触控感测装置及其信号处理方法

技术领域

本发明涉及一种触控感测技术，尤其涉及一种触控感测装置及其信号处理方法。

背景技术

随着触控装置的应用日渐广泛，触控感测的相关技术也变得愈趋重要。触控装置的触控电容会对应的模拟前端(analog front end，AFE)电路来进行触控信号的传输及调整。由于触控电容数量众多，AFE电路亦数量庞大，从而需要耗费大量驱动电流去驱动这些AFE电路。此外，触控电容的触控信号会因分时传输的情形而使信号偶尔会断开传输，导致SNR下降。无法持续传输至AFE，使得触感测装置的信号噪声比(Signal-to-noise ratio，SNR)无法提升。

发明内容

本发明是针对一种触感测装置及其信号处理方法，可使触感测装置有效降低驱动电流，并维持甚至提升SNR。

本发明的触控感测装置包括编码器、模拟前端电路、译码器以及多个电容触控单元。多个电容触控单元以自电容感测模式对应产生多个触控信号。编码器耦接上述多个电容触控单元，在多个时间区间的每个时间区间中对多个触控信号进行编码，以产生对应的编码数据。模拟前端电路耦接编码器，将多个时间区间产生的多个编码数据分别转换为对应的数字数据。译码器耦接模拟前端电路，根据译码矩阵对上述的数字数据进行译码，以产生译码数组。译码数组的多个子数组以等比例对应上述多个触控信号。

本发明的信号处理方法包括：提供多个电容触控单元，以自电容感测模式对应产生多个触控信号；在多个时间区间的每个时间区间中，对上述多个触控信号编码以产生对应的编码数据；将各个编码数据分别转换为对应的数字数据；并且，根据译码矩阵对多个时间区间产生的多个数字数据进行译码，以产生译码数组。译码数组的多个子数组以等比例对应上述多个触控信号。

基于上述，本发明实施例的触控感测装置利用编码器使多个触控单元的触控信号在多个时间区间中进行编码，因此减少了模拟前端电路的需求数量，进而降低用于驱动模拟前端电路的驱动电流。此外，本发明实施例亦可有效维持或提升触控感测装置的SNR。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明一实施例的触控感测装置的电路示意图；

图2是本发明一实施例的触控感测装置的操作示意图；

图3A是本发明一实施例的触控感测装置的操作示意图；

图3B是本发明一实施例的触控感测装置的电路示意图；

图4是本发明一实施例的触控感测装置中的编码器及模拟前端电路的电路示意图；

图5A是本发明一实施例的触控感测装置的组件配置图；

图5B是本发明另一实施例的触控感测装置的组件配置图；

图6是本发明一实施例的信号处理方法的流程图。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

请参照图1，图1示出本发明一实施例的触控感测装置的电路示意图。触控感测装置100包括电容触控单元CTU_1～CTU_n、编码器110、模拟前端电路120以及译码器130。编码器110可耦接电容触控单元CTU_1～CTU_n，模拟前端电路120可耦接编码器110，译码器130则可耦接模拟前端电路120。本实施例的电容触控单元CTU_1～CTU_n皆可为自电容(self-capacitance)触控感测装置。

电容触控单元CTU_1～CTU_n中每一者可对应产生触控信号C1～Cn。在多个时间区间的每一者中，编码器110可持续接收触控信号C1～Cn并对触控信号C1～Cn编码，以产生一个编码数据。换句话说，编码器110可在多个时间区间的每一者中分别产生编码数据CD_1～CD_n。模拟前端电路120可将模拟信号转换为数字信号，即模拟前端电路120可接收编码数据CD_1～CD_n，并将编码数据CD_1～CD_n转换为数字数据DD_1～DD_n。译码器130可接收数字数据DD_1～DD_n，并根据译码矩阵对数字数据DD_1～DD_n译码，以产生译码数组。

在本实施例中，触控信号C1～Cn为模拟信号，编码数据CD_1～CD_n亦为模拟信号，数字数据DD_1～DD_n则为数字信号

译码数组的多个子数组可对应触控信号C1～Cn。若将触控信号C1～Cn由模拟信号转换数字信号，该些数字信号即可对应译码数组中的多个子数组的数值。

在本实施例中，触控感测装置100仅以一个模拟前端电路便可对多个电容触控单元进行编码和译码，使触控感测装置100用来驱动模拟前端电路的驱动电流得以降低。此外，编码器110可在多个时间区间中持续接收触控信号C1～Cn，使得触控感测装置100接收触控信号C1～Cn的时间增长，进而使触控感测装置100的SNR提升。

请参照图2。图2示出本发明一实施例的触控感测装置的操作示意图。在图2中，本实施例的触控感测装置包括电容触控单元CTU_1～CTU_4、编码器210、模拟前端电路220以及译码器230。编码器210可耦接电容触控单元CTU_1～CTU_4，模拟前端电路220可耦接编码器210，译码器230则可耦接模拟前端电路220。本实施例的电容触控单元CTU_1～CTU_4可采用2x2的矩阵式排列、一直行、一横列或其他排列方式。本发明实施例不限制这些电容触控单元的排列。

在本实施例中，编码器210可接收触控信号C1～C4，并且，编码器210可根据触控信号C1～C4在时间区间T1～T4中分别产生编码数据CD_1～CD_4。模拟前端电路220可在时间区间T1～T4中分别将编码数据CD_1～CD_4转换为数字数据DD_1～DD_4。译码器230可接收数字数据DD_1～DD_4，并且译码器230具有译码矩阵DMAX_1。图2中仅具备一个触控感测装置，但因方便描述在时间区间T1～T4中此触控感测装置的操作方式，因此在图2中分别示出时间区间T1～T4分别对应的触控感测装置作为示意图。

在时间区间T1中，编码器210可接收触控信号C1～C4以产生编码数据CD_1，并由模拟前端电路220将编码数据CD_1转换为数字数据DD_1。在时间区间T2中，编码器210可接收触控信号C1～C4以产生编码数据CD_2，并由模拟前端电路220将编码数据CD_2转换为数字数据DD_2。在时间区间T3中，编码器210可接收触控信号C1～C4以产生编码数据CD_3，并由模拟前端电路220将编码数据CD_3转换为数字数据DD_3。在时间区间T4中，编码器210可接收触控信号C1～C4以产生编码数据CD_4，并由模拟前端电路220将编码数据CD_4转换为数字数据DD_4。

在本实施例的时间区间T1～T4中，电容触控单元CTU_1～CTU_4可耦接到编码器210的输入端。编码器210的输出端可耦接到模拟前端电路220的输入端，使模拟前端电路220得到数字数据DD_1～DD_4。在时间区间T1中，电容触控单元CTU_1耦接至编码器210的反相输入端，电容触控单元CTU_2、CTU_3、CTU_4耦接至编码器210的非反相输入端。在时间区间T2中，电容触控单元CTU_2耦接至编码器210的反相输入端，电容触控单元CTU_1、CTU_3、CTU_4耦接至编码器210的非反相输入端。在时间区间T3中，电容触控单元CTU_3耦接至编码器210的反相输入端，电容触控单元CTU_1、CTU_2、CTU_4耦接至编码器210的非反相输入端。在时间区间T4中，电容触控单元CTU_4耦接至编码器210的反相输入端，电容触控单元CTU_1、CTU_2、CTU_3耦接至编码器210的非反相输入端，再通过模拟前端电路220将编码数据CD_1～CD_4转换为数字数据DD_1～DD_4，如下述所示：

DD_1＝-C1+C2+C3+C4

DD_2＝C1-C2+C3+C4

DD_3＝C1+C2-C3+C4

DD_4＝C1+C2+C3-C4

时间区间T4后，译码器230接收完数字数据DD_1～DD_4。译码器230具有译码矩阵DMAX_1，并且译码器230可使译码矩阵DMAX_1根据编码数据DD_1～DD_4进行设定。也因此，译码器230可利用译码矩阵DMAX_1对数字数据DD_1～DD_4进行译码(即数字数据DD_1～DD_4和译码矩阵DMAX_1进行内积运算)而产生译码数组。译码矩阵DMAX_1的内容和本实施例的译码公式如下述所示。

由上述公式可知，译码器230在执行译码之后，译码数组的运算结果如上所示。触控信号C1～C4的数字信号值以等比例明确对应到译码数组中运算结果的子数组[4C1]、[4C2]、[4C3]以及[4C4]，因此可通过此方法得到触控信号C1～C4的数值以判断是否有触控发生。

另一实施例，在时间区间T1中，编码器的非反相输入端可接收触控信号C1～C4，编码器的反相输入端不接收信号。在时间区间T2中，编码器的非反相输入端可接收触控信号C1、C3，编码器的反相输入端可接收触控信号C2、C4。在时间区间T3中，编码器的非反相输入端可接收触控信号C1、C2，编码器的反相输入端可接收触控信号C3、C4。在时间区间T4中，编码器的非反相输入端可接收触控信号C1、C4，编码器的反相输入端可接收触控信号C2、C3。在本实施例中，时间区间T1～T4产生的数字数据DD_1～DD_4如下所示：

DD_1＝C1+C2+C3+C4

DD_2＝C1-C2+C3-C4

DD_3＝C1+C2-C3-C4

DD_4＝C1-C2-C3+C4

在时间区间T4后，本实施例的译码器接收完数字数据DD_1～DD_4，并且译码器可使译码矩阵DMAX_2根据编码数据DD_1～DD_4进行设定。译码器可利用译码矩阵DMAX_2对数字数据DD_1～DD_4进行译码(即数字数据DD_1～DD_4和译码矩阵DMAX_2进行内积运算)而产生译码数组。译码矩阵DMAX_2的内容和本实施例的译码公式如下述所示。

由上述公式可知，本实施例的译码器在执行译码之后，译码数组的内容如上所示。若将触控信号C1～C4由模拟信号转换为数字信号，触控信号C1～C4的数字信号值可明确对应到译码数组中的子数组[4C1]、[4C2]、[4C3]以及[4C4]，因此可通过此方法得到触控信号C1～C4的数值以判断是否有触控发生。

请参照图3A。图3A示出本发明一实施例的触控感测装置的操作示意图。在图3A中，触控感测装置包括4个电容触控单元。编码器可经由非反相输入端和反相输入端接收触控信号C1～C4，并且，编码器可根据触控信号C1～C4在时间区间T1～T4中分别产生编码数据CD_1～CD_4。模拟前端电路可在时间区间T1～T4中分别将编码数据CD_1～CD_4转换为数字数据DD_1～DD_4。译码器可接收数字数据DD_1～DD_4，并且包含译码矩阵DMAX_2。图3A的触控感测装置的电路细节可参照图1的实施例内容。

请参照图3B。图3B示出本发明一实施例的触控感测装置的操作示意图。在图3B中，触控感测装置包括7个电容触控单元。编码器可经由非反相输入端和反相输入端接收触控信号C1～C7，并且，编码器可根据触控信号C1～C7在时间区间T1～T7中分别产生编码数据CD_1～CD_7。模拟前端电路可在时间区间T1～T7中分别将编码数据CD_1～CD_7转换为数字数据DD_1～DD_7。译码器可接收数字数据DD_1～DD_7，并且包含译码矩阵DMAX_3。图3B的触控感测装置的电路细节可参照图1的实施例内容。

在此以时间区间T1及前述编码数据CD_1、数字数据DD_1作为举例说明前述公式与编码器的操作。在时间区间T1中，前述关于编码数据CD_1的公式中C1、C2、C3、C6的符号为”+”，因此编码器的非反相输入端接收触控信号C1、C2、C3、C6。前述关于编码数据CD_1的公式中C1、C2、C3、C6的符号为”-”，因此编码器的反相输入端接收触控信号C4、C5、C7。依此类推，在时间区间T2中，编码器的非反相输入端接收触控信号C1、C2、C5、C7，编码器的反相输入端接收触控信号C3、C4、C6，在本实施例中，时间区间T1～T7中产生的数字数据DD_1～DD_7如下所示：

DD_1＝C1+C2+C3-C4-C5+C6-C7

DD_2＝C1+C2-C3-C4+C5-C6+C7

DD_3＝C1-C2-C3+C4-C5+C6+C7

DD_4＝-C1-C2+C3-C4+C5+C6+C7

DD_5＝-C1+C2-C3+C4+C5+C6-C7

DD_6＝C1-C2+C3+C4+C5-C6-C7

DD_7＝-C1+C2+C3+C4-C5-C6+C7

时间区间T7后，本实施例的译码器接收完数字数据DD_1～DD_7，并且译码器可使译码矩阵DMAX_3根据编码数据DD_1～DD_7进行设定。译码器可利用译码矩阵DMAX_3对数字数据DD_1～DD_7进行译码(即数字数据DD_1～DD_7和译码矩阵DMAX_3进行内积运算)而产生译码数组。译码矩阵DMAX_3的内容和本实施例的译码公式如下述所示。

由上述公式可知，本实施例的译码器在执行译码之后，译码数组的内容如上所示。若将触控信号C1～C7皆由模拟信号转换为数字信号，触控信号C1～C7的数字信号值便可以明确对应到译码数组中的子数组[7C1]、[7C2]、[7C3]、[7C4]、[7C5]、[7C6]以及[7C7]，因此可通过此方法得到触控信号C1～C7的数值以判断是否有触控发生。

请参照图4。图4示出本发明一实施例的触控感测装置中的编码器及模拟前端电路的电路示意图。在本实施例中，编码器410可从多个电容触控单元接收触控信号C1～Cn，以产生多个编码数据。模拟前端电路420可耦接编码器410，以接收所述多个编码数据。图4的触控感测装置400的电路细节可参照图1的实施例内容。

编码器410包括复用器MU1和运算电路AC1。运算电路AC1还包括电容CA1～CA2、电阻R1～R2、可变电阻VR1～VR4以及运算放大器OPA1。模拟前端电路320包括电容CA3～CA4、电阻R3～R4以及运算放大器OPA2。

在本实施例中，复用器MU1可接收触控信号C1～Cn以及频率TCLK，并根据触控信号C1～Cn以及频率TCLK在多个时间区间的每一者中将触控信号耦接至运算电路AC1产生对应的运算数据DAT1或运算数据DAT2。

在本实施例的运算电路AC1中，电容CA1的第一端和电阻R1的第一端可在多个时间区间的每一者中从复用器MU1接收对应的运算数据DAT1，电容CA1的第二端和电阻R1的第二端可耦接至运算放大器OPA1的第一输入端(反相输入端)。电容CA2的第二端和电阻R2的第二端可在多个时间区间的每一者中从复用器MU1接收对应的运算数据DAT2，电容CA2的第一端和电阻R2的第一端可耦接至运算放大器OPA1的第一输入端(反相输入端)。运算放大器OPA1的第二输入端(非反相输入端)可接收频率TCLK。运算放大器OPA1的输出端可耦接至可变电阻VR1、VR2的第一端。可变电阻VR1的第二端可耦接至运算电路AC1的第一输出端。可变电阻VR2的第二端可耦接至运算电路AC1的第二输出端。可变电阻VR3的第一端可接收运算数据DAT1，可变电阻VR3的第二端可耦接至运算电路AC1的第一输出端。可变电阻VR4的第一端可接收运算数据DAT2，可变电阻VR4的第二端可耦接至运算电路AC1的第二输出端。

在模拟前端电路420中，运算放大器OPA2的第一输入端(反相输入端)可耦接运算电路AC1的第一输出端，运算放大器OPA2的第二输入端(非反相输入端)可耦接运算电路AC1的第二输出端。电阻R3和电容CA3皆可设置于运算放大器OPA2的第一输入端(反相输入端)及第一输出端(非反相输出端)之间。电阻R4和电容CA4皆可设置于运算放大器OPA2的第二输入端(非反相输入端)及第二输出端(反相输出端)之间。

在编码器410的编码动作的操作细节上，复用器MU1可根据频率TCLK设置多个时间区间。在多个时间区间的每一者中，复用器MU1可接收触控信号C1～Cn耦接至运算电路AC1以产生运算数据DAT1或运算数据DAT2，运算数据DAT1为正(即产生+Cn数据)，运算数据DAT2为负(即产生-Cn数据)。多个时间区间后运算电路AC1可得出编码数据CD_1～CD_n。

请同时参照图2及图4，图4的编码器410可用于公开图2的编码器210的内部组件，图2的实施例可用于公开图4的触控感测装置400在时间区间T1～T4的运作方式。在本实施例中，编码器410的复用器MU1可接收触控信号C1～C4。在时间区间T1中，复用器MU1可根据触控信号C2～C4耦接至运算电路AC1产生运算数据DAT1，复用器MU1可根据触控信号C1耦接至运算电路AC1产生运算数据DAT2。在时间区间T2中，复用器MU1可根据触控信号C1、C3、C4耦接至运算电路AC1产生运算数据DAT1，复用器MU1可根据触控信号C2耦接至运算电路AC1产生运算数据DAT2。在时间区间T3、T4中，编码器410得以此类推产生运算数据，再通过模拟前端电路420将编码数据CD_1～CD_4转换为数字数据DD_1～DD_4，如下述所示：

DD_1＝-C1+C2+C3+C4

DD_2＝C1-C2+C3+C4

DD_3＝C1+C2-C3+C4

DD_4＝C1+C2+C3-C4

请参照图5A及图5B。图5A示出本发明一实施例的触控感测装置的组件配置图。图5B示出本发明另一实施例的触控感测装置的组件配置图。在图5A的实施例中，模拟前端电路520以及译码器530可设置于芯片CHP1内，编码器510设置于面板PNL1上且设置于芯片CHP1外。在图5B的实施例中，编码器511、模拟前端电路521以及译码器531可设置于芯片CHP2内。

参照图6，图6示出本发明一实施例的信号处理方法的流程图。在步骤S602中，本实施例提供多个电容触控单元，并以自电容感测模式使多个电容触控单元对应产生多个触控信号。在步骤S604中，本实施例可在多个时间区间中对多个触控信号编码，以在多个时间段的每一者中分别产生一编码数据，并将各该编码数据分别转换为一数字数据。在步骤S606中，本实施例可根据译码矩阵对多个时间区间中产生的多个数字数据进行译码，以产生译码数组。上述译码数组的多个子数组可对应多个触控信号。关于上述步骤的实施细节，在前述的多个实施例已有详细的说明。

综上所述，本发明的触控感测装置以自电容感测模式利用编码器使多个触控单元的触控信号在多个时间区间中编码，以产生多个编码数据。因此，本发明的触控感测装置减少了模拟前端电路的需求数量，进而降低了用于驱动模拟前端电路的驱动电流。此外，由于本发明的触控感测装置系在多个时间区间持续接收上述多个触控信号，因此，本发明可有效提升触控感测装置的SNR。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。