互電容感測電路、方法和系統的製作方法

2023-08-03 08:03:46

專利名稱：互電容感測電路、方法和系統的製作方法
技術領域：
本揭露內容大致有關於感測裝置，並且尤其有關於根據電容感測來決定一物體的接近的裝置。
背景技術：
計算裝置可能包含人性化接口裝置(HID)，其使得一個人能夠產生輸入數據給一計算裝置，並且在某些情形中從一計算裝置感測輸出數據。計算裝置可包含但不限於個人計算機(包含臺式及筆記本計算機)、平板計算裝置、移動手機、個人數據助理(PDA)、亭子、 銷售點裝置、或是其它個人娛樂裝置(亦即，可攜式遊戲設備、可攜式音樂及/或視頻播放
m坐坐、 研、寸寸乂 ο某些HID包含一傳感器表面。一傳感器表面可以檢測一物體在一表面上的觸摸、 或是一物體至該表面的接近。一傳感器表面的許多種變化中的某些種變化包含但不限於 一經常被用來仿真箇人計算機(PC)滑鼠的功能的觸控傳感器板(亦即，觸摸板)、或是一經常使用作為一移動手機、平板計算機及某些個人計算機的接口的觸控螢幕。傳感器表面可以提供一維的感測，檢測一物體在一個維度中的移動(例如，滑塊、單一觸控按鈕、等等)、二維的感測，檢測沿著兩個軸的移動，並且甚至可以包含三維的感測(感測在空間中接近該傳感器表面的一物體位置)。某些傳感器表面可以藉由利用傳感器電極的電容感測來操作。一如同藉由傳感器電極檢測的電容可以是以一物體至該傳感器電極的接近的一函數來變化。例如，該物體可以是一尖筆或是一使用者的手指。在某些裝置中，在電容上的變化可以藉由在一傳感器數組的X及Y維度上的各個傳感器來加以檢測。根據在此種傳感器檢測到的電容上的改變， 一物體(或是多個物體)的位置可被決定出來。圖14顯示現有的「自我」電容感測的一例子。圖14顯示一組傳感器電極1400。 一所選的電極1402的自我電容(Cp)可以藉由連接此一傳感器到感測聯機(被顯示為RX) 來加以感測。一自我電容(Cp)可以是該所選的電極1402相對接地的電容。若一感測到的自我電容是超出一閾值限制，則一物體可被視為存在於該所選的電極1402的位置處。相反地，若一感測到的自我電容是在一閾值限制內，一物體可不被視為存在於該所選的電極 1402的位置處。圖15顯示現有的互電容感測的一例子。圖15顯示兩組傳感器電極1500。一互電容(Cm)可以存在於兩個電極一接收(Rx)電極1502-0以及一發送(Tx)電極1502-1 之間。所了解的是，一組電極(例如，1502-0或1502-1)可以是垂直於另一組電極(例如， 1502-1或1502-0)來加以設置。一周期性的信號可以是在該Tx電極1502-1上發送。由於互電容(Cm)，在該Tx電極1502-1的電氣信號可能在該Rx電極1502-0上引起一電流。類似於圖14的現有的自我電容感測，若一感測到的互電容是在一閾值限制之外，則ー物體可被視為存在於該所選的電極1502-0/1的位置處。相反地，若一感測到的互電容是在ー閾值限制內，則一物體可不被視為存在於該所選的電極1502-0/1的位置處。


圖IA至IC是顯示根據ー實施例的ー感測操作的附圖；圖2A至2C是顯示根據ー實施例的一種系統的附圖，其包含可內含在實施例中的選擇電路；圖2D-0至2E-2是顯示根據替代的實施例的感測操作的附圖；圖3是一可內含在實施例中的電極數組的俯視平面圖；圖4是顯示根據ー實施例的ー感測配置的方塊概略圖；圖5是一可內含在實施例中的解調器電路的方塊概略圖；圖6是一可內含在實施例中的轉換成碼的電路的方塊概略圖；圖7是顯示根據ー實施例的ー感測配置的方塊概略圖，其包含一電流傳送器電路；圖8是顯示根據ー實施例的一弛張振蕩器感測配置的方塊概略圖；圖9是根據一實施例的一種用於實施電容感測的電子系統的方塊圖；圖10是根據一實施例的一種感測方法的流程圖；圖11是根據一實施例的一種校準方法的流程圖；圖12是根據一實施例的ー種位置感測方法的流程圖；圖13是根據一實施例的ー種電極選擇方法的流程圖；圖14是顯示現有的自我電容感測的附圖；圖15是顯示現有的互電容感測的附圖。
具體實施例方式各種實施例現在將會加以描述，其顯示電容感測系統、裝置及方法，由於在此種電極之間的互電容，其可以利用一或多個電氣信號來驅動一整組電極，以在另ー組的一或多個電極上引起一電容。特定的實施例可以用兩個感測操作來感測在一個ニ維的電容傳感器數組上的一物體位置。在一第一感測操作中，該傳感器數組的ー側的傳感器可利用一或多個感測信號來加以驅動(例如，所有X方向的傳感器全體作為ー Tx電極)，而對於另ー側的每個傳感器感測到一互電容(例如，對於每個Y方向的傳感器個別地感測到一互電容)。在一第二感測操作中，這些動作被反過來。數組傳感器的另ー側邊的傳感器可利用一或多個感測信號來加以驅動(例如，所有Y方向的傳感器全體作為ー Tx電極)，而對於第一側的每個傳感器感測到ー互電容(例如，對於每個X方向的傳感器個別地感測到一互電容)。現在參照圖IA至1C，根據ー第一實施例的ー感測操作被顯示在一系列的附圖中。參照圖1A，一可內含在實施例中的電極數組是以ー個平面圖被顯示，並且藉由一般的參考字符100來指示。ー電極數組100可包含一第一組的電極102以及ー第二組的電極104。在以下的說明中將會假設一物體在物體位置106接觸到電極數組100、或是在電極數組100的附近。在所示的實施例中，第一電極組102可包含N個電極102-1至102-N， 並且第二電極組104可包含M個電極104-1至104-M。第一電極組102的電極(102-1至 102-N)可以實質正交於第二電極組104的電極(104-1至104-M)來加以設置。參照圖1B，一感測操作的一第一部分被顯示在一說明電極組(102、104)的附圖中。一互電容(CmO)可在第一電極組102的每一個別的電極以及第二電極組104的所有電極之間被測量。在圖IB中，第二組104的電極(104-1至104-M)可利用一或多個發送電氣信號來加以驅動。因此，電極(104-1至104-M)可作用為共同的發送電極(TX)。相對地， 第一電極組102的一電極102-4可連接至一電容感測電路以作為一接收電極(RX)。此一感測操作可以重複於第一電極組102的每一個別的電極。因此，一互電容可在第一電極組 102的每個電極以及第二電極組104的所有電極之間來加以測量。參照回圖1A，像是圖IB中所述，一感測操作的一第一部分可以對於電極102-2(對應於物體位置106)檢測一在電容上的改變。尤其，相較於沒有此一物體的電容，一物體在物體位置106的存在可以造成該電極102-2相對電極組104的互電容的減小。參照圖1C，一感測操作的一第二部分被顯示。一互電容(Cml)現在可以在第二電極組104的每一個別的電極以及第一電極組102的所有電極之間被測量。在圖IC中， 第一組102的電極(102-1至102-N)可利用一或多個發送電氣信號來加以驅動。因此，電極(102-1至102-N)可以作用為共同的發送電極(TX)。相對地，第二電極組104的一電極 104-3可以連接至一電容感測電路以作為一接收電極(RX)。此一感測操作可以對第二電極組104的每一個別的電極重複。因此，一互電容可在第二電極組104的每個電極以及第二電極組102的所有電極之間被測量。參照回圖1A，像是參考圖IC所述的，一感測操作的一第二部分可以對於電極 104-3(對應於物體位置106)檢測一在電容上的改變。尤其，一物體在物體位置106的存在可以造成該電極104-3相對第一電極組102的互電容的減小。以此種方式，在一電極組的電極以及一第二電極組的多個電極之間的一互電容可被利用來感測一物體的位置。參照圖2A，根據一實施例的一種系統是以方塊概略圖來加以顯示，並且藉由一般的參考字符201來加以指示。一種系統201可包含一電極數組200、一第一選擇電路208、 一第二選擇電路210、一電容感測電路212、一信號產生器電路214、以及一控制器216。一電極數組200可包含一些可藉由第一及/或第二選擇電路O08及/或210)選擇的感測電極。在所示的實施例中，電極數組200可包含第一及第二電極組O02及204)。第一選擇電路208可以連接在第一電極組202和電容感測電路212與信號產生器電路214之間。響應於來自控制器216的控制信號，第一選擇電路208可以個別或成組地連接來自第一電極組202的不同電極至電容感測電路212或信號產生器電路214。利用類似於第一選擇電路208的方式，第二選擇電路210可以連接在第二電極組 204和電容感測電路212與信號產生器電路214之間。響應於來自控制器216的控制信號， 第二選擇電路210可以個別或成組地連接來自第二電極組204的不同電極至電容感測電路 212或信號產生器電路214。第一及第二選擇電路Q08及210)可以概念化為一個藉由控制器216控制的可配置的選擇電路。
當電極數組200的一或多個電極是經由第一或第二選擇電路Q08或210)連接吋，電容感測電路212可以感測此種電極的ー電容。一電容感測電路212可以根據任意適當的技術來感測所選的電極的電容。特定的電容感測方法的實施例在以下被更詳細地顯示。 一測量到的電容值(Csense)可從電容感測電路212輸出。一信號產生器214可以產生一或多個發送信號，以供經由第一或第二選擇電路 O08或210)施加到電極數組200內的多個電扱。在特定的實施例中，發送信號可以是在一感測的電極中引起ー電流的周期性的信號。控制器216可以產生用於致能透過選擇電路O08、210)的連接的控制信號(SEL0、 SEL1)。根據此種信號，控制器216可以致能在電極和電容感測電路212與信號產生器電路 214之間的連接。控制器216可以輸出對應於一連接至電容感測電路212的電極的位置數據(POSITION)。位置數據(POSITION)結合一測量到的電容值(Csense)可被利用來建立一物體在電極數組200上、或是在電極數組200的附近的一位置。現在參照圖2B及2C，根據實施例的用於第一及第ニ選擇電路(208、210)的操作模式現在將會加以描述。圖2B顯示在ー接收(Rx)模式的ー選擇電路008/210)。在一 Rx模式中，ー選擇電路(208/210)可以根據選擇控制資料SEL_Rx來連接ー電極(一所選的電極 202-i)至一電容感測輸入218。此ー動作可以對於每個連接至該選擇電路(208/210)的電極重複，以獲得每ー個此種電極的電容感測讀數。圖2C顯示在ー發送(Tx)模式的ー選擇電路(208/210)。在一 Tx模式中，ー選擇電路(208/210)可以根據選擇控制資料SEL_Tx來連接多個電極(在此實施例中是所有連接至該選擇電路的電極)至一信號產生器輸出220。在某些實施例中，超過ー個Tx信號可以在信號產生器輸出220加以提供。在某些實施例中，在同一個感測操作中，Tx信號可用相對於彼此為不同的相位來加以驅動。在非常特定的實施例中，Tx信號的群組可以是具有相反相位的周期性的信號。 在ー感測操作的一部分中，一群組的Tx電極可在一相位下被驅動，而在ー感測操作的另ー 部分中，其它的Tx電極可在另ー相位下被驅動。圖2D-0至2E-2顯示根據ー實施例的ー感測操作。該些附圖顯示ー電極數組200』 的一部分，其包含八個作用為Tx電極的電極(102-0至102-7)以及ー個作用為ー Rx電極的電極(104-i)。每個附圖亦包含一個顯示響應於感測狀況的電流的一個例子的圖。圖2D-0至2D-2顯示ー第一測量期間，其中一群組的電極(102_0至102- 可在一相位(+Tx)下被驅動，而另一群組(102-4至102-7)可在相反的相位(_Tx)下被驅動。圖2D-0顯示對於一物體位置206-0的一響應。如圖所示，因為該物體位置206_0 對應於在該Tx+相位的電極，因此ー感測電流可具有一正值I+。圖2D-1顯示對於另一物體位置206-1的ー響應。如圖所示，因為該物體位置206_1 對應於在該Tx-相位的電極，因此ー感測電流可具有ー負值I-。圖2D-2顯示對於又一物體位置206-2的一響應。如圖所示，該物體位置206_2出現在不同的相位的ー轉變點之處。在此ー情形中，感測電流可以是實質為零，尤其是當在相反的相位的電極具有相等數量吋。於是，此物體位置可以代表一低靈敏度的位置。為了補償此ー低靈敏度的位置，實施例可以改變電極群組的相位，即如圖2Ε-0至2Ε-2中所示者。圖2Ε-0至2Ε-2顯示ー第二測量期間，其中一第三群組的電極(102_2至102_5)可在一相位(+Tx)下被驅動，而另一群組(102-0、102-1、102-6、102-7)可在相反的相位(_Tx) 下被驅動。圖2Ε-0顯示對於一物體位置206-0的一響應。如圖所示，因為該物體位置206_0 對應於在該Tx+相位的電極，因此一感測電流可具有一正值I+。圖2Ε-1顯示對於物體位置206-1的一響應。如圖所示，因為該物體位置206_1對應於在該Tx+相位的電極，因此一感測電流可具有一正值I+。圖2Ε-2顯示在相位分布中的一改變可以捕捉到低靈敏度的點。在該第一測量期間中出現在一轉變點的物體位置206-2現在對應於在該Tx+相位的電極。因此，一感測電流可具有一正值I+。該第一測量期間以及該第二測量期間的組合可以代表對於該Rx電極104-i的一總感測。儘管因為該負相位及正相位的Tx是並置的，來自該第一測量的一 Tx電極模式可能感測不到在相位轉變點的觸摸，但是來自該第二測量的一 Tx模式是將此種相位轉變點內含在單一相位的群組中。在非常特定的實施例中，對於兩個測量期間，具有一相位的電極數目可以等於具有相反的相位的電極數目。在此一配置中，在兩個測量期間中的電流消耗可以是相同的。儘管實施例已經顯示利用相反的相位信號驅動的Tx電極，但是其它實施例可以在發送電極中包含不同的相位差。作為一個例子的是，發送相位可以根據噪聲環境來變化， 以針對一給定的環境最大化信噪比。再者，相位可以根據一虛擬隨機的系列來變化，以增加在感測操作中的信噪比。儘管圖2A及2B顯示選擇單一電極在一 Rx模式以及所有電極在一 Tx模式，但是在其它實施例中，在該Rx模式中可以選擇超過一個電極，並且在一 Tx模式中可以選擇較多數目的電極。再者，在一感測操作中，一選擇電路(例如，第一選擇電路208) 可以操作在該Rx模式，接著是該Tx模式，而另一選擇電路(例如，第二選擇電路210)可以操作在該Tx模式，接著是該Rx模式。以此種方式，一種系統可包含選擇電路，其選擇性地連接來自一群組的個別的電極至一電容感測電路，而連接另一群組的電極至一信號產生器電路。參照圖3，一可內含在實施例中的電極數組的一部分是以俯視平面圖來加以顯示， 並且藉由一般的參考字符300來加以指示。電極數組300可包含具有實質彼此垂直的電極的一第一組的電極302以及一第二組的電極304。每個電極(其中之一被顯示為302-i)可包含一些寬的感測區段(其中之一被顯示為322)，該些感測區段在較窄的跨越區域(其中之一被顯示為324)彼此連接，來自一群組的一電極和另一群組的電極交叉在該跨越區域中。參照圖4，根據一實施例的一種系統感測配置是以方塊概略圖來加以顯示。圖4顯示一種包含像是圖2A的區段的系統401，並且此種相似的區段被相同的參考字符參照，但是開頭的數字是「4」而不是「2」。一信號產生器電路414可以產生被施加至一選擇電路410/408的一或多個周期性的信號。響應於藉由控制器416產生的選擇信號SEL_Tx，此種選擇信號可以施加至一電極數組內的多個電極(作用為Tx電極)。此種多個Tx電極因此可以利用一或多個周期性的信號來加以驅動。在一實施例中，選擇信號SEL_Tx可以選擇一整個群組的電極以用於接收周期性的信號。
響應於藉由控制器416產生的選擇信號SEL_Rx，另ー選擇電路408/410可以選擇一或多個用於感測的電極(亦即，作為Rx電極)。被選擇用於電容感測操作的Rx電極的數目小於Tx電極的數目。在一實施例中，選擇信號SEL_Rx可以選擇単一電極以用於電容感測。在電極數組400內由於選擇電路010/408以及408/410)的操作產生的一電容是藉由電容值Cm及Cf來代表。ー電容Cm可對應於Tx電極與Rx電極之間的ー互電容。一電容Cf對應於由一物體(例如，手指或尖筆)的存在於電極數組400上、或是接近電極數組400所產生的一電容變化。若一物體不存在，則Cf可以是零。然而，若一物體存在，則其可能降低一互電容，因此Cf可以被概念化為ー個對應於此種物體引起的降低的「負」電容。藉由Cm(以及Cf，若存在的話)的操作，驅動在Tx電極上的周期性的信號將會在該Rx電極上引起一周期性的感測電流(Isense)。此ー感測電流(Isense)可被接收作為電容感測電路412的ー輸入信號。在電容感測電路412內，一解調器電路似6可以從ー感測電流值(Isense)產生ー 讀取電流值(Iread)。在非常特定的實施例中，此ー操作可包含半波或全波類型的整流操作。ー讀取電流值(Iread)可被輸入到ー電流至碼的轉換器電路428。電流至碼的轉換器電路4 可以轉換一讀取電流(Iread)成為ー數字值CODE。所了解的是，圖4是針對一電極顯示ー電容感測操作，並且此一操作可以針對所有的電極重複之。再者，圖4顯示被選擇電路410/084存取的電極是作用為Tx電極，並且顯示被選擇電路408/410存取的電極是作用為Rx電極。在ー感測操作的一第二部分中，此種電極及選擇電路的角色被反過來。以此種方式，在多個發送電極以及較少數目的接收電極之間的ー互電容可以藉由利用一周期性的信號來驅動發送電極，以在該接收電極中引起一電流來加以感測。現在參照圖5，一可內含在實施例中的解調器電路是以方塊概略圖來加以顯示，並且藉由一般的參考字符5 來加以指示。在一特定的實施例中，ー解調器電路5 可以內含作為圖4中的項目426。ー解調器電路5 可包含開關530-0/1、模擬緩衝器532、ー補償電流數模轉換器(IDAC) 534、以及調製器控制電路536。開關530-0/1可藉由調製器控制電路536來加以控制。調製器控制電路5 可以用ー對應於發送信號Tx的頻率來關斷及閉合開關530-0/1，該頻率在此例中是藉由時序信號Tx_out來加以決定。一模擬緩衝器電路532可以將ー輸入節點驅動到對應於Tx_out的一個先前的半周期中所接收到的一個值。 ー補償IDAC 534可以提供一可變的電流，該可變的電流可以補償在一基準(baseline)電流中的變化，因此使得對於一物體(亦即，由Cf)所產生的任何變化的電流的較大檢測能力成為可能的。現在參照圖6，一可內含在實施例中的電流至碼的轉換器電路是以方塊概略圖來加以顯示，並且藉由一般的參考字符擬8來加以指示。在一特定的實施例中，ー電流至碼的轉換器電路6 可以內含作為圖4中的項目428。ー電流至碼的轉換器電路6 可包含一互阻抗(transimpedance)放大器電路638以及ー模數轉換器(ADC) 640。一互阻抗放大器電路638可包含一運算放大器(opamp)642以及一反饋網絡644，並且可以轉換一感測電流(Isense)成為ー感測電壓Vsense。ADC 640可以轉換感測電壓(Vsense)成為ー數字值VALUE。一 ADC640可以是任意適當的ADC，其包含但不限於；ー積分三角(sigma-delta)ADC、一積分ADC、或是一逐次逼近型ADC，此僅略舉幾個例子。參照圖7，根據另一實施例的一種系統感測配置是以方塊概略圖來加以顯示。圖7 顯示一種包含像是圖4的區段的系統701，並且此種相似的區段是以相同的參考字符來加以參照，但是開頭的數字是「7」而不是「4」。一種系統701和圖4的系統可以是不同在於一電容感測電路712可以包含一電流傳送器電路746以及一轉換器電路748。一電流傳送器電路746可以在一相對低阻抗的電流輸入Xi處接收一電流，並且在一較高阻抗的輸出Iz處提供一對應的電流。在該非常特定的實施例中，一電流傳送器電路746可以是一種電流傳送器類型II(CCII)電路。一轉換器748可以轉換從電流傳送器電路746輸出的一電流(Isense』)成為一碼值。此一操作可包含適當的轉換技術，其包含但不限於如同在此所述的整流及/或ADC操作以及等同技術。以此種方式，一互電容可以在多個發送電極以及較少數目的接收電極之間利用一電流傳送器類型電路來加以感測。儘管實施例已經顯示電容感測系統及電路是以一固定的頻率驅動發送電極以感測一互電容，但是替代的實施例可包含弛張振蕩器技術以檢測此一電容。在一弛張振蕩器技術中，一振蕩器輸出頻率可以根據在許多Tx電極以及較少數目(最小為一個)的Rx電極之間的一互電容(Cm以及任何Cf成分)來變化。—非常特定的弛張振蕩器實施例是在圖8中以方塊概略圖來加以顯示，並且藉由一般的參考字符801來加以指示。參照圖8，根據另一實施例的一種系統感測配置是以方塊概略圖來加以顯示。圖8 顯示一種包含像是圖4的區段的系統801，並且此種相似的區段是以相同的參考字符來加以參照，但是開頭的數字是「8」而不是「4」。一種系統801和圖4的系統可以是不同在於其可包含一具有一種弛張振蕩器配置的電容感測電路812，該電容感測電路812提供一反饋信號作為一用於發送電極的發送信號TX_out，而不是一信號產生器電路來提供。於是，Tx電極(亦即，那些藉由選擇電路 810/808連接的電極)可以用一根據Cm(以及Cf，若由於一物體而存在的話)改變的頻率來加以驅動。在所示的實施例中，一電容感測電路812可包含一積分電容Cint、一積分器電路 850、一比較器電路852、以及一計數器電路邪4。一積分器電路850可以積分在電容Cint的一端子處的一電荷(其可以響應於CM及Cf來變化)，並且提供此一值作為比較器電路852 的一輸入。比較器電路852可以比較來自積分器電路850的一輸出與一閾值以產生反饋信號(fdbk)。一反饋信號(fdbk)可以復位積分器電路850(例如，放電Cint)並且作為一施加至Tx電極的信號。一反饋信號(fdbk)可以藉由一緩衝器邪4來加以緩衝。比較器電路 852的一輸出可被計數器電路邪4接收。計數器電路邪4可以計數在一設定的時間期間內的轉變數目以產生一碼輸出值CODE，該碼輸出值CODE可以是成比例于振蕩頻率，而該頻率可以隨著Cm+Cp變化而改變。在電容上的變化可以根據一輸出頻率、一工作周期的積分、或是任何其它適當的技術來加以檢測。以此種方式，可以在多個發送電極以及較少數目的接收電極之間利用一弛張振蕩器類型電路感測到一互電容。圖9說明ー種電子系統的ー實施例的方塊圖，其中如同在此所述的電容感測及等同物可被實現。電子系統901可包含ー處理裝置958、傳感器數組960、以及主機裝置962。 該處理裝置958可包含可編程的輸入/輸出端ロ以及ー數字方塊數組，其可被配置以實現各種數字邏輯電路(例如，DAC、數字濾波器、或是數字控制系統)，其在ー實施例中是利用可配置的用戶模塊(「UM」)。處理裝置958亦可包含存儲器，例如隨機存取存儲器(RAM) 964 以及非易失性的存儲器966。RAM 964可以是靜態RAM(SRAM)，並且非易失性的存儲器966 可被利用以存儲固件(例如，可藉由處理核心968執行以實現如同在此所述的操作的控制算法)。例如，處理核心968可以配置信號路徑至電極，以使得利用一信號來驅動此種電極 (Tx電極)、或是連接電極(Rx電極)至一電容感測區段970成為可能的。處理裝置958亦可包含ー耦合至存儲器以及該處理核心968的存儲器控制器単元(MCU)972。處理裝置958亦可包含ー模擬方塊數組，其亦可被配置以實施各種模擬電路(例如，ADC或模擬濾波器)，其在ー實施例中是利用可配置的UM0在所示的實施例中，電容感測區段970可被整合到處理裝置958中。電容感測區段970可以連接至可配置的I/O 976以用於耦合到一外部的構件，例如傳感器數組960及 /或其它裝置。電容感測區段970可包含如同在此所述的電容感測電路及等同物。在圖9的特定實施例中，該電子系統901包含ー經由總線974耦合至該處理裝置 958的傳感器數組960。傳感器數組960可包含一個多維的傳感器數組。一個多維的傳感器數組包含多個傳感器組件，其在一例子中被組織成列與行。在另ー實施例中，傳感器數組 960可包含單ー維度的傳感器數組。單ー維度的傳感器數組包含被組織成列、或替代的是被組織成行的多個傳感器組件。處理裝置958可進ー步包含ー時鐘電路978以及通訊方塊980。該時鐘電路978 可以提供時鐘信號給處理裝置958的構件中的一或多個，例如是針對在此實施例所述的周期性的TX_out信號。通訊方塊980可以和一例如是主機裝置962的外部構件通訊。在某些實施例中，ー處理裝置958可以存在於ー共同的載體基板上，例如，一集成電路(IC)管芯基板、一多晶片模塊基板、或類似者。或者是，處理裝置958的構件可以是一或多個個別的集成電路及/或離散的構件。在一範例的實施例中，處理裝置958可以是由美國加利福尼亞州聖荷西的賽普拉斯(Cypress)半導體公司製造的一 TrueTouchTM處理裝置。或者是，處理裝置958可以是ー或多個該項技術中具有通常技能者已知的其它處理裝置，例如一微處理器或中央處理單元、ー控制器、特殊用途處理器、數位訊號處理器 (DSP)、ー專用集成電路(ASIC)、一現場可編程的門數組(FPGA)、或類似者。一電容感測區段970可被整合到該處理裝置958的ー個IC中、或者是可存在於ー 個別的IC中。或者是，電容感測區段970的說明可被產生及編譯，以用於結合到其它集成電路中。例如，描述電容感測區段970或其部分的行為層級的碼(behavioral level code) 可利用ー種例如是VHDL或Verilog 硬體描述語言來加以產生，並且存儲到ー種機器可讀的介質(例如，CD-ROM、硬碟、軟盤、等等)。再者，該行為層級的碼可被編譯成為寄存器傳輸級(「RTL」)碼、ー網表(netlist)、或甚至是一電路布局，並且存儲到ー種機器可讀的介質。該行為層級的碼、RTL碼、網表、以及電路布局全都代表各種層級的抽象，以描述電容感測區段970。
應注意到的是，電子系統901的構件可包含所有上述的構件。或者是，電子系統 901可以只包含上述構件中的某些構件。已經敘述了藉由此種裝置/系統裝置執行的系統及方法後，根據實施例的各種額外的方法現在將會以一系列的流程圖加以描述。參照圖10，根據一實施例的一種方法是以一流程圖來加以顯示，並且藉由一般的參考字符1082來加以指示。一種方法1082可包含藉由檢測在一第一電極組的一子集合以及一較大的第二電極組之間的互電容的變化來感測一物體位置。在某些實施例中，該第一電極組的子集合可以是單一電極。儘管實施例可包含用於感測一互電容的方法，但是其它實施例可包含如同在此所述的用於校準一種用於互感測的系統的方法。根據此一實施例的一種方法被顯示在圖11 中。參照圖11，一種方法1182可包含決定在所選的Rx電極以及一群組的Tx電極之間的一基準互電容，其中Rx電極的數目小於Tx電極的數目(Rxs < Txs) (1184)。此一動作可包含在沒有物體下決定此一互電容。若基準互電容值尚未針對所有的電極(來自1186的 N)都獲得時，則一種方法可以交換Tx及Rx電極組(1185)。所了解的是，一種方法1182可以針對電極獲得多個基準互電容值。仍然參照到圖11，一種方法1182是若基準互電容值已經針對所有的電極(來自 1186的N)都獲得時，一種方法可以從該些獲得的值產生閾相互值(Cm_thresh)。在某些實施例中，此一動作可包含產生一值以用於和感測到的Cm值比較，以決定是否一物體存在於一電極處。現在參照圖12，根據另一實施例的一種方法是以一流程圖來加以顯示，並且藉由一般的參考字符1282來加以指示。一種方法1282可包含選擇一 Rx電極以及Tx電極組 (1292)。此一動作可包含連接所選的Rx電極至一電容感測電路，同時連接該Tx電極組以接收電氣信號。一種方法1282接著可以針對該所選的電極感測一互電容(Cm)(U94)。此一動作可包含感測在一所選的Rx電極以及該Tx電極組之間的一互電容。若一感測到的Cm是在一閾值(Cm_thresh)之外(來自1296的Y)，則一位置值可被產生(1四8)。在非常特定的實施例中，此一動作可包含根據被感測的Rx電極產生一位置值。不論一感測到的Cm是否在一閾值(Cm_thresh)之外，此種感測操作可以在Rx電極之間循環，直到對於最後一個Rx電極測量到一 Cm為止(1四9)。若尚未針對所有的電極組都讀取到互電容值時(來自1297的N)，一種方法1282可以交換Rx及Tx電極組，並且Cm值可以針對新定義的Rx組來加以獲得。一旦已經針對所有的電極組獲得Cm值之後(來自1297的Y)，一物體位置(若任何此種可檢測到的物體存在的話)可以從電極位置值(^%)來決定出。現在參照圖13，根據一實施例的另一種方法是以一流程圖來加以顯示，並且藉由一般的參考字符1382來加以指示。一種方法1382可包含指定一組電極是接收電極(Rx電極=SET0) (1389)以及另一組電極是發送電極(Tx電極=SET1) (1387)。一種方法1382接著可以連接少於全部的Rx電極至一 Rx輸入(1385)。在某些實施例中，此一動作可包含連接單一 Rx電極至一 Rx輸入。比Rx電極多的Tx電極接著可以連接至一 Tx輸出(138 。在某些實施例中，此一動作可包含連接一組全部的Tx電極至一iTx輸出。Tx電極可被驅動(1381)。此ー動作可包含利用ー電氣信號來驅動Tx電極，該電氣信號將會在連接的Rx電極上引起一響應，其中此ー響應對應於在此種電極之間的ー互電容。在一實施例中，此ー動作可包含利用一或多個周期性的信號來驅動Tx電極。Rx電極接著可被掃描以獲得所選的Rx電極的電容讀數(1379)。此種感測可以針對所有的Rx電極繼續，直到最後ー個Rx電極已經被掃描為止(在某些實施例中，此ー動作可包含連接單一 Rx電極至一 Rx輸入(來自1375、1377的N))。一旦最後ー個Rx電極已經被掃描後(來自1375的Y)，電極組可以交換(Rx電極 = SETl) (1373)以及(Tx電極=SET0) (1371)。ー種方法1382接著可以重複以上所指出的連接及掃描的動作。本發明的實施例可以提供比利用単一電極的自我電容(例如，單ー電極相對接地的電容)的互感測電容方法更大的信噪比。在某些實施例中，上述的互電容感測系統、裝置及方法可被利用在単一觸控感測應用中，其中所產生的感測解析度高於在自我電容感測方法中所能獲得的那些感測解析度。應該體認到的是，此整份說明書參照到的「一個實施例」或是「ー實施例」表示關連到該實施例所述的ー特定的特點、結構或特徵是內含在本發明的至少ー實施例中。因此， 所強調且應該體認到的是，在此說明書的各種部分中兩個或多個參照到的「ー實施例」或是 「ー個實施例」或是「ー替代實施例」不一定都參照到相同的實施例。再者，該些特定的特點、 結構或特徵在本發明的一或多個實施例中可以適當地加以組合。類似地，應該體認到的是，在本發明範例的實施例的先前說明中，本發明的各種特點有時為了精簡揭露內容以助於理解各種發明的特點中的一或多個特點的目的，而在單一實施例、附圖或是其說明中被群組在一起。然而，此種揭露方法並非要被解釋成反映權利要求需要比在每項權利要求中明白所述的特點更多的特點的意圖。而是，發明的特點是在於比單一先前掲露的實施例的所有特點少的特點。因此，在詳細說明後的權利要求是藉此明白被納入此詳細說明中，其中每個權利要求依靠其本身作為本發明的一個別實施例。
權利要求
1.一種電容感測系統，其包括一第一選擇電路，其耦合一第一電極組的N個電極至一電容感測電路；以及一第二選擇電路，其實質同時耦合一第二電極組的M個電極至一信號產生器電路以作為一群組，以在該N個電極中藉由該M個電極及N個電極之間的互電容來引起電流；其中N 是至少一個，並且M > N。
2.如權利要求1所述的電容感測系統，其特徵在於 N是一個，並且M是該第二組的全部電極。
3.如權利要求1所述的電容感測系統，其特徵在於該第一選擇電路依序地耦合該第一電極組的不同群組的N個電極至該電容感測電路， 而該第二選擇電路耦合該M個電極至該信號產生器電路。
4.如權利要求1所述的電容感測系統，其特徵在於該第一選擇電路在一第一感測部分中耦合該N個電極至該電容感測電路，並且在第二感測部分中進一步耦合該第一電極組的L個電極至該信號產生器電路；以及該第二選擇電路在該第一感測部分中耦合該第二電極的M個電極至該信號產生器電路，並且在該第二感測部分中進一步耦合該第二電極組的K個電極至該電容感測電路；其中K是至少一個，並且L > K。
5.如權利要求4所述的電容感測系統，其特徵在於 K是一個，並且L是該第一組的全部電極。
6.如權利要求1所述的電容感測系統，其特徵在於該第一組的電極是彼此實質平行地被設置在一第一方向上；以及該第二組的電極是彼此實質平行地被設置在一不同於該第一方向的第二方向上。
7.如權利要求1所述的電容感測系統，其特徵在於 該感測電路包含一電流感測電路，其產生一根據一感測到的電容來變化的讀取電流，以及一轉換該讀取電流成為一數字值的ADC。
8.一種電容感測系統，其包括一可配置的選擇電路，其耦合在複數個輸入I/輸出0和一信號產生器電路與一電容感測電路之間；以及一控制器，其配置該可配置的選擇電路以實質同時地耦合一第一群組的I/O至該信號產生器電路，而依序地耦合一第二群組的I/O的單一 I/O至該電容感測電路；其中該第一群組的I/O是不同於該第二群組的I/O。
9.如權利要求8所述的電容感測系統，其特徵在於該控制器進一步配置該可配置的選擇電路以實質同時耦合該第二群組的I/O至該信號產生器電路，而依序地耦合該第一群組的I/O的單一 I/O至該電容感測電路。
10.如權利要求8所述的電容感測系統，其特徵在於該電容感測電路感測在從該第二群組和該第一群組的I/O所選擇的每個I/O之間的一互電容。
11.如權利要求8所述的電容感測系統，其特徵在於該信號產生器電路施加至少一周期性的信號至該第一群組的I/O ；以及該電容感測電路包含ー解調器，該解調器測量ー在該第二群組的每個所選的I/O上引起的電流。
12.如權利要求11所述的電容感測系統，其特徵在於 電容感測電路整流在該周期性的信號的半周期上產生的電流。
13.如權利要求8所述的電容感測系統，其特徵在於該電容感測電路包含一電流傳送器電路，該電流傳送器電路包含一低阻抗的電流輸入以及高阻抗的電流輸出；以及該控制器依序地耦合該第二群組的單一 I/O至該電流傳送器電路的低阻抗的電流輸入。
14.如權利要求8所述的電容感測系統，其特徵在於 該電容感測電路包括一弛張振蕩器電路。
15.ー種方法，其包括藉由檢測在第一電極的子集合以及ー較大群組的第二電極之間的互電容的變化來產生第一物體位置數據，其藉由響應於實質同時驅動在該第二電極上的電氣信號來感測在第 ー電極的該子集合中引起的電氣變化。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於進一歩包含藉由檢測在第二電極的子集合以及ー較大群組的第一電極之間的互電容的變化來產生第二物體位置數據。
17.如權利要求15所述的方法，其特徵在幹 產生第一物體位置數據報含依序地測量在每個第一電極以及所有的第二電極之間的互電容。
18.如權利要求15所述的方法，其特徵在幹利用一第一時變的信號來驅動該些第二電極中的至少ー第一組，而利用一不同於該第一周期性的信號的第二時變的信號來驅動該些第二電極的一第二群組。
19.如權利要求18所述的方法，其特徵在於檢測在互電容上的變化進一歩包含轉換引起的電流成為ー數字值。
20.如權利要求15所述的方法，其特徵在於進一歩包含藉由在一物體並不在該些電極的ー預設的接近程度內時，測量在第一電極的子集合以及較大群組的第二電極之間的ー互電容，以對於第一電極的該些子集合產生校準值。
全文摘要
一種電容感測系統可包含一第一選擇電路，其耦合一第一電極組的N個電極至一電容感測電路；以及一第二選擇電路，其實質同時耦合一第二電極組的M個電極至一信號產生器電路以作為一群組，以在該N個電極中藉由在該M個電極及N個電極之間的互電容來引起電流；其中N是至少一個，並且M＞N。
文檔編號G06F3/041GK102576275SQ201180002807
公開日2012年7月11日 申請日期2011年5月27日 優先權日2010年8月23日
發明者安德理·馬哈瑞塔, 派崔克·普倫德賈斯特, 維克特·奎曼 申請人:賽普拉斯半導體公司