触控面板与其控制方法与流程

本发明涉及一种触控面板，且特别涉及一种可以等效地降低面板电容的基准电容值的触控面板与其控制方法。

背景技术：

随着技术的迅速发展，多数电子产品，如：笔记型计算机、手机或平板计算机，常具有触控面板以作为人机接口。一般而言，触控面板可区分为电容式与电阻式触控面板。电容式触控面板的操作是利用手指或导电物体来接近或触碰触控面板，以改变触控面板上的电容值。当检测到电容值的变化时，将可确定利用手指或导电物体所接近或者接触到的位置，进而执行与前述接近或接触的位置所预先对应的动作。

图1为已知触控面板，已知触控面板包括多个面板电容(例如，面板电容C11～C15)，这些面板电容是设置在行X1～X8与列Y1～Y8的交会上。触控面板在检测碰触位置A时，会分别扫描对应这些行列上的面板电容，藉此取得面板电容的电容值。每一个电容值包括了两个成分，第一个是基础电容值，表示在没有触碰时的电容值，第二是由触碰所产生的电容变异量。

一般来说，反映于电容值的信号会由一个模拟数字转换器(analog digital converter，ADC)转换为数字信号。在不同的时间取得电容值，再计算电容值的变化便可以知道使用者触碰的位置。然而，当基础电容值很大且电容变异量又相对地小时，模拟数字转换器的解析度需要很高。举例来说，若基础电容值为21.4皮法拉(picofarad，pF)，电容变异量为0.1pF，而且电容变异量需量化为256阶，则模拟数字转换器必须要能分辨X阶的变化，其中256/X＝0.1/21.4，X＝54784，这表示模拟数字转换器必须要有16位的解析度。因此，如何降低模拟数字转换器的解析度要求，为此领域技术人员所关心的议题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出一种控制方法与触控面板，可以降低解析度的要求。

本发明的实施例提供一种触控面板，包括面板电容、第一电路、第一电容、第二电路与控制电路。第一电路是耦接至面板电容的第一端，用以传送扫描信号至面板电容。第一电容的第一端是耦接至面板电容的第二端。第二电路是耦接至第一电容的第二端，用以传送一反相信号至第一电容。其中反相信号同步于扫描信号，反相信号的频率相同于扫描信号的频率，并且反相信号反相于扫描信号。控制电路是耦接至面板电容的第二端，用以响应于面板电容的第二端上的电压以输出触控信号，此触控信号是用以估测面板电容的电容值。

在一实施例中，上述的扫描信号为第一脉冲信号，第一电路控制第一脉冲信号在第一时间点上升至第一参考电压。此外，上述的反相信号为第二脉冲信号，第二电路控制第二脉冲信号在第一时间点下降至第二参考电压。其中第二参考电压低于第一参考电压。

在一实施例中，上述的第二电路包括第一开关与第二开关。第一开关的第一端耦接至第一电容的第二端，第二端耦接至第二参考电压，并且第一开关受控于第一相位信号。第二开关的第一端耦接至第一电容的第二端，第二端耦接至第三参考电压，并且第二开关受控于第二相位信号。其中第二参考电压低于第三参考电压，第二相位信号反相于第一相位信号，并且第二相位信号不重叠于第一相位信号。

在一实施例中，上述的第一电路包括第三开关与第四开关。第三开关的第一端耦接至第一参考电压，第二端耦接至面板电容的第一端，并且第三开关受控于第一相位信号。第四开关的第一端耦接至第四参考电压，第二端耦接至面板电容的第一端，并且第四开关受控于第二相位信号。其中第四参考电压低于第一参考电压。

在一实施例中，上述的控制电路包括积分器、比较电路与计数器。积分器的输入端耦接至面板电容的第二端，输出端输出积分信号。比较电路的输入端耦接至积分器的输出端，比较电路判断积分信号是否大于一比较电压以根据第一相位信号输出一比较信号。计数器是耦接至比较电路，用以根据比较信号计数以产生触控信号。

在一实施例中，上述的积分器包括运算放大器与第二电容。运算放大器 的第一输入端耦接至第五参考电压，第二输入端耦接至面板电容的第二端。第二电容的第一端耦接至面板电容的第二端，第二端耦接至运算放大器的输出端。

在一实施例中，上述的控制电路还包括第五开关、第三电容与第六开关。第五开关的第一端耦接至第六参考电压，并且第五开关受控于第一相位信号。第三电容的第一端耦接至接地端，第二端耦接至第五开关的第二端。第六开关的第一端耦接至第二电容的第二端，第二端耦接至面板电容的第二端，并且第六开关受控于比较信号。

在一实施例中，上述的触控面板为内嵌式(in-cell)触控面板。

在一实施例中，上述的扫描信号具有扫描电压电平，反相信号具有反相电压电平，面板电容具有基础电容值，第一电容具有第一电容值。其中，反相电压电平与第一电容值的乘积低于扫描电压电平与面板电容值的乘积。

本发明一实施例提出一种触控面板的控制方法，此触控面板包括面板电容与第一电容，而控制方法包括以下步骤。首先，从面板电容的第一端提供扫描信号，其中面板电容的第二端是耦接至第一电容的第一端。从第一电容的第二端提供一反相信号，其中反相信号是同步于扫描信号，反相信号的频率相同于扫描信号的频率，并且反相信号反相于扫描信号。接下来，响应于面板电容的第二端上的电压以输出触控信号，此触控信号是用以估测面板电容的电容值。

在一实施例中，上述的扫描信号为第一脉冲信号，反相信号为第二脉冲信号，上述的控制方法还包括：控制第一脉冲信号在第一时间点上升至第一参考电压；以及控制第二脉冲信号在第一时间点下降至第二参考电压，其中第二参考电压低于第一参考电压。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是已知的触控面板；

图2是根据一实施例绘示触控面板的示意图；

图3是根据一实施例绘示触控面板的电路图；

图4根据一实施例绘示信号的时序图；以及

图5是根据一实施例绘示触控面板的控制方法的流程示意图。

【符号说明】

A：触碰位置

X1～X8：行

Y1～Y8：列

C11～C15：面板电容

200：触控面板

210：第一电路

220：第二电路

230：控制电路

231：触控信号

CP：面板电容

C1、C2、C3：电容

S1：反相信号

TX：扫描信号

VR1～VR6：参考电压

ph1、ph2：相位信号

SW1～SW6：开关

310：积分器

311：运算放大器

320：比较电路

S3：比较信号

330：计数器

340：逻辑单元

S501、S502：步骤

具体实施方式

图2是根据一实施例绘示触控面板的示意图。触控面板200包括第一电路210、第二电路220、控制电路230、面板电容CP与电容C1(亦称第一电容)。在一实施例中，触控面板200为内嵌式(in-cell)触控面板，但本发明并不在此限。第一电路210是耦接至面板电容CP的第一端，面板电容CP的第二 端是耦接至电容C1的第一端，而电容C1的第二端是耦接至第二电路220。第一电路210会传送扫描信号TX至该面板电容CP，用以充电面板电容CP。特别的是，第二电路220会传送反相信号S1至电容C1，其中反相信号S1会同步于扫描信号TX。在此，“同步”所指的是当扫描信号TX切换电平时，反相信号S1也会同时切换电平。另外，反相信号S1的频率相同于扫描信号TX的频率，并且反相信号S1反相于扫描信号TX。换句话说，在扫描信号TX上升的同时，反相信号S1会下降；或者，在扫描信号TX下降的同时，反相信号S1会上升。如此一来，在面板电容CP充电时，电容C1会减少面板电容CP上的电荷。

控制电路230是耦接至面板电容CP的第二端，用以响应于该面板电容CP的第二端上的电压以输出触控信号231。由于面板电容CP的电容值会改变，因此面板电容CP的第二端的电压也会对应地改变。因为触控信号231是响应于该面板电容CP的第二端上的电压所产生，所以触控信号231可用来估测面板电容CP的电容值。然而，因为电容C1会减少面板电容CP上的电荷，因此用触控信号231所估测出的电容值会比较小，藉此可以等效地减少面板电容的基础电容值，进一步减少控制电路230所需要的解析度。

详细来说，假设在没有触碰时面板电容CP的电容值为C_p，在有触碰时面板电容CP的电容值为C_p+ΔC(C_p为基础电容值，ΔC为电容变异量)。此外，也假设扫描信号TX的电平为V_x(亦称为扫描电压准为)，电容C1的电容值为C₁(亦称为第一电容值)，反相信号S1的电平为-V₁(亦称为反相电压电平)。因此，在没有触碰时面板电容CP上的电荷数为以下方程式(1)，在有触碰时面板电容CP上的电荷数为以下方程式(2)。

V_x×C_p-V₁×C₁…(1)

V_x×(C_p+ΔC)-V₁×C₁…(2)

将上述方程式(2)减去方程式(1)可以得到V_x×ΔC(与C₁无关)，因此电容C1并不会影响电容变异量ΔC的估测。

上述等效减少的电容值和C₁与V₁的相乘有关。值得注意的是，本发明中电容C1的电容值与反相信号S1的电平可以任意地调整，藉此可以等效地减少任意数量的电容值。例如，电容C1可以实作为可变电容。一般来说，C₁与V₁的乘积会小于T_x与C_p的乘积。若C₁与V₁可以等效地减少20pF，基础电容值C_p为21.4pF，电容变异量ΔC为0.1pF且需量化为256阶，则控 制电路230所需要辨识X阶的电容值，其中256/X＝0.1/1.4，X＝3584，即控制电路230只需要12位的解析度。

图3是根据一实施例绘示触控面板的电路图。值得注意的是，图3仅是一范例，本领域技术人员当可根据以上公开内容来实作第一电路210、第二电路220与控制电路230，本发明应不在此限。

在图3的实施例中，第二电路220包括第一开关SW1与第二开关SW2。第一开关SW1的第一端与第二开关SW2的第一端耦接至电容C1的第二端，第一开关SW1的第二端耦接至第二参考电压VR2，而第二开关SW2的第二端耦接至第三参考电压VR3。第一开关SW1受控于第一相位信号ph1，而第二开关SW2受控于第二相位信号ph2。第一电路210包括第三开关SW3与第四开关SW4。第三开关SW3的第一端耦接至第一参考电压VR1，第三开关SW3的第二端耦接至面板电容CP的第一端，并且第三开关SW3受控于第一相位信号ph1。第四开关SW4的第一端耦接第四参考电压VR4，第四开关SW4的第二端耦接至面板电容CP的第一端，并且第四开关SW4受控于第二相位信号ph2。其中，第一相位信号ph1反相于第二相位信号ph2，并且第一相位信号ph1不重叠于第二相位信号ph2(可参考图4所示的例子)。此外，第二参考电压VR2低于第三参考电压VR3，第四参考电压VR4低于第一参考电压VR1。举例来说，第一参考电压VR1为6伏特，第二参考电压VR2与第四参考电压VR4为0伏特，而第三参考电压为3伏特。换句话说，在此实施例中扫描信号TX为脉冲信号(亦称第一脉冲信号)，而第一电路210是控制扫描信号TX在某第一时间点上升至第一参考电压VR1，而反相信号S1也是脉冲信号(亦称第二脉冲信号)，并且第二电路220控制反相信号S1在相同的第一时间点下降至第二参考电压VR2。藉此，电容C1可以减少面板电容CP上的电荷。

在另一实施例中，第一参考电压VR1至第四参考电压VR4也可以具有其他的电压电平。在一实施例中，第一参考电压VR1至第四参考电压VR4可以设定在0至6伏特之间，但本发明的实施例并不在此限。

在图3的实施例中，控制电路230包括积分器310、比较电路320与计数器330。积分器310的输入端耦接至面板电容CP的第二端，积分器310的输出端输出积分信号S2。比较电路320的输入端耦接至积分器310的输出端，用以判断积分信号S2是否大于一比较电压，并根据第一相位信号ph1输出比 较信号S3。在此实施例中，积分器310会积分面板电容CP第二端上的电压，若面板电容CP的电容值越大，则积分信号S2的电平会越大。详细来说，积分器310包括了运算放大器311与电容C2(亦称为第二电容)。运算放大器311的第一输入端(例如，反相端)耦接至第五参考电压VR5(例如为1.5伏特)，其第二输入端(例如，非反相端)耦接至面板电容CP的第二端。电容C2的第一端耦接至面板电容CP的第二端，电容C2的第二端耦接至运算放大器311的输出端。若积分信号S2大于比较电压，则比较信号S3会位于高电平(在另一实施例中也可以为低电平)，比较电路320会在第一相位信号ph1为上升沿时才输出比较信号S3。例如，比较电路320可包括比较器与闩锁器，但本发明的实施例并不在此限。

控制电路230还包括第五开关SW5、第六开关SW6与电容C3(亦称第三电容)。第五开关SW5的第一端耦接至第六参考电压VR6(例如为2伏特)，并且该第五开关受控于第一相位信号ph1。电容C3的第一端耦接至接地端，电容C3的第二端耦接至第五开关SW6的第二端。第六开关SW6的第一端耦接至电容C2的第二端，第六开关SW6的第二端耦接至面板电容CP的第二端，并且第六开关SW6受控于比较信号S3。当第六开关SW6导通时，积分信号S2的电平会下降且可能会低于比较电压。

计数器330是耦接至比较电路320，并且根据比较信号S3计数以产生触控信号231。当面板电容CP的电容值越大时，积分信号S2大于比较电压的次数越多，计数器330是在一系统周期内计数积分信号S2大于比较电压的次数以输出触控信号231。接下来，逻辑单元340便会根据触控信号231来估测面板电容CP的电容值。在此，逻辑单元340可以实作为软件或是硬件，本发明并不在此限。

图5是根据一实施例绘示触控面板的控制方法的流程示意图。

在步骤S501中，从面板电容的第一端提供扫描信号，并从第一电容的第二端提供反相信号，其中反相信号同步于扫描信号，反相信号的频率相同于扫描信号的频率，并且反相信号反相于扫描信号。在步骤S502中，响应于面板电容的第二端上的电压以输出触控信号。然而，图5中的各步骤已详细说明如上，在此不再赘述。

本发明实施例提出的触控面板与控制方法中，是在充电面板电容CP时，提供一个反相的信号至电容C1，藉此减少面板电容CP上的电荷数，进而减 少基础电容值。如此一来，可以减少控制电路230的解析度要求。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。