驱动触摸屏的方法及其触控控制电路与流程

1.本发明涉及一种触控驱动技术，尤其涉及一种可用来驱动触摸屏的方法及其相关的触控控制电路。


背景技术：

2.近年来，触摸屏的应用逐渐进入车用电子领域，由于车辆驾驶人的安全问题，车用电子中的触摸屏产品应更详细地考虑有关电磁干扰(electromagnetic interference，emi)的问题。此外，现代的触摸屏通常采用触控显示驱动整合(touch and display driver integration，tddi)技术，其触控驱动信号是搭配抗负载驱动信号(load-free driving signal)施加。换句话说，具有相同相位、振幅及频率的信号施加于触摸屏上的所有控制线及组件，从而降低触摸屏上寄生电容所造成的负载。然而，同时输出触控驱动信号及抗负载驱动信号可能会加剧电磁干扰的问题。
3.请参考图1，图1为触控驱动信号的一种态样及其频谱分布的波形图。如图1所示，触控驱动信号s1包括数段弦波信号，其中每段弦波信号之间具有微小的时间间隔。对于纯弦波信号s2而言，其频谱分布为信号频率处具有高峰值而其它频率处的能量较低。然而，考虑一段较长时间当中存在多段弦波信号的情况下，频谱分布可能会变得更加复杂且分布在较大的频率范围内。如图1的最下图所示，假设频域上的感兴趣区域(region of interest，roi)为0.1mhz至0.16mhz(图中此段频谱分布被放大)，在感兴趣区域中，电磁干扰的强度被要求低于40dbuv/m，即使弦波信号的摆荡频率低于感兴趣区域的频率，长期之下触控驱动信号s1仍可能产生多个能量峰值超出电磁干扰所要求的临界范围。
4.因此，实有必要提出一种新式的触控驱动技术，以降低触控驱动信号所造成的电磁干扰。


技术实现要素：

5.因此，本发明的主要目的即在于提供一种驱动触摸屏的方法及其相关的触控控制电路，以解决上述问题。
6.本发明的一实施例公开了一种驱动一触摸屏的方法，该方法包括施加一触控驱动信号于该触摸屏，以进行触控感测。其中，该触控驱动信号的一振幅逐渐上升及下降。
7.本发明的另一实施例公开了一种触控控制电路，其包括一数字控制电路及一数字模拟转换器(digital-to-analog converter，dac)。该数字控制电路用来产生一系列数据码。该数字模拟转换器耦接于该数字控制电路，用来将该系列数据码转换为一触控驱动信号。其中，该触控驱动信号的一振幅逐渐上升及下降。
8.本发明的另一实施例公开了一触控控制电路，其包括一脉冲产生器、一电压选择器及一电压切换电路。该脉冲产生器用来产生具有一系列第一脉冲的一脉冲信号。该电压选择器用来输出多个电压选择信号。该电压切换电路耦接于该脉冲产生器及该电压选择器，用来接收该脉冲信号及该多个电压选择信号，以产生具有一系列第二脉冲的一触控驱
动信号，其中，该系列第二脉冲中的每一第二脉冲的一电压电平是根据该多个电压选择信号中的一电压选择信号来决定。其中，该触控驱动信号的一振幅逐渐上升及下降。
附图说明
9.图1为触控驱动信号的一种态样及其频谱分布的波形图。
10.图2为本发明实施例一触控驱动信号的波形图。
11.图3为触控驱动信号及其对应的频谱分布比较的波形图。
12.图4至图7为本发明实施例触控驱动信号的一种态样的示意图。
13.图8至图10为本发明实施例一触控控制电路的示意图。
14.图11为本发明实施例一触控驱动流程的流程图。
15.其中，附图标记说明如下：
16.s1、s3、s4、drv、drv
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触控驱动信号
17.s2
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弦波信号
18.vsync
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垂直同步信号
19.dp
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显示期间
20.tp
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触控期间
21.ts
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时隙
22.80、90、100
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触控控制电路
23.802
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数字控制电路
24.804
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数字模拟转换器
25.812、814
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数字控制振荡器
26.816
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乘法器
27.d1
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数据码
28.p1、p2
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离散周期信号
29.902
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脉冲产生器
30.904
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电压选择器
31.906
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电压切换电路
32.pul
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脉冲信号
33.v_sel
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电压选择信号
34.vo1～vo6
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备选电压
35.1002
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信号调整器
36.110
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触控驱动流程
37.1100～1104
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步骤
具体实施方式
38.为了降低触控驱动信号所产生的电磁干扰(electromagnetic interference，emi)，可对触控驱动信号的波形进行修饰，使触控驱动信号的振幅逐渐上升及下降。更明确来说，在输出一触控驱动信号的一段时间区间内，可在时间区间的前段使触控驱动信号的振幅逐渐上升，在时间区间的后段使触控驱动信号的振幅逐渐下降。
39.请参考图2，图2为本发明实施例一触控驱动信号的波形图。如图2所示，一般弦波信号可结合一包络线(envelope)以产生触控驱动信号。详细来说，在触控驱动信号中，第一个弦波具有最小电平，下一个弦波上升至较高电平，依此类推逐渐上升，直到最大振幅为止。接着，弦波的振幅以对称方式下降，以在最后一个弦波到达最小电平。
40.值得注意的是，具有逐渐上升及逐渐下降的振幅的弦波信号仅为本发明众多实施例的其中一种。在另一实施例中，触控驱动信号也可由方波、三角波、或其它类型的周期振荡信号所组成，而不限于此。只要信号可摆荡至不同电平以实现逐渐上升及下降的振幅，其信号态样都适用于本发明的触控驱动信号。
41.请参考图3，图3为触控驱动信号及其对应的频谱分布比较的波形图。如图3所示，触控驱动信号s3及s4具有逐渐上升及下降的振幅，其与图1所示的现有弦波信号s2进行比较。如上所述，具有数个时间间隔的弦波信号的频谱分布横跨较大的频率范围。相较之下，振幅逐渐上升及下降的触控驱动信号s3的电磁能量小于弦波信号s2，特别是在较高频率之下。触控驱动信号s4的振幅上升及下降的速度更加缓慢，其电磁能量更小且更加集中在信号摆荡的频率。在此情况下，电磁干扰的问题可藉由重塑触控驱动信号使其具有逐渐且缓慢上升及下降的振幅而获得减轻。若触控驱动信号的振幅以更缓慢的速度上升及/或下降的情况下，可实现更优化的降低电磁干扰的效率。
42.需注意的是，用来形成信号振幅上升及下降的包络线可通过任意方式实现。在本发明中，用来重塑触控驱动信号的包络线可以遵循汉宁窗(hanning window)、汉明窗(hamming window)、布莱克曼窗(blackman window)、或斜坡信号等函式，但不以此为限。
43.请参考图4，图4为本发明实施例触控驱动信号的一种态样的示意图。如图4所示，触控驱动信号可用于整合显示及触控功能的触摸屏，以在触摸屏上进行触控感测。一般来说，显示及触控可分时进行，且一显示帧时间(通过垂直同步信号vsync控制)可分割为一或多个显示期间dp及一或多个触控期间tp。显示期间dp为输出显示数据至触摸屏的期间，而触控驱动信号是在触控期间tp输出。图4示出了长水平空白(long h-blank)模式，其中触控期间tp布置于水平空白区间。触摸屏可包括触控感测电极阵列，且一触控期间tp内可将触控驱动信号传送至一或多个触控感测电极。如图4所示，位于一触控期间tp内的触控驱动信号具有可变振幅，其中，振幅在触控期间tp的前段缓慢地逐渐上升，在触控期间tp的后段缓慢地逐渐下降。
44.请参考图5，图5为本发明实施例触控驱动信号的另一种态样的示意图。在此例中，触摸屏操作在长垂直空白(long v-blank)模式，其中触控期间tp布置于垂直空白区间。如图5所示，触控期间tp包括多个时隙ts，其中每一时隙ts被分配用来传送一触控驱动信号至一或多个触控感测电极，而触摸屏上所有的触控感测电极可在一或多个触控期间tp内完成扫描。位于触控期间tp的一时隙ts内的触控驱动信号具有可变振幅，其中，振幅在时隙ts的前段缓慢地逐渐上升，在时隙ts的后段缓慢地逐渐下降。
45.在另一实施例中，可将用来产生上升及下降振幅的一包络线施加于多个时隙ts，如图6所示。在此例中，两个连续时隙ts内可输出一或多个触控驱动信号，其通过相同的包络线进行重塑，其中，振幅在第一个时隙ts中缓慢地逐渐上升，并维持在最大电平，接着在第二个时隙ts中缓慢地逐渐下降。位于这些连续时隙ts内的触控驱动信号可传送至相同或不同的触控感测电极。需注意的是，触控驱动信号的弦波可横跨时隙ts持续摆荡，或者触控
驱动信号可在时隙ts间的边界设置间隔，如图6所示。在另一实施例中，也可在三个或更多时隙ts内利用同一条包络线来重塑触控驱动信号，且包络线所对应的时隙ts数量非作为本发明的限制条件。
46.请参考图7，图7为本发明实施例触控驱动信号的又一种态样的示意图。如图7所示，触控驱动信号是一负电压信号，其也可通过相似的方式进行重塑以在负电压电平实现逐渐上升及下降的振幅。在此情况下，触控驱动信号的振幅可在触控期间tp的前段往负电压方向逐渐增加，并且在触控期间tp的后段振幅逐渐减小。需注意，以上所有实施例中关于触控驱动信号的实施方式都可实现于负电压域。
47.在另一实施例中，位于一触控期间内的触控驱动信号可包括一段期间的正电压以及另一段期间的负电压，只要信号摆荡的振幅逐渐且缓慢地上升及/或下降以降低触控驱动信号的电磁干扰能量，其相关的驱动方法都应属于本发明的范畴。
48.请参考图8，图8为本发明实施例一触控控制电路80的示意图。如图8所示，触控控制电路80包括一数字控制电路802及一数字模拟转换器(digital-to-analog converter，dac)804。数字控制电路802可用来产生一系列数据码d1。数字模拟转换器804可将数据码d1转换为一触控驱动信号drv。更明确来说，数字控制电路802所输出的数据码d1可包括一系列的离散值，其用来表示具有逐渐上升及下降的振幅的高频信号摆荡的波形(即欲产生的触控驱动信号drv的波形)，数字模拟转换器804再将该些离散值转换为触控驱动信号drv。
49.数据码d1可利用数字控制振荡器(numerically controlled oscillator，nco)来产生，其可用来产生对应于周期信号(如弦波信号)的离散值。在一实施例中，数字控制电路802可包括两个数字控制振荡器812及814以及一乘法器816，如图8所示。数字控制振荡器812可产生并输出一离散周期信号p1，其包括用来表示高频信号的离散值，用以建立触控驱动信号drv中的信号摆荡。数字控制振荡器814可产生并输出另一离散周期信号p2，其包括用来表示包络线的离散值，用以对触控驱动信号drv的振幅进行重塑，其中，包络线可以是具有较低频率的弦波信号，其低于触控驱动信号drv中信号摆荡的频率。乘法器816耦接于数字控制振荡器812及814的输出端，用来将离散周期信号p1与p2相乘以产生数据码d1，使得数据码d1所包括的一系列离散值可用来表示基于包络线而具有逐渐上升及下降的振幅的高频信号摆荡的波形。
50.值得注意的是，振幅逐渐上升及下降的触控驱动信号也可通过其它方式实现。请参考图9，图9为本发明实施例另一触控控制电路90的示意图。如图9所示，触控控制电路90包括一脉冲产生器902、一电压选择器904及一电压切换电路906。脉冲产生器902可用来产生一脉冲信号pul，其包括一系列脉冲。电压选择器904可用来输出电压选择信号v_sel。电压切换电路906耦接于脉冲产生器902及电压选择器904，可接收来自于脉冲产生器902的脉冲信号pul并接收来自于电压选择器904的电压选择信号v_sel，以产生触控驱动信号drv。触控驱动信号drv具有与脉冲信号pul的脉冲相应的一系列脉冲，其中，触控驱动信号drv中每一脉冲的电压电平是根据相应的电压选择信号v_sel来决定。
51.举例来说，电压切换电路906可被设定具有数个备选电压(如vo1～vo6)，而电压切换电路906所输出的触控驱动信号drv中每一脉冲的振幅是根据电压选择信号v_sel而选自于备选电压vo1～vo6的其中一者。在一实施例中，电压选择信号v_sel包括具有周期性的数值序列，其指示电压切换电路906针对每一脉冲选择适当的电压。或者，电压选择器904可包
括一计数器，其可输出一计数结果作为传送至电压切换电路906的电压选择信号v_sel，且电压切换电路906可对每一脉冲选择一个与计数结果相应的电压值。如此一来，根据电压选择信号v_sel，可产生具有逐渐上升及下降的振幅的信号脉冲作为触控驱动信号drv。
52.值得注意的是，触控驱动信号drv中脉冲的上升缘及下降缘仍可能造成无法忽略的电磁干扰能量。为解决此问题，可对触控驱动信号drv执行进一步的处理。请参考图10，图10为本发明实施例又一触控控制电路100的示意图。如图10所示，触控控制电路100的电路结构类似于触控控制电路90的电路结构，故功能相似的信号或组件都以相同符号表示。触控控制电路100与触控控制电路90之间的差异在于，触控控制电路100还包括一信号调整器1002，信号调整器1002耦接于电压切换电路906的输出端，可用来平滑触控驱动信号drv中每一脉冲的上升缘及/或下降缘，以产生触控驱动信号drv’。
53.如图10所示，在触控驱动信号drv’中，不仅脉冲的振幅缓慢地逐渐上升及下降，每一脉冲上升及下降的速度也减缓。在一实施例中，信号调整器1002可包括一低通滤波器，可用来使上升缘及下降缘变得平缓。可替换地或额外地，信号调整器1002可包括一压摆率控制器(slew rate controller)，可用来降低脉冲上升及下降的速度。在一实施例中，压摆率控制器可利用一运算放大器来实现，运算放大器可被设定具有较低的压摆率或驱动能力，从而输出具有较平缓的上升缘及下降缘的脉冲的触控驱动信号drv’。
54.触控控制电路80、90及100可实现于一集成电路(integrated circuit，ic)，其可以是具有触控驱动及感测功能的触控驱动集成电路，或是同时具有触控驱动/感测功能以及显示功能的触控显示驱动整合(touch and display driver integration，tddi)集成电路。利用触控驱动信号来进行触控驱动和感测的详细运作方式应为本领域技术人员所熟知，在此不赘述。
55.值得注意的是，本发明的目的在于提供一种可用于触摸屏的触控驱动信号，其振幅逐渐上升及下降。本领域技术人员当可据此进行修饰或变化，而不限于此。举例来说，通过重塑触控驱动信号使其具有逐渐上升及下降的振幅的方法可用于自容式(self-capacitance)触控感测及/或互容式(mutual capacitance)触控感测的信号。此外，在上述实施例中，图4～图7示出了可用于触控驱动信号的数种包络线的态样，而根据触控期间的布置方式，也可将这些不同的态样合并使用。在一实施例中，触控驱动信号振幅的上升及下降可以是不对称的。举例来说，一触控驱动信号的振幅的上升及下降可依循不同函数。在一实施例中，触控驱动信号的振幅可能缓慢上升但快速下降，或快速上升但缓慢下降。在另一实施例中，触控驱动信号的振幅可在一触控期间开始时先缓慢上升，并维持在最大电平而不下降直到该触控期间结束。或者，触控驱动信号的振幅也可在一触控期间开始时位于最大电平而非逐渐上升，接着在触控期间结束前缓慢下降。
56.另外需注意的是，本发明的触控驱动信号可应用于各种类型的触摸屏。在一实施例中，触摸屏可以是整合触控及显示功能的面板，其中触控及显示操作分时进行。在另一实施例中，触摸屏可以是不具备显示功能的触控板，举例来说，在具有触控感测功能的车辆仪表板上，触控驱动信号可施加于触摸屏上的主动区(active area)，也可施加于触摸屏周边的按键。
57.上述关于输出触控驱动信号的运作方式可归纳为一触控驱动流程110，如图11所示。触控驱动流程110可实现于一触控驱动电路，如上述触控驱动电路80、90或100，其中，触
控驱动电路可输出触控驱动信号，以控制触摸屏上的触控操作。如图11所示，触控驱动流程110包括下列步骤：
58.步骤1100：开始。
59.步骤1102：施加一触控驱动信号于触摸屏，以进行触控感测，其中，触控驱动信号的振幅逐渐上升及下降。
60.步骤1104：结束。
61.关于触控驱动流程110的详细实施方式及变化方式可参考上述段落的说明，在此不赘述。
62.综上所述，本发明提出了一种产生并输出触控驱动信号的方法，触控驱动信号可施加于触摸屏以进行触控感测。触控驱动信号的振幅缓慢地逐渐上升及下降，以降低触控驱动信号所产生的电磁干扰能量。在一实施例中，可将具有高速信号摆荡的一般触控驱动信号与一包络线结合，以产生触控驱动信号，使得触控驱动信号的振幅在一触控期间前段逐渐上升，并且在该触控期间后段逐渐下降。触控驱动信号可由一触控控制电路产生，在一实施例中，触控控制电路可通过一数字控制电路及一数字模拟转换器来实现，其中，数字控制电路包括可用来产生表示高频信号摆荡的离散周期信号的一数字控制振荡器，以及可用来产生表示包络线的离散周期信号的另一数字控制振荡器，数字控制振荡器的输出结果可彼此结合，再通过数字模拟转换器进行转换以产生触控驱动信号；在另一实施例中，触控控制电路可通过用来产生脉冲信号的一脉冲产生器来实现，脉冲信号上的每一脉冲可通过一电压选择器提供一电压电平，从而产生振幅逐渐上升及下降的触控驱动信号。触控驱动信号振幅的缓慢变化能够有效改善触摸屏上的电磁干扰问题。
63.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。