用于感測器信號的能量有效測量的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于感測器信號的能量有效測量的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)串請案的交叉參考
[0002]本申請案主張2013年3月15日申請的美國臨時(shí)申請案第61/800，816號的權(quán)利，所述申請案全文并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及傳感器信號的測量，并且更確切地說，涉及傳感器信號的能量有效測量。
【背景技術(shù)】
[0004]當(dāng)存在電磁干擾(EMI)噪聲(例如來自切換模式電池充電器、緊湊型熒光燈(CFL)、燈調(diào)光器等的射頻噪聲)時(shí)，經(jīng)受噪聲或干擾的電場傳感器系統(tǒng)或任何其它傳感器系統(tǒng)必須操作穩(wěn)健。噪聲影響信號接收的質(zhì)量，并且噪聲可影響所接收的數(shù)據(jù)信號，其可引起所要傳感器數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤(不正確)傳感器檢測或遺漏檢測。處于傳感器掃描頻率或接近傳感器掃描頻率的噪聲功率是使接收性能降級的關(guān)鍵因素。雖然噪聲頻率是給定的，但無線傳感器系統(tǒng)的掃描頻率可發(fā)生變化。無線傳感器系統(tǒng)裝置的代碼大小及電流消耗是至關(guān)重要的，因?yàn)橛梢苿蛹斑h(yuǎn)程電池供電的應(yīng)用具有有限電池容量以及用于數(shù)據(jù)處理及存儲容量的有限計(jì)算能力及內(nèi)存。
[0005]因此，需要在存在噪聲的情況下增強(qiáng)傳感器系統(tǒng)(例如(舉例來說)電場無線傳感器系統(tǒng))的穩(wěn)健性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)各種實(shí)施例，可在存在噪聲的情況下通過事件確認(rèn)(例如觸摸墊或觸摸屏的觸摸/非觸摸)期間的掃描頻率切換來增強(qiáng)系統(tǒng)中的傳感器信號的穩(wěn)健性。因此，根據(jù)各種實(shí)施例，可在過量噪聲引起事件確認(rèn)期間的信號變動(不良信噪比)時(shí)切換掃描頻率。
[0007]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種用于改進(jìn)電容式傳感器系統(tǒng)的穩(wěn)健性的方法可包括以下步驟:a)操作所述電容式傳感器系統(tǒng)，其中由具有帶通的帶通濾波器對所接收的傳感器信號進(jìn)行濾波，所述帶通具有第一中心頻率山)使用所述傳感器系統(tǒng)來以第一速率輪詢傳感器數(shù)據(jù)；c)確定經(jīng)輪詢的傳感器值是否滿足預(yù)定閾值；d)如果滿足所述預(yù)定閾值，那么:dl)使用所述傳感器系統(tǒng)來以高于所述第一速率的第二速率輪詢傳感器數(shù)據(jù)；d2)驗(yàn)證以所述第二速率輪詢的傳感器數(shù)據(jù)是否一致；d3)如果以所述第二速率輪詢的傳感器數(shù)據(jù)不一致，那么至少重復(fù)步驟d2)，其中所述帶通濾波器受控制以具有第二中心頻率。
[0008]根據(jù)其它實(shí)施例，所述傳感器系統(tǒng)可經(jīng)配置以用與所述帶通濾波器的中心頻率匹配的系統(tǒng)頻率操作且還可操作以在與所述第一中心頻率及所述第二中心頻率匹配的系統(tǒng)頻率之間切換。根據(jù)其它實(shí)施例，所述方法還可包含:在步驟d3)中，如果以所述第二速率輪詢的傳感器數(shù)據(jù)不一致，那么重復(fù)步驟b)到d)。根據(jù)其它實(shí)施例，所述方法還可包括:如果以所述第二速率輪詢的傳感器數(shù)據(jù)一致，那么改變傳感器輸出信號的狀態(tài)。根據(jù)其它實(shí)施例，可在確定從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)的切換及從第二狀態(tài)到第一狀態(tài)的切換時(shí)應(yīng)用不同閾值。根據(jù)其它實(shí)施例，系統(tǒng)頻率可分別為所述第一頻率或所述第二頻率。根據(jù)其它實(shí)施例，系統(tǒng)頻率可在所述帶通濾波器的通帶內(nèi)。根據(jù)其它實(shí)施例，所述傳感器系統(tǒng)可包括近接傳感器，所述近接傳感器包括接收具有所述第一頻率或所述第二頻率的載波信號的第一發(fā)射電極。根據(jù)其它實(shí)施例，所述傳感器輸出信號可指示觸摸或非觸摸。根據(jù)其它實(shí)施例，所述第一輪詢速率可介于20ms與200ms之間或介于1ms與10ms之間。根據(jù)其它實(shí)施例，所述第二輪詢頻率可高于100Hz。根據(jù)其它實(shí)施例，所述方法還可包括接收電極，其中準(zhǔn)靜態(tài)交變電場形成在所述發(fā)射電極與所述接收電極之間且測量所述接收電極處的信號的衰減。
[0009]根據(jù)另一實(shí)施例，一種電容式傳感器系統(tǒng)可包括:電容式傳感器電極排列；帶通濾波器，其從所述電容式傳感器電極排列接收傳感器信號，其中所述帶通濾波器具有帶通，所述帶通具有第一中心頻率；評估單元，其經(jīng)配置以:使用所述電容式傳感器電極排列來以第一速率輪詢傳感器數(shù)據(jù)；確定經(jīng)輪詢的傳感器值是否滿足預(yù)定閾值且如果滿足所述預(yù)定閾值，那么:使用所述傳感器系統(tǒng)來以高于所述第一速率的第二速率輪詢傳感器數(shù)據(jù)；驗(yàn)證以所述第二速率輪詢的傳感器數(shù)據(jù)是否一致且如果以所述第二速率輪詢的傳感器數(shù)據(jù)不一致，那么控制所述帶通濾波器以切換到第二中心頻率。
[0010]根據(jù)所述系統(tǒng)的其它實(shí)施例，所述電容式傳感器電極排列可經(jīng)配置以用可經(jīng)切換以與所述第一中心頻率或所述第二中心頻率匹配的可變系統(tǒng)頻率操作。根據(jù)所述系統(tǒng)的其它實(shí)施例，如果以所述第二速率輪詢的傳感器數(shù)據(jù)一致，那么傳感器輸出信號可改變狀態(tài)。根據(jù)所述系統(tǒng)的其它實(shí)施例，可在確定從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)的切換以及從第二狀態(tài)到第一狀態(tài)的切換時(shí)應(yīng)用不同閾值。根據(jù)所述系統(tǒng)的其它實(shí)施例，系統(tǒng)頻率可分別為所述第一頻率或所述第二頻率。根據(jù)所述系統(tǒng)的其它實(shí)施例，系統(tǒng)頻率可經(jīng)選擇以在所述帶通濾波器的帶通內(nèi)。根據(jù)所述系統(tǒng)的其它實(shí)施例，所述電容式傳感器電極排列可包括近接傳感器，所述近接傳感器包括接收具有所述第一頻率或所述第二頻率的載波信號的第一發(fā)射電極。根據(jù)所述系統(tǒng)的其它實(shí)施例，所述傳感器輸出信號可指示觸摸或非觸摸。根據(jù)所述系統(tǒng)的其它實(shí)施例，所述第一輪詢速率可介于20ms與200ms之間或介于1ms與10ms之間。根據(jù)所述系統(tǒng)的其它實(shí)施例，所述第二輪詢頻率高于100Hz。根據(jù)所述系統(tǒng)的其它實(shí)施例，所述系統(tǒng)還可包括接收電極，其中準(zhǔn)靜態(tài)交變電場形成在所述發(fā)射電極與所述接收電極之間且測量所述接收電極處的信號的衰減。
[0011]根據(jù)又一實(shí)施例，一種用于操作具有電容式傳感器系統(tǒng)的便攜式裝置的方法可包括以下步驟:a)將所述裝置切換成低電力模式；b)以第一頻率操作所述電容式傳感器系統(tǒng)，其中由具有與所述第一頻率匹配的帶通的帶通濾波器對所接收的傳感器信號進(jìn)行濾波；c)使用以所述第一頻率操作的傳感器系統(tǒng)來以第一速率輪詢傳感器數(shù)據(jù)；d)確定經(jīng)輪詢的傳感器值是否滿足預(yù)定閾值；e)如果滿足所述預(yù)定閾值，那么:el)使用以所述第一頻率操作的傳感器系統(tǒng)來以高于所述第一速率的第二速率輪詢傳感器數(shù)據(jù)；e2)驗(yàn)證以所述第二速率輪詢的傳感器數(shù)據(jù)是否一致；e3)如果以所述第二速率輪詢的傳感器數(shù)據(jù)不一致，那么至少重復(fù)步驟e2)，其中以第二頻率操作所述傳感器系統(tǒng)且所述帶通濾波器受控制以與所述第二頻率匹配；f)如果在步驟e3)中已驗(yàn)證以所述第二速率輪詢的傳感器數(shù)據(jù)一致，那么將所述便攜式裝置從低電力模式切換成正常操作模式。
【附圖說明】
[0012]圖1示出單個(gè)帶通濾波器的濾波函數(shù)；
[0013]圖2示出具有不同中心頻率的兩個(gè)帶通濾波器的濾波函數(shù)；
[0014]圖3示出在正常輪詢及驗(yàn)證輪詢期間輪詢傳感器數(shù)據(jù)的時(shí)序；
[0015]圖4示出示例性便攜式電池操作裝置；
[0016]圖5示出使用無噪聲的第一濾波器頻率的數(shù)據(jù)輪詢；
[0017]圖6示出使用具有濾波器帶寬外的噪聲的第一濾波器頻率的數(shù)據(jù)輪詢；
[0018]圖7示出使用具有濾波器帶寬內(nèi)的噪聲的第一濾波器頻率的數(shù)據(jù)輪詢；
[0019]圖8示出在正常輪詢及滯后驗(yàn)證輪詢期間輪詢傳感器數(shù)據(jù)的時(shí)序；
[0020]圖9示出在存在噪聲時(shí)不同濾波器之間的切換；
[0021]圖10示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]例如，用于接近檢測的電場傳感器系統(tǒng)使用三維電場傳感器排列且通常例如使用10kHz信號來產(chǎn)生準(zhǔn)靜態(tài)交變電場。例如，此電場從生成所述電場的裝置豎直延伸超過1cm0用戶可在例如不用手觸摸裝置的情況下進(jìn)入此電場，并且由用戶執(zhí)行的手勢將擾動所述電場。接著，可由傳感器排列測量此類畸變且由所述排列確定的動態(tài)及靜態(tài)特性可用來斷定已執(zhí)行何種類型的手勢。
[0023]此系統(tǒng)通?？墒褂靡缘谝还ぷ黝l率的直接取樣來檢測用戶的接近。參考圖1，圖中描繪根據(jù)本發(fā)明的教示內(nèi)容的對單個(gè)頻率的濾波效果的頻率響應(yīng)圖。如圖1中所示出，應(yīng)用具有100kHz中心頻率的帶通濾波器。這允許聚焦于由發(fā)射器電極生成的載波信號，同時(shí)濾除可擾動載波頻率的所有其它可能信號，因?yàn)橐运龅谝还ぷ黝l率或接近所述第一工作頻率的干擾噪聲及干擾信號可使傳感器系統(tǒng)的正確操作降級。單頻濾波可是有效的，但不足以有效地滿足新EMC標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-6，因?yàn)樵肼曤娖娇筛哂诠ぷ餍盘栯娖健?br>[0024]為了在不增加傳感器裝置的電力消耗的情況下增強(qiáng)濾波效果，可引進(jìn)第二工作頻率。參考圖2，圖中描繪根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)例實(shí)施例的對雙頻的濾波效果的頻率響應(yīng)圖。因此，圖2示出在以某個(gè)掃描頻率取得的傳感器值集內(nèi)的主要濾波效果。傳感器值集的長度界定濾波函數(shù)的銳度。靠近所述掃描頻率的噪聲將歸因于低噪聲衰減而引起信號變動。所述工作頻率應(yīng)