具有抗噪聲性的電容性觸摸系統的製作方法

2023-09-14 20:31:30 1

專利名稱：具有抗噪聲性的電容性觸摸系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電容性觸摸傳感器系統，且更特定來說，涉及一種使用傳導的噪聲檢測用戶的觸摸以使得在存在或不存在傳導的噪聲時可檢測所述用戶的觸摸的改進型電容性觸摸傳感器系統。
背景技術：
電容性觸摸傳感器用作例如計算機、行動電話、個人可攜式媒體播放器、計算器、 電話、收銀機、汽油泵等電子設備的用戶界面。在一些應用中，不透明觸摸傳感器提供軟鍵功能。在其它應用中，透明觸摸傳感器上覆於顯示器以允許用戶經由觸摸與顯示器上的對象互動。此類對象可呈軟鍵、菜單及顯示器上的其它對象的形式。電容性觸摸傳感器是在物體(例如，用戶的手指尖)致使其電容發生改變時由電容性觸摸傳感器的電容改變啟動 (控制指示啟動的信號)。檢測觸摸傳感器上的電容改變的一種方法是利用所述技術中稱為鬆弛振蕩器的裝置。鬆弛振蕩器將振蕩電信號驅動到觸摸傳感器的導電元件(例如，傳感器)上同時感測電路監視受驅動元件的振蕩頻率。當物體接觸觸控螢幕幕時，所得電容改變致使受驅動元件的振蕩頻率改變，從而指示被觸摸的狀態。與使用基於鬆弛振蕩器的電容性觸摸傳感器相關聯的一個問題是存在於電容性觸摸傳感器的電源連接上的傳導的(共模)噪聲可由於所述噪聲過驅動電容性觸摸鬆弛振蕩器而導致幹涉、假觸發及/或範圍外值。當此發生時，頻移可擴大，靈敏度可顯著增加且不可將在未壓縮頻率下的噪聲檢測為頻移(例如，盲點)。當前基於鬆弛振蕩器的電容性觸摸傳感器系統採用減小傳導的噪聲(例如，過濾)或限制系統對傳導的噪聲的易感性(例如，過驅動)的措施。然而，這些方法均具有缺點。舉例來說，這些方法可需要額外或更昂貴的電路組件。

發明內容
根據本發明的教示，實質上減小或消除與處置基於鬆弛振蕩器的觸摸傳感器中的傳導的噪聲的當前方法相關聯的缺點及問題。更具體來說，採用以下一種系統及方法，其中所述系統通過檢測傳導的噪聲的破壞性動作來檢測觸摸。代替過濾或過驅動以補償傳導的噪聲，所述系統使用傳導的噪聲來檢測觸摸。根據本發明的一項實施例，提供一種用於確定在具有多個傳感器及一鬆弛振蕩器的電容性觸摸傳感器系統中的用戶的觸摸的方法。所述方法可包含針對所述多個傳感器執行一系列潛在觸摸檢測測試直到檢測到潛在觸摸為止。每一潛在觸摸檢測測試可涉及測量所述傳感器中的一者的測試頻率，以使得通過檢測同一傳感器的所述所測量測試頻率與先前所測量測試頻率之間的偏差來檢測潛在觸摸。響應於檢測到潛在觸摸，所述方法可另外包含針對所述傳感器中的每一者執行一系列基線比較測試。每一基線比較測試可涉及測量所述傳感器中的特定一者的當前頻率，將所述特定傳感器的所述當前頻率與基線頻率進行比較及基於所述特定傳感器的當前頻率與其基線頻率的所述比較給所述特定傳感器指派偏差值。所述方法可進一步包含確定所述傳感器中的任一者是否已被指派最大偏差值，且如果是，那麼將具有所述最大偏差值的所述傳感器識別為被觸摸的傳感器。根據本發明的另一實施例，電容性觸摸傳感器系統可包含具有多個傳感器的觸摸傳感器、以通信方式耦合到所述觸摸傳感器的觸摸控制器及作為所述觸摸控制器的部分的鬆弛振蕩器電路。所述觸摸控制器可經配置以針對所述多個傳感器執行一系列潛在觸摸檢測測試直到檢測到潛在觸摸為止。每一潛在觸摸檢測測試可涉及測量所述傳感器中的一者的測試頻率，以使得通過檢測同一傳感器的所述所測量測試頻率與先前所測量測試頻率之間的偏差來檢測潛在觸摸。響應於檢測到潛在觸摸，所述觸摸控制器可進一步經配置以針對所述傳感器中的每一者執行一系列基線比較測試。針對每一基線比較測試，所述觸摸控制器可測量所述傳感器中的特定一者的當前頻率，將所述特定傳感器的所述當前頻率與基線頻率進行比較，及基於所述特定傳感器的當前頻率與其基線頻率的所述比較給所述特定傳感器指派偏差值。觸摸控制器然後可確定所述傳感器中的任一者是否已被指派最大偏差值，且如果是，那麼將所述傳感器識別為被觸摸的傳感器。


通過結合附圖參照以下說明，可獲取對本發明實施例及其優點的更徹底理解，其中相同的參考編號指示相同特徵，且其中圖1圖解說明根據本發明使用傳導的噪聲檢測觸摸以使得在存在或不存在傳導的噪聲時均可檢測觸摸的實例性基於鬆弛振蕩器的觸摸傳感器系統的框圖。圖2圖解說明根據本發明基於鬆弛振蕩器的觸摸傳感器系統中的實例性觸摸傳感器的俯視圖。圖3圖解說明根據本發明基於鬆弛振蕩器的觸摸傳感器系統中的實例性觸摸傳感器的部分橫截面正視圖。圖4圖解說明根據本發明對應於基於鬆弛振蕩器的觸摸傳感器系統中的實例性觸摸傳感器的電路。圖5圖解說明根據本發明基於鬆弛振蕩器的觸摸傳感器系統中的實例性鬆弛振蕩器電路。圖6圖解說明根據本發明基於鬆弛振蕩器的觸摸傳感器系統中的鬆弛振蕩器電路輸出的實例性時序圖。圖7圖解說明根據本發明基於鬆弛振蕩器的觸摸傳感器系統中的實例性觸摸控制器。圖8圖解說明根據本發明用於使用傳導的噪聲檢測基於鬆弛振蕩器的傳感器系統中的觸摸傳感器上的觸摸的實例性方法的流程圖。
圖9圖解說明根據本發明在存在傳導的噪聲時導電元件的所測量頻率的百分比改變的實例性圖表。
具體實施例方式通過參照下文圖1至圖9最好地理解優選實施例及其優先於現有技術的優點，其中使用相同編號指示相同及對應零件。圖1圖解說明根據本發明使用傳導的噪聲檢測觸摸以使得在存在或不存在傳導的噪聲時均可檢測觸摸的實例性基於鬆弛振蕩器的觸摸傳感器系統100的框圖。如圖1中所描繪，系統100可包括觸摸傳感器200、觸摸控制器400及主機600。觸摸傳感器200大體來說可操作以經由與人類手指或其它手持物體(例如，觸針、 信用卡等)接觸來接收輸入。大體來說，觸摸傳感器200經配置以通過由觸摸事件所致的電容改變來辨識所述觸摸事件。觸摸傳感器200可包含提供對觸摸傳感器200內的接地(或虛擬接地)平面的自然電容的一個或一個以上導電元件。觸摸傳感器200可具有半透明構造，從而允許將其放置於圖形(視頻)顯示系統前面或集成到其中。另一選擇為，觸摸傳感器200可具有不透明構造(例如，許多當前膝上型計算機中使用的觸摸板)。在下文圖2至圖4的論述中提供根據本發明的實例性觸摸傳感器200的更詳細說明。觸摸控制器400大體來說可為可操作以檢測、測量及報告觸摸傳感器200上的觸摸事件的電子系統。觸摸控制器400可包括呈電子電路形式的鬆弛振蕩器電路500，其產生在兩個電壓電平之間振蕩的電壓信號。觸摸控制器400可實施為離散電組件、集成電路的一部分、或兩者的某一組合。在下文圖5至圖7的論述中提供根據本發明的實例性觸摸控制器400的更詳細說明。主機600大體來說可為從觸摸控制器400接收觸摸報告的系統。主機600可經配置以基於此類觸摸報告起始某一動作。在一項實施例中，主機600可對應於計算機，例如伺服器、桌上型計算機、膝上型計算機或平板計算機。根據另一實施例，主機600可對應於各種電子裝置中的任一者，包含(舉例來說)行動電話或數字媒體(例如，音樂、視頻等)播放器。如圖1中所圖解說明，觸摸傳感器200、觸摸控制器400及主機600可經由連接101 及102以通信方式耦合以形成系統100。連接101及102可為適於促進電子信號、數據及 /或消息(通常稱為數據)的通信的任一類型的結構。另外，觸摸傳感器200、觸摸控制器 400及主機600可使用任一適合通信協議經由連接101及102進行通信。在一項實施例中， 經由連接101及102的通信可呈定製通信協議的形式。根據另一實施例，經由連接101及 102的通信可根據各種已知協議/總線架構中的任一者。舉例來說，此類協議/架構可包含但不限於微信道架構(MCA)總線、工業標準架構(ISA)總線、增強型ISA(EISA)總線、外圍組件互連(PCI)總線、快速PCI總線、超輸送(HT)總線、通用串行總線(USB)、視頻電子標準協會(VESA)局域總線、網際網路協議(IP)、其它基於包的協議、小型計算機系統接口(SCSI)、 網際網路SCSI (iSCSI)、串行附接SCSI (SAS)或與SCSI協議一起操作的任一其它輸送、先進技術附接(ATA)、串行ATA (SATA)、先進技術附接包接口(ATAPI)、串行存儲架構(SSA)、集成驅動電子器件(IDE)及/或其任一組合。儘管在圖1中將觸摸傳感器200、觸摸控制器400及主機600描繪為單獨框，但可
6提供任一物理配置。舉例來說，在一項實施例中，觸摸控制器400及主機600可實施為單個集成電路。在另一實施例中，觸摸控制器400及觸摸傳感器200可實施為與主機600分離的獨立裝置。在又一實施例中，觸摸傳感器200、觸摸控制器400及主機600可實施為具有連接101及102作為裝置內的內部連接的一個物理裝置。對於包含對應於觸摸傳感器200、 觸摸控制器400及主機600的多於一個物理裝置的實施例，所述物理裝置可物理上位於相同位置處或遠程位置處。舉例來說，連接101可為網際網路且主機600可為位於遠離觸摸傳感器200及觸摸控制器400許多英裡處的伺服器計算機。在操作中，觸摸控制器400可使用鬆弛振蕩器電路500及其它電路經由連接102 連續地測量觸摸傳感器200內的一個或一個以上導電元件的電容值。當用戶用手指或其它物體觸摸觸摸傳感器200時，所述觸摸改變觸摸位置附近的導電元件處的電容值。觸摸控制器400可辨識改變的電容並確定觸摸傳感器200已被觸摸。在其中觸摸傳感器200具有多於一個導電元件的實施例中，觸摸控制器400可確定觸摸的位置及被觸摸的特定導電元件。然後觸摸控制器400可向主機600報告被觸摸的位置。主機600可完全或部分地基於觸摸的位置起始某一動作。圖2圖解說明根據本發明基於鬆弛振蕩器的觸摸傳感器系統100中的實例性觸摸傳感器200的俯視圖。根據所描繪的實施例，觸摸傳感器200可包含經介電分離的導電元件Xl至X7及Yl至Y7，其布置成柵格圖案且形成笛卡爾坐標系統(Cartesian coordinate system) (χ及y)，其中每一導電元件表示不同的χ或y坐標。根據另一實施例，觸摸傳感器 200可包含根據極坐標系統或某一其它坐標系統布置的導電元件。在僅具有一個導電元件 (例如，軟按鈕)的實施例中，不需要坐標系統。導電元件Xl至X7及Yl至Y7中的每一者可經由跡線202及204電連接到埠 252及254。在所示實施例中，每一導電元件單獨地且直接地連接到埠 252及254中的相應一者。根據另一實施例，跡線202及204可直接地或間接地(例如，藉助介入邏輯)連接到導電元件Xl至X7及Yl至Y7中的多於一者。導電元件Xl至X7及Yl至Y7可用任何適合導電介質形成。在半透明觸摸傳感器配置中，電容元件Xl至X7及Yl至Y7可用(舉例來說)氧化銦錫(ITO)形成。在不透明觸摸傳感器配置中，電容元件Xl至X7及Yl至Y7可用(舉例來說)銅形成。埠 252及2M可提供圖1的觸摸控制器400可耦合至其(經由連接10 的接口。儘管所揭示實施例包含對應於導電元件Yl至Y7的一個埠 252及對應於導電元件Xl 至X7的單獨埠 254，但其它實施例可包括單個埠或多於兩個埠。在這些情形中，將跡線202及204路由到所期望的埠。圖3圖解說明根據本發明基於鬆弛振蕩器的觸摸傳感器系統100中的實例性觸摸傳感器200的部分橫截面正視圖。如所描繪，觸摸傳感器200可包括其上形成有導電元件 Xl至X3的襯底層306。絕緣層308可將導電元件Xl至X3與導電元件Yl介電分離。表面層310可形成於導電元件Yl頂部上並提供觸控螢幕幕200的輸入表面(即，用戶用手指或其它物體觸摸的表面)。在半透明觸摸傳感器配置中，襯底306及表面層310可用(舉例來說)玻璃或透明塑料(例如，樹脂玻璃)形成；且絕緣層308可用(舉例來說)透明粘合劑或具有良好絕緣特性的其它半透明材料形成。在不透明觸摸傳感器配置中，襯底306可用 (舉例來說)纖維玻璃(FR-4)印刷電路板(PCB)材料形成；絕緣層可用(舉例來說)任一適合粘合劑或具有良好絕緣特性的其它材料形成；且表面層310可用(舉例來說)玻璃或塑料形成。在操作中，圖2及圖3中所圖解說明的觸摸傳感器200提供用戶可通過其將輸入提供到觸摸傳感器系統100的物理界面。每一導電元件Xl至X7及Yl至Y7具有自然電阻。 每一導電元件Xl至X7及Yl至Y7還具有對觸摸傳感器200內的接地(或虛擬接地)平面的自然電容。因此，每一導電元件Xl至X7及Yl至Y7可用以形成例如圖4中所描繪的電路的RC電路。舉例來說，圖4的電路412可表示對應於具有描繪為電阻器413的自然電阻及自然電容Cp的未經觸摸的個別導電元件的RC電路。當用戶用手指或其它物體觸摸觸摸傳感器200時，可平行於導電元件的自然電容在觸摸位置附近添加第二電容。此第二電容圖解說明為圖4的電路414中的電容Cf。再次，電路414的電阻器415可對應於導電元件的自然電阻，且電容Cp可對應於導電元件的自然電容。電路414中的平行電容Cp及Cf可加在一起以形成總傳感器電容(Cs)，如電路 416中所描繪。因此，電路416圖解說明在存在觸摸時可形成的RC電路。如下文更充分描述，圖1的觸摸控制器400可經由鬆弛振蕩器電路500重複地測量每一導電元件Xl至X7及Yl至Y7的傳感器電容Cs以確定用戶是否已觸摸觸摸傳感器 200。換句話說，通過重複地測量Cs，觸摸控制器400可確定當Cs的值增加時用戶已觸摸觸控螢幕幕200。圖5圖解說明根據本發明基於鬆弛振蕩器的觸摸傳感器系統100中的實例性鬆弛振蕩器電路500。根據此實施例，具有電容Cs的電容器432及電阻器534對應於個別導電元件Xl至X7或Yl至Y7的RC電路(例如，電路416)。此RC電路可連接到比較器520及 522以及SR鎖存器524。如所描繪，節點530處的電壓Vcs可對應於跨越傳感器電容器532 的電壓。節點530處的電壓Vcs可用作至比較器520及522兩者的反相輸入。比較器520 的非反相輸入可連接到電壓V2，且比較器522的非反相輸入可連接到電壓VI。在此實施例中，電壓V2大於電壓VI。比較器520的輸出可經反相且連接到SR鎖存器524的S輸入。比較器522的輸出可連接到SR鎖存器524的R輸入。SR鎖存器524的經反相輸出(即，Q-bar輸出)可連接到由導電元件Xl至X7或Yl至Y7中的一者形成的RC電路。在操作中，鬆弛振蕩器電路500可用以形成其中將節點530處的電壓Vcs周期性地充電到電壓電平V2及放電到電壓電平Vl的操作窗。鬆弛振蕩器電路500可以以下方式實現此功能。首先，如果節點530處的電壓(即，跨越電容器532的電壓)降至低於電壓 VI，那麼比較器522的輸出將變高。類似地，如果節點530處的電壓升至高於電壓V2，那麼比較器520的輸出將變低(由於反相輸出)。接下來，比較器輸出連接到SR鎖存器524，所述SR鎖存器根據表1中的真值表來表現。
SRQQ-bar操作00保持(輸出保:時最後一個已知值)0101復位1010設定1101復位因此，如果將SR鎖存器524的設定⑶輸入驅動為高，那麼所述鎖存器的Q-bar 輸出可被驅動為低。如果將鎖存器5M的復位(R)輸入驅動為高，那麼所述鎖存器的Q-bar 輸出將被驅動為高。SR鎖存器5M可為復位主導的鎖存器，以使得當將S及R輸入兩者驅動為高時SR鎖存器5 將呈復位模式(即，Q-bar輸出將被驅動為高)。最後，在S及R輸入兩者均被驅動為低的情況下，SR鎖存器524的輸出將保持最後一個已知輸出值。圖6圖解說明根據本發明基於鬆弛振蕩器的觸摸傳感器系統100中的鬆弛振蕩器電路500輸出的實例性時序圖。圖6與圖5及表1 一起進一步描述鬆弛振蕩器電路500的功能。在圖6中的時間t0處以操作的最開始(即，裝置通電)起動，跨越傳感器電容器 532的電壓Vcs為0。因此，比較器522輸出變高而比較器520的反相輸出變低，這是因為兩個反相輸入可分別小於非反相輸入電壓V2及Vl。此將SR鎖存器5M放置成復位，從而將Q-bar輸出驅動到1，此又給傳感器電容器532充電。在圖6中描繪的時間tl處，跨越傳感器電容器532的電壓Vcs增加直到其超過出現於比較器522的非反相輸入上的電壓閾值VI。此可致使比較器522的輸出變成0。因此，在時間tl處，兩個比較器輸出為低且SR鎖存器5M輸出保持最後一個已知值，此意指 Q-bar輸出保持於1處且繼續給傳感器電容器532充電(在時間tl與t2之間)。在時間t2處，跨越傳感器電容器532的電壓Vcs可超出出現於比較器520的非反相輸入上的電壓閾值V2。此致使比較器520的反相輸出轉變到1。因此，在時間t2處，SR 鎖存器5M的S輸入為高，且SR鎖存器5M的R輸入為低。此致使SR鎖存器5M的Q-bar 輸出轉變到0。此時(t2)，傳感器電容器532開始放電(在時間t2與t3之間)。當電壓 Vcs降至低於電壓閾值V2 (在時間t2與t3之間)時，比較器520的輸出可再次變低，且SR 鎖存器5 可保持最後一已知值(即，0)且可允許電容器532繼續放電。在時間t3處，跨越傳感器電容器532的電壓Vcs降至低於電壓閾值VI。此致使比較器522輸出變成1，從而將SR鎖存器524的Q-bar輸出驅動為高且再次給傳感器電容器 532充電。只要存在到所述系統的電力，此充電及放電過程即重複。鬆弛振蕩器電路500的上述功能的時序可受由觸摸傳感器200(圖2、的每一導電元件Xl至X7及Yl至Y7形成的RC電路的電性質影響。舉例來說，圖4的RC電路416 (對應於圖5中的電容器532及電阻器534)類似於所有其它RC電路可具有對應於給電容器Cs 充電所必需的時間量的RC時間常數。所述RC時間常數通常由希臘字母τ表示，且滿足以下方程式τ = R*Cs根據此方程式，τ表示給電容器Cs充電到供應電壓的約63%所花費的時間，且5 τ表示給電容器Cs充電到供應電壓的內所花費的時間。根據所述方程式，充電時間與電容Cs成正比。因此，不具有觸摸的傳感器電容Cs將比在發生觸摸時更快地進行充電及放電。換句話說，由於觸摸可增加RC電路的電容Cs，所以RC時間常數也可增加，且可導致更長的充電及放電周期。更長的充電及放電周期又可導致鬆弛振蕩器電路500的頻率減在給出鬆弛振蕩器電路500的這些性質的情形下，觸摸控制器400可通過測量鬆弛振蕩器電路500的頻率來確定被觸摸的狀態。圖7圖解說明實例性觸摸控制器700 (對應於圖1的觸摸控制器400)且提供關於可如何測量鬆弛振蕩器電路500的頻率的進一步細節。舉例來說，觸摸控制器700可實施連接到鬆弛振蕩器電路500的輸出701( S卩，圖5中的SR鎖存器524的Q-bar輸出)的計數器電路702。計數器電路702可操作以在輸出701 的每一正緣上遞增存儲於計數器寄存器704中的值。根據在本文中稱為「頻率測量方法」 一項實施例，觸摸控制器700可以規則、預先定義時間間隔(舉例來說，根據預先定義的計時器中斷)讀取計數器寄存器704。觸摸控制器700可比較計數器寄存器704的相繼讀數以確定在預先定義的時間間隔期間鬆弛振蕩器電路500已振蕩的次數。因此，此數目提供與鬆弛振蕩器電路500的頻率有關的測量。觸摸控制器700可比較相繼測量以確定是否已發生觸摸事件。如上文所述，觸摸可增加電容器706處的電容Cs，從而產生鬆弛振蕩器電路500的頻率減小。因此，根據所述頻率測量方法，如果計數器寄存器704的值從一個預先定義時間間隔到另一時間間隔減小，那麼觸摸控制器700可確定已發生觸摸事件。在一些實施例中， 除非計數器寄存器704的值已降低多於預定閾值，否則觸摸控制器700可不確定已發生觸摸事件。在此類實施例中，觸摸控制器700可較不容易作為鬆弛振蕩器500的頻率因除觸摸事件以外的條件(例如，噪聲、漂移等)所致的小幅改變的結果而錯誤地報告觸摸事件。在本文中稱為「周期測量方法」的另一實施例中，觸摸控制器700可對填滿計數器寄存器704所需的時間(或周期)計數。根據此周期測量實施例，觸摸控制器700可包含系統時間寄存器708。觸摸控制器700可將計數器寄存器704的值復位為0，且同時或實質上同時地可將系統時間寄存器708的當前值存儲於存儲寄存器710中。此處再次地，計數器寄存器704可在鬆弛振蕩器電路500的輸出701的每一正緣上遞增。於某點處，此可導致計數器寄存器704的溢出狀態。觸摸控制器700可經配置以通過讀取系統時間寄存器708 的值並將所述值與存儲於存儲寄存器710中的時間值進行比較來回應於計數器寄存器704 的溢出狀態(例如，經由中斷)。此比較提供使計數器溢出所需的系統時間單元的數目，且為鬆弛振蕩器電路500的頻率的指示。如上文所述，觸摸可增加電容器706處的電容Cs，從而產生鬆弛振蕩器電路500的頻率減小。因此，根據周期測量方法，如果使計數器寄存器704溢出所需的系統時間單元的數目在相繼測量之間增加，那麼觸摸控制器700可確定已發生觸摸事件。在一些實施例中， 除非使計數器寄存器704溢出所花費的系統時間單元的數目已增加多於預定閾值，否則觸摸控制器700可不確定已發生觸摸事件。在此類實施例中，觸摸控制器700可較不容易作為鬆弛振蕩器電路500的頻率因除觸摸事件以外的條件(例如，噪聲、漂移等)所致的小幅改變的結果而錯誤地報告觸摸事件。根據所述頻率測量方法，可通過修改預先定義的計時器中斷的長度來調整取樣窗。根據所述周期測量方法，可通過計數器寄存器的最大值的改變來調整取樣窗。舉例來說，小的最大值可導致較短取樣窗及更頻繁的頻率測量。在調整取樣窗時必須總是考慮掃描機構的速度與系統100的解析度之間的比率。如上文參照圖1至圖7所論述，當用戶用手指或其他物體觸摸觸控螢幕幕200時鬆弛振蕩器電路500的頻率可受到幹擾。另外，鬆弛振蕩器電路500的頻率可受存在於系統 100中的傳導的噪聲幹擾。在任一種情形下，在鬆弛振蕩器電路500的所測量頻率中存在偏差(例如，所測量的頻率在相繼取樣窗之間改變)。因此，觸摸控制器400必須能夠在三個不同情景之間進行區分。首先，情景A可對應於其中僅觸摸事件影響鬆弛振蕩器電路500的頻率的條件。在情景A中，不存在任何傳導的噪聲，且如上文關於圖7所描述，頻率偏差可趨於恆定且相對易於檢測。第二，情景B可對應於其中僅傳導的噪聲影響鬆弛振蕩器電路500的頻率的條件。在情景B中，不存在觸摸事件。第三，情景C可對應於其中觸摸事件及傳導的噪聲兩者均影響鬆弛振蕩器電路500的頻率的條件。在情景B及C兩者中，鬆弛振蕩器500的頻率可容易被傳導的噪聲的頻率壓倒。因此，鬆弛振蕩器500的頻率可接近或等於傳導的噪聲的頻率。此新頻率呈現自鬆弛振蕩器電路500的自然頻率的偏差。與自然頻率相比，此偏差可為多個數量級或0。因此，觸摸控制器400可經配置以在存在或不存在此類偏差時準確地報告觸摸事件。同樣地，觸摸控制器400可經配置以在頻率偏差是由傳導的噪聲單獨造成(情景B)時不報告觸摸事件。因此，觸摸控制器400可經配置以利用傳導的噪聲的一個或一個以上性質以便準確地檢測觸摸事件。舉例來說，觸摸傳感器系統100中的傳導的噪聲通常將影響觸摸傳感器200的每一導電元件Xl至X7及Yl至Y7，從而針對每一導電元件，導致在數量上類似於所有其它導電元件所經歷的數量的頻率偏差。因此，儘管所有導電元件在存在傳導的噪聲時可經歷類似頻率偏差，但被觸摸的導電元件相比於未被觸摸的導電元件將顯示量值上較高的偏差。在情景A及C兩者中，被觸摸的導電元件將可能為顯示最大偏差的導電元件。因此，觸摸控制器可通過搜尋「受按壓最大的按鈕」(即，相對於所有其它導電元件顯示最大頻率偏差的導電元件)在所有情景中檢測被觸摸的導電元件。儘管上述內容，但情景B及C可呈現其中傳導的噪聲產生死頻率(S卩，盲點)的情形。舉例來說，當傳導的噪聲的頻率具有接近或等於鬆弛振蕩器電路500的自然頻率的值時，可存在此情形。當發生此情形時，觸摸控制器400可無法檢測觸摸事件，這是由於所測量的頻率不顯示偏差。為在這些條件下檢測觸摸事件，鬆弛振蕩器電路500可經配置以根據多於一個操作範圍操作。根據本發明的此方面，鬆弛振蕩器電路500可產生在多於一個驅動電流下的輸出信號，其中較高驅動電流導致大於由較低驅動電流產生的自然頻率的自然頻率。因此，對於每一導電元件Xl至X7及Yl至Y7，觸摸控制器400可在兩個不同驅動電流(操作範圍)下測量鬆弛振蕩器電路500的頻率。如果檢測到在任一操作範圍下的偏差，那麼可檢測到情景B及C中由傳導的噪聲造成的偏差。根據本發明的此實施例，觸摸控制器400可基於在一個操作範圍下的測量檢測觸摸事件，而作為盲點的結果，另一操作範圍下的測量顯示無偏差。圖8圖解說明根據本發明用於使用傳導的噪聲檢測基於鬆弛振蕩器的傳感器系統100中的觸摸傳感器200上的觸摸的實例性方法800的流程圖。根據一項實施例，方法800優選地在步驟802處開始。如上文所述，本發明的教示可以系統100的各種配置來實施。因此，方法800的優選起始點及構成方法800的步驟802 至820的次序可相依於所選擇的實施方案。在步驟802處，觸摸控制器400可選擇待測量的觸摸傳感器200的導電元件。舉例來說，觸摸控制器可設定將選定元件Xl至X7或Yl至Y7電連接到鬆弛振蕩器電路500 的控制信號。在步驟804處，觸摸控制器400可根據上文所述的方法測量鬆弛振蕩器電路 500的頻率。舉例來說，觸摸控制器400可使用頻率測量方法或周期測量方法來測量鬆弛振蕩器電路500的頻率。在步驟806處，觸摸控制器400確定所測量的頻率是否指示自鬆弛振蕩器電路500 的自然頻率的偏差。為了進行此操作，觸摸控制器可存儲表示給定導電元件的平均頻率的運行基線平均值。此運行基線平均值可用以消除由溫度、電壓及環境的改變所產生的噪聲。 因此，觸摸傳感器400可將所測量的頻率與所述基線平均值比較。在一項實施例中，觸摸控制器400確定在頻率測量與基線平均值不同時存在偏差。在另一實施例中，觸摸控制器400 確定在頻率測量與基線平均值的不同多於預先定義的閾值時存在偏差。如果在步驟806處未檢測到頻率偏差(即，在鬆弛振蕩器電路500的任一操作範圍下)，那麼觸摸控制器400確定不存在觸摸且繼續進行到步驟808。在步驟808處，觸摸控制器400可將所測量的頻率加到運行基線平均值。因此，基線平均系統可為「門控」系統， 以使得系統追蹤在任一操作範圍中噪聲的存在/不存在，並在每當噪聲即使僅影響單個傳感器時即停用基線平均。此確保基線平均值反映鬆弛振蕩器電路500的自然頻率而非受傳導的噪聲影響的頻率。此外，如果期望避免具有緩慢傾斜的平均偏差(例如，如當物體極緩慢地接近觸控螢幕幕200時將存在的)，那麼可實施相當緩慢的平均化方法(例如，不針對每一掃描循環執行步驟808)。在步驟808完成之後，觸摸控制器400可繼續進行到步驟810，即其可確定當前選定的導電元件是否是待測量的最後一個元件。如果當前選定的導電元件是待測量的最後一個元件，那麼方法800可退出。如果當前選定的導電元件不是待測量的最後一個元件，那麼方法800可循環回到步驟802，即選擇下一導電元件且針對新選定的導電元件重複先前步
馬聚ο轉回到步驟806，如果在此步驟中檢測到頻率偏差，那麼觸摸控制器400繼續進行到步驟812，即其測量並存儲所有導電元件Xl至X7及Yl至Y7的頻率偏差。舉例來說，觸摸控制器400可循環通過類似於步驟802及804的步驟以便測量這些頻率偏差。根據一項實施例，觸摸控制器400可測量每一導電元件的頻率一次。根據另一實施例，步驟812可對應於獲取窗，在所述獲取窗期間觸摸控制器針對每一導電元件Xl至X7及Yl至Y7測量頻率偏差並基於多個測量或多個測量的平均值存儲頻率偏差。根據此後面實施例，觸摸控制器400可在步驟812的獲取窗期間採用傾斜檢測以確定用戶何時將完成觸摸所述觸摸傳感器。舉例來說，如下文關於圖9更全面地描述，觸摸控制器在檢測觸摸完成之前可等待頻率穩定下來(即，傾斜變平)。圖9圖解說明根據本發明在存在傳導的噪聲時導電元件的所測量頻率的百分比改變的實例性圖表900。如所描繪，圖表900表示按兆赫(MHz)計的所注入噪聲頻率。其描繪
12根據兩個操作範圍(高功率及中間功率)的頻率測量。頻率上具有發生較早的峰值的所繪製曲線對應於高功率操作範圍。如圖表900中的頻率響應所圖解說明，如果正以418KHz (在 χ軸上為0.4180)將噪聲注入在系統上，那麼不論用戶是否正按壓傳感器，傳感器的中間功率掃描可導致相同值(例如，大約0%的絕對百分比改變)。如果用戶正按壓在傳感器上， 那麼以418KHz (在χ軸上為0. 4180)的傳感器的高功率掃描可導致110%的絕對百分比改變。由於電流操作範圍可具有當用戶按壓傳感器時導致微小或不導致改變的頻率，因此方法800可使用不共享0%偏移頻率的至少兩個操作範圍來執行。根據一項實施例，按絕對值計算百分比改變，因為傳導的噪聲的頻率可呈現高於或低於鬆弛振蕩器電路500的自然頻率的值。在替代實施例中，可計算及/或測量原始百分比改變。在觸摸控制器400已針對觸摸傳感器200的所有導電元件測量並儲存頻率偏差之後，觸摸控制器可繼續進行到步驟812。在步驟812處，觸摸控制器400可確定是否存在受按壓最大的按鈕。舉例來說，觸摸控制器400可採用分類程序以使得確定相比於所有其它導電元件具有最高偏差的導電元件為受按壓最大的按鈕。根據分類程序的一項實施例，受按壓最大的按鈕必須展現比其它導電元件大至少預先定義的閾值的偏差。因此，如果觸摸控制器400在步驟812處不確定受按壓最大的按鈕，那麼方法800可退出。在情景B中將可能是此情況，其中所測量的偏差僅因噪聲而非因觸摸事件所致。另一選擇為，如果觸摸控制器400在步驟812處確定受按壓最大的按鈕，那麼觸摸控制器400可繼續進行到步驟816。在步驟816處，觸摸控制器400可對受按壓最大的按鈕多次去抖動以致力於檢查一致性及避免錯誤觸發。觸摸控制器400然後可在步驟818處確定是否已成功地對受按壓最大的按鈕去抖動。如果沒有，那麼方法800可退出。如果是，觸摸控制器400可繼續進行到其可向主機600 (或其它應用程式)報告受按壓最大的按鈕的步驟820且退出。如上文所述，觸摸控制器400可在兩個不同驅動電流(操作範圍)下測量鬆弛振蕩器電路500的頻率。因此，可根據一個操作範圍且然後根據另一操作範圍交替地掃描觸摸傳感器200的所有導電元件Xl至X7及Yl至Y7。作為本發明的此實施例的結果，可實施鏡類似系統及方法，其中存在屬於兩個操作範圍模式中的每一者的類似函數及變量。舉例來說，可在一個操作範圍下執行方法800 —次且然後在另一操作範圍下再執行一次。儘管圖8揭示針對方法800採取的特定數目個步驟，但方法800可藉助比圖8中所描繪的步驟更多或更少個步驟來執行。另外，儘管圖8揭示針對方法800採取的步驟的某一次序，但構成方法800的所述步驟可以任一適合次序完成。舉例來說，方法800可結合所述行業中當前使用的標準電容性觸摸檢測方法使用。根據本發明的此方面，所述方法可確定在所述觸摸系統中是否存在傳導的噪聲(例如，方法800的步驟806)。如果存在傳導的噪聲，那麼所述方法可根據方法800的所揭示步驟繼續進行。如果不存在傳導的噪聲，那麼所述方法可使用所述行業中當前使用的標準電容性觸摸檢測方法確定用戶的觸摸。儘管已描繪、描述本發明的實施例，且通過參考本發明的實例性實施例來進行界定，但此等參考並不暗示限定本發明，且也不能推導出此限定。所揭示的標的物能夠具有可觀的修改、變更及在形式及功能上的等效物，如所屬領域且受益於本發明者將了解。本發明的所描繪及描述的實施例僅為實例性，且並非窮盡本發明的範圍。
權利要求
1.一種用於確定在具有多個傳感器及一鬆弛振蕩器的電容性觸摸傳感器系統中的用戶的觸摸的方法，其包括針對所述多個傳感器執行一系列潛在觸摸檢測測試直到檢測到潛在觸摸為止，其中每一潛在觸摸檢測測試涉及測量所述傳感器中的一者的測試頻率，且其中通過檢測同一傳感器的所述所測量測試頻率與先前所測量測試頻率之間的偏差來檢測潛在觸摸；響應於檢測到潛在觸摸，針對所述傳感器中的每一者執行一系列基線比較測試，其中每一基線比較測試涉及測量所述傳感器中的特定一者的當前頻率；將所述特定傳感器的所述當前頻率與基線頻率進行比較；及基於所述特定傳感器的當前頻率與其基線頻率的所述比較給所述特定傳感器指派偏差值；確定所述傳感器中的任一者是否已被指派最大偏差值；及如果所述傳感器中的一者已被指派最大偏差值，那麼將所述傳感器識別為被觸摸的傳感器。
2.根據權利要求1所述的方法，其中每一潛在觸摸檢測測試涉及針對所述傳感器中的一者測量所述鬆弛振蕩器的頻率；及將每一潛在觸摸檢測測試執行兩次，包含在第一潛在觸摸檢測測試期間以第一驅動電流操作所述鬆弛振蕩器及在第二潛在觸摸檢測測試期間以第二驅動電流操作所述鬆弛振蕩器。
3.根據權利要求1所述的方法，其中僅在所述傳感器中的每一者的所述當前頻率針對預定數目個測量保持實質上恆定之後，將所述當前頻率與所述對應基線頻率進行比較。
4.根據權利要求1所述的方法，其中特定傳感器的所述基線頻率包括針對同一傳感器的預定數目個先前頻率測量的運行平均值。
5.根據權利要求4所述的方法，其中特定傳感器的所述基線頻率包括門控運行平均值。
6.根據權利要求1所述的方法，其中已給第一傳感器指派最大偏差值且已給第二傳感器指派第二最大偏差值，且其中僅在所述最大偏差值超出所述第二最大偏差值達預定閾值的情況下將所述第一傳感器識別為所述被觸摸的傳感器。
7.根據權利要求1所述的方法，其中根據頻率測量方法確定所述所測量測試頻率。
8.根據權利要求1所述的方法，其中根據周期測量方法確定所述所測量測試頻率。
9.根據權利要求1所述的方法，其中根據頻率測量方法確定所述所測量當前頻率。
10.根據權利要求1所述的方法，其中根據周期測量方法確定所述所測量當前頻率。
11.一種電容性觸摸傳感器系統，其包括 觸摸傳感器，其具有多個傳感器；觸摸控制器，其以通信方式耦合到所述觸摸傳感器，所述觸摸控制器包括鬆弛振蕩器電路且經配置以針對所述多個傳感器執行一系列潛在觸摸檢測測試直到檢測到潛在觸摸為止，其中每一潛在觸摸檢測測試涉及測量所述傳感器中的一者的測試頻率，且其中通過檢測同一傳感器的所述所測量測試頻率與先前所測量測試頻率之間的偏差來檢測潛在觸摸；及響應於檢測到潛在觸摸，所述觸摸控制器進一步經配置以針對所述傳感器中的每一者執行一系列基線比較測試，以使得針對每一基線比較測試，所述觸摸控制器測量所述傳感器中的特定一者的當前頻率；將所述特定傳感器的所述當前頻率與基線頻率進行比較；及基於所述特定傳感器的當前頻率與其基線頻率的所述比較給所述特定傳感器指派偏差值；確定所述傳感器中的任一者是否已被指派最大偏差值；及如果所述傳感器中的一者已被指派最大偏差值，那麼將所述傳感器識別為被觸摸的傳感器。
12.根據權利要求11所述的電容性觸摸傳感器系統，其中每一潛在觸摸檢測測試涉及針對所述傳感器中的一者測量所述鬆弛振蕩器的頻率；所述鬆弛振蕩器經配置以根據第一驅動電流及第二驅動電流操作；且所述觸摸控制器進一步經配置以將每一潛在觸摸檢測測試執行兩次，以使得所述鬆弛振蕩器經配置以在第一潛在觸摸檢測測試中根據所述第一驅動電流操作且在第二潛在觸摸檢測測試中根據所述第二驅動電流操作。
13.根據權利要求11所述的電容性觸摸傳感器系統，其中僅在所述傳感器中的每一者的所述當前頻率針對預定時間量保持實質上恆定之後，將所述當前頻率與所述對應基線頻率進行比較。
14.根據權利要求11所述的電容性觸摸傳感器系統，其中特定傳感器的所述基線頻率包括針對同一傳感器的預定數目個先前頻率測量的運行平均值。
15.根據權利要求14所述的電容性觸摸傳感器系統，其中特定傳感器的所述基線頻率包括門控運行平均值。
16.根據權利要求11所述的電容性觸摸傳感器系統，其中所述觸摸控制器進一步經配置以將最大偏差值指派給第一傳感器且將第二最大偏差值指派給第二傳感器，且其中僅在所述最大偏差值超出所述第二最大偏差值達預定閾值的情況下所述觸摸控制器將所述第一傳感器識別為所述被觸摸的傳感器。
17.根據權利要求11所述的電容性觸摸傳感器系統，其中所述觸摸控制器經配置以根據頻率測量方法測量所述傳感器中的一者的所述測試頻率。
18.根據權利要求11所述的電容性觸摸傳感器系統，其中所述觸摸控制器經配置以根據周期測量方法測量所述傳感器中的所述一者的所述測試頻率。
19.根據權利要求11所述的電容性觸摸傳感器系統，其中所述觸摸控制器經配置以根據頻率測量方法測量所述傳感器中的所述特定一者的所述當前頻率。
20.根據權利要求11所述的電容性觸摸傳感器系統，其中所述觸摸控制器經配置以根據周期測量方法測量所述傳感器中的所述特定一者的所述當前頻率。
全文摘要
本發明提供用於確定在電容性觸摸傳感器系統中的用戶的觸摸的系統及方法，其包含針對多個傳感器執行一系列潛在觸摸檢測測試直到檢測到潛在觸摸為止及測量所述傳感器中的一者的測試頻率，以使得當所述所測量測試頻率偏離同一傳感器的先前所測量測試頻率時可檢測到潛在觸摸。在檢測到潛在觸摸之後，所述方法可另外包含針對所述傳感器中的每一者執行一系列基線比較測試，舉例來說，測量所述傳感器中的一者的當前頻率，將所述當前頻率與基線頻率進行比較，及基於所述當前頻率與所述基線頻率的所述比較指派偏差值。所述方法可將具有最大偏差值的所述傳感器識別為被觸摸的傳感器。
文檔編號G06F3/044GK102414652SQ201080018220
公開日2012年4月11日 申請日期2010年7月12日 優先權日2009年7月13日
發明者伯克·T·戴維森, 基思·L·柯蒂斯, 史蒂芬·B·波特, 阿雷利亞·弗洛裡奇克-沃伊庫 申請人:密克羅奇普技術公司