觸摸感測系統(tǒng)及其驅動方法
【專利摘要】一種觸摸感測系統(tǒng)，包括：嵌入有至少一個諧振電路的筆、包括X電極和與X電極垂直的Y電極的XY電極、圍繞XY電極的天線、和第一觸摸驅動電路，第一觸摸驅動電路給XY電極提供諧振誘導信號，根據(jù)通過天線接收的諧振信號的諧振幅度確定筆的位置，并根據(jù)在改變諧振誘導信號的頻率的同時測量的諧振電路的諧振頻率和諧振頻率的相鄰頻率確定筆的筆壓力。
【專利說明】觸摸感測系統(tǒng)及其驅動方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種能夠感測筆和手指的觸摸感測系統(tǒng)及其驅動方法。

【背景技術】
[0002] 配置用戶接口（n)，從而用戶能與各種電子裝置進行通信，因而能容易且舒適地 控制電子裝置。用戶接口的例子包括小鍵盤、鍵盤、鼠標、在屏顯示（OSD)和具有紅外通信 功能或射頻（RF)通信功能的遙控器。用戶接口技術已持續(xù)發(fā)展，以增加用戶的感受性和操 作便利性。近來用戶接口已發(fā)展為包括觸摸UI、聲音識別UI、三維（3D)n等。
[0003] 觸摸n已不可缺少地使用在便攜式信息設備中并已擴展至家用電器的應用。觸 摸n感測用于接觸觸摸屏的手指或筆的位置并產生位置信息。
[0004] 觸摸屏分為用于感測導體，例如手指的觸摸屏和用于感測筆的觸摸屏。U.S.專利 No. 7, 903, 085 (2011年3月8日）（之后稱為"現(xiàn)有技術的筆觸摸感測裝置"）中公開了后 一種筆觸摸屏的例子?，F(xiàn)有技術的筆觸摸感測裝置包括：嵌入有諧振電路的特殊筆、從特殊 筆接收諧振信號的環(huán)形天線、以及用于從環(huán)形天線的信號提取該特殊筆的位置信息和筆壓 力信息的模擬信號處理單元。
[0005] 如圖1中所示，在現(xiàn)有技術的筆觸摸感測裝置中，用于誘導筆PEN的諧振電路的方 波信號通過電磁諧振路徑，即電磁場傳送到天線ANT并傳輸?shù)焦PPEN。從筆PEN的諧振電路 產生的諧振信號通過電磁諧振路徑傳送并由天線ANT接收。筆PEN的諧振路通過經電磁諧 振，即電磁場接收的方波信號進行諧振并在電磁場中將諧振信號傳輸給環(huán)形天線。因而，在 現(xiàn)有技術的筆觸摸感測裝置中，筆PEN和天線ANT在電磁場中傳輸和接收諧振信號。
[0006] 現(xiàn)有技術的筆觸摸感測裝置將通過環(huán)形天線接收的諧振信號輸入到一模擬電路。 模擬電路包括根據(jù)通過環(huán)形天線接收的諧振信號的相位確定筆的位置的位置確定電路以 及根據(jù)諧振信號的相位確定筆的筆壓力的筆壓力確定電路。
[0007] 然而，現(xiàn)有技術的筆觸摸感測裝置具有如下的缺點。
[0008] 現(xiàn)有技術的筆觸摸感測裝置需要多個環(huán)形天線和用于依次驅動環(huán)形天線的開關 電路，從而在XY坐標系統(tǒng)中檢測筆的觸摸位置。環(huán)形天線必須以矩陣形式以重疊的形狀實 現(xiàn)，從而在XY坐標系統(tǒng)中識別觸摸點。此外，因為必須給顯示面板增加單獨的天線層從而 在顯示面板中實現(xiàn)環(huán)形天線，所以顯示面板的厚度增加。因為必須增加用于將多個環(huán)形天 線和模擬信號處理單元連接到顯示面板的結構，所以電纜連接設備變得大且復雜。因而，當 多個環(huán)形天線集成在顯示面板中時，很難提供纖薄且簡單的顯示裝置。
[0009]因為現(xiàn)有技術的筆觸摸感測裝置使用模擬比較器比較筆的接收信號，所以僅可識 別筆的存在或不存在，很難精確呈現(xiàn)筆的觸摸位置的坐標。
[0010] 因為現(xiàn)有技術的筆觸摸感測裝置額外包括位置確定電路和筆壓力確定電路，所以 電路復雜性增加，操作量也增大。因此，功耗增加。
[0011] 因為現(xiàn)有技術的筆觸摸感測裝置中的諧振信號的相位根據(jù)周圍環(huán)境敏感地變化， 所以由于環(huán)形天線的寄生電容，很難精確檢測諧振信號的相位。
[0012] 現(xiàn)有技術的筆觸摸感測裝置計算諧振信號的反正切值并測量筆壓力。如圖2中所 示，其顯示了反正切特性曲線，在"_pi"和"+pi"處形成非線性周期。這是因為反正切值每 隔2 (360° )被初始化。由于該原因，基于諧振信號的相位差的反正切值的變化在預定時 間間隔處中斷。因而，現(xiàn)有技術的筆觸摸感測裝置必須將諧振頻率的范圍設置在非線性周 期之外。
[0013] 因為現(xiàn)有技術的筆觸摸感測裝置中使用的脈沖產生器限定了諧振信號的頻率區(qū) 域，所以很難改變諧振頻率。
[0014] 因為現(xiàn)有技術的筆觸摸感測裝置中使用的模擬信號處理單元根據(jù)周圍環(huán)境，如溫 度和濕度表現(xiàn)出不同的操作結果，所以其可靠性較低。


【發(fā)明內容】

[0015] 在一個方面中，一種觸摸感測系統(tǒng)包括：嵌入有至少一個諧振電路的筆、包括X電 極和與X電極垂直的Y電極的XY電極、圍繞XY電極的天線、和第一觸摸驅動電路，該第一 觸摸驅動電路給XY電極提供諧振誘導信號，根據(jù)通過天線接收的諧振信號的諧振幅度確 定筆的位置，并根據(jù)在改變諧振誘導信號的頻率的同時測量的諧振電路的諧振頻率和諧振 頻率的相鄰頻率確定筆的筆壓力。
[0016] 在另一個方面中，一種用于驅動觸摸感測系統(tǒng)的方法，該觸摸感測系統(tǒng)包括嵌入 有諧振電路的筆、包括X電極和與X電極垂直的Y電極的XY電極、以及圍繞XY電極的天 線，其中該方法包括：根據(jù)通過天線接收的諧振信號的諧振幅度確定筆的位置、以及根據(jù)在 改變諧振誘導信號的頻率的同時測量的諧振電路的諧振頻率和諧振頻率的相鄰頻率確定 筆的筆壓力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 給本發(fā)明提供進一步理解并組成說明書一部分的附圖圖解了本發(fā)明的實施方式 并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中：
[0018] 圖1顯示了現(xiàn)有技術的筆觸摸感測裝置中的諧振信號的傳輸和接收；
[0019] 圖2顯示了反正切特性曲線；
[0020] 圖3顯示了在根據(jù)本發(fā)明典型實施方式的觸摸感測系統(tǒng)中，電場的傳輸和諧振信 號的接收；
[0021] 圖4是根據(jù)本發(fā)明典型實施方式的觸摸感測系統(tǒng)的框圖；
[0022] 圖5到7圖解了根據(jù)本發(fā)明典型實施方式的觸摸屏和顯示面板的各種組合；
[0023] 圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明典型實施方式的觸摸屏的結構的平面圖；
[0024] 圖9顯示了集成到一個芯片集成電路（IC)中的第一觸摸驅動電路的例子；
[0025] 圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明典型實施方式的一個幀周期；
[0026] 圖11是顯示筆的觸摸感測操作的波形圖；
[0027] 圖12是顯示手指的觸摸感測操作的波形圖；
[0028] 圖13是詳細顯示根據(jù)本發(fā)明典型實施方式的第一觸摸驅動電路的電路圖；
[0029] 圖14顯示了嵌入筆中的電感器；
[0030] 圖15是顯示第一觸摸驅動電路的操作的波形圖；
[0031] 圖16圖解了在用于傳輸和接收諧振信號的現(xiàn)有方法中產生的筆末端的位置識別 錯誤；
[0032] 圖17圖解了能夠防止筆末端的位置識別錯誤的本發(fā)明典型實施方式的效果；
[0033] 圖18是顯示根據(jù)本發(fā)明典型實施方式的用于確定觸摸位置和筆壓力的方法的流 程圖；
[0034] 圖19和20顯示了用于確定筆的觸摸位置的方法的例子；
[0035] 圖21和22顯示了用于確定筆的筆壓力的方法的例子；
[0036] 圖23顯示了根據(jù)本發(fā)明典型實施方式的筆；
[0037] 圖24到26顯示了使用圖23中所示的筆的應用方法；
[0038] 圖27是顯示圖23中所示的筆的諧振誘導信號和通過天線接收的諧振信號的波形 圖；
[0039] 圖28是顯示用于驅動圖23中所示的筆的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0040] 將詳細描述本發(fā)明的實施方式，附圖中圖解了這些實施方式的一些例子。只要可 能，在整個附圖中將使用相同的參考標記表示相同或相似的組件。應當注意，如果確定已知 部件的詳細描述會誤導本發(fā)明的實施方式，則將省略這些已知部件的詳細描述。
[0041] 如圖3中所示，根據(jù)本發(fā)明典型實施方式的觸摸感測系統(tǒng)包括多個XY電極X/Y、天 線ANT和筆PEN。
[0042]XY電極X/Y分為X電極組和Y電極組。X電極組包括多個X電極。Y電極組包括 與X電極垂直的多個Y電極，X電極與Y電極之間插入有電介質。XY電極X/Y大致具有與 現(xiàn)有電容觸摸屏中的電極相同的結構。因而，本發(fā)明的實施方式可由用于現(xiàn)有手指觸摸感 測操作的觸摸屏的電極實現(xiàn)XY電極X/Y。
[0043]XY電極X/Y與其上顯示輸入圖像的顯示面板的像素陣列重疊。于是，XY電極X/Y 可由具有高透射率的材料，例如氧化銦錫（ITO)形成。XY電極X/Y通過電容Csx與筆PEN 電耦合。電容Csx是形成在XY電極X/Y與筆PEN之間的電容。通過電容Csx在XY電極 X/Y與筆PEN之間產生電耦合。XY電極X/Y通過電容Csx將電場的諧振誘導信號傳輸給筆 PEN。
[0044] 筆PEN包括諧振電路。筆PEN的諧振電路響應于通過寄生電容Csx接收的諧振誘 導信號進行諧振并產生諧振信號。當筆PEN的末端按壓在觸摸屏上時，筆PEN的諧振電路 中的電感（L)值和電容（C)值變化。因此，諧振電路的諧振頻率變化。因而，筆PEN的筆壓 力的變化最終導致諧振頻率的變化。來自筆PEN的諧振信號通過電磁諧振路徑傳輸給天線 ANT。
[0045] 天線ANT接收筆PEN的諧振信號。天線ANT可由圍繞XY電極X/Y的單個環(huán)形天 線實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明實施方式的觸摸感測系統(tǒng)通過XY電極X/Y根據(jù)電容Csx的變化感測 手指的觸摸輸入，并使用XY電極X/Y和天線ANT感測筆PEN的觸摸輸入。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明實施方式的觸摸感測系統(tǒng)可與各類型的顯示裝置結合?？苫谥T如液 晶顯示器（IXD)、場發(fā)射顯示器（FED)、等離子顯示面板（PDP)、有機發(fā)光顯示器和電泳顯示 器（EPD)這樣的平板顯示器實現(xiàn)顯示裝置。在下面的描述中，將使用液晶顯示器作為平板 顯示器的一個例子描述本發(fā)明的實施方式。可使用其他平板顯示器。
[0047] 如圖4到7中所示，根據(jù)本發(fā)明實施方式的顯示裝置包括顯示面板DIS、顯示驅動 電路、觸摸屏TSP、觸摸屏驅動電路等。
[0048] 顯示面板DIS包括形成在上基板GLSl和下基板GLS2之間的液晶層。顯示面板 DIS的像素陣列包括形成在由數(shù)據(jù)線Dl到Dm和柵極線（或掃描線）Gl到Gn界定的像素區(qū) 域中的像素，其中m和n為正整數(shù)。每個像素包括形成在數(shù)據(jù)線Dl到Dm和柵極線Gl到Gn 的交點處的薄膜晶體管（TFT)、被充電至數(shù)據(jù)電壓的像素電極、與像素電極連接并保持液晶 單元的電壓的存儲電容器、等等。
[0049] 在顯示面板DIS的上基板GLSl上形成有黑矩陣、濾色器等。顯示面板DIS的下基 板GLS2可以以C0T(TFT上濾色器）結構進行構造。在該情形中，黑矩陣和濾色器可形成在 顯示面板DIS的下基板GLS2上。被提供公共電壓Vcom的公共電極可形成在顯示面板DIS 的上基板GLSl或下基板GLS2上。偏振片分別貼附到顯示面板DIS的上基板GLSl和下基 板GLS2。在顯示面板DIS的上基板GLSl和下基板GLS2中接觸液晶的內表面上分別形成有 用于設定液晶的預傾角的取向層。在顯示面板DIS的上基板GLSl和下基板GLS2之間形成 有柱狀襯墊料，以保持液晶單元的單元間隙恒定。
[0050] 在顯示面板DIS的后表面上可設置背光單元。背光單元例如可實施為邊緣型背光 單元和直下型背光單元之一，并將光照射到顯示面板DIS上。顯示面板DIS可由任何已知 的模式實現(xiàn)，包括扭曲向列（TN)模式、垂直取向（VA)模式、共平面開關（IPS)模式、邊緣場 開關（FFS)模式等。
[0051] 顯示驅動電路包括數(shù)據(jù)驅動電路12、掃描驅動電路14和時序控制器20.顯示驅動 電路給顯示面板DIS的像素施加輸入圖像的視頻數(shù)據(jù)電壓。數(shù)據(jù)驅動電路12將從時序控 制器20接收的輸入圖像的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)RGB轉換為正負模擬伽馬補償電壓并輸出數(shù)據(jù)電 壓。之后，數(shù)據(jù)驅動電路12將數(shù)據(jù)電壓提供給數(shù)據(jù)線Dl到Dm。掃描驅動電路14依次給柵 極線Gl到Gn提供與數(shù)據(jù)電壓同步的柵極脈沖（或掃描脈沖）并選擇顯示面板DIS的其中 被施加數(shù)據(jù)電壓的行。
[0052] 時序控制器20從主機系統(tǒng)40接收時序信號，如垂直同步信號Vsync、水平同步信 號Hsync、數(shù)據(jù)使能信號DE和主時鐘MCLK。時序控制器20使用時序信號產生用于分別控 制數(shù)據(jù)驅動電路12和掃描驅動電路14的操作時序的數(shù)據(jù)時序控制信號和掃描時序控制信 號。數(shù)據(jù)時序控制信號包括源極采樣時鐘SSC、源極輸出使能信號S0E、極性控制信號POL 等。掃描時序控制信號包括柵極起始脈沖GSP、柵極移位時鐘GSC、柵極輸出使能信號GOE 等。
[0053] 時序控制器20將輸入圖像的幀頻乘以"N"，以獲得（幀頻XN)Hz的頻率，其中N 為大于等于2的正整數(shù)。因此，時序控制器20可根據(jù)（幀頻XN)Hz的頻率控制顯示驅動 電路和觸摸屏驅動電路每一個的操作頻率。輸入圖像的幀頻在國家電視標準委員會（NTSC) 制式中為60Hz(-個幀周期=16. 67毫秒），在逐行倒相（PAL)制式中為50Hz(-個幀周期 =20毫秒）。
[0054] 觸摸屏TSP包括XY電極Xl到Xi和Yl到Yj以及天線ANT，如圖3和8中所示。 在XY電極Xl到Xi和Yl到Yj的交點處形成觸摸傳感器Cts，觸摸傳感器Cts的電荷量根 據(jù)導體，例如手指的存在或不存在而變化。XY電極Xl到Xi和Yl到Yj可由用于感測手指 的觸摸輸入的現(xiàn)有電容觸摸屏中使用的電極實現(xiàn)。因而，可通過在現(xiàn)有電容觸摸屏的邊緣 處額外安裝天線ANT而簡單地實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明實施方式的觸摸屏TSP。
[0055] 如圖5中所示，觸摸屏TSP的XY電極Xl到Xi和Yl到Yj以及天線ANT可貼附在 顯示面板DIS的上偏振片POLl上。可選擇地，如圖6中所示，觸摸屏TSP的XY電極Xl到 Xi和Yl到Yj以及天線ANT可形成在顯示面板DIS的上偏振片POLl和上基板GLSl之間。 可選擇地，如圖7中所示，觸摸屏TSP的XY電極Xl到Xi和Yl到Yj以及天線ANT可以以 盒內方式隨顯示面板DIS的像素陣列一起嵌入顯示面板DIS的下基板GLS2中。在圖5到 7中，"PIX"表示液晶單元的像素電極，"P0L2"表示顯示面板DIS的下偏振片。觸摸屏TSP 的XY電極Xl到Xi和Yl到Yj以及天線ANT可形成在同一平面或不同平面上。
[0056] 觸摸屏驅動電路包括第一觸摸驅動電路30和第二觸摸驅動電路32。
[0057] 第一觸摸驅動電路30依次給XY電極Xl到Xi和Yl到Yj提供諧振誘導信號并通 過天線ANT接收筆PEN的諧振信號。第一觸摸驅動電路30將通過天線ANT接收的筆PEN 的諧振信號轉換為數(shù)字數(shù)據(jù)并測量每一諧振頻率處的諧振幅度。第一觸摸驅動電路30將 諧振信號的諧振幅度與一預定參考值進行比較并確定筆PEN的觸摸位置信息。此外，第一 觸摸驅動電路30根據(jù)諧振信號的頻率特性測量筆PEN的筆壓力。由第一觸摸驅動電路30 產生的筆PEN的位置和筆壓力信息XY(PEN)傳輸給主機系統(tǒng)40。
[0058] 第二觸摸驅動電路32根據(jù)觸摸傳感器Cts的觸摸操作之前和之后電容的變化感 測手指的觸摸位置。電容可分為自電容和互電容。第二觸摸驅動電路32依次給X電極或 XY電極Xl到Xi和Yl到Yj提供激勵信號，與激勵信號同步地檢測觸摸傳感器Cts的觸摸 操作之前和之后電容的變化，并將電容變化轉換為數(shù)字數(shù)據(jù)。第二觸摸驅動電路32將該數(shù) 字數(shù)據(jù)與一預定參考值進行比較并確定手指的觸摸位置信息XY(FINGER)。由第二觸摸驅動 電路32產生的手指的觸摸位置信息XY(FINGER)傳輸給主機系統(tǒng)40。作為激勵信號，可產 生諸如脈沖和三角波之類的各個形狀的AC信號。第二觸摸驅動電路32可由用于感測手指 觸摸輸入的現(xiàn)有電容觸摸屏中使用的觸摸驅動電路實現(xiàn)。
[0059] 主機系統(tǒng)40例如可由電視系統(tǒng)、機頂盒、導航系統(tǒng)、DVD播放器、藍光播放器、個人 計算機（PC)、家庭影院系統(tǒng)和電話系統(tǒng)之一實現(xiàn)并接收輸入圖像。主機系統(tǒng)40從第一觸摸 驅動電路30接收筆PEN的位置和筆壓力信息XY(PEN)并從第二觸摸驅動電路32接收手指 的觸摸位置信息XY(FINGER)。
[0060] 主機系統(tǒng)40包括其中嵌入有縮放器的系統(tǒng)單芯片（SoC)，將輸入圖像的數(shù)字視頻 數(shù)據(jù)RGB轉換為適于在顯示面板DIS上顯示的數(shù)據(jù)格式。主機系統(tǒng)40給時序控制器20傳 輸輸入圖像的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)RGB和時序信號Vsync，Hsync，DE和MCLK。此外，主機系統(tǒng)40 運行與從第一和第二觸摸驅動電路30和32接收的筆PEN的位置和筆壓力信息XY(PEN)和 手指的觸摸位置信息XY(FINGER)有關的應用程序。
[0061] 圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明實施方式的觸摸屏的XY電極和天線的平面圖。
[0062] 如圖8中所示，XY電極包括沿X軸平行布置的X電極Xl到X6和沿y軸平行布置 并與X電極Xl到X6垂直的Y電極Yl到Y6。天線ANT可由圍繞XY電極Xl到X6和Yl到 Y6的單個天線實現(xiàn)。單個天線可形成在其上顯示圖像的像素陣列外側的邊框區(qū)域中，從而 像素的開口率不會降低。第一觸摸驅動電路30通過天線焊盤APAD連接至天線ANT，并通過 XY焊盤XYPAD連接至XY電極Xl到X6和Yl到Y6。
[0063] 圖9顯示了其中第一觸摸驅動電路30集成到一個芯片集成電路（IC)中的例子。
[0064] 如圖9中所示，一個芯片IC包括模擬信號處理單元100、數(shù)字信號處理單元200、 微處理器單元（MPU) 300、接口電路310和存儲器320。
[0065] 數(shù)字信號處理單元200包括存儲器2。存儲器2存儲每一諧振頻率處的諧振信號 的諧振特性，臨時存儲前一數(shù)據(jù)從而在圖13中所示的積分器214和216中累加數(shù)據(jù)，并臨 時存儲圖13中所示的位置和筆壓力確定單元218的輸出數(shù)據(jù)。
[0066] 微處理器單元300將從位置和筆壓力確定單元218接收的筆PEN的位置和筆壓力 信息XY(PEN)存儲在存儲器320中。微處理器單元300插補筆PEN的觸摸位置的坐標信息， 從而依照顯示面板DIS的分辨率改變觸摸屏TSP的分辨率。微處理器單元300可進行用于 去除噪聲和提高觸摸識別性能的額外算法。接口電路310通過標準接口將筆PEN的位置和 筆壓力信息XY(PEN)傳輸給主機系統(tǒng)40。
[0067] 圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明實施方式的一個幀周期。
[0068] 當如圖7中所示觸摸屏TSP嵌入顯示面板DIS的像素陣列中時，在像素陣列與觸 摸屏TSP之間產生電耦合，電耦合會不利地影響像素陣列和觸摸屏TSP。因而，如圖10的 (A)中所示，當觸摸屏TSP嵌入顯示面板DIS的像素陣列中時，一個幀周期可被時分為顯示 周期Tdis、第一觸摸感測周期Tpen和第二觸摸感測周期Tfinger。
[0069] 當觸摸屏TSP嵌入顯示面板DIS的像素陣列中時，觸摸屏TSP的XY電極可用作給 像素提供公共電壓Vcom的公共電極。在該情形中，在顯示周期Tdis期間給XY電極提供公 共電壓Vcom，在第一和第二觸摸感測周期Tpen和Tfinger期間給XY電極提供激勵信號或諧 振誘導信號。
[0070] 當觸摸屏TSP嵌入作為顯示裝置的有機發(fā)光顯示器的顯示面板DIS的像素陣列中 時，可在顯示周期Tdis期間給觸摸屏TSP的XY電極提供包括高電位電源電壓VDD、低電位 電源電壓VSS、基準電壓等的像素電源電壓。
[0071] 在顯示周期Tdis期間，顯示驅動電路被驅動，顯示驅動電路給顯示面板DIS的像 素施加輸入圖像的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。在第一觸摸感測周期Tpen期間，第一觸摸驅動電路30被 驅動，并感測觸摸屏TSP上的筆的觸摸位置和筆壓力。在第二觸摸感測周期Tfinger期間， 第二觸摸驅動電路32被驅動，第二觸摸驅動電路32感測觸摸屏TSP上的導體，例如手指的 觸摸位置。
[0072] 當如圖5和6中所示觸摸屏TSP形成在與顯示面板DIS的像素陣列分離的上基板 GLSl上時，在像素陣列與觸摸屏TSP之間幾乎沒有電耦合。因而，如圖10的（B)中所示， 當觸摸屏TSP與顯示面板DIS的像素陣列分離時，一個幀周期被指定為顯示周期Tdis。此 夕卜，一個幀周期可被分割為第一和第二觸摸感測周期Tpen和Tfinger。在該情形中，顯示周 期Tdis可與第一和第二觸摸感測周期Tpen和Tfinger重疊。
[0073] 圖11是顯示筆的觸摸感測操作的波形圖。
[0074] 如圖11中所示，第一觸摸驅動電路30在第一觸摸感測周期Tpen中操作并依次給 XY電極Yl到Yj和Xl到Xi提供諧振誘導信號，由此引起筆PEN的諧振。筆PEN的諧振電 路響應于經電容Csx作為電場輸入的諧振誘導信號進行諧振并產生諧振信號。天線ANT在 電磁場中接收來自筆PEN的諧振信號。第一觸摸驅動電路30將通過ANT接收的模擬諧振 信號轉換為數(shù)字數(shù)據(jù)并計算該數(shù)字數(shù)據(jù)中的諧振信號的幅度和相位，由此感測筆PEN的位 置和筆壓力。
[0075] 圖12是顯示手指的觸摸感測操作的波形圖。
[0076] 如圖12中所示，第二觸摸驅動電路32在第二觸摸感測周期Tfinger中操作。在互 電容中，第二觸摸驅動電路32依次給Y電極Yl到Yj提供激勵信號并與激勵信號同步通過 X電極Xl到Xi接收觸摸傳感器Cts的電荷。當觸摸傳感器Cts被手指觸摸時，第二觸摸 驅動電路32根據(jù)觸摸操作之前和之后觸摸傳感器Cts的電荷的變化量感測觸摸輸入。因 而，在第二觸摸感測周期Tfinger期間，隸屬于Y電極組的Y電極Yl到Yj作為給觸摸傳感 器Cts提供激勵信號的Tx通道進行操作，隸屬于X電極組的X電極Xl到Xi作為從觸摸傳 感器Cts接收電荷的Rx通道進行操作。
[0077] 在自電容中，第二觸摸驅動電路32依次給X電極Xl到Xi和Y電極Yl到Yj提供 激勵信號。在自電容中，第二觸摸驅動電路32根據(jù)觸摸操作之前和之后激勵信號的下降沿 時間或上升沿時間的變化通過X電極Xl到Xi和Y電極Yl到Yj感測觸摸輸入。因而，在 第二觸摸感測周期Tfinger期間，X電極Xl到Xi和Y電極Yl到Yj分別作為Tx通道電極 和Rx通道電極進行操作。
[0078] 圖13是詳細顯示第一觸摸驅動電路30的電路圖。圖14顯示了嵌入筆中的電感 器。圖15是顯示第一觸摸驅動電路30的操作的波形圖。
[0079] 如圖13到15中所示，第一觸摸驅動電路30包括模擬信號處理單元100和數(shù)字信 號處理單元200。
[0080] 筆PEN包括其中電感器L和電容器C并聯(lián)的LC并聯(lián)諧振電路。當筆PEN的末端按 壓在觸摸屏上時，筆PEN的諧振電路中的電感值和電容值變化。因此，諧振電路的諧振頻率 變化。在圖13中，與筆PEN連接的"Ch"表示當人握持筆PEN時產生的寄生電容。當通過 電容Csx施加給筆PEN的諧振誘導信號的頻率等于LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率時，筆PEN 產生諧振信號。因而，筆PEN不需要與LC并聯(lián)諧振電路連接的專門電源。在數(shù)字信號處理 單元200中產生施加給筆PEN的諧振誘導信號。在數(shù)字信號處理單元200中可以以包括方 波信號、正弦波信號等在內的各種方式產生諧振誘導信號。通過天線ANT接收筆PEN的諧 振信號。
[0081] 筆PEN的LC并聯(lián)諧振電路中的電感根據(jù)筆壓力而變化。為此，可如圖14中所示實 現(xiàn)電感器L。纏繞在鐵芯FC上的線圈Lll和纏繞在引導芯（guidecore)GC上的線圈L12 彼此串聯(lián)。在鐵芯FC與引導芯GC之間安裝有彈簧SPR。根據(jù)方程"L=ySN2/l"，電感與 磁導率U、線圈的橫截面積S以及N圈的平方成正比，與線圈的長度（1)成反比。因而，當 筆PEN按壓在觸摸屏TSP上且產生筆PEN的筆壓力時，鐵芯FC與引導芯GC之間的距離隨 著彈簧SPR被壓縮而減小。換句話說，當產生筆PEN的筆壓力時，磁導率y增加，線圈的長 度⑴減小。因此，電感L增力卩。當LC并聯(lián)諧振電路中的電感L增加時，諧振頻率減小。本 發(fā)明實施方式可使用當產生筆壓力時變化的諧振頻率確定筆壓力。
[0082] 在圖13和15中，⑷顯示了通過電容Csx施加給筆PEN的電場的方形波的諧 振誘導信號的例子。（A'）是當天線ANT接收響應于方形波的諧振誘導信號（A)而從筆 PEN產生的諧振信號時在天線ANT中測量的模擬信號。筆PEN中產生的諧振信號可由

【權利要求】
1. 一種觸摸感測系統(tǒng)，包括： 筆，其包括內嵌于該筆內的至少一個諧振電路； XY電極，其包括X電極和與所述X電極垂直的Y電極； 天線，其圍繞所述XY電極；和 第一觸摸驅動電路，其被配置為給所述XY電極提供諧振誘導信號，根據(jù)通過所述天線 接收的諧振信號的諧振幅度確定所述筆的位置，并根據(jù)在改變所述諧振誘導信號的頻率的 同時測量的所述諧振電路的諧振頻率和所述諧振頻率的相鄰頻率確定所述筆的筆壓力。
2. 根據(jù)權利要求1所述的觸摸感測系統(tǒng)，其中所述第一觸摸驅動電路通過電耦合而向 所述筆傳輸所述諧振誘導信號，并使得所述筆的諧振信號能夠由所述天線經電磁諧振路徑 接收。
3. 根據(jù)權利要求1所述的觸摸感測系統(tǒng)，其中所述筆的諧振頻率fo和所述筆的筆壓力 的量P由下面的等式計算：
其中f2是具有最大幅度的諧振信號的諧振頻率，Π 和f3是所述諧振頻率f2的相鄰 頻率，RU R2和R3是在所述諧振頻率f2及所述相鄰頻率Π 和f3處測量的諧振信號的幅 度，
其中"fpmin"是當所述筆壓力在筆壓力級別（Ps= 1000)內具有最小值時的諧振頻 率，"fmax"是當所述筆壓力在所述筆壓力級別（Ps= 1000)內具有最大值時的諧振頻率， "fcur"是當前要測量的筆壓力的諧振頻率。
4. 根據(jù)權利要求1所述的觸摸感測系統(tǒng)，其中所述諧振電路包括與第一末端連接的第 一諧振電路和與第二末端連接的第二諧振電路， 其中所述第一諧振電路的諧振頻帶與所訴第二諧振電路的諧振頻帶不同。
5. 根據(jù)權利要求4所述的觸摸感測系統(tǒng)，其中所述第一觸摸驅動電路交替地向所述XY 電極提供用于驅動所述第一諧振電路的第一諧振誘導信號和用于驅動所述第二諧振電路 的第二諧振誘導信號。
6. 根據(jù)權利要求5所述的觸摸感測系統(tǒng)，其中所述第一觸摸驅動電路根據(jù)通過所述天 線接收的所述諧振信號的諧振幅度確定所述第一和第二末端的位置， 其中所述第一觸摸驅動電路在改變所述第一諧振誘導信號的頻率的同時，根據(jù)從所述 第一諧振電路輸出的第一諧振頻率和所述第一諧振頻率的相鄰頻率確定所述第一末端的 筆壓力， 其中所述第一觸摸驅動電路在改變所述第二諧振誘導信號的頻率的同時，根據(jù)從所述 第二諧振電路輸出的第二諧振頻率和所述第二諧振頻率的相鄰頻率確定所述第二末端的 筆壓力。
7. 根據(jù)權利要求1所述的觸摸感測系統(tǒng)，進一步包括第二觸摸驅動電路，所述第二觸 摸驅動電路配置成給所述Y電極提供激勵信號并與所述激勵信號同步地通過所述X電極接 收電荷。
8. 根據(jù)權利要求1所述的觸摸感測系統(tǒng)，進一步包括第二觸摸驅動電路，所述第二觸 摸驅動電路配置成給所述X電極和所述Y電極提供激勵信號并與所述激勵信號同步地通過 所述X電極和所述Y電極接收電荷。
9. 根據(jù)權利要求1所述的觸摸感測系統(tǒng)，其中所述天線包括圍繞所述XY電極的單個天 線。
10. 根據(jù)權利要求9所述的觸摸感測系統(tǒng)，其中所述第一觸摸驅動電路包括： 模擬信號處理單元，所述模擬信號處理單元配置成放大通過所述天線接收的模擬諧振 信號，提取所述筆的諧振信號的頻帶，并且輸出數(shù)字諧振信號； Tx驅動器，所述Tx驅動器配置成產生所述筆的諧振誘導信號并依次給所述XY電極提 供所述諧振誘導信號； 數(shù)字解調器，所述數(shù)字解調器配置成從所述筆的數(shù)字諧振信號提取實部和虛部并輸出 將每一個所述實部和所述虛部累加 η倍的結果，其中η為大于等于2的正整數(shù)；和 位置和筆壓力確定單元，所述位置和筆壓力確定單元配置成計算從所述數(shù)字解調器輸 入的數(shù)據(jù)的均方根（RMS)值并確定所述諧振信號的幅度和諧振頻率。
11. 根據(jù)權利要求10的觸摸感測系統(tǒng)，其中所述模擬信號處理單元包括： 放大器，所述放大器配置成放大通過所述天線接收的所述模擬諧振信號； 帶通濾波器，所述帶通濾波器配置成從所述放大器的輸出切除除所述筆的諧振頻率之 外的頻帶；和 模擬-數(shù)字轉換器，所述模擬-數(shù)字轉換器配置成將所述帶通濾波器的輸出轉換為所 述數(shù)字諧振信號。
12. 根據(jù)權利要求11的觸摸感測系統(tǒng)，其中所述數(shù)字解調器包括： 第一振蕩器，所述第一振蕩器配置成輸出第一振蕩信號，該第一振蕩信號的頻率和相 位與通過所述天線接收的所述筆的諧振信號相同； 第一乘法器，所述第一乘法器配置成將所述第一振蕩信號乘以通過所述天線接收的所 述筆的諧振信號并輸出相乘結果； 第一低通濾波器，所述第一低通濾波器配置成從所述第一乘法器的輸出去除高頻噪 聲； 第一積分器，所述第一積分器配置成將從所述第一低通濾波器輸入的數(shù)據(jù)增加 η倍并 將增加結果提供給所述位置和筆壓力確定單元； 第二振蕩器，所述第二振蕩器配置成輸出第二振蕩信號，所述第二振蕩信號具有與通 過所述天線接收的所述筆的諧振信號相同的頻率和從所述諧振信號延遲90°的相位； 第二乘法器，所述第二乘法器配置成將所述第二振蕩信號乘以通過所述天線接收的所 述筆的諧振信號并輸出相乘結果； 第二低通濾波器，所述第二低通濾波器配置成從所述第二乘法器的輸出去除高頻噪 聲； 第二積分器，所述第二積分器配置成將從所述第二低通濾波器輸入的數(shù)據(jù)增加 η倍并 將增加結果提供給所述位置和筆壓力確定單元。
13. 根據(jù)權利要求1的觸摸感測系統(tǒng)，其中所述筆獨立于專門的電源之外操作。
14. 根據(jù)權利要求13的觸摸感測系統(tǒng)，其中所述筆的諧振電路包括電感器和電容器， 其中所述電感器包括纏繞在鐵芯上的第一線圈、纏繞在引導芯上的第二線圈、和位于 所述鐵芯與所述引導芯之間的彈簧， 其中所述第一和第二線圈彼此串聯(lián)連接。
15. -種用于驅動觸摸感測系統(tǒng)的方法，所述觸摸感測系統(tǒng)包括：其中嵌入有至少一 個諧振電路的筆、包括X電極和與該X電極垂直的Y電極的XY電極、以及圍繞所述XY電極 的天線，所述方法包括： 根據(jù)通過所述天線接收的諧振信號的諧振幅度，確定所述筆的位置；和 根據(jù)在改變諧振誘導信號的頻率的同時測量的所述諧振電路的諧振頻率和所述諧振 頻率的相鄰頻率，確定所述筆的筆壓力。
16. 根據(jù)權利要求15所述的方法，進一步包括： 通過電耦合向所述筆傳輸所述諧振誘導信號；和 使所述筆的諧振信號經電磁諧振路徑由所述天線接收。
17. 根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述筆的諧振頻率fo和所述筆的筆壓力的量P 自下而的笙才彳+曾.
其中f2是具有最大幅度的諧振信號的諧振頻率，Π 和f3是所述諧振頻率f2的相鄰 頻率，RU R2和R3是在所述諧振頻率f2及所述相鄰頻率Π 和f3處測量的諧振信號的幅 度，
其中"fpmin"是當所述筆壓力在筆壓力級別（Ps= 1000)內具有最小值時的諧振頻 率，"fmax"是當所述筆壓力在所述筆壓力級別（Ps= 1000)內具有最大值時的諧振頻率， "fcur"是當前要測量的筆壓力的諧振頻率。
18. -種用戶接口，包括： 顯示器； 觸摸感測系統(tǒng)，包括： 筆，其包括內嵌于其中的諧振電路； XY電極，其包括X電極和與所述X電極垂直的Y電極； 天線，其圍繞所述XY電極； 第一觸摸驅動電路，其配置成給所述XY電極提供諧振誘導信號，根據(jù)通過所述天線接 收的諧振信號的諧振幅度確定所述筆的位置，并根據(jù)在改變所述諧振誘導信號的頻率的同 時測量的所述諧振電路的諧振頻率和所述諧振頻率的相鄰頻率確定所述筆的筆壓力；和 處理器和存儲器，所述處理器和存儲器配置成分析所述天線的接收信號，以估測所述 筆在所述顯示器上的位置和筆壓力。
【文檔編號】G06F3/046GK104516616SQ201410502557
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權日:2013年9月27日
【發(fā)明者】樸東祚, 鄭昭廷 申請人:樂金顯示有限公司