電容式感測陣列中的準確度的改進的製造方法與工藝
2023-04-27 13:53:42 4
電容式感測陣列中的準確度的改進相關申請本申請要求於2011年9月23日提交的美國非臨時申請No.13/241,514的優先權，通過引用將其併入本申請中。技術領域本公開涉及用戶接口設備領域，並且更加具體地涉及電容式感測設備。
背景技術：
電容式感測設備可以用來替換機械按鈕、旋鈕以及其他類似的機械用戶接口控制裝置。在現今的工業和消費市場中，使用電容式感測陣列的觸摸感測設備無處不在。可以在蜂窩電話、GPS設備、照相機、計算機屏幕、MP3播放器、數字平板設備等中找到它們。製造成本是這些觸摸感測設備的主要關注點。存在所述觸摸感測設備的功能和它們的成本之間的固定折衷。主要的成本因數之一是將所述電容式感測元件組裝到所述觸摸感測設備中所需要的銦錫氧化物(ITO)層的數目。所述成本和功能兩者都與ITO層的數目成比例。在單層ITO堆積上支持儘可能多的功能將是理想的。然而，單層ITO應用的一個主要挑戰是準確度。觸摸面板應用中的準確度被定義為物理觸摸的位置和由所述觸摸系統所感測到的位置之間的誤差。所感測或所計算出的位置基於整體信號幅度和分布(profile)。單指觸摸將生成相鄰傳感器節點上的信號，該信號被稱為信號分布。信號降級或變形的信號分布趨於造成觸摸識別中的準確度問題。圖1例示了包括電容式感測陣列100的單個ITO層的常規圖案化設計。所述電容式感測陣列100包括多個感測元件行101，比如所述電容式感測陣列100上的每行101被相互交錯到子手指的一對第一組感測元件102和第二組感測元件104覆蓋。比如手指之類的傳導性物體落在所述電容式感測陣列100上，並且在同一行的第一組感測元件102和第二組感測元件104上生成信號。由於手指通常將對大約三個或更多個相鄰感測元件行起作用，所以可以容易地獲得信號分布，並且可以利用合理的準確度生成質心(centroid)。然而，具有所述第一組感測元件102和第二組感測元件104的行101之間的沿著垂直軸的區域被稱為死區區域，如圖1中所例示。本申請中定義的死區是所述感測元件對之間的沿著垂直軸的用於接收信號的區域，該信號的一部分來自一對中的感測元件以及一部分來自另一對中的感測元件。然而，部分由每個對生成的該信號提供不一致且不足以進行質心確定的分裂信號。因此，在沒有完整的信號分布的情況下，由於從所述信號分布中獲取的數據是不平衡的，所以在所述質心算法中，所述手指的質心確定將肯定存在誤差，從而導致所述觸摸面板設備的ITO層中的每個感測元件行之間周期性地出現準確度誤差。上述周期性誤差的圖形表示在圖4中例示。所述周期性誤差410基本上是正弦波形，對於圖1中的行101，它沿著y軸發生。所述周期性誤差410中的y軸上的零點值指示在所述行101的感測元件的中心處生成的信號。高於和低於所述y軸上的零點的值表示由相鄰行的感測元件生成的信號。這些值表示所述死區區域。
技術實現要素：
根據本發明的一個方面，提供一種電容式感測陣列，所述陣列包括：第一組感測元件，包括多個子部分；以及第二組感測元件，包括多個子部分，其中所述第一組感測元件中的一個感測元件的多個子部分跨坐在所述第二組感測元件中的至少兩個感測元件的多個子部分中的至少一個子部分上。根據本發明的另一個方面，提供一種電子系統，包括：電容式感測陣列，包括具有多個子部分的第一組感測元件和具有多個子部分的第二組感測元件，其中所述第一組感測元件中的一個感測元件的多個子部分跨坐在所述第二組感測元件中的至少兩個感測元件的多個子部分中的至少一個子部分上；以及與所述電容式感測陣列耦合的處理設備，所述處理設備被配置為檢測接近所述電容式感測陣列的傳導性物體。根據本發明的另一個方面，提供一種方法，包括：計算第一組感測元件上的觸摸位置的第一組坐標值，其中，所述第一組感測元件包括多個子部分；以及計算第二組感測元件上的觸摸位置的第二組坐標值，其中，所述第二組感測元件包括多個子部分，並且其中所述第一組感測元件中的一個感測元件的多個子部分跨坐在所述第二組感測元件中的至少兩個感測元件的多個子部分中的至少一個子部分上。根據本發明的另一個方面，提供一種方法，包括：測量第一組感測元件上的第一組互容值，其中，所述第一組感測元件包括多個子部分；以及測量第二組感測元件上的第二組互容值，其中，所述第二組感測元件包括多個子部分，並且其中所述第一組感測元件中的一個感測元件的多個子部分跨坐在所述第二組感測元件中的至少兩個感測元件的多個子部分中的至少一個子部分上。附圖說明在附圖的圖形中非限制性地例示了本發明，在附圖中：圖1例示了具有已對準的一組感測元件對的電容式感測陣列的常規設計。圖2例示了用於例示具有處理設備的電子系統的一個實施例的方框圖，該處理設備用於在根據本發明的實施例的具有跨坐的感測元件的電容式感測陣列上檢測傳導性物體的存在性。圖3例示了具有跨坐的感測元件的電容式感測陣列的一個實施例的平面圖。圖4例示了根據傳統設計和根據本發明實施例的電容式感測陣列的設計生成的信號的周期性準確度誤差的比較的圖形表示。圖5例示了處理所述信號的方法的一個實施例的流程圖。圖6例示了具有跨坐的感測元件的電容式感測陣列的一個實施例的平面圖。圖7例示了具有跨坐的感測元件的電容式感測陣列的一個實施例的平面圖。圖8例示了處理所述信號的方法的一個實施例的流程圖。圖9A到9C例示了所述電容式感測陣列的已組裝的層結構的實施例。具體實施方式描述了被配置為改進檢測傳導性物體的存在性時的準確度的電容式感測陣列。在一個實施例中，所述電容式感測陣列包括第一組感測元件以及第二組感測元件，所述第一組感測元件包括多個子部分，以及所述第二組感測元件包括多個子部分，從而使得所述第一組中的一個感測元件的多個子部分跨坐(straddle)在所述第二組中的至少兩個感測元件的多個子部分中的至少一個上。本發明中定義的跨坐是移動一個感測元件的子部分並將該子部分與和該一個感測元件相鄰的至少兩個感測元件的子部分交錯。本文中描述的實施例被配置為改進所述電容式感測陣列的準確度。如上所述，在觸摸面板應用中，準確度被定義為所述觸摸面板上或接近所述觸摸面板的傳導性物體的位置和所述觸摸面板所感測到的位置之間的誤差。所感測到或計算出的位置基於所述整體信號幅度以及由所述電容式感測電路檢測到的傳導性物體的存在性的分布。例如，單指觸摸生成相鄰感測元件上的信號，其產生信號分布。信號降級或變形的信號分布造成準確度問題，包括所述死區區域處的準確度中的變化。如上所述，所述死區區域經常被定義為所述感測元件對之間的沿著垂直軸的用於接收弱分裂信號的區域，該弱分裂信號的一部分來自一對中的感測元件以及一部分來自所述另一對中的感測元件。然而，部分由每個對生成的這個信號提供了分裂信號，該分裂信號不一致且不足以用於進行所述傳導性物體的質心確定。本文中描述的實施例去除所述死區區域，以便改進所述準確度。在下面的描述中，為了說明，闡述了許多具體細節，以便提供對本發明的全面理解。然而，對於本領域技術人員顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節的情況下實現本發明。在其他實例中，公知電路、結構和技術沒有被詳細示出，而是被以方框圖示出，以便避免不必要地混淆對本描述的理解。所述說明書中的對「一個實施例」或「實施例」的引用意味著結合所述實施例描述的特定特徵、結構或特性被包括在本發明的至少一個實施例中。位於本說明書中的各個地方的詞語「在一個實施例中」並不一定指代相同的實施例。圖2是例示具有處理設備的電子系統200的一個實施例的方框圖，該處理設備用於在根據本發明的實施例的具有跨坐的一組感測元件的電容式感測陣列220上檢測傳導性物體的存在性。電子系統200包括處理設備210、具有跨坐的一組感測元件的電容式感測陣列220、觸摸感測按鈕240、主處理器250、嵌入式控制器260以及非電容式感測元件270。所述處理設備210可以包括模擬和/或數字通用輸入/輸出(「GPIO」)埠207。GPIO埠207可以是可編程的。GPIO埠207可以耦合到可編程互連邏輯(「PIL」)，該PIL充當GPIO埠207和所述處理設備210的數字塊陣列(未示出)之間的互連。所述數字塊陣列可以被配置為在一個實施例中，使用可配置的用戶模塊(「UM」)來實現各種數字邏輯電路(例如，DAC、數字濾波器或數字控制系統)。所述數字塊陣列可以耦合到系統總線。處理設備210還可以包括存儲器，比如隨機存取存儲器(「RAM」)205和程序快閃記憶體204。RAM205可以是靜態RAM(「SRAM」)，以及程序快閃記憶體204可以是非易失性存儲設備，其可以用於存儲固件(例如，可由處理內核202執行的用於實現本文描述的操作的控制算法)。處理設備210還可以包括微控制器單元(「MCU」)203，該微控制器單元203耦合到存儲器和處理內核202。所述處理設備210還可以包括模擬塊陣列(未示出)。所述模擬塊陣列還耦合到所述系統總線。模擬塊陣列還可以被配置為在一個實施例中，使用可配置的UM來實現各種模擬電路(例如，ADC或模擬濾波器)。所述模擬塊陣列還可以耦合到所述GPIO埠207。如圖所示，電容式傳感器201可以被集成到處理設備210中。電容式傳感器210可以包括模擬I/O，用於耦合到外部組件，比如具有跨坐的一組感測元件的電容式感測陣列220、觸摸感測按鈕240和/或其他設備。在下面更為詳細地描述電容式傳感器201和處理設備210。本文中描述的實施例可以用於任何電容式感測陣列應用，例如，所述具有跨坐的感測元件的電容式感測陣列220可以是觸控螢幕、觸摸感測滑塊、或觸摸感測按鈕240(例如，電容式感測按鈕)。在一個實施例中，這些感測設備可以包括一個或多個電容式感測元件。本文中描述的操作可以包括但不限於，筆記本指示器操作、照明控制(調光器)、音量控制、圖形均衡控制、速度控制或要求逐步或分立調整的其他控制操作。還應該注意的是，電容式感測實現的這些實施例可以結合非電容式感測元件270使用，包括但不限於，拾取按鈕(pickbutton)、滑塊(例如，顯示器亮度和對比度)、滾輪、多媒體控制(例如，音量、聲跡超前等)、書寫識別和數字小鍵盤操作。在一個實施例中，所述電子系統200包括具有跨坐的一組感測元件的電容式感測陣列220，該電容式感測陣列經由總線221耦合到處理設備210。在一個實施例中，所述具有跨坐的一組感測元件的電容式感測陣列220可以包括一維感測陣列，以及在另一實施例中，所述具有跨坐的一組感測元件的電容式感測陣列220可以包括二維感測陣列。或者，所述具有跨坐的一組感測元件的電容式感測陣列220可以具有更多維度。此外，在一個實施例中，所述具有跨坐的一組感測元件的電容式感測陣列220可以是滑塊、觸摸板、觸控螢幕或其他感測設備。在另一實施例中，所述電子系統200包括經由總線241耦合到處理設備210的觸摸感測按鈕240。觸摸感測按鈕240可以包括一維或多維感測陣列。所述一維或多維感測陣列可以包括多個感測元件。對於觸摸感測按鈕，所述感測元件可以耦合到一起，以檢測在所述感測設備的整個表面上方的傳導性物體存在性。或者，所述觸摸感測按鈕240可以具有單個用於檢測所述傳導性物體存在性的感測元件。在一個實施例中，觸摸感測按鈕240可以包括電容式感測元件。電容式感測元件可以用作非接觸型感測元件。當利用絕緣層保護時，這些感測元件能夠抵抗惡略環境。所述電子系統200可以包括所述具有跨坐的一組感測元件的電容式感測陣列220和/或觸摸感測按鈕240中的一個或多個的任意組合。在另一實施例中，所述電子系統200還可以包括經由總線271耦合到所述處理設備210的非電容式感測元件270。所述非電容式感測元件270可以包括按鈕、發光二極體(「LED」)以及其他用戶接口設備，比如滑鼠、鍵盤或不需要電容感測的其他功能按鍵。在一個實施例中，總線271、241、231和221可以是單個總線。或者，這些總線可以被配置為一個或多個不同總線的任意組合。處理設備210可以包括內部振蕩器/時鐘206和通信塊(「COM」)208。所述振蕩器/時鐘塊206向處理設備210的組件中的一個或多個提供時鐘信號。通信塊208可以用於經由主接口(「I/F」)線251，與比如主處理器250之類的外部組件通信。或者，處理設備210還可以耦合到嵌入式控制器260，以與比如主處理器250之類的外部組件通信。在一個實施例中，所述處理設備210被配置為與所述嵌入式控制器260或主處理器250通信，以發送和/或接收數據。處理設備210可以駐留在公共載體襯底上，比如集成電路(「IC」)管芯襯底、或多晶片模塊襯底等。或者，處理設備210的組件可以是一個或多個不同的集成電路和/或分立組件。在一個示例實施例中，所述處理設備210是由位於加利福尼亞州聖何塞(SanJose)的Cypress半導體公司研發的可編程片上系統處理設備。或者，處理設備210可以是本領域一般技術人員公知的一個或多個其他處理設備，比如微處理器或中央處理單元，控制器，專用處理器，數位訊號處理器(「DSP」)，專用集成電路(「ASIC」)，或現場可編程門陣列(「FPGA」)等。還應該注意的是，本文中描述的實施例不限於具有與主機耦合的處理設備的配置，而可以包括一個系統，該系統測量所述感測設備上的電容，並且將所述原始數據發送給主計算機，在該主計算機中，利用應用程式對該原始數據進行分析。實際上，由所述處理設備210完成的過程也可以在所述主機中完成。要注意的是，圖2中的處理設備210可以使用各種技術測量電容，比如自容(selfcapacitance)感測和互容(mutualcapacitance)感測。所述自容感測模式也被稱為單電極感測模式，因為每個傳感器元件僅僅需要一條去往所述感測電路的連接布線。對於所述自容感測模式，因為所述手指觸摸電容被增加到所述傳感器電容，所以觸摸所述傳感器元件增加了所述傳感器電容。所述互容變化在所述互容感測模式下被檢測。每個傳感器元件使用至少兩個電極：一個是發送(TX)電極(在本文中也稱為發送電極)，以及另一個是接收(RX)電極。當手指觸摸傳感器元件或接近所述傳感器元件時，因為所述手指將電場的一部分分流到大地(例如，底盤或地面)，所以所述傳感器元件的接收器和發射器之間的電容耦合減小。電容式傳感器201可以被集成到處理設備210的IC中，或者集成在不同的IC中。所述電容式傳感器201可以包括張弛振蕩器...