触摸感测信号处理电路的制作方法

1.本公开涉及一种触摸感测信号处理电路，并且更具体地，涉及一种感测用于触摸感测的感测节点的电容变化并且提供与触摸感测对应的逻辑信号的触摸感测信号处理电路。


背景技术：

2.显示面板可以被配置成具有显示功能和触摸感测功能。显示功能是通过像素显示画面。触摸感应功能是在屏幕上感测针对每个感测节点的数据输入。
3.触摸感测功能可以以各种方式在显示面板中实现。例如，可以通过使用单元上或单元内方法在显示面板中实现用于触摸感测的多个感测节点。
4.感测节点可以基于预设的图案设置在显示面板中。可以将驱动信号提供给感测节点以用于触摸感测。
5.触摸感测可以基于每个感测节点的电容变化来感测。也就是说，可以响应于驱动信号而从感测节点输出与响应于触摸感测而改变的电容对应的触摸感测信号。
6.配置了用于接收和处理触摸感测信号的模拟前端(afe)。afe对应于本公开的触摸感测信号处理电路。
7.一般的触摸感测信号处理电路被配置成感测与触摸驱动信号对应的触摸感测信号并输出与感测结果对应的数字逻辑信号。
8.为此，触摸感测信号处理电路包括用于接收多个感测节点的触摸感测信号的多个通道，并且被配置成在逐个选择多个通道的同时生成与触摸感测对应的采样信号，并输出与采样信号对应的数字信号。
9.通常，触摸感测信号处理电路可以被配置成包括偏移电容调谐电路、前置放大器、积分器、采样保持电路、多路复用器、模数转换器(下文中称为“adc”)和用于每个通道的逻辑滤波器。
10.触摸感测信号处理电路可以包括前置放大器和偏移电容调谐电路，以便防止由于大的面板负载导致的饱和。其中，前置放大器需要被配置成具有增大尺寸的反馈电容器。偏移电容调谐电路需要被配置成包括调谐电容器，以便调谐面板之间的偏移。当通道数量增加时，反馈电容器和调谐电容器可能导致安装面积的增加。
11.此外，多路复用器具有m：1结构。为了满足多路复用器，adc需要高速采样保持电路。高速采样保持电路可能导致电流消耗和芯片尺寸的增加。
12.用于触摸感测的感测节点和通道的数量可能随着显示面板的尺寸和分辨率的增加而增加。
13.在这种情况下，触摸感测信号处理电路需要与增加的通道数量一样多的部件，并且需要大的面积来设置部件。此外，需要在触摸感测信号处理电路内调谐的控制目标增加。为此，逻辑寄存器可能增加。此外，有限区域中的许多部件的布局存在困难，并且部件之间的布线存在困难。


技术实现要素：

14.各种实施方式旨在提供可以使用少量的部件简单地配置的触摸感测信号处理电路。
15.此外，各种实施方式旨在通过采用delta-sigma模数转换方法并且使触摸感测信号处理电路能够适应增加的通道数量来减小用于触摸感测信号处理电路的面积和部件数量。
16.此外，各种实施方式旨在提供能够针对增加的通道数量确保触摸感测时间并且通过增加的触摸感测时间来提高信噪比的触摸感测信号处理电路。
17.此外，各种实施方式旨在提供能够通过针对每个通道包括adc来增强数字滤波的触摸感测信号处理电路。
18.在实施方式中，触摸感测信号处理电路可以包括：预放大电路，被配置成比较与用于触摸感测的感测节点的电容变化对应的触摸感测信号和用于驱动触摸感测的触摸驱动信号，并输出与比较的结果对应的感测电流；以及delta-sigma模数转换器(adc)，被配置成生成通过对感测电流进行采样而获得的采样电压，输出与采样电压对应的数字信号，并通过使用数字信号来调谐采样电压。
19.因此，本公开可以通过使用少量的部件来简单地构造触摸感测信号处理电路。更具体地，本公开可以通过采用delta-sigma模数转换方法来减小用于触摸感测信号处理电路的面积和部件数量。
20.因此，本公开的触摸感测信号处理电路可以被配置成适应于与减少的部件数量对应的增加的通道数量，并且还可以确保足够长的触摸感测时间且通过增加的触摸感测时间来提高信噪比。
21.此外，本公开的触摸感测信号处理电路可以通过简单的构造来达到高分辨率模数转换性能，并且可以降低每通道功耗。
22.此外，本公开的触摸感测信号处理电路可以通过针对每个通道包括adc来增强数字滤波。
附图说明
23.图1是示出触摸系统的框图。
24.图2是示出根据本公开的触摸感测信号处理电路的框图。
25.图3是示出预放大电路的电路图。
26.图4是示出触摸驱动信号的波形图。
27.图5是示出delta-sigma adc的电路图。
具体实施方式
28.本公开公开了触摸感测信号处理电路的实施方式。触摸感测信号处理电路可以被配置成感测触摸面板上的触摸并输出与触摸感测对应的数字逻辑信号。
29.根据本公开的触摸感测信号处理电路的实施方式可以被配置在如图1中所示的触摸系统中。
30.图1的触摸系统可以被配置成包括触摸面板10、触摸感测信号处理电路12和数字
逻辑单元14。其中，触摸感测信号处理电路12可以理解为对应于感测与触摸面板10上的触摸对应的电流的模拟前端(afe)。
31.可以通过使用诸如单元上或单元内的方法将触摸面板10与显示面板(未示出)结合。可以在显示周期中驱动显示面板，且可以在触摸周期中驱动触摸面板。触摸周期可以设置在预设的显示周期之间。
32.触摸面板10可以包括由驱动线(未示出)和传感线(未示出)形成的感测节点(未示出)。等效电容器可以由驱动线和传感线等的交点形成在每个相邻位置处。感测节点可以理解为对应于等效电容器。驱动线、传感线以及由驱动线和传感线形成的感测节点可以以各种方式形成，并且因此省略了更详细的示例和描述。
33.触摸驱动信号可以具有正弦波或方波，并且周期性地输入到触摸面板10的驱动线以进行触摸感测。
34.触摸感测信号通过输入到触摸感测信号处理电路12的触摸驱动信号生成。当不存在触摸时，触摸驱动线的触摸驱动信号和在触摸感测信号处理电路12上所驱动的触摸感测信号具有相同的电压和相同的相位。因此，触摸驱动信号和触摸感测信号在触摸面板10的驱动线和感测线之间的等效电容器中偏移。结果，不出现电流。然而，当存在触摸时，在感测节点中形成附加电容器，并且触摸驱动信号的电压相对降低。用于补偿由于以上原因而产生的电压差的附加电流通过触摸感测信号处理电路12生成。在这种情况下生成的附加电流可以理解为触摸感测信号。
35.触摸驱动信号可以理解为由预设的驱动电路(未示出)提供。在这种情况下，驱动电路可以具有用于生成和提供具有预设频率的触摸驱动信号的结构。
36.触摸面板10可以包括用于输出多个触摸感测信号的多个(例如，n个，其为多个自然数)通道。可以针对每个通道输出触摸感测信号。
37.触摸感测信号处理电路12可以包括与触摸面板10相同数量的通道，并且可以通过通道接收感测节点的多个触摸感测信号vin(参见图2)。此外，触摸感测信号处理电路12可以接收触摸驱动信号。
38.触摸感测信号处理电路12可以向数字逻辑单元14提供通过使用触摸驱动信号依次处理多个触摸感测信号vin而获得的数字逻辑信号。在这种情况下，数字逻辑信号可以设置成具有多个位(例如，m个位，其中m是多个自然数)。稍后参照图2至图5描述触摸感测信号处理电路12的构造和操作。
39.数字逻辑单元14可以被配置成从数字逻辑信号中滤除噪声，确定触摸位置并控制与触摸对应的操作。数字逻辑单元14可以根据制造商的意图被设计成具有各种功能，并且省略对其的描述。
40.可以参照图2描述触摸感测信号处理电路12。
41.触摸感测信号处理电路12可以被配置成包括通道多路复用器20、预放大电路22、delta-sigma adc24和逻辑滤波器26。
42.通道多路复用器20被配置成通过n个通道接收输入信号，逐个依次选择其中的输入信号，并将所选择的输入信号输出到预放大电路22。也就是说，通道多路复用器20可以被配置成具有n：1的输出与输入的比例。n个输入信号对应于触摸感测信号vin。通道多路复用器20可以被配置成响应于内部的或外部的控制信号来选择n个触摸感测信号vin中的一个，
并输出所选择的触摸感测信号vin。
43.通道多路复用器20的触摸感测信号vin可以理解为具有与根据触摸面板10的感测节点中是否存在触摸而改变的电容对应的电流量。在图2中，通道多路复用器20的触摸感测信号对应于在预放大电路22中所感测的电压，并且被指示为vin。也就是说，通道多路复用器20可以理解为输出具有与触摸感测对应的电流量的电流信号。
44.预放大电路22可以接收由通道多路复用器20输出的触摸感测信号vin，并且可以接收触摸驱动信号。预放大电路22可以被配置成比较触摸感测信号vin和用于驱动触摸感测的触摸驱动信号vlfd(参见图3)，并输出与比较的结果对应的感测电流va。在这种情况下，触摸驱动信号vlfd可以理解为对应于从触摸驱动信号中选择的相应通道的触摸驱动信号。此外，触摸驱动信号vlfd可以理解为对应于其幅度等已经考虑到触摸感测信号vin的电平而改变的触摸感测信号vin，而不是使用没有任何改变的相应通道的触摸驱动信号。稍后参照图3和图4描述预放大电路22的详细结构和操作。
45.此外，delta-sigma adc24被配置成生成通过对由预放大电路22提供的感测电流va进行采样而获得的采样电压，输出与采样电压对应的数字信号do，并通过使用数字信号do来调谐采样电压。稍后参照图5描述delta-sigma adc24的详细结构和操作。
46.此外，逻辑滤波器26被配置成输出通过滤除由delta-sigma adc24提供的数字信号do的噪声而获得的逻辑信号。
47.更具体地，逻辑滤波器26包括在抽取滤波器和滑动离散傅立叶变换(sdft)滤波器中选择的一个滤波器，并且可以通过所选择的滤波器从数字信号do中去除非信号频带的量化噪声。
48.首先，参照图3和图4描述预放大电路22的详细结构和操作。
49.预放大电路22被配置成包括缓冲器30、低通滤波器34和输出电路36。
50.预放大电路22被配置成输出与触摸感测信号vin对应的感测电流va。由预放大电路22输出的感测电流被稍后将描述的delta-sigma adc24的积分器40采样为采样电压。因此，考虑到采样电压，感测电流被指示为va。
51.首先，缓冲器30可以包括用于接收触摸感测信号vin的第一输入级、用于接收触摸驱动信号vlfd的第二输入级以及用于输出比较触摸感测信号vin和触摸驱动信号vlfd的结果的输出级。缓冲器30可以具有输出级的信号被反馈到第一输入级的结构。尽管没有具体指示，但是第一输入级可以理解为缓冲器30的负输入级，且第二输入级可以理解为缓冲器30的正输入级。此外，如上所述，触摸驱动信号vlfd可以理解为对应于相应通道的触摸驱动信号或幅度等已经改变的相应通道的触摸驱动信号。
52.可以用单位增益缓冲器配置预放大电路22。也就是说，缓冲器30可以理解为单位增益缓冲器。使用单位增益缓冲器的预放大电路22可以在重面板负载方面具有优势。
53.缓冲器30可以包括输入级(未示出)和其中的内部电路32。
54.输入级可以理解为用于生成第一控制信号v1和第二控制信号v2的级，第一控制信号v1和第二控制信号v2基于第一输入级的触摸感测信号vin和第二输入级的触摸驱动信号vlfd之间的差来驱动。也就是说，输入级可以理解为将触摸感测信号vin和触摸驱动信号vlfd转换为各自具有适于提供给内部电路32的电压电平的第一控制信号v1和第二控制信号v2。
55.内部电路32可以被配置成经由缓冲器30的输出级输出通过第一控制信号v1和第二控制信号v2与触摸感测信号vin和触摸驱动信号vlfd之间的差对应的输出。内部电路32可以理解为包括由第一控制信号v1驱动的pmos晶体管q1(第一控制信号v1施加到pmos晶体管q1的栅极)和由第二控制信号v2驱动的nmos晶体管q2(第二控制信号v2驱动施加到nmos晶体管q2的栅极)。pmos晶体管q1的漏极和nmos晶体管q2的漏极被配置成共同地连接。驱动电压vdd被施加到pmos晶体管q1的源极，且接地电压vss被施加到nmos晶体管q2的源极。
56.内部电路32可以输出与由第一控制信号v1和第二控制信号v2驱动的电流对应的电压。
57.在预放大电路22中，输出电路36具有与缓冲器30的内部电路32相同的结构。
58.也就是说，输出电路36可以理解为包括由第一控制信号v1驱动的pmos晶体管q3(第一控制信号v1施加到pmos晶体管q3的栅极)和由第二控制信号v2驱动的nmos晶体管q4(第二控制信号v2施加到nmos晶体管q4的栅极)。pmos晶体管q3的漏极和nmos晶体管q4的漏极被配置成共同地连接。驱动电压vdd被施加到pmos晶体管q3的源极。接地电压vss被施加到nmos晶体管q4的源极。在这种情况下，输出电路36的pmos晶体管q3和nmos晶体管q4可以被配置成包括大小等于或大于内部电路32的pmos晶体管q1和nmos晶体管q2的沟道的大小的沟道。
59.缓冲器30的内部电路32和输出电路36可以形成电流镜。输出电路36可以输出从内部电路32的内部电流镜像的感测电流va。
60.输出电路36和内部电路32的电流镜像比可以变化。感测电流va的范围可以随着电流镜像比的变化而变化。
61.此外，输入到缓冲器30的触摸驱动信号vlfd可以具有与施加到触摸面板10的感测节点的触摸驱动信号相同的波形和相位。
62.触摸驱动信号可以设置成具有预设频率的方波或正弦波。如图4中所示，触摸驱动信号vlfd可以设置成具有与触摸驱动信号的波形和相位相同的波形和相位的方波或正弦波。
63.触摸驱动信号vlfd可以具有与触摸感测信号vin的波形和相位相似的波形和相位，因为触摸驱动信号vlfd具有与触摸驱动信号的波形和相位相同的波形和相位。结果，可以防止触摸感测性能的降低。
64.此外，预放大电路22包括具有滤波电容器的低通滤波器34。低通滤波器34可以通过使用滤波电容器来对从缓冲器30传输到输出电路36的第一控制信号v1和第二控制信号v2进行滤波。
65.为此，低通滤波器34包括第一电容器c1和第二电容器c2作为滤波电容器。第一电容器c1被配置在驱动电压vdd施加到其上的节点与第一控制信号v1沿其从缓冲器30传输到输出电路36的导线之间。第二电容器c2被配置在接地电压vss施加到其上的节点与第二控制信号v2沿其从缓冲器30传输到输出电路36的导线之间。此外，电阻r1被配置在第一控制信号v1沿其从缓冲器30传输到输出电路36的导线中。电阻r2被配置在第二控制信号v2沿其从缓冲器30传输到输出电路36的导线中。
66.在低通滤波器34中，第一电容器c1对与触摸感测信号vin对应的第一控制信号v1的峰值分量进行滤波。第二电容器c2对与触摸驱动信号vlfd对应的第二控制信号v2的峰值
分量进行滤波。
67.delta-sigma adc24被配置成生成通过对感测电流va进行积分而获得的采样电压，通过将采样电压与预设的参照电压vcm(参见图5)进行比较来输出量化的数字信号do，并通过反馈数字信号do来调谐采样电压。
68.为此，如图5中所示，delta-sigma adc24可以包括积分器40、比较器42和数模转换器(下文中称为“dac”)44。
69.积分器40可以包括用于对感测电流va进行积分的可变电容器cfb。可变电容器cfb被配置成与感测电流va输入到其上的节点并联。
70.可变电容器cfb可以生成通过对经存储而累积的感测电流va进行积分而获得的采样电压。此外，可以对可变电容器cfb进行调谐以便调节充电量。
71.比较器42可以通过正输入级(+)接收在可变电容器cfb中累积的采样电压，可以通过负输入级(-)接收具有预设电平的参照电压vcm，并且可以输出具有数字值的数字信号do，该数字值具有与比较采样电压和参照电压vcm的结果对应的高电平或低电平。也就是说，比较器42可以输出具有基于采样电压的电平而量化的值的数字信号do。
72.dac44被配置成接收数字信号do并通过数字信号do的反馈来调谐积分器40的采样电压。也就是说，dac44可以形成反馈回路。
73.dac44可以通过向积分器40施加与数字信号do对应的正电荷(+)或负电荷(-)来调谐积分器40的采样电压。
74.更具体地，dac44可以通过响应于具有逻辑高值的数字信号do施加负电荷(-)来执行降低积分器40的采样电压的操作，或者可以通过响应于具有逻辑低值的数字信号do施加正电荷(+)来执行提升积分器40的采样电压的操作。
75.为此，dac44可以包括用于响应于数字信号do向积分器40施加正电荷(+)或负电荷(-)的电压控制电路。
76.相反，dac44可以响应于数字信号do，通过用与数字信号do对应的电流对积分器40进行充电或者释放积分器40所充电的电流来调谐积分器40的采样电压。
77.更具体地，dac44可以通过响应于具有逻辑高值的数字信号do，释放积分器40的可变电容器cfb所充电的电流来执行降低积分器40的采样电压的操作，或者可以通过响应于具有逻辑低值的数字信号do，用电流对积分器40的可变电容器cfb进行充电来执行提升积分器40的采样电压的操作。
78.为此，dac44可以包括用于响应于数字信号do向积分器40供应电流或者释放积分器40的电流的充放电控制电路。
79.delta-sigma adc24可以通过感测电流va的量化过程输出量化的数字信号do。
80.如上所述配置的本公开的实施方式可以具有由触摸驱动信号vlfd带来的动态范围改善功能。
81.当触摸驱动信号vlfd具有正弦波时，积分器40的饱和可以通过delta-sigma adc24的反馈来解决。也就是说，积分器40的采样电压可以通过反馈来调谐。结果，可以解决积分器40的饱和。
82.此外，当触摸驱动信号vlfd具有方波时，可以通过低通滤波器34去除高频分量。
83.在方波的过渡周期中，峰值分量可以包括在触摸驱动信号vlfd中。峰值分量可以
通过低通滤波器34衰减。积分器40的饱和可以通过峰值分量来解决。
84.此外，方波的谐波频率可以通过低通滤波器34衰减。因此，由于混叠而引起的通带噪声可以在由delta-sigma adc24输出的数字信号do中减小。混叠意味着相邻频谱重叠的现象。
85.如上所述，在本公开的实施方式中，不需要在触摸感测信号所输入的一侧上配置用于调谐的单独的电容器，因为由delta-sigma adc24执行自动调谐。
86.本公开的实施方式可以使用包括如上所述的预放大电路22和delta-sigma adc24的少量部件来简单地配置。
87.也就是说，本公开的实施方式可以通过采用delta-sigma模数转换方法来减小用于触摸感测信号处理电路的面积和部件数量。
88.因此，触摸感测信号处理电路可以被配置成适应于与减少的部件数量对应的增加的通道数量，并且还可以确保足够长的触摸感测时间且通过增加的触摸感测时间来改善信噪比。
89.此外，触摸感测信号处理电路可以通过简单的构造来达到高分辨率模数转换性能，并且可以降低每通道功耗。
90.此外，根据本公开的实施方式的触摸感测信号处理电路可以通过针对每个通道包括adc来增强数字滤波。