专利名称：一种电容侦测电路的制作方法
技术领域：
本发明相关于一种电容侦测电路，尤指一种应用于触控式面板上且具自我修正侦测范围功能的电容侦测电路。
背景技术：
液晶显示器(liquid crystal display，LCD)具有轻薄短小的优点，已逐渐取代传统体积庞大的阴极射线管(cathode ray tube, CRT)显示器，而广泛地应用在各类型电子产品。随着电子产品的尺寸的微型化，产品上已无足够空间容纳如键盘或鼠标等传统输入装置，因此结合触控输入与显示功能的触控式面板(touch panel)是目前最热门的输入技术。触控式面板种类繁多，主要分为电阻式、电容式、超音波式以及红外线感测式等，其中电容式触控技术的运作原理是以人体或触控笔与触控面板接触时，利用一电容侦测电路来感测因静电结合所产生的电容变化以求出触碰位置。现有技术的电容侦测电路一般使用模拟电容侦测电路来侦测面板的感测电容 Csense，再利用一计数器来求出相对应的数字信号。感测电容Csense包含面板本身的杂散电容 Cpanel以及因触碰动作所造成的触碰电容CFINeEK。由于面板的体积一般会随着分辨率而增加， 其杂散电容CPAm也会变大，当手指触碰到面板时，所增加的触碰电容Cfiicek变化相对于整片面板的杂散电容CPAm来说，就会变得相当微不足道，也即CPAm >> CFINeHi。而操作环境中其它杂信号所造成的电容变化也往往远大于触碰电容Cfiicek的变化，因此现有技术的电容侦测电路并无法有效提升电容侦测的准确度。另一方面，为了增加触控准确度，一般会将电容的输入范围值设计在电容侦测电路的最佳线性区内。然而，湿度、温度、外部环境、制程或元件老化等因素都可能改变电容的输入范围值，若超过电容侦测电路的最佳线性区则会进入电路的非线性部分，使得分辨率大大的减低。

发明内容
本发明的目的在于提供一种电容侦测电路，旨在解决现有技术中存在的若超过电容侦测电路的最佳线性区则会进入电路的非线性部分，使得分辨率大大的减低的问题。本发明是这样实现的，一种电容侦测电路，所述电容侦测电路包括一模拟电容侦测电路，其依据一充电电流来侦测一面板的触碰电容，并将侦测到的电容值转换成一波宽调变控制信号；—波宽调变转数字电路，其依据一频率信号来将所述波宽调变控制信号转换为一量测计数值；以及一自我修正计数器，其依据所述量测计数值的范围和一预定侦测范围之间的差异来调整所述充电电流或所述频率信号，进而调整所述预定侦测范围以使其符合所述量测计数值的范围。在本发明中，本发明可依据电容输入值的变动来调整并更新电容侦测范围，让电容侦测范围维持在电路的最佳线性区间内，因此能提高触控式面板的准确度。


图Ia和图Ib为本发明实施例提供的电容侦测电路的示意图。图2为本发明实施例中模拟电容侦测电路的示意图。图3a和图北为本发明实施例中波宽调变转数字电路的示意图。图如和图4b为本发明实施例中波宽调变转数字电路运作时的示意图。图fe和图恥为本发明实施例中自我修正计数器的示意图。图6a 图6c为本发明实施例中自我修正计数器运作时的示意图。图7为本发明实施例中数字控制电流源的示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。请参考图Ia和图lb，图Ia为本发明第一实施例提供的中一电容侦测电路IOa的示意图，而图Ib为本发明第二实施例提供的电容侦测电路IOb的示意图。电容侦测电路 IOa包括一模拟电容侦测电路200、一波宽调变(pulse width modulation, PWM)转数字电路300a，以及一自我修正计数器(self-calibration counter) 500a ；电容侦测电路IOb包括一模拟电容侦测电路200、一波宽调变转数字电路300b，以及一自我修正计数器500b。电容侦测电路IOa和IOb皆利用模拟电容侦测电路200来侦测一面板20的感测电容Csense，并将侦测到的电容值转换成一波宽调变控制信号PWM。如前所述，感测电容Csense包括面板20 本身的杂散电容CPAm以及因触碰动作所造成的触碰电容CFI_。波宽调变转数字电路300a 和300b皆可将模拟电容侦测电路200传来的波宽调变控制信号PWM转换为一数字量测计数值Nsense，其结构和运作在说明书后续内容将会有详细描述。在本发明第一实施例的电容侦测电路IOa中，自我修正计数器500a包括一输入范围校正器400和一数字控制电流源700。依据量测计数值Nsense的值，输入范围校正器400 可输出对应于触碰动作的数字信号Dn至后级电路(例如一数字信号处理器)。同时，电容侦测电路IOa也能储存和判断电容侦测范围，并依此产生一相对应的范围转换比率K以调整数字控制电流源700输出的充电电流IM，进而调整整体波宽时间长度以提供最佳化的电容侦测范围。在本发明第二实施例的电容侦测电路IOb中，自我修正计数器500b包括一输入范围校正器400和一数字控制震荡器(digital controloscillator)8000依据量测计数值 Nsense的值，输入范围校正器400可输出对应于触碰动作的数字信号Dn至后级电路(例如一数字信号处理器)。同时，电容侦测电路IOb也能储存和判断电容侦测范围，并依此调整数字控制震荡器800输出的频率信号CK，进而调整整体取样频率以提供最佳化的电容侦测范围。请参考图2，图2为本发明实施例中模拟电容侦测电路200的示意图。模拟电容侦测电路200包括开关QNl QN3以及一比较器CMP。开关QNl依据比较器CMP所产生的波宽调变控制信号PWM来运作，而开关QN2和QN3分别依据频率信号SG2和SG3来运作，其
5中波宽调变控制信号PWM的责任周期(duty cycle)由一侦测电压Veamp来决定，而频率信号 SG2和SG3具相反相位。开关QNl QN3可为金氧半导体(metal-oxide-semiconductor， M0S)晶体管开关，或其它具类似功能的元件，图2的实施例以NMOS晶体管开关来做说明。 依据其控制端接收到的波宽调变控制信号PWM，开关QNl可选择性地将其第一端接收到充电电流Im传送到其第二端。开关QN2的第一端耦接至开关QNl的第二端，第二端耦接至面板20，可依据其控制端接收到的频率信号SG2来控制充电电流Im对面板20的充电路径。开关QN3的第一端耦接至面板20，第二端耦接至一负偏压VSS，可依据其控制端接收到的频率信号SG3来控制面板20的放电路径。比较器CMP在其第一输入端接收一参考电压Vkef，其第二输入端耦接于开关QNl的第二端，其输出端耦接于开关QNl的控制端。充电电流Im可由数字控制电流源700来提供，其值为可调整，如图Ia所示的电容侦测电路IOa;或者，充电电流Im可由一定电源来提供，其值为固定，如图Ib所示的电容侦测电路10b。当波宽调变控制信号PWM和频率信号SG2具高电位时，充电电流Im可通过导通的开关QNl和QN2来对面板20充电，侦测电压Vkamp的准位也随之提升。当侦测电压Vkamp 的值超过一参考电压Vkef时，比较器CMP输出的波宽调变控制信号PWM会由高电位切换至低电位，进而关闭开关QN1。接着，频率信号SG3会切换至高电位，面板20的电容内存能量可通过导通的开关QN3来放电至负偏压VSS。若以Tw来代表波宽调变控制信号PWM在一周期内具高电位的时间(也即开关QNl的导通时间)，面板20的充电过程可由下列公式来表不Im*T0N — Csense^Veef — (CFINGEE+CPANEL) *VREF也即T。N= (CFINGEE+CPANEL)/IM (1)请参考图3a和图3b，图3a为本发明第一实施例中波宽调变转数字电路300a的示意图，而图北为本发明第二实施例中波宽调变转数字电路300b的示意图。第一实施例的波宽调变转数字电路300a包括一相位调整单元310和一累加器320。相位调整单元310 可产生一具特定触发起始点和频率的频率信号CK。累加器320可接收模拟电容侦测电路200传来的波宽调变控制信号PWM，并在被频率信号CK触发时侦测波宽调变控制信号 PWM的值，若波宽调变控制信号PWM具高电位，累加器会将输出的量测计数值Nsense加1。第二实施例的波宽调变转数字电路300b包括一累加器320。累加器320可接收模拟电容侦测电路200传来的波宽调变控制信号PWM和自我修正计数器500b传来的频率信号CK，并在被频率信号CK触发时侦测波宽调变控制信号PWM的值，若波宽调变控制信号PWM具高电位， 累加器会将输出的量测计数值Nsense加1。请参考图如和图4b，图如为本发明第一实施例中波宽调变转数字电路300a运作时的示意图，而图4b为本发明第二实施例中波宽调变转数字电路300b运作时的示意图。 图如和图4b显示了侦测电压V—、波宽调变控制信号PWM和频率信号CK的波形，以及量测计数值Nsense的值。由于面板20本身无可避免地存在有寄生电容CPAm，即使在未发生触碰时，模拟电容侦测电路200输出的波宽调变控制信号PWM会对应至一基本计数值Nbaseune ； 在发生触碰时，模拟电容侦测电路200输出的波宽调变控制信号PWM会对应至一量测计数值Nsense。基本计数值Nbaseune和量测计数值Nsense如下所示
权利要求
1.一种电容侦测电路，其特征在于，所述电容侦测电路包括一模拟电容侦测电路，其依据一充电电流来侦测一面板的触碰电容，并将侦测到的电容值转换成一波宽调变控制信号；一波宽调变转数字电路，其依据一频率信号来将所述波宽调变控制信号转换为一量测计数值；以及一自我修正计数器，其依据所述量测计数值的范围和一预定侦测范围之间的差异来调整所述充电电流或所述频率信号，进而调整所述预定侦测范围以使其符合所述量测计数值的范围。
2.如权利要求1所述的电容侦测电路，其特征在于，所述模拟电容侦测电路包括 一第一开关，其依据所述波宽调变控制信号来运作，且包括一第一端，用来接收所述充电电流；一第二端；以及一控制端，用来接收所述波宽调变控制信号； 一第二开关，其依据一第一控制信号来运作，且包括 一第一端，耦接于所述第一开关的第二端；一第二端，耦接于所述面板以提供对应于所述触碰电容的一侦测电压；以及一控制端，用来接收所述第一控制信号；一第三开关，其依据一第二控制信号来运作，且包括一第一端，耦接于所述第二开关的第二端；一第二端，耦接于一负偏压；以及一控制端，用来接收所述第二控制信号，所述第一和第二控制信号彼此反相；以及一比较器，用来依据所述侦测电压和一参考电压的差值来产生所述波宽调变控制信号，所述比较器包括一第一输入端，用来接收所述参考电压；一第二输入端，耦接于所述第二开关的第一端；以及一输出端，耦接于所述第一开关的控制端，用来输出所述波宽调变控制信号。
3.如权利要求1所述的电容侦测电路，其特征在于，所述自我修正计数器包括一输入范围校正器，其依据所述量测计数值和所述预定范围之间的差异来产生一范围转换比率；以及一数字控制电流源，用来产生所述充电电流并依据所述范围转换比率来调整所述充电电流的值。
4.如权利要求3所述的电容侦测电路，其特征在于，所述输入范围校正器包括一减法器，用来将所述量测计数值减去对应于所述面板寄生电容的一基本计数值，进而提供一相对应的实际计数值；一最大值缓存器，用来储存对应于所述预定侦测范围上限的一最大计数值； 一最小值缓存器，用来储存对应于所述预定侦测范围下限的一最小计数值； 一比较器，用来比较所述实际计数值、所述最大计数值和所述最小计数值以判断所述量测计数值的范围和所述预定侦测范围之间的差异；以及一范围调整电路，用来在所述量测计数值的范围超出所述预定侦测范围时，通过输出所述范围转换比率以使所述数字控制电流源增加所述充电电流的值，或是在所述量测计数值小于所述预定范围时，通过输出所述范围转换比率以使所述数字控制电流源降低所述充电电流的值。
5.如权利要求4所述的电容侦测电路，其特征在于，所述输入范围校正器还包括 一计数器，用来控制所述范围调整电路的工作周期。
6.如权利要求3所述的电容侦测电路，其特征在于，所述波宽调变转数字电路包括 一相位调整单元，用来产生所述频率信号；以及一累加器，用来接收所述模拟电容侦测电路传来的所述波宽调变控制信号和所述相位调整单元传来的所述频率信号，在被所述频率信号触发时侦测所述波宽调变控制信号的值，并在所述波宽调变控制信号具一特定电位时增加所述量测计数值。
7.如权利要求1所述的电容侦测电路，其特征在于，所述波宽调变转数字电路包括 一累加器，用来接收所述模拟电容侦测电路传来的所述波宽调变控制信号和所述自我修正计数器传来的所述频率信号，在被所述频率信号触发时侦测所述波宽调变控制信号的值，并在所述波宽调变控制信号具一特定电位时增加所述量测计数值。
8.如权利要求1所述的电容侦测电路，其特征在于，所述自我修正计数器包括一输入范围校正器，其依据所述量测计数值和所述预定范围之间的差异来产生一范围转换比率；以及一数字控制震荡器，其依据所述范围转换比率来产生所述频率信号并调整所述频率信号的频率。
9.如权利要求8所述的电容侦测电路，其特征在于，所述输入范围校正器包括一减法器，用来将所述量测计数值减去对应于所述面板寄生电容的一基本计数值，进而提供一相对应的实际计数值；一最大值缓存器，用来储存对应于所述预定侦测范围上限的一最大计数值； 一最小值缓存器，用来储存对应于所述预定侦测范围下限的一最小计数值； 一比较器，用来比较所述实际计数值、所述最大计数值和所述最小计数值以判断所述量测计数值的范围和所述预定侦测范围之间的差异；以及一范围调整电路，用来在所述量测计数值的范围超出所述预定侦测范围时，通过输出所述范围转换比率以使所述数字控制震荡器降低所述频率信号的触发频率，或是在所述量测计数值小于所述预定范围时，通过输出所述范围转换比率以使所述数字控制震荡器提高所述频率信号的触发频率。
10.如权利要求9所述的电容侦测电路，其特征在于，所述输入范围校正器还包括 一计数器，用来控制所述范围调整电路的工作周期。
全文摘要
本发明提供了一种电容侦测电路，所述电容侦测电路包括一模拟电容侦测电路，其依据一充电电流来侦测一面板的触碰电容，并将侦测到的电容值转换成一波宽调变控制信号；一波宽调变转数字电路，其依据一频率信号来将所述波宽调变控制信号转换为一量测计数值；以及一自我修正计数器，其依据所述量测计数值的范围和一预定侦测范围之间的差异来调整所述充电电流或所述频率信号，进而调整所述预定侦测范围以使其符合所述量测计数值的范围。本发明能提高触控式面板的准确度。
文档编号G01R27/26GK102207802SQ201010138369
公开日2011年10月5日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者刘家麟, 李怀安, 王士伟, 莫启能, 陈契霖, 陈智崇, 陈科宏 申请人:中华映管股份有限公司, 深圳华映显示科技有限公司