应用于触控屏幕的控制器

摘要

本发明公开了一种应用于触控屏幕的控制器，该控制器包括驱动电路及感测电路，且通过驱动电路传送高工作电压信号至触控屏幕，再由感测电路接收自触控屏幕耦合衰减后的低工作电压信号，控制器计算经由驱动电路传送至触控屏幕的按压前信号与通过感测电路接收的来自触控屏幕的被按压后信号之间的变化量，以辨识触控屏幕是否被按压、触碰，驱动电路的工作电压可为感测电路的工作电压的5倍以上，即可使感测电路侦测的感应信号的信噪比效果较佳，达到提升控制器辨识触控屏幕上触碰位置效果的目的。

权利要求

1.一种应用于触控屏幕的控制器，其特征在于：

该控制器包括发射高工作电压信号至触控屏幕的驱动电路以及接收自触控屏幕耦合衰减后的低工作电压信号的感测电路，控制器计算经由驱动电路传送至触控屏幕的按压前信号与通过感测电路接收的来自触控屏幕的被按压后信号之间的变化量，以辨识触控屏幕是否被触控，驱动电路的工作电压为感测电路的工作电压的5倍以上，该驱动电路包括数字模拟转换器、信号放大电路、信号切换选择器和高压静电放电保护电路，其中：

数字模拟转换器用于接收输出波形控制信号及低电压，数字模拟转换器将信号传输至信号放大电路且同时输入高电压至信号放大电路，信号放大电路将信号传送至信号切换选择器，通过信号切换器电性连接高压静电放电保护电路，以供驱动电路发射高压信号至触控屏幕。

2.根据权利要求1所述的应用于触控屏幕的控制器，其特征在于，该感测电路的一侧电性连接一电阻后再电性连接至触控屏幕，感测电路的另一侧电性连接位于控制器内部的低压静电放电保护电路后再通过低压静电放电保护电路电性连接至控制器的芯片核心。

3.根据权利要求1所述的应用于触控屏幕的控制器，其特征在于，该感测电路的一侧直接电性连接于触控屏幕，另一侧依序电性连接位于控制器内部的电阻、低压静电放电保护电路及芯片核心。

4.根据权利要求1所述的应用于触控屏幕的控制器，其特征在于，该感测电路的一侧直接电性连接于触控屏幕，另一侧依序电性连接位于控制器内部的低压静电放电保护电路、电阻、另一低压静电放电保护电路及芯片核心。

5.根据权利要求1所述的应用于触控屏幕的控制器，其特征在于，该控制器一侧的驱动电路连接外部18伏特以上的电压源，另一侧的感测电路连接外部3.3伏特以下的电压源。

6.一种应用于触控屏幕的控制器，其特征在于，该控制器包括发射高工作电压信号至触控屏幕的驱动电路以及接收自触控屏幕耦合衰减后的低工作电压信号的感测电路，控制器计算经由驱动电路传送至触控屏幕的按压前信号与通过感测电路接收的来自触控屏幕的被按压后信号之间的变化量，以辨识触控屏幕是否被触控，驱动电路的工作电压为感测电路的工作电压的5倍以上，该驱动电路包括一组以上信号传输线路，该一组以上传输线路包括接收输出低压信号的电压位准移位器，并由电压位准移位器将信号传输至互补式金属氧化物半导体，且通过互补式金氧半晶体管电性连接高压静电放电保护电路，以供驱动电路发射高压信号至触控屏幕。

7.根据权利要求6所述的应用于触控屏幕的控制器，其特征在于，该感测电路的一侧电性连接一电阻后再电性连接至触控屏幕，感测电路的另一侧电性连接位于控制器内部的低压静电放电保护电路后再通过低压静电放电保护电路电性连接至控制器的芯片核心。

8.根据权利要求6所述的应用于触控屏幕的控制器，其特征在于，该感测电路的一侧直接电性连接于触控屏幕，另一侧依序电性连接位于控制器内部的电阻、低压静电放电保护电路及芯片核心。

9.根据权利要求6所述的应用于触控屏幕的控制器，其特征在于，该感测电路的一侧直接电性连接于触控屏幕，另一侧依序电性连接位于控制器内部的低压静电放电保护电路、电阻、另一低压静电放电保护电路及芯片核心。

10.根据权利要求6所述的应用于触控屏幕的控制器，其特征在于，该控制器一侧的驱动电路连接外部18伏特以上的电压源，另一侧的感测电路连接外部3.3伏特以下的电压源。

说明书

应用于触控屏幕的控制器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种应用于触控屏幕的控制器，尤指一种可通过驱动电路与感测电路传送的工作电压信号辨识触控屏幕的触控状态的控制器，可供控制器判断触控屏幕是否被触控。

背景技术

[0002] 随着电子科技产品的不断创新，早期应用的各式桌面计算机、笔记本电脑、移动电话或自动柜员机等电子产品，都需要通过实体击键操控指令、信号，以启动电子产品，但有些电子产品体积小、附设的操控键盘中的各实体按键也较小，所以在通过按压按键操控信号的输入时，经常会发生误触或按错其他按键等情况，导致输入作业相当麻烦与不便；因此，近年来各式智能电子产品相继问世，例如智能手机、平板计算机、自动柜员机或导览机等，各式电子产品已不再需要通过实体按键操控信号，而是可通过手指或触控笔等直接碰触触控屏幕显示的区块，利用触控屏幕感应被触碰的位置，再通过电子产品内部的控制器执行相关的作业模式。一般应用的触控屏幕可分为电容式触控屏幕和电阻式触控屏幕，电容式触控屏幕的操作模式为利用手指、触控笔或导电物体接近或触碰该触控屏幕，以改变触控屏幕上的电容值，当触控屏幕的触控控制器侦测到电容值变化时，即可判断触碰的位置，进而执行触碰位置的相关对应动作。当触控屏幕的驱动信号的电压较高时，触控控制器所侦测的感应信号较准确，但当触控屏幕的驱动信号的电压较低时，触控控制器往往无法通过感应信号侦测触控屏幕上的触碰点，导致触控控制器侦测触控屏幕的触控准确度亦降低。

[0003] 为了提高驱动信号的驱动电压，触控控制器的驱动电路会采用高压制程，以输出振幅大的驱动信号，而感测电路则会采用低压制程，以节省芯片面积成本；为使驱动信号经过触控屏幕的衰减后所感应的感应信号能够符合感测电路在低压制程的电压范围内，通常驱动电路虽采用高压制程，但多局限于感测电路的低压制程(≒3.3V)的2～5倍电压以内，则驱动电路的高压制程大约介于5V～16V之间，并无法传送太高的工作电压，然而，由于触控屏幕在应用时，触控面板会耦合环境中的噪音或杂音(noise)进来，导致触控控制器所接的感应信号的信噪比(SNR)降低，亦会导致触控控制器判断触控屏幕上触碰点的准确度降低。

[0004] 如图8所示为目前触控控制器A的感应信号(RX)A2的线路，当驱动信号(TX)A1输出高工作电压至触控屏幕B后，经过触控屏幕B耦合衰减后的感应信号(RX)A2仍大于供电源(VDD，LV)的电压或低于接地端(GND)，因此驱动信号(TX)A1的高工作电压触发低压静电放电保护电路(LV ESD)后，则导致感应信号(RX)A2经由低压静电放电保护电路(LV ESD)释出漏掉，则无法将正确的感应信号(RX)A2传送至触控控制器A以供计算，导致触控控制器A的判断准确度降低，不能准确的判断触控屏幕B是否被按压或触碰。

[0005] 所以，如何解决目前触控屏幕的触控控制器所侦测感应信号电压不足，导致判断触控点的准确度降低的问题，且触控屏幕耦合较大噪声导致感应信号的噪声比变高，导致触控控制器判断触控点的准确度降低等的问题，即为从事此行业的相关厂商所亟欲研究改善的方向。

发明内容

[0006] 本案发明人有鉴于上述问题与不足，乃搜集相关资料，经由多方评估及考虑，并以从事于此行业累积的多年经验，经由不断试作及修改，始设计出此种可大幅提升驱动电路的工作电压，以供触控屏幕耦合衰减后的侦测信号信噪比较佳，可使控制器准确判断触控屏幕上的触控点位置的应用于触控屏幕的控制器。

[0007] 本发明的主要目的在于该控制器包括驱动电路(TX)及感测电路(RX)，且通过驱动电路发射高工作电压信号至触控屏幕，再由感测电路侦测自触控屏幕耦合衰减后的低工作电压信号，控制器计算经由驱动电路传送至触控屏幕的按压前信号与通过感测电路接收的来自触控屏幕的被按压后信号之间的变化量，以辨识触控屏幕是否被触控，驱动电路的工作电压可为感测电路的工作电压的5倍以上，即可使感测电路侦测的感应信号的信燥比(SNR)效果较佳，达到提升控制器辨识触控屏幕上触碰位置效果的目的。

[0008] 本发明的次要目的在于该控制器中的驱动电路(TX)可采用DMOS、LDMOS或FDMOS等制程制成，且该驱动电路(TX)包括数字模拟转换器(DAC)、信号放大电路、信号切换选择器及高压静电放电保护电路(HV ESD circuit)，可通过数字模拟转换器接收输出波形控制信号及低电压，并进行电压转换后，即由数字模拟转换器将信号传输至信号放大电路，且同时输入高电压至信号放大电路，再由信号放大电路将信号发送至信号切换选择器(TX MUX selector)，则通过信号切换选择器电性连接高压静电放电保护电路(HV ESD protect circuit)，以供驱动电路发射高压信号至触控屏幕，以供触控屏幕进行耦合衰减后，仍可符合感测电路的低工作电压信号。

[0009] 本发明的另一目的在于该驱动电路(TX)包括一组以上信号传输线路，该一组以上传输线路包括电压位准移位器、互补式金氧半晶体管(CMOS)及高压静电放电保护电路，通过电压位准移位器接收低压信号(TX LV signal)，并由电压位准移位器将信号传输至互补式金氧半晶体管(CMOS)，且通过互补式金氧半晶体管电性连接高压静电放电保护电路(HV ESD protect circuit)，以供驱动电路发射高压信号至触控屏幕。

[0010] 本发明的再一目的在于该感测电路(RX)的一侧电性连接一电阻后再电性连接至触控屏幕，感测电路的另一侧电性连接位于控制器内部的低压静电放电保护电路后(LV ESD circuit)，再通过低压静电放电保护电路电性连接至控制器核心；或该感测电路(RX)的一侧直接电性连接于触控屏幕，另一侧依序电性连接位于控制器内部的电阻、低压静电放电保护电路(LV ESD circuit)及控制器核心；亦或该感测电路(RX)的一侧直接电性连接于触控屏幕，另一侧依序电性连接位于控制器内部的低压静电放电保护电路(LV ESD circuit)、电阻、另一低压静电放电保护电路(LV ESD circuit)及控制器核心。

[0011] 为了达到上述目的，本发明提供了一种应用于触控屏幕的控制器，其中：

[0012] 该控制器包括发射高工作电压信号至触控屏幕的驱动电路以及接收自触控屏幕耦合衰减后的低工作电压信号的感测电路，控制器计算经由驱动电路传送至触控屏幕的按压前信号与通过感测电路接收的来自触控屏幕的被按压后信号之间的变化量，以辨识触控屏幕是否被触控，驱动电路的工作电压为感测电路的工作电压的5倍以上。

[0013] 在本发明的一实施例中，该驱动电路包括数字模拟转换器、信号放大电路、信号切换选择器和高压静电放电保护电路，其中：

[0014] 数字模拟转换器用于接收输出波形控制信号及低电压，数字模拟转换器将信号传输至信号放大电路且同时输入高电压至信号放大电路，信号放大电路将信号传送至信号切换选择器，通过信号切换器电性连接高压静电放电保护电路，以供驱动电路发射高压信号至触控屏幕。

[0015] 在本发明的一实施例中，该驱动电路包括一组以上信号传输线路，该一组以上传输线路包括接收输出低压信号的电压位准移位器，并由电压位准移位器将信号传输至互补式金属氧化物半导体，且通过互补式金氧半晶体管电性连接高压静电放电保护电路，以供驱动电路发射高压信号至触控屏幕。

[0016] 在本发明的一实施例中，该感测电路的一侧电性连接一电阻后再电性连接至触控屏幕，感测电路的另一侧电性连接位于控制器内部的低压静电放电保护电路后再通过低压静电放电保护电路电性连接至控制器的芯片核心。

[0017] 在本发明的一实施例中，该感测电路的一侧直接电性连接于触控屏幕，另一侧依序电性连接位于控制器内部的电阻、低压静电放电保护电路及芯片核心。

[0018] 在本发明的一实施例中，该感测电路的一侧直接电性连接于触控屏幕，另一侧依序电性连接位于控制器内部的低压静电放电保护电路、电阻、另一低压静电放电保护电路及芯片核心。

[0019] 在本发明的一实施例中，该控制器一侧的驱动电路连接外部等于或大于18伏特以上的电压源，另一侧的感测电路连接外部等于或小于3.3伏特以下的电压源。

附图说明

[0020] 图1为本发明的方块图；

[0021] 图2为本发明提供的控制器简易构造示意图；

[0022] 图3为本发明中的驱动电路第一实施例的线路图；

[0023] 图4为本发明中的驱动电路第二实施例的线路图；

[0024] 图5为本发明中的感测电路第一实施例的线路图；

[0025] 图6为本发明中的感测电路第二实施例的线路图；

[0026] 图7为本发明中的感测电路第三实施例的线路图；

[0027] 图8为现有的操控控制器感应信号的线路图。

[0028] 附图标记说明：1-控制器；11-驱动电路(TX)；110-驱动信号电路；111-数字模拟转换器；112-信号放大电路；113-信号切换选择器；114-高压静电放电保护电路；115-电压位准移位器；116-互补式金氧半晶体管；12-感测电路(RX)；121-电阻；13-芯片核心；14-低压静电放电保护电路；15-第一低压静电放电保护电路；16-第二低压静电放电保护电路；2-触控屏幕；A-触控控制器；A1-驱动信号(TX)；A2-感应信号(RX)；B-触控屏幕。

具体实施方式

[0029] 为达成上述目的与功效，本发明所采用的技术手段及其构造、实施的方法等，兹绘图就本发明的较佳实施例详加说明其特征与功能如下。

[0030] 如图1、图2所示分别为本发明的方块图、控制器简易构造示意图，由图中所示可以清楚看出，本发明提供的应用于触控屏幕的控制器1包括驱动电路(TX)11及感测电路(RX)12，其中：

[0031] 通过半导体制程中的高压制程成型驱动电路11，并通过半导体制程中的传统低压制程制成感测电路12，控制器1通过驱动电路11传送高工作电压至预设触控屏幕2，从而使高压信号通过触控屏幕2后，再由控制器1利用感测电路12接收触控屏幕2的侦测信号，则通过控制器1进行控制、计算经由驱动电路11传送至触控屏幕2的按压前信号与通过感测电路12接收来自触控屏幕2的被按压后信号的变化量，进一步判断触控屏幕2是否被按压触碰。

[0032] 控制器1中的驱动电路11通过高压制程，例如可为DEMOS(汲极延伸金氧半导体)、LDMOS(横向双扩散金氧半导体)或FDMOS(场漂移金氧半导体)等制成，可发射大于或等于18伏特(V)的电压，感测电路12利用低压制程成型，可接收外部小于或等于3.3伏特(V)的电压，则驱动电路11的高压制程所使用的电压为感测电路12的低压制程使用电压的5倍以上，则可使驱动电路11传送更高的工作电压〔可为等于或大于18伏特(V)的电压〕至触控屏幕2，以使工作电压经触控屏幕2耦合并产生衰减现象后的工作电压信号，再经由感测电路12被控制器1接收，因驱动电路11传送高工作电压至触控屏幕2时，触控屏幕2在耦合工作电压信号时，可能会受到境影响而耦合噪声(Noise)进来，可能造成感测电路12接收工作电压时的信噪比(SNR)变差，如下列公式：

[0033] SNR＝PSignal/PNoise

[0034] 因此，控制器1中的驱动电路11可以发射越高的工作电压信号(P Signal)至触控屏幕2，并经过触控屏幕2耦合时所加入的噪音(PNoise)，则感测电路12所接收来自触控屏幕2的工作电压感应信号的信噪比(SNR)也会越好，以供控制器1判断触控屏幕2按压前、按压后的工作电压的信号变化量也更准确。

[0035] 如图1、图3、图4所示分别为本发明的方块图、驱动电路第一实施例的线路图和驱动电路第二实施例的线路图，由图中所示可以清楚的看出，本发明提供的控制器1中的驱动电路11采用高压制程制成，驱动电路包括数字模拟转换器111、信号放大电路112、信号切换选择器113及高压静电放电保护电路114，数字模拟转换器(DAC)可接收输出波形控制信号(TX waveform control signal)后进行数字模拟信号转换，再将信号传送至信号放大器112进行放大后，再将放大后的信号传送至信号切换选择器(TX MUX selector)113，并通过信号切换选择器113电性连接至少一组以上高压静电放电保护电路(HV ESD protect circuit)，则可将高压信号经过驱动电路11传送至触控屏幕2。

[0036] 该驱动电路11亦可包括至少一组以上驱动信号电路110，该至少一组以上驱动信号电路110分别包括电压位准移位器115、互补式金氧半晶体管116及高压静电放电保护电路114，通过电压位准移位器115接收低压发射信号(TX LV signal)，再由电压位准移位器115升压后将信号传送至互补式金氧半晶体管116，同时互补式金氧半晶体管116由高压电源进行触发，从而使互补式金氧半晶体管116将信号通过高压静电放电保护电路114传送至驱动电路11，以通过驱动电路11将高工作电压传送至触控屏幕2。

[0037] 如图1、图5、图6、图7所示分别为本发明的方块图、感测电路第一实施例的线路图、感测电路第二实施例的线路图和感测电路第三实施例的线路图，由图中所示可以清楚看出，本发明提供的控制器1通过感测电路12接收触控屏幕2的工作电压信号，但若接收的工作电压信号高于感测电路12的低压制程的工作电压时，工作电压信号可能自低压静电放电保护电路(LV ESD)漏掉，导致控制器1接收的工作电压信号不正确，即无法与驱动电路11发射的工作电压信号进行计算，可能导致无法计算或计算错误，因此感测电路12可通过串联电阻121的方式进行降压，以供控制器1可以自触控屏幕2接收较正确的工作电压信号，感测电路12串联电阻121的方式可为：

[0038] 该控制器1内部包括芯片核心13、低压静电放电保护电路(LV ESD circuit)14，并通过感测电路12外部串联电阻121，以供控制器1通过感测电路12接收来自触控屏幕2的工作电压信号时，可以通过外部串联的电阻121先行降压、衰减，使其工作电压信号振幅介于低压的供电源(LV VDD小于或等于3.3V)及接地侧(GND)的电压之间，并符合感测电路12低压制程，从而供控制器1接收来自触控屏幕2的工作电压后，再与驱动电路11传送的工作电压进行计算，以辨识触控屏幕2按压前、按压后的工作电压信号变化量，以准确判断触控屏幕2是否被触碰。

[0039] 另外，该控制器1内部包括芯片核心13、低压静电放电保护电路(LV ESD circuit)14，并通过低压静电放电保护电路14与感测电路12之间串联电阻121，从而供电阻121串联于控制器1内部，则当控制器1通过感测电路12接收来自触控屏幕2的工作电压信号时，可以通过位于感测电路12一侧的控制器1内部串联的电阻121先行降压、衰减，使其工作电压信号振幅介于低压的供电源(LV VDD小于或等于3.3V)及接地侧(GND)的电压之间，以成为符合感测电路12低压制程的工作电压，从而供控制器1接收来自触控屏幕2的工作电压后，再与驱动电路11传送的工作电压进行计算，以辨识触控屏幕2按压前、按压后的工作电压信号变化量，以准确判断触控屏幕2是否被触碰。

[0040] 另外，该控制器1内部包括芯片核心13、两组串联的第一低压静电放电保护电路(LV ESD circuit)15和第二低压静电放电保护电路16，并通过第一低压静电放电保护电路15与第二低压静电放电保护电路16之间串联电阻121，从而供电阻121串联于控制器1内部，则当控制器1通过感测电路12接收来自触控屏幕2的工作电压信号时，可以通过位于感测电路12一侧位于控制器1内部的第一、第二低压静电放电保护电路15、16之间串联的电阻121先行降压、衰减，使其工作电压信号振幅介于低压的供电源(LV VDD小于或等于3.3V)及接地侧(GND)的电压之间，则可成为符合感测电路12低压制程的工作电压，从而供控制器1接收来自触控屏幕2的工作电压后，再与驱动电路11传送的工作电压进行计算，即能够辨识触控屏幕2按压前、按压后的工作电压信号变化量，以准确判断触控屏幕2是否被触碰。

[0041] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，非因此局限本发明的保护范围，在本发明提供的应用于触控屏幕的控制器中，通过高压制程制成驱动电路11，另以低压制程制成感测电路12，从而利用驱动电路11传送高工作电压信号至触控屏幕2，并经触控屏幕2耦合后，利用感测电路12接收触控屏幕2的工作电压信号，以供控制器1计算触控屏幕2触碰前、后的信号变化量，达到准确判断触控屏幕2是否被按压、触碰的目的，并可利用驱动电路11以高压制程制成，从而可传送大于感测电路12工作电压的5倍以上的工作电压信号，以供触控莹幕2耦合后衰减的作电压信号符合感测电路12的低压制程的工作电压，且可提高控制器1判断触控屏幕2的工作电压信号变化量的准确度，故举凡可达成前述效果的结构、装置皆应受本发明所涵盖，此种简易修饰及等效结构变化，均应同理包含于本发明的专利范围内，合予陈明。

[0042] 本发明为主要针对应用于触控屏幕的控制器进行设计，于控制器利用高压制程成型驱动电路、低压制程成型感测电路，以供控制器通过驱动电路传送高工作电压信号至触控屏幕，经过触控屏幕耦合衰减后的工作电压信号，供控制器利用感测电路接收，从而可达到控制器准确判断触控屏幕处控前、后的信号变化量为主要保护重点，并能准确辨识触控屏幕是否被按压，通过控制器由驱动电路传送高工作电压至触控屏幕，使控制器通过感测电路接收的感应信号的信噪比更佳，可提高控制器接收工作电压信号信噪比，且可使触控屏幕耦合衰减后的信号振幅符合感测电路的工作电压。

[0043] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，非因此即局限本发明的保护范围，故举凡运用本发明说明书及图式内容所为的简易修饰及等效结构变化，均应同理包含于本发明的保护范围内，合予陈明。