触摸感测装置及其驱动方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及触摸感测装置及其驱动方法。
【背景技术】
[0002] 目前，主要使用电阻式触摸屏、表面声波（SAW)触摸屏和电容式触摸屏。电容式触 摸屏能够感测多个触摸并具有极好的耐久性、灵敏性等。因此，目前的趋势是采用电容式触 摸屏作为移动装置的主要的输入单元。
[0003] 电容式触摸屏感测因触摸屏面板上电容式传感器中的用户干扰而造成的电荷量 的变化，从而识别用户的输入。电容式触摸屏根据电荷累积法分为自电容式和互电容式。在 自电容式触摸屏中，各个电容式传感器构成一个电导体并与触摸屏面板之外的参考地表面 一起形成带电表面。另一方面，在互电容式触摸屏中，触摸屏面板上的两个电导体形成带电 表面并且用作一个电容式传感器。
[0004] 一般的自电容式触摸屏采用电导体的正交X/Y排列，并且在这种情况下，各个电 容式传感器起到线传感器的作用。因此，每当触摸屏尝试感测触摸时，就分别由X线传感器 组和Y线传感器组提供仅一个X感测信息和一个Y感测信息。因此，一般的自电容式触摸 屏能够感测并跟踪单个触摸，但无法支持多个触摸。互电容式触摸屏也采用电导体的正交 X/Y排列，但是与自电容式触摸屏的区别在于，各个电容式传感器在电导体以直角交叉的每 个位置处被配置为栅格传感器的形式，并且在尝试检测触摸屏上的用户输入时，分开感测 所有栅格传感器的响应。因为各个栅格传感器对应于不同的X/Y坐标并且提供分开的响 应，所以互电容式触摸屏可以从由X/Y栅格传感器组提供的X/Y感测信息提取用户的输入 信息，以感测并跟踪用户的多个触摸。
[0005] -般的互电容式触摸屏面板具有以下电导体构造和感测方法。由沿任意一个方向 延伸的电导体组成的第一电极和由沿以直角与第一电极交叉的方向延伸的电导体组成的 第二电极形成互电容式传感器，介电材料插入在第一电极与第二电极之间。当第一电极与 第二电极之间的距离是d、带电表面的面积是a并且带电表面之间的所有介电材料的等效 渗透率是时，各个传感器的电容C被定义为C = a/d，并且与传感器中累积的电荷量Q和施 加于两个电极/带电表面的电势差（电压）V具有Q = CV的关系。当用户接近传感器时， 干扰出现在两个电极之间所形成的电场中，并且妨碍传感器中电荷的累积。然后，传感器中 累积的电荷量减少，因此，电容减小。这可以被理解为由带电表面之间的等效渗透率的变化 (该等效渗透率的变化由用户的接近造成）而造成的电容变化，但实际上是一种带电表面 之间的电场的一部分由于用户的接近而分流并且电荷/累积电荷量减小的物理现象。当交 流（AC)波形通过将AC电压源连接到第一电极而应用于传感器的一个带电表面时，对应于 Q = CV的电荷量的变化Q相对于根据用户的接近程度而变化的C而出现，并且连接到第二 电极的读出电路将变化Q转换为电流或电压。这样转换的信息通常经过信号处理操作（诸 如噪声过滤、解调、数字化和累积），然后用于坐标跟踪算法和姿势识别算法。美国专利第 7, 920, 129号公开了这种电容式触敏面板。
【发明内容】
[0006] 当物体触摸触摸面板时由触摸面板输出的信号是通过物体分流形成在驱动电极 与感测电极之间的电场通量而产生的、并且由从信号源施加于驱动电极的驱动信号来调制 的电流信号。现有的触摸感测装置利用积分器来积分从触摸面板输出的电流信号，从而将 电流信号转换成电压的形式。而且，触摸感测装置用于各种环境，由此基于使用触摸感测装 置的环境受到噪声影响。
[0007] 为了提高信噪比（SNR)，与噪声相比，施加了经由触摸物体获得的触摸信号的积分 器的输出信号应当摆动到最大程度。根据相关技术，为了获得大SNR，使用充电泵来放大驱 动信号的幅度，然后将驱动信号施加于驱动电极。然而，当如相关技术中使用充电泵时，应 当在芯片外部准备多个大容量电容器，并且应当进一步形成用于将电容器与芯片连接的多 个芯片针脚，这是不经济的。
[0008] 另外，由触摸面板输出的电流信号经由积分器被转换为电压信号，并且电压信号 施加于模数转换器（ADC)并且被转换为数字信号，或者利用解调器被解调成直流（DC)域， 然后被ADC转换。
[0009] 为了将由这种相关技术的积分器输出的电压信号直接施加于ADC并且将电压信 号转换成数字信号，需要以高工作频率工作的高性能ADC，这在芯片尺寸和功耗方面是不经 济的。而且，即使在解调由积分器输出的信号以便下转换，然后将下转换后的信号输入到 ADC并转换成数字信号时，芯片区域需要形成解调器，并且在功耗方面是不经济的。
[0010] 本发明致力于提供一种触摸感测装置，该触摸感测装置包括电荷放大器，该电荷 放大器能够获得以大幅度摆动的信号并且产生高信噪比（SNR)，而不增大驱动信号的幅度， 也不需要形成在芯片外部的充电泵。
[0011] 本发明还致力于提供一种能够在不使用高性能模数转换器（ADC)或混合器的情 况下下转换由高频调制的触摸信号的触摸感测装置。
[0012] 本发明还致力于提供一种能够克服上述相关技术的缺点的触摸感测装置的驱动 方法。
[0013] 根据本发明的一个方面，提供了一种触摸感测装置，该触摸感测装置包括：信号 源，该信号源被配置为输出驱动信号；触摸面板，该触摸面板被配置为由所述信号源所输出 的所述驱动信号驱动并输出使用所述驱动信号产生的电流信号；电荷放大器，该电荷放大 器被配置为将由所述触摸面板输出的所述电流信号转换成电压信号；以及控制器，该控制 器被配置为控制所述电荷放大器被周期性地重置。
[0014] 根据本发明的另一个方面，提供了一种驱动触摸感测装置的方法，该方法包括以 下步骤：向触摸面板施加驱动信号；输出使用所述施加的驱动信号产生的电流信号；以及 使用电荷放大器来转换所述电流信号。所述电荷放大器被周期性地重置，以转换所述电流 信号。
[0015] 根据本发明的另一个方面，提供了一种触摸感测装置，该触摸感测装置包括：信号 源，该信号源被配置为输出具有边沿的驱动信号；触摸面板，该触摸面板被配置为接收所述 驱动信号并且输出由所述驱动信号调制的电流信号；信号转换单元，该信号转换单元被配 置为将由所述触摸面板输出的所述电流信号转换成电压信号；以及控制器，该控制器被配 置为控制所述信号转换单元，使得所述驱动信号的所述边沿施加于所述触摸面板的时间点 包括在信号转换单元重置时段中。所述信号转换单元周期性地重置，以将所述电流信号下 转换成电压信号，并且输出所述电压信号。
[0016] 根据本发明的另一个方面，提供了一种驱动触摸感测装置的方法，该方法包括以 下步骤：向触摸面板施加具有边沿的驱动信号；生成由施加于所述触摸面板的所述驱动信 号调制的电流信号；以及使用信号转换单元将所述电流信号转换成电压信号。将所述电流 信号转换成所述电压信号的步骤包括控制所述信号转换单元，使得所述驱动信号的所述边 沿施加于所述触摸面板的时间点包括在信号转换单元重置时段中，并且将所述电流信号下 转换成所述电压信号。
【附图说明】
[0017] 通过参照附图详细描述本发明的示例性实施方式，本发明的上述和其他目的、特 征和优点对于本领域技术人员来说将变得更加显而易见，附图中：
[0018] 图1是示出根据示例性实施方式的触摸感测装置的概观的图；
[0019] 图2是示意性地示出触摸面板的结构的图；
[0020] 图3是示出一些可用驱动信号的图；
[0021]图4是根据本发明的示例性实施方式的触摸感测装置所发送和接收的信号的时 序图的不例；
[0022] 图5是示出根据相关技术的积分器的输出信号和根据示例性实施方式的电荷放 大器的输出信号的图；
[0023] 图6是例示根据本发明的示例性实施方式的触摸感测装置的驱动方法的概述的 流程图；
[0024] 图7是根据本发明的另一个示例性实施方式的由触摸感测装置所发送和接收的 信号的时序图的示例；以及
[0025] 图8是例示根据本发明的另一个示例性实施方式的触摸感测装置的驱动方法的 概述的流程图。
【具体实施方式】
[0026] 本文公开的具体结构和功能细节仅是用于描述本发明的示例性实施方式的目的 的代表，并且本发明可以以许多替代形式具体实施，并且不应当被解释为限于本文阐述的 本发明的示例性实施方式。因此，虽然本发明容许各种修改和替代形式，但是其具体实施方 式在附图中以示例的方式示出，并且在本文中详细描述。然而，应当理解的是，不旨在将本 发明限于所公开的具体形式，而是相反，本发明涵盖落入本发明的精神和范围内的所有修 改、等同物和替换物。
[0027] 本说明书中使用的术语应当如下理解。
[0028] 措辞"第一"、"第二"等用于描述各种元件。然而，因为这些措辞仅用于将一个元 件和其他元件区分开来，所以