触控感测电路及信号解调变方法与流程

本发明涉及一种电子电路以及信号处理方法，尤其涉及一种触控感测电路及信号解调变方法。

背景技术：

随着触控面板技术的发展，触控面板广泛地被运用于电子装置的屏幕中，例如移动电话、笔记本电脑、以及平板电脑。触控面板让使用者可更方便地输入或操作电子装置，并且使操作接口更加友善且方便。

一般而言，可携式触控面板的电极结构包括多个扫描电极以及多个感测电极。在实际应用方面，扫描电极用以接收面板控制器/驱动器所输入的驱动信号，以驱动触控面板感测使用者的触碰。感测电极用以产生对应于使用者触碰的触控感测信号。在目前的技术中，模拟前端(analogfront-end，简称afe)硬件模块用来作为多种传感器至数字系统的接口，以提供模块化的硬件。对于触控感测电路而言，afe电路也用以利用补偿电容来补偿触控感测信号。然而，补偿电容占用了大量的电路区块，增加制造成本。此外，触控感测电路以正弦波信号来解调变触控感测信号。因此，设置用以进行信号解调变的高位多任务器有其必要性。然而，设置高位多任务器会增加触控感测电路的复杂度，也降低了电路的效能。

基此，如何设计简化的触控感测电路，并在不增加制造成本的情形下得到满意的电路效能是在所属领域中非常重要的课题之一。

技术实现要素：

基于上述，本发明涉及一种触控感测电路及信号解调变方法，能够简化电路结构，并加强电路的效能。

本发明提供一种包括多个触控感测信道的触控感测电路。各触控感测信道包括至少一运算放大电路以及解调变电路。运算放大电路用以接收触控感 测信号，并放大触控感测信号。运算放大电路包括运算放大器。运算放大器具有反向端，且反向端耦接至直流电压。解调变电路耦接至运算放大电路，用以藉由混合被放大的触控感测信号以及解调变信号，以解调变被放大的触控感测信号。解调变信号的波形包括平坦区。

在本发明的一范例实施例中，至少一运算放大电路包括多个运算放大电路。各触控感测信道包括多任务器电路。多任务器电路耦接在运算放大电路以及解调变电路之间。多任务器电路用以依序选择运算放大电路其中之一，并传递被放大的触控感测信号至解调变电路。

在本发明的一范例实施例中，未被选择的运算放大电路被禁能以停止工作。

在本发明的一范例实施例中，被放大的触控感测信号为具有一周期的周期性信号。解调变电路在此周期的部分时间区间当中，解调变被放大的触控感测信号以从被放大的触控感测信号中提取载波信号。

在本发明的一范例实施例中，运算放大器更具有非反向端以及输出端。非反向端耦接至接地电压。运算放大电路还包括阻抗器。阻抗器耦接在反向端以及输出端之间。

在本发明的一范例实施例中，解调变电路包括混频电路、滤波电路以及增益放大电路。混频电路耦接至至少一运算放大电路。混频电路用以接收并混合被放大的触控感测信号及解调变信号，以产生被解调变的触控感测信号。滤波电路耦接至混频电路。混频电路用以接收被解调变的触控感测信号，并降低被解调变的触控感测信号的噪声。增益放大电路耦接至滤波电路。增益放大电路用以接收并放大被解调变的触控感测信号，以降低噪声。

在本发明的一范例实施例中，解调变电路还包括模拟数字转换电路。模拟数字转换电路耦接至混频电路，并设置于混频电路之前或之后。模拟数字转换电路用以转换模拟形式的触控感测信号为数字形式的触控感测信号。

本发明提供一种信号解调变方法，适于触控感测电路。此信号解调变方法包括：接收至少一触控感测信号，并藉由利用直流电压来补偿所接收的触控感测信号，以放大触控感测信号；以及藉由混合被放大的触控感测信号以及解调变信号，解调变被放大的触控感测信号。解调变信号的波形包括平坦区。

kkk明的一范例实施例中，至少一触控感测信号包括多个触控感测信号。信号解调变方法还包括依序选择被放大的该触控感测信号的其中之一以解调变。

在本发明的一范例实施例中，被放大的触控感测信号为具有一周期的周期性信号。在藉由混合被放大的触控感测信号以及解调变信号，以解调变被放大的触控感测信号的步骤中，于此周期的部分时间区间中，被放大的触控感测信号被解调变，以从被放大的触控感测信号中提取载波信号。

在本发明的一范例实施例中，藉由混合被放大的触控感测信号以及解调变信号，以解调变被放大的触控感测信号的步骤包括：混合被放大的触控感测信号以及该解调变信号，以产生被解调变的触控感测信号；降低被解调变的触控感测信号的噪声；以及放大被解调变的触控感测信号，以降低噪声。

在本发明的一范例实施例中，藉由混合被放大的触控感测信号以及解调变信号，以解调变被放大的触控感测信号的步骤还包括：在混合被放大的触控感测信号以及解调变信号，以产生被解调变的触控感测信号的步骤之前或之后，转换模拟形式的触控感测信号为数字形式的触控感测信号。

基于上述，在本发明的范例实施例中，运算放大电路利用直流电压来补偿所接收的触控感测信号，并且解调变电路利用波形包括平坦区的解调变信号来解调变被放大的触控感测信号，以简化电路结构，并强化电路效能。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1及图2分别显示本发明一范例实施例的电容式触控感测及其等效电路示意图；

图3显示本发明一范例实施例的触控感测信道的方框示意图；

图4至图8分别显示本发明多个范例实施例的解调变模块的波形示意图；

图9显示本发明一范例实施例的触控感测信道的电路示意图；

图10至图11分别显示本发明多个范例实施例的信号解调变的概要示意图；

图12显示本发明另一范例实施例的触控感测信道的电路示意图；

图13显示本发明另一范例实施例的触控感测信道的电路示意图；

图14显示本发明另一范例实施例的触控感测信道的电路示意图；

图15显示本发明一范例实施例的信号解调变方法的步骤流程图。

附图标记：

100:电容式触控面板

110：扫描电极

112：驱动信号

114：触控感测信号

116：已处理的触控感测信号

120：感测电极

200：手势

300：触控感测电路

310、410、510、610、710：触控感测信道

312、412、512、612、712_1～712_4：运算放大电路

314：解调变电路

411、511、611：运算放大器

413、513、613：阻抗器

414、514、614、714：解调变电路

415、515、615：混频电路

417、517、617：滤波电路

419、519、619：增益放大电路

500：信号产生电路

516、616：模拟数字转换电路(adc)

716：多任务器电路

fr0、fr1、fr2、fr3、fr4：平坦区

s500、s510：信号解调变方法的步骤

t：周期

t1、t2：部分时间区间

vdc：直流电压

vde、vde0、vde1、vde2、vde3、vde4：解调变信号

vs、vs1、vs2、vs3、vs4：被放大的触控感测信号

vs10、vs11：周期性信号

vs’：被解调变的触控感测信号

c、cds、cd、cref、cs、csf：电容

rref：电阻

具体实施方式

在以下的本发明的范例实施例中阐述了本发明的更多细部的参照说明，这些范例实施例将会结合图式进行说明。在图式以及说明内容中，相同或相似的部分会标示相同的参照数字。

在本案说明书全文(包括申请专利范围)中所使用的“耦接”一词可指任何直接或间接的连接手段。举例而言，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则应该被解释成该第一装置可以直接连接于该第二装置，或者该第一装置可以通过其他装置或某种连接手段而间接地连接至该第二装置。此外，“信号”一词可指至少一电流、电压、电荷、温度、数据、电磁波或任何其他一或多个信号。

图1及图2分别显示本发明一范例实施例的电容式触控感测及其等效电路示意图。请参考图1以及图2，本范例实施例的电容式触控面板100包括以数组方式排列的多个触控电极。触控电极可区分为扫描电极110以及感测电极120。触控控制器/驱动器输出驱动信号112至扫描电极110，以驱动感测电极120检测手势200。手势200在电容式触控面板100上执行，并且改变在扫描电极110及感测电极120之间手势200触碰的区域的表面电容。感测电极120感测其电容变化，并传递触控感测信号114至触控感测电路300。与手势200相关的信息会承载在触控感测信号114之上。在本发明的一实施例中，触控感测电路300可包括多个触控感测信道，用以处理来自不同行或列的感测电极120的触控感测信号114。

图3显示本发明一范例实施例的触控感测信道的方框示意图。请参考图3，本实施例的触控感测信道310可作为模拟前端(analogfront-end，简称afe)电路，用以处理接收到的感测信号114，并且进一步输出已处理的触控感测信号116给下一级电路。在本发明的一实施例中，触控感测信道310可包括 一组模拟信号调节电路，其使用运算放大器、滤波器，且在特定情况，使用作为传感器的特定应用集成电路以及可供调整且具有弹性的电性功能模块的其他电路，以满足各种传感器需要连接至数字模拟转换器，或者在特定情况下连接至微处理器的接口需求。。

在本范例实施例中，触控感测信道310包括运算放大器电路312以及解调变电路314。运算放大器电路312接收并放大触控感测信号114，并且输出被放大的触控感测信号vs至解调变电路314。解调变电路314耦接至运算放大电路312。解调变电路314藉由混合被放大的触控感测信号vs以及解调变信号vde，以解调变被放大的触控感测信号vs。在本范例实施例中，解调变信号vde的波形具有一平坦区。在一实施例中，解调变信号vde可以为方波，但本发明并不限于此。任何具有平坦区的信号波形，都可以作为解调变信号。

图4至图8分别显示本发明多个范例实施例的解调变模块的波形示意图。请参考图4至图8，在这些范例实施例中，每一个解调变信号都包括平坦区。举例来说，图4所显示的解调变信号vde0为具有相对宽的平坦区fr0的方波。图5所显示的解调变信号vde1包括平坦区fr1，并且具有两个斜率渐变的边。图6所显示的解调变信号vde2包括平坦区fr2，并且具有两个斜率固定的边。图7所显示的解调变信号vde3包括平坦区fr3，并且具有斜率固定的左边以及斜率渐变的右边。图8所显示的解调变信号vde4包括平坦区fr4，并且具有斜率渐变的左边以及斜率固定的右边。然而，前述的波形不用以限定本发明，可根据不同的设计进行调整。

图9显示本发明一范例实施例的触控感测信道的电路示意图。请参考图9，本实施例的运算放大电路412包括运算放大器411以及阻抗器413。运算放大器411具有反向端、非反向端以及输出端。反向端耦接至直流电压vdc。非反向端耦接至接地电压。阻抗器耦接在反向端及输出端之间。在本范例实施例中，反向端耦接至直流电压vdc以为信号补偿，因此，无需配置补偿电容。运算放大电路412的电路结构可进一步简化。

在本范例实施例中，运算放大电路412放大触控感测信号114，并输出被放大的触控感测信号vs至解调变电路414。在本范例实施例中，解调变电路414包括混频电路415、滤波电路417以及增益放大电路419。混频电路415耦接至运算放大电路412。混频电路415接收并混合被放大的触控感测信 号vs及解调变信号vde，以产生被解调变的触控感测信号vs’。滤波电路417耦接至混频电路415。滤波电路417接收被解调变的触控感测信号vs’，并降低被解调变的触控感测信号vs’的噪声。增益放大电路419耦接至滤波电路417，增益放大电路419接收并放大被调解的触控感测信号vs’，以降低噪声。增益放大电路419输出已处理的触控感测信号116给下一级电路。

在本范例实施例中，解调变信号vde是藉由信号产生电路500来产生。信号产生电路500可以被设置在解调变电路414之内，或设置在解调变电路414之外。本发明并不限于此。此外，本范例实施例的解调变信号vde可以为方波，且其波形包括一平坦区。因此，用以混合被放大的触控感测信号vs以及解调变信号vde的混频电路415可包括低位乘法器，用以进行信号解调变。

在本范例实施例中，混频电路415、滤波电路417、增益放大电路419以及信号产生电路500可分别由所属技术领域的任一种适合的混频电路、滤波电路、增益放大电路以及信号产生电路的电路结构来加以实施，本发明并不加以限制。因此，混频电路415、滤波电路417、增益放大电路419以及信号产生电路500，其内部电路结构及其实施方式可以由所属技术领域的公知常识获致足够的启示、建议与实施说明，因此不再赘述。

图10至图11分别显示本发明多个范例实施例的信号解调变的概要示意图。请参考图10至图11，在本范例实施例中，被放大的触控感测信号vs可以是具有周期t的周期性信号vs10或周期性信号vs11。在本实施例中，利用解调变信号vde1，解调变电路414解调变被放大的触控感测信号vs，以于周期t的部分时间区间t1或时间区间t2期间，从被放大的触控感测信号vs当中提取载波信号，其包括与手势200相关的信息。以图10所显示的信号解调变为例，载波信号被提取的部分时间区间t1实质上位于高准位的中间区域，因此，降低在本实施例中时基误差(timejitter)的问题。利用其他解调变信号vde0、解调变信号vde2至解调变信号vde4来解调变被放大的触控感测信号vs可以依此类推，于此处不再赘述。

图12显示本发明另一范例实施例的触控感测信道的电路示意图。请参考图12，本实施例的触控感测信道510类似于图9所显示的触控感测信道410，两个主要的差异例如在于解调变电路514还包括模拟数字转换电路516。模 拟数字转换电路516位于混频电路515之前，并连接在运算放大器511及混频电路515之间。模拟数字转换电路516将模拟形式的触控感测信号vs转换为数字形式的触控感测信号vs。在另一实施例中，模拟数字转换电路亦可以设置于混频电路之后。

图13显示本发明另一范例实施例的触控感测信道的电路示意图。请参考图13，本实施例的触控感测信道610类似于图9所显示的触控感测信道410，两个主要的差异例如在于解调变电路614还包括模拟数字转换电路616。模拟数字转换电路616位于混频电路615之后，并连接在混频电路615及滤波电路617之间。模拟数字转换电路616将模拟形式的被解调变的触控感测信号vs’转换为数字形式的被解调变的触控感测信号vs’。

图14显示本发明另一范例实施例的触控感测信道的电路示意图。请参考图14，本实施例的触控感测信道710类似于图3所显示的触控感测信道310，两个主要的差异例如在于触控感测信道710包括多个运算放大电路712_1至712_4，且还包括多任务器电路716。

在本实施例中，多任务器电路716耦接在运算放大电路712_1至712_4与解调变电路714之间。多任务器电路714依序选择运算放大电路712_1至712_4其中之一，并传递被放大的触控感测信号vs1、被放大的触控感测信号vs2、被放大的触控感测信号vs3或被放大的触控感测信号vs4至解调变电路714用以进行信号解调变。在本实施例中，触控感应信道710以分时多任务(time-divisionmultiplexing，tdm)的方式解调变被放大的触控感测信号vs1至vs4。多任务器电路714可以以依序或随机的方式来解调变被放大的触控感测信号vs1至vs4，以输出已处理的触控感测信号。

举例来说，多任务器电路716可以选择运算放大电路712_1。运算放大电路712_2至712_4被禁能。运算放大电路712_1传送被放大的触控感测信号vs1至多任务器电路716，而多任务器电路716传递被放大的触控感测信号vs1至解调变电路714用以进行信号解调变。在此同时，运算放大电路712_2至712_4可被禁能以停止工作，因此，运算放大电路712_2至712_4不会传递被放大的运算感测信号vs2至vs4至多任务器电路716。接着，多任务器电路716会选择运算放大电路712_2。运算放大电路712_1、运算放大电路712_3以及运算放大电路712_4被禁能。运算放大电路712_2传递被放 大的触控感测信号vs2至多任务器电路716，且多任务器电路716传递被放大的触控感测信号vs2至解调变电路714用以进行信号解调变。运算放大电路712_3及运算放大电路712_4的运作可以依此类推，于此不再赘述。

在本实施例中，若运算放大电路712_1至712_4其中之一为致能，其余的运算放大器则为禁能。藉由采用分时多任务的方式来进行信号解调变，解调变电路714的滤波电路将可更为简化。举例来说，其只读存储器(rom)表格相对较小。

在本范例实施例中，运算放大电路712_1至712_4、多任务器电路716以及解调变电路714可分别由所属技术领域的任一种适合的运算放大电路、多任务器电路以及解调变电路的电路结构来加以实施，本发明并不加以限制。在一实施例中，运算放大电路712_1至712_4以及解调变电路714可利用图9、图12或图13所显示的运算放大电路以及解调变电路来加以实施。因此，运算放大电路712_1至712_4、多任务器电路716以及解调变电路714，其内部电路结构及其实施方式可以由所属技术领域的公知常识获致足够的启示、建议与实施说明，因此不再赘述。

图15显示本发明一范例实施例的信号解调变方法的步骤流程图。请参考图9及图15，信号解调变方法至少适于图9的触控感测信道410，但本发明并不限于此。信号调解方法至少包括下列的步骤。在步骤s500中，触控感测信道410接收触控感测信号114，并藉由利用直流电压vdc来补偿所接收的触控感测信号114，以放大触控感测信号114。在步骤s510中，触控感测信道410藉由混合被放大的触控感测信号vs’以及波形包括平坦区的解调变信号vde，以解调变被放大的触控感测信号vs，从而输出已处理的触控感测信号116。

另外，本发明的实施例的信号调变方法可以由图1至图14实施例的叙述中获致足够的启示、建议与实施说明，因此不再赘述

综上所述，在本发明的范例实施例中，运算放大电路利用直流电压来补偿所接收的触控感测信号，因此，无需配置补偿电容。运算放大电路的电路结构可进一步简化。解调变电路利用低位多任务器以波形包括平坦区的解调变信号来对被放大的触控感测信号进行解调变。因此，电路的效能可被强化。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属 技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的改动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求界定范围为准。