触摸面板的传感装置及方法.pdf

本申请提供了一种触摸面板的传感装置及方法，其中该触摸面板上的任一触摸点电连接到触摸电容。该传感方法包括下列步骤：对该触摸电容所具有的电荷能量进行积分放大，以在总时间周期内获得标准电位值，其中该总时间周期是标准时间周期和额外时间周期的总和；以及在该总时间周期内，在该标准时间周期之后，以系统频率对该额外时间周期计数(counting)，以确定该触摸点。

1.  一种触摸面板的传感方法，其中所述触摸面板上的任一触摸点电连接到触摸电容，所述传感方法包括下列步骤：
(A)对所述触摸电容所具有的电荷能量进行积分放大，以在总时间周期内获得标准电位值，其中所述总时间周期是标准时间周期和额外时间周期的总和；以及
(B)在所述总时间周期内，在所述标准时间周期之后，以系统频率对所述额外时间周期计数，以确定所述触摸点。

2.  如权利要求1所述的传感方法，其中在步骤(A)之前进一步包括下列步骤：
对所述触摸电容输入连续脉冲，所述连续脉冲中的各脉冲都具有上升沿和下降沿；
仅在所述连续脉冲中的各脉冲的所述上升沿通过所述触摸电容期间，对所述触摸电容所具有的电荷能量进行积分放大，进而在所述标准时间周期内获得所述标准电位值；
以标准频率对所述标准时间周期计数；
将所述触摸电容所具有的电荷能量归零；以及
触摸所述触摸点。

3.  如权利要求2所述的传感方法，其中在步骤(A)中进一步包括下列步骤：
对所述触摸电容输入所述连续脉冲，所述连续脉冲中的各脉冲都具有所述上升沿和所述下降沿；以及
仅在所述连续脉冲中的各脉冲的所述上升沿通过所述触摸电容期间，对所述触摸电容所具有的电荷能量进行积分放大，进而在所述总时间周期内获得所述标准电位值。

4.  一种触摸面板的传感装置，其中所述触摸面板上的任一触摸点电连接到触摸电容，所述传感装置包括：
积分放大器，其具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端是电耦合于所述触摸电容的输出端，所述第二输入端电耦合于地，其中所述积分放大器对所述触摸电容所具有的电荷能量进行积分放大，以在总时间周期内获得标准电位值，且所述总时间周期是标准时间周期和额外时间周期的总和；
比较器，其具有非反相输入端、反相输入端及输出端，所述非反相输入端是电连接于所述积分放大器的所述输出端，所述反相输入端接收所述标准电位值；以及
计数器，其电耦合于所述比较器的所述输出端，其中所述计数器受控于所述比较器，而在所述总时间周期内，在所述标准时间周期之后，以系统频率对所述额外时间周期计数，以确定所述触摸点。

5.  如权利要求4所述的传感装置，其中所述积分放大器包括：
积分电容，其具有输入端和输出端；以及
放大器，其具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端是电耦合于所述积分电容的所述输入端，所述第二输入端电耦合于地，所述输出端是电耦合于所述积分电容的所述输出端。

6.  如权利要求4所述的传感装置，进一步包括：
脉冲产生器，其电耦合于所述触摸电容的输入端，产生连续脉冲并将其输入所述触摸电容，其中所述连续脉冲中的各脉冲都具有上升沿和下降沿；以及
开关组，其具有第一端、第二端和第三端，所述开关组电耦合于所述触摸电容和所述积分放大器之间，所述第一端是电耦合于所述触摸电容的输出端，所述第二端是电浮接于所述积分放大器的所述第一输入端，所述第三端电浮接于地，其中所述开关组可进行切换，而仅让所述连续脉冲中的各脉冲的所述上升沿通过所述触摸电容以进行积分放大。

7.  如权利要求6所述的传感装置，其中所述脉冲产生器是振荡器。

8.  如权利要求6所述的传感装置，其中所述开关组进一步包括：
第一开关，其具有第一端和第二端，所述第一端是电耦合于所述触摸电容的输出端，所述第二端电浮接于地；以及
第二开关，其具有第一端和第二端，所述第一端是电耦合于所述触摸电容的输出端，所述第二端是电浮接于所述积分放大器的所述第一输入端。

9.  如权利要求4所述的传感装置，进一步包括：
存储器，其电耦合于所述计数器，储存所述计数器的计数值。

触摸面板的传感装置及方法
技术领域
本申请涉及一种传感装置及方法，特别是涉及一种触摸面板的传感装置及方法。
背景技术
目前应用在触控面板上的电容式触控感应技术大多采用模拟/数字(A/D)转换技术来对电容电位的变化进行解析。举例来说，当手指触摸到电路板或玻璃面板时，由手指吸收的电荷很有限，而未被手指吸收的电荷分成两部分：一部分辐射到空间中，另一部分被直接耦合至积分器和放大装置。
被耦合至积分器和放大装置的信号电位将形成该触摸点的触摸电位值，将该触摸电位值与该触摸点未被触摸时的原始电位值进行比较，可知该触摸电位值和该原始电位值之比约为80％～90％。也就是说，该触摸电位值和该原始电位值之间的差值仅占该原始电位值的10％～20％。
由此可知，经由A/D转换后，有效的数据范围也只有A/D转换电路的位数的10％～20％。因此，当遇到触摸电容板的特性不佳的情况时，容易导致感应分辨率变差，但如果因此要提高分辨率却又必须提高A/D转换电路的位数或增加额外的电路，此举将导致电路的设计成本增加。
其次，当面板的尺寸面积较大时，触摸点的量也会增加，在采用模拟/数字转换技术的情况下，较长的扫描时间会严重影响使用的流畅度。
最后，对于大尺寸面板来说，由于分布在较远端的电容所含有的等效连线阻抗较大，因此当再发送信号给各等效电容时，位于最远端的电容所获得的能量比近端的电容低，因此大尺寸面板的触摸灵敏度会大幅度地受到影响。
为了改善上述问题，US 2007/0247172 A1申请提出了一种触摸装置，但其具有下列缺点：
(1)按键为对地(GND)充电再由按键电荷转至另一电容以进行电位比较，需要进行电荷转移；
(2)并没有提到如何进行计数方式；
(3)只对单一按键对地进行充电；以及
(4)并没有对电位进行积分放大后再进行比较，因此所需充电速度较慢。
发明内容
因此，有必要构思一种无需利用A/D转换技术的触摸面板的传感装置及方法。
根据上述构想，本申请提出了一种触摸面板的传感装置及方法，其中该触摸面板上的任一触摸点电连接到触摸电容，该传感方法包括下列步骤：对该触摸电容所具有的电荷能量进行积分放大，以在总时间周期内获得标准电位值，其中该总时间周期是标准时间周期和额外时间周期的总和；以及在该总时间周期内，在该标准时间周期之后，以系统频率对该额外时间周期计数，以确定该触摸点。
根据上述构想，本申请进一步提出了一种触摸面板的传感装置，其中该触摸面板上的任一触摸点电连接到触摸电容，该传感装置包括：积分放大器，其具有第一输入端、第二输入端和输出端，该第一输入端是电耦合于该触摸电容的输出端，该第二输入端电耦合于地，其中该积分放大器对该触摸电容所具有的电荷能量进行积分放大，以在总时间周期内获得标准电位值，且该总时间周期是标准时间周期和额外时间周期的总和；比较器，其具有非反相输入端、反相输入端及输出端，该非反相输入端是电连接于该积分放大器的该输出端，该反相输入端接收该标准电位值；以及计数器，其电耦合于该比较器的该输出端，其中该计数器受控于该比较器，且在该总时间周期内，在该标准时间周期之后，以系统频率对该额外时间周期计数(counting)，以确定该触摸点。
本申请是采用比较器的参考电位来确定系统是否开始启动高速计数，因为所有触摸电容充电电平都以比较器的参考电位为准，因此每个触摸电容所形成的电位也相同，使得触摸面板上所有触摸电容的灵敏度都达到一致，此外，因为系统采用高速计数方式进行计数，使得分辨率可大幅度提高。
通过下列图示和详细说明来更深入地理解本申请：
附图说明
图1：本申请所提出的触摸面板的传感装置的优选实施例的电路图；以及
图2：图1中在初始模式和扫描模式下，积分电容所储存的电荷能量的电位时序对照图。
具体实施方式
本申请的主要构想是不采用模拟/数字(A/D)转换技术，而仅通过对触摸面板的各个触摸电容进行积分放大，再利用高速的频率对积分所耗费的时间进行计数，以确定触摸面板上的触摸点是否被触摸。
请参阅图1，其为本申请所提出的触摸面板的传感装置的优选实施例的电路图，其中传感装置1主要包括脉冲产生器10(在此实施例中以振荡器为代表)、开关组11、积分放大器12、比较器13、计数器14以及存储器15。
未绘制在图中的触摸面板上的任一触摸点都电连接到触摸电容，虽然在图1中仅绘制了单个触摸电容16作为代表，但本领域技术人员都知道在使用额外的多工器的情况下，图1的传感装置1可负责整个触摸面板上的各个触摸点的确定工作。
本申请所提出的触摸面板的传感装置的配置方式如下：
积分放大器12具有第一输入端、第二输入端和输出端，该第一输入端是电耦合于触摸电容16的输出端，该第二输入端电耦合于地。
比较器13具有非反相输入端、反相输入端和输出端，该非反相输入端是电连接于积分放大器12的该输出端，该反相输入端接收标准电位值Vref。
计数器14电耦合于比较器13的该输出端，其中计数器14受控于比较器13。
在本实施例中，积分放大器12由积分电容121和放大器122构成，其中放大器122具有第一输入端、第二输入端和输出端，该第一输入端是电耦合于积分电容121的输入端，该第二输入端电耦合于地，该输出端是电耦合于积分电容121的输出端。
脉冲产生器10电耦合于触摸电容16的输入端，用于产生连续脉冲并将其输入该触摸电容，其中该连续脉冲中的各脉冲都具有上升沿和下降沿。
开关组11具有第一端、第二端和第三端，开关组11电耦合于触摸电容16和积分放大器12之间，该第一端是电耦合于触摸电容16的输出端，该第二端是电浮接于积分放大器12的该第一输入端，该第三端电浮接于地。
在本实施例中，该开关组由第一开关S1和第二开关S2构成。第一开关S1具有第一端和第二端，该第一端是电耦合于触摸电容16的输出端，该第二端电浮接于地。第二开关S2具有第一端和第二端，该第一端是电耦合于触摸电容16的输出端，该第二端是电浮接于积分放大器12的该第一输入端。
存储器15电耦合于计数器14，用于储存计数器14的计数值。
要完成本申请的传感方法，传感装置1在工作时可分为以下两种模式：
(1)初始模式
脉冲产生器10对触摸电容16输入连续脉冲，该连续脉冲中的各脉冲都具有上升沿及下降沿。
开关组11由两个开关S1和S2构成，通过断开开关S1并导通开关S2，可以仅在该连续脉冲中的各脉冲的该上升沿通过触摸电容16期间，对触摸电容16所具有的电荷能量利用积分放大器12进行积分放大，而通过导通开关S1并断开开关S2，可以仅在该连续脉冲中的各脉冲的该下降沿通过触摸电容16期间，对触摸电容16所具有的电荷能量进行放电至地。通过此重复程序，可在标准时间周期内在积分电容121内获得等于该标准电位值Vref的电荷能量。
另一方面，从积分电容121刚开始被充电时，计数器14以标准频率开始计数，直到在积分电容121内积分至等于该标准电位值Vref的电荷能量时，比较器13输出低电平信号，使得计数器14停止计数，此时存储器15会记录下该标准时间周期。
之后，开关S1和S2同时导通，积分电容121和触摸电容16的电位则同时归零。
(2)扫描模式
如果要确定触摸面板是否被触摸，则需进行扫描模式，同样利用脉冲产生器10对触摸电容16输入具有该上升沿及该下降沿的该连续脉冲，也同样通过开关组11的动作，以仅在该连续脉冲中的各脉冲的该上升沿通过触摸电容16期间，对触摸电容16所具有的电荷能量利用积分放大器12进行积分放大，以及仅在该连续脉冲中的各脉冲的该下降沿通过触摸电容16期间，对触摸电容16所具有的电荷能量进行放电至地。进而再次在另一个时间周期内在积分电容121内获得等于该标准电位值Vref的电荷能量。
由于与触摸电容16电连接的触摸点在被触摸时，电容值会变大，因此，再次仅在该连续脉冲中的各脉冲的该上升沿通过触摸电容16期间，当对触摸电容16所具有的电荷能量利用积分放大器12进行积分放大时，想要在积分电容121内同样获得等于该标准电位值Vref的电荷能量所耗费的时间周期一定会增加；将此段时间周期定义为总时间周期，其中该总时间周期是前述标准时间周期和额外时间周期的总和。
与初始模式不同之处在于，在扫描模式中，计数器14是在该总时间周期内，在该标准时间周期之后，才以系统频率对该额外时间周期进行计数，由于该系统频率相对于前述标准频率是极高频的频率，因此传感装置能够利用比现有技术更高的分辨率来确定该触摸点确实已被触摸。
请参阅图2，其为图1中在初始模式和扫描模式下，积分电容所储存的电荷能量的电位时序对照图。由图2可以看出，在初始模式下，计数器14以该标准频率FL开始计数，直到在积分电容121内积分至等于该标准电位值Vref的电荷能量时，共需耗费该标准时间周期T-No Touch。
而在扫描模式下，想要在积分电容121内同样获得等于该标准电位值Vref的电荷能量所耗费的该总时间周期T-Touch一定大于该标准时间周期T-No Touch；也就是说，该总时间周期是该标准时间周期T-No Touch和该额外时间周期T-C的总和，而计数器14则以该系统频率FH在该额外时间周期T-C内进行计数，通过此来确定该触摸点。
综上所述，本申请是利用外部积分电位与自行设定的参考电位相比，当外部积分电位达到参考电位时，将记录下充电时间或开始以高速频率进行计数和停止计数时间，不但节省系统设计成本和耗能，还可提高系统识别触控按键的分辨率。与采用A/D转换技术的现有技术相比，本申请具有下述优点：
(1)本申请所采用的计数方式不是A/D转换，所以耗电较低；
(2)因系统计数电平是比较器参考电平，因此所有的触摸电容将可获得相同的电位场以进行侦测；
(3)本申请可应用于大尺寸面板和多按键侦测；
(4)当本申请应用于触控面板时，由于比较器的电平可灵活设定，因此电容型式的设计弹性较大；以及
(5)本申请结构简单、电场均匀，具有高分辨率。
另一方面，与前述US 2007/0247172 A1申请的触摸装置相比，本申请进一步具有下列优点：
(1)本申请无需进行电荷转移，而是直接进行电荷积分充电；
(2)本申请采用高速计数模式，可大幅度提高解析能力；
(3)本申请适用面板为数组型，可应用于大型面板触控侦测和多键侦测；以及
(4)本申请须利用积分器进行积分放大后再进行比较电位，充电速度较快。
本申请可由本领域的技术人员进行各种变化和更改，然而都不脱离如所附权利要求保护的范围。