触控控制器、触控感测装置以及触控感测模块的制作方法

1.本发明是有关于触控控制器，且尤指能够减少噪声干扰的触控控制器。


背景技术：

2.许多类型的输入装置可用于在计算系统中进行操作，诸如按钮或按键(button or key)、鼠标(mice)、轨迹球(trackball)、触控感测面板(touch sensor panel)、操纵杆(joystick)、触控板(touch pad)以及触控屏幕(touch screen)等等，尤其是，由于触控感测装置与触控屏幕的操作简单以及操作多功能性与价格下跌，因此在触控感测装置与触控屏幕在消费电子产品中越来越普遍，触控感测装置可包含有触控感测面板(其可以是有着触控感测表面的透明面板)以及显示装置(诸如液晶显示器(liquid crystal display,lcd))，其可以部分或完全位于触控感测面板后面，或整合于触控感测面板中，如此一来，触控感测表面基本上可覆盖显示装置的可视区域的至少一部分。触控感测装置通常可允许使用者借由利用一根或多根手指、触控笔或其它物件来触控或悬置(hover)在触控感测面板上的一位置(其通常由显示装置显示的使用者界面(user interface,ui)所指定，包含有虚拟按钮(virtual button)、按键(key)、列(bar)、显示器(display)或其它元件)，以执行不同功能，一般来说，触控感测装置可辨识一触控事件、在触控感测面板上的触控事件的位置、一悬置事件以及触控感测面板上的悬置事件的位置，并且计算系统可根据在事件发生时出现的显示状况来解释触控或悬置事件，并且因此可基于该事件来进行一个或多个操作。
3.随着消费电子产品变得越来越薄，触控感测面板与显示面板之间的距离越来越近，并且两者之间的寄生电容也越来越大，因此，当显示面板切换画面时，由于大量的寄生电容，大量的噪声会被产生并耦合至触控感测面板，此噪声会影响触控或悬置事件的辨认的准确度，或者可能甚至会增加感测信号的电压并且超出触控感测电路的操作范围。
4.因此，极需一种能够减少噪声干扰的触控控制器的新颖电路设计，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的之一在于提供一种能够减少或甚至抵消噪声干扰的触控控制器的新颖电路设计。
6.根据本发明一实施例，提供了一种触控控制器。该触控控制器耦接于一触控感测面板且用以检测在触控感测面板上的触控事件，并且包含有一感测电路，感测电路包含有一积分器电路以及一参考电压控制电路，积分器电路包含有一第一输入节点、一第二输入节点以及一输出节点，其中第一输入节点耦接于一感测节点以接收一感测信号，第二输入节点耦接于一保护走线，其设置在邻近于触控感测面板，以及输出节点用以输出一积分后信号。参考电压控制电路包含有一开关，其耦接于积分器电路的第二输入节点与提供一参考电压的一电压源之间，其中开关于一预充电期间会被关闭以于一感测期间的起始阶段中
将保护走线上的电压充电至参考电压，以及开关在预充电期间之后会被开启。
7.根据本发明另一实施例，提供了一种触控感测装置。该触控感测装置包含有一保护走线，其设置在邻近于一触控感测面板，以及一触控控制器，其耦接于触控感测面板且用以检测触控感测面板上的触控事件，触控控制器包含有一感测电路，感测电路包含有一积分器电路以及一参考电压控制电路，积分器电路包含有一第一输入节点、一第二输入节点以及一输出节点，其中第一输入节点耦接于一感测节点以接收一感测信号，第二输入节点耦接于保护走线，以及输出节点用以输出一积分后信号。参考电压控制电路包含有一开关，其耦接于积分器电路的第二输入节点与提供一参考电压的一电压源之间，其中开关于一预充电期间会被关闭以于一感测期间的起始阶段中将保护走线上的电压充电至参考电压，以及开关在预充电期间之后会被开启。
8.根据本发明再另一实施例，提供了一种触控感测模块。该触控感测模块包含有一触控感测面板、一保护走线(其设置在邻近于触控感测面板)以及一触控控制器(其耦接于触控感测面板且用以检测触控感测面板上的触控事件)，触控控制器包含有一感测电路，感测电路包含有一积分器电路以及一参考电压控制电路，积分器电路包含有一第一输入节点、一第二输入节点以及一输出节点，其中第一输入节点耦接于一感测节点以接收一感测信号，第二输入节点耦接于保护走线，以及输出节点用以输出一积分后信号。参考电压控制电路包含有一开关，其耦接于积分器电路的第二输入节点与提供一参考电压的一电压源之间，其中开关于一预充电期间会被关闭以于一感测期间的起始阶段中将保护走线上的电压充电至参考电压，以及开关在预充电期间之后会被开启。
9.借由引进触控控制器中的参考电压控制电路以及保护走线，可以利用耦合至保护走线上的噪声来减少甚至抵消出现于感测信号中的噪声，并且可以解决上述现有设计中的问题。
附图说明
10.图1为依据本发明一实施例的触控感测模块的示意图。
11.图2为耦接于感测电路的触控感测面板的部分的电路示意图。
12.图3为传送线以及感测节点上的信号以及感测电路所输出的信号的波形图。
13.图4为依据本发明一实施例的电子装置的俯视图。
14.图5为依据本发明一实施例的触控控制器的方框图。
15.图6为依据本发明一实施例的电子装置的侧视图。
16.图7为依据本发明一实施例的于感测期间的信号波形图。
17.图8为依据本发明另一实施例的触控控制器的方框图。
18.其中，附图标记说明如下：
19.100：触控感测模块
20.120，420，500，800：触控控制器
21.rx_1～rx_n：接收线
22.tx_1～tx_n：传送线
23.cm，c-self：电容
24.200，510，810：感测电路
25.250：噪声
26.400：电子装置
27.401，402，550，601，602，850：保护走线
28.410：显示与触控区域
29.511，811：积分器电路
30.512，812：参考电压控制电路
31.520，820：模拟至数字转换器
32.530，830：信号处理电路
33.560：开关
34.570：电阻
35.p1，p2：焊垫
36.c-self1，c-self2：寄生电容
37.pre_vr：预充电控制信号
38.vr：电压源
39.int_out：积分后信号
40.ck：时钟信号
41.610：触控感测面板
42.620：层
具体实施方式
43.图1为依据本发明一实施例的触控感测模块100的示意图。触控感测模块100可包含有触控感测面板110以及触控控制器120，触控感测面板110可包含有一触控屏幕(touch screen)，其包含有多个传送(transmitting,tx)通道(例如图1所示的传送线tx_1、传送线tx_2、
…
以及传送线tx_m)、多个接收(receiving,rx)通道(例如图1所示的接收线rx_1、接收线rx_2、
…
以及接收线rx_n)以及多个电容(其在传送通道以及接收通道的交叉点形成；例如图1所示的电容cm)。
44.触控控制器120是耦接于触控感测面板110，并且用以感测或检测触控感测面板110上的触控事件(touch event)，触控感测模块100可另包含有一传送驱动电路(在图1中未显示)，其用以提供一驱动信号给每一个传送通道，以便于感测或检测触控事件，触控控制器120是耦接于接收通道，并且用以接收一感测信号，其指示相关接收通道上的一电压或一电荷量，触控控制器120可判断在触控感测面板110上是否发生触控事件，并且可进一步地基于相关接收通道上的电压或电荷量(或者是电压或电荷量的改变)来辨认(recognize)触控事件以及在触控感测面板上的触控事件的位置。
45.触控控制器120可包含有多个感测电路，其每一个感测电路是耦接于一接收通道上的一感测节点，以接收感测信号。
46.图2为耦接于感测电路的触控感测面板的部分的电路示意图。如图2所示，除了在一传送线以及一接收线的交叉点形成的电容cm，另一个电容亦耦接于感测电路200，诸如图2所示的电容c-self，电容c-self是一寄生电容(parasitic capacitor)，其在触控感测面板与显示面板(在图2中未显示)之间形成。
47.当显示面板正在切换(change)待显示的画面时，会产生大量的噪声(例如图2所示的噪声250)，并且噪声会通过电容c-self来耦合(couple)至感测节点以及感测电路200的输入节点。
48.图3为传送线以及感测节点上的信号以及感测电路200所输出的信号的波形图。在图3中，标记为“tx”的信号是由传送驱动电路供应至一传送线上的驱动信号，标记为“rx”的信号是在感测节点上产生并且由感测电路200所接收的感测信号，以及标记为“out”的信号是由感测电路200所输出的信号，如图3所示，噪声250会出现在感测电路200所接收的感测信号以及感测电路200所输出的信号中，并且最终会影响触控事件的辨认的准确度，电容越大，则会有越大的噪声耦合至感测电路。
49.因此，极需一种以供能够减少噪声干扰的触控控制器使用的新颖电路设计，以解决此问题。
50.根据本发明一实施例，在触控控制器中引进了一参考电压控制电路以及一保护走线(guard trace；其设置在邻近于触控感测面板)，以供协助减少噪声，在此实施例中，设置在邻近于触控感测面板的保护走线可另用以消除电磁干扰(electromagnetic interference,emi)。
51.图4为依据本发明一实施例的电子装置400的俯视图。有着触控控制以及显示功能的电子装置400可包含有一个或多个保护走线(例如保护走线401以及保护走线402，其分布环绕电子装置400的显示与触控区域(display and touch area)410及/或邻近于触控感测面板以及显示面板(未显示于图4中))，举例来说，保护走线可被设置于触控感测面板及/或显示面板的至少一侧附近，并且可沿着触控感测面板及/或显示面板的至少一侧延伸出去，触控感测面板以及显示面板皆被设置于显示与触控区域410之下及/或被显示与触控区域410所覆盖，根据本发明一实施例，一个或多个保护走线可以耦接于触控控制器420并且可进一步地引进至触控控制器420内部，以连接至触控控制器420中的感测电路，在此实施例中，保护走线可连接至感测电路的一输入节点以供协助减少噪声。
52.图5为依据本发明一实施例的触控控制器500的方框图。触控控制器500可耦接于一触控感测面板(未显示于图5中)，并且可用以检测该触控感测面板上的触控事件，触控控制器500可包含有多个感测电路(例如感测电路510)、模拟至数字转换器(analog to digital converter,adc；为简洁起见，在图5中标记为“adc”)520以及信号处理电路530。每一个感测电路是耦接于触控感测面板的一感测节点，以自一接收通道接收一感测信号，其中在图5中标记为“tx”的文字可代表相对应的传送通道，以及在图5中标记为“rx”的文字可代表相对应的接收通道。应注意的是，为了阐明本发明的概念，仅将与本发明相关的元件绘示于图5中触控控制器的简化区块图，举例来说，在图5中仅绘示单一感测电路，由于本领域具有通常知识者已熟知，故触控控制器可另包含有其它元件(未显示于图5中)，其被配置以实现触控感测、检测与辨认以及相关信号处理的功能。
53.此外，应注意的是，虽然图5所示的模拟至数字转换器不包含在感测电路中，但是本发明不限于此，在本发明的某些实施例中，模拟至数字转换器可包含在感测电路中，以作为感测电路的一部分。
54.根据本发明的一实施例，感测电路510可包含有积分器电路(integrator circuit)511以及参考电压控制电路512，积分器电路511可包含有耦接于感测节点的一第
一输入节点(其用来接收指示相对应的接收通道上的一电压或一电荷量的感测信号)、耦接于保护走线550(其设置在邻近于触控感测面板)的一第二输入节点以及一输入节点(其用以输出一积分后信号int_out)。根据本发明一实施例，触控控制器500可被实现为一集成电路(integrated circuit,ic)且可通过一个或多个节点、引脚(pin)或焊垫(pad；例如焊垫p1)来耦接于触控感测面板(例如耦接于触控感测面板的一个或多个感测节点)，以及通过其它节点、引脚或焊垫(例如焊垫p2)来耦接于保护走线550。
55.积分器电路511可用以在一预定时间内累积输入量(input quantity)，例如自感测节点接收的一电压或一电荷量，以产生一代表输出(representative output)，例如积分后信号int_out。模拟至数字转换器520可耦接于积分器电路的输出节点，并且可用以接收积分后信号int_out与一时钟信号ck，以及根据时钟信号ck来转换积分后信号int_out以产生一转换后信号。信号处理电路530可耦接于模拟至数字转换器520，并且可用以接收该转换后信号，以及处理该转换后信号以判断在触控感测面板上是否有任一个触控事件，以进一步地辨认触控事件以及在触控感测面板上触控事件的位置，判断与辨认结果可进一步地提供给一电子装置的一处理器，以解读(interpret)触控事件，并且再根据触控事件来进行一个或多个操作。
56.根据本发明的一第一实施例，参考电压控制电路512可包含有开关560以及电阻570，其中开关560以及电阻570并联耦接于积分器电路511的第二输入节点与提供一参考电压的电压源vr之间。应注意的是，在本发明的某些实施例中，电压源vr可包含在参考电压控制电路中，以作为参考电压控制电路的一部分，并且本发明不限于任一个特定实现方法，此外，在本发明的某些实施例中，参考电压控制电路512可被设置于感测电路510的外部，并且可以是一共同(common)参考电压控制电路，其耦接于触控控制器中的所有感测电路以及可被所有感测电路所共享，并且本发明不限于任一个特定实现方法。
57.根据本发明一实施例，参考电压控制电路512可用以控制积分器电路511的第二输入节点所提供的电压，以使其偏压(bias)于该参考电压，在本实施例中，借由进一步地将积分器电路511的第二输入节点连接至保护走线550，可以利用耦合至保护走线550上的噪声来减少甚至抵消出现在感测信号中的噪声。
58.图6为依据本发明一实施例的电子装置的侧视图。在图6中，寄生电容c-self1代表触控感测面板610与显示面板的一层(layer)620(举例来说但不限于，显示面板的阴极层(cathode layer))之间的寄生电容，以及寄生电容c-self2代表保护走线601与显示面板的一层620之间以及保护走线602与显示面板的层620之间的寄生电容，其中保护走线601与保护走线602被设置在邻近于或环绕触控感测面板610。当产生噪声(例如当显示面板切换待显示的画面)时，噪声会通过寄生电容c-self1耦合至触控感测面板610，并且会通过寄生电容c-self2耦合至保护走线601与保护走线602，产生于触控感测面板上的噪声量以及产生于保护走线上的噪声量可能不同但相似，或大致上相同。在本实施例中，可以利用保护走线上的噪声来减少或甚至抵消感测信号中的噪声。
59.请回头参照图5，寄生电容c-self1以及寄生电容c-self2亦绘示于图5中，以阐明耦合至积分器电路511的第一输入节点的噪声亦会通过保护走线耦合至积分器电路511的第二输入节点。
60.根据本实施例，因应预充电控制信号pre_vr来改变或控制开关560的状态(例如被
关闭(closed)或被开启(opened))，信号处理电路530可用以产生预充电控制信号pre_vr，以控制开关560。在本发明的一实施例中，因应预充电控制信号pre_vr，开关560于一感测期间的起始阶段中的一预充电期间被关闭，以将保护走线550上的一电压充电至参考电压，当开关560被关闭时，保护走线550以及积分器电路511的第二输入节点皆连接至电压源vr(其提供参考电压)，在保护走线550上的电压以及在积分器电路511的第二输入节点的电压于预充电期间皆会被充电至参考电压。
61.在预充电期间之后(例如当预充电期间结束时)，开关560会被开启，当开关560被开启时，保护走线550以及积分器电路511的第二输入节点皆会与电压源vr断开连接，因此，当开关560被开启时，积分器电路511的第二输入节点仅会连接至保护走线550。
62.根据本发明的一实施例，设置在邻近于触控感测面板的保护走线原本可被设计为一浮接走线(floating trace)，在此浮接走线代表其没有连接至提供一预定电压的任一个电压源，因此，在浮接走线上的电压是浮动的。
63.在本实施例中，仅于开关560被关闭时，保护走线(例如保护走线550)会连接至一电压源(例如电压源vr；其提供一预定电压)，并且当开关560被开启时，保护走线会是一浮接走线。
64.当开关被开启时，保护走线550的电压是浮动的并且会随着感应噪声而变化，因此，在本实施例中，出现于保护走线中的噪声被提供至积分器电路511的第二输入节点，以抵消出现于感测信号中的噪声。
65.应注意的是，在本发明的某些实施例中，设置在邻近于触控感测面板的保护走线原本可能也会被设计成一非浮接走线(non-floating trace；其连接至或耦接至提供一预定电压的一电压源)，举例来说，设置在邻近于触控感测面板的保护走线原本可以被设计成连接或耦接至地(ground)的一非浮接走线，因此，在本发明的某些其它实施例中，当开关560被开启时，保护走线(例如保护走线550)会连接至提供另一预定电压的另一电压源(例如接地电压)。
66.图7为依据本发明一实施例的于感测期间的信号波形图。在图7中，标记为“tx”的信号是由传送驱动电路供应至一传送线上的驱动信号，标记为“rx”的信号是在感测节点上产生并且由感测电路(例如感测电路510)所接收的感测信号，标记为“pre_vr”的信号是预充电控制信号，标记为“guard_trace”的信号是在保护走线(例如保护走线550)上的电压信号，以及标记为“int_out”的信号是由感测电路所输出的信号。
67.如图7所示，因应预充电控制信号pre_vr在感测期间的初始阶段中的一预充电期间pre_charge内的一预定电压位准(例如一高电压位准)，开关被关闭以将保护走线上的一电压充电至参考电压(其由电压源vr所提供)，在预充电期间pre_charge之后，因应预充电控制信号pre_vr的另一预定电压位准(例如一低电压位准)，开关被开启。
68.在预充电期间pre_charge之后，保护走线550可以成为一浮接走线并且通过电阻570所提供以及连接至电压源vr的路径来维持保护走线550上的参考电压，当产生噪声时，由感测电路的第一输入节点所接收的出现于感测信号中的噪声也会出现于保护走线上的电压信号中，于此方法中，噪声可以被减少、抵消或排除，并且不会出现于感测信号所输出的积分后信号int_out中。
69.图8为依据本发明另一实施例的触控控制器800的方框图。触控控制器800可耦接
至一触控感测面板(未显示于图8中)，并且可用以检测触控感面板上的触控事件，触控控制器800可包含有多个感测电路(例如感测电路810)、模拟至数字转换器820(为简洁起见，在图8中标记为“adc”)以及信号处理电路830，感测电路810可包含有积分器电路811以及参考电压控制电路812，积分器电路811可包含有一第一输入节点(其耦接至感测节点，并且用以接收指示相对应的接收通道上的一电压或一电荷量)、一第二输入节点(其耦接至设置在邻近于触控感测面板的保护走线850)以及一输入节点(其用以输出积分后信号int_out)，应理解的是，由于图8所示的大部分元件相同或类似于图5所示的元件，为了简洁起见，在此不再详细描述。
70.根据本发明的一第二实施例，参考电压控制电路812可以仅包含有耦接于积分器电路811的第二输入节点与提供一参考电压的电压源vr之间的单一开关。
71.在本实施例中，因应预充电控制信号pre_vr在感测期间的初始阶段中预充电期间内的一预定电压位准，在参考电压控制电路812中的开关被关闭以将保护走线上的一电压充电至参考电压(其由电压源vr所提供)，在预充电期间之后，因应预充电控制信号pre_vr的另一预定电压位准，在参考电压控制电路812中的开关被开启。
72.在本实施例中，虽然没有电阻耦接于保护走线850与电压源vr之间，但是参考电压仍会通过电容c-self2而维持在保护走线上，在预充电期间之后，保护走线会成为一浮接走线，当产生噪声时，出现于由感测电路的第一输入节点所接收的感测信号中的噪声也会出现于保护走线上的电压信号，在此方法中，噪声可以被减少、抵消或排除并且不会出现于感测电路所输出的积分后信号int_out中。
73.在本发明的某些实施例中，所公开的触控感测面板的电路设计(其能够减少噪声干扰)，例如上述触控控制器500以及触控控制器800，可以被包含在触控感测装置(其另包含有设置在邻近于触控感测面板的一个或多个保护走线)中。在本发明的某些其它实施例中，所公开的触控感测面板的电路设计(其能够减少噪声干扰)，例如上述触控控制器500以及触控控制器800，可以被包含在触控感测模块(其另包含有触控感测面板以及设置在邻近于触控感测面板的一个或多个保护走线)中。借由引进上述触控控制器中的参考电压控制电路以及保护走线，可以利用耦合至保护走线上的噪声来减少甚至抵消出现于感测信号中的噪声，并且可以解决上述现有设计中的问题。
74.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。