專利名稱：觸摸屏傳感器集成電路、其操作方法以及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例涉及基于噪聲檢測的自適應(yīng)觸摸感測方案，更具體地，涉及用于感測真實(shí)的多點(diǎn)觸摸的觸摸屏傳感器集成電路(1C)、操作這種觸摸屏傳感器IC的方法以及包括這種觸摸屏傳感器IC的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近來，電容型觸摸系統(tǒng)廣泛用于諸如智能電話和平板個人計(jì)算機(jī)(PC)的移動設(shè)備中，因?yàn)樗鼈兘?jīng)久耐用且透光率高，并且具有多點(diǎn)觸摸特征和軟觸摸特征。同時，電容型觸摸系統(tǒng)要求觸摸控制器的多種性能，例如，真實(shí)的多點(diǎn)觸摸檢測、高噪聲免疫性以及低功耗。最近，在Hyoung-Rae Kim 等的 “A Mobi Ie-Display-Driver ICEmbedding a Capacitive-Touch-Screen Controller System，，(ISSCC Dig. Tech.Papers, pp. 114-115，2010年2月)中介紹了內(nèi)建在顯示驅(qū)動器IC中的電容型觸摸屏控制器。包括顯示驅(qū)動器和觸摸屏控制器的單芯片解決方案可以減少電容型觸摸系統(tǒng)的制造成本。然而，該觸摸控制器僅支持單點(diǎn)觸摸或者兩個使用手勢的虛擬觸摸，因?yàn)樵撚|摸控制器基于為感測線的信號和驅(qū)動線的信號中的每一個提供獨(dú)立的一維分布的投射式電容觸摸感測。此外，由于信噪比(SNR)低，在強(qiáng)噪聲環(huán)境下該觸摸控制器不能精確感測觸摸點(diǎn)。因此，對于滿足現(xiàn)在的電容型觸摸系統(tǒng)的嚴(yán)格要求的觸摸控制器的研究是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供基于具有真實(shí)的多點(diǎn)觸摸檢測、高噪聲免疫性和低功耗等特性的互電容檢測的觸摸屏傳感器集成電路及其操作方法以及包括所述觸摸屏傳感器集成電路的裝置。解決問題的手段根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的觸摸屏傳感器集成電路(IC)的操作方法包括步驟在噪聲檢測操作期間，在判斷了從電容式觸摸屏面板輸出的第一輸入信號是否在噪聲窗范圍內(nèi)之后，根據(jù)判斷結(jié)果選擇解調(diào)路徑和非解調(diào)路徑中的一個路徑；以及，在感測操作期間，通過在所述噪聲檢測操作期間所選擇的路徑處理從所述電容式觸摸屏面板輸出的第二輸入信號。在所述選擇步驟中，如果所述第一輸入信號在所述噪聲窗范圍內(nèi)則選擇所述非解調(diào)路徑，如果所述第一輸入信號在所述噪聲窗范圍之外則選擇所述解調(diào)路徑。在所述處理步驟中，如果選擇了所述非解 調(diào)路徑，則通過所述非解調(diào)路徑檢測所述第二輸入信號的峰值并且保持所檢測到的峰值，如果選擇了所述解調(diào)路徑，則通過所述解調(diào)路徑解調(diào)所述第二輸入信號。通過所述解調(diào)路徑解調(diào)所述第二輸入信號的步驟包括步驟去除包含在所述第二輸入信號中的噪聲；解調(diào)去除噪聲的第二輸入信號；以及去除包含在解調(diào)的第二輸入信號中的噪聲。所述觸摸屏傳感器集成電路的操作方法還包括使用偏移信號來調(diào)整通過所選擇的路徑處理的信號的偏移。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的觸摸屏傳感器集成電路，包括分別感測和放大從電容式觸摸屏面板的多條感測線中的每一條輸出的信號的多個單元感測電路。所述多個單元感測電路中的每一個包括第一選擇器，其響應(yīng)于選擇信號將在所述多條感測線中從對應(yīng)的感測線輸出的輸入信號傳送到解調(diào)路徑或者非解調(diào)路徑；第二選 擇器，其響應(yīng)于所述選擇信號輸出從所述解調(diào)路徑或者所述非解調(diào)路徑輸出的信號；以及噪聲檢測器，其在噪聲檢測操作期間判斷從所述感測線輸出的噪聲信號是否在噪聲窗范圍內(nèi)，并且根據(jù)判斷結(jié)果輸出所述選擇信號，并且在感測操作期間保持所述選擇信號。所述解調(diào)路徑包括第一濾波器，其去除包含在所述第一選擇器的輸出信號中的噪聲信號；解調(diào)器，其解調(diào)所述第一濾波器的輸出信號；以及低通濾波器，其對所述解調(diào)器的輸出信號執(zhí)行低通濾波。所述第一濾波器是抗諧波濾波器，并且所述解調(diào)器是方波解調(diào)器。所述非解調(diào)路徑包括峰值檢測器，其檢測所述第一選擇器的輸出信號的峰值并且保持所檢測到的峰值。所述觸摸屏傳感器集成電路，還包括偏移調(diào)整電路，其響應(yīng)于偏移信號調(diào)整所述第二選擇器的輸出信號的偏移。在所述觸摸屏傳感器集成電路還包括在所述感測線和所述第一選擇器之間連接的電荷放大器的情況下，所述噪聲檢測器在所述噪聲檢測操作期間判斷從所述電荷放大器輸出的噪聲信號是否在所述噪聲窗范圍內(nèi)，并且根據(jù)判斷結(jié)果輸出所述選擇信號。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)包括所述觸摸屏傳感器集成電路和可以與該觸摸屏傳感器集成電路進(jìn)行通信的主機(jī)控制器。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的觸摸屏傳感器IC可以準(zhǔn)確感測真實(shí)的多點(diǎn)觸摸，并且具有高噪聲免疫性和低功耗的效果。


圖1A示出了包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的觸摸屏傳感器集成電路(IC)的系統(tǒng)的示意性框圖；圖1B示出了圖1A所示的單層電容式觸摸屏面板，該單層電容式觸摸屏面板具有菱形圖案；圖2示出了圖1A示出的觸摸屏傳感器IC的示意性框圖；圖3示出了圖2所示的驅(qū)動電路塊的示意性框圖；圖4示出了圖3所示的屏蔽控制信號的波形圖的一個實(shí)施例；
圖5示出了圖2所示的傳感器電路塊的示意性框圖；圖6是示出了圖5所示的單元傳感器電路的一個實(shí)施例的框圖；圖7示出了圖6所示的噪聲探測器的電路圖以及該噪聲探測器的輸入信號的波形圖；圖8示出了圖6所示的峰值檢測器的電路圖以及該峰值檢測器的輸入/輸出信號的波形圖；圖9示出了圖6所示的具有內(nèi)建抗諧波濾 波器的方波解調(diào)器的電路圖以及該方波解調(diào)器的輸入/輸出信號的波形圖；圖10示出了圖6所示的延遲跟蹤器的框圖；圖11示出了用于解釋圖10所示的延遲跟蹤器的操作的輸入信號的波形圖；圖12是圖5所示的單元傳感器電路的另一個實(shí)施例的框圖；圖13示出了圖12所示的電荷放大器的電路圖；圖14示出了圖2所示的傳感器電路塊的輸出信號的波形圖；圖15示出了用于解釋使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的頻移功能來調(diào)整源頻率的方法的一個實(shí)施例；圖16示出了用于解釋使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的頻移功能來調(diào)整源頻率的方法的另一個實(shí)施例；圖17是用于說明使用圖6或圖12所示的單元傳感器電路處理傳感器信號的方法的流程圖；以及圖18是用于說明根據(jù)圖16或圖17所示的實(shí)施例調(diào)整源頻率的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1A示出了包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的觸摸屏傳感器集成電路(IC)30的系統(tǒng)10的示意性框圖。圖1B示出了圖1A所示的單層電容式觸摸屏面板，該單層電容式觸摸屏面板具有菱形圖案。參考圖1A，系統(tǒng)10包括觸摸屏面板20、觸摸屏傳感器IC 30和主機(jī)控制器(或應(yīng)用程序處理器(AP)) 40。在圖1A中，為了便于解釋，未分開示出顯示面板和用于驅(qū)動該顯示面板的顯示面板驅(qū)動器1C。系統(tǒng)10可以是諸如移動電話、智能電話、平板PC、個人數(shù)字助理(PDA)、便攜式多媒體播放器(PMP)或MP3播放器的移動裝置。參考圖1B，觸摸屏面板20可以使用具有菱形圖案的單層電容式觸摸屏面板來實(shí)現(xiàn)。該單層電容式觸摸屏面板包括多條驅(qū)動線XO至Xn (其中η表示自然數(shù)，例如，n=18)以及多條感測線YO至Ym(其中m表示自然數(shù)，例如，m=ll )。驅(qū)動線XO至Xn可以稱為水平線，感測線YO至Ym可以稱為垂直線。根據(jù)實(shí)施例，驅(qū)動線XO至Xn中的一些，例如，奇數(shù)編號的驅(qū)動線可以分別傳送提供給觸摸屏面板20的左側(cè)的驅(qū)動信號，驅(qū)動線XO至Xn中的其它的驅(qū)動線，例如，偶數(shù)編號的驅(qū)動線，可以分別傳送提供給觸摸屏面板20的右側(cè)的驅(qū)動信號。然而，根據(jù)另一實(shí)施例，驅(qū)動線XO至Xn可以設(shè)置成分別傳送提供給觸摸屏面板20的左側(cè)或右側(cè)的多個驅(qū)動信號?；陬愃朴贑MOS技術(shù)中的通孔工藝的橋連接，驅(qū)動線XO至Xn可以彼此電分離，感測線YO至Ym可以彼此電分離。在驅(qū)動線XO至Xn中每一條與感測線YO至Ym中每一條之間的交叉點(diǎn)處形成互電容節(jié)點(diǎn)MC，如圖1A和IB所示。因此，從觸摸屏面板20可以獲得(n+l)*(m+l)的二維的互電容分布。當(dāng)手指或?qū)щ姴牧辖佑|電容式觸摸屏面板20時，電容式觸摸屏面板20的互電容分布變化。因此，觸摸屏傳感器IC 30可以根據(jù)互電容分布的變化精確地找到或感測到觸摸點(diǎn)。換而言之，觸摸屏傳感器IC 30向驅(qū)動線XO至Xn分別提供驅(qū)動信號、處理分別從感測線YO至Ym輸出的讀出信號、并且將與所述處理的結(jié)果對應(yīng)的信號傳送到主機(jī)控制器40。將參考圖2至圖18詳細(xì)描述觸摸屏傳感器IC 30的結(jié)構(gòu)和操作。圖2示出了圖1A示出的觸摸屏傳感器IC的示意性框圖。參考圖2，觸摸屏傳感器IC 30包括功率發(fā)生器31、驅(qū)動電路塊100、傳感器電路塊200、控制邏輯電路300、振蕩器301、延遲表400 (更確切地，存儲延遲表的存儲器)、偏移發(fā)生器410、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)塊510、數(shù)字有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器520和微控制器單元(MCU) 530。功率發(fā)生器31通過使用從外部輸入的多個電壓(即，電壓AVDD和VDD)產(chǎn)生觸摸屏傳感器IC 30所需的電能或電壓。例如，功率發(fā)生器31可以包括用于產(chǎn)生各部件100、200、410和510工作所需的電壓的DC-DC變換器，以及用于產(chǎn)生控制邏輯電路300工作所需的電壓的低壓差(LDO)穩(wěn)壓器。驅(qū)動電路塊100可以響應(yīng)于從控制邏輯電路300輸出的屏蔽控制信號MSK以及從控制邏輯電路300輸出的多個驅(qū)動信號DRV，分別向驅(qū)動線XO至Xn提供驅(qū)動信號，或者阻止驅(qū)動信號進(jìn)入驅(qū)動線XO至Xn。圖3示出了圖2所示的驅(qū)動電路塊100的示意性框圖，圖4示出了圖3所示的屏蔽控制信號MSK的波形圖的一個實(shí)施例。參考圖2至圖4，執(zhí)行發(fā)射器功能的驅(qū)動電路塊100包括多個屏蔽電路110_1至110_n以及多個驅(qū)動器120_1至120_n。屏蔽電路110_1至110_n可以響應(yīng)于屏蔽控制信號MSK，將多個驅(qū)動信號DRVO至DRVn分別傳送到驅(qū)動器120_1至120_n，或屏蔽(或阻止)驅(qū)動信號DRVO至DRVn進(jìn)入驅(qū)動器 120_1 至 120_n。例如，如圖3所示，驅(qū)動信號DRVO至DRVn可以是順序產(chǎn)生而不彼此交疊的方波。驅(qū)動信號DRV包括驅(qū)動信號DRVO至DRVn。例如，屏蔽電路110_1至110_n中的每一個可以實(shí)現(xiàn)為AND門。因此，當(dāng)屏蔽控制信號MSK為邏輯I或第二電平(例如高電平)時，AND門傳送驅(qū)動信號到驅(qū)動器。當(dāng)屏蔽控制信號MSK為邏輯O或處于第一電平(例如低電平)時，AND門屏蔽(或阻止)驅(qū)動信號傳送到所述驅(qū)動器。例如，驅(qū)動器120_1至120_n中的每一個可以實(shí)現(xiàn)為逆變器鏈。驅(qū)動器120_1至120_n的各個輸出端可以分別連接到驅(qū)動線XO至Xn。例如，驅(qū)動電路塊100響應(yīng)于處于第二電平的屏蔽控制信號MSK在感測操作區(qū)間SI期間分別向驅(qū)動線XO至Xn順序提供驅(qū)動信號DRVO至DRVn。
另一方面，驅(qū)動電路塊100響應(yīng)于處于第一電平的屏蔽控制信號MSK在噪聲檢測操作區(qū)間NDI期間阻止驅(qū)動信號DRVO至DRVn被提供給驅(qū)動線XO至Xn。如圖4所示，每個單元區(qū)間UIl和UI2包括感測操作區(qū)間SI和噪聲檢測操作區(qū)間NDI0例如，單元區(qū)間UIl和UI2中每一個可以是一幀。在噪聲檢測操作區(qū)間NDI期間，圖6和圖12中所示的噪聲檢測器211響應(yīng)于屏蔽控制信號MSK (例如處于第一電平的屏蔽控制信號MSK)而被啟用。/MSK是屏蔽控制信號MSK的反相形式。因此，在噪聲檢測操作區(qū)間NDI期間，噪聲檢測器211可以檢測每個感測線的信號電平，例如噪聲信號的電平，并且向第一選擇器212和第二選擇器230輸出與檢測結(jié)果對應(yīng)的選擇信號SEL。在感測操作區(qū)間SI期間，可以保持選擇信號SEL不變。圖5示出了圖2所示的傳感器電路塊200的示意性框圖。參考圖5，傳感器電路塊200包括多個單元傳感器電路，即，第I至第m單元傳感器電路210_1至210_m，其數(shù)目對應(yīng)于第I至第m感測線YO至Ym的數(shù)目。執(zhí)行接收器功能的第I至第m單元傳感器電路210_1至210_m共享圖2所示的延遲表400和偏移發(fā)生器410。圖6是示出了圖5所示的單元傳感器電路的一個實(shí)施例的框圖。由于多個單元傳感器電路210_1至210_m中的每一個的結(jié)構(gòu)是相同的，所以為了便于說明下面將對第一單元傳感器電路210_1A的結(jié)構(gòu)和操作進(jìn)行說明。參考圖6,根據(jù)圖5的第一單兀傳感器電路210_1的一個實(shí)施例的第一單兀傳感器電路210_1A包括兩條用于處理經(jīng)由第一感測線YO輸入的輸入信號Vin的路徑，例如，解調(diào)路徑(DP)和峰值檢測路徑(PDP)。PDP也可以稱為非解調(diào)路徑。根據(jù)實(shí)施例，用于處理輸入信號Vin的路徑也可以是三條或更多條。所述路徑可以表示路徑電路。第一單元傳感器電路210_1A包括噪聲檢測器211、第一選擇器212、峰值檢測器214、抗諧波濾波器220、方波解調(diào)器222、延遲跟蹤器224、低通濾波器226、第二選擇器230、減法器232和放大器234。在噪聲檢測操作區(qū)間NDI期間，噪聲檢測器211響應(yīng)于處于第一電平(例如低電平)的屏蔽控制信號MSK或者處于第二電平的反相屏蔽控制信號/MSK而被啟用。如上參考圖3和圖4所述，在噪聲檢測操作區(qū)間NDI期間，屏蔽電路110_1至110_n響應(yīng)于處于第一電平的屏蔽控制信號MSK分別阻止驅(qū)動信號DRVO至DRVn傳送到驅(qū)動器120_1 至 120-n。響應(yīng)于處于第二電平的反相屏蔽控制信號/MSK，噪聲檢測器211檢測經(jīng)由第一感測線YO輸入的信號VIN(例如噪聲信號Vin)的電平，并且輸出對應(yīng)于檢測結(jié)果的選擇信號SEL。例如，當(dāng)噪聲信號Vin的電平處于圖7的噪聲窗NW的范圍內(nèi)時,噪聲檢測器211輸出處于第一電平的選擇信號SEL。因此，在感測操作區(qū)間SI期間，如圖7所示，處于第一電平的選擇信號SEL保持不變，因此通過PDP處理第一感測線YO的信號。另一方面，當(dāng)噪聲信號的電平超過噪聲窗NW時,噪聲檢測器211輸出處于第二電平(例如，高電平)的選擇信號SEL。因此，在感測操作區(qū)間SI期間，如圖7所示，處于第二電平的選擇信號SEL保持不變，因此通過DP處理第一感測線YO的信號。噪聲檢測器211根據(jù)所檢測的噪聲信號Vin的電平輸出能夠控制第一選擇器212和第二選擇器230的操作的選擇信號SEL。圖7示出了圖6所示的噪聲檢測器211的電路圖以及該噪聲檢測器211的輸入信號Vin (即，噪聲信號)的波形圖。參考圖7，噪聲檢測器211包括第一比較器211_1、第二比較器211_2、OR門211_3、AND門211_4和反相器鎖存器。第一比較器211_1將經(jīng)由第一感測線YO輸入的噪聲信號Vin的電平與第一參考信號VREFT的電平相比較。例如，噪聲信號Vin可以輸入到第一比較器211_1的(+ )輸入端，第一參考信號Vkeft可以輸入到第一比較器211_1的(-)輸入端。
第二比較器211_2將經(jīng)由第一感測線YO輸入的噪聲信號Vin的電平與第二參考信號vHEPB的電平相比較。例如，噪聲信號Vin可以輸入到第二比較器211_2的(_)輸入端,第二參考信號Vkefb可以輸入到第二比較器211_2的(+ )輸入端?？梢愿鶕?jù)第一參考信號Vkeft的電平和第二參考信號Vkefb的電平之差確定所述噪聲窗口 NW。在圖7中,^^可以是共模電壓電平。因此,第一參考信號Vkeft的電平和第二參考信號Vkefb的電平可以關(guān)于共模電壓電平Vcm對稱。OR門2113對第一比較器211_1的輸出信號和第二比較器211_2的輸出信號執(zhí)行邏輯或操作。AND門211_4可以對反相屏蔽控制信號/MSK和OR門211_3的輸出信號執(zhí)行邏輯與操作，并且向第一選擇器212和第二選擇器230中的每一個輸出與該AND操作的結(jié)果對應(yīng)的選擇信號SEL。反相器鎖存器包括反相器211_5和211_6并且鎖存從AND門211_4輸出的選擇信號 SEL0在感測操作區(qū)間SI期間，第一選擇器212可以根據(jù)由所述反相器鎖存器鎖存的選擇信號SEL的電平，經(jīng)由PDP或DP傳送第一感測線YO的信號。第一選擇器212可以是多路分解器(DEMUX)。因此，該DEMUX可以根據(jù)處于第一電平的選擇信號SEL向峰值檢測器214傳送第一感測線YO的信號Vino此外，DEMUX可以根據(jù)處于第二電平的選擇信號SEL向抗諧波濾波器220傳送第一感測線YO的信號VIN。在感測操作區(qū)間SI期間，如圖8所示，峰值檢測器214可以檢測第一選擇器212的第一輸出端的輸出信號Vini的峰值Vram,并且可以保持該峰值VoUT1。圖8示出了圖6所示的峰值檢測器214的電路圖以及該峰值檢測器214的輸入/輸出信號的波形圖。參考圖6和圖8，峰值檢測器214包括比較器214_1、電容器0；ΜΡ、電流源214_3、第一開關(guān)214_4、緩沖放大器214_5和第二開關(guān)214_6。為了便于解釋，假設(shè)第一開關(guān)214_4和第二開關(guān)214_6分別根據(jù)處于第二電平的復(fù)位信號RST和比較信號Vqip而接通。第一開關(guān)214_4和第二開關(guān)214_6中的每一個都可以使用NMOS晶體管來實(shí)現(xiàn)。在感測操作區(qū)間SI期間，比較器214_1將第一選擇器212的第一輸出端的輸出信號Vini的電平與緩沖放大器214_5的輸出信號Vam的電平相比較,并且輸出與該比較的結(jié)果對應(yīng)的比較信號Vcmp。電流源214_3連接在提供操作電壓AVdd的電源線214_2和第一開關(guān)214_4之間。當(dāng)?shù)谝贿x擇器212的第一輸出端的輸出信號Vini的電平高于緩沖放大器214_5的輸出信號Vquti的電平時，比較器214_1輸出處于第二電平的比較信號Vcmi^
第一開關(guān)214_4基于處于第二電平的比較信號Vqip而接通，并且將電流源214_3的電流Ikef提供給電容器Caff。因此，電容器Caff根據(jù)所接收的電流Ikef被充電，因此緩沖放大器214_5的(+ )輸入端的電壓增加。當(dāng)?shù)谝贿x擇器212的第一輸出端的輸出信號Vini的電平低于緩沖放大器214_5的輸出信號Vam的電平時，比較器214_1輸出處于第一電平的比較信號Vcmi^由于第一開關(guān)214_4根據(jù)處于第一電平的比較信號Vcmp關(guān)斷,在電容器Cqip中充電的電荷保持原樣。第二開關(guān)2146連接在電容器Cqip的兩個端子之間，并且響應(yīng)于從控制邏輯電路300輸出的處于第二電平的復(fù)位信號RST對在電容器Ccmp中充電的電荷進(jìn)行充分放電。具有脈沖形狀的復(fù)位信號RST只需在感測操作區(qū)間SI開始之前產(chǎn)生即可。圖9示出了圖6所示的具有內(nèi)建抗諧波濾波器的方波解調(diào)器222的電路圖以及該方波解調(diào)器222的輸入/輸出信號的波形圖。圖6的抗諧波濾波器220去除包含在第一選擇器212的第二輸出端的輸出信號Vin2中的噪聲信號，例如包含在諧波帶中的噪聲信號。圖6的方波解調(diào)器222解調(diào)抗諧波濾波器220的輸出信號。圖9的方波解調(diào)器222具有內(nèi)建抗諧波濾波器，并且包括多個電容器(即電容器Cl和C2)、多個電阻器(S卩，電阻器Rl、R2和R3)、多個運(yùn)算放大器(S卩，第一運(yùn)算放大器222_1和第二運(yùn)算放大器222_2)和選擇器222_3。根據(jù)實(shí)施例，電容器Cl和C2可以設(shè)計(jì)成具有相同的電容，電阻器Rl、R2和R3可以設(shè)計(jì)成具有相同或不同的電阻。當(dāng)經(jīng)由第一電阻器Rl輸入第一選擇器212的第二輸出端的輸出信號Vin2時,第一運(yùn)算放大器222_1產(chǎn)生正的緩沖輸出電壓Vras。當(dāng)經(jīng)由電阻器R2輸入第一選擇器212的第 二輸出端的輸出信號Vin2時,第二運(yùn)算放大器222_2產(chǎn)生負(fù)的緩沖輸出電壓VNEe。正的緩沖輸出電壓Vras輸出到延遲跟蹤器224。在該過程中，電阻器Rl和電容器Cl這一對執(zhí)行抗諧波濾波器的功能，并且電阻器R2和電容器C2這一對執(zhí)行抗諧波濾波器的功能。每一個所述抗諧波濾波器的截止頻率都可以根據(jù)電阻器Rl的電阻和電容器Cl的電容的乘積或者電阻器R2的電阻和電容器C2的電容的乘積來確定。第二運(yùn)算放大器222_2、電阻器R2和電容器C2形成負(fù)的單位增益反饋或負(fù)的單位增益反饋回路，并且第一運(yùn)算放大器222_1、電阻器Rl和電容器Cl形成單位增益反饋或單位增益反饋回路。該單位增益反饋或單位增益反饋回路是為了在第一運(yùn)算放大器222_1的延遲和第二運(yùn)算放大器222_2的延遲之間進(jìn)行延遲匹配而附加插入的。選擇器222_3響應(yīng)于從控制邏輯電路300輸出的選擇信號DMl，向低通濾波器226輸出正的緩沖輸出電壓Vros或負(fù)的緩沖輸出電壓Vnk作為解調(diào)電壓VOT2。選擇器222_3可以使用多路復(fù)用器(MUX)來實(shí)現(xiàn)。選擇信號DMl表示提供給第一單元傳感器電路210_1的選擇信號。因此，圖2所示的DM表示分別提供給第I至第m單元傳感器電路210_1至210_m的一組選擇信號。低通濾波器226對從選擇器222_3輸出的解調(diào)電壓Vqut2進(jìn)行低通濾波，以便去除包含在該解調(diào)電壓Votjt2中的噪聲信號。低通濾波器226可以使用4階巴特沃斯濾波器。該4階巴特沃斯濾波器可以與Sallen-Key拓?fù)浠騍allen-Key結(jié)構(gòu)一起使用。如圖9所不，由于觸摸屏面板20和第一感測線Y0,輸入信號Vin2具有未知的傳播相延遲。為了使功耗最小化，輸入信號Vlffi和選擇信號DMl需要同相。當(dāng)輸入信號Vin2和選擇信號DMl之間的相位差是Θ，輸入信號Vin2被模擬成Acos (2 ft+ Θ ),選擇信號DMl被模擬成cos (2 π ft)時，輸入信號Vin2和選擇信號DMl的乘積如等式I所示。等式IVout2 (t) = {cos Θ +cos (4 π ft+ θ )} A/2參考等式1，相位延遲為零的具有最大值的DC信號電平是Θ的函數(shù)。因此，輸入 信號Vin2和選擇信號DMl之間的相位差需要調(diào)整。延遲跟蹤器224可以調(diào)整輸入信號Vin2和選擇信號DMl的相位,使得輸入信號Vin2和選擇信號DMl同相。圖10示出了圖6所示的延遲跟蹤器224的框圖，圖11示出了用于解釋圖10所示的延遲跟蹤器224的操作的輸入信號波形圖。包含在第I至第m單元傳感器電路210_1至210_m每一個中的延遲跟蹤器224接收第一驅(qū)動信號DRV0、正緩沖輸出電壓Vpos和快速時鐘信號FCLK。此處，假設(shè)第一驅(qū)動信號DRVO的相位與在控制邏輯電路300中實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動信號源的輸出信號的相位相同。由觸摸屏面板20和第一感測線YO引起的傳播相位延遲存在于第一驅(qū)動信號DRVO和正緩沖輸出電壓Vros之間。因此，延遲跟蹤器224使用快速時鐘信號FCLK計(jì)數(shù)第一驅(qū)動信號DRVO和正緩沖輸出電壓Vras之間的相位延遲D，并且向控制邏輯電路300輸出對應(yīng)于該計(jì)數(shù)結(jié)果的相位延遲信息DLII?？刂七壿嬰娐?00在延遲表400中存儲所述相位延遲信息 DLII。根據(jù)實(shí)施例，延遲跟蹤器224實(shí)時地或者在觸摸屏傳感器IC 30初始化時產(chǎn)生相位延遲信息DLII，并且將相位延遲信息DLIl輸出到控制邏輯電路300。換而言之，包含在圖5所示的單元傳感器電路210_1至210_m每一個中的延遲跟蹤器實(shí)時地或者在觸摸屏傳感器IC 30初始化時產(chǎn)生相位延遲信息DLII，并且將相位延遲信息DLIl輸出到控制邏輯電路300。因此，控制邏輯電路300將對于單元傳感器電路210_1至210_m中每一個的相位延遲信息DLIl存儲到延遲表400中。控制邏輯電路300從延遲表400讀取單元傳感器電路210_1至210_m的各個相位延遲信息，并且將對應(yīng)于各個所讀取的相位延遲信息的各個選擇信號分別傳送到單元傳感器電路210_1至210_m的各個方波解調(diào)器222的選擇器222_3。圖2的選擇信號DM包括分別傳送到單元傳感器電路210_1至210_m的各個方波解調(diào)器222的選擇器222_3的各個選
擇信號。因此，單元傳感器電路210_1至210_m中每一個的方波解調(diào)器222可以接收同相的輸入信號Vin2和選擇信號DM。參考圖6，第二選擇器230基于選擇信號SEL的電平向減法器232傳送包含在TOP中的峰值檢測器214的輸出信號Vtoti或者包含在DP中的低通濾波器226的輸出信號。減法器232是能夠調(diào)整第二選擇器230的輸出信號的偏移的偏移調(diào)整電路的一個實(shí)例。減法器從第二選擇器230的輸出信號減去第一偏移信號OFSl的電壓Vktseti,并且將對應(yīng)于減法結(jié)果的信號傳送到放大器234。減法器232可以被具有(_)輸入端的加法器代替。放大器234將從減法器232輸出的信號以增益A進(jìn)行放大并且將放大的信號OUTO輸出到ADC塊510。參考圖2，控制邏輯電路300控制觸摸屏傳感器IC 30的總體操作?？刂七壿嬰娐?00可以控制多個部件31、100、200、301、400、410、510、520和530中的至少一個的操作?？刂七壿嬰娐?00可以產(chǎn)生用于控制單元傳感器電路210_1至210_m中每一個的峰值檢測器214的第二開關(guān)214_6的開關(guān)操作的復(fù)位信號RST，以及用于控制單元傳感器電路210_1至210_m中每一個的方波解調(diào)器222的選擇器222_3的操作的每個選擇信號DM。控制邏輯電路300可以與從外部輸入的垂直同步信號VSYNC同步地工作，或者可以與該垂直同步信號VSYNC無關(guān)地工作。振蕩器301可以向控制邏輯電路300提供震蕩信號OSC?？刂七壿嬰娐?00可以使用震蕩信號OSC產(chǎn)生多個驅(qū)動信號DRVO至DRVn (統(tǒng)稱為DRV)。延遲表400可以存儲用于調(diào)整單元傳感器電路210_1至210_m中每一個的相位延遲D的相位延遲信息，如上面參考圖10和圖11所描述的。存儲在延遲表400中的相位延遲信息可以被控制邏輯電路300參考。延遲表400可以存儲在非易失性存儲器中或存儲在諸如靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)的易失性存儲器中。偏移發(fā)生器410可以產(chǎn)生要提供給單元傳感器電路210_1至210_m中每一個的減法器的偏移信號OFS。ADC塊510包括多個ADC，每個ADC將多個單元傳感器電路210_1至210_m中每一個的模擬輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。每一個ADC都可以使用逐次逼近ADC (SAR ADC)來實(shí)現(xiàn)。數(shù)字FIR濾波器520去除包含在ADC塊510輸出的數(shù)字信號中的殘余噪聲。在所有感測線YO至Ym的感測操作終止后，從數(shù)字FIR濾波器510輸出的二維矩陣型原始數(shù)據(jù)傳送到MCU 530。MCU 530從所述原始數(shù)據(jù)提取用于真實(shí)多點(diǎn)觸摸的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)并且將X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)傳送到主機(jī)控制器40。例如，MCU 530可以通過內(nèi)部集成電路(I2C)將X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)傳送到主機(jī)控制器40。圖12是示出了圖5所示的單元傳感器電路的另一個實(shí)施例的框圖。除了電荷放大器CA之外，圖6所示的第一單元傳感器電路210_1A與圖12所示的第一單元傳感器電路210_1B實(shí)質(zhì)上相同。具有噪聲電流信號的AC電流信號通過第一感測線YO傳送到第一單元傳感器電路210_1B。電荷放大器CA將通過第一感測線YO接收的AC電流信號轉(zhuǎn)換成AC電壓信號。因此，電荷放大器CA是電流-電壓轉(zhuǎn)換器的一個實(shí)例。在噪聲檢測操作區(qū)間NDI期間，噪聲檢測器211檢測通過第一感測線YO傳送的噪聲信號Vin的電平，并且產(chǎn)生對應(yīng)于檢測結(jié)果的選擇信號SEL。因此，在感測操作區(qū)間SI期間，基于選擇信號SEL的電平通過PDP或DP處理電荷放大器CA的輸出信號Vin。電荷放大器CA包括運(yùn)算放大器CA-AMP、連接在運(yùn)算放大器CA-AMP的輸入端和輸出端之間的反饋電阻器Rfb、以及并聯(lián)連接到反饋電阻器RFB的反饋電容器CFB。圖14示出了圖2所示的傳感器電路塊200的輸出信號的波形圖。
圖14示出了峰值檢測模式的波形和解調(diào)模式的波形，在所述峰值檢測模式中使用PDP為驅(qū)動線X3至X18中每一條處理第一感測線YO的輸出信號，在所述解調(diào)模式中使用DP為驅(qū)動線X3至X18中每一條處理第一感測線YO的輸出信號。峰值檢測模式的讀出時間顯著短于解調(diào)模式的讀出時間。此外，由于窄帶低通濾波，解調(diào)模式的建立時間長于峰值檢測模式的建立時間。在未觸摸的區(qū)域Untouched，互電容變化由觸摸屏面板20的處理變化所觀測。由于靠近第一感測線YO的布線(routing)引起的額外的互電容，由驅(qū)動線X3和X4引起的互電容大于由其他驅(qū)動線X18至X5引起的電容。圖14中的每個Xi (其中i是3至18)表示第一單元感測電路210_1A或210_1B的放大器234的輸出信號。換而言之，圖14中的每個Xi對應(yīng)于從放大器234順序輸出的輸出信號OUTO。圖15示出了用于解釋使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的頻移功能來調(diào)整源頻率的方法的一個實(shí)施例。在解調(diào)模式中，為了執(zhí)行頻移功能，在控制邏輯電路300的控制下阻止驅(qū)動信號DRVO至DRVn分別提供給驅(qū)動線XO至Xn。例如，控制邏輯電路300響應(yīng)于控制頻移功能的控制信號輸出處于低電平的屏蔽控制信號MSK。因此，單元傳感器電路210_1至210_m中每一個感測和放大信號帶中存在的噪聲信號。從傳感器電路塊200輸出的信號提供給ADC塊510，并且從ADC塊510輸出的信號輸出到控制邏輯電路300的噪聲分析器310。噪聲分析器310分析在所述信號帶中存在的噪聲信號以產(chǎn)生對應(yīng)于分析結(jié)果的頻率改變信號FCS。頻率源320響應(yīng)于該頻率改變信號FCS分析驅(qū)動信號DRVO至DRVn的每個頻率。例如，在解調(diào)模式中，如果頻率源320產(chǎn)生具有第一頻率Fl的第一驅(qū)動信號DRV0，在阻止第一驅(qū)動信號DRVO提供到第一感測線YO之后，噪聲檢測器211或噪聲分析器310從信號帶檢測到具有與第一頻率Fl相同頻率的噪聲信號NOISE(Fl)，則噪聲分析器310將用于改變第一頻率Fl的頻率改變信號FCS輸出到頻率源320。從而，在解調(diào)模式中，頻率源320可以產(chǎn)生具有第二頻率F2的第一驅(qū)動信號DRV0，并且將具有第二頻率F2的第一驅(qū)動信號DRVO提供給第一感測線YO。因此，控制邏輯電路300可以判斷在所述信號帶中是否存在噪聲。圖16示出了用于解釋使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的頻移功能來調(diào)整源頻率的方法的另一個實(shí)施例。在解調(diào)模式中，為了執(zhí)行頻移功能，在控制邏輯電路300的控制下阻止驅(qū)動信號DRVO至DRVn分別提供給驅(qū)動線XO至Xn。例如，控制邏輯電路300響應(yīng)于控制頻域功能的控制信號輸出處于低電平的屏蔽控制信號MSK。因此，每個單元傳感器電路210_1至210_m讀出和放大存在于信號帶中的噪聲信號。例如，從第一單兀傳感器電路輸出的信號OUTO輸出到控制邏輯電路300的噪聲分析器310。噪聲分析器310分析在所述信號帶中存在的噪聲信號以產(chǎn)生對應(yīng)于分析結(jié)果的頻率改變信號FCS。頻率源320響應(yīng)于頻率改變信號FCS分析第一驅(qū)動信號DRVO的頻率。例如，在解調(diào)模式中，如果頻率源320產(chǎn)生具有第一頻率Fl的第一驅(qū)動信號DRV0，在阻止第一驅(qū)動信號DRVO提供給第一感測線YO之后，由噪聲檢測器211或511從所述信號帶檢測到具有與第一頻率Fl相同頻率的噪聲信號NOISE(Fl)，則噪聲分析器310分析噪聲檢測器511的輸出信號，并根據(jù)分析結(jié)果將用于改變第一頻率Fl的頻率改變信號FCS輸出到頻率源320。因此，在解調(diào)模式中，頻率源320可以產(chǎn)生具有第二頻率F2的第一驅(qū)動信號DRV0，并且將具有第二頻率F2的第一驅(qū)動信號DRVO提供給第一感測線YO。因此，控制邏輯電路300可以判斷在所述信號帶中是否存在噪聲。圖17是用于說明使用圖6或圖12所示的單元傳感器電路210_1A或210_B處理傳感器信號的方法的流程圖。參考圖3、圖4、圖6、圖12和圖17，在噪聲檢測操作區(qū)間NDI期間，在操作SlO中，噪聲檢測器211檢測第一感測線YO的信號Vin的電平或者電荷放大器CA的輸出信號Vin的電平，即，檢測噪聲信號Vin的電平，并且輸出對應(yīng)于檢測結(jié)果的選擇信號SEL。在操作S20中，基于選擇信號SEL的電平，通過PDP或DP處理第一感測線YO的信號Vin或電荷放大器CA的輸出信號Vino換而言之,在操作S20中，基于存在于第一感測線YO上的噪聲信號的電平，確定對于第一感測線YO的信號Vin或電荷放大器CA的輸出信號Vin的傳送路徑。在感測操作區(qū)間SI期間，在操作S30中，減法器232從通過PDP處理的信號或通過DP處理的信號減去偏移信號。換而言之，由減法器232調(diào)整通過PDP或通過DP處理的信號的偏移。圖18是用于說明根據(jù)圖16或圖17所示的實(shí)施例調(diào)整源頻率的方法的流程圖。參考圖3、圖16、圖17和圖18，為了執(zhí)行頻移功能，在操作SllO中，阻止驅(qū)動信號DRVO至DRVn分別提供給驅(qū)動線XO至Xn。根據(jù)實(shí)施例，可以禁用驅(qū)動器120_1至120_n中的每一個。在操作S120中，選擇DP。因此，只有噪聲信號NOISE (Fl)存在于第一感測線YO的信號Vm或電荷放大器CA的輸出信號VIN。在操作S130中，噪聲分析器310響應(yīng)于圖15的ADC塊510的輸出信號或者圖16的噪聲檢測器511的輸出信號,檢測和分析包含在第一感測線YO的信號Vin的信號帶或電荷放大器CA的輸出信號Vin的信號帶中的噪聲信號NOISE (Fl)。噪聲分析器310輸出對應(yīng)于分析結(jié)果的頻率改變信號FCS。因此，在操作S140中，頻率源320將第一頻率Fl改變?yōu)榈诙l率F2。在完成頻移功能之后，在操作S150中，每一個都具有從頻率源320輸出的第二頻率的驅(qū)動信號DRVO至DRVn分別提供給驅(qū)動線XO至Xn。此時，在操作S150中，可以啟用驅(qū)動器120_1至120_n中每一個。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的觸摸屏傳感器IC可以準(zhǔn)確感測真實(shí)的多點(diǎn)觸摸，并且具有高噪聲免疫性和低功耗的效果。
權(quán)利要求
1.一種觸摸屏傳感器集成電路的操作方法，該方法包括步驟在噪聲檢測操作期間，在判斷了從電容式觸摸屏面板輸出的第一輸入信號是否在噪聲窗范圍內(nèi)之后，根據(jù)判斷結(jié)果選擇解調(diào)路徑和非解調(diào)路徑中的一個路徑；以及在感測操作期間，通過在所述噪聲檢測操作期間所選擇的路徑處理從所述電容式觸摸屏面板輸出的第二輸入信號。
2.權(quán)利要求1的觸摸屏傳感器集成電路的操作方法，其中在所述選擇步驟中，如果所述第一輸入信號在所述噪聲窗范圍內(nèi)則選擇所述非解調(diào)路徑，如果所述第一輸入信號在所述噪聲窗范圍之外則選擇所述解調(diào)路徑。
3.權(quán)利要求1的觸摸屏傳感器集成電路的操作方法，其中在所述處理步驟中，如果選擇了所述非解調(diào)路徑，則通過所述非解調(diào)路徑檢測所述第二輸入信號的峰值并且保持所檢測到的峰值，如果選擇了所述解調(diào)路徑，則通過所述解調(diào)路徑解調(diào)所述第二輸入信號。
4.權(quán)利要求3的觸摸屏傳感器集成電路的操作方法，其中通過所述解調(diào)路徑解調(diào)所述第二輸入信號的步驟包括步驟去除包含在所述第二輸入信號中的噪聲；解調(diào)去除噪聲的第二輸入信號；以及去除包含在解調(diào)的第二輸入信號中的噪聲。
5.權(quán)利要求4的觸摸屏傳感器集成電路的操作方法，其中解調(diào)所述去除噪聲的第二輸入信號的步驟包括步驟使用單位增益反饋回路從所述去除噪聲的第二輸入信號產(chǎn)生正緩沖輸出電壓，并且使用負(fù)單位增益反饋回路從所述去除噪聲的第二輸入信號產(chǎn)生負(fù)緩沖輸出電壓；以及響應(yīng)于選擇信號輸出所述正緩沖輸出電壓或者所述負(fù)緩沖輸出電壓作為所述解調(diào)的第二輸入信號。
6.權(quán)利要求1的觸摸屏傳感器集成電路的操作方法還包括步驟使用偏移信號來調(diào)整通過所選擇的路徑處理的信號的偏移。
7.一種觸摸屏傳感器集成電路，包括分別感測和放大從電容式觸摸屏面板的多條感測線中的每一條輸出的信號的多個單元感測電路；其中所述多個單元感測電路中的每一個包括第一選擇器，其響應(yīng)于選擇信號將在所述多條感測線中從對應(yīng)的感測線輸出的輸入信號傳送到解調(diào)路徑或者非解調(diào)路徑；第二選擇器，其響應(yīng)于所述選擇信號輸出從所述解調(diào)路徑或者所述非解調(diào)路徑輸出的信號；以及噪聲檢測器，其在噪聲檢測操作期間判斷從所述感測線輸出的噪聲信號是否在噪聲窗范圍內(nèi)，并且根據(jù)判斷結(jié)果輸出所述選擇信號，并且在感測操作期間保持所述選擇信號。
8.權(quán)利要求7的觸摸屏傳感器集成電路，其中所述解調(diào)路徑包括第一濾波器，其去除包含在所述第一選擇器的輸出信號中的噪聲信號；解調(diào)器，其解調(diào)所述第一濾波器的輸出信號；以及低通濾波器，其對所述解調(diào)器的輸出信號執(zhí)行低通濾波。
9.權(quán)利要求8的觸摸屏傳感器集成電路，其中所述第一濾波器是抗諧波濾波器，并且所述解調(diào)器是方波解調(diào)器。
10.權(quán)利要求7的觸摸屏傳感器集成電路，其中所述非解調(diào)路徑包括峰值檢測器，其檢測所述第一選擇器的輸出信號的峰值并且保持所檢測到的峰值。
11.權(quán)利要求7的觸摸屏傳感器集成電路，還包括偏移調(diào)整電路，其響應(yīng)于偏移信號調(diào)整所述第二選擇器的輸出信號的偏移。
12.權(quán)利要求7的觸摸屏傳感器集成電路，其中在所述觸摸屏傳感器集成電路還包括在所述感測線和所述第一選擇器之間連接的電荷放大器的情況下，所述噪聲檢測器在所述噪聲檢測操作期間判斷從所述電荷放大器輸出的噪聲信號是否在所述噪聲窗范圍內(nèi)，并且根據(jù)判斷結(jié)果輸出所述選擇信號。
13.—種系統(tǒng),包括權(quán)利要求7的觸摸屏傳感器集成電路；以及與所述觸摸屏傳感器集成電路進(jìn)行通信的主機(jī)控制器。
14.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中所述解調(diào)路徑包括第一濾波器，其去除包含在所述第一選擇器的輸出信號中的噪聲信號；解調(diào)器，其解調(diào)所述第一濾波器的輸出信號；以及低通濾波器，其對所述解調(diào)器的輸出信號執(zhí)行低通濾波。
15.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中所述非解調(diào)路徑包括峰值檢測器，其檢測所述第一選擇器的輸出信號的峰值并且保持所檢測到的峰值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傳感器電路。所述傳感器電路能夠根據(jù)通過感測線輸入的第一輸入信號的電平，例如根據(jù)噪聲信號的電平，通過執(zhí)行解調(diào)操作的解調(diào)路徑處理經(jīng)由所述感測線輸入的第二輸入信號或者通過不執(zhí)行所述解調(diào)操作的非解調(diào)路徑處理所述第二輸入信號。
文檔編號G06F3/044GK102999236SQ20121033349
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者金起德, 崔倫競 申請人:三星電子株式會社