传感装置制造方法
传感装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于通过减小由传感器装置引入的出现在传感器电路接收单元的最终输出信号中的噪声的影响而保证足够的信噪比(SNR)的传感器电路，适用于诸如电容传感器或者感应传感器的所有传感装置，尽管所使用的输入信号具有相对小的幅度，所述传感装置识别用户的行为和物体运行，用作输入信号的时间周期信号与要感测的用户行为的变化速度或者物体运行的变化速度相比具有相对更高的频率。通过提高触摸传感器电路的信噪比(SNR)，从而触摸传感器芯片的功耗降低，甚至无需增加根据本发明的触摸传感器面板驱动信号的幅度，并且通过去除高压驱动器，触摸传感器芯片的制造成本得以降低。
【专利说明】传感装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过减少传感器装置引入的出现在接收单元的最终输出信号中的噪声的影响，而保证足够的信噪比(SNR)的传感器电路方法，虽然诸如电容传感器或者感应传感器的传感装置中使用的输入信号的幅度相对较小，而作为输入信号使用的时间周期信号的频率与感应到的用户行为或者物体的运动的变化速度相比相对较高。更加特别的，为了阐明本发明的实施例，本发明的内容被应用于平板显示器使用的触摸传感器，例如液晶显示器(下文中被称为“LCD”)以及有机发光二极管(下文中被称为“0LED”)。本发明阐明了关于虽然使用的输入信号的幅度相对较小，但通过减少在平板显示器中自身产生并由触摸传感器面板引入的噪声的影响，从而能够保证足够的信噪比(SNR)的触摸传感装置的实施例。
【背景技术】
[0002]电容传感器或者感应传感器被用作多种用途。在电容传感器和感应传感器中，为了通过传感器装置感应用户的行为或者物体的运动，作为输入信号使用的时间周期信号与用户行为或者物体运动的变化速度相比具有相对高的频率。这是因为只有当输入信号具有相对高的频率时，才能在传感器装置中通过电容方法或者磁耦合现象获得具有相对高的值的输出信号。然而，由于传感器装置引入的噪声分量同样出现在传感器电路的输出信号中，为了获得足够的信噪比(SNR)，输入至传感器装置的驱动信号的幅度需要被极大的增强。
[0003]为了阐明本发明的更详细的实施例，将本发明应用至包括附加到诸如LCD和OLED的平板显示器装置的触摸传感器面板的触摸传感器电路。
[0004]在最近的便携式电话或者笔记本电脑(PC)中，触摸传感器面板被附加至平板显示器装置LCD和OLED中，通过使用手指或者笔等的触摸操作，所述触摸传感器面板被用作输入装置。
[0005]在初始的触摸传感器面板中主要使用电阻式触摸方法。然而，初始的触摸传感器面板的缺点在于由于机械运动必需转换为触摸传感，其使用寿命短。
[0006]为弥补所述缺点，主要使用采用钢化玻璃去除了机械运动的电容触摸传感器面板。所述的电容触摸传感器面板具有用于触摸传感器面板的玻璃面板被安置于平板显示器上，并且钢化玻璃被附加至所述玻璃面板的结构。尽管用手指或者笔触摸所述的钢化玻璃，但机械运动不会被传递至所述安放在钢化玻璃下的用于触摸传感器面板的玻璃面板和平板显示器装置。相应地，所述电容触摸传感器面板不存在通过重复的触摸操作导致的显示器装置使用寿命缩短的缺陷。
[0007]互相不电耦合并且相互交叉设置的电极被设置在电容触摸传感器面板的玻璃面板中。所述电极通常采用透明电极(即铟锡氧化物)或者纳米线。所述电容触摸传感器面板可分为自电容测量方法和互电容测量方法。在早期阶段，主要使用测量自电容的方法。随着同一时间作出的触摸的数目变成3个或者更多，测量互电容的方法逐渐的被更多采用。此处，术语“自电容”为每行与参考点之间的电容，而术语“互电容”为相互交叉的两行之间的电容。在LCD的情况下，自电容的参考点(接地)对应于LCD公共电极(VCOM)端，而在OLED的情况下，则对应于公共阴极端。
[0008]然而，在测量互电容的电容触摸方法中，例如LCD或者OLED等的平板显示器本身产生的公共电极(VCOM)噪声的信噪比(SNR)非常小。此处，所述公共电极(VCOM)噪声通常涉及LCD公共电极(VCOM)噪声和OLED公共阴极电极噪声。相应地，在此电容触摸方法下，减少由平板显示器本身产生的公共电极(VCOM)噪声的影响的机制是至关重要的。
[0009]在对本发明的主要技术精神进行描述之前，需要首先理解LCD的结构。在本发明中，由于OLED中产生公共电极(VCOM)噪声的机制与LCD的相类似，所以只对LCD的结构进行描述。现有的LCD可主要分为垂直对齐(VA)方法和平面交换(IPS)方法。
[0010]在垂直对齐(VA)方法中，如图1a所示，公共电极(VCOM)节点接近电容触摸传感器面板电极，这是因为，其被安置于形成LCD的两个玻璃基板中的远离LCD的背光的LCD的上层玻璃基板中。
[0011]在平面交换(IPS)方法中，如图1b所示，公共电极(VCOM)节点远离所述电容触摸传感器面板电极，这是由于其被安置接近背光的LCD的下层玻璃基板中。然而，由于平面交换(IPS)方法中触摸传感器面板和LCD之间除了具有相对高电阻值的防止静电薄膜之外不存在导电面板，因此所述触摸传感器面板电极直接暴露于驱动TFT或者源驱动的视频模拟信号(即灰度信号)。
[0012]IXD的像素包括两个电极、安置于两个电极之间的液晶、颜色过滤器等。所述电极由所述玻璃面板之上的铟锡氧化物(Ι--)等制成的透明电极形成。如图2所示，通过TFT开关从源驱动接收的表示灰度的模拟信号被应用至所述两个电极中的一个。大约5V的直流(DC)电压被共同应用至另一个公共节点的所有像素。这样的公共节点被称为公共电极(VCOM)节点。通常地，电容触摸传感器面板在所述触摸传感器面板本身不包括接地或者参考电极，由于所述电容触摸传感器面板直接设置于所述LCD上，所以LCD公共电极(VCOM)节点用作电容触摸传感器面板的参考电压节点。
[0013]参照图2，在IXD中，根据对应于各行的门驱动线Gl至G3的位置，对它们按顺序进行驱动。大量的(全高清(HD)的情况下大约6000个)TFT开关的门节点与每个门驱动线相耦合。相应地，相对高的几十PF的电容被耦合至一个门驱动线。门驱动信号在断开时维持大约-5V的值，在打开时维持大约+25V的值。相应地，由于所述门驱动信号的上升沿及下降沿时间中，在短时间内会产生非常大的电压变动，所以可以由“CdV/dt”表示的非常高的位移电流In⑴经过TFT的门电容CeD和液晶电容Q流动至IXD公共电极(VCOM)节点。
[0014]图3为显示了由于图2所示的门驱动线的驱动信号而产生的公共电极(VCOM)噪声的机制的示意图。参照图3，所述位移电流IN(t)经由透明电极形成的公共电极(VCOM)平面，然后通过LCD公共电极(VCOM)驱动电路(driver)的输出电阻(RO)来流动，因此LCD公共电极(VCOM)的波形在所述门驱动信号的上升沿和下降沿时刻呈现为脉冲形式。
[0015]然而，如图2所示，所述门驱动信号顺序地移动至下一个门驱动线。公共电极(VCOM)噪声在所有门驱动线的门驱动器信号的每个上升沿和下降沿区间具有脉冲形状的波形。 [0016]如上所述的电容触摸方法分为测量自电容的方法和测量互电容的方法。由于触摸时人体和地球之间的电容增加，自电容的值增加。相应地，根据这种现象来确定触摸是否存在。进一步地，由于其具有大约20pF或者更多的相对高的值，自电容对LCD公共电极(VCOM)噪声相对不敏感。
[0017]然而，在所述电容触摸方法中，如果同时触摸位置的数量为3个或者更多，则需要测量互电容。如果存在触摸操作，则在一个触摸位置相互交叉的两个电极间的互电容值减小。所述互电容值为大约lpF，由于触摸操作，所述互电容值减少大约10%至20%。如本发明的图8所示，互电容CstU—侧的电极X[j]耦合至电荷放大器的输入端，其另一侧的电极Y [i]耦合至驱动信号发生单元120。所述CM.u为第i个Y电极Y [i]与第j个X电极X [j]之间的互电容。当电极Y[i]与电极X[j]相交的位置产生触摸操作时，互电容Csiiij的值减少大约10%至20%，电荷放大器的输出电压幅度也因此减小。这是因为，电荷放大器的输出电压幅度以与CM.u的变化相同的比例，与驱动信号的电压幅度乘以获得的值相同。此处，通过将公共节点噪声(VCOM noise)电压乘以数值CSXj/CF获得的电压，通过耦合至电荷放大器的反相输入端的触摸传感器面板电极X[j]和公共节点(VCOM)电极之间的自电容Csju，被添加到电荷放大器的输出电压。
[0018]通常，公共电极(VCOM)噪声幅度小于触摸传感器面板驱动信号的幅度，但自电容Csxj是互电容CM.u的20倍或者更多。相应地，电荷放大器输出信号的信噪比(SNR)通常小于I。在此条件下，为了在互电容测量方法的触摸传感器中克服LCD公共电极(VCOM)噪声和确定触摸是否稳定存在，使用降噪方法的触摸传感器是不可或缺的。
[0019]在使用互电容测量方法的触摸传感器中，通过减小由平板显示器本身产生的公共电极(VCOM)噪声的影响，以增加电荷放大器输出电压的信噪比的方法大致可包括下列方法:
[0020](I)斩波器(chopper)方法，
[0021](2)增加触摸传感器面板的驱动信号的幅度的方法，
[0022](3)控制触摸传感器面板的驱动信号的频率的方法，
[0023](4)仅在平板显示器没有进行操作的时间间隔内驱动触摸传感器面板的方法。
[0024]首先，所述斩波器方法为降低在积分器或者低通滤波器输出中的公共电极(VCOM)噪声的影响的方法，其将与应用于电容触摸传感器面板的驱动信号相同的信号应用于接收电路单元，并在斩波器电路中将接收电路单元的电荷放大器的输出信号以及与驱动信号相同的信号相乘后，使输出信号通过积分器或低通滤波器。
[0025]其次，增加触摸传感器面板的驱动信号幅度的方法为增加触摸传感器面板的驱动信号的幅度以使所述接收电路单元的输出信号的信噪比(SNR)增大至I或者更多的方法。
[0026]第三，控制触摸传感器面板的驱动信号的频率的方法为在公共电极(VCOM)噪声的频谱上发现具有小的噪声大小的频点并控制所述驱动信号的频率以使得其变得与所述频点相同。【美国专利，公开出版号:US2008/0157882】
[0027]第四，仅在平板显示器没有工作的时间间隔内驱动触摸传感器面板的方法为仅在VBLANK间隔内驱动触摸传感器电路的方法，所述VBLANK间隔为在平板显示器中一帧屏幕被全部传输后直到开始传输下一帧屏幕的时间间隔，由于公共电极(VCOM)噪声在VBLANK间隔内不会产生。【美国专利，公开出版号:US2009/0009483】
[0028]为了使得电荷放大器的输出电压的信噪比(SNR)增加到I或者更多，所述驱动信号的峰到峰电压值为20V以上，但是通过对上述方法中的几个进行组合，所述峰到峰电压值最近被减少至大约5V。然而，5V比半导体芯片的供电电压高出很多。相应地，如果使用额外的VCOM噪声降低机制使得驱动信号的峰到峰电压值减少至大约3V或者IV，则存在如下的优点:现有使用的半导体芯片的供电电压可被用于驱动信号发生单元，甚至不需要添加额外的供应电压。
【发明内容】
[0029]相应地，本发明用于解决相关技术中发生的问题，本发明的实施例提供了一种传感装置，其中通过降低由传感器装置引入的噪声的影响，使得传感器电路的最终输出信号信噪比(SNR)维持为相对大的值，而使用时间周期信号作为输入信号，维持传感装置中输入信号的幅度在相对小的值。为了更详细的描述本发明，本发明的内容被应用至电容触摸传感器，从而，输入信号的幅度可以维持为相对小的值，并且是否存在触摸以及触摸的位置均可以以这种方式进行可靠地确定，其对于平板显示器自身产生的噪声不敏感。
[0030]为了实现上述发明目的，根据本发明的一方面，提供了一种使用传感器装置测量方法的传感器，包括:周期信号发生单元110，配置为产生时间周期信号；驱动信号发生单元120，配置为使用所述周期信号发生单元110的输出信号和反馈信号，从而产生传感器装置130驱动信号；传感器装置130，配置为具有耦合到驱动信号发生单元120的输出端的传感器装置130的输入端，和耦合到第一接收单元150输入端的传感器装置130的输出端；第一接收单元150，配置为将电荷放大器耦合至所述传感器装置130的输出端，并且发生与所述电荷放大器的输出成比例的输出信号；第二接收单元，配置为接收所述第一接收单元150的部分输出信号和周期信号发生单元110的输出信号，并与所述传感器装置130或者其差值成比例的低频输出信号；反馈信号发生单元140，配置为接收所述第一接收单元150的输出信号，并将接收到的输出反馈信号输出至所述驱动信号发生单元120。这里，如果将用于测量传感器装置130的本发明应于使用互电容测量方法的触摸传感器面板，则还包括用于显示图像的平板显示器和安置在所述平板显示器上部的外置式(on-cell)或者内嵌在所述平板显示器内的内置式(in-cell)的触摸传感器面板。
[0031]根据本发明的传感器电路能够将传感器电路的最终输出信号的信噪比(SNR)维持在相对高的值，同时将应用于传感器装置的输入信号维持在一个相对小的幅度，并且，传感器装置引入的噪声的影响很少出现在传感器电路的最终输出信号中。相应地，本发明的优势在于:通过去除高的电压驱动电路，传感装置芯片的功耗降低，传感装置芯片的制造成本降低。如果本发明应用至使用互电容测量方法的电容触摸传感装置中，则由平板显示器自身产生的公共电极(VCOM)噪声的影响很少出现在触摸传感装置的最终输出信号中。因此，本发明的优势在于:可维持为数字信号水平，而无需增大触摸传感器面板驱动信号的幅度，所以传感装置芯片的功耗降低；通过去除高的电压驱动电路，传感装置芯片的制造成本得以降低。
[0032]进一步地，本发明的优势在于:由于传感装置中的电路可在整个时域中被驱动，即平板显示器装置在其不运作的空(VBLANK)时间间隔之外亦进行运作，所以传感速度被增强。
【专利附图】
【附图说明】[0033]图1a显示了使用根据现有技术的垂直对齐(VA)方法的常规IXD的截面图；
[0034]图1b显示了使用平面交换(IPS)方法的IXD的截面图；
[0035]图2显示了图1a和图1b所示的门驱动线的顺序驱动操作；
[0036]图3显示了由于图2所示的门驱动线的驱动信号而产生的公共电极(VCOM)噪声的机制；
[0037]图4为本发明的方框示意图；
[0038]图5为本发明更加详细的框图。并显示了图4中本发明的更加详细的示例并显示了传感装置，其中，用于产生与用于测量传感器装置的物理量成比例的输出信号的可变传感器装置131和用于产生与所述物理量无关的恒定输出信号的固定传感器装置133分开实现；
[0039]图6显示了应用于电容触摸传感装置的本发明的示例；
[0040]图7为图6中显示的接收单元的详细示意图；
[0041]图8显示了图6中显示的触摸传感器面板的布局示意图；
[0042]图9显示了常规电容触摸传感装置的结构示意图，所述常规电容触摸传感装置使用互电容测量方法，其中电荷放大器耦合至第一接收单元；
[0043]图1Oa显不了将本发明的精神应用于电容触摸的一个实施例的不意图；图1Ob显示了根据本发明的第二接收单元的实施例的示意图；
[0044]图1Oc显示了图1Oa的实施例的更详细的电路实施例的示意图；
[0045]图1Od显示了根据本发明的第二接收单元的另一个实施例的示意图；
[0046]图1la显示了根据本发明的以带通滤波器的形式实现的第一接收单元的放大器的一个示例的示意图；
[0047]图1lb显示了根据本发明的第一接收单元的放大器的详细示意图；
[0048]图12a显示了本发明中平板显示器噪声(VCOM)的波形图；
[0049]图12b显示了本发明中所使用的放大器的输出电压的特征；
[0050]图12c显示了本发明中所使用的放大器的输出电压的其他特征；
[0051]图13显示了常规电容触摸传感装置的输出电压在频域上与根据本发明的传感装置的第一接收单元150的输出电压相对比的示意图；
[0052]图14显示了根据互电容变化的所述第二接收单元的低通滤波器(LPF)的输出波形。
具体实施例
[0053]下文中，对本发明的具体实施例结合附图进行详细的描述。除非明确的描述，每个组成部件或者特征均是可选的。每个组成部件和特征可以不需要与其它组成部件或者特征相结合地被执行。进一步地，一些组成部件和/或特征可以结合以形成本发明的实施例。本发明实施例中描述的操作顺序可以改变。一个实施例中的一些组成部件或特征可包括在其他实施例中或者被其他实施例中的相应组成部件或者特征替换。
[0054]【专利附图】
【附图说明】中，使本发明的技术精神变得晦涩的程序或者步骤未进行描述，本领域技术人员容易理解的程序或者步骤同样未进行描述。进一步地，说明书中相同的部件使用相同的附图标记。[0055]本发明实施例中所使用的具体术语用于帮助本发明的理解，在不脱离本发明技术精神的前提下，所述具体术语可变为其他形式。
[0056]本发明的一些典型实施例参考附图进行了详细描述。与附图一起公开的详细的表述用于描述本发明的一些典型实施例而非本发明的单独实施例。
[0057]本发明的说明书所使用的“用户的行为或者物体的运动”涉及用户直接执行的行为或者通过物体以达到操纵装置的意图而应用本发明的传感装置。例如，用户的行为或者物体的运动包括通过用户人体的一部分或者用户使用工具等触摸面板的操作以及使得用户人体的部分或者用户使用的工具靠近面板的操作，以获得在电容触摸面板情形下的电容耦合以及在磁性触摸面板情形下的感应耦合。
[0058]值得注意的是本发明的传感装置识别出作为用户的故意输入，通过“用户的行为或者物体的运动”所产生的电容耦合、感应耦合、光量变化和频率、电压或其他的变化等。
[0059]同样值得注意的是“用户的行为或者物体的运动”除了包括用户操作本发明的传感装置的部件的操作之外不包括剩余的非故意操作。例如，诸如环境温度、大气和湿度等的自然的改变不包括在“用户的行为或者物体的运动”中。
[0060]图4为本发明的原理框图，其显示了使用时间周期信号作为输入将本发明中的示例应用至传感装置。使用时间周期信号作为输入的传感装置，可被应用至所有使用与用户的操作或者环境变化的速度相比具有相对高频率的时间周期信号作为输入的传感装置，例如电容传感装置和感应传感装置等，从而将施加输入信号的传感装置的输入侧与获得输出信号的传感装置的输出侧相耦合。采用本发明的传感装置包括各种类型的利用电耦合现象的包括电容触摸传感器的电容传感装置和各种类型的利用磁耦合现象的磁性传感装置。常规的传感装置的缺点在于:由传感器装置130引入的噪声不会衰减并且所述噪声出现在第二接收单元160的最终输出信号中，这是由于其在没有图4中的驱动信号发生单元120和反馈信号发生单元140的情况下使用输入信号作为驱动信号。在图4的本发明中，使用信号产生驱动信号，在所述信号中，通过将第一接收单元150的输出信号应用至反馈信号发生单元140，将反馈信号发生单元140的输出信号与周期信号发生单元110的输出信号合并。相应地，由传感器装置130引入的噪声是衰减的，因此，通过包括有驱动信号发生单元120、传感器装置130、第一接收单元150和反馈信号发生单元140负反馈电路操作，传感器装置130引入的噪声衰减地出现在第二接收单元160的最终输出信号中。所述传感器装置130可包括平板显示器，例如内嵌有能够识别触摸操作的面板的IXD或者0LED。
[0061]图5为对图4的本发明的传感装置10的进行详细显示的框图。参照图5，驱动信号发生单元120产生信号，其中所述反馈信号发生单元140的输出信号Vfb已从所述周期信号发生单元110的输出信号中减去，并输出通过将产生的信号通过谐振器而获得的信号，作为驱动信号发生单元120的输出信号(Vstm)。传感器装置130包括:可变传感器装置131(Csms)，用于产生与待测量的物理量成比例的输出信号；固定传感器装置133(Cfix)，用于产生与所述物理量无关的恒定的输出信号。其中，可变传感器装置131(Csms)和固定传感器装置133 (Cfix)分开实现。第一接收单元150分为用于放大所述可变传感器装置131的输出信号的电路和用于放大所述固定传感器装置133的输出信号的电路，上述两个电路具有同样的转移函数。所述第一接收单元150的可变传感器装置131的经放大的输出信号(Vsens)用作第二接收单元160的输入信号，所述第一接收单元150的可变传感器装置131的经放大的输出信号(Vsens)和所述第一接收单元150的固定传感器装置133的经放大的输出信号(Vfix)均用作所述反馈信号发生单元140的输入信号。所述反馈信号发生单元140输出与两个输入信号的平均值成比例的信号，作为输出信号(Vfb)。
[0062]图5中，第一接收单元150的可变传感器装置131的经放大的输出信号(Vsms)由下述的方程式I所定义。VnS由传感器装置130所引入的噪声，A(S)为谐振器123的转移函数，B(S)为所述第一接收单元150中包含的放大器的转移函数。
[0063]
【权利要求】
1.一种传感装置，包括: 传感器装置，配置为识别用户的行为或者物体的运动； 第一接收单元，配置为响应于所述传感器装置的输出信号而运作； 第二接收单元，配置为联动于所述第一接收单元的输出信号而运作； 反馈信号发生单元，配置为联动于所述第一接收单元的输出信号而运作； 周期信号发生单元，配置为产生周期信号； 驱动信号发生单元，耦合至所述周期信号发生单元的输出信号以及所述反馈信号发生单元的输出信号，并配置为产生传感器装置驱动信号。
2.根据权利要求1所述的传感装置，其中所述周期信号发生单元产生正弦波、脉冲波和三角波中的任一种。
3.根据权利要求1所述的传感装置，其中所述第二接收单元包括一个或者多个乘法器以及斩波器，以降低所述传感器装置引入噪声的影响。
4.根据权利要求1所述的传感装置，其中所述驱动信号发生单元包括谐振器。
5.根据权利要求1所述的传感装置，其中: 所述第一接收单元包括电荷放大器； 所述电荷放大器包括运放。
6.根据权利要求1所述的传感装置，其中，通过对所述传感器装置反馈回来的信号和所述周期信号发生单元的输出信号进行合成，所述驱动信号发生单元的所述传感器装置驱动信号抵消由所述传感器装置引入的部分噪声信号分量。
7.根据权利要求4所述传感装置，其中由所述传感器装置引入的噪声的频率分量中，具有所述谐振器的共振频率的90%至110%范围的频率分量通过负反馈操作而衰减。
8.根据权利要求1所述的传感装置，其中: 所述传感器装置包括: 可变传感器装置(131)，配置为应用并接收所述驱动信号发生单元的所述传感器装置驱动信号，根据要感测的物理量，产生数值可变的输出信号，并作为所述第一接收单元的输入信号而进行传输；以及 固定传感器装置(133)，配置为应用并接收所述驱动信号发生单元的所述传感器装置驱动信号，产生与要感测的物理量无关的数值恒定的输出信号，并作为所述第一接收单元输入信号而进行传输； 其中，在所述谐振器的共振频率上，所述可变传感器装置(131)的转移函数和所述固定传感器装置(133)的转移函数间的差值为50%或者更低。
9.根据权利要求8所述的传感装置，其中所述可变传感器装置(131)的输出信号和所述固定传感器装置(133)的输出信号，对于分别所引起的噪声的频率特性和时域特性相同。
10.根据权利要求8所述的传感装置，其中: 所述第一接收单元分别接收所述可变传感器装置(131)的输出信号以及所述固定传感器装置(133)的输出信号，产生根据所述可变传感器装置(131)的输出信号而确定的第一输出信号以及根据所述固定传感器装置(133)的输出信号而确定的第二输出信号，将所述第一输出信号作为所述第二接收单元的输入信号提供，将所述第一输出信号和所述第二输出信号作为所述反馈信号发生单元的输入信号提供。
11.根据权利要求1所述的传感装置，其中所述第一接收单元的转移函数具有带通频率特性。
12.根据权利要求4所述的传感装置，其中所述驱动信号发生单元的所述传感器装置驱动信号，在所述传感器装置所引入的噪声信号分量中，共振频率的90%至110%范围的频段中抵消。
13.根据权利要求1所述的传感装置，其中: 所述第二接收单元包括: 乘法电路，配置为使得所述第一接收单元的部分输出信号和所述周期信号发生单元的输出信号相乘；以及 积分器或者低通滤波器，配置为所述乘法电路的输出信号耦合至输入端； 其中，所述乘法电路包括乘法器或者斩波器电路中的任一个。
14.一种传感装置，包括: 平板显示器，配置为包括使用电容方法识别触摸操作的触摸传感器面板； 接收单元，配置 为响应于所述触摸传感器面板的输出信号而运行； 反馈信号发生单元，配置为联动于所述接收单元的输出信号而运行； 周期信号发生单元，配置为产生周期信号；以及 驱动信号发生单元，耦合至所示周期信号发生单元的输出信号和所述反馈信号发生单元的输出信号，配置为产生触摸传感器面板驱动信号。
15.根据权利要求14所述的传感装置，其中所述触摸传感器面板的第一方向的导线和第二方向的导线不会电力短路。
16.根据权利要求14所述的传感装置，其中所述触摸传感器面板和所述反馈信号发生单元一起包含在形成反馈环路的部件中。
17.根据权利要求14的传感装置，其中通过使用所述接收单元的部分或者全部输出信号，用于驱动所述触摸传感器面板的所述驱动信号发生单元的所述触摸传感器面板驱动信号发生改变。
18.根据权利要求14所述的传感装置，其中作为所述反馈信号发生单元的输出信号和所述周期信号发生单元的输出信号的合成信号，所述驱动信号发生单元的所述触摸传感器面板驱动信号被应用至所述触摸传感器面板。
19.根据权利要求14所述的传感装置，其中所述驱动信号发生单元包括谐振器。
20.根据权利要求14所述的传感装置，其中所述周期信号发生单元产生正弦波、脉冲波或者三角波。
21.根据权利要求14所述的传感装置，其中所述接收单元包括: 乘法器或者斩波器之一，配置为具有从所述触摸传感器面板接收的信号，在所述接收单元内耦合至放大器，以使在所述接收单元内所述放大器的输出信号和所述周期信号发生单元的输出信号彼此相乘；以及 积分器或者低通滤波器之一，配置为接收所述乘法器或者所述斩波器电路中所具备的一个输出信号。
22.根据权利要求21所述的传感装置，其中:所述接收单元中的所述放大器为电荷放大器； 所述放大器的输出信号作为所述反馈信号发生单元的输入信号被传输。
23.根据权利要求19所述的传感装置，其中: 如果输入至所述谐振器的输入信号频率值以共振频率为基准改变为具有90%至110%范围的频率值，则所述谐振器的转移函数的值增大； 如果输入至所述谐振器的输入信号频率值以共振频率为基准不改变为具有90%至110%范围的频率值，则所述谐振器的转移函数的值减小。
24.根据权利要求19所述的传感装置，其中所述周期信号发生单元的输出信号的频率大于所述谐振器的共振频率的一半，并且小于所述共振频率的两倍。
25.根据权利要求19所述的传感装置，其中: 通过结合所述周期信号发生单元的输出信号和所述反馈信号发生单元的输出信号组合并所产生的信号被应用至所述谐振器； 所述谐振器的输出信号被应用至所述触摸传感器面板。
26.根据权利要求14所述的传感装置，其中所述驱动信号发生单元的所述触摸传感器面板驱动信号在所述触摸传感器面板所引入的噪声信号分量中，在具有共振频率的90%至110%范围的频段中相互抵消。
27.根据权利要求25所述的传感装置，其中所述驱动信号发生单元的所述触摸传感器面板驱动信号在所述触摸传感器面板所引入的噪声信号分量中，在具有共振频率的90%至110%范围的频段中相互抵消。
28.根据权利要求15所述的传感装置，其中所述平板显示器产生的噪声为通过所述触摸传感器面板输入至所述接收单元的所述平板显示器的公共电极噪声。
29.根据权利要求28所述的传感装置，其中: 噪声转移函数具有带阻滤波器特性，其中，当所述接收单元输出的最终输出信号的频率在特定频率的90%至110%的范围内改变时，所述平板显示器的转移函数值减小，而当所述频率变得远离所述特定频率时，所述平板显示器的转移函数值逐渐增加； 所述噪声转移函数为所述最终输出信号的噪声分量与所述公共电极噪声的比值。
30.一种传感装置，安置在用于显示图像的平板显示器上的外置电容型触摸传感器面板，或者内嵌于所述平板显示器内的内置电容型触摸传感器面板；所述触摸传感装置，包括: 周期信号发生单元，配置为产生周期信号； 平板显示器，配置为包括用于识别触摸操作的所述电容型触摸传感器面板； 第一接收单元，配置为响应于所述触摸传感器面板的输出信号而运行； 第二接收单元，配置为输入所述第一接收单元的输出信号和所述周期信号发生单元的输出，并产生最终输出信号； 反馈信号发生单元，配置为联动于所述第一接收单元的输出信号而运行； 驱动信号发生单元，耦合至所述周期信号发生单元的输出信号和所述反馈信号发生单元的输出信号，配置为产生触摸传感器面板驱动信号，并生成所述触摸传感器面板驱动信号，从而输入至所述触摸传感器面板的输入端。
31.根据权利要求30所述的传感装置，其中所述反馈信号发生单元接收所述第一接收单元的输出信号，输出与所述第一接收单元所输出的输出信号的平均值成比例的反馈信号，并将所述反馈信号应用于所述驱动信号发生单元。
32.根据权利要求30所述的传感装置，其中: 所述第一接收单元包括电荷放大器； 所述电荷放大器包括运放。
33.根据权利要求30所述的传感装置，其中: 所述第二接收单元包括: 乘法电路，使得所述第一接收单元的部分或者全部输出信号以及所述周期信号发生单元的输出信号彼此相乘； 集成滤波器，通过输入端输入所述乘法电路的输出信号； 所述乘法电路为乘法器和斩波器电路中的任一个； 所述集成滤波器为积分器和低通滤波器中的任一个。
34.根据权利要求22或32所述的传感装置，其中所述电荷放大器的转移函数具有带通频率特性，其包括: 所述触摸传感器面板的在第一方向的电极与所述触摸传感器面板在第二方向的电极之间的互电容；以及 所述第二方向的电极和所述平板显示器的公共电极之间的自电容。
35.根据权利要求5、22和32之一所述的传感装置，其中: 所述电荷放大器的转移函数的频率特性具有带通特性，以阻止使用于所述电荷放大器中的所述运放的输出端电压饱和的现象。
36.根据权利要求5、22和32之一所述的传感装置，其中，所述电荷放大器，利用所述运放的自高频特性，阻止所述运放的输出端电压饱和的现象。
37.根据权利要求5、22和32之一所述的传感装置，其中所述周期信号发生单元的输出信号的频率落入所述电荷放大器的转移函数的通过频带的范围。
38.根据权利要求5、22和32之一所述的传感装置，其中所述谐振器的共振频率落入所述电荷放大器的转移函数的通过频带的范围。
39.根据权利要求22或者32所述的传感装置，其中所述平板显示器的公共电极噪声的频率分量中，所述谐振器的共振频率的90%至110%的频率分量通过负反馈操作而衰减，并出现在所述最终输出信号中。
【文档编号】G09G3/20GK103988157SQ201380003137
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2012年12月6日
【发明者】朴鸿浚, 李祥铢, 吕东熹, 李宰承 申请人:浦项工科大学校产学协力团
【专利摘要】本发明涉及用于通过减小由传感器装置引入的出现在传感器电路接收单元的最终输出信号中的噪声的影响而保证足够的信噪比(SNR)的传感器电路，适用于诸如电容传感器或者感应传感器的所有传感装置，尽管所使用的输入信号具有相对小的幅度，所述传感装置识别用户的行为和物体运行，用作输入信号的时间周期信号与要感测的用户行为的变化速度或者物体运行的变化速度相比具有相对更高的频率。通过提高触摸传感器电路的信噪比(SNR)，从而触摸传感器芯片的功耗降低，甚至无需增加根据本发明的触摸传感器面板驱动信号的幅度，并且通过去除高压驱动器，触摸传感器芯片的制造成本得以降低。
【专利说明】传感装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过减少传感器装置引入的出现在接收单元的最终输出信号中的噪声的影响，而保证足够的信噪比(SNR)的传感器电路方法，虽然诸如电容传感器或者感应传感器的传感装置中使用的输入信号的幅度相对较小，而作为输入信号使用的时间周期信号的频率与感应到的用户行为或者物体的运动的变化速度相比相对较高。更加特别的，为了阐明本发明的实施例，本发明的内容被应用于平板显示器使用的触摸传感器，例如液晶显示器(下文中被称为“LCD”)以及有机发光二极管(下文中被称为“0LED”)。本发明阐明了关于虽然使用的输入信号的幅度相对较小，但通过减少在平板显示器中自身产生并由触摸传感器面板引入的噪声的影响，从而能够保证足够的信噪比(SNR)的触摸传感装置的实施例。
【背景技术】
[0002]电容传感器或者感应传感器被用作多种用途。在电容传感器和感应传感器中，为了通过传感器装置感应用户的行为或者物体的运动，作为输入信号使用的时间周期信号与用户行为或者物体运动的变化速度相比具有相对高的频率。这是因为只有当输入信号具有相对高的频率时，才能在传感器装置中通过电容方法或者磁耦合现象获得具有相对高的值的输出信号。然而，由于传感器装置引入的噪声分量同样出现在传感器电路的输出信号中，为了获得足够的信噪比(SNR)，输入至传感器装置的驱动信号的幅度需要被极大的增强。
[0003]为了阐明本发明的更详细的实施例，将本发明应用至包括附加到诸如LCD和OLED的平板显示器装置的触摸传感器面板的触摸传感器电路。
[0004]在最近的便携式电话或者笔记本电脑(PC)中，触摸传感器面板被附加至平板显示器装置LCD和OLED中，通过使用手指或者笔等的触摸操作，所述触摸传感器面板被用作输入装置。
[0005]在初始的触摸传感器面板中主要使用电阻式触摸方法。然而，初始的触摸传感器面板的缺点在于由于机械运动必需转换为触摸传感，其使用寿命短。
[0006]为弥补所述缺点，主要使用采用钢化玻璃去除了机械运动的电容触摸传感器面板。所述的电容触摸传感器面板具有用于触摸传感器面板的玻璃面板被安置于平板显示器上，并且钢化玻璃被附加至所述玻璃面板的结构。尽管用手指或者笔触摸所述的钢化玻璃，但机械运动不会被传递至所述安放在钢化玻璃下的用于触摸传感器面板的玻璃面板和平板显示器装置。相应地，所述电容触摸传感器面板不存在通过重复的触摸操作导致的显示器装置使用寿命缩短的缺陷。
[0007]互相不电耦合并且相互交叉设置的电极被设置在电容触摸传感器面板的玻璃面板中。所述电极通常采用透明电极(即铟锡氧化物)或者纳米线。所述电容触摸传感器面板可分为自电容测量方法和互电容测量方法。在早期阶段，主要使用测量自电容的方法。随着同一时间作出的触摸的数目变成3个或者更多，测量互电容的方法逐渐的被更多采用。此处，术语“自电容”为每行与参考点之间的电容，而术语“互电容”为相互交叉的两行之间的电容。在LCD的情况下，自电容的参考点(接地)对应于LCD公共电极(VCOM)端，而在OLED的情况下，则对应于公共阴极端。
[0008]然而，在测量互电容的电容触摸方法中，例如LCD或者OLED等的平板显示器本身产生的公共电极(VCOM)噪声的信噪比(SNR)非常小。此处，所述公共电极(VCOM)噪声通常涉及LCD公共电极(VCOM)噪声和OLED公共阴极电极噪声。相应地，在此电容触摸方法下，减少由平板显示器本身产生的公共电极(VCOM)噪声的影响的机制是至关重要的。
[0009]在对本发明的主要技术精神进行描述之前，需要首先理解LCD的结构。在本发明中，由于OLED中产生公共电极(VCOM)噪声的机制与LCD的相类似，所以只对LCD的结构进行描述。现有的LCD可主要分为垂直对齐(VA)方法和平面交换(IPS)方法。
[0010]在垂直对齐(VA)方法中，如图1a所示，公共电极(VCOM)节点接近电容触摸传感器面板电极，这是因为，其被安置于形成LCD的两个玻璃基板中的远离LCD的背光的LCD的上层玻璃基板中。
[0011]在平面交换(IPS)方法中，如图1b所示，公共电极(VCOM)节点远离所述电容触摸传感器面板电极，这是由于其被安置接近背光的LCD的下层玻璃基板中。然而，由于平面交换(IPS)方法中触摸传感器面板和LCD之间除了具有相对高电阻值的防止静电薄膜之外不存在导电面板，因此所述触摸传感器面板电极直接暴露于驱动TFT或者源驱动的视频模拟信号(即灰度信号)。
[0012]IXD的像素包括两个电极、安置于两个电极之间的液晶、颜色过滤器等。所述电极由所述玻璃面板之上的铟锡氧化物(Ι--)等制成的透明电极形成。如图2所示，通过TFT开关从源驱动接收的表示灰度的模拟信号被应用至所述两个电极中的一个。大约5V的直流(DC)电压被共同应用至另一个公共节点的所有像素。这样的公共节点被称为公共电极(VCOM)节点。通常地，电容触摸传感器面板在所述触摸传感器面板本身不包括接地或者参考电极，由于所述电容触摸传感器面板直接设置于所述LCD上，所以LCD公共电极(VCOM)节点用作电容触摸传感器面板的参考电压节点。
[0013]参照图2，在IXD中，根据对应于各行的门驱动线Gl至G3的位置，对它们按顺序进行驱动。大量的(全高清(HD)的情况下大约6000个)TFT开关的门节点与每个门驱动线相耦合。相应地，相对高的几十PF的电容被耦合至一个门驱动线。门驱动信号在断开时维持大约-5V的值，在打开时维持大约+25V的值。相应地，由于所述门驱动信号的上升沿及下降沿时间中，在短时间内会产生非常大的电压变动，所以可以由“CdV/dt”表示的非常高的位移电流In⑴经过TFT的门电容CeD和液晶电容Q流动至IXD公共电极(VCOM)节点。
[0014]图3为显示了由于图2所示的门驱动线的驱动信号而产生的公共电极(VCOM)噪声的机制的示意图。参照图3，所述位移电流IN(t)经由透明电极形成的公共电极(VCOM)平面，然后通过LCD公共电极(VCOM)驱动电路(driver)的输出电阻(RO)来流动，因此LCD公共电极(VCOM)的波形在所述门驱动信号的上升沿和下降沿时刻呈现为脉冲形式。
[0015]然而，如图2所示，所述门驱动信号顺序地移动至下一个门驱动线。公共电极(VCOM)噪声在所有门驱动线的门驱动器信号的每个上升沿和下降沿区间具有脉冲形状的波形。 [0016]如上所述的电容触摸方法分为测量自电容的方法和测量互电容的方法。由于触摸时人体和地球之间的电容增加，自电容的值增加。相应地，根据这种现象来确定触摸是否存在。进一步地，由于其具有大约20pF或者更多的相对高的值，自电容对LCD公共电极(VCOM)噪声相对不敏感。
[0017]然而，在所述电容触摸方法中，如果同时触摸位置的数量为3个或者更多，则需要测量互电容。如果存在触摸操作，则在一个触摸位置相互交叉的两个电极间的互电容值减小。所述互电容值为大约lpF，由于触摸操作，所述互电容值减少大约10%至20%。如本发明的图8所示，互电容CstU—侧的电极X[j]耦合至电荷放大器的输入端，其另一侧的电极Y [i]耦合至驱动信号发生单元120。所述CM.u为第i个Y电极Y [i]与第j个X电极X [j]之间的互电容。当电极Y[i]与电极X[j]相交的位置产生触摸操作时，互电容Csiiij的值减少大约10%至20%，电荷放大器的输出电压幅度也因此减小。这是因为，电荷放大器的输出电压幅度以与CM.u的变化相同的比例，与驱动信号的电压幅度乘以获得的值相同。此处，通过将公共节点噪声(VCOM noise)电压乘以数值CSXj/CF获得的电压，通过耦合至电荷放大器的反相输入端的触摸传感器面板电极X[j]和公共节点(VCOM)电极之间的自电容Csju，被添加到电荷放大器的输出电压。
[0018]通常，公共电极(VCOM)噪声幅度小于触摸传感器面板驱动信号的幅度，但自电容Csxj是互电容CM.u的20倍或者更多。相应地，电荷放大器输出信号的信噪比(SNR)通常小于I。在此条件下，为了在互电容测量方法的触摸传感器中克服LCD公共电极(VCOM)噪声和确定触摸是否稳定存在，使用降噪方法的触摸传感器是不可或缺的。
[0019]在使用互电容测量方法的触摸传感器中，通过减小由平板显示器本身产生的公共电极(VCOM)噪声的影响，以增加电荷放大器输出电压的信噪比的方法大致可包括下列方法:
[0020](I)斩波器(chopper)方法，
[0021](2)增加触摸传感器面板的驱动信号的幅度的方法，
[0022](3)控制触摸传感器面板的驱动信号的频率的方法，
[0023](4)仅在平板显示器没有进行操作的时间间隔内驱动触摸传感器面板的方法。
[0024]首先，所述斩波器方法为降低在积分器或者低通滤波器输出中的公共电极(VCOM)噪声的影响的方法，其将与应用于电容触摸传感器面板的驱动信号相同的信号应用于接收电路单元，并在斩波器电路中将接收电路单元的电荷放大器的输出信号以及与驱动信号相同的信号相乘后，使输出信号通过积分器或低通滤波器。
[0025]其次，增加触摸传感器面板的驱动信号幅度的方法为增加触摸传感器面板的驱动信号的幅度以使所述接收电路单元的输出信号的信噪比(SNR)增大至I或者更多的方法。
[0026]第三，控制触摸传感器面板的驱动信号的频率的方法为在公共电极(VCOM)噪声的频谱上发现具有小的噪声大小的频点并控制所述驱动信号的频率以使得其变得与所述频点相同。【美国专利，公开出版号:US2008/0157882】
[0027]第四，仅在平板显示器没有工作的时间间隔内驱动触摸传感器面板的方法为仅在VBLANK间隔内驱动触摸传感器电路的方法，所述VBLANK间隔为在平板显示器中一帧屏幕被全部传输后直到开始传输下一帧屏幕的时间间隔，由于公共电极(VCOM)噪声在VBLANK间隔内不会产生。【美国专利，公开出版号:US2009/0009483】
[0028]为了使得电荷放大器的输出电压的信噪比(SNR)增加到I或者更多，所述驱动信号的峰到峰电压值为20V以上，但是通过对上述方法中的几个进行组合，所述峰到峰电压值最近被减少至大约5V。然而，5V比半导体芯片的供电电压高出很多。相应地，如果使用额外的VCOM噪声降低机制使得驱动信号的峰到峰电压值减少至大约3V或者IV，则存在如下的优点:现有使用的半导体芯片的供电电压可被用于驱动信号发生单元，甚至不需要添加额外的供应电压。
【发明内容】
[0029]相应地，本发明用于解决相关技术中发生的问题，本发明的实施例提供了一种传感装置，其中通过降低由传感器装置引入的噪声的影响，使得传感器电路的最终输出信号信噪比(SNR)维持为相对大的值，而使用时间周期信号作为输入信号，维持传感装置中输入信号的幅度在相对小的值。为了更详细的描述本发明，本发明的内容被应用至电容触摸传感器，从而，输入信号的幅度可以维持为相对小的值，并且是否存在触摸以及触摸的位置均可以以这种方式进行可靠地确定，其对于平板显示器自身产生的噪声不敏感。
[0030]为了实现上述发明目的，根据本发明的一方面，提供了一种使用传感器装置测量方法的传感器，包括:周期信号发生单元110，配置为产生时间周期信号；驱动信号发生单元120，配置为使用所述周期信号发生单元110的输出信号和反馈信号，从而产生传感器装置130驱动信号；传感器装置130，配置为具有耦合到驱动信号发生单元120的输出端的传感器装置130的输入端，和耦合到第一接收单元150输入端的传感器装置130的输出端；第一接收单元150，配置为将电荷放大器耦合至所述传感器装置130的输出端，并且发生与所述电荷放大器的输出成比例的输出信号；第二接收单元，配置为接收所述第一接收单元150的部分输出信号和周期信号发生单元110的输出信号，并与所述传感器装置130或者其差值成比例的低频输出信号；反馈信号发生单元140，配置为接收所述第一接收单元150的输出信号，并将接收到的输出反馈信号输出至所述驱动信号发生单元120。这里，如果将用于测量传感器装置130的本发明应于使用互电容测量方法的触摸传感器面板，则还包括用于显示图像的平板显示器和安置在所述平板显示器上部的外置式(on-cell)或者内嵌在所述平板显示器内的内置式(in-cell)的触摸传感器面板。
[0031]根据本发明的传感器电路能够将传感器电路的最终输出信号的信噪比(SNR)维持在相对高的值，同时将应用于传感器装置的输入信号维持在一个相对小的幅度，并且，传感器装置引入的噪声的影响很少出现在传感器电路的最终输出信号中。相应地，本发明的优势在于:通过去除高的电压驱动电路，传感装置芯片的功耗降低，传感装置芯片的制造成本降低。如果本发明应用至使用互电容测量方法的电容触摸传感装置中，则由平板显示器自身产生的公共电极(VCOM)噪声的影响很少出现在触摸传感装置的最终输出信号中。因此，本发明的优势在于:可维持为数字信号水平，而无需增大触摸传感器面板驱动信号的幅度，所以传感装置芯片的功耗降低；通过去除高的电压驱动电路，传感装置芯片的制造成本得以降低。
[0032]进一步地，本发明的优势在于:由于传感装置中的电路可在整个时域中被驱动，即平板显示器装置在其不运作的空(VBLANK)时间间隔之外亦进行运作，所以传感速度被增强。
【专利附图】
【附图说明】[0033]图1a显示了使用根据现有技术的垂直对齐(VA)方法的常规IXD的截面图；
[0034]图1b显示了使用平面交换(IPS)方法的IXD的截面图；
[0035]图2显示了图1a和图1b所示的门驱动线的顺序驱动操作；
[0036]图3显示了由于图2所示的门驱动线的驱动信号而产生的公共电极(VCOM)噪声的机制；
[0037]图4为本发明的方框示意图；
[0038]图5为本发明更加详细的框图。并显示了图4中本发明的更加详细的示例并显示了传感装置，其中，用于产生与用于测量传感器装置的物理量成比例的输出信号的可变传感器装置131和用于产生与所述物理量无关的恒定输出信号的固定传感器装置133分开实现；
[0039]图6显示了应用于电容触摸传感装置的本发明的示例；
[0040]图7为图6中显示的接收单元的详细示意图；
[0041]图8显示了图6中显示的触摸传感器面板的布局示意图；
[0042]图9显示了常规电容触摸传感装置的结构示意图，所述常规电容触摸传感装置使用互电容测量方法，其中电荷放大器耦合至第一接收单元；
[0043]图1Oa显不了将本发明的精神应用于电容触摸的一个实施例的不意图；图1Ob显示了根据本发明的第二接收单元的实施例的示意图；
[0044]图1Oc显示了图1Oa的实施例的更详细的电路实施例的示意图；
[0045]图1Od显示了根据本发明的第二接收单元的另一个实施例的示意图；
[0046]图1la显示了根据本发明的以带通滤波器的形式实现的第一接收单元的放大器的一个示例的示意图；
[0047]图1lb显示了根据本发明的第一接收单元的放大器的详细示意图；
[0048]图12a显示了本发明中平板显示器噪声(VCOM)的波形图；
[0049]图12b显示了本发明中所使用的放大器的输出电压的特征；
[0050]图12c显示了本发明中所使用的放大器的输出电压的其他特征；
[0051]图13显示了常规电容触摸传感装置的输出电压在频域上与根据本发明的传感装置的第一接收单元150的输出电压相对比的示意图；
[0052]图14显示了根据互电容变化的所述第二接收单元的低通滤波器(LPF)的输出波形。
具体实施例
[0053]下文中，对本发明的具体实施例结合附图进行详细的描述。除非明确的描述，每个组成部件或者特征均是可选的。每个组成部件和特征可以不需要与其它组成部件或者特征相结合地被执行。进一步地，一些组成部件和/或特征可以结合以形成本发明的实施例。本发明实施例中描述的操作顺序可以改变。一个实施例中的一些组成部件或特征可包括在其他实施例中或者被其他实施例中的相应组成部件或者特征替换。
[0054]【专利附图】
【附图说明】中，使本发明的技术精神变得晦涩的程序或者步骤未进行描述，本领域技术人员容易理解的程序或者步骤同样未进行描述。进一步地，说明书中相同的部件使用相同的附图标记。[0055]本发明实施例中所使用的具体术语用于帮助本发明的理解，在不脱离本发明技术精神的前提下，所述具体术语可变为其他形式。
[0056]本发明的一些典型实施例参考附图进行了详细描述。与附图一起公开的详细的表述用于描述本发明的一些典型实施例而非本发明的单独实施例。
[0057]本发明的说明书所使用的“用户的行为或者物体的运动”涉及用户直接执行的行为或者通过物体以达到操纵装置的意图而应用本发明的传感装置。例如，用户的行为或者物体的运动包括通过用户人体的一部分或者用户使用工具等触摸面板的操作以及使得用户人体的部分或者用户使用的工具靠近面板的操作，以获得在电容触摸面板情形下的电容耦合以及在磁性触摸面板情形下的感应耦合。
[0058]值得注意的是本发明的传感装置识别出作为用户的故意输入，通过“用户的行为或者物体的运动”所产生的电容耦合、感应耦合、光量变化和频率、电压或其他的变化等。
[0059]同样值得注意的是“用户的行为或者物体的运动”除了包括用户操作本发明的传感装置的部件的操作之外不包括剩余的非故意操作。例如，诸如环境温度、大气和湿度等的自然的改变不包括在“用户的行为或者物体的运动”中。
[0060]图4为本发明的原理框图，其显示了使用时间周期信号作为输入将本发明中的示例应用至传感装置。使用时间周期信号作为输入的传感装置，可被应用至所有使用与用户的操作或者环境变化的速度相比具有相对高频率的时间周期信号作为输入的传感装置，例如电容传感装置和感应传感装置等，从而将施加输入信号的传感装置的输入侧与获得输出信号的传感装置的输出侧相耦合。采用本发明的传感装置包括各种类型的利用电耦合现象的包括电容触摸传感器的电容传感装置和各种类型的利用磁耦合现象的磁性传感装置。常规的传感装置的缺点在于:由传感器装置130引入的噪声不会衰减并且所述噪声出现在第二接收单元160的最终输出信号中，这是由于其在没有图4中的驱动信号发生单元120和反馈信号发生单元140的情况下使用输入信号作为驱动信号。在图4的本发明中，使用信号产生驱动信号，在所述信号中，通过将第一接收单元150的输出信号应用至反馈信号发生单元140，将反馈信号发生单元140的输出信号与周期信号发生单元110的输出信号合并。相应地，由传感器装置130引入的噪声是衰减的，因此，通过包括有驱动信号发生单元120、传感器装置130、第一接收单元150和反馈信号发生单元140负反馈电路操作，传感器装置130引入的噪声衰减地出现在第二接收单元160的最终输出信号中。所述传感器装置130可包括平板显示器，例如内嵌有能够识别触摸操作的面板的IXD或者0LED。
[0061]图5为对图4的本发明的传感装置10的进行详细显示的框图。参照图5，驱动信号发生单元120产生信号，其中所述反馈信号发生单元140的输出信号Vfb已从所述周期信号发生单元110的输出信号中减去，并输出通过将产生的信号通过谐振器而获得的信号，作为驱动信号发生单元120的输出信号(Vstm)。传感器装置130包括:可变传感器装置131(Csms)，用于产生与待测量的物理量成比例的输出信号；固定传感器装置133(Cfix)，用于产生与所述物理量无关的恒定的输出信号。其中，可变传感器装置131(Csms)和固定传感器装置133 (Cfix)分开实现。第一接收单元150分为用于放大所述可变传感器装置131的输出信号的电路和用于放大所述固定传感器装置133的输出信号的电路，上述两个电路具有同样的转移函数。所述第一接收单元150的可变传感器装置131的经放大的输出信号(Vsens)用作第二接收单元160的输入信号，所述第一接收单元150的可变传感器装置131的经放大的输出信号(Vsens)和所述第一接收单元150的固定传感器装置133的经放大的输出信号(Vfix)均用作所述反馈信号发生单元140的输入信号。所述反馈信号发生单元140输出与两个输入信号的平均值成比例的信号，作为输出信号(Vfb)。
[0062]图5中，第一接收单元150的可变传感器装置131的经放大的输出信号(Vsms)由下述的方程式I所定义。VnS由传感器装置130所引入的噪声，A(S)为谐振器123的转移函数，B(S)为所述第一接收单元150中包含的放大器的转移函数。
[0063]
【权利要求】
1.一种传感装置，包括: 传感器装置，配置为识别用户的行为或者物体的运动； 第一接收单元，配置为响应于所述传感器装置的输出信号而运作； 第二接收单元，配置为联动于所述第一接收单元的输出信号而运作； 反馈信号发生单元，配置为联动于所述第一接收单元的输出信号而运作； 周期信号发生单元，配置为产生周期信号； 驱动信号发生单元，耦合至所述周期信号发生单元的输出信号以及所述反馈信号发生单元的输出信号，并配置为产生传感器装置驱动信号。
2.根据权利要求1所述的传感装置，其中所述周期信号发生单元产生正弦波、脉冲波和三角波中的任一种。
3.根据权利要求1所述的传感装置，其中所述第二接收单元包括一个或者多个乘法器以及斩波器，以降低所述传感器装置引入噪声的影响。
4.根据权利要求1所述的传感装置，其中所述驱动信号发生单元包括谐振器。
5.根据权利要求1所述的传感装置，其中: 所述第一接收单元包括电荷放大器； 所述电荷放大器包括运放。
6.根据权利要求1所述的传感装置，其中，通过对所述传感器装置反馈回来的信号和所述周期信号发生单元的输出信号进行合成，所述驱动信号发生单元的所述传感器装置驱动信号抵消由所述传感器装置引入的部分噪声信号分量。
7.根据权利要求4所述传感装置，其中由所述传感器装置引入的噪声的频率分量中，具有所述谐振器的共振频率的90%至110%范围的频率分量通过负反馈操作而衰减。
8.根据权利要求1所述的传感装置，其中: 所述传感器装置包括: 可变传感器装置(131)，配置为应用并接收所述驱动信号发生单元的所述传感器装置驱动信号，根据要感测的物理量，产生数值可变的输出信号，并作为所述第一接收单元的输入信号而进行传输；以及 固定传感器装置(133)，配置为应用并接收所述驱动信号发生单元的所述传感器装置驱动信号，产生与要感测的物理量无关的数值恒定的输出信号，并作为所述第一接收单元输入信号而进行传输； 其中，在所述谐振器的共振频率上，所述可变传感器装置(131)的转移函数和所述固定传感器装置(133)的转移函数间的差值为50%或者更低。
9.根据权利要求8所述的传感装置，其中所述可变传感器装置(131)的输出信号和所述固定传感器装置(133)的输出信号，对于分别所引起的噪声的频率特性和时域特性相同。
10.根据权利要求8所述的传感装置，其中: 所述第一接收单元分别接收所述可变传感器装置(131)的输出信号以及所述固定传感器装置(133)的输出信号，产生根据所述可变传感器装置(131)的输出信号而确定的第一输出信号以及根据所述固定传感器装置(133)的输出信号而确定的第二输出信号，将所述第一输出信号作为所述第二接收单元的输入信号提供，将所述第一输出信号和所述第二输出信号作为所述反馈信号发生单元的输入信号提供。
11.根据权利要求1所述的传感装置，其中所述第一接收单元的转移函数具有带通频率特性。
12.根据权利要求4所述的传感装置，其中所述驱动信号发生单元的所述传感器装置驱动信号，在所述传感器装置所引入的噪声信号分量中，共振频率的90%至110%范围的频段中抵消。
13.根据权利要求1所述的传感装置，其中: 所述第二接收单元包括: 乘法电路，配置为使得所述第一接收单元的部分输出信号和所述周期信号发生单元的输出信号相乘；以及 积分器或者低通滤波器，配置为所述乘法电路的输出信号耦合至输入端； 其中，所述乘法电路包括乘法器或者斩波器电路中的任一个。
14.一种传感装置，包括: 平板显示器，配置为包括使用电容方法识别触摸操作的触摸传感器面板； 接收单元，配置 为响应于所述触摸传感器面板的输出信号而运行； 反馈信号发生单元，配置为联动于所述接收单元的输出信号而运行； 周期信号发生单元，配置为产生周期信号；以及 驱动信号发生单元，耦合至所示周期信号发生单元的输出信号和所述反馈信号发生单元的输出信号，配置为产生触摸传感器面板驱动信号。
15.根据权利要求14所述的传感装置，其中所述触摸传感器面板的第一方向的导线和第二方向的导线不会电力短路。
16.根据权利要求14所述的传感装置，其中所述触摸传感器面板和所述反馈信号发生单元一起包含在形成反馈环路的部件中。
17.根据权利要求14的传感装置，其中通过使用所述接收单元的部分或者全部输出信号，用于驱动所述触摸传感器面板的所述驱动信号发生单元的所述触摸传感器面板驱动信号发生改变。
18.根据权利要求14所述的传感装置，其中作为所述反馈信号发生单元的输出信号和所述周期信号发生单元的输出信号的合成信号，所述驱动信号发生单元的所述触摸传感器面板驱动信号被应用至所述触摸传感器面板。
19.根据权利要求14所述的传感装置，其中所述驱动信号发生单元包括谐振器。
20.根据权利要求14所述的传感装置，其中所述周期信号发生单元产生正弦波、脉冲波或者三角波。
21.根据权利要求14所述的传感装置，其中所述接收单元包括: 乘法器或者斩波器之一，配置为具有从所述触摸传感器面板接收的信号，在所述接收单元内耦合至放大器，以使在所述接收单元内所述放大器的输出信号和所述周期信号发生单元的输出信号彼此相乘；以及 积分器或者低通滤波器之一，配置为接收所述乘法器或者所述斩波器电路中所具备的一个输出信号。
22.根据权利要求21所述的传感装置，其中:所述接收单元中的所述放大器为电荷放大器； 所述放大器的输出信号作为所述反馈信号发生单元的输入信号被传输。
23.根据权利要求19所述的传感装置，其中: 如果输入至所述谐振器的输入信号频率值以共振频率为基准改变为具有90%至110%范围的频率值，则所述谐振器的转移函数的值增大； 如果输入至所述谐振器的输入信号频率值以共振频率为基准不改变为具有90%至110%范围的频率值，则所述谐振器的转移函数的值减小。
24.根据权利要求19所述的传感装置，其中所述周期信号发生单元的输出信号的频率大于所述谐振器的共振频率的一半，并且小于所述共振频率的两倍。
25.根据权利要求19所述的传感装置，其中: 通过结合所述周期信号发生单元的输出信号和所述反馈信号发生单元的输出信号组合并所产生的信号被应用至所述谐振器； 所述谐振器的输出信号被应用至所述触摸传感器面板。
26.根据权利要求14所述的传感装置，其中所述驱动信号发生单元的所述触摸传感器面板驱动信号在所述触摸传感器面板所引入的噪声信号分量中，在具有共振频率的90%至110%范围的频段中相互抵消。
27.根据权利要求25所述的传感装置，其中所述驱动信号发生单元的所述触摸传感器面板驱动信号在所述触摸传感器面板所引入的噪声信号分量中，在具有共振频率的90%至110%范围的频段中相互抵消。
28.根据权利要求15所述的传感装置，其中所述平板显示器产生的噪声为通过所述触摸传感器面板输入至所述接收单元的所述平板显示器的公共电极噪声。
29.根据权利要求28所述的传感装置，其中: 噪声转移函数具有带阻滤波器特性，其中，当所述接收单元输出的最终输出信号的频率在特定频率的90%至110%的范围内改变时，所述平板显示器的转移函数值减小，而当所述频率变得远离所述特定频率时，所述平板显示器的转移函数值逐渐增加； 所述噪声转移函数为所述最终输出信号的噪声分量与所述公共电极噪声的比值。
30.一种传感装置，安置在用于显示图像的平板显示器上的外置电容型触摸传感器面板，或者内嵌于所述平板显示器内的内置电容型触摸传感器面板；所述触摸传感装置，包括: 周期信号发生单元，配置为产生周期信号； 平板显示器，配置为包括用于识别触摸操作的所述电容型触摸传感器面板； 第一接收单元，配置为响应于所述触摸传感器面板的输出信号而运行； 第二接收单元，配置为输入所述第一接收单元的输出信号和所述周期信号发生单元的输出，并产生最终输出信号； 反馈信号发生单元，配置为联动于所述第一接收单元的输出信号而运行； 驱动信号发生单元，耦合至所述周期信号发生单元的输出信号和所述反馈信号发生单元的输出信号，配置为产生触摸传感器面板驱动信号，并生成所述触摸传感器面板驱动信号，从而输入至所述触摸传感器面板的输入端。
31.根据权利要求30所述的传感装置，其中所述反馈信号发生单元接收所述第一接收单元的输出信号，输出与所述第一接收单元所输出的输出信号的平均值成比例的反馈信号，并将所述反馈信号应用于所述驱动信号发生单元。
32.根据权利要求30所述的传感装置，其中: 所述第一接收单元包括电荷放大器； 所述电荷放大器包括运放。
33.根据权利要求30所述的传感装置，其中: 所述第二接收单元包括: 乘法电路，使得所述第一接收单元的部分或者全部输出信号以及所述周期信号发生单元的输出信号彼此相乘； 集成滤波器，通过输入端输入所述乘法电路的输出信号； 所述乘法电路为乘法器和斩波器电路中的任一个； 所述集成滤波器为积分器和低通滤波器中的任一个。
34.根据权利要求22或32所述的传感装置，其中所述电荷放大器的转移函数具有带通频率特性，其包括: 所述触摸传感器面板的在第一方向的电极与所述触摸传感器面板在第二方向的电极之间的互电容；以及 所述第二方向的电极和所述平板显示器的公共电极之间的自电容。
35.根据权利要求5、22和32之一所述的传感装置，其中: 所述电荷放大器的转移函数的频率特性具有带通特性，以阻止使用于所述电荷放大器中的所述运放的输出端电压饱和的现象。
36.根据权利要求5、22和32之一所述的传感装置，其中，所述电荷放大器，利用所述运放的自高频特性，阻止所述运放的输出端电压饱和的现象。
37.根据权利要求5、22和32之一所述的传感装置，其中所述周期信号发生单元的输出信号的频率落入所述电荷放大器的转移函数的通过频带的范围。
38.根据权利要求5、22和32之一所述的传感装置，其中所述谐振器的共振频率落入所述电荷放大器的转移函数的通过频带的范围。
39.根据权利要求22或者32所述的传感装置，其中所述平板显示器的公共电极噪声的频率分量中，所述谐振器的共振频率的90%至110%的频率分量通过负反馈操作而衰减，并出现在所述最终输出信号中。
【文档编号】G09G3/20GK103988157SQ201380003137
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2012年12月6日
【发明者】朴鸿浚, 李祥铢, 吕东熹, 李宰承 申请人:浦项工科大学校产学协力团
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