触摸屏控制器、触摸感测设备和触摸感测方法与流程

本申请要求在2015年6月22日在美国专利商标局提交的62/182,721号美国临时申请的优先权，以及在2016年1月15日在韩国知识产权局提交的10-2016-0005316号韩国专利申请的优先权，其公开通过引用的方式全部并入此处。

技术领域

按照本发明构思的示范性实施例的装置和方法涉及触摸感测设备，更加具体来说，涉及触摸屏控制器、包括触摸屏控制器的触摸感测设备以及触摸感测方法。

背景技术：

触摸感测设备是一种被配置为对于显示在显示设备的屏幕上的内容使能用户使用手或诸如触摸笔这样的物体发送用户输入的输入设备。触摸感测设备可以提供在所述显示设备的正面上并且将用户的手或者诸如触摸笔这样的物体在触摸感测设备的正面上触摸的位置变换为电信号。其中安装有显示设备的电子设备，举例来说，便携电话、膝上型计算机、台式计算机和个人数字助理(PDA)，可以基于电信号识别触摸的位置，分析触摸的位置，以及执行与用户的触摸输入相应的操作。电阻性方法、感光方法和电容方法被称为其中触摸感测设备感测触摸的方法。具体来说，电容触摸感测设备可以基于由用户的手或者诸如触摸笔这样的物体形成的电容以及电容触摸感测设备的导电电极将触摸位置变换为电信号。

技术实现要素：

根据本发明构思的一方面，提供一种触摸屏控制器，包括：偏移消除电路，被配置为消除包括第一通道和与第一通道相交的第二通道的触摸屏面板的偏移电容，，所述偏移消除电路通过感测节点连接到所述触摸屏面板；电荷放大器，被配置为从输出自所述触摸屏面板的感测信号生成感测电压，所述电荷放大器包括具有连接到所述感测节点的第一输入端子和输入电压被施加于的第二输入端子的放大器；以及通道驱动器，被配置为在对于第一通道的自电容感测模式下提供驱动电压给第二通道，所述驱动电压等于或者大于所述输入电压。

根据本发明构思的另一方面，提供一种触摸感测设备，包括：触摸屏面板，被配置为感测触摸，所述触摸屏面板包括第一通道和与第一通道相交的第二通道；和触摸屏控制器，被配置为在对于第一通道的自电容感测模式下提供驱动电压给第二通道以及感测由所述触摸输入导致的、第一通道的电容的量的变化。

根据本发明构思的另一方面，提供一种触摸感测设备，包括：触摸屏面板，被配置为感测触摸或者接近输入，并且包括：第一通道和与第一通道交叉的第二通道；和偏移自电容器和偏移互电容器，被配置为当输入电压被施加于第一通道时，分别具有偏移自电容和偏移互电容，和触摸屏控制器，被配置为感测由触摸或者接近输入导致的第一通道的电容的量的变化，并且从输出自所述触摸屏面板的感测信号生成感测电压。这里，所述触摸屏控制器包括连接到所述触摸屏面板的偏移自电容器和偏移互电容器的偏移消除电容器，以及所述偏移互电容器与所述偏移消除电容器一起被配置为消除至少部分偏移自电容。

根据本发明构思的又一方面，提供一种触摸屏面板的触摸感测方法，该触摸屏面板包括第一通道和与第一通道相交的第二通道，所述触摸感测方法包括：在对于第一通道的自电容感测模式下将连接到第一通道的感测节点的电压设置为输入电压；在对于第一通道的自电容感测模式下施加驱动电压到第二通道，所述驱动电压等于或者大于所述输入电压；和根据由触摸输入引起的、第一通道的电容的量的变化从感测节点的感测信号生成感测电压。

附图说明

本发明构思的示范性实施例将从以下结合附图的具体实施例中更加清楚地理解，附图中：

图1是示出根据示范性实施例的触摸感测设备的框图；

图2是根据示范性实施例的触摸感测设备的详细框图；

图3A是用于说明根据示范性实施例的、在由于互电容感测模式下的触摸输入而造成电容的变化的图；

图3B是示出根据示范性实施例的、在由于互电容感测模式下的触摸输入而造成电容量的理想变化的图；

图4A是用于说明根据示范性实施例的、在由于自电容感测模式下的触摸输入而造成电容的变化的图；

图4B是示出根据示范性实施例的、在由于自电容感测模式下的触摸输入而造成电容量的理想变化的图；

图5是示出根据示范性实施例的、在自电容感测模式下根据偏移互电容电容量的真实的变化的图；

图6A和图6B是示出根据示范性实施例的在自电容感测模式下触摸屏面板的驱动方案的图；

图7是根据示范性实施例感测信号接收器的详细电路图；

图8A是示出施加于图7的电荷放大器的输入电压的例子的图；

图8B是示出施加于图7的偏移取消电路的偏移取消电压的例子的图；

图8C是示出施加于图7的触摸屏面板的驱动电压的例子的图；

图9A至图9C是根据示范性实施例的驱动电压的各种例子的图；

图10是示出根据示范性实施例的、在自电容感测模式下电容量的变化的图；

图11是根据示范性实施例感测信号接收器的框图；

图12是示出根据示范性实施例的触摸感测方法的流程图；

图13是示出根据另一示范性实施例的触摸感测方法的流程图；

图14是示出根据示范性实施例的包括在触摸感测设备中的触摸面板和显示面板的图；

图15是根据示范性实施例的触摸屏系统的框图；

图16是示出根据示范性实施例的包括触摸感测设备的触摸屏模块的图；

图17A和图17B是示出根据示范性实施例的、其中触摸面板和显示面板集成的触摸屏模块的结构的图；和

图18是示出其中安装有根据示范性实施例的触摸感测设备的各种电子产品的应用例子的图。

具体实施方式

如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项中任意一个或全部组合。将在下面参考附图更加全面地描述本发明构思，附图中示出本发明构思的示范性实施例。提供这些示范性实施例以使得本公开将是彻底的和完全的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明构思的范围。因此，虽然本发明构思可以以多种方式修改并且彩各种替换形式，但是在附图中示出其特定实施例并且在下面作为例子详细进行了描述。不存在任何意图将本发明构思限制为所公开的特定方式。相反，本发明构思将包括落入权利要求的精神和范围的所有修改、等效和替换。同样的参考标记贯穿说明书指代同样的元素。在附图中，层和区域的厚度为了清楚而可能夸大。

这里使用的术语仅是出于描述特定示范性实施例的目的而不是意在本发明构思的限制。如这里使用的，单数形式的“一”、“该”和“所述”意在也包括复数形式，除非上下文清楚地指示不是这样。还将理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元素和/或元件，而不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、元件和/或其群组。

将理解的是，虽然术语第一、第二、第三等等可以在这里用来描述各种元素、分量、区域、层和/或部分，但是，这些元素、组件、区域、层和/或部分不应当局限于这些术语。因而，下面讨论的第一元素、组件、区域、层或部分可以称作第二元素、分量、区域、层或部分而不脱离本发明构思的教导。

除非另外定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明构思所属的领域的技术人员通常所理解的相同的意义。还将理解的是，诸如在通常使用的词典中定义的那些术语应该解释为具有与相关技术的上下文中的意义一致的意义，并且将不以理想化或过度形式化的方式解释，除非明确地在这里如此定义。

图1是根据示范性实施例的触摸感测设备10的框图。

参照图1，触摸感测设备10包括触摸屏控制器100和触摸屏面板200。触摸感测设备10可以是包括图像显示功能的电子设备。触摸感测设备10可以包括在个人计算机(PC)或者移动设备中，但是不限制于此。移动设备可以实施为膝上型计算机、移动电话、智能电话、平板PC、个人数字助理(PDA)、企业数字助理(EDA)、数字式静物摄影机、数字视频相机、便携多媒体播放器(PMD)、个人导航设备或便携导航设备(PND)、手持游戏机、移动网络设备(MID)、可穿戴计算机、物联网(internet of things，IoT)设备、万物互联(internet of everything，IoE)设备、雄蜂(drone)或电子书，但是不受限制。

触摸屏面板200可以响应于触摸输入生成与触摸输入相应的感测信号，并且可以提供生成的感测信号给触摸屏控制器100。触摸输入不仅包括诸如手指这样的导电物体的直接触摸而且包括导电物体接近触摸屏面板200。在下文中，用户可以用其施加触摸输入到触摸屏面板200的东西被定义为“物体”。举例来说，该物体可以是诸如手指、触摸笔或者手写笔这样的导电物体，但是不限制于此。

触摸屏面板200可以包括至沿第一方向排列的行通道R1至Rn和沿与第一方向相交的第二方向排列的列通道C1至Cm。举例来说，第一方向可以基本上垂直于第二方向。行通道R1至Rn和列通道C1至Cm中的每一个可以包括沿第一方向或者第二方向彼此电连接的多个感测单元SU。在示范性实施例中，多个行信道R1至Rn和多个列信道C1至Cm可以在不同的层中形成。在示范性实施例中，多个行信道R1至Rn和多个列信道C1至Cm可以在相同的层中形成。

在当前示范性实施例中，多个感测单元SU可以是电容触摸传感器，并且从而，触摸屏面板200可以称为电容式触摸屏面板。触摸屏面板200可以通过使用互电容感测方法或者自电容感测方法生成感测信号。下面将详细参考图3A至图4B描述互电容感测方法和自电容感测方法。

触摸屏控制器100可以感测在触摸屏面板200中是否生成触摸输入和触摸输入被施加到的位置。在当前示范性实施例中，触摸屏控制器100可以通过使用自电容感测方法感测触摸输入。但是，本发明构思不限制于此。在一些示范性实施例中，触摸屏控制器100可以通过使用自电容感测方法和互电容感测方法感测触摸输入。在一示范性实施例中，触摸屏控制器100可以通过可替换地使用自电容感测方法和互电容感测方法感测触摸输入。

在自电容感测模式下，触摸屏控制器100可以施加用于驱动第一通道的输入电压信号，从第一通道接收感测信号，以及基于接收到的感测信号检测在触摸屏面板200中是否生成触摸输入以及触摸输入将施加到的位置。输入电压信号可以是例如基于特定电压像方波那样摇摆的电压信号。在本说明书中，第一通道可以表示是对于自电容感测的目标的通道。

另外，在自电容感测模式下，触摸屏控制器100可以提供驱动信号给与第一通道相交的第二通道。例如，驱动信号可以是基于特定电压像方波那样摇摆的电压信号。在本说明书中，第二通道可以表示不是对于自电容感测的目标的通道。

在示范性实施例中，第一通道可以是多个行通道R1至Rn中的一个，第二通道可以是多个列通道C1至Cm中的一个。在示范性实施例中，第一通道可以是多个列通道C1至Cm中的一个，第二通道可以是多个行通道R1至Rn中的一个。

而且，触摸屏控制器100可以从接收自触摸屏面板200的感测信号中消除偏移电容。因此，感测信号的动态范围可以提高。偏移电容可以表示由一个或多个感测单元SU生成的寄生电容。即使触摸输入不被施加于触摸屏面板200，也可能由于偏移电容输出感测信号。

图2是根据示范性实施例的触摸感测设备10a的详细框图。

参照图2，触摸感测设备10a包括触摸屏控制器100a和触摸屏面板200。触摸感测设备10a可以相应于图1的触摸感测设备10的实施方式例子，并且触摸屏面板200可以相应于图1的触摸屏面板100。因此，参考图1描述的细节可以应用于本示范性实施例，并且省略重复的描述。在下文中，将主要描述触摸屏控制器100a。

触摸屏控制100a可以包括通道驱动器110、感测信号接收器120、控制器130和处理器140。在本示范性实施例中，触摸屏控制器100a可以通过使用自电容感测方法感测触摸输入。触摸屏控制器100a可以通过感测与由触摸输入所引起的、第一通道的电容量中的变化相应的感测信号Ssen来检测触摸输入。第一通道可以是在自电容感测模式下感测的通道。例如，第一通道可以是行通道R1至Rn中的一个。但是，本发明构思不限制于此，并且第一通道可以是列通道C1至Cm中的一个。

通道驱动器110可以提供驱动信号Sdrv给与第一通道相交的第二通道。第二通道可以是未在自电容感测模式下感测的通道。当第一通道是行通道R1至Rn中的一个时，第二通道可以是列通道C1至Cm中的一个。当第一通道是列通道C1至Cm中的一个时，第二通道可以是行通道R1至Rn中的一个。驱动信号的数目Sdrv可以根据在触摸屏面板200中形成的第二通道的数目来确定。在示范性实施例中，多个驱动信号Sdrv可以被顺序地施加于与其相应的第二通道。

感测信号接收器120可以从第一通道接收感测信号Ssen。在本示范性实施例中，当使用自电容感测方法时，感测信号接收器120可以施加输入信号到第一通道并且从第一通道接收感测信号Ssen。换句话说，在自电容感测模式下，感测信号接收器120既可以充当驱动器也可以充当接收器。当使用互电容感测方法时，感测信号接收器120可以仅仅从第一通道接收感测信号Ssen而不施加输入信号到第一通道。换句话说，在互电容感测模式下，感测信号接收器120可以仅仅充当接收器。

在本示范性实施例中，感测信号接收器120可以包括偏移消除电路121和电荷放大器122。偏移消除电路121可以从感测信号Ssen中消除偏移电容。电荷放大器122可以从感测信号Ssen生成感测电压。下面将参考图7描述感测信号接收器120的详细操作。

控制器130可以控制通道驱动器110和感测信号接收器120。控制器130可以确定驱动信号Sdrv的频率或者幅度，并且可以提供依赖于所确定的频率或者幅度的控制信号给通道驱动器110。而且，控制器130可以确定施加于偏移消除电路121和电荷放大器122的电压中的每一个的频率或者幅度，并且可以提供依赖于所确定的频率或者幅度的控制信号给感测信号接收器120。

处理器140可以基于从感测信号接收器120接收到的触摸数据计算触摸坐标，并且可以提供计算的触摸坐标到主机HOST。处理器140可以通过使用各种算法计算触摸坐标。在示范性实施例中，处理器140可以根据单个触摸输入计算触摸坐标。在示范性实施例中，处理器140可以根据多触摸输入计算触摸坐标。

图3A是用于说明在由于互电容感测模式下的触摸输入而造成电容的变化的图。

参照图3A，在互电容感测模式下，预定电压脉冲被施加于驱动电极，并且与电压脉冲相应的电荷被收集在接收电极(或者称为感测电极)中。当物体OBJ位于驱动电极与接收电极之间时，由虚线指示的电场改变，并且电场强度的变化引起电容的变化。

用这样的方式，电容可以通过驱动电极与接收电极之间的电场的变化而变化，并且从而，可以通过电容的变化感测触摸输入。虽然图3A示出接触触摸，但是电场的变化也可以由接近度感测所引起。而且，虽然图3A示出其中物体OBJ是手指的情况，但是电场的变化也可以由经由诸如触摸笔这样的其它导体的触摸引起。

参照图1和图3A，在示范性实施例中，图1的行通道R1至Rn可以是驱动通道，图1的列通道C1至Cm可以是感测通道。驱动通道可以包括彼此电连接的多个驱动电极，感测通道可以包括彼此电连接的多个感测电极。驱动电极和感测电极可以被称为感测单元。电容器可以在每个驱动电极与每个感测电极之间形成，电容器的电容可以根据触摸输入改变。在每个驱动电极与每个感测电极之间形成的电容器的电容可以称为互电容。

图3B是示出在由于互电容感测模式下的触摸输入而造成电容量的理想变化的图。

参照图3B，X轴表示时间并且Y轴表示电容。每个感测单元(例如，图1的感测单元SU)可以基本上具有与寄生元件相应的偏移互电容Cm，并且感测单元的电容可以由于物体OBJ的接近或者接触而变化。时间段A是其中物体OBJ对于触摸感测来说不接触感测单元或者对于接近度感测来说不够靠近感测单元的时间段，并且在这种情况下，感测单元的电容可以相应于偏移互电容Cm。例如，偏移互电容Cm可以是几微微法拉(pF)。

时间段B是其中物体OBJ接触感测单元的时间段，并且在这种情况下，感测单元的信号电容可以相应于通过从偏移互电容Cm中减去由物体OBJ引起的互电容变化ΔCm得到的值(也就是说，Cm-ΔCm)。例如，时间段B中信号电容可以是几十毫微微法拉(femtofarads，fF)。

图4A是用于说明在由于自电容感测模式下的触摸输入而造成电容的变化的图。

参照图4A，在自电容感测模式下，预定电压脉冲被施加于一电极，并且从该电极收集与电压脉冲相应的电压或者电荷。电极形成相对于周围的导体(例如，地节点)的电容器。当物体OBJ接触或者接近电极时，电容器的电容可以增加。用这样的方式，可以通过电极感测电容的变化，并且可以通过感测到的变化感测触摸。

参照图1和图4A，在示范性实施例中，图1的行通道R1至Rn和列通道C1至Cm中的每一个既可以充当驱动通道，也可以充当感测通道。包括在行通道R1至Rn和列通道C1至Cm中的电极中的每一个可以形成相对于周围的导电物体的电容器(例如，浮动电容器)，并且电容器的电容可以响应于触摸输入而改变。在包括在行通道R1至Rn和列通道C1至Cm中的电极与周围的导电物体之间形成的电容器的电容可以称为自电容。

图4B是示出在由于自电容感测模式下的触摸输入而造成电容量的理想变化的图。

参照图4B，X轴表示时间并且Y轴表示电容。每个感测单元(例如，图1的感测单元SU)可以基本上具有与寄生元件相应的偏移自电容Cs，并且感测单元的电容可以由于物体OBJ的接近或者接触而变化。时间段A是其中物体OBJ对于触摸感测来说不接触感测单元或者对于接近度感测来说不够靠近感测单元的时间段，并且在这种情况下，感测单元的电容可以相应于偏移自电容Cs。例如，偏移自电容Cs可以是几十pF。偏移自电容Cs可以大于偏移互电容Cm。

时间段B是物体OBJ接触感测单元的时间段，并且在这种情况下，感测单元的信号电容可以相应于通过将由物体OBJ所引起的自电容变化ΔCs加到偏移自电容Cs得到的值(也就是说，Cs+ΔCs)。例如，时间段B中信号电容可以是几十fF。在自电容感测模式下，偏移自电容Cs可以具有与信号电容相比相对较大的值。因此，当不消除偏移电容时，信号电容可能不被正确地感测，并且从而，偏移电容可能对电容触摸屏的灵敏度有较大影响。

图5是示出在自电容感测模式下根据偏移互电容电容量的真实的变化的图。

参照图5，X轴表示时间并且Y轴表示电容。在用于感测第一通道自电容的量的变化的自电容感测模式下，地电压可以施加于与第一通道相交的第二通道。在时间段A中的电容可以相应于偏移自电容Cs和偏移互电容Cm之和(Cs+Cm)，在时间段A中对于触摸感测来说物体OBJ不接触电极或者对于接近度感测来说不够靠近电极。由于连接到地电压的第二通道与第一通道之间的互电容Cm，图5的时间段A中的电容大于图4B的时间段A中的电容。

在物体OBJ接触电极的时间段B中电容量的变化相应于自电容的量的变化(ΔCs)与互电容的量的变化(ΔCm)之间的差(也就是说，ΔCs-ΔCm)。由于互电容的量的变化(ΔCm)，图5的时间段B中的电容小于图4B的时间段B中的电容，并且从而，触摸灵敏度被降低。

图6A和图6B是示出根据示范性实施例的在自电容感测模式下触摸屏面板200的驱动方案的图。

参照图6A，在对于第一至第m列通道C1至Cm的自电容感测模式下，感测信号接收器120可以连接到第一至第m列通道C1至Cm。感测信号接收器120可以包括分别连接到第一至第m列C1至Cm的多个接收器RX。分别连接到第一至第m列C1至Cm的多个接收器RX，可以分别接收第一至第m感测信号X[1]至X[m]。

在对于列通道C1至Cm的自电容感测模式下，驱动信号Sdrv可以施加于第一至第n行通道R1至Rn。第一至第n驱动信号Y[1]至Y[n]可以分别施加于第一至第n行通道R1至Rn。在示范性实施例中，驱动信号Sdrv可以提供为以方波的形式实施的驱动电压。

参照图6B，在对于第一至第n行通道R1至Rn的自电容感测模式下，感测信号接收器120可以连接到第一至第n行通道R1至Rn。感测信号接收器120可以包括分别连接到第一至第n行通道R1至Rn的多个接收器RX。分别连接到第一至第n行通道R1至Rn的多个接收器RX可以分别接收第一至第n感测信号Y[1]至Y[n]。

在对于第一至第n行通道R1至Rn的自电容感测模式下，驱动信号Sdrv可以施加于第一至第m列通道C1至Cm。第一至第m驱动信号X[1]至X[m]可以分别施加于第一至第m列通道C1至Cm。在示范性实施例中，驱动信号Sdrv可以提供为以方波的形式实施的驱动电压。

图7是根据示范性实施例感测信号接收器120a的详细电路图。

参照图7，感测信号接收器120a可以包括偏移消除电路121a和电荷放大器122a。感测信号接收器120a可以通过感测节点SN从触摸屏面板200接收感测信号Ssen。感测信号Ssen可以是在对于第一通道的自电容感测模式下通过感测节点SN接收到的信号。例如，图7中所示的感测信号接收器120a可以相应于包括在图6B的感测信号接收器120中的接收器RX的例子。

电荷放大器122a可以连接到感测节点SN并且基于感测信号Ssen生成感测电压Vout。在示范性实施例中，电荷放大器122a可以将感测信号Ssen(其是从触摸屏面板200输出的电流信号)变换为是电压信号的感测电压Vout。因此，电荷放大器122a可以称为Q-V转换器或者电容电压转换器。

在本示范性实施例中，电荷放大器122a可以包括放大器AMP和反馈电容器Cf。放大器AMP可以具有连接到感测节点SN的第一输入端子(在下文中，称为‘反相输入端子’、接收输入电压Vin的第二输入端子(在下文中，称为‘非反相输入端子’)和输出感测电压Vout的输出端子。在示范性实施例中，施加于放大器AMP的非反相输入端子的输入端子Vin可以具有方波的形式。例如，输入电压Vin可以如图8A所示实施。反馈电容器Cf可以连接在放大器AMP的非反相输入端子与放大器AMP的输出端子之间。

在一些示范性实施例中，电荷放大器122a还可以包括与反馈电容器Cf并联连接的开关，开关可以由控制器(例如，图2的控制器130)接通或者关断。在这种情况下，开关可以对反馈电容器Cf放电。在一些示范性实施例中，电荷放大器122a还可以包括与反馈电容器Cf并联连接的电阻器。

偏移消除电路121a可以连接到感测节点SN并且被配置为消除触摸屏面板200的偏移电容。在本示范性实施例中，偏移消除电路121a可以包括偏移消除电容器1211，并且偏移消除电容器1211可以具有连接到感测节点SN的第一端子和偏移消除电压施加于其的第二端子。在本示范性实施例中，偏移消除电压可以比施加于放大器AMP的非反相输入端子的输入电压Vin高。在示范性实施例中，偏移消除电压可以相应于输入电压Vin两倍，也就是说，2Vin。在下文中，将详细描述偏移消除电压是2Vin的例子。例如，偏移消除电压可以如图8B所示实施。

根据放大器AMP的虚短原理，放大器AMP的反相输入端子的电压电平基本上与放大器AMP的非反相输入端子的电压电平相同。因此，放大器AMP的非反相输入端子的电压电平可以相应于输入电压Vin，并且从而，感测节点SN的电压电平可以相应于输入电压Vin。

在本示范性实施例中，在对于第一通道的自电容感测模式下，驱动电压可以被施加于没有感测到的第二通道，驱动电压可以等于或者大于输入电压Vin。在示范性实施例中，驱动电压可以相应于输入电压Vin的k倍，也就是说，k*Vin(其中k是等于或者大于1的整数)。例如，驱动电压可以如图8C所示实施。例如，k可以是1并且驱动电压可以等于输入电压Vin。再举一例，k可以是2并且驱动电压可以是输入电压Vin的两倍，也就是说，2Vin。

图8A是示出施加于图7的电荷放大器122a的输入电压Vin的例子的图。参照图8A，X轴表示时间，并且Y轴表示电压电平。输入电压Vin可以提供为具有幅度V的方波的形式。

图8B是示出施加于图7的偏移消除电路121a的偏移消除电压的例子的图。参照图8B，X轴表示时间，并且Y轴表示电压电平。偏移消除电压可以提供为具有幅度2V的方波的形式，并且偏移消除电压可以相应于输入电压Vin的两倍，也就是说，2Vin。

图8C是示出施加于图7的触摸屏面板200的驱动电压的例子的图。参照图8C，X轴表示时间，并且Y轴表示电压电平。驱动电压可以提供为具有幅度k*V的方波的形式，并且驱动电压可以相应于输入电压Vin的k倍，也就是说，k*Vin(其中k是等于或者大于1的整数)。

图9A至图9C是根据示范性实施例的驱动电压的各种例子的图。

参照图9A，驱动电压可以实施为斜坡电压(ramp voltage)。参照图9B，驱动电压可以实施为斩波(chopping wave)。参照图9C，驱动电压可以实施为正弦波(sine wave)。用这样的方式，驱动电压可以以各种形式实施。在示范性实施例中，驱动电压的形式可以具有类似于施加于图7的电荷放大器122a的输入电压Vin的形式，并且驱动电压可以等于或者大于输入电压Vin。

图10是示出根据示范性实施例的、在自电容感测模式下电容量的变化的图。

一起参照图10与图7，X轴表示时间并且Y轴表示电容。Cs表示偏移自电容器211的偏移自电容，Cm表示偏移互电容器212的偏移互电容。ΔCs表示由于触摸输入造成的自电容的量的变化，ΔCm表示由于触摸输入造成的互电容的量的变化。如上参考图3A和图3B所述，互电容由于触摸输入而降低ΔCm。如上参考图4A和图4B所描述的，自电容由于触摸输入而增加ΔCs。

在下文中，将参考图7和图10描述根据触摸输入执行的感测信号接收器120a的详细操作。首先将说明在触摸输入不施加于触摸屏面板的时间段A中感测信号接收器120a的操作，然后将说明在触摸输入被施加于触摸屏面板的时间段B中感测信号接收器120a的操作。

在触摸输入不施加于触摸屏面板的时间段A中，不存在自电容的量的变化，并且不存在互电容的量的变化(也就是说，ΔCs＝ΔCm＝0)。在该情况下，因为感测节点SN的电压是输入电压Vin，所以偏移自电容器211的两个端子之间的电压是Vin，偏移互电容器212的两个端子之间的电压是(Vin-k*Vin)，偏移消除电容器1211的两个端子之间的电压是-Vin。因此，偏移自电容器211用其充电的电荷Qs可以相应于Cs*Vin(也就是说，Qs＝Cs*Vin)，偏移互电容器212用其充电的电荷Qm可以相应于Cm*(Vin-k*Vin)，并且偏移消除电容器1211用其充电的电荷Qoff可以相应于Coff*(-Vin)。Coff表示偏移消除电容器1211的偏移消除电容。

因为偏移自电容器211用其充电的电荷Qs、偏移互电容器212用其充电的电荷Qm以及偏移消除电容器1211用其充电的电荷Qoff之和是0(也就是说，Qs+Qm+Qoff＝0)，所以偏移消除电容器1211的偏移消除电容Coff可以用公式1表示。

公式1

Coff＝Cs-(k-1)*Cm

在本示范性实施例中，因为k等于或者大于1，所以偏移消除电容Coff可以是通过从偏移自电容Cs减去(k-1)*Cm得到的值。因此，因为触摸屏面板200的偏移电容小于图5的偏移电容(也就是说，Cs+Cm)，所以偏移消除电容器1211的大小与现有技术相比被降低。

用这样的方式，根据本示范性实施例，偏移互电容器Cm可以消除部分偏移自电容Cs。换句话说，因为偏移互电容Cm和偏移消除电容Coff二者都用作消除至少部分偏移自电容Cs，所以偏移消除电容Coff与现有技术相比降低。因此，偏移消除电路121a的尺寸可以减小，包括偏移消除电路121a的触摸屏控制器在其中实现的芯片的尺寸可以减小。结果，可以使触摸感测设备微型化。

在触摸输入施加于触摸屏面板的时间段B中，自电容增加源于偏移自电容Cs的变化ΔCs，互电容降低源于偏移互电容Cm的变化ΔCm。在这种情况下，因为驱动电压k*Vin被施加于第二通道，所以第一通道的电容的量的变化ΔC可以相应于ΔCs+(k-1)*ΔCm。因此，感测信号Ssen可以是相应于ΔCs+(k-1)*ΔCm的电流信号。

根据本示范性实施例，在图10的时间段B中第一通道的电容的量的变化ΔC大于在图5的时间段B中电容的量的变化。在这种情况下，因为在互电容的量的变化ΔCm用作提高第一通道的电容，所以当触摸输入时，第一通道的电容与现有技术相比增加，并且从而，感测信号的灵敏度Ssen可以得以提高。

图11是根据示范性实施例感测信号接收器120b的框图。

参照图11，感测信号接收器120b可以包括偏移消除电路121、电荷放大器122、积分器123和模-数转换器(ADC)124。根据本示范性实施例的感测信号接收器120b是图2的感测信号接收器120的修改实施例，并且与图2的感测信号接收器120相比还可以包括积分器123和ADC 124。如上参考图2和图7所述的细节可以应用于偏移消除电路121和电荷放大器122，并且在下文中，将主要说明积分器123和ADC 124。

积分器123可以对从电荷放大器122输出的感测电压Vout求积分(或累积)。例如，积分器123可以根据图2的控制器130的控制执行积分运算至少两次。ADC124可以通过对积分器123的输出执行模拟到数字变换操作生成数字输出信号OUT。数字输出信号OUT可以提供给图2的处理器140，处理器140可以基于数字输出信号OUT计算触摸坐标。

图12是示出根据示范性实施例的触摸感测方法的流程图。

参照图12，根据本示范性实施例的触摸感测方法是感测触摸输入是否被施加于触摸屏面板的操作以及根据自电容感测方法触摸输入被施加于触摸屏面板的位置。根据本示范性实施例的触摸感测方法可以包括在图2的触摸屏控制器100a中按时间序列执行的操作。如上参考图1至图11所述的细节可以应用于本实施例，并且从而，将省略重复的描述。

在操作S110中，连接到第一通道的感测节点的电压被设置为输入电压。第一通道可以是用于在自电容感测模式下进行感测的目标的通道。例如，第一通道可以是图1的行通道R1至Rn中的一个。例如，在图7的感测信号接收器120a中，放大器AMP的反相输入端子可以通过将输入电压Vin施加于放大器AMP的非反相输入端子而相应于输入电压Vin，并且从而，连接到反相输入端子的感测节点SN的电压可以设置为输入电压Vin。例如，输入电压Vin可以实施为方波。

在操作S130中，等于或者大于输入电压的驱动电压被施加于第二通道。第二通道是不是用于在自电容感测模式下进行感测的目标的通道，并且可以是与第一通道相交的通道。例如，第二通道可以是图1的列通道C1至Cm中的一个。通道驱动器110可以将与输入电压Vin的k倍相应的驱动电压施加于第二通道，并且k可以是等于或者大于1的整数。在一些示范性实施例中，操作S110和操作S130可以基本上同时执行。在一些示范性实施例中，操作S110可以在操作S130之后执行。

在操作S150中，从相应于第一通道的电容的量的变化的感测信号中生成感测电压，所述变化由触摸输入引起。例如，感测信号的电平Ssen可以根据第一通道的自电容的量的变化ΔCs增加。例如，感测信号可以是依赖于第一通道的自电容的量的变化ΔCs的电流信号，反馈电容器Cf可以用感测信号Ssen充电，并且从而，感测信号Ssen可以变换为感测电压Vout。

图13是示出根据另一示范性实施例的触摸感测方法的流程图。

参照图13，根据本示范性实施例的触摸感测方法是感测触摸输入是否被施加于触摸屏面板的操作以及根据自电容感测方法触摸输入被施加于触摸屏面板的位置。根据本示范性实施例的触摸感测方法是图12的触摸感测方法的修改的实施例，并且与图12的触摸感测方法相比还可以包括操作S120。因此，如上参考图12所述的细节可以应用于本示范性实施例，并且从而，将省略重复的描述。

在操作S110中，连接到第一通道的感测节点的电压被设置为输入电压。在操作S120中，高于输入电压的偏移消除电压被施加于偏移消除电容器。例如，偏移消除电压可以相应于输入电压的两倍。在一些示范性实施例中，操作S110和操作S120可以基本上同时执行。在一些示范性实施例中，操作S110可以在操作S120之后执行。

在操作S130中，等于或者大于输入电压的驱动电压被施加于第二通道。在一些示范性实施例中，操作S110至操作S130可以基本上同时执行。在一些示范性实施例中，操作S110可以在操作S130之后执行。在一些示范性实施例中，操作S120可以在操作S130之后执行。在操作S150中，从相应于第一通道的自电容的量的变化的感测信号生成感测电压，该变化由触摸输入引起。

图14是示出根据示范性实施例的包括在触摸感测设备TSD中的触摸面板TP和显示面板DP的图。

参照图14，触摸感测设备TSD可以包括触摸面板TP和显示面板DP。图1的触摸感测设备100和图2的触摸感测设备100a可以像图14中所示的触摸感测设备TSD那样实现。

显示面板DP可以是液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、有机物LED(OLED)显示器、有源矩阵OLED(AMOLED)显示器或者柔性显示器，或者可以是其它各种类型的平板显示器。

就处理或价格竞争力来说，触摸面板TP可以与显示面板DP集成。在图14中，触摸面板TP布置在显示面板DP上。但是，结构不限制于此，并且触摸面板TP也可以布置在显示面板DP下方。触摸面板TP可以与显示面板DP空间相隔预定距离或者附着于显示面板DP的顶板上。

如图14中所示，显示面板DP属于on–cell类型并且是相对触摸面板TP单独的面板或者层，但是本发明构思不限制于此。在一些示范性实施例中，显示面板DP可以属于in-cell类型，其中用于显示的显示像素和用于感测触摸的感测单元SU在相同的层中形成。

图15是根据示范性实施例的触摸屏系统1000的框图。

参照图15，触摸屏系统1000可以包括触摸面板1110、显示面板1210、触摸控制器1120、显示器驱动电路1220、处理器1300、存储设备1400、接口1500和总线1600。

触摸面板1110被配置为感测在每个点生成的触摸事件。显示面板1210可以配置为各种类型的面板，诸如LCD、LED和OLED，被配置为显示图像。触摸面板1110和显示面板1210可以集成地形成以彼此重叠。

触摸控制器1120可以控制触摸面板1110的操作以及发送触摸面板1110的输出到处理器1300。触摸控制器1120可以是根据如上所述的示范性实施例的触摸控制器100或者100a(见图1和图2)。在自电容感测模式下，触摸控制器1120可以从第一通道接收感测信号，并且可以基于接收到的感测信号检测是否存在触摸输入以及触摸输入的位置。而且，在自电容感测模式下，触摸控制器1120可以提供驱动信号给与第一通道相交的第二通道。另外，触摸控制器1120可以从接收自触摸面板1110的感测信号中消除偏移电容。

显示器驱动电路1220控制显示面板1210以便在显示面板1210上显示图像。虽然未在图15中示出，显示器驱动电路1220可以包括源极驱动器、灰度级电压发生器、栅极驱动器、定时控制器、电源单元和图像接口。将显示在显示面板1210上的图像数据可以经由图像接口存储在存储器中，并且可以通过使用由灰度级电压发生器生成的灰度级电压变换为模拟信号。源极驱动器和栅极驱动器可以响应于由定时控制器提供的垂直同步信号和水平同步信号驱动显示面板1210。

处理器1300可以运行命令并且控制触摸屏系统1000的整体操作。处理器1300需要的程序代码或者数据可以存储在存储设备1400中。接口1500可以与外部设备和/或系统通信。

处理器1300可以包括坐标映射单元1310。触摸面板1110上的位置和显示面板1210上的位置可以互相映射，并且坐标映射单元1310可以提取与生成触摸输入的触摸面板1110上的触摸点相应的、显示面板1210的相应坐标。用户可以执行诸如触摸、拖曳、捏、展开这样的输入动作，以及用于基于触摸面板1110与显示面板1210之间的坐标映射选择和控制显示在显示面板1210上的图标、菜单项或者图像的单个触摸或者多个触摸。

根据一些示范性实施例，触摸屏系统1000可以是具有图像显示功能的智能家庭设施。例如，智能家庭设施可以包括从电视、数字视频盘(DVD)播放器、音响、冰箱、空调、清扫机、烤箱、微波炉、空气净化器、机顶盒、电视盒(例如，Samsung HomeSyncTM、Apple TVTM或者Google TVTM)、游戏控制台、电子词典、电子键、录像摄像机或者电子相框中选择的至少一个。

根据一些示范性实施例，触摸屏系统1000可以包括从各种医疗设备(例如，磁共振血管造影(MRA)、核磁共振机(MRI)、计算机断层(CT)、断层分析、超声装备)、导航设备、全球定位系统(GPS)接收器、事件数据记录仪(EDR)、飞行数据记录器(FDR)、汽车文娱新闻设备、船舶电子装备(例如，导航设备和回转罗盘等等)、航空电子设备、安保设备、用于车辆的头部单元、工业或者家用机器人、金融机构的自动取款机(ATM)和商店的收争机(POS)中选择的至少一个。

根据一些示范性实施例，触摸屏系统1000可以包括从家具、建筑的一部分或者包括图像显示功能的结构、电子板、电子签名接收设备、投影仪和各种测量设备(例如，供水、电、气或者无线电波测量设备)中选择的至少一个。根据各种示范性实施例的包括触摸屏系统的电子设备可以是上述各种设备的一个或者组合。而且，触摸屏系统可以是柔性设备。对本领域技术人员来说明显的是，根据各种示范性实施例的触摸屏系统不局限于上述设备。

图16是示出根据示范性实施例的包括触摸感测设备的触摸屏模块2000的图。

参照图16，触摸屏模块2000可以包括窗玻璃2010、触摸面板2020和显示面板2040。而且，偏振片2030可以布置在触摸面板2020与显示面板2040之间以改善光学特性。

窗玻璃2010由压克力或者钢化玻璃形成以便保护触摸屏模块2000不受外部影响或者由于重复触摸而造成划痕。触摸面板2020可以通过在玻璃衬底或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜上对诸如铟锡氧化物(ITO)这样的透明电极制模来形成。触摸控制器2021可以以板上芯片(chip on board，COB)的形式安装在柔性印刷电路板(FPCB)上，并且可以感测触摸面板2020上的触摸事件以提取触摸坐标并且提供触摸坐标给主机控制器。

显示面板2040一般通过将两片玻璃粘合为顶板和底板来形成。显示面板2040包括用以显示帧的多个像素。根据示范性实施例，显示面板2040可以是液晶面板。但是，本发明构思不限制于此，并且显示面板2040可以包括各种类型的显示设备。例如，显示面板2040可以是从有机物发光二极管(OLED)、电致变色显示(ECD)、数字镜像设备(DMD)、致动镜像设备(actuated mirror device，AMD)、光栅光值(grating light value，GLV)、等离子体显示面板(PDP)、场致发光显示器(ELD)、发光二极管(LED)显示器和真空荧光显示器(VFD)中选择的一个。

显示器驱动电路2041可以如所示的COG那样安装在印刷电路板上。但是，所述结构是示范性的，并且显示器驱动电路2041可以以诸如膜上芯片(COF)或者板上芯片(COB)这样的其它各种形式安装。虽然在本示范性实施例中显示器驱动集成电路2130示出为单个芯片，但是这仅仅是为了图解的方便，并且还可以安装多个显示器驱动集成芯片。而且，触摸控制器2021可以与显示器驱动电路2041一起集成到单个半导体芯片中。

图17A和图17B是示出根据示范性实施例的、其中触摸面板和显示面板集成的触摸屏模块2000a的结构的图。

如图17A中所示，触摸屏模块2000a可以包括窗玻璃2010、显示面板2020和偏振片2030。具体来说，就触摸面板的形成而论，触摸面板不在附加玻璃衬底上形成而是通过对在显示面板2020的顶板中的透明电极制模而形成。图17A示出多个感测单元SU在显示面板2020的顶板上形成。另外，当形成如所述的面板结构时，触摸控制器和显示器驱动电路可以集成到单个半导体芯片2022中。

当触摸控制器和显示器驱动电路被集成到单个半导体芯片2022中时，来自感测单元SU的电压信号T_sig和来自外部主机的图像数据I_data被提供给半导体芯片2022。而且，半导体芯片2022可以处理图像数据I_data以生成用于驱动实际显示设备的灰度级数据，并且提供灰度级数据给显示面板2020。为此，半导体芯片2022可以包括与触摸数据T_data相关的焊盘和与图像数据和灰度级数据相关的焊盘(未示出)。半导体芯片2022可以经由连接到触摸面板侧的导线从感测单元SU接收触摸数据电压信号T_sig。当将垫布置在半导体芯片2022上时，为了降低数据噪声，接收触摸数据电压T_sig的焊盘可以被布置为靠近经由其发送电压信号T_sig的导线。

虽然在图17A中未示出，但是如果用于提供灰度级数据给显示面板的导线布置为与发送触摸数据电压信号T_sig的导线相对的话，则用于提供灰度级数据的焊盘也可以布置为与接收电压信号T_sig的焊盘相对。

图17B的触摸屏模块2000b具有与触摸屏模块2000a大致类似的结构；来自感测单元SU的电压信号不经由FPCB提供给半导体芯片2022，而是经由导线直接提供给半导体芯片2022。

图18是示出其中安装有根据示范性实施例的触摸感测设备3000的各种电子产品的应用例子的图。

参照图18，根据示范性实施例的触摸感测设备3000可以在各种电子产品中使用。触摸感测设备3000可以用于智能电话3900、电视3100、自动取款机(ATM)3200、电梯3300、智能手表3400、平板PC 3500、PMP 3600、电子书3700或者导航设备3800。

如上所述的方法或算法的操作或者步骤可以具体实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码，或者将通过传输介质发送。计算机可读记录介质是能够存储此后由计算机系统读取的数据的任一数据存储器。计算机可读记录介质的例子包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、光盘(CD)-ROM、数字光盘(DVD)、磁带、软盘和光数据存储设备，但是不限制于此。传输介质可以包括通过因特网或者各种类型的通信信道发送的载波。计算机可读记录介质还可以分布在耦接计算机系统的网络上以使得计算机可读代码存储和以分布式方式运行。

由如图2中示出的块表示的组件、元件、模块或者单元中的至少一个可以具体实现为根据示范性实施例运行如上所述的相应功能的不同数目的硬件、软件和/或固件结构。例如，组件、元件、模块或者单元中的至少一个可以使用直接电路结构，诸如存储器、处理器、逻辑电路、查找表等等，它们可以通过一个或多个微处理器或者其它控制装置运行相应的功能。而且，这些组件、元件、模块或者单元中的至少一个可以具体用模块、程序或者一部分代码实现，它们包含用于执行指定逻辑功能的一个或多个可运行指令，并且由一个或多个微处理器或者其它控制装置运行。而且，这些组件、元件、模块或者单元中的至少一个还可以包括诸如中央处理单元(CPU)这样的执行相应功能的处理器、微处理器等等或者可以由它们来实现。这些组件、元件、模块或者单元中的两个或更多可以合并成执行组合的两个或多个组件、元件、模块或者单元的所有操作或功能的一个单个组件、元件、模块或者单元。而且，这些组件、元件、模块或者单元中的至少一个的至少部分功能可以由这些组件、元件、模块或者单元中另一些来执行。而且，虽然在上述框图中没有示出总线，但是组件、元件、模块或者单元之间的通信可以通过总线执行。上述示范性实施例的功能方面可以用在一个或多个处理器上运行的算法实现。此外，由块或者处理步骤表示的组件、元件、模块或者单元可以采用用于电子设备配置、信号处理和/或控制、数据处理等等的任意数量的相关技术。

虽然已经参考本发明构思的示范性实施例具体示出并且描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，在形式和细节上可以在这里进行各种变化而不脱离以下权利要求的精神和范围。