触摸面板控制器、集成电路、触摸面板系统和电子设备的制作方法
【专利摘要】触摸面板控制器(3)包括驱动部(4)、差动放大器(5)、可变积分电容(Cint1、Cint2)和控制可变积分电容(Cint1、Cint2)以校正静电电容(C31～C34、C41～C44)的线依赖性的电容控制部(6)。
【专利说明】触摸面板控制器、集成电路、触摸面板系统和电子设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及并行驱动多个驱动线、对呈矩阵状构成的静电电容的电容值进行推定或检测的触摸面板控制器以及使用它的集成电路、触摸面板系统和电子设备。
【背景技术】
[0002]在专利文献I中公开有对呈矩阵状分布的静电电容值进行检测的装置，例如对在M个驱动线和L个读出线之间形成的静电电容矩阵(行列)的静电电容值的分布进行检测的电容检测装置。该电容检测装置在以手指或笔触碰触摸面板时，被触碰的静电电容的电容值会发生变化，因此检测出电容值的变化，从而检测手指或笔的触摸。
[0003]图16是表示现有的触摸面板系统91的结构的示意图。图17是用于说明触摸面板系统91的驱动方法的图。触摸面板系统91包括触摸面板92。触摸面板92具有驱动线DLl?DL4、读出线SLl?SL4和配置在驱动线DLl?DL4与读出线SLl?SL4交叉的位置的静电电容Cll?C44。
[0004]在触摸面板系统91设置有驱动部94。驱动部94根据图17的式3所不的4行4列的编码序列来驱动驱动线DLl?DL4。如果编码矩阵的要素为“1”，则驱动部94施加电压Vdrive，如果要素为“O”则施加零伏。
[0005]触摸面板系统91具有配置在分别与读出线SLl?SL4对应的位置的四个放大器98。放大器98接收沿被驱动部94驱动的读出线设置的静电电容的线性和Y1、Y2、Y3、Y4而进行放大。
[0006]例如，在基于上述4行4列的编码序列进行的4次驱动中最初的驱动中，驱动部94对驱动线DLl施加电压Vdrive，对其余的驱动线DL2?DL4施加零伏。这样，例如从放大器98输出来自与以图17的式I表示的静电电容C31对应的读出线SL3的测定值Yl。
[0007]之后，在第二次驱动中，对驱动线DL2施加电压Vdrive，对其余的驱动线DL1、DL3、DL4施加零伏。这样，从放大器98输出来自与以图17的式2表示的静电电容C32对应的读出线SL3的测定值Y2。
[0008]接着，在第三次驱动中，对驱动线DL3施加电压Vdrive，对其余的驱动线施加零伏。之后，在第四次驱动中，对驱动线DL4施加电压Vdrive，对其余的驱动线施加零伏。
[0009]这样，如图17的式3和式4所示，测定值Y1、Y2、Y3、Y4自身分别与静电电容值Cl、C2、C3、C4相关联。另外，在图17的式3?式4，为了简化书写，对测定值Yl?Y4省略记载系数(-Vdrive/Cint)。
[0010]现有技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1:日本公开专利公报“专利第4387773号说明书(2005年6月16日公开)，，
【发明内容】
[0013]发明所要解决的问题
[0014]但是，在上述图16和图17所示的结构中，利用一次测定只能取得与一个驱动线交叉的电容数据，因此噪声成分变大，为了正确地检测静电电容的电容变化，需要重复多次进行同样的传感动作并进行平均化处理，存在难以提高处理速度的问题。
[0015]本发明的目的在于，提供能够利用更少的传感动作正确地检测静电电容的电容变化的触摸面板控制器以及将该触摸面板控制器集成而得到的集成电路、触摸面板装置和电子设备。
[0016]用于解决问题的方式
[0017]为了解决上述问题，本发明的触摸面板控制器的特征在于，包括:驱动部，其对于分别形成在M个驱动线与一个读出线之间的多个第一静电电容、以及分别形成在上述M个驱动线与和上述一个读出线相邻的另一个读出线之间的多个第二静电电容，驱动上述M个驱动线，使来自上述多个第一静电电容的第一线性和输出从上述一个读出线输出，使来自上述多个第二静电电容的第二线性和输出从上述另一个读出线输出；和将上述第一线性和输出与上述第二线性和输出之差放大的差动放大器，上述差动放大器具有:接收上述第一线性和输出的非反转输入端子；与上述非反转输入端子对应的第一输出端子；接收上述第二线性和输出的反转输入端子；和与上述反转输入端子对应的第二输出端子，该触摸面板控制器还包括:与上述非反转输入端子和上述第一输出端子连接的第一可变积分电容；与上述反转输入端子和上述第二输出端子连接的第二可变积分电容；和控制单元，其控制上述第一可变积分电容和上述第二可变积分电容中的至少一方的值，以校正上述第一和上述第二静电电容的线依赖性。
[0018]本发明的集成电路的特征在于:集成有本发明的触摸面板控制器。
[0019]本发明的触摸面板系统的特征在于:安装有本发明的触摸面板控制器。
[0020]本发明的电子设备的特征在于:安装有本发明的触摸面板控制器。
[0021]发明的效果
[0022]本发明的触摸面板控制器控制上述第一可变积分电容和上述第二可变积分电容中的至少一个可变积分电容的值，以校正上述第一静电电容和上述第二静电电容的线依赖性。因此，即使由于制造工艺的影响，制造成依赖于线路而不同的电容值，也能够正确地检测被触摸的第一静电电容和第二静电电容的电容变化。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是表示成为实施方式的前提的触摸面板系统的结构的示意图。
[0024]图2是用于利用正交编码序列驱动上述触摸面板系统而推定电容的数学式的图。
[0025]图3是用于说明利用正交编码序列进行的全驱动线驱动有利的理由的图，(a)表示用于利用正交编码序列驱动而推定电容的数学式，(b)表示用于驱动一个驱动线求取电容的数学式。
[0026]图4是用于说明利用正交编码序列的全驱动线驱动有利的理由的图。
[0027]图5是用于说明利用正交编码序列的全驱动线驱动有利的理由的图。
[0028]图6是表示成为实施方式的前提的另一触摸面板系统的结构的示意图。
[0029]图7是用于说明上述触摸面板系统的问题的图表。
[0030]图8是表示成为实施方式的前提的另一触摸面板系统的结构的示意图。
[0031]图9是表示实施方式I的触摸面板系统的结构的示意图。
[0032]图10是表不用于驱动上述触摸面板系统的M序列编码的图。
[0033]图11是表示利用上述M序列编码驱动的情况下用于解码的解码矩阵的图。
[0034]图12是表示取测定值与上述解码矩阵的内积的结果的图。
[0035]图13是表示实施方式2和3的触摸面板系统的结构的示意图。
[0036]图14是表示实施方式4的触摸面板系统的结构的示意图。
[0037]图15是表示实施方式5的电子设备的结构的框图。
[0038]图16是表示现有的触摸面板系统的额结构的示意图。
[0039]图17是用于说明上述触摸面板系统的驱动方法的图。
【具体实施方式】
[0040]本申请的 申请人:在之前申请的专利申请I (日本专利申请申请号特愿2011-022022号，申请日:平成23年2月9日(2011.02.09)，优先日:平成22年11月12日(2010.11.12)中提案有将多个驱动线并行驱动而推动电容的触摸面板系统，本实施方式以该提案的触摸面板系统为前提。此外，在之前申请的专利申请2(日本专利申请申请号特愿2011-130604号，申请日:平成23年6月10日(2011.06.10)，“夕子八木卟- >卜口一9J: t/ C Λ f用P &電子機器(触摸面板控制器和使用它的电子设备)中、提案有具有对读出线-驱动线间的电容差进行校正的校正单元的触摸面板系统，本实施方式以该提案的触摸面板系统为前提。
[0041]由此，首先作为本实施方式的前提对上述之前申请的专利申请I和2中提案的触摸面板系统进行说明，之后对本实施方式的各种触摸面板系统进行说明。
[0042](本实施方式的前提)
[0043](利用正交编码序列进行的驱动)
[0044]图1是表示成为实施方式的前提的触摸面板系统51的结构的示意图。图2是表示用于利用正交编码序列驱动触摸面板系统51而推定电容的数学式的图。触摸面板系统51包括触摸面板52和触摸面板控制器53。触摸面板52具有驱动线DLl?DL4和读出线SLl?SL4、配置在驱动线DLl?DL4与读出线SLl?SL4交差的位置的静电电容Cll?C44。
[0045]在触摸面板控制器53设置有驱动部54。驱动部54基于图2的式7所示的4行4列正交编码序列来驱动驱动线DLl?DL4。正交编码序列的要素为“I”和“-1”的任一个。如果要素为“ I ”，则驱动部54施加电压Vdrive，如果要素为“_1 ”，则施加-Vdrive。此处，电压Vdrive既可以为电源电压，也可以为电源电压以外的电压。
[0046]在本说明书中，“正交编码序列”是指编码长度N的编码序列di = (dil、di2、......、
diN) (i = 1、......、M)满足下述所示的条件。
[0047][数学式I]
N
d1.dk = Vc/// X dkj
[0048]7=1
=Nx Sik
[0049]此处，
[0050]δ ik = I if i = k
[0051]δ ik = 0 if i 古 k。
[0052]作为“正交编码序列”的例子，能够列举利用西尔维斯特(sylvester)法生成的哈达玛(Hadamard)矩阵。
[0053]利用西尔维斯特法生成的哈达玛矩阵中，作为基本的结构制作2行X2列的基本单位。该基本单位的右上、左上和左下的比特(bit，位)相同，右下为它们的比特反转。
[0054]接着，将上述2X2的基本要素在右上、左上、右下和左下作为块合成四个，制作4行X 4列的比特排列的编码。此处，与2 X 2的基本单位的制作同样地，右下的块成为比特反转。按同样的方法生成8行X8列、16行X 16列的比特排列的编码。这些行列满足上述本发明的“正交编码序列”的定义。图2所示的4行X4列的正交编码序列是利用西尔维斯特法生成的4行X4列哈达玛矩阵。
[0055]此处，哈达玛(Hadamard)矩阵是指，要素为I或_1中的任一个且各行彼此正交的方阵。即，哈达玛矩阵的任意的两个行表示彼此垂直的矢量(vector)。
[0056]本发明的“正交编码序列”能够使用从M次的哈达玛矩阵任意地取出N行而生成的矩阵(此处，NSM)。如以下所述，在本发明中也能够应用利用西尔维斯特法以外的方法生成的哈达玛矩阵。
[0057]利用西尔维斯特法生成的N次哈达玛矩阵为M = 2的乘方，但是如果M为4的倍数，则存在哈达玛矩阵存在的预测，例如，M = 12时和M = 20时存在哈达玛矩阵。这些利用西尔维斯特法以外的方法生成的哈达玛矩阵也能够作为本实施方式的正交编码序列使用。
[0058]触摸面板系统51具有配置在与读出线SLl?SL4分别对应的位置的四个放大器55。放大器55接收由驱动部54驱动的静电电容的沿着读出线的线性和Yl、Y2、Y3、Y4而进行放大。
[0059]例如，在利用上述4行X 4列的正交编码序列进行的四次驱动中最初的驱动中，驱动部54对所有的驱动线DLl?DL4施加电压Vdrive。这样，例如从放大器55输出来自以下述的式5表示的读出线SL3的测定值Yl。而且，在第二次的驱动中，对驱动线DLl和DL3施加电压Vdrive，对其余的驱动线DL2和DL4施加-Vdrive。这样，从放大器55输出来自以下述的式6表示的读出线SL3的测定值Y2。
[0060][数学式2]
[0061]第一矢量
r I — (C31 + C32 + C33 + C34 )Vdrive
[0062]~~3Al-..?(式 5)
Cjnt
[0063]第二矢量
一 (C31 一 C32 + C33 — C54 ^jVdrive
[0064]—-^-~r~—-..?(式 6)
[0065]接着，在第三次的驱动中，对驱动线DLl和DL2施加电压Vdrive，对其余的驱动线DL3和DL4施加-Vdrive。这样，从放大器55输出来自读出线SL3的测定值Y3。之后，在第四次的驱动中，对驱动线DLl和DL4施加电压Vdrive，对其余的驱动线DL2和DL3施加-Vdrive。这样，从放大器55输出来自读出线SL3的测定值Y4。
[0066]此处，图1所示的静电电容C31?C34在图2的式7?式9中为了便于说明而有Cl?C4表示。此外，在图2和图3(a)的式7?式9、图3(b)的式10和式11中，为了简化书写，对测定值Yl?Y4省略系数(-Vdrive/Cint)地进行记载。
[0067]之后，通过如图2的式8所示那样取测定值Y1、Y2、Y3、Y4与正交编码序列的内积，能够如式9所示那样推定静电电容Cl?C4。
[0068](利用正交编码序列进行的驱动有利的理由)
[0069]图3是用于说明利用正交编码序列进行的驱动线驱动有利的理由的图，(a)是表示用于利用正交编码序列进行驱动而推定电容的数学式，(b)表示用于按每驱动线进行驱动而求取电容的数学式。图4和图5是用于说明利用正交编码序列进行的所有驱动线驱动有利的理由的图。
[0070]为了简化说明，考虑不使用差动放大器检测电容差而按各个读出线配置放大器的单模的动作。如图4所示，例如在静电电容Cl = 2.0pF、C2 = 1.9pF、C3 = 2.2pF、C4 = 2.1pF的情况下，在上述利用图3、图4说明的现有的按每一个驱动线、以Vdrive [V]进行驱动的方式中，线性和输出的测定值Yl?Y4如式12所示那样成为1.9?2.2p/Cint X Vdrive。
[0071]另一方面，在使用上述利用图1、图2说明的正交编码序列驱动所有驱动线的方式中，如式13所示，线性和输出的测定值Yl成为-8.2p/Cint X Vdrive，测定值Y2?Y4成为+0.4 ?-0.2p/CintXVdrive。
[0072]关于测定值Y2?Y4，利用正交编码序列的驱动方式的信号成分更小。因为正交编码序列的因素全部为“I”的测定值Yl的输出变大，所以需要取大的动态范围，但是如果以利用差动放大器抽出电容差的方式构成，则测定值Yl的输出应该不变大。
[0073]如果假定图5的式14所示的噪声Noisel?Noise4没有关系，但是如式16和式17所示，利用正交编码序列的全驱动线驱动方式在噪声方面比按每一个线驱动的方式有利。这样，利用正交编码序列的全驱动线驱动方式在SN比(噪声)方面有利被认为是因为:利用一次测定取得与多个驱动线交叉的静电电容的数据，取得与编码长度相应的数据，因此如果考虑内积运算之后的SN比，则噪声成分变小。此外，当令编码长度为L时，SN比仅有利L1/2的量，在将利用正交编码序列的全驱动线驱动方式应用于大型面板时特别有利。
[0074]此外，当采用利用差动放大器抽出电容差的差动结构时，因为仅抽出静电电容的差成分，所以例如在令静电电容成分为2pF、假定电容变化为10%时，仅抽出0.2pF，因此不输出绝对电容成分。因此，能够相对地使积分电容变小(使增益变大)，能够缓和对AD转换器的要求规格。
[0075](成为实施方式的前提的其它触摸面板系统61的结构)
[0076]图6是表示成为实施方式的前提的其它触摸面板系统61的结构的示意图。图7是用于说明触摸面板系统61的问题的图表。对上述参照图1说明的构成要素相同的构成要素标注相同的参照附图标记。不重复进行这些构成要素的信息的说明。
[0077]触摸面板系统61具有触摸面板52和触摸面板控制器63。触摸面板控制器63具有差动放大器65。差动放大器65将从彼此相邻的驱动线输出的线性和输出之差放大。在差动放大器65设置有分别与彼此相邻的读出线对应的一对积分电容Cint。在图6中，为了便于说明，仅表示与读出线SL3、SL4结合的差动放大器65。驱动部54与图1所示的驱动部54 —样根据图2所示的4行X4列利用西尔维斯特法产生的哈达玛矩阵来驱动驱动线DLl ~DL4。
[0078](对本申请发明的问题的注目)
[0079]专利申请2的发明人发现了这样的问题:当利用上述结构驱动驱动线DLl~DL4时，如图7所示，在将驱动线DLl~DL4全部以Vdrive驱动的上述哈达玛矩阵的第一次驱动时的期间Tl，差动放大器65的输出与第二次以后的驱动时的期间相比异常地变大而超过范围。
[0080]在图6所示的触摸面板系统61的结构中，在通过利用上述西尔维斯特法生成的哈达玛矩阵的正交编码序列来进行的四次驱动中的最初的驱动中，驱动部54对所有的驱动线DLl~DL4施加电压Vdrive。这样，从与读出线SL3、SL4结合的差动放大器65输出以下述的式18表示的线性和输出。而且，在第二次的驱动中，对驱动线DLl和DL3施加电压Vdrive，对其余的驱动线DL2和DL4施加-Vdrive。这样，从差动放大器65输出以下述的式19表示的线性和输出。
[0081][数学式3]
[0082]第一矩阵
【权利要求】
1.一种触摸面板控制器，其特征在于，包括: 驱动部，其对于分别形成在M个驱动线与一个读出线之间的多个第一静电电容、以及分别形成在所述M个驱动线与和所述一个读出线相邻的另一个读出线之间的多个第二静电电容，驱动所述M个驱动线，使来自所述多个第一静电电容的第一线性和输出从所述一个读出线输出，使来自所述多个第二静电电容的第二线性和输出从所述另一个读出线输出；和 将所述第一线性和输出与所述第二线性和输出之差放大的差动放大器， 所述差动放大器具有:接收所述第一线性和输出的非反转输入端子；与所述非反转输入端子对应的第一输出端子；接收所述第二线性和输出的反转输入端子；和与所述反转输入端子对应的第二输出端子， 该触摸面板控制器还包括: 与所述非反转输入端子和所述第一输出端子连接的第一可变积分电容； 与所述反转输入端子和所述第二输出端子连接的第二可变积分电容；和控制单元，其控制所述第一可变积分电容和所述第二可变积分电容中的至少一方的值，以校正所述第一静电电容和所述第二静电电容的线依赖性。
2.如权利要求1所述的触摸面板控制器，其特征在于: 所述驱动部基于规定的编码序列驱动所述M个驱动线， 所述触摸面板控制器还包括: 推定单元，其通过由所述差动放大器放大后的所述第一线性和输出与所述第二线性和输出之差和所述编码序列的内积运算，推定所述多个第一静电电容和所述多个第二静电电容的值；和 校正单元，其基于由所述控制单元控制后的第二可变积分电容的值，校正由所述推定单元推定出的所述多个第二静电电容的值。
3.如权利要求2所述的触摸面板控制器，其特征在于: 所述校正单元校正所述第二静电电容的值，以消除由所述控制单元控制后的第二可变积分电容的值的变化。
4.如权利要求1所述的触摸面板控制器，其特征在于: 还包括校准单元，该校准单元基于所述差动放大器的输出信号控制所述第一可变积分电容和所述第二可变积分电容中的至少一方的值。
5.如权利要求4所述的触摸面板控制器，其特征在于: 所述校准单元在不存在对所述第一静电电容和所述第二静电电容的触摸输入的期间，控制所述第一可变积分电容和所述第二可变积分电容中的至少一方的值，使得所述差动放大器的输出信号接近零。
6.如权利要求4所述的触摸面板控制器，其特征在于: 所述校准单元按每规定的时间间隔控制所述第一可变积分电容和所述第二可变积分电容中的至少一方的值， 所述校准单元的所述时间间隔比对所述第一静电电容和所述第二静电电容的触摸输入的持续时间长。
7.如权利要求4所述的触摸面板控制器，其特征在于: 所述驱动部基于包含第一矢量和第二矢量的编码序列来驱动所述M个驱动线， 所述校准单元在校准动作时生成第一控制信号和第二控制信号，其中，所述第一控制信号用于控制所述第一可变积分电容和所述第二可变积分电容中的至少一方的值，使得与基于所述第一矢量进行的驱动对应的差动放大器的输出信号接近零，所述第二控制信号用于控制所述第一可变积分电容和所述第二可变积分电容中的至少一方的值，使得与基于所述第二矢量进行的驱动对应的差动放大器的输出信号接近零， 所述触摸面板控制器还包括存储由所述校准单元生成的第一控制信号和第二控制信号的存储单元， 所述控制单元，在基于所述第一矢量驱动所述驱动线时，基于存储在所述存储单元的第一控制信号来控制所述第一可变积分电容和所述第二可变积分电容中的至少一方的值，在基于所述第二矢量驱动所述驱动线时，基于存储在所述存储单元的第二控制信号来控制所述第一可变积分电容和所述第二可变积分电容中的至少一方的值。
8.一种集成电路，其特征在于: 集成有权利要求1所述的触摸面板控制器。
9.一种触摸面板系统，其特征在于: 安装有权利要求1所述的触摸面板控制器。
10.一种电子设备，其特征在于: 安装有权利要求1所述的触摸面板控制器。
【文档编号】G06F3/044GK104205026SQ201380018448
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年4月2日 优先权日:2012年4月4日
【发明者】金泽雄亮, 藤本义久 申请人:夏普株式会社