專利名稱：觸摸傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般地，本發(fā)明涉及觸摸傳感器，更具體地，涉及電容式觸摸傳感器的 控制系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)的電容式觸摸傳感系統(tǒng)包括具有多個鍵的鍵盤。每個鍵包括覆蓋有 介電元件的導(dǎo)電墊片。導(dǎo)電墊片連接到監(jiān)控該墊片的電流電平的控制電路。 一般地，向該墊片提供具有恒定幅度的電流，并且當(dāng)用戶觸摸鍵時，該電流 的一部分被吸收到用戶。鍵觸摸表示電路電容的變化，并且導(dǎo)致電流電平改變。
常規(guī)觸摸傳感系統(tǒng)的 一個問題為該觸摸傳感系統(tǒng)可能錯誤地檢測出故 障觸摸(faultytouch)。這些故障觸摸由各種問題引起，例如噪聲產(chǎn)生的干擾， 制造或環(huán)境因素引起的非均衡的鍵敏感度，由于如溫度或濕度等環(huán)境因素的 鍵敏感度的漂移，以及諸如金屬物體、水、或者動物等非用戶對象的觸摸。 故障觸摸可能使觸摸傳感系統(tǒng)以不希望的方式激活受控設(shè)備。
至少某些公知的觸摸傳感系統(tǒng)已經(jīng)處理了這些問題中的一或多個。例如， 在美國專利第5,760,715號中，描述了用于檢測故障觸摸的現(xiàn)有技術(shù)觸摸傳感 系統(tǒng)。在5,760,715號專利中，使用無墊片觸摸傳感器來檢測傳感位置上的、 用戶對耦合至地的介電元件的觸摸。該傳感器包括向其施加預(yù)定電勢的導(dǎo)電 板。同時，產(chǎn)生測試脈沖到地。當(dāng)用戶在傳感位置上觸摸介電元件時，由于 在地、用戶、以及傳感器之間形成的電容式電路，在測試脈沖期間，產(chǎn)生導(dǎo) 電板中的電勢變化。這樣，直接置于介電元件之上的異物或異體將不會錯誤 地產(chǎn)生觸摸條件。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供了一種觸摸傳感器，包括鍵盤，具有限定觸摸傳感位 置的鍵；以及與鍵相關(guān)的控制電路。該控制電路包括晶體管，并且該鍵基于
觸摸事件控制該晶體管。脈沖信號發(fā)生器連接到控制電路，并且生成傳送到 控制電路的脈沖信號。該脈沖信號對晶體管加電，當(dāng)在相關(guān)鍵處發(fā)生觸摸事 件時，該晶體管輸出觸摸信號，并且當(dāng)在相關(guān)鍵處發(fā)生非觸摸事件時，該晶 體管輸出非觸摸信號。分析器連接到控制電路，并且從晶體管接收指示觸摸 事件的觸摸信號與指示非觸摸事件的非觸摸信號中的一個。
可選地，只有在晶體管由脈沖信號加電之后，該晶體管才可以輸出觸摸 信號與非觸摸信號，并且在脈沖信號之間，晶體管未被加電，并且不向分析 器提供輸出。當(dāng)用戶正在觸摸觸摸傳感位置時，晶體管的基極可以電容耦合 至用戶。在觸摸事件期間與在非觸摸事件期間，通過晶體管的電流可以不同。
可選地，分析器比較以下中的一個觸摸信號與非觸摸信號之間的電容變化， 觸摸信號的幅度與非觸摸信號的幅度，以及觸摸信號達到預(yù)定值的時間與 一卄 觸摸信號達到相同預(yù)定值的時間。
在另一方面，提供了一種觸摸傳感器，包括鍵盤，具有按鍵行與鍵列 的矩陣排列的多個鍵，每個鍵限定觸摸傳感位置；以及與每個4泉相關(guān)的控制 電路。該控制電路對于每個鍵包括一個晶體管，并且每個鍵基于觸摸事件控 制該晶體管。脈沖信號發(fā)生器連接到控制電路，并且生成傳送到與每個鍵相 關(guān)的控制電路的脈沖信號。該脈沖信號對晶體管加電，當(dāng)在相關(guān)鍵處發(fā)生觸 摸事件時，該由脈沖信號加電的晶體管輸出觸摸信號，并且當(dāng)在相關(guān)鍵處發(fā) 生非觸摸事件時，該晶體管輸出非觸摸信號。分析器連接到控制電路，并且 從晶體管接收指示觸摸事件的觸摸信號與指示非觸摸事件的非觸摸信號中的 一個。
可選地，脈沖信號發(fā)生器可以按逐行順序依次將脈沖施加到鍵，并且分 析器可以按逐列順序依次分析晶體管的輸出。
在另一方面，提供了一種利用觸摸傳感器來檢測觸摸事件的方法，該觸 摸傳感器包括鍵、以及包含晶體管的相關(guān)控制電路。該方法包括從控制器 向與鍵相關(guān)的控制電路發(fā)送脈沖信號，利用該脈沖信號對晶體管加電，以及 一旦加電后，當(dāng)在鍵處發(fā)生觸摸事件時，生成觸摸信號，以及當(dāng)在鍵處發(fā)生 非觸摸事件時，生成非觸摸信號。該方法還可以包括分析來自晶體管的所生 成的信號。


圖1為根據(jù)本發(fā)明示范性實施例形成的電容式觸摸傳感器的示意圖； 圖2為圖1所示的電容式觸摸傳感器的示意電路圖； 圖3為圖1所示的電容式觸摸傳感器的示范性操作的時序圖； 圖4為根據(jù)本發(fā)明可替換實施例形成的可替換電容式觸摸傳感器的示意 電路圖5為利用圖1所示的觸摸傳感器的示范性設(shè)備的示意圖。
具體實施例方式
圖1為根據(jù)本發(fā)明示的電容式觸摸傳感器10的示意圖。觸摸傳感器10 安裝在介電元件12下面，并且顯示處于"觸摸"條件下，這是因為介電元件12 的傳感位置14由用戶的手指16觸摸。當(dāng)用戶實際觸摸傳感位置14時，或者 當(dāng)用戶緊靠傳感位置14、從而用戶以電容方式與觸摸傳感器10交互時，發(fā) 生觸摸事件。觸摸傳感器10包括位于介電元件12之下的導(dǎo)電墊片18。墊片 18與介電元件12上的觸摸傳感位置14配準(zhǔn)。觸摸傳感器10還包括其上有 控制電路的電路板20,其形成觸摸電路。墊片18連接到電路板20?？蛇x地， 墊片18可以為實體導(dǎo)電墊片，或者墊片18可以為電路板20上聚集在傳感位 置14上的多個導(dǎo)電電^各板跡線(conductive circuit board trace )。
觸摸傳感位置14、相應(yīng)的導(dǎo)電墊片18、以及與墊片18相關(guān)聯(lián)的觸摸電 路被稱為"鍵"。如果適當(dāng)，則可以提供標(biāo)記，以向用戶指示手指16必須觸摸 以達到該鍵上的觸摸條件的確切位置。當(dāng)時，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，術(shù)語"手 指"可以替換為能夠用來觸摸鍵的任何身體部分。排列單個鍵或者多個鍵來形 成鍵盤，其可以用于家庭、辦公室或者工業(yè)用途。
在操作時，觸摸電路使用多個分布式電容來檢測鍵的觸摸。觸摸電路使 用在用戶的手指16與墊片18之間建立的、具有電容C1的電容器，以檢測觸 摸事件。觸摸電路還使用在用戶的身體與諸如地球地面或者虛地30等導(dǎo)電物 體之間建立的、具有電容C2的電容器，以檢測觸摸事件。觸摸電路還使用在 觸摸電路的電路地32與地球或者虛地30之間建立的、具有電容C3的電容器， 以檢測觸摸事件。典型地，分布式電容C2與C3具有比分布式電容Cl大幾 百倍的值?？蛇x地，分布式電容C1具有范圍在10微微法(pf)與0.5pf之間的 值，但是，觸摸電路不限于該值范圍。
圖2為觸摸傳感器IO的觸摸電路的示意電路圖。在所示實施例中，觸摸
傳感器10包括按矩陣排列的多個鍵?？蛇x地，可以按行與列的網(wǎng)格模式排列 鍵。應(yīng)該知道可以在觸摸傳感器10中包含任意數(shù)目的鍵，并且觸摸傳感器 10可以包含任意數(shù)目行與列的鍵。在所示實施例中，在四行四列中提供16 個鍵。4建被標(biāo)識為Kl至K16。行被標(biāo)識為R0W1至ROW4。列被標(biāo)識為COL1 至COL4。觸摸電路使每個鍵關(guān)聯(lián)電阻器與晶體管。電阻器被標(biāo)識為Rl至 R16,其分別對應(yīng)于鍵K1至K16。晶體管被標(biāo)識為Ql至Q16,其分別對應(yīng) 于鍵Kl至K16。每個鍵Kl至K16與同 一行內(nèi)的其他每個鍵并聯(lián)在觸摸電路 內(nèi)。
觸摸傳感器10包括控制器40，用來檢測用戶的觸摸事件?？刂破?0連 接到供應(yīng)電壓42，并且控制器40還連接到電路地44?？刂破?0還連接到每 個行R0W1至ROW4、以及每個列C0L1至COL4。在一個實施例中，來自 每個行R0W1至ROW4的輸入或者反饋由控制器40的分析器部分46分析。 可替換地，可以配備分離的分析器，并且將其連接到每個列?？蛇x地，可以 在控制器40與每個鍵行R0W1至ROW4之間連接供應(yīng)晶體管。這些供應(yīng)晶 體管被標(biāo)識為Q17至Q20,其中Q17連接在控制器40與R0W1之間；Q18 連接在控制器40與ROW2之間；Q19連接在控制器40與ROW3之間；并且 Q20連接在控制器40與ROW4之間。另外，每個供應(yīng)晶體管Q17至Q20的 輸入連接到供應(yīng)電壓48。在操作時，控制器40選擇性地控制或者選擇性地 激活供應(yīng)晶體管Q17至Q20,以將供應(yīng)電壓48分別連接到相應(yīng)的鍵行R0W1 至ROW4。
控制器40可以包括脈沖信號發(fā)生器50,其生成脈沖信號，并且依次將 脈沖信號送往晶體管Q17至Q20中的一個。脈沖信號發(fā)生器50 —次將多個 脈沖信號施加到單個鍵行。可選地，在向晶體管Q17至Q20中的不同的一個 發(fā)送一系列脈沖信號之前，脈沖信號發(fā)生器50向晶體管Q17至Q20中的一 個發(fā)送一系列脈沖信號。例如，在向下一行發(fā)送四個脈沖信號之前，脈沖信 號發(fā)生器50向一行發(fā)送四個脈沖信號。 一旦發(fā)送了脈沖信號，則特定晶體管 Q17至Q20被加電或者激活，并且供應(yīng)電壓48分別連接到相應(yīng)的鍵行R0W1 至ROW4。供應(yīng)電壓48選擇性地加電或者啟動與鍵K1至K16關(guān)聯(lián)的晶體管 Q1至Q16,以檢測鍵K1至K16上的可能的觸摸。例如，供應(yīng)電壓48連接 到晶體管Ql至Q16的基極，以對晶體管加電。可選地，也將供應(yīng)電壓連接
到晶體管Ql至Q16的輸入。
一旦加電，從每個鍵向控制器40往回發(fā)送關(guān)于觸摸事件或者非觸摸事件 的反饋信息。當(dāng)正在發(fā)生觸摸事件時，向控制器40發(fā)送觸摸信號。當(dāng)正在發(fā) 生非觸摸事件或者非觸摸條件時，向控制器40發(fā)送非觸摸信號。反饋信息可 以關(guān)于電容的變化或者指示觸摸的電容；反饋信息可以關(guān)于收到特定值的信 號的時間；或者反饋信息可以關(guān)于用來指示發(fā)生了觸摸的預(yù)定時間處的信號 的幅度。對于觸摸事件的反饋信息不同于對于非觸摸事件的反饋信息。這樣， 控制器40就能夠區(qū)分反饋信息，以確定是否正在發(fā)生觸摸事件。
反饋信息從鍵開始、沿相應(yīng)列C0L1至C0L4、往回傳送到控制器40。 可選地，反饋信息從每個晶體管的輸出傳送到控制器40。通過確定正在發(fā)其 信號或脈沖的行、并且解釋來自列的反饋信息，控制器40能夠唯一地識別出 用戶觸摸了哪個鍵。作為例子，如果控制器40正在行ROW3處生成脈沖信 號、并且正在列COL2識別出觸摸信號，則正在觸摸鍵K10。
觸摸電路將每個列接地到電路地32?？蛇x地，可以在每個鍵列C0L1至 COL4與電^^地32之間連接電阻器。這些電阻器^L標(biāo)識為R17至R20,其中 R17連接在C0L1與電路地32之間；R18連接在COL2與電路地32之間； R19連接在COL3與電路地32之間；并且R20連接在COL4與電路地32之 間?？商鎿Q地，電阻器R17至R20可以連接到地球地30。
參照一個鍵，例如鍵Kl,在使用期間，向電阻器R1發(fā)送從供應(yīng)電壓48 傳送到ROW1的電流，電阻器Rl將電流降低到當(dāng)在用戶與觸摸電路之間建 立電容Cl時、可以容易地測量變化的值?？蛇x地，電阻器Rl作為晶體管 Ql的偏壓電阻器。電阻器R1連接到晶體管Ql的基極，并且電流對晶體管 Ql充電或者加電。當(dāng)用戶靠近鍵K1時，電容C1增加，并且傳送到晶體管 Ql的基極的電流的一部分被分流到用戶身體的較低的阻抗。該缺失電流(其 可以由觸摸信號的變化識別)由控制器分析，以確定發(fā)生了觸摸條件。例如， 電容的變化或者指示觸摸的電容可以指示發(fā)生了觸摸?？蛇x地，收到特定值 的信號的時間可以指示發(fā)生了觸摸，其中如果正在發(fā)生觸摸條件，則該時間 增加。可替換地，在預(yù)定時間處的信號的幅度可以指示發(fā)生了觸摸，其中如 果正在發(fā)生觸摸條件，則該幅度較低。
此處描述觸摸傳感器10的示范性操作。在操作時，控制器40依次提供 脈沖給觸摸電路，以確定正在觸摸哪個鍵(如果有的話)?？刂破?0系統(tǒng)地
監(jiān)控鍵， 一次一個，以確定在給定鍵上是否正在發(fā)生觸摸事件。在示范性操
作中，控制器40首先確定是否在鍵Kl上正在發(fā)生觸摸事件?？刂破?0通 過晶體管Q17，向R0W1發(fā)送脈沖信號。 一旦脈沖信號激活晶體管Q17,就 從供應(yīng)電壓42向R0W1發(fā)送電流。其他每個行(即ROW2、 R0W3、以及 R0W4)沒有收到電流，并且那些行中的每個晶體管(即Q5至Q16)沒有被 加電，并且保持未激活，從而那些晶體管不向控制器40發(fā)送任何信號進行分 析。
控制器40為了反饋信息監(jiān)控COL1。在非觸摸條件下(其中用戶沒有正 在觸摸鍵K1 )，晶體管Ql接收并且放大傳送到鍵K1的脈沖信號或者電流。 然后從晶體管Ql的輸出端輸出非觸摸信號，并且將其傳送給控制器40進行 分析?？蛇x地，對于預(yù)定的脈沖時間傳送脈沖信號。例如，因為在收到脈沖 信號之前、晶體管Ql處于未激活狀態(tài)并且未被加電，所以晶體管Q1具有喚 醒時間，其持續(xù)預(yù)定的喚醒時間，例如5微秒。這樣，對于預(yù)定的脈沖時間 激活脈沖信號，該預(yù)定的脈沖時間長于喚醒時間，例如50微秒。可選地，喚 醒時間可以提供控制器40收到反饋信息的延遲。喚醒時間也可以向控制器 40提供不精確的反饋信息。這樣，控制器40可以忽略在喚醒時間期間收集 的反饋信息。
如果正在發(fā)生觸摸事件(其中用戶正在觸摸鍵K1)，則提供給控制器40 的反饋信息不同于當(dāng)正在發(fā)生非觸摸事件時的反饋信息。這樣，控制器40就 能夠區(qū)分觸摸事件與非觸摸事件?？蛇x地，控制器40可以包括用來促進區(qū)分 觸摸事件與非觸摸情形的設(shè)備或者控制算法。下面將更詳細(xì)描述這些控制算
法的至少某些?？刂破?0還可以包括不同的模塊，其降低干擾，或者減少噪 聲，以更好地區(qū)分觸摸情形與非觸摸情形?？刂破?0還可以包括提供自校準(zhǔn) 的模塊，以補償各種參數(shù)，例如溫度或者濕度，以有助于區(qū)分觸摸情形與非 觸摸情形?？梢园渌K，其提供每個鍵之間的均衡、或者錯誤激活檢 測，以有助于區(qū)分觸摸情形與非觸摸情形。
當(dāng)在C0L1處檢測到觸摸時，控制器40可以提供輸出或者執(zhí)行輸出52 上的功能。該輸出或者所執(zhí)行的功能依賴于觸摸傳感器10所用于的具體應(yīng) 用。在示范性實施例中， 一旦在鍵K1處檢測到觸摸,控制器40就執(zhí)行錯誤 激活檢查，以確定是否正在發(fā)生觸摸。控制器40將再次向ROW1發(fā)送脈沖 信號，并且控制器40將再次為了反饋信息監(jiān)控C0L1。可選地，控制器40
連續(xù)地接收預(yù)定數(shù)目的對于觸摸的肯定指示，以確定實際正在發(fā)生觸摸。在 可替換實施例中，與再次檢查鍵K1不同，控制器40將繼續(xù)正常的操作，并
且依次檢查所有鍵K2至K16,然后再次重新檢查每個^t。
在正常操作條件下，當(dāng)在鍵K1處檢測到非觸摸條件時，控制器40繼續(xù) 依次檢查每個鍵K1至K16。例如，在檢查了鍵K1之后，控制器40將確定 在鍵K2處是否正在發(fā)生觸摸。控制器40向R0W1發(fā)送脈沖信號，并且控制 器40為了反饋信息監(jiān)控COL2。 一旦控制器40確定了鍵K2的狀態(tài)，控制器 40就確定在鍵K3處是否正在發(fā)生觸摸?？刂破?0向ROW1發(fā)送脈沖信號， 并且控制器40為了反饋信息監(jiān)控COL3 。 一旦控制器40確定了鍵K3的狀態(tài)， 控制器40就確定在鍵K4處是否正在發(fā)生觸摸。控制器40向R0W1發(fā)送脈 沖信號，并且控制器40為了反饋信息監(jiān)控COL4。
一旦確定了 R0W1中的每個鍵K1至K4的狀態(tài)，控制器40就以類似的 方式確定ROW2中的鍵K5至K8的狀態(tài)?？刂破?0通過晶體管Q18發(fā)送脈 沖信號到ROW2。 一旦該信號激活了晶體管Q18,電流就從供應(yīng)電壓42送往 ROW2。其他每個行(即R0W1、 ROW3、以及ROW4)沒有收到電流，并 且那些行中的每個晶體管(即Ql至Q4以及Q9至Q16 )沒有被加電，并且 保持未激活。控制器40通過依次分別監(jiān)控COL1至COL4，為了反饋信息依 次檢查每個鍵K5至K8。執(zhí)行類似的的處理，以確定鍵K9至K16的狀態(tài)。 一旦依次檢查了每個鍵K1至K16,就對于鍵K1再次重復(fù)該處理。在可替換 實施例中，可以按不同的模式完成檢查鍵K1至K16的順序，例如通過在移 動到下一行之前依次檢查一行中的每個鍵，或者以隨機化的模式。
如上所述，控制器40可以包括影響觸摸傳感器10的總體性能的各種模 塊?？蛇x地，控制器40可以包括抖動模塊，其生成具有相對較低幅度譜的鍵 掃描信號或者脈沖信號，以最小化鍵掃描信號與外部的強大噪聲信號之間的 干擾。抖動模塊可以包括濾波器，用來過濾不在鍵掃描信號的幅度譜內(nèi)的信 號。另外，對于具有較低幅度的掃描信號，例如在觸摸條件期間(此時一部 分電流被分流到用戶身體)，可以更容易地檢測信號的變化。
控制器40也可以包括噪聲消隱模塊，其阻止觸摸信號被分析或者監(jiān)控， 以防止故障激活。例如，當(dāng)在觸摸傳感器10的附近生成強大的電噪聲時，可 能向控制器40發(fā)送故障信號。噪聲消隱模塊根據(jù)這些故障信號，防止來自控 制器40的故障激活或者輸出?？蛇x地，噪聲消隱模塊可以使用掃描反饋信號
來檢測外部噪聲，或者噪聲消隱模塊可以使用外部傳感器來檢測外部噪聲。 這樣，控制器在噪聲環(huán)境下操作更穩(wěn)定。
控制器40可以包括自校準(zhǔn)模塊，其對各種環(huán)境因素(例如溫度或者濕度) 補償每個鍵的敏感度。自校準(zhǔn)模塊使用低通濾波器，其在一時間段上監(jiān)控每 個鍵的觸摸信號。如果檢測到漂移，則可以改變鍵敏感度以補償該漂移。
如上所述，控制器40可以包括錯誤鍵激活模塊，其確定是否正在發(fā)生觸
摸情形，并且用來檢測與消除快速電容變化或者隨機噪聲。該錯誤鍵激活模 塊要求多個連續(xù)的肯定觸摸信號來確認(rèn)實際發(fā)生了觸摸。該錯誤鍵激活模塊
也保證了用戶的手指16 (圖1所示)保持在鍵上一預(yù)定的時間量，并且不是 無意的觸摸。
控制器40可以包括地環(huán)路檢測模塊，其可以檢測觸摸是否由用戶造成、 或者觸摸是否由非用戶物體(例如無意落在觸摸傳感位置14 (圖1所示)上 的金屬物體或者水滴)造成?？蛇x地， 一個鍵可以由地循環(huán)檢測電路替換， 例如圖2所示的鍵K13處顯示的可選電路。當(dāng)使用地環(huán)路檢測電路時，在鍵 13處不提供觸摸位置。晶體管Q13的基極連接到地球或者虛地30。對于每 個其他鍵，控制器40以類似的方式分析地循環(huán)檢測電路。將通過晶體管Q13 的電流測量并且存儲在控制器40中，作為與來自其他鍵的信號比較的基準(zhǔn)。 例如，如果在一個鍵處接收的測定信號對應(yīng)于來自地環(huán)路檢測電路的信號， 則識別觸摸事件。但是，如果在一個鍵處的測定信號未對應(yīng)于來自地環(huán)路檢 測電路的信號，則可能正在發(fā)生非用戶觸摸。這樣，可以確定非觸摸情況。 另外，地環(huán)路檢測模塊可以用來根據(jù)電容變化，確定正在觸摸觸摸傳感器10 的用戶的尺寸?？蛇x地，控制器40可以根據(jù)人員的尺寸，阻止輸出控制信號。 例如，如果控制器40確定小孩正在試圖觸摸觸摸傳感器10，則控制器40可 以拒絕向所連接的設(shè)備發(fā)送輸出。
控制器40可以包括均衡模塊，其提供相等的鍵敏感度。典型地，由于制 造或環(huán)境公差、或者由于鍵盤上鍵位置、或者由于鍵的尺寸，鍵盤中某些鍵 可能具有不同的敏感度。介電元件12 (在圖1中顯示)的材料的厚度或者類 型也可能影響敏感度。均衡模塊通過利用基準(zhǔn)或者校準(zhǔn)信號以記錄對于每個 鍵的門限值，產(chǎn)生對于鍵盤的敏感度圖，然后使用該門限值來建立敏感度均 勻的鍵盤?？蛇x地，均衡模塊減少每個鍵的敏感度，直至檢測到基準(zhǔn)信號。 可替換地，均衡模塊增加每個鍵的敏感度，直至該鍵不再檢測到基準(zhǔn)信號。
一旦確定了門限值，就可以將該值保存在存儲器或者EEPROM中以產(chǎn)生敏感度圖。
圖3為觸摸傳感器IO的示范性操作的時序圖。該圖顯示多個節(jié)點處的脈 沖信號，并且顯示在所識別的鍵(即鍵K1至K6)的采樣處的觸摸事件60。 但是，應(yīng)該理解控制器40將分析對于鍵盤中提供的所有鍵的觸摸事件60。 該圖顯示節(jié)點A與節(jié)點B (其分別對應(yīng)于與R0W1與ROW2相關(guān)的電路) 處的脈沖信號。但是，應(yīng)該理解控制器40將分析對于鍵盤中提供的所有行 的脈沖信號。該圖顯示節(jié)點C、節(jié)點D、節(jié)點E、與節(jié)點F(其分別對應(yīng)于與 C0L1至C0L4相關(guān)的電路)處的脈沖信號。但是，應(yīng)該理解控制器40將 分析對于鍵盤中提供的所有列的脈沖信號。該圖還用由附圖標(biāo)記62標(biāo)識的虛 線框顯示控制器40正在分析的觸摸信號。
在操作時，如上所述，控制器40按照逐行的順序，依次向鍵施加脈沖。 如圖3所示，控制器40向每個行施加一系列4個脈沖，然后向下一行施加另 外一系列脈沖。例如，從時間Tl開始，節(jié)點A標(biāo)識4個脈沖，然后在預(yù)定 時間內(nèi)不再接收脈沖。在向節(jié)點A發(fā)送了 4個脈沖之后，節(jié)點B接收一系列 4個脈沖，但是在圖3中只顯示了兩個脈沖。然后向ROW3施加4個脈沖， 之后向ROW4施加4個脈沖。
控制器40接收并且分析來自每個鍵的、每個列C0L1至COL4處的信號 形式的反饋信息。請注意，因為行中的每個鍵都收到來自控制器40的脈沖信 號，所以控制器40將從每個列中接收反饋信息進行分析。收到的信號或者為 指示該鍵處的觸摸事件的觸摸信號，或者為指示該鍵處的非觸摸事件的非觸 摸信號。觸摸信號與非觸摸信號相互不同，從而控制器40可以識別觸摸事件。 可選地，非觸摸信號形狀為三角形，并且可能具有斜坡部分。斜坡部分的高 度可以對應(yīng)于信號的幅度?？蛇x地，該信號的頻率對應(yīng)于從控制器40發(fā)送來 的脈沖信號。因為用戶的觸摸事件改變該脈沖信號，所以觸摸信號與非觸摸 信號不同。可選地，信號變化可以由用戶到鍵的電容耦合引起。在所示實施 例中，觸摸信號包括斜坡部分，其與非觸摸信號相比具有不同的坡度?？蛇x 地，在觸摸事件期間，信號的幅度不同，因為在觸摸事件期間在鍵處可能幅 度較低。雖然圖3所示的信號的形狀為三角形，但是請注意信號可以具有不 同的形狀，例如矩形、方波形、彎曲形等等。另外，觸摸信號的形狀可以不 同于圖3所示的觸4莫信號的形狀。
如上所述，控制器40按照逐列的順序依次分析晶體管的輸出。該輸出可
以為觸摸信號或非觸摸信號。在所示實施例中，在時間Tl，控制器40正在 分析來自C0L1的信號，如節(jié)點C處的信號所示。該信號為觸纟莫信號，如虛 線框62中所示，這是因為在鍵K1處正在發(fā)生觸摸事件60。雖然每個其他列 C0L2至COL4在時間Tl都正在接收信號，如節(jié)點D、 E、 F處的信號所示， 但是控制器40不分析那些列處的信號?？商鎿Q地，控制器40可以一次分析 來自多個列的多個信號。在另一個可替換實施例中，可以提供分離的分析器 來分析信號。在時間T2,控制器40正在分析來自COL2的信號，如節(jié)點D 處的信號所示。該信號為非觸摸信號，這是因為在鍵K2處正在發(fā)生非觸摸 事件。雖然時間T2鍵K1仍然指示觸摸信號，但是控制器40只分析鍵K2的 狀態(tài)。在時間T3，控制器40正在分析來自COL3的信號，如節(jié)點E處的信 號所示。該信號為非觸摸信號，這是因為在鍵K3處正在發(fā)生非觸摸事件。 在時間T4,控制器40正在分析來自COL4的信號，如節(jié)點F處的信號所示。 該信號為非觸摸信號，這是因為在鍵K4處正在發(fā)生非觸摸事件。
在時間T5,控制器40正在向ROW2提供脈沖，并且控制器40正在通過 分析節(jié)點C處的信號，分析鍵K5的狀態(tài)。雖然正在觸摸鍵Kl,但是在節(jié)點 C處提供非觸摸信號。這樣，控制器40能夠通過向單個鍵行提供脈沖、并且 分析單個鍵列，唯一地識別正在被觸摸的鍵。在所示實施例中，控制器40還 通過分析鍵K2處的信號、在時間T8識別出觸摸信號，并且通過分析鍵K6、 在時間T12識別出觸摸信號。請注意在任意一個時間，可以觸摸多個鍵， 并且控制器40能夠唯一地識別每個正在被觸摸的鍵。還請注意脈沖速度應(yīng) 該足夠快，以在正常觸摸事件期間向每個鍵提供許多脈沖，從而更好地識別 觸摸事件，并且識別可能的錯誤或者故障觸摸。
圖4為可替換觸摸傳感器70的可替換觸摸電路的示意電路圖。在所示實 施例中，觸摸傳感器70包括按矩陣排列的多個鍵?？蛇x地，可以按行與列的 網(wǎng)格模式排列鍵。應(yīng)該知道可以在觸摸傳感器70中包含任意數(shù)目的鍵，并 且觸摸傳感器70可以包含任意數(shù)目行與列的鍵。在所示實施例中，在四行四 列中提供16個鍵。鍵被標(biāo)識為Kl至K16。行被標(biāo)識為R0W1至ROW4。列 被標(biāo)識為C0L1至COL4?？蛇x地，觸摸電路使每個鍵關(guān)聯(lián)電阻器與晶體管。 但是，觸摸電路可以包含功能為識別一個鍵上的觸摸事件的其他組件。電阻 器被標(biāo)識為Rl至R16,其分別對應(yīng)于鍵Kl至K16。晶體管被標(biāo)識為Ql至
Q16,其分別對應(yīng)于鍵K1至K16。每個鍵K1至K16與同一行內(nèi)的其他每個 鍵并聯(lián)在觸摸電路內(nèi)。
觸摸傳感器70包括控制器80，用來檢測用戶的觸摸事件?？刂破?0連 接到供應(yīng)電壓82,并且控制器80還連接到電路地84?？刂破?0還連接到每 個行ROWl至ROW4、以及每個列COL1至COL4。在一個實施例中，來自 每個列COL1至COL4的輸入或者反饋由控制器80的分析器部分86分析。 可替換地，可以配備分離的分析器，并且將其連接到每個列?？蛇x地，可以 在控制器80與每個鍵行ROW1至ROW4之間連接開關(guān)。這些開關(guān)被標(biāo)識為 Sl至S4,其中Sl連接在控制器80與ROW1之間；S2連接在控制器80與 ROW2之間；S3連接在控制器80與ROW3之間；并且S4連接在控制器80 與ROW4之間?？蛇x地，開關(guān)Sl至S4表示運算放大器。每個開關(guān)S1至S4 的第一輸入端連接到控制器80，并且操作信號可以從控制器80傳送到相應(yīng) 的開關(guān)S1至S4。每個開關(guān)Sl至S4的第二輸入端連接到地。另外，每個開 關(guān)連接到兩個電源。該電源凈皮標(biāo)識為VI與V2。可選地，每個開關(guān)Sl至S4 連接到相同的兩個電源，從而從每個電源VI與V2向每個開關(guān)Sl至S4提供 相同的電壓?？商鎿Q地，電源可以對每個開關(guān)S1至S4不同?？蛇x地，VI可 以為正電源，并且V2可以為負(fù)電源?？蛇x地，VI與V2的電壓可以相等但 是相反。在一個實施例中，Vl可以為+15伏特，并且V2可以為-15伏特。但 是，VI與V2可以分別具有不同于+15與-15的電壓電平。
在操作時，控制器80選擇性地控制或者選擇性地激活開關(guān)Sl至S4,以 將電源VI與V2分別連接到對應(yīng)的鍵行ROW1至ROW4。當(dāng)沒有向行發(fā)送 信號時，開關(guān)輸出來自V2的電力。當(dāng)控制器80向一個開關(guān)(例如S1)發(fā)送 信號時，開關(guān)Sl輸出來自VI的電力到每個鍵K1至K4。 一旦加電，從每個 鍵K1至K4向控制器80往回發(fā)送關(guān)于觸摸事件或者非觸摸事件的反饋信息。 當(dāng)正在發(fā)生觸摸事件時，向控制器80發(fā)送觸摸信號。當(dāng)正在發(fā)生非觸摸事件 或者非觸摸情形時，向控制器80發(fā)送非觸摸信號。反饋信息可以關(guān)于電容的 變化或者指示觸摸的電容；反饋信息可以關(guān)于收到特定值的信號的時間；或 者反饋信息可以關(guān)于用來指示發(fā)生了觸摸的預(yù)定時間處的信號的幅度。對于 觸摸事件的反饋信息不同于對于非觸摸事件的反饋信息。這樣，控制器80就 能夠區(qū)分反饋信息，以確定是否正在發(fā)生觸摸事件。另外，選擇V1與V2之 間的電壓差，以提供明顯的或者可測量的反饋信號。例如，較大的電壓差對
應(yīng)于較大的反饋信號，并且對于較大的反饋信號，反饋信號的變化更容易被
識別和/或測量?？蛇x地，可以控制V1和/或V2的電壓，以限制到控制器80 的最大反饋信號。在一個實施例中，反饋信號的電壓可以被限制到最大5伏 特，但是該最大值可以依賴于控制器80的類型或尺寸。
以與觸摸傳感器10類似的方式，對于觸摸傳感器70的反饋信息從鍵開 始、沿相應(yīng)列C0L1至C0L4、往回傳送到控制器80?？蛇x地，反4赍信息/人 每個晶體管的輸出傳送到控制器80。通過確定正在發(fā)其信號或脈沖的行、并 且解釋來自列的反饋信息，控制器80能夠唯一地識別用戶觸摸了哪個鍵。作 為例子，如果控制器80正在行R0W3處生成脈沖信號、并且正在列COL2 識別出觸摸信號，則正在觸摸鍵KIO。
圖5為利用觸摸傳感器10的示范性設(shè)備100的示意圖。設(shè)備100包括外 殼102,其容納觸摸傳感器10。可選地，設(shè)備IOO可以包括顯示器104。設(shè) 備IOO可以包括內(nèi)部控制器106，在圖5中以虛線表示。設(shè)備IOO可以通過 有線連接或者無線連接，與從屬設(shè)備、機器、或者系統(tǒng)108通信。觸摸傳感 器IO上的觸摸可以用來控制設(shè)備100和/或從屬設(shè)備、機器、或者系統(tǒng)108。
由此配備觸摸傳感器IO,其以成本效率高并且可靠的方式操作。觸摸傳 感器10包括鍵盤，其具有按行列矩陣排列的鍵。鍵包括控制電路，控制電路 包括用來檢測觸摸情況的晶體管。使用生成脈沖信號的控制器40,來操作觸 摸傳感器10?？刂破?0向單個行發(fā)送脈沖信號，并且控制器分析來自單個 列的觸摸信號，以確定是否發(fā)生了觸摸。這樣，控制器40可以唯一地識別被 觸摸的鍵。另外，使用脈沖信號來對晶體管加電，從而在任意一個時間，只 對正在被提供脈沖的行中的晶體管加電。這樣，在列處收到的觸摸信號可以 唯一地識別正在被觸摸的4建。
雖然就各種具體實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知道在 權(quán)利要求的精神與范圍內(nèi)，可以通過修改實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種觸摸傳感器，包括鍵盤，具有限定觸摸傳感位置的鍵；與鍵相關(guān)的控制電路，其中該控制電路包括晶體管，該鍵基于觸摸事件控制該晶體管；脈沖信號發(fā)生器，其連接到所述控制電路，并且生成傳送到所述控制電路的脈沖信號，其中該脈沖信號對所述晶體管加電，當(dāng)在相關(guān)鍵處發(fā)生觸摸事件時，該晶體管輸出觸摸信號，并且當(dāng)在相關(guān)鍵處發(fā)生非觸摸事件時，該晶體管輸出非觸摸信號；以及分析器，其連接到所述控制電路，并且從所述晶體管接收指示觸摸事件的觸摸信號與指示非觸摸事件的非觸摸信號中的一個。
2. 如權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，其中在所述晶體管由所述脈沖信號 加電之后，該晶體管輸出觸摸信號與非觸摸信號。
3. 如權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，其中在脈沖信號之間，所述晶體管 未被加電，并且不向所述分析器提供輸出。
4. 如權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，其中當(dāng)用戶正在觸摸所述觸摸傳感 位置時，所述晶體管的基極電容耦合至用戶。
5. 如權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，其中在觸摸事件期間通過所述晶體 管的電流與在非觸摸事件期間通過所述晶體管的電流不同。
6. 如權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，其中所述分析器比較以下中的一個: 觸摸信號與非觸摸信號之間的電容變化，觸摸信號的幅度與非觸摸信號的幅度，以及觸摸信號達到預(yù)定值的時間與非觸摸信號達到相同預(yù)定值的時間。
7. 如權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，還包括連接到所述控制電路的供 應(yīng)電壓、以及連接到所述控制電路與該供應(yīng)電壓的供應(yīng)元件，所述脈沖信號 發(fā)生器連接到該供應(yīng)元件的基極，其中所述脈沖信號激活該供應(yīng)元件，以連 接該供應(yīng)電壓與鍵的控制電路。
8. 如權(quán)利要求7所述的觸摸傳感器，其中所述供應(yīng)元件為晶體管與運算 放大器中的一個。
9. 如權(quán)利要求7所述的觸摸傳感器，還包括第一供應(yīng)電壓與第二供應(yīng) 電壓。
10.如權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，其中所述控制電路連接到地球地， 所述分析器比較觸摸信號到地球地的電容變化，以確定該觸摸信號是否為故 障觸摸信號。
全文摘要
一種觸摸傳感器，包括鍵盤，具有限定觸摸傳感位置的鍵；以及與鍵相關(guān)的控制電路。該控制電路包括晶體管，并且該鍵基于觸摸事件控制該晶體管。脈沖信號發(fā)生器連接到控制電路，并且生成傳送到控制電路的脈沖信號。該脈沖信號對晶體管加電，當(dāng)在相關(guān)鍵處發(fā)生觸摸事件時，該晶體管輸出觸摸信號，并且當(dāng)在相關(guān)鍵處發(fā)生非觸摸事件時，該晶體管輸出非觸摸信號。分析器連接到控制電路，并且從晶體管接收指示觸摸事件的觸摸信號與指示非觸摸事件的非觸摸信號中的一個。
文檔編號G06F3/044GK101102104SQ20071012866
公開日2008年1月9日 申請日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者特雷安·R·波恩, 菲利普·阿塔納索夫 申請人:蒂科電子加拿大有限公司