电容触控系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明有关一种互动式输入装置，更特别有关一种电容触控系统及其模拟前端。
【背景技术】
[0002] 电容触控面板因可达到较佳的使用者经验，因此广泛地被应用至各式电子装置， 例如显示装置。
[0003] 例如图1显示已知电容触控系统的方块示意图，其包含电容触控面板91、多个 信号产生器92、多个驱动单元93、模拟前端（analogfrontend)94、数字后端（digital backend)95以及处理单元96。所述电容触控面板91包含多个驱动电极911和多个感测 电极912彼此相交；其中，每一驱动电极911与每一感测电极912之间可形成互感（mutual capacitance)。每一驱动单元93稱接至驱动电极911以输入相关的所述信号产生器92所 产生的驱动信号Sd;所述感测电极912输出通过与所述驱动电极911间的互感从所述驱动 信号Sd感应的感测信号Ss至所述模拟前端94。所述模拟前端94将所述感测信号Ss转换 成数字信号后传送至所述数字后端95以进行后处理。所述数字后端95耦接所述处理单元 96,其根据所述数字后端95的后处理结果判断触控位置。
[0004] 所述模拟前端94包含多个放大电路941、多个噪声抑制滤波器942、模拟数字缓 冲器943和模拟数字转换器944 ;其中，所述模拟数字缓冲器943用以于所述模拟数字转换 器944和所述噪声抑制滤波器942间进行缓冲；所述噪声抑制滤波器942用以降低所述放 大电路941所输出的信号噪声。上述已知技术中，所述感测信号Ss受到所述电容触控面 板91所搭配电子装置（例如前述显示装置）的干扰而具有很高的共模噪声（commonmode noise)。一般而言，由于所述电容触控面板91所输出的触控信号（touchsignal)数值很 小，为了增加所述触控信号在高共模噪声干扰下的辨别能力，必须采用高解析的模拟数字 转换器944。同时，为了提高信噪比（SNR)，系采用过取样（oversampling)的方式对所述触 控信号进行取样，同时由于需支援高报告率，因而所述模拟数字转换器944必须操作于高 操作频率。此外，所述噪声抑制滤波器942及所述模拟数字缓冲器943也会增加晶片面积。
[0005] 有鉴于此，本发明提出一种可降低模拟数字转换器所需的解析度及操作频率、功 率消耗以及晶片面积的电容触控系统及其模拟前端。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种电容触控系统，其包含差分单元用以对两相邻感测电极所输出的 检测信号进行差分运算，藉以降低模拟数字转换器所需的解析度并消除信号线中相位延迟 的影响。
[0007] 本发明另提供一种电容触控系统，其包含降频单元（downconversionunit)用以 将差分后检测信号大致降频至直流信号，藉以降低模拟数字转换器所需的操作频率。
[0008] 本发明另提供一种电容触控系统，其通过移除数字后端的部分元件并替换模拟前 端的部分元件，以降低整体晶片面积及功率消耗。
[0009] 本发明提供一种电容触控系统，包含触控面板、差分单元、降频单元和模拟数字转 换器。所述触控面板包含彼此相交错的多个驱动电极和多个感测电极。所述差分单元差分 两相邻感测电极输出的检测信号以输出差分信号。所述降频单元用以解调所述差分信号以 产生直流信号并累积所述直流信号。所述模拟字转换器用以转换累积的所述直流信号为数 字信号。
[0010] 本发明还提供一种电容触控系统，包含触控面板、驱动电路、差分单元、降频单元 及模拟数字转换器。所述触控面板包含多个驱动电极及多个感测电极彼此相交错。所述驱 动电路依次输入具有驱动频率的驱动信号至所述驱动电极。所述差分单元差分两相邻感测 电极输出的检测信号以输出差分信号。所述降频单元以4倍所述驱动频率的操作频率解调 所述差分信号以产生直流信号并累积所述直流信号。所述模拟数字转换器用以转换累积的 所述直流信号为数字信号。
[0011] 本发明还提供一种电容触控系统的模拟前端，包含差分单元、降频单元和模拟数 字转换器。所述差分单元差分电容触控面板输出的两检测信号并输出差分信号。所述降频 单元用以降频所述差分信号至直流信号。所述模拟数字转换器用以转换所述直流信号为数 字信号。
[0012] 本发明还提供一种电容触控系统，包含触控面板、驱动电路、降频单元和模拟数字 转换器。所述触控面板包含多个驱动电极和多个感测电极彼此相交错。所述驱动电路依次 输入具有驱动频率的驱动信号至所述驱动电极。所述降频单元以4倍所述驱动频率的操作 频率解调每一所述感测电极输出的检测信号以产生直流信号并累积所述直流信号。所述模 拟数字转换器用以转换累积的所述直流信号为数字信号。
[0013] 本发明还提供一种电容触控系统，包含触控面板、多个放大单元、差分单元和模拟 数字转换器。所述触控面板包含彼此相交错的多个驱动电极和多个感测电极。所述放大单 元分别耦接所述感测电极以放大所述感测电极输出的所述检测信号。所述差分单元差分两 相邻放大单元输出的放大后检测信号以输出差分信号。所述模拟数字转换器用以转换累积 的所述直流信号为数字信号。
[0014] 在一实施例中，所述电容触控系统及其模拟前端还包含多个放大单元分别耦接所 述感测电极，以放大所述感测电极输出的所述检测信号并输出放大后检测信号。
[0015] 在一实施例中，所述差分单元与所述降频单元可结合为模拟信号处理单元，用以 对两相邻放大单元输出的放大后检测信号依次进行差分、解调变以及累积处理并产生直流 信号。藉此，不需使用高解析度和高操作频率的模拟数字转换器。
[0016] 在一实施例中，所述降频单元可包含解调单元和累积单元。所述解调单元以两正 交信号解调所述差分信号；在一实施例中，两正交信号例如可为[10 -1 0]以及±[0 -1 0 1]两信号阵列。所述累积单元累积预设次数的所述直流信号。
[0017] 在一实施例中，所述电容触控系统及其模拟前端还包含耦接于所述降频单元和所 述模拟数字转换器之间的多工器，用以提供不同频道的直流信号或累积直流信号至所述模 拟数字转换器进行模拟数字转换。
[0018] 在一实施例中，两相邻放大单元间可还包含共模抑制（commonmoderejection) 单元用以限制所述两相邻放大单元的输入共模电压。藉此，所述放大单元可具有较大增益 范围并可使用较小电容以减少晶片面积。
[0019] 在一实施例中，两相邻放大单元间可还包含共模反馈单元（commonmode feedback)用以维持所述两相邻放大单元的输出电压的共模位准（commonmodelevel)，以 避免因饱和造成的号失真。
[0020] 相较于已知系统，本发明实施例的电容触控系统及其模拟前端中，模拟前端的部 分元件被替换且数字后端的部分元件被移除，藉以降低整体晶片面积和消耗功率。所述模 拟数字转换器仅取样差分信号的直流值而可降低其解析度以及操作频率，进而降低功率消 耗。此外，由于共模噪声可被消除，所述放大单元可具有较大增益并使用较小电容。
[0021] 为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详 细说明如下。此外，于本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，在此合先述明。
【附图说明】
[0022] 图1为已知电容触控系统的方块示意图；
[0023] 图2为本发明实施例的电容触控系统的方块示意图；
[0024] 图2A为本发明实施例的电容触控系统的放大单元的电路示意图；
[0025] 图2B为本发明实施例的电容触控系统的运作示意图；
[0026] 图3为本发明实施例的电容触控系统的降频单元的操作示意图；
[0027] 图3A为图3的降频及累积单元的电路图；
[0028] 图4为本发明实施例的电容触控系统中共模抑制及共模反馈的示意图。
[0029] 附图标记说明
[0030] 1 电容触控系统
[0031] 10 触控面板
[0032] 101 驱动电极
[0033] 102 感测电极
[0034] 11 驱动电路
[0035] 12 模拟前端
[0036] 121 放大单元
[0037] 123 差分单元
[0038] 1235模拟信号处理单元
[0039] 125 降频单元
[0040] 127 多工器
[0041] 129 模拟数字转换器
[0042] 13 数字后端
[0043] D0-D23 驱动信号
[0044] S0-S13 检测信号
【具体实施方式】
[0045]请参照图2所示，其显示本发明实施例的电容触控系统的方块示意图。电容触 控系统1包含触控面板10、驱动电路11、模拟前端12以及数字后端13 ;其中，所述模拟 前端12用以对所述触控面板10输出的模拟信号进行前处理，并将所述模拟信号转换为 数字信号以供所述数字后端13进行后处理。所述前处理例如包括对模拟信号进行放大 (amplification)、差分（differencing)、降步页（downconversion)、累积（accumulation)和 模拟数字转换（ADconversion)。所述后处理例如包括根据所述数字信号判断相对所述触 控面板10的触控位置和/或触控位置变化（例如位移量）。换句话说，所述模拟前端12耦 接于所述触控面板10与所述数字后端13间。
[0046] 所述触控面板10为电容触控面板，其包含彼此相交错（intersect)的多个驱动电 极101和多个感测电极102用以于其间产生互感，例如一条驱动电极101可与相交错的一 条感测电极102形成感测单元Cm。在触控面板形成彼此交错的多个驱动电极和多个感测电 极的方式已为已知，故于此不再赘述。当驱动信号Sdrv被输入至所述驱动电极101，通过 所述互感可于所述感测电极102感应出检测信号。当至少一手指或指示物靠近所述感测单 元Cm，则会改变其电容值而相对改变所述检测信号。藉此，便可根据互感值改变量检测至 少一触