专利名称：电容式触控屏幕的感测方法与驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电容式触控屏幕，尤其涉及一种电容式触控屏幕的感测方法，也 涉及一种电容式触控屏幕的驱动电路。
背景技术：
由于触控式屏幕易于使用的特性以及技术已臻成熟，因此已广泛应用于各类便携 式电子产品上。目前在操作检测考量上以电阻式触控感测器和电容式触控感测器较符合市 场的需求。尤其是电容式触控感测器，其具有支援多点触控(Multi-Touch)技术的优势，更 具有未来市场潜力。电容式触控感测器主要是利用一电极与人体一部分(如手指)靠近或碰触该电极 时的静电交互作用所产生的电容值变化来进行检测。为能实现此种检测方式，开发出多种 电容式触控感测解决方案(capacitive touch sensorsolutions)来获知精确的电容变化。请参见图1，其图示一公知电容式触控感测电路。如图所示，该感测电路包括一电 容开关组10、一三角积分调制器(Sigma-delta modulator) 11、一调制器位元串流滤波器 (modulator bitstream filter) 13、时钟脉冲产生器14、以及一韧件15。其中时钟脉冲产 生器14产生的时钟脉冲信号用以控制电容开关组10中的开关Swl、Sw2。电容开关组10包 括感测电容Cs。感测电容Cs于开关Swl开路、Sw2导通的状态下，将对三角积分调制器11 中的积分电容(integrating capacitor)Cint进行充电。而三角积分调制器11中的比较 器111的输出电压转为高态的时间点即为积分电容Cint的电压充电至参考电压Vref的时 间点，而对积分电容Cint充电至参考电压Vref所需的时间与感测电容Cs的电容值呈线性 相关。另外，比较器111的输出电压将被闩锁器112闩锁并当做调制器位元串流滤波器13 中计数器130的选通信号(gatingsignal)。感测电容Cs的电容值由于与计数器130输出 的计数值大小相关，因此可利用韧件15中所包含的决定逻辑单元150估计出而可被后端所 用。但是，上述方法具有一些缺点，例如，积分电容Cint的充电行为涉及多个充放电 循环，因此相当耗费电力与时间，而且每个感测电路都需要设置一个积分电容Cint。因此， 并列式感测架构的感测电路将需要大量的积分电容Cint，因此会占用大量晶片面积或是耗 用大量外部元件。而若是采用序列式感测架构的感测电路，上述方法将会被噪声(noise) 严重影响，进而需要充分的滤波(filtering)与屏蔽(shielding)来克服噪声问题。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种电容式触控屏幕的感测方 法，该电容式触控屏幕包含有多个感测电容，而该方法包含下列步骤提供一参考电容单 元，其包括所述多个感测电容中的至少一感测电容；计算该参考电容单元与所述多个感测 电容的电容差值；以及根据所述多个电容差值找到在该电容式触控屏幕上的触控位置。本发明的目的还在于提供一种电容式触控屏幕的驱动电路，用以进行差分电容量测，该电容式触控屏幕包括多个感测电以及一参考电容单元，其中该参考电容单元包含一 参考电容，而该驱动电路包括一参考信号产生器，电连接至该参考电容单元，并根据该参 考电容产生一对互补参考信号；多个感测电路，分别对应电连接至所述多个感测电容，并连 接至该参考信号产生器，接收该对互补参考信号以量测该参考电容与该多个感测电容间的 电容差值；以及一定位装置，电连接至所述多个感测电容，根据所量测到的所述多个电容差 值找到在该电容式触控屏幕上的触控位置。本发明的有益效果在于，本发明可有效滤除电容感测元件上的噪声，进而可有效 达到抗噪声的目的，因此可有效解决上述公知手段的缺陷。
图1显示一公知电容式触控感测电路的功能方框示意图。图2a 图2c显示可应用本发明的触控屏幕配置示意图的一实施例，其中图2a图 示以一中央感测电容作为单一的参考电容；图2b图示以一外部电容作为单一的参考电容； 图2c图示使用多重参考电容。图3显示一电容式触控屏幕的驱动电路的功能方框示意图，用以实现根据本发明 一实施例的差分电容量测的一实施例。图4显示利用图3驱动电路进行差分电容量测方式的一实施例的电路图。
图5显示一-电容式触控屏幕的驱动电路的功能方框示意图，用以实现根据本发明另一实施例的差分电容量测的一实施例,O
其中，附图标记说明如下
10电容开关组11三角积分调制器
111比较器112闩锁器
13调制器位元串流130计数器
滤波器
14时钟脉冲产生器15韧件
150决定逻辑单元Sw 1、Sw2开关
Cint积分电容Cs感测电容
Vref参考电压2电容式触控屏幕
201广 290感测电容200,20η,参考感测器
Refl, Refm
301广 390感测电路81 83模拟数字转换器
VOl广 V90模拟输出电压601 690取样与保持器
71 ‘73多路复用器50解码与接口逻辑电路
60控制逻辑单元Vrefp, Vrefn补参考电压信号
具体实施例方式
请参照图2a，其为可应用本发明的触控屏幕配置示意图的一实施例。在本例中，电 容式触控屏幕2由90个感测电容201 290所构成，不过感测电容的数目可视实际需要加 以选用。根据本发明，选择感测电容201 290中之一作为参考电容单元中的参考感测器，而参考感测器的电容值则为参考电容值。然后计算其它每一电容值与参考电容值的差值。 通过比较这些差值可辨识使用者触摸的位置。原则上任一感测电容均可用作参考感测器。在本发明的一实施例中，选用中央的 感测电容20η作为参考感测器，与其它感测电容201 290进行减法运算。或者，亦可轮流 选用不同的感测电容作为参考感测器，以达平均的效果。在另一实施例中，选用一外部电容200作为参考感测器，如图2b所示，并计算面板 中每一感测电容201 290与外部电容200的差值。通过比较这些差值可辨识使用者触摸 的位置。在又一实施例中，差分量测以小范围进行，而在参考电容单元中选用多个感测电 容作为参考感测器。将感测电容201 290分割成多个群组，并于不同群组中分别使用参 考感测器Refl Refm进行减法运算，如图2c所示。通过比较这些差值可辨识使用者触摸 的位置。在又一实施例中，在参考电容单元中选用所有感测电容作为参考感测器，以所有 感测电容201 290的平均电容值作为参考电容值，与每一电容201 290的电容值进行 比较。通过比较这些差值可辨识使用者触摸的位置。通过本发明的差分方法，可检测到一感测器相对于另一感测器的电容变化。触控 感测的差分方法可进行所有感测器的平行量测。由于噪声已经校正，因此噪声问题可减轻。 触控检测的速度可因基本上需要较少滤波程序而加快。同时，因为可在每一感测器的单一 充放电周期完成量测，和其它使用多周期的方法相较之下可减少电力损耗。另外，在传统触 控式屏幕中，感测器的检测电路常需要校正以适用于不同的量测条件。由于本发明方法使 用差分技术，因此校正的问题可因所有感测器的量测条件有相同的变化而简化。以下，参考图3与图4说明一用以实现上述差分电容量测的电容式触控屏幕的驱 动电路实例。该驱动电路包括一参考信号产生器30η与多个相同的感测电路301 390。 参考信号产生器30η连接到图2a所示的参考感测电容20η，而感测电路301 390分别连 接到感测电容201 290。参考信号产生器30η根据参考电容值产生一对互补的参考电压 信号Vrefp与Vrefn，用以驱动感测电路301 390的差分电容量测。差分电容量测的实 例可见于文献 Prakash& Abshire,"A Fully Differential Rail-to-Rail Capacitance Measurement Circuitfor Integrated Cell Sensing”(用于集成细胞传感器的全差分轨 对轨电容测量电路)，IEEE SENSORS 2007 Conference，p. 1444-1447中，其并于此以为参 考。因此可得到的参考感测电容20η与各感测电容201 290间的差值为模拟输出电 压VOl V90，不包括对应参考信号产生器30η的电压Vn。通过连接至参考信号产生器30η 与感测电路301 390的控制逻辑单元60所进行的操作时机控制，模拟输出电压VOl V90以用做定位电路的相对应模拟数字转换器401 490转换为数字数据。所述多个数字 数据再输入至解码与接口逻辑电路50进行处理，得知所触控的位置。应注意参考图3所述的实施例仅一可与图2a所示参考设定并用的例子，亦可由本 领域技术人员将类似的电路设计应用至其它参考设定中，以实现差分电容量测的目的。例 如在图2c的实施例中提供另一参考电容，并于该驱动电路中另包含一参考信号产生器。图5显示用以实现根据本发明另一实施例的差分电容量测的一电容式触控屏幕的驱动电路实施例。在此实施例中，通过将感测电路分组而可使用较少的模拟数字转换器。 例如，将感测电路301 390分成三组，故只需要三个模拟数字转换器81 83。在此种实 施方式下，如图3所示由感测电路301 390所输出的模拟输出电压VOl V90经取样与 保持器601 690取样并维持一段时间，然后通过多路复用器71 73选择输出。此种构 成有利于简化电路。综上所述，本发明可有效滤除电容感测元件上的噪声，进而可有效达到抗噪声的 目的，因此可有效解决上述公知手段的缺陷。本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的 范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。
权利要求
一种电容式触控屏幕的感测方法，该电容式触控屏幕包含有多个感测电容，而该方法包含下列步骤提供一参考电容单元，其包括所述多个感测电容中的至少一感测电容；计算该参考电容单元与所述多个感测电容的电容差值；以及根据所述多个电容差值找到在该电容式触控屏幕上的触控位置。
2.如权利要求1所述的感测方法，其特征在于，该参考电容单元包括单一参考电容。
3.如权利要求2所述的感测方法，其特征在于，该单一参考电容为所述多个感测电容 中位于中央的一个。
4.如权利要求2所述的感测方法，其特征在于，该单一参考电容在不同时间点上由不 同位置的感测电容中轮流选出。
5.如权利要求1所述的感测方法，其特征在于，该参考电容单元包括所述多个感测电 容中的多个感测电容作为多重参考电容，并以该多重参考电容的平均电容值与所述多个感 测电容的电容值计算所述多个电容差值。
6.如权利要求1所述的感测方法，其特征在于，该参考电容单元包括所有所述多个感 测电容作为多重参考电容，并以该多重参考电容的平均电容值与所述多个感测电容的电容 值计算所述多个电容差值。
7.如权利要求1所述的感测方法，其特征在于，该感测方法包含下列步骤将所述多个感测电容分组；在每一组中选择所述多个感测电容之一作为该参考电容单元中的一参考电容；以及计算每一组中该参考电容与同一组中所述多个感测电容的电容差值。
8.一种电容式触控屏幕的驱动电路，用以进行差分电容量测，该电容式触控屏幕包括 多个感测电容以及一参考电容单元，其中该参考电容单元包含一参考电容，而该驱动电路 包括一参考信号产生器，电连接至该参考电容单元，并根据该参考电容产生一对互补参考 信号；多个感测电路，分别对应电连接至所述多个感测电容，并连接至该参考信号产生器，接 收该对互补参考信号以量测该参考电容与该多个感测电容间的电容差值；以及一定位装置，电连接至所述多个感测电容，根据所量测到的所述多个电容差值找到在 该电容式触控屏幕上的触控位置。
9.如权利要求8所述的驱动电路，其特征在于，该电容式触控屏幕还包括另一参考电 容电路以及另一参考信号产生器。
10.如权利要求8所述的驱动电路，其特征在于，所测得的该电容差值以模拟数据形式 由感测电路输出，而该定位电路包括多个模拟数字转换器，电连接到所述多个感测电路，用 以将该模拟数据转换为数字数据。
11.如权利要求10所述的驱动电路，其特征在于，所述多个模拟数字转换器的数目等 于感测电路的数目。
12.如权利要求10所述的驱动电路，其特征在于，该定位电路包括一控制逻辑单元，电 连接到所述多个感测电路与所述多个模拟数字转换器，用于操作时机控制。
13.如权利要求10所述的驱动电路，其特征在于，该定位电路包括一解码与接口逻辑电路，电连接于所述多个模拟数字转换器，用以对所述多个数字数据进行解码，并根据所述 多个数字数据得知于电容式触控屏幕上的触控位置。
14.如权利要求10所述的驱动电路，其特征在于，所述多个模拟数字转换器的数目少 于感测电路的数目。
15.如权利要求14所述的驱动电路，其特征在于，该定位电路包括多个取样与保持器，分别电连接于所述多个感测电路，用以将所述多个模拟电压值进 行取样并保持一段时间；以及多个多路复用器，分别电连接于所述多个模拟数字转换器，其数量小于所述多个取样 与保持器，每一多路复用器上电连接有多个取样与保持器，用以将所述多个取样与保持器 输出的模拟输出电压分时多工地输出至相对应的模拟数字转换器。
全文摘要
本发明公开了一种电容式触控屏幕的感测方法与驱动电路，该电容式触控屏幕包含有多个感测电容，该电容式触控屏幕的感测方法中，提供一参考电容单元，其包括所述多个感测电容中的至少一感测电容，并计算该参考电容单元与所述多个感测电容的电容差值，再根据所述多个电容差值找到在该电容式触控屏幕上的触控位置。本发明的感测方法可有效滤除电容感测元件上的噪声。
文档编号G06F3/044GK101893972SQ201010149579
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月17日 优先权日2009年4月3日
发明者大卫·朱利安·叶慈, 费蓝斯·飞维 申请人:统宝光电股份有限公司