可消除互容影響的電容檢測裝置及其運作方法
【專利摘要】一種電容檢測裝置，包含觸控面板及控制晶片。所述觸控面板包含多個第一電極及多個第二電極。所述控制晶片包含多個輸入電容以及多個輸出電阻。所述多個輸入電容分別選擇性地耦接所述多個第一電極及所述多個第二電極的信號輸入端。所述多個輸出電阻分別耦接所述多個第一電極及所述多個第二電極的信號輸出端。所述多個輸入電容及所述多個輸出電阻用以形成橋式電路以抑制所述多個第一電極及所述多個第二電極間的互容的影響。
【專利說明】
可消除互容影響的電容檢測裝置及其運作方法
技術領域
[0001] 本發明有關一種觸控裝置，更特別有關一種于自容模式下可抑制互容影響的電容 檢測裝置。
【背景技術】
[0002] 觸控面板由于能讓使用者以直覺操作，故已廣泛的應用于各式電子裝置中。觸控 面板一般可分為電容式、電阻式及光學式觸控面板。
[0003] 電容式觸控裝置又可進一步區分為自容式觸控裝置（self-capacitive touch sensor)以及互容式觸控裝置(mutual capacitive touch sensor)。這兩種觸控裝置具有 不同的電容變化特性，因而可適用于不同應用。例如，互容式觸控裝置可用以進行多點檢測 (multi-touch detection)而自容式觸控裝置對懸浮操作具有較高的靈敏度且對水滴具有 較低的靈敏度。
[0004] 為增加實用性，某些電容檢測裝置可分別操作于自容模式及互容模式以適用于不 同情境和應用。然而，自容模式的運作容易受到互感電容的影響而失去對懸浮操作的高靈 敏度和對水滴的低靈敏度。
【發明內容】
[0005] 有鑒于此，本發明提出一種于自容模式下可抑制互容影響的電容檢測裝置，以增 加自容模式下的判斷精確度。
[0006] 本發明提出一種電容檢測裝置，其通過于其控制晶片內另設置至少一輸入電容以 于自容模式下利用電容串聯分路電容（shunt capacitance)以基于分壓方式來檢測碰觸事 件。
[0007] 本發明提出一種電容檢測裝置，其通過于其控制晶片內另設置至少一輸入電容及 至少一輸出電阻以形成橋式電路來抑制互感電容的影響。
[0008] 本發明提出一種電容檢測裝置，其利用兩信號調制檢測信號并計算兩個調制后檢 測信號的向量范數，以處理不同長度的信號線所造成的信號相位差。
[0009] 本發明提出一種電容檢測裝置，其于數字后端執行窄頻濾波（narrow band filtering)以增加抗噪聲能力。
[0010] 本發明提供一種電容檢測裝置，包含觸控面板及控制晶片。所述觸控面板包含多 個第一電極及多個第二電極。所述控制晶片包含模擬前端、多個輸入電容、多個驅動電路以 及多個輸出電阻。所述多個輸入電容分別用以耦接所述多個第一電極及所述多個第二電極 的信號輸入端。所述多個驅動電路用以分別通過所述多個輸入電容同時輸入驅動信號至所 述多個第一電極及所述多個第二電極。所述多個輸出電阻分別用以耦接所述多個第一電極 及所述多個第二電極的信號輸出端，其中，自容模式下，對應檢測電極的所述輸出電阻被耦 接至所述模擬前端而其他的所述多個輸出電阻被耦接至定電壓源。
[0011] 本發明還提供一種電容檢測裝置的運作方法。所述電容檢測裝置包含觸控面板及 控制晶片;其中，所述觸控面板包含多個第一電極及多個第二電極，所述控制晶片包含多個 輸出電阻及模擬前端，所述多個輸出電阻分別耦接所述多個第一電極及所述多個第二電極 的信號輸出端。所述運作方法包含：自容模式，所述自容模式下耦接對應檢測電極的所述輸 出電阻至所述模擬前端并耦接其他的所述多個輸出電阻至定電壓源；以及互容模式，所述 互容模式下依序耦接所述多個輸出電阻至所述模擬前端。
[0012] 本發明還提供一種電容檢測裝置，包含觸控面板及控制晶片。所述觸控面板包含 多個第一電極及多個第二電極。所述控制晶片包含輸入電容、驅動電路及輸出電阻。所述輸 入電容同時耦接所述多個第一電極及所述多個第二電極的信號輸入端。所述驅動電路通過 所述輸入電容輸入驅動信號至所述多個第一電極及所述多個第二電極。所述輸出電阻同時 耦接所述多個第一電極及所述多個第二電極的信號輸出端。
[0013] 本發明還提供一種適用于電容檢測裝置的控制晶片。所述控制晶片包含多個接 腳、模擬前端、多個輸入電容、多個驅動電路以及多個輸出電阻。所述多個接腳作為與外部 電路連接的接口。所述多個輸入電容用以分別耦接第一部分的所述多個接腳。所述多個驅 動電路用以分別輸入驅動信號至所述多個輸入電容。所述多個輸出電阻用以分別耦接第二 部分的所述多個接腳;其中，自容模式下，所述多個輸出電阻其中的一者被耦接至所述模擬 前端而其他的所述多個輸出電阻被耦接至定電壓源;互容模式下，依序耦接所述多個輸出 電阻至所述模擬前端并使所述多個輸入電容位于旁路。
[0014] 為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，詳 細說明如下。此外，于本發明的說明中，相同的構件以相同的符號表示，于此先述明。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明第一實施例的電容檢測裝置的示意圖；
[0016] 圖2為本發明某些實施例的檢測信號的示意圖；
[0017] 圖3為本發明第一實施例的電容檢測裝置的部分示意圖；
[0018] 圖4為本發明第一實施例的電容檢測裝置形成的橋式電路的示意圖；
[0019] 圖5A-5B為本發明某些實施例的調制檢測信號的示意圖；
[0020] 圖6為坐標旋轉數字計算機的運作示意圖；
[0021] 圖7為本發明第一實施例的電容檢測裝置的運作方法的流程圖；
[0022] 圖8為本發明第二實施例的電容檢測裝置的示意圖。
[0023] 附圖標記說明
[0024] 100、100， 電容檢測裝置
[0025] 11 觸控面板
[0026] 111 第一電極
[0027] 113 第三電極
[0028] 13、13， 控制晶片
[0029] 131 驅動電路
[0030] 133 模擬前端
[0031] 1331 運算放大器
[0032] 1333 濾波器
[0033] 135 數字后端
[0034] 1351、1351' 模擬數字轉換單元
[0035] 1352、1352， 乘法器
[0036] 1353 處理器
[0037] 1354、1354， 積分器
[0038] 1355 輸出接口
[0039] 13d 驅動端
[0040] 13r 負載端
[0041] 15 接腳
[0042] 17 信號線
[0043] Ed 被驅動電極
[0044] Ec 耦合電極
[0045] x(t) 驅動信號
[0046] y(t) 檢測信號
[0047] Cm 互感電容
[0048] Cs 自感電容
[0049] Cin 輸入電容
[0050] Ri 輸出電阻
[0051] V.Vref 定電壓源。
【具體實施方式】
[0052] 請參照圖1所示，其為本發明第一實施例的電容檢測裝置的示意圖。電容檢測裝置 100包含觸控面板11及控制晶片13;其中，所述控制晶片13通過多個接腳(pin)15及多個信 號線17耦接所述觸控面板11。所述電容檢測裝置100較佳為雙模(dual-mode)檢測裝置，例 如至少包含互容模式(mutual-capacitance mode)及自容模式（self-capacitance mode) 〇
[0053] 所述觸控面板11包含多個第一電極111(顯示為橫向延伸并彼此平行)及多個第二 電極113(顯示為縱向延伸并彼此平行）。必須說明的是，雖然圖1顯示所述多個第一電極111 及所述多個第二電極113為互相垂直，但并不以此為限，只要所述多個第一電極111及所述 多個第二電極113間可形成互感電容Cm即可。所述互感電容Cm用作為互感模式下的感應機 制。
[0054]所述控制晶片13包含所述多個接腳15、多個輸入電容Cin、多個驅動電路131、多個 輸出電阻Ri、模擬前端133、數字后端135以及多個開關元件。所述多個接腳15作為所述控制 晶片13與外部電路連接的接口。所述多個輸入電容Cin用以分別耦接第一部分的所述多個 接腳15,例如通過多個開關元件。所述多個驅動電路131用以分別輸入驅動信號至所述多個 輸入電容Cin。所述多個輸出電阻Ri用以分別耦接第二部分的所述多個接腳15,例如通過多 個開關元件;其中，所述第一部分的所述多個接腳15不同于所述第二部分的所述多個接腳 15。可以了解的是，并非所有接腳15均連接至所述多個第一電極111及所述多個第二電極 113,也即所述控制晶片13還包含其他功能接腳。所述多個輸入電容Cin分別用以通過多個 開關元件(例如電晶體開關，但并不限于此)及所述第一部分的所述多個接腳15耦接所述多 個第一電極111及所述多個第二電極113的信號輸入端。所述多個輸出電阻Ri分別通過所述 第二部分的所述多個接腳15耦接所述多個第一電極111及所述多個第二電極113的信號輸 出端，并通過多個開關元件(例如電晶體開關，但并不限于此)選擇性地耦接至所述模擬前 端133或耦接至定電壓源(例如0.9伏特，但并不限于此）。
[0055] 所述多個驅動電路131例如可為信號產生電路(signal generator)，分別通過所 述多個輸入電容Cin及所述第一部分的所述多個接腳15輸入驅動信號x(t)至所述多個第一 電極111及所述多個第二電極113。所述多個驅動電路131分別產生交流信號，例如弦波、方 波等，以作為所述驅動信號x(t)。所述觸控面板11的檢測電極，其可為所述多個第一電極 111及所述多個第二電極113其中的一者，則感應并輸出交流檢測信號y(t)至所述控制晶片 13。
[0056]互容模式下，例如所述多個第一電極111作為驅動電極而所述多個第二電極113作 為接收電極。當物體(例如手指、觸控筆或其他導體)靠近所述觸控面板11時，即會影響所述 互感電容Cm進而改變所述交流檢測信號y(t)，所述控制晶片13即可根據檢測信號變化(例 如電壓峰對峰值變化)判斷碰觸事件及/或碰觸坐標。互感電容Cm受接近物體影響的原理已 為已知，故于此不再贅述。
[0057]所述互容模式下，所述控制晶片13通過多個開關元件使所述多個輸入電容Cin旁 路(bypass)，相對所述多個第一電極111的所述多個驅動電路131依序或同時輸入(不經過 所述多個輸入電容Cin)所述驅動信號x(t)至所述多個第一電極111;其中，此處假設所述多 個第一電極111為驅動電極。例如，如果所述多個開關元件導通，所述控制晶片13通過所述 多個輸入電容Cin耦接所述多個第一電極111;而如果所述多個開關元件未導通，所述控制 晶片13不通過所述多個輸入電容Cin(即旁路)耦接所述多個第一電極111。所述驅動信號X (t)通過所述互感電容Cm感應至所述多個第二電極113以產生交流檢測信號y(t);其中，此 處假設所述多個第二電極113為接收電極。所述交流檢測信號y(t)經過相對被檢測第二電 極113(例如所述控制晶片13依序檢測所述多個第二電極113)的輸出電阻Ri被輸入至所述 模擬前端113。所述模擬前端113對所述交流檢測信號y(t)進行，但不限于，放大 (amplifying)及濾波(filtering)等處理以產生處理后檢測信號。所述數字后端135則根據 所述處理后檢測信號的峰對峰值(peak-to-peak)變化判斷碰觸事件及/或碰觸坐標。所述 互容模式下，所述多個輸出電阻Ri可用以降低不同檢測電極的輸出負載間的差異，以增加 不同檢測電極輸出的交流檢測信號y(t)間的均勻度。
[0058]自容模式下，每一所述多個第一電極111及所述多個第二電極113例如與接地間形 成自感電容Cs。當物體(例如手指、觸控筆或其他導體)靠近所述觸控面板11時，即會影響所 述自感電容Cs進而改變所述交流檢測信號y(t)，所述控制晶片13即可根據檢測信號變化 (例如電壓峰對峰值變化)判斷碰觸事件及/或計算碰觸坐標。某些實施例中，所述多個第一 電極111及所述多個第二電極113均作為檢測電極;某些實施例中，僅所述多個第一電極111 或所述多個第二電極113作為檢測電極，端視其應用而定。例如，若自感模式用以檢測碰觸 事件而不計算碰觸坐標，僅所述多個第一電極111的至少一部分或所述多個第二電極113的 至少一部分用作為檢測電極;若自感模式也用于計算出大略的(rough)碰觸坐標，所述多個 第一電極111的至少一部分及所述多個第二電極113的至少一部分均用作為檢測電極。自感 電容Cs受接近物體影響的原理已為已知，故于此不再贅述。
[0059] 所述自容模式下，所述多個輸入電容Cin通過所述多個開關元件耦接于所述多個 驅動電路131與所述多個第一電極111及所述多個第二電極113間，也即所有所述多個第一 電極111及所述多個第二電極113均接收驅動信號x(t)。對應檢測電極的所述輸出電阻Ri被 耦接至所述模擬前端133而其他的所述多個輸出電阻Ri被耦接至定電壓源V，例如圖1顯示 對應第一條第一電極111的輸出電阻Ri被耦接至所述模擬前端133,對應其他第一電極111 及所述多個第二電極113的輸出電阻Ri則被耦接至所述定電壓源V。所述驅動信號x(t)通過 所述第一條第一電極111的自感電容Cs感應出交流檢測信號y(t)。所述模擬前端113用以對 所述交流檢測信號y(t)進行放大及濾波處理，但不限于此，以產生處理后檢測信號。所述數 字后端135根據所述處理后檢測信號的峰對峰值變化判斷碰觸事件及/或碰觸坐標。例如， 圖2顯示所述交流檢測信號y(t)或所述處理后檢測信號的接觸檢測信號S touc；h及未接觸檢測 信號3_的示意圖；其中，未接觸檢測信號3_具有峰對峰值VPP__而接觸檢測信號Skh具有 峰對峰值V PP_t_h。所述數字后端135則可根據￥"__及VPP_ t_h間的變化（即差異)進行判斷。 變化比例則可決定檢測靈敏度。必須說明的是，相對不同物體，所述峰對峰值V PP_tcluc；h可能大 于所述峰對峰值Vpp__。
[0060] 請參照圖3所示，其為本發明第一實施例的電容檢測裝置的部分示意圖，用以說明 自容模式下的操作情形。如前所述，自容模式下驅動端13d(例如包含驅動電路131及輸入電 容Cin)輸入交流驅動信號x(t)至檢測電極Ed(例如一條第一電極111)，所述檢測電極Ed與 耦合電極Ec(例如一條第二電極113)間形成互感電容Cm，其會影響所述檢測電極Ed感應出 的交流檢測信號y(t)。此時，所述耦合電極Ec同樣接收所述驅動信號x(t)。因此，通過于所 述控制晶片13中設置所述多個輸入電容Cin及所述多個輸出電阻Ri，則根據相對所述檢測 電極Ed的輸入電容Cin及輸出電阻Ri、相對所述耦合電容Ec的輸入電容Cin及輸出電阻Ri、 以及所述互感電容Cm，則可形成如圖4所示的橋式電路。圖4的橋式電路的輸出輸入比值可 以方程式(1)表示，
[0061] Vo/Vin=[(sCi+sCm+l/Ri)X (sC2) + (sCi) X(sCm)]/[(sCi+sCm+l/Ri) X(sC2+1/R2) + (sCi+l/Ri)X(sCm)] (1)
[0062] 其中，當Ci = C2 = Cin及Ri = R2 = Ri時，方程式（1)可表示為方程式(2)，
[0063] Vo/Vin=(sCin)/(sCin+l/Ri) (2)
[0064] 從方程式(2)可明顯看出當所述多個輸入電容Cin彼此相等且所述多個輸出電阻 Ri彼此相等時，所述檢測電極Ed輸出的交流檢測信號y(t)將不受到所述互感電容Cm的影 響。因此，可提升自容模式下的檢測精確度。
[0065] 本實施例中，所述輸入電容Cin與所述自感電容Cs形成串聯。例如，當手指靠近所 述自感電容Cs時，所述自感電容Cs將被改變為所述自感電容Cs與所述手指電容C finge3r形成 的等效電容。因此，根據分壓原理，節點Vo的交流檢測信號y(t)的峰對峰值將發生變化，如 圖2所示。
[0066] 請繼續參照圖3所示，所述模擬前端133至少包含一個放大單元以及一個濾波器 1333。所述放大單元例如為積分可程式化增益放大電路（IPGA)，用以放大所述交流檢測信 號y(t)。所述濾波器1333例如為噪聲抑制濾波器(AAF)，用以對放大后交流檢測信號y(t)進 行濾波;其中，所述濾波器1333的運作已為已知，故于此不再贅述。
[0067] 一實施例中，所述放大單元包含運算放大器1331、反饋電阻Rf以及補償電容Cf。所 述運算放大器1331具有正輸入端(+ )、負輸入端(-)及輸出端。所述反饋電阻Rf跨接于所述 運算放大器1331的所述負輸入端(-)及所述輸出端之間。所述補償電容Cf跨接于所述運算 放大器1331的所述負輸入端(-)及所述輸出端之間。本實施例中，所述負輸入端(-)耦接至 對應所述檢測電極Ed的所述輸出電阻Ri，所述正輸入端(+ )耦接至定電壓源Vref。一實施例 中，定電壓源Vref等于定電壓源V(顯示于圖1)。所述反饋電阻Rf及對應所述檢測電極Ed的 所述輸出電阻Ri可用以調整信號增益值Rf/Ri(模擬增益），并可作為帶通濾波器以對所述 交流檢測信號y(t)進行濾波。
[0068]所述數字后端135包含模擬數字轉換單元（ADC) 1351、處理器1353及輸出接口 1355。所述模擬數字轉換單元1351用以將所述模擬前端133輸出的處理后檢測信號(例如模 擬交流信號)進行數字化。所述處理器1353例如可為數字處理器(DSP)、中央處理器(CPU)或 微控制器(M⑶)等，其根據數字檢測信號判斷碰觸事件及/或碰觸坐標。所述輸出接口 1355 則通過有線或無線的方式輸出判斷結果以相對控制電子裝置，例如輸出鼠標坐標或鼠標位 移量至顯示器進行顯示，但并不以此為限，所述判斷結果所控制的功能視不同運用而定。此 外，所述數字后端135還對所述處理后檢測信號進行窄頻率波以增加判斷精確度。窄頻率波 例如以方程式(3)及(4)表示，
[0069] fsymbol = fdrive/(drive cycles) (3)
[0070] Bff=2Xfsymb〇i (4)
[0071 ] 其中，fdrive為驅動頻率，fsymboi為符元頻率(symbol frequency)而BW為輸出信號的 頻寬。根據方程式(3)及(4)，經過越多驅動周期(drive cycles)，信號頻寬越窄。同時，窄頻 濾波器例如可利用Boxar濾波器，CIC(cascaded integrator-comb)濾波器及Nyquist濾波 器來進一步調整至少為50dB帶外噪聲抑制比（out-band noise suppression ratio)的輸 出響應。
[0072]請參照圖5A-5B所示，某些實施例中，為了處理不同長度的信號線所造成的信號相 位差，所述數字后端135可利用兩信號&、&分別調制所述處理后檢測信號，其為放大及濾波 后的交流檢測信號，此處例如仍顯示為y(t)以簡化說明，以產生一對調制后檢測信號以作 為二維檢測向量的兩分量I、Q。所述兩信號&、&可為彼此正交或非正交的連續信號，例如正 弦信號(
）及余弦信號（
&某些實施例中，所述兩信號可為兩 向量，例如[1 0 -1 0]及[0 -1 0 1]。所述兩信號較佳具有不同相位。
[0073] 所述處理器1353用以計算所述對調制后檢測信號的大小(magnitude)，即計算所 述二維檢測向量（I，Q)的向量范數(norm of vector)以作為碰觸識別信號，并比較所述碰 觸識別信號（即向量范數)與閾值TH以判斷碰觸事件(touch event)。一實施例中，所述處理 器1353可利用軟體的方式計算出所述向量范數
、另一實施例中，所述處理器 1353也可利用硬體或韌體的方式來進行計算，例如采用圖6所示的坐標旋轉數字計算機 (C0RDIC,coordinate rotation digital computer)來計算出所述向量范數
其中，C0RDIC為一種已知快速演算法。例如，當沒有任何物體接近所述觸控面板11時，假設 所述處理器1353計算出的所述向量范數為R;當物體接近所述觸控面板11時，所述向量范數 減少為V ;當所述向量范數V小于所述閾值TH時，所述處理器1353則可判定物體位于所述 檢測電極Ed附近并造成碰觸事件。其他實施例中，當某些物體，例如金屬片，接近所述觸控 面板11時，也可能造成所述向量范數R增加。因此，所述處理器1353也可在所述向量范數變 化為超過預設閾值時判定碰觸事件。
[0074]某些實施例中，所述處理器1353可將二維檢測向量的兩分量I及Q利用正交振幅位 移鍵控(QASK)進行編碼，例如16-QASK。所述處理器1353中已事前將QASK編碼中的一部分編 碼對應為碰觸事件而另一部分編碼對應為未碰觸。當所述處理器1353根據調制后檢測信號 計算出目前兩分量I及Q的QASK編碼時，即可判定物體是否接近所述觸控面板11。
[0075]圖5A及5B顯示本發明某些實施例中調制所述檢測信號y(t)的示意圖。
[0076]圖5A中，所述數字后端135包含兩乘法器1352及1352'、兩積分器1354及135V、一 模擬數字轉換單元(ADCH351，用以處理所述檢測信號y(t)以產生二維檢測向量（I，Q)。所 述模擬數字轉換單元1351用以將所述檢測信號y(t)數字化以生成數字化檢測信號y d[n]。 所述兩乘法器1352及1352'分別用以將兩信號Si42與所述數字化檢測信號y d[n]進行調制 以產生一對調制后檢測信號yi[n]&y2[n]。為了取樣所述一對調制后檢測信號 yi[n]及y2 [η]，利用所述兩積分器1354及1354'先對所述一對調制后檢測信號71[11]及72[11]進行積分 后再取樣，以產生所述二維檢測向量（I，Q)的兩數字分量I、Q;本實施例中，所述兩積分器 132及132'可包含窄頻濾波器以對信號 yi[n]&y2[n]進行卷積以產生二維檢測向量（I，Q)。 使用積分器可降低交流信號的頻寬。其他實施例中，也可不使用所述多個積分器1354及 1354'而直接對所述對調制后檢測信號 yi[n]&y2[n]進行取樣。所述處理器1353則計算所述 兩數字分量I、Q的向量范數以作為碰觸識別信號，并根據所述碰觸識別信號的峰對峰值變 化判斷碰觸事件。
[0077]圖5B中，所述數字后端135包含兩乘法器1352及1352'、兩積分器1354及135V、兩 模擬數字轉換單元(ADC)1351及1351'，用以處理所述檢測信號y(t)以產生二維檢測向量 (I，Q)。所述兩乘法器1352及1352'分別用以將兩信號與所述檢測信號y(t)進行調制以 產生一對調制后檢測信號 yi(t)&y2(t)。為了取樣所述一對調制后檢測信號yi(t)&y 2(t)， 先利用所述兩積分器1354及1354'對所述一對調制后檢測信號yi(t)&y 2(t)進行積分后再 取樣;本實施例中，所述兩積分器1354及1354'的形式并無特定限制，例如可為電容器。所述 兩模擬數字轉換單元1351及1351'則用以數字化所述一對積分并調制后檢測信號 yi(t)及y2 (t)以產生所述二維檢測向量(I，Q)的兩數字分量I、Q。其他實施例中，可不使用所述多個積 分器1354及1354'而直接對所述一對調制后檢測信號 yi(t)&y2(t)進行取樣。所述處理器 1353則計算所述兩數字分量I、Q的向量范數以作為碰觸識別信號，并根據所述碰觸識別信 號的峰對峰值變化判斷碰觸事件。必須說明的是，雖然圖5B中調制所述檢測信號y(t)執行 于所述數字后端135,但由于本實施例中所述調制程序執行于兩模擬數字轉換單元1351及 135V之前，因此所述調制程序也可于所述模擬前端133執行。
[0078]可以了解的是，當不使用兩信號所述檢測信號y(t)進行調制時，所述處理 器1353則直接根據所述檢測信號y(t)的峰對峰值變化判斷碰觸事件。
[0079]請參照圖7所示，其為本發明第一實施例的電容檢測裝置的運作方法的示意圖。所 述運作方法包含下列步驟:進入自容模式(步驟S71);所述自容模式下，耦接對應檢測電極的 輸出電阻至模擬前端并耦接其他的輸出電阻至定電壓源(步驟S 72);分別通過多個輸入電容 同時輸入驅動信號至多個第一電極及多個第二電極(步驟S73);進入互容模式(步驟S 74);所 述互容模式下，依序耦接所述多個輸出電阻至所述模擬前端(步驟S75);以及使所述多個輸 入電容(步驟S76)位于旁路。
[0080] 某些實施中，所述自容模式例如用以判斷碰觸事件或初略碰觸位置，當出現所述 碰觸事件或求得所述初略碰觸位置，則進入所述互容模式以判斷精確位置。當從所述互容 模式進入休眠模式后，結束所述休眠模式時仍先進入所述自容模式。所述休眠模式的定義 及結束方式已為已知，故于此不再贅述。
[0081] 請同時參照圖1-7所示，接著說明所述電容檢測裝置100的運作方法的細節。
[0082] 步驟S71_S72:所述電容檢測裝置100先進入自容模式。所述自容模式下，親接對應 檢測電極Ed (例如一條第一電極111或第二電極113)的輸出電阻Ri至模擬前端133并耦接其 他的輸出電阻Ri至定電壓源V，如圖1所示。
[0083] 步驟S73:多個驅動電路131分別通過多個輸入電容Cin同時輸入驅動信號x(t)至多 個第一電極111及多個第二電極113的信號輸入端。如前所述，所述多個輸入電容Cin于自容 模式下通過多個開關元件及相對應接腳15分別耦接于所述多個驅動電路131與所述多個第 一電極111及所述多個第二電極113間。本實施例中，所述驅動信號x(t)為交流信號。
[0084] 藉此，所述控制晶片13依序檢測所述多個第一電極111及/或所述多個第二電極 113,端視其應用而定。檢測電極Ed的自感電容Cs根據所述驅動信號x(t)感應交流檢測信號 y(t)，其被輸出至所述模擬前端133;其中，所述檢測電極Ed為所述多個第一電極111及所述 多個第二電極113其中的一者。
[0085] 如圖3所示，所述模擬前端133對所述檢測電極Ed輸出的交流檢測信號y(t)進行放 大及濾波處理以產生處理后檢測信號。例如，所述模擬前端133包含放大單元，其包含運算 大器1331、反饋電阻Rf及補償電容Cf。所述模擬前端133可利用所述反饋電阻Rf及所述輸出 電阻Ri調整信號增益值(gain);其中，此調整信號增益值的步驟可于出廠前執行而于實際 運作時不予實施。接著，數字后端135則根據所述處理后檢測信號的峰對峰值變化判斷碰觸 事件，如圖2所示。
[0086] 某些實施例中，為了消除信號線所造成的信號相位差的影響，所述另可利用兩正 交信號分別調制所述處理后檢測信號以產生兩個調制后檢測信號I、Q，并計算所述兩 個調制后檢測信號I、Q的向量范數以作為碰觸識別信號，如圖5A-6所示。所述數字后端135 可根據所述碰觸識別信號的峰對峰值變化判斷碰觸事件。某些實施例中，此調制所述處理 后檢測信號的步驟可不予實施，所述數字后端135可直接根據所述處理后檢測信號的峰對 峰值變化判斷碰觸事件。
[0087] 請參照圖8所示，其為本發明第二實施例的電容檢測裝置100'的示意圖。本實施例 較佳用作為接近感測器(proximity sensor)，而不用以計算碰觸坐標。本實施例與第一實 施例的差異在于，第二實施例中所述電容檢測裝置100'的控制晶片13'中僅包含輸入電容 Cin、驅動電路131及輸出電阻Ri。
[0088] 電容檢測裝置100'同樣包含觸控面板11及控制晶片13'；其中，所述觸控面板11包 含多個第一電極111及多個第二電極113,因其與圖1實施例相同，故于此不再贅述。
[0089]所述控制晶片13 '包含多個接腳15、輸入電容Cin、驅動電路131、輸出電阻Ri、模擬 前端133及數字后端135。所述控制晶片13'通過所述多個接腳15及多個信號線14耦接至所 述多個第一電極111及所述多個第二電極113。
[0090]本實施例中，所述輸入電容Cin同時耦接所述多個第一電極111及所述多個第二電 極113的信號輸入端，而不需通過多個開關元件。所述驅動電路131通過所述輸入電容Cin輸 入驅動信號x(t)至所述多個第一電極111及所述多個第二電極113;其中，所述驅動信號X (t)已說明于第一實施例，故于此不再贅述。所述輸出電阻Ri同時耦接所述多個第一電極 111及所述多個第二電極113的信號輸出端，而不需通過多個開關元件。所述觸控面板11的 所述多個自感電容Cs根據所述驅動信號x(t)感應出交流檢測信號y(t)，其中所述自感電容 Cs為所有電極的自感電容Cs的等效電容。本實施例中，由于所述控制晶片13 '同樣包含所述 輸入電容Cin及所述輸出電阻Ri，故可消除互感電容Cm對檢測信號的影響。可以了解的是， 第二實施例中所述輸入電容Cin及所述輸出電阻Ri的數值可不等于第一實施例中所述輸入 電容Cin及所述輸出電阻Ri的數值。
[0091] 本實施例中，所述模擬前端133及所述數字后端135的運作則相同于第一實施例。 例如，所述模擬前端133用以對所述輸出電阻Ri輸出的交流檢測信號y(t)進行放大及濾波 處理以產生處理后檢測信號，如圖2所示。所述數字后端135利用兩正交信號SL&分別調制 所述處理后檢測信號以產生兩個調制后檢測信號I、Q，并計算所述兩個調制后檢測信號I、Q 的向量范數以作為碰觸識別信號。所述數字后端135根據所述碰觸識別信號的峰對峰值變 化判斷碰觸事件。某些實施例中，所述調制處理后檢測信號的步驟可不予實施，所述數字后 端135可直接根據所述處理后檢測信號的峰對峰值變化判斷碰觸事件。
[0092] 某些實施例中，互容模式下，所述多個第一電極111作為接收電極以輸出檢測信號 y(t)，而所述多個第二電極113作為驅動電極而接收驅動信號x(t)。
[0093] 必須說明的是，圖1及8僅用以說明，并非用以限定本發明。例如，圖1及8中所述控 制晶片13、13'的接腳(pin)15位置、信號線17的配置方式及元件尺寸并不限于圖中所示，其 可根據實際應用定。
[0094] 必須說明的是，本發明中，所述模擬前端133及所述數字后端135可還包含其他元 件以執行其他功能，而省略了與本發明不直接相關的元件。
[0095]綜上所述，已知雙模電容檢測裝置于自容模式下的運作容易受到互感電容的影 響，而降低檢測精確度。因此，本發明提出一種電容檢測裝置(圖1及8)及其運作方法（圖7)， 其通過于控制晶片中還設置分壓電容以利用分壓原理來檢測碰觸事件。通過于控制晶片中 還設置平衡電阻以與所述分壓電容及互感電容形成橋式電路來消除所述互感電容的影響， 因而具有$父尚的檢測精確度。
[0096]雖然本發明已通過前述實施例披露，但是其并非用以限定本發明，任何本發明所 屬技術領域中具有通常知識的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的 更動與修改。因此本發明的保護范圍當視后附的權利要求書所界定的范圍為準。
【主權項】
1. 一種電容檢測裝置，該檢測裝置包含： 觸控面板，該觸控面板包含多個第一電極及多個第二電極；以及 控制晶片，該控制晶片包含： 模擬前端； 多個輸入電容，分別用以耦接所述多個第一電極及所述多個第二電極的信號輸入端； 多個驅動電路，用以分別通過所述多個輸入電容同時輸入驅動信號至所述多個第一電 極及所述多個第二電極;及 多個輸出電阻，分別用以耦接所述多個第一電極及所述多個第二電極的信號輸出端， 其中，自容模式下，對應檢測電極的所述輸出電阻被耦接至所述模擬前端而其他的所 述多個輸出電阻被耦接至定電壓源。2. 根據權利要求1所述的電容檢測裝置，其中所述模擬前端包含放大單元，所述放大單 元包含： 運算放大器，具有正輸入端、負輸入端及輸出端； 反饋電阻，跨接于所述運算放大器的所述負輸入端及所述輸出端之間；以及 補償電容，跨接于所述運算放大器的所述負輸入端及所述輸出端之間， 其中，所述負輸入端耦接至對應所述檢測電極的所述輸出電阻，所述正輸入端耦接至 所述定電壓源。3. 根據權利要求2所述的電容檢測裝置，其中所述反饋電阻及對應所述檢測電極的所 述輸出電阻用以調整信號增益值。4. 根據權利要求1所述的電容檢測裝置，其中互容模式下，所述多個輸入電容位于旁 路。5. 根據權利要求1所述的電容檢測裝置，其中所述驅動信號為交流信號且所述檢測電 極輸出交流檢測信號。6. 根據權利要求5所述的電容檢測裝置，其中所述模擬前端用以對所述交流檢測信號 進行放大及濾波處理以產生處理后檢測信號。7. 根據權利要求6所述的電容檢測裝置，其中所述控制晶片還包含： 數字后端，用以利用兩正交信號分別調制所述處理后檢測信號以產生兩個調制后檢測 信號，并計算所述兩個調制后檢測信號的向量范數以作為碰觸識別信號。8. 根據權利要求6所述的電容檢測裝置，其中所述控制晶片還包含： 數字后端，根據所述處理后檢測信號的峰對峰值變化判斷碰觸事件。9. 根據權利要求1所述的電容檢測裝置，其中所述多個第一電極與所述多個第二電極 間形成有互感電容，所述檢測電極為所述多個第一電極及所述多個第二電極其中的一者。10. -種電容檢測裝置的運作方法，所述電容檢測裝置包含觸控面板及控制晶片，其中 所述觸控面板包含多個第一電極及多個第二電極，所述控制晶片包含多個輸出電阻及模擬 前端，所述多個輸出電阻分別耦接所述多個第一電極及所述多個第二電極的信號輸出端， 所述運作方法包含： 自容模式，所述自容模式下耦接對應檢測電極的所述輸出電阻至所述模擬前端并耦接 其他的所述多個輸出電阻至定電壓源；以及 互容模式，所述互容模式下依序耦接所述多個輸出電阻至所述模擬前端。11. 根據權利要求10所述的運作方法，其中所述控制晶片還包含多個輸入電容，所述自 容模式下還包含： 分別通過所述多個輸入電容同時輸入驅動信號至所述多個第一電極及所述多個第二 電極的信號輸入端。12. 根據權利要求11所述的運作方法，其中所述互容模式下還包含： 使所述多個輸入電容位于旁路。13. 根據權利要求10所述的運作方法，該運作方法還包含： 放大及濾波所述檢測電極輸出的交流檢測信號以產生處理后檢測信號。14. 根據權利要求13所述的運作方法，該運作方法還包含： 利用兩正交信號分別調制所述處理后檢測信號以產生兩個調制后檢測信號；以及 計算所述兩個調制后檢測信號的向量范數以作為碰觸識別信號。15. 根據權利要求13所述的運作方法，該運作方法還包含： 根據所述處理后檢測信號的峰對峰值變化判斷碰觸事件。16. 根據權利要求10所述的運作方法，其中所述模擬前端包含運算放大器以及跨接于 所述運算放大器的負輸入端及輸出端之間的反饋電阻，所述運作方法還包含： 改變所述反饋電阻及所述輸出電阻以調整信號增益值。17. -種電容檢測裝置，該檢測裝置包含： 觸控面板，該觸控面板包含多個第一電極及多個第二電極；以及 控制晶片，該控制晶片包含： 輸入電容，同時耦接所述多個第一電極及所述多個第二電極的信號輸入端； 驅動電路，通過所述輸入電容輸入驅動信號至所述多個第一電極及所述多個第二電 極;及 輸出電阻，同時耦接所述多個第一電極及所述多個第二電極的信號輸出端。18. 根據權利要求17所述的電容檢測裝置，其中所述驅動信號為交流信號，所述電容檢 測裝置還包含： 模擬前端，用以對所述輸出電阻輸出的交流檢測信號進行放大及濾波處理以產生處理 后檢測信號。19. 根據權利要求18所述的電容檢測裝置，該檢測裝置還包含： 數字后端，利用兩正交信號分別調制所述處理后檢測信號以產生兩個調制后檢測信 號，并計算所述兩個調制后檢測信號的向量范數以作為碰觸識別信號。20. 根據權利要求19所述的電容檢測裝置，該檢測裝置還包含： 數字后端，根據所述碰觸識別信號的峰對峰值變化判斷碰觸事件。21. -種適用于電容檢測裝置的控制晶片，該控制晶片包含： 多個接腳，作為與外部電路連接的接口； 模擬前端； 多個輸入電容，用以分別耦接第一部分的所述多個接腳； 多個驅動電路，用以分別輸入驅動信號至所述多個輸入電容；以及 多個輸出電阻，用以分別耦接第二部分的所述多個接腳， 其中，自容模式下，所述多個輸出電阻其中的一者被耦接至所述模擬前端而其他的所 述多個輸出電阻被耦接至定電壓源;互容模式下，依序耦接所述多個輸出電阻至所述模擬 前端并使所述多個輸入電容位于旁路。
【文檔編號】G06F3/044GK106095207SQ201610274601
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月28日 公開號201610274601.0, CN 106095207 A, CN 106095207A, CN 201610274601, CN-A-106095207, CN106095207 A, CN106095207A, CN201610274601, CN201610274601.0
【發明人】肯·克蘭德爾, 湯馬斯派翠克·墨菲, 陳信嘉
【申請人】原相科技股份有限公司