)與閃爍雜訊(flicker noise)會影響直流電壓信號的準位，而降低信號雜訊比。另外，當傳統觸控檢測系統1的供應電壓越來越低時，信號雜訊比也會越來越小。據此，必須採用效能較為良好的類比數位轉換器113才能夠符合信號雜訊比的預定要求。然而，效能良好的類比數位轉換器113的成本較高，因此可能會增加傳統觸控檢測系統1的製造成本。
除此之外，中大尺寸觸控面板的信號路徑上的寄生電阻與寄生電容都較小尺寸的觸控面板的信號路徑上的寄生電阻與寄生電容大，因此，採用中大尺寸觸控面板的傳統觸控檢測系統的雜訊與電荷轉換損失(charge transfer loss)也較大。換言之，相較於採用小尺寸觸控面板的傳統觸控檢測系統，採用中大尺寸觸控面板的傳統觸控檢測系統的信號雜訊比較低。
使用類比數位轉換器的傳統檢測電極陣列控制電路常會包括一個作為基線(baseline)的數位類比轉換器，以藉此提升整體的信號雜訊比。然而，因為手指觸碰到觸控面板前後的直流電壓信號的準位變化小，且容易受到雜訊影響，因此所能提升的信號雜訊比有限。
除此之外，積分器也同樣容易受到雜訊影響，而導致傳統觸控檢測系統的信號雜訊比不易提升。另外，積分器的運算較為費時，每一次的積分運算都需要24微秒(μ s)~40微秒的特定時間，因此也會導致傳統觸控檢測系統的操作速度不易提升。
本發明提供了用於觸控檢測系統中的一種檢測電極陣列控制電路，其用以在無需增加製造成本的前提下，提升觸控檢測系統的操作速度與信號雜訊比。
本發明實施例提供一種檢測電極陣列控制電路，此檢測電極陣列控制電路包括信號強度解析器、強度/相頻轉換器與相頻解析單元。信號強度解析器依據檢測電極陣列上的每一條檢測線的檢測信號獲得對應的強度信號，其中每一個強度信號為直流信號。強度/相頻轉換器依據每一個強度信號產生對應的相頻信號，其中每一個相頻信號的頻率與相位的至少其中之一相關於對應的強度信號的準位。相頻解析單元依照每一個相頻信號獲得對應的所述檢測線的信號量。
本發明實施例提供一種檢測電極陣列控制方法，此檢測電極陣列控制方法用於觸控檢測系統中。首先，依據檢測電極陣列上的每一條檢測線的檢測信號獲得對應的強度信號，其中每一個強度信號為直流信號。接著，依據每一個強度信號產生對應的相頻信號，其中每一個相頻信號的頻率與相位的至少其中之一相關於對應之強度信號的準位。然後，依照每一個相頻信號獲得對應的所述檢測線的信號量。
本發明實施例提供一種觸控檢測系統，此觸控檢測系統包括具有檢測電極陣列的觸控面板與上述檢測電極陣列控制電路。
綜上所述，相較於使用傳統檢測電極陣列控制電路的傳統觸控檢測系統，使用本發明實施例所提供的檢測電極陣列控制電路或方法的觸控檢測系統具有較大信號雜訊比與較快操作速度。同時，也因為本發明實施例的觸控檢測系統可以具有較大的信號雜訊比，觸控檢測系統的觸控面板可以採用中大尺寸的觸控面板。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，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是用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
請參照圖4，圖4是本發明實施例提供的觸控檢測系統的功能結構圖。觸控檢測系統4適用於多模操作，其用來進行觸碰的工具可以為使用者的手指、不會提供任何驅動信號的被動式觸控筆或者可以是能夠提供驅動信號的主動式觸控筆。觸控檢測系統4包括檢測電極陣列控制電路41、多工器42、43、觸控面板44、驅動信號產生器45與運算處理單元46。驅動信號產生器45連接多工器43，且多工器43連接觸控面板44。觸控面板44連接多工器42，且多工器42連接檢測電極陣列控制電路41。運算處理單元46耦接至多工器42、43、驅動信號產生器45與檢測電極陣列控制電路41。
要說明的是，運算處理單元46可以判斷觸控工具的類型，據此決定要致能或禁能驅動信號產生器45，並且控制多工器43是否接收每一條驅動線上的驅動線信號DrvLine_Sigs。僅有在觸控工具為手指或被動式觸控筆時，驅動信號產生器45才會被致能，且在觸控工具為主動式觸控筆時，驅動信號產生器45會被禁能。簡單地說，運算處理單元46、驅動信號產生器45及多工器42、43可以形成一個微控制單元，且檢測電極陣列控制電路41與上述微控制單元還可以進一步整合於一個控制晶片中。除此之外，運算處理單元46判斷觸控工具類型的方式是通過檢測使用者是否手動地切換觸控工具類型，或者是自動地檢測使用觸控工具類型，例如，依照驅動信號的操作頻率及信號振幅的不同來判斷觸控工具類型。
在觸控工具為手指或被動式觸控筆時，驅動號產生器45用以提供多個驅動信號Driving_Sigs的總和信號給多工器43，多工器43則接收總和信號。另外，多工器43接收時脈信號Clock_Sig與重置信號Reset_Sig。多工器43依照時脈信號Clock_Sig的觸發將所接收到的總和信號的多個驅動信號Driving_Sigs依序輸出至多工器43的多個輸出埠上。多工器43的多個輸出埠分別連接到觸控面板44的多個驅動線，且多個驅動信號Driving_Sigs分別被傳送至觸控面板44的多個驅動線。除此之外，重置信號Reset_Sig則用以重置多工器43，以使多工器43重新自第一個輸出埠輸出驅動信號Driving_Sig。
在觸控工具為主動式觸控筆時，多工器43則用以接收每一條驅動線上的驅動線信號DrvLine_Sigs，且通過運算處理單元46的控制，多工器43可以將每一條驅動線上的驅動線信號DrvLine_Sigs送至檢測電極陣列控制電路41。更詳細地說，通過運算處理單元46的控制，多工器42與43會依序將每一條檢測線上的檢測信號Sensing_Sigs與每一條驅動線上的驅動線信號DrvLine_Sigs分時地送至檢測電極陣列控制電路41。
值得一提的是，驅動信號Driving_Sig可以是具有週期性脈衝的脈衝信號、週期性方波信號、週期性鋸齒波信號、弦波信號、週期性三角波信號或者其他類型的週期性信號。總而言之，驅動信號Driving_Sig的類型並非用以限制本發明。
觸控面板44具有多條驅動線與多條檢測線，以形成檢測電極陣列，其中多條驅動線接收多個驅動信號，且多條檢測線則用以輸出多個檢測信號。多條驅動線可能為縱向排列，且多條檢測線可能為橫向排列；或者，多條驅動線可能為橫向排列，且多條檢測線可能為縱向排列。總之，所述多條驅動線與多條檢測線是形成相互交叉且不導通的檢測電極陣列，使得驅動線上的驅動信號Driving_Sigs會因為場耦合的因素，而使得檢測線產生檢測信號Sensing_Sigs，且在觸控面板44被觸碰時，觸碰區域上的檢測線的檢測信號Sensing_Sigs會發生變化。
多工器42的多個輸入埠接收多個檢測信號Sensing_Sigs，且多工器42還用以接收控制信號Control_Sig。多工器依照控制信號Control_Sig的控制依序地將每一個檢測信號Sensing_Sig送至檢測電極陣列控制電路41，換言之，每一個檢測信號Sensing_Sig會在不同的時間被送至檢測電極陣列控制電路41。另外，需要說明的是，為了提升整個觸控檢測系統4的操作速度，上述多工器42與43可以採用高速多工器，例如可以處理直流至500MHz的寬頻信號的高速多工器。
不同於傳統檢測電極陣列控制電路，檢測電極陣列控制電路41並不需要任何的積分器與類比數位轉換器，而且檢測電極陣列控制電路41還具有較高的信號雜訊比。若觸控工具為被動式觸控筆或手指時，檢測電極陣列控制電路41是將原來屬於中高頻的檢測信號Sensing_Sig轉換為一個低頻(直流)的強度信號，例如，通過峰值檢測器(peak detector)獲得峰值信號，或者通過包封檢測器(envelope detector)獲得包封信號。若觸控工具為主動式觸控筆時，則檢測電極陣列控制電路41除了將原來屬於中高頻的檢測信號Sensing_Sig轉換為一個低頻(直流)的強度信號之外，還會將原來屬於中高頻的驅動線信號DrvLine_Sigs轉換為一個低頻(直流)的強度信號。接著，檢測電極陣列控制電路41依照低頻(直流)的強度信號產生一個相位、頻率或相位與頻率會依照強度信號的準位變動的相頻信號。
之後，若觸控工具為被動式觸控筆或手指時，檢測電極陣列控制電路41解析相頻信號，以獲得對應的所述檢測線的信號量，其中後端的運算處理單元46依據每一個信號量來判斷所述每一檢測線的信號變化量以決定使用者於所述觸控面板44上所觸碰的觸碰區域。若觸控工具為主動式觸控筆時，檢測電極陣列控制電路41解析對應檢測線的相頻信號，以獲得對應的所述檢測線的信號量，以及解析對應驅動線的相頻信號，以獲得對應的所述驅動線的信號量。
接著，進一步地說明檢測電極陣列控制電路41的各元件。檢測電極陣列控制電路41包括低雜訊放大器(Low Noise Amplifier，LNA)411、信號強度解析器412、切換電路413、可程式增益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA)414、強度/相頻轉換器415與相頻解析單元416。低雜訊放大器411耦接於信號強度解析器412，且信號強度解析器412耦接於切換電路413。切換電路413耦接於可程式增益放大器414，且可程式增益放大器414耦接於強度/相頻轉換器415。強度/相頻轉換器415耦接於相頻解析單元416。以下有關檢測電極陣列控制電路41的各元件說明是以觸控工具為被動式觸控筆或手指為例，而有關觸控工具為主動式觸控筆的情況下的說明則可以依照以下內容得知，故不再贅述。
觸控檢測系統4可以使用至少一個低雜訊放大器411將檢測信號Sensing_Sig進行低雜訊放大。舉例來說，低雜訊放大器411例如為可程式設計化低雜訊放大器，可以處理直流至500MHz的寬頻信號的低雜訊放大器。除此之外，若觸控檢測系統4對檢測信號Sensing_Sig的檢測靈敏度不夠，還可以調整低雜訊放大器的增益。
另外，若檢測信號Sensing_Sig受到的雜訊不大，且強度/相頻轉換器415相頻解析的解析度足夠精確，則此低雜訊放大器411可以使用一般類型的放大器取代。除此之外，若檢測信號Sensing_Sig受到的雜訊與衰減幅度不大，則還可以將低雜訊放大器411自檢測電極陣列控制電路41移除。
信號強度解析器412接收經過低雜訊放大的檢測信號Sensing_Sig，或是直接接收由多工器42傳送的檢測信號Sensing_Sig，並且將原來屬於中高頻的檢測信號Sensing_Sig轉換為一個低頻的強度信號(實質上為直流電壓信號)。信號強度解析器412例如為峰值檢測器，且低頻的強度信號例如為週期性的峰值信號；或者，信號強度解析器412例如為包封檢測器，且低頻的強度信號例如為週期性的包封信號。
信號強度解析器412所輸出的強度信號類似於檢測信號經過積分電路與取樣保持電路後所輸出的信號，其同樣皆為直流電壓信號。然而，相較於積分器，信號強度解析器412的操作速度較快，因此可以有效地提升觸控檢測系統4的操作速度。
舉例來說，若信號強度解析器412為峰值檢測器，則從多工器42至峰值檢測器所花費的處理時間通常會小於1微秒。由此例可以得知，處理時間(1微秒)遠小於積分器進行積分運算所需要的特定時間(24微秒~40微秒)。據此，相較於傳統觸控檢測系統，觸控檢測系統4的操作速度較快。另外，需要說明的是，信號強度解析器412還可以包括濾波器或放大器，以將強度信號進行濾波與放大。
切換電路413用以將每一條檢測線所對應的強度信號傳送至對應的信號通道，換言之，下一級的可程式增益放大器414、強度/相頻轉換器415與相頻解析單元416具有多個信號通道，其中每一個信號通道對應到一條檢測線。
可程式增益放大器414為增益可以調整的放大器，其針對各信號通道所傳遞的強度信號進行放大，且每一信號通道的增益可能不同。簡單地說，可程式增益放大器414用以調整各信號通道所傳遞的強度信號(實質上為直流電壓信號)的直流電壓準位，並將調整後的強度信號傳送給強度/相頻轉換單元415。另外，若強度/相頻轉換器415的靈敏度足夠，則可程式增益放大器414可以自檢測電極陣列控制電路41中移除。
強度/相頻轉換器415將各信號通道的強度信號轉換為一個相位、頻率或相位與頻率會依照強度信號的準位變動的相頻信號。舉例來說，強度/相頻轉換器415可以是一個電壓控制振盪器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)，當強度信號的準位較大時，則輸出頻率較高的相頻信號，當強度信號的強度較小時，則輸出頻率較小的相頻信號。
然而，需要說明的是，強度/相頻轉換器415並不以電壓控制振盪器為限。舉例來說，強度/相頻轉換器415還可以是一個相位調變器，當強度信號的準位較大時，則輸出相位較大的相頻信號，當強度信號的準位較小時，則輸出相位較小的相頻信號。強度/相頻轉換器415甚至可以是一個同時對相位與頻率進行調變的相位頻率調變器，當強度信號的準位較大時，則輸出相位與頻率較大的相頻信號，當強度信號的準位較小時，則輸出相位與頻率較小的相頻信號。
根據通訊原理，若使用信號的準位來表示攜帶資訊，則因為準位容易受到雜訊影響，而導致攜帶資訊容易受到雜訊干擾而錯誤。然而，若使用信號的相位或頻率來表示攜帶資訊時，則因為相位或頻率不容易受到雜訊影響，因此資訊不易受到雜訊干擾而錯誤。
檢測電極陣列控制電路41是依照強度信號的準位產生一個頻率、相位或頻率與相位隨著強度信號的準位變化的相頻信號，因此，有關觸碰區域的資訊是使用相頻信號的頻率、相位或頻率與相位來表示。相較於傳統觸控檢測系統使用取樣保持信號的準位來表示觸碰區域的資訊，觸控檢測系統4的信號雜訊比較高。
以強度/相頻轉換器415是一個電壓控制振盪器為例進行說明，其中電壓控制振盪器所輸出的最高頻率F2與最低頻率F1之間的差異為8MHz，且由雜訊所造成的頻率偏移量Delta_F為12.3KHz。
當使用者未觸碰到觸碰面板44時，強度信號的直流電壓準位較高，因此電壓控制振盪器輸出頻率為F2的相頻信號。然而，當使用者觸碰到觸碰面板44時，觸碰區域所對應的檢測線的檢測信號將會有所變化，因此將造成強度信號的直流電壓準位降低，故電壓控制振盪器會輸出頻率為F1的相頻信號。通過簡易的計算，可以得知信號雜訊比甚至可以高達650(SNR=(F2-F1)/Delta_F)。
據此，相較於傳統觸控檢測系統，使用檢測電極陣列控制電路41的觸控檢測系統4的信號雜訊比較大且操作速度也較快。同時，也因為觸控檢測系統4可以具有較大的信號雜訊比，觸控檢測系統的觸控面板44可以為中大尺寸的觸控面板。簡言之，觸控面板44在觸碰前後的電壓控制振盪器所輸出的相頻信號的頻率變化範圍大，不易受雜訊影響，故信號雜訊比可以大幅地增加。
相頻解析單元416會解析每一個相頻信號，以獲得對應的所述檢測線的信號量。運算處理單元46用以產生控制信號Control_Sig或重置信號Reset等，且運算處理單元46依據每一個信號量來判斷所述每一檢測線的信號變化量以決定使用者於所述觸控面板44上所觸碰的觸碰區域。除此之外，運算處理單元46還會依照觸碰區域執行對應的控制程式，例如選取觸碰區域上的物件。
相頻解析單元416的實施方式對應於強度/相頻轉換器415的實施方式。若強度/相頻轉換器為電壓控制振盪器，則相頻解析單元416可以例如為簡易的頻率計數器或複雜的頻率鑑別器等。若強度/相頻轉換器為相位調變器，則相頻解析單元416可以例如為相位解調器。若強度/相頻轉換器為相位與頻率調變器，則相頻解析單元416可以例如為相位與頻率解調器。
當相頻解析單元416為簡易的頻率計數器時，其可以用來判斷多個相頻信號的頻率高低，如此，便可以由每一個相頻信號得到對應的所述檢測線的信號量。另外，需要說明的是，上述的切換電路413也可以自檢測電極陣列控制電路41移除，且可程式增益放大器414、強度/相頻轉換器415與相頻解析單元416可以僅處理單一信號通道的信號。此時，相頻解析單元416會將每一條檢測線上的信號量依序送給運算處理單元46。
總上所述，因為強度/相頻轉換器415本身的相位雜訊低，且觸控檢測系統4的信號雜訊比高，因此觸控檢測系統4可以不需要作為基線的額外的數位類比轉換器輔助，且觸控面板44的尺寸可以為中大尺寸。除此之外，上述的強度/相頻轉換器415的硬體成本低，而可以藉此降低製造成本。
請參照圖5，圖5是本發明實施例提供的檢測電極陣列控制電路於觸控工具為主動式觸控筆時的等效功能結構圖。於觸控工具為主動式觸控筆48時，觸控檢測系統4可以等效為圖5的觸控檢測系統5。此時，圖4的驅動信號產生器45會被禁能，故不會出現於圖5。圖5的觸控檢測系統5的觸控面板44的檢測電極陣列是以檢測線S1、S2與驅動線D1、D2為例。
觸控面板44的驅動信號Driving_Sig由主動式觸控筆48提供，且觸碰區域上的每一驅動線與每一檢測線會據此產生對應的驅動線信號DrvLine_Sig與檢測信號Sensing_Sig。多工器42依照控制信號Control_Sig依序將檢測信號Sensing_S1與Sensing_S2分時地送給檢測電極陣列控制電路41，而多工器43將觸控面板44的多個驅動線上的多個驅動線信號DrvLine_D1與DrvLine_D2分時地送至檢測電極陣列控制電路41，其中檢測電極陣列控制電路41是分時地接收多個驅動線信號DrvLine_D1與DrvLine_D2與檢測信號Sensing_S1與Sensing_S2。
當觸碰面板44在主動式觸控筆48未觸碰時，並沒有任何的驅動信號。當主動式觸控筆48開啟並觸碰到觸控面板44時，主動式觸控筆48會提供驅動信號Driving_Sig給其觸碰區域上的驅動線，同時檢測線也會因為場耦合的因素產生對應的檢測信號。若驅動信號Driving_Sig為弦波信號，則檢測信號實質上也為弦波信號。據此，觸碰區域上的檢測線的檢測信號與驅動線的驅動線信號在經過低雜訊放大器411後，會被信號強度解析器412轉換為多個強度信號後。然後，這些強度信號在經過切換電路413與可程式增益放大器414後，強度/相頻轉換器415會依據每一個強度信號產生對應的相頻信號。
相頻解析單元416接收由檢測信號與驅動線信號所轉換的相頻信號，並且解析這些相頻信號，以獲得每一條檢測線或驅動線上的信號量。運算處理單元46可依據每一個信號量來判斷所述每一條檢測線或驅動線的信號變化量。
若觸控面板44未被觸碰，則依據檢測線S1、S2的檢測信號Sensing_S1、Sensing_S2與驅動線D1、D2的驅動線信號DrvLine_D1、DrvLine_D2所產生的相頻信號的頻率、相位或頻率與相位較大。
然而，當觸碰區域為檢測線S2與驅動線D2所形成的區域時，則驅動信號Driving_Sig會在檢測線S2感應出弦波，且驅動線D2會接收到驅動信號Driving_Sig而產生驅動線信號DrvLine_D2，因此，驅動線D2的驅動線信號DrvLine_D2與檢測線S2的檢測信號Sensing_S2為弦波信號。如此一來，依照驅動線信號DrvLine_D2與檢測信號Sensing_S2所產生的相頻信號的頻率、相位或頻率與相位較小，故運算處理單元46可以得知檢測線S2與驅動線D2所形成的區域為觸碰區域。
要說明的是，在觸控工具為主動式觸控筆時，強度/相頻轉換器415依據強度信號產生相頻信號的方式剛好相反。更詳細地說，在觸控工具為主動式觸控筆時，若強度信號較大，則強度/相頻轉換器415所產生的相頻信號的頻率、相位或頻率與相位較小，若強度信號較小，則強度/相頻轉換器415所產生的相頻信號的頻率、相位或頻率與相位較大。如此一來，便不用改變運算處理單元46的判斷觸碰區域的方式。然而，此實施例並非用以限定本發明。在另一種實施例中，也可以使強度/相頻轉換器415依據強度信號產生相頻信號的方式不會因為觸控工具不同，而有所不同，此時，僅需要改變運算處理單元46的判斷觸碰區域的方式即可。
請參照圖6，圖6是本發明實施例提供的觸控檢測系統於觸控工具為被動式觸控筆或手指時的等效功能結構圖。在觸控工具為被動式觸控筆或手指時，觸控檢測系統4可以等效為圖6的觸控檢測系統6。圖6的觸控檢測系統6的觸控面板44的檢測電極陣列是以檢測線S1、S2與驅動線D1、D2為例，故多工器43會輸出驅動信號Driving_D1與Driving_D2，其中驅動信號Driving_D1在時間T1為弦波，驅動信號Driving_D2在時間T2為弦波。
若觸控面板44未被觸碰，則檢測線S1、S2的檢測信號Sensing_S1、Sensing_S2在時間T1與T2時為弦波。此時，依據檢測信號Sensing_S1、Sensing_S2所產生的兩個相頻信號在時間點T1與T2時的頻率、相位或頻率與相位較大。
當觸碰區域為檢測線S1與驅動線D2所形成的區域時，則檢測線S2的檢測信號Sensing_S2在時間T1與T2時為弦波，且檢測線S1的檢測信號Sensing_S1在時間T1時為弦波。此時，依據檢測信號Sensing_S2所產生的相頻信號在時間點T1與T2時的頻率、相位或頻率與相位較大，且依據檢測信號Sensing_S1所產生的相頻信號在時間點T1時的頻率、相位或頻率與相位較大。相頻解析單元416會知道依據檢測信號Sensing_S1所產生的相頻信號在時間點T2時的頻率、相位或頻率與相位變小，因此，運算處理單元46會判斷觸碰到檢測線S1與驅動線D2所形成的區域為觸碰區域。
請參照圖7，圖7是本發明實施例提供的檢測電極陣列控制方法的流程圖。圖7的檢測電極陣列控制方法使用於雙模操作的觸控檢測系統，且觸控檢測系統用來進行觸碰的工具可以為使用者的手指、被動式觸控筆或主動式觸控筆。
首先在步驟S91中，判斷觸控檢測系統用來進行觸碰的工具的類型。若用來進行觸碰的工具可以為使用者的手指或被動式觸控筆，則執行步驟S92。若用來進行觸碰的工具可以為使用者的手指或被動式觸控筆，則執行步驟S93。
在步驟S92中，執行圖8的檢測電極陣列控制方法的所有步驟。在步驟S93中，執行圖9的檢測電極陣列控制方法的所有步驟。步驟S91例如可以是依據實體按鍵切換信號來判斷觸控工具類型，換言之，使用者可以手動地操作實體按鍵來切換觸控工具類型。然而，要注意的是，本發明並不限定於此。
請參照圖8，圖8是本發明實施例提供的檢測電極陣列控制方法的步驟S92的流程圖。當觸控檢測系統用來進行觸碰的工具為使用者的手指或不會提供任何驅動信號的被動式觸控筆時，觸控檢測系統中的驅動信號產生器會提供多個驅動信號給觸控面板的多條驅動線。
首先，在步驟S71中，接收多條檢測線上的檢測信號。然後，在步驟S72中，將多個檢測信號轉換為實質上為直流電壓信號的多個強度信號，例如對多個檢測信號進行峰值檢測或包封檢測來獲得多個強度信號。值得一提的是，在步驟S72之前，還可以將多個檢測信號進行低雜訊放大後，再將經低雜訊放大後的檢測信號轉換為強度信號。
接著，在步驟S73中，依照多個強度信號產生多個相頻信號，其中每一個相頻信號的相位、頻率或頻率與相位會隨著其對應的強度信號的直流電壓準位而變化。在步驟S73前，還可以將多個強度信號分別進行放大，以產生經放大後的多個強度信號，且在步驟S73中，還可以根據經放大後多個強度信號產生多個相頻信號。
然後，在步驟S74中，解析每一個相頻信號，以獲得對應的檢測線上的信號量。
請參照圖9，圖9是本發明另一實施例提供的檢測電極陣列控制方法的步驟S93的流程圖。當觸控檢測系統用來進行觸碰的工具為能夠提供驅動信號的主動式觸控筆時，主動式觸控筆會提供驅動信號給觸控檢測系統的觸控面板。
首先，在步驟S81中，接收多條檢測線上的多個檢測信號與多條驅動線上的多個驅動線信號。然後，在步驟S82中，將多個檢測信號與多個驅動線信號轉換為實質上為直流電壓信號的多個強度信號，例如對多個檢測信號與多個驅動線信號進行峰值檢測或包封檢測來獲得多個強度信號。值得一提的是，在步驟S82之前，還可以將多個檢測信號與多個驅動線信號進行低雜訊放大後，再將經低雜訊放大後的檢測信號轉與驅動線信號換為強度信號。
接著，在步驟S83中，依照多個強度信號產生多個相頻信號，其中每一個相頻信號的相位、頻率或頻率與相位會隨著其對應的強度信號的直流電壓準位而變化。在步驟S83前，還可以將多個強度信號分別進行放大，以產生經放大後的多個強度信號，且在步驟S83中，還可以根據經放大後多個強度信號產生多個相頻信號。然後，在步驟S84中，解析每一個相頻信號，以獲得對應的檢測線或驅動線上的信號量。
請參照圖10，圖10是本發明另一實施例提供的檢測電極陣列控制方法的流程圖。圖10的檢測電極陣列控制方法使用於雙模操作的觸控檢測系統，且觸控檢測系統用來進行觸碰的工具可以為使用者的手指、被動式觸控筆或主動式觸控筆。
首先，在步驟S101中，接收多條檢測線上的多個檢測信號接著，在步驟S102中，判斷觸控檢測系統用來進行觸碰的工具的類型。若用來進行觸碰的工具可以為使用者的手指或被動式觸控筆，則執行步驟S103。若用來進行觸碰的工具可以為使用者的手指或被動式觸控筆，則執行步驟S104。步驟S102是依據驅動信號的操作頻率及信號振幅的不同來自動地判斷觸控工具類型，例如，主動式觸控筆所提供的驅動信號的頻率為1MHz，而驅動信號產生器所產生的驅動信號的頻率為250KHz。然而，要注意的是，本發明並不限定於此。
在步驟S103中，接收多條驅動線上的驅動線信號，並將多條驅動線上的驅動線信號轉換為另外多個強度信號。值得一提的是，在步驟S103的前，還可以將多個驅動線信號進行低雜訊放大後，再將經低雜訊放大後的檢測信號轉換為強度信號。
在步驟S104中，將多個檢測信號轉換為實質上為直流電壓信號的多個強度信號。在步驟S105中，依照多個強度信號產生多個相頻信號，其中每一個相頻信號的相位、頻率或頻率與相位會隨著其對應的強度信號的直流電壓準位而變化。在步驟S105前，還可以將多個強度信號分別進行放大，以產生經放大後的多個強度信號，且在步驟S105中，還可以根據經放大後多個強度信號產生多個相頻信號。然後，在步驟S106中，解析每一個相頻信號，以獲得對應的檢測線(或驅動線上的信號量)。
綜合上述的說明，相較於傳統觸控檢測系統，使用本發明實施例所提供的檢測電極陣列控制電路的觸控檢測系統的信號雜訊比較大，而且可以不需要使用積分器，因此，其操作速度也較快。除此之外，使用本發明實施例所提供的檢測電極陣列控制電路的觸控檢測系統可以不需要使用作為基線的數位類比轉換器，便可以有效提升信號雜訊比，且其觸控面板的尺寸還可以是中大尺寸。
以上所述僅為本發明的實施例，其並非用以局限本發明的專利範圍。
1‧‧‧傳統觸控檢測系統
11‧‧‧傳統檢測電極陣列控制電路
111‧‧‧積分器
112‧‧‧取樣保持電路
113‧‧‧類比數位轉換器
12‧‧‧多工器
13‧‧‧多工器
14‧‧‧觸控面板
141‧‧‧面板
142‧‧‧驅動信號緩衝器
143‧‧‧接收電極
144‧‧‧驅動電極
15‧‧‧脈衝信號產生器
16‧‧‧數位信號處理電路
4‧‧‧觸控檢測系統
41‧‧‧檢測電極陣列控制電路
411‧‧‧低雜訊放大器
412‧‧‧信號強度解析器
413‧‧‧切換電路
414‧‧‧可程式增益放大器
415‧‧‧強度/相頻轉換器
416‧‧‧相頻解析單元
42‧‧‧多工器
43‧‧‧多工器
44‧‧‧觸控面板
45‧‧‧驅動信號產生器
46‧‧‧運算處理單元
48‧‧‧主動式觸控筆
5‧‧‧觸控檢測系統
6‧‧‧觸控檢測系統
S71~S74‧‧‧步驟流程
S81~S84‧‧‧步驟流程
S91~S93‧‧‧步驟流程
S101~S106‧‧‧步驟流程
圖1是傳統觸控檢測系統的功能結構圖。
圖2是觸控面板的結構示意圖。
圖3是積分器的輸入與輸出信號的波形圖。
圖4是本發明實施例提供的觸控檢測系統的功能結構圖。
圖5是本發明實施例提供的檢測電極陣列控制電路於觸控工具為主動式觸控筆時的等效功能結構圖。
圖6是本發明實施例提供的觸控檢測系統於觸控工具為被動式觸控筆或手指時的等效功能結構圖。
圖7是本發明實施例提供的檢測電極陣列控制方法的流程圖。
圖8是本發明實施例提供的檢測電極陣列控制方法的步驟S92的流程圖。
圖9是本發明另一實施例提供的檢測電極陣列控制方法的步驟S93的流程圖。
圖10是本發明另一實施例提供的檢測電極陣列控制方法的流程圖。
4‧‧‧觸控檢測系統
41‧‧‧檢測電極陣列控制電路
411‧‧‧低雜訊放大器
412‧‧‧信號強度解析器
413‧‧‧切換電路
414‧‧‧可程式增益放大器
415‧‧‧強度/相頻轉換器
416‧‧‧相頻解析單元
42‧‧‧多工器
43‧‧‧多工器
44‧‧‧觸控面板
45‧‧‧驅動信號產生器
46‧‧‧運算處理單元

权利要求:
Claims (18)
[1] 一種檢測電極陣列控制電路，包括：信號強度解析器，依據檢測電極陣列上的每一條檢測線的檢測信號獲得對應的強度信號，其中每一個所述強度信號為直流信號；強度/相頻轉換器，依據每一個所述強度信號產生對應的相頻信號，其中每一個所述相頻信號的頻率與相位的至少其中之一相關於對應的所述強度信號的準位；以及相頻解析單元，依照每一個所述相頻信號獲得對應的所述檢測線的一信號量。
[2] 如申請專利範圍第1項所述之檢測電極陣列控制電路，其中所述信號強度解析器為峰值檢測器或包封檢測器。
[3] 如申請專利範圍第1項所述之檢測電極陣列控制電路，其中所述強度/相頻轉換器為電壓控制振盪電路，且所述相頻解析單元為頻率計數器或頻率鑑別器。
[4] 如申請專利範圍第1項所述之檢測電極陣列控制電路，其中所述強度/相頻轉換器為相位調變器或相位與頻率調變器，若所述強度/相頻轉換器為所述相位調變器，則所述相頻解析單元為相位解調器，若所述強度/相頻轉換器為所述相位與頻率調變器，則所述相頻解析單元為相位與頻率解調器。
[5] 如申請專利範圍第1項所述之檢測電極陣列控制電路，其中所述信號強度解析器還依據所述檢測電極陣列上的每一條驅動線的驅動線信號獲得對應的強度信號，且所述相頻解析單元還依照所述對應每一條驅動線的相頻信號獲得對應的所述驅動線的一信號量。
[6] 如申請專利範圍第1項所述之檢測電極陣列控制電路，其中所述檢測電極陣列控制電路還包括：低雜訊放大器，用以對每一個所述檢測信號進行一低雜訊放大，其中所述信號強度解析器接收經所述低雜訊放大後的每一個所述檢測信號，並據此產生對應的所述強度信號。
[7] 如申請專利範圍第1項所述之檢測電極陣列控制電路，其中所述檢測電極陣列控制電路還包括：切換電路，用以將所述多個強度信號送至多個信號通道；以及可程式增益放大器，用以調整每一個所述信號通道所傳遞的強度信號，並將所述調整後的強度信號傳遞給所述強度/相頻轉換單元。
[8] 一種檢測電極陣列控制方法，用於觸控檢測系統中，所述檢測電極陣列控制方法包括：依據檢測電極陣列上的每一條檢測線的檢測信號獲得對應的強度信號，其中每一個所述強度信號為直流信號；依據每一個所述強度信號產生對應的相頻信號，其中每一個所述相頻信號的頻率與相位的至少其中之一相關於對應的所述強度信號的準位；以及依照所述每一個相頻信號獲得對應的所述檢測線的一信號量。
[9] 如申請專利範圍第8項所述之測電極陣列控制方法，其中每一個所述檢測信號經過峰值檢測或包封檢測而產生對應的所述強度信號。
[10] 如申請專利範圍第8項所述之測電極陣列控制方法，進一步包括使用電壓控制振盪電路接收每一個所述強度信號，以產生對應的所述相頻信號，且使用頻率計數器或頻率鑑別器依照每一個所述相頻信號來產生所述信號量。
[11] 如申請專利範圍第8項所述之測電極陣列控制方法，進一步包括使用相位調變器或相位與頻率調變器接收每一個所述強度信號，以產生對應的所述相頻信號，若所述強度信號所對應的所述相頻信號是由所述相位調變器產生，則使用相位解調器依照每一個所述相頻信號來產生所述信號量，若所述強度信號所對應的所述相頻信號是由所述相位與頻率調變器產生，則使用相位與頻率解調器依照每一個所述相頻信號來產生所述信號量。
[12] 如申請專利範圍第8項所述之檢測電極陣列控制方法，其中所述檢測電極陣列控制方法還包括：依據所述檢測電極陣列上的每一條驅動線的驅動線信號獲得對應的強度信號；以及依照所述對應每一條驅動線的相頻信號獲得對應的所述驅動線的一信號量。
[13] 一種觸控檢測系統，包括：觸控面板，具有檢測電極陣列；以及檢測電極陣列控制電路，包括：信號強度解析器，依據所述檢測電極陣列上的每一條檢測線的檢測信號獲得對應的一強度信號，其中每一個所述強度信號為直流信號；強度/相頻轉換器，依據每一個所述強度信號產生對應的一相頻信號，其中每一個所述相頻信號的頻率與相位的至少其中之一相關於對應的所述強度信號的準位；以及相頻解析單元，依照每一個所述相頻信號獲得對應的所述檢測線的一信號量。
[14] 如申請專利範圍第13項所述之觸控檢測系統，其中所述信號強度解析器為峰值檢測器或包封檢測器。
[15] 如申請專利範圍第13項所述之觸控檢測系統，其中所述強度/相頻轉換器為電壓控制振盪電路，且所述相頻解析單元為頻率計數器或頻率鑑別器。
[16] 如申請專利範圍第13項所述之觸控檢測系統，其中所述觸控檢測系統還包括：微控制單元，依據所述相頻解析單元所產生的信號量來判斷每一所述檢測線的信號變化量以決定使用者於所述觸控面板上所觸碰的觸碰區域。
[17] 如申請專利範圍第16項所述之觸控檢測系統，其中所述檢測電極陣列控制電路適用於多模操作的觸控檢測系統，其中所述微控制單元判斷用以觸碰所述觸控面板的工具為提供所述驅動信號的主動式觸控筆、所述使用者的手指或被動式觸控筆。
[18] 如申請專利範圍第17項所述之觸控檢測系統，其中當用以觸碰所述觸控檢測系統的工具為所述使用者的手指或被動式觸控筆時，所述微控制單元提供多個驅動信號給所述觸控面板的多條驅動線，當所述工具為用以提供所述驅動信號的主動式觸控筆時，所述信號強度解析器還依據每一條所述驅動線的驅動線信號獲得對應的強度信號。

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法律状态:

优先权:

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