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      電容感測電路的制作方法

      文檔序號:12462032閱讀:227來源:國知局
      電容感測電路的制作方法與工藝

      本發(fā)明屬于觸控技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種可根據(jù)噪聲相位產(chǎn)生輸入信號的電容感測電路。



      背景技術(shù):

      隨著科技日益進步,近年來各種電子產(chǎn)品的操作接口逐漸人性化。舉例而言,透過觸控面板,使用者可直接以手指或觸控筆在屏幕上操作、輸入信息/文字/圖樣,省去使用鍵盤或按鍵等輸入設(shè)備的麻煩。實際上,觸控面板通常系由感應(yīng)面板和設(shè)置于感應(yīng)面板后方的顯示器組成。電子裝置是根據(jù)用戶在感應(yīng)面板上所觸碰的位置,以及當時顯示器所呈現(xiàn)的畫面,來判斷該次觸碰的意涵,并執(zhí)行相對應(yīng)的操作結(jié)果。

      電容式觸控技術(shù)利用感測待測電路中待測電容的電容變化量來判讀觸碰事件,現(xiàn)有的電容式觸控技術(shù)可分為自容式(Self-Capacitance)和互容式(Mutual-Capacitance)兩種,自容式觸控面板或互容式觸控面板中的電容感測電路可將周期性的輸入信號施加于待測電路,并從待測電路接收輸出信號,通過解析輸出信號的相位或幅值來計算待測電路中待測電容的變化量,以判斷觸碰事件的產(chǎn)生與否和實際坐標位置。

      然而,因輸入信號具有特定頻率,當觸控面板的電容感測電路很靠近液晶顯示模塊、充電模塊或其他裝置時,在該特定頻率內(nèi)易受到來自周圍液晶顯示模塊、充電模塊或其他裝置的電磁波干擾。在現(xiàn)有技術(shù)中,電容感測電路的輸入信號與液晶顯示模塊、充電模塊或其他裝置的信號并未經(jīng)過任何同步處理,而使得外來的電磁波干擾對電容感測電路進行觸碰事件的判讀造成負面影響。因此,現(xiàn)有技術(shù)有改善的必要。



      技術(shù)實現(xiàn)要素:

      本發(fā)明實施例所要解決的第一個技術(shù)問題在于提供一種可根據(jù)噪聲相位產(chǎn)生輸入信號的電容感測電路,以改善現(xiàn)有技術(shù)的缺點。

      本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的,一種電容感測電路,用來感測待測電路的待測電容,所述待測電路接收輸入信號并產(chǎn)生輸出信號,所述電容感測電路包含有:

      電容判斷電路,耦接于所述待測電路,用來根據(jù)所述輸出信號判斷所述待測電容的電容大?。灰约?/p>

      輸入信號產(chǎn)生器,耦接于所述待測電路,用來根據(jù)噪聲產(chǎn)生所述輸入信號,所述輸入信號產(chǎn)生器包含有:

      相位偵測單元,用來接收所述噪聲并偵測所述噪聲的第一相位;

      相位計算單元,耦接于所述相位偵測單元,用來接收所述噪聲和所述第一相位,并根據(jù)所述噪聲和所述第一相位計算最佳相位;以及

      第一波形產(chǎn)生器,耦接于所述相位計算單元,用來根據(jù)所述最佳相位產(chǎn)生所述輸入信號。

      本發(fā)明實施例的電容感測電路利用輸入信號產(chǎn)生器產(chǎn)生與噪聲的相位相關(guān)的輸入信號,以降低電容判斷電路混波輸出信號中相關(guān)于噪聲的能量,即降低噪聲對判斷待測電容的影響,以提升整體電容感測電路的效能。

      附圖說明

      圖1是本發(fā)明實施例提供的電容感測電路的示意圖;

      圖2是本發(fā)明實施例提供的相位計算單元的示意圖;

      圖3是本發(fā)明實施例提供的輸入信號產(chǎn)生器的示意圖;

      圖4是本發(fā)明實施例提供的另一相位計算單元的示意圖;

      圖5~圖9是本發(fā)明實施例提供的相位偵測單元的示意圖;

      圖10是本發(fā)明實施例提供的電容判斷電路的示意圖;

      圖11是本發(fā)明實施例提供的多個信號的波形圖;

      圖12是本發(fā)明實施例提供的另一電容判斷電路的示意圖;

      圖13是本發(fā)明實施例提供的又一電容判斷電路的示意圖;

      圖14是本發(fā)明實施例提供的又一相位計算單元的示意圖;

      圖15是本發(fā)明實施例提供的另一輸入信號產(chǎn)生器的示意圖;

      圖16是本發(fā)明實施例提供的又一相位計算單元的示意圖。

      具體實施方式

      為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實施例,對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。

      請參考圖1,圖1為本發(fā)明實施例中電容感測電路10的示意圖。電容感測電路10包含有待測電路100、電容判斷電路102和輸入信號產(chǎn)生器104。待測電路100耦接于輸入信號產(chǎn)生器104,而電容判斷電路102耦接于待測電路100。

      電容感測電路10將輸入信號TX輸入至待測電路100,而電容判斷電路102從待測電路100接收輸出信號RX,通過解析輸出信號RX的相位或幅值來計算待測電路100中待測電容CUT的變化量。輸入信號產(chǎn)生器104接收噪聲N,并根據(jù)噪聲N產(chǎn)生輸入信號TX,輸入信號產(chǎn)生器104包含有相位偵測單元140、相位計算單元142和波形產(chǎn)生器144。相位偵測單元140用來接收噪聲N并偵測噪聲N的第一相位φ1和第一頻率f1,相位計算單元142耦接于相位偵測單元140,用來根據(jù)相位偵測單元140所偵測的第一相位φ1和第一頻率f1計算最佳相位并將最佳相位傳送至波形產(chǎn)生器144。波形產(chǎn)生器144耦接于相位偵測單元140和相位計算單元142,用來根據(jù)第一相位φ1和最佳相位產(chǎn)生輸入信號TX。

      對電容判斷電路102簡述如下。請參考圖10,圖10為電容判斷電路202的示意圖。電容判斷電路102可利用電容判斷電路202來實現(xiàn)。如圖10所示,電容判斷電路202包含混波器120、積分器122和判斷模組124?;觳ㄆ?20可包含乘法器MP,用來將輸出信號RX與本地信號LO進行混波,并產(chǎn)生輸出信號V1,其中本地信號LO相關(guān)于輸入信號TX。在一實施例中,本地信號LO即為輸入信號TX。積分器122對輸出信號V1進行積分(即將混波輸出信號的高頻部份濾除),判斷模組124即根據(jù)積分器122的混波輸出信號VOUT判斷待測電路100中待測電容CUT的變化量。

      為了降低噪聲N對判斷待測電容CUT的影響,較佳地,相位計算單元142可通過優(yōu)化算法以計算最佳相位

      (式1),

      其中n(t;φ1)代表當噪聲N的相位為第一相位φ1時,噪聲N隨時間變化的波形函數(shù);而x(t;φ2)代表當輸入信號TX的相位為第二相位φ2時,輸入信號TX隨時間變化的波形函數(shù)。換句話說,在相位計算單元142從相位偵測單元140接收到噪聲N的相位為第一相位φ1的情況下,當最佳相位為根據(jù)(式1)所計算出的計算結(jié)果時,波形產(chǎn)生器144根據(jù)最佳相位所產(chǎn)生的輸入信號TX可使得混波輸出信號VOUT中相關(guān)于噪聲的能量為最小,即將噪聲N對判斷待測電容CUT的影響降至最低,以提升電容感測電路10的效能。

      另一方面,相位計算單元可利用具有不同相位的多個本地信號對噪聲N進行混波,產(chǎn)生多個混波輸出信號,并選取混波輸出信號的能量為最小的第一本地信號,而第一本地信號所對應(yīng)的第一本地相位即為最佳相位。具體來說,請參考圖2,圖2為本發(fā)明實施例中相位計算單元242的示意圖。相位計算單元242包含混波器MX1~MXK、積分器IG1~IGK和決策單元210,混波器MX1~MXK分別以本地信號LO_1~LO_K對噪聲N進行混波,本地信號LO_1~ LO_K分別具有K種不同的相位。舉例來說,在一實施例中,本地信號LO_1的相位為0,本地信號LO_2的相位為π/K,本地信號LO_3的相位為2π/K,以此類推,本地信號LO_K的相位為(K-1)π/K?;觳ㄆ鱉X1~MXK對噪聲N進行混波后,積分器IG1~IGK分別對混波器MX1~MXK的輸出信號進行積分而產(chǎn)生混波輸出信號VMX1~VMXK。決策單元210自混波輸出信號VMX1~VMXK中選擇具有最小能量的混波輸出信號VMXS,其中,對應(yīng)于混波輸出信號VMXS的本地信號為本地信號LO_S,且本地信號LO_S的相位為(S-1)π/K。因此,相位計算單元242可輸出最佳相位為(S-1)π/K。其中,混波器MX1~MXK(或積分器IG1~IGK)的數(shù)量K相關(guān)于相位計算單元242的分辨率,也就是說,當數(shù)量K越大,相位計算單元242所得到最佳相位(即(S-1)π/K)就會越接近根據(jù)(式1)所計算出的最佳相位。

      另外,相位計算單元也可利用遞歸式(Iterative)反饋的方式計算出最佳相位。請參考圖3,圖3為本發(fā)明實施例中輸入信號產(chǎn)生器304的示意圖,輸入信號產(chǎn)生器304與輸入信號產(chǎn)生器104類似,故相同組件沿用相同符號。與輸入信號產(chǎn)生器104不同的是,輸入信號產(chǎn)生器304包含相位計算單元342,相位計算單元342包含混波器312和決策單元310。

      輸入信號產(chǎn)生器304的工作原理說明如下。假設(shè)決策單元310開始時輸出最佳相位在波形產(chǎn)生器144根據(jù)決策單元310輸出的最佳相位產(chǎn)生輸入信號TX,且輸入信號TX被反饋至混波器312(代表波形產(chǎn)生器144耦接于混波器312)后,混波器312以根據(jù)最佳相位所產(chǎn)生的輸入信號TX對噪聲N進行混波,決策單元310即可根據(jù)混波器312的混波輸出信號VMO3計算出另一最佳相位波形產(chǎn)生器144再根據(jù)最佳相位產(chǎn)生輸入信號TX,混波器312再將根據(jù)最佳相位所產(chǎn)生的輸入信號TX與噪聲N進行混波,使得決策單元310可計算出又一最佳相位如此迭代下去,直到當次迭代計 算出的最佳相位與前一次迭代計算出的最佳相位之間的差距小于一特定范圍,或是迭代次數(shù)大于一特定值時為止。如此一來,即使在不同時間噪聲N因特定因素而造成其相位的變化,輸入信號產(chǎn)生器304依然可不斷地追蹤噪聲N的相位而相應(yīng)產(chǎn)生輸入信號TX,以降低噪聲N對判讀待測電容CUT的影響,以提升整體電容感測電路的效能。

      除此之外,相位計算單元可還包含一波形產(chǎn)生器,以遞歸式反饋的方式計算出最佳相位。請參考圖4,圖4為本發(fā)明實施例中相位計算單元442的示意圖。相位計算單元442包含有混波器412、決策單元410和波形產(chǎn)生器444。類似于輸入信號產(chǎn)生器304,決策單元410開始時先產(chǎn)生相位φ2,0,波形產(chǎn)生器444根據(jù)相位φ2,0產(chǎn)生本地信號VLO至混波器412,混波器412將噪聲N與本地信號VLO進行混波,并產(chǎn)生混波輸出信號VMO4,決策單元410根據(jù)混波輸出信號VMO4產(chǎn)生另一相位φ2,1。如此迭代下去,直到當次迭代計算出的最佳相位φ2,m與前一次迭代計算出的最佳相位φ2,m-1之間的差距小于一特定范圍,或是迭代次數(shù)大于一特定值時為止。當?shù)瓿芍螅瑳Q策單元410所輸出的最終相位φ2,M即為最佳相位與輸入信號產(chǎn)生器304不同的是,相位計算單元442包含波形產(chǎn)生器444而進行遞歸式反饋運算。換句話說,混波器412的反饋來源為波形產(chǎn)生器444;而于輸入信號產(chǎn)生器304中,混波器312的反饋來源為波形產(chǎn)生器144。同樣地,即使在不同時間,噪聲N因特定因素而造成其相位的變化,相位計算單元442依然可不斷地追蹤噪聲N的相位而相應(yīng)產(chǎn)生輸入信號TX,以降低噪聲N對判讀待測電容CUT的影響,以提升整體電容感測電路的效能。

      由上述可知,電容感測電路10利用輸入信號產(chǎn)生器104產(chǎn)生與噪聲N的相位相關(guān)的輸入信號TX,以降低電容判斷電路102中混波輸出信號VOUT中相關(guān)于噪聲的能量。相較于現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明可進一步降低噪聲N對判讀待測 電容CUT的影響,以提升整體電容感測電路的效能。

      需注意的是,相位偵測單元的實現(xiàn)方式并未有所限,舉例來說,請參考圖5至圖9。圖5至圖9分別為本發(fā)明實施例相位偵測單元540~940的示意圖。

      相位偵測單元540包含二極管、電容和晶體管。二極管用來接收噪聲N,電容的第一端耦接于二極管,而電容的第二端耦接于接地端,晶體管耦接于電容的第一端與第二端之間。

      相位偵測單元640與相位偵測單元540類似,與相位偵測單元540不同之處在于,相位偵測單元640還包含運算放大器OP1、OP2。運算放大器OP1和運算放大器OP2的負輸入端(標示有「-」號)皆耦接于運算放大器OP2的輸出端,運算放大器OP2的正輸入端(標示有「+」號)耦接于二極管與電容之間,運算放大器OP1的正輸入端(標示有「+」號)用來接收噪聲N,而晶體管耦接于運算放大器OP2的輸出端與電容的第二端之間。

      相位偵測單元740包含遲滯比較器HCMP,遲滯比較器HCMP為具有遲滯保護的比較器,如史密特觸發(fā)器(Schmitt Trigger)。遲滯比較器HCMP的負輸入端(標示有「-」號)用來接收臨界電壓VTH,正輸入端(標示有「+」號)用來接收噪聲N。

      相位偵測單元840與相位偵測單元740相似,與相位偵測單元740不同之處在于相位偵測單元840利用運算放大器OP和脈沖消除器(De-glitch)800取代相位偵測單元740中遲滯比較器HCMP的功能。

      相位偵測單元940則包含遲滯比較器HCMP1、HCMP2。遲滯比較器HCMP1、HCMP2的正輸入端(標示有「+」號)用來接收噪聲N,遲滯比較器HCMP1、HCMP2的負輸入端(標示有「-」號)分別接收臨界電壓VTHp、VTHn,遲滯比較器HCMP1、HCMP2的輸出端耦接于或門(Or Gate)900。

      簡而言之,相位偵測單元540~940皆可偵測噪聲N的第一相位φ1和第一頻率f1,并將第一相位φ1和第一頻率f1提供給波形產(chǎn)生器,因此,本發(fā)明的輸入信號產(chǎn)生器即可根據(jù)噪聲N的相位產(chǎn)生輸入信號TX。

      需注意的是,前述實施例是用以說明本發(fā)明的概念,本領(lǐng)域技術(shù)人員當可據(jù)以做不同的修飾,而不限于此。舉例來說,波形產(chǎn)生器144根據(jù)最佳相位產(chǎn)生輸入信號TX的方式并未有所限,波形產(chǎn)生器144可根據(jù)一母信號直接產(chǎn)生與母信號之間具有相位差為最佳相位的輸入信號TX;或是波形產(chǎn)生器144可將最佳相位轉(zhuǎn)換成為延遲時間Δtopt,并產(chǎn)生與母信號具有時間差為延遲時間Δtopt的輸入信號TX,亦屬于本發(fā)明的范疇。

      具體來說,請參考圖11,圖11為母信號SIN和輸入信號TX1、TX2的波形圖。波形產(chǎn)生器144可直接產(chǎn)生輸入信號TX1,其中輸入信號TX1與母信號SIN之間的相位差為最佳相位另一方面,波形產(chǎn)生器144亦可將最佳相位轉(zhuǎn)換成為延遲時間Δtopt,并產(chǎn)生輸入信號TX2,其中輸入信號TX2與母信號SIN之間的時間差為延遲時間Δtopt,亦屬于本發(fā)明的范疇。

      本發(fā)明的相位計算單元可對應(yīng)電容判斷電路的電路結(jié)構(gòu)而據(jù)以變化。舉例來說,為了對應(yīng)包含有混波器的電容判斷電路202,相位計算單元242、342、442皆包含有混波器。然而,電容判斷電路不限于包含混波器,舉例來說,請參考圖12,圖12為電容判斷電路302的示意圖。電容判斷電路302包含電荷轉(zhuǎn)移電路320和判斷模塊324。電荷轉(zhuǎn)移電路320包含有開關(guān)S1、S2和電容C1,開關(guān)S1的第一端用來接收輸出信號RX,開關(guān)S1的第二端耦接于電容C1的第一端,開關(guān)S2的第一端耦接于電容C1的第一端,開關(guān)S2的第二端和電容C1的第二端耦接于接地端。開關(guān)S1受控于控制信號phi,通過適當控制輸入信號TX與控制信號phi,待測電容CUT所儲存的電荷可轉(zhuǎn)移至電容C1中,而開關(guān)S2用來重置(Reset)或清空儲存于電容C1的電荷。

      除此之外,請參考圖13,圖13為電容判斷電路402的示意圖。電容判斷電路402包含電荷轉(zhuǎn)移電路420和判斷模塊424。電荷轉(zhuǎn)移電路420含有開關(guān)S3和積分電路422,開關(guān)S3也受控于控制信號phi,積分電路422包含放大器 Amp、電容C2和開關(guān)S4,電容C2和開關(guān)S4耦接于放大器Amp的負輸入端(標示有「-」號)與輸出端之間。通過適當控制輸入信號TX與控制信號phi,待測電容CUT所儲存的電荷可轉(zhuǎn)移至電容C2中,而開關(guān)S4用來重置(Reset)或清空儲存于電容C2的電荷。

      為了對應(yīng)包含有電荷轉(zhuǎn)移電路的電容判斷電路302、402,本發(fā)明的相位計算單元可包含有至少一電荷轉(zhuǎn)移電路。舉例來說,請參考圖14,圖14為本發(fā)明實施例中相位計算單元542的示意圖。相位計算單元542與相位計算單元242結(jié)構(gòu)類似,不同之處在于,相位計算單元542利用電荷轉(zhuǎn)移電路CSC_1~CSC_K取代相位計算單元242中的混波器MX1~MXK和積分器IG1~IGK。也就是說,電荷轉(zhuǎn)移電路CSC_1~CSC_K根據(jù)噪聲N產(chǎn)生信號VO1~VOK,相位計算單元542所包含的決策單元510根據(jù)信號VO1~VOK計算出最佳相位具體來說,電荷轉(zhuǎn)移電路CSC_1~CSC_K可利用電荷轉(zhuǎn)移電路320或電荷轉(zhuǎn)移電路420的電路結(jié)構(gòu)來實現(xiàn),電荷轉(zhuǎn)移電路CSC_1~CSC_K中的開關(guān)S1或開關(guān)S3(未繪示于圖14)分別受控于控制信號phi_1~phi_K,且CSC_1~CSC_K中開關(guān)S1或開關(guān)S3的第一端用來接收噪聲N。相位計算單元542的運作原理與相位計算單元242相似,故簡述如下??刂菩盘杙hi_1~phi_K分別具有K種不同的相位。例如,在一實施例中,控制信號phi_1的相位為0,控制信號phi_2的相位為π/K,控制信號phi_3的相位為2π/K,以此類推,控制信號phi_K的相位為(K-1)π/K。電荷轉(zhuǎn)移電路CSC_1~CSC_K接收噪聲N并分別依照控制信號phi_1~phi_K產(chǎn)生信號VO1~VOK。決策單元510自信號VO1~VOK中選擇具有最小能量的信號VOS,其中,對應(yīng)于信號VOS的控制信號為控制信號phi_S,且控制信號phi_S的相位為(S-1)π/K。因此,相位計算單元542可輸出最佳相位為(S-1)π/K。

      另外,請參考圖15,圖15分別為本發(fā)明實施例中輸入信號產(chǎn)生器604的示意圖。輸入信號產(chǎn)生器604與輸入信號產(chǎn)生器304結(jié)構(gòu)類似,故相同組件沿用相同符號。與輸入信號產(chǎn)生器304不同的是,輸入信號產(chǎn)生器604包含相位 計算單元642,相位計算單元642包含電荷轉(zhuǎn)移電路612和決策單元610。電荷轉(zhuǎn)移電路612可利用電荷轉(zhuǎn)移電路320或電荷轉(zhuǎn)移電路420的電路結(jié)構(gòu)來實現(xiàn),其中,電荷轉(zhuǎn)移電路612的開關(guān)S1或開關(guān)S3(未繪示于圖15)受控于波形產(chǎn)生器144所產(chǎn)生的輸入信號TX,且電荷轉(zhuǎn)移電路612中開關(guān)S1或開關(guān)S3的第一端用來接收噪聲N。也就是說,輸入信號產(chǎn)生器604利用電荷轉(zhuǎn)移電路612取代輸入信號產(chǎn)生器304中的混波器312,其余操作原理與輸入信號產(chǎn)生器304相同,在此不再贅述。

      另外,請參考圖16,圖16為本發(fā)明實施例中相位計算單元742的示意圖。相位計算單元742與相位計算單元442結(jié)構(gòu)類似,故相同組件沿用相同符號。與相位計算單元442不同的是,相位計算單元742包含電荷轉(zhuǎn)移電路712、決策單元710和波形產(chǎn)生器744。波形產(chǎn)生器744用來產(chǎn)生控制信號phi,電荷轉(zhuǎn)移電路712可利用電荷轉(zhuǎn)移電路320或電荷轉(zhuǎn)移電路420的電路結(jié)構(gòu)來實現(xiàn),其中,電荷轉(zhuǎn)移電路712的開關(guān)S1或開關(guān)S3(未繪示于圖16)受控于波形產(chǎn)生器744所產(chǎn)生的控制信號phi,電荷轉(zhuǎn)移電路712的開關(guān)S1或開關(guān)S3的第一端用來接收噪聲N。也就是說,相位計算單元742利用電荷轉(zhuǎn)移電路712取代相位計算單元442中的混波器412,相位計算單元742利用控制信號phi取代相位計算單元442中的本地信號VLO,其余操作原理與相位計算單元442相同,于此不再贅述。

      綜上所述,本發(fā)明的電容感測電路利用輸入信號產(chǎn)生器產(chǎn)生與噪聲的相位相關(guān)的輸入信號,以降低電容判斷電路中混波輸出信號中相關(guān)于噪聲的能量,即降低噪聲對判斷待測電容的影響,以提升整體電容感測電路的效能。

      以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

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