專利名稱：具有觸筆載體的觸敏裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及觸敏裝置，尤其涉及依賴于用戶的手指或其他觸摸工具與觸摸裝置之間的電容耦合的那些觸敏裝置，其尤其應(yīng)用于能夠檢測可能同時施加至觸摸裝置的不同部分處的多次觸摸(得自手指和觸筆)的此類裝置。
背景技術(shù)：
觸敏裝置通過減少或消除對機械按鈕、小鍵盤、鍵盤和指示裝置的需求，而允許用戶方便地與電子系統(tǒng)和顯示器進行交互。例如，用戶只需要在由圖標(biāo)標(biāo)識的位置觸摸即顯觸摸屏，即可執(zhí)行一系列復(fù)雜的指令。有若干類型的技術(shù)用于實現(xiàn)觸敏裝置，包括(例如)電阻、紅外、電容、表面聲波、電磁、近場成像等方式。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)電容式觸敏裝置在大量應(yīng)用中有很好的效果。在許多觸敏裝置中，當(dāng)傳感器內(nèi)的導(dǎo)電物體電容耦接至導(dǎo)電性觸摸工具(例如用戶的手指)時，感測輸入。一般來講，只要兩個導(dǎo)電構(gòu)件彼此靠近但未實際接觸，這兩者之間便會形成電容。就電容式觸敏裝置而言，手指之類的物體接近觸敏表面時，該物體與靠近該物體的感測點之間會形成微小的電容。通過檢測每個感測點處電容的變化并記錄感測點的位置，感測電路就能識別多個物體并確定當(dāng)物體在整個觸摸表面上移動時物體的特性。用于以電容方式測量觸摸情況的已知技術(shù)有兩種。第一種是測量對地電容，其中信號施加到電極上?？拷姌O的觸摸導(dǎo)致信號電流從電極經(jīng)過手指之類的物體流到電氣接地。用于以電容方式測量觸摸情況的第二種技術(shù)是通過互電容?；ル娙菔接|摸屏將信號施加至受驅(qū)動電極上，該電極通過電場電容耦合至接收電極?？拷奈矬w會減小兩個電極之間的信號耦合，因為該物體會減小電容耦合。在第二種技術(shù)的背景下，各個其他技術(shù)已用于測量電極之間的互電容。在這樣一種技術(shù)中，耦合至接收電極的電容器用于累積與驅(qū)動信號的多個脈沖相關(guān)的多個電荷。因此，驅(qū)動信號的每個脈沖均僅貢獻積聚在此“積分電容器”上的總電荷的一小部分。參考美國專利6，452，514(Philipp)。此技術(shù)具有良好的抗噪性，但其速度可能因?qū)υ摲e分電容器充電所需的脈沖數(shù)量而有限。
觸摸屏還可支持一個或多個觸筆的位置的分辨。參考美國專利5，790，106 (Hirano)，其描述了將得自筆的電壓振蕩施加到觸摸面板中的電極。

發(fā)明內(nèi)容
本專利申請尤其公開了下述觸敏裝置，所述觸敏裝置能夠檢測同時或者在重疊時間設(shè)置為靠近或者接觸觸敏裝置的不同部分的一個或多個物體(包括手指和觸筆)的存在。在一些實施例中，所述觸敏裝置無需采用積分電容器以便測量驅(qū)動電極和接收電極(與觸摸面板或觸筆相關(guān))之間的電容耦合。相反，在至少一些實施例中，得自驅(qū)動信號的單個脈沖可為測量特定驅(qū)動電極(可設(shè)置在觸筆中或觸敏裝置中)和特定接收電極(也可設(shè)置在觸筆中或觸敏裝置中)之間的電容耦合所需的全部。為了實現(xiàn)這種方式，假定將合適的脈沖形狀用于驅(qū)動信號，則將微分電路優(yōu)選地耦接至接收電極(其在各種實施例中可設(shè)置在觸筆中或觸摸面板中)，以使得為每個接收電極產(chǎn)生驅(qū)動信號的微分表不(稱為響應(yīng)信號)。在一個示例性實施例中，每個微分電路均可包括運算放大器(OP amp)，其具有連接在該運算放大器的反相輸入與該運算放大器的輸出之間的反饋電阻器，并且該反相輸入也連接至給定接收電極。還可使用其他已知的微分電路設(shè)計，前提是電路提供以某種形式包括驅(qū)動信號對時間的導(dǎo)數(shù)的至少一個近似值的輸出。 本發(fā)明還討論了相關(guān)方法、系統(tǒng)和制品。本專利申請的這些和其他方面從以下具體實施方式
中將顯而易見。然而，在任何情況下都不應(yīng)將上述發(fā)明內(nèi)容理解為是對要求保護的主題的限制，該主題僅由所附權(quán)利要求書限定，并且在審查期間可以進行修改。


圖1為觸摸裝置的示意圖；圖2為用于觸摸裝置中的觸摸面板的一部分的示意性側(cè)視圖；圖3a為觸摸裝置的示意圖，其中相關(guān)的驅(qū)動電路和檢測電路在一個驅(qū)動電極以及與其電容耦合的一個接收電極的背景下示出；圖3b為與圖3a的觸敏裝置類似但包括附加電路以說明接收電極上的信號強度差異的觸敏裝置的示意圖；圖3c為與圖3a的觸敏裝置類似但包括附加電路以說明來自(例如)顯示器的噪聲的觸敏裝置的示意圖；圖3d為與圖3a的觸敏裝置類似但包括附加電路以適應(yīng)來自(例如)顯示器的噪聲的觸敏裝置的示意圖；圖3e為與圖3a的觸敏裝置類似但包括附加電路以適應(yīng)(例如)低阻抗觸摸屏的觸敏裝置的示意圖；圖4a為用于圖3a的觸摸裝置的驅(qū)動信號和相應(yīng)(建模的)響應(yīng)信號的坐標(biāo)圖，其中驅(qū)動信號包括矩形脈沖且響應(yīng)信號包括沖擊脈沖；圖4b為示出用于三個受驅(qū)動電極的建模的波形以及三個接收電極上的相關(guān)響應(yīng)波形的坐標(biāo)圖；圖5a為與圖4a的坐標(biāo)圖類似但針對不同驅(qū)動信號的坐標(biāo)圖，該驅(qū)動信號包括斜坡式脈沖且響應(yīng)信號包括矩形狀脈沖；圖5b為示出用于三個受驅(qū)動電極的建模的波形以及三個接收電極上的相關(guān)響應(yīng)波形的坐標(biāo)圖(與圖4b類似)；圖6a為另一個驅(qū)動信號的坐標(biāo)圖以及用于圖3a的觸摸裝置的預(yù)期響應(yīng)信號的示意性描繪，該驅(qū)動信號包括斜坡式脈沖且該響應(yīng)信號包括矩形脈沖；圖6b為示出用于三個受驅(qū)動電極的建模的波形以及三個接收電極上的相關(guān)響應(yīng)波形的坐標(biāo)圖(與圖4b和圖5b類似)；圖7為用于圖3c的觸摸裝置的驅(qū)動信號和相應(yīng)(建模的)響應(yīng)信號的坐標(biāo)圖,其中驅(qū)動信號包括矩形脈沖且響應(yīng)信號包括沖擊脈沖；圖8為觸摸裝置的示意圖，該觸摸裝置包括具有電容耦合電極的4X8矩陣的觸摸面板，以及可用于檢測觸摸面板上的多次同時觸摸的各種電路元件；圖9為觸筆的示意圖；圖10為觸筆電子器件的示意圖，該觸筆電子器件包括與圖3a所示的那些相類似的觸筆接收電子器件并且還包括觸筆驅(qū)動電子器件；圖1la為示出用于觸筆的測量序列的流程圖，該觸筆包括觸筆接收電子器件和觸筆驅(qū)動電子器件、接收從觸摸面板發(fā)出的信號、并且提供有待被觸摸面板接收的信號；圖1lb為簡化的互電容式、矩陣型觸摸屏的示意圖，該互電容式、矩陣型觸摸屏具有兩組電極(第一組為Dl和D2，并且第二組為Rl和R2)并且其上提供有得自手指(F)和得自觸筆⑶的觸摸；圖12為示出用于觸筆的測量序列的流程圖，該觸筆被構(gòu)造為將信號從觸筆提供到觸摸面板，并且觸筆觸摸面板被構(gòu)造為接收所述信號并且從所述信號來確定觸筆在觸摸面板上的位置；圖13為示出用于觸筆的測量序列的流程圖，該觸筆被構(gòu)造為接收從觸摸面板發(fā)出的信號，觸摸面板被構(gòu)造為提供信號，并且控制器被構(gòu)造為基于所接收信號來確定觸筆的位置；在這些附圖中，類似參考標(biāo)號指代類似元件。
具體實施例方式在圖1中，示出了一種示例性觸摸裝置110。該裝置110包括連接至電子電路的觸摸面板112，為了簡便起見，將電子電路一起集合成標(biāo)記為114且統(tǒng)稱為控制器的單個示意框。所不的觸摸面板112具有列電極116a_e和行電極118a_e的5X5矩陣,但還可使用其他數(shù)量的電極和其他矩陣尺寸。面板112通常是大致透明的，以使得用戶能夠透過面板112來觀察物體，諸如計算機、手持裝置、移動電話或其他外圍設(shè)備的像素化顯示器。邊界120表示面板112的觀察區(qū)域且還優(yōu)選地表示此顯示器(如果使用)的觀察區(qū)域。從平面圖的視角看，電極116a-e、118a_e在觀察區(qū)域120上為空間分布。為了易于說明，這些電極被示出為較寬且顯眼，但實際上電極可較窄且用戶不易察覺。此外，這些電極可設(shè)計為在矩陣的節(jié)點附近處具有可變的寬度，如以菱形墊或其他形狀的墊形式增加的寬度，以便增大電極之間的邊緣場，從而增強觸摸對于電極間電容式耦合的效果。在示例性實施例中，電極可由銦錫氧化物(ITO)或其他合適的導(dǎo)電材料構(gòu)成。從深度的角度，列電極可位于與行電極不同的平面內(nèi)(從圖1的角度，列電極116a-e位于行電極118a_e的下面)，以使得列電極與行電極之間不進行顯著的歐姆接觸，并且使得給定列電極與給定行電極之間的唯一顯著的電耦合為電容耦合。電極矩陣通常位于防護玻璃、塑料薄膜等的下面，使得電極受到保護而不與用戶的手指或其他觸摸相關(guān)工具發(fā)生直接物理接觸。此類防護玻璃、薄膜等的暴露表面可被稱為觸摸表面。另外，在顯示型應(yīng)用中，背屏蔽件可設(shè)置在顯示器與觸摸面板112之間。此背屏蔽件通常由玻璃或薄膜上的導(dǎo)電ITO涂層組成，并且可接地或由降低從外部電干擾源到觸摸面板112中的信號耦合的波形來驅(qū)動。其他背屏蔽方法在本領(lǐng)域中是已知的。通常，背屏蔽件減少由觸摸面板112感測的噪聲，這在一些實施例中可提供改善的觸摸靈敏度(例如，能夠感測較輕的觸摸)和更快的響應(yīng)時間。當(dāng)來自(例如)LCD顯示器的噪聲強度隨距離而快速降低時，有時結(jié)合其他噪聲降低方法(包括使觸摸面板112與顯示器隔開)來使用背屏蔽件。除這些技術(shù)之外，以下參考各種實施例來討論處理噪聲問題的其他方法。在給定的行電極與列電極之間的電容耦合主要取決于電極彼此最靠近的區(qū)域中的電極的幾何形狀。此類區(qū)域?qū)?yīng)電極矩陣的“節(jié)點”，圖1中標(biāo)出了其中的一些節(jié)點。例如，列電極116a與行電極118d之間的電容耦合主要發(fā)生在節(jié)點122處，并且列電極116b與行電極118e之間的電容耦合主要發(fā)生在節(jié)點124處。圖1的5X5矩陣具有25個此類節(jié)點，這些節(jié)點中的任一者均可由控制器114經(jīng)由適當(dāng)選擇將各個列電極116a_e單獨地耦接到該控制器的控制線126中的一者以及適當(dāng)選擇將各個行電極118a_e單獨地耦接到該控制器的控制線128中的一者來尋址。當(dāng)用戶的手指130或其他觸摸工具接觸或近接觸裝置110的觸摸表面時，如觸摸位置131處所示，該手指電容耦合至電極矩陣。該手指從矩陣，尤其從最靠近該觸摸位置的這些電極吸引電荷，這樣便可改變對應(yīng)于(多個)最近節(jié)點的電極之間的耦合電容。例如，觸摸位置131處的觸摸最靠近對應(yīng)于電極116c/118b的節(jié)點。如以下進一步所述，耦合電容的這種變化可由控制器114檢測且被解釋為116a/118b節(jié)點處或附近的觸摸。優(yōu)選地，控制器被構(gòu)造為快速檢測矩陣所有節(jié)點的電容變化(如果有的話)，并且能夠分析相鄰節(jié)點的電容變化幅度，從而通過內(nèi)插法準(zhǔn)確確定節(jié)點之間的觸摸位置。此外，控制器114有利地被設(shè)計為檢測同時或以重疊時間施加至觸摸裝置的不同部分處的多次不同觸摸。因此，例如，如果在手指130觸摸的同時，另一個手指132在觸摸位置133處觸摸裝置110的觸摸表面，或者如果各次觸摸至少在時間上重疊，則控制器優(yōu)選地能夠檢測這兩次觸摸的位置131、133，并且在觸摸輸出114a上提供此類位置。控制器114能夠檢測的同時發(fā)生的或時間上重疊的不同觸摸的次數(shù)優(yōu)選地不限于2，例如，它可以為3、4或更多，取決于電極矩陣的大小。如以下進一步所述，控制器114優(yōu)選地采用使其能夠快速確定電極矩陣的某些或所有節(jié)點處的耦合電容的各種電路模塊和組件。例如，控制器優(yōu)選包括至少一個信號發(fā)生器或驅(qū)動單元。驅(qū)動單元將驅(qū)動信號傳送至一組電極，該組電極被稱為驅(qū)動電極。在圖1的實施例中，列電極116a_e可用作驅(qū)動電極，或者可如此使用行電極118a_e。驅(qū)動信號優(yōu)選地一次傳送至一個驅(qū)動電極，如按照從第一個驅(qū)動電極到最后一個驅(qū)動電極的掃描順序。當(dāng)此類電極中的每一個被驅(qū)動時，控制器監(jiān)測被稱為接收電極的另一組電極。控制器114可以包括連接到所有接收電極的一個或多個感測單元。對于傳送至每個驅(qū)動電極的每個驅(qū)動信號，(多個)感測單元為多個接收電極產(chǎn)生響應(yīng)信號。優(yōu)選地，(多個)感測單元被設(shè)計為使得每個響應(yīng)信號均包括驅(qū)動信號的微分表示。例如，如果驅(qū)動信號由可將電壓表示為時間函數(shù)的函數(shù)f(t)來表示，則響應(yīng)信號可為或包括至少近似的函數(shù)g(t)，其中g(shù)(t)=df(t)/dt。換句話講，g(t)為驅(qū)動信號f(t)對時間的導(dǎo)數(shù)。根據(jù)用于控制器114中的電路的設(shè)計細(xì)節(jié)，響應(yīng)信號可包括:(I)僅僅g(t);或(2)具有恒定偏移(g(t)+a)的g(t);或
(3)具有乘法比列因數(shù)(b*g(t))的g(t)，所述比例因數(shù)可為正或負(fù)，并且其幅度可大于1，或小于I但大于O ;或(4)其組合，等。在任何情況下，響應(yīng)信號的振幅與所驅(qū)動的驅(qū)動電極與所監(jiān)測的特定接收電極之間的耦合電容有利地相關(guān)。當(dāng)然，g(t)的振幅也與原函數(shù)f(t)的振幅成比例。應(yīng)注意，如果需要的話，可僅使用驅(qū)動信號的單個脈沖來確定給定節(jié)點的g(t)的振幅?？刂破鬟€可包括辨識和分離響應(yīng)信號的振幅的電路。為此，示例性電路裝置可包括一個或多個峰值檢測器、采樣/保持緩沖器和/或低通濾波器，其選擇可取決于驅(qū)動信號和相應(yīng)響應(yīng)信號的性質(zhì)?？刂破鬟€可包括一個或多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，以將模擬振幅轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。一個或多個多路復(fù)用器還可用于避免電路元件的不必要重復(fù)。當(dāng)然，控制器中還優(yōu)選地包括儲存所測量振幅和相關(guān)參數(shù)的一個或多個存儲設(shè)備，以及進行必要的計算和控制功能的微處理器。通過測量電極矩陣中每個節(jié)點的響應(yīng)信號的振幅，控制器可產(chǎn)生與電極矩陣的每個節(jié)點的耦合電容相關(guān)的測量值矩陣。這些測量值可與此前獲得的參考值的類似矩陣比較，以便確定由于存在觸摸而已發(fā)生耦合電容變化的節(jié)點(如果有的話)。現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖2，我們從中可看到用于觸摸裝置中的觸摸面板210的一部分的示意性側(cè)視圖。該面板210包括前層212、包括第一組電極的第一電極層214、絕緣層216、包括優(yōu)選地正交于第一組電極的第二組電極218a-e的第二電極層218以及后層220。層212的暴露表面212a或?qū)?20的暴露表面220a可為或包括觸摸面板210的觸摸表面。圖3a示出觸摸裝置310，其中相關(guān)的控制器電路(例如，驅(qū)動電路和檢測電路)在觸摸面板312的背景下示出，該觸摸面板312具有一個驅(qū)動電極314以及一個經(jīng)由耦合電容C。與其電容耦合的接收電極316。閱讀者應(yīng)了解這是觸摸面板的一般化情況，其中驅(qū)動電極314可為多個驅(qū)動電極中的一者，并且接收電極316同樣地可為多個接收電極中的一者，它們在觸摸面板上布置成矩陣形式。其實，在能夠與本文所述的觸摸測量技術(shù)中的至少某些一起使用的所關(guān)注的一個具體實施例中，觸摸面板可包括40X64 (40行，64列)矩陣裝置，其具有縱橫比為16:10的19英寸對角矩形觀察區(qū)域。在這種情況下，電極的均勻間隔可為約0.25英寸。由于該實施例的尺寸，電極可具有與其相關(guān)的顯著的雜散阻抗，例如行電極的電阻為40ΚΩ且列電極的電阻為64ΚΩ。對于良好的人為因素觸摸響應(yīng)而言，如果需要，可使測量矩陣的所有2，560(40*64=2560)個節(jié)點處的耦合電容的響應(yīng)時間較快，例如小于20毫秒或甚至小于10毫秒。如果將行電極用作驅(qū)動電極且將列電極用作接收電極，并且如果同時對所有列電極進行采樣，則有(例如)20毫秒(或10毫秒)以供按順序掃描40行電極，每個行電極(驅(qū)動電極)的時間預(yù)算為0.5毫秒(或0.25毫秒)。以其電氣特性(呈集總電路元件模型的形式)而非以其物理特性來描述的圖3a的驅(qū)動電極314和接收電極316表示可存在于具有小于40X64矩陣的觸摸裝置中的電極，但這不應(yīng)視為限制性的。在圖3a的此代表性實施例中，集總電路模型中所示的串聯(lián)電阻R均可具有10ΚΩ的值，并且集總電路模型中所示的雜散電容C均可具有20皮法(pf)的值，但當(dāng)然這些值無論如何不應(yīng)視為限制性的。在此代表性實施例中，耦合電容C。名義上為2pf，并且用戶的手指318在電極314、316之間的節(jié)點處的觸摸的存在導(dǎo)致耦合電容C。下降約25%至約1.5pf的值。再次地，這些值不應(yīng)視為限制性的。根據(jù)先前所述的控制器，觸摸裝置310使用特定的電路來詢問面板312，以便確定面板312的每個節(jié)點處的耦合電容C。。就這一點而言，閱讀者應(yīng)了解控制器可通過確定指示或響應(yīng)于耦合電容的參數(shù)值(例如，響應(yīng)信號的振幅)來確定耦合電容，如上所述且如以下進一步所述。為此，裝置310優(yōu)選包括:低阻抗驅(qū)動單元320，其耦接到驅(qū)動電極314 ;感測單元322，其耦接到接收電極316并且與耦合電容相結(jié)合來對驅(qū)動單元提供的驅(qū)動信號執(zhí)行微分；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)單元324，其將由感測單元322產(chǎn)生的響應(yīng)信號的振幅轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。根據(jù)由驅(qū)動單元320提供的驅(qū)動信號的性質(zhì)(且因此還根據(jù)由感測單元322產(chǎn)生的響應(yīng)信號的性質(zhì))，裝置310還可包括在該實施例中還用作采樣/保持緩沖器的峰值檢測電路326a，以及可操作以使峰值檢測器復(fù)位的相關(guān)復(fù)位電路326b。在大多數(shù)實際應(yīng)用中，裝置310還將包括位于信號發(fā)生器320與觸摸面板312之間的多路復(fù)用器，以便能夠在給定時間對多個驅(qū)動電極中的任一者進行尋址；以及位于感測單元322 (或任選的電路326b)與ADC單元324之間的多路復(fù)用器，以使得單個ADC單元快速地對與多個接收電極相關(guān)的振幅進行采樣，從而避免每個接收電極均需要一個ADC單元的花費。驅(qū)動單元320優(yōu)選地為或包括具有內(nèi)阻抗的電壓源，該內(nèi)阻抗優(yōu)選地足夠低，以維持良好的信號完整性、減少注入式噪聲和/或維持快速信號上升和下降時間。驅(qū)動單元320在其輸出處向驅(qū)動電極314提供時變驅(qū)動信號。該驅(qū)動信號基本上可由單個孤立脈沖組成，或其可包括多個此類脈沖或形成連續(xù)的AC波形或波形包(諸如正弦波、方波、三角波等等)的一系列脈沖。就這一點而言，術(shù)語“脈沖”廣義上用來指不同的信號變化且不限于具有短持續(xù)時間和高振幅的矩形。如果希望快速檢測觸摸面板上的(多次)觸摸，則驅(qū)動信號優(yōu)選地僅包括獲得給定節(jié)點處的耦合電容的可靠測量值所需的最小數(shù)量的脈沖。這對具有大電極矩陣(即，大量待感測的節(jié)點)的觸摸面板而言尤為重要。(多個)驅(qū)動脈沖的峰值或最大振幅優(yōu)選地較高(例如，3至20伏特)，以提供良好的信噪比。雖然在圖3a中示出了來自僅一端的驅(qū)動電極314，但在一些實施例中，驅(qū)動單元320可被構(gòu)造為驅(qū)動來自其兩端的電極314。例如，這在電極314具有高電阻時(從而增強驅(qū)動信號衰減性和對噪聲污染的敏感性)可能有用，其可存在于基于ITO的大矩陣型觸摸傳感器上。閱讀者應(yīng)記住驅(qū)動單元320的輸出處提供的驅(qū)動信號與傳送至特定驅(qū)動電極314的驅(qū)動信號之間可存在差異。當(dāng)(例如)多路復(fù)用器或其他開關(guān)裝置設(shè)置在驅(qū)動單元320和觸摸面板312之間以便將驅(qū)動單元(例如)逐一地選擇性地連接到多個驅(qū)動電極時，該差異變得重要。在此情況下，驅(qū)動單元320在其輸出處可具有連續(xù)的AC波形，諸如方波、三角波等，然而憑借多路復(fù)用器的開關(guān)動作，可將此波形的僅一個脈沖或僅幾個脈沖一次傳送至任何給定驅(qū)動電極。例如，可將連續(xù)的AC波形的一個脈沖傳送至第一驅(qū)動電極，可將該AC波形的下一個脈沖傳送至下一個驅(qū)動電極，依此類推直至已驅(qū)動所有驅(qū)動電極，于是將該AC波形的下一個脈沖再次傳送至第一驅(qū)動電極，依此類推，重復(fù)循環(huán)。如下結(jié)合圖4至圖6進一步所述，用于驅(qū)動信號中的脈沖形狀可影響待用于所述裝置中的檢測/測量電子器件的選擇。可用的脈沖形狀的例子包括矩形脈沖、斜坡式脈沖(對稱或非對稱)以及正弦波(例如鐘形)脈沖。如果需要，驅(qū)動單元320可為可編程以在不同時間提供不同脈沖。例如，如果該驅(qū)動單元通過多路復(fù)用器而耦接到多個驅(qū)動電極，則可以對該驅(qū)動單元編程以向不同驅(qū)動電極提供不同信號電平，從而補償線路電阻和雜散電容中的電極間變化。例如，布置在通過(多個)接收電極需要長導(dǎo)電長度的位置處的驅(qū)動電極有利地用比布置在需要較短導(dǎo)電長度的位置處的驅(qū)動電極更大振幅的驅(qū)動信號來進行驅(qū)動，從而補償與接收電極相關(guān)的損失。(例如，參考圖1的電極矩陣，如果行電極118a_e是驅(qū)動電極，那么電極118a上的驅(qū)動信號通過比電極118e上的驅(qū)動信號更長的接收電極116a_e而進行耦合，因為在靠近電極118e處放置了控制線路126。以這種方式向不同驅(qū)動電極提供不同驅(qū)動信號電平尤其有利于大電極矩陣，因為未因觸摸屏內(nèi)的損失而對大量檢測電路(對應(yīng)于接收電極的數(shù)量)編程，而是以選定量來調(diào)整僅一個驅(qū)動信號，并且以不同量(視情況而定)來調(diào)整傳送至不同驅(qū)動電極的驅(qū)動信號。向驅(qū)動電極314提供的驅(qū)動信號經(jīng)由耦合電容C。而電容耦合至接收電極316，該接收電極又連接至感測單元322。因此，感測單元322在其輸入322a處接收驅(qū)動信號(如由電極314、316和耦合電容C。傳輸?shù)?，并由此在輸出322b處產(chǎn)生響應(yīng)信號。優(yōu)選地，感測單元被設(shè)計為使得所述響應(yīng)信號包括驅(qū)動信號的微分表示，該驅(qū)動信號的振幅響應(yīng)于耦合電容C。。即:由感測單元產(chǎn)生的響應(yīng)信號優(yōu)選地以某種形式包括驅(qū)動信號對時間的導(dǎo)數(shù)的至少一個近似值。例如，該響應(yīng)信號可包括驅(qū)動信號的時間導(dǎo)數(shù)，或者(例如)經(jīng)反相、放大(包括小于I的放大率)、電壓或振幅偏移和/或時間偏移的此信號形式的時間導(dǎo)數(shù)。為了重復(fù)先前的討論，如果傳送至驅(qū)動電極的驅(qū)動信號由函數(shù)f(t)來表示，則響應(yīng)信號可為或包括至少近似的函數(shù)g(t)，其中g(shù)(t)=d f(t)/dt。圖3a中示出了執(zhí)行此功能的示例性電路。該電路的輸入(顯示為322a)為運算放大器322c的反相輸入(_)。將該運算放大器的另一個輸入(非反相輸入(+))設(shè)置為可進行優(yōu)化以得到最大信號范圍的共用參考電平。在圖3中，為了簡便起見，該參考電平被示為接地電位，但還可使用非零偏移電壓。反饋電阻器322d連接在運算放大器的輸出322b與反相輸入之間。當(dāng)以這種方式連接時，`將運算放大器322c的反相輸入(即，輸入322a)保持作為虛擬接地相加點，并且在該點處未觀察到信號。這還意味著接收電極316維持在大體上等于運算放大器的非反相輸入所保持的電壓的恒定電壓。反饋電阻器322d可經(jīng)選擇以使信號電平最大化同時保持較低的信號失真，并且可以其他方式設(shè)定或調(diào)整，如本文所述。以這種方式連接的運算放大器322c結(jié)合耦合電容C。具有產(chǎn)生傳送至驅(qū)動電極314的驅(qū)動信號的微分表示的效果。具體地講，在任何給定時間流過反饋電阻器322d的電流I由以下給出:I ^ Cc*dV/dt，其中C。為耦合電容，V表示傳送至驅(qū)動電極的時變驅(qū)動信號，并且dV/dt為V對時間的導(dǎo)數(shù)。盡管此公式名義上為正確的，但閱讀者將理解，其并未考慮由(例如)所使用的電極的寄生電阻和電容、運算放大器特性和限制等等引起的各種次級效應(yīng)，所述次級效應(yīng)可影響電流I的幅度和動態(tài)響應(yīng)。然而，流過反饋電阻器的電流I在輸出322b處產(chǎn)生電壓信號，所述電壓信號對應(yīng)于上文所述的響應(yīng)信號。由于流過反饋電阻器的電流的方向，該響應(yīng)信號反相，前提是正dV/dt (V隨時間而增大)在輸出322b處產(chǎn)生負(fù)電壓，并且負(fù)dV/dt (V隨時間而減小)在輸出322b處產(chǎn)生正電壓，以下結(jié)合圖4至圖6給出具體實例。這可表示為:Ves ^ _Rf*Cc*dV/dt,其中Vks表示在任何給定時間在輸出322b處的響應(yīng)信號電壓，并且Rf為反饋電阻器322d的電阻。應(yīng)注意響應(yīng)信號的振幅(電壓)名義上與耦合電容C。成比例。因此，因為電極314、318的節(jié)點處的觸摸減小了耦合電容C。，所以可分析由感測單元322提供的響應(yīng)信號的峰值振幅或其他特性振幅的測量值以確定該節(jié)點處存在觸摸。在接收電極316為多個接收電極中的一者的實施例中，可能有利的是包括用于每個接收電極的專用感測單元322。此外，可能有利的是向不同感測單元提供不同的放大量(例如，不同運算放大器的反饋電阻器的值不同)以補償觸摸屏內(nèi)針對不同驅(qū)動電極的不同信號損失。例如，布置在通過驅(qū)動電極需要長導(dǎo)電長度的位置處的接收電極有利地具備比布置在需要較短導(dǎo)電長度的位置處的接收電極更大的振幅，從而補償與驅(qū)動電極相關(guān)的損失。(例如，參考圖1的電極矩陣，如果行電極116a_e是接收電極，那么從電極116a接收的信號通過比從電極116e接收的信號更長的驅(qū)動電極118a_e而進行耦合，因為在靠近電極116e處放置了控制線路128。以這種方式向不同接收電極提供不同的放大量尤其有利于大電極矩陣，因為這可減少因觸摸屏內(nèi)的損失而對大量檢測電路(對應(yīng)于接收電極的數(shù)量)編程的需要。如上所述，裝置310還可包括在該實施例中還用作采樣/保持緩沖器的峰值檢測電路326a，以及可操作以使峰值檢測器復(fù)位的相關(guān)復(fù)位電路326b。這些電路元件可用于由感測單元322產(chǎn)生的響應(yīng)信號的峰值振幅被用作耦合電容C。的測量值的情況中。這些情況可包括由感測單元322提供的響應(yīng)信號為高瞬態(tài)的實施例，例如在一個或多個矩形脈沖用于驅(qū)動信號的情況中(參見(例如)以下的圖4a)。在這些情況下，峰值檢測器326a工作，以使響應(yīng)信號的峰值 振幅維持較長的時間，以允許通過ADC324進行可靠的采樣且轉(zhuǎn)換為數(shù)值。在具有多個接收電極的實施例中，單個ADC可循環(huán)地連接到每個接收電極的檢測電路，這需要每個檢測電路將測量電壓維持較長的時間段。在ADC324進行測量后，可通過操作復(fù)位電路326b使峰值檢測器復(fù)位，以使得可在后續(xù)循環(huán)中測量新峰值。針對峰值檢測器326a而描述的二極管/電容器組合的基本操作(包括其能夠使峰值電壓維持較長的時間段而不通過感測單元322使電容器放電)對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言將顯而易見，而無需進一步解釋。同樣地，復(fù)位電路326b響應(yīng)于觸點326c處提供的合適復(fù)位控制信號的基本操作對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言將顯而易見。應(yīng)注意本文中已充分考慮能夠執(zhí)行所述感測單元、峰值檢測器、采樣/保持緩沖器和/或復(fù)位電路(無論在硬件、軟件或其組合中)的一個或多個功能的其他已知電子裝置。如前所述，優(yōu)選地提供ADC324以將與響應(yīng)信號相關(guān)的幅值轉(zhuǎn)換為與數(shù)字組件(諸如，用于進一步處理的微處理器)一起使用的數(shù)字格式。ADC可具有任何合適的設(shè)計，例如其可包括高速逐次逼近寄存器(SAR)和/或Σ-Λ型轉(zhuǎn)換器。關(guān)于給定節(jié)點的所測量幅值的進一步處理，該所測量幅值可儲存在存儲寄存器中。如果需要，(例如)為了降低噪音目的，可儲存并將與該給定節(jié)點相關(guān)的多個此類值求平均。此外，優(yōu)選地將所測量幅值與參考值比較，以便確定耦合電容是否已減小，即所述給定節(jié)點處是否存在一定量的觸摸。此比較可涉及(例如)從參考值減去測量值。在涉及包括許多節(jié)點的大觸摸矩陣的實施例中，所有節(jié)點的測量值均可儲存在存儲器中，并且可單獨地與各個參考值比較，以便確定每個節(jié)點處是否存在一定量的觸摸。通過分析比較數(shù)據(jù)，如果在觸摸表面上存在時間上重疊的多次觸摸，則可確定時間上重疊的多次觸摸的位置。能夠檢測的時間上重疊的觸摸的次數(shù)可僅受觸摸面板中的電極柵的尺寸以及驅(qū)動/檢測電路的速率限制。在示例性實施例中，對鄰近節(jié)點所檢測的差異進行內(nèi)插，以便準(zhǔn)確確定位于節(jié)點之間的觸摸位置。圖3b示出觸摸裝置348，其與圖3a中示出的觸摸裝置310類似，不同的是其包括作為差動放大器的輸入的電壓源349，該差動放大器是感測單元322的一部分。根據(jù)需要，該電壓輸入被構(gòu)造用于使電路輸出在ADC的感測范圍內(nèi)。例如，一些ADC的感測范圍為0.5V至+3V。感測單元322輸出信號的峰值應(yīng)在此范圍內(nèi)，以準(zhǔn)確地對電壓數(shù)字化處理。對于所有接收電極，可將電壓源349 (或增益，在感測單元322的背景下)固定為一種電壓，或其可針對特定接收電極進行調(diào)整。在一些實施例中，使用電阻梯形網(wǎng)絡(luò)向4至10個接收電極的組中的感測單元提供不同電壓。在一些實施例中，設(shè)置增益以補償由受驅(qū)動電極上的電阻所導(dǎo)致的信號減弱。圖3c示出觸摸裝置350，其與圖3a中示出的觸摸裝置310類似，但包括在一些實施例中可更好地容納來自顯示器(諸如IXD顯示器)的噪聲的附加電路。IXD尋址頻率總體上接近或重疊于控制器114用來與觸摸面板112進行交互的頻率。這導(dǎo)致接收電極上產(chǎn)生可顯示為共模信號的噪聲。差動放大器可用于消除此共模信號。圖3c中示出的電路增加了差動放大器352和附加峰值檢測電路351 (被構(gòu)造用于檢測負(fù)電壓的峰值)以及附加復(fù)位電路353。圖3d示出了觸摸裝置362，其與圖3a中所示的觸摸裝置310相似，但包括在一些實施例中可以更好地適應(yīng)來自顯示器的噪聲的附加電路，顯示器例如為IXD顯示器，并且更具體地講為采用面內(nèi)切換技術(shù)的LCD顯示器，該技術(shù)可改善顯示器視角但會向相鄰設(shè)置的觸摸傳感器中引入某些噪聲偽像。噪聲偽像的特征可在于與施加給驅(qū)動電極的脈沖和信號具有相同頻帶的電磁干擾。圖3d增加了一個電阻器，位置在感測單元322之后，但在示為包含在峰值檢測電路326a中的電容器之前。電阻器顯示為在峰值檢測電路326a中的二極管之后實現(xiàn)，但也可以在二極管之前實現(xiàn)。此電阻器限制峰值檢測電路326a中的充電效應(yīng)免受施加給驅(qū)動電極的任何脈沖或信號的影響。因此，在測量周期中可以使用更多數(shù)量的脈沖(例如8個脈沖而不是3個)，這將減小那些脈沖中受正噪聲脈沖污染或由正異常噪聲產(chǎn)生的某部分脈沖的影響。當(dāng)然，在不含圖3d的附加電阻器而在峰值檢測電路326a中使用相對大的電容器的實施例如3a中，可以使用更多數(shù)量的脈沖。然而，在每個采樣周期后，峰值檢測電路326a將放電，并且放電時間與電容器所持的電荷量相稱。圖3d的附加電阻器將使峰值檢測電路326a的電容器中累積的電荷更小，從而允許更快的放電時間。圖3e示出了觸摸裝置360，其與圖3a中示出的觸摸裝置310類似，但包括附加電路，其在一些實施例中可更好地適應(yīng)具有較低電阻的電極的觸摸面板。此類觸摸面板可具有由銅、金、銀或其他金屬微導(dǎo)線構(gòu)成的電極，并具有低于10ΚΩ的電阻水平。為了適應(yīng)較低電阻的電極，觸摸裝置360增加了在低阻抗穩(wěn)定電路361所示的電阻器和電容器。此附加電路通過以放大器單位環(huán)路增益交叉頻率增加45度相補角而穩(wěn)定放大器322c的環(huán)路增
Mo
圖3a至3e所示的任何實施例都可在例如專用集成電路(ASIC)中具體實施?，F(xiàn)轉(zhuǎn)到圖4a，我們從中可看到特定驅(qū)動信號410的電壓-時間坐標(biāo)圖以及由圖3a中所示類型的感測單元產(chǎn)生的(建模的)響應(yīng)信號412的相應(yīng)電壓-時間坐標(biāo)圖。為了該模型的目的，假定驅(qū)動電極、接收電極以及耦合電容(包括其上的觸摸效應(yīng)，即電容從2.0pf減至1.5pf)的電子特性為如以上結(jié)合圖3a的代表性實施例所述。此外，假定運算放大器322c的反饋電阻器322d為約2ΜΩ的量級。可看到驅(qū)動信號410為方波，其包括一系列矩形脈沖411a、411c、411e、-411k0假定將此整個信號傳送至特定驅(qū)動電極，但在許多實施例中可在給定時間將較小數(shù)量(例如，僅一個或兩個)的脈沖傳送至給定驅(qū)動電極，此后可將一個或多個脈沖傳送至不同的驅(qū)動電極等?？煽吹接筛袦y單元產(chǎn)生的響應(yīng)信號412包括多個沖擊脈沖413a-l，每個矩形脈沖411a對應(yīng)兩個沖擊脈沖，如對于微分方波所期望的。因此,例如,驅(qū)動脈沖411a產(chǎn)生與矩形脈沖的正向變換(左側(cè))相關(guān)的負(fù)向沖擊脈沖413a以及與矩形脈沖的負(fù)向變換(右側(cè))相關(guān)的正向沖擊脈沖413b。這些沖擊脈沖由于運算放大器的信號帶寬以及觸摸屏的RC濾波效應(yīng)而呈圓形。盡管與信號410對時間的理想導(dǎo)數(shù)存在這些偏差，但響應(yīng)信號412可視為包括驅(qū)動信號的微分表不。如同所示，驅(qū)動脈沖411a、411c、411e、…411k均具有相同的振幅，但如上所述還可傳送不同振幅的脈沖。然而，盡管這些驅(qū)動脈沖具有共同的振幅，但可看到發(fā)生在時段412a內(nèi)的沖擊脈沖413a-g具有第一峰值振幅，并且可看到發(fā)生在時段412b內(nèi)的沖擊脈沖413h-l具有小于第一峰值振幅的第二峰值振幅。這是因為上述模型在沖擊脈沖413g之后和沖擊脈沖413h之前的時間點弓丨入耦合電容C。變化，該變化對應(yīng)于從非觸摸狀態(tài)((；=2ρ .)到觸摸狀態(tài)(Cc=LSpf)的轉(zhuǎn)變。沖擊脈沖在時段412b期間所減小的峰值振幅可易于測量且與適用節(jié)點處的觸摸事件相關(guān)。沖擊脈沖413a_l的瞬態(tài)性使其尤其適于與峰值檢測器和采樣/保持緩沖器一起使用(如結(jié)合圖3所述)，以使得可由ADC獲得峰值振幅的準(zhǔn)確測量值且對其進行采樣。圖4b示出坐標(biāo)圖,其示出`了來自包括順序驅(qū)動的受驅(qū)動電極的一個實施例的代表性波形。波形430、431和432表示三個單獨的(可彼此相鄰)受驅(qū)動電極(例如，矩陣型傳感器上的第一行、第二行和第三行)上的時段t期間的脈沖信號。波形433、434和435表示由三個單獨的接收電極(例如，矩陣型傳感器上的列)上的相同時段期間的脈沖信號引起的微分輸出。應(yīng)注意每個接收電極(列)具有類似的響應(yīng)曲線。按順序驅(qū)動對應(yīng)于波形432、431和431的受驅(qū)動電極。驅(qū)動每個電極后(由波形430、431或432任何一個表示)，表示峰值振幅的電壓將可用于與每個接收電極(列)(如上文結(jié)合圖3所述)相關(guān)的峰值檢測電路中。因此，驅(qū)動每個受驅(qū)動電極(行)后，對峰值檢測電路上所有接收電極(列)的所得電壓采樣，然后相關(guān)的峰值檢測電路復(fù)位，接著驅(qū)動下一順序受驅(qū)動電極(以此類推)。這樣，矩陣型電容式觸摸傳感器中的每個節(jié)點均可單獨地尋址和采樣。圖5a示出一對坐標(biāo)圖，其與圖4a的坐標(biāo)圖類似，并且針對電子構(gòu)型相同的驅(qū)動電極、接收電極、耦合電容和感測單元，但驅(qū)動信號形狀不同。圖5a的驅(qū)動信號510包括斜坡式脈沖511a、511c、511e、-511i,以使得所得響應(yīng)信號512包括矩形脈沖513a_j。由上述模型預(yù)測的矩形脈沖呈現(xiàn)出具有稍微圓角的幾乎垂直的高/低過渡，為了簡便起見，已將這些過渡重繪為垂直線和尖拐角。這些矩形脈沖的上升和下降時間受所用驅(qū)動電極和接收電極中的RC傳輸線限制。驅(qū)動脈沖511a等通過對稱斜坡形狀來表征，其中每個脈沖的前半部分具有正向斜度，并且后半部分具有相同大小的負(fù)向斜度。然后，還將此對稱性轉(zhuǎn)至響應(yīng)信號512，其中負(fù)向脈沖513a、513c等被正向脈沖513b、513d等大體上相抵。與圖4a的說明類似，上述模型在矩形脈沖513e之后和矩形脈沖513f之前的時間點(B卩，從時段512a到時段512b的過渡)引入耦合電容C。變化，該變化對應(yīng)于從非觸摸狀態(tài)((；=2ρ .)到觸摸狀態(tài)(Cc=LSpf)的轉(zhuǎn)變。時段412b期間發(fā)生的響應(yīng)信號脈沖的減小振幅可易于測量且與適用節(jié)點處的觸摸事件相關(guān)。圖5a中值得注意的一個特征為各脈沖513a_j的各平穩(wěn)段處的響應(yīng)信號512的較穩(wěn)態(tài)特性(在給定脈沖的時間標(biāo)度內(nèi))，其中負(fù)向脈沖513a、513c等的“平穩(wěn)段”應(yīng)理解為脈沖形狀的“底部”，而不是脈沖513b、513d等的“頂部”。此穩(wěn)態(tài)特性是驅(qū)動脈沖在其相當(dāng)大一部分上具有恒定斜度(即，斜坡形狀)所致。在一些實施例中，觸摸裝置設(shè)計者可希望利用此穩(wěn)態(tài)特性以便消除不必要的電路零件并減少成本。具體地講，因為響應(yīng)信號本身在脈沖的時間標(biāo)度內(nèi)維持基本上恒定的振幅(脈沖的平穩(wěn)段)，并且因為此恒定振幅指示或響應(yīng)于耦合電容C。，所以可不再需要結(jié)合圖3a所描述的峰值檢測器、采樣/保持緩沖器和復(fù)位電路且可將其從系統(tǒng)中排除，前提條件是穩(wěn)態(tài)特性的時間標(biāo)度對ADC而言足夠長以對振幅進行采樣和測量。如果需要，為了降低噪聲，可通過低通濾波器來發(fā)送由感測單元在這些情況下產(chǎn)生的響應(yīng)信號，選擇該低通濾波器的截止頻率，以大體上維持與未經(jīng)濾波的脈沖相同的總保真度或形狀，同時過濾掉較高頻率的噪聲。然后可向ADC提供此濾波器的輸出(即，經(jīng)濾波的響應(yīng)信號)。當(dāng)然，對于斜坡型驅(qū)動脈沖而言，在一些情況下，不論是否利用低通濾波器，可能有利的是保留峰值檢測器、采樣/保持緩沖器和復(fù)位電路。如果需要，整流電路可用于在響應(yīng)信號(參見(例如)圖4a的信號412和圖5a的信號512)中產(chǎn)生正向脈沖和負(fù)向脈沖的觸摸裝置實施例中。這些信號的整流可對其他電路功能(諸如，峰值檢測和模數(shù)轉(zhuǎn)換)具有相應(yīng)的有益效果。就圖5a的信號512而言，由于各個信號的對稱性，所以該信號的經(jīng)整流形式有利地大體上連續(xù)維持穩(wěn)態(tài)電壓電平(忽略由運算放大器限制和RC傳輸線效應(yīng)引起的瞬態(tài)效應(yīng))。圖5b示出多對坐標(biāo)圖，其示出了來自包括順序驅(qū)動的受驅(qū)動電極的實施例的代表性波形，其與圖4b類似，不同的是其使用不同類型的受驅(qū)動波形。波形760、761和762為三個單獨的(可彼此相鄰)受驅(qū)動電極(例如，矩陣型傳感器上的第一行、第二行和第三行)上的時段t期間的代表性受驅(qū)動三`角脈沖信號。波形763、764和765為相同時段期間在接收電極(例如列)上可看到的各個所得波形?，F(xiàn)轉(zhuǎn)到圖6a，其中的坐標(biāo)圖對與圖5a和圖4a的坐標(biāo)圖類似，并且假定驅(qū)動電極、接收電極、耦合電容和感測單元的電子構(gòu)型相同，但使用另一種驅(qū)動信號形狀。圖6b的驅(qū)動信號610包括斜坡式脈沖61 la-e，其產(chǎn)生具有大體上矩形脈沖613a_e的所得響應(yīng)信號612。與圖5a的對稱斜坡形狀不同，斜坡式脈沖611a_e為非對稱，以便使斜坡使用的脈沖時間占比最大化。然而，此斜坡最大化導(dǎo)致每個驅(qū)動脈沖的一側(cè)上出現(xiàn)快速低至高過渡，這產(chǎn)生限制響應(yīng)信號612的各矩形脈沖的負(fù)向沖擊脈沖。盡管所得結(jié)果與完全的矩形性存在偏差，但脈沖613a_e大體上呈矩形，前提是這些脈沖在兩個較陡的高至低過渡之間要維持較恒定的振幅平穩(wěn)段。就這一點而言，且以類似于圖5a的信號512的方式，由于驅(qū)動脈沖在其相當(dāng)大一部分上具有恒定斜度(即，斜坡形狀)，信號612的脈沖包括穩(wěn)態(tài)特性。因此，觸摸裝置設(shè)計者可再次希望通過排除峰值檢測器、采樣/保持緩沖器和復(fù)位電路來利用此穩(wěn)態(tài)特性，前提條件是穩(wěn)態(tài)特性的時間標(biāo)度對ADC而言足夠長以對振幅進行采樣和測量。還可將低通濾波器增加至電路設(shè)計中，如上所述。圖6b示出一對坐標(biāo)圖，其示出了來自包括順序驅(qū)動的受驅(qū)動電極的實施例的代表性波形，其與圖4b和5b類似，不同的是其使用不同類型的受驅(qū)動波形。波形750、751和752為三個單獨的(可彼此相鄰)受驅(qū)動電極(例如，矩陣型傳感器上的第一行、第二行和第三行)上的時段t期間的代表性受驅(qū)動斜坡式脈沖信號。波形753、754和755 (圖7b)以及763、764和765 (圖7c)為相同時段期間在接收電極(例如列)上可看到的各個所得波形?，F(xiàn)轉(zhuǎn)到圖7，我們從中可看到脈沖驅(qū)動信號807的電壓-時間坐標(biāo)圖以及(建模的)第一響應(yīng)信號801和第二響應(yīng)信號802的相應(yīng)電壓-時間坐標(biāo)圖，這兩個信號可為分別由圖3c中所示電路的感測單元322和差動放大器352產(chǎn)生的輸出。為了該模型的目的，假定驅(qū)動電極、接收電極以及耦合電容(包括其上的觸摸效應(yīng)，即電容從2.0pf減至1.5pf)的電子特性為如以上結(jié)合圖3a的代表性實施例所述。第一響應(yīng)信號801為來自感測單元322的建模的輸出。其包括正弦曲線形式，該形式指示與接收作為來自LCD面板的噪聲的共模信號類似的共模信號。響應(yīng)信號802為來自差動放大器352的各個建模的輸出(為了說明的目的，其被示為短虛線；實際輸出將為實線)。來自差動放大器352的輸出實際上為脈沖的總和(為了進行示意性的說明，圖中未按比例繪制)。圖7上的各個脈沖(803a…d，804e, f, g)具有與圖4a中的脈沖413a…k相同的曲線，但在圖7中脈沖因縮放比例而看起來不同。第一負(fù)脈沖(803a)經(jīng)峰值檢測且匯總在放大器的反相輸入上，從而給出響應(yīng)信號802上的第一臺階(臺階805a)。然后，正脈沖(804e)經(jīng)峰值檢測且匯總在放大器上的非反相輸入上，從而在輸出處給出正峰值與負(fù)峰值的總和(臺階805b)。臺階805b后，隨后的脈沖和共模信號實質(zhì)上均不影響響應(yīng)信號802的電壓電平。可通過測量一系列脈沖后(即，在電壓已達到由臺階805b界定的平穩(wěn)段后)由波形802表示的第一電壓采樣、用復(fù)位電路353和326b (圖3c)使峰值檢測器復(fù)位，然后用相同或類似的處理等測量第二電壓采樣來感測觸摸。在某些實施例中，這些采樣電壓相對于某個閾值的變化指示觸摸。圖8為觸摸裝置710的示`意圖，該觸摸裝置包括具有電容耦合電極的4X8矩陣的觸摸面板712，以及可用于檢測觸摸面板上的多次同時觸摸的各種電路元件。該電極矩陣包括由平行驅(qū)動電極a、b、c和d組成的頂部電極陣列。還包括由平行接收電極El、E2、E3、E4、E5、E6、E7和E8組成的底部陣列。頂部電極陣列和底部電極陣列被布置為彼此正交。對于該矩陣的各種節(jié)點，將每對正交電極之間的電容耦合(以上稱為給定節(jié)點的耦合電容C。)標(biāo)記為Cla、C2a、C3a、C4a、Clb、C2b和C3b等直至C8d (如所示)，在非觸摸狀態(tài)下這些電容耦合的值均可近似相等，但其在施加觸摸時減小，如前所述。圖中還示出了各種接收電極與接地(C1-C8)之間以及各種驅(qū)動電極與接地(a’至d’)之間的電容。該矩陣的32個節(jié)點，即互電容或與之相關(guān)的耦合電容，由關(guān)于圖3a所描述的電路進行監(jiān)測:驅(qū)動單元714 ;多路復(fù)用器716 ;感測單元S1-S8 ;任選的峰值檢測器P1-P8，其可用作采樣/保持緩沖器；多路復(fù)用器718 ;以及ADC720 ;和控制器722，它們都如所示用合適的傳導(dǎo)跡線或電線進行連接(除了控制器722與各個峰值檢測器P1-P7之間的連接為了說明的方便而從圖中省略)。在操作中，控制器722使驅(qū)動單元714產(chǎn)生包括一個或多個驅(qū)動脈沖的驅(qū)動信號，驅(qū)動脈沖通過操作多路復(fù)用器716而傳送至驅(qū)動電極a。驅(qū)動信號經(jīng)由接收電極E1-E8與驅(qū)動電極a的各個互電容而耦接至各接收電極E1-E8。耦合信號使感測單元S1-S8同時或大體上同時產(chǎn)生各接收電極的響應(yīng)信號。因此，在操作裝置710的此時間點，傳送至驅(qū)動電極a的驅(qū)動信號(其可包括(例如)最多5個、4個、3個或2個驅(qū)動脈沖，或可僅有一個驅(qū)動脈沖)同時使感測單元SI產(chǎn)生其振幅指示節(jié)點El/a的耦合電容Cla的響應(yīng)信號，使感測單元S2產(chǎn)生其振幅指示節(jié)點E2/a的耦合電容C2a的響應(yīng)信號等，以此類推，其他感測單元S3-S8對應(yīng)于節(jié)點E3/a至E8/a。如果響應(yīng)信號具有高瞬態(tài)性，(例如)正如圖4a的信號412，則可提供峰值檢測器P1-P8來檢測由感測單元S1-S8提供的各個響應(yīng)信號的峰值振幅，并且任選地對其輸出處提供給多路復(fù)用器718的這些振幅進行采樣且保持。或者，如果響應(yīng)信號具有顯著的穩(wěn)態(tài)特性，例如如果其以一個或多個矩形脈沖的形式(正如上述信號512和612)，則可用低通濾波器來代替峰值檢測器，或可簡單地省去峰值檢測器，使得感測單元的輸出直接饋送至多路復(fù)用器718中。在任一種情況下，當(dāng)將特性振幅信號(例如，響應(yīng)信號的峰值振幅或平均振幅)傳送至多路復(fù)用器718時，控制器722快速循環(huán)多路復(fù)用器718以使得ADC720首先連接到峰值檢測器Pl (如果存在，(例如)或連接到低通濾波器，或連接到SI)以測量與節(jié)點El/a相關(guān)的特性振幅，然后連接到峰值檢測器P2以測量與節(jié)點E2/a相關(guān)的特性振幅，以此類推，最后連接到峰值檢測器P8以測量與節(jié)點E8/a相關(guān)的特性振幅。當(dāng)測量這些特性振幅時，將這些值儲存在控制器722中。如果峰值檢測器包括采樣/保持緩沖器，則控制器在測量完成后使峰值檢測器復(fù)位。在下一個操作階段中，控制器722循環(huán)多路復(fù)用器714以將驅(qū)動單元714連接到驅(qū)動電極b，并且使驅(qū)動單元產(chǎn)生還包括一個或多個驅(qū)動脈沖的另一個驅(qū)動信號(此時傳送至電極b)。傳送至電極b的驅(qū)動信號可與此前傳送至電極a的驅(qū)動信號相同或不同。例如，鑒于與上述觸摸面板損失有關(guān)的原因，由于電極b更靠近獲得響應(yīng)信號的感測電極E1-E8的端部(因此損失降低)，所以傳送至電極b的驅(qū)動信號可具有比傳送至電極a的驅(qū)動信號小的振幅。在任何情況下，傳送至電極b的驅(qū)動信號同時使感測單元SI產(chǎn)生其振幅指示節(jié)點El/b的耦合電容Clb的響應(yīng)信號，使感測單元S2產(chǎn)生其振幅指示節(jié)點E2/b的耦合電容C2b的響應(yīng)信號等，以此類推，其他感測單元S3-S8對應(yīng)于節(jié)點E3/b至E8/b。以上結(jié)合第一操作階段所述的峰值檢測器P1-P8或采樣/保持緩沖器或低通濾波器的存在與否在此同樣適用。在任何情況下，當(dāng)將特性振幅信號(例如，響應(yīng)信號的峰值振幅或平均振幅)傳送至多路復(fù)用器718時，控制器722快速循環(huán)多路復(fù)用器718以使得ADC720首先連接到峰值檢測器Pl (如果存在，(例如)或連接到低通濾波器，或連接到SI)以測量與節(jié)點El/b相關(guān)的特性振幅，然后連接到峰值檢測器P2以測量與節(jié)點E2/b相關(guān)的特性振幅，以此類推，最后連接到峰值檢測器P8以測量與節(jié)點E8/b相關(guān)的特性振幅。當(dāng)測量這些特性振幅時，將這些值儲存在控制器722中。如果峰值檢測器包括采樣/保持緩沖器，則控制器在測量完成后使峰值檢測器復(fù)位。然后兩個以上的操作階段以類似方式進行，其中將驅(qū)動信號傳送至電極c且測量和儲存與節(jié)點El/c至E8/c相關(guān)的特性振幅，然后將驅(qū)動信號傳送至電極d且測量和儲存與節(jié)點El/d至E8/d相關(guān)的特性振幅。此時，已在極短的時幀(例如，在一些情況下為(例如)小于20毫秒或小于10毫秒)內(nèi)測量和儲存觸摸矩陣的所有節(jié)點的特性振幅。然后，控制器722可將這些振幅與各節(jié)點的參考振幅比較，以獲得各節(jié)點的比較值(例如差值)。如果參考振幅表示非觸摸狀態(tài)，則給定節(jié)點的零差值指示此節(jié)點處“無觸摸”發(fā)生。另一方面，顯著的差值表示該節(jié)點處的觸摸(其可包括部分觸摸)。如果相鄰節(jié)點具有顯著的差值，則控制器722可采用內(nèi)插技術(shù)，如上所述。觸筆載體上文所述的實施例支持多次時間上重疊的觸摸(如利用干涉觸摸面板中的節(jié)點處的耦合電容的手指或其他點擊裝置)的分辨。然而，上文尤其是參照圖3a至3e所述的電子器件或相關(guān)固件可適于支持觸筆觸點或者在一些實施例中對觸敏裝置(例如觸摸面板)作出的近觸點的分辨。此具體實施方式
的剩余部分描述將觸筆載體結(jié)合到此前描述的電子器件中的方法。充分干涉觸摸面板中的節(jié)點處的電容耦合的任何器械均可用作結(jié)合上述電子器件的觸筆。一些售后市場產(chǎn)品為當(dāng)前可得的，其在筆或點擊裝置的尖端提供導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料以不同于手指的方式與觸敏裝置中的透明電極耦合。這些裝置通常為無源裝置，并且可不具有支持(例如)高分辨率符號所需的分辨力。有源觸筆的一個實施例示于圖9中。觸筆910包括可為金屬或塑料的殼體915，所述殼體915被設(shè)計為由用戶舒適地抓握并且在一個實施例中被成形為筆狀。一個或多個通信線路920將觸筆系連到主控制器并且用于觸筆微處理器間的通信以及用于提供功率。對微處理器901編程以經(jīng)由通信線路920與主控制器(例如控制器114 (圖1))通信。加速計904示出為可通信地耦接至微處理器901。加速計904提供有關(guān)觸筆相對觸摸面板的取向的信息、以及用于結(jié)合已知內(nèi)插技術(shù)從而得到提高的觸點精確性的信息。尖端力傳感器905示出為可通信地耦接至微處理器901。尖端力傳感器905提供指示正施加至觸筆尖端的壓力的信息。這種尖端力傳感器可與打開觸筆、將觸筆設(shè)置成有源模式相關(guān)，或者其可用于其中所施加的壓力可與特定輸入模態(tài)相關(guān)的應(yīng)用中(例如，在書寫中，可將所使用的壓力報告給與粗體字體相關(guān)的應(yīng)用)?？刹捎枚鄠€按鈕(906)以向用戶提供多種功能，例如打開或關(guān)閉觸筆。如參照下述三個觸筆實施例進一步描述的尖端電子器件907可包括將信號提供到觸摸面板內(nèi)(并且將包括驅(qū)動單元和驅(qū)動電極)的觸筆驅(qū)動電子器件、接收得自受驅(qū)動觸摸面板電極的信號(并且包括觸筆接收電子器件和接收電極)的觸筆接收電子器件。在下文所述的一個實施例中，觸筆尖端電子器件907被構(gòu)造為可供選擇地驅(qū)動并且隨后接收共用電極上的電容耦合信號(并且因此將包括觸筆驅(qū)動單元和觸筆接收電子器件)。在一些實施例中，示為位于觸筆殼體915內(nèi)的特定元件可由主控制器提供的功能涵蓋。例如，主控制器114可被構(gòu)造為經(jīng)由通信線路920來與參照觸筆所述的各種部件相互作用，由此可使得微處理器901成為不必要的。更具體地講，在一個實施例中，微處理器基于其體系結(jié)構(gòu)可得自加利福尼亞州圣荷西(San Jose, California)的ARM公司的Cortex ARM微處理器,并且加速計為類似于可得自麻薩諸塞州波士頓(Boston, Massachusetts)的Analog Devices或瑞士日內(nèi)瓦市(Geneva, Switzerland)的 ST Microelectronics 的單兀的三軸敏感裝置。 作為驅(qū)動電極和接收電極的觸筆在一個實施例中，可通過將觸筆尖端電子器件907配置為具有觸筆驅(qū)動單元和觸筆接收電子器件來將觸筆與此前描述的多觸摸敏感系統(tǒng)結(jié)合在一起。與此前參照至少圖1所述的驅(qū)動單元或信號發(fā)生器類似或相同的觸筆驅(qū)動單元被構(gòu)造為產(chǎn)生驅(qū)動信號并且將驅(qū)動信號傳送至觸筆電極。觸筆接收電子器件可按照類似于參照圖3a至3e所示的實施例中的任何一者的方式進行構(gòu)造，并且可包括觸筆感測單元(在一個實施例中，與圖3a中的感測單元322類似或相同)。根據(jù)具體實施，觸筆接收電子器件還可包括觸筆峰值檢測電路(與圖3a中的峰值檢測電路326a類似或相同)。圖10示出了包括觸筆驅(qū)動單元和觸筆接收電子器件的尖端電子器件907。在一個實施例中，筆尖1014設(shè)置為靠近觸筆的下述部分，所述部分被設(shè)計為接觸或接近接觸將用于點擊的觸摸屏。筆尖1014包括觸筆電極，所述觸筆電極基于可由微處理器901控制的開關(guān)1010而可選擇性地工作在受驅(qū)動或接收模式下。當(dāng)處于觸筆驅(qū)動模式時，觸筆驅(qū)動單元1012將觸筆驅(qū)動信號提供至觸筆電極，所述觸筆驅(qū)動信號可包括一個或多個方波、三角波、斜坡波等等。如果觸筆電極足夠地接近觸摸面板，正如用戶正使用觸筆來與觸摸面板相互作用并且觸筆接觸觸摸面板時的情況，則觸筆驅(qū)動信號電容耦合至觸摸面板112中的接收電極。以此方式，當(dāng)處于驅(qū)動模式時，觸筆電極實際上充當(dāng)觸摸面板112的附加受驅(qū)動電極，并且對運行在控制器114上的固件進行編程以連續(xù)地驅(qū)動所述驅(qū)動行并且隨后命令觸筆驅(qū)動單元以驅(qū)動觸筆電極。如上文參照圖3a至3e所示的實施例所述，對于受驅(qū)動電極(包括觸摸屏112中的受驅(qū)動電極和驅(qū)動模式下的觸筆電極)的每個驅(qū)動序列，接收電極同時地接收。因而對控制器114編程以適應(yīng)觸筆驅(qū)動周期，由此在如上文所述已分辨出對觸摸面板112的觸摸之后，觸筆電極被驅(qū)動并且觸摸面板112中靠近觸筆電極的接收電極接收下述信號，所述信號為觸筆驅(qū)動電極和觸摸面板接收電極之間的耦合電容(C。)。上文參照圖3a至3e所述的實施例示出了用于確定接收電子器件的相對C。的各種方法，所述方法中的每一種均可或許結(jié)合已知的內(nèi)插技術(shù)進行使用以揭示觸筆在接收電極上的位置。為了分辨觸筆尖端相對于另一個、仍未分辨的軸線的位置，將觸筆尖端電子器件907切換(通過1010)到觸筆接收模式。連續(xù)地驅(qū)動觸摸面板112的受驅(qū)動電極，并且在特定受驅(qū)動電極和觸筆電極之間產(chǎn)生C。，所述觸筆電極由感測單元3322進行感測且經(jīng)由觸筆峰值檢測單元3326a進行峰值檢測、通過ADC3324a進行采樣、隨后經(jīng)由觸筆復(fù)位電路3326b來復(fù)位(全部操作方式均類似于參照圖3a所示的實施例)。當(dāng)處于觸筆接收模式時，觸筆接收電子器件有效地充當(dāng)附加的接收電極，并且對控制器114進行編程以查詢接收電極中的每一個以及觸筆接收電極在與受驅(qū)動電極相關(guān)的每個驅(qū)動序列之后的C。的替代參數(shù)。因此可利用已知的內(nèi)插技術(shù)來確定觸筆相對于受驅(qū)動電極的位置。協(xié)調(diào)觸筆驅(qū)動模式和觸筆接收模式的動作是由控制器114通過通信線路920來執(zhí)行的。圖1la為示出實施參照圖10所述的實施例和方法的觸筆和觸摸面板在完整測量序列(其包括驅(qū)動觸摸面板112的全部受驅(qū)動電極外加觸筆驅(qū)動電極)期間的相互作用以及驅(qū)動和接收模式的泳道流程圖。此實例假定每個接收電極均耦接至參照圖3a所述的接收電子器件，但應(yīng)當(dāng)設(shè)想到參照相對于圖3b至3e描述的其他實施例所述的其他接收電子器件。圖1la中的左泳道表示觸筆中的處理步驟，并且右泳道表示觸摸面板中的處理步驟?？刂破?14的某些協(xié)調(diào)和計算動作未示于此附圖中，但進行了描述。圖1lb為將在圖1la的序列中涉及的簡化觸摸面板。圖1lb具有兩個受驅(qū)動電極(Dl和D2)和兩個接收電極(Rl和R2)。假定觸筆尖端處于位置S處，并且手指正觸摸在位置F處。測量序列開始于(1100)觸筆處于受驅(qū)動模式，并且驅(qū)動觸筆電極(1110)。如上文所述，這可利用一系列方形或斜坡脈沖，其(例如)與用于驅(qū)動觸摸面板112的受驅(qū)動電極的驅(qū)動波形相同或類似。各個波將在與Rl相關(guān)、而非與R2相關(guān)的接收電極上形成耦合電容C。。接下來，觸筆切換到接收模式(1112)，并且查詢1 1和1 2(11128)。用于Rl的峰值檢測單元326a (圖3a)中的電壓將為高的，而用于R2的峰值檢測單元中的電壓將為低的?？刂破?14可使用此信息來計算出觸筆尖端位于Rl電極附近。接下來，連續(xù)地驅(qū)動觸摸面板中的受驅(qū)動電極。這開始于將一個或多個斜坡脈沖或方波脈沖施加至Dl，這符合用于上文參照圖3a至3e所述的實施例的描述。在Dl被驅(qū)動之后，通過ADC單元324 (再次參見圖3a)來查詢與各個接收電極(在這種情況下Rl和R2)上的峰值振幅相關(guān)的電壓(步驟1414B)。在R2上將觀察到比Rl上低的峰值電壓，這是因為手指觸摸T降低了 D1-R2節(jié)點處的耦合電容C。。控制器可計算出非觸筆觸摸在D1-R2處的存在。接下來，通過檢測觸筆峰值檢測單元3326a來查詢觸筆接收電極(步驟1116A)。由于觸筆電極設(shè)置在圖1lB中的位置S處，則在觸筆電極和受驅(qū)動電極Dl (其是在步驟1114B中被驅(qū)動的)形成零(或相對極小的)耦合電容C。，因此觸筆感測單元的相關(guān)振幅將為低的。控制器114可基于此信息計算出在節(jié)點Dl-Rl處不存在觸筆。接下來，按照類似于在步驟1114B中驅(qū)動Dl的方式來驅(qū)動D2(1118B)。然后按照類似于步驟1114B的方式來查詢Rl和R2(1120B)。得自這兩個步驟的數(shù)據(jù)將允許控制器114計算出沿D2電極不存在手指觸摸。接下來，為了完成整個測量周期，在步驟1122A (其與步驟1116A相同)中再次查詢觸筆電極，但此時觸筆峰值檢測單元3326a將顯示出相對較高的電壓，控制器114將使用所述電壓計算出觸筆電極最接近節(jié)點D2-R1。然后重復(fù)此過程?？刂破?14可按照下文參照圖12進一步描述的方式來協(xié)調(diào)附加的電極驅(qū)動步驟(例如步驟1110)，由此使得此過程可適于適應(yīng)多個觸筆。其中觸筆充當(dāng)接收電極的處理部分將不改變，因為每個觸筆將獨立地能夠耦合至受驅(qū)動電極并且具有與從其獲得的一個軸線相關(guān)的位置信息。也就是說，即使支承多個觸筆，仍將僅需要觸摸面板中的受驅(qū)動電極的一個連續(xù)驅(qū)動，并且來自接觸觸摸面板的每個觸筆的所得數(shù)據(jù)可用于確定相應(yīng)觸筆沿驅(qū)動電極的位置。然而，將需要通過控制器114為每個支承的觸筆添加附加的觸筆驅(qū)動序列。這可通過適當(dāng)?shù)匦薷目刂破?14的固件來實現(xiàn)。當(dāng)連續(xù)地驅(qū)動觸摸面板的受驅(qū)動電極時，各個筆將接收在時間上與相應(yīng)受驅(qū)動電極相關(guān)的脈沖，由此來定義坐標(biāo)中的一個(X或Y，這取決于系統(tǒng)的取向方式)。在所有`受驅(qū)動電極已被驅(qū)動之后，各個筆將按順序來驅(qū)動其相應(yīng)的觸筆電極同時觸摸面板的接收電子器件監(jiān)聽各個接收電極。接收電子器件將復(fù)位，隨后下一個筆向下脈動，等等直至所有的筆已向下脈動。每個附加的筆將需要附加的驅(qū)動周期(用于筆)和用于觸摸面板及其電子器件的相應(yīng)接收周期。示于圖1lA中的此過程當(dāng)然可在本公開的精神下進行修改，并且可按不同的順序來完成這些步驟，但此基本過程提供于本文中，并且這些修改形式旨在涵蓋在本公開的范圍內(nèi)?？刂破?14對觸筆觸點S和手指觸點F (圖11B)的精確位置的計算可通過下述方式來增強:利用給定近節(jié)點處的耦合電容的已知內(nèi)插技術(shù)、或利用得自(例如)加速計904的數(shù)據(jù)(其可用于確定觸筆尖端的角度)。僅作為驅(qū)動電極的觸筆在另一個實施例中，可通過將觸筆尖端電子器件907配置為具有觸筆驅(qū)動單元來將觸筆與上文所述的多觸摸敏感系統(tǒng)結(jié)合在一起。觸筆驅(qū)動單元將與結(jié)合參照圖10所示的實施例描述的那些相同或類似，并且將按照與參照此實施例所述相同或類似的方式進行構(gòu)造。此實施例中的觸筆將不包括觸筆接收電子器件。在這種實施例中，與觸摸面板相關(guān)的電子器件將需要進行修改以在一個實施例中實際上允許受驅(qū)動電極進行切換以充當(dāng)受驅(qū)動電極或充當(dāng)另一組接收電極。例如，參見圖1 Ib的簡化觸摸面板示意圖，各個接收電極耦接至接收電子器件，所述接收電子器件的若干實施例是在上文中參照圖3a至3e描述的。在各個驅(qū)動電極(Dl、隨后D2)被驅(qū)動之后，查詢與各個接收電極相關(guān)的接收電子器件并且獲取所得到的觸摸信息。為了適應(yīng)充當(dāng)驅(qū)動電極的觸筆，可按照與上文參照“用作驅(qū)動電極和接收電極的觸筆”所述相同或類似的方式來確定觸筆相對于接收電極(Rl和R2)的位置。然而，為了確定觸筆電極相對于受驅(qū)動電極(Dl和D2)的位置，在此實施例中，將驅(qū)動電極切換到與Rl和R2相關(guān)的接收電子器件，所述接收電子器件在觸筆電極被驅(qū)動時來“監(jiān)聽”。然后可查詢目前與Dl和D2相關(guān)的接收電子器件以確定觸筆電極相對于Dl和D2的位置?？梢匀舾煞绞絹韺崿F(xiàn)受驅(qū)動電極到接收電子器件的耦接。如上文所述，可存在下述開關(guān)，所述開關(guān)被采用以使得用作接收電極的相同接收電子器件可用于“監(jiān)聽”驅(qū)動電極。作為另外一種選擇或除此之外，驅(qū)動電極中的部分或全部可具有其自身的專用接收電子器件。圖12為示出結(jié)合上文所述的觸摸面板的其中觸筆僅充當(dāng)驅(qū)動電極的實施例的代表性驅(qū)動周期的流程圖。參見圖1lb中的觸摸面板的簡化繪制圖。驅(qū)動初始驅(qū)動電極(Dl)(步驟1205)。然后按照與上文參照圖3a至3e所述的實施例中的任何一個一致的方式來處理接收電極(步驟1210)，所述接收電極產(chǎn)生指示沿Dl驅(qū)動電極的觸摸的數(shù)據(jù)(步驟1215)。就參照圖1lB所示的觸摸面板而言，與接收電極R2相關(guān)的電子器件將顯示出在節(jié)點D1-R2處具有比沿Dl的其他節(jié)點低的耦合電容的替代參數(shù)(例如，電壓，就圖3a所示的實施例而言)，由此指示出觸摸位于位置F處。如果在觸摸面板中存在多個驅(qū)動電極(在步驟1220處為“是”)，則此處理移至下一個驅(qū)動電極D2 (步驟1225)并且重復(fù)此處理直至觸摸面板中的全部受驅(qū)動電極已被驅(qū)動(在步驟1220處為“否”)，并且接下來處理接收電子器件，由此產(chǎn)生位置信息。此處理產(chǎn)生指示全部常規(guī)觸摸相對觸摸屏的坐標(biāo)的信息，所述觸摸為一次或多次同時的或時間上重疊的手指觸摸。在所有觸摸面板驅(qū)動電極被連續(xù)地驅(qū)動并且觸摸面板的全部觸摸均被分辨出之后，控制器114前進到觸筆載體模式(在步驟1220處為“否”)以分辨靠近觸摸面板的一個或多個觸筆的坐標(biāo)。通過控制器114來切換受驅(qū)動電極(Dl和D2)以耦接到具有Rl和R2所用類型或者可能參照圖3a至3e所述的任何類型的接收電子器件(步驟1230)。實際上，Dl和D2成為類似于Rl和R2的附加接收電極。控制器114隨后向第一觸筆發(fā)出信號以驅(qū)動其觸筆電極(步驟1235)。然后將按上文所述來處理接收電極Rl和R2，并且還將以類似方式處理設(shè)置成接收模式的受驅(qū)動電極Dl和D2 (步驟1240)。此處理步驟將感測到沿節(jié)點Rl形成的并且另外沿D2形成的較高耦合電容，由此指示出觸筆電極靠近節(jié)點D2-R1 (步驟1245)。如果存在多個觸筆(在步驟1250處為“是”)，則通過控制器114來選擇下一個觸筆(步驟1255)，并且重復(fù)此處理直至控制器114已知的全部觸筆均已被驅(qū)動(在1250處為“否”)。然后將受驅(qū)動電極與接收電子器件分離，或者說是設(shè)置回其原始驅(qū)動模式(步驟1260)并且重復(fù)整個處理。
此過程假定可將單獨的、非共享的接收電子器件耦接至驅(qū)動電極Dl和D2，由此允許每個觸筆僅被驅(qū)動一次。在這種構(gòu)型(或本文所述的任何構(gòu)型)中，觸筆可實際上被構(gòu)造為驅(qū)動多次以改善信噪比。然而，在另一個實施例中，接收電子器件是在接收電極和驅(qū)動電極之間共享的。在這種實施例中，通過觸筆提供的第一信號來產(chǎn)生觸筆沿接收通路(Rl和R2)的位置，隨后將受驅(qū)動電極Dl和D2耦接至與Rl和R2相關(guān)的接收電子器件以接收得自觸筆的后續(xù)信號并因而產(chǎn)生觸筆沿受驅(qū)動電極軸線(Dl和D2)的位置。此方法具有減少接收電子器件的有益效果，但增加了各個觸筆的附加驅(qū)動步驟。通過下述方式來支持多個觸筆:對控制器的固件進行編程以協(xié)調(diào)各個筆的連續(xù)脈動，所述連續(xù)脈動對應(yīng)于觸摸面板的各個軸線的接收序列。例如，第一觸筆電極將被驅(qū)動并且將評價與觸摸面板的軸線中的一個相關(guān)的接收電子器件，然后將評價與觸摸面板的軸線中的另一個相關(guān)的接收電子器件。然后將針對全部后續(xù)的支承觸筆重復(fù)此處理，其中根據(jù)需要對接收電子器件進行適當(dāng)?shù)膹?fù)位。在一些實施例中，例如若與相應(yīng)X-或Y-電極組相關(guān)的接收電子器件未進行共享，則提供至觸筆電極的單個驅(qū)動序列可提供X-和Y-坐標(biāo)。僅作為接收電極的觸筆在另一個實施例中，可通過將觸筆尖端電子器件907配置為具有觸筆接收電子器件來將觸筆與上文所述的多觸摸敏感系統(tǒng)結(jié)合在一起。觸筆接收電子器件將與結(jié)合參照圖10所示的實施例描述的電子器件的接收部分相同或類似，并且將按照與結(jié)合此實施例所述相同或類似的方式進行構(gòu)造。此實施例中的觸筆將無需包括觸筆驅(qū)動電子器件。在這種實施例中，與觸摸面板相關(guān)的電子器件將需要進行修改以在一個實施例中實際上允許接收電極被連續(xù)驅(qū)動，驅(qū)動方式與驅(qū)動電極被連續(xù)驅(qū)動的方式相同或類似。例如，參見圖1lb的簡化觸摸面板示意圖，各個驅(qū)動電極Dl和D2將耦接至驅(qū)動單元(可能在兩者間具有多路復(fù)用器)。接收電極Rl和R2耦接至接收電極，所述接收電極的若干實施例是參照圖3a至3e進行描述的。在各個驅(qū)動電極被驅(qū)動之后，通過控制器114來處理形成于各個接收電極上的耦合電容、使接收電子器件復(fù)位、驅(qū)動下一個驅(qū)動電極等，直至全部驅(qū)動電極均已被驅(qū)動。此處理與已在上文結(jié)合參照圖3a至3e的多觸摸系統(tǒng)操作描述的過程相同。如果觸筆電極靠近觸摸面板中的受驅(qū)動電極，則觸筆電極將耦合至緊鄰其設(shè)置的特定驅(qū)動電極。觸筆微處理器901可在每次觸摸面板驅(qū)動電極驅(qū)動序列之后發(fā)送指示觸筆電極與觸摸面板驅(qū)動電極中的特定一個之間的耦合電容的數(shù)據(jù)，以使得控制器114可計算出觸筆電極所處的位置(并且此外還可采用已知的內(nèi)插技術(shù)以用于較高的精確度)。在另一個實施例中，當(dāng)整個驅(qū)動周期(包括全部受驅(qū)動電極)開始時(t=0)，控制器114向微處理器901發(fā)出信號，然后微處理器901將向回報告當(dāng)耦合電容值經(jīng)尖端電子器件907中的觸筆接收電子器件測量超過某個閾值時的時間品偏移量(t+x)。在按順序驅(qū)動全部受驅(qū)動電極之后，可將超過閾值的全部電容的時間偏移量(以及指示這些電容的數(shù)據(jù))通過微處理器901提供至控制器114，然后可使用所述控制器114來確定與這些偏移量相關(guān)的那些驅(qū)動電極。在一個實施例中，一旦觸摸面板的全部受驅(qū)動電極已被如此驅(qū)動之后，就通過驅(qū)動單元和各個接收電極之間的多路復(fù)用器來連續(xù)地驅(qū)動觸摸面板的接收電極。觸摸面板接收電極隨后被連續(xù)地驅(qū)動并且與觸筆電極形成耦合電容，并且將耦合電容以類似于其中確定觸筆電極相對于受驅(qū)動電極的位置的方式來向回報告給控制器114。在全部驅(qū)動周期(包括連續(xù)地驅(qū)動觸摸面板驅(qū)動電極并且隨后連續(xù)地驅(qū)動觸摸面板接收電極)之后，控制器114可確定觸筆電極相對于觸摸面板的接收和驅(qū)動電極的坐標(biāo)。應(yīng)注意，在剛才所述的實施例中，同一序列確定出任何常規(guī)觸摸(如同手指)的位置以及觸筆相對于觸摸面板的受驅(qū)動電極的位置。在一些實施例中，與觸筆電極形成的耦合電容可不利地影響鄰近相同的受驅(qū)動電極設(shè)置的手指，因為觸筆的耦合可將偽像引入到用于檢測手指觸摸的信號內(nèi)。在另一個實施例中，這是通過下述方式來解決的:提供如參照與圖3a至3e相關(guān)的實施例中的任何一個所述的專用手指驅(qū)動序列(其中觸筆并未“監(jiān)聽”)、然后再次驅(qū)動觸摸面板受驅(qū)動電極(其中觸筆正在監(jiān)聽，但觸摸面板的接收電子器件在每個驅(qū)動序列之后可能未進行查詢和復(fù)位，這將意味著該驅(qū)動序列可為較快的)，并且隨后驅(qū)動其中當(dāng)觸筆再次處于監(jiān)聽模式時連續(xù)地驅(qū)動觸摸面板接收電子器件的第三驅(qū)動序列。圖13為示出結(jié)合上文所述的觸摸面板的其中觸筆僅充當(dāng)接收電極的實施例(與此前描述的其中觸筆充當(dāng)接收和驅(qū)動電極或者僅充當(dāng)驅(qū)動電極的實施例形成對比)的代表性驅(qū)動周期的流程圖。參見圖1lb中的觸摸面板的簡化繪制圖。驅(qū)動初始驅(qū)動電極(Dl)(步驟1305)。然后按照與上文參照圖3a至3e所述的實施例中的任何一個一致的方式來處理接收電極(步驟1310)，所述接收電極產(chǎn)生指示沿Dl驅(qū)動電極的觸摸的數(shù)據(jù)(步驟1315)。就參照圖1lB所示的觸摸面板而言，與接收電極R2相關(guān)的電子器件將顯示出在節(jié)點D1-R2處具有比沿Dl的其他節(jié)點低的耦合電容的替代參數(shù)(例如，電壓，就圖3a所示的實施例而言)，由此指示出觸摸位于位置F處。另外對觸筆接收電子器件進行處理(也在步驟1315中)，因為如果觸筆電極足夠地靠近D1，則將通過結(jié)合觸筆接收電子器件的觸筆微處理器901形成耦合電容并且感測到該耦合電容。就Dl的驅(qū)動而言，未與觸筆電極形成超過閾值的耦合電容，因為觸筆電極極度遠(yuǎn)離Dl。如果在觸摸面板中存在多個驅(qū)動電極(在步驟1320處為“是”)，則此處理移至下一個驅(qū)動電極D2 (步驟1325)并且重復(fù)此處理直至觸摸面板中的全部受驅(qū)動電極已被驅(qū)動(在步驟1320處為“否”)，由此產(chǎn)生觸摸相關(guān)的信息，如此前在本說明中詳細(xì)所述。當(dāng)電極D2被驅(qū)動時，因觸筆電極位于位置S處而在電極D2和觸筆電極之間形成耦合電容，可通過觸筆接收電子器件來感測耦合電容，并且由微處理器901將此耦合電容通過無線電903或通過某些其他連接(例如通用串行總線或其他有線連接)報告至控制器114。利用此信息，控制器114僅具有足以推斷觸筆設(shè)置在沿D2的某個位置處的信息，但不知道此位置更靠近接收電極Rl還是R2。因此，在前進到此處理的其余部分(在1320處為“否”)之前，控制器114具有用于確定全部手指觸摸(或?qū)⒔档凸?jié)點處的耦合電容的任何觸摸)的位置的足夠數(shù)據(jù)、以及有關(guān)觸筆的位置的部分?jǐn)?shù)據(jù)。圖13所述的處理的其余部分涉及形成與觸筆電極沿接收電極Rl和R2的位置相關(guān)的額外需要的信息。此信息是通過下述方式形成的:按照與驅(qū)動Dl和D2類似或相同的方式來連續(xù)地驅(qū)動觸摸面板的接收電極Rl和R2。因此，控制器114通過將電極Rl與驅(qū)動單元相耦接來提供將第一 Rl轉(zhuǎn)變成驅(qū)動電極的信號。在一個實施例中，此驅(qū)動單元與用于驅(qū)動觸摸面板受驅(qū)動電極Dl和D2的驅(qū)動單元相同，并且這種耦接經(jīng)由開關(guān)或多路復(fù)用器來產(chǎn)生。當(dāng)Rl被驅(qū)動(步驟1330)時，在位于位置S處的觸筆電極上形成耦合電容。微處理器901將通過此前所述的方式將此信息向回報告給控制器114，由此將揭示出觸筆電極位于位置S處(步驟1335)。針對各個觸摸面板接收電極來繼續(xù)進行此處理(1340處的決策)，直至全部觸摸面板接收電極均已被驅(qū)動，此時重復(fù)該處理(在1340處為“否”)。
可在不修改基本驅(qū)動程序的情況下來支持多個觸筆。各個觸筆將在已與源自傳感器的信號耦合時發(fā)出信號，并且控制器114將此耦合與此前驅(qū)動的電極相關(guān)聯(lián)，由此來確立用于一個觸筆或多個觸筆的坐標(biāo)類型信息。對于本文所述的全部觸筆相關(guān)實施例，通常已參照峰值檢測型電路來對它們進行描述。在其他實施例中，相同的概念可結(jié)合其他、多個常規(guī)電路使用，所述常規(guī)電路包括對所接收信號積分(而非峰值檢測)并由此來確定兩個電極之間的耦合電容的那些。此外，已描述出具有位于觸筆殼體內(nèi)的多個電子部件的實施例。應(yīng)當(dāng)理解，觸筆電極為必需設(shè)置在觸筆殼體內(nèi)的唯一物體；其余部件可全部物理性地設(shè)置在觸筆殼體的外部。除非另外指明，否則本說明書和權(quán)利要求書中用來表示數(shù)量、特性量度等的所有數(shù)值都應(yīng)當(dāng)理解為由術(shù)語“約”修飾。因此，除非有相反的指示，否則本說明書和權(quán)利要求書中列出的數(shù)值參數(shù)均為近似值，這些近似值可根據(jù)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員利用本專利申請的教導(dǎo)內(nèi)容想要獲得的所需特性而改變。每個數(shù)值參數(shù)并不旨在將等同原則的應(yīng)用限制在權(quán)利要求書范圍內(nèi)，至少應(yīng)該根據(jù)所記錄的有效數(shù)位的數(shù)目和通過應(yīng)用慣常的四舍五入法來解釋每個數(shù)值參數(shù)。雖然本發(fā)明的大致范圍中列出的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值，但就任何數(shù)值均在本文所述具體實例中列出來說，它們都應(yīng)在合適的情況下盡可能地精確。然而，任何數(shù)值可以包含與測試或測量限制相關(guān)的誤差。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，對本發(fā)明的各種修改和更改對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將顯而易見，而且應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于本文所列出的示例性實施例。例如，除非另外指明，否則讀者應(yīng)當(dāng)假設(shè)，所揭示的一項實施例的特征也可應(yīng)用于所揭示的所有其他實施例。還應(yīng)當(dāng)理解，本文引用的所有美國專利、專利申請公開案和其他專利和非專利文檔均以引用方式并入，而不與上述揭示內(nèi)容抵觸。
權(quán)利要求
1.一種觸敏系統(tǒng)，包括: 觸摸面板，所述觸摸面板包括透明電容感測介質(zhì)，所述透明電容感測介質(zhì)包括被設(shè)置為形成矩陣的多個驅(qū)動電極和多個接收電極以及被設(shè)置在所述多個驅(qū)動電極和所述多個接收電極之間的絕緣層，所述矩陣具有由所述驅(qū)動電極和所述接收電極彼此交叉的區(qū)域限定的多個節(jié)點； 觸筆驅(qū)動單元，所述觸筆驅(qū)動單元被構(gòu)造為將觸筆驅(qū)動信號提供至觸筆電極； 觸筆感測單元，所述觸筆感測單元被構(gòu)造為從所述觸筆電極產(chǎn)生觸筆響應(yīng)信號，所述觸筆響應(yīng)信號包括感測介質(zhì)驅(qū)動信號的微分表不，所述微分表不的振幅響應(yīng)于所述觸筆電極與所述多個驅(qū)動電極中的一個之間的耦合電容； 觸摸面板驅(qū)動單元，所述觸摸面板驅(qū)動單元被構(gòu)造為產(chǎn)生觸摸面板驅(qū)動信號并且將所述觸摸面板驅(qū)動信號逐個傳送至所述觸摸面板中的所述驅(qū)動電極； 觸摸面板感測單元，所述觸摸面板感測單元被構(gòu)造用于為傳送至所述觸筆電極的每個觸筆驅(qū)動信號產(chǎn)生用于所述觸摸面板中的所述多個接收電極的觸摸面板響應(yīng)信號，所述響應(yīng)信號中的每一個包括所述觸筆驅(qū)動信號的微分表示，所述響應(yīng)信號中的每一個的振幅響應(yīng)于所述觸摸面板中的相關(guān)接收電極處的所述耦合電容； 測量單元，所述測量單元被構(gòu)造為測量或接收指示所述觸筆響應(yīng)信號和所述觸摸面板響應(yīng)信號的振幅的輸入，并且如果存在觸摸，則確定所述觸筆電極在所述觸摸表面上的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸敏系統(tǒng)，還包括耦接至所述觸筆驅(qū)動單元和所述觸摸面板驅(qū)動單元的信號發(fā)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸敏系統(tǒng)，其中所述觸筆驅(qū)動單元的操作與觸筆驅(qū)動模式相關(guān)聯(lián)，并且所述觸筆感測單元的操作與觸筆接收模式相關(guān)聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的觸敏系統(tǒng)，其中所述觸摸面板驅(qū)動單元的操作與觸摸面板驅(qū)動模式相關(guān)聯(lián)，并且所述觸摸面板感測單元的操作與觸摸面板接收模式相關(guān)聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的觸敏系統(tǒng)，還包括: 控制邏輯，所述控制邏輯被構(gòu)造為協(xié)調(diào)所述觸筆驅(qū)動模式、所述觸筆接收模式、所述觸摸面板驅(qū)動模式、和所述觸摸面板接收模式的啟動和停止。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的觸敏系統(tǒng)，其中所述控制邏輯被構(gòu)造為使得所述觸筆驅(qū)動模式和所述觸摸面板接收模式的啟動在時間上重疊、隨后使得所述觸摸面板驅(qū)動模式和所述觸筆接收模式的啟動在時間上重疊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的觸敏系統(tǒng)，其中所述控制邏輯還被構(gòu)造為使得所述觸摸面板驅(qū)動模式和所述觸筆接收模式在所述觸筆驅(qū)動模式和所述觸摸面板接收模式啟動之前停止，反之亦然。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸敏系統(tǒng)，還包括機械耦接至所述觸筆電極的觸筆殼體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的觸敏系統(tǒng)，其中所述觸筆殼體另外機械耦接至所述觸筆驅(qū)動單元和所述觸筆感測單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的觸敏系統(tǒng)，其中所述殼體為塑料的。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的觸敏系統(tǒng)，還包括: 觸筆處理器單元，所述觸筆處理器單元可通信地耦接至所述觸筆感測單元并且機械耦接至所述觸筆殼體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的觸敏系統(tǒng)，其中所述觸筆處理器單元可通信地耦接至所述觸摸面板驅(qū)動單元，并且其中所述觸筆處理器可通信地耦接至所述測量單元，并且對所述觸筆處理器編程以提供指示所述觸筆電極和觸摸面板電極之間的電容耦合程度的信息。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的觸敏系統(tǒng)，其中所述觸筆處理器單元通過多根導(dǎo)線可通信地耦接至所述測量單元。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸敏系統(tǒng)，其中所述觸筆感測單元包括運算放大器，所述運算放大器具有耦接至所述觸筆電極的反相輸入端。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸敏系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動信號包括矩形脈沖。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸敏系統(tǒng)，其中所述觸筆感測單元包括觸筆峰值檢測器，所述觸筆峰值檢測器被構(gòu)造為提供表示相應(yīng)觸筆響應(yīng)信號的最大振幅的峰值檢測器輸出。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的觸敏系統(tǒng)，其中所述觸筆峰值檢測器包括耦接至電容器的二極管。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的觸敏系統(tǒng)，其中所述觸筆峰值檢測器包括采樣/保持緩沖器。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的觸敏系統(tǒng)，其中所述測量單元被構(gòu)造為針對每個響應(yīng)信號或觸筆響應(yīng)信號來測量所述多個響應(yīng)脈沖的振幅的最大者。
全文摘要
本發(fā)明公開了具有觸筆的觸敏裝置，所述觸敏裝置包括觸摸面板、觸筆驅(qū)動單元、觸筆感測單元、觸摸面板驅(qū)動單元、和測量單元。靠近觸摸面板電極的觸筆觸摸改變所述觸摸面板電極和觸筆電極之間的電容耦合。所述響應(yīng)信號的振幅響應(yīng)于所述觸摸面板電極和所述觸筆電極之間的電容耦合，并且被測量以提供有關(guān)所述觸筆電極相對于所述觸摸面板的所述位置的指示。
文檔編號G06F3/044GK103109253SQ201180042910
公開日2013年5月15日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者托馬斯·J·雷貝斯基, 比利·L·韋弗, 布洛克·A·哈勃 申請人:3M創(chuàng)新有限公司