通过将传输线中的阻抗改变特征化而确定的触摸感测

摘要

本发明涉及一种触摸面板或屏幕，其具有制造在例如印刷电路板、LCD、等离子体或LED屏幕等衬底上的蛇形传输线，且具有恒定阻抗。对所述触摸面板的触摸将导致所述传输线在所述触摸的位置处的阻抗改变。使用时域反射仪TDR来通过在多个脉冲的来源处准确测量返回脉冲时间及随后将所述返回脉冲时间转换为所述触摸面板或屏幕的X‑Y坐标而确定所述传输线的所述阻抗改变的位置。

权利要求

1.一种用于感测对衬底的触摸并确定其位置区域的方法，所述方法包括下列步骤：a)提供取样时间参考值；

b)将定时电容器上的任何电压电荷放电到大体零伏；

c)将具有电压振幅的脉冲发送到制造在包括多个触摸位置区域的衬底上的蛇形传输线的第一端；

d)用恒定电流源给所述定时电容器充电；

e)将所述取样时间参考值转换为取样时间参考电压；

f)将所述取样时间参考电压与所述定时电容器上的电压电荷进行比较，其中如果所述取样时间参考电压与所述定时电容器上的所述电压电荷大体上相等，那么存储所述取样时间参考值及所述蛇形传输线的所述第一端处的电压的样本，随后转到步骤h)，及如果所述取样时间参考电压与所述定时电容器上的所述电压电荷不大体上相等，那么转到步骤g)g)确定所述脉冲是否已结束，其中

如果所述脉冲已结束，那么返回到步骤a)，及

如果所述脉冲尚未结束，那么返回到步骤f)；

h)确定所述蛇形传输线的所述第一端上的电压样本是否小于所述脉冲的所述电压振幅，其中如果不小于所述脉冲的所述电压振幅，那么返回到步骤a)，及如果小于所述脉冲的所述电压振幅，那么转到步骤i)；及i)将所述所存储的取样时间参考值转换为所述衬底上的位置区域，随后返回到步骤a)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供取样时间参考值的步骤包括：在每次所述脉冲结束时增加所述取样时间参考值的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供取样时间参考值的步骤包括：在每次新脉冲开始时增加所述取样时间参考值的步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括下列步骤：于在所述蛇形传输线的所述第一端处断言一个脉冲与随后在所述蛇形传输线的第二端处断言后续脉冲之间交替；及当在所述第一端处断言所述脉冲时，存储来自所述蛇形传输线的所述第一端的所述电压样本，及当在所述第二端处断言所述后续脉冲时，存储来自所述蛇形传输线的所述第二端的后续电压样本。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述将所述取样时间参考电压与所述定时电容器上的所述电压电荷进行比较的步骤包括：使用电压比较器的步骤。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定所述蛇形传输线的所述第一端处的所述电压样本是否小于所述脉冲的所述电压振幅的步骤包括下列步骤：用模/数转换器ADC将所述第一端处的所存储的电压的样本转换为数字值；及用数字比较器将所述数字值与数字参考值进行比较。

7.根据权利要求1所述的方法，其中将所述所存储的取样时间参考值转换为所述衬底上已被触摸的位置区域的步骤包括：用具有多个取样时间参考值及其对应位置区域的查找表检索对应于所述所存储的取样时间参考值的所述位置区域的步骤。

8.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括将对应于来自所述第一端的所述电压样本的位置区域与对应于来自所述第二端的所述后续电压样本的位置区域平均化以改进所述衬底上被触摸的位置区域的分辨率的步骤。

9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括下列步骤：将已被触摸的多个位置区域存储在存储器中；及

从所述存储器中所存储的所述多个位置区域计算出邻近位置区域的高斯概率分布。

10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括下列步骤：将已被触摸的多个位置区域存储在存储器中；及

将来自所述存储器中所存储的所述多个位置区域的已被触摸的位置区域平均化。

11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括下列步骤：将已被触摸的多个位置区域存储在存储器中；及

从所述存储器中所存储的所述多个位置区域确定改变位置区域的方向及速度。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底为包括印刷电路板的触摸面板，所述印刷电路板在其前印刷电路侧上具有所述蛇形传输线，且后印刷电路侧覆盖有电导体。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底为包括透光绝缘材料的触摸屏幕，所述透光绝缘材料具有上面具有所述蛇形传输线的前侧及覆盖有透光电导体的后侧。

14.一种用于感测对衬底的触摸并确定其位置区域的设备，其包括：充电时间测量单元CTMU，其包括定时电容器及恒定电流源；

取样时间参考源，其提供取样时间参考值；

数/模转换器DAC，其将所述取样时间参考值转换为取样时间参考电压；

电压比较器，其具有耦合到所述DAC的输出的第一输入及耦合到所述CTMU的所述定时电容器的第二输入；

蛇形传输线，其制造在包括多个触摸位置区域的衬底上，所述蛇形传输线具有第一端及第二端，及耦合到所述第一端和第一电阻器的第一电压感测节点；

脉冲产生器，其用于产生脉冲且经配置为经由所述第一电阻器将所述脉冲馈入所述蛇形传输线的所述第一端，所述脉冲具有电压振幅；

取样与保持电路，其具有耦合到所述第一电压感测节点的输入及耦合到所述电压比较器的输出的取样控制输入；

模/数转换器ADC，其具有耦合到所述取样与保持电路的输出的输入；及具有存储器的数字处理器，所述数字处理器耦合到所述ADC的输出；

其中当来自所述脉冲产生器的脉冲经由所述第一电阻器在所述蛇形传输线的所述第一端上断言时，所述恒定电流源耦合到所述定时电容器并开始给所述定时电容器充电；

其中

当所述定时电容器上的电压电荷等于来自所述取样时间参考源的所述取样时间参考电压时，所述电压比较器致使所述取样与保持电路对所述蛇形传输线的所述第一电压感测节点上的电压进行取样及保持；

其中如果所述蛇形传输线的所述第一电压感测节点上取得的电压样本小于参考电压，那么所述数字处理器将所述取样时间参考值转换为所述衬底的位置区域。

15.根据权利要求14所述的设备，其中所述蛇形传输线的第二端端接有第二电阻器。

16.根据权利要求14所述的设备，其中所述蛇形传输线的第二端未端接。

17.根据权利要求14所述的设备，其进一步包括：多路复用器，其具有耦合到所述第一电压感测节点的第一输入、耦合到第二电压感测节点的第二输入及耦合到所述取样与保持电路的所述输入的输出。

18.根据权利要求14所述的设备，其中所述数字处理器包括微控制器。

19.根据权利要求14所述的设备，其中所述衬底为包括印刷电路板的触摸面板，所述印刷电路板在其前印刷电路侧上具有所述蛇形传输线，且后印刷电路侧覆盖有电导体。

20.根据权利要求14所述的设备，其中所述衬底为包括透光绝缘材料的触摸屏幕，所述透光绝缘材料具有上面具有所述蛇形传输线的前侧及覆盖有透光且导电材料的后侧。

21.根据权利要求20所述的设备，其中所述透光且导电材料为氧化铟锡ITO。

22.根据权利要求20所述的设备，其进一步包括图形显示器，所述触摸屏幕位于所述图形显示器与视域之间。

说明书

通过将传输线中的阻抗改变特征化而确定的触摸感测

[0001] 相关专利申请案

[0002] 本申请案主张2011年4月21日申请的詹姆斯·S·巴特林(James S.Bartling)及丹尼斯·P·雷曼(Dennis P.Lehman)共同拥有的标题为“通过将传输线中的阻抗改变特征化而确定的触摸感测(Touch Sense Determined by Characterizing Impedance Changes in a Transmission Line)”的第61/477,952号美国临时专利申请案的优先权；为了所有目的，所述临时专利申请案特此以引用的方式并入本文中。

技术领域

[0003] 本发明涉及触摸感测面板及屏幕，且更特定来说，涉及通过将制造在触摸感测面板或屏幕上的传输线的阻抗改变特征化而感测触摸感测面板或屏幕上被触摸的位置。

背景技术

[0004] 触摸感测面板及屏幕用于许多应用中供用户与消费型器具、商业及工业控制面板等介接。布置为矩阵的多个触摸传感器(例如，电容性、电感性、电阻性传感器)可各自通过将物体(例如手指)放置在触摸传感器矩阵的特定区域上方而个别地致动。布置为矩阵的所述多个触摸传感器中的每一者具有经界定的激活区域，且一旦触摸传感器矩阵经设计，其设计布局就不可能改变。此外，面板及其支持电子装置中的触摸传感器的矩阵的制造可能是复杂且昂贵的。

发明内容

[0005] 因此，需要具有设计与实施方案皆灵活且制造成本低的触摸面板或屏幕。

[0006] 根据一实施例，一种用于感测对衬底的触摸并确定其位置区域的方法可包括下列步骤：a)提供取样时间参考值；b)使定时电容器上的任何电压电荷放电到实质零伏；c)将具有电压振幅的脉冲发送到制造在包括多个触摸位置区域的衬底上的蛇形传输线的第一端；d)用恒定电流源为定时电容器充电；e)将取样时间参考值转换为取样时间参考电压；f)将取样时间参考电压与定时电容器上的电压电荷进行比较，其中如果取样时间参考电压与定时电容器上的电压电荷实质相等，那么存储取样时间参考值及蛇形传输线的第一端处的电压的样本，随后进入步骤h)，且如果取样时间参考电压与定时电容器上的电压电荷不实质相等，那么进入步骤g)；g)确定脉冲是否已结束，其中如果脉冲已结束，那么返回到步骤a)，且如果脉冲尚未结束，那么返回到步骤f)；h)确定蛇形传输线的第一端处的电压样本是否小于脉冲的电压振幅，其中如果不小于脉冲的电压振幅，那么返回到步骤a)，且如果小于脉冲的电压振幅，那么进入步骤i)；及i)将所存储的取样时间参考值转换为衬底上的位置区域，随后返回到步骤a)。

[0007] 根据所述方法的又一实施例，提供取样时间参考值的步骤包括在每次脉冲结束时增加取样时间参考值的步骤。根据所述方法的又一实施例，提供取样时间参考值的步骤包括在每次新脉冲开始时增加取样时间参考值的步骤。

[0008] 根据所述方法的又一实施例，额外步骤可包括：于在蛇形传输线的第一端处断言一个脉冲及随后在蛇形传输线的第二端处断言后续脉冲之间交替；及当在第一端处断言脉冲时存储来自蛇形传输线的第一端的电压样本，及当在第二端处断言后续脉冲时存储来自蛇形传输线的第二端的后续电压样本。

[0009] 根据所述方法的又一实施例，比较取样时间参考电压与定时电容器上的电压电荷的步骤可包括使用电压比较器的步骤。

[0010] 根据所述方法的又一实施例，确定蛇形传输线的第一端处的所存储取样电压是否小于脉冲的电压振幅的步骤可包括下列步骤：用模/数转换器(ADC)将第一端处的所存储电压样本转换为数字值；及用数字比较器将所述数字值与数字参考值进行比较。

[0011] 根据所述方法的又一实施例，将所存储的取样时间参考值转换为衬底上已被触摸的位置区域的步骤可包括用具有多个取样时间参考值及其对应位置区域的查找表检索对应于所存储取样时间参考值的位置区域的步骤。根据所述方法的又一实施例，将对应于来自第一端的电压样本的位置区域与来自第二端的后续电压样本的位置区域平均化的步骤改进衬底上被触摸的位置区域的分辨率。

[0012] 根据所述方法的又一实施例，额外步骤可包括下列步骤：将已被触摸的多个位置区域存储在存储器中；及从存储器中所存储的多个位置区域计算邻近位置区域的高斯概率分布。根据本方法的又一实施例，额外步骤可包括下列步骤：将已被触摸的多个位置区域存储在存储器中；及将来自存储器中所存储的多个位置区域的大体上类似位置区域平均化。根据所述方法的又一实施例，额外步骤可包括下列步骤：将已被触摸的多个位置区域存储在存储器中；及从存储器中所存储的多个位置区域确定改变位置区域的方向及速度。

[0013] 根据所述方法的又一实施例，衬底可为包括印刷电路板的触摸面板，所述印刷电路板在其前印刷电路侧上具有蛇形传输线，且后印刷电路侧覆盖有电导体。根据所述方法的又一实施例，衬底可为包括透光绝缘材料的触摸屏幕，所述透光绝缘材料具有上面具有蛇形传输线的前侧及覆盖有透光电导体的后侧。

[0014] 根据另一实施例，一种用于感测对衬底的触摸并确定其位置区域的设备可包括：充电时间测量单元(CTMU)，其包括定时电容器及恒定电流源；取样时间参考源，其提供取样时间参考值；数/模转换器(DAC)，其将取样时间参考值转换为取样时间参考电压；电压比较器，其具有耦合到DAC的输出的第一输入及耦合到CTMU的定时电容器的第二输入；蛇形传输线，其制造在包括多个触摸位置区域的衬底上，蛇形传输线具有第一端及第二端及通过第一电阻器耦合到第一端的第一电压感测节点；脉冲产生器，其用于在蛇形传输线的第一端处产生脉冲，所述脉冲具有电压振幅；取样与保持电路，其具有耦合到蛇形传输线的第一端的输入及耦合到电压比较器的输出的取样控制输入；模/数转换器(ADC)，其具有耦合到取样与保持电路的输出的输入；及具有存储器的数字处理器，数字处理器耦合到ADC的输出；
其中当来自脉冲产生器的脉冲在蛇形传输线的第一端上断言时，恒定电流源耦合到定时电容器并开始为定时电容器充电；其中当定时电容器上的电压电荷等于来自取样时间参考电压源的取样时间参考电压时，电压比较器致使取样与保持电路在蛇形传输线的第一电压感测节点上对电压进行取样及保持；其中如果在蛇形传输线的第一电压感测节点处取得的电压样本小于参考电压，那么数字处理器将取样时间参考值转换为衬底的位置区域。

[0015] 根据又一实施例，蛇形传输线的第二端可端接有第二电阻器。根据又一实施例，蛇形传输线的第二端可以不端接。根据又一实施例，多路复用器具有耦合到第一电压感测节点的第一输入、耦合到第二电压感测节点的第二输入及耦合到取样与保持电路的输入的输出。根据又一实施例，数字处理器可包括微控制器。

[0016] 根据又一实施例，衬底可为包括印刷电路板的触摸面板，所述印刷电路板在其前印刷电路侧上具有蛇形传输线，且后印刷电路侧覆盖有电导体。根据又一实施例，衬底可为包括透光绝缘材料的触摸屏幕，所述透光绝缘材料具有上面具有蛇形传输线的前侧及覆盖有透光及导电材料的后侧。根据又一实施例，透光及导电材料可为氧化铟锡(ITO)。根据又一实施例，触摸屏幕可位于图形显示器与视域之间。

附图说明

[0017] 可通过参考结合附图进行的下列描述获得对本发明的更全面了解，其中：

[0018] 图1说明根据本发明特定实例实施例的触摸面板或屏幕系统的示意性框图；

[0019] 图2说明展示根据本发明教示的如图1所示的触摸面板或屏幕系统的脉冲波形的电压振幅对时间的示意性曲线图；

[0020] 图3说明根据本发明特定实例实施例的如图1所示的触摸面板或屏幕的触摸区域的示意图；

[0021] 图4说明根据本发明特定实例实施例的如图1所示的触摸面板或屏幕系统的混合信号集成电路装置的示意性框图；

[0022] 图5说明根据本发明另一特定实例实施例的如图1所示的触摸面板或屏幕系统的混合信号集成电路装置的示意性框图；

[0023] 图6说明正从恒定电流源充电的电容器的时间-电压曲线图；

[0024] 图7说明根据本发明教示的与图4、5及8所示的正从混合信号集成电路装置的恒定电流源充电的电容器的源脉冲及返回脉冲相关的源脉冲、返回脉冲、取样脉冲及充电电压的时间-电压曲线图；

[0025] 图8说明根据本发明又一特定实例实施例的如图1所示的触摸面板或屏幕系统的混合信号集成电路装置的示意性框图；

[0026] 图9说明根据本发明另一特定实例实施例的能够交错来自触摸面板或屏幕系统的传输线的各端的TDR取样的混合信号集成电路装置的示意性框图；

[0027] 图10说明根据本发明教示的与图9所示的正从混合信号集成电路装置的恒定电流源充电的电容器的源脉冲及返回脉冲相关的交替源脉冲、返回脉冲及充电电压的时间-电压曲线图；

[0028] 图11说明根据本发明另一特定实例实施例的用于检测及确定多个触摸的位置的图1所示的触摸面板系统或触摸屏幕的操作的示意性进程流程图；及

[0029] 图12说明根据本发明又一特定实例实施例的用于检测及确定多个触摸的位置的图1所示的触摸面板系统或触摸屏幕的操作的示意性进程流程图。

[0030] 虽然本发明具有不同修改及替代形式，但其特定实例实施例已展示在图式中并在本文中详细描述。然而，应理解，本文对特定实例实施例的描述无意将本发明限于本文所揭示的特定形式，而是相反，本发明将涵盖如所附权利要求书所定义的所有修改及等效例。

具体实施方式

[0031] 时域反射仪(TDR)以与雷达类似的原理运行。能量脉冲沿着具有恒定阻抗的导电路径(例如，传输线)传输。当所述脉冲到达导电路径的未端接端时或沿着导电路径存在阻抗改变时，所述能量脉冲的部分或全部反射回其来源。当两个金属导体被紧邻地放置在一起时，其形成具有由金属导体与其间的绝缘电介质的间距确定的特性阻抗的传输线。

[0032] 如果传输线以其特性阻抗端接，那么无脉冲反射回传输线的开端产生脉冲之处。如果传输线未端接，那么将存在正脉冲反射回传输线的开端产生所传输的脉冲之处。当沿着传输线的任何地方存在阻抗差异时，将产生且随后检测到所反射的脉冲。此反射脉冲返回到脉冲源位置所用的时间用于确定阻抗差异已发生的距离。沿着传输线的电容增大(例如，手指触摸)将导致返回反射脉冲相对于所产生(所传输)的脉冲为负。

[0033] 当沿着传输线发送脉冲时，来源处的电压可用于将传输线的阻抗特征化。通过在脉冲源处对脉冲电压振幅对时间进行取样，可确定传输线的阻抗，且可沿着传输线定位归因于对面板或屏幕的触摸的任何阻抗改变。此举提供用举例来说但不限于制造在触摸面板或屏幕上的蛇形传输线检测无限数量的同时触摸的能力。此外，此举可用于较广范围的材料及传输线。本发明的优点是以高分辨率检测触摸面板或屏幕上的无限数量的触摸。

[0034] TDR电路可用于产生能量脉冲到传输线，且随后确定所产生的源脉冲的开始与检测到反射脉冲返回所产生的脉冲的来源之间的时间间隔。此时间间隔随后用于确定从所产生的脉冲的来源到导致反射脉冲的阻抗“凸块”的距离。时间间隔可转换为导电路径上的距离及/或物理位置，例如，触摸面板的X及Y坐标。表格查找及/或计算可用于将时间间隔转换为触摸面板或屏幕上的距离及/或物理位置。

[0035] 根据本发明的教示，触摸面板或屏幕具有制造在衬底(例如，印刷电路板或透光屏幕)上的蛇形传输线，且具有恒定阻抗。对触摸面板或屏幕的触摸将在触摸位置处导致传输线的阻抗改变。将在施加到传输线的多个脉冲的各者开始之后以精确时间增量对传输线的脉冲源(接近)端处的电压的取样用于确定由触摸(来自手指或物体的电容)导致的传输线的阻抗改变的位置。传输线上的触摸引起的“阻抗凸块”导致按与触摸位置相距传输线的脉冲源端的距离成比例的时间间隔返回到传输线的脉冲源端的负电压脉冲。此负电压脉冲将导致传输线的脉冲源端处的电压下降，当在精确返回时间处对所述电压下降进行取样时，将界定触摸位置与传输线的脉冲源端之间的距离。对此电压突降进行取样的时间间隔(从脉冲源开始到负电压返回脉冲的时间)随后可转换为触摸面板或屏幕的X-Y坐标。

[0036] 触摸面板或屏幕或任意触摸应用可在具有一个或一个以上蛇形传输线的衬底上实施。在衬底上使用蛇形传输线来进行触摸感测降低了制造成本、由于不存在对可实施触摸区域的位置及数量的物理限制而大大简化了触摸面板的设计、方便了触摸位置软件程序实施方案，且触摸感测比常规触摸感测实施方案更可靠及准确。

[0037] 现在参考图式，示意性地说明特定实例实施例的细节。图式中相同元件将用相同数字表示，且类似元件将用带不同小写字母下标的相同数字表示。

[0038] 参考图1，描绘根据本发明教示的触摸面板或屏幕系统的示意性框图。通常用标号100表示的触摸面板或屏幕包括具有导电侧及非导电侧的衬底110、接近衬底110的非导电侧的具有恒定阻抗的蛇形带状线112、混合信号集成电路装置102、第一端接电阻器106及第二端接电阻器104。对于触摸面板，具有恒定阻抗的蛇形带状线112及衬底110可由双面印刷电路板(PCB)制作，其中PCB的一侧为连续铜箔(连接到节点108处的电源供应共用端或接地)，且另一侧为蚀刻为图1所示的蛇形带状线112配置的铜箔。对于触摸屏幕，透光绝缘材料具有上面具有蛇形传输线112(由透光材料或不会实质阻挡光穿过其中的非常薄的导电材料制成)的前侧，及覆盖有透光且导电材料(例如，氧化铟锡(ITO))的后侧。液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、等离子体显示器、有机发光二极管(OLED)显示器等可放置在上述触摸屏幕后面，用于显示图形及其它视觉指示，例如按钮、滑动开关、计量表、标度盘等。

[0039] 触摸面板或屏幕的衬底的前侧上的蛇形带状线112及后侧上的导电层形成恒定阻抗带状线型传输线，所述传输线在以其特性阻抗端接时，无信号反射(例如，电压驻波比(VSWR)1:1)，且在未端接时具有振幅大体上等于所产生的脉冲的正信号反射。第一端接电阻器106及第二端接电阻器104具有大体上等于蛇形带状线112的特性阻抗的电阻。然而，当沿着蛇形带状线112的任意处存在阻抗失配时，所反射的(负信号)脉冲将返回到首次施加所产生的(信号)脉冲的端。

[0040] 面板操作区域114可划分为多个触摸区域，例如代表两个此些触摸区域的触摸区域116及118。当例如手指等物体(未图示)放置为紧邻触摸区域时，带状线112的位于受影响触摸区域中的部分将改变阻抗。现在存在导致返回到所产生的脉冲的源的反射脉冲的阻抗“凸块”。通过(基于源处脉冲开始的时间)了解反射脉冲回到脉冲源的时间，可确定蛇形带状线112的从脉冲信号源到正被触摸的面板操作区域114的长度(距离)。

[0041] 参考图2，描绘展示根据本发明教示的如图1所示的触摸面板或屏幕系统的脉冲波形的电压振幅对时间的示意性曲线图。混合信号集成电路装置102在节点122(图1)处产生具有大约VDD的振幅及至少为蛇形带状线112的传播时间两倍的脉冲持续时间的脉冲。由于电阻器106具有与蛇形带状线112的特性阻抗大体上相同的电阻，所以节点120处的脉冲将在时间150处升到VDD/2。对面板操作区域114的触摸所导致的返回脉冲具有负振幅且在时间152处出现。从蛇形带状线112的开放(未端接)端(例如，在图1中，节点124及126皆处于高阻抗下)返回的所产生脉冲将在时间154处具有正振幅(例如，大约VDD/2)，并将加到原始产生的脉冲振幅(VDD/2)，在时间154处导致更大正振幅，例如大约VDD。通过在时间150及152处检测节点120的电压振幅改变，可确定被触摸区域。注意，(当蛇形带状线112的远端开放时)，在时间150处，节点120处的正电压脉冲转为大约VDD/2的振幅；在时间152处，负返回脉冲致使节点120处的电压具有小于VDD/2的振幅，且在时间154处，正返回脉冲致使节点120处的电压具有大约VDD的振幅。确定触摸面板或屏幕上的触摸区域不一定需要在时间154处确定电压振幅。时间154处的电压振幅确定可用于确定蛇形带状线112的总长度，及/或何时结束TDR脉冲持续时间，例如何时施加到未知长度的蛇形带状线112。当蛇形带状线112的远端以其特性阻抗端接时，在时间154处将不存在任何正反射脉冲。

[0042] 参考图3，描绘根据本发明特定实例实施例的如图1所示的触摸面板或屏幕的触摸区域的示意图。触摸区域(例如，触摸区域116及118)布置为X-Y矩阵。为实例说明的目的，针对各行(Y轴)及各列(X轴)展示二进制数。触摸区域116具有Y＝0101及X＝00101的位置，且触摸区域118具有Y＝1000及X＝01001的位置。这些触摸区域116及118两者对应于蛇形带状线112上的不同特定传播时间。如下文更全面描述，本发明的特征是当负脉冲归因于触摸面板或屏幕的相关触摸区域上的触摸而发生时准确且精确地测量特定传播时间。

[0043] 参考图4，描绘根据本发明特定实例实施例的如图1所示的触摸面板或屏幕系统的混合信号集成电路装置的示意性框图。混合信号集成电路装置102可包括取样时间增量计数器402、充电时间测量单元(CTMU)404、数/模转换器(DAC)406、电压比较器408、具有高速的取样与保持器410、模/数转换器(ADC)418及具有存储器的数字处理器420。

[0044] 可通过参考图6更好地理解CTMU 404的功能，其中描绘正从恒定电流源充电的电容器的时间电压曲线图。根据等式(1)，当通过恒定电流源604为电容器618充电时，跨电容器618的电压V随时间而线性增大：

[0045] I＝C*dV/Dt等式(1)

[0046] 其中C为电容器618的电容值；I为来自恒定电流源604的电流，且V为时间T处电容器618上的电压。当电流I、时间T及电压V中的任何两个值已知时，可从两个已知值计算其它未知值。举例来说，如果电容器618的电容及来自恒定电流源604的充电电流已知，那么可使用上述等式(1)确定电压V1下的时间T1及电压V2下的时间T2。

[0047] 当节点122处的逻辑电平从逻辑低(“0”)转为逻辑高(“1”)时，取样时间增量计数器402将增加(1)，且CTMU 404(精确时间测量模块)将启用以通过用恒定电流源604(所述恒定电流源604导致电容器618上与相应多个逝去时间成比例的线性增大的电压电荷值)为已知值电容器618充电而开始精确定时。当节点122回到逻辑低(“0”)时，CTMU404复位回到零电压电荷。这些逝去时间中的每一者代表脉冲沿着蛇形带状线112在源节点120与被触摸区域之间来回相应距离将花费的时间。这些逝去时间可用于基于穿过蛇形带状线112的长度的传播延迟时间确定触摸面板或屏幕110被触摸的区域位置。然而，查找表可构造(经校准并与区域位置相关联)并保存在数字处理器420的存储器中，所述查找表使各不同电压电荷值与触摸面板或屏幕110上的相应区域位置相关联。数字处理器420可用于产生具有高逻辑电平及低逻辑电平的多个脉冲到节点122。数字处理器420可为举例来说但不限于微控制器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑阵列(PLA)、专用集成电路(ASIC)等。数字处理器420的存储器可为易失性存储器及/或非易失性存储器。

[0048] CTMU更全面地描述于可从www.microchip.com获得的微芯片申请单AN1250及AN1375及由詹姆斯·E·巴特林(James E.Bartling)共同拥有的标题为“测量长时间周期(Measuring a long time period)”的第US 7,460,441B2号美国专利及标题为“实时数/模转换器(Current-time digital-to-analog converter)”的第US 7,764,213B2号美国专利中；其中为了所有目的，所有申请案全部特此以引用的方式并入本文中。

[0049] DAC 406提供模拟电压参考值到电压比较器408的负输入且CTMU 404的电容器618上的电压电荷耦合到电压比较器408的正输入。来自取样时间增量计数器402的计数值输出耦合到DAC 406的数字输入，且DAC 406在其输出处提供来自于其的相应模拟电压。当来自CTMU 404的定时电压电荷等于或大于来自DAC 406的电压时，电压比较器408的输出将转为逻辑高(“1”)，且施加到取样与保持器410的输入428。取样与保持器的输入428经正沿触发(↑)。输入428处的正沿触发(↑)将导致取样与保持器410在取样脉冲的正沿出现时(在其取样输入426处)对节点120处的电压进行取样。

[0050] 取样与保持器410在取样电容器(未图示)中保持节点120的电压样本，使得ADC 418可读取并将其转换为其数字表示。当在数字处理器420的输入434处断言逻辑高(“1”)时，可初始化数字处理器420以执行读取ADC 418的数字输出432处的电压样本的数字表示的中断例程。数字处理器420还可以数字电路设计中且受益于本发明的技术人员所知的任何其它方式读取来自ADC 418的输出。

[0051] 节点122处的脉冲由数字处理器420重复产生。每当节点122处的脉冲开始，例如正沿触发时，CTMU 404定时电路复位(定时电容器复位到零伏)，且取样时间增量计数器402计数值增加一个计数。从取样时间增量计数器402提供的不同计数值的数量由基于DAC 406、取样与保持器410及ADC 418的分辨率的所要及/或可行分辨率确定。定时电容器618及恒定电流充电源604为模拟电路，且因此具有实质无限分辨率，但温度、电压改变及组件老化确实限制绝对分辨率可重复性。此模拟分量“漂移”可以许多方式补偿，例如当必要或需要时，可重新校准触摸系统。

[0052] 可能存在会返回多个负脉冲的多个被触摸区域，但仅关注对应于取样时间增量计数器402中的现有计数值的触摸。脉冲重复速率比任何触摸移动或改变快得多，因此当取样时间增量计数器402中的计数值从1增加到N时，将在多个脉冲期间容易地辨识多个触摸及/或触摸移动(例如，做示意动作)。取样时间增量计数器402的一个或一个以上计数值可与触摸面板或屏幕100的各区域位置相关联，例如，表示触摸面板或屏幕100的各区域位置。允许来自电压比较器408的输出的每个正沿(当输出从逻辑低转为逻辑高时)仅取一个电压电荷(定时)样本，例如取一个电压样本“快拍”给予ADC 418及数字处理器420足够的时间来分别进行模/数转换及触摸位置确定。

[0053] 如果在一脉冲时间期间在节点120处检测到负返回脉冲，那么图4所示的电路将在所述脉冲时间内仅取一个电压样本，然而，可通过在每次时间匹配时每个脉冲时间取一个样本，但仅在节点120处的电压样本指示返回负脉冲已在所述取样时间返回到此时，存储取样时间电压(触摸位置的区域)，来实现电路模块及复杂性的进一步减小。

[0054] 现在参考图5，描绘根据本发明另一特定实例实施例的如图1所示的触摸面板或屏幕系统的混合信号集成电路装置的示意性框图。混合信号集成电路装置102a可包括取样时间增量计数器402、充电时间测量单元(CTMU)404、数/模转换器(DAC)406、电压比较器408、具有高速的取样与保持器410、模/数转换器(ADC)418、多路复用器519及520以及具有存储器的数字处理器420。取样与保持器410可与多路复用器519组合或组合为多路复用器519，且还可为ADC 418的一体式部分。

[0055] 当来自CTMU 404的电压电荷值与来自DAC 406的参考电压(取样时间)匹配时，图5所示的TDR电路的操作取节点120处的电压样本。节点120的电压样本由ADC 418转换为数字表示。由于在脉冲关闭时间周期期间存在足够时间，所以电压样本可以低功率速度转换及评估。数字处理器420随后可通过(举例来说但不限于)首先评估节点120的电压样本来评估数字表示，且如果此样本小于VDD/2，那么将所取样的充电电压值(代表负脉冲的行进时间)转换为被触摸位置，并将被触摸位置存储在数字处理器420的存储器中供进一步使用。

[0056] 多路复用器519选择节点120或122来监视相应节点120或122处的返回脉冲。数字处理器420还通过开关多路复用器520来驱动节点122或节点126。多路复用器519及520由数字处理器420控制。当驱动节点122时，节点126保持在逻辑低(“0”)，且当驱动节点126时，节点122保持在逻辑低(“0”)。因此，蛇形带状线112总是保持以其特性阻抗端接，使得触摸面板或屏幕110的被触摸位置区域将仅形成返回(反射)脉冲。

[0057] 通过存储多个被触摸位置，触摸位置的图案将变明显。此外，通过对被触摸位置进行超取样及存储，样本的抽选、平均化及/或平滑化将产生较准确且精确的被触摸位置。可进一步使用数字信号处理(举例来说例如但不限于维特比(Viterbi)处理)来改进噪声条件下的准确度。

[0058] 参考图7，描绘根据本发明教示的与图4、5及8所示的正从混合信号集成电路装置的恒定电流源充电的电容器的源脉冲及返回脉冲相关的源脉冲、返回脉冲、取样脉冲及充电电压的时间-电压曲线图。电压波形750图形表示节点120处的电压振幅，其展示各种负返回脉冲；电压波形752图形表示定时电容器618上的时间线性增大电压电荷；电压波形754图形表示节点122处的源脉冲电压，且电压波形756图形表示多个取样脉冲的取样脉冲沿，其指示在节点122处产生的多个脉冲内取得的不同时隙。为说明的目的，展示非邻接的这些波形的段。(相对于节点122处的每一相应2T源脉冲的开始)在时间ta、tb及tc处指示负返回脉冲。这些负返回脉冲中的每一者表示触摸面板或屏幕110的不同位置区域处的触摸。如所指示，当定时电容器618上的电压电荷值分别处于Vca、Vcb及Vcc时，取节点120处的电压的各样本。当已在相应时间ta、tb及tc处检测到负返回脉冲中的每一者时，数字处理器420分别使用这些电压电荷值Vca、Vcb及Vcc来确定触摸面板或屏幕110的曾被触摸的位置区域。

[0059] 参考图8，描绘根据本发明又一特定实例实施例的如图1所示的触摸面板或屏幕系统的混合信号集成电路装置的示意性框图。图8所示的TDR电路的操作类似于图5的电路，除了取样时间增量计数器402已被免除，且数字处理器420将数字输入值直接提供给DAC 406。由于数字处理器420将源脉冲提供给节点122，所以其还可增加内部计数器以界定在什么充电电压(时间)下，将在节点120处进行取样。或者，数字处理器420可产生非循序(非邻接)数字输入值到DAC 406。这在关注的位置区域可在触摸面板或屏幕上界定且/或可结合过取样、取样平均化、DSP估计算法(例如维特比)等使用时有用。此外，通过将时间取样获取限制在所关注的那些位置区域，可进一步节省电力。数字输入值的更新并非时间关键的，因为此更新通常会在节点122处于逻辑零时(在所取样的充电电压值转换为位置区域期间)进行。

[0060] 表示指定的取样时间的电压电荷值样本及节点120的电压样本两者由ADC 418转换为数字表示。由于在脉冲关闭时间周期(节点122处于逻辑低(“0”))期间存在足够时间，所以这两个电压样本可以低功率速度依序转换及评估。数字处理器420随后可通过(举例来说但不限于)首先评估节点120的电压样本来评估所述两个数字表示，且如果此样本小于VDD/2，那么将所取样的充电电压值(代表负脉冲的行进时间)转换为被触摸位置，并将被触摸位置存储在数字处理器420的存储器中供进一步使用。

[0061] 预期且在本发明的范围内，可交替地将脉冲施加到节点122，且随后将后续脉冲施加到节点126。因此，交替(往复式)脉冲可有效改进触摸分辨率。随后，来自交替脉冲源位置(节点122及126)中的每一者的触摸负返回脉冲可平均化，以更确切地确定正被触摸的区域。多个样本还可平均化以细化触摸位置的确定。因此，多个及/或交替(往复式)脉冲可有效改进触摸位置分辨率。

[0062] 为实现上述交替(往复式)脉冲，多路复用器519选择节点120或122以监视相应节点120或122处的返回脉冲。数字处理器420还通过开关多路复用器520驱动节点122或节点126。多路复用器519及520由数字处理器420控制。当驱动节点122时，节点126保持在逻辑低(“0”)，且当驱动节点126时，节点122保持在逻辑低(“0”)。因此，蛇形带状线112总是保持以其特性阻抗端接，使得仅返回(反射)脉冲由触摸面板或屏幕110的被触摸位置区域形成。

[0063] 参考图9，描绘根据本发明另一特定实例实施例的能够交错来自触摸面板或屏幕系统的传输线的各端的TDR取样的混合信号集成电路装置的示意性框图。混合信号集成电路装置102c包括与图8所示的装置102b大体上相同的元件，且另外，如上文所述用于对各节点122及126交替进行驱动及取样的元件提供在图9所示的电路中。CTMU 404的一部分包括恒定电流源604、定时充电电容器618及电流导引开关972。OR门984具有耦合到节点122的第一输入及耦合到节点126的第二输入。当在节点122或126上存在逻辑高(“1”)时，OR门984的输出将转为逻辑高(“1”)，藉此，开关972a闭合且开关972b及972c断开。

[0064] 当开关972b及972c闭合且开关972a断开时，电容器618上的电压电荷为零伏。当开关972a闭合且开关972b及972c断开时，恒定电流源604开始对定时电容器618充电。多路复用器519选择节点120或122以监视相应自节点120或122处的返回脉冲。多路复用器519由数字处理器420控制。数字处理器420还分别通过驱动器936或954驱动节点122或节点126。当驱动节点122时，节点126保持在逻辑低(“0”)，且当驱动节点126时，节点122保持在逻辑低(“0”)。因此，蛇形带状线112总是保持以其特性阻抗端接，使得返回(反射)脉冲将仅由触摸面板或屏幕110的被触摸位置区域形成。

[0065] 预期且在本发明的范围内，可在节点122及126处的源脉冲的断言之间引入停滞时间，以允许足够的内务操作时间用于来自节点120及124的所取样充电电压值及电压样本的模/数字转换。额外样本与保持器可用于对来自节点120及124的电压值进行取样及保持。当源脉冲在节点122与126之间交替时，取决于ADC 418及数字处理器420的等待时间、转换及计算时间，用于节点120及124处的电压值的单个共享取样与保持器410可能不够。

[0066] 参考图10，描绘根据本发明教示的与图9所示的正从混合信号集成电路装置的恒定电流源充电的电容器的源脉冲及返回脉冲相关的交替源脉冲、返回脉冲及充电电压的时间-电压曲线图。电压波形1050、1054、1051及1055分别图形表示节点120、122、124及126处的电压振幅。电压波形1052图形表示定时电容器618上的时间线性增大电压电荷。节点122与126之间的交替源脉冲驱动允许在蛇形带状线112的相对端处取得两倍的电压样本。本技术可用于通过将来自蛇形带状线112的两个端的触摸电压电荷值平均化而增大电压取样速率及改进触摸位置区域的分辨率。源脉冲时间优选为蛇形带状线112的传播时间(2T)的至少两倍。

[0067] 本文所述的TDR被触摸区域位置技术的脉冲重复速率比触摸触摸面板或屏幕的物体(手指)的接触及/或移动快得多。因此，许多所检测的实质相同触摸事件的触摸区域位置可保存在数字处理器420的存储器中，并用于进一步细化被触摸位置区域的确定。此外，位置区域分辨率可比触摸物体(肥手指)的面积精细，因此将针对所述触摸事件检测一个以上被触摸位置区域。可使用统计分析来细化触摸位置区域的检测以及触摸运动(例如，做示意动作)的方向及速度。可使用高斯概率分析及/或其它统计分析方法，以及过取样及抽选技术来细化及更好地界定被触摸位置区域、其运动、方向及模式。

[0068] 如本文(例如图4、5、8图9)所揭示结合取样与保持电路利用具有CTMU的TDR的优点是大大减小功率消耗、成本、印刷电路板空间及所需模块或装置的数量。在此之前，实现精细定时分辨率需要消耗大量电力并产生大量热的超高频频率时钟及非常高速计数器、数字比较器等。本发明与此不同，因为针对用被适当调适来用于电池供电电子装置(例如，个人数字助理(PDA)、平板个人计算机的触摸屏幕、触摸屏幕等离子体、发光二极管(LED)及液晶显示器(LCD)面板；设备及器具触摸面板等)的简单、低功率混合信号(模拟及数字)电路进行确切TDR触摸定位实现超精细时间分辨率粒度。

[0069] 参考图11，描绘根据本发明另一特定实例实施例的用于检测及确定多个触摸的位置的图1所示的触摸面板系统或触摸屏幕的操作的示意进程流程图。在步骤1102中，将取样时间参考设为零值。在步骤1104中，增加取样时间参考值。在步骤1106中，将定时电容器上的任何电压电荷放电到零(0)伏。在步骤1108中，将具有周期2T的脉冲施加到触摸面板传输线的第一端。在步骤1110中，恒定电流源开始给定时电容器充电。在步骤1112中，将取样时间参考值转换为取样时间参考电压。

[0070] 步骤1114确定定时电容器上的电压电荷何时等于取样时间参考电压，且在相等时，在步骤1120中对触摸面板传输线的第一端上的电压进行取样及存储。步骤1116确定具有周期2T的脉冲何时结束，且当脉冲已结束时，步骤1104随后增加当前取样时间参考值，且随后后续步骤继续。步骤1122确定触摸面板传输线的第一端上所取样的电压是否小于具有周期2T的脉冲的电压振幅，且如果小于，那么将取样时间参考转换为被触摸位置区域。如果不是这样，那么增加当前取样时间参考值，且随后后续步骤继续。被触摸位置区域可保存在存储器中、显示及/或传达给另一装置(未图示)。

[0071] 参考图12，描绘根据本发明又一特定实例实施例的用于检测及确定多个触摸的位置的图1所示的触摸面板系统或触摸屏幕的操作的示意性进程流程图。图12以与图11所示的流程图大体上相同的方式运作，除了取样时间参考值可设定为任何值及任何顺序。这允许较窄范围地搜寻触摸面板或屏幕的特定区域，用于较快速地获取快速移动的触摸等。还预期且在本发明的范围内，可将重复脉冲交替施加到触摸面板传输线的任一端(即第一端或第二端)，且基于取样时间参考值取得其相应电压样本。

[0072] 虽然已通过参考本发明的实例实施例而描绘、描述并界定了本发明的实施例，但此些参考不暗指对本发明的限制且不应推断有此限制。如在相关领域中且受益于本发明的一般技术人员将想到，所揭示的标的物的形式及功能可存在相当大的修改、变更及等效物。本发明的所描绘及描述的实施例仅为实例，而非本发明的范围的详尽阐述。