專利名稱：感測裝置及其掃描驅動方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種感測器，且特別是涉及一種感測裝置及其掃描驅動方法。
背景技術：
美國專利編號US5505072說明書圖1披露一種陣列式壓力感測器的動態(tài)響應掃描 電路。此掃描電路利用一電流反饋的信號VTEST依序掃描驅動行電極。信號VTEST流經一 壓阻式感測器，并經由一負反饋放大器擷取電壓信號。最后經由模擬數字轉換器依序讀取 電壓信號建立陣列感測器的位置。 美國專利編號US5905209說明書圖3披露一種壓力感測器的輸出電路。此輸出電 路利用接地信號GND依序切換行電極，再經由列電極的電壓感測架構實現感測器電壓信號 擷取。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明的范例有關于一種感測裝置及其掃描驅動方法，通過具三態(tài)特性的輸 入輸出介面接口的高電平輸出、低電平輸出及高阻抗輸入等邏輯組合，適當地掃描驅動第 一電極及第二電極，使得下述披露的感測裝置能避免掃描驅動過程中造成的漏電流影響第 一感測電壓的測量與辨識、實現多點觸控(Multi Touch)、解決觸摸時所造成的鬼點(Ghost Point)現象、縮短感測裝置的掃描驅動時間。 根據本發(fā)明的范例，提出一種感測裝置。感測裝置包括第一電極、第二電極、感測 元件陣列、第一電極掃描驅動電路、第二電極掃描驅動電路及控制電路。感測元件陣列位于 第一電極與第二電極之間，并于被施力觸摸后輸出至少第一感測電壓。第一電極掃描驅動 電路用以依序掃描驅動第一電極，其中，被驅動的第一電極被設定為高電平輸出狀態(tài)，而未 被驅動的第一電極被設定為低電平輸出狀態(tài)或接地狀態(tài)。第二電極掃描驅動電路用以依序 掃描驅動第二電極，其中，被驅動的第二電極呈現為高阻抗輸入狀態(tài)，而未被驅動的第二電 極被設定為低電平輸出狀態(tài)或接地狀態(tài)。控制電路用以控制第一電極掃描驅動電路及第二 電極掃描驅動電路。 根據本發(fā)明的范例，提出一種感測裝置的掃描驅動方法。掃描驅動方法包括如下步
驟依序掃描驅動第一電極，被驅動的第一電極被設定為高電平輸出狀態(tài)，而未被驅動的第
一電極被設定為低電平輸出狀態(tài)或接地狀態(tài)；依序掃描驅動第二電極，被驅動的第二電極呈
現為高阻抗輸入狀態(tài)，而未被驅動的第二電極被設定為低電平輸出狀態(tài)或接地狀態(tài)；以及當
位于第一 電極與第二電極之間的感測元件陣列被觸摸，根據輸出至少一第一感測電壓。 為使本發(fā)明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并結合附圖詳細
說明如下。


圖1示出了依照本發(fā)明一實施例的一種感測裝置的示意圖。
4-種示意圖。 裝置的第二種示意圖。 種感測裝置的掃描驅動方法的流程圖。
圖2示出了第一種感測元件的示意圖。
圖3示出了第二種感測元件的示意圖。
圖4示出了感測元件陣列130被掃描驅動的示意圖。
圖5示出了感測元件陣列輸出第一感測電壓的第一種示意圖。
圖6示出了感測元件陣列輸出第一感測電壓的第二種示意圖。
圖7示出了第一種讀出電路的示意圖。
圖8示出了第二種讀出電路的示意圖。
圖9示出了第三種讀出電路的示意圖。
圖10示出了整合讀出電路于第二電極掃描驅動電路的第一種示意圖。 圖11示出了整合讀出電路于第二電極掃描驅動電路的第二種示意圖。 圖12示出了切換裝置190的示意圖。 圖13示出了具有緩沖放大功能的感 圖14示出了具有緩沖放大功能的感 圖15示出了依照本發(fā)明一實施例的 附圖符號說明 10 :感測裝置 110 :第一電極
120 :第二電極 130 :感測元件陣列
132、 132(1) 、132(2):感測元件 140、240 :第一電極掃描驅動電路 150、250、350 :第二電極掃描驅動電路 160 :控制電路
170、 170(1) 、170(2) 、170(3):讀出電路 172 :放大器
174:復用器 180 :緩沖放大器 190 :切換裝置 192 :開關
1322 :第一接點 1324 :第二接點 1326 :間距 1328 :開關元件 Rn :電阻式感測器
具體實施例方式
現今具備三態(tài)特性的輸入輸出介面接口分別具有高電平輸出、低電平輸出及高阻
抗輸入等三種邏輯狀態(tài)。下述實施例較佳地通過這種輸入輸出介面接口的三態(tài)邏輯組合， 依序掃描驅動第一電極及第二電極，使得下述披露的感測裝置能避免掃描驅動過程中造成的漏電流影響第一感測電壓的測量與辨識、實現多點觸控(Multi Touch)、解決觸摸時所造 成的鬼點(Ghost Point)現象、縮短感測裝置的掃描驅動時間。 請參考圖1，其示出了依照本發(fā)明一實施范例的一種感測裝置的示意圖。感測裝置 10至少包括第一電極110、第二電極120、感測元件陣列130、第一電極掃描驅動電路140、第 二電極掃描驅動電路150及控制電路160?？刂齐娐?60用以控制第一電極掃描驅動電路 140及第二電極掃描驅動電路150。第一電極掃描驅動電路140用以依序掃描驅動第一電 極110，其中，被驅動的第一電極110被設定為高電平輸出狀態(tài)，而未被驅動的第一電極110 被設定為低電平輸出狀態(tài)。第二電極掃描驅動電路150用以依序掃描驅動第二電極120，其 中，被驅動的第二電極120呈現為高阻抗輸入狀態(tài)，并將未被驅動的第二電極120被設定為 低電平輸出狀態(tài)。感測元件陣列130位于第一電極110與第二電極120之間，并于被施以 觸摸、壓力、力量、重量或擠壓等各種施力方式后輸出至少一第一感測電壓。
前述第一 電極掃描驅動電路140、第二電極掃描驅動電路150及控制電路160例如 由微控制器(Microcontroller, MCU)、現場可編程邏輯門陣列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)、特定功能集成電路(ApplicationSpecific Integrated Circuk， ASIC)或嵌 入式系統(tǒng)芯片(System on Chip, SoC)所實現。且第一電極掃描驅動電路140及第二電極 掃描驅動電路150可進一步整合于控制電路160。 前述第一電極110及第二電極120分別例如為行電極及列電極，而第一電極掃描 驅動電路140及第二電極掃描驅動電路150分別例如為行電極驅動電路及列電極驅動電 路。另一種架構為第一電極110及第二電極120分別例如為列電極及行電極，而第一電極掃 描驅動電路140及第二電極掃描驅動電路150分別例如為列電極驅動電路及行電極驅動電 路。位于第一電極110及第二電極120之間的感測元件陣列130進一步包括感測元件132， 且感測元件132兩端分別耦接至第一電極110與第二電極120。 前述感測元件132可以有多種不同的實施態(tài)樣，本發(fā)明并不特定局限感測 元件132的實施態(tài)樣。舉例來說，感測元件132可以由微機電系統(tǒng)(MicroElectro Mechanical System, MEMS)工藝或互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)工藝所產生。或者，感測元件132可經由印刷技術將電阻材料涂布 于第一電極110及第二電極120之間所形成。不過，為方便說明起見，下述圖2及圖3將例 舉兩種感測元件132的實施態(tài)樣，以供參考。 請參考圖2，其示出了第一種感測元件的示意圖。第一種感測元件在圖2中以感測 元件132(1)表示。感測元件132(1)包括第一接點1322、第二接點1324及電阻式感測器 Rn。第一接點1322與電阻式感測器Rn電連接。當感測元件132(1)未被觸摸時，第二接點 1324與第一接點1322之間形成一間距1326或間隙。當感測元件132(1)被觸摸時，第一 接點1322與第二接點1324接觸，使得第一電極110經由電阻式感測器Rn耦接至第二電極 120。 亦即，當外部施以觸摸、壓力、力量、重量或擠壓等施力方法于感測元件132(1)
時，將造成電阻式感測器Rn本身電阻值改變。前述第一電極掃描驅動電路140及第二電極
掃描驅動電路150分別掃描驅動第一電極110及第二電極120，使得感測元件陣列130受力
時本身電阻值改變而產生一電壓變化，此電壓變化稱為第一感測電壓。 請參考圖3，其示出了第二種感測元件的示意圖。第二種感測元件在圖3中以感測元件132(2)表示。感測元件132(2)包括電阻式感測器Rn及開關元件1328，且開關元件 1328可以例如是晶體管或二極管。當感測元件132(2)被施以觸摸、壓力、力量、重量或擠 壓等施力方式時，開關元件1328被致動導通，使得第一電極110經由電阻式感測器Rn耦接 至第二電極120。由于前述開關元件1328可以為晶體管或二極管，因此當感測元件132 (2) 被觸摸時，晶體管或二極管的控制端即被致動，以導通晶體管或二極管。由此可知，利用開 關元件1328取代圖2繪示的第一接點1322與第二接點1324，也可達到如間距1326或間隙 般的功效。 同樣地，當外部施以觸摸、壓力、力量、重量或擠壓等施力方式于感測元件132(2) 時，將造成電阻式感測器Rn本身電阻值改變。前述第一電極掃描驅動電路140及第二電極 掃描驅動電路150分別掃描驅動第一電極110及第二電極120，使得感測元件陣列130受力 時本身電阻值改變而產生一電壓變化，此電壓變化稱為第一感測電壓。
請參考圖4，其示出了感測元件陣列130被掃描驅動的示意圖。第一電極掃描驅動 電路140及第二電極掃描驅動電路140分別依序掃描驅動第一電極110及第二電極120。 舉例來說，當第一電極掃描驅動電路140驅動第一行第一列的感測元件132時，第一電極驅 動器140輸出驅動信號Vdriven至與第一行第一列的感測元件132耦接的第一電極110。 由于驅動信號Vdriven維持于高電平，因此，被驅動的第一電極110被設定為高電平輸出狀 態(tài)(High)。第一電極掃描驅動電路140同時將其它不與第一行第一列的感測元件132耦接 的第一電極IIO設定為低電平輸出狀態(tài)(Low)或直接電連接到接地狀態(tài)。
與此同時，第二電極掃描驅動電路150將使得與第一行第一列的感測元件132耦 接的第二電極110呈現為高阻抗輸入狀態(tài)(High Impedance)。第二電極掃描驅動電路150 并將其它不與第一行第一列的感測元件132耦接的第二電極120設定為低電平輸出狀態(tài) (Low)或直接電連接到接地狀態(tài)。 如此一來，當驅動第一行第一列的感測元件132時，流經其它不與第一行第一列 的感測元件132耦接的第二電極120的漏電流1。將不會影響流經第一感測電壓的感測路 徑上負載電流I u的穩(wěn)定性與大小。所以本實施例避免掃描驅動時的漏電流I。影響后端 電路對第一感測電壓的測量與辨識，同時也解決觸摸時所造成的鬼點(Ghost Point)現象。 關于后端電路將于下述圖5至圖11中進一步說明。 請參考圖5，其示出了感測元件陣列輸出第一感測電壓的第一種示意圖。前述的 后端電路可直接將第二電極120電連接控制電路160內部的數字模擬轉換器。亦即，第二 電極120可直接耦接至控制電路160。控制電路160經由第二電極120接收感測元件陣列 130于被施以觸摸、壓力、力量、重量或擠壓等方式施力后所產生的第一感測電壓。
請參考圖6，其示出了感測元件陣列輸出第一感測電壓的第二種示意圖?；蛘?，于 第二電極120與控制電路160之間配置一讀出電路170。讀出電路170用以測量感測元件 陣列130于被施以觸摸、壓力、力量、重量或擠壓等方式施力后所產生的第一感測電壓。
前述讀出電路170可以有多種不同的實施態(tài)樣，本發(fā)明并不特定局限讀出電路 170的實施態(tài)樣。不過，為方便說明起見，下述圖7至圖9將例舉三種不同讀出電路170的 實施態(tài)樣，以供參考。 請參考圖7，其示出了第一種讀出電路的示意圖。第一種讀出電路于圖7中以讀出 電路170(1)表示。讀出電路170(1)包括多個放大器172及一復用器174。放大器172分別與第二電極120耦接。第一感測電壓經由多個放大器172，放大輸出為一第二感測電壓， 而復用器用以從多個放大器172中選擇性地輸出第二感測電壓至控制電路160。
請參考圖8，其示出了第二種讀出電路的示意圖。第二種讀出電路于圖8中以讀出 電路170(2)表示。讀出電路170(2)包括一放大器172及一復用器174?？刂齐娐?60經 由復用器174選擇性地與多個第二電極120其中之一電連接，使得復用器174從第二電極 120中選擇性地輸出第一感測電壓至放大器172。放大器172用以將第一感測電壓放大輸 出為第二感測電壓后，并輸出第二感測電壓至控制電路160。 請參考圖9，其示出了第三種讀出電路的示意圖。第三種讀出電路于圖9中以讀出
電路170(3)表示。讀出電路170(3)包括多個放大器172。第一感測電壓經由放大器172
其中之一，將第一感測電壓放大為第二感測電壓直接輸出至控制電路160。 請參考圖IO，其示出了整合讀出電路于第二電極掃描驅動電路中的第一種示意
圖。前述讀出電路170可進一步整合于前述第二電極掃描驅動電路150，在圖10中以第二
電極掃描驅動電路250表示。此時第二電極掃描驅動電路250不僅能掃描驅動第二電極
120，也可測量第一感應電壓。 請參考圖ll，其示出了整合讀出電路于第二電極掃描驅動電路中的第二種示意 圖。此外，為了減少占用控制電路160的輸入輸出介面接口數，前述感測裝置10還包括多 對一的切換裝置190。第二電極120通過此多對一的切換裝置190與單一個放大器電連接， 以減少占用控制電路160的輸入輸出介面接口數。 請參考圖12，其示出了切換裝置190的示意圖。切換裝置190包括多個開關192， 開關192用以選擇性地將對應的第二電極120電連接至第二電極掃描驅動電路350或接地 端。舉例來說，若控制電路160通過4個接腳輸出控制信號時，則可控制16個開關192。因 此，將能進一步有效地減少占用控制電路160的輸入輸出介面接口數。
請參考圖13，其示出了具有緩沖放大功能的感測裝置的第一種示意圖。為了降低 感測元件陣列130被施以觸摸、壓力、力量、重量或擠壓等施力方式時所造成的負載效應， 本實施例的感測裝置10還包括緩沖放大器180，并通過緩沖放大器180提高感測元件陣列 130的驅動電流的掃描穩(wěn)定性與驅動能力，避免掃描驅動過程中不受感測元件陣列130電 阻負載變動而飄移或不穩(wěn)定。 請參考圖14，其示出了第二種具有緩沖放大功能的感測裝置的示意圖?；蛘?，將前 述緩沖放大器180整合于前述第一電極掃描驅動電路140，于圖14中以第一電極掃描驅動 電路240表示。第一電極掃描驅動電路250不僅能掃描驅動第一電極110，也具有緩沖放大 的功能，以提高驅動感測元件陣列130的驅動電流的掃描穩(wěn)定性與驅動能力，避免掃描驅 動過程中不受感測元件陣列130電阻負載變動而飄移或不穩(wěn)定。 前述感測裝置由于第一電極掃描驅動電路140及第二電極掃描驅動電路140分別 依序驅動第一電極IIO及第二電極120時，讀出電路170同步地感測第一感測電壓，因此， 本實施例能夠實現多點觸控(Multi Touch)。 另夕卜，由于本實施例大幅地簡化驅動電路與后端電路的復雜度，因此，控制電路不
需要繁瑣及復雜的數據演算與運算處理，大幅縮短感測裝置的掃描驅動時間。 請參考圖15，其示出了依照本發(fā)明一實施例的一種感測裝置的掃描驅動方法的流
程圖。掃描驅動方法可應用于前述實施例的感測裝 。本發(fā)明的掃描驅動方法至少包括以下步驟。 首先如步驟310所示，第一電極掃描驅動電路140依序掃描驅動第一電極IIO，被 驅動的第一電極110被設定為高電平輸出狀態(tài)，而未被驅動的第一電極110被設定為低電 平輸出狀態(tài)或直接連接到接地狀態(tài)。 再接著如步驟320所示，第二電極掃描驅動電路150依序驅動第二電極120，被驅 動的第二電極120呈現為高阻抗輸入狀態(tài)，而未被驅動的第二電極120被設定為低電平輸 出狀態(tài)或直接連接到接地狀態(tài)。 跟著如步驟330所示，當位于第一電極110與第二電極120之間的感測元件陣列 130被施力觸摸后，輸出至少一第一感測電壓。 前述步驟310至330可重復地被執(zhí)行，使得前述感測元件陣列130被施以觸摸、壓 力、力量、重量或擠壓等施力方式后，輸出對應的第一感測電壓。 綜上所述，雖然本發(fā)明已以一實施例披露如上，但其并非用以限定本發(fā)明。本領域 技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，當可作若干的更改與修飾。因此，本發(fā) 明的保護范圍應以本發(fā)明的權利要求為準。
權利要求
一種感測裝置，包括多條第一電極；多條第二電極；感測元件陣列，位于所述第一電極與所述第二電極之間，并于被施力觸摸后輸出至少第一感測電壓；第一電極掃描驅動電路，用以依序掃描驅動所述第一電極，其中，被驅動的第一電極被設定為高電平輸出狀態(tài)，而未被驅動的第一電極被設定為低電平輸出狀態(tài)或接地狀態(tài)；第二電極掃描驅動電路，用以依序掃描驅動所述第二電極，其中，被驅動的第二電極呈現為高阻抗輸入狀態(tài)，而未被驅動的第二電極被設定為低電平輸出狀態(tài)或接地狀態(tài)；以及控制電路，用以控制該第一電極掃描驅動電路及該第二電極掃描驅動電路的掃描驅動方法。
2. 如權利要求1所述的感測裝置，其中該感測元件陣列包括多個感測元件，各所述感 測元件包括電阻式感測器；第一接點，與該電阻式感測器電連接；以及第二接點，當該感測元件未被觸摸時，該第二接點與該第一接點之間形成間隙或間距， 當該感測元件被觸摸時，該第一接點與該第二接點接觸，使得該第一電極經由該電阻式感 測器耦接至該第二電極。
3. 如權利要求1所述的感測裝置，其中該感測元件陣列包括多個感測元件，各所述感 測元件包括電阻式感測器；以及開關元件，當該感測元件被觸摸時，該開關元件被導通，使得該第一電極經由該電阻式 感測器耦接至該第二電極。
4. 如權利要求3所述的感測裝置，其中該開關元件為晶體管。
5. 如權利要求3所述的感測裝置，其中該開關元件為二極管。
6. 如權利要求1所述的感測裝置，其中所述第二電極耦接至該控制電路。
7. 如權利要求1所述的感測裝置，還包括 讀出電路，用以測量該第一感測電壓。
8. 如權利要求7所述的感測裝置，其中該讀出電路包括多個放大器，該第一感測電壓經由所述放大器其中之一放大為第二感測電壓；以及 復用器，用以從所述放大器中選擇性地輸出該第二感測電壓至該控制電路。
9. 如權利要求7所述的感測裝置，其中該讀出電路包括 復用器，用以從所述第二電極中選擇性地輸出該第一感測電壓；以及 放大器，用以放大該第一感測電壓為第二感測電壓，并輸出至該控制電路。
10. 如權利要求7所述的感測裝置，其中該讀出電路包括多個放大器，該第一感測電壓經由所述放大器其中之一放大為第二感測電壓，并輸出 至該控制電路。
11. 如權利要求1所述的感測裝置，其中該讀出電路整合于該第二電極掃描驅動電路。
12. 如權利要求11所述的感測裝置，還包括一切換裝置，耦接于所述第二電極與該第二電極掃描驅動電路之間。
13. 如權利要求11所述的感測裝置，其中該切換裝置包括多個開關，各所述開關用以 選擇性地將對應的第二電極電連接至該第二電極掃描驅動電路或接地端。
14. 如權利要求1所述的感測裝置，還包括 緩沖放大器，用以提高驅動該感測元件陣列的驅動電流。
15. 如權利要求14所述的感測裝置，其中該緩沖放大器整合于該第一電極掃描驅動電路。
16. 如權利要求14所述的感測裝置，其中該第一電極掃描驅動電路及該第二電極掃描 驅動電路整合于該控制電路。
17. —種感測裝置的掃描驅動方法，包括依序掃描驅動多條第一電極，被驅動的第一電極被設定為高電平輸出狀態(tài)，而未被驅 動的第一電極被設定為低電平輸出狀態(tài)或接地狀態(tài)；依序掃描驅動多條第二電極，被驅動的第二電極呈現為高阻抗輸入狀態(tài)，而未被驅動 的第二電極被設定為低電平輸出狀態(tài)或接地狀態(tài)；以及當位于所述第一電極與所述第二電極之間的感測元件陣列被施力觸摸后，輸出至少一 第一感測電壓。
18. 如權利要求17所述的掃描驅動方法，還包括 測量該第一感測電壓。
19. 如權利要求17所述的掃描驅動方法，還包括 放大該第一感測電壓為第二感測電壓。
20. 如權利要求17所述的掃描驅動方法，還包括 提高驅動該感測元件陣列的驅動電流。
全文摘要
一種感測裝置及其掃描驅動方法。感測裝置包括第一電極、第二電極、感測元件陣列、第一電極掃描驅動電路、第二電極掃描驅動電路及控制電路。感測元件陣列位于第一電極與第二電極之間，并于被施力觸摸后輸出至少一第一感測電壓。第一電極掃描驅動電路用以依序掃描驅動第一電極，其中，被驅動的第一電極被設定為高電平輸出狀態(tài)，而未被驅動的第一電極被設定為低電平輸出狀態(tài)或接地狀態(tài)。第二電極掃描驅動電路用以依序掃描驅動第二電極，其中，被驅動的第二電極呈現為高阻抗輸入狀態(tài)，而未被驅動的第二電極被設定為低電平輸出狀態(tài)或接地狀態(tài)?？刂齐娐酚靡钥刂频谝浑姌O掃描驅動電路及第二電極掃描驅動電路。
文檔編號G01L1/20GK101770309SQ20091000143
公開日2010年7月7日 申請日期2009年1月5日 優(yōu)先權日2009年1月5日
發(fā)明者葉紹興, 沈煜棠 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院