用於多點觸摸傳感器的控制器及相關的測量設備的製作方法

2023-10-17 02:27:19 3

專利名稱：用於多點觸摸傳感器的控制器及相關的測量設備的製作方法
技術領域：
本實用新型一般地涉及用於多激勵傳感器的控制器，並且具體地涉及用於多激勵觸摸傳感器的單晶片控制器。
背景技術：
當前可以獲得許多類型的輸入設備，諸如按鈕或按鍵、滑鼠、軌跡球、操縱杆、觸摸 傳感器面板、觸控螢幕等，以便在計算系統中執行操作。特別地，觸控螢幕由於其容易和通用的 操作以及其不斷下降的價格而正在變得日益流行。觸控螢幕可包括可以是具有觸敏表面的清 澈面板的觸摸傳感器面板，以及諸如液晶顯示器(LCD)的顯示設備，所述顯示設備可被部 分地或完全地定位在該面板後面，從而觸敏表面可覆蓋顯示設備的可觀看區域的至少一部 分。觸控螢幕可允許用戶通過使用手指、觸筆或其它物體在顯示設備所顯示的用戶界面(UI) 所規定的位置處觸摸該觸摸傳感器面板來執行各種功能。一般來說，觸控螢幕可識別觸摸事 件以及觸摸事件在觸摸傳感器面板上的位置，以及計算系統然後可根據在該觸摸事件的時 刻所呈現的顯示解釋該觸摸事件，並且此後可基於該觸摸事件執行一個或多個動作。互電容觸摸傳感器面板可由大體透明的導電材料，例如，氧化銦錫(ITO)的驅動 線路和感測線路的矩陣形成，驅動線路和感測線路的矩陣通常以行和列的形式布置在大體 透明的襯底上的水平和垂直方向上。可以通過驅動線路傳輸驅動信號，這導致驅動線路和 感測線路的交叉點(感測像素)處的信號電容。可以根據由於驅動信號在感測線路中產生 的感測信號確定信號電容。在某些觸摸傳感器面板系統中，同時激勵多個驅動線路，以便 在感測線路中產生合成感測信號。雖然這些系統提供了某些優點，但是由於常規的多激勵 系統設計通常對系統的操作限制為特定的激勵情景，因此常規的多激勵系統可能是不靈活 的。例如，典型的多激勵系統必須使用驅動信號的特定組合，以便產生特定的感測信號，並 且必須以特定的方式從感測信號中提取信號電容。

實用新型內容鑑於上述內容，在單個集成電路(單晶片)上形成用於多點觸摸傳感器的多激勵 控制器，以便包括傳輸振蕩器，基於傳輸振蕩器的頻率產生多個驅動信號的傳輸信號部分， 同時傳輸驅動信號以便驅動多點觸摸傳感器的多個傳輸通道，接收通過驅動多點觸摸傳感 器產生的感測信號的接收通道，接收振蕩器，和基於接收振蕩器的頻率解調接收的感測信 號以便獲得感測結果的解調部分，解調部分包括解調器和矢量運算器。這種實現可以提供 比常規設計更靈活的系統。例如，矢量運算可以允許對任意矢量的選擇和測試，例如，允許 系統設計者測試和實現不同的激勵矩陣/解碼矩陣組合，而不需要感測系統的大量重新設 計。本公開的一個實施例的一個目的是克服現有技術中由於常規的多激勵系統設計 通常對系統的操作限制為特定的激勵情景，因此常規的多激勵系統可能是不靈活的的技術 問題。根據一個實施例，提供了一種用於多點觸摸傳感器的控制器，所述控制器形成在單個集成電路上，其特徵在於，所述控制器包括用於提供傳輸時鐘信號的傳輸振蕩器裝置；用於基於所述傳輸時鐘信號的頻率產生多個驅動信號的傳輸信號裝置；多個用於同時 傳輸所述驅動信號以便驅動所述多點觸摸傳感器的傳輸通道裝置；用於接收通過驅動所述 多點觸摸傳感器產生的感測信號的接收通道裝置；用於提供接收時鐘信號的接收振蕩器裝 置；和用於基於所述接收時鐘信號的頻率解調接收的感測信號以便獲得感測結果的解調裝 置，所述解調裝置包括用於執行解調操作的解調器裝置和用於執行矢量運算的矢量運算器
直ο根據一個實施例，提供了一種用於獲得單個感測信號中的多個測量值數據的設 備，其特徵在於，所述設備包括用於通過用於進行從數字到模擬轉換的數模轉換器裝置產 生模擬驅動信號並且用於將所述驅動信號同時傳輸到傳感器的傳輸器裝置，其中所述傳感 器包括響應所述驅動信號產生包括多個測量值數據的感測信號的裝置；用於接收感測信號 並且用於通過用於以低於所述數模轉換器裝置的更新速率的採樣速率進行從模擬到數字 轉換的模數轉換器裝置將所述感測信號轉換為數位訊號的接收器裝置；和用於解碼所述感 測信號以便獲得多個測量值數據的解碼器裝置。根據一個實施例，提供了一種用於將多個驅動信號同時傳輸到傳感器的設備，其 特徵在於，所述設備包括用於產生一個或多個數位訊號的傳輸邏輯裝置；用於將所述一 個或多個數位訊號轉換為一個或多個模擬信號的數模轉換器裝置；用於從所述數模轉換器 裝置接收所述一個或多個模擬信號的模擬總線裝置；連接到所述模擬總線裝置並且每個用 於選擇所述模擬總線裝置的包括來自所述數模轉換器裝置的所述一個或多個模擬信號的 多個總線信號中的一個總線信號以便作為驅動信號傳輸到所述傳感器的多個模擬多路復 用器裝置；和連接到所述多路復用器裝置並用於緩衝所選擇的驅動信號以便傳輸到所述傳 感器的多個模擬輸出緩衝器裝置。根據本公開的一個實施例的一個技術效果是可以提供比常規設計更靈活的系統。 例如，矢量運算可以允許對任意矢量的選擇和測試，例如，允許系統設計者測試和實現不同 的激勵矩陣/解碼矩陣組合，而不需要感測系統的大量重新設計。

圖1示出了根據本實用新型的實施例的示例計算系統。圖2A示出了根據本實用新型的一個實施例的示例互電容觸摸傳感器面板。圖2B是根據本實用新型的一個實施例的處於穩態(無觸摸)情況下的示例像素 的側視圖。圖2C是根據本實用新型的一個實施例的處於動態(觸摸)情況下的示例像素的 側視圖。圖3示出了根據本實用新型的實施例的示例專用集成電路(ASIC)單晶片多點觸 摸控制器。圖4示出了根據本實用新型的實施例的示例傳輸通道。圖5示出了根據本實用新型的實施例的觸摸傳感器面板的示例激勵。圖6示出了根據本實用新型的實施例的示例感測通道和多級矢量解調引擎的第一級。[0019]圖7示出了根據本實用新型的實施例的多級矢量解調引擎的示例第二級。圖8示出了根據本實用新型的實施例的示例接收NC0。圖9A示出了具有包括根據本實用新型的實施例的單晶片多激勵控制器的觸摸傳 感器面板的示例行動電話。圖9B示出了具有包括根據本實用新型的實施例的單晶片多激勵控制器的觸摸傳 感器面板的示例數字媒體播放器。圖9C示出了具有包括根據本實用新型的實施例的單晶片多激勵控制器的觸摸傳 感器面板(軌跡板)和/或顯示器的示例個人計算機。另外，在附圖中的附圖標記具有以下含義圖2A中2001 到感測通道圖2C中2003 由於手指圖3中3001 :N個輸入；3003 :M個輸出圖4中4001 來自面板掃描邏輯圖6中6001 面板模式；6003 面板中的相位延遲；6005 :ASIC中的相位控制； 6007 傳輸通道圖8中8001 正弦波；8003 包絡線；6005 包絡線成形的正弦波；849 外設總線具體實施方式
在對優選實施例的下列描述中參考了附圖，這些附圖構成本說明書的一部分，並 且以說明的方式示出了可以實現本實用新型的特定實施例。應當理解，可以使用其它實施 例，並且可以做出結構改變而不脫離本實用新型的實施例的範圍。本實用新型涉及形成在單個集成電路(單晶片)上的多點觸摸傳感器的多激勵控 制器。該控制器包括接收部分，多級矢量解調引擎，傳輸部分，和各種外設，諸如存儲器、邏 輯、接口、信號產生器、處理器等。多激勵控制器可以使用多個同時的驅動信號驅動傳感器， 諸如觸摸傳感器面板，並且可以從傳感器接收由多個激勵產生的感測信號。由多激勵控制 器接收的感測信號可以是由多個分量感測信號的疊加形成的合成信號，由驅動信號產生每 個分量信號，並且每個分量信號帶有測量值數據。多激勵控制器可以解調和解碼多個合成 信號，以便提取由分量信號所攜帶的單個測量值數據。雖然此處可以互電容觸摸傳感器面板描述和給出本實用新型的實施例，應當理 解，本實用新型的實施例不受這種限制，而是本實用新型附加地可以用於自電容傳感器面 板，以及單點或多點觸摸傳感器面板兩者，以及使用多個同時的激勵信號以便產生合成感 測信號的其它傳感器。另外，雖然此處可以雙側ITO(DITO)觸摸傳感器面板描述和給出本 實用新型的實施例，應當理解，本實用新型的實施例還適用於其它觸摸傳感器面板配置，諸 如在不同襯底上或在覆蓋玻璃(例如蓋體220)的背部上形成驅動線路和感測線路的配置， 以及在單個襯底的相同側上形成驅動線路和感測線路的配置。圖1示出了根據本實用新型實施例的利用具有集成驅動系統的單ASIC多點觸摸 控制器106的示例計算系統100。觸摸控制器106是可以包括一個或多個處理器子系統102 的單個專用集成電路(ASIC)，所述一個或多個處理器子系統102可以包括，例如，一個或多 個主處理器，諸如ARM968處理器或具有類似功能和能力的其它處理器。然而，在其它實施例中，可由專用邏輯，諸如狀態機，替代實現處理器功能。處理器子系統102還可以包括，例 如，外設(未示出)，諸如隨機存取存儲器(RAM)或其他類型的存儲器或存儲設備，看門狗計 時器等。觸摸控制器106還可以包括例如，用於接收信號，諸如一個或多個感測通道(未示 出)的觸摸感測信號103、來自其它傳感器諸如傳感器111的其它信號等的接收部分107。 觸摸控制器106還可以包括例如，諸如多級矢量解調引擎109的解調部分，面板掃描邏輯 110，以及包括例如傳輸部分114的驅動系統。面板掃描邏輯110可以訪問RAM112，自治地 從感測通道讀取數據，並且為感測通道提供控制。另外，面板掃描邏輯110可以控制傳輸部 分114，以便以各種頻率和相位產生可被有選擇地施加到觸摸傳感器面板124的行上的激 勵信號116。可以使用電荷泵115為傳輸部分產生供電電壓。通過級聯電晶體，激勵信號 116(Vstim)可以具有比ASIC處理可以容忍的最大電壓更高的振幅。因此，激勵電壓可以比 單個電晶體可以處理的電壓電平(例如3. 6V)更高(例如6V)。雖然圖1示出了與傳輸部 分114分離的電荷泵115，但是電荷泵可以是傳輸部分的一部分。雖然還可以使用其它感測介質，觸摸傳感器面板124可以包括具有多個行跡線 (例如驅動線路)和多個列跡線(例如感測線路)的電容感測介質。雖然還可以使用其它 透明和諸如銅的非透明材料，行跡線和列跡線可由諸如氧化銦錫(IT0)或氧化銻錫(AT0) 的透明導電介質形成。在某些實施例中，行跡線和列跡線可以彼此垂直，雖然在其它實施例 中其它非笛卡兒取向也是可能的。例如，在極坐標系中，感測線路可以是同心圓，並且驅動 線路可以是徑向延伸的線路(反之亦然)。因此，應當理解，此處使用的術語「行」和「列」， 「第一維度」和「第二維度」或「第一軸」和「第二軸」旨在不僅包括正交網格，而且包括具有 第一維度和第二維度的其它幾何配置的交叉跡線(例如，極坐標布置的同心圓和徑向線)。 行和列例如可被由基本透明的電介質材料分隔開地形成在大體透明的襯底的單個側面上， 形成在襯底的相對側面上，形成在由電介質材料分隔開的兩個單獨的襯底上等。在跡線彼此上下穿過(相交)(但彼此不形成直接電接觸)的跡線的「交叉」處， 跡線本質上可以形成兩個電極(雖然還可以是多於兩個跡線交叉)。行跡線和列跡線的每 個交叉可以呈現出一個電容感測節點，並且可被視為圖像元素(像素)126，當觸摸傳感器 面板124被視為捕捉觸摸的「圖像」時，這可能特別有用。(換言之，在觸摸控制器106已經 確定是否已經在觸摸傳感器面板中的每個觸摸傳感器處檢測到了觸摸事件之後，多點觸摸 面板中發生了觸摸事件處的觸摸傳感器的圖案可被視為是觸摸的「圖像」(例如，觸摸面板 的手指的圖案))。當給定行被保持在直流(DC)電壓電平時，行電極和列電極之間的電容可 表現為寄生電容，並且當以交流(AC)信號激勵給定行時可以表現為互信號電容Csig。可以 通過測量出現在被觸摸的像素處的信號電荷Qsig的信號改變，檢測觸摸傳感器面板附近 或之上的手指或其它物體的出現，該信號改變是Csig的函數。計算系統100還可以包括用於接收來自處理器子系統102的輸出，並且基於該輸 出執行動作的主機處理器128，所述動作可以包括但不限於移動物體諸如光標或指針，滾動 或掃視(panning)，調整控制設置，打開文件或文檔，觀看菜單，進行選擇，執行指令，操作連 接到主機設備的外圍設備，應答電話呼叫，進行電話呼叫，終止電話呼叫，改變音量或音頻 設置，存儲與電話通信有關的信息諸如地址、常撥號碼、已接來電、未接來電，登錄計算機或 計算機網絡，允許被授權的個體訪問計算機或計算機網絡的受限制區域，裝載與計算機桌面的用戶優選布置相關聯的用戶簡檔，允許對Web內容的訪問，啟動特定程序，加密或解碼 消息和/或等等。主機處理器128還可以執行與面板處理無關的附加功能，並且可被連接 到程序存儲設備132和顯示設備130，諸如用於給設備的用戶提供UI的IXD顯示器。在某 些實施例中，如圖所示，主機處理器128可以是與觸摸控制器106分離的單獨組件。在其它 實施例中，主機處理器128可被包括為觸摸控制器106的一部分。在其它實施例中，主機處 理器128的功能可由處理器子系統102執行和/或被分布在觸摸控制器106的其它組件之 間。當被部分地或完整地定位在觸摸傳感器面板之下時，顯示設備130可以與觸摸傳感器 面板124 —起形成觸控螢幕118。注意，例如可由存儲在存儲器(例如外設之一)內的固件實現並且由處理器子系 統102執行，或由存儲在程序存儲設備132內的固件實現並且由主機處理器128執行上述 功能中的一個或多個。固件還可被存儲在任意計算機可讀介質內，和/或被在任意計算機 可讀介質內傳輸，以便由指令執行系統、裝置或設備使用或結合指令執行系統、裝置或設備 使用，所述指令執行系統、裝置或設備諸如是基於計算機的系統，包含處理器的系統，或可 以從指令執行系統、裝置或設備取回指令並且執行指令的其它系統。在本文檔的上下文中， 「計算機可讀介質」可以是可包含或存儲程序，以便由指令執行系統、裝置或設備使用或結 合指令執行系統、裝置或設備使用的任意介質。計算機可讀介質可以包括但不限於電子， 磁，光學，電磁，紅外或半導體系統、裝置或設備，便攜計算機盤(磁性的)，隨機存取存儲器 (RAM)(磁性的)，只讀存儲器(ROM)(磁性的)，可擦除可編程只讀存儲器(EPR0M)(磁性 的)，便攜光碟諸如⑶，⑶-R，⑶-RW，DVD，DVD-R或DVD-RW，或快閃記憶體諸如小型快閃記憶體卡、安全數 字卡、USB存儲器設備、記憶棒等。固件還可被在任意傳輸介質中傳送，以便由指令執行系統、裝置或設備使用或結 合指令執行系統、裝置或設備使用，所述指令執行系統、裝置或設備諸如是基於計算機的系 統，包含處理器的系統，或可以從指令執行系統、裝置或設備取回指令並且執行指令的其它 系統。在本文檔的上下文中，「傳輸介質」可以是可以傳遞、傳送或傳輸程序，以便由指令執 行系統、裝置或設備使用或結合指令執行系統、裝置或設備使用的任意介質。傳輸可讀介質 可以包括但不限於電子，磁，光學，電磁或紅外的有線或無線傳送介質。圖2A是示出根據本實用新型的實施例的更多細節的示例觸摸傳感器面板124的 局部視圖。圖2A指出位於行跡線204和列跡線206交叉處的每個像素202處的寄生電容 Cstray(C^)的存在(雖然出於簡化圖示的目的，圖2A中僅示出了一列的Cstray)。在圖 2A的例子中，由傳輸部分114傳輸的驅動信號可被施加到觸摸面板的行上。例如，可在若干 行上施加AC激勵Vstim 214、Vstim 215和Vstim 217，而其它行可被連接到DC。如後面將 解釋的，Vstim 214、Vstim 215和Vstim 217可以是例如具有不同相位的信號。行上的每 個激勵信號可以引起電荷Qsig被通過出現在受影響的像素處的互電容注入列，其中Qsig = Csig x Vstim(1)當手指、手掌或其它物體出現在一個或多個受影響的像素處時，可以檢測到注入 電荷(Qsig_sense)的改變。Vstim信號214、215和217可以包括正弦波，方波等的一個或 多個脈衝串。Vstim信號可由具有一個特定相位、振幅和頻率的信號組成，但是本質上例如 可以是每個信號具有特定相位、振幅和頻率的多個信號的合成，例如，可由每個信號具有特 定相位、振幅和頻率的多個信號組成。每個信號分量的頻率、相位或振幅可被調製。例如，可以出於開窗(windowing)目的使用振幅調製，以便提供窄帶的並且具有很少諧波含量的激勵信號，從而防止不希望的噪聲源進入接收通道。例如，使用具有方波形狀的激勵信號具 有高次諧波。由於外部噪聲分量和激勵的高次諧波之間的互調，這些高次諧波可以引起帶 內噪聲分量。注意，雖然圖2A示出行204和列206大體垂直，如上所述，它們不必被如此排 列。例如，每個列206可被連接到一個感測通道。圖2B是根據本實用新型的實施例的穩態(無觸摸)情況下的示例像素202的側 視圖。在圖2B中，示出了列跡線206和行跡線204或由電介質210分隔開的電極之間的互 電容的電場線208的電場。圖2C是動態(觸摸)情況下的示例像素202的側視圖。在圖2C中，手指212已 被放置在像素202附近。手指212在信號頻率下是低阻抗物體，並且具有從列跡線204到 人體的AC電容C手指(CFinger)。人體具有大約2OOpF的對地自電容C (Cbody)，其中C人 #比(_旨大得多。如果手指212阻擋行電極和列電極之間的某些電場線208(脫離電介質並 且穿過行電極之上的空氣的彌散場)，這些電場線被通過手指和人體中固有的電容路徑分 路到地，並且結果，穩態信號電容Csig減小了 ACsig。換言之，等效人體和手指電容起將 Csig減小數量八(^8(此處其還被稱為(^18_%11^)的作用，並且可以起到地的分路或動 態返迴路徑的作用，其阻擋某些電場從而導致減小的淨信號電容。像素處的信號電容變為 Csig-Δ Csig，其中Csig表示靜態(無觸摸)分量，並且Δ Csig表示動態(觸摸)分量。注 意，由於手指、手掌或其它物體不能阻擋全部電場，尤其是完全剩餘在電介質材料內的那些 電場，Csig-ACsig可能總是非零的。另外，應當理解，當手指被更用力地或更完全地按壓 在多點觸摸面板上時，手指可以趨於變平，從而阻擋越來越多的電場，並且因此△ Csig可 以是可變的，並且表示手指被多麼完全地按壓在面板上(例如，從「無觸摸」到「完全觸摸」 的範圍)。圖3是根據本實用新型的實施例的示例單ASIC多點觸摸控制器106的更詳細的 方框圖。觸摸控制器106的接收(RX)部分107包括混雜通道305 (例如，用於紅外傳感器、 溫度傳感器的通道等)，以及總共N個接收通道，諸如感測通道307。感測通道307連接到 偏移補償器309。多級矢量解調引擎109包括數字解調部分313，結果存儲器315，以及矢量 運算器317。數字解調部分313連接到接收(RX) NC0319，並且矢量運算器317連接到解碼 矩陣RAM321以及連接到結果RAM323。傳輸(TX)部分114包括傳輸邏輯327，傳輸DAC329， 以及總共M個傳輸通道333。傳輸NC0335給傳輸邏輯和TX DAC提供時鐘，並且電荷泵115 給傳輸通道提供電力。傳輸通道333通過模擬總線339連接到激勵矩陣RAM337。解碼矩陣 RAM321，結果RAM323和激勵矩陣RAM337可以例如是RAM112的一部分。處理器子系統102 可以在解碼矩陣RAM321中存儲和更新例如解碼矩陣，並且在激勵矩陣RAM337中存儲和更 新激勵矩陣，初始化多點觸摸子系統，處理來自接收通道的數據，以及便於與主機處理器的
通{曰。圖3示出了處理器子系統102，面板掃描邏輯110和主機處理器128。圖3還示出 了時鐘產生器343和處理器接口 347。觸摸控制器106的各種組件通過外設總線349連接 在一起。處理器接口 347通過處理器接口(PI)連接353連接到主機處理器128。現在將參考圖4描述根據本實用新型的實施例的觸摸控制器106的示例驅動信號 傳輸操作，圖4是示出了觸摸控制器106的更多細節的方框圖。由電荷泵115供電的傳輸邏輯327基於TX NC0 335產生數位訊號。TX DAC329是差分DAC，並且將來自傳輸邏輯327 的數位訊號轉換為激勵信號Vstim+和Vstim-。Vstim+是具有與TXNC0335相同頻率的波 形的信號，並且Vstim-是具有被相對於公共電壓Vcm翻轉的Vstim+的波形的信號。在這 個例子中，公共電壓Vcm等於2. 5V。Vstim+是具有2. 5V DC偏移以及4. 75V最大振幅的頻 率為《的正弦波Vstim+ = 2. 5V+2. 25V * sin (w t)Vstim-是具有2. 25V DC偏移以及4. 75V最大振幅的頻率為w的相位與Vstim+ 相差180度的正弦波Vstim-= 2. 5V+2. 25V * sin(wt+180° )當然，可以使用其它激勵信號和信號產生方法。例如，TX NC0 335可以包括混合 器以便將上面的正弦波Vstim+和Vstim-信號與從包絡線查找表(LUT)中產生的包絡線波 形混合。包絡線成形/開窗能力可能是有益的，這是由於它允許控制激勵波形的譜屬性， 以及還能控制將多少能量置於多點觸摸通道內。這兩種屬性控制幹擾抑制的量。向通道 中放置越多能量，幹擾抑制對於外部幹擾信號更為有利。開窗函數的例子是Gaussian(高 斯)，Chebychev (契比雪夫)或 Rectangular (矩形)。相對於 Rectangular 窗 口，使 用例如Chebychev窗口導致這樣的激勵波形，該激勵波形在頻域具有減小的邊帶波動 (sidebandripple)，並且因此允許更少的噪音在解調後進入接收通道。TX DAC329向模擬總線339的分離的線路提供Vstim+和Vstim-。總線339還包 括承載公共電壓Vcm的線路以及接地的線路gnd。每個傳輸通道333包括模擬MUX(多路 復用器)401和緩衝器403。模擬MUX401連接到總線339的每條線路，並且可以選擇驅動 信號Vstim+，Vstim-, Vcm或gnd之一，以便提供給緩衝器403。與模擬總線339和多個 MUX401 (每個傳輸通道一個)一起使用單個TXDAC329可以相對於其它設計允許晶片上減小 的足跡(footprint)。然而，可以使用多於一個的TX DAC329。TX DAC329可以例如是R2-R DAC，溫度編碼DAC，E _ ADAC，或其它類型的DAC。如下面更詳細描述的，MUX401基於存儲 在激勵矩陣RAM337內的激勵矩陣407選擇驅動信號。根據TX DAC的輸出處的最大激勵電 壓電平，傳輸通道333的緩衝器403可以具有1的增益(數目1)或大於1的增益。因此， 緩衝器不僅可以起增益放大來自TX DAC的信號的目的，而且還提供了驅動由多點觸摸傳感 器面板124給其帶來的大部分電容負載的驅動能力。輸出緩衝器403可以提供防止電荷泵電源上出現的噪聲傳播到VSTM輸出的益處。 這對於防止VSTM埠上的由電荷泵產生的任何不希望的噪聲以降低信噪比，以及無意中 影響觸摸性能是重要的。換言之，由於每個緩衝器403具有負反饋，緩衝器403本質上是自 調節的。輸出緩衝器403的電源波動抑制可以足以抑制電荷泵電源上出現的任何電源波 動。在某些實施例中，在傳輸部分114中使用緩衝器403可以提供足夠的電源波動抑制，以 便允許使用無調節的電荷泵。這可以允許更簡單和更高效的電荷泵設計。另外，可以作為 激勵頻率的函數或在激勵頻率範圍之外選擇電荷泵操作頻率，以便防止由電荷泵引入的噪 聲影響觸摸性能。在觸摸面板傳感器124的多步掃描的每個步的過程中，每個MUX401為到觸摸面 板傳感器的相應驅動線路的傳輸選擇Vstim+，Vstim-, Vcm，或GND中的一個。GND可用於 如果緩衝器未被使用，將相應的輸出緩衝器置於低功率狀態以便節省電力。基於激勵矩陣407做出該選擇。如圖4所示，激勵矩陣407的每行相應於掃描中的一個步，並且行中的數值指出針對每個TX通道333的驅動信號選擇。對於掃描中的每個步，MUX401基於激勵矩陣 407的行中的數值選擇驅動信號。例如，在第一個步中，圖4中STEPO行指出針對第一 TX通 道的MUX401的信號選擇(MUX0_SEL)，針對第二 TX通道的MUX401的信號選擇(MUX1_SEL) 等。在每個步，MUX可以選擇不同的信號組合，以便與其它步不同地激勵面板。面板掃描邏 輯110可以藉助通過經由外設總線349的連接來增加存儲在激勵矩陣RAM337中的步地址， 控制這些步的定時。一旦MUX選擇了信號，該信號被發送到TX通道405的緩衝器403，以便 被傳輸到面板傳感器。注意，面板掃描邏輯還可以通過外設總線349修改激勵矩陣407，例 如，以便調整激勵矩陣的數據項的值，以便以其它激勵矩陣取代該激勵矩陣等。圖5示出了根據本實用新型的實施例的觸摸傳感器面板124的示例激勵。特 別地，圖5示出了通過觸摸傳感器面板124的行204的驅動信號和通過觸摸傳感器面 板124的列206的感測信號的信號路徑。圖5示出了在傳感器面板掃描的一個步中驅 動傳感器面板124的觸摸控制器106。在圖5中，觸摸控制器106被示出為具有分別相 應於傳感器面板124的M個驅動線路(行)204和N個感測線路(列)的M個傳輸通 道333和N個感測通道501。傳輸通道333通過驅動線路204傳輸驅動信號Vstim[0]， Vstim[l]，· . . Vstim[M-l]，其中，Vstim與像素的信號電容Csig成比例。如上所述，作為 注入以Vstim驅動的每個像素的感測線路206中的信號電荷Qsig的結果，產生感測信號 SenseSig[0]，SenseSig[1]，. . . SenseSig[N-1]。假設一個線性系統，注入感測線路 206 中 的總信號電荷Qsig_tot是在感測通道C的每個像素處注入的信號電荷的總和Qsig_totc = Qsigc(O)+Qsigc (1)+· ··+Qsigc(M-I)(2)其中Qsigc(R)是相應於感測通道C的驅動線路R的像素處的注入電荷。因此，參 考上面的等式⑴Qsig_totc = Vstim(O) XCsigc(O)+Vstim(I) XCsigc(I)+. · · (3)Vstim(M-I) XCsigc(M-I)在傳感器面板124的掃描中的每個步，當基於激勵矩陣407內的針對該步的MUX_ SEL值以特定驅動信號驅動驅動線路204時，在每個感測通道內產生Qsig_totc。傳感器面 板124的完整掃描導致多個Qsig_tote測量值，即，每步每通道一個Qsig_tote。對於具有P 步的掃描，等式(3)可被寫為一系列等式，每個等式針對感測通道C的掃描中的一個步Qsig_totc(S) = VstimX cos (Pz_stimc(0, S)) XCsigc(O) +VstimXcos (Pz_stimc(l, S)) XCsigc(I)+. . . (4)VstimXcos (Pz_stimc((M-I), S)) XCsigc(M-I)其中=S =步索引(從0到P-l)C =通道索引(從0到N-1)Qsig_totc(S)=步 S 的感測通道 C 的 Qsig_tot
, 一、 0°-jl^ Vstim(R, S) = Vstim +
_[l 80° Vstim(R, S) = Vstim -
=用於感測通道C的Vstim(R，S)的激勵相位[0070]Csigc(R)=相應於感測通道C的驅動線路R的像素處的信號電容等式(4)可被寫為矩陣形式
「 其中:MC(R,S) = cos(Pz_stimc(R, S))或寫為簡化形式
(5)其中Ac =感測通道C的相位矩陣。等式(5)的
部分表示鑑於該系統的特定處理方法，對激勵矩陣407中的 驅動信號的選擇。特別地，相位矩陣^c中的項目是激勵信號的相位的餘弦值(對於Vstim+ 為COS(0° )，並且對於Vstim-為cos (180° ))。這種表示考慮了下面參考圖6更詳細描 述的在本示例實施例中使用的特定解調處理。雖然在本示例實施例中不同的感測通道具有 相同的相位矩陣，在其它實施例中，相位矩陣可以隨著感測通道的不同而改變。因此，通過以Vstim信號的不同組合激勵通道的像素，由激勵矩陣407中的行定 義Vstim信號的每個組合，並且根據由不同的激勵組合產生的感測信號獲得總信號電荷 Qsig_totc，例如，可以確定該通道的每個像素處的信號電容Csig。
(6)
^ystim =解碼矩陣然而，雖然激勵矩陣(並且通過擴展，
表示針對掃描中的每個步為每 個驅動線路選擇的驅動信號，激勵矩陣不能反映出一旦選擇了驅動信號，該系統實際上如 何被激勵。換言之，激勵矩陣不能捕捉像素激勵和可能取決於系統的配置和操作的感測信 號的測量中的其它因素。一個未在激勵矩陣中被考慮的示例因素是信號延遲的改變。例如， 圖5示出在這個特定例子中，驅動信號和感測信號兩者可以具有不同的信號路徑長度。為了清楚起見，圖5僅示出了相應於驅動線路204a和204b (第一和最後的驅動 線路)的驅動信號511 (VstimW])和513(Vstim[M-l]),以及在感測線路206a上產生的感 測信號SenseSigW]的結果分量信號517和519，以及在感測線路206b上產生的感測信號 SenseSig[l]的分量信號521和523 (第一和第二感測線路)。圖5示出每個感測信號是由 在感測線路的像素處產生的多個分量信號的疊加形成的合成信號。圖5示出根據特定的驅動線路和感測線路對，從傳輸通道到感測通道的信號路徑 的長度可以不同。例如，從像素到接收通道的分量信號的信號路徑長度可以不同。例如，在 感測線路206a中，分量信號517的路徑長度比分量信號519的路徑長度長。類似地，在感測線路206b中，分量信號521的路徑長度比分量信號523的路徑長度長。另外，驅動信號 的信號路徑長度可以根據通道而改變。例如，從TransmitC[0]到具有感測線路206a的驅 動線路204a的像素512的路徑長度比從TransmitC[0]到具有感測線路206b的驅動線路 204a的像素525的路徑長度短。對於AC信號，例如，信號延遲的改變可以引起分量信號相 位的不同，這可在形成用於獲得Qsig_tote的合成感測信號SenseSig的分量信號的疊加中 得以反映。因此，例如，由於激勵矩陣未考慮系統中的信號延遲，因此激勵矩陣407(並且因 此，不能準確地反映感測信號實際上是如何形成的。由於從感測信號獲得等式 (4)的總信號電荷Qsig_tote，因此得到的相位矩陣不能產生的精確結果。然而，可 以修改等式(4)的相位分量，以便對諸如與例如特定驅動/感測線路對相關聯的相位延遲 的改變的因素進行補償。例如，可以給等式(4)的相應相位分量增加與通道中的每個像素的激勵信號相關 聯的相位延遲Qsig_totc(S) = VstimXcos(Pz_stimc(0, S) + <tc(0)) XCsigc(0) +VstimXcos(Pz_stimc(l, S) + <tc(l)) XCsigc(l)+. . . (7)VstimX cos (Pz_stimc((M-l)，S) + <tc(M-l)) XCsigc(M_l)其中(te(R)=與感測通道C的驅動線路R相關聯的相位延遲。修改後的相位分 量結果是該通道的補償後的相位矩陣 其中MCc。mp(R，S) = cos(Pz_stimc(R, S) + (^C(R))補償後的相位矩陣的逆矩陣被用作等式(6)中的解碼矩陣
(9)
解碼矩陣二Qi可被存儲在解碼矩陣RAM321中，並且被與從感測信號獲得的
並且存儲在結果存儲器315中的(^1§_切、測量值一起使用，以便通過計算等式(9)確定 Csigc 值。現在將參考圖6-7描述根據本實用新型的實施例從感測信號獲得Csige值的示例 處理。該示例處理實現多級解調/解碼，其中通過一級中的信號解調獲得Qsig_tote測量 值，並且在第二級中執行矢量/矩陣操作，以便確定Csige值。圖6示出了根據本實用新型 的實施例的感測通道307和數字解調部分313之一的細節。如圖6所示，感測通道307包 括電荷放大器601，抗混濾波器(AAF)603，和模數轉換器(ADC)605。數字解調部分313包 括可編程延遲607，混合器(信號乘法器)609和積分器611。在掃描的每個步中，感測通道 307的放大器601接收如等式(7)所述的合成信號電荷以及可編程的偏移電荷。電荷放大 器307然後通過反饋電容器CFB將偏移補償後的合成信號電荷轉換為電壓VSIG，從而前置放大器的輸出變為=Vsigc = (QSig_totc-Qoffc)/Cfbkc。在某些情況下，可在輸入放大器601之前，由偏移補償器309調整感測信號。調整數位訊號的偏移可以減小從高度可變激勵矩陣產生的某些激勵信號的動態範圍。特別地， 某些高度可變激勵矩陣可以導致具有大於電荷放大器601的動態輸入範圍，即，在電荷放 大器飽和之前該放大器可以接受的最大信號量值的動態範圍的感測信號。例如，在激勵矩 陣是Hadamard(哈達瑪)矩陣的情況下，在掃描中的一個步內，以具有相同相位的激勵信號 驅動所有通道，並且可能累加所有得到的分量感測信號，以便產生具有使得放大器601飽 和的振幅的合成感測信號。在該情況下，可以使用偏移補償，以便從輸入電荷中減去足夠的 電荷，以便防止電荷放大器飽和。可以在傳輸過程中(on-the-fly)執行掃描過程中的偏移 補償，即，可以在掃描的不同步中應用不同的偏移補償。在另一個示例實施例中，例如，可以通過調整放大器的反饋電容減輕放大器601 的飽和。在該情況下，可以調整各別感測通道，但是該調整對於掃描中的每個步將保持相 同。此方法在使用激勵矩陣在掃描中在通道內引起相同或類似的信號不平衡，並且調整的 量不很大，例如最大為因子2的情況下是可接受的。例如，使用輪換矩陣作為激勵矩陣在所 有步中引起固定的不平衡。為了清楚起見，下面參考處理一個感測通道的感測信號的信號分量(產生自對通 道像素之一的激勵)以便獲得該感測通道的Qsig_total的單個Qsig分量，描述獲得Qsig_ total的值的感測信號處理。然而，應當理解，該分析適用於所有分量信號，並且實際的 Qsig_total結果可被理解為只是對其它分量信號的各個Qsig結果的疊加。當激勵信號Vstim被施加在像素的驅動線路上時，激勵信號的AC部分Vstim_ AC(t)被耦合通過感測線路，產生以與像素的信號電容Csig成比例的振幅追蹤Vstim_ AC (t)的信號電荷Qsig⑴。從上面的等式(1)Qsig(t) = Csig χ Vstim_AC(t)(10)電荷放大器601的反饋路徑中的反饋電容將注入的信號電荷轉換為與電荷放大 器的參考電壓VREF相關的輸出電壓
(11)使用等式(10)取代Qsig(t)產生
(12)因此，電荷放大器601輸出一個信號，該信號的振幅是以電荷放大器的增益 (Csig/Cf)縮放的激勵振幅Vamp_0ut(t)。更一般地說，傳感器面板124給驅動信號增加振 幅調製，該振幅調製帶有關於被感測的東西例如手指、水平面等的信息。電荷放大器601的輸出被饋入AAF603。AAF603可以充分衰減ADC的奈奎斯特採 樣極限之上的噪音分量，以便防止這些分量回混到多點觸摸控制器的操作頻率範圍內。另 夕卜，AAF603可以衰減多點觸摸控制器的操作頻率範圍之外的任何噪聲，並且因此幫助提高 信噪比。適當地選擇TX DAC的採樣時鐘FCLK_DAC可能也是重要的。以TXDAC時鐘速率產 生頻率FSTM的信號將以η * FCLK_DAC+/-FSTM在TX DAC輸出信號的頻譜中引入圖像，而 N=l，2，...，到無限大。該圖像將出現在進入接收通道的合成信號中。當在接收通道中以ADC對合成信號採樣之後，這些圖像將在ADC對合成觸摸信號採樣的採樣頻率FCLK_ADC周 圍摺疊。因此ADC的輸出具有如下的頻率分量N * (FCLK_DAC+/-FCLK_ADC)+/-FSTM。如 果DAC和ADC時鐘速率FCLK_DAC和FCLK_ADC分別為相同的頻率，這些圖像出現在通帶中。 在上面的例子中，一種可能的頻率分量是(FCLK_DAC-FCLK_ADC)+FSTM = FSTM，並且因此將 作為不希望的帶內分量出現，該不希望的帶內分量導致減小的SNR，並且因此導致降低的觸 摸性能。因此，選擇不同於ADC採樣速率的TX DAC採樣頻率FCLK_DAC是有益的。這可以 防止圖像摺疊回通帶。在一個實施例中，FCLK_DAC可以是ADC時鐘速率FCLK_ADC的兩倍。 這兩個時鐘源應當相互關聯，即，基於相同的主時鐘。由於DAC可以消耗比對於採樣時鐘頻 率的相同增量所組合的所有ADC所消耗的功率更少的功率，使得DAC採樣時鐘在頻率上高 於ADC採樣時鐘可以是有益的。AAF603的輸出可被ADC605轉換為數位訊號，該數位訊號被從感測通道307發送到 數字解調部分313。數字解調部分313使用零差混合處理解調從感測通道307接收的數字 信號，其中對該信號和相同頻率的解調信號進行相乘。為了增加混合處理的效率，可能希望 調整感測通道輸出信號的相位，以便匹配解調信號的相位。以Vstim+激勵傳感器面板124 的像素，並且如上所述處理得到的感測信號將導致來自感測通道307的下列輸出 其中VQ = Vstim = 2. 25V的AC部分的振幅θ =ADC 605的信號輸出和給定感測通道的解調信號之間的相對相位延遲對於Vstim-的激勵，從ADC 605得到的輸出是 相對相位延遲θ可以是由諸如信號路徑的幾何條件、輸出緩衝器的操作等的各 種系統元素所引起的延遲的合計。一般地，系統中的各種延遲可被分為兩類，此處被稱為 全局延遲的等同地應用於感測通道的所有驅動線路的延遲，以及此處被稱為個體線路延遲 的在感測通道的驅動線路之間改變的延遲。換言之，全局延遲等同地影響合成感測信號的 所有分量信號，而個體線路延遲導致不同分量信號的不同延遲量。相對相位延遲可被表示 為θ =DCL+Φ (R)(15)其中DCL =影響感測通道的所有全局延遲的和(此處稱為合成全局延遲)Φ (R)=與感測通道的驅動線路R相關聯的個體線路延遲將等式(15)代入等式 (13)和(14)產生
(16)
(17)由於全局延遲等同地影響感測信號的所有分量信號，一旦為通道確定了合成全局延遲DCL，可由可編程延遲607去除感測通道輸出信號的相位延遲的全局部分，產生
(18)
(19)分別作為被輸入到混合器609的相應於Vstim+和Vstim-的信號。由於個體線路延遲對於感測信號的不同信號分量是不同的，不能簡單地通過使用 對合成感測信號的單個相位調整，諸如由可編程延遲607進行的相位調整，從感測信號中 去除個體線路延遲。然而，可由在下面更詳細描述的補償後的相位矩陣考慮個體線路 延遲。將相位調整後的信號從可編程延遲607發送到混合器609。混合器609將相位調 整後的信號和由RX NC0319基於主振蕩器615產生的解調信號
(20)相乘。注意，使用數位訊號執行該混合。這可以提供高於某些以前的設計的分辨 率，可以導致改進的噪聲抑制。混合器609輸出的結果解調信號為
(21) 由積分器611對混合器輸出進行積分，產生V.wtoulV+ =\x 字(23)
(24)由於積分器本質上具有低通響應，消除了高頻分量COS(2an+180° +Φ (R))，僅 剩下了 DC分量。以2Cf的因子縮放積分器611中的結果導致來自積分器611的輸出信號Vint scaledv+ = V0X cos (Φ (R)) X Csig，如果 Vstim(R) = Vstim+(25)Vint scaledv_ = V0X cos (180° + Φ (R)) X Csig，如果 Vstim(R) = Vstim-(26)在傳感器面板124的掃描的每個步S中，基於激勵矩陣407中用於該步的MUX_SEL 值，以Vstim+或Vstim-驅動信號驅動驅動線路204，每個激勵信號為每個感測通道產生積 分器611的分量輸出(25)或(26)。因此，對於通道C，積分器611的輸出是相應的分量(25) 和(26)的線性組合Vint scaled t。t。⑶=V0Xffc(0, S) XCsig(O) +V0Xffc(l, S) XCsig(I)+. . . (27)[0139]V0XWc (M-l，S) XCsig(M-I)其中 等式(27)的右手側與等式(7)的右手側相同，Vtl等於激勵信號的振幅Vstim，並 且WC(R，S)等於補償後的相位矩陣Af,的分量。因此，積分器611的輸出電壓Vint s。aled t。t c (S)在每個步只是合成信號電荷Qsig_tote(S)。由通道的積分器611輸出的恥18_切、值被提交到結果存儲器315，形成用於解碼 操作以便確定該通道的Csig值的Qsig_tote矢量
(28) 現在將描述根據本實用新型的實施例的示例矢量解碼操作。參考圖3，矢量運算 器317從存儲器315讀取Qsig_tote矢量，並且從解碼矩陣RAM321讀取解碼矩陣
矢量運算器317然後根據等式(9)執行Qsig_tote矢量和解碼矩陣，
的矢量乘，以便
獲得通道C的Csigc矢量 Csigc矢量被提交到結果存儲器RAM323，其它系統諸如處理器子系統102、主機處 理器128等可以在結果存儲器RAM323讀取Csigc矢量，以便例如通過對Csigc矢量分量和 已知Csig的靜態(無觸摸)值的比較感測觸摸。圖7示出了多級矢量解調引擎109的第二級。在信號START_FRAME (起始幀)的 聲明之後，重置矢量解調引擎、步計數器和寄存器。在第一步之後，乘法器701 (每個驅動 線路0到M-I —個乘法器)對可在積分器611的輸出處獲得的並且存儲在結果存儲器315 中的Qsig_tote的數字表示與用於步0的存儲在眾糹二吧中的相應解碼矩陣係數相乘，並且 在信號L0AD_STEP(裝載步)的聲明之後，在累加器703(1到16)中分別累積該結果。在 第二步之後，乘法器701 (0到M-1)對可在積分器611的輸出處獲得的Qsig_tot。的數字表 示與用於步1的解碼矩陣係數相乘，並且在信號L0AD_STEP的聲明之後，在累加器703(1到16)中分別累積該結果。重複該處理，直到已經處理了最後步P的數據，此時在信號LOAD_PIXEL(裝載像素)的聲明之後，累加器1到16中的累積數據(它們現在表示像素 數據Csigc)被存儲在結果寄存器RAM323中。注意，信號LOAD_STEP還在給定步的結尾重 置多級矢量解調引擎109的第一級，以便準備處理下一步的合成數據。多級矢量解調引擎 的第二級實質上執行等式(9)中的操作。乘法器701(1-16)和累加器703(1-16)不必被實 現為單獨的乘法器，而是可被實現為可在多個通道之間共享的單個乘法器和累加器。在與 本申請同日提交的 ThomasWilson 的題目為「ADVANCED RECEIVE CHANNELARCHITECTURE」的 美國專利申請No. 12/208，303 (代理機構卷號No. 106842023800)中描述了它的一個例子。執行諸如當前例子中的多級矢量解調可以提供比常規設計更靈活的系統。例如， 矢量運算可以允許對任意矢量的選擇和測試，允許系統設計者例如測試和實現不同的激勵 矩陣/解碼矩陣組合，而不需要感測系統的大量重新設計。類似地，使用矢量運算級可以允 許感測系統使用不易求逆的矩陣。例如，僅包含0，1和-1的Hadamard激勵矩陣(以便以相 位0°或180°的信號頻率激勵)具有僅含有0，1和-1的逆矩陣。然而，例如，輪換矩陣的 逆矩陣包含小數。使用矩陣解碼，當前實現允許使用諸如輪換矩陣的矩陣。在另一個潛在 的益處中，可以更容易地實現對系統的縮放。例如，在晶片上的驅動器不一致的情況下(例 如，在晶片的製造處理不產生一致的驅動器的情況下)，可以更容易地對通道進行縮放，以 便減小或糾正失配。參考圖3，現在將描述根據本實用新型的實施例的示例可選特徵。除了從感測通 道307接收感測信號之外，圖3示出數字解調部分313還可以從其它通道諸如混雜通道 305 (見圖3)接收信號，所述信號可以包括來自例如傳感器111 (圖1)的信號。傳感器111 可以是例如紅外傳感器、溫度傳感器、環境光傳感器、鄰近傳感器等。例如，可以使用這些混 雜通道信號，以便例如在解調/解碼處理過程中為附加感測、為遠場檢測校準系統，以便顯 示信息等。可以類似於上述感測信號對混雜通道信號解調和/或解碼。圖8示出了根據本實用新型的實施例的示例接收NCO 801。RXNCO由正弦相位累 加器803，正弦查找表805，混合器807，振幅相位累加器809和振幅查找表811組成。可編 程的相位增量sine_phase_inc確定解調波形的頻率。相位累加器803累積正弦相位增量 sine_phase_inc。正弦相位累加器803的輸出表示正弦查找表805中的地址。正弦查找表 805中的合成波形具有恆定的振幅，通過對該振幅與包絡線相乘對其進行包絡線成形。包絡 線形狀被存儲在振幅表811中，並且被以由振幅相位增量amp_phase_inc設定的速率從振 幅LUT中檢索。類似於正弦相位增量，由振幅相位累加器809累積振幅相位增量amp_phase_ inc。振幅相位累加器809的輸出表示振幅RAM中的地址。例如，正弦查找表805可以存儲 精確地表示一個正弦波周期的2048個係數。正弦相位增量可以是16比特的數字，即，相位 累加器809也是16比特。由於正弦查找表805存儲表示11比特的地址空間的2048個系 數，僅有正弦相位累加器809中的高11比特被送入正弦查找表的地址埠。假設以ADC時 鐘速率FCLK_ADC產生解調波形，給定激勵頻率FSTM的相位增量可以是phasejnc = 2"16 * FSTM/FCLK_ADC。具有包絡線成形的益處是可以精確控制解調的通帶的頻譜特性。解 調的頻率響應本質上是包絡線的時域表示和正弦查找表805中的正弦波的卷積。例如對 於矩形窗口，解調的頻域表示是與該矩形窗口的時域表示卷積的單個頻率分量(sine函數 sin (χ) /χ)。通過使用適當的窗口函數諸如Chebychev或Gaussian窗口，可以優化通帶響應，以便適合給定的應用。可以類似的方式構造TX NC0，並且可以具有包絡線成形特徵或不 具該特徵。除了激勵掃描觸摸傳感器面板124，以便檢測觸摸事件之外，觸摸控制器106可 以執行其它功能。例如，控制器106可以在為觸摸檢測主動掃描面板124之前執行頻譜分 析器功能。在頻譜分析器功能中，控制器106以不同頻率的驅動信號驅動面板124，以便 確定具有最低噪聲的一個或多個頻率。然後可以在主動掃描相位過程中使用低噪聲頻率 或多個低噪聲頻率驅動面板124。在與本申請同日提交的Christoph Horst Krah，Steve Porter Hotelling, Marduke Yousefpor 和 Tom Wilson 的題目為 「SINGLE-CHIP TOUCH C0NTR0LLERWITH INTEGRATED DRIVE SYSTEM」的美國專利申請No. 12/208，334(代理機構卷 號No. 106842007720)中公開了示例的頻譜分析器功能，並且該申請是提交於2007年6月 13日的美國專利申請No. 11/818, 345的繼續部分(CIP)申請。圖9A示出了可以包括觸摸傳感器面板924和顯示設備930的示例行動電話936， 該觸摸傳感器面板包括根據本實用新型的實施例的單晶片多點激勵控制器。圖9B示出了可以包括觸摸傳感器面板924和顯示設備930的示例數字媒體播放 器940，該觸摸傳感器面板包括根據本實用新型的實施例的單晶片多點激勵控制器。圖9C示出了可以包括觸摸傳感器面板(軌跡板)924和顯示器930的示例個人計 算機944，該個人計算機的觸摸傳感器面板和/或顯示器(在顯示器是觸控螢幕的一部分的實 施例中)包括根據本實用新型的實施例的單晶片多點激勵控制器。根據本公開的一個實施例，提供了一種用於多點觸摸傳感器的控制器，所述控制 器形成在單個集成電路上。所述控制器包括用於提供傳輸時鐘信號的傳輸振蕩器裝置； 用於基於所述傳輸時鐘信號的頻率產生多個驅動信號的傳輸信號裝置；多個用於同時傳輸 所述驅動信號以便驅動所述多點觸摸傳感器的傳輸通道裝置；用於接收通過驅動所述多點 觸摸傳感器產生的感測信號的接收通道裝置；用於提供接收時鐘信號的接收振蕩器裝置； 和用於基於所述接收時鐘信號的頻率解調接收的感測信號以便獲得感測結果的解調裝置， 所述解調裝置包括用於執行解調操作的解調器裝置和用於執行矢量運算的矢量運算器裝 置。其中，所述傳輸信號裝置包括用於執行從數字到模擬轉換的數模轉換器(DAC) 裝置，其中所述多個驅動信號中的每個交流(AC)驅動信號的形成包括由所述DAC裝置對相 應數位訊號的轉換。其中，所述接收通道裝置包括用於進行從模擬到數字轉換的模數轉換 器(ADC)裝置，其中所述ADC裝置以低於所述傳輸通道裝置的DAC裝置的採樣速率的更新 速率處理接收的感測信號。其中，所述控制器還包括用於從來自所述傳輸信號裝置的多個驅動信號中選擇 一個驅動信號以便由所述傳輸通道裝置傳輸的驅動信號選擇器裝置。其中，所述多個驅動 信號包括具有第一波形的第一激勵信號，第一波形的頻率與所述傳輸振蕩器裝置相同； 和具有第二波形的第二激勵信號，第二波形是翻轉的第一波形。以及，第二波形與第一波形 的相位相差180度。其中，所述控制器還包括用於存儲激勵矢量的激勵矢量存儲器裝置，其中基於存 儲在所述激勵矢量中的信息選擇所述驅動信號，以便通過所述傳輸通道裝置傳輸。其中，所 述激勵矢量是激勵矩陣，並且存儲在所述激勵矩陣中的信息包括通道信息，所述通道信息指定在所述多點觸摸傳感器的掃描中的多個步的每個步期間，在所述傳輸通道裝置上傳輸 的特定驅動信號。其中，所述解調器裝置解調接收的感測信號以便獲得合成測量值，所述合成測量 值包括通過以驅動信號的特定組合驅動所述多點觸摸傳感器產生的多個測量值數據。其 中，所述多點觸摸傳感器被驅動信號的多個組合驅動以便獲得合成測量值集合，並且所述 矢量運算器裝置以基於驅動信號的多個組合的操作數對所述合成測量值集合執行矢量運 算，以便獲得多個測量值數據。其中，所述控制器還包括用於針對驅動所述多點觸摸傳感器的驅動信號的不同 特定組合以不同的量調整接收的感測信號的幅值的偏移補償器裝置。根據本公開的一個實施例，還公開了一種用於獲得單個感測信號中的多個測量值 數據的設備。所述設備包括用於通過用於進行從數字到模擬轉換的數模轉換器裝置產生 模擬驅動信號並且用於將所述驅動信號同時傳輸到傳感器的傳輸器裝置，其中所述傳感器 響應所述驅動信號產生包括多個測量值數據的感測信號；用於接收感測信號並且用於通 過模數轉換器(ADC)裝置將所述感測信號轉換為數位訊號的接收器裝置，所述模數轉換器 (ADC)裝置用於進行從模擬到數字轉換，其中所述ADC裝置以低於所述DAC裝置的更新速率 的採樣速率操作；和用於解碼所述感測信號以便獲得多個測量值數據的解碼器裝置。其中，所述設備還包括用於對接收的感測信號進行濾波以便減小由數字到模擬 轉換產生的圖像的濾波器裝置。其中，所述更新速率近似是所述採樣速率的兩倍。根據本公開的一個實施例，還公開了一種用於將多個驅動信號同時傳輸到傳感器 的設備。所述設備包括用於產生一個或多個數位訊號的傳輸邏輯裝置；用於將所述一個 或多個數位訊號轉換為一個或多個模擬信號的數模轉換器(DAC)裝置；用於從所述DAC裝 置接收所述一個或多個模擬信號的模擬總線裝置；連接到所述模擬總線裝置的多個模擬多 路復用器(MUX)裝置，每個MUX裝置選擇所述模擬總線裝置的多個總線信號中的一個總線 信號，以便作為驅動信號傳輸到所述傳感器，其中所述總線信號包括來自所述DAC裝置的 所述一個或多個模擬信號；和連接到所述MUX裝置並用於緩衝所選擇的驅動信號以便傳輸 到所述傳感器的多個模擬輸出緩衝器裝置。其中，所述設備還包括用於向所述傳輸邏輯裝置提供時鐘信號的振蕩器裝置，其 中所述傳輸邏輯裝置基於所述時鐘信號的頻率產生所述一個或多個數位訊號。其中，所述 多個總線信號包括具有第一波形的第一激勵信號和具有第二波形的第二激勵信號，第一波 形的頻率與所述時鐘信號相同，第二波形是翻轉的第一波形。其中，所述總線信號包括公共電壓信號，作為直流(DC)信號的公共電壓信號和地 (GND)中的至少一個。其中，所述總線信號包括交流(AC)信號，並且由所述模擬總線裝置從所述DAC裝 置的單個DAC接收所有所述AC信號。其中，所述設備還包括用於存儲激勵矩陣的激勵矩陣存儲器裝置，其中所述激勵 矩陣指定在所述傳感器的掃描的每個步期間，所述模擬總線裝置中的每個總線將選擇所述 多個總線信號中的哪個總線信號。根據本公開的一個實施例，還公開了一種用於多點觸摸傳感器的控制器，所述控制器形成在單個集成電路上。所述控制器包括用於提供傳輸時鐘信號的傳輸振蕩器裝置；用於基於所述傳輸時鐘信號的頻率產生多個驅動信號的傳輸信號裝置；多個用於同時傳輸 所述驅動信號以便驅動所述多點觸摸傳感器的傳輸通道裝置；用於接收通過驅動所述多點 觸摸傳感器產生的感測信號的接收通道裝置；用於提供接收時鐘信號的接收振蕩器裝置； 和用於基於所述接收時鐘信號的頻率解調接收的感測信號以便獲得感測結果的解調裝置， 所述解調裝置包括用於執行解調操作的解調器裝置和用於執行矢量運算的矢量運算器裝 置。其中，所述傳輸信號裝置包括用於對相應數位訊號執行從數字到模擬轉換以便 形成所述多個驅動信號中的每個交流驅動信號的數模轉換器裝置。其中，所述接收通道裝 置包括用於以低於所述傳輸通道裝置的數模轉換器裝置的採樣速率的更新速率對接收的 感測信號進行從模擬到數字轉換的模數轉換器裝置。其中，所述控制器還包括用於從來自所述傳輸信號裝置的多個驅動信號中選擇 一個驅動信號以便由所述傳輸通道裝置傳輸的驅動信號選擇器裝置。其中，所述控制器還包括用於存儲具有用於選擇所述驅動信號以便通過所述傳 輸通道裝置進行傳輸的信息的激勵矢量的激勵矢量存儲器裝置。其中，所述解調器裝置包括解調接收的感測信號以便獲得包括通過以驅動信號的 特定組合驅動所述多點觸摸傳感器產生的多個測量值數據的合成測量值的裝置。其中，所 述矢量運算器裝置包括以基於驅動信號的多個組合的操作數對通過由驅動信號的多個組 合驅動所述多點觸摸傳感器獲得的合成測量值集合執行矢量運算以便獲得多個測量值數 據的裝置。其中，所述控制器還包括用於針對驅動所述多點觸摸傳感器的驅動信號的不同 特定組合以不同的量調整接收的感測信號的幅值的偏移補償器裝置。根據本公開的一個實施例，還公開了一種用於獲得單個感測信號中的多個測量值 數據的設備。所述設備包括用於通過用於進行從數字到模擬轉換的數模轉換器裝置產生 模擬驅動信號並且用於將所述驅動信號同時傳輸到傳感器的傳輸器裝置，其中所述傳感器 包括響應所述驅動信號產生包括多個測量值數據的感測信號的裝置；用於接收感測信號並 且用於通過用於以低於所述數模轉換器裝置的更新速率的採樣速率進行從模擬到數字轉 換的模數轉換器裝置將所述感測信號轉換為數位訊號的接收器裝置；和用於解碼所述感測 信號以便獲得多個測量值數據的解碼器裝置。其中，所述設備還包括用於對接收的感測信 號進行濾波以便減小由數字到模擬轉換產生的圖像的濾波器裝置。根據本公開的一個實施例，還公開了一種用於將多個驅動信號同時傳輸到傳感器 的設備。所述設備包括用於產生一個或多個數位訊號的傳輸邏輯裝置；用於將所述一個 或多個數位訊號轉換為一個或多個模擬信號的數模轉換器裝置；用於從所述數模轉換器裝 置接收所述一個或多個模擬信號的模擬總線裝置；連接到所述模擬總線裝置並且每個用於 選擇所述模擬總線裝置的包括來自所述數模轉換器裝置的所述一個或多個模擬信號的多 個總線信號中的一個總線信號以便作為驅動信號傳輸到所述傳感器的多個模擬多路復用 器裝置；和連接到所述多路復用器裝置並用於緩衝所選擇的驅動信號以便傳輸到所述傳感 器的多個模擬輸出緩衝器裝置。其中，所述設備還包括用於向所述傳輸邏輯裝置提供時鐘信號的振蕩器裝置，其中所述傳輸邏輯裝置包括基於所述時鐘信號的頻率產生所述一個或多個數位訊號的裝置。其中，所述設備還包括用於存儲指定在所述傳感器的掃描的每個步期間所述模擬 總線裝置中的每個總線將選擇所述多個總線信號中的哪個總線信號的激勵矩陣的激勵矩 陣存儲器裝置。雖然已經參考附圖完整描述了本實用新型的實施例，應當注意本領域的技術人員 將會明了各種變化和修改。這些變化和修改應被理解為包括在由所附的權利要求定義的本 實用新型的實施例的範圍內。
權利要求一種用於多點觸摸傳感器的控制器，所述控制器形成在單個集成電路上，其特徵在於，所述控制器包括用於提供傳輸時鐘信號的傳輸振蕩器裝置；用於基於所述傳輸時鐘信號的頻率產生多個驅動信號的傳輸信號裝置；多個用於同時傳輸所述驅動信號以便驅動所述多點觸摸傳感器的傳輸通道裝置；用於接收通過驅動所述多點觸摸傳感器產生的感測信號的接收通道裝置；用於提供接收時鐘信號的接收振蕩器裝置；和用於基於所述接收時鐘信號的頻率解調接收的感測信號以便獲得感測結果的解調裝置，所述解調裝置包括用於執行解調操作的解調器裝置和用於執行矢量運算的矢量運算器裝置。
2.如權利要求1所述的控制器，其特徵在於，所述傳輸信號裝置包括用於對相應數位訊號執行從數字到模擬轉換以便形成所述多個驅動信號中的每個交 流驅動信號的數模轉換器裝置。
3.如權利要求2所述的控制器，其特徵在於，所述接收通道裝置包括用於以低於所述傳輸通道裝置的數模轉換器裝置的採樣速率的更新速率對接收的感 測信號進行從模擬到數字轉換的模數轉換器裝置。
4.如權利要求1所述的控制器，其特徵在於，所述控制器還包括用於從來自所述傳輸信號裝置的多個驅動信號中選擇一個驅動信號以便由所述傳輸 通道裝置傳輸的驅動信號選擇器裝置。
5.如權利要求1所述的控制器，其特徵在於，所述控制器還包括用於存儲具有用於選擇所述驅動信號以便通過所述傳輸通道裝置進行傳輸的信息的 激勵矢量的激勵矢量存儲器裝置。
6.如權利要求1所述的控制器，其特徵在於，所述解調器裝置包括解調接收的感測信 號以便獲得包括通過以驅動信號的特定組合驅動所述多點觸摸傳感器產生的多個測量值 數據的合成測量值的裝置。
7.如權利要求6所述的控制器，其特徵在於，所述矢量運算器裝置包括以基於驅動信 號的多個組合的操作數對通過由驅動信號的多個組合驅動所述多點觸摸傳感器獲得的合 成測量值集合執行矢量運算以便獲得多個測量值數據的裝置。
8.如權利要求1所述的控制器，其特徵在於，所述控制器還包括用於針對驅動所述多點觸摸傳感器的驅動信號的不同特定組合以不同的量調整接收 的感測信號的幅值的偏移補償器裝置。
9.一種用於獲得單個感測信號中的多個測量值數據的設備，其特徵在於，所述設備包括用於通過用於進行從數字到模擬轉換的數模轉換器裝置產生模擬驅動信號並且用於 將所述驅動信號同時傳輸到傳感器的傳輸器裝置，其中所述傳感器包括響應所述驅動信號 產生包括多個測量值數據的感測信號的裝置；用於接收感測信號並且用於通過用於以低於所述數模轉換器裝置的更新速率的採樣 速率進行從模擬到數字轉換的模數轉換器裝置將所述感測信號轉換為數位訊號的接收器 裝置；和用於解碼所述感測信號以便獲得多個測量值數據的解碼器裝置。
10.如權利要求9所述的設備，其特徵在於，所述設備還包括用於對接收的感測信號進行濾波以便減小由數字到模擬轉換產生的圖像的濾波器裝
專利摘要本實用新型涉及多點觸摸傳感器的控制器及相關的測量和傳輸設備。所述控制器包括提供傳輸時鐘信號的傳輸振蕩器裝置；基於所述傳輸時鐘信號的頻率產生多個驅動信號的傳輸信號裝置；多個同時傳輸所述驅動信號以便驅動所述多點觸摸傳感器的傳輸通道裝置；接收通過驅動所述多點觸摸傳感器產生的感測信號的接收通道裝置；提供接收時鐘信號的接收振蕩器裝置；和基於所述接收時鐘信號的頻率解調接收的感測信號以便獲得感測結果的解調裝置，所述解調裝置包括執行解調操作的解調器裝置和執行矢量運算的矢量運算器裝置。本實用新型的一個實施例解決的一個問題是常規的多激勵系統不夠靈活。根據本實用新型 的一個實施例的一個用途是用於多點觸摸控制。
文檔編號G06F3/041GK201616085SQ20092017760
公開日2010年10月27日 申請日期2009年9月10日 優先權日2008年9月10日
發明者C·H·克拉, M·尤斯弗波, S·P·霍泰玲, T·J·威爾森 申請人:蘋果公司