專利名稱：用于測量電壓的方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來說涉及測量電壓。
背景技術(shù)：
導(dǎo)電驅(qū)動(dòng)與感測電極的陣列可形成具有一個(gè)或一個(gè)以上電容性節(jié)點(diǎn)的互電容觸摸傳感器。所述互電容觸摸傳感器可具有雙層配置或單層配置。在雙層配置中，驅(qū)動(dòng)電極可以一圖案安置于電介質(zhì)襯底的一側(cè)上，且感測電極可以一圖案安置于所述襯底的另一側(cè)上。所述陣列中的驅(qū)動(dòng)電極與感測電極的相交點(diǎn)可形成電容性節(jié)點(diǎn)。在所述相交點(diǎn)處，所述驅(qū)動(dòng)與感測電極可彼此靠近，但其并不彼此進(jìn)行電接觸。而是，所述感測電極電容性地耦 合到所述驅(qū)動(dòng)電極。在單層配置中，驅(qū)動(dòng)及感測電極可以一圖案安置于襯底的一側(cè)上。在此配置中，跨越電極之間的間隔或電介質(zhì)而彼此電容性耦合的一對(duì)驅(qū)動(dòng)與感測電極可形成電容性節(jié)點(diǎn)。施加到驅(qū)動(dòng)電極的脈沖電壓或(在一些情況下)交變電壓可在感測電極上感應(yīng)電荷，且所感應(yīng)的電荷量可易受到外部影響(例如由物件所做的觸摸或物件的接近)。當(dāng)通過電介質(zhì)層而與驅(qū)動(dòng)及感測電極分離的物件接近所述驅(qū)動(dòng)及感測電極時(shí)，可在所述電容性節(jié)點(diǎn)處發(fā)生電容改變且控制器可將所述電容改變測量為電壓改變。通過測量整個(gè)陣列中的電壓并對(duì)所測量信號(hào)應(yīng)用算法，所述控制器可確定觸摸傳感器上的觸摸或接近的位置。在用于自電容實(shí)施方案的單層配置中，僅單個(gè)類型(例如，驅(qū)動(dòng))的垂直與水平導(dǎo)電電極的陣列可以一圖案安置于襯底的一側(cè)上。所述陣列中的導(dǎo)電電極中的每一者可形成電容性節(jié)點(diǎn)，且當(dāng)物件觸摸或接近電極時(shí)，可在所述電容性節(jié)點(diǎn)處發(fā)生自電容改變且控制器可將所述電容改變測量為電壓改變或?qū)㈦妷禾嵘侥骋活A(yù)定量所需要的電荷量的改變。與互電容觸摸屏一樣，通過測量整個(gè)陣列中的電壓，所述控制器可確定觸摸傳感器上的觸摸或接近的位置。在觸敏顯示器應(yīng)用中，觸摸屏可使得使用者能夠與顯示在所述觸摸屏下方的顯示器上的內(nèi)容直接交互作用而非借助鼠標(biāo)或觸摸墊間接交互作用。舉例來說，觸摸屏可附接到以下各項(xiàng)或作為以下各項(xiàng)的一部分而提供桌上型計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、智能電話、衛(wèi)星導(dǎo)航裝置、便攜式媒體播放器、便攜式游戲控制臺(tái)、信息亭計(jì)算機(jī)、銷售點(diǎn)裝置或其它適合裝置。家用器具或其它器具上的控制面板可包含觸摸屏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種用于測量電壓的方法。所述方法包括在比較器的第一輸入處，從模擬多路復(fù)用器接收多個(gè)第一電壓中的一者，所述第一電壓中的每一者至少部分地由物件與電容性觸摸傳感器的一個(gè)或一個(gè)以上節(jié)點(diǎn)中的每一者的電極之間的交互作用產(chǎn)生；在所述比較器的第二輸入處，接收跨越測量電容器的第二電壓，所述測量電容器具有耦合到所述比較器的所述第二輸入的第一端子；至少部分地經(jīng)由串聯(lián)耦合到測量電容器的所述第一端子的測量電阻器將所述測量電容器充電；在所述測量電容器的所述充電期間監(jiān)視所述比較器的輸出，所述比較器的所述輸出在所述第二電壓變?yōu)榧s等于或大于所述第一電壓中的所述一者時(shí)改變狀態(tài)；及確定從所述測量電容器的所述充電的開始到所述比較器的所述輸出的狀態(tài)的改變的時(shí)間量。本發(fā)明的另一方面涉及一種用于測量電壓的電路。所述電路經(jīng)配置以在比較器的第一輸入處，從所述模擬多路復(fù)用器接收多個(gè)第一電壓中的一者，所述第一電壓中的每一者至少部分地由物件與電容性觸摸傳感器的一個(gè)或一個(gè)以上節(jié)點(diǎn)中的每一者的電極之間的交互作用產(chǎn)生；在所述比較器的第二輸入處，接收跨越測量電容器的第二電壓，所述測量電容器具有耦合到所述比較器的所述第二輸入的第一端子；至少部分地經(jīng)由串聯(lián)耦合到測量電容器的所述第一端子的測量電阻器將所述測量電容器充電；在所述測量電容器的所述充電期間監(jiān)視所述比較器的輸出，所述比較器的所述輸出在所述第二電壓變?yōu)榧s等于或大于所述第一電壓中的所述一者時(shí)改變狀態(tài)；及確定從所述測量電容器的所述充電的開始到所述比較器的所述輸出的狀態(tài)的改變的時(shí)間量。


圖I圖解說明用于測量電壓的實(shí)例性系統(tǒng)。圖2圖解說明圖I的實(shí)例性系統(tǒng)與互電容觸摸傳感器的一起實(shí)例性使用。圖3圖解說明圖I的實(shí)例性系統(tǒng)與自電容觸摸傳感器的一起實(shí)例性使用。圖4A圖解說明用于使用經(jīng)由單個(gè)電容器進(jìn)行的電容性充電來測量電壓的實(shí)例性系統(tǒng)。圖4B圖解說明用于使用經(jīng)由多個(gè)電容器進(jìn)行的電容性充電來測量電壓的實(shí)例性系統(tǒng)。圖5圖解說明隨時(shí)間跨越圖4A的實(shí)例性系統(tǒng)中的測量電容器的實(shí)例性電壓。圖6圖解說明用于使用自適應(yīng)電荷抵消來測量電壓的實(shí)例性系統(tǒng)。圖7圖解說明隨時(shí)間跨越圖6的實(shí)例性系統(tǒng)中的測量電容器的實(shí)例性電壓。圖8A圖解說明用于使用經(jīng)由單個(gè)額外電阻器進(jìn)行的電阻性充電來測量電壓的實(shí)例性系統(tǒng)。圖SB圖解說明用于使用經(jīng)由多個(gè)電阻器進(jìn)行的電阻性充電來測量電壓的實(shí)例性系統(tǒng)。圖9圖解說明隨時(shí)間跨越圖8A的實(shí)例性系統(tǒng)中的測量電容器的實(shí)例性電壓。圖IOA圖解說明用于使用經(jīng)由單個(gè)電阻器與電容器進(jìn)行的電阻性與電容性充電來測量電壓的實(shí)例性系統(tǒng)。IOB圖解說明用于使用經(jīng)由多個(gè)電阻器與電容器進(jìn)行的電阻性與電容性充電來測量電壓的實(shí)例性系統(tǒng)。圖11圖解說明隨時(shí)間跨越圖IOA的實(shí)例性系統(tǒng)中的測量電容的實(shí)例性電壓。圖12圖解說明用于使用經(jīng)由并聯(lián)電阻器與電容器進(jìn)行的電阻性與電容性充電來測量電壓的實(shí)例性系統(tǒng)。圖13圖解說明用于測量電壓的實(shí)例性方法。
具體實(shí)施例方式圖I圖解說明用于測量電壓的實(shí)例性系統(tǒng)100。在圖I的實(shí)例中，系統(tǒng)100包含具有模擬多路復(fù)用器104及比較器106的控制器102。控制器102耦合到一個(gè)或一個(gè)以上感測線YO到Y(jié)n、一個(gè)或一個(gè)以上取樣電容器CSO到CSn、測量電阻器RM及測量電容器CM。取樣電容器CSO到CSn中的每一者具有耦合到感測線YO到Y(jié)n中的對(duì)應(yīng)一者的端子及耦合到模擬多路復(fù)用器104的輸入MO到Mn中的對(duì)應(yīng)一者的另一端子。模擬多路復(fù)用器104的輸出耦合到比較器102的輸入中的一者，且測量電容器CM的端子經(jīng)由端子REF耦合到比較器106的輸入中的另一者。測量電容器CM的所述同一端子還經(jīng)由測量電阻器RM耦合到控制器102的端子MEAS。測量電容器CM的另一端子耦合到接地。雖然本發(fā)明描述及圖解說明用于系統(tǒng)100的特定組件的特定布置，但本發(fā)明涵蓋用于系統(tǒng)100的任何適合組件的任何適合布置?？刂破?02可經(jīng)由一個(gè)或一個(gè)以上感測線YO到Y(jié)n耦合到觸摸傳感器。在特定實(shí)施例中，所述觸摸傳感器可為包含分別耦合到對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)線與感測線YO到Y(jié)n中的一者的驅(qū) 動(dòng)電極與感測電極的陣列的互電容觸摸傳感器。驅(qū)動(dòng)電極與感測電極的每一相交點(diǎn)形成電容性節(jié)點(diǎn)。在其它特定實(shí)施例中，觸摸傳感器可為自電容觸摸傳感器。所述自電容觸摸傳感器包含沿水平及垂直方向的一個(gè)或一個(gè)以上電極，其中每一電極可耦合到對(duì)應(yīng)感測線YO到Y(jié)n (在自電容觸摸傳感器應(yīng)用中另外稱為SNS或SNSK)中的一者。自電容觸摸傳感器將物件的存在檢測為物件(未展示)與由自電容觸摸傳感器的一個(gè)或一個(gè)以上電極產(chǎn)生的電場之間的交互作用。雖然本發(fā)明描述關(guān)于特定觸摸傳感器具有特定功能性的特定控制器，但本發(fā)明涵蓋關(guān)于不使用觸摸傳感器的任何適合應(yīng)用具有任何適合功能性的任何適合控制器。控制器102可檢測并處理電容改變以確定觸摸或接近輸入的存在及位置?？刂破?02可接著將關(guān)于檢測無表面接觸(“盤旋”)的觸摸位置的觸摸或接近輸入的信息傳遞到裝置的一個(gè)或一個(gè)以上其它組件(例如一個(gè)或一個(gè)以上中央處理單元(CPU)或者數(shù)字信號(hào)處理器(DSP))，所述一個(gè)或一個(gè)以上其它組件可通過起始所述裝置的與所述觸摸或接近輸入相關(guān)聯(lián)的功能(或在所述裝置上運(yùn)行的應(yīng)用程序)來對(duì)所述觸摸或接近輸入做出響應(yīng)?？刂破?02可為一個(gè)或一個(gè)以上集成電路(IC)，例如通用微處理器、微控制器、可編程邏輯裝置或陣列、專用IC(ASIC)。雖然本發(fā)明描述及圖解說明裝置中的特定控制器，但本發(fā)明涵蓋裝置中的任何適合控制器。感測線YO到Y(jié)n經(jīng)配置以將一個(gè)或一個(gè)以上電壓傳遞到模擬多路復(fù)用器104的輸入MO到Mn。模擬多路復(fù)用器104從感測線YO到Y(jié)n選擇跨越取樣電容器CSO到CSn存儲(chǔ)的電壓中的一者并將選定電壓傳輸?shù)奖容^器106的輸入中的一者以供與跨越測量電容器CM的電壓進(jìn)行比較，如下文所論述。在特定實(shí)施例中，模擬多路復(fù)用器104根據(jù)預(yù)定序列來選擇跨越每一取樣電容器CSO到CSn的電壓。如上文所論述，比較器106將跨越測量電容器CM的電壓與跨越取樣電容器CSO到CSn中的選定一者的電壓進(jìn)行比較。通過經(jīng)由測量電阻器RM提供電荷而增加跨越測量電容器CM的電壓?？赏ㄟ^將測量電阻器RM耦合到控制器102的端子MEAS來起始測量電容器CM的充電。在特定實(shí)施例中，端子MEAS經(jīng)配置以交替地提供接地或供應(yīng)電壓。由于供應(yīng)電壓、測量電阻器RM的電阻及測量電容器CM的電容為恒定的，因此跨越測量電容器CM的電壓隨時(shí)間而變。在測量電容器CM的充電期間監(jiān)視比較器106的輸出。當(dāng)跨越測量電容器CM的電壓大致等于或大于跨越取樣電容器CSO到CSn中的選定一者的電壓時(shí)，比較器106的輸出改變狀態(tài)?？梢罁?jù)從將測量電容器CM充電的開始直到比較器106的輸出的狀態(tài)改變所過去的時(shí)間量來確定跨越取樣電容器CSO到CSn中的選定一者的電壓或與所述電壓成比例的值。在確定從測量電容器CM的充電的開始直到比較器106的輸出的狀態(tài)改變的時(shí)間量之后，可將測量電容器CM放電以為后續(xù)電壓測量做準(zhǔn)備?？山又槍?duì)跨越取樣電容器CSO到CSn中的另一者的電壓來確定所述時(shí)間量。圖2圖解說明圖I的實(shí)例性系統(tǒng)100與互電容觸摸屏108的一起實(shí)例性使用。如圖2的實(shí)例中所圖解說明，圖I的實(shí)例性系統(tǒng)100可進(jìn)一步經(jīng)配置以從互電容觸摸屏108測量電壓。在特定實(shí)施例中，控制器102包含耦合到一個(gè)或一個(gè)以上驅(qū)動(dòng)線XO到Xm的驅(qū)動(dòng)器110?；ル娙萦|摸屏108包含分別耦合到對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)線XO到Xm與感測線YO到Y(jié)n中的一者的驅(qū)動(dòng)電極與感測電極的陣列。驅(qū)動(dòng)電極(電極i)與感測電極(電極P的每一相交點(diǎn)形成電容性節(jié)點(diǎn)Cxtltl到Cxnm (CjiQ=O…n、j=0-m))o驅(qū)動(dòng)器110經(jīng)由驅(qū)動(dòng)線XO到Xm將驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳輸?shù)揭粋€(gè)或一個(gè)以上驅(qū)動(dòng)電極列。 所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)由電容性節(jié)點(diǎn)Cxtltl到Cxnm在相關(guān)聯(lián)感測電極上感應(yīng)電荷。物件(未展示)與互電容觸摸屏108之間的交互作用可影響在一個(gè)或一個(gè)以上感測電極上感應(yīng)的電荷量。所感應(yīng)電荷可經(jīng)由感測線YO到Y(jié)n從感測電極傳送到取樣電容器CSO到CSn且存儲(chǔ)為跨越取樣電容器CSO到CSn的電壓，如上文所論述。在特定實(shí)施例中，可經(jīng)由兩個(gè)或兩個(gè)以上電荷傳送的突發(fā)而在感測電極上積累電荷。表I圖解說明用于從互電容觸摸傳感器108測量電壓的實(shí)例性操作序列。步驟I到10將在感測電極上感應(yīng)的電荷傳送到對(duì)應(yīng)取樣電容器CSO到CSn。在特定實(shí)施例中，執(zhí)行步驟I到9對(duì)應(yīng)于與互電容觸摸傳感器108相關(guān)聯(lián)的突發(fā)長度的次數(shù)。步驟11到15通過測量從將測量電容器CM充電的開始直到跨越測量電容器CM到端子REF的電壓大致等于或高于跨越取樣電容器CSO到CSn中的選定一者的電壓所過去的時(shí)間量來測量跨越每一取樣電容器CSO到CSn的電壓，如上文所論述。在特定實(shí)施例中，步驟14針對(duì)每一驅(qū)動(dòng)電極列執(zhí)行步驟11到13。雖然本發(fā)明描述及圖解說明表I中的特定驟序列，但本發(fā)明在用于測量電壓的系統(tǒng)100中涵蓋任何適合步驟序列。
步驟 XYM REF MEAS__
10 0 0 0 0 初始放電狀態(tài)-所有電容器將被完全放電
2〗 O O O O 準(zhǔn)備驅(qū)動(dòng)線XO到Xm以用于電荷傳送
3I OFOO 使多路復(fù)用器輸入MO到Mn浮動(dòng)_
權(quán)利要求
1.一種方法，其包括 在比較器的第一輸入處，從模擬多路復(fù)用器接收多個(gè)第一電壓中的一者，所述第一電壓中的每一者至少部分地由物件與電容性觸摸傳感器的一個(gè)或一個(gè)以上節(jié)點(diǎn)中的每一者的電極之間的交互作用產(chǎn)生； 在所述比較器的第二輸入處，接收跨越測量電容器的第二電壓，所述測量電容器具有耦合到所述比較器的所述第二輸入的第一端子； 至少部分地經(jīng)由串聯(lián)耦合到所述測量電容器的所述第一端子的測量電阻器將所述測量電容器充電； 在所述測量電容器的所述充電期間監(jiān)視所述比較器的輸出，所述比較器的所述輸出在所述第二電壓變?yōu)榧s等于或大于所述第一電壓中的所述一者時(shí)改變狀態(tài)；及 確定從所述測量電容器的所述充電的開始到所述比較器的所述輸出的狀態(tài)改變的時(shí)間量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中將一個(gè)或一個(gè)以上額外電阻器串聯(lián)耦合到所述測量電容器的所述第一端子。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中將一個(gè)或一個(gè)以上額外電容器串聯(lián)耦合到所述測量電容器的所述第一端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中將所述測量電容器的第二端子耦合到開關(guān)，所述開關(guān)經(jīng)配置以在向所述測量電容器的所述第二端子提供接地與提供高阻抗?fàn)顟B(tài)之間交替。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中 將一個(gè)或一個(gè)以上額外電容器串聯(lián)耦合到所述測量電容器的所述第一端子；且 將一個(gè)或一個(gè)以上額外電阻器串聯(lián)耦合到所述測量電容器的所述第一端子。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中將所述一個(gè)或一個(gè)以上額外電容器并聯(lián)耦合到所述一個(gè)或一個(gè)以上額外電阻器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一電壓中的每一者是跨越多個(gè)取樣電容器中的一者，將所述取樣電容器中的每一者耦合到所述模擬多路復(fù)用器的多個(gè)輸入中的一者。
8.一種電路，其經(jīng)配置以 在比較器的第一輸入處，從模擬多路復(fù)用器接收多個(gè)第一電壓中的一者，所述第一電壓中的每一者至少部分地由物件與電容性觸摸傳感器的一個(gè)或一個(gè)以上節(jié)點(diǎn)中的每一者的電極之間的交互作用產(chǎn)生； 在所述比較器的第二輸入處，接收跨越測量電容器的第二電壓，所述測量電容 器具有耦合到所述比較器的所述第二輸入的第一端子； 至少部分地經(jīng)由串聯(lián)耦合到測量電容器的所述第一端子的測量電阻器將所述測量電容器充電； 在所述測量電容器的所述充電期間監(jiān)視所述比較器的輸出，所述比較器的所述輸出在所述第二電壓變?yōu)榧s等于或大于所述第一電壓中的所述一者時(shí)改變狀態(tài)；及 確定從所述測量電容器的所述充電的開始到所述比較器的所述輸出的狀態(tài)改變的時(shí)間量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中一個(gè)或一個(gè)以上額外電容器串聯(lián)耦合到所述測量電容器的所述第一端子；且 一個(gè)或一個(gè)以上額外電阻器串聯(lián)耦合到所述測量電容器的所述第一端子。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中所述第一電壓中的每一者是跨越多個(gè)取樣電容器中的一者的電壓，所述取樣電容器中的每一者耦合到所述模擬多路復(fù)用器的多個(gè)輸入中的一者，所述第一電壓中的每一者至少部分地由電容性觸摸傳感器的一個(gè)或一個(gè)以上節(jié)點(diǎn)中的每一者的驅(qū)動(dòng)電極與感測電極之間的電荷傳送產(chǎn)生。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測量電壓的方法及電路。在一個(gè)實(shí)施例中，一種方法包含在比較器的第一輸入處，從模擬多路復(fù)用器接收多個(gè)第一電壓中的一者。所述第一電壓中的每一者至少部分地由物件與電容性觸摸傳感器的一個(gè)或一個(gè)以上節(jié)點(diǎn)中的每一者的電極之間的交互作用產(chǎn)生。所述方法包含在所述比較器的第二輸入處，接收跨越測量電容器的第二電壓，所述測量電容器具有耦合到所述比較器的所述第二輸入的第一端子。所述方法包含至少部分地經(jīng)由串聯(lián)耦合到所述測量電容器的所述第一端子的測量電阻器將所述測量電容器充電；及在所述測量電容器的所述充電期間監(jiān)視所述比較器的輸出。所述比較器的所述輸出在所述第二電壓變?yōu)榧s等于或大于所述第一電壓中的所述一者時(shí)改變狀態(tài)。所述方法包含確定從所述測量電容器的所述充電的開始到所述比較器的所述輸出的狀態(tài)改變的時(shí)間量。
文檔編號(hào)G06F3/044GK102902445SQ20121026518
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者盧本·赫里斯托夫·赫里斯托夫 申請(qǐng)人:愛特梅爾公司