專利名稱：電容性觸摸傳感器中的噪聲處置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電容性觸摸傳感器中的噪聲處置以檢測身體的接近度，更特別地，涉及一種所謂的有源類型的電容性傳感器，其基于測量驅(qū)動器與感測電極之間的電容性耦
I=I O
背景技術：
存在各種形式的觸敏控制件，其使用電容性傳感器來感測身體(例如，用戶的手指)的存在。在W0-00/44018中揭示一種形式的觸敏控制件。在此實例中，提供一對電極， 其充當鍵以使得因在所述兩個電極之間轉(zhuǎn)移的電荷量的改變而檢測到身體(例如，用戶的手指)的存在。借助此布置，所述電極中的一者(標示為X)以驅(qū)動電路驅(qū)動，且所述對電極中的另一者(標示為Y)連接到電荷測量電路，所述電荷測量電路在由X板驅(qū)動時檢測Y板上所存在的電荷量。如W0-00/44018中所揭示，數(shù)對電極可經(jīng)布置以形成感測區(qū)域矩陣，所述感測區(qū)域矩陣可提供觸敏二維位置傳感器的有效實施方案。此些二維電容性轉(zhuǎn)換(2DCT) 傳感器通常與包含用于(例如)消費電子裝置及家庭器具中的觸敏屏幕或觸敏鍵盤/小鍵盤的裝置一起使用。采用2DCT傳感器的裝置已不僅結合個人計算機且也在所有其它器具樣式(例如， 個人數(shù)字助理(PDA)、銷售點(POS)終端、電子信息及售票信息亭、廚房器具及類似物)中變得日益普遍且常見。出于若干個原因，常常偏好2DCT傳感器為機械開關。舉例來說，2DCT 傳感器不需要移動部件且因此比其機械對應物較不易于磨損。2DCT傳感器也可以相對小的大小制成，以便可提供對應小的且密集的小鍵盤陣列。此外，2DCT傳感器可提供于環(huán)境密封外表面/蓋面板下面。此使得2DCT傳感器在潮濕環(huán)境中或在存在灰塵或流體進入裝置的危險的情況下的使用處于控制下而具吸引力。另外，制造業(yè)常常偏好在其產(chǎn)品中采用基于2DCT傳感器的接口，因為此些接口常常被消費者視為比常規(guī)機械輸入機構(例如，按鈕)在美學上更令人愉快?？刹⑷胗?DCT傳感器的其它裝置包含出于反饋控制目的而在機器中使用的筆輸入板及編碼器，舉例來說，2DCT傳感器能夠借助電容感測機構報告物件或人類身體部分的位置的至少二維坐標(笛卡爾坐標)或以其它方式與所述位置相關。雖然觸敏電容性傳感器(例如，上文所述及在上述揭示內(nèi)容中所揭示的那些觸敏電容性傳感器)已成功地部署于許多應用中，但一些應用可呈現(xiàn)檢測因身體的存在而導致的電荷改變的具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境。舉例來說，在移動電話上使用觸摸傳感器可引起技術問題，因為存在由射頻輻射、 由射頻信號及由所述移動電話內(nèi)的調(diào)制器所產(chǎn)生的各種干擾噪聲信號。類似地，液晶顯示器(LCD)具有因切換及刷新像素而導致的特性切換噪聲。其它類型的顯示器可具有其自己形式的與像素掃描及刷新相關的特性脈沖式噪聲。也可存在正弦曲線噪聲(例如，由市電產(chǎn)生的正弦曲線噪聲)，其可影響在鍵上所檢測的電荷量。舉例來說，當手持式裝置(例如， 移動電話)正通過干線充電時，此影響可頗顯著。隨附圖式的圖7以信號強度或振幅(其可為相對于時間測量的電壓或電荷)的圖表的形式顯示正弦曲線噪聲的實例。顯示各個點220以指示在其處針對觸摸傳感器(例如， 上文所述的那些觸摸 傳感器)進行突發(fā)測量的點。應了解，由于由線222所表示的正弦曲線噪聲，通過測量電路(例如，上文所述的那些測量電路)的測量電容器從鍵轉(zhuǎn)移的電荷量將變化且因此在一些情形下可導致對身體的存在的錯誤測量。隨附圖式的圖8顯示另一形式的噪聲，即矩形噪聲或脈沖式噪聲，即，具有高頻分量的噪聲，例如可因切換觸摸面板與其集成在一起的LCD顯示器中的像素而產(chǎn)生的噪聲。 以取樣點220顯示信號強度相對于時間的圖表，其可由測量電路(例如，上文所述的那些測量電路)中的測量循環(huán)的突發(fā)產(chǎn)生。還顯示噪聲脈沖222。如果測量循環(huán)與噪聲脈沖的上升沿一致(可因LCD切換事件而產(chǎn)生)，那么可產(chǎn)生錯誤的測量，此又可導致觸摸傳感器錯誤地檢測身體的存在。隨附圖式的圖9圖解說明顯示同時發(fā)生的正弦曲線與矩形噪聲的此情形。應了解，一般來說，正弦曲線噪聲與矩形噪聲兩者可在給定時間周期期間存在。此外，由于其性質(zhì)，噪聲量以及其頻率分量將常常隨著時間變化?，F(xiàn)有技術電容性傳感器采用各種信號處理技術來對來自所獲取的信號的噪聲進行濾波。舉例來說，在過去已使用箱車平均器及檢測積分器。原則上，可使用且可能已使用其它類型的標準濾波，例如轉(zhuǎn)換速率濾波器(slew rate filter)、高頻率通過濾波器、低頻率通過濾波器及帶通濾波器。期望依據(jù)信號產(chǎn)生噪聲的程度來調(diào)節(jié)濾波。舉例來說，可期望依據(jù)噪聲的量及特性來接通及關斷某些濾波器或顧及噪聲而設定濾波器的參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種測量身體與電容性傳感器裝置的接近度的方法，所述電容性傳感器裝置包括耦合電容器，其具有對身體的接近度敏感的電容；及電荷積累電容器，其具有第一板及第二板，所述第一板連接到所述耦合電容器，且所述第二板連接到電壓輸出線。常規(guī)上，通過將指示所述耦合電容器的所述電容的電荷從所述耦合電容器轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器且通過讀取所述電壓輸出線上的電壓來進行信號測量，借此測量身體的接近度。在所述信號測量之前或之后，通過仿真或模仿所述信號測量，但抑制電荷因身體的接近度而出現(xiàn)在所述耦合電容器上，借此將指示在所述耦合電容器上所誘發(fā)的噪聲的電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器，且通過讀取所述電壓輸出線上的所述電壓來進行額外噪聲測量，借此測量噪聲。在優(yōu)選實施例中，提供一種測量身體與電容性傳感器裝置的接近度的方法，所述電容性傳感器裝置包括x電極及Y電極，其形成耦合電容器的相應X板及Y板，所述耦合電容器具有對身體的接近度敏感的電容；及電荷積累電容器，其具有第一板及第二板，所述第一板連接到所述耦合電容器的所述Y板，且所述第二板連接到電壓輸出線，所述方法包括 通過應用以輸入電壓驅(qū)動所述X電極的一個或一個以上循環(huán)，借此將指示所述耦合電容器的所述電容的一個或一個以上電荷包從所述耦合電容器轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器，且通過讀取所述電壓輸出線上的電壓來進行信號測量，借此測量身體的接近度；及在所述信號測量之前或之后，通過仿真或模仿所述信號測量，但不驅(qū)動所述X電極，借此將指示在所述耦合電容器上所誘發(fā)的噪聲的一個或一個以上電荷包轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器，且通過讀取所述電壓輸出線上的所述電壓來進行噪聲測量，借此測量噪聲。因此，可在期望時獲得噪聲測量，例如在每'η'個信號測量之后，其中直接從形成電容性傳感器裝置的感測節(jié)點的耦合電容器取得所述噪聲測量。因此，在進行信號測量時，噪聲測量應表示噪聲電平，因為所述噪聲測量是使用相同的電路元件及互連獲得。此夕卜，可在對傳感器裝置無任何額外硬件要求的情況下進行噪聲測量。所述電荷積累電容器的所述第二板優(yōu)選地連接到可操作以將預定量的電荷注入到所述第二板上的預充電線。在進行噪聲測量時，則在模仿信號測量之前給所述電荷積累電容器的所述第二板充電，借此通過其對最初置于所述電荷積累電容器上的電荷量的調(diào)制來測量噪聲。在噪聲測量過程的每一循環(huán)，所述預充電使得在所述電荷積累電容器上所積累的電荷量與在所述耦合電容器的Y板上所誘發(fā)的電荷的正負號無關。如果控制器不能夠測量來自所述電荷積累電容器的任意電壓，那么此有用。舉例來說，如果控制器不使用模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器來讀取電壓，而是使用僅能夠檢測零交叉的比較器，那么可將所述電荷積累電容器的所述第二板預充電到(例如)某一負電壓或正電壓，以確保噪聲貢獻將不導致電壓在被讀出之前改變正負號，而是僅在不改變其正負號的情況下調(diào)制預充電電壓。在噪聲測量中，電荷可在多個循環(huán)中轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器，且在預定數(shù)目個所述循環(huán)之后讀取所述電壓輸出線上的所述電壓。為使得噪聲不在所述電荷積累電容器上實現(xiàn)平均，循環(huán)的數(shù)目優(yōu)選為1或小整數(shù)，例如2、3、4或5。在信號測量中，電荷可在多個循環(huán)中轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器，且在預定數(shù)目個所述循環(huán)之后讀取所述電壓輸出線上的所述電壓。或者，電荷可在多個循環(huán)中轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器，其中重復所述循環(huán)直到所述電壓輸出線上的所述電壓達到閾值，讀取達到所述閾值所需的循環(huán)數(shù)目作為所述電容的量度。在信號測量中，預定循環(huán)的數(shù)目可為 1，但優(yōu)選為較高數(shù)目，以使得所述電荷積累電容器對任噪聲具有平均化效應。舉例來說，循環(huán)的數(shù)目優(yōu)選為至少5、10、20、30、40、50或100。電荷在其期間從所述耦合電容器轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器的循環(huán)的數(shù)目在此項技術中常常稱為突發(fā)長度。因此應了解，噪聲測量通常將使用為(例如)唯一循環(huán)或幾個循環(huán)的短的固定突發(fā)長度，而信號測量通常將使用較長突發(fā)長度，所述較長突發(fā)長度可固定(即，在數(shù)目上預定)或可變(即，信號達到閾值所需的數(shù)目)。因此，用于噪聲測量的突發(fā)長度通常將短于用于信號測量的突發(fā)長度。通過散置信號測量及噪聲測量來應用所述方法。通常，針對每一噪聲測量進行多個信號測量?？上拗圃肼暅y量以使得其僅占據(jù)總測量時間的某一小部分，例如可在'η'個信號測量之后進行噪聲測量，其中η可為至少2、3、4、5、10、20、50或100。在2DCT中，可每一幀一次或每'η'個幀一次地進行噪聲測量，其中在從二維觸摸面板的感測節(jié)點中的每一者(即，耦合電容器中的每一者)讀取信號測量時界定觸摸數(shù)據(jù)的幀的集合。
本發(fā)明還提供一種電容性傳感器裝置，其包括耦合電容器，其具有對身體的接近度敏感的電容；及電荷積累電容器，其具有第一板及第二板，所述第一板連接到所述耦合電容器，且所述第二板連接到電壓輸出線，所述裝置可以第一模式操作以通過將指示所述耦合電容器的所述電容的電荷從所述耦合電容器轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器來進行信號測量，其中所述電壓輸出線上的電壓為身體的接近度的量度；且所述裝置可以第二模式操作以通過模仿所述信號測量，但不使得電荷通過身體的接近度而出現(xiàn)在所 述耦合電容器上， 借此將指示在所述耦合電容器上所誘發(fā)的噪聲的電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器來進行噪聲測量，其中所述電壓輸出線上的所述電壓為噪聲的量度。在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明進一步提供一種電容性傳感器裝置，其包括X電極及Y 電極，其形成耦合電容器的相應X板及Y板，所述耦合電容器具有對身體的接近度敏感的電容；及電荷積累電容器，其具有第一板及第二板，所述第一板連接到所述耦合電容器的所述 Y板，且所述第二板連接到電壓輸出線，所述裝置可以第一模式操作以通過應用以輸入電壓驅(qū)動所述X電極的連續(xù)循環(huán)，借此將指示所述耦合電容器的所述電容的連續(xù)電荷包從所述耦合電容器轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器來進行信號測量，其中所述電壓輸出線上的電壓為身體的接近度的量度；且所述裝置可以第二模式操作以通過模仿所述信號測量，但不驅(qū)動所述X電極，借此將指示在所述耦合電容器上所誘發(fā)的噪聲的連續(xù)電荷包轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器來進行噪聲測量，其中所述電壓輸出線上的所述電壓為噪聲的量度。所述電荷積累電容器的所述第二板優(yōu)選地連接到可操作以將預定量的電荷注入到所述第二板上的預充電線，且其中，在噪聲測量模式中，在模仿所述信號測量之前預充電所述電荷積累電容器的所述第二板，借此通過其對通過所述預充電最初置于所述電荷積累電容器上的電荷量的調(diào)制來測量噪聲。本發(fā)明向單元件觸摸傳感器裝置(即，具有一個或一個以上經(jīng)隔離按鈕的裝置) 并向一維傳感器(例如，滑動器或滾輪)且也向二維傳感器(例如，字母數(shù)字小鍵盤仿真器)提供益處并為顯示器提供覆蓋層，此借此提供觸摸屏。在一些實施例中，所述裝置具有為每一 X電極所共用的多個Y電極。另外，每一 Y 電極可具有其自己的電荷積累器電容器?；蛘?，可通過多路復用器共享這些電極。在二維傳感器中，可存在多個X電極，且所述X電極及Y電極可經(jīng)布置以形成分布于觸敏面板上方的二維耦合電容器陣列。所述裝置可進一步包括數(shù)據(jù)獲取單元(例如，微控制器或其它處理器)，所述數(shù)據(jù)獲取單元連接到所述電壓輸出線且可操作以測量所述電壓輸出線上的所述電壓從而獲取所述信號及噪聲測量。所述裝置仍可進一步包括濾波器，所述濾波器可操作以對所述信號測量執(zhí)行數(shù)值處理，其中所述濾波器可顧及所述噪聲測量而操作。所述濾波器可由所述數(shù)據(jù)獲取單元托管并在信號測量被供應到較高級系統(tǒng)組件之前提供信號處理。或者，所述濾波器可托管于較高級系統(tǒng)組件(例如，中央處理單元或數(shù)字信號處理器)中。所述濾波器優(yōu)選地具有依據(jù)噪聲測量修改的配置設定，例如，帶通濾波器可使其帶通范圍改變，轉(zhuǎn)換濾波器可使其遞增/遞減系數(shù)改變。此外，噪聲測量可支配是否應用濾波器，舉例來說，如果噪聲電平測量為低，那么可減活濾波器。


為更好地理解本發(fā)明并顯示實現(xiàn)本發(fā)明的方式，現(xiàn)在以實例方式參照附圖，其中圖Ia是觸摸感測節(jié)點的示意性框圖，且圖Ib是接近圖Ia的傳感器安置的用戶的手指的實例性圖解說明；圖2是圖解說明圖Ib中所示的觸摸傳感器的電等效圖的示意性框圖；圖3是供與圖Ia及圖Ib的觸摸感測節(jié)點一起使用的觸摸感測電路的示意性框圖； 圖4是圖解說明圖3中所示的感測電路的操作的實例性時序圖；圖5是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的提供二維電容性轉(zhuǎn)換傳感器布置的觸敏矩陣的電路圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例圖解說明圖3中所示的感測電路的操作的時序圖；圖7是信號強度相對于時間的圖表，其表示感測鍵上所存在的電壓或電荷，所述感測鍵已受到正弦曲線噪聲(例如，干線噪聲)的影響；圖8是信號強度相對于時間的圖表，其表示在存在矩形噪聲(例如，LCD噪聲)的情況下在感測鍵上的電壓或電荷；及圖9是信號強度相對于時間的圖表，其表示在存在正弦曲線及矩形噪聲的情況下在感測鍵上的電壓或電荷。
具體實施例方式圖Ia是在缺少致動身體(通常用戶的手指或手寫筆)的情況下穿過觸敏控制面板15的示意性橫截面。圖Ib對應于圖la，但顯示在存在致動身體(呈用戶的手指的形式)的情況下的相同橫截面。圖Ia及Ib中所示的觸摸傳感器對應于其中一對橫向電極形成觸摸傳感器的實例。如圖Ia中所示，在以下說明中形成驅(qū)動板或X板及接收板或Y板的一對電極100、104 安置于觸敏控制面板15的表面下面。電極100、104安置于電介質(zhì)層16 (例如，玻璃或塑料面板)下面。如圖Ia及Ib中所示，觸摸傳感器10經(jīng)布置以因從Y板104轉(zhuǎn)移的電荷量的改變而檢測到身體(例如，用戶的手指20)的存在。如圖Ia中所示，當X板100由電路充電或驅(qū)動時，在觸摸面板表面15上方及下方形成由線18及19所圖解說明的電場，因此電荷轉(zhuǎn)移到Y板104。X板及Y板100、104形成電容性可充電感測節(jié)點10，所述節(jié)點在下文中稱為鍵。如圖Ib中所示，由于電場18因用戶的手指20的存在而導致的干擾，控制面板15 的表面上方的電場因由用戶的手指20 (如接地34所示意性地圖解說明)所提供的大地或接地效應而受到干擾。在圖2中顯示圖Ia及Ib中所示的觸摸傳感器的等效電路圖。在圖2中，以電路圖的形式圖解說明等效電容。在鍵的X板100與Y板104之間形成的電容為電容CE 105(在此項技術中有時也稱為Cx)，其實際上為耦合電容器。身體20的存在具有引入分流電容30、 32、33的效應，所述分路電容接著通過到接地34的等效接地電容器22而經(jīng)由身體20接地。 因此，身體20的存在影響從鍵的Y板轉(zhuǎn)移的電荷量，且因此提供一種檢測身體20的存在的方式。此是因為鍵CE 105的X板100與Y板104之間的電容性耦合因由增加的電容33所導致的T橋效應而減小。 所屬領域的技術人員應了解，圖Ia及Ib正基于測量兩個電極之間(而非單個感測電極與系統(tǒng)接地之間)的電容性耦合而描繪所謂的有源電容性傳感器。在US 6，452，514 中描述了有源電容性感測技術的原理。在有源型傳感器中，給一個電極(所謂的驅(qū)動電極) 供應振蕩驅(qū)動信號。所述驅(qū)動信號到感測電極的電容性耦合度是通過測量由所述振蕩驅(qū)動信號轉(zhuǎn)移到所述感測電極的電荷量來確定。所轉(zhuǎn)移的電荷量(即，在感測電極處所經(jīng)歷的信號的強度)為所述電極之間的電容性耦合的量度。當所述電極附近不存在指向物件時， 所述感測電極上的所測量信號具有背景值或靜態(tài)值。然而，當指向物件(例如，用戶的手指)接近所述電極(或更特定來說接近靠近分離所述電極的區(qū))時，所述指向物件充當虛擬接地并從所述驅(qū)動電極吸收一些驅(qū)動信號(電荷)。此用于減小驅(qū)動信號的耦合到感測電極的分量的強度。因此，用感測電極上的所測量信號的減小來指示指向物件的存在。圖3提供電路圖，其通過感測從圖2中所示的X板100轉(zhuǎn)移到Y板104的電荷量來形成觸摸傳感器且包含已根據(jù)W0-00/44018重現(xiàn)的電荷測量電路，W0-00/44018對應于 US 6，452，514。如圖所示，驅(qū)動電路101連接到鍵105的X板100且鍵105的Y板104連接到電荷測量電路108的輸入106，其中所述X板及Y板共同形成電容器105。輸入106連接到第一可控制開關110且連接到測量電容器Cs 112的電荷積累于其上作為電容性耦合的量度的一個側(cè)。測量電容器112的另一側(cè)經(jīng)由第二可控制開關114連接到測量電路108的輸出 116，所述輸出作為電壓VOUT饋送到控制器118。第一輸入控制通道103用于控制驅(qū)動電路 101的操作。第一及第二可控制開關110及114由控制器118通過相應第一及第二開關控制線146及148控制。類似地，驅(qū)動電路101由控制器118通過第一輸入控制通道103控制。在所圖解說明的電路圖中，已采用慣例，借此開關110、114中的每一者的控制輸入在所述控制輸入為“0”時斷開且在所述控制輸入為“1”時閉合。開關110、114中的每一者的另一側(cè)連接到接地，以使得如果所述控制輸入為“ 1”，那么所述連接輸入將連接到接地。已針對驅(qū)動電路101采用類似慣例，借此在控制輸入103為“0”時，所述X板連接到接地，且在所述控制輸入為“ 1”時，所述X板連接到參考電壓“V”。圖4是時序圖，其顯示觸摸傳感器的操作，且特定來說經(jīng)布置以測量從鍵105的X 板100轉(zhuǎn)移到Y板104的電荷量的測量電路的功能。顯示四個時序圖130、132、134、138以圖解說明測量電路108的操作。第一時序圖130表示施加到第二開關114的控制輸入。在左手側(cè)上，顯示所述控制輸入的邏輯值，而在右手側(cè)上，將連接點114. 1處的效應顯示為“Z”(其中連接點114. 1 經(jīng)隔離或浮動)或針對為1的邏輯控制輸入接地。第二時序圖132表示施加到第一開關110的控制輸入。顯示連接點110. 1的邏輯控制輸入值“0”或“1”處于浮動(Z)或接地(0)。第三時序圖134顯示提供到鍵的X板100的驅(qū)動信號的相對時序，在此情況下，與兩個開關110、114的時序圖130、132相對比，所述時序圖的值為絕對值以使得左手側(cè)圖解說明電壓在接地與參考電壓“V”之間變化，參考電壓“V”為用于給X板100充電的電壓。第四時序圖138提供對在測量電容器112上因根據(jù)由時序圖130、132、134所圖解說明的時序的開關110、114的斷開及閉合以及X板100的驅(qū)動而產(chǎn)生的實例性信號強度或電壓的圖解說明?，F(xiàn)在將如下解釋時序圖130、132、134、138 在第 一時間tl處，使用相應開關110及114的為高(1)的控制線146及148以及驅(qū)動電路101的為低(0)的控制線103來初始化(S卩，重設)電荷測量電路108。控制線 146、148、103是連接到控制器118的線。因此，將Y板104、X板100及電荷測量電容器112 設定為接地。對應地，跨越電荷測量電路112的輸出電壓處于零。應了解，在其它實施例中， 到接地及VDD的連接可顛倒。在第二時間t2處，將到第二開關114的邏輯輸入設定為低(0)，借此斷開所述開關且使連接點114. 1浮動。在第三時間t3處，將到開關110的控制輸入設定為低(0)，借此使連接點 110. 1 (其以前為YA)浮動，在時間t4處，將驅(qū)動電路101的控制輸入103設定為高(1)，借此將鍵105的X板100連接到參考電壓“V”。接著，為使測量電容器C充電達t5與t6之間的周期S，將到第二開關114的控制輸入設定為高(1)，借此使YB接地以將在鍵105的Y 板上所誘發(fā)的電荷轉(zhuǎn)移到電荷測量電容器112上，直到在將到第二開關114的控制輸入設定為低(0)時的時間t6，此再次使連接點114. 1浮動。在使測量電容器C充電達t5與t6 之間的第一駐留時間之后，在t7處，將到第一開關110的控制輸入設定為高(1)，借此使連接點110. 1接地，所述連接點連接到電荷測量電容器Cs 112的另一側(cè)。因此，可測量跨越所述測量電容器的電壓。將在t5與t6之間的駐留時間期間從Y板104轉(zhuǎn)移到測量電容器 Cs 112上的電荷量表示為輸出電壓V0UT。在時間t8處，到驅(qū)動電路101的控制輸入103變?yōu)榈?0)，借此將鍵105的X板
100連接到接地，此結束第一測量循環(huán)。在時間t9處，測量突發(fā)的下一測量循環(huán)發(fā)生。在t9處，在到驅(qū)動電路101的控制輸入103再次變?yōu)楦?1)之前，到開關110的控制輸入變?yōu)榈?0)，借此使YA浮動，借此在時間tlO處將X板100連接到參考電壓“V”。測量電容器112再次根據(jù)從所述鍵的Y板104 轉(zhuǎn)移到測量電容器112上的電荷充電。與點til處的第一突發(fā)一樣，到開關114的控制輸入變?yōu)楦?1)，借此使點114. 1接地并將電荷驅(qū)動到測量電容器上，直到在到開關114的控制輸入變?yōu)榈蜁r的tl2，此再次使YB浮動。因此，在til與tl2之間的駐留周期期間電荷再次從Y板104轉(zhuǎn)移，借此增加跨越測量電容器C的電壓(其表示為輸出電壓V0UT)。應了解，在圖4中，相對于YA處的接地連接(即，在點110. 1接地的情況下)顯示V0UT。在tl3處，將到開關110的控制輸入設定為高⑴，借此使YA接地，且在tl4處，到驅(qū)動電路101的控制輸入103變?yōu)榈?0)，借此將鍵105的X板100連接到接地，此結束所述第二測量循環(huán)。因此，與第一測量循環(huán)一樣，已從Y板轉(zhuǎn)移電荷量，此接著增加跨越測量電容器112的電壓，所述電壓表示從Y板轉(zhuǎn)移的電荷量。在突發(fā)的'η'個測量循環(huán)之后，‘η'個電荷包將已從Y板轉(zhuǎn)移到其處積累電荷的測量電容器112。通過以此方式突發(fā)，來自每一轉(zhuǎn)移的信號在測量電容器112上平均化，以便在其被讀出時，噪聲減小已經(jīng)有效地發(fā)生了，如此項技術中所眾所周知。借助電阻器140確定測量電容器112上的電荷量。電阻器140的一個側(cè)連接到測量電容器112，且另一側(cè)(標示為SMP)連接到可控制放電開關142。放電開關142經(jīng)連接以經(jīng)由控制通道144從控制器118接收控制信號。放電開關142當處于位置'0'時使SMP浮動且當處于位置'1' 時將SMP連接到電壓VDD。在測量期間(即，在圖4中所圖解說明的循環(huán)期間)選擇浮動位置，且在電荷積累經(jīng)過數(shù)個循環(huán)之后選擇VDD位置以通過放電電阻器140使測量電容器Cs 112放電?？刂破?18可操作以通過測量測量電容器C上的電荷放電所花費的時間量(即， 電壓VOUT減小到零所花費的時間量)(例如，通過對時鐘周期的數(shù)目進行計數(shù))來確定在所述測量電容器上所積累的電荷量。因此，可使用時鐘周期的數(shù)目來為相應的所測量電荷信號提供相對信號樣本值。此優(yōu)選地在使電容器C放電時使用將VOUT與零或接地信號進行比較的比較器來實現(xiàn)。使用相同的構造及操作原理，可形成觸敏開關矩陣或柵格以提供2DCT傳感器。因此，用戶可在給定時間在敏感區(qū)域上選擇一個(或在一些情況下，多個)位置。圖5顯示采用相對于圖3及4所描述的類別的傳感器陣列的二維觸摸傳感器。電荷測量電路與驅(qū)動電路101. 1,101. 2,101. 3,101. 4結合使用且經(jīng)布置以驅(qū)動不同的傳感器點205。如圖所示，驅(qū)動電路101. 1、101.2、101.3、101.4中的每一者由控制器118使用第一控制輸入103. 1、103. 2、103. 3、103. 4控制以便以與在圖3中驅(qū)動X板100且在圖4中表示的方法相同的方式來驅(qū)動對應線X1、X2、X3、X4中的每一者。類似地，輸入107提供參考電壓“V”。點205中的每一者處耦合電容器的輸出連接到測量電容器Cs 112. 1,112.2, 112. 3、112.4的一個側(cè)，所述測量電容器經(jīng)布置以測量Y板(Y1、Y2、Y3、Y4)上所存在的電荷量，從而提供輸出信號116. 1,116. 2,116. 3,116. 4以便以與圖3及4中所示的電路的操作相同的方式來檢測物件的存在。此通過以對應于上文參照圖3及4所解釋的布置的方式向開關 110a、110b、110c、110d、114a、114b、114c、114d 施加控制信號來實現(xiàn)。在圖5中，為清楚起見，已省略了來自圖3的一些細節(jié)。特定來說，未顯示電阻器 140、其開關142及致動線144。應注意，通?？捎蓙碜钥刂破?18的單個致動線144來致動開關142中的每一者，因為其僅需要一起切換以執(zhí)行其上文所述的功能。在W0-00/44018中揭示關于此矩陣電路的操作的更多細節(jié)。所述控制器如上文所解釋地操作以根據(jù)鍵205的電容的改變、通過在測量循環(huán)的突發(fā)期間在鍵矩陣中的一者上所誘發(fā)的電荷量的改變來檢測所述鍵上方物件的存在。然而，存在噪聲信號可將電荷誘發(fā)到觸摸傳感器的鍵上并提供錯誤檢測或阻止進行檢測。圖6顯示用于圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例圖3中所示的測量電路108減小噪聲效應的進一步操作的時序圖130、132、134、138及600。除了圖6中所示的時序圖在圖4中所示的那些時序圖之前(即，其從t-10運行到 tl)外，時序圖130、132、134及138對應于圖4上所示的相同時序圖。此處采用用于圖3及 4中所示的開關110及114中的每一者的相同慣例。還在圖3中顯示用于開關142的慣例 (對應于時序圖600)。依據(jù)SMP電阻器140的由控制線144所確定的位置，控制信號144 將SMP電阻器140連接到浮動(Z)或VDD。當控制線144為高(1)時，開關142將SMP電阻器140連接到VDD。當所述控制線為低(0)時，開關142將電阻器140連接到浮動(Z)。YB、YA、X及VOUT的時序圖130、132、134及138分別對應于圖4中所示且上文所述的那些時序圖。時序圖600表示施加到開關142的控制輸入。在左手側(cè)上，顯示所述控制輸入的邏輯值，而在右手側(cè)上，將SMP電阻器140處的效應顯示為“VDD”(其中電阻器142連接到VDD)或浮動(Z)(其中電阻器142浮動)?，F(xiàn)在將描述時序圖130、132、134、138及 600。在圖6中，在第一時間t-10處，借助開關110、114的為高(1)的兩個控制輸入來初始化電荷測量電路108，以便將Y板及電荷測量電容器112兩者均設定為接地且將到開關 142的輸入設定為低(0)以使得電阻器140浮動。此是使所述電容器放電。在時間t-9處，將到控制開關114的邏輯輸入設定為零，借此斷開所述開關且使連接點114. 1浮動，所述連接點將輸出電壓116連接到測量電容器Cs 112的一個側(cè)。在下一時間t-8處，將到開關142的控制輸入設定為高(1)，借此將電阻器140連接到VDD。測量電容器Cs 112現(xiàn)在在一個側(cè)處連接到接地且在另一側(cè)上經(jīng)由SMP電阻器 140連接到VDD，借此給所述電容器充電。使測量電容器Cs 112充電達預定時間T以使C充電設定量。測量電容器C的繞過X驅(qū)動電路101的此直接充電稱為預充電。可計算所述電容器上的預充電，因為電壓、電容器Cs 112的值、電阻器140的值及充電時間T全部已知。 VOUT 138顯示在t-8與t-7之間所述電容器的電壓。在時間t-7處，將到開關142的控制輸入設定為低(0)，借此使SMP電阻器140浮動。在時間t-6處，將到開關110的控制輸入設定為低(0)，借此使點110. 1浮動。為測量所述耦合電容器上的噪聲量，以與仿佛開關110、114及142正收集信號測量相同的方式(即，與參照圖4所述的方式相同的方式)來驅(qū)動開關110、114及142，除了不驅(qū)動X驅(qū)動電路101外。S卩，如從圖6可見，到X板的控制開關從時間t-10到tl保持為低(0)，因此不向耦合電容器105的X板100施加電壓。因此，在測量電容器112上所積累的電荷在獲取循環(huán)期間由在耦合電容器105的Y板104上所拾取的電荷包進行預充電調(diào)制。此調(diào)制將為噪聲的量度，因為假設在每一循環(huán)的駐留時間期間缺少X驅(qū)動信號的情況下，其可僅為在耦合電容器105上誘發(fā)電荷的噪聲。 總之，通過模仿信號測量，但不驅(qū)動X板100來進行噪聲測量。此外，通過在模仿正常信號測量之前預充電積累電容器而不驅(qū)動所述X板，通過其對通過所述預充電最初置于所述電荷積累電容器上的電荷量的調(diào)制來測量噪聲。為使測量電容器C充電或放電達t-5與t-4之間的周期S，將到開關114的控制輸入設定為高(1)，借此使YB接地以將因噪聲而在鍵105的Y板104上誘發(fā)的電荷轉(zhuǎn)移到電荷測量電容器112上，直到在將到開關114的控制輸入設定為低(0)時的t-4，此再次使連接點114. 1浮動。在時間t-5到t-4期間，如VOUT 138上所示，噪聲在電容器C上積累。 在所述駐留時間期間在電容器C上所積累的噪聲可導致時間t-4處的電壓高于或低于時間 t-5處的電壓。在圖6中針對時間t-4處的VOUT 138圖解說明兩個不同的結果。這些結果在時間t-5與t-Ι之間圖解說明為實線602，且在時間t-5與t-Ι之間圖解說明為虛線 604。實線602圖解說明已從所述測量電容器C移除電荷的噪聲信號，且虛線604圖解說明已向所述測量電容器C添加電荷的噪聲信號。在使測量電容器C充電達t-5與t-4之間的第一駐留時間S之后，在t-3處，將到開關Iio的控制輸入設定為高(1)，借此使連接點110. I(YA)接地，所述連接點連接到電荷測量電容器Cs 112的另一側(cè)。此將允許測量所述電容器C上的電荷。對在電容器C上所積累的電荷的測量以與上文所述的用于測量因觸摸而在電容器上所積累的電荷的相同的方式實施。在時間t-2處，到開關142的控制輸入144變?yōu)楦?1)，借此將SMP電阻器連接到VDD。因此，可在時間t-2與t-Ι之間測量跨越測量電容器 Cs 112的電壓。除在所述測量電容器上的所預充電電荷之外，還使用上文所述的方法測量在t-5與t-4之間的駐留時間期間從Y板104轉(zhuǎn)移到測量電容器Cs 112上的電荷量。除電容器C的已知電容之外，還使用讀出時間U來確定電容器C上的電荷量。應了解，由實線602及虛線604所表示的兩個結果中的每一者的讀出時間將不相同，即，針對由虛線604所圖解說明的情景將測量電容器C放電的時間將高于針對由實線 602所表示的情景將測量電容器C放電的時間。然而，為簡單起見，這些已在圖6中顯示為具有相同讀出時間。在時間t0處，將控制開關114設定為高(1)，以使得時序圖如圖3中所示繼續(xù)到時間tl。開關142的控制輸入在當驅(qū)動X板時對Y板上的電荷的測量期間保持為低(0)，如上文所述。以上過程僅針對單個電荷測量電路進行描述。然而，應了解，上文所述的過程可使用如圖5中所示連接到Y板的改變測量電路中每一者而在所述Y板中的每一者上實施。在以上實例中，噪聲獲取在信號獲取之前。然而，時間序列為任意的。實際上，將散置所述測量，其中(例如)提取一個噪聲樣本后跟數(shù)個信號樣本且接著是另一噪聲樣本寸寸。一旦測量了因Y板上的噪聲而在測量電容器C上產(chǎn)生的電荷，即可確定噪聲量。所檢測的噪聲是來自預充電循環(huán)的在測量電容器上的電荷與在駐留時間之后在測量電容器上的所測量電荷之間的差。應了解，在駐留時間之后電容器上的電荷可少于或等于預充電電荷，因為電荷可因噪聲以及被添加而從所述電容器移除。換句話說，噪聲是從從在駐留時間之后測量電容器Cs 112上的所測量電荷減去在預充電步驟之后測量電容器Cs 112上的電荷量所獲得的電荷值。將使用“噪聲電荷”來識別此電荷差?，F(xiàn)在使用所計算的噪聲電荷來計算噪聲因數(shù)。為計算所述噪聲因數(shù)，使用來自當前樣本及先前四個樣本的所檢測噪聲電荷。計算這5個樣本的標準差。此將稱為噪聲因數(shù)。 應了解，計算平方根在計算上密集，因此在優(yōu)選實施例中使用標準差的平方。應了解，可使用更多或更少的樣本來獲得噪聲因數(shù)。此外，應了解，可使用用于將噪聲電荷平均化的其它方法。上文所述 的方法已顯示了可怎樣使用圖3及5中所示的觸摸傳感器及觸摸矩陣來計算噪聲因數(shù)?，F(xiàn)在將描述怎樣使用噪聲因數(shù)來減小圖3及5中所示的此布置中的噪聲效應的實例。在本發(fā)明的實施例中，控制器118含有單個濾波器。所述濾波器可為任一類型的線性或非線性濾波器，例如低通濾波器。使用噪聲因數(shù)來控制是否使用濾波器。如果噪聲因數(shù)低于所指定閾值，那么不使用濾波器。然而，如果噪聲因數(shù)高于所指定閾值，那么將濾波器應用于所測量信號。舉例來說，如果觸摸矩陣實施于移動電話中，那么正常操作期間的噪聲因數(shù)可降到所指定值以下，借此不使用濾波。然而，如果所述移動電話(例如)在操作期間連接到電話充電器，那么所述電話充電器可引入噪聲。因此，如果因所述電話充電器所導致的噪聲因數(shù)超過所指定值，那么會將濾波器應用于所測量信號。一旦電話電池充好電且使電話與充電器斷開，噪聲因數(shù)將再次低于所述所指定值且不會將濾波器應用于所測量信號。
本發(fā)明的實施例提供一種用于響應于觸摸矩陣上所存在的實時噪聲信號而配置一個或一個以上濾波器的方法。圖3及5中所示的感測硬件通常保持不改變。因此，此可實施為固件更新。由于上文所述的方法提供一種用于激活或減活濾波器的方法，因此在不存在噪聲源或噪聲源低(即，低于所指定值)時，確定觸摸矩陣上的觸摸的位置所花費的時間可增加，因為對濾波無要求。在另一實施例中，控制器118可含有可使用上文所述的方法使用所獲取噪聲因數(shù)配置的低通濾波器。所述濾波器的頻率通過可基于所檢測的噪聲量來調(diào)整。舉例來說，如果觸摸矩陣上所檢測的預期信號電平為'S'，那么所述濾波器在正常操作期間的頻率通過可為'S' +10。然而，如果所檢測的噪聲信號(例如)非常高，那么所述濾波器頻帶的頻率通過可增加以適應具有較大噪聲量的信號。或者，可以轉(zhuǎn)換速率限制器來替代所述低通濾波器。允許輸入值改變的速率是根據(jù)噪聲因數(shù)調(diào)適的。如果所述噪聲因數(shù)高，那么所述轉(zhuǎn)換速率限制器經(jīng)調(diào)適以允許改變地更慢的信號，即，所允許的轉(zhuǎn)換速率低?；蛘?，如果所述噪聲因數(shù)低，那么所述轉(zhuǎn)換速率限制器經(jīng)調(diào)適以允許改變地更快的信號，即，允許轉(zhuǎn)換速率高。應了解，可使用除線性改變轉(zhuǎn)換濾波器以外的其它類型的轉(zhuǎn)換速率限制器。舉例來說，在兩個連貫樣本超過預定值的情況下，可給改變速率定上限為固定增量或減量以使得所述轉(zhuǎn)換速率限制器可更快地確定平均值。概述上文所述的實施例，提供電容性觸摸傳感器來檢測身體的接近度及位置，所述傳感器包括一個或多個X線；多個Y線，每一者經(jīng)布置以使其一部分鄰近于所述X線中的每一者的一部分以形成多個感測電容器；電荷測量電容器，其連接到每一 Y線；一個或一個以上驅(qū)動電路，其經(jīng)布置以驅(qū)動所述X線中的相應X線以使電荷能夠從與所述X線相關聯(lián)的感測電容器轉(zhuǎn)移到連接到所述Y線的相應測量電容器。所述觸摸傳感器可在控制器的控制下操作以按通常方式測量來自所述測量電容器中的一者的信號值，所述信號值指示在致動相應X線中的一者時從所述多個Y線中的一者轉(zhuǎn)移的電荷量。所述觸摸傳感器可進一步在控制器的控制下操作以測量來自所述測量電容器中的一者的噪聲值，所述噪聲值指示在不首先致動相應X線中的一者的情況下從所述多個Y線中的一者轉(zhuǎn)移的電荷量。電荷優(yōu)選地在測量所述噪聲值之前注入到電荷測量電容器上，以便準確地測量任一噪聲貢獻。
權利要求
1.一種測量身體到電容性傳感器裝置的接近度的方法，所述電容性傳感器裝置包括 耦合電容器，其具有對身體的接近度敏感的電容；及電荷積累電容器，其具有第一板及第二板，所述第一板連接到所述耦合電容器，且所述第二板連接到電壓輸出線，所述方法包括通過將指示所述耦合電容器的所述電容的電荷從所述耦合電容器轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器且通過讀取所述電壓輸出線上的電壓來進行信號測量，借此測量身體的接近度； 及通過仿真所述信號測量，但抑制電荷因身體的接近度而出現(xiàn)在所述耦合電容器上，借此將指示在所述耦合電容器上所誘發(fā)的噪聲的電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器，且通過讀取所述電壓輸出線上的所述電壓來進行噪聲測量，借此測量噪聲。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述電容性傳感器裝置包括形成所述耦合電容器的相應X板及Y板的X電極及Y電極，其中所述電荷積累電容器的所述第一板連接到所述耦合電容器的所述Y板，且其中所述電荷積累電容器的所述第二板連接到可操作以將預定量的電荷注入到所述第二板上的預充電線，其中在所述信號測量中，應用以輸入電壓驅(qū)動所述X電極的至少一個循環(huán)，且其中在所述噪聲測量中，不驅(qū)動所述X電極。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在進行所述噪聲測量時，在模仿所述信號測量之前預充電所述電荷積累電容器的所述第二板，借此通過其對通過所述預充電最初置于所述電荷積累電容器上的所述電荷量的調(diào)制來測量噪聲。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在所述噪聲測量中，在多個循環(huán)中將電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器，且在預定數(shù)目個所述循環(huán)之后讀取所述電壓輸出線上的所述電壓。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在所述信號測量中，在多個循環(huán)中將電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器，且在預定數(shù)目個所述循環(huán)之后讀取所述電壓輸出線上的所述電壓。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在所述信號測量中，在多個循環(huán)中將電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器，其中重復所述循環(huán)直到所述電壓輸出線上的所述電壓達到閾值，讀取達到所述閾值所需的循環(huán)的數(shù)目作為所述電容的量度。
7.一種電容性傳感器裝置，其包括耦合電容器，其具有對身體的接近度敏感的電容； 及電荷積累電容器，其具有第一板及第二板，所述第一板連接到所述耦合電容器，且所述第二板連接到電壓輸出線，所述裝置可以第一模式操作以通過將指示所述耦合電容器的所述電容的電荷從所述耦合電容器轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器來進行信號測量，其中所述電壓輸出線上的電壓為身體的接近度的量度；且所述裝置可以第二模式操作以通過仿真所述信號測量，但抑制電荷因身體的接近度而出現(xiàn)在所述耦合電容器上，借此將指示在所述耦合電容器上所誘發(fā)的噪聲的電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷積累電容器來進行噪聲測量，其中所述電壓輸出線上的所述電壓為噪聲的量度。
8.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其中所述電荷積累電容器的所述第二板另外連接到可操作以將預定量的電荷注入到所述第二板上的預充電線，且其中在所述噪聲測量模式中， 在模仿所述信號測量之前預充電所述電荷積累電容器的所述第二板，借此通過其對通過所述預充電最初置于所述電荷積累電容器上的所述電荷量的調(diào)制來測量噪聲。
9.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其進一步包括形成所述耦合電容器的相應X板及Y板的X電極及Y電極，其中所述電荷積累電容器的所述第一板連接到所述耦合電容器的所述Y板，且其中所述電荷積累電容器的所述第二板連接到可操作以將預定量的電荷注入到所述第二板上的預充電線，其中在所述信號測量模式中，應用以輸入電壓驅(qū)動所述X電極的至少一個循環(huán)，且其中在所述噪聲測量模式中，不驅(qū)動所述X電極。
10.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其中存在為每一X電極所共用的多個Y電極。
11.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其中每一Y電極具有其自己的電荷積累器電容器。
12.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其中存在多個X電極，且所述X電極及Y電極經(jīng)布置以形成分布于觸敏面板上方的二維耦合電容器陣列。
13.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其進一步包括數(shù)據(jù)獲取單元，所述數(shù)據(jù)獲取單元連接到所述電壓輸出線且可操作以測量所述電壓輸出線上的所述電壓從而獲取所述信號及噪聲測量。
14.根據(jù)權利要求13所述的裝置，其進一步包括濾波器，所述濾波器可操作以對所述信號測量執(zhí)行數(shù)值處理，其中所述濾波器可顧及所述噪聲測量而操作。
全文摘要
在具有被驅(qū)動的X電極及用作連接到電荷測量電容器的感測通道的Y電極的類型的電容性傳感器中，常規(guī)上通過驅(qū)動所述X電極以將連續(xù)電荷包轉(zhuǎn)移到所述電荷測量電容器來進行信號測量。然而，通過仿真或模仿所述信號測量但不驅(qū)動所述X電極來進行額外噪聲測量。轉(zhuǎn)移到電荷積累電容器的所述電荷包接著指示XY感測節(jié)點上所誘發(fā)的噪聲。這些噪聲測量可用于配置所述信號測量的后處理。
文檔編號G06F3/041GK102224485SQ200980146517
公開日2011年10月19日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權日2008年10月22日
發(fā)明者丹尼爾·皮克特, 哈拉爾德·菲利普, 埃薩特·伊爾馬茲 申請人:愛特梅爾公司