實施例總體上涉及輸入感測，并且特別是涉及電容感測。

背景技術(shù)：

包括接近傳感器設(shè)備（通常也稱為觸摸板或觸摸傳感器設(shè)備）的輸入設(shè)備被廣泛地用在多種電子系統(tǒng)中。接近傳感器設(shè)備典型地包括常常通過表面來區(qū)分的感測區(qū)，在其中接近傳感器設(shè)備確定一個或多個輸入對象的存在、位置和/或運動。接近傳感器設(shè)備可以用于為電子系統(tǒng)提供界面。例如，接近傳感器設(shè)備常常被用作用于較大計算系統(tǒng)的輸入設(shè)備（諸如集成在筆記本或臺式計算機中或者在其外圍的不透明觸摸板）。接近傳感器設(shè)備也常常被用在較小計算系統(tǒng)中（諸如集成在蜂窩電話中的觸摸屏）。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的實施例提供了一種用于電容性感測設(shè)備的處理系統(tǒng)。所述處理系統(tǒng)包括：電容測量電路，其被配置成耦合到傳感器電極以用于測量來自所述傳感器電極的電容。所述電容測量電路包括：差分放大器，其具有耦合到所述傳感器電極的第一輸入、第二輸入、和輸出；以及反饋電容器，其耦合在所述差分放大器的第一輸入與所述差分放大器的輸出之間。所述電容測量電路進一步包括串聯(lián)耦合在所述反饋電容器與所述差分放大器的輸出之間的第一開關(guān)和第二開關(guān)。所述電容測量電路包括：控制模塊，其被配置成接通所述第一開關(guān)并施加與所述反饋電容器串聯(lián)的第一電阻值。所述控制模塊進一步被配置成在某一時間延遲之后接通所述第二開關(guān)并放置與所述第一電阻并聯(lián)的第二電阻，這降低了與所述反饋電容器串聯(lián)的總電阻。

本公開的另一實施例提供了一種用于電容性感測設(shè)備的處理系統(tǒng)。所述處理系統(tǒng)包括：電容測量電路，其被配置成耦合到傳感器電極以用于測量來自所述傳感器電極的電容。所述電容測量電路包括：差分放大器，其具有耦合到所述傳感器電極的第一輸入、第二輸入、和輸出。所述電容測量電路包括：第一反饋電容，其耦合在所述差分放大器的第一輸入與所述差分放大器的輸出之間；以及第二反饋電容，其與所述第一反饋電容并聯(lián)耦合。所述第二反饋電容包括與多個關(guān)聯(lián)開關(guān)串聯(lián)的多個電容器。所述電容測量電路進一步包括：控制模塊，其被配置成在積分階段期間控制該多個開關(guān)中的每一個開關(guān)以在相繼的延遲之后將關(guān)聯(lián)電容器耦合到所述差分放大器的輸出。

在本公開的另一實施例中，提供了一種電容測量的方法。所述方法包括：將電容測量電路的反饋電容器重置到第一電壓電平；以及打開所述反饋電容器與所述差分放大器的輸出之間的多個開關(guān)。所述反饋電容器耦合在差分放大器的第一輸入與所述差分放大器的輸出之間。所述方法進一步包括：將傳感器電極和所述差分放大器的第一輸入耦合以發(fā)起測量階段；以及閉合所述反饋電容器與所述差分放大器的輸出之間的所述多個開關(guān)中的第一開關(guān)。所述方法包括：在從閉合所述第一開關(guān)起的某一延遲之后閉合所述多個開關(guān)中的剩余開關(guān)；以及操作所述差分放大器以對所述傳感器電極上的電荷進行積分，使得對應(yīng)于所述傳感器電極與輸入對象之間的耦合的絕對電容被測量。

附圖說明

為了實施例的以上記載的特征能夠被詳細(xì)地理解所用的方式，可以通過參考實施例來得到以上簡要地概述的實施例的更詳細(xì)的描述，所述實施例中的一些實施例在附圖中圖示。然而，要注意的是，由于可以容許其它有效的實施例，所以附圖僅圖示典型實施例，并且因此將不被認(rèn)為限制范圍。

圖1是根據(jù)示例的包括輸入設(shè)備的系統(tǒng)的框圖。

圖2是描繪了根據(jù)本公開的實施例的電容性傳感器設(shè)備的框圖。

圖3A-3B圖示了根據(jù)本公開的實施例的貫穿絕對電容性感測的周期（包括重置階段和積分階段）對電容測量電路的操作。

圖4是根據(jù)實施例的被配置成耦合到傳感器電極以用于測量來自該傳感器電極的電容的電容測量電路的電路圖。

圖5是圖示了根據(jù)實施例的用于利用電荷積分器測量電容的方法的流程圖。

圖6A-6D圖示了根據(jù)本公開的實施例的貫穿絕對電容性感測的周期（包括重置階段和積分階段）對電容測量電路的操作。

圖7是描繪了根據(jù)本公開的一個實施例的用于生成電荷的電路的框圖。

圖8是描繪了根據(jù)本公開的一個實施例的電流輸入波形的曲線圖。

圖9是描繪了根據(jù)本公開的一個實施例的使用所描述的切換方案的電荷泵電路的框圖。

為了便于理解，已經(jīng)在可能的情況下使用了相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)明為附圖所共有的相同的元件。要預(yù)期到的是，一個實施例的元件可以被有益地合并在其它實施例中。

具體實施方式

以下的具體實施方式在本質(zhì)上僅僅是示例性的并且不意圖限制實施例或這樣的實施例的應(yīng)用和用途。此外，不意圖被前面的技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容或以下的具體實施方式中呈現(xiàn)的任何明示的或暗示的理論所約束。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)至附圖，圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性輸入設(shè)備100的框圖。輸入設(shè)備100可以被配置成向電子系統(tǒng)（未示出）提供輸入。如在本文檔中所使用的那樣，術(shù)語“電子系統(tǒng)”（或“電子設(shè)備”）寬泛地指能夠電子地處理信息的任何系統(tǒng)。電子系統(tǒng)的一些非限制性示例包括所有大小和形狀的個人計算機，諸如臺式計算機、膝上型計算機、上網(wǎng)本計算機、平板電腦、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、電子書閱讀器和個人數(shù)字助理（PDA）。附加示例電子系統(tǒng)包括復(fù)合輸入設(shè)備，諸如包括輸入設(shè)備100和分離的操縱桿或按鍵開關(guān)的物理鍵盤。另外的示例電子系統(tǒng)包括外圍設(shè)備，諸如數(shù)據(jù)輸入設(shè)備（包括遙控裝置和鼠標(biāo)）、以及數(shù)據(jù)輸出設(shè)備（包括顯示屏和打印機）。其它示例包括遠(yuǎn)程終端、信息站和視頻游戲機（例如，視頻游戲控制臺、便攜式游戲設(shè)備等）。其它示例包括通信設(shè)備（包括蜂窩電話，諸如智能電話）、以及媒體設(shè)備（包括記錄器、編輯器和播放器，諸如電視、機頂盒、音樂播放器、數(shù)碼相框和數(shù)碼相機）。另外，電子系統(tǒng)可以是輸入設(shè)備的主設(shè)備或從設(shè)備。

輸入設(shè)備100能夠被實現(xiàn)為電子系統(tǒng)的物理部分，或者能夠與電子系統(tǒng)在物理上分離。在適當(dāng)?shù)那闆r下，輸入設(shè)備100可以使用以下各項中的任何一項或多項來與電子系統(tǒng)的部分通信：總線、網(wǎng)絡(luò)和其它有線或無線互連件。示例包括I²C、SPI、PS/2、通用串行總線（USB）、藍牙、RF和IRDA。

在圖1中，將輸入設(shè)備100示出為被配置成在感測區(qū)120中感測由一個或多個輸入對象140提供的輸入的接近傳感器設(shè)備（常常也稱為“觸摸板”或“觸摸傳感器設(shè)備”）。示例輸入對象包括手指和觸針，如圖1中所示。

感測區(qū)120涵蓋輸入設(shè)備100上方、周圍、其中和/或附近的任何空間，在其中輸入設(shè)備100能夠檢測用戶輸入（例如，由一個或多個輸入對象140提供的用戶輸入）。特定感測區(qū)的大小、形狀和位置可以因?qū)嵤├艽蟮夭煌?。在一些實施例中，感測區(qū)120從輸入設(shè)備100的表面沿一個或多個方向延伸到空間中，直到信噪比阻礙充分準(zhǔn)確的對象檢測。在各種實施例中，該感測區(qū)120沿特定方向延伸到的距離可以在小于一毫米、數(shù)毫米、數(shù)厘米或更大的數(shù)量級上，并且可以隨所使用的感測技術(shù)的類型和所期望的精度而顯著地變化。因此，一些實施例感測輸入，其包括沒有與輸入設(shè)備100的任何表面的接觸、與輸入設(shè)備100的輸入表面（例如，觸摸表面）的接觸、以某個量的施加力或壓力耦合的與輸入設(shè)備100的輸入表面的接觸和/或其組合。在各種實施例中，輸入表面可以由傳感器電極位于其中的殼體的表面、由應(yīng)用在傳感器電極或任何殼體之上的面板等提供。在一些實施例中，感測區(qū)120在被投影到輸入設(shè)備100的輸入表面上時具有矩形形狀。

輸入設(shè)備100可以利用傳感器部件和感測技術(shù)的任何組合來檢測感測區(qū)120中的用戶輸入。輸入設(shè)備100包括用于檢測用戶輸入的一個或多個感測元件。作為若干個非限制性示例，輸入設(shè)備100可以使用電容性技術(shù)、彈性技術(shù)、電阻性技術(shù)、電感性技術(shù)、磁性技術(shù)、聲學(xué)技術(shù)、超聲技術(shù)和/或光學(xué)技術(shù)。一些實現(xiàn)方式被配置成提供橫跨一維、二維、三維或更高維空間的圖像。一些實現(xiàn)方式被配置成提供輸入沿著特定軸或平面的投影。在輸入設(shè)備100的一些電阻性實現(xiàn)方式中，柔性且導(dǎo)電第一層通過一個或多個間隔物元件與導(dǎo)電第二層分離。在操作期間，跨越多層創(chuàng)建一個或多個電壓梯度。按壓柔性第一層可以使其充分彎曲以創(chuàng)建多層之間的電接觸，導(dǎo)致反映多層之間的（一個或多個）接觸點的電壓輸出。這些電壓輸出可以被用于確定位置信息。

在輸入設(shè)備100的一些電感性實現(xiàn)方式中，一個或多個感測元件拾取由諧振線圈或線圈對感應(yīng)出的回路電流。電流的幅度、相位和頻率的某個組合然后可以被用于確定位置信息。

在輸入設(shè)備100的一些電容性實現(xiàn)方式中，施加電壓或電流以創(chuàng)建電場。附近的輸入對象引起電場的改變，并且產(chǎn)生電容性耦合的可檢測改變，其可以作為電壓、電流等的改變而被檢測。

一些電容性實現(xiàn)方式利用電容性感測元件的陣列或其它規(guī)則或非規(guī)則圖案來創(chuàng)建電場。在一些電容性實現(xiàn)方式中，分離感測元件可以歐姆地短接在一起以形成更大的傳感器電極。一些電容性實現(xiàn)方式利用電阻片，其可以是均勻電阻性的。

一些電容性實現(xiàn)方式利用基于傳感器電極與輸入對象之間的電容性耦合的改變的“自電容”（或“絕對電容”）感測方法。在各種實施例中，靠近傳感器電極的輸入對象更改靠近傳感器電極的電場，從而改變所測量的電容性耦合。在一個實現(xiàn)方式中，絕對電容感測方法通過關(guān)于參考電壓（例如，系統(tǒng)接地）調(diào)制傳感器電極和通過檢測傳感器電極與輸入對象之間的電容性耦合來進行操作。

一些電容性實現(xiàn)方式利用基于傳感器電極之間的電容性耦合的改變的“互電容”（或“跨電容”）感測方法。在各種實施例中，靠近傳感器電極的輸入對象更改傳感器電極之間的電場，從而改變所測量的電容性耦合。在一個實現(xiàn)方式中，跨電容性感測方法通過檢測一個或多個發(fā)射器傳感器電極（也就是“發(fā)射器電極”或“發(fā)射器”）與一個或多個接收器傳感器電極（也就是“接收器電極”或“接收器”）之間的電容性耦合來進行操作?？梢韵鄬τ趨⒖茧妷海ɡ?，系統(tǒng)接地）調(diào)制發(fā)射器傳感器電極以發(fā)射發(fā)射器信號。接收器傳感器電極可以相對于參考電壓被保持基本上恒定以促進作為結(jié)果的信號的接收。作為結(jié)果的信號可以包括對應(yīng)于一個或多個發(fā)射器信號和/或?qū)?yīng)于一個或多個環(huán)境干擾源（例如，其它電磁信號）的（一種或多種）影響。傳感器電極可以是專用的發(fā)射器或接收器，或者傳感器電極可以被配置成既發(fā)射又接收?？商鎿Q地，接收器電極可以相對于地被調(diào)制。

在圖1中，處理系統(tǒng)110被示出為輸入設(shè)備100的部分。處理系統(tǒng)110被配置成操作輸入設(shè)備100的硬件以檢測感測區(qū)120中的輸入。處理系統(tǒng)110包括一個或多個集成電路（IC）和/或其它電路部件中的部分或全部。例如，用于互電容傳感器設(shè)備的處理系統(tǒng)可以包括被配置成利用發(fā)射器傳感器電極發(fā)射信號的發(fā)射器電路和/或被配置成利用接收器傳感器電極接收信號的接收器電路。在一些實施例中，處理系統(tǒng)110還包括電子可讀指令，諸如固件代碼、軟件代碼等等。在一些實施例中，將構(gòu)成處理系統(tǒng)110的部件定位在一起，諸如靠近輸入設(shè)備100的（一個或多個）感測元件。在其它實施例中，處理系統(tǒng)110的部件與接近于輸入設(shè)備100的（一個或多個）感測元件的一個或多個部件和在其它位置處的一個或多個部件在物理上分離。例如，輸入設(shè)備100可以是耦合到臺式計算機的外圍設(shè)備，并且處理系統(tǒng)110可以包括被配置成在臺式計算機的中央處理單元上運行的軟件以及與該中央處理單元分離的一個或多個IC（可能具有關(guān)聯(lián)的固件）。作為另一示例，輸入設(shè)備100可以在物理上集成在電話中，并且處理系統(tǒng)110可以包括作為電話的主處理器的部分的電路和固件。在一些實施例中，處理系統(tǒng)110專用于實現(xiàn)輸入設(shè)備100。在其它實施例中，處理系統(tǒng)110也執(zhí)行其它功能，諸如操作顯示屏、驅(qū)動觸覺致動器等。

處理系統(tǒng)110可以被實現(xiàn)為處理處理系統(tǒng)110的不同功能的模塊集合。每一個模塊可以包括作為處理系統(tǒng)110的一部分的電路、固件、軟件或其組合。在各種實施例中，可以使用模塊的不同組合。示例模塊包括用于操作諸如傳感器電極和顯示屏之類的硬件的硬件操作模塊、用于處理諸如傳感器信號和位置信息之類的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理模塊、以及用于報告信息的報告模塊。另外的示例模塊包括被配置成操作（一個或多個）感測元件以檢測輸入的傳感器操作模塊、被配置成識別諸如模式改變手勢之類的手勢的識別模塊、以及用于改變操作模式的模式改變模塊。

在一些實施例中，處理系統(tǒng)110通過引起一個或多個動作而直接響應(yīng)于感測區(qū)120中的用戶輸入（或沒有用戶輸入）。示例動作包括改變操作模式以及諸如光標(biāo)移動、選擇、菜單導(dǎo)航和其它功能之類的GUI動作。在一些實施例中，處理系統(tǒng)110向電子系統(tǒng)的某個部分（例如，向與處理系統(tǒng)110分離的電子系統(tǒng)的中央處理系統(tǒng)，如果這樣的分離中央處理系統(tǒng)存在的話）提供關(guān)于輸入（或沒有輸入）的信息。在一些實施例中，電子系統(tǒng)的某個部分處理從處理系統(tǒng)110接收的信息以作用于用戶輸入，諸如促進完整范圍的動作，包括模式改變動作和GUI動作。

例如，在一些實施例中，處理系統(tǒng)110操作輸入設(shè)備100的（一個或多個）感測元件以產(chǎn)生指示感測區(qū)120中的輸入（或沒有輸入）的電信號。處理系統(tǒng)110可以在產(chǎn)生提供給電子系統(tǒng)的信息中對電信號執(zhí)行任何適當(dāng)量的處理。例如，處理系統(tǒng)110可以對從傳感器電極獲得的模擬電信號進行數(shù)字化。作為另一示例，處理系統(tǒng)110可以執(zhí)行濾波或其它信號調(diào)整。作為又一示例，處理系統(tǒng)110可以減去或以其它方式計及基線，使得信息反映電信號與基線之間的差。作為又另外的示例，處理系統(tǒng)110可以確定位置信息、識別作為命令的輸入、識別筆跡等。

如本文中所使用的“位置信息”寬泛地涵蓋絕對位置、相對位置、速度、加速度和其它類型的空間信息。示例性“零維”位置信息包括近/遠(yuǎn)或接觸/無接觸信息。示例性“一維”位置信息包括沿軸的位置。示例性“二維”位置信息包括平面中的運動。示例性“三維”位置信息包括空間中的瞬時或平均速度。另外的示例包括空間信息的其它表示。也可以確定和/或存儲關(guān)于一個或多個類型的位置信息的歷史數(shù)據(jù)，包括例如隨時間追蹤位置、運動或瞬時速度的歷史數(shù)據(jù)。

在一些實施例中，利用由處理系統(tǒng)110或由某個其它處理系統(tǒng)操作的附加輸入部件來實現(xiàn)輸入設(shè)備100。這些附加輸入部件可以提供用于感測區(qū)120中的輸入的冗余功能性或某個其它功能性。圖1示出了能夠被用于促進使用輸入設(shè)備100來選擇項目的靠近感測區(qū)120的按鈕130。其它類型的附加輸入部件包括滑塊、球、輪、開關(guān)等。相反地，在一些實施例中，可以不利用其它輸入部件來實現(xiàn)輸入設(shè)備100。

在一些實施例中，輸入設(shè)備100包括觸摸屏界面，并且感測區(qū)120重疊顯示屏的激活區(qū)域的至少一部分。例如，輸入設(shè)備100可以包括覆蓋顯示屏的基本上透明的傳感器電極并且為關(guān)聯(lián)的電子系統(tǒng)提供觸摸屏界面。顯示屏可以是能夠向用戶顯示視覺界面的任何類型的動態(tài)顯示器，并且可以包括任何類型的發(fā)光二極管（LED）、有機LED（OLED）、陰極射線管（CRT）、液晶顯示器（LCD）、等離子體、電致發(fā)光（EL）或其它顯示技術(shù)。輸入設(shè)備100和顯示屏可以共享物理元件。例如，一些實施例可以利用相同的電學(xué)部件中的一些以用于顯示和感測。作為另一示例，顯示屏可以由處理系統(tǒng)110部分地或全部地操作。

應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管在完全發(fā)揮作用的裝置的上下文中描述了本發(fā)明的許多實施例，但是本發(fā)明的機制能夠以多種形式作為程序產(chǎn)品（例如，軟件）被分發(fā)。例如，本發(fā)明的機制可以被實現(xiàn)和分發(fā)為可被電子處理器讀取的信息承載介質(zhì)（例如，可被處理系統(tǒng)110讀取的非瞬態(tài)計算機可讀和/或可記錄/可寫信息承載介質(zhì)）上的軟件程序。另外，本發(fā)明的實施例同樣適用，不管被用于執(zhí)行該分發(fā)的介質(zhì)的特定類型如何。非瞬態(tài)、電子可讀介質(zhì)的示例包括各種盤、存儲棒、存儲卡、存儲模塊等。電子可讀介質(zhì)可以基于閃速存儲技術(shù)、光學(xué)存儲技術(shù)、磁性存儲技術(shù)、全息存儲技術(shù)、或任何其它存儲技術(shù)。

圖2示出了根據(jù)一些實施例的具有示例傳感器電極圖案的一部分的被配置成在與該圖案相關(guān)聯(lián)的感測區(qū)120中進行感測的輸入設(shè)備100的一個實施例。為了圖示和描述的清楚性，圖2將傳感器圖案描繪為多個簡單矩形，盡管理解陣列可以具有未示出的其它幾何形狀和/或各種部件。該傳感器電極圖案包括第一多個傳感器電極210（210-1, 210-2, 210-3, …… 210-n）和設(shè)置在該第一多個傳感器電極210之上的第二多個傳感器電極220（220-1, 220-2, 220-3, …… 220-n）。

傳感器電極210、220典型地彼此歐姆隔離。另外，在傳感器電極210包括多個子電極的情況下，子電極可以彼此歐姆隔離。在一個實施例中，所有傳感器電極210能夠被設(shè)置在基板的單個層上。盡管傳感器電極被示出設(shè)置在單個基板上，但在一些實施例中，傳感器電極能夠被設(shè)置在多于一個基板上。例如，一些傳感器電極能夠被設(shè)置在第一基板上，而其它傳感器電極能夠被設(shè)置在粘附于第一基板的第二基板上。

通常，處理系統(tǒng)110利用感測信號激勵或驅(qū)動傳感器電極圖案的感測元件，并測量包括感測信號以及感測區(qū)120中的輸入的影響的所感應(yīng)出的或作為結(jié)果的信號。如本文中使用的術(shù)語“激勵”和“驅(qū)動”涵蓋控制被驅(qū)動的元件的某個電氣方面。例如，可能的是，驅(qū)動經(jīng)過電線的電流、將電荷驅(qū)動到導(dǎo)體中、將基本上恒定的或變化的電壓波形驅(qū)動到電極上等等。感測信號能夠是恒定的、基本上恒定的或隨時間變化的，且通常包括形狀、頻率、幅度和相位。感測信號能夠被稱為與諸如接地信號或其它參考信號之類的“被動信號”相反的“主動信號”。感測信號也能夠當(dāng)在跨電容性感測中使用時被稱為“發(fā)射器信號”或者當(dāng)在絕對感測中使用時被稱為“絕對感測信號”或“經(jīng)調(diào)制的信號”。

在示例中，處理系統(tǒng)110利用電壓驅(qū)動傳感器電極圖案的（一個或多個）感測元件，并感測（一個或多個）感測元件上的作為結(jié)果的相應(yīng)電荷。也就是說，感測信號是電壓信號，并且作為結(jié)果的信號是電荷信號（例如，指示所累積的電荷的信號，諸如經(jīng)積分的電流信號）。電容與所施加的電壓成正比且與所累積的電荷成反比。處理系統(tǒng)110能夠根據(jù)所感測的電荷確定電容的（一個或多個）測量結(jié)果。在另一示例中，處理系統(tǒng)110利用電荷驅(qū)動傳感器電極圖案的（一個或多個）感測元件，并感測（一個或多個）感測元件上的作為結(jié)果的相應(yīng)電壓。也就是說，感測信號是引起電荷的累積的信號（例如，電流信號），并且作為結(jié)果的信號是電壓信號。處理系統(tǒng)110能夠根據(jù)所感測的電壓確定電容的（一個或多個）測量結(jié)果。通常，術(shù)語“感測信號”意指涵蓋用于感測電荷的驅(qū)動電壓和用于感測電壓的驅(qū)動電荷這兩者、以及能夠被用于獲得電容標(biāo)記的任何其它類型的信號?！半娙輼?biāo)記”包括能夠從其中導(dǎo)出電容的電荷、電流、電壓等的測量結(jié)果。

處理系統(tǒng)110能夠包括傳感器模塊202和確定模塊204。傳感器模塊202和確定模塊204包括執(zhí)行處理系統(tǒng)110的不同功能的模塊。在其它示例中，一個或多個其它模塊206的不同配置能夠執(zhí)行本文中所描述的功能。傳感器模塊202和確定模塊204能夠包括電路，且還能夠包括與該電路協(xié)作地操作的固件、軟件或其組合。

傳感器模塊202根據(jù)一個或多個方案（“激勵方案”）在一個或多個周期（“激勵周期”）上選擇性地驅(qū)動傳感器電極圖案的一個或多個感測元件上的（一個或多個）感測信號。在每一個激勵周期期間，傳感器模塊202能夠選擇性地感測來自傳感器電極圖案的一個或多個感測元件的（一個或多個）作為結(jié)果的信號。每一個激勵周期具有關(guān)聯(lián)的時間段，在該時間段期間，感測信號被驅(qū)動并且作為結(jié)果的信號被測量。

在一個類型的激勵方案中，傳感器模塊202能夠針對絕對電容性感測選擇性地驅(qū)動傳感器電極圖案的感測元件。在絕對電容性感測中，傳感器模塊202能夠測量（一個或多個）傳感器電極210、220上的電壓、電荷或電流，以獲得指示該（一個或多個）傳感器電極210、220與輸入對象之間的電容的作為結(jié)果的信號。在這樣的激勵方案中，根據(jù)該（一個或多個）作為結(jié)果的信號確定所選擇的（一個或多個）感測元件與（一個或多個）輸入對象之間的絕對電容的測量結(jié)果。

在另一類型的激勵方案中，傳感器模塊202能夠針對跨電容性感測選擇性地驅(qū)動傳感器電極圖案的感測元件。在跨電容性感測中，傳感器模塊202利用（一個或多個）發(fā)射器信號驅(qū)動所選擇的發(fā)射器傳感器電極，并感測來自所選擇的接收器傳感器電極的作為結(jié)果的信號。在這樣的激勵方案中，根據(jù)作為結(jié)果的信號確定發(fā)射器電極與接收器電極之間的跨電容的測量結(jié)果。在示例中，傳感器模塊202能夠利用（一個或多個）發(fā)射器信號驅(qū)動所選擇的傳感器電極210，并從傳感器電極220接收作為結(jié)果的信號。

在任何激勵周期中，傳感器模塊202能夠利用包括參考信號和保護信號的其它信號驅(qū)動傳感器電極圖案的感測元件。也就是說，能夠利用參考信號、保護信號或使之浮置（left floating）（即，未利用任何信號加以驅(qū)動）來驅(qū)動傳感器電極圖案的未利用感測信號加以驅(qū)動或被感測以接收作為結(jié)果的信號的那些感測元件。參考信號能夠是接地信號（例如，系統(tǒng)接地）或者任何其它恒定或基本上恒定的電壓信號。保護信號能夠是在發(fā)射器信號的形狀、幅度、頻率或相位中的至少一個方面類似或相同的信號。

“系統(tǒng)接地”可以指示由系統(tǒng)部件共享的公共電壓。例如，移動電話的電容性感測系統(tǒng)有時能夠被參考到由電話的電源（例如，充電器或電池）提供的系統(tǒng)接地。系統(tǒng)接地可以不是相對于大地（earth）或任何其它參考而言固定的。例如，桌上的移動電話通常具有浮置的系統(tǒng)接地。正在被通過自由空間而強烈耦合到大地接地的人握持的移動電話可以是相對于該人而言接地的，但人–地可以是相對于大地接地而言變化的。在許多系統(tǒng)中，系統(tǒng)接地連接到系統(tǒng)中的最大面積電極或由該最大面積電極提供。電容性傳感器設(shè)備200能夠接近于這樣的系統(tǒng)接地電極而被定位（例如，被定位在接地面或底板上方）。

確定模塊204基于由傳感器模塊202獲得的作為結(jié)果的信號來執(zhí)行電容測量。電容測量能夠包括元件之間的電容性耦合的改變（也稱為“電容的改變”）。例如，確定模塊204能夠在不存在（一個或多個）輸入對象的情況下確定元件之間的電容性耦合的基線測量結(jié)果。確定模塊204然后能夠?qū)㈦娙菪择詈系幕€測量結(jié)果與在存在（一個或多個）輸入對象時的電容性耦合的測量結(jié)果進行組合，以確定電容性耦合的改變。

在示例中，確定模塊204能夠執(zhí)行與作為“電容性像素”的感測區(qū)120的特定部分相關(guān)聯(lián)的多個電容測量，以創(chuàng)建“電容性圖像”或“電容性幀”。電容性圖像的電容性像素表示感測區(qū)120內(nèi)的其中能夠使用傳感器電極圖案的感測元件來測量電容性耦合的位置。例如，電容性像素能夠?qū)?yīng)于受（一個或多個）輸入對象影響的傳感器電極210-1與另一傳感器電極220-1之間的跨電容性耦合。在另一示例中，電容性像素能夠?qū)?yīng)于傳感器電極210或220的絕對電容。確定模塊204能夠使用由傳感器模塊202獲得的作為結(jié)果的信號來確定電容性耦合改變的陣列，以產(chǎn)生形成電容性圖像的電容性像素的x乘y陣列。電容性圖像是能夠使用跨電容性感測（例如，跨電容性圖像）來獲得的或者使用絕對電容性感測（例如，絕對電容性圖像）來獲得的。以該方式，處理系統(tǒng)110能夠捕獲作為與感測區(qū)120中的（一個或多個）輸入對象相關(guān)地測量的響應(yīng)的快照的電容性圖像。給定的電容性圖像能夠包括感測區(qū)中的所有電容性像素或者僅電容性像素的子集。

在另一示例中，確定模塊204能夠執(zhí)行與感測區(qū)120的特定軸相關(guān)聯(lián)的多個電容測量，以創(chuàng)建沿該軸的“電容性輪廓（capacitive profile）”。例如，確定模塊204能夠確定沿由傳感器電極210-N和/或傳感器電極220-N限定的軸的絕對電容性耦合改變的陣列，以產(chǎn)生（一個或多個）電容性輪廓。電容性耦合改變的陣列能夠包括少于或等于沿給定軸的傳感器電極的數(shù)目的多個點。

由處理系統(tǒng)110對電容的（一個或多個）測量（諸如（一個或多個）電容性圖像或（一個或多個）電容性輪廓）實現(xiàn)了對關(guān)于由傳感器電極圖案形成的感測區(qū)的接觸、懸浮或其它用戶輸入的感測。確定模塊204能夠利用電容的測量以確定關(guān)于相對于由傳感器電極圖案形成的感測區(qū)的用戶輸入的位置信息。確定模塊204能夠另外或可替換地使用（一個或多個）這樣的測量以確定輸入對象大小和/或輸入對象類型。

在一個或多個實施例中，處理系統(tǒng)110可以被配置成操作電容性傳感器設(shè)備以執(zhí)行有時被稱為“懸浮”感測（與通過實際觸摸而進行的感測形成對照）的一個類型的接近感測。然而，為了實現(xiàn)懸浮感測中的可接受性能，處理系統(tǒng)110被配置成能夠獲得小的遞增的背景電容測量結(jié)果。為了放大由處理系統(tǒng)110處理的信號，處理系統(tǒng)在執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之前對信號加大增益（gain up）。然而，轉(zhuǎn)換前的信號可能具有取決于輸入對象（例如，手指）的接近度和背景電容的量的大范圍。照這樣，處理系統(tǒng)110被配置成執(zhí)行背景電容消除以防止處理系統(tǒng)110內(nèi)的內(nèi)部級的飽和。

一種有效方法是使用積分器的反饋中的反饋電容以實行背景電容消除。如稍后更詳細(xì)地描述的那樣，傳感器模塊202在重置階段期間將反饋電容器充電到參考電壓，并且這樣的電荷有效地消除了背景電容。然而，該技術(shù)將大電荷泄漏引入到積分器中，這是由于積分器的輸入節(jié)點在供電軌上面和下面變動。而且，電容的突然放電可能引起“電源紋波”和電源抑制（PSR）問題，特別是在單端系統(tǒng)中。因此，本公開的實施例提供了用于解決上述問題的各種系統(tǒng)和切換方案。

另一種用于消除背景電容的方法是在背景電容上添加相反極性電荷。如稍后進一步描述，傳感器模塊202包括電容器，該電容器的一端耦合到C_B（即，通往地的電容）且另一端被具有相反極性的電壓信號激勵。為了減小這樣的所描述的電容器的物理大小，傳感器模塊202能夠?qū)㈦姾奢敵龅诫娏鬏斔推髦?，該電流輸送器后跟有電流放大器，該電流放大器的輸出連接到C_B。然而，所描述的方法所使用的電容器的物理大小可能使電流放大器的帶寬和性能受到嚴(yán)重限制。因此，本公開的實施例提供了要針對背景電容而使用的多步電荷成形技術(shù)，這進一步減少了對電流放大器施加的規(guī)范。

圖3A-3B圖示了根據(jù)實施例的貫穿絕對電容性感測的周期（包括重置階段（圖3A）和積分階段（圖3B））對電容測量電路300的操作。電容測量電路300可以作為輸入設(shè)備100和/或處理系統(tǒng)110的部分而被包括。例如，處理系統(tǒng)110可以供給針對電路300的輸入電壓以及對電路300中的開關(guān)進行操作和/或從可選擇電容器的組中選擇電容器的控制信號。在一個實施例中，電容測量電路300包括具有反相輸入和非反相輸入以及輸出（V_OUT）的差分放大器302。第一開關(guān)320耦合在差分放大器302的非反相輸入與電路300耦合到的傳感器電極（諸如上面關(guān)于圖2描述的傳感器電極210、220）之間。

差分放大器302被配置為電荷積分器，并包括設(shè)置在輸出與反相輸入之間的反饋電容（C_FB）。反饋電容由在一側(cè)（例如，節(jié)點312）上耦合到差分放大器302的輸出且在另一側(cè)（例如，節(jié)點310）上耦合到差分放大器302的反相輸入的一個或多個電容器表示。在所描繪的實施例中，反饋電容C_FB被分割成多個反饋電容器，例如第一反饋電容器304（C_FB0）和第二反饋電容器306（C_FB1），使得一個電容器304能夠被重置而另一電容器306在感測周期的預(yù)充電/重置階段期間被預(yù)充電到參考電壓V_RX或地。反饋電容器的該預(yù)充電進行工作以如上所述那樣消除背景電容。反饋電容器306是被預(yù)充電到參考電壓還是地的選擇是通過在感測周期的預(yù)充電/重置階段期間對開關(guān)314的定位來完成的。

與反饋電容器304、306并聯(lián)地設(shè)置開關(guān)308。開關(guān)308操作為重置機構(gòu)以對反饋電容器304、306進行放電和重置。在圖3A和3B中，電容C_B表示傳感器電極與地之間的背景電容，其可以包括由輸入對象104貢獻的電容。

在操作中，電容測量電路300執(zhí)行絕對感測方法，其具有：將差分放大器302設(shè)置為電荷積分器以及將參考電壓施加到差分放大器302的非反相輸入。在一個實施例中，通過參考電壓以上和以下的基本上相等的量（即，?V_REF）來對參考電壓進行調(diào)制，在一些實施例中，該參考電壓大約處于供給電壓V_RX的一半。照這樣，對非反相輸入施加的電壓被描繪為第一電壓（V_RX/2 + ?V_REF）。

在圖3A中所描繪的（前一半）感測周期的重置階段期間，打開開關(guān)320以將電路300從傳感器電極去耦合，通過閉合開關(guān)308來對第一反饋電容器304進行放電，并且通過將開關(guān)314操作成耦合到地來將第二反饋電容器306預(yù)充電到某一電壓電平。在圖3B中所描繪的感測周期的積分階段期間，通過將開關(guān)314與差分放大器302的輸出V_OUT耦合并打開開關(guān)308來并聯(lián)地放置反饋電容器304、306。通過閉合第一開關(guān)320來將差分放大器302的反相輸入耦合到背景電容C_B。

在傳統(tǒng)電容測量電路中，在重置階段中，反饋電容器的一側(cè)上（例如，節(jié)點312處）的電壓電平是0 V。在積分階段中，反饋電容器的該側(cè)耦合到參考電壓（V_RX/2 + ?V_REF）。圖3B中的一個插頁包括描繪在節(jié)點312處從0V到V_RX/2 + ?V_REF的突然步進的線圖350，該突然步進使第一節(jié)點310“超出軌道”。圖3B中的另一插頁包括描繪反饋電容器306的另一側(cè)（例如，節(jié)點310）處的電壓電平的線圖340，該電壓電平超出供給電壓電平144。該超出電壓引起經(jīng)由反向偏置二極管和電容測量電路300中的反饋開關(guān)308的電荷泄漏，直到差分放大器302做出反應(yīng)并將第一節(jié)點310帶回到電壓電平V_RX/2 + ?V_REF為止。這樣的RC特性可能引起參考電壓（即，放大器的固定最終輸出電壓）中的顯著差錯，從而產(chǎn)生錯誤的ADC結(jié)果，并且，這樣的RC特性是輸入電容器C_B的非線性函數(shù)。

因此，本公開的一個或多個實施例被配置成減小當(dāng)從重置階段轉(zhuǎn)變到積分階段時在電容測量電路300的差分放大器302的反相輸入處出現(xiàn)的電壓尖峰。在一個實施例中，電容測量電路300包括“斜坡”機構(gòu)，其延遲電壓峰化以給差分放大器302提供將輸入節(jié)點校正回到V_REF的機會。

在一個實施例中，電容測量電路300包括電阻器316，該電阻器316耦合在反饋電容器306的一側(cè)與差分放大器302的輸出V_OUT之間。電阻器316被配置成：當(dāng)在時間段T_REACT期間從重置階段移動到積分階段時，創(chuàng)建在節(jié)點310處從0 V到參考電壓的斜坡，該時間段T_REACT表示足以允許差分放大器302將輸入節(jié)點310校正回到參考電壓的持續(xù)時間。

圖4是根據(jù)實施例的被配置成耦合到傳感器電極以用于測量來自該傳感器電極的電容的電容測量電路400的電路圖。在一些情況下，如圖4中所描繪的固定電阻器的使用可以總體上更改差分放大器和電容測量電路的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，這是由于電阻器將始終與反饋電容器串聯(lián)。電容測量電路400被配置成解決這樣的問題。類似于電容測量電路300，電路400可以作為輸入設(shè)備100和/或處理系統(tǒng)110的部分而被包括。例如，處理系統(tǒng)110可以供給針對電路400的輸入電壓以及對電路300中的開關(guān)進行操作和/或從可選擇電容器的組中選擇電容器的控制信號。

在一個實施例中，電容測量電路400包括差分放大器402，該差分放大器402具有經(jīng)由開關(guān)連接到傳感器電極的反相輸入、非反相輸入、和輸出（V_OUT）。第一開關(guān)420耦合在差分放大器402的反相輸入與電路400耦合到的傳感器電極（諸如，上面關(guān)于圖2描述的傳感器電極210、220）之間。

差分放大器402被配置為電荷積分器，并包括耦合在差分放大器的輸出和反相輸入之間的反饋電容（C_FB）。反饋電容C_FB由在一側(cè)（例如，節(jié)點412）上耦合到差分放大器402的輸出且在另一側(cè)（例如，節(jié)點410）上耦合到差分放大器402的反相輸入的一個或多個電容器表示，該一個或多個電容器包括第一反饋電容器404（C_FB0）和第二反饋電容器406（C_FB1）。如前所述，在感測周期的預(yù)充電/重置階段期間一個電容器404能夠被重置而另一電容器406被預(yù)充電到供給電壓V_RX或地。反饋電容器的該預(yù)充電進行工作以消除背景電容。反饋電容器406是被預(yù)充電到供給電壓還是地的選擇是通過在感測周期的預(yù)充電/重置階段期間對開關(guān)（為簡單起見而被省略）的定位來完成的。與反饋電容器404、406并聯(lián)地設(shè)置開關(guān)408，其操作為重置機構(gòu)以對反饋電容器404、406進行放電和重置。

在一個實施例中，電容測量電路400包括被串聯(lián)配置在反饋電容器（例如，C_FB1）與差分放大器402的輸出V_OUT之間的第一開關(guān)422和第二開關(guān)424。在圖4中所描繪的實施例中，第一開關(guān)422和第二開關(guān)424是晶體管，盡管可以利用提供所描述的功能的（一個或多個）其它等效電路元件。也就是說，第一開關(guān)422和第二開關(guān)424可以包括具有可由開關(guān)控制的電阻的一個或多個電路元件。電容測量電路400被配置成從控制模塊426或者處理系統(tǒng)110中的其它部件接收一個或多個控制信號。在一個實施例中，控制模塊426被配置成接通第一開關(guān)422，由此施加與反饋電容器C_FB1串聯(lián)的第一電阻值。控制模塊426進一步被配置成在某一時間延遲之后接通第二開關(guān)424，從而放置與第一電阻并聯(lián)的第二電阻。在另一實施例中，控制模塊426被配置成將第一開關(guān)422操作到引起第一開關(guān)422中的第一電阻的線性模式中。控制模塊426能夠在某一時間延遲之后將第二開關(guān)424操作到引起與第一電阻并聯(lián)的第二電阻的飽和模式中。

圖5是圖示了根據(jù)實施例的用于利用電荷積分器來測量電容的方法500的流程圖。盡管方法500被描述為使用除（一個或多個）其它類似系統(tǒng)外的上面描述的處理系統(tǒng)110和電容測量電路400來執(zhí)行。

方法500在框502處開始，在框502處，處理系統(tǒng)110將電容測量電路400的反饋電容器重置到第一電壓電平。在一些實施例中，反饋電容器耦合在差分放大器402的第一輸入與差分放大器402的輸出之間。在一些實施例中，處理系統(tǒng)110操作第三開關(guān)（例如，開關(guān)314）以在重置階段期間將反饋電容器連接到某一電壓電平（例如，地、參考電壓、供給電壓），并對反饋電容器進行預(yù)充電以消除至少一些背景電容（C_B）。

在框504處，處理系統(tǒng)110打開反饋電容器與差分放大器402的輸出之間的多個開關(guān)。在一個實施例中，處理系統(tǒng)110打開耦合在反饋電容器406與差分放大器402的輸出V_OUT之間的開關(guān)422、424。在一些實施例中，開關(guān)422和開關(guān)424包括具有第一、第二和第三端子的晶體管，并且開關(guān)422、424的第一端子是并聯(lián)連接的，并且開關(guān)422、424的第二端子是并聯(lián)連接的。在一些實施例中，處理系統(tǒng)110將控制信號施加到開關(guān)422、424的第三端子以打開開關(guān)。

在框506處，處理系統(tǒng)110將傳感器電極和差分放大器的第一輸入耦合以發(fā)起測量階段。在一個實施例中，處理系統(tǒng)110閉合開關(guān)420以將傳感器電極220和差分放大器402的反相輸入耦合，并發(fā)起測量階段（也稱為積分階段）。

在框508處，處理系統(tǒng)110閉合反饋電容器與差分放大器的輸出之間的多個開關(guān)中的第一開關(guān)422。在一個實施例中，處理系統(tǒng)110將控制信號傳輸?shù)降谝婚_關(guān)422以將開關(guān)422操作到引起第一電阻達第一持續(xù)時間的線性模式中。在一些實施例中，第一電阻可以是相對大的電阻值，并且開關(guān)422表征為“弱開關(guān)”。

在框510處，處理系統(tǒng)110在從閉合第一開關(guān)起的某一延遲之后閉合多個開關(guān)中的剩余開關(guān)。時間延遲（例如，T_REACT）可以被預(yù)選擇以給差分放大器402提供足夠的時間來將差分放大器402的輸入節(jié)點校正到參考電壓電平。在一些實施例中，處理系統(tǒng)110將控制信號傳輸?shù)降诙_關(guān)424以將開關(guān)424操作到引起與第一電阻并聯(lián)的第二電阻的飽和模式中。在一些實施例中，處理系統(tǒng)110可以使用分離的控制信號，其中一個控制信號（例如，“fb_conn_en_strong”）相比于另一控制信號（例如，“fb_conn_en”）延遲一個或多個時鐘周期。在一個實現(xiàn)方式中，可以使用比特的子集（例如，fb_conn_en<0:5>）來控制弱開關(guān)柵極（例如，開關(guān)422），而使用作為fb_conn_en控制信號與fb_conn_en<0:5>控制信號之間的“AND（與）”功能的結(jié)果的信號來控制強開關(guān)（例如，開關(guān)424）。

在一個或多個實施例中，第二電阻可以基本上小于第一電阻，從而使與電容器306串聯(lián)的有效電阻較小。以該方式，可以將第二開關(guān)424表征為“強開關(guān)”。如上所述，將第一開關(guān)422操作到引起第一開關(guān)422中的第一電阻的線性模式中可以增大電容測量電路400的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的該增大僅達臨時時間量，這是由于將第二開關(guān)424操作到引起與第一電阻并聯(lián)的第二電阻的飽和模式（有時稱為主動模式）中可以減小電容測量電路的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，從而導(dǎo)致與在沒有開關(guān)422、424的情況下將存在的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)相比基本上類似的電容測量電路的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。

在框512處，處理系統(tǒng)110操作差分放大器以對傳感器電極上的電荷進行積分，使得對應(yīng)于傳感器電極與輸入對象之間的耦合的絕對電容被測量。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，差分放大器402可以在半周期中進行操作，使得在單個周期中存在第一重置階段、第一積分階段、然后第二重置階段和第二積分階段。

在本公開的另一實施例中，電容測量電路可以是利用現(xiàn)有數(shù)字控制信號的開關(guān)電容器電路，并且可能不要求附加的分離的控制信號。使用這樣的切換方案的電路通過防止積分器的輸入節(jié)點在供電軌上面和下面變動來減少到積分器中的電荷泄漏，并且還減少供給上的電流尖峰。下面結(jié)合圖6A-6D進一步詳細(xì)地描述這樣的電路。

圖6A-6D圖示了根據(jù)本公開的實施例的貫穿絕對電容性感測的周期（包括重置階段（圖6A）和積分階段（圖6B-6D））對電容測量電路600的操作。電容測量電路600可以與上面描述的電容測量電路300、400共享公共的電路元件和特征。電容測量電路600可以作為輸入設(shè)備100和/或處理系統(tǒng)110的部分而被包括。例如，處理系統(tǒng)110可以供給針對電路600的輸入電壓以及對電路600中的開關(guān)進行操作和/或從可選擇電容器的組中選擇電容器的控制信號。

在一個實施例中，電容測量電路600包括差分放大器602，該差分放大器602具有第一（反相，被描繪為“–”）輸入，其被配置成耦合到傳感器電極（例如，傳感器電極210、220）以用于測量來自該傳感器電極的電容。差分放大器602進一步包括第二（非反相，被描繪為“+”）輸入和輸出（V_OUT）。在一些實施例中，第一開關(guān)620被設(shè)置在差分放大器602的反相輸入與傳感器電極之間。

電容測量電路600進一步包括：第一反饋電容604（C_FB0），其耦合在差分放大器602的第一輸入與差分放大器的輸出之間；以及第二反饋電容606（C_FB1），其與第一反饋電容606并聯(lián)地耦合。第二反饋電容606可以包括與多個關(guān)聯(lián)開關(guān)串聯(lián)的多個電容器。與反饋電容604、606并聯(lián)地設(shè)置開關(guān)608。開關(guān)608操作為重置機構(gòu)以對反饋電容604、606進行放電和重置。在圖6A-6D中，電容C_B表示傳感器電極與地之間的背景電容。

在圖6A-6D中所描繪的實施例中，反饋電容C_FB被分割成多個反饋電容器，例如第一反饋電容（C_FB0）和由分別與關(guān)聯(lián)開關(guān)610、612、614并聯(lián)地布置的三個電容器（Cap0、Cap1、Cap2）組成的第二反饋電容306（C_FB1）。電容測量電路600可以進一步包括與該多個開關(guān)并聯(lián)地耦合的多個預(yù)充電開關(guān)（類似于圖3A的開關(guān)314）。在這樣的實施例中，每個預(yù)充電開關(guān)可操作成在重置階段期間將關(guān)聯(lián)電容器連接到某一電壓電平（例如，V_RX、地）并對關(guān)聯(lián)電容器進行預(yù)充電以消除背景電容。例如，在感測周期的預(yù)充電/重置階段期間一個電容器604能夠被重置而其它電容器（Cap0、Cap1、Cap2）被預(yù)充電到參考電壓V_RX或地。為了圖示的清楚，已經(jīng)省略了電路600中的預(yù)充電開關(guān)的描繪。

在一些實施例中，電容測量電路600包括控制模塊，其被配置成在重置階段和積分階段中操作該多個開關(guān)以測量傳感器電極上的電容。如稍后更詳細(xì)地描述的那樣，控制模塊被配置成在積分階段期間控制該多個開關(guān)中的每一個開關(guān)以在相繼的延遲之后將關(guān)聯(lián)電容器（例如，Cap0、Cap1、Cap2）耦合到差分放大器的輸出（V_OUT）。相繼的延遲是指：在第一延遲之后改變一個開關(guān)的狀態(tài)，然后在第二延遲之后改變下一開關(guān)的狀態(tài)，依次類推。

圖6A圖示了（前一半）感測周期的重置階段。在該重置階段期間，將電容測量電路600的反饋電容器（例如，C_FB0）重置到第一電壓電平。如所示，打開開關(guān)620以將電路600從傳感器電極去耦合，并且通過閉合開關(guān)608來對第一反饋電容604進行放電。在一些實施例中，處理系統(tǒng)110打開反饋電容（Cap0、Cap1、Cap2）與差分放大器602的輸出之間的多個開關(guān)610、612、614，并且通過將預(yù)充電開關(guān)操作成耦合到地來將該多個電容器Cap0、Cap1、Cap2預(yù)充電到某一電壓電平。在操作期間，控制該多個開關(guān)中的每一個開關(guān)以在相繼的延遲之后將關(guān)聯(lián)電容器耦合到差分放大器的輸出在從重置階段切換到積分階段時減少第一反饋電容器中的電荷泄漏。

圖6B-6D圖示了（前一半）感測周期的積分（測量）階段。為了發(fā)起測量階段，處理系統(tǒng)110通過閉合開關(guān)620來將傳感器電極和差分放大器602的第一反相輸入耦合。然后，處理系統(tǒng)110閉合反饋電容器與差分放大器的輸出V_OUT之間的多個開關(guān)中的第一開關(guān)。如圖6B中所描繪的那樣，處理系統(tǒng)110閉合與多個電容器中的第一電容器Cap0相關(guān)聯(lián)的第一開關(guān)610以將第一電容器Cap0耦合在差分放大器的非反相輸入和輸出之間。處理系統(tǒng)110可以開始操作差分放大器602以對傳感器電極上的電荷進行積分，使得對應(yīng)于傳感器電極與輸入對象之間的耦合的絕對電容被測量。

如果當(dāng)積分階段被發(fā)起時所有C_FB1電容器被立即連接在一起，則可能在差分放大器602的輸入節(jié)點處存在大的尖峰。該場景由在圖6B中的插圖中發(fā)現(xiàn)的虛線線圖描繪。如果輸入節(jié)點處的電壓電平超出供給電壓電平，則電荷泄漏可能發(fā)生。電荷可能繼續(xù)泄漏，直到電荷被“泄漏”到二極管和開關(guān)的接通點以下、或者直到差分放大器602做出反應(yīng)并使用其反饋以將輸入節(jié)點設(shè)定成等于其正端子。因此，不是所有反饋電容器都在積分階段的開始時立即連接到輸出節(jié)點。例如，處理系統(tǒng)110閉合開關(guān)610（并使其它開關(guān)612、614打開）以將電容器Cap0連接到輸出V_OUT。在一些實施例中，電容器Cap0、Cap1、Cap2具有小于或基本上等于反饋電容C_FB0的總電容。因為單個電容器Cap0具有比C_FB0小的電容，所以差分放大器602的輸入節(jié)點由于背景電容C_B和第一反饋電容C_FB0的電荷共享而不峰化到供給以上。在一些延遲之后，取決于差分放大器602的轉(zhuǎn)換速率和帶寬，差分放大器602將最終將輸入節(jié)點帶回到V_ref。該行為由圖6B中的插圖中發(fā)現(xiàn)的實線線圖描繪，該實線線圖具有比傳統(tǒng)場景的虛線線圖基本上更低的電壓峰值。

在一個實施例中，在從閉合第一開關(guān)610起的某一延遲之后，處理系統(tǒng)110閉合多個開關(guān)中的剩余開關(guān)（例如，開關(guān)612、614）。如圖6C中所描繪的那樣，處理系統(tǒng)110閉合與反饋電容器Cap1相關(guān)聯(lián)的開關(guān)612，以（與電容器Cap0和第一反饋電容C_FB0并聯(lián)地）將電容器Cap1連接在差分放大器的反相輸入和輸出節(jié)點之間。該操作可能導(dǎo)致差分放大器的供給邊界內(nèi)的輸入節(jié)點處的另一峰化，如圖6C中的插圖中所描繪的那樣。再一次，差分放大器將輸入節(jié)點帶回到V_ref。圖6D描繪了積分階段中的另一階段，其中處理系統(tǒng)閉合與反饋電容器Cap2相關(guān)聯(lián)的開關(guān)614以將電容器Cap2連接在反相輸入與輸出節(jié)點之間。

在一些實施例中，處理系統(tǒng)110可以基于計數(shù)器來確定開關(guān)610、612、614的閉合之間的相繼的延遲。延遲可以是可編程的且使用計數(shù)器來跟蹤的。在一個實施例中，計數(shù)器可以用于控制將電容器Cap0、Cap1、Cap2耦合到差分放大器的輸出的定序（即，哪個開關(guān)是第一個、哪個開關(guān)是第二個、等等）和階段（即，在什么時間處）。在一個示例中，可以利用下述切換方案：其在時間t=0處連接Cap0，然后在時間t=5 ns處連接Cap2，然后在t=12 ns處連接Cap1。在這樣的切換方案中，處理系統(tǒng)110包括：“計數(shù)器0”，其控制被編程以在t=0處向下計數(shù)到零的Cap0的開關(guān)（即，開關(guān)610）；“計數(shù)器1”（其控制與Cap1相關(guān)聯(lián)的開關(guān)612），其被編程以在t=12 ns處向下計數(shù)到零；以及“計數(shù)器2”（其控制與Cap2相關(guān)聯(lián)的開關(guān)615），其被編程以在t=5 ns處向下計數(shù)到零。

盡管本實施例是使用三個電容器Cap0、Cap1、Cap2來描述的，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，可以針對N個數(shù)目的反饋電容器擴展所描述的技術(shù)以幫助減少供給處的電流尖峰。

進一步認(rèn)識到的是，所描述的技術(shù)的一個變形包括將電容器劃分成子集。在可替換的實施例中，在子集中布置第二反饋電容的多個電容器，并且在積分階段期間在相同的時間處接通每一個子集。在所描述的方案的另一變形中，處理系統(tǒng)可以選擇子集的“總”數(shù)。如果子集的總數(shù)是M，則應(yīng)用所描述的技術(shù)將產(chǎn)生電荷積分器的輸入節(jié)點處的M個峰值。

例如，在電容測量電路600中，其中C_FB1（包括Cap0和Cap1）具有11 pF的總電容，并且第一和第二電容器Cap0、Cap1分別具有3.8 pF、7.2 pF的電容。在第一場景中，在積分階段的開始時接入Cap0，以及在可編程的延遲之后接入Cap1。在該第一場景中，電壓峰化圖將具有比第一電壓峰值大的第二峰值，這是由于Cap1是比Cap0大的電容。將該行為與第二場景對比，在第二場景中，在積分的開始時接入Cap1，以及在可編程的延遲之后接入Cap0。在第二場景中，第一電壓峰值將大于第二電壓峰值。照這樣，精確峰值可以取決于多種因素，除差分放大器的C_B、C_FB0和速度之外還包括相對于彼此的電容值。

多步遞增切換技術(shù)

如前所述，另一種用于消除背景電容的方法是在背景電容上添加相反極性電荷。圖7是描繪了根據(jù)本公開的一個實施例的用于生成電荷的電路700的框圖。電路700包括電荷生成電路702、電流輸送器720和電流放大器730。電荷生成電路702被配置成通過將電容器716（C1）的一個板通過第一電阻器704（R1）和緩沖器710從地到供給電壓到地進行驅(qū)動來生成電荷。

由電容器716生成的電荷被遞送到電流輸送器720。電流輸送器720的輸入可以被偏置到參考電壓。電流輸送器720包括一個或多個電流鏡以將電流分發(fā)給多個電流放大器。（一個或多個）電流放大器706被配置成通過放大器增益來放大電流。

在傳統(tǒng)方法中，電流輸送器720的輸入處的電流波形可以是衰減的指數(shù)波形，具有由（R1 * C1）設(shè)定的時間常量。該波形的峰值電流由（V / R1）設(shè)定，其中V是供給電壓。照這樣，傳統(tǒng)驅(qū)動方案中的電流波形能夠由下面的等式1和2表示。

（等式1）

（等式2）。

然而，傳統(tǒng)電荷生成電路的問題如下。電流輸送器的輸入處的峰值電流能夠容易地屬于mA量級，并且能夠被電流放大器倍增（例如，1至8的增益）。如果多個電流放大器正在相同的時間處在一起工作，則峰值電流的總和變得非常大（數(shù)百mA）并引起內(nèi)部電源和接地線上的大“反彈”。使用傳統(tǒng)波形（其具有高幅度和短持續(xù)時間）的另一個問題是：由于波形的脈沖性質(zhì)，波形可能在電流放大器中未被準(zhǔn)確地放大。銳利的波形驅(qū)動晶體管以置于飽和區(qū)之外，并引起電流輸送器中的余量問題。結(jié)果是：當(dāng)電流被電荷積分器積分時，輸出波形可能失真并引起準(zhǔn)確度問題。

因此，本公開的實施例提供了解決這樣的問題的多步電荷共享技術(shù)。電荷生成電路702包括布置在第一電阻器704與電容器716之間的第二電阻器706（R2）、第三電阻器708（R3）、開關(guān)712（SW2）和開關(guān)714（SW1）。在圖7中所示的實施例中，第二電阻器706（R2）和第三電阻器708（R3）是與第一電阻器704串聯(lián)地布置的。開關(guān)712（SW2）是與第二電阻器706并聯(lián)地布置的，并且另一開關(guān)714（SW1）是與第三電阻器708并聯(lián)地布置的。

在操作中，在電荷生成的開始時，打開開關(guān)712和714，并且，在電流輸送器720的輸入處的峰值電流能夠由下面的等式3表示。在一些實施例中，在等式3中表示的I_peak2小于來自等式1的I_peak1。

（等式3）。

在一個或多個實施例中，處理系統(tǒng)110可以以輸入波形（例如，方波）的半周期（t_half）內(nèi)的時間間隔來相繼地閉合開關(guān)712和714，并生成圖8中所描繪的波形800。也就是說，在第一步中，處理系統(tǒng)110閉合開關(guān)712并使開關(guān)714打開。然后，在第二步中，處理系統(tǒng)110閉合開關(guān)714。如果從t=0到t=t_half對電流波形800進行積分，則所獲得的結(jié)果應(yīng)當(dāng)與經(jīng)由等式2獲得的那些結(jié)果相同。

在一個或多個實施例中，所描述的多步電荷技術(shù)有利地減小了供給和接地線中的“反彈”。供給和接地線上的更小的“反彈”將更少的噪聲引入到連接到相同供給和接地線的電路。其次，由于更小的峰值幅度（I_peak2），當(dāng)電荷被電荷積分器積分時能夠改進準(zhǔn)確度。

針對電荷泵電路的切換方案

盡管上面在用于全局粗基線校正的多步電荷技術(shù)的上下文中描述了切換方案，但應(yīng)理解的是，能夠擴展本公開的實施例以供其它類型的電路（特別是具有導(dǎo)致電流和/或電壓電平中的大擺動的操作的電路）中使用。圖9描繪了一個這樣的示例。

圖9是描繪了根據(jù)本公開的一個實施例的使用所描述的切換方案的電荷泵電路900的框圖。在所描繪的電荷泵電路900中，對回掃（flyback）電容器Cf1和Cf2進行充電和放電以提供對應(yīng)的輸出電壓（CP_OUT）。

在先前的方法中，與回掃電容器串聯(lián)的開關(guān)大，以減小它們的電阻且因此減小跨越它們的電壓降。然而，當(dāng)這些大開關(guān)被接通或關(guān)斷以分別對回掃電容器進行充電或放電時，可能在跨越電路900流動的充電電流中存在大的瞬變峰值。這些高電流峰值可能導(dǎo)致影響輸入設(shè)備內(nèi)的相鄰的敏感電路、集成電路和/或處理系統(tǒng)的高電磁發(fā)射。該問題在移動設(shè)備中使用的觸摸傳感器ASIC中可能尤其尖銳，其中不得不滿足關(guān)于峰值發(fā)射功率的嚴(yán)格要求。

在一個或多個實施例中，代替使用傳統(tǒng)大開關(guān)，電荷泵電路900包括由多個加權(quán)更小開關(guān)（即，相對于單個大開關(guān)而言更?。┙M成的開關(guān)元件。該多個開關(guān)被配置成以電荷泵時鐘周期內(nèi)的小延遲來相繼地接通。在圖9中所描繪的實施例中，電荷泵電路900包括與回掃電容器Cf1串聯(lián)地連接（即，到Cf1的底部板）的開關(guān)元件902，該開關(guān)元件902由多個加權(quán)開關(guān)M12、M13、M15、M16組成。根據(jù)圖9中圖示的實施例，另一開關(guān)元件904耦合到另一回掃電容器Cf2，并且由多個更小開關(guān)M18、M19、M20、M21組成。

在一些實施例中，開關(guān)元件902中的更小開關(guān)之間的延遲能夠使用RC電路來實現(xiàn)、或者在其它實施例中能夠來自計數(shù)器。在圖9中所描繪的示例中，電荷泵電路900包括RC延遲電路910，該RC延遲電路910耦合到開關(guān)M12、M13、M15和M16的柵極以控制開關(guān)的相繼的延遲的接通和關(guān)斷。為圖示的簡單起見，省略了針對開關(guān)元件904的類似的RC延遲電路。

因此，呈現(xiàn)了本文中所闡述的實施例和示例以便最佳地解釋本發(fā)明及其特定應(yīng)用并且由此使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出和使用本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到的是，僅僅出于說明和示例的目的，已經(jīng)呈現(xiàn)了前面的描述和示例。如所闡述的描述不意在是詳盡的或者將本發(fā)明限制于所公開的確切形式。