用于电容式触控板的感测方法及电路 【技术领域】
本发明涉及一种电容式触控板， 具体地说， 是一种用于电容式触控板的感测方法及电路。 背景技术
如图 1 所示， 以 XY 方向规划的电容式触控板 10 包括多条 X 轴感应线 (trace) TX1 ～ TX8 及多条 Y 轴感应线 TY1 ～ TY6， 其定位方式系扫描 X 轴感应线 TX1 ～ TX8 及 Y 轴 感应线 TY1 ～ TY6， 根据电容值的变化辨识触点的位置。 例如， 手指触碰在位置 12 会引起感 应线 TX8 及 TY3 的电容值改变， 因此可以判断手指系在感应线 TX8 及 TY3 的交叉点 12。然 而， 这样的定位方式在多指应用上无法正确辨识手指的位置。例如图 2 所示的双指触碰， 两 手指同时触碰在位置 20 及 22 会引起感应线 TX2、 TX4、 TY2 及 TY4 的电容值改变， 由此电容 值的变化判断的触点位置有两种可能性， 除了手指 20 及 22 真正的位置 (TX2， TY4) 及 (TX4，TY2) 之外， 会出现两个鬼点在位置 (TX2， TY2) 及 (TX4， TY4)24 及 26， 这使得电容式触控板 10 无法正确判断出真正的触点位置 20 及 22。
因此已知的电容式触控板存在着上述种种不便和问题。 发明内容
本发明的目的， 在于提出一种用于电容式触控板的感测方法及电路。 本发明的另一目的， 在于提出一种为电容式触控板分辨触点及鬼点的方法及电路。 为实现上述目的， 本发明的技术解决方案是 ：
一种用于电容式触控板的感测方法， 所述电容式触控板具有一第一感应线及一第 二感应线， 二者之交叉点具有一旁侧电容， 其特征在于包括以下步骤 ：
步骤 a ： 在一第一时相中， 施加一第一电压至所述第一感应线及第二感应线， 并设 定一感测电容的跨压 ；
步骤 b ： 在一第二时相中， 将所述第一感应线的电压从所述第一电压切换至一第 二电压， 并将所述第二感应线连接至所述感测电容的第一端， 因而引起所述感测电容的第 二端的电压发生变化。
本发明的用于电容式触控板的感测方法还可以采用以下的技术措施来进一步实 现。
前述的感测方法， 其中所述步骤 a 包括施加第三电压至所述感测电容的第一端及 第二端。
前述的感测方法， 其中所述第三电压等于所述第一电压。
前述的感测方法， 其中所述步骤 b 包括以下步骤 ：
第一步骤 ： 施加所述第一电压至一运算放大器的第一输入端 ；
第二步骤 ： 将所述第二感应线及所述感测电容的第一端连接至所述运算放大器的
第二输入端 ；
第三步骤 ： 将所述感测电容的第二端连接至所述运算放大器的输出端。
前述的感测方法， 其中更包括根据所述感测电容的第二端的电压变化判断所述交 叉点是否受到碰触。
一种用于电容式触控板的感测电路， 所述电容式触控板具有一第一感应线以及一 第二感应线， 二者之交叉点具有一旁侧电容， 其特征在于所述感测电路包括 ：
一第一切换电路， 连接所述第一感应线， 在一第一时相中将所述第一感应线连接 至一第一电压端， 在一第二时相中将所述第一感应线连接至一第二电压端 ；
一运算放大器， 具有一第一输入端、 一第二输入端及一输出端， 所述第一输入端连 接所述第一电压端 ；
一第二切换电路， 连接所述第二感应线， 在所述第一时相中将所述第二感应线连 接至所述第一电压端， 在所述第二时相中将所述第二感应线连接至所述运算放大器的第二 输入端 ；
一感测电容， 具有一第一端及一第二端， 所述感测电容的第一端连接所述运算放 大器的第二输入端 ；
一第三切换电路， 连接在所述运算放大器的第二输入端及输出端之间， 在所述第 一时相中将所述运算放大器的输出端连接至所述第二输入端 ；
一第四切换电路， 连接所述感测电容的第二端， 在所述第一时相中将所述感测电 容的第二端连接至所述第一电压端， 在所述第二时相中将所述感测电容的第二端连接至所 述运算放大器的输出端。
前述的感测电路， 其中所述第一切换电路包括 ：
一第一开关， 连接在所述第一感应线及所述第二电压端之间 ；
一第二开关， 连接在所述第一感应线及所述第一电压端之间。
前述的感测电路， 其中所述第二切换电路包括 ：
一第一开关， 连接在所述第二感应线及所述第一电压端之间 ；
一第二开关， 连接在所述第二感应线及所述运算放大器的第二输入端之间。
前述的感测电路， 其中所述第三切换电路包括一开关连接在所述运算放大器的第 二输入端及输出端之间。
前述的感测电路， 其中所述第四切换电路包括 ：
一第一开关， 连接在所述感测电容的第二端及所述第一电压端之间 ；
一第二开关， 连接在所述感测电容的第二端及所述运算放大器的输出端之间。
前述的感测电路， 其中更包括一比较器连接所述运算放大器的输出端， 在所述第 二时相中将所述输出端的电压与一临界值比较， 以判断所述交叉点是否受到碰触。
前述的感测电路， 其中更包括 ：
一差动放大器， 连接所述第一电压端及所述运算放大器的输出端， 以放大二者的 电压之间的差值 ；
一比较器， 连接所述差动放大器， 在所述第二时相中将所述放大的差值与一临界 值比较， 以判断所述交叉点是否受到碰触。
采用上述技术方案后， 本发明的用于电容式触控板的感测方法及电路具有借着感测两感应线交叉点的旁侧电容的电容值变化， 可以分辨电容式触控板上的触点及鬼点， 且 为触点准确定位的优点。 附图说明
图 1 为已知的电容式触控板 ；
图 2 为双指触碰的示意图 ；
图 3 为本发明的原理示意图 ；
图 4 为根据本发明的感测方法的流程图 ；
图 5 为本发明的感测电路的实施例示意图 ；
图 6 为图 5 的感测电路感测触点的示意图 ；
图 7 为图 6 的电路在第一时相中的等效电路图 ；
图 8 为图 6 的电路在第二时相中的等效电路图 ；
图 9 为图 5 的感测电路感测鬼点的示意图 ；
图 10 为图 9 的电路在第一时相中的等效电路图 ；
图 11 为图 9 的电路在第二时相中的等效电路图 ；
图 12 为本发明的判断电路的第一实施例示意图 ； 图 13 为本发明的判断电路的第二实施例示意图。具体实施方式
以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。
现请参阅图 3， 图 3 为本发明的原理的示意图。如图所示， 所述电容式触控板两感 应线 TXN 及 TYM 的交叉点会有寄生的旁侧电容 30 存在， Cxy 表示其电容值， 当手指触碰感应 线 TXN 及 TYM 的交叉点时， 除了引起感应线 TXN 及 TYM 各自的电容值变化， 也会引起旁侧电 容 30 的电容值变化， 此电容值的变化可以用在电容式触控板的定位上， 辨识真正的触碰位 置。例如在图 2 所示的双指触碰状况下， 在触点位置 (TX2， TY4) 及 (TX4， TY2) 的旁侧电容 值会发生变化， 但是在鬼点位置 (TX2， TY2) 及 (TX4， TY4) 的旁侧电容值不会发生变化。利 用所述感测电路 40 感测旁侧电容值， 从其变化的大小可以分辨触点和鬼点。
图 4 为根据本发明的感测方法的流程图， 感测电路 40 对旁侧电容 30 的一次感测 周期包含两时相。在步骤 90 中， 感测电路 40 在第一时相中施加同一电压至两感应线 TXN 及 TYM， 感测电路 40 内部包含感测电容在第一时相中被设定其跨压。在设定感测电容的跨 压时， 可以施加相同或不相同的电压至感测电容的两端， 例如， 将施加至感应线 TXN 及 TYM 的电压也同时施加至感测电容的两端。然后， 在步骤 92 中， 感测电路 40 改变感应线 TXN 的 电压， 并将感应线 TYM 连接至感测电容之第一端， 因而引起感测电容之第二端的电压发生 变化。此变化与当时旁侧电容 30 的电容值有关， 可以用来判断所述交叉点是否受到碰触， 因而分辨出触点和鬼点。
图 5 系感测电路 40 的实施例。图 3 的感应线 TXN 及 TYM 为等效电路 50， 感应线 TXN 的感应电容 5002 具有电容值 Cx， 感应线 TYM 的感应电容 5004 具有电容值 Cy， 感应线 TXN 及 TYM 之间的旁侧电容 30 具有电容值 Cxy。感测电路 40 连接感应线 TXN 及 TYM， 感测 旁侧电容 30 的电容值变化， 据以判断是否有手指触碰感应线 TXN 及 TYM 的交叉点。在感测电路 40 中， 切换电路 4002 具有开关 SW1 连接在电压端 Vc 及感应线 TXN 之间， 以及开关 SW2 连接在感应线 TXN 及电压端 Vcom 之间， 开关 SW1 及 SW2 分别受控于时相 P2 及 P1 ； 切换电路 4004 具有开关 SW3 连接在感应线 TYM 及电压端 Vcom 之间， 以及开关 SW4 连接在感应线 TYM 及运算放大器 4010 的输入端 4012 之间， 开关 SW3 及 SW4 分别受控于时相 P1 及 P2 ； 运算放 大器 4010 的输入端 4014 连接电压端 Vcom ； 切换电路 4006 具有开关 SW5 连接在运算放大 器 4010 的输入端 4012 及输出端 4016 之间， 受控于时相 P1 ； 感测电容 CF 具有第一端 4018 及第二端 4020， 第一端 4018 连接运算放大器 4010 的输入端 4012， 第二端 4020 连接切换电 路 4008 ； 切换电路 4008 具有开关 SW6 连接在感测电容 CF 的第二端 4020 及电压端 Vcom 之 间， 以及开关 SW7 连接在感测电容 CF 的第二端 4020 及运算放大器 4010 的输出端 4016 之 间， 开关 SW6 及 SW7 分别受控于时相 P1 及 P2。时相 P1 和 P2 是不重叠的。
图 6 系手指触碰感应线 TXN 及 TYM 的交叉点时的示意图， 感应线 TXN 及 TYM 的感应 电容 5002 及 5004 分别有电容增量 ΔCx 及 ΔCy， 旁侧电容 30 有电容增量 ΔCxy。图 7 及 图 8 系感测电路 40 在时相 P1 及 P2 中的等效电路。参照图 7， 在时相 P1 中， 开关 SW2、 SW3、 SW5 及 SW6 闭合， 而开关 SW1、 SW4 及 SW7 断开， 因此感应线 TXN 及 TYM 皆连接电压端 Vcom， 感测电容 CF 的第二端 4020 连接电压端 Vcom， 运算放大器 4010 的输出端 4016 连接其输入 端 4012。感应线 TXN 的感应电容 5002 有电容增量 ΔCx， 故其电荷 Qcx ＝ Vcom×(Cx+ΔCx) ； 公式 1
感应线 TYM 的感应电容 5004 有电容增量 ΔCy， 故其电荷
Qcy ＝ Vcom×(Cy+ΔCy) ； 公式 2
旁侧电容 30 两端的电压相等， 因此旁侧电容 30 的电荷为 0。由于虚短路的缘故， 运算放大器 4010 的输入端 4012 的电压等于输入端 4014 的电压 Vcom， 因此感测电容 CF 两 端 4018 及 4020 的电压相等， 感测电容 CF 的电荷为 0， 运算放大器 4010 的输出端 4016 的电 压 Vo ＝ Vcom。接着， 参照图 8， 在时相 P2 中， 开关 SW2、 SW3、 SW5 及 SW6 断开， 而开关 SW1、 SW4 及 SW7 闭合， 因此感应线 TXN 连接电压端 Vc， 感应线 TYM 连接运算放大器 4010 的输入 端 4012， 感测电容 CF 的第二端 4020 连接运算放大器 4010 的输出端 4016， 运算放大器 4010 的输出端 4016 及输入端 4012 之间则被断开。此时， 感应线 TXN 的感应电容 5002 的电荷
Qcx ＝ Vc×(Cx+ΔCx)， 公式 3
感应线 TYM 的感应电容 5004 的电荷
Qcy ＝ Vcom×(Cy+ΔCy)， 公式 4
由于旁侧电容 30 在 TXN 侧的电压从 Vcom 切换至 Vc， 且其在 TYM 侧的那一端连接 至感测电容 CF 的第一端 4018， 因此旁侧电容 30 的电荷
Qcxy ＝ (Vc-Vcom)×(Cxy+ΔCxy) 公式 5
由于电荷守恒导致感测电容 CF 的第二端 4020 的电压发生变化。
由公式 5 可得知感测电容 CF 上的电荷
Qcf ＝ (Vo-Vcom)×CF ＝ -(Vc-Vcom)×(Cxy+ΔCxy)。公式 6
根据公式 6 可进一步得到运算放大器 4010 输出端 4016 的电压
Vo ＝ [-(Cxy+ΔCxy)/CF]×(Vc-Vcom)+Vcom。 公式 7
由公式 7 可知， 感应线 TXN 及 TYM 的感应电容 5002 及 5004 的
电容值变量 ΔCx 和 ΔCy 不会对感测电路 40 的输出端 Vo 造成影响。
图 9 系感测鬼点的示意图， 感应线 TXN 及 TYM 的感应电容 5002 及 5004 分别有电 容增量 ΔCx 及 ΔCy， 但由于手指没有真的触碰感应线 TXN 及 TYM 的交叉点， 因此旁侧电容 30 没有电容增量。图 10 系感测电路 40 在时相 P1 和 P2 中的等效电路。参照图 10， 在时相 P1 中， 开关 SW2、 SW3、 SW5 及 SW6 闭合， 而开关 SW1、 SW4 及 SW7 断开， 因此感应线 TXN 及 TYM 皆连接电压端 Vcom， 感测电容 CF 的第二端 4020 连接电压端 Vcom， 运算放大器 4010 的输出 端 4016 连接其输入端 4012。感应线 TXN 的感应电容 5002 有电容增量 ΔCx， 故其电荷如公 式 1 所示 ； 感应线 TYM 的感应电容 5004 有电容增量 ΔCy， 故其电荷如公式 2 所示 ； 由于旁 侧电容 30 两端的电压相等， 故其电荷为 0。由于虚短路的缘故， 运算放大器 4010 的输入端 4012 的电压等于输入端 4014 的电压 Vcom， 因此感测电容 CF 两端 4018 及 4020 的电压相等， 感测电容 CF 的电荷为 0， 运算放大器输出端 4016 的电压 Vo ＝ Vcom。接着， 参照图 11， 在时 相 P2 中， 开关 SW2、 SW3、 SW5 及 SW6 断开， 而开关 SW1、 SW4 及 SW7 闭合， 因此感应线 TXN 连 接电压端 Vc， 感应线 TYM 连接运算放大器 4010 的输入端 4012， 感测电容 CF 的第二端 4020 连接运算放大器 4010 的输出端 4016， 运算放大器 4010 的输出端 4016 及输入端 4012 之间 则被断开。此时， 感应线 TXM 的感应电容 5002 的电荷如公式 3 所示， 感应线 TYM 的感应电 容 5004 的电荷如公式 4 所示， 由于旁侧电容 30 在 TXN 侧的电压从 Vcom 切换至 Vc， 且其在 TYM 侧的那一端连接至感测电容 CF 的第一端 4018， 因此旁侧电容 30 的电荷 Qcxy ＝ (Vc-Vcom)×Cxy 公式 8
由于电荷守恒导致感测电容 CF 之第二端 4020 的电压发生变化。
由公式 8 可得知感测电容 CF 上的电荷
Qcf ＝ (Vo-Vcom)×CF ＝ -(Vc-Vcom)×Cxy。 公式 9
根据公式 9 可进一步求得运算放大器 4010 的输出端 4016 的电压
Vo ＝ (-Cxy/CF)×(Vc-Vcom)+Vcom。 公式 10
由公式 10 可知， 感应线 TXN 及 TYM 的感应电容 5002 及 5004 的电容值变量 ΔCx 和 ΔCy 不会对感测电路 40 的输出端 Vo 造成影响。比较公式 7 及公式 10 可知， 因为触点 和鬼点的旁侧电容 30 的电容值不同， 运算放大器 4010 的输出端 4016 的电压 Vo 也不同， 根 据电压 Vo 的大小可以判断是否有手指触碰感应线 TXN 及 TYM 的交叉点。例如， 触点的 Vo 与鬼点的 Vo 之间的差值为 ΔCxy(Vc-Vcom)/CF， 因此， 只要检测到 Vo 大于某个临界值， 便 可认定所述受测点是触点。图 12 是一个判断电路的实施例， 其利用比较器 4030 比较电压 Vo 与临界电压 Vth， 判断感应线 TXN 及 TYM 的交叉点是否受到碰触， 例如， 信号 GP 为 1 表示 鬼点， 信号 GP 为 0 表示触点。临界电压 Vth 的值可以决定电路对旁侧电容 30 的电容值变 化 ΔCxy 的敏感度。从另一角度来看， 不论感测触点或鬼点， 在第一时相 P1 时， 都有 Vo ＝ Vcom 的关系存在。但是在第二时相 P2 时， 触点和鬼点的 Vo 是不相同的。因此也可以从 Vo 在两时相 P1 和 P2 的变化来分辨触点和鬼点。图 12 是另一个判断电路的实施例， 具有放大 系数 K 的差动放大器 4030 的两输入端接受电压 Vo 和 Vcom， 其输出与临界电压 Vth 送入比 较器 3042， 产生的信号 GP 为 1 时， 表示所述受测点是鬼点， 信号 GP 为 0 表示是触点。规划 放大系数 K 和临界电压 Vth 的值可以决定电路对旁侧电容 30 的电容值变化 ΔCxy 的敏感 度。
在图 5 到图 10 所示的实施例中， 一感测周期包含两非重叠的时相 P1 和 P2。在时 相 P1 中的操作， 系重设 (reset) 旁侧电容 30 和感测电容 CF 的跨压为 0， 使其上的电荷归
零。在不同的实施例中， 在时相 P1 中也可以设定旁侧电容 30 的跨压不为 0。然后， 在时相 P2 中同时改变旁侧电容 30 在 TXN 侧的电压及因为电荷守恒使感测电路 40 的输出端 Vo 改 变， 所以是实时反应当时旁侧电容 30 的状况到感测电路 40 的输出端 Vo， 故能更准确的判断 触点的位置。
将感测电路 40 应用至图 1 的电容式触控板 10， 参照图 2， 当手指同时触碰电容式 触控板 10 的位置 20 及 22， 虽然感应线 TX2、 TX4、 TY2 及 TY4 的感应电容都发生变化， 但由 于没有手指触碰位置 24 及 26， 因此感应线 TX2 及 TY2 交叉点的旁侧电容没有变化， 感应线 TX4 及 TY4 交叉点的旁侧电容也没有变化， 故可以排除触点在位置 24 及 26 的可能性， 消除 了鬼点引发错误的可能性。
以上实施例仅供说明本发明之用， 而非对本发明的限制， 有关技术领域的技术人 员， 在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 还可以作出各种变换或变化。因此， 所有等同 的技术方案也应该属于本发明的范畴， 应由各权利要求限定。
组件符号说明
10 电容式触控板
12 触碰位置
20 触点位置
22 触点位置
24 鬼点位置
26 鬼点位置
30 旁侧电容
40 感测电路
4002 切换电路
4004 切换电路
4006 切换电路
4008 切换电路
4010 运算放大器
4012 运算放大器的输入端
4014 运算放大器的输入端
4016 运算放大器的输出端
4018 感测电容的第一端
4020 感测电容的第二端
4030 比较器
4032 差动放大器
50 两感应线的等效电路
5002 感应线的感应电容
5004 感应线的感应电容。