專利名稱：通過軸交換降低互電容觸摸板中的噪聲敏感性的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及包括觸摸板和觸摸屏的觸摸感應(yīng)裝置。更加具體地，本發(fā)明是一種降低互電容觸摸感應(yīng)裝置中噪聲的方法，該感應(yīng)裝置在傳感器中使用X和Y電極的橫向網(wǎng)格。
背景技術(shù)：
對于電容感應(yīng)觸摸板，存在幾種設(shè)計。能夠被修改從而與本發(fā)明一起使用的其中一種現(xiàn)存觸摸板設(shè)計是由aRQlJE:1公司制造的觸摸板。因此，檢測基礎(chǔ)技術(shù)從而更好地理解如何修改任何電容感應(yīng)觸摸板以與本發(fā)明一起使用是有用的。CIRQUE"公司的觸摸板是互電容感應(yīng)裝置，并且一個示例在圖1中以方框圖示
出。在該觸摸板10中，感應(yīng)電極16以及設(shè)置在同一個平面內(nèi)但是彼此交叉或彼此橫向的X (12)和Y (14)電極的網(wǎng)格被用于定義觸摸板的觸摸感應(yīng)區(qū)域18。典型地，當(dāng)存在空間限制時，觸摸板10是近似16X12電極的矩形網(wǎng)格，或者8X6電極的矩形網(wǎng)格。與這些X
(12)和Y (14)(或者行和列)電極交錯的是單個感應(yīng)電極16。通過感應(yīng)電極16進(jìn)行所有
位置測量。CIRQUE·公司的觸摸板10測量在感應(yīng)線16上的電荷失衡。當(dāng)觸摸板10上或
其附近不存在指向?qū)ο髸r，觸摸板電路20處于平衡狀態(tài)，并且在感應(yīng)線16上不存在電荷失衡。當(dāng)有指向?qū)ο罂拷蛴|摸觸摸表面(觸摸板10的感應(yīng)區(qū)域18)時,該對象由于電容耦合而產(chǎn)生失衡，在電極12、14上會發(fā)生電容變化。測量的是電容的變化，而不是電極12、14上的絕對電容值。通過測量必須注入到感應(yīng)線16上從而重新建立或重新獲得感應(yīng)線上的電荷平衡的電荷量，觸摸板10確定電容變化。利用上述系統(tǒng)以如下方式確定在觸摸板10上或在其附近的指狀物的位置。該示例描述了行電極12，并且對于列電極14，以同樣的方式重復(fù)。從行和列電極測量獲得的值確定交點(diǎn)，該交點(diǎn)是在觸摸板10上或在其附近的指向?qū)ο蟮馁|(zhì)心。在第一步驟中，使用來自P、N發(fā)生器22的第一信號驅(qū)動第一組行電極12，以及使用來自P、N發(fā)生器的第二信號驅(qū)動不同的但相鄰的第二組行電極。使用互電容測量裝置26，觸摸板電路20從感應(yīng)線16獲得表示哪一行電極與該指向?qū)ο笞罱闹?。然而，在某處理?8控制下的觸摸板電路20還不能確定指向?qū)ο笪挥谛须姌O的那一側(cè)，觸摸板電路20也不能確定該指向?qū)ο缶嚯x電極有多遠(yuǎn)。因此，系統(tǒng)移位一組電極12中的一根電極而驅(qū)動。換句話說，增加該組一側(cè)上的電極，同時不再驅(qū)動在該組相對側(cè)上的電極。然后，通過P、N發(fā)生器22驅(qū)動新的組，并且進(jìn)行感應(yīng)線16的第二次測量。
通過這兩次測量，能夠確定指向?qū)ο笪挥谛须姌O的哪一側(cè)，以及有多遠(yuǎn)。然后，通過使用比較測得的兩個信號的強(qiáng)度的方程式進(jìn)行指向?qū)ο笪恢玫拇_定。CIRQUE,公司觸摸板的靈敏度或分辨率比16X 12網(wǎng)格的行和列電極表現(xiàn)出的
高得多。分辨率典型地是每英寸960個像素點(diǎn)的級別或更高。精確的分辨率是通過組件的靈敏度、在同一行和列上的電極12、14之間的間隔以及對本發(fā)明來說不重要的其它因素確定的。 使用P、N發(fā)生器24，對Y或列電極14重復(fù)上述過程。盡管上述的CiRCHJE 觸摸板使用了 X和Y電極12、14的網(wǎng)格以及分開的單獨(dú)的
感應(yīng)電極16,然而,通過使用多路復(fù)用技術(shù),該感應(yīng)電極實(shí)際上是X或Y電極12、14。兩個設(shè)計中的任何一個都能夠使本發(fā)明發(fā)揮作用。應(yīng)該理解，觸摸板和觸摸屏被定義為在本申請中使用的觸摸感應(yīng)裝置。因此，下文中任何觸摸感應(yīng)裝置指的都是觸摸板，但是應(yīng)該將其視為包括使用任何類型觸摸輸入技術(shù)的任何類型的觸摸感應(yīng)裝置，并且不應(yīng)該將其視為限于互電容技術(shù)、觸摸板或觸摸屏。CIRQUEr公司更早的互電容觸摸板技術(shù)不使用專用的感應(yīng)線來接收表示對象
的存在或位置的信號。在美國專利U. S. 5，305，017和U. S. 5，565，658中描述的該更早的技術(shù)中，一組電極(例如X電極)是驅(qū)動電極，并且Y電極是感應(yīng)電極。X軸和Y軸電極(下文中稱為X和Y電極)的功能根據(jù)需要而互換。因此，在一組測量中，X電極能夠用作驅(qū)動電極并且Y電極用作感應(yīng)電極，在另一組的測量中角色互換，X電極用作感應(yīng)電極并且Y電極用作驅(qū)動電極。因此，對于現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)是提供了一種用于降低互電容觸摸板的噪聲的系統(tǒng)和方法，該互電容觸摸板不使用專用的感應(yīng)電極，而是僅使用能夠在驅(qū)動和接收觸摸板電路信號的功能之間切換的X和Y電極。

發(fā)明內(nèi)容
在第一個實(shí)施例中，本發(fā)明是一種降低觸摸板上噪聲的系統(tǒng)和方法，該觸摸板在橫向電極的X軸和Y軸網(wǎng)格上使用互電容，該橫向電極在一個軸上用作激勵或驅(qū)動電極，并且在另一軸上用作輸入或感應(yīng)電極，其中存在影響觸摸板操作的顯著噪聲，并且其中期望通過同時采樣一組感應(yīng)電極來最小化該噪聲的影響，其中通過同時采樣感應(yīng)電極，在每根感應(yīng)電極上的噪聲級別應(yīng)該是類似的，并且因此能夠從測得的感應(yīng)信號中去掉該噪聲，從而更精確地確定被感應(yīng)到的物體在觸摸板上的位置。通過考慮下述結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它目標(biāo)、特征、優(yōu)點(diǎn)和可選方面對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中存在的觸摸板第一實(shí)施例的操作的框圖，該觸摸板適于在本發(fā)明中使用。圖2是顯示觸摸板被聯(lián)接到X和Y電極、聯(lián)接到激勵源和感應(yīng)輸入二者，但是每次僅聯(lián)接一個軸。
圖3顯示了互電容傳感器，其具有在一個軸上的驅(qū)動電極以及在另一個軸上的感應(yīng)電極。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖，其中，本發(fā)明的各種元件會被賦予數(shù)字標(biāo)記，并且會討論本發(fā)明從而使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┖褪褂帽景l(fā)明。應(yīng)該理解，下述說明僅僅是本發(fā)明原理的示例，不應(yīng)該被視為縮小了隨附權(quán)利要求的范圍。本發(fā)明應(yīng)用于在橫向電極的X和Y網(wǎng)格中使用互電容的觸摸板，其中激勵或驅(qū)動電極位于一個軸上并且輸入或感應(yīng)電極位于另一個軸上。當(dāng)在指狀物上或與指狀物相當(dāng)?shù)南到y(tǒng)中存在顯著噪聲時，期望通過同時采樣所有的或大量的感應(yīng)通道(感應(yīng)電極)來最小化該噪聲的影響。如果同時采樣感應(yīng)電極，那么在每根感應(yīng)電極上的噪聲級別應(yīng)該是類似的，并且因此能夠從測量的信號中減去該噪聲，由此提高對觸摸板上物體位置的確定的精確度。圖2是本發(fā)明實(shí)質(zhì)特征的框圖。在第一個實(shí)施例中，所顯示的觸摸板網(wǎng)格30聯(lián)接至用于產(chǎn)生激勵觸摸板網(wǎng)格上驅(qū)動電極的信號的激勵源32。如所示，驅(qū)動電極可以是行或X電極34，或者它們可以是列或Y電極36。觸摸板網(wǎng)格30還顯示為聯(lián)接至模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)36，該轉(zhuǎn)換器接收來自觸摸板網(wǎng)格30的信號作為輸入。如所示，感應(yīng)電極可以是行或X電極34，或者它們可以是列或Y電極36。特別要注意的是，每次僅有一個軸，或者是X或者是Y，能夠用作驅(qū)動電極。類似地，因此另一個軸的電極必須在該時刻用作感應(yīng)電極。在本發(fā)明中重要的是，可以根據(jù)需要轉(zhuǎn)換電極的角色。因此，當(dāng)X電極34用作驅(qū)動電極時，Y電極36用作感應(yīng)電極。對于觸摸板領(lǐng)域中那些技術(shù)人員來說已知的是，X和Y電極34、36能夠在功能上轉(zhuǎn)換。然而，對于待被確定的指狀物位置，使用單組測量是普遍做法。換句話說，對于待被確定的指狀物的X和Y位置，使用單組測量是通常做法。例如，當(dāng)激勵電極是X電極34并且驅(qū)動電極是Y電極36時，通過使用來自驅(qū)動電極的激勵，能夠由感應(yīng)電極的測量來確定指狀物在X和Y兩個坐標(biāo)軸中的位置。類似地，單組測量能夠來自激勵電極是Y電極36并且驅(qū)動電極是X電極的情形。通過要求進(jìn)行兩組測量來確定指狀物的位置，本發(fā)明具有降低觸摸板噪聲敏感性的能力。特別地，每次僅確定指狀物在一個軸上的位置。無論哪個軸用作激勵軸都可以確定該位置。因此，如果X電極用作驅(qū)動電極，那么僅在Y軸中確定位置信息，因為Y電極用作激勵電極。然后，下一個步驟會轉(zhuǎn)換X電極34和Y電極36的功能從而確定指狀物在X軸中的位置，因為X電極現(xiàn)在用作激勵電極。在第一個實(shí)施例中，本發(fā)明因此提供了設(shè)置在橫向布置中的X軸和Y軸的共平面網(wǎng)格，從而形成觸摸板網(wǎng)格30。觸摸板電路包括激勵該觸摸板網(wǎng)格30所需的所有電路，該觸摸板電路接收來自觸摸板網(wǎng)格的信號，并且從該信息確定正與觸摸板網(wǎng)格30接觸的指狀物的位置。ADC38聯(lián)接至其它采用測量信息并確定指狀物位置的觸摸板電路。應(yīng)該理解，該第一實(shí)施例的觸摸板是互電容感應(yīng)裝置，當(dāng)指狀物與觸摸板接觸時，其檢測驅(qū)動和感應(yīng)電極之間的互電容的降低?；ル娙菪阅芤惨馕吨景l(fā)明能夠同時檢測和跟蹤觸摸板上多個指狀物的位置。觸摸板電路選擇X軸或Y軸中的電極用作驅(qū)動電極，并且選擇另一個軸用作感應(yīng)電極，然后使用適當(dāng)?shù)男盘柤钪辽僖粋€驅(qū)動電極。每次或以任何組合激勵一個驅(qū)動電極，直到所有驅(qū)動電極同時被激勵。重要的是能夠同時測量多于一個的感應(yīng)電極。這對于從感應(yīng)電極中減去噪聲是重要的，假定該噪聲存在于所有正被測量的感應(yīng)電極之上。因此，所有感應(yīng)電極能夠被同時測量并且能夠從信號中消除噪聲。然而，聯(lián)接至每個感應(yīng)電極的ADC38使得觸摸板電路更加
昂貴。因此，降低觸摸板總成本的有效方法是使用有限數(shù)量的ADC38。例如，CIRQlJEe
公司的觸摸板在典型配置中使用四個ADC38。典型地，指狀物每次不會影響多于四個的感應(yīng)電極。因此，在本實(shí)施例中，方案中使用四個ADC38以用于確定指狀物的位置。應(yīng)該理解，能夠使用更大或更小數(shù)量的ADC38，并且其仍然落入本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。但是該四個ADC的限制僅僅是個示例，并且不應(yīng)該被認(rèn)為是權(quán)利要求的限制因素。本發(fā)明能夠確定哪根感應(yīng)電極正受到指狀物的存在的影響，以及能夠使用聯(lián)接至那些感應(yīng)電極的ADC38計算指狀物位置。確定哪根感應(yīng)電極正在受影響的方法不是對本發(fā)明的限制。在感應(yīng)電極被識別后，使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的各種計算來確定指狀物的位置。重要的是那些計算能夠消除假定存在并因此正在所有感應(yīng)電極上被測量的噪聲。作為示例，能夠使用的其中一種方法是在本發(fā)明中將會闡釋的加權(quán)和算法。該步驟實(shí)質(zhì)是僅確定指狀物在用作感應(yīng)電極的軸中的位置。在確定該位置之后，X和Y電極的功能被交換。對于該示例，可以假定Y電極34正用作感應(yīng)電極并且因此確定指狀物在Y軸中的位置。如前所述進(jìn)行該方法，直到確定哪個新感應(yīng)電極現(xiàn)在正受到指狀物的影響。在查找到受影響的電極之后，使用ADC38對新的感應(yīng)電極進(jìn)行測量，由此確定指狀物在X軸中的位置。在該第一實(shí)施例中，用于確定指狀物位置的第一方法是加權(quán)和算法。該方法簡單并精確，并闡釋了能夠從測量中消除噪聲的方面。在此定義下述變量S=來自感應(yīng)電極的信號Ax=指狀物和給定感應(yīng)電極的共有區(qū)域
N=來自指狀物(或系統(tǒng))的噪聲Kx=指狀物與感應(yīng)電極的偏差百分率VS指狀物對互電容變化的影響Mx=對給定ADC的測量Ma=Aa (S+KaN)Mb=Ab (S+KbN)Mc=Ac (S+KcN)Md=Ad (S+KdN)Wx=Mx X電極數(shù)量，加權(quán)和
Px=電極數(shù)量Wa=Ma X PnWb=Mb X Pn+1Wc=Mc X Pn+2Wc=Md X Pn+2圖3是一個示例，其表示如何使用四個ADC通過加權(quán)和方法來確定指狀物40在觸摸板上的位置。在由較大數(shù)量的X和Y電極組成的較大觸摸板中，僅顯示了四個X電極(電極6至電極9)和四個Y電極(電極I至電極4),對于該示例，Pn=6,其給出:Wa=Ma X 6Wb=Mb X 7Wc=Mc X 8Wd=Md X 9用于單個軸中的指狀物的位置方程式如下給出:方程式I位置=(ffa+ffb+ffc+ffd)/ (Ma+Mb+Mc+Md)代入數(shù)值，方程式I展開為如下:方程式權(quán)利要求
1.一種降低觸摸感應(yīng)裝置對噪聲敏感性的方法，所述方法包括以下步驟: 1)提供具有設(shè)置在橫向布置中的X軸和Y軸電極的共平面網(wǎng)格； 2)提供聯(lián)接至X軸和Y軸電極的網(wǎng)格的互電容感應(yīng)觸摸板電路，其中，當(dāng)指狀物與觸摸感應(yīng)裝置接觸時，觸摸感應(yīng)電路對驅(qū)動電極提供激勵信號，并接收來自感應(yīng)電極的信號，以及檢測在驅(qū)動電極和感應(yīng)電極之間互電容的降低； 3)選擇X軸或Y軸電極用作驅(qū)動電極，并選擇另一個軸用作感應(yīng)電極； 4)使用合適的信號激勵至少一個驅(qū)動電極，并從感應(yīng)電極采樣信號； 5)僅測定指狀物在用作感應(yīng)電極的軸中的位置，其中，使用獨(dú)立于噪聲強(qiáng)度和感應(yīng)電極上的信號強(qiáng)度的方法確定位置； 6)交換X軸和Y軸電極的功能，使得用作驅(qū)動電極的軸現(xiàn)在用作感應(yīng)電極，反之亦然；以及 7)重復(fù)步驟5)，從而確定指狀物在現(xiàn)在用作感應(yīng)電極的軸中的位置，由此僅使用當(dāng)X軸和Y軸用作感應(yīng)電極時從其采集的數(shù)據(jù)來確定指狀物的位置信息。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述從感應(yīng)電極采樣信號的步驟進(jìn)一步包括同時采樣所有感應(yīng)電極的步驟，由此采集受相同噪聲影響的數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述從感應(yīng)電極采樣信號的步驟進(jìn)一步包括僅使用來自受指狀物影響的感應(yīng)電極的數(shù)據(jù)的步驟，以及其中，同時從受影響的感應(yīng)電極采集所述數(shù)據(jù)，以使所述感應(yīng)電極都受到相同噪聲的影響。
4.如權(quán)利要求3 所述的方法，其中，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟: 1)確定哪根感應(yīng)電極是受指狀物影響的；以及 2)使用來自僅聯(lián)接至受指狀物影響的感應(yīng)電極的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的測量。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用獨(dú)立于噪聲強(qiáng)度和感應(yīng)電極上的信號強(qiáng)度的方法確定指狀物位置的步驟進(jìn)一步包括使用加權(quán)和算法的步驟。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，對于每一個被觸摸感應(yīng)電路檢測到的指狀物，所述方法進(jìn)一步包括重復(fù)步驟3)至7)的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法進(jìn)一步包括從由觸摸板和觸摸屏組成的觸摸感應(yīng)裝置的組中選擇觸摸感應(yīng)裝置的步驟。
8.—種在檢測到觸摸感應(yīng)裝置上存在多個指狀物時降低互電容觸摸感應(yīng)裝置對噪聲敏感性的方法，所述方法包括以下步驟: 1)提供具有設(shè)置在橫向布置中的X軸和Y軸電極的共平面網(wǎng)格； 2)提供聯(lián)接至X軸和Y軸電極的網(wǎng)格的互電容感應(yīng)觸摸板電路，其中，當(dāng)多個指狀物與觸摸感應(yīng)裝置接觸時，觸摸感應(yīng)電路對驅(qū)動電極提供激勵信號，并接收來自感應(yīng)電極的信號，以及檢測在驅(qū)動電極和感應(yīng)電極之間互電容的降低； 3)選擇X軸或Y軸電極用作驅(qū)動電極，并選擇另一個軸用作感應(yīng)電極； 4)使用多個指狀物與觸摸感應(yīng)表面接觸； 5)使用合適的信號激勵至少一個驅(qū)動電極，以及采樣來自感應(yīng)電極的信號； 6)僅確定多個指狀物中的每個指狀物在用作感應(yīng)電極的軸中的位置，其中使用獨(dú)立于噪聲強(qiáng)度和感應(yīng)電極上的信號強(qiáng)度的方法確定位置； 7)交換X軸和Y軸電極的功能，使得用作驅(qū)動電極的軸現(xiàn)在用作感應(yīng)電極，反之亦然；以及 8)重復(fù)步驟6)從而確定多個指狀物中的每個指狀物在現(xiàn)在用作感應(yīng)電極的軸中的位置，由此僅使用當(dāng)X軸和Y軸用作感應(yīng)電極時從其采集的數(shù)據(jù)來確定多個指狀物中每個指狀物的位置信息。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述從感應(yīng)電極采樣信號的步驟進(jìn)一步包括同時采樣所有感應(yīng)電極的步驟，由此采集受相同噪聲影響的數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述從感應(yīng)電極采樣信號的步驟進(jìn)一步包括僅使用來自受多個指狀物影響的感應(yīng)電極的數(shù)據(jù)的步驟，以及其中，同時從所述受影響的感應(yīng)電極采集所述數(shù)據(jù)。以使所述感應(yīng)電極都受到相同噪聲的影響。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟: 1)確定那個感應(yīng)電極受多個指狀物影響；以及 2)使用來自僅聯(lián)接至受多個指狀物影響的感應(yīng)電極的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的測量。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，使用獨(dú)立于噪聲強(qiáng)度和感應(yīng)電極上的信號強(qiáng)度的方法確定多個指狀物位置的步驟進(jìn) 一步包括使用加權(quán)和算法的步驟。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，對于每一個被觸摸感應(yīng)電路檢測到的指狀物，所述方法進(jìn)一步包括重復(fù)步驟3)至7)的步驟。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述方法進(jìn)一步包括從由觸摸板和觸摸屏組成的觸摸感應(yīng)裝置的組中選擇觸摸感應(yīng)裝置的步驟。
全文摘要
本發(fā)明包括用于降低觸摸板上噪聲的系統(tǒng)和方法，該觸摸板使用在橫向電極的X軸和Y軸網(wǎng)格上的互電容，該橫向電極在一個軸上用作激勵或驅(qū)動電極并且在另一軸上用作輸入或感應(yīng)電極，其中，存在影響觸摸板操作的顯著噪聲，以及其中期望通過同時采樣一組感應(yīng)電極來最小化該噪聲的影響，其中通過同時采樣感應(yīng)電極，在每根電極上的噪聲級別應(yīng)該類似，并且因此能夠從測量的信號中減去該噪聲，從而更精確地確定被感應(yīng)的物體在觸摸板上的位置。
文檔編號G09G3/30GK103080997SQ201180036958
公開日2013年5月1日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者杰瑞德·G·畢瑟維, 保羅·文森特 申請人:瑟克公司