进行相位校正及解调载波信号的载波触控系统的制作方法

本发明涉及一种载波触控系统，尤其涉及一种通过同相解调及正交解调，以执行相位校正及解调载波信号的载波触控系统。

背景技术：

由于触控显示设备提供使用者更直觉及便利的操作方式，因而广泛地运用于各种消费性电子产品中。一般而言，触控显示设备可由一显示面板以及一触控面板所组成，其中触控面板包含有多个驱动电极、多个接收电极以及一解调电路。触控面板侦测触碰事件的方式是在多个驱动电极上依序发射脉冲信号，再通过多个接收电极感应脉冲信号，以产生接收信号至解调电路。因此，解调电路可根据接收信号以及脉冲信号，判断触碰事件在触控面板上的位置，据以产生相对应的触控信号，以实现触控功能。

近年来，业界致力于发展载波触控系统。有别于上述传统的触控面板是发射脉冲信号至触控面板，载波触控系统则是发射载波信号至触控面板。其中，载波信号可以是弦波形式的载波，例如正弦波(sine-wave)或余弦波(cosine-wave)。

然而，载波信号输入至触控面板后，最后输入至解调电路的过程中，由于触控面板的制作工艺、操作效能、环境温度以及噪声干扰等因素，使得解调电路收到的接收信号具有不同的相位延迟，导致解调电路在解调接收信号时产生误差，因而输出错误的触控信号及相位延迟。在此情况下，错误的触控信号及相位延迟将导致解调电路误判触碰事件在触控面板上的位置。因此，当载波触控系统与其它电子装置相互整合时(如显示面板、智能型行动装置、笔记本电脑、智能型显示器等电子装置)，错误的触控信号及相位延迟将影响电子装置后续执行触控相关功能的问题。

此外，相位延迟会随着触控面板的不同操作效能而有所变动。换言之，相位延迟在不同操作效能下须进行校正，以维持触控信号的完整性。

因此，如何解调载波触控信号，以产生准确的触控信号及相位延迟，以及校正相位延迟，实为本领域的重要课题之一。

技术实现要素：

因此，本发明的主要目的即在于提供一种通过同相解调及正交解调，以执行相位校正及解调载波信号的载波触控系统。

本发明公开一种载波触控系统，包含有一驱动电路、一触控面板以及一解调电路。该驱动电路，用来产生多个驱动信号。该触控面板耦接于该驱动电路，用来根据该多个驱动信号，产生多个载波感应信号。该解调电路耦接于该触控面板，其中当该载波触控感应系统操作于一相位校正模式时，该解调电路用来对该多个载波感应信号进行同相解调及正交解调，以产生并储存多个相位延迟信息；且当该载波触控感应系统操作于一常规扫描模式，该解调电路根据该多个相位延迟信息，对该多个载波感应信号进行同相解调，以产生多个触控信号。

附图说明

图1为本发明实施例一载波触控系统的功能方块图。

图2为本发明实施例当图1的载波触控系统操作于相位校正模式时的一解调电路的示意图。

图3至图5为本发明实施例当图1的载波触控系统操作于常规扫描模式时的一解调电路的示意图。

图6为本发明实施例图1的载波触控系统切换操作模式的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10 载波触控系统

100、200、300、400、500 解调电路

101 驱动电路

102 触控面板

T1～TM 载波驱动信号

R1～RN 载波感应信号

A1～AN 触控信号

φ1～φN 相位延迟

201、301 信号处理电路

202、302、402 运算电路

203、303、403、503 相位表

204、504 正交解调电路

204_1～204_N 解调单元

205_I、205_Q 载波信号产生器

R1C～RNC 补偿载波感应信号

R1_I～RN_I 同相感应信号

R1_Q～RN_Q 正交感应信号

cos(ω_it)、sin(ω_it) 载波信号

210、212 信号处理信道

211、214 矩阵算子

213、216 译码器

A1_I～AN_I 同相触控信号

A1_Q～AN_Q 正交触控信号

220、221 平方器

222 加法器

224 平方根产生器

225、425 除法器

cos(φ1)～cos(φN) 相位延迟信息

CAL 相位校正指标

304、504 同相解调电路

306、406、506 输出缓冲器

540 复用器

540_1～540_N 同相载波信号产生器

cos(ω₁t+φ₁)～cos(ω_Nt+φ_N) 同相载波信号

A1’～AN’ 原始触控信号

F1～F23 帧影像

T 校正周期

t 时间

具体实施方式

图1为本发明实施例一载波触控系统10的功能方块图。载波触控系统10包含一驱动电路101、一触控面板102以及一解调电路100。驱动电路101用来产生多个载波驱动信号T1～TM至触控面板102。触控面板102耦接于驱动电路101，用来接收多个载波驱动信号T1～TM，以产生多个载波感应信号R1～RN，其中触控面板102的尺寸为M*N。解调电路100耦接于触控面板102，用来根据多个载波感应信号R1～RN，产生多个触控信号A1～AN及多个相位延迟φ1～φN。因此，触控面板102可根据触控信号A1～AN及多个相位延迟φ1～φN，侦测一触控事件。

载波触控系统10可操作于一常规扫描模式或一相位校正模式。在实际应用中，当触控面板102制作完成后，其物理特性可视为固定值，据此，若载波触控系统10的操作环境在一段时间内未发生变动，则相位延迟φ1～φN可视为常数。因此，载波触控系统10只需在必要时操作于相位校正模式即可，例如下列情况：(1)初次开机时的初始化程序；(2)操作于一段时间后，例如定期校正；(3)操作效能或操作频率改变时；以及(4)侦测到异常噪声时。

进一步地，解调电路100的电路结构可随着操作模式的变动而改变。具体而言，若载波触控系统10操作于相位校正模式，则解调电路100可对多个载波感应信号R1～RN同时执行同相(in-phase)解调及正交(quadrature)解调，以产生并储存多个相位延迟信息。或者，若载波触控系统10操作于常规扫描模式，则解调电路100可根据多个相位延迟信息，对多个载波感应信号R1～RN单独执行同相解调，以产生触控信号A1～AN。

图2为本发明实施例当载波触控系统10操作于相位校正模式时的一解调电路200的示意图。解调电路200可取代图1的解调电路100，包含一正交解调电路204、一信号处理电路201、一运算电路202以及一相位表203。

在结构上，正交解调电路204耦接于触控面板102，用来对多个载波感应信号R1～RN执行同相解调及正交解调，以产生多个同相感应信号R1_I～RN_I及多个正交感应信号R1_Q～RN_Q。信号处理电路201耦接于正交解调电路204、运算电路202及相位表203，用来侦测触控面板102上的触控事件，以根据同相感应信号R1_I～RN_I及正交感应信号R1_Q～RN_Q，产生多个同相触控信号A1_I～AN_I及多个正交触控信号A1_Q～AN_Q。

信号处理电路201还用来侦测同相感应信号R1_I～RN_I及正交感应信号R1_Q～RN_Q是否遭受异常噪声所干扰，以产生一相位校正指标CAL。运算电路202耦接于信号处理电路201及相位表203，用来根据同相触控信号A1_I～AN_I及正交触控信号A1_Q～AN_Q，产生触控信号A1～AN。信号处理电路201还用来根据同相触控信号A1_I～AN_I及触控信号A1～AN，产生相位延迟信息cos(φ1)～cos(φN)。

相位表203耦接于信号处理电路201及运算电路202，用来储存相位延迟信息cos(φ1)～cos(φN)，以及在相位校正指标CAL指示须进行相位校正程序时，更新相位延迟信息cos(φ1)～cos(φN)。相位表203可为一内存装置或一寄存器数组。

在操作上，由于制作工艺、操作模式、环境温度、湿度、噪声干扰以及触控事件的发生等因素会影像触控面板102的操作效能，因此载波感应信号R1～RN在时域的波形可以下列方程式来表示。

其中，X为1～N的正整数；t为时间；m为载波频率的数量(意即载波感应信号RX可包含m个频率分量；R_i为第i个实际触控信号；ωi为第i个载波频率；φ_i为第i个实际相位延迟；而ε(t)为常规噪声。

正交解调电路204包含解调单元204_1～204_N及载波信号产生器205_I、205_Q。载波信号产生器205_I、205_Q用来分别产生载波信号cos(ω_it)及sin(ω_it)。每个解调单元204_1～204_N的电路架构及功能皆相同，以解调单元204_1为例，其包含一互阻放大器(Trans-Impedance Amplifier，TIA)、一仿真数字转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)、第一乘法器、第二乘法器、第一低通滤波器(Low Pass Filters，LPFs)及第二低通滤波器。载波感应信号R1可通过互阻放大器来进行直流补偿，再通过仿真数字转换器转换为数字信号，以产生一补偿载波感应信号R1C。据此，方程式(20.1)可改写如下。

其中，C_i为载波感应信号RX的第i个直流补偿。

补偿载波感应信号R1C与载波信号cos(ω_it)相乘后，再通过低通滤波器过滤，可产生同相感应信号R1_I。同时，补偿载波感应信号R1C与载波信号sin(ω_it)相乘后，再通过低通滤波器过滤，可产生正交感应信号R1_Q。同相感应信号RX_I及正交感应信号RX_Q可分别以下列方程式表示。

正交解调电路204的转换方程式可以下列方程式表示。

其中，V(t)≡[cos ω₁t … sin ω₁t … 1 …]^T；P为时间；β_i为同相感应信号RX_I的第i个分量；而b_i为正交感应信号RX_Q的第i个分量。β_i及b_i可分别以下列方程式表示。

请注意，由统计学观点审视方程式(20.5)可知，补偿感应信号RXC(t)或感应信号RX(t)的m个频率分量彼此为线性独立关系，因此补偿感应信号RXC(t)可视为一线性方程组。假设补偿感应信号RXC(t)是由m个线性回归模型所组成的线性方程组，当补偿感应信号RXC(t)遭受常规噪声ε(t)所干扰时，可通过最小平方法(Least Square Method)来得到一组具有最小平方误差(least square errors)的线性方程组。方程式(20.5)即为通过最小平方法来求得上述线性方程组的一目标方程组的解。上述目标方程组可以下列方程式表示。

其中，方程式(20.7)包含K个估计线性回归模型；而P为时间。

信号处理电路201可进一步处理同相感应信号R1_I～RN_I及正交感应信号R1_Q～RN_Q，以侦测触控事件以及判断同相感应信号R1_I～RN_I及正交感应信号R1_Q～RN_Q是否受到噪声干扰。

信号处理电路201包含一第一信号处理信道210以及一第二信号处理信道212。第一信号处理信道210包含一第一矩阵算子211以及一译码器213。第二信号处理信道212包含一第二矩阵算子214以及一译码器216。第一信号处理信道210用来通过第一矩阵算子211，根据同相感应信号R1_I～RN_I，产生同相触控信号A1_I～AN_I。第二信号处理信道212用来通过第二矩阵算子214，根据正交感应信号R1_Q～RN_Q，产生正交触控信号A1_Q～AN_Q。译码器213及216用来侦测同相感应信号R1_I～RN_I及正交感应信号R1_Q～RN_Q是否遭受异常噪声干扰，以产生相位校正指标CAL。

同相触控信号A1_I～AN_I及正交触控信号A1_Q～AN_Q可分别以下列方程式表示。

其中，A_i为实际触控信号R_i的第i个估计值。

根据方程式(20.6)及(20.7)可知，触控信号AX及相位延迟φX分别为实际触控信号R_i及实际相位延迟φ_i的估计值，且可满足下列方程式。

其中，方程式(22.1)为运算电路202的一第一转换方程式。运算电路202包含二平方器(squarer)220及221，一加法器222以及一平方根产生器224，用来执行转换方程式(22.1)，以产生触控信号A1～AN。

方程式(22.2)为运算电路202的一第二转换方程式。信号处理电路201还包含一除法器225。除法器225耦接于平方根产生器224、二平方器220及相位表203，用来将同相触控信号A1_I～AN_I除以触控信号A1～AN，以产生相位延迟信息cos(φ1)～cos(φN)。

请注意，由于分量β_i及b_i含有共同变量(即，相位延迟φ_i)，因此方程式(20.6)假设分量β_i及b_i为线性相依关系。在此情况下，解调电路204必须对补偿感应信号RXC(t)同时进行同相解调及正交解调，以得到相位延迟φ1～φN(或相位延迟信息cos(φ1)～cos(φN))的准确估计值，如此可确保解调出的触控信号A1～AN的完整性。

简言之，解调电路200是在最小平方法的基础上，对载波感应信号R1～RN执行同相解调及正交解调所设计，因此在面板遭受常规噪声ε(t)干扰时，可得到触控信号A1～AN及相位延迟φ1～φN具有最小平方误差的估计值。换言之，通过解调运算，触控信号A1～AN及相位延迟φ1～φN的估计值可被精确计算出，以确保电子装置整合载波触控系统10后续执行触控的相关功能问题信号。此外，以直流信号C_i补偿载波感应信号R1～RN的作法，可增加触控信号A1～AN的估计值的信号强度，等效上常规噪声ε(t)的信号强度可被有效降低，以提升载波触控系统10的信杂比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)。

图3为本发明实施例当载波触控系统10操作于常规扫描模式时的一解调电路300的示意图。解调电路300可取代图1的解调电路100。解调电路300包含一同相解调电路304、一信号处理电路301、一运算电路302、一相位表303以及一输出缓冲器306。

解调电路300是源自于解调电路200，而可共享解调电路200的电路组件。在解调电路200中，用来进行正交解调操作以产生正交感应信号R1_Q～RN_Q的相关组件处于关闭状态，因此第二信号处理信道212、载波信号产生器205_Q、乘法器及低通滤波器处于关闭状态，而未包含在图3的解调电路300中。

在操作上，同相解调电路304对载波感应信号R1～RN执行同相解调，以产生同相载波感应信号R1_I～RN_I。信号处理电路301根据第一信号处理信道210，侦测触控面板102上的触控事件，以及通过第一矩阵算子211，根据同相感应信号R1_I～RN_I，产生同相触控信号A1_I～AN_I。信号处理电路301还侦测同相载波感应信号R1_I～RN_I是否遭受异常噪声干扰，以产生相位校正指标CAL。运算电路302根据方程式(22.1)，将同相触控信号A1_I～AN_I除以相位延迟信息cos(φ1)～cos(φN)，以产生触控信号A1～AN，此时运算电路302仅包含除法器225。换言之，运算电路202的平方器220及221、加法器222及平方根产生器224为关闭状态。输出缓冲器306耦接于运算电路302的除法器225，用来暂存触控信号A1～AN，以为后续信号处理做准备。

简言之，当操作于常规扫描模式时，解调电路300仅对载波感应信号R1～RN进行同相解调。由于相位延迟信息cos(φ1)～cos(φN)为已知参数，并且储存于相位表303中，因此运算电路302可根据方程式(22.1)，通过将同相触控信号A1_I～AN_I除以相位延迟信息cos(φ1)～cos(φN)，以产生触控信号A1～AN。因此，相较于相位校正模式(即，图2的解调电路200)的相关运算操作，解调电路300的运算操作较简单，如此可降低载波触控系统10的整体电源消耗，以达到省电的目的。

图4为本发明实施例当载波触控系统10操作于常规扫描模式时的一解调电路400的示意图。解调电路400可取代图1的解调电路100，包含同相解调电路304、信号处理电路301、一运算电路402、一相位表403以及一输出缓冲器406。

解调电路300及400的电路架构相似，差别之处在于解调电路400预先将同相触控信号A1_I～AN_I储存于输出缓冲器406，之后再通过运算电路402产生触控信号A1～AN。

输出缓冲器406耦接于信号处理电路301及运算电路402之间，用来暂存同相触控信号A1_I～AN_I及触控信号A1～AN。运算电路402包含一除法器425，耦接于输出缓冲器406及相位表403，用来将同相触控信号A1_I～AN_I除以相位延迟信息cos(φ1)～cos(φN)，以产生触控信号A1～AN。

图2及图3的除法器225可由硬件电路所实现，通过硬件电路进行实时运算的速度较快，但此方式所需的硬件面积较大。图4的除法器425可由软件程序所实现，解调电路400通过软件程序进行运算的速度较慢，但此方式所需的硬件面积较小。

图5为本发明实施例当载波触控系统10操作于常规扫描模式时的一解调电路500的示意图。解调电路500可取代图1的解调电路100，解调电路500包含一同相解调电路504、一信号处理电路501、一相位表503以及一输出缓冲器506。

在结构上，同相解调电路504耦接于相位表503及信号处理电路501，用来根据载波感应信号R1～RN及相位延迟信息cos(φ1)～cos(φN)，产生多个原始触控信号A1’～AN’。信号处理电路501耦接于输出缓冲器506及同相解调电路504，用来根据原始触控信号A1’～AN’，产生触控信号A1～AN。输出缓冲器506耦接于信号处理电路501，用来暂存触控信号A1～AN。

同相解调电路504使用含有相位延迟φ1～φN的同相载波信号，对载波感应信号R1～RN执行同相解调，以产生多个原始触控信号A1’～AN’。同相解调电路504包含一复用器540、同相载波信号产生器540_1～540_N及解调单元504_1～504_N。复用器540耦接于相位表503及同相载波信号产生器540_1～540_N，用来从相位表503中读取相位延迟信息cos(φ1)～cos(φN)，以及分别传送相位延迟信息cos(φ1)～cos(φN)至同相载波信号产生器540_1～540_N。同相载波信号产生器540_1～540_N分别耦接于解调单元504_1～504_N，用来产生包含相位延迟φ1～φN的同相载波信号，其可表示为cos(ω_it+φ_i)。每一解调单元504_1～504_N包含互阻放大器、仿真数字转换器、乘法器及低通滤波器，用来根据载波感应信号R1～RN及包含相位延迟φ1～φN的同相载波信号，产生原始触控信号A1’～AN’。在处理电路501对原始触控信号A1’～AN’进行信号处理以产生触控信号A1～AN后，触控信号A1～AN可暂存于输出缓冲器506中。

请注意，由于同相解调电路504可在进行同相解调程序时，滤除相位延迟φ1～φN的频率分量，因此原始触控信号A1’～AN’仅包含直流信号分量。在此情况下，解调电路500不须使用运算电路来进行同相解调及正交解调(相当于关闭图2的运算电路202的情况)，如此虽可提升解调电路500的指令周期，但须增设复用器540及同相载波信号产生器540_1～540_N。

在图3至图5的实施例中，信号处理电路301、401或501还侦测同相感应信号A1_I～AN_I或原始触控信号A1’～AN’是否被异常噪声所干扰，以产生相位校正指标CAL至相位表303、403或503，其中载波触控系统10可根据相位校正指针CAL，从常规扫描模式切换至相位校正模式。

图6为本发明实施例载波触控系统10切换操作模式的示意图。当操作于相位校正模式时，载波感应系统10可扫描帧影像F1、F7、F12、F13及F19；反之，当操作于常规扫描模式时，载波感应系统10可扫描帧影像F2～F6、F8～F11、F14～F18及F20～F23。T为一校正周期，而t为时间。如图6所示，在初次开机时，载波触控系统10执行对第一个帧影像F1相位校正程序，以执行初始化程序。若载波触控系统10在周期T内的环境条件(例如，温度、湿度、操作频率等)不变，则载波触控系统10可周期性地执行相位校正程序，以更新相位表储存的相位延迟信息cos(φ1)～cos(φN)。若载波触控系统10在周期T内的环境条件改变(例如，跳频，或在扫描帧影像F11时侦测到异常噪声)，则载波触控系统10在扫描帧影像12及13时同步执行相位校正程序，并在相位校正程序完成后切换回常规扫描模式。

综上所述，本发明的载波触控系统可操作于相位校正模式或常规扫描模式，其中解调电路的电路架构可依据不同操作模式而改变。当操作于相位校正模式时，解调电路是在最小平方法的基础上，对载波感应信号执行同相解调及正交解调所设计，以得到触控信号相位延迟具有最小平方误差及最大信号完整度的估计值。另一方面，当操作于常规校正模式时，解调电路根据储存在相位表的相位延迟信息，对载波感应信号执行同相解调，以得到触控信号。如此一来，由于跟正交解调操作的相关组件已被关闭，因此可降低载波触控系统的整体电源消耗，以达到省电的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。