電容式觸控板的控制電路與方法及其應用的制作方法

專利名稱：電容式觸控板的控制電路與方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電容式觸控板，具體地說，是一種電容式觸控板的控制電路與方 法及其應用。
背景技術：
為實現電容式觸控板，一般以印刷電路板、玻璃或塑料薄膜為基底，在其上印刷金 屬、銦錫氧化物導電薄膜或其它材質的圖案做為感應器。依照應用的不同，感應器的形狀 及大小亦不相同。鐵筆或手指等導體接觸觸控板時，會在感應器上造成電容變化，控制電 路檢測感應器的電容變化量，以獲得使用者輸入的信息，據以進行觸控控制。因此，已知技 術藉由增大因導體接觸造成的電容變化量(ΔΟ來提高觸控板的效能。例如美國專利號 5920309以互為反相的電流信號對相鄰的感應器充放電，藉由差動方式增加電容變化量，提 升觸控板的效能。然而，除了電容變化量之外，電容式觸控板的效能亦與其基本電容(Cbase)相關。當 基本電容較高時，電容變化量變得不明顯，感應不易，因此效能降低。換言之，電容式觸控板 的效能正比于△〔/(；_。已知的差動檢測方式雖然提高了電容變化量，卻同時增加了相鄰 感應器之間的寄生電容，造成電容式觸控板的基本電容增大，因此效能改善的程度有限。對此，發明人于臺灣專利申請案號第097142063號(美國專利申請號12/379，573) 提出一種單端模式的電容檢測電路及方法，如圖1所示，電容式觸控板10上具有多個感應 器12，縱向的感應器12組成跡線(trace)Xl、X2、…、Xm，橫向的感應器12組成跡線Y1、 Y2、…、Ym，調變器16提供的電流信號Imodl和Imod2具有相同的相位，藉由模擬多任務 器14施加至選擇的跡線，調變成信號muxl及muX2，解調器18以直流電壓的參考信號Mux_ Vref解調信號muxl，產生信號ppeak和npeak提供給電壓轉換電路20，在電壓轉換電路20 中，信號減法器22將信號ppeak和npeak調整成相同的準位，再經增益電路24放大后提供 給模擬轉數字(A/D)轉換電路26，以獲得電容式觸控板10上的電容變化信息。增益電路 24—般為電壓轉電流(V to I)的信號放大器。為進一步改善電容式觸控板的效能，本發明提出一種單端檢測電容式觸控板的控 制電路與方法及其應用，以不同的調變及解調方法來減少電路復雜度，達到更廣的檢測范 圍和更大的電容介質厚度。

發明內容
本發明的目的，在于提出一種電容式觸控板的控制電路。本發明的另一目的，在于提出一種電容式觸控板的控制方法。本發明的又一目的，在于提出一種電容式觸控板模塊。為實現上述目的，本發明的技術解決方案是一種電容式觸控板的控制電路，所述電容式觸控板具有第一跡線及其鄰近的第二 跡線，其特征在于所述控制電路包括
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調變器提供同相的第一信號及第二信號；多任務器耦接所述電容式觸控板及所述調變器，將所述第一信號施加予所述第一 跡線而產生調變信號，以及將所述第二信號施加予所述第二跡線；參考信號調變器提供與所述調變信號同相的參考信號；以及解調器耦接所述多任務器以及所述參考信號調變器，以所述參考信號解調所述調
變信號，產生第一解調信號以及第二解調信號。本發明的電容式觸控板的控制電路還可以采用以下的技術措施來進一步實現。前述的控制電路，其中所述參考信號使所述第一解調信號以及所述第二解調信號 的電位相等。前述的控制電路，其中更包括電壓處理電路連接所述解調器，根據所述第一解調 信號及所述第二解調信號轉換獲得所述第一跡線的電容變化量。前述的控制電路，其中所述電壓處理電路包括增益電路直接連接所述解調器。前述的控制電路，其中所述參考信號調變器包括第一電流源，與第一開關串聯在輸入端和輸出端之間；第二電流源，與第二開關串聯在輸出端及接地端之間；以及參考電容，連接在所述輸出端與所述接地端之間；其中，所述第一開關及所述第二開關受控切換以供應電流對所述參考電容充電， 在所述輸出端產生所述參考信號。前述的控制電路，其中更包括擺動控制器決定對所述參考電容充放電的三角波。一種電容式觸控板的控制方法，所述電容式觸控板具有第一跡線及其鄰近的第二 跡線，其特征在于所述控制方法包括提供同相的第一信號及第二信號；將所述第一信號施加予所述第一跡線而產生調變信號，以及將所述第二信號施加 予所述第二跡線；提供與所述調變信號同相的參考信號；以及以所述參考信號解調所述調變信號，產生第一解調信號以及第二解調信號。前述的控制方法，其中以所述參考信號解調所述調變信號，產生第一解調信號以 及第二解調信號的步驟包括以所述參考信號使所述第一解調信號及所述第二解調信號的 電位相等。前述的控制方法，其中更包括根據所述第一解調信號以及所述第二解調信號獲得 所述第一跡線的電容變化量。前述的控制方法，其中根據所述第一解調信號及所述第二解調信號獲得所述第一 跡線的電容變化量的步驟包括直接放大所述第一解調信號及所述第二解調信號。前述的控制方法，其中提供與所述調變信號同相的參考信號的步驟包括對參考電 容充放電以產生所述參考信號。前述的控制方法，其中更包括以擺動控制器決定對所述參考電容充放電的三角 波。一種電容式觸控板模塊，其特征在于包括電容式觸控板具有第一跡線及其鄰近的第二跡線；
調變器提供同相的第一信號及第二信號；多任務器耦接所述電容式觸控板及所述調變器，將所述第一信號施加予所述第一 跡線而產生調變信號，以及將所述第二信號施加予所述第二跡線；參考信號調變器提供與所述調變信號同相的參考信號；以及解調器耦接所述多任務器以及所述參考信號調變器，以所述參考信號解調所述調
變信號，產生第一解調信號以及第二解調信號。前述的電容式觸控板模塊，其中所述第一跡線包括復數個串聯的第一感應器。前述的電容式觸控板模塊，其中所述第二跡線包括復數個串聯的第二感應器。前述的電容式觸控板模塊，其中所述參考信號使所述第一解調信號以及所述第二 解調信號的電位相等。前述的電容式觸控板模塊，其中更包括電壓處理電路連接所述解調器，根據所述 第一解調信號及所述第二解調信號轉換獲得所述第一跡線的電容變化量。前述的電容式觸控板模塊，其中所述電壓處理電路包括增益電路直接連接所述解調器。前述的電容式觸控板模塊，其中所述參考信號調變器包括第一電流源，與第一開關串聯在輸入端和輸出端之間；第二電流源，與第二開關串聯在輸出端及接地端之間；以及參考電容，連接在所述輸出端與所述接地端之間；其中，所述第一開關及所述第二開關受控切換，供應電流對所述參考電容充放電 而在所述輸出端產生所述參考信號。 前述的電容式觸控板模塊，其中更包括擺動控制器決定對所述參考電容充放電的 三角波。采用上述技術方案后，本發明的電容式觸控板的控制電路與方法及其應用具有降 低所述電容式觸控板的基本電容，增加感應量，并提供屏蔽效果，降低噪聲干擾，同時達到 簡化電路效果，提升所述電容式觸控板的效能的優點。




圖1是已知單端檢測電容式觸控板模塊的示意圖； 圖2是根據本發明的單端檢測電容式觸控板模塊一實施例的示意圖； 圖3是圖2中的調變及解調變電路的示意圖； 圖4是參考信號調變器一實施例的示意圖5為已知差動模式解調器以全波解調產生的三角波信號pp和np的波形圖； 圖6為已知單端模式解調器以半波解調產生的半波信號pp和np的波形圖； 圖7是圖2的單端檢測調變時序圖； 圖8是圖2的單端檢測解調的時序圖； 圖9是以PGA放大解調信號的示意圖； 圖10是以多邊形波實現本發明的調變及解調的時序圖； 圖11是以方波實現本發明的調變及解調的時序圖； 圖12是以另一種不規則波形實現本發明的調變及解調的時序圖13是應用本發明的第二實施例的示意圖；圖14是圖13的實施例中寄生電容的示意圖圖15是應用本發明的第三實施例的示意圖；圖16是應用本發明的第四實施例的示意圖；圖17是將本發明應用在Y方向感應器上的實施例示意圖；圖18及圖19示出出常見的電容感應器；以及圖20是本發明應用于一維感應器的示意圖。圖中，10、電容式觸控板12、感應器14、模擬多任務器16、調變器18、解調器20、電 壓轉換電路22、信號減法器24、信號放大器26、模擬轉數字轉換電路28、參考信號調變器 30、解調器32、電壓轉換電路34、電流源36、電流源38、電流源40、電流源42、電流源44、電 流源46、低通濾波電路50、虛線52、可程序化增益放大器54、X方向感應器56、Y方向感應 器58、X方向感應器60、Y方向感應器62、感應器64、感應器66、感應器。
具體實施例方式以下結合實施例及其附圖對本發明作更進一步說明。現請參閱圖2，圖2是根據本發明一實施例的示意圖。如圖所示，電容式觸控板10 一般為玻璃材質、塑料薄膜或印刷電路板，其上分布有復數個以金屬、銦錫氧化物導電薄膜 或其它材質的圖案設置的感應器12，這些感應器12組成X方向跡線Xl Xm和Y方向跡線 Yl Ym。調變器16提供的電流信號Imodl和Imod2透過模擬多任務器14施加至選擇的 跡線，調變產生調變信號muxl及mux2，參考信號調變器28調變產生參考信號muX_ref，解 調器30以參考信號mux_ref解調信號muxl，輸出信號ppeak和npeak給電壓轉換電路32。圖3繪示圖2中的調變/解調電路，解調器16包括電流源34、36、38和40以及開 關M0、M1、M2和M3，開關M0、M1、M2和M3受控切換以供應電流Imodl禾口 Imod2對電容Cl和 C2充放電，因而產生調變信號muxl和mux2。電容Cl和C2表示透過模擬多任務器14接受 施加電流Imodl和Imod2的第一跡線和第二跡線的電容值。參考信號調變器28由電流源 42,44和開關M4、M5組成，開關M4、M5受控切換以供應電流Imod_ref對電容Cref 1充放 電而調變產生參考信號mux_ref。解調器30以參考信號mux_ref解調信號muxl，開關Al、 A2、B1和B2受控切換產生解調信號pp和np，經低通濾波電路46整流成電壓信號ppeak和 npeak。調節電流源34、36、38、40和電流源42、44可使產生的信號ppeak和npeak等電位， 因此解調器30不再需要減法器，即可將信號ppeak和npeak提供給增益電路24進行后續 的信號轉換，因此簡化了電路。圖4是參考信號調變器28的另一實施例，除調變電流源42、44、調變切換開關M4、 M5及參考電容Crefl外，還包括擺動控制器48。本實施例藉由對參考電容Cref 1同步充電 /放電產生與感應器端同相位的三角波，所述三角波的擺動大小由數字的擺動控制器48控 制，經由調校(calibration)后，信號muxl的擺動可與參考信號mux_ref相同。圖5是已知差動模式解調器以全波解調產生的三角波信號pp和np的波形圖，信 號PP和np經過低通濾波器后產生電壓信號ppeak及npeak，而ppeak及npeak之間會有壓 差Δ V，因此還需要信號減法器22將壓差減去Δ V才能進入下一級的信號放大器24。圖6是已知單端模式解調器以半波解調產生的半波信號pp和np的波形圖，半波信號PP和np經過低通濾波器后產生電壓信號ppeak及npeak，而ppeak及npeak之間亦存 在壓差Δ V，因此也需要信號減法器22將壓差Δ V減去，才能進入下一級的信號放大器24。圖7是圖2的實施例的單端檢測調變的時序圖。參照圖3及圖7，開關Μ0、Μ1、Μ2 和Μ3受控切換而供應電流Imodl和Imod2分別對電容Cl和C2充放電，調變產生三角波的 電壓信號muxl和mux2。電流Imod_ref系藉由切換開關M4、M5產生，對參考電容Crefl充 放電而產生參考信號mux_ref。在本實施例中，調變信號muxl、mux2和參考信號mux_ref為 具有相同相位的三角波。當有手指或導體接觸電容式觸控板10時，信號muxl的波形將出 現變動，如虛線50所示。圖8是圖2的實施例的單端檢測解調的時序圖。參照圖3及圖8，脈波A和B控制 開關A1、A2、B1和B2的切換，使解調器30以信號muxl和參考信號muX_ref解調出信號pp 與np。信號muxl的三角波經解調后分別成為信號pp的上半波以及信號np的下半波，二者 加上參考信號muxjef形成一全波整流。經調校后，信號muxl與muxjef的擺動可以十分 接近甚至相等，因此，經過低通濾波電路46產生的電壓信號ppeak及npeak的電位得以接 近或相等，不需再經信號減法器調整電壓信號ppeak及npeak之間的壓差，即可直接進入下 一級的信號放大器24。當導體或手指接觸電容式觸控板10時，信號muxl會產生變化，由于 信號PP和np都具有部份的信號muxl，其電壓也會隨之產生變化，如圖8中的虛線所示，濾 波產生的信號ppeak和npeak亦因而改變，出現AV2的電壓差。除使用電壓轉電流的信號放大器24外，亦可如圖9所示，通過可程序化增益放大 器(Programmable Gain Amplifier ；PGA) 52 將電壓信號 ppeak、npeak放大，再解析出信號。本發明提出的調變/解調方式不再局限于以三角波充電/放電。例如在調變器中 設置不同大小的電流源，以不同大小的電流對跡線充放電而產生如圖10所示的多邊形信 號muxl和mux2，再輔以同相的參考信號muX_ref，解調出波形近似的信號pp和np，信號pp 和np經過低通濾波器46濾波后，仍可呈現兩個電位相等且近似直流電壓的信號ppeak及 npeak。以圖10所示的波形進行檢測和解調時，取得的電容值為圖中斜線區域的積分，因此 其測得的電容變化值可以比三角波檢測的更為明顯，提供更廣的檢測范圍或更大的電容介 質厚度。圖11及圖12分別繪示其它型式調變/解調變的波形圖，產生這些波形的技術為 已知技術，因此不再詳述。當使用各種不同的波形做為muxl和mux2，只要提供具有相同相 位的參考信號進行解調，仍可獲得電位相等的直流電壓信號ppeak及npeak。將本發明應用于電容式觸控板時，如圖13所示，可以將第一信號Imodl提供給第 一跡線Xn調變產生信號muxl，同時將與第一信號Imodl同相的第二信號Imod2提供給與第 一跡線Xn相鄰的第二跡線Xn+1和Xn-1。如圖14所示，由于使用同相的調變頻率做調變， 產生的信號mUXl、mUX2為同相，其中只有第一跡線Xn的信號muxl是真正接受解調的信號， 與第一跡線Xn相鄰的第二跡線Xn+1和Xn-I的信號mux2則有如交流的屏蔽(shielding) 信號一般，不但避免信號mux 1受噪聲干擾，同時減少跡線Xn-l、Xn和Xn+1之間的電位差， 因此降低第一跡線Xn與第二跡線群Xn+1和Xn-I之間的寄生電容Cpl和Cp2，換言之，降低 了基本電容。圖15是應用本發明的第三實施例的示意圖。參照圖2及圖15，當欲掃描跡線Xn 時，模擬多任務器14以電流Imodl對跡線Xn充放電而產生信號muxl，同時以電流Imod2對跡線Xn兩側的多條跡線Xn-j Xn-I以及Xn+1 Xn+i充放電而產生信號mux2，同樣改善 相鄰跡線之間的寄生電容，并提供更好的屏蔽效果。圖16是應用本發明的第四實施例的示意圖，一次掃描多條跡線Xn Xn+b，在以電 流Imodl對跡線Xn Xn+b充、放電而產生信號muxl的同時，將與電流Imodl同相的電流 Imod2提供給跡線Xn-j Xn-I及跡線Χη+b+l Xn+b+i，產生電壓信號mux2，以利檢測跡 線Xn Xn+b的電容變化。圖17是應用本發明于Y方向跡線的示意圖，跡線Yn Yn+b調變產生信號muxl， 同時，于跡線Yn Yn+b兩側的跡線Yn-j Yn-I以及跡線Υη+b+l Yn+b+i調變產生信 號 mux2。本發明提出的控制電路及方法不受感應器形狀及尺寸的限制。圖18及圖19是常 見的電容感應器。圖18中，X方向感應器54為多邊形，Y方向感應器56為菱形。圖19中， X方向感應器58和Y方向感應器60皆為菱形，其中，X方向感應器58之間以橋接線(圖中 未示)互相連接，而Y方向感應器60則直接相連。在其它實施例中，單位電容感應器可以 是圓形或其它形狀，亦可針對面積做挖空調整。圖20是本發明應用于一維感應器的示意圖。在以信號muxl檢測感應器64的電 容變化的同時，對感應器64相鄰兩側的感應器62及66充、放電以調變產生同相信號mux2， 減低感應器64與感應器62、66之間的寄生電容并降低噪聲干擾。本發明提出的電容式觸控板的控制電路及方法，藉由提供同相信號降低相鄰導體 之間的寄生電容，減少觸控板的基本電容以提升感應量，再配合調變/解調變波形，可以提 供更廣的檢測范圍和更大的電容介質厚度，進一步提升電容式觸控板的效能。以上實施例僅供說明本發明之用，而非對本發明的限制，有關技術領域的技術人 員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同 的技術方案也應該屬于本發明的范疇，應由各權利要求限定。
權利要求
1.一種電容式觸控板的控制電路，所述電容式觸控板具有第一跡線及其鄰近的第二跡 線，其特征在于所述控制電路包括調變器提供同相的第一信號及第二信號；多任務器耦接所述電容式觸控板及所述調變器，將所述第一信號施加予所述第一跡線 而產生調變信號，以及將所述第二信號施加予所述第二跡線；參考信號調變器提供與所述調變信號同相的參考信號；以及解調器耦接所述多任務器以及所述參考信號調變器，以所述參考信號解調所述調變信 號，產生第一解調信號以及第二解調信號。
2.如權利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述參考信號使所述第一解調信號以 及所述第二解調信號的電位相等。
3.如權利要求2所述的控制電路，其特征在于，更包括電壓處理電路連接所述解調器， 根據所述第一解調信號及所述第二解調信號轉換獲得所述第一跡線的電容變化量。
4.如權利要求3所述的控制電路，其特征在于，所述電壓處理電路包括增益電路直接 連接所述解調器。
5.如權利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述參考信號調變器包括第一電流源，與第一開關串聯在輸入端和輸出端之間；第二電流源，與第二開關串聯在輸出端及接地端之間；以及參考電容，連接在所述輸出端與所述接地端之間；其中，所述第一開關及所述第二開關受控切換以供應電流對所述參考電容充電，在所 述輸出端產生所述參考信號。
6.如權利要求5所述的控制電路，其特征在于，更包括擺動控制器決定對所述參考電 容充放電的三角波。
7.一種電容式觸控板的控制方法，所述電容式觸控板具有第一跡線及其鄰近的第二跡 線，其特征在于所述控制方法包括提供同相的第一信號及第二信號；將所述第一信號施加予所述第一跡線而產生調變信號，以及將所述第二信號施加予所 述第二跡線；提供與所述調變信號同相的參考信號；以及以所述參考信號解調所述調變信號，產生第一解調信號以及第二解調信號。
8.如權利要求7所述的控制方法，其特征在于，以所述參考信號解調所述調變信號，產 生第一解調信號以及第二解調信號的步驟包括以所述參考信號使所述第一解調信號及所 述第二解調信號的電位相等。
9.如權利要求8所述的控制方法，其特征在于，更包括根據所述第一解調信號以及所 述第二解調信號獲得所述第一跡線的電容變化量。
10.如權利要求9所述的控制方法，其特征在于，根據所述第一解調信號及所述第二解 調信號獲得所述第一跡線的電容變化量的步驟包括直接放大所述第一解調信號及所述第 二解調信號。
11.如權利要求7所述的控制方法，其特征在于，提供與所述調變信號同相的參考信號 的步驟包括對參考電容充放電以產生所述參考信號。
12.如權利要求11所述的控制方法，其特征在于，更包括以擺動控制器決定對所述參 考電容充放電的三角波。
13.一種電容式觸控板模塊，其特征在于包括 電容式觸控板具有第一跡線及其鄰近的第二跡線； 調變器提供同相的第一信號及第二信號；多任務器耦接所述電容式觸控板及所述調變器，將所述第一信號施加予所述第一跡線 而產生調變信號，以及將所述第二信號施加予所述第二跡線； 參考信號調變器提供與所述調變信號同相的參考信號；以及解調器耦接所述多任務器以及所述參考信號調變器，以所述參考信號解調所述調變信 號，產生第一解調信號以及第二解調信號。
14.如權利要求13所述的電容式觸控板模塊，其特征在于，所述第一跡線包括復數個 串聯的第一感應器。
15.如權利要求13所述的電容式觸控板模塊，其特征在于，所述第二跡線包括復數個串聯的第二感應器。
16.如權利要求13所述的電容式觸控板模塊，其特征在于，所述參考信號使所述第一 解調信號以及所述第二解調信號的電位相等。
17.如權利要求13所述的電容式觸控板模塊，其特征在于，更包括電壓處理電路連接 所述解調器，根據所述第一解調信號及所述第二解調信號轉換獲得所述第一跡線的電容變化量。
18.如權利要求17所述的電容式觸控板模塊，其特征在于，所述電壓處理電路包括增 益電路直接連接所述解調器。
19.如權利要求13所述的電容式觸控板模塊，其特征在于，所述參考信號調變器包括 第一電流源，與第一開關串聯在輸入端和輸出端之間；第二電流源，與第二開關串聯在輸出端及接地端之間；以及 參考電容，連接在所述輸出端與所述接地端之間；其中，所述第一開關及所述第二開關受控切換，供應電流對所述參考電容充放電而在 所述輸出端產生所述參考信號。
20.如權利要求19所述的電容式觸控板模塊，其特征在于，更包括擺動控制器決定對 所述參考電容充放電的三角波。
全文摘要
一種電容式觸控板的控制電路，所述電容式觸控板具有第一跡線及其鄰近的第二跡線，其特征在于所述控制電路包括調變器提供同相的第一信號及第二信號；多任務器耦接所述電容式觸控板及所述調變器，將所述第一信號施加予所述第一跡線而產生調變信號，以及將所述第二信號施加予所述第二跡線；參考信號調變器提供與所述調變信號同相的參考信號；以及解調器耦接所述多任務器以及所述參考信號調變器，以所述參考信號解調所述調變信號，產生第一解調信號以及第二解調信號。
文檔編號H03K4/06GK101996008SQ200910163358
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月10日 優先權日2009年8月10日
發明者林俊佑, 王尊民, 黃俊中 申請人:義隆電子股份有限公司