觸摸面板控制器、集成電路、觸摸面板系統和電子設備的製作方法

2023-11-05 06:59:52

觸摸面板控制器、集成電路、觸摸面板系統和電子設備的製作方法
【專利摘要】觸摸面板控制器(3)包括驅動部(4)、差動放大器(5)、可變積分電容(Cint1、Cint2)和控制可變積分電容(Cint1、Cint2)以校正靜電電容(C31～C34、C41～C44)的線依賴性的電容控制部(6)。
【專利說明】觸摸面板控制器、集成電路、觸摸面板系統和電子設備

【技術領域】
[0001]本發明涉及並行驅動多個驅動線、對呈矩陣狀構成的靜電電容的電容值進行推定或檢測的觸摸面板控制器以及使用它的集成電路、觸摸面板系統和電子設備。

【背景技術】
[0002]在專利文獻I中公開有對呈矩陣狀分布的靜電電容值進行檢測的裝置，例如對在M個驅動線和L個讀出線之間形成的靜電電容矩陣(行列)的靜電電容值的分布進行檢測的電容檢測裝置。該電容檢測裝置在以手指或筆觸碰觸摸面板時，被觸碰的靜電電容的電容值會發生變化，因此檢測出電容值的變化，從而檢測手指或筆的觸摸。
[0003]圖16是表示現有的觸摸面板系統91的結構的示意圖。圖17是用於說明觸摸面板系統91的驅動方法的圖。觸摸面板系統91包括觸摸面板92。觸摸面板92具有驅動線DLl?DL4、讀出線SLl?SL4和配置在驅動線DLl?DL4與讀出線SLl?SL4交叉的位置的靜電電容Cll?C44。
[0004]在觸摸面板系統91設置有驅動部94。驅動部94根據圖17的式3所不的4行4列的編碼序列來驅動驅動線DLl?DL4。如果編碼矩陣的要素為「1」，則驅動部94施加電壓Vdrive，如果要素為「O」則施加零伏。
[0005]觸摸面板系統91具有配置在分別與讀出線SLl?SL4對應的位置的四個放大器98。放大器98接收沿被驅動部94驅動的讀出線設置的靜電電容的線性和Y1、Y2、Y3、Y4而進行放大。
[0006]例如，在基於上述4行4列的編碼序列進行的4次驅動中最初的驅動中，驅動部94對驅動線DLl施加電壓Vdrive，對其餘的驅動線DL2?DL4施加零伏。這樣，例如從放大器98輸出來自與以圖17的式I表示的靜電電容C31對應的讀出線SL3的測定值Yl。
[0007]之後，在第二次驅動中，對驅動線DL2施加電壓Vdrive，對其餘的驅動線DL1、DL3、DL4施加零伏。這樣，從放大器98輸出來自與以圖17的式2表示的靜電電容C32對應的讀出線SL3的測定值Y2。
[0008]接著，在第三次驅動中，對驅動線DL3施加電壓Vdrive，對其餘的驅動線施加零伏。之後，在第四次驅動中，對驅動線DL4施加電壓Vdrive，對其餘的驅動線施加零伏。
[0009]這樣，如圖17的式3和式4所示，測定值Y1、Y2、Y3、Y4自身分別與靜電電容值Cl、C2、C3、C4相關聯。另外，在圖17的式3?式4，為了簡化書寫，對測定值Yl?Y4省略記載係數(-Vdrive/Cint)。
[0010]現有技術文獻
[0011]專利文獻
[0012]專利文獻1:日本公開專利公報「專利第4387773號說明書(2005年6月16日公開)，，


【發明內容】

[0013]發明所要解決的問題
[0014]但是，在上述圖16和圖17所示的結構中，利用一次測定只能取得與一個驅動線交叉的電容數據，因此噪聲成分變大，為了正確地檢測靜電電容的電容變化，需要重複多次進行同樣的傳感動作並進行平均化處理，存在難以提高處理速度的問題。
[0015]本發明的目的在於，提供能夠利用更少的傳感動作正確地檢測靜電電容的電容變化的觸摸面板控制器以及將該觸摸面板控制器集成而得到的集成電路、觸摸面板裝置和電子設備。
[0016]用於解決問題的方式
[0017]為了解決上述問題，本發明的觸摸面板控制器的特徵在於，包括:驅動部，其對於分別形成在M個驅動線與一個讀出線之間的多個第一靜電電容、以及分別形成在上述M個驅動線與和上述一個讀出線相鄰的另一個讀出線之間的多個第二靜電電容，驅動上述M個驅動線，使來自上述多個第一靜電電容的第一線性和輸出從上述一個讀出線輸出，使來自上述多個第二靜電電容的第二線性和輸出從上述另一個讀出線輸出；和將上述第一線性和輸出與上述第二線性和輸出之差放大的差動放大器，上述差動放大器具有:接收上述第一線性和輸出的非反轉輸入端子；與上述非反轉輸入端子對應的第一輸出端子；接收上述第二線性和輸出的反轉輸入端子；和與上述反轉輸入端子對應的第二輸出端子，該觸摸面板控制器還包括:與上述非反轉輸入端子和上述第一輸出端子連接的第一可變積分電容；與上述反轉輸入端子和上述第二輸出端子連接的第二可變積分電容；和控制單元，其控制上述第一可變積分電容和上述第二可變積分電容中的至少一方的值，以校正上述第一和上述第二靜電電容的線依賴性。
[0018]本發明的集成電路的特徵在於:集成有本發明的觸摸面板控制器。
[0019]本發明的觸摸面板系統的特徵在於:安裝有本發明的觸摸面板控制器。
[0020]本發明的電子設備的特徵在於:安裝有本發明的觸摸面板控制器。
[0021]發明的效果
[0022]本發明的觸摸面板控制器控制上述第一可變積分電容和上述第二可變積分電容中的至少一個可變積分電容的值，以校正上述第一靜電電容和上述第二靜電電容的線依賴性。因此，即使由於製造工藝的影響，製造成依賴於線路而不同的電容值，也能夠正確地檢測被觸摸的第一靜電電容和第二靜電電容的電容變化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是表示成為實施方式的前提的觸摸面板系統的結構的示意圖。
[0024]圖2是用於利用正交編碼序列驅動上述觸摸面板系統而推定電容的數學式的圖。
[0025]圖3是用於說明利用正交編碼序列進行的全驅動線驅動有利的理由的圖，(a)表示用於利用正交編碼序列驅動而推定電容的數學式，(b)表示用於驅動一個驅動線求取電容的數學式。
[0026]圖4是用於說明利用正交編碼序列的全驅動線驅動有利的理由的圖。
[0027]圖5是用於說明利用正交編碼序列的全驅動線驅動有利的理由的圖。
[0028]圖6是表示成為實施方式的前提的另一觸摸面板系統的結構的示意圖。
[0029]圖7是用於說明上述觸摸面板系統的問題的圖表。
[0030]圖8是表示成為實施方式的前提的另一觸摸面板系統的結構的示意圖。
[0031]圖9是表示實施方式I的觸摸面板系統的結構的示意圖。
[0032]圖10是表不用於驅動上述觸摸面板系統的M序列編碼的圖。
[0033]圖11是表示利用上述M序列編碼驅動的情況下用於解碼的解碼矩陣的圖。
[0034]圖12是表示取測定值與上述解碼矩陣的內積的結果的圖。
[0035]圖13是表示實施方式2和3的觸摸面板系統的結構的示意圖。
[0036]圖14是表示實施方式4的觸摸面板系統的結構的示意圖。
[0037]圖15是表示實施方式5的電子設備的結構的框圖。
[0038]圖16是表示現有的觸摸面板系統的額結構的示意圖。
[0039]圖17是用於說明上述觸摸面板系統的驅動方法的圖。

【具體實施方式】
[0040]本申請的 申請人:在之前申請的專利申請I (日本專利申請申請號特願2011-022022號，申請日:平成23年2月9日(2011.02.09)，優先日:平成22年11月12日(2010.11.12)中提案有將多個驅動線並行驅動而推動電容的觸摸面板系統，本實施方式以該提案的觸摸面板系統為前提。此外，在之前申請的專利申請2(日本專利申請申請號特願2011-130604號，申請日:平成23年6月10日(2011.06.10)，「夕子八木卟- >卜口一9J: t/ C Λ f用P &電子機器(觸摸面板控制器和使用它的電子設備)中、提案有具有對讀出線-驅動線間的電容差進行校正的校正單元的觸摸面板系統，本實施方式以該提案的觸摸面板系統為前提。
[0041]由此，首先作為本實施方式的前提對上述之前申請的專利申請I和2中提案的觸摸面板系統進行說明，之後對本實施方式的各種觸摸面板系統進行說明。
[0042](本實施方式的前提)
[0043](利用正交編碼序列進行的驅動)
[0044]圖1是表示成為實施方式的前提的觸摸面板系統51的結構的示意圖。圖2是表示用於利用正交編碼序列驅動觸摸面板系統51而推定電容的數學式的圖。觸摸面板系統51包括觸摸面板52和觸摸面板控制器53。觸摸面板52具有驅動線DLl?DL4和讀出線SLl?SL4、配置在驅動線DLl?DL4與讀出線SLl?SL4交差的位置的靜電電容Cll?C44。
[0045]在觸摸面板控制器53設置有驅動部54。驅動部54基於圖2的式7所示的4行4列正交編碼序列來驅動驅動線DLl?DL4。正交編碼序列的要素為「I」和「-1」的任一個。如果要素為「 I 」，則驅動部54施加電壓Vdrive，如果要素為「_1 」，則施加-Vdrive。此處，電壓Vdrive既可以為電源電壓，也可以為電源電壓以外的電壓。
[0046]在本說明書中，「正交編碼序列」是指編碼長度N的編碼序列di = (dil、di2、......、
diN) (i = 1、......、M)滿足下述所示的條件。
[0047][數學式I]

N
d1.dk = Vc/// X dkj
[0048]7=1

=Nx Sik
[0049]此處，
[0050]δ ik = I if i = k
[0051]δ ik = 0 if i 古 k。
[0052]作為「正交編碼序列」的例子，能夠列舉利用西爾維斯特(sylvester)法生成的哈達瑪(Hadamard)矩陣。
[0053]利用西爾維斯特法生成的哈達瑪矩陣中，作為基本的結構製作2行X2列的基本單位。該基本單位的右上、左上和左下的比特(bit，位)相同，右下為它們的比特反轉。
[0054]接著，將上述2X2的基本要素在右上、左上、右下和左下作為塊合成四個，製作4行X 4列的比特排列的編碼。此處，與2 X 2的基本單位的製作同樣地，右下的塊成為比特反轉。按同樣的方法生成8行X8列、16行X 16列的比特排列的編碼。這些行列滿足上述本發明的「正交編碼序列」的定義。圖2所示的4行X4列的正交編碼序列是利用西爾維斯特法生成的4行X4列哈達瑪矩陣。
[0055]此處，哈達瑪(Hadamard)矩陣是指，要素為I或_1中的任一個且各行彼此正交的方陣。即，哈達瑪矩陣的任意的兩個行表示彼此垂直的矢量(vector)。
[0056]本發明的「正交編碼序列」能夠使用從M次的哈達瑪矩陣任意地取出N行而生成的矩陣(此處，NSM)。如以下所述，在本發明中也能夠應用利用西爾維斯特法以外的方法生成的哈達瑪矩陣。
[0057]利用西爾維斯特法生成的N次哈達瑪矩陣為M = 2的乘方，但是如果M為4的倍數，則存在哈達瑪矩陣存在的預測，例如，M = 12時和M = 20時存在哈達瑪矩陣。這些利用西爾維斯特法以外的方法生成的哈達瑪矩陣也能夠作為本實施方式的正交編碼序列使用。
[0058]觸摸面板系統51具有配置在與讀出線SLl?SL4分別對應的位置的四個放大器55。放大器55接收由驅動部54驅動的靜電電容的沿著讀出線的線性和Yl、Y2、Y3、Y4而進行放大。
[0059]例如，在利用上述4行X 4列的正交編碼序列進行的四次驅動中最初的驅動中，驅動部54對所有的驅動線DLl?DL4施加電壓Vdrive。這樣，例如從放大器55輸出來自以下述的式5表示的讀出線SL3的測定值Yl。而且，在第二次的驅動中，對驅動線DLl和DL3施加電壓Vdrive，對其餘的驅動線DL2和DL4施加-Vdrive。這樣，從放大器55輸出來自以下述的式6表示的讀出線SL3的測定值Y2。
[0060][數學式2]
[0061]第一矢量
r I — (C31 + C32 + C33 + C34 )Vdrive
[0062]~~3Al-..?(式 5)


Cjnt
[0063]第二矢量
一 (C31 一 C32 + C33 — C54 ^jVdrive
[0064]—-^-~r~—-..?(式 6)
[0065]接著，在第三次的驅動中，對驅動線DLl和DL2施加電壓Vdrive，對其餘的驅動線DL3和DL4施加-Vdrive。這樣，從放大器55輸出來自讀出線SL3的測定值Y3。之後，在第四次的驅動中，對驅動線DLl和DL4施加電壓Vdrive，對其餘的驅動線DL2和DL3施加-Vdrive。這樣，從放大器55輸出來自讀出線SL3的測定值Y4。
[0066]此處，圖1所示的靜電電容C31?C34在圖2的式7?式9中為了便於說明而有Cl?C4表示。此外，在圖2和圖3(a)的式7?式9、圖3(b)的式10和式11中，為了簡化書寫，對測定值Yl?Y4省略係數(-Vdrive/Cint)地進行記載。
[0067]之後，通過如圖2的式8所示那樣取測定值Y1、Y2、Y3、Y4與正交編碼序列的內積，能夠如式9所示那樣推定靜電電容Cl?C4。
[0068](利用正交編碼序列進行的驅動有利的理由)
[0069]圖3是用於說明利用正交編碼序列進行的驅動線驅動有利的理由的圖，(a)是表示用於利用正交編碼序列進行驅動而推定電容的數學式，(b)表示用於按每驅動線進行驅動而求取電容的數學式。圖4和圖5是用於說明利用正交編碼序列進行的所有驅動線驅動有利的理由的圖。
[0070]為了簡化說明，考慮不使用差動放大器檢測電容差而按各個讀出線配置放大器的單模的動作。如圖4所示，例如在靜電電容Cl = 2.0pF、C2 = 1.9pF、C3 = 2.2pF、C4 = 2.1pF的情況下，在上述利用圖3、圖4說明的現有的按每一個驅動線、以Vdrive [V]進行驅動的方式中，線性和輸出的測定值Yl?Y4如式12所示那樣成為1.9?2.2p/Cint X Vdrive。
[0071]另一方面，在使用上述利用圖1、圖2說明的正交編碼序列驅動所有驅動線的方式中，如式13所示，線性和輸出的測定值Yl成為-8.2p/Cint X Vdrive，測定值Y2?Y4成為+0.4 ?-0.2p/CintXVdrive。
[0072]關於測定值Y2?Y4，利用正交編碼序列的驅動方式的信號成分更小。因為正交編碼序列的因素全部為「I」的測定值Yl的輸出變大，所以需要取大的動態範圍，但是如果以利用差動放大器抽出電容差的方式構成，則測定值Yl的輸出應該不變大。
[0073]如果假定圖5的式14所示的噪聲Noisel?Noise4沒有關係，但是如式16和式17所示，利用正交編碼序列的全驅動線驅動方式在噪聲方面比按每一個線驅動的方式有利。這樣，利用正交編碼序列的全驅動線驅動方式在SN比(噪聲)方面有利被認為是因為:利用一次測定取得與多個驅動線交叉的靜電電容的數據，取得與編碼長度相應的數據，因此如果考慮內積運算之後的SN比，則噪聲成分變小。此外，當令編碼長度為L時，SN比僅有利L1/2的量，在將利用正交編碼序列的全驅動線驅動方式應用於大型面板時特別有利。
[0074]此外，當採用利用差動放大器抽出電容差的差動結構時，因為僅抽出靜電電容的差成分，所以例如在令靜電電容成分為2pF、假定電容變化為10%時，僅抽出0.2pF，因此不輸出絕對電容成分。因此，能夠相對地使積分電容變小(使增益變大)，能夠緩和對AD轉換器的要求規格。
[0075](成為實施方式的前提的其它觸摸面板系統61的結構)
[0076]圖6是表示成為實施方式的前提的其它觸摸面板系統61的結構的示意圖。圖7是用於說明觸摸面板系統61的問題的圖表。對上述參照圖1說明的構成要素相同的構成要素標註相同的參照附圖標記。不重複進行這些構成要素的信息的說明。
[0077]觸摸面板系統61具有觸摸面板52和觸摸面板控制器63。觸摸面板控制器63具有差動放大器65。差動放大器65將從彼此相鄰的驅動線輸出的線性和輸出之差放大。在差動放大器65設置有分別與彼此相鄰的讀出線對應的一對積分電容Cint。在圖6中，為了便於說明，僅表示與讀出線SL3、SL4結合的差動放大器65。驅動部54與圖1所示的驅動部54 —樣根據圖2所示的4行X4列利用西爾維斯特法產生的哈達瑪矩陣來驅動驅動線DLl ~DL4。
[0078](對本申請發明的問題的注目)
[0079]專利申請2的發明人發現了這樣的問題:當利用上述結構驅動驅動線DLl~DL4時，如圖7所示，在將驅動線DLl~DL4全部以Vdrive驅動的上述哈達瑪矩陣的第一次驅動時的期間Tl，差動放大器65的輸出與第二次以後的驅動時的期間相比異常地變大而超過範圍。
[0080]在圖6所示的觸摸面板系統61的結構中，在通過利用上述西爾維斯特法生成的哈達瑪矩陣的正交編碼序列來進行的四次驅動中的最初的驅動中，驅動部54對所有的驅動線DLl~DL4施加電壓Vdrive。這樣，從與讀出線SL3、SL4結合的差動放大器65輸出以下述的式18表示的線性和輸出。而且，在第二次的驅動中，對驅動線DLl和DL3施加電壓Vdrive，對其餘的驅動線DL2和DL4施加-Vdrive。這樣，從差動放大器65輸出以下述的式19表示的線性和輸出。
[0081][數學式3]
[0082]第一矩陣

【權利要求】
1.一種觸摸面板控制器，其特徵在於，包括: 驅動部，其對於分別形成在M個驅動線與一個讀出線之間的多個第一靜電電容、以及分別形成在所述M個驅動線與和所述一個讀出線相鄰的另一個讀出線之間的多個第二靜電電容，驅動所述M個驅動線，使來自所述多個第一靜電電容的第一線性和輸出從所述一個讀出線輸出，使來自所述多個第二靜電電容的第二線性和輸出從所述另一個讀出線輸出；和 將所述第一線性和輸出與所述第二線性和輸出之差放大的差動放大器， 所述差動放大器具有:接收所述第一線性和輸出的非反轉輸入端子；與所述非反轉輸入端子對應的第一輸出端子；接收所述第二線性和輸出的反轉輸入端子；和與所述反轉輸入端子對應的第二輸出端子， 該觸摸面板控制器還包括: 與所述非反轉輸入端子和所述第一輸出端子連接的第一可變積分電容； 與所述反轉輸入端子和所述第二輸出端子連接的第二可變積分電容；和控制單元，其控制所述第一可變積分電容和所述第二可變積分電容中的至少一方的值，以校正所述第一靜電電容和所述第二靜電電容的線依賴性。
2.如權利要求1所述的觸摸面板控制器，其特徵在於: 所述驅動部基於規定的編碼序列驅動所述M個驅動線， 所述觸摸面板控制器還包括: 推定單元，其通過由所述差動放大器放大後的所述第一線性和輸出與所述第二線性和輸出之差和所述編碼序列的內積運算，推定所述多個第一靜電電容和所述多個第二靜電電容的值；和 校正單元，其基於由所述控制單元控制後的第二可變積分電容的值，校正由所述推定單元推定出的所述多個第二靜電電容的值。
3.如權利要求2所述的觸摸面板控制器，其特徵在於: 所述校正單元校正所述第二靜電電容的值，以消除由所述控制單元控制後的第二可變積分電容的值的變化。
4.如權利要求1所述的觸摸面板控制器，其特徵在於: 還包括校準單元，該校準單元基於所述差動放大器的輸出信號控制所述第一可變積分電容和所述第二可變積分電容中的至少一方的值。
5.如權利要求4所述的觸摸面板控制器，其特徵在於: 所述校準單元在不存在對所述第一靜電電容和所述第二靜電電容的觸摸輸入的期間，控制所述第一可變積分電容和所述第二可變積分電容中的至少一方的值，使得所述差動放大器的輸出信號接近零。
6.如權利要求4所述的觸摸面板控制器，其特徵在於: 所述校準單元按每規定的時間間隔控制所述第一可變積分電容和所述第二可變積分電容中的至少一方的值， 所述校準單元的所述時間間隔比對所述第一靜電電容和所述第二靜電電容的觸摸輸入的持續時間長。
7.如權利要求4所述的觸摸面板控制器，其特徵在於: 所述驅動部基於包含第一矢量和第二矢量的編碼序列來驅動所述M個驅動線， 所述校準單元在校準動作時生成第一控制信號和第二控制信號，其中，所述第一控制信號用於控制所述第一可變積分電容和所述第二可變積分電容中的至少一方的值，使得與基於所述第一矢量進行的驅動對應的差動放大器的輸出信號接近零，所述第二控制信號用於控制所述第一可變積分電容和所述第二可變積分電容中的至少一方的值，使得與基於所述第二矢量進行的驅動對應的差動放大器的輸出信號接近零， 所述觸摸面板控制器還包括存儲由所述校準單元生成的第一控制信號和第二控制信號的存儲單元， 所述控制單元，在基於所述第一矢量驅動所述驅動線時，基於存儲在所述存儲單元的第一控制信號來控制所述第一可變積分電容和所述第二可變積分電容中的至少一方的值，在基於所述第二矢量驅動所述驅動線時，基於存儲在所述存儲單元的第二控制信號來控制所述第一可變積分電容和所述第二可變積分電容中的至少一方的值。
8.一種集成電路，其特徵在於: 集成有權利要求1所述的觸摸面板控制器。
9.一種觸摸面板系統，其特徵在於: 安裝有權利要求1所述的觸摸面板控制器。
10.一種電子設備，其特徵在於: 安裝有權利要求1所述的觸摸面板控制器。
【文檔編號】G06F3/044GK104205026SQ201380018448
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年4月2日 優先權日:2012年4月4日
【發明者】金澤雄亮, 藤本義久 申請人:夏普株式會社