專利名稱：多點(diǎn)觸摸表面控制器的制作方法
多點(diǎn)觸摸表面控制器
背景技術(shù)：
現(xiàn)在有許多類型的用于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行操作的輸入設(shè)備。操 作通常對(duì)應(yīng)于在顯示屏上移動(dòng)光標(biāo)和/或進(jìn)行選擇。例如，輸入設(shè)備可 包括按鈕或按鍵、鼠標(biāo)、軌跡球、觸摸板、操縱桿、觸摸屏等等。觸 摸板和觸摸屏(統(tǒng)稱"觸摸表面")由于其操作的簡(jiǎn)便性和通用性以及 其不斷下降的價(jià)格而變得越來(lái)越流行。觸摸表面使用戶通過(guò)簡(jiǎn)單地用
手指、指示筆等觸摸可以是板或顯示屏的表面就能進(jìn)行選擇以及移動(dòng) 光標(biāo)。通常，觸摸表面識(shí)別觸摸及觸摸的位置，而計(jì)算機(jī)系統(tǒng)解釋該 觸摸，然后基于觸摸而執(zhí)行動(dòng)作。
特別令人感興趣的是觸摸屏。在申請(qǐng)人于2004年5月6日提交的、 名為"Multipoint Touchscreen"、序列號(hào)為10/840,862的共同待審的專 利申請(qǐng)中描述了各種類型的觸摸屏，該申請(qǐng)全文包括在此以供參考。 如其中所提到的，觸摸屏通常包括觸摸面板、控制器和軟件驅(qū)動(dòng)。觸 摸面板通常是具有觸摸敏感表面的透明面板。將觸摸面板置于顯示屏 之前，以便觸摸敏感表面覆蓋顯示屏的可視區(qū)域。觸摸面板記錄觸摸 事件并將這些信號(hào)發(fā)送給控制器?？刂破魈幚磉@些信號(hào)并發(fā)送數(shù)據(jù)給 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。軟件驅(qū)動(dòng)器將觸摸事件翻譯成計(jì)算機(jī)事件。
有多種類型的觸摸屏技術(shù)，包括電阻性、電容性、紅外、聲表面 波、電磁、近場(chǎng)成像等。這些設(shè)備的每一種都具有在設(shè)計(jì)或配置觸摸 屏?xí)r已考慮到的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。在這些現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題是， 它們僅僅能夠報(bào)告單點(diǎn)事件，即使在多個(gè)對(duì)象被放置在感測(cè)表面上也 是如此。即，它們不具備同時(shí)跟蹤多個(gè)接觸點(diǎn)的能力。在電阻性和傳 統(tǒng)的電容性技術(shù)中，確定所有同時(shí)發(fā)生的觸摸點(diǎn)的平均值，并報(bào)告落 在這些觸摸點(diǎn)之間某處的單個(gè)點(diǎn)。在表面波和紅外技術(shù)中，由于遮蔽 (masking),不可能辨別出落在相同水平或垂直線上的多個(gè)觸摸點(diǎn)
10的確切位置。任一種情況下，都會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。
這些問(wèn)題在諸如平板PC之類的手持式設(shè)備中尤其成為問(wèn)題，在
這種情況下， 一只手用來(lái)拿著平板，而另一只手用于生成觸摸事件。
例如，如圖1A和1B所示，拿著平板2使得拇指3與觸摸屏5的觸摸敏感 表面4的邊緣重疊。如圖1A所示，如果觸摸技術(shù)利用求平均，即電阻 性和電容性面板所使用的技術(shù)，則將報(bào)告落在左手拇指3和右手食指6 之間某處的單個(gè)點(diǎn)。如圖1B所示，如果技術(shù)利用投影掃描，即紅外和 聲表面波面板所使用的技術(shù)，則由于拇指3的大的垂直分量，很難辨別 食指6的確切垂直位置。平板2僅能分辨出灰色表示的塊。實(shí)質(zhì)上，拇 指3遮蔽了食指6的垂直位置。
雖然如今幾乎所有可得到的基于商用觸摸屏的系統(tǒng)僅提供單點(diǎn) 檢測(cè)，并具有有限的分辨率和速度，而現(xiàn)在可得到的其他產(chǎn)品能夠檢 測(cè)多個(gè)觸摸點(diǎn)。不幸的是，這些產(chǎn)品僅工作在不透明表面上，這是因 為電路必須被放在電極結(jié)構(gòu)的后面。這類產(chǎn)品的例子包括Fingerworks 系列的觸摸板產(chǎn)品。過(guò)去，使用這類技術(shù)可檢測(cè)到的點(diǎn)的數(shù)量受限于 檢測(cè)電路的尺寸。
因此，本技術(shù)領(lǐng)域中所需要的是能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)觸摸的觸摸屏控制 器，該控制器能夠有助于使用透明觸摸傳感器，并提供便于集成的封 裝。

發(fā)明內(nèi)容
這里公開了用于多點(diǎn)觸摸觸摸表面的控制器。多點(diǎn)觸摸觸摸表面 控制器的一個(gè)方面涉及將用于激勵(lì)多點(diǎn)觸摸傳感器的驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備和 用于讀取多點(diǎn)觸摸傳感器的感測(cè)電路集成到單個(gè)集成封裝里。
所述控制器的另一個(gè)方面涉及通過(guò)提供多個(gè)激勵(lì)波形給傳感器 來(lái)抑制傳感器中的噪聲的技術(shù)，其中所述波形具有不同的頻率。當(dāng)噪 聲出現(xiàn)在特定頻率處時(shí)，該技術(shù)允許至少一個(gè)無(wú)噪聲檢測(cè)周期。
所述控制器的另一個(gè)方面涉及電荷放大器，該電荷放大器包括可 編程部件，即可編程電阻器和電容器，以使得電路易于被重新配置，從而為各種傳感器條件提供最佳的感測(cè)配置。
所述控制器的另 一個(gè)方面涉及偏置補(bǔ)償電路，該偏置補(bǔ)償電路通 過(guò)消除多點(diǎn)觸摸表面?zhèn)鞲衅鬏敵龅撵o態(tài)部分，使得感測(cè)電路的全部動(dòng) 態(tài)范圍可被分配給輸出信號(hào)的變化部分，從而擴(kuò)大控制器的動(dòng)態(tài)范圍。
所述控制器的另一個(gè)方面涉及解調(diào)電路，該解調(diào)電路通過(guò)應(yīng)用已 知具有特定頻率特性的特定解調(diào)波形，來(lái)增強(qiáng)傳感器配置的抗噪聲能 力。
所述控制器的另一個(gè)方面涉及將各種算法應(yīng)用到從上述多個(gè)激 勵(lì)頻率中獲得的傳感器輸出，以進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的抗噪聲能力。
通過(guò)參考下面的詳細(xì)描述和附圖，將更充分地理解這些方面以及
其他方面o


圖1A和1 B說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的觸摸屏技術(shù)的某些問(wèn)題。
圖2說(shuō)明根據(jù)本公開的某些教導(dǎo)的、包括多點(diǎn)觸摸觸摸屏和多點(diǎn) 觸摸觸摸屏控制器的計(jì)算設(shè)備的立體圖。
圖3是根據(jù)本公開的某些教導(dǎo)的、包括多點(diǎn)觸摸觸摸屏和多點(diǎn)觸 摸觸摸屏控制器的計(jì)算設(shè)備的框圖。
圖4A和4B說(shuō)明在多點(diǎn)觸摸觸摸表面中的驅(qū)動(dòng)電極和感測(cè)電極的 兩種可能的布置。
圖5是說(shuō)明利用結(jié)合本公開的各種教導(dǎo)的多點(diǎn)觸摸控制器在多點(diǎn) 觸摸表面和主計(jì)算機(jī)設(shè)備之間的通信的層次圖。
圖6是一個(gè)結(jié)合本公開的各種教導(dǎo)的多點(diǎn)觸摸控制器的等價(jià)電 路，該等價(jià)電路示出控制器的輸出電路、多點(diǎn)觸摸傳感器的單元以及 輸入電路。
圖7是在結(jié)合本公開的各種教導(dǎo)的多點(diǎn)觸摸控制器的某些實(shí)施例 中包括的電荷放大器的電路示意圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的各種教導(dǎo)的、多點(diǎn)觸摸表面和多點(diǎn)觸摸控制 器系統(tǒng)的框圖。圖9說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的某些教導(dǎo)的其中不同頻率的驅(qū)動(dòng)波形被施 加到多點(diǎn)觸摸傳感器的序列。
圖10是說(shuō)明結(jié)合本公開的某些教導(dǎo)的多點(diǎn)觸摸控制器的輸入電 路的框圖。
圖11A和11B說(shuō)明各種解調(diào)波形及其通帶的頻鐠。
圖12說(shuō)明激勵(lì)波形序列和特定的解調(diào)波形以及所產(chǎn)生的輸出。
圖13說(shuō)明多數(shù)決定原則算法所采用的噪聲抑制技術(shù)。
具體實(shí)施例方式
這里描述了多點(diǎn)觸摸屏控制器(MTC )。根據(jù)與Apple Computer, Inc. of Cupertino, California制造的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兼容的設(shè)備和應(yīng)用而 描述的本發(fā)明的以下實(shí)施例僅僅是示意性的而不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是在任何 一個(gè)方面加以限制。
圖2是觸摸屏顯示器配置30的立體圖。顯示器配置30包括顯示器 34和位于顯示器34前面的透明觸摸屏36。顯示器34可被配置成向用戶 顯示圖形用戶界面(GUI) ， GUI可能包括指針或光標(biāo)以及其他信息。 透明觸摸屏36是對(duì)用戶的觸摸敏感的輸入設(shè)備，其允許用戶與顯示器 34上的圖形用戶界面交互。通常，觸摸屏36識(shí)別觸摸屏36的表面38上 的觸摸事件，隨后向主機(jī)設(shè)備輸出該信息。例如，主機(jī)設(shè)備可對(duì)應(yīng)于 計(jì)算機(jī)，諸如臺(tái)式機(jī)、膝上型電腦、手持式或平板電腦。主機(jī)設(shè)備解 釋觸摸事件，隨后基于該觸摸事件執(zhí)行動(dòng)作。
與現(xiàn)有技術(shù)的觸摸屏相比，這里示出的觸摸屏36被配置成識(shí)別同 時(shí)發(fā)生在觸摸敏感表面38上的不同位置處的多點(diǎn)觸摸事件。即，觸摸 屏36允許同時(shí)跟蹤多個(gè)接觸點(diǎn)T1 - T4。觸摸屏36為同時(shí)發(fā)生在觸摸屏 36的表面上的每個(gè)觸摸點(diǎn)T1 - T4生成單獨(dú)的跟蹤信號(hào)S1 - S4。在一個(gè) 實(shí)施例中，可識(shí)別的觸摸的數(shù)目可以為大約15,這使得可跟蹤用戶的 10個(gè)手指和2個(gè)手掌以及3個(gè)另外的接觸。多點(diǎn)觸摸事件可單獨(dú)或一起 使用以在主機(jī)設(shè)備中執(zhí)行單個(gè)或多個(gè)動(dòng)作。在美國(guó)專利6,323,846 、 6，888，536、 6,677,932、 6,570,557以及共同待審的美國(guó)專利申請(qǐng)11/015,434 、 10/卯3，964 、 11/048,264 、 11/038,590 、 11/228,758 、 11/228,700、 11/228,737、 11/367,749中公開了用于控制主機(jī)設(shè)備的大 量多點(diǎn)觸摸事件的例子，上述專利或?qū)＠暾?qǐng)每一個(gè)的全部?jī)?nèi)容都包 括在此以供參考。
圖3是采用多點(diǎn)觸摸觸摸屏的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50的框圖。計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 50可以是例如個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，諸如臺(tái)式機(jī)、膝上型電腦、平板電腦 或手持式電腦。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還可以是公共計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，諸如信息站、 自動(dòng)根員機(jī)(ATM)、銷售點(diǎn)終端(POS)、工業(yè)機(jī)器、游戲機(jī)、街 機(jī)、售賣機(jī)、航空電子票終端、餐館預(yù)約終端、顧客服務(wù)站、圖書館 終端、學(xué)習(xí)設(shè)備，等等。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50包括處理器56，處理器56被配置成執(zhí)行指令并執(zhí)行 與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50相關(guān)聯(lián)的操作。處理器56所需的計(jì)算機(jī)代碼和數(shù)據(jù)通 常被存儲(chǔ)在可操作地耦接到處理器56的存儲(chǔ)器方塊58中。存儲(chǔ)器方塊 58可包括只讀存儲(chǔ)器(ROM) 60、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 62、硬 盤驅(qū)動(dòng)器64和/或可移動(dòng)存儲(chǔ)媒體，諸如CD-ROM、 PC卡、軟盤以及 磁帶。也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)訪問(wèn)這些存儲(chǔ)設(shè)備中的任一個(gè)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 50還包括可操作地耦接到處理器56的顯示設(shè)備68。顯示設(shè)備68可以是 包括液晶顯示器(諸如有源矩陣、無(wú)源矩陣等)、陰極射線管(CRT)、 等離子體顯示器等等的多種顯示器類型中的任何一種。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50還包括通過(guò)I/O控制器66和觸摸屏控制器76可操作 地耦接到處理器56的觸摸屏70。 (1/0控制器66可與處理器56集成，或 者可以是一個(gè)單獨(dú)的組件。)在任一種情況下，觸摸屏70是位于顯示 設(shè)備68前面的透明面板，并且可與顯示設(shè)備68集成或者可作為單獨(dú)的 組件。觸摸屏70被配置成接收來(lái)自用戶觸摸的輸入，并將該信息發(fā)送 給處理器56。在大多數(shù)情況下，觸摸屏70識(shí)別其表面上的觸摸以及觸 摸的位置以及幅度。
參考圖5可以更好地理解在觸摸傳感器和主機(jī)設(shè)備系統(tǒng)之間的接 口，其中圖5是圖3所示系統(tǒng)的層次圖。觸摸傳感器301位于最底層。在 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器與ASIC(專用集成電路)305接口，該ASIC感器輸出，如同下面將要詳細(xì)描述的那 樣。ASIC305通過(guò)信令306與生成電容圖像的DSP (數(shù)字信號(hào)處理器) 和/或孩t控制器307接口 。 ASIC 305與DSP/微處理器307—起形成多點(diǎn)觸 摸屏控制器。
DSP/樣i處理器307包括接口 308,接口 308用于接受來(lái)自ASIC 305 的信令306，然后這些信號(hào)被傳送給數(shù)據(jù)捕獲和錯(cuò)誤抑制層309。來(lái)自 該層的數(shù)據(jù)可由模塊310以及特征(即，觸摸點(diǎn))提取和壓縮模塊311 訪問(wèn)，以進(jìn)行校準(zhǔn)、基線及備用處理。 一旦特征被提取，則作為高層 信息通過(guò)接口303被傳送給主計(jì)算機(jī)302。接口303例如可以是USB (通 用串行總線)接口 ?？商鎿Q地，可使用其他形式的接口 ，諸如IEEE 1394 ("Firewire，，) 、 RS-232串行接口、 SCSI (小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口 )， 等等。
感測(cè)設(shè)備的精確物理結(jié)構(gòu)對(duì)于完全理解這里所公開的觸摸屏控 制器并不是必要的。但是，通過(guò)參考上面作為參考而引入的專利和專 利申請(qǐng)，可理解該結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。出于本說(shuō)明的目的，傳感器可被假定 為如下面參考圖4A和4B描述的那樣構(gòu)建的互電容設(shè)備。
傳感器面板包括兩層電極結(jié)構(gòu)， 一層上有驅(qū)動(dòng)線，另一層上有感 測(cè)線。任一情況下，都由電介質(zhì)材料將各層隔開。在圖4A的笛卡兒布 置中， 一層包括N個(gè)水平、優(yōu)選地為等間距的行電極81，而另一層包 括M個(gè)垂直、優(yōu)選地為等間距的列電極82。在圖4B所示的極布置中， 感測(cè)線可以是同心圓，驅(qū)動(dòng)線可以是徑向延伸線(或反之亦然)。本
領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，基于無(wú)限多種坐標(biāo)系統(tǒng)的其他配置也是可能的。 每個(gè)交叉83代表一個(gè)4象素并具有特征互電容(characteristic mutual capacitance ) CSIG。以有限距離接近像素83的接地對(duì)象(諸如
手指)將行和列交叉之間的電場(chǎng)分流，使得在該位置處的互電容CsjG
減小。對(duì)于典型的傳感器面板，典型的信號(hào)電容CsK;大約為0.75pF， 由手指觸摸像素引起的變化大約為0.25pF。
電極材料可以根據(jù)應(yīng)用而不同。在觸摸屏應(yīng)用中，電極材料可以 是在玻璃基板上的ITO (氧化銦錫)。在不需要是透明的觸摸平板中，
15可以使用在FR4基板上的銅。感測(cè)點(diǎn)83的數(shù)量可以廣泛地變化。在觸 摸屏應(yīng)用中，感測(cè)點(diǎn)83的數(shù)量通常取決于所期望的靈敏度以及所期望 的觸摸屏70的透明度。更多的節(jié)點(diǎn)或感測(cè)點(diǎn)通常增加靈敏度而減小透 明度(反之亦然)。
在工作期間，通過(guò)用預(yù)定電壓波形85驅(qū)動(dòng)每行(或列)而將其充 電(以下將更詳細(xì)的討論)。在交叉處，電荷電容性地耦合到多個(gè)列 (或多個(gè)行)。測(cè)量每個(gè)交叉83的電容以確定當(dāng)多個(gè)對(duì)象觸摸觸摸表 面時(shí)這些對(duì)象的位置。感測(cè)電路監(jiān)控所轉(zhuǎn)移的電荷以及所需的時(shí)間， 從而檢測(cè)發(fā)生在每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的電容變化。發(fā)生變化的位置以及這些變 化的幅度被用來(lái)鑒別和量化多點(diǎn)觸摸事件。驅(qū)動(dòng)每行和每列以及感測(cè) 電荷轉(zhuǎn)移是多點(diǎn)觸摸屏控制器的功能。
圖6是每個(gè)耦合節(jié)點(diǎn)的等同互電容電路220的簡(jiǎn)化圖?；ル娙蓦娐?220包括驅(qū)動(dòng)線222和感測(cè)線224,它們空間上被分開從而形成電容耦合 節(jié)點(diǎn)226。如果沒(méi)有對(duì)象存在，節(jié)點(diǎn)226處的電容耦合基本保持不變。 如果對(duì)象——諸如手指——位于節(jié)點(diǎn)226附近，通過(guò)節(jié)點(diǎn)226的電容耦 合改變。對(duì)象有效地將電場(chǎng)分流，使得通過(guò)節(jié)點(diǎn)226轉(zhuǎn)移的電荷變少。
參考圖5和圖8， ASIC 305生成掃描傳感器面板所必需的所有驅(qū)動(dòng) 波形。具體地，微處理器發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)321以設(shè)置ASIC的定時(shí)，ASIC 然后生成適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)波形322以創(chuàng)建行激勵(lì)(row stimuli)給傳感器 301。解碼器311將定時(shí)信號(hào)解碼以順序地驅(qū)動(dòng)傳感器301的每一行。電 平位移器310將定時(shí)信號(hào)322從信令電平(例如3.3V)轉(zhuǎn)換成用來(lái)驅(qū)動(dòng) 傳感器的電平(例如，18V)。
由微處理器307確定驅(qū)動(dòng)傳感器面板的每一行。出于抑制噪聲的 目的，期望以多個(gè)不同頻率驅(qū)動(dòng)面板以便抑止噪聲。存在于一特定驅(qū) 動(dòng)頻率處的噪聲可以并且很可能不存在于其他頻率處。在一個(gè)優(yōu)選實(shí) 施例中，每個(gè)傳感器面板行用12個(gè)方波周期的3個(gè)脈沖串(burst)(占 空比50%，振幅18V)來(lái)激勵(lì)，而剩下的行保持接地。為了更好地抑 制噪聲，下面更詳細(xì)地描述每個(gè)脈沖串的頻率都不同的情況，例如脈 沖串頻率為140kHz、 200kHz和260kHz。在每個(gè)脈沖串的脈沖期間，ASIC305對(duì)列電極進(jìn)行測(cè)量。對(duì)傳感 器面板中的所有剩下的行重復(fù)該過(guò)程。結(jié)果是3個(gè)圖像，在不同的激勵(lì) 頻率處取得每個(gè)圖像。
此外，優(yōu)選地使每個(gè)隨后的脈沖串所需的激勵(lì)頻率變化量最小。 因此，希望得到使該變化最小的跳頻圖案。圖29示出一種可能的跳頻 圖案。在這種布置中，用140kHz的脈沖串，然后是200kHz,最后260kHz 的脈沖串來(lái)驅(qū)動(dòng)第一行。然后分別用260kHz、 200kHz和140kHz的三 個(gè)脈沖串來(lái)驅(qū)動(dòng)下一行。選擇這種特定的頻率圖案以使頻率之間的變 化小，并使得頻率轉(zhuǎn)換平滑無(wú)突波(glitch)。但是，其他跳頻布置也 是可能的，包括掃描多于3個(gè)頻率、掃描偽隨機(jī)序列而不是所述的有序 圖案的頻率、以及基于噪聲環(huán)境而選擇掃描頻率的適應(yīng)性跳頻。
回到圖6，感測(cè)線224被電耦合到電容感測(cè)電路230。電容感測(cè)電 路230檢測(cè)和量化電流變化以及發(fā)生電流變化的節(jié)點(diǎn)226的位置，并將 該信息報(bào)告給主計(jì)算機(jī)。感興趣的信號(hào)是電容CsKj，其將電荷從RC網(wǎng) 絡(luò)A耦合到RC網(wǎng)絡(luò)B。來(lái)自RC網(wǎng)絡(luò)B的輸出直接連接到ASIC 305的模 擬輸入端。ASIC 305也使用來(lái)自微處理器307 (圖8)的時(shí)鐘信號(hào)321 (圖8)，以作為電容信號(hào)的檢測(cè)和量化的定時(shí)。
圖10是說(shuō)明ASIC 305的輸入級(jí)的框圖。輸入信號(hào)首先由電荷放大 器401接收。電荷放大器執(zhí)行以下任務(wù)(1)電荷到電壓轉(zhuǎn)換，(2) 電荷放大，(3)存在于列電極處的抑制或雜散電容，和(4)抗混疊， 以及(5)在不同頻率處的增益均衡。圖7是一種可能的電荷放大器401 的圖。
由電容器CFB在運(yùn)算放大器450的反饋通道中執(zhí)行電荷到電壓轉(zhuǎn) 換。在一個(gè)實(shí)施例中，反饋電容器可以被編程為具有從2到32pF的值， 這使得輸出電壓電平可被調(diào)節(jié)，從而在Cs,G值的范圍內(nèi)獲得最佳動(dòng)態(tài) 范圍。反饋電阻器R^也優(yōu)選地可編程以控制放大器增益。
由于與制造公差相關(guān)的各種因素，在觸摸表面上CwG會(huì)變化，因 此基于每個(gè)像素調(diào)節(jié)電荷放大器的反饋電容C^是有用的。這允許執(zhí)行 增益補(bǔ)償，以優(yōu)化每個(gè)像素的性能。在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)每像素調(diào)節(jié)
17的執(zhí)行如下反饋電容器C^的值由寄存器設(shè)置，稱為CFB—REG。 CFB一REG的值根據(jù)下述等式設(shè)置
CFB—REG[Y=CFB—UNIV+CFB[YI
其中，Y是一行內(nèi)的單個(gè)像素，CFBJJNIV被逐行調(diào)節(jié)，而CFBY
是系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)加栽的查找表。在可替換的配置中，CFB—UNIV對(duì)于所 有行可以是常數(shù)，或者CFB[Y查找表可以逐行轉(zhuǎn)出(switch out)。 此外，雖然以行和列的形式進(jìn)行了討論，但是調(diào)節(jié)布置同樣適用于非 笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)。
顯然，希望測(cè)量CsKj，同時(shí)盡可能地抑制在物理傳感器中的任何 寄生電阻和電容的影響。通過(guò)將放大器45D的正相輸入451保持為常數(shù) 值，例如地，可實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器中的寄生電阻和電容的抑制。反相輸入 452被耦接到正被測(cè)量的節(jié)點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，反相輸入452 (連接到正被測(cè)量的列電極)會(huì)因此而被保持為虛接地。由于雜散電 容器的凈電荷不變化(即，雜散電容上的電壓被保持為虛接地)，因 此在列電極處存在的任何寄生電容——例如由用戶觸摸列電極導(dǎo)致的 PCB雜散電容或動(dòng)態(tài)雜散電容——得到抑制。因此，電荷放大器輸出 電壓453僅僅是激勵(lì)電壓、C恥和Cfb的函數(shù)。由于激勵(lì)電壓和cfb由控
制器確定，因此可以很容易地推斷出Cwg。
ASIC輸入引腳455和電荷放大器的反相輸入452之間的串聯(lián)電阻 器454與RFB和CFB的反饋網(wǎng)絡(luò)一起形成抗混疊濾波器(anti-aliasing filter)。
電荷放大器的高通滾降由反饋電阻器R^和反饋電容器CFB的并 聯(lián)組合設(shè)置。
再參考圖IO，電荷放大器401的輸出傳送給解調(diào)器403。解調(diào)器403 是5位量化連續(xù)時(shí)間模擬(四象限)乘法器。解調(diào)器403的用途是抑制 在輸入到ASIC 305的信號(hào)上存在的頻帶外噪聲源(來(lái)自手機(jī)、微波爐 等)。電荷放大器的輸出402 (VSIG)與存儲(chǔ)在查找表404中的5位量化 波形混合。通過(guò)將適當(dāng)?shù)南禂?shù)編程到查找表404中，確定解調(diào)波形的形 狀、振幅和頻率。解調(diào)波形確定混頻器的通帶、阻帶、阻帶波動(dòng)和其他特性。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，高斯型正弦波被用作為解調(diào)波形。高 斯正弦波提供陡峭的通帶并具有減小的阻帶波動(dòng)。
解調(diào)器403的另一方面涉及解調(diào)器相位延遲調(diào)節(jié)。如參考圖10所 見(jiàn)，觸摸表面電極可由RC網(wǎng)絡(luò)(RC網(wǎng)絡(luò)A和RC網(wǎng)絡(luò)B)表示，該RC 網(wǎng)絡(luò)在其交叉點(diǎn)處具有互電容(CSIG)。每個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)低通濾 波器，而CwG引入高通濾波器響應(yīng)。因此，觸摸面板看起來(lái)像一個(gè)帶 通濾波器，僅允許具有一定頻率范圍的信號(hào)通過(guò)該面板。該頻率范圍， 即低于Csuj的截止頻率但是高于RC網(wǎng)絡(luò)A和B的截止頻率的那些頻 率，確定了可用于驅(qū)動(dòng)觸摸面板的那些激勵(lì)頻率。
因此，面板將施加一相位延遲到通過(guò)該面板的激勵(lì)波形上。該相 位延遲對(duì)于傳統(tǒng)的不透明觸摸面板是可忽略的，這種面板中的電極結(jié) 構(gòu)通常由PCB跡線形成，PCB跡線具有相對(duì)其特征阻抗可忽略的電阻。 但是，對(duì)于通常由氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電跡線構(gòu)成的透明面板，電阻 分量可能相當(dāng)大。這給激勵(lì)電壓通過(guò)面板的傳播引入了顯著的時(shí)間(相 位)延遲。該相位延遲使得解調(diào)波形相對(duì)于進(jìn)入前置放大器的信號(hào)被 延遲，因而減小了從ADC輸出的信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。
為補(bǔ)償該相位延遲，可提供延遲時(shí)鐘寄存器("DCL"，未示出)， 延遲時(shí)鐘寄存器可用來(lái)相對(duì)于進(jìn)入前置放大器的信號(hào)而延遲解調(diào)波 形，從而補(bǔ)償外部面板延遲，并最大化動(dòng)態(tài)范圍。該寄存器被輸入到 解調(diào)器403并簡(jiǎn)單地將解調(diào)波形延遲一預(yù)定量。該量可在面板啟動(dòng)時(shí)通 過(guò)測(cè)量確定，或者可基于已知的制造特性將面板作為一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行 估計(jì)得到。觸摸表面的每個(gè)像素可具有其自己的唯一確定的延遲參數(shù)， 以將讀取電路充分優(yōu)化，或者，延遲參數(shù)可逐行地被確定。調(diào)節(jié)通常 類似于上面討論的用于調(diào)節(jié)電荷放大器反饋電容器和偏置補(bǔ)償電壓的 技術(shù)。
解調(diào)后的信號(hào)然后被傳送給偏置補(bǔ)償電路。偏置補(bǔ)償電路包括混 頻器402和可編程偏置DAC 405。混頻器402獲取解調(diào)器的輸出電壓453 并減去偏置電壓(下面討論)以增加系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。
偏置補(bǔ)償是必要的，這是因?yàn)橄袼仉娙軨sK;包括靜態(tài)部分和動(dòng)態(tài)部分。靜態(tài)部分是傳感器結(jié)構(gòu)的函數(shù)。動(dòng)態(tài)部分是當(dāng)手指接近像素時(shí) C弧變化的函數(shù)，因而是感興趣的信號(hào)。偏置補(bǔ)償器的用途是消除或 盡量減小靜態(tài)分量，從而擴(kuò)大系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。
如上面提到的，偏置補(bǔ)償電路包括兩部分，可編程偏置DAC405 和混頻器402。偏置DAC 405基于數(shù)字靜態(tài)偏置值VOFF一REG生成可 編程偏置電壓。該數(shù)字值由DAC轉(zhuǎn)換成靜態(tài)模擬電壓(或電流，如果 工作在電流域的話)，然后(由混頻器403b)與由解調(diào)波形的絕對(duì)值 (由模塊404b確定)設(shè)置的電壓(或電流)混合。結(jié)果是解調(diào)波形的 整流版本，其幅度由VOFF一REG的靜態(tài)值設(shè)置，而解調(diào)波形的絕對(duì)部 分通常從DMOD查找表404中檢索得到。這使得對(duì)于解調(diào)波形的給定 部分能夠有正確的偏置補(bǔ)償量。因此，偏置補(bǔ)償波形有效地跟蹤解調(diào) 波形。
類似于電荷放大器反饋電容器，調(diào)節(jié)偏置補(bǔ)償電路以解決由制造 公差等因素導(dǎo)致的單個(gè)像素電容中的差異是有用的。該調(diào)節(jié)基本上可 以類似于上面對(duì)于電荷放大器反饋電容器進(jìn)行的討論。具體地，在 VOFF—REG中存儲(chǔ)的偏置電壓值可如下計(jì)算
VOFFREG[Y=VOFF—麗IV+VOFF[Y
其中，Y是一行內(nèi)單個(gè)列，VOFF—UNIV是逐行設(shè)置的偏置電壓，而 VOFF[Yl是查找表。再一次，根據(jù)特定的實(shí)施方式，調(diào)節(jié)可逐個(gè)真實(shí) 像素地進(jìn)行，或者VOFF—UNIV可以是單個(gè)常數(shù)值。而且，雖然以行 和列的形式進(jìn)行討論，但是調(diào)節(jié)布置同樣適用于非笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)。
作為上面參考圖10描述的配置的可替換形式，偏置補(bǔ)償可在解調(diào) 之前進(jìn)行。在這種情況下，偏置補(bǔ)償波形的形狀必須與從前置放大器 輸出的波形而不是從解調(diào)器輸出的波形相匹配，即，假設(shè)可忽略面板 中的衰減從而可保持驅(qū)動(dòng)波形的形狀時(shí)，偏置補(bǔ)償波形必須為方波。 而且，如果首先進(jìn)行偏置補(bǔ)償，偏置波形相對(duì)于參考電壓是AC波形，
即，最大值相對(duì)于VREF為正，且最小值相對(duì)于VREF為負(fù)。偏置波形的
振幅等于偏置補(bǔ)償量。相反地，如果首先進(jìn)行解調(diào)，偏置波形為DC
波形，即它相對(duì)于V^或者為正或者為負(fù)(因?yàn)榻庹{(diào)波形相對(duì)于Vref^是DC)。再一次，這種情況下的振幅等于用于解調(diào)波形的每個(gè)部分的 偏置補(bǔ)償量。實(shí)質(zhì)上，偏置補(bǔ)償電路需要與依賴于波形的形狀需要的 偏置補(bǔ)償量相關(guān)。
然后，解調(diào)且偏置補(bǔ)償后的信號(hào)由可編程增益ADC406處理。在 一個(gè)實(shí)施例中，ADC 406可以為sigma-delta，但是也可使用類似類型 的ADC (諸如跟隨有計(jì)數(shù)器級(jí)的電壓到頻率轉(zhuǎn)換器)。ADC執(zhí)行兩個(gè) 功能(1)將位于混頻器配置(偏置和信號(hào)混頻器)之外的偏置補(bǔ)償 波形轉(zhuǎn)換為數(shù)字值；和(2)執(zhí)行低通濾波功能，即將混頻器配置所輸 出的整流信號(hào)進(jìn)行平均。偏置補(bǔ)償并解調(diào)后的信號(hào)看起來(lái)像整流高斯 型正弦波，其振幅是QrB和CsKi的函數(shù)。返回給主計(jì)算機(jī)的ADC結(jié)果實(shí) 際上是該信號(hào)的平均。
使用sigma delta ADC的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)于在數(shù)字域進(jìn)行平均， 這樣的ADC要有效率得多。此外，數(shù)字門比模擬低通濾波器和采樣保 持元件要小得多，因而可減小整個(gè)ASIC的尺寸。本領(lǐng)域技術(shù)人員將進(jìn) 一步理解其它的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在功率消耗和時(shí)鐘速度方面。
可替換地，可以使用與控制器ASIC分開的ADC。這需要一個(gè)多 路復(fù)用器來(lái)在多個(gè)通道之間共享ADC，并且每個(gè)通道需要一個(gè)采樣保 持電路以平均并保持解調(diào)波形的平均值。這可能要花費(fèi)很大的芯片面 積(die area)，對(duì)于要與具有大量像素的觸摸表面一起使用的控制器 而言是不切實(shí)際的。此外，為了實(shí)現(xiàn)可接受的操作，外部ADC需要工 作得非?？?，因?yàn)楸仨毞浅Ｑ杆俚靥幚泶罅肯袼匾皂憫?yīng)于用戶的輸入 而提供及時(shí)并平滑的結(jié)果。
如上面提到的那樣，以三個(gè)不同頻率驅(qū)動(dòng)傳感器以產(chǎn)生用于如下 所述的抑制噪聲的三個(gè)電容圖像。選擇三個(gè)頻率以使得在一個(gè)特定頻 率處的通帶不與在其它頻率處的通帶重疊。如上面提到的那樣， 一個(gè) 優(yōu)選實(shí)施例使用的頻率為140kHz、 200kHz和240kHz。選擇解調(diào)波形 以使得邊帶被抑制。
如上面提到的那樣，高斯包絡(luò)正弦波是一種優(yōu)選的解調(diào)波形，圖 IIA示出了高斯包絡(luò)正弦波及其通帶頻鐠。高斯型的正弦波提供具有最小阻帶波動(dòng)的清晰的通帶?？商鎿Q地，也可使用其它具有清晰的通 帶和最小阻帶波動(dòng)的波形。例如，斜坡包絡(luò)正弦波也具有清晰的通帶，
但是阻帶波動(dòng)比高斯包絡(luò)正弦波的要稍大，圖11B示出了斜坡包絡(luò)正 弦波及其通帶頻鐠。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，也可使用其它波形。
現(xiàn)在參考圖12，示出了用以解釋系統(tǒng)的噪聲抑制特性的9個(gè)波形。 電壓波形501是方波，其表示施加到傳感器的激勵(lì)波形。波形504是用 作解調(diào)波形的高斯包絡(luò)正弦波信號(hào)。波形507是解調(diào)器的輸出，即波形 501和504的乘積。注意，波形507提供位于所施加的方波電壓的基頻處 的清晰的脈沖。
中間 一列示出示例性的噪聲波形502。解調(diào)波形505與解調(diào)波形 504是一樣的。注意，解調(diào)后的噪聲信號(hào)508不產(chǎn)生明顯的尖峰，這是 因?yàn)樵肼曅盘?hào)的基頻在解調(diào)信號(hào)的通帶之外。
503示出激發(fā)波形和噪聲信號(hào)的混合。同樣，解調(diào)波形506與解調(diào) 波形505和504相同。解調(diào)后的混和波仍然顯示出噪聲波形，盡管可應(yīng) 用各種信號(hào)處理算法以提取這個(gè)相對(duì)孤立的尖峰。
此外，噪聲抑制也可通過(guò)提供不同頻率的多個(gè)激勵(lì)電壓并將多數(shù) 決定原則算法應(yīng)用于結(jié)果來(lái)實(shí)現(xiàn)。在多數(shù)決定原則算法中，對(duì)于每個(gè) 電容節(jié)點(diǎn)，將提供最佳振幅匹配的兩個(gè)頻率通道取平均，并除去剩下 的通道。例如，在圖13中，垂直線600代表所測(cè)得的電容，標(biāo)記601、 602和603代表在三個(gè)激勵(lì)頻率處測(cè)得的三個(gè)值。值602和603提供最佳 匹配，可能暗示值601有誤。因此值601^皮丟棄，而值602和603^皮平均 以形成輸出。
可替換地，可應(yīng)用中值濾波器，則在此情況下，值602，即中間 值，被選擇作為輸出。作為另一個(gè)替換，可以簡(jiǎn)單地將三個(gè)結(jié)果平均， 則在此情況下，結(jié)果將為值601和602之間某處的值。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù) 人員，多種針對(duì)多個(gè)采樣值的其它噪聲抑制技術(shù)是顯而易見(jiàn)的，任何 一種都適合于與這里所述的控制器一起使用。
參考圖14可以進(jìn)一步理解電路的工作，圖14是描繪控制器工作的 流程圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，為了清楚起見(jiàn)，該流程圖中省略了各種定時(shí)和存儲(chǔ)器存儲(chǔ)方面。
圖像獲取開始于步驟701。然后系統(tǒng)設(shè)置時(shí)鐘以便以中間時(shí)鐘頻 率(例如，200kHz)獲取樣本，如上面參照?qǐng)D9所討論的那樣(步驟 702)。然后更新各種可編程寄存器(步驟703)，該可編程寄存器控 制諸如電壓偏置、放大器增益、延遲時(shí)鐘等的參數(shù)。讀取所有的列， 將結(jié)果存儲(chǔ)為中間向量(步驟704 )。然后，設(shè)置高時(shí)鐘頻率(步驟705 )， 并針對(duì)該高采樣頻率重復(fù)更新寄存器的步驟(步驟706 )和讀取所有列 并存儲(chǔ)結(jié)果的步驟(步驟707)。然后，將時(shí)鐘設(shè)置為低頻率(步驟708)， 并針對(duì)該低采樣頻率重復(fù)更新寄存器(步驟709)和列讀取(步驟710)。
然后，三個(gè)向量根據(jù)上述算法被偏置補(bǔ)償(步驟711)。其后， 偏置補(bǔ)償向量經(jīng)歷如上所述的中值濾波器。可替換地，偏置補(bǔ)償向量 可以由根據(jù)圖13描述的多數(shù)決定原則算法或者任何其它合適的濾波技 術(shù)來(lái)濾波。在任一情況下，將結(jié)果存儲(chǔ)。如果還有更多的行，該過(guò)程 返回步驟702處的中間頻率采樣。如果所有的行都已完成(步驟713)， 則將完整圖像輸出給主機(jī)設(shè)備(步驟714)，并獲取其后的新圖像(步 驟701)。
雖然已經(jīng)通過(guò)幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是存在在本發(fā)明 范圍之內(nèi)的修改、置換和等價(jià)形式。例如，術(shù)語(yǔ)"計(jì)算機(jī)，，并不必須意 味著任何特定種類的設(shè)備、硬件和/或軟件的組合，也不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為限 制于多用途或者單用途設(shè)備。此外，雖然關(guān)于觸摸屏描述了這里的實(shí) 施例，但是本發(fā)明的教導(dǎo)同樣可應(yīng)用于觸摸板或任何其它觸摸表面類 型的傳感器。而且，雖然本公開主要關(guān)于電容性感測(cè)，應(yīng)當(dāng)注意，這 里所描述的部分或全部特征可以應(yīng)用于其它感測(cè)方法。還應(yīng)當(dāng)注意，
有許多可替換的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法和設(shè)備。因此，本發(fā)明意圖 將所附權(quán)利要求解釋為包括位于本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神和范圍內(nèi)的所有這類 修改、置換和等價(jià)形式。
權(quán)利要求
1. 一種用于多點(diǎn)觸摸表面的控制器，所述多點(diǎn)觸摸表面具有至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極、至少一個(gè)感測(cè)電極以及被布置在所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極和所述至少一個(gè)感測(cè)電極的交叉處的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所述控制器包括可操作地連接到所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極的輸出電路，所述輸出電路被配置成生成定時(shí)信號(hào)，所述定時(shí)信號(hào)用于生成用于所述多點(diǎn)觸摸表面的驅(qū)動(dòng)波形；和可操作地連接到所述至少一個(gè)感測(cè)電極的輸入電路，所述輸入電路被配置成通過(guò)測(cè)量所述驅(qū)動(dòng)波形從所述驅(qū)動(dòng)電極到所述感測(cè)電極的電容耦合，來(lái)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)處確定對(duì)象的接近；其中所述輸出電路和所述輸入電路是單個(gè)專用集成電路的一部分。
2. 如權(quán)利要求1所述的控制器，還包括連接在所述輸出電路和 所述驅(qū)動(dòng)電極之間的解碼和電平位移電路，所述解碼和電平位移電路 被配置成接收所述定時(shí)信號(hào)并生成用于所述多點(diǎn)觸摸表面的驅(qū)動(dòng)波 形。
3. 如權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述解碼和電平位移電路 是所述單個(gè)專用集成電路的一部分。
4. 如權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述驅(qū)動(dòng)波形包括 具有第一預(yù)定頻率的第一周期波形；和具有不同于所述第一預(yù)定頻率的其它預(yù)定頻率的至少一個(gè)其它 周期波形；其中所述第一周期波形和所述至少一個(gè)其它周期波形被順序地 施加到所述驅(qū)動(dòng)電極。
5. 如權(quán)利要求4所述的控制器，其中所述至少一個(gè)其它周期波 形包括具有第二預(yù)定頻率的笫二周期波形和具有第三預(yù)定頻率的第三 周期波形，所述第二預(yù)定頻率和所述第三預(yù)定頻率中的每一個(gè)都不同 于所述第一預(yù)定頻率，并且彼此不同。
6. 如權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述輸入電路包括電荷放 大器，所述電荷放大器進(jìn)一步包括具有反相輸入端、正相輸入端以及輸出端的運(yùn)算放大器，其中所 述正相輸入端可操作地連接到所述至少一個(gè)感測(cè)電極；連接在所述輸出端和所述反相輸入端之間的反饋電容器，其中所 述反饋電容器可編程為具有一定范圍的值；和連接在所述輸出端和所述反相輸入端之間的反饋電阻器，其中所 述反饋電阻器可編程為具有一定范圍的值。
7. 如權(quán)利要求6所述的控制器，其中所述電荷放大器還包括耦 接在所述正相輸入端和所述至少一個(gè)感測(cè)電極之間以與所述反饋電阻 器和所述反饋電容器結(jié)合形成抗混疊濾波器的電阻器。
8. 如權(quán)利要求6所述的控制器，其中所述放大器的所述正相輸 入被耦接到地。
9. 如權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述輸入電路包括偏置補(bǔ) 償器，所述偏置補(bǔ)償器包括可編程偏置數(shù)模轉(zhuǎn)換器，適于生成與在所述驅(qū)動(dòng)電極和所述感測(cè) 電極之間的所述電容耦合的靜態(tài)分量相對(duì)應(yīng)的偏置信號(hào)；以及減法器電路，被配置成從指示在所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極和所述至 少 一 個(gè)感測(cè)電極之間的所述電容耦合的測(cè)量信號(hào)中減去所述偏置信 號(hào)。
10. 如權(quán)利要求6所述的控制器，其中所述輸入電路還包括偏置 補(bǔ)償器，所述偏置補(bǔ)償器包括可編程偏置數(shù);R轉(zhuǎn)換器，適于生成與在所述驅(qū)動(dòng)電極和所述感測(cè) 電極之間的所述電容耦合的靜態(tài)分量相對(duì)應(yīng)的偏置信號(hào)；以及減法器電路，被配置成從所述電荷放大器的輸出信號(hào)中減去所述 偏置信號(hào)，所述輸出信號(hào)指示在所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極和所述至少一 個(gè)感測(cè)電極之間的所述電容耦合。
11. 如權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述輸入電路包括解調(diào)器， 所述解調(diào)器包括乘法器，所述乘法器被配置成將指示在所述至少一個(gè) 驅(qū)動(dòng)電極和所述至少 一 個(gè)感測(cè)電極之間的電容耦合的信號(hào)與解調(diào)波形 混合。
12. 如權(quán)利要求6所述的控制器，其中所述輸入電路還包括解調(diào) 器，所述解調(diào)器包括乘法器，所述乘法器被配置成將所述運(yùn)算放大器 的輸出信號(hào)與解調(diào)波形混合，所述輸出信號(hào)指示在所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng) 電極和所述至少一個(gè)感測(cè)電極之間的電容耦合。
13，如權(quán)利要求12所述的控制器，其中所述輸入電路還包括偏 置補(bǔ)償器，所述偏置補(bǔ)償器包括可編程偏置數(shù)模轉(zhuǎn)換器，適于生成與在所述驅(qū)動(dòng)電極和所述感測(cè) 電極之間的所述電容耦合的靜態(tài)分量相對(duì)應(yīng)的偏置信號(hào)；以及減法器電路，被配置成從所述解調(diào)器的輸出信號(hào)中減去所述偏置 信號(hào)，所述輸出信號(hào)指示在所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極和所述至少一個(gè)感 測(cè)電極之間的所述電容耦合。
14.如權(quán)利要求9所述的控制器，其中所述輸入電路還包括解調(diào) 器，所述解調(diào)器包括乘法器，所述乘法器被配置成將所述偏置補(bǔ)償器的輸出信號(hào)與解調(diào)波形混合，所述輸出信號(hào)指示在所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng) 電極和所述至少一個(gè)感測(cè)電極之間的電容耦合。
15. 如權(quán)利要求ll、 12、 13或14所述的控制器，其中所述解調(diào) 波形是通過(guò)參照查找表而確定的。
16. 如權(quán)利要求15所述的控制器，其中所述解調(diào)波形是高斯包 絡(luò)正弦波。
17. 如權(quán)利要求l、 6、 9、 10、 11、 12、 13或14所述的控制器， 其中所述輸入電路還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器被配置成根據(jù) 所測(cè)量的所述驅(qū)動(dòng)波形從所述驅(qū)動(dòng)電極到所述感測(cè)電極的電容耦合來(lái) 產(chǎn)生數(shù)字輸出。
18. 如權(quán)利要求17所述的控制器，其中所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器是 sigma-delta轉(zhuǎn)換器。
19. 一種操作多點(diǎn)觸摸表面的方法，所述多點(diǎn)觸摸表面包括至少 一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極、至少一個(gè)感測(cè)電極以及被布置在所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電 極和所述至少一個(gè)感測(cè)電極的交叉處的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所述方法包括利用具有第 一預(yù)定頻率的第 一周期波形來(lái)激勵(lì)所述至少 一個(gè)驅(qū) 動(dòng)電極；讀取所述至少一個(gè)感測(cè)電極以確定被布置在所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng) 電極和所述至少一個(gè)感測(cè)電極的所述交叉處的所迷節(jié)點(diǎn)的電容；利用具有不同于所述第一預(yù)定頻率的其它預(yù)定頻率的至少一個(gè) 其它周期波形來(lái)激勵(lì)所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極；讀取所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極以確定被布置在所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng) 電極和所述至少一個(gè)感測(cè)電極的所述交叉處的所述節(jié)點(diǎn)的電容；以及將由所述笫一激勵(lì)確定的電容與由所述至少一個(gè)其它激勵(lì)確定的電容相比較以確定所述節(jié)點(diǎn)的真實(shí)電容。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述利用具有不同于所述 第一預(yù)定頻率的其它預(yù)定頻率的至少一個(gè)其它周期波形來(lái)激勵(lì)所述至 少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極的步驟包括利用具有第二預(yù)定頻率的第二周期波形來(lái)激勵(lì)所述至少 一個(gè)驅(qū) 動(dòng)電才及；以及利用具有第三預(yù)定頻率的第三周期波形來(lái)激勵(lì)所述至少一個(gè)驅(qū) 動(dòng)電極；其中所述第二預(yù)定頻率和所述第三預(yù)定頻率不同于所述第一預(yù) 定頻率，并且彼此不同。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述將由所述第一激勵(lì)確 定的電容與由所述至少一個(gè)其它激勵(lì)確定的電容相比較以確定所述節(jié) 點(diǎn)的真實(shí)電容的步驟包括對(duì)由所述第一激勵(lì)、所述第二激勵(lì)和所述第三激勵(lì)確定的電容取平均。
22. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述將由所述第一激勵(lì)確 定的電容與由所述至少一個(gè)其它激勵(lì)確定的電容相比較以確定所述節(jié) 點(diǎn)的真實(shí)電容的步驟包括將多數(shù)決定原則算法應(yīng)用到由所述第一激勵(lì)、所述第二激勵(lì)和所 述第三激勵(lì)確定的電容。
23. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述將由所述第一激勵(lì)確 定的電容與由所述至少一個(gè)其它激勵(lì)確定的電容相比較以確定所述節(jié) 點(diǎn)的真實(shí)電容的步驟包括對(duì)由所述第 一激勵(lì)、所述第二激勵(lì)和所述第三激勵(lì)確定的電容取中值。
24. —種電荷放大器，包括具有反相輸入端、正相輸入端以及輸出端的運(yùn)算放大器； 連接在所述輸出端和所述反相輸入端之間的反饋電容器，其中所述反饋電容器可編程為具有一定范圍的值；和連接在所述輸出端和所述反相輸入端之間的反饋電阻器，其中所述反饋電阻器可編程為具有一定范圍的值。
25. 如權(quán)利要求24所述的電荷放大器，其中所述電荷放大器還 包括耦接在所述正相輸入端和輸入之間以與所述反饋電阻器和所述反 饋電容器結(jié)合形成抗混疊濾波器的電阻器。
26. 如權(quán)利要求24所述的電荷放大器，其中所述放大器的所述 正相輸入被耦接到地。
27. —種操作多點(diǎn)觸摸表面的方法，所述多點(diǎn)觸摸表面包括至少 一個(gè)驅(qū)動(dòng)電才及、至少一個(gè)感測(cè)電才及以及凈皮布置在所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電 極和所述至少一個(gè)感測(cè)電極的交叉處的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所述方法包括在所述至少 一個(gè)感測(cè)電極上檢測(cè)由驅(qū)動(dòng)波形在所述至少 一個(gè)節(jié) 點(diǎn)處的電容耦合引起的波形，所述驅(qū)動(dòng)波形已經(jīng)被施加到所述至少一 個(gè)驅(qū)動(dòng)電極；放大檢測(cè)到的波形；以及解調(diào)放大后的波形，以檢測(cè)位于所述至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)附近的對(duì)象。
28，如權(quán)利要求27所述的方法，還包括從所述放大后的波形 中減去偏置，所述偏置被確定為所述至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)電容的函數(shù), 其中所述解調(diào)放大后的波形的步驟發(fā)生在所述減去偏置的步驟之后。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述在所述至少一個(gè)感測(cè)電極上檢測(cè)波形的步驟包括在所述至少一個(gè)感測(cè)電極上檢測(cè)由第一驅(qū)動(dòng)波形在所述至 少一個(gè)節(jié)點(diǎn)處的電容耦合引起的第一波形，所述第一驅(qū)動(dòng)波形已經(jīng)被施加到所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極并具有第一預(yù)定頻率；以及在所述至少 一 個(gè)感測(cè)電極上檢測(cè)由至少 一 個(gè)其它驅(qū)動(dòng)波形在所述至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)處的電容耦合引起的至少一個(gè)其它波形，所述至少一個(gè)其它驅(qū)動(dòng)波形已經(jīng)被施加到所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極并具有其它預(yù)定頻率；并且所述解調(diào)放大后的波形的步驟包括解調(diào)所述第一波形和所述至少一個(gè)其它波形中的每一個(gè)，并且比較解調(diào)后的波形以確定所述節(jié)點(diǎn)的電容。
30. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述比較解調(diào)后的波形的 步驟包括取平均。
31. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述比較解調(diào)后的波形的 步驟包括選擇中值。
32. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述比較解調(diào)后的波形的 步驟包括應(yīng)用多數(shù)決定原則算法。
33. 如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述解調(diào)放大后的波形的 步驟包括將所述放大后的波形與高斯包絡(luò)正弦波混合。
34. —種與電容觸摸傳感器結(jié)合使用的偏置補(bǔ)償電路，其中通過(guò) 測(cè)量驅(qū)動(dòng)波形從驅(qū)動(dòng)電極到感測(cè)電極的電容耦合來(lái)操作所述電容觸摸 傳感器，所述偏置補(bǔ)償電路包括可編程偏置數(shù)模轉(zhuǎn)換器，適于生成與在所述驅(qū)動(dòng)電極和所述感測(cè)電極之間的所述電容耦合的靜態(tài)分量相對(duì)應(yīng)的偏置信號(hào)；以及減法器電路，被配置成從指示在所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極和所述至 少 一 個(gè)感測(cè)電極之間的所述電容耦合的測(cè)量信號(hào)中減去所述偏置信 號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多點(diǎn)觸摸表面控制器?？刂破靼呻娐?，集成電路包括用于驅(qū)動(dòng)電容性多點(diǎn)觸摸傳感器的輸出電路和用于讀取所述傳感器的輸入電路。這里還公開了各種噪聲抑制和動(dòng)態(tài)范圍增強(qiáng)技術(shù)，其允許控制器在各種條件下與各種傳感器一起使用，而無(wú)需重新配置硬件。
文檔編號(hào)G06F3/044GK101479692SQ200780023742
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2007年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月2日
發(fā)明者B·Q·胡派, C·H·克拉, S·P·豪泰靈 申請(qǐng)人:蘋果公司