可消除互容影响的电容检测装置及其运作方法
【专利摘要】一种电容检测装置，包含触控面板及控制晶片。所述触控面板包含多个第一电极及多个第二电极。所述控制晶片包含多个输入电容以及多个输出电阻。所述多个输入电容分别选择性地耦接所述多个第一电极及所述多个第二电极的信号输入端。所述多个输出电阻分别耦接所述多个第一电极及所述多个第二电极的信号输出端。所述多个输入电容及所述多个输出电阻用以形成桥式电路以抑制所述多个第一电极及所述多个第二电极间的互容的影响。
【专利说明】
可消除互容影响的电容检测装置及其运作方法
技术领域
[0001] 本发明有关一种触控装置，更特别有关一种于自容模式下可抑制互容影响的电容 检测装置。
【背景技术】
[0002] 触控面板由于能让使用者以直觉操作，故已广泛的应用于各式电子装置中。触控 面板一般可分为电容式、电阻式及光学式触控面板。
[0003] 电容式触控装置又可进一步区分为自容式触控装置（self-capacitive touch sensor)以及互容式触控装置(mutual capacitive touch sensor)。这两种触控装置具有 不同的电容变化特性，因而可适用于不同应用。例如，互容式触控装置可用以进行多点检测 (multi-touch detection)而自容式触控装置对悬浮操作具有较高的灵敏度且对水滴具有 较低的灵敏度。
[0004] 为增加实用性，某些电容检测装置可分别操作于自容模式及互容模式以适用于不 同情境和应用。然而，自容模式的运作容易受到互感电容的影响而失去对悬浮操作的高灵 敏度和对水滴的低灵敏度。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明提出一种于自容模式下可抑制互容影响的电容检测装置，以增 加自容模式下的判断精确度。
[0006] 本发明提出一种电容检测装置，其通过于其控制晶片内另设置至少一输入电容以 于自容模式下利用电容串联分路电容（shunt capacitance)以基于分压方式来检测碰触事 件。
[0007] 本发明提出一种电容检测装置，其通过于其控制晶片内另设置至少一输入电容及 至少一输出电阻以形成桥式电路来抑制互感电容的影响。
[0008] 本发明提出一种电容检测装置，其利用两信号调制检测信号并计算两个调制后检 测信号的向量范数，以处理不同长度的信号线所造成的信号相位差。
[0009] 本发明提出一种电容检测装置，其于数字后端执行窄频滤波（narrow band filtering)以增加抗噪声能力。
[0010] 本发明提供一种电容检测装置，包含触控面板及控制晶片。所述触控面板包含多 个第一电极及多个第二电极。所述控制晶片包含模拟前端、多个输入电容、多个驱动电路以 及多个输出电阻。所述多个输入电容分别用以耦接所述多个第一电极及所述多个第二电极 的信号输入端。所述多个驱动电路用以分别通过所述多个输入电容同时输入驱动信号至所 述多个第一电极及所述多个第二电极。所述多个输出电阻分别用以耦接所述多个第一电极 及所述多个第二电极的信号输出端，其中，自容模式下，对应检测电极的所述输出电阻被耦 接至所述模拟前端而其他的所述多个输出电阻被耦接至定电压源。
[0011] 本发明还提供一种电容检测装置的运作方法。所述电容检测装置包含触控面板及 控制晶片;其中，所述触控面板包含多个第一电极及多个第二电极，所述控制晶片包含多个 输出电阻及模拟前端，所述多个输出电阻分别耦接所述多个第一电极及所述多个第二电极 的信号输出端。所述运作方法包含：自容模式，所述自容模式下耦接对应检测电极的所述输 出电阻至所述模拟前端并耦接其他的所述多个输出电阻至定电压源；以及互容模式，所述 互容模式下依序耦接所述多个输出电阻至所述模拟前端。
[0012] 本发明还提供一种电容检测装置，包含触控面板及控制晶片。所述触控面板包含 多个第一电极及多个第二电极。所述控制晶片包含输入电容、驱动电路及输出电阻。所述输 入电容同时耦接所述多个第一电极及所述多个第二电极的信号输入端。所述驱动电路通过 所述输入电容输入驱动信号至所述多个第一电极及所述多个第二电极。所述输出电阻同时 耦接所述多个第一电极及所述多个第二电极的信号输出端。
[0013] 本发明还提供一种适用于电容检测装置的控制晶片。所述控制晶片包含多个接 脚、模拟前端、多个输入电容、多个驱动电路以及多个输出电阻。所述多个接脚作为与外部 电路连接的接口。所述多个输入电容用以分别耦接第一部分的所述多个接脚。所述多个驱 动电路用以分别输入驱动信号至所述多个输入电容。所述多个输出电阻用以分别耦接第二 部分的所述多个接脚;其中，自容模式下，所述多个输出电阻其中的一者被耦接至所述模拟 前端而其他的所述多个输出电阻被耦接至定电压源;互容模式下，依序耦接所述多个输出 电阻至所述模拟前端并使所述多个输入电容位于旁路。
[0014] 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，于此先述明。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明第一实施例的电容检测装置的示意图；
[0016] 图2为本发明某些实施例的检测信号的示意图；
[0017] 图3为本发明第一实施例的电容检测装置的部分示意图；
[0018] 图4为本发明第一实施例的电容检测装置形成的桥式电路的示意图；
[0019] 图5A-5B为本发明某些实施例的调制检测信号的示意图；
[0020] 图6为坐标旋转数字计算机的运作示意图；
[0021] 图7为本发明第一实施例的电容检测装置的运作方法的流程图；
[0022] 图8为本发明第二实施例的电容检测装置的示意图。
[0023] 附图标记说明
[0024] 100、100， 电容检测装置
[0025] 11 触控面板
[0026] 111 第一电极
[0027] 113 第三电极
[0028] 13、13， 控制晶片
[0029] 131 驱动电路
[0030] 133 模拟前端
[0031] 1331 运算放大器
[0032] 1333 滤波器
[0033] 135 数字后端
[0034] 1351、1351' 模拟数字转换单元
[0035] 1352、1352， 乘法器
[0036] 1353 处理器
[0037] 1354、1354， 积分器
[0038] 1355 输出接口
[0039] 13d 驱动端
[0040] 13r 负载端
[0041] 15 接脚
[0042] 17 信号线
[0043] Ed 被驱动电极
[0044] Ec 耦合电极
[0045] x(t) 驱动信号
[0046] y(t) 检测信号
[0047] Cm 互感电容
[0048] Cs 自感电容
[0049] Cin 输入电容
[0050] Ri 输出电阻
[0051] V.Vref 定电压源。
【具体实施方式】
[0052] 请参照图1所示，其为本发明第一实施例的电容检测装置的示意图。电容检测装置 100包含触控面板11及控制晶片13;其中，所述控制晶片13通过多个接脚(pin)15及多个信 号线17耦接所述触控面板11。所述电容检测装置100较佳为双模(dual-mode)检测装置，例 如至少包含互容模式(mutual-capacitance mode)及自容模式（self-capacitance mode) 〇
[0053] 所述触控面板11包含多个第一电极111(显示为横向延伸并彼此平行)及多个第二 电极113(显示为纵向延伸并彼此平行）。必须说明的是，虽然图1显示所述多个第一电极111 及所述多个第二电极113为互相垂直，但并不以此为限，只要所述多个第一电极111及所述 多个第二电极113间可形成互感电容Cm即可。所述互感电容Cm用作为互感模式下的感应机 制。
[0054]所述控制晶片13包含所述多个接脚15、多个输入电容Cin、多个驱动电路131、多个 输出电阻Ri、模拟前端133、数字后端135以及多个开关元件。所述多个接脚15作为所述控制 晶片13与外部电路连接的接口。所述多个输入电容Cin用以分别耦接第一部分的所述多个 接脚15,例如通过多个开关元件。所述多个驱动电路131用以分别输入驱动信号至所述多个 输入电容Cin。所述多个输出电阻Ri用以分别耦接第二部分的所述多个接脚15,例如通过多 个开关元件;其中，所述第一部分的所述多个接脚15不同于所述第二部分的所述多个接脚 15。可以了解的是，并非所有接脚15均连接至所述多个第一电极111及所述多个第二电极 113,也即所述控制晶片13还包含其他功能接脚。所述多个输入电容Cin分别用以通过多个 开关元件(例如电晶体开关，但并不限于此)及所述第一部分的所述多个接脚15耦接所述多 个第一电极111及所述多个第二电极113的信号输入端。所述多个输出电阻Ri分别通过所述 第二部分的所述多个接脚15耦接所述多个第一电极111及所述多个第二电极113的信号输 出端，并通过多个开关元件(例如电晶体开关，但并不限于此)选择性地耦接至所述模拟前 端133或耦接至定电压源(例如0.9伏特，但并不限于此）。
[0055] 所述多个驱动电路131例如可为信号产生电路(signal generator)，分别通过所 述多个输入电容Cin及所述第一部分的所述多个接脚15输入驱动信号x(t)至所述多个第一 电极111及所述多个第二电极113。所述多个驱动电路131分别产生交流信号，例如弦波、方 波等，以作为所述驱动信号x(t)。所述触控面板11的检测电极，其可为所述多个第一电极 111及所述多个第二电极113其中的一者，则感应并输出交流检测信号y(t)至所述控制晶片 13。
[0056]互容模式下，例如所述多个第一电极111作为驱动电极而所述多个第二电极113作 为接收电极。当物体(例如手指、触控笔或其他导体)靠近所述触控面板11时，即会影响所述 互感电容Cm进而改变所述交流检测信号y(t)，所述控制晶片13即可根据检测信号变化(例 如电压峰对峰值变化)判断碰触事件及/或碰触坐标。互感电容Cm受接近物体影响的原理已 为已知，故于此不再赘述。
[0057]所述互容模式下，所述控制晶片13通过多个开关元件使所述多个输入电容Cin旁 路(bypass)，相对所述多个第一电极111的所述多个驱动电路131依序或同时输入(不经过 所述多个输入电容Cin)所述驱动信号x(t)至所述多个第一电极111;其中，此处假设所述多 个第一电极111为驱动电极。例如，如果所述多个开关元件导通，所述控制晶片13通过所述 多个输入电容Cin耦接所述多个第一电极111;而如果所述多个开关元件未导通，所述控制 晶片13不通过所述多个输入电容Cin(即旁路)耦接所述多个第一电极111。所述驱动信号X (t)通过所述互感电容Cm感应至所述多个第二电极113以产生交流检测信号y(t);其中，此 处假设所述多个第二电极113为接收电极。所述交流检测信号y(t)经过相对被检测第二电 极113(例如所述控制晶片13依序检测所述多个第二电极113)的输出电阻Ri被输入至所述 模拟前端113。所述模拟前端113对所述交流检测信号y(t)进行，但不限于，放大 (amplifying)及滤波(filtering)等处理以产生处理后检测信号。所述数字后端135则根据 所述处理后检测信号的峰对峰值(peak-to-peak)变化判断碰触事件及/或碰触坐标。所述 互容模式下，所述多个输出电阻Ri可用以降低不同检测电极的输出负载间的差异，以增加 不同检测电极输出的交流检测信号y(t)间的均匀度。
[0058]自容模式下，每一所述多个第一电极111及所述多个第二电极113例如与接地间形 成自感电容Cs。当物体(例如手指、触控笔或其他导体)靠近所述触控面板11时，即会影响所 述自感电容Cs进而改变所述交流检测信号y(t)，所述控制晶片13即可根据检测信号变化 (例如电压峰对峰值变化)判断碰触事件及/或计算碰触坐标。某些实施例中，所述多个第一 电极111及所述多个第二电极113均作为检测电极;某些实施例中，仅所述多个第一电极111 或所述多个第二电极113作为检测电极，端视其应用而定。例如，若自感模式用以检测碰触 事件而不计算碰触坐标，仅所述多个第一电极111的至少一部分或所述多个第二电极113的 至少一部分用作为检测电极;若自感模式也用于计算出大略的(rough)碰触坐标，所述多个 第一电极111的至少一部分及所述多个第二电极113的至少一部分均用作为检测电极。自感 电容Cs受接近物体影响的原理已为已知，故于此不再赘述。
[0059] 所述自容模式下，所述多个输入电容Cin通过所述多个开关元件耦接于所述多个 驱动电路131与所述多个第一电极111及所述多个第二电极113间，也即所有所述多个第一 电极111及所述多个第二电极113均接收驱动信号x(t)。对应检测电极的所述输出电阻Ri被 耦接至所述模拟前端133而其他的所述多个输出电阻Ri被耦接至定电压源V，例如图1显示 对应第一条第一电极111的输出电阻Ri被耦接至所述模拟前端133,对应其他第一电极111 及所述多个第二电极113的输出电阻Ri则被耦接至所述定电压源V。所述驱动信号x(t)通过 所述第一条第一电极111的自感电容Cs感应出交流检测信号y(t)。所述模拟前端113用以对 所述交流检测信号y(t)进行放大及滤波处理，但不限于此，以产生处理后检测信号。所述数 字后端135根据所述处理后检测信号的峰对峰值变化判断碰触事件及/或碰触坐标。例如， 图2显示所述交流检测信号y(t)或所述处理后检测信号的接触检测信号S touc；h及未接触检测 信号3_的示意图；其中，未接触检测信号3_具有峰对峰值VPP__而接触检测信号Skh具有 峰对峰值V PP_t_h。所述数字后端135则可根据￥"__及VPP_ t_h间的变化（即差异)进行判断。 变化比例则可决定检测灵敏度。必须说明的是，相对不同物体，所述峰对峰值V PP_tcluc；h可能大 于所述峰对峰值Vpp__。
[0060] 请参照图3所示，其为本发明第一实施例的电容检测装置的部分示意图，用以说明 自容模式下的操作情形。如前所述，自容模式下驱动端13d(例如包含驱动电路131及输入电 容Cin)输入交流驱动信号x(t)至检测电极Ed(例如一条第一电极111)，所述检测电极Ed与 耦合电极Ec(例如一条第二电极113)间形成互感电容Cm，其会影响所述检测电极Ed感应出 的交流检测信号y(t)。此时，所述耦合电极Ec同样接收所述驱动信号x(t)。因此，通过于所 述控制晶片13中设置所述多个输入电容Cin及所述多个输出电阻Ri，则根据相对所述检测 电极Ed的输入电容Cin及输出电阻Ri、相对所述耦合电容Ec的输入电容Cin及输出电阻Ri、 以及所述互感电容Cm，则可形成如图4所示的桥式电路。图4的桥式电路的输出输入比值可 以方程式(1)表示，
[0061] Vo/Vin=[(sCi+sCm+l/Ri)X (sC2) + (sCi) X(sCm)]/[(sCi+sCm+l/Ri) X(sC2+1/R2) + (sCi+l/Ri)X(sCm)] (1)
[0062] 其中，当Ci = C2 = Cin及Ri = R2 = Ri时，方程式（1)可表示为方程式(2)，
[0063] Vo/Vin=(sCin)/(sCin+l/Ri) (2)
[0064] 从方程式(2)可明显看出当所述多个输入电容Cin彼此相等且所述多个输出电阻 Ri彼此相等时，所述检测电极Ed输出的交流检测信号y(t)将不受到所述互感电容Cm的影 响。因此，可提升自容模式下的检测精确度。
[0065] 本实施例中，所述输入电容Cin与所述自感电容Cs形成串联。例如，当手指靠近所 述自感电容Cs时，所述自感电容Cs将被改变为所述自感电容Cs与所述手指电容C finge3r形成 的等效电容。因此，根据分压原理，节点Vo的交流检测信号y(t)的峰对峰值将发生变化，如 图2所示。
[0066] 请继续参照图3所示，所述模拟前端133至少包含一个放大单元以及一个滤波器 1333。所述放大单元例如为积分可程式化增益放大电路（IPGA)，用以放大所述交流检测信 号y(t)。所述滤波器1333例如为噪声抑制滤波器(AAF)，用以对放大后交流检测信号y(t)进 行滤波;其中，所述滤波器1333的运作已为已知，故于此不再赘述。
[0067] 一实施例中，所述放大单元包含运算放大器1331、反馈电阻Rf以及补偿电容Cf。所 述运算放大器1331具有正输入端(+ )、负输入端(-)及输出端。所述反馈电阻Rf跨接于所述 运算放大器1331的所述负输入端(-)及所述输出端之间。所述补偿电容Cf跨接于所述运算 放大器1331的所述负输入端(-)及所述输出端之间。本实施例中，所述负输入端(-)耦接至 对应所述检测电极Ed的所述输出电阻Ri，所述正输入端(+ )耦接至定电压源Vref。一实施例 中，定电压源Vref等于定电压源V(显示于图1)。所述反馈电阻Rf及对应所述检测电极Ed的 所述输出电阻Ri可用以调整信号增益值Rf/Ri(模拟增益），并可作为带通滤波器以对所述 交流检测信号y(t)进行滤波。
[0068]所述数字后端135包含模拟数字转换单元（ADC) 1351、处理器1353及输出接口 1355。所述模拟数字转换单元1351用以将所述模拟前端133输出的处理后检测信号(例如模 拟交流信号)进行数字化。所述处理器1353例如可为数字处理器(DSP)、中央处理器(CPU)或 微控制器(M⑶)等，其根据数字检测信号判断碰触事件及/或碰触坐标。所述输出接口 1355 则通过有线或无线的方式输出判断结果以相对控制电子装置，例如输出鼠标坐标或鼠标位 移量至显示器进行显示，但并不以此为限，所述判断结果所控制的功能视不同运用而定。此 外，所述数字后端135还对所述处理后检测信号进行窄频率波以增加判断精确度。窄频率波 例如以方程式(3)及(4)表示，
[0069] fsymbol = fdrive/(drive cycles) (3)
[0070] Bff=2Xfsymb〇i (4)
[0071 ] 其中，fdrive为驱动频率，fsymboi为符元频率(symbol frequency)而BW为输出信号的 频宽。根据方程式(3)及(4)，经过越多驱动周期(drive cycles)，信号频宽越窄。同时，窄频 滤波器例如可利用Boxar滤波器，CIC(cascaded integrator-comb)滤波器及Nyquist滤波 器来进一步调整至少为50dB带外噪声抑制比（out-band noise suppression ratio)的输 出响应。
[0072]请参照图5A-5B所示，某些实施例中，为了处理不同长度的信号线所造成的信号相 位差，所述数字后端135可利用两信号&、&分别调制所述处理后检测信号，其为放大及滤波 后的交流检测信号，此处例如仍显示为y(t)以简化说明，以产生一对调制后检测信号以作 为二维检测向量的两分量I、Q。所述两信号&、&可为彼此正交或非正交的连续信号，例如正 弦信号(
）及余弦信号（
&某些实施例中，所述两信号可为两 向量，例如[1 0 -1 0]及[0 -1 0 1]。所述两信号较佳具有不同相位。
[0073] 所述处理器1353用以计算所述对调制后检测信号的大小(magnitude)，即计算所 述二维检测向量（I，Q)的向量范数(norm of vector)以作为碰触识别信号，并比较所述碰 触识别信号（即向量范数)与阈值TH以判断碰触事件(touch event)。一实施例中，所述处理 器1353可利用软体的方式计算出所述向量范数
、另一实施例中，所述处理器 1353也可利用硬体或韧体的方式来进行计算，例如采用图6所示的坐标旋转数字计算机 (C0RDIC,coordinate rotation digital computer)来计算出所述向量范数
其中，C0RDIC为一种已知快速演算法。例如，当没有任何物体接近所述触控面板11时，假设 所述处理器1353计算出的所述向量范数为R;当物体接近所述触控面板11时，所述向量范数 减少为V ;当所述向量范数V小于所述阈值TH时，所述处理器1353则可判定物体位于所述 检测电极Ed附近并造成碰触事件。其他实施例中，当某些物体，例如金属片，接近所述触控 面板11时，也可能造成所述向量范数R增加。因此，所述处理器1353也可在所述向量范数变 化为超过预设阈值时判定碰触事件。
[0074]某些实施例中，所述处理器1353可将二维检测向量的两分量I及Q利用正交振幅位 移键控(QASK)进行编码，例如16-QASK。所述处理器1353中已事前将QASK编码中的一部分编 码对应为碰触事件而另一部分编码对应为未碰触。当所述处理器1353根据调制后检测信号 计算出目前两分量I及Q的QASK编码时，即可判定物体是否接近所述触控面板11。
[0075]图5A及5B显示本发明某些实施例中调制所述检测信号y(t)的示意图。
[0076]图5A中，所述数字后端135包含两乘法器1352及1352'、两积分器1354及135V、一 模拟数字转换单元(ADCH351，用以处理所述检测信号y(t)以产生二维检测向量（I，Q)。所 述模拟数字转换单元1351用以将所述检测信号y(t)数字化以生成数字化检测信号y d[n]。 所述两乘法器1352及1352'分别用以将两信号Si42与所述数字化检测信号y d[n]进行调制 以产生一对调制后检测信号yi[n]&y2[n]。为了取样所述一对调制后检测信号 yi[n]及y2 [η]，利用所述两积分器1354及1354'先对所述一对调制后检测信号71[11]及72[11]进行积分 后再取样，以产生所述二维检测向量（I，Q)的两数字分量I、Q;本实施例中，所述两积分器 132及132'可包含窄频滤波器以对信号 yi[n]&y2[n]进行卷积以产生二维检测向量（I，Q)。 使用积分器可降低交流信号的频宽。其他实施例中，也可不使用所述多个积分器1354及 1354'而直接对所述对调制后检测信号 yi[n]&y2[n]进行取样。所述处理器1353则计算所述 两数字分量I、Q的向量范数以作为碰触识别信号，并根据所述碰触识别信号的峰对峰值变 化判断碰触事件。
[0077]图5B中，所述数字后端135包含两乘法器1352及1352'、两积分器1354及135V、两 模拟数字转换单元(ADC)1351及1351'，用以处理所述检测信号y(t)以产生二维检测向量 (I，Q)。所述两乘法器1352及1352'分别用以将两信号与所述检测信号y(t)进行调制以 产生一对调制后检测信号 yi(t)&y2(t)。为了取样所述一对调制后检测信号yi(t)&y 2(t)， 先利用所述两积分器1354及1354'对所述一对调制后检测信号yi(t)&y 2(t)进行积分后再 取样;本实施例中，所述两积分器1354及1354'的形式并无特定限制，例如可为电容器。所述 两模拟数字转换单元1351及1351'则用以数字化所述一对积分并调制后检测信号 yi(t)及y2 (t)以产生所述二维检测向量(I，Q)的两数字分量I、Q。其他实施例中，可不使用所述多个积 分器1354及1354'而直接对所述一对调制后检测信号 yi(t)&y2(t)进行取样。所述处理器 1353则计算所述两数字分量I、Q的向量范数以作为碰触识别信号，并根据所述碰触识别信 号的峰对峰值变化判断碰触事件。必须说明的是，虽然图5B中调制所述检测信号y(t)执行 于所述数字后端135,但由于本实施例中所述调制程序执行于两模拟数字转换单元1351及 135V之前，因此所述调制程序也可于所述模拟前端133执行。
[0078]可以了解的是，当不使用两信号所述检测信号y(t)进行调制时，所述处理 器1353则直接根据所述检测信号y(t)的峰对峰值变化判断碰触事件。
[0079]请参照图7所示，其为本发明第一实施例的电容检测装置的运作方法的示意图。所 述运作方法包含下列步骤:进入自容模式(步骤S71);所述自容模式下，耦接对应检测电极的 输出电阻至模拟前端并耦接其他的输出电阻至定电压源(步骤S 72);分别通过多个输入电容 同时输入驱动信号至多个第一电极及多个第二电极(步骤S73);进入互容模式(步骤S 74);所 述互容模式下，依序耦接所述多个输出电阻至所述模拟前端(步骤S75);以及使所述多个输 入电容(步骤S76)位于旁路。
[0080] 某些实施中，所述自容模式例如用以判断碰触事件或初略碰触位置，当出现所述 碰触事件或求得所述初略碰触位置，则进入所述互容模式以判断精确位置。当从所述互容 模式进入休眠模式后，结束所述休眠模式时仍先进入所述自容模式。所述休眠模式的定义 及结束方式已为已知，故于此不再赘述。
[0081] 请同时参照图1-7所示，接着说明所述电容检测装置100的运作方法的细节。
[0082] 步骤S71_S72:所述电容检测装置100先进入自容模式。所述自容模式下，親接对应 检测电极Ed (例如一条第一电极111或第二电极113)的输出电阻Ri至模拟前端133并耦接其 他的输出电阻Ri至定电压源V，如图1所示。
[0083] 步骤S73:多个驱动电路131分别通过多个输入电容Cin同时输入驱动信号x(t)至多 个第一电极111及多个第二电极113的信号输入端。如前所述，所述多个输入电容Cin于自容 模式下通过多个开关元件及相对应接脚15分别耦接于所述多个驱动电路131与所述多个第 一电极111及所述多个第二电极113间。本实施例中，所述驱动信号x(t)为交流信号。
[0084] 藉此，所述控制晶片13依序检测所述多个第一电极111及/或所述多个第二电极 113,端视其应用而定。检测电极Ed的自感电容Cs根据所述驱动信号x(t)感应交流检测信号 y(t)，其被输出至所述模拟前端133;其中，所述检测电极Ed为所述多个第一电极111及所述 多个第二电极113其中的一者。
[0085] 如图3所示，所述模拟前端133对所述检测电极Ed输出的交流检测信号y(t)进行放 大及滤波处理以产生处理后检测信号。例如，所述模拟前端133包含放大单元，其包含运算 大器1331、反馈电阻Rf及补偿电容Cf。所述模拟前端133可利用所述反馈电阻Rf及所述输出 电阻Ri调整信号增益值(gain);其中，此调整信号增益值的步骤可于出厂前执行而于实际 运作时不予实施。接着，数字后端135则根据所述处理后检测信号的峰对峰值变化判断碰触 事件，如图2所示。
[0086] 某些实施例中，为了消除信号线所造成的信号相位差的影响，所述另可利用两正 交信号分别调制所述处理后检测信号以产生两个调制后检测信号I、Q，并计算所述两 个调制后检测信号I、Q的向量范数以作为碰触识别信号，如图5A-6所示。所述数字后端135 可根据所述碰触识别信号的峰对峰值变化判断碰触事件。某些实施例中，此调制所述处理 后检测信号的步骤可不予实施，所述数字后端135可直接根据所述处理后检测信号的峰对 峰值变化判断碰触事件。
[0087] 请参照图8所示，其为本发明第二实施例的电容检测装置100'的示意图。本实施例 较佳用作为接近感测器(proximity sensor)，而不用以计算碰触坐标。本实施例与第一实 施例的差异在于，第二实施例中所述电容检测装置100'的控制晶片13'中仅包含输入电容 Cin、驱动电路131及输出电阻Ri。
[0088] 电容检测装置100'同样包含触控面板11及控制晶片13'；其中，所述触控面板11包 含多个第一电极111及多个第二电极113,因其与图1实施例相同，故于此不再赘述。
[0089]所述控制晶片13 '包含多个接脚15、输入电容Cin、驱动电路131、输出电阻Ri、模拟 前端133及数字后端135。所述控制晶片13'通过所述多个接脚15及多个信号线14耦接至所 述多个第一电极111及所述多个第二电极113。
[0090]本实施例中，所述输入电容Cin同时耦接所述多个第一电极111及所述多个第二电 极113的信号输入端，而不需通过多个开关元件。所述驱动电路131通过所述输入电容Cin输 入驱动信号x(t)至所述多个第一电极111及所述多个第二电极113;其中，所述驱动信号X (t)已说明于第一实施例，故于此不再赘述。所述输出电阻Ri同时耦接所述多个第一电极 111及所述多个第二电极113的信号输出端，而不需通过多个开关元件。所述触控面板11的 所述多个自感电容Cs根据所述驱动信号x(t)感应出交流检测信号y(t)，其中所述自感电容 Cs为所有电极的自感电容Cs的等效电容。本实施例中，由于所述控制晶片13 '同样包含所述 输入电容Cin及所述输出电阻Ri，故可消除互感电容Cm对检测信号的影响。可以了解的是， 第二实施例中所述输入电容Cin及所述输出电阻Ri的数值可不等于第一实施例中所述输入 电容Cin及所述输出电阻Ri的数值。
[0091] 本实施例中，所述模拟前端133及所述数字后端135的运作则相同于第一实施例。 例如，所述模拟前端133用以对所述输出电阻Ri输出的交流检测信号y(t)进行放大及滤波 处理以产生处理后检测信号，如图2所示。所述数字后端135利用两正交信号SL&分别调制 所述处理后检测信号以产生两个调制后检测信号I、Q，并计算所述两个调制后检测信号I、Q 的向量范数以作为碰触识别信号。所述数字后端135根据所述碰触识别信号的峰对峰值变 化判断碰触事件。某些实施例中，所述调制处理后检测信号的步骤可不予实施，所述数字后 端135可直接根据所述处理后检测信号的峰对峰值变化判断碰触事件。
[0092] 某些实施例中，互容模式下，所述多个第一电极111作为接收电极以输出检测信号 y(t)，而所述多个第二电极113作为驱动电极而接收驱动信号x(t)。
[0093] 必须说明的是，图1及8仅用以说明，并非用以限定本发明。例如，图1及8中所述控 制晶片13、13'的接脚(pin)15位置、信号线17的配置方式及元件尺寸并不限于图中所示，其 可根据实际应用定。
[0094] 必须说明的是，本发明中，所述模拟前端133及所述数字后端135可还包含其他元 件以执行其他功能，而省略了与本发明不直接相关的元件。
[0095]综上所述，已知双模电容检测装置于自容模式下的运作容易受到互感电容的影 响，而降低检测精确度。因此，本发明提出一种电容检测装置(图1及8)及其运作方法（图7)， 其通过于控制晶片中还设置分压电容以利用分压原理来检测碰触事件。通过于控制晶片中 还设置平衡电阻以与所述分压电容及互感电容形成桥式电路来消除所述互感电容的影响， 因而具有$父尚的检测精确度。
[0096]虽然本发明已通过前述实施例披露，但是其并非用以限定本发明，任何本发明所 属技术领域中具有通常知识的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的 更动与修改。因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。
【主权项】
1. 一种电容检测装置，该检测装置包含： 触控面板，该触控面板包含多个第一电极及多个第二电极；以及 控制晶片，该控制晶片包含： 模拟前端； 多个输入电容，分别用以耦接所述多个第一电极及所述多个第二电极的信号输入端； 多个驱动电路，用以分别通过所述多个输入电容同时输入驱动信号至所述多个第一电 极及所述多个第二电极;及 多个输出电阻，分别用以耦接所述多个第一电极及所述多个第二电极的信号输出端， 其中，自容模式下，对应检测电极的所述输出电阻被耦接至所述模拟前端而其他的所 述多个输出电阻被耦接至定电压源。2. 根据权利要求1所述的电容检测装置，其中所述模拟前端包含放大单元，所述放大单 元包含： 运算放大器，具有正输入端、负输入端及输出端； 反馈电阻，跨接于所述运算放大器的所述负输入端及所述输出端之间；以及 补偿电容，跨接于所述运算放大器的所述负输入端及所述输出端之间， 其中，所述负输入端耦接至对应所述检测电极的所述输出电阻，所述正输入端耦接至 所述定电压源。3. 根据权利要求2所述的电容检测装置，其中所述反馈电阻及对应所述检测电极的所 述输出电阻用以调整信号增益值。4. 根据权利要求1所述的电容检测装置，其中互容模式下，所述多个输入电容位于旁 路。5. 根据权利要求1所述的电容检测装置，其中所述驱动信号为交流信号且所述检测电 极输出交流检测信号。6. 根据权利要求5所述的电容检测装置，其中所述模拟前端用以对所述交流检测信号 进行放大及滤波处理以产生处理后检测信号。7. 根据权利要求6所述的电容检测装置，其中所述控制晶片还包含： 数字后端，用以利用两正交信号分别调制所述处理后检测信号以产生两个调制后检测 信号，并计算所述两个调制后检测信号的向量范数以作为碰触识别信号。8. 根据权利要求6所述的电容检测装置，其中所述控制晶片还包含： 数字后端，根据所述处理后检测信号的峰对峰值变化判断碰触事件。9. 根据权利要求1所述的电容检测装置，其中所述多个第一电极与所述多个第二电极 间形成有互感电容，所述检测电极为所述多个第一电极及所述多个第二电极其中的一者。10. -种电容检测装置的运作方法，所述电容检测装置包含触控面板及控制晶片，其中 所述触控面板包含多个第一电极及多个第二电极，所述控制晶片包含多个输出电阻及模拟 前端，所述多个输出电阻分别耦接所述多个第一电极及所述多个第二电极的信号输出端， 所述运作方法包含： 自容模式，所述自容模式下耦接对应检测电极的所述输出电阻至所述模拟前端并耦接 其他的所述多个输出电阻至定电压源；以及 互容模式，所述互容模式下依序耦接所述多个输出电阻至所述模拟前端。11. 根据权利要求10所述的运作方法，其中所述控制晶片还包含多个输入电容，所述自 容模式下还包含： 分别通过所述多个输入电容同时输入驱动信号至所述多个第一电极及所述多个第二 电极的信号输入端。12. 根据权利要求11所述的运作方法，其中所述互容模式下还包含： 使所述多个输入电容位于旁路。13. 根据权利要求10所述的运作方法，该运作方法还包含： 放大及滤波所述检测电极输出的交流检测信号以产生处理后检测信号。14. 根据权利要求13所述的运作方法，该运作方法还包含： 利用两正交信号分别调制所述处理后检测信号以产生两个调制后检测信号；以及 计算所述两个调制后检测信号的向量范数以作为碰触识别信号。15. 根据权利要求13所述的运作方法，该运作方法还包含： 根据所述处理后检测信号的峰对峰值变化判断碰触事件。16. 根据权利要求10所述的运作方法，其中所述模拟前端包含运算放大器以及跨接于 所述运算放大器的负输入端及输出端之间的反馈电阻，所述运作方法还包含： 改变所述反馈电阻及所述输出电阻以调整信号增益值。17. -种电容检测装置，该检测装置包含： 触控面板，该触控面板包含多个第一电极及多个第二电极；以及 控制晶片，该控制晶片包含： 输入电容，同时耦接所述多个第一电极及所述多个第二电极的信号输入端； 驱动电路，通过所述输入电容输入驱动信号至所述多个第一电极及所述多个第二电 极;及 输出电阻，同时耦接所述多个第一电极及所述多个第二电极的信号输出端。18. 根据权利要求17所述的电容检测装置，其中所述驱动信号为交流信号，所述电容检 测装置还包含： 模拟前端，用以对所述输出电阻输出的交流检测信号进行放大及滤波处理以产生处理 后检测信号。19. 根据权利要求18所述的电容检测装置，该检测装置还包含： 数字后端，利用两正交信号分别调制所述处理后检测信号以产生两个调制后检测信 号，并计算所述两个调制后检测信号的向量范数以作为碰触识别信号。20. 根据权利要求19所述的电容检测装置，该检测装置还包含： 数字后端，根据所述碰触识别信号的峰对峰值变化判断碰触事件。21. -种适用于电容检测装置的控制晶片，该控制晶片包含： 多个接脚，作为与外部电路连接的接口； 模拟前端； 多个输入电容，用以分别耦接第一部分的所述多个接脚； 多个驱动电路，用以分别输入驱动信号至所述多个输入电容；以及 多个输出电阻，用以分别耦接第二部分的所述多个接脚， 其中，自容模式下，所述多个输出电阻其中的一者被耦接至所述模拟前端而其他的所 述多个输出电阻被耦接至定电压源;互容模式下，依序耦接所述多个输出电阻至所述模拟 前端并使所述多个输入电容位于旁路。
【文档编号】G06F3/044GK106095207SQ201610274601
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年4月28日 公开号201610274601.0, CN 106095207 A, CN 106095207A, CN 201610274601, CN-A-106095207, CN106095207 A, CN106095207A, CN201610274601, CN201610274601.0
【发明人】肯·克兰德尔, 汤马斯派翠克·墨菲, 陈信嘉
【申请人】原相科技股份有限公司