电容式触控板的对象定位检测器及方法

专利名称：电容式触控板的对象定位检测器及方法
技术领域：
本发明涉及一种电容式触控板，具体地说，是一种电容式触控板的对象定位检测 器及方法。
背景技术：
图1为传统的二维电容式触控板10的布局，其包括多条X轴方向的电容感应组件 TXl TXN以及多条Y轴方向的电容感应组件TYl TYM。传统的对象定位方法是检测每一 条电容感应组件TXl TXN及TYl TYM的基本电容值，其中最大值所在的位置即为对象触 碰的位置。然而，此方法只能对单一对象定位，在多对象应用上无法正确定位对象的位置。 例如图2所示的双指触碰，两手指同时触碰在位置20及22会引起电容感应组件TX1、TX2、 TYl及ΤΥ2的基本电容值改变，故将出现四个感应点，除了手指20及22真正的位置(ΤΧ1， ΤΥ2)及(ΤΧ2，ΤΥ1)的外，会出现两个鬼点在位置(TXLTYl)及(ΤΧ2，ΤΥ2) 24及26，这使得 电容式触控板10无法正确判断出真正的手指位置20及22。因此已知的电容式触控板的对象定位方法存在着上述种种不便和问题。

发明内容
本发明的目的，在于提出一种能分辨对象真正触碰的位置及鬼点的电容式触控板 的对象定位检测器及方法。为实现上述目的，本发明的技术解决方案是一种电容式触控板的对象定位检测方法，其特征在于包括下列步骤(A)检测所述电容式触控板上多个电容感应组件的基本电容的电容值以找出感应占.
^ \\\ (B)当检测有多个感应点时，检测所述多个感应点上的旁侧电容的电容值以找出 对象位置。本发明的对象定位检测方法还可以采用以下的技术措施来进一步实现。前述的对象定位检测方法，其中所述步骤A包括下列步骤第一步骤提供第一电压对被检测的电容感应组件充电；第二步骤设定一增益控制电容数组的跨压；第三步骤将所述被检测的电容感应组件连接至所述增益控制电容数组的第一 端，并补偿所述被检测的电容感应组件的基本电容；第四步骤取得所述增益控制电容数组的第二端的第一感测信号；第五步骤提供第二电压对所述被检测的电容感应组件充电，其中所述第一电压 与所述增益控制电容数组第一端上电压的电压差以及所述第二电压与所述增益控制电容 数组第一端上电压的电压差相等，极性相反；第六步骤重置所述增益控制电容数组的跨压；第七步骤将所述被检测的电容感应组件连接至所述增益控制电容数组的第一端，并补偿所述被检测的电容感应组件的基本电容；第八步骤取得所述增益控制电容数组的第二端的第二感测信号；第九步骤平均所述第一及二感测信号取得一平均值，据以判断是否有对象触碰 所述被检测的电容感应组件。前述的对象定位检测方法，其中所述每一感应点为两电容感应组件的交叉点。前述的对象定位检测方法，其中所述步骤B包括(a)在第一时相中，设定所述两电容感应组件的交叉点上的旁侧电容的跨压以及 一电容数组的跨压；(b)在第二时相中，将所述两电容感应组件其中之一的电压从第一电压切换至第 二电压，并将另一电容感应组件连接至所述电容数组的第一端，因而引起所述电容数组的 第二端的电压发生变化。前述的对象定位检测方法，其中所述步骤a包括施加第三电压至所述电容数组的
弟 牺双弟一牺。如权利要求5所述的对象定位检测方法，其特征在于，所述第三电压等于所述第
二电压。如权利要求1或6所述的对象定位检测方法，其特征在于，所述步骤b包括施加所述第二电压至运算放大器的第一输入端；将所述第二电容感应组件及所述电容数组的第一端连接至所述运算放大器的第 二输入端；将所述电容数组的第二端连接至所述运算放大器的输出端。前述的对象定位检测方法，其中所述第三电压等于所述第一电压。前述的对象定位检测方法，其中所述步骤b包括施加所述第一电压至运算放大器的第一输入端；将所述第二电容感应组件及所述电容数组的第一端连接至所述运算放大器的第 二输入端；将所述电容数组的第二端连接至所述运算放大器的输出端。前述的对象定位检测方法，其中更包括根据所述电容数组的第二端的电压变化判 断所述交叉点是否受碰触。一种电容式触控板的对象定位检测器，所述电容式触控板具有第一电容感应组件 及第二电容感应组件，二者的交叉点具有旁侧电容，其特征在于所述对象定检测器包括—基本负电容补偿器，用以补偿所述第一电容感应组件的基本电容；一第一开关，连接在所述基本负电容补偿器及第一电容感应组件之间；一切换电路，连接所述第一电容感应组件，将多个电压源的其中之一连接至所述 第一电容感应组件；一模式切换装置，耦接所述第一及第二电容感应组件；一第二开关，连接在所述第一电容感应组件及模式切换装置之间；一感测电路，连接所述模式切换装置，检测所述第一电容感应组件的基本电容的 电容值或是所述旁侧电容的电容值以产生感测信号；其中，在第一模式时，所述模式切换装置将所述第一电容感应组件耦接至所述感测电路以检测所述第一电容感应组件的基本电容的电容值变化；在所述第二模式时，所述 模式切换装置将所述第二电容感应组件耦接至所述感测电路以检测所述旁侧电容的电容
值变化。本发明的对象定检测器还可以采用以下的技术措施来进一步实现。前述的对象定检测器，其中所述感测电路包括—运算放大器，具有第一输入端连接电压源、第二输入端连接所述模式切换装置 以及输出端；一第三开关，连接在所述运算放大器的第二输入端及输出端之间；一第一电容数组，连接在所述运算放大器的第二输入端及输出端之间；一第二电容数组，连接所述运算放大器的输出端。前述的对象定检测器，其中所述切换电路包括一第三开关，连接在所述第一电容感应组件及第二电压源之间；一第四开关，连接在所述第一电容感应组件及第三电压源之间；一第五开关，连接在所述第一电容感应组件及第四电压源之间；其中所述第二电压源与所述运算放大器第一输入端上电压的电压差以及第四电 压源与所述运算放大器第一输入端上电压的电压差相等，极性相反。前述的对象定检测器，其中所述感测电路包括一运算放大器，具有第一输入端连接电压源、第二输入端连接所述模式切换装置 以及输出端；—第三开关，连接在所述运算放大器的第二输入端及输出端之间；一第一电容数组，具有第一端及第二端，所述第一电容数组的第一端连接在所述 运算放大器的第二输入端；一第二切换电路，连接所述第一电容数组的第二端，用以将所述第一电容数组的 第二端连接至所述电压源或所述运算放大器的输出端；一第二电容数组，连接所述运算放大器的输出端。前述的对象定检测器，其中所述第二切换电路包括一第四开关，连接在所述第一电容数组的第二端及所述电压源之间；一第五开关，连接在所述第一电容数组的第二端及所述运算放大器的第二输入端 之间。前述的对象定检测器，其中更包括一模拟数字转换器，连接所述感测电路，将所述感测信号转换为数字信号；一微处理器控制装置，连接所述模拟数字转换器，处理所述数字信号以计算对象 位置。采用上述技术方案后，本发明的电容式触控板的对象定位检测器及方法具有能分 辨对象真正触碰的位置及鬼点的优点。


图1为传统的二维电容式触控板的布局示意图；图2为双指触碰二维电容式触控板的示意图3为电容式触控板两电容感应组件TXN及TYM的示意图；图4为本发明的对象定位检测方法的示意图；图5为本发明的对象定位检测器的第一实施例的示意图；图6为图5的对象定位检测器在第一模式时的等效电路示意图；图7为图6中开关的时序图；图8为在第一模式下，对象定位检测器在时相Tl的等效电路图；图9为在第一模式下，对象定位检测器在时相T2及T4的等效电路图；图10为在第一模式下，对象定位检测器在时相T3的等效电路图；图11为在第一模式下，对象定位检测器在时相Tl的等效电路图；图12为在第一模式下，对象定位检测器在时相T2及T4的等效电路图；图13为在第一模式下，对象定位检测器在时相T3的等效电路图；图14为图5的对象定位检测器在第二模式时的等效电路图；图15为图14中开关的时序图；图16为在第二模式下，对象定位检测器在时相T5的等效电路图；图17为在第二模式下，对象定位检测器在时相T6的等效电路图；图18为在第二模式下，对象定位检测器在时相T5的等效电路图；图19为在第二模式下，对象定位检测器在时相T6的等效电路图；图20为图14中开关的另一时序图；图21为在第二模式下，对象定位检测器在时相T7的等效电路图；图22为在第二模式下，对象定位检测器在时相T8的等效电路图；图23为本发明的定位检测器的第二实施例示意图；图24为图23的对象定位检测器在第一模式时等效电路图；图25为图24中开关的时序图；图26为在第一模式下，对象定位检测器在时相Tl的等效电路图；图27为在第一模式下，对象定位检测器在时相T2及T4的等效电路图；图28为在第一模式下，对象定位检测器在时相T3的等效电路图；图29为图23的对象定位检测器在第二模式时的等效电路图；图30为图29中开关的时序图；图31为在第二模式下，对象定位检测器在时相T5的等效电路图；图32为在第二模式下，对象定位检测器在时相T6的等效电路 0100]图33为图29中开关的另一时序图；图34为在第二模式下，对象定位检测器在时相T7的等效电路图；图35为在第二模式下，对象定位检测器在时相T8的等效电路图。图中，10、二维电容式触控板20、手指22、手指24、鬼点26、鬼点30、旁侧电容50、 对象定位检测器52、多任务器54、多任务器56、切换电路58、基本负电容补偿器60、模式切 换装置62、感测电路64、运算放大器66、运算放大器的输入端68、运算放大器的输入端70、 运算放大器的输出端72、模拟数字转换器74、微处理器控制装置76、增益控制电容数组的 第一端78、增益控制电容数组的第二端80、开关SW2的时序82、开关SW6的时序84、开关 Sffl的时序86、开关SW5的时序88、开关SW4的时序90、基本电容100、两电容感应组件TXN及TYM的等效电路102、基本电容104、基本电容110、开关SW2的时序112、开关SW6的时序 114、开关SW3的时序120、开关SW2的时序122、开关SW3的时序124、开关SW6的时序130、 对象定位检测器132、感测电路134、切换电路140、开关SW2的时序142、开关SW6的时序 144、开关SW8的时序146、开关SWl的时序148、开关SW5的时序150、开关SW7的时序152、 开关SW4的时序160、开关SW2的时序162、开关SW8的时序164、开关SW6的时序166、开关 SW3的时序168、开关SW7的时序170、开关SW3的时序172、开关SW8的时序174、开关SW6 的时序176、开关SW2的时序178、开关SW7的时序。
具体实施例方式以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。现请参阅图3，图3为电容式触控板两电容感应组件TXN及TYM的示意图。如图所 示，所述电容感应组件TXN及TYM的交叉点有寄生的旁侧电容30存在，Cxy表示其电容值， 当对象触碰电容感应组件TXN及TYM的交叉点时，除了引起电容感应组件TXN及TYM各自 的基本电容值变化，也会引起旁侧电容30的电容值变化，此旁侧电容值的变化可以用在电 容式触控板的定位上，辨认真正的触碰位置。图4为根据本发明的对象定位检测方法的流程图。步骤S40检测电容式触控板上 多个电容感应组件的基本电容值以找出感应点。步骤S42判断是否有多个感应点，若未检 测到多个感应点，则结束检测；若检测到多个感应点，则继续步骤S44检测所述多个感应点 的旁侧电容值以找出正确的触碰位置。图5为根据本发明的第一实施例，其中对象定位检测器50用以检测电容式触控板 上的电容感应组件TXl TXN及TYl至TYM以判断对象触碰的位置，多任务器52及54用 以选择电容感应组件TXl TXN及TYl TYM连接至对象定位检测器50。对象定位检测 器50包括切换电路56、开关SWl及SW5、基本负电容补偿器58、模式切换装置60、感测电路 62、模拟数字转换器72及微处理器控制单元(Microprocessor Control Unit ；MCU) 740切 换电路56将电压源VREFP、VCOM及VREFN其中之一连接至多任务器52的输出端，其包括 开关SW2连接在电压源VREFP及多任务器52的输出端之间、开关SW3连接在电压源VCOM 及多任务器52的输出端之间以及开关SW4连接在电压源VREFN及多任务器52的输出端之 间。开关SWl连接在多任务器52的输出端及基本负电容补偿器58之间。基本负电容补偿 器58用以补偿被检测的电容感应组件，从而得到所述电容感应组件的基本电容的变化量， 避免因各电容感应组件的基本电容不同造成错误的判断。基本负电容补偿器58包括电容 CN连接在开关SWl及电压源VN之间。基本负电容补偿器58的架构及操作是已知技术，例 如台湾专利申请案公开号第200905538号。开关SW5连接在多任务器52的输出端及模式切 换装置60之间。模式切换装置60将感测电路62的输入端耦接至多任务器52或54的输 出端以决定对象定位检测器50的模式。感测电路62检测各电容感应组件的基本电容或是 两电容感应组件的交叉点的旁侧电容以产生感测信号Vs，其包括运算放大器64、开关SW6、 增益控制电容数组CF及储存电容数组CS。运算放大器的两输入端66及68分别连接模式 切换装置60及电压源VCOM ；开关SW6连接在运算放大器64的输入端66及输出端70之间； 增益控制电容数组CF的第一端76及第二端78分别连接运算放大器64的输入端66及输 出端70，其决定感测电路62的增益；储存电容数组CS连接运算放大器64的输出端70，用以储存感测信号Vs。模拟数字转换器72将感测信号Vs转为数字信号Vd。MCU 74控制多 任务器52及54、开关SWl SW6及模式切换装置60的切换、决定电容CN及增益控制电容 数组CF的电容值以及处理来自模拟数字转换器72的数字信号Vd以计算触碰位置。其中 电压VREFP减去运算放大器输入端68上电压VCOM的电压差与电压VREFN减去运算放大器 输入端68上电压VCOM的电压差大小相等，但极性相反。在图5中，当模式切换装置60将运算放大器64的输入端66切换至a位置时，对 象定位检测器50进入第一模式以检测电容感应组件TXl TXN及TYl TYM的基本电容， 其等效电路如图6所示。图7为图6中开关的时序图，其中波形80为开关SW2的时序，波 形82为开关SW6的时序，波形84为开关SWl的时序，波形86为开关SW5的时序，波形88 为开关SW4的时序。图8至图10为没有对象触碰且在第一模式下，对象定位检测器50在 时相Tl、T2、T3及T4的等效电路。参照图7及图8，在时相Tl时，开关SW1、SW4及SW5开 路，开关SW2及SW6闭路，电压源VREFP对被检测的电容感应组件充电。由于没有对象触碰 被检测的电容感应组件，其基本电容90上的电容值为CB，故基本电容90上将储存电荷Qcb = VREFP XCB。公式 1同时运算放大器64的输入端66连接至输出端70，由于虚短路原理，运算放大器 64的输入端66及输出端70的电压皆为VC0M，故增益控制电容数组CF两端76及78上的 电压相等，其上的电荷为0。参照图7及图9，在时相T2时，开关SWl及SW5闭路，开关SW2、SW4及SW6开路， 基本负电容补偿器58及运算放大器64的输入端66连接被检测的电容感应组件，运算放大 器64与增益控制电容数组形成放大组态，此时基本负电容补偿器58中的电压CN小于电压 VCOM0由于虚短路原理，运算放大器64的输入端66的电压等于VC0M，故基本电容90上的 电荷Qcb = VCOM X CB。公式 2电容CN上的电荷Qcn = (VCOM-VN) XCN。 公式 3增益控制电容数组CF上的电荷Qcf = (Vs-VCOM) XCF。 公式 4根据电荷守恒原理，在时相Tl时的电荷等于时相T2时电荷，因此VREFP XCB = (VCOM X CB) + (VCOM-VN) X CN+(Vs-VCOM) XCF。公式 5从公式5可推得(VREFP-VCOM)XCB= (VCOM-VN) X CN+(Vs-VCOM) X CF。公式 6MCU 74调整基本负电容补偿器58中电容CN或电压VN，俾在没有对象触碰所述被 检测的电容感应组件时，使基本负电容补偿器58中的电荷与基本电容90上的电荷相互抵 消，因此没有多余的电荷转移至增益控制电容数组CF，也就是说在没有对象触碰所述被检 测的电容感应组件的情况下，运算放大器64输出的感测信号Vs等于VC0M，故公式6可以修 改为(VREFP-VCOM)XCB= (VCOM-VN) X CN。公式 7
参照图7及图10，在时相T3时，开关SWl、SW2及SW5开路，而开关SW4及SW6闭 路，电压源VREFN对被检测的电容感应组件充电，故基本电容90上将储存电荷Qcb = VREFN XCB。 公式 8运算放大器64的输入端66连接至输出端70，由于虚短路原理，运算放大器64的 输入端66及输出端70的电压皆为VC0M，故增益控制电容数组CF两端76及78电压相等， 其上的电荷为0。参照图7及图9，在时相T4时，开关SWl及SW5闭路，开关SW2、SW4及SW6开路， 基本负电容补偿器58及运算放大器64的输入端66连接被检测的电容感应组件，而运算放 大器64与增益控制电容数组形成放大组态，此时基本负电容补偿器58中的电压CN大于电 压VC0M。由于虚短路原理，运算放大器64的输入端66的电压等于VC0M，故基本电容90上 的电荷Qc b如公式2所示，电容CN上的电荷Qcn如公式3所示，增益控制电容数组CF上 的电荷Qcf如公式4所示。根据电荷守恒原理，在时相T3时的电荷等于时相T4时电荷，因 此VREFN XCB = (VCOM X CB) + (VCOM-VN) X CN+(Vs-VCOM) XCF。公式 9从公式9可以推得(VREFN-VCOM)XCB= (VCOM-VN) X CN+(Vs-VCOM) X CF。 公式 10在没有对象触碰所述被检测的电容感应组件的情况下，MCU 74调整基本负电容补 偿器58中电容CN或电压VN，使基本负电容补偿器58中的电荷与基本电容90上的电荷相 互抵消，因此没有多余的电荷转移至增益控制电容数组CF，故运算放大器64输出的感测信 号Vs等于VC0M，因此公式10可以修改为(VREFN-VCOM)XCB= (VCOM-VN) X CN。公式 11图11至图13为在第一模式且有对象触碰被检测的电容感应组件时，对象定位检 测器50在时相T1、T2、T3及Τ4的等效电路。参照图7及图11，在时相Tl时，开关SW1、SW4 及SW5开路，开关SW2及SW6闭路，电压源VREFP对被检测的电容感应组件充电。由于有对 象触碰被检测的电容感应组件，因此基本电容90具有电容增量AC，使基本电容90的电容 值变为CB+Δ C，故基本电容90上的电荷Qcb = VREFP X (CB+ Δ C)。公式 12同时运算放大器64的输入端66连接至输出端70，由于虚短路原理，运算放大器 64的输入端66及输出端70的电压皆为VC0M，故增益控制电容数组CF两端76及78的电 压相等，其上的电荷为0。参照图7及图12，在时相Τ2时，开关SWl及SW5闭路，开关SW2、SW4及SW6开路， 基本负电容补偿器58及运算放大器64的输入端66连接被检测的电容感应组件，而运算放 大器64与增益控制电容数组CF形成放大组态，此时基本负电容补偿器58中的电压CN小 于电压VCOM0由于虚短路原理，运算放大器64的输入端66的电压等于VC0M，故基本电容 90上的电荷Qcb = VCOMX (CB+ Δ C)。公式 13电容CN上的电荷如公式3所示，而增益控制电容数组CF上的电荷如公式4所示。根据电荷守恒原理，在时相Tl时的电荷等于时相T2时电荷，因此VREFP X (CB+ Δ C) = VCOM X (CB+ AC) + (VCOM-VN) X CN+(Vs-VCOM) X CF。公式 14从公式14可推得(VREFP-VCOM) X (CB+ Δ C) = (VCOM-VN) X CN+(Vs-VCOM) XCF。公式 15将公式7代入公式15可以进一步推得Vs= ( Δ C/CF) (VREFP-VCOM)+VCOM。公式 16参照图7及图13，在时相T3时，开关SWl、SW2及SW5开路，而开关SW4及SW6闭 路，电压源VREFN对被检测的电容感应组件充电，故基本电容90上将储存电荷Qcb = VREFNX (CB+ Δ C)。公式 17运算放大器64的输入端66连接至输出端70，由于虚短路原理，运算放大器64的 输入端66及输出端70的电压皆为VC0M，故增益控制电容数组CF两端的电压相等，其上的 电荷为0。参照图7及图12，在时相Τ4时，开关SWl及SW5闭路，开关SW2、SW4及SW6开路， 基本负电容补偿器58及运算放大器64的输入端66连接至被检测的电容感应组件，而运算 放大器64与增益控制电容数组CF形成放大组态，此时基本负电容补偿器58中的电压CN 大于电压VC0M。由于虚短路原理，运算放大器64的输入端66的电压等于VC0M，故基本电 容90上的电荷Qcb如公式13所示，电容CN上的电荷Qcn如公式3所示，增益控制电容数 组CF上的电荷Qcf如公式4所示。根据电荷守恒原理，在时相T 3时的电荷等于时相T4 时电荷，因此VREFN X (CB+ Δ C) = VCOM X (CB+ AC) + (VCOM-VN) X CN+(Vs-VCOM) X CF。公式 18从公式18可以推得(VREFN-VCOM) X (CB+ Δ C) = (VCOM-VN) X CN+(Vs-VCOM) X CF。公式 19将公式11代入公式19可进一步推得Vs= ( Δ C/CF) (VREFN-VCOM)+VCOM。公式 20储存电容数组CS储存时相T2及T4时的感测信号Vs，并将其平均以消除低频噪 声。在时相Tl及T3使用电压源VREFP及VREFN对被检测的电容感应组件充电，因此在时 相T2及T4所得到的感测信号Vs的低频噪声就像是在其中一个感测信号Vs上加上一直流 的电压成分，而在另一感测信号Vs上减掉一直流的电压成分，故将这两个感测信号Vs平均 后，噪声的量即被平均变成0。模拟数字转换器72将平均后的感测信号Vs转为数字信号 Vd0如前所述，当没有对象触碰被检测的电容感应组件时，感测信号Vs等于VC0M，当有对象 触碰被检测的电容感应组件时，感测信号Vs如公式16或20所示，因此MCU74可以根据数 字信号Vd的大小判断对象是否触碰被检测的电容感应组件。在前述的操作中，也可以先进 行时相T3及T4的动作，再进行时相Tl及T2的动作。参照图5，当模式切换装置60将运算放大器64的输入端66切换至b位置时，对象 定位检测器50进入第二模式以检测两电容感应组件的交叉点的旁侧电容。图14为对象定位检测器50在第二模式时的等效电路，其中多任务器52及54分别选取电容感应组件TXN 及TYM，在两电容感应组件TXN及TYM的等效电路100中，电容感应组件TXN的基本电容102 具有电容值Cx，电容感应组件TYM的基本电容104具有电容值Cy，电容感应组件TXN及TYM 之间的旁侧电容30具有电容值Cxy。图15为图14中开关的时序图，其中波形110为开关 SW2的时序，波形112为开关SW6的时序，波形114为开关SW3的时序。图16及图17为在 第二模式下，对象定位检测器50在时相T5及T6的等效电路。当所检测的感应点为鬼点时，虽然电容感应组件TXN及TYM的基本电容102及104 分别有电容增量Δ Cx及Δ Cy，但是由于对象没有真的触碰电容感应组件TXN及TYM的交叉 点，因此旁侧电容30没有电容增量。参照图15及16，在时相Τ5时，开关SW2及SW6闭路， 而开关SW3开路，电压源VREFP连接至电容感应组件ΤΧΝ，运算放大器64的输入端66连接 至输出端70。由于虚短路原理，运算放大器64的输入端66及输出端70的电压皆为VC0M， 故增益控制电容数组CF两端76及78的电压相等，其上的电荷为0，此时旁侧电容30上的 电荷Qcxy = (VREFP-VCOM) XCxy0 公式 21参照图15及17，在时相Τ6时，开关SW2及SW6开路，而开关SW3闭路，此时电容感 应组件TXN及TYM的电位相等，因此旁侧电容30上的电荷移转至增益控制电容数组CF，故 增益控制电容数组CF上的电荷Qcf = (Vs-VCOM) X CF = (VREFP-VCOM) XCxy0 公式 22由公式22可推得感测信号Vs= (Cxy/CF) X (VREFP-VCOM)+VCOM。公式 23由公式23可知，电容感应组件TXN及TYM的基本电容102及104的电容值变化并 不会对感测信号Vs造成影响。当所检测的感应点为触碰位置时，电容感应组件TXN及TYM的基本电容102及104 分别有电容增量Δ Cx及Δ Cy，且由于对象触碰电容感应组件TXN及TYM的交叉点，因此旁 侧电容30也有电容增量ACxy。图18及图19为在第二模式下，对象定位检测器50在时相 T5及T6的等效电路。参照图15及图18，在时相T5时，开关SW2及SW6闭路，而开关SW3开 路，电压源VREFP连接至电容感应组件TXN，运算放大器64的输入端66连接至输出端70。 由于虚短路原理，运算放大器64的输入端66及输出端70的电压皆为VC0M，故增益控制电 容数组CF两端76及78的电压相等，其上的电荷为0，而旁侧电容30上的电荷Qcxy = (VREFP-VCOM) X (Cxy+ Δ Cxy)。公式 24参照图15及19，在时相T6时，开关SW2及SW6开路，而开关SW3闭路，此时电容感 应组件TXN及TYM的电位相等，因此旁侧电容30上的电荷移转至增益控制电容数组CF，故 增益控制电容数组CF上的电荷Qcf = (Vs-VCOM) X CF= (VREFP-VCOM) X (Cxy+ Δ Cxy)。公式 25由公式25可推得感测信号Vs = [ (Cxy+ Δ Cxy) /CF]X (VREFP-VCOM)+VC0M。公式 26由公式26可知，电容感应组件TXN及TYM的基本电容102及104的电容值变化并不会对感测信号Vs造成影响。比较公式23及26，因为触点和鬼点的旁侧电容30的电容值不同，感测信号Vs也 不同，模拟数字转换器72将感测信号Vs转为数字信号Vd后，MCU 74根据数字信号Vd的 大小可以判断是否有对象触碰电容感应组件TXN及TYM的交叉点。例如，只要检测到数字 信号Vd大于某个临界值，便可认定所述受测点是触点。参照图2，当对象同时触碰电容式触 控板10的位置20及22，虽然电容感应组件TX1、TX2、TYl及TY2的基本电容都发生变化， 但由于没有触碰位置24及26，因此电容感应组件TXl及TYl交叉点的旁侧电容没有变化， 电容感应组件TX2及TY3交叉点的旁侧电容也没有变化，故可以排除对象在位置24及26 的可能性，消除了鬼点引发错误的可能性。此外，对象定位检测器50毋需检测所有位置20、 22,24及26的旁侧电容，只要任选两个位置检测即可正确定位对象位置。图20为图14中开关的另一时序图，其中波形120为开关SW2的时序，波形122为 开关SW3的时序，波形124为开关SW6的时序。图21至图22为在第二模式下，对象定位检 测器50在时相T 7及T8的等效电路。当所检测的感应点为鬼点时，电容感应组件TXN及 TYM的基本电容102及104分别有电容增量Δ Cx及Δ Cy，而旁侧电容30没有电容增量。参 照图20及21，在时相T7时，开关SW2开路，而开关SW3及SW6闭路，电压源VCOM连接至电 容感应组件TXN，运算放大器64的输入端66连接至输出端70。由于虚短路原理，运算放大 器64的输入端66及输出端70的电压皆为VC0M，故增益控制电容数组CF两端76及78的 电压相等，其上的电荷为0，而旁侧电容30两端的电压也相等，因此其上的电荷亦为0。参 照图20及22，在时相T8时，开关SW2闭路，而开关SW3及SW6开路，此时电容感应组件TXN 连接电压源VREFP，因此旁侧电容30的电荷Qcxy = (VREFP-VCOM) XCxy0 公式 27由于电荷守恒导致增益控制电容数组CF的第二端78的电压发生变化，即感测信 号Vs发生变化。由公式27可得知增益控制电容数组CF上的电荷Qcf = (Vs-VCOM) X CF= - (VREFP-VCOM) XCxy0 公式 28根据公式28可进一步求得感测信号Vs= (-Cxy/CF) X (VREFP-VCOM)+VCOM。公式 29当所检测的感应点为对象位置时，电容感应组件TXN及TYM的基本电容102及104 分别有电容增量Δ Cx及Δ Cy，而旁侧电容30也有电容增量Δ Cxy，因此公式29可改写为Vs = [ (-Cxy+ Δ Cxy) /CF]X (VREFP-VCOM)+VC0M。公式 30由公式29及30可知，电容感应组件TXN及TYM的基本电容102及104的电容值 变化并不会对感测信号Vs造成影响。比较公式29及30，因为触点和鬼点的旁侧电容30的 电容值不同，感测信号Vs也不同，模拟数字转换器72将感测信号Vs转为数字信号Vd后， MCU74根据数字信号Vd的大小可以判断是否有对象触碰电容感应组件TXN及TYM的交叉
点ο图23为本发明的第二实施例，对象定位检测器130与图5的实施例同样包括电压 源VREFP、VC0M及VREFN、切换电路56、基本电容补偿器58、模式切换装置60、模拟数字转换 器72及MCU 74。对象定位检测器130的感测电路132除了运算放大器64、增益控制电容数组CF以及开关SW6的外，还包括切换电路134，其中增益控制电容数组CF的第二端78经 切换电路134连接至电压源VCOM或运算放大器64的输出端70。切换电路134包含开关 SW7连接在增益控制电容数组CF的第二端78及运算放大器64的输出端70之间，以及开关 SW8连接在增益控制电容数组CF的第二端78及电压源VCOM之间。当模式切换装置60切换至a位置时，对象定位检测器130进入第一模式以检测电 容感应组件TXl TXN及TYl TYM的基本电容，其等效电路如图24所示。图25为图24 中开关的时序图，其中波形140为开关SW2的时序，波形142为开关SW6的时序，波形144 为开关SW8的时序，波形146为开关SWl的时序，波形148为开关SW5的时序，波形150为 开关SW7的时序，波形152为开关SW4的时序。图26至图28为在第一模式下，对象定位检 测器50在时相Tl、T2、T3及T4的等效电路。参照图25及图26，在时相Tl时，开关SW2、 SW6及SW8闭路，而开关SW1、SW4、SW5及SW7开路，因此电压源VREFP对被检测的电容感应 组件的基本电容90充电，运算放大器64接成单位增益组态，增益控制电容数组CF的第二 端78连接电压源VCOM0由于虚短路原理，运算放大器64的输入端66及输出端70上的电 压都等于VC0M，因此增益控制电容数组CF两端76及78上的电压都为VC0M，故其上的电荷 为0。参照图25及图27，在时相T2时，开关SW1、SW5及SW7闭路，而开关SW2、Sff4, SW6 及SW8开路，基本负电容补偿器58连接被检测的电容感应组件以补偿所述电容感应组件的 基本电容90，增益控制电容数组CF的第二端78连接运算放大器64的输出端70，故运算放 大器64与增益控制电容数组CF形成放大组态，并根据基本电容90的电容值产生感测信号 Vs，感测信号Vs将储存在储存电容数组CS中。如前所述，若被检测的电容感应组件没有被 对象触碰，因基本负电容补偿器58的关系，基本电容90上的电荷不会移转至增益控制电容 数组CF，故此时运算放大器64输出端70上的感测信号Vs将等于VC0M。若对象触碰被检 测的电容感应组件，将使基本电容90具有电容增量，此时的感测信号Vs将如公式16所示。参照图25及图28，在时相T3时，开关SW4、SW6及SW8闭路，而开关SW1、SW2、SW5 及SW7开路，因此电压源VREFN对被检测的电容感应组件的基本电容90充电，增益控制电 容数组CF的第二端连接电压源VC0M，运算放大器64则接成单位增益组态。由于虚短路原 理，运算放大器64的输入端66及输出端70上的电压都等于VC0M，因此增益控制电容数组 CF两端76及78上的电压皆为VC0M，故其上的电荷为0。参照图25及图27，在时相T4时，开关SWl、SW5及SW7闭路，而开关SW2、Sff4,Sff6及 SW8开路，基本负电容补偿器58连接被检测的电容感应组件以补偿所述电容感应组件的基 本电容90，增益控制电容数组CF的第二端连接运算放大器64的输出端70，故运算放大器 64与增益控制电容数组CF形成放大组态，并根据基本电容90的电容值产生感测信号Vs， 感测信号Vs将储存在储存电容数组CS中。储存电容数组CS将平均在时相T2及T4所得 到的感测信号Vs以消除低频噪声。如前所述，若被检测的电容感应组件没有被对象触碰， 因基本负电容补偿器58的关系，基本电容90上的电荷不会移转至增益控制电容数组CF，故 运算放大器64输出端70上的感测信号Vs将等于VC0M。若对象触碰被检测的电容感应组 件，基本电容90具有电容增量，此时的感测信号Vs将如公式20所示。参照图23，当模式切换装置60将运算放大器64的输入端66切换至b位置时，对 象定位检测器130进入第二模式以检测两电容感应组件的交叉点的旁侧电容。图29为对象定位检测器130在第二模式时的等效电路，其中多任务器52及54分别选取电容感应组 件TXN及TYM，在两电容感应组件TXN及TYM的等效电路100中，电容感应组件TXN具有基 本电容102，电容感应组件TYM具有基本电容104，电容感应组件TXN及TYM之间具有旁侧 电容30。图30为图29中开关的时序图，其中波形160为开关SW2的时序，波形162为开关 SW8的时序，波形164为开关SW6的时序，波形166为开关SW3的时序，波形168为开关SW7 的时序。图31及图32为在第二模式下，对象定位检测器130在时相T5及T6的等效电路。参照图30及图31，在时相T5时，开关SW2、SW6及SW8闭路，而开关SW3及SW7开 路，电压源VREFP连接至电容感应组件TXN对旁侧电容30充电，运算放大器64的输入端66 连接至输出端70，增益控制电容数组CF的第二端78连接电压源VCOM0由于虚短路原理， 运算放大器64的输入端66的电压为VC0M，故增益控制电容数组CF两端的电压相等，其上 的电荷为0。参照图30及32，在时相T6时，开关SW3及SW7闭路，而开关SW2、SW6及SW8 开路，电容感应组件TXN连接电压源VC0M，增益控制电容数组CF的第二端78连接运算放大 器64的输出端70，由于虚短路原理，电容感应组件TXN及TYM的电压相等，因此旁侧电容 30上的电荷移转至增益控制电容数组CF，进而决定感测信号Vs。如前所述，当对象触碰电 容感应组件TXN及TYM的交叉点时，旁侧电容30将具有电容增量，因此在时相T6得到的感 测信号Vs也不同，如公式23及26所示，模拟数字转换器72将感测信号Vs转为数字信号 Vd后，MCU 74根据数字信号Vd的大小判断是否有对象触碰电容感应组件TXN及TYM的交
点ο图33为图29中开关的另一时序图，其中波形170为开关SW3的时序，波形172为 开关SW8的时序，波形174为开关SW6的时序，波形176为开关SW2的时序，波形178为开 关SW7的时序。图34及图35为在第二模式下，对象定位检测器50在时相T7及T8的等效 电路。参照图33及图34，在时相T7时，开关SW3、SW6及SW8闭路，而开关SW2及SW7开路， 电压源VCOM连接电容感应组件TXN，运算放大器64的输入端66连接至输出端70，增益控 制电容数组CF的第二端78连接电压源VCOM0由于虚短路原理，运算放大器64的输入端 66的电压为VC0M，故旁侧电容30及增益控制电容数组CF两端的电压相等，其上的电荷均 为0。参照图33及35，在时相T8时，开关SW2及SW7闭路，而开关SW3、SW6及SW8开路，电 容感应组件TXN连接电压源VREFP，增益控制电容数组CF的第二端连接运算放大器64的输 出端70，由于电荷守恒导致增益控制电容数组CF的第二端78的电压发生变化，即感测信号 Vs发生变化。如前所述，当对象触碰电容感应组件TXN及TYM的交叉点时，旁侧电容30将 具有电容增量，因此在时相T8得到的感测信号Vs也不同，如公式29及30所示，模拟数字 转换器72将感测信号Vs转为数字信号Vd后，MCU 74根据数字信号Vd的大小判断是否有 对象触碰电容感应组件TXN及TYM的交叉点。以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人 员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同 的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。
权利要求
一种电容式触控板的对象定位检测方法，其特征在于包括下列步骤(A)检测所述电容式触控板上多个电容感应组件的基本电容的电容值以找出感应点；(B)当检测有多个感应点时，检测所述多个感应点上的旁侧电容的电容值以找出对象位置。
2.如权利要求1所述的对象定位检测方法，其特征在于，所述步骤A包括下列步骤 第一步骤提供第一电压对被检测的电容感应组件充电；第二步骤设定一增益控制电容数组的跨压；第三步骤将所述被检测的电容感应组件连接至所述增益控制电容数组的第一端，并 补偿所述被检测的电容感应组件的基本电容；第四步骤取得所述增益控制电容数组的第二端的第一感测信号； 第五步骤提供第二电压对所述被检测的电容感应组件充电，其中所述第一电压与所 述增益控制电容数组第一端上电压的电压差以及所述第二电压与所述增益控制电容数组 第一端上电压的电压差相等，极性相反；第六步骤重置所述增益控制电容数组的跨压；第七步骤将所述被检测的电容感应组件连接至所述增益控制电容数组的第一端，并 补偿所述被检测的电容感应组件的基本电容；第八步骤取得所述增益控制电容数组的第二端的第二感测信号； 第九步骤平均所述第一及二感测信号取得一平均值，据以判断是否有对象触碰所述 被检测的电容感应组件。
3.如权利要求1所述的对象定位检测方法，其特征在于，所述每一感应点为两电容感 应组件的交叉点。
4.如权利要求1所述的对象定位检测方法，其特征在于，所述步骤B包括(a)在第一时相中，设定所述两电容感应组件的交叉点上的旁侧电容的跨压以及一电 容数组的跨压；(b)在第二时相中，将所述两电容感应组件其中之一的电压从第一电压切换至第二电 压，并将另一电容感应组件连接至所述电容数组的第一端，因而引起所述电容数组的第二 端的电压发生变化。
5.如权利要求4所述的对象定位检测方法，其特征在于，所述步骤a包括施加第三电压 至所述电容数组的第一端及第二端。
6.如权利要求5所述的对象定位检测方法，其特征在于，所述第三电压等于所述第二 电压。
7.如权利要求4所述的对象定位检测方法，其特征在于，所述步骤b包括 施加所述第二电压至运算放大器的第一输入端；将所述第二电容感应组件及所述电容数组的第一端连接至所述运算放大器的第二输 入端；将所述电容数组的第二端连接至所述运算放大器的输出端。
8.如权利要求5所述的对象定位检测方法，其特征在于，所述第三电压等于所述第一 电压。
9.如权利要求4所述的对象定位检测方法，其特征在于，所述步骤b包括施加所述第一电压至运算放大器的第一输入端；将所述第二电容感应组件及所述电容数组的第一端连接至所述运算放大器的第二输 入端；将所述电容数组的第二端连接至所述运算放大器的输出端。
10.如权利要求4所述的对象定位检测方法，其特征在于，更包括根据所述电容数组的 第二端的电压变化判断所述交叉点是否受碰触。
11.一种电容式触控板的对象定位检测器，所述电容式触控板具有第一电容感应组件 及第二电容感应组件，二者的交叉点具有旁侧电容，其特征在于所述对象定检测器包括一基本负电容补偿器，用以补偿所述第一电容感应组件的基本电容； 一第一开关，连接在所述基本负电容补偿器及第一电容感应组件之间； 一切换电路，连接所述第一电容感应组件，将多个电压源的其中之一连接至所述第一 电容感应组件；一模式切换装置，耦接所述第一及第二电容感应组件； 一第二开关，连接在所述第一电容感应组件及模式切换装置之间； 一感测电路，连接所述模式切换装置，检测所述第一电容感应组件的基本电容的电容 值或是所述旁侧电容的电容值以产生感测信号；其中，在第一模式时，所述模式切换装置将所述第一电容感应组件耦接至所述感测电 路以检测所述第一电容感应组件的基本电容的电容值变化；在所述第二模式时，所述模式 切换装置将所述第二电容感应组件耦接至所述感测电路以检测所述旁侧电容的电容值变 化。
12.如权利要求11所述的对象定检测器，其特征在于，所述感测电路包括一运算放大器，具有第一输入端连接电压源、第二输入端连接所述模式切换装置以及 输出端；一第三开关，连接在所述运算放大器的第二输入端及输出端之间； 一第一电容数组，连接在所述运算放大器的第二输入端及输出端之间； 一第二电容数组，连接所述运算放大器的输出端。
13.如权利要求11所述的对象定检测器，其特征在于，所述切换电路包括 一第三开关，连接在所述第一电容感应组件及第二电压源之间；一第四开关，连接在所述第一电容感应组件及第三电压源之间； 一第五开关，连接在所述第一电容感应组件及第四电压源之间，其中所述第二电压源 与所述运算放大器第一输入端上电压的电压差以及第四电压源与所述运算放大器第一输 入端上电压的电压差相等，极性相反。
14.如权利要求11所述的对象定检测器，其特征在于，所述感测电路包括一运算放大器，具有第一输入端连接电压源、第二输入端连接所述模式切换装置以及 输出端；一第三开关，连接在所述运算放大器的第二输入端及输出端之间； 一第一电容数组，具有第一端及第二端，所述第一电容数组的第一端连接在所述运算 放大器的第二输入端；一第二切换电路，连接所述第一电容数组的第二端，用以将所述第一电容数组的第二端连接至所述电压源或所述运算放大器的输出端； 一第二电容数组，连接所述运算放大器的输出端。
15.如权利要求11所述的对象定检测器，其特征在于，所述第二切换电路包括 一第四开关，连接在所述第一电容数组的第二端及所述电压源之间；一第五开关，连接在所述第一电容数组的第二端及所述运算放大器的第二输入端之间。
16.如权利要求11所述的对象定检测器，其特征在于，更包括一模拟数字转换器，连接所述感测电路，将所述感测信号转换为数字信号； 一微处理器控制装置，连接所述模拟数字转换器，处理所述数字信号以计算对象位置。
全文摘要
一种电容式触控板的对象定位检测方法，其特征在于包括下列步骤(A)检测所述电容式触控板上多个电容感应组件的基本电容的电容值以找出感应点；(B)当检测有多个感应点时，检测所述多个感应点上的旁侧电容的电容值以找出对象位置。本发明的电容式触控板的对象定位检测器及方法具有能分辨对象真正触碰的位置及鬼点的优点。
文档编号G01D5/24GK101957698SQ200910159759
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月13日 优先权日2009年7月13日
发明者王尊民, 邱得盛, 黄俊中 申请人:义隆电子股份有限公司