本公開的實施例一般涉及電容傳感器，并且更具體地涉及輸入設備中的跨電容觸摸和力感測。

背景技術：

包括接近傳感器設備（通常也稱為觸摸板或觸摸傳感器設備）的輸入設備被廣泛地用在多種電子系統(tǒng)中。接近傳感器設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。接近傳感器設備可以被用于為電子系統(tǒng)提供界面。例如，接近傳感器設備常常被用作用于較大計算系統(tǒng)的輸入設備（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）。

技術實現(xiàn)要素：

描述了用于輸入設備中的跨電容觸摸和力感測的技術。在實施例中，用于力和接近感測的輸入設備包括：包括觸摸發(fā)射器電極和觸摸接收器電極的多個觸摸電極、以及包括多個力電極的力電極層。輸入設備還包括設置在多個觸摸電極和力電極層之間的彈性材料層。輸入設備還包括耦合到多個觸摸電極和多個力電極的處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)配置成：利用觸摸發(fā)射器信號驅動發(fā)射器電極，并從觸摸接收器電極獲取跨電容接近測量結果；以及利用力發(fā)射器信號驅動多個力電極，并從觸摸發(fā)射器電極或觸摸接收器電極獲取跨電容力測量結果。

在另一實施例中，公開了一種用于輸入設備處的力和接近感測的處理系統(tǒng)。輸入設備包括通過彈性材料層與力電極層分離的多個觸摸電極。處理系統(tǒng)包括配置成耦合到：多個觸摸電極的觸摸發(fā)射器電極和觸摸接收器電極的傳感器電路；以及設置在力電極層上的多個力電極。傳感器電路配置成：利用觸摸發(fā)射器信號驅動觸摸發(fā)射器電極，并從觸摸接收器電極獲取觸摸結果所得信號；并且利用力發(fā)射器信號驅動多個力電極并從觸摸發(fā)射器電極或觸摸接收器電極獲取力結果所得信號。該處理系統(tǒng)包括耦合到傳感器電路的確定模塊，其配置成：基于觸摸結果所得信號確定跨電容接近測量結果；并從力結果所得信號確定跨電容力測量結果。

在另一實施例中，公開了一種輸入設備處的力和接近感測的方法。輸入設備包括通過彈性材料層與力電極層分離的多個觸摸電極。該方法包括利用觸摸發(fā)射器信號驅動多個觸摸電極的觸摸發(fā)射器電極并從多個觸摸電極的觸摸接收器電極獲取觸摸結果所得信號。該方法還包括利用力發(fā)射器信號驅動設置在力電極層上的多個力電極并從觸摸發(fā)射器電極或觸摸接收器電極獲取力結果所得信號。該方法還包括基于觸摸結果所得信號確定跨電容接近測量結果，以及從力結果所得信號確定跨電容力測量結果。

附圖說明

為了可以詳細地理解本發(fā)明的上述特征所采用的方式，可以通過參考實施例來進行上面簡要概述的本發(fā)明的更具體的描述，所述實施例中的一些在附圖中圖示。然而，應當注意，附圖僅圖示了本發(fā)明的典型實施例，并且因此不應被認為是限制其范圍，因為本發(fā)明可以允許其它同樣有效的實施例。

圖1是根據(jù)本文描述的一個實施例的示例性輸入設備的框圖。

圖2是描繪根據(jù)一些實施例的電容性感測設備的框圖。

圖3a是描繪根據(jù)實施例的顯示面板的橫截面的框圖。

圖3b是描繪根據(jù)另一實施例的顯示面板的橫截面的框圖。

圖4是描繪根據(jù)實施例的由輸入對象施加到輸入設備的力的示意性橫截面。

圖5是描繪根據(jù)實施例的輸入設備處的力和接近感測的方法的流程圖。

圖6是描繪根據(jù)實施例的輸入設備處的力感測的方法的流程圖。

為了促進理解，在可能的情況下使用相同的附圖標記來表示附圖所共同的相同元件。預期在一個實施例中公開的元件可以在沒有具體敘述的情況下有益地用在其它實施例上。本文提到的附圖不應被理解為按比例繪制，除非特別指出。此外，為了呈現(xiàn)和解釋的清楚，附圖經(jīng)常被簡化并且細節(jié)或組件被省略。附圖和討論用于解釋下面討論的原理，其中相同的標號表示相同的元件。

具體實施方式

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性輸入設備100的框圖。輸入設備100可以配置成向電子系統(tǒng)提供輸入。如在本文檔中所使用的那樣，術語“電子系統(tǒng)”（或“電子設備”）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)包括復合輸入設備，諸如包括輸入設備100和分離的操縱桿或按鍵開關的物理鍵盤。另外的示例電子系統(tǒng)包括外圍設備，諸如數(shù)據(jù)輸入設備（包括遙控裝置和鼠標）、以及數(shù)據(jù)輸出設備（包括顯示屏和打印機）。其它示例包括遠程終端、信息站和視頻游戲機（例如，視頻游戲控制臺、便攜式游戲設備等）。其它示例包括通信設備（包括蜂窩電話，諸如智能電話）、以及媒體設備（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)可以是輸入設備的主設備或從設備。

輸入設備100可以被實現(xiàn)為電子系統(tǒng)的物理部分，或者可以與電子系統(tǒng)在物理上分離。在適當?shù)那闆r下，輸入設備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，將輸入設備100示出為配置成在感測區(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備（常常也稱為“觸摸板”或“觸摸傳感器設備”）。示例輸入對象包括手指和觸針，如圖1中所示。

感測區(qū)120包括輸入設備100上方、周圍、其中和/或附近的任何空間，在其中輸入設備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、形狀和位置可以因實施例而很大地不同。在一些實施例中，感測區(qū)120從輸入設備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精確的對象檢測。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的類型和所期望的精度而顯著地變化。因而，一些實施例感測輸入，其包括沒有與輸入設備100的任何表面的接觸、與輸入設備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在被投影到輸入設備100的輸入表面上時具有矩形形狀。

輸入設備100可以利用傳感器部件和感測技術的任何組合來檢測感測區(qū)120中的用戶輸入。輸入設備100包括用于檢測用戶輸入的一個或多個感測元件。作為非限制性示例，輸入設備100可以使用電容性、倒電容性（elastive）、電感性、磁性、聲學、超聲和/或光學技術。

一些實現(xiàn)方式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)方式配置成提供輸入沿特定軸或平面的投影。

在輸入設備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，因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，因而改變所測量的電容性耦合。在一個實現(xiàn)方式中，跨電容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。發(fā)射器傳感器點擊可以相對于參考電壓（例如，系統(tǒng)接地）被調(diào)制以發(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結果所得的信號的接收。結果所得的信號可以包括對應于一個或多個發(fā)射器信號和/或對應于一個或多個環(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，或者可以配置成既發(fā)射又接收。

在圖1中，處理系統(tǒng)110被示出為輸入設備100的部分。處理系統(tǒng)110配置成操作輸入設備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備的處理系統(tǒng)可以包括配置成利用發(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，將構成處理系統(tǒng)110的部件定位在一起，諸如靠近輸入設備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，輸入設備100可以是耦合到臺式計算機的外圍設備，并且處理系統(tǒng)110可以包括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（可能具有關聯(lián)的固件）。作為另一示例，輸入設備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、驅動觸覺致動器等。

處理系統(tǒng)110可以被實現(xiàn)為對處理系統(tǒng)110的不同功能進行處理的模塊集合。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、配置成識別諸如模式改變姿勢之類的姿勢的識別模塊、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移動、選擇、菜單導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，諸如以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)的信息時對電信號執(zhí)行任何適當量的處理。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、辨識作為命令的輸入、辨識筆跡等。

如本文中所使用的“位置信息”寬泛地包括絕對位置、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示出了可以被用于促進使用輸入設備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)輸入設備100。

在一些實施例中，輸入設備100可以是觸摸屏界面，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。輸入設備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。

應當理解的是，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)明的實施例同樣地適用，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、光學存儲技術、磁性存儲技術、全息存儲技術、或任何其它存儲技術。

圖2是描繪根據(jù)一些實施例的輸入設備100的電容性感測設備200的框圖。為了說明和描述的清楚，圖2以簡單矩形的圖案示出了電容性感測設備200的感測元件，并且不示出諸如感測元件和處理系統(tǒng)110之間的各種互連件之類的各種部件。電極圖案250包括第一多個傳感器電極260（260-1、260-2、260-3、...、260-n）、第二多個傳感器電極270（270-1、270-2、270-3、...、270-m）、以及第三多個傳感器電極240（240-1、240-2、240-3、...、240-k）。在所示的示例中，n=m=k=4，但是一般，n、m和k每一個都是正整數(shù)，并且不一定彼此相等。電極圖案250通過路由跡線234耦合到處理系統(tǒng)110。電極圖案250的范圍可以與輸入設備100（圖1）的感測區(qū)120的范圍相同、大于或小于輸入設備100的感測區(qū)120的范圍。

在所示的示例中，傳感器電極260中的每一個具有沿圖案250的x軸延伸的長邊。多個傳感器電極260沿圖案250的y軸設置。傳感器電極270中的每一個具有沿圖案250的y軸延伸的長邊。多個傳感器電極270沿圖案250的x軸設置。每一個傳感器電極240具有沿圖案250的y軸延伸的長邊。多個傳感器電極240沿圖案250的x軸設置。一般，傳感器電極260與傳感器電極270交叉。在實施例中，傳感器電極260與傳感器電極270正交或基本上正交。一般，傳感器電極240與傳感器電極260和270中的任一者或兩者交叉。在實施例中，傳感器電極240與傳感器電極260或傳感器電極270正交或基本上正交。在所示的示例中，傳感器電極240與傳感器電極260正交。盡管電極圖案250被示出為正方形，但是電極圖案250通?？梢苑掀渌螤睿ɡ纾姌O圖案250在移動設備應用中可以是矩形）。

雖然傳感器電極240、260和270被示出為矩形，但是應當理解，傳感器電極240、260和270可以具有其它形狀。在一些實施例中，每一個傳感器電極240、260和/或270由多個電連接的子電極形成，其中每一個子電極具有限定的形狀（例如，每一個子電極可以是多邊形）。圖2中所示的傳感器電極240、260和270的相對大小是示例性的。一般，任何傳感器電極240、260和270與任何其它傳感器電極相比可以更大、更小或者是相同大小。盡管為了便于說明而示出為不同，但是每一個多個傳感器電極240、260和270在圖案250的x-y平面中的范圍可以相同或基本上相同。此外，任何多個傳感器電極240、260和270的間距（即，電極之間的間隔）與任何其它多個傳感器電極相比可以更大、更小或是相同大小。

傳感器電極260和傳感器電極270典型地彼此歐姆地隔離。在實施例中，一個或多個絕緣體將傳感器電極260和傳感器電極270分離，并防止它們彼此電短接。在一些實施例中，傳感器電極260和傳感器電極270通過在交叉區(qū)域處設置在它們之間的電介質(zhì)材料分離；在這樣的構造中，傳感器電極260和/或傳感器電極270可以形成有連接同一電極的不同部分的跨接線。可替代地，傳感器電極260和270可以以其中它們在不使用跨接線的情況下歐姆地隔離的布置而布局在層上。在一些實施例中，傳感器電極260和傳感器電極270通過一層或多層電介質(zhì)材料分離。在這樣的實施例中，傳感器電極260和傳感器電極270可以設置在公共襯底的分離的層上。在一些其它實施例中，傳感器電極260和傳感器電極270通過一個或多個襯底分離；例如，傳感器電極260和傳感器電極270可以設置在同一襯底的相對側上，或者設置在層壓在一起的不同襯底上。在一些實施例中，傳感器電極260和傳感器電極270可以設置在單個襯底的同一側上。傳感器電極240通過包括彈性層的一個或多個電介質(zhì)層與傳感器電極260、270分離。傳感器電極層的示例性布置在圖3a和3b中示出，圖3a和3b在下面描述。

傳感器電極260與傳感器電極270交叉以形成稱為跨電容的局部電容耦合的區(qū)域。傳感器電極260和270之間的跨電容形成“電容性像素”。在跨電容接近感測期間，處理系統(tǒng)110測量電容性像素以在圖案250的x-y平面內(nèi)生成“電容性圖像”（也稱為“電容性幀”）。第一多個傳感器電極260和第二多個傳感器電極270之間的跨電容隨著感測區(qū)120中的輸入對象的接近和運動而改變（即，電容性像素從一個電容性圖像改變?yōu)橄乱粋€）。

同樣，傳感器電極240與傳感器電極260或傳感器電極270交叉。在跨電容力感測期間，處理系統(tǒng)110測量傳感器電極240和傳感器電極260或270之間的跨電容，以在圖案250的x-y平面內(nèi)生成“力圖像”（也稱為“力幀”）。由第三多個傳感器電極240和第一多個傳感器電極260或第二多個傳感器電極270形成的電容性像素隨著由感測區(qū)120中的輸入對象施加到輸入設備100的力而改變（即，電容性像素從一個力圖像改變?yōu)橄乱粋€）。

在實施例中，處理系統(tǒng)110包括傳感器模塊208和確定模塊220。傳感器模塊208包括操作電極圖案250以使用電容性感測信號從傳感器電極接收結果所得信號的傳感器電路204。確定模塊220耦合到傳感器電路204。確定模塊220配置成根據(jù)從傳感器電路204接收的結果所得信號確定電容測量結果。確定模塊220還可以根據(jù)電容測量結果確定位置信息。在實施例中，確定模塊220包括處理器電路226，諸如數(shù)字信號處理器（dsp）、微處理器等。確定模塊220可以包括配置成存儲被配置用于由處理器電路226執(zhí)行以實現(xiàn)各種功能的軟件和/或固件（sw/fw230）的存儲器228，所述各種功能諸如對結果所得信號進行濾波、處理結果所得信號以確定電容測量結果、根據(jù)電容測量結果確定對象位置等。可替代地，確定模塊220的一些或所有功能可以完全以硬件（例如，使用電路232）實現(xiàn)。處理系統(tǒng)110可以包括其它模塊化配置，并且由傳感器模塊208和確定模塊220執(zhí)行的功能一般可以由處理系統(tǒng)110中的一個或多個模塊或電路執(zhí)行。

在實施例中，處理系統(tǒng)110包括具有傳感器模塊208、確定模塊220以及任何其它（一個或多個）模塊和/或（一個或多個）電路的單個集成控制器，諸如專用集成電路（asic）。在另一實施例中，處理系統(tǒng)110可以包括多個集成電路，其中傳感器模塊208、確定模塊220和任何其它（一個或多個）模塊和/或（一個或多個）電路可以在集成電路之間劃分。例如，傳感器模塊208可以在一個集成電路上，并且確定模塊220和任何其它（一個或多個）模塊和/或（一個或多個）電路可以為一個或多個其它集成電路。在一些實施例中，傳感器模塊208的第一部分可以在一個集成電路上，并且傳感器模塊208的第二部分可以在第二集成電路上。在這樣的實施例中，第一集成電路和第二集成電路中的至少一個包括其它模塊的至少部分，諸如顯示驅動器模塊。

處理系統(tǒng)110執(zhí)行力感測和/或接近感測（也稱為“觸摸感測”）。處理系統(tǒng)110在力感測時段中執(zhí)行力感測并且在接近感測時段中執(zhí)行接近感測。力感測時段和接近感測時段可以與其它時段交錯，諸如顯示更新時段。在實施例中，處理系統(tǒng)110與接近感測依次（insequence）執(zhí)行力感測（例如，力感測的（一個或多個）時段跟在接近感測的（一個或多個）時段之后）。在另一實施例中，處理系統(tǒng)110與接近感測同時地執(zhí)行力感測（例如，力感測時段和接近感測時段是單個感測時段）。處理系統(tǒng)110可以執(zhí)行跨電容接近感測或絕對電容接近感測中的任一者或兩者。在各種實施例中，處理系統(tǒng)110執(zhí)行跨電容力感測。如本文所使用的術語“跨電容感測”包括跨電容接近感測和跨電容力感測二者。

處理系統(tǒng)110使用電極圖案250的一個或多個“觸摸電極”執(zhí)行接近感測。觸摸電極包括傳感器電極260和傳感器電極270。對于跨電容接近感測，觸摸電極包括“觸摸發(fā)射器電極”和“觸摸接收器電極”。在實施例中，傳感器電極260是觸摸發(fā)射器電極，并且傳感器電極270是觸摸接收器電極。在另一實施例中，傳感器電極260是觸摸接收器電極，并且傳感器電極270是觸摸發(fā)射器電極。

處理系統(tǒng)110使用電極圖案250的一個或多個“力電極”執(zhí)行力感測。力電極包括傳感器電極240以及多個傳感器電極260或多個傳感器電極270，這取決于傳感器電極240的布置。在所示的示例中，傳感器電極240與傳感器電極260交叉，并且因而力電極包括傳感器電極240、260。在另一實施例中，傳感器電極240與傳感器電極270交叉，并且因而力電極包括傳感器電極240、270。對于跨電容力感測，力電極包括力發(fā)射器電極和力接收器電極。在實施例中，傳感器電極240是力發(fā)射器電極，并且其它力電極是力接收器電極。在另一實施例中，傳感器電極240是力接收器電極，并且力電極是力發(fā)射器電極。

傳感器電路204包括模擬前端（afe）206和發(fā)射器（tx）210。每一個afe206配置成測量傳感器電極上的電壓、電流或電荷，并生成結果所得信號。每一個afe206可以包括各種電路，包括積分放大器或電流輸送器、采樣器、解調(diào)器、一個或多個濾波器、模數(shù)轉換器（adc）等的任何組合。每一個發(fā)射器210配置成利用發(fā)射器信號驅動傳感器電極。發(fā)射器信號可以是時變信號（例如，正弦信號、方波信號、三角波信號等）或恒定信號。例如，發(fā)射器信號可以是相對于參考電壓（例如，系統(tǒng)接地）的時變電壓或相對于參考電壓的恒定電壓。時變發(fā)射器信號可以具有固定的振幅、頻率和相位?？商娲?，可以調(diào)制時變發(fā)射器信號的振幅、頻率和相位中的至少一個。每一個發(fā)射器210可以包括配置成生成具有所選擇的特性的發(fā)射器信號的信號發(fā)生器電路。

在跨電容感測中，利用發(fā)射器信號驅動的傳感器電極是“發(fā)射器電極”，并且從其接收結果所得信號的傳感器電極是“接收器電極”。在實施例中，電極圖案250中的一些電極僅能夠為接收器電極，而其它電極僅能夠為發(fā)射器電極?？商娲兀姌O圖案250中的一些電極能夠在一種模式下為接收器電極，并且在另一模式下為發(fā)射器電極。afe206耦合到接收器電極，并且發(fā)射器210耦合到發(fā)射器電極。傳感器電路204可以包括用于電極圖案250中的每一個接收器電極的至少一個afe206?？商娲?，傳感器電路204可以包括比接收器電極少的afe206，并且處理系統(tǒng)110可以包括復用邏輯，以在操作期間選擇性地將（一個或多個）afe206耦合到每一個接收器電極。同樣，傳感器電路204可以包括用于電極圖案250中的每一個發(fā)射器電極的至少一個發(fā)射器210?？商娲?，傳感器電路204可以包括比發(fā)射器電極少的發(fā)射器210，并且處理系統(tǒng)110可以包括復用邏輯，以在操作期間選擇性地將（一個或多個）發(fā)射器210耦合到每一個發(fā)射器電極。在絕對電容感測中，afe206使用電極圖案250的傳感器電極來生成結果所得信號，因為沒有“發(fā)射器”或“接收器”的概念。

在絕對電容接近感測中，傳感器電路204中的afe206相對于參考信號測量觸摸電極上的電壓、電流或電荷，以生成結果所得信號。每一個參考信號可以是時變或恒定的（例如，時變電壓信號或恒定電壓信號）。對于每一個接近感測時段，確定模塊220根據(jù)結果所得信號生成絕對電容值（統(tǒng)稱為“絕對電容接近測量結果”）。確定模塊220可以在多個接近感測時段上確定多個絕對電容接近測量結果，以檢測感測區(qū)120中的（一個或多個）輸入對象。

在跨電容接近感測中，傳感器電路204中的發(fā)射器210利用發(fā)射器信號驅動觸摸發(fā)射器電極。傳感器電路204中的afe206測量觸摸接收器電極上的電壓、電流或電荷以生成結果所得信號。結果所得信號包括感測區(qū)120中的（一個或多個）輸入對象和發(fā)射器信號的影響。對于每一個接近感測時段，確定模塊220根據(jù)結果所得信號生成跨電容值（統(tǒng)稱為“跨電容接近測量結果”）。確定模塊220可以在多個接近感測時段上確定多個跨電容接近測量結果，以檢測感測區(qū)120中的（一個或多個）輸入對象。

在跨電容力感測模式下，傳感器電路204中的發(fā)射器210利用發(fā)射器信號驅動力發(fā)射器電極。傳感器電路204中的afe206測量力接收器電極上的電壓、電流或電荷以生成結果所得信號。結果所得信號包括輸入設備100上的（一個或多個）輸入對象所施加的力和發(fā)射器信號的影響。對于每一個力感測時段，確定模塊220根據(jù)結果所得信號生成跨電容值（統(tǒng)稱為“跨電容力測量結果”）。確定模塊220可以在多個力感測時段上確定多個跨電容力測量結果，以檢測輸入設備100上的（一個或多個）輸入對象所施加的力。

處理系統(tǒng)110可以根據(jù)在力感測期間確定的一個或多個跨電容力測量結果確定力信息?？珉娙萘y量結果可以是力圖像或標量力值，這取決于傳感器電極340的布置。如果存在多個傳感器電極340，則跨電容力測量結果可以是力圖像，其捕獲力的幅度以及所施加的力在電極圖案250的x-y平面內(nèi)的定位二者。如果存在單個傳感器電極304，則跨電容力測量結果可以是指示所施加的力的幅度的標量力值，或者指示所施加的力沿電極圖案250的單個軸的幅度的力分布圖（profile）。力信息可以與位置信息組合以確定輸入對象的位置和由輸入對象所施加的力二者。在另一實施例中，可以測量力的幅度以確定標量力值。標量力值可以與位置信息組合以生成力圖像或力分布圖。

在一些實施例中，處理系統(tǒng)110“掃描”電極圖案250以確定電容測量結果。在任何跨電容模式下，處理系統(tǒng)110利用發(fā)射器信號驅動發(fā)射器電極。處理系統(tǒng)110可以操作發(fā)射器電極，使得一次一個發(fā)射器電極進行發(fā)射，或多個發(fā)射器電極同時發(fā)射。在多個發(fā)射器電極同時發(fā)射的情況下，這些多個發(fā)射器電極可以發(fā)射相同的發(fā)射器信號且有效地產(chǎn)生較大的發(fā)射器電極，或這些多個發(fā)射器電極可以發(fā)射不同的發(fā)射器信號。例如，多個發(fā)射器電極可以根據(jù)一種或多種編碼方案來發(fā)射不同的發(fā)射器信號，所述編碼方案使得能夠獨立地確定它們對從接收器電極獲得的結果所得信號的組合影響。處理系統(tǒng)110可以單獨地或共同地操作接收器電極以獲取結果所得信號。

在絕對接近感測模式下，處理系統(tǒng)110可以一次從一個觸摸電極接收結果所得信號，或者一次從多個觸摸電極接收結果所得信號。處理系統(tǒng)110可以同時驅動沿一個或多個軸的所有觸摸電極。在一些示例中，處理系統(tǒng)110可以驅動沿一個軸（例如，x軸）的觸摸電極，而利用屏蔽信號、保護信號等驅動沿另一個軸（例如，y軸）的觸摸電極。在一些示例中，處理系統(tǒng)110驅動沿一個軸的一些觸摸電極，并且同時驅動沿另一個軸的一些觸摸電極。

輸入設備100的基線電容是在感測區(qū)120中沒有輸入對象的情況下的電容測量結果?；€電容隨著環(huán)境和操作條件而改變，并且處理系統(tǒng)110可以以各種方式估計基線電容。例如，在一些實施例中，當沒有輸入對象存在時，處理系統(tǒng)110進行基線電容測量結果（例如，跨電容接近測量結果、絕對電容接近測量結果、跨電容力測量結果），并且使用那些基線測量結果作為基線電容的估量。確定模塊220可以計及電容測量結果中的基線電容，并且因而電容測量結果可以被稱為“增量電容測量結果”。因而，如本文所使用的術語“電容測量結果”包括相對于所確定的基線的增量測量結果。

在一些觸摸屏實施例中，第一多個傳感器電極260和第二多個傳感器電極270中的至少一個包括被用在更新顯示的顯示面板280的一個或多個顯示電極，諸如“vcom”電極（公共電極）、柵電極、源電極、陽極電極和/或陰極電極的一個或多個段。這些顯示電極可以設置在適當?shù)娘@示屏襯底上。例如，顯示電極可以設置在一些顯示屏（例如，平面切換（ips）或平面到線切換（pls）有機發(fā)光二極管（oled））中的透明襯底（玻璃襯底、tft玻璃或任何其它透明材料）上、在一些顯示屏（例如，圖案化垂直對齊（pva）或多域垂直對齊（mva））的濾色玻璃的底部上、在發(fā)射層（oled）之上等。顯示電極也可以稱為“公共電極”，因為顯示電極執(zhí)行顯示更新和電容性感測的功能。在各種實施例中，第一多個傳感器電極260和/或第二多個傳感器電極270的每一個傳感器電極包括一個或多個公共電極。在其它實施例中，第一多個傳感器電極260的至少兩個傳感器電極或第二多個傳感器電極270的至少兩個傳感器電極可以共享至少一個公共電極。此外，在一個實施例中，第一多個傳感器電極260和第二多個電極270二者都設置在顯示面板280的顯示器內(nèi)。下面關于圖3a-3b描述示例性顯示面板堆疊。另外，顯示堆疊中的傳感器電極260、270中的至少一個可以包括公共電極。然而，在其它實施例中，僅第一多個傳感器電極260或第二多個傳感器電極270（但不是兩者都）設置在顯示堆疊內(nèi)，而其它傳感器電極在顯示器外部（例如，設置在濾色玻璃的相對側上）。傳感器電極240可以設置在顯示堆疊中或顯示堆疊外部。

圖3a是描繪根據(jù)實施例的顯示面板280a的橫截面的框圖。顯示面板280a是上述顯示面板280的具體實現(xiàn)方式。在實施例中，顯示面板280a包括形成在顯示器315上的多個層，其包括透鏡302（例如，玻璃層或其它透明層）、觸摸電極層304和彈性層306。顯示器315包括偏光器層308、力電極層310、顯示單元312和其它顯示層314。一般，觸摸電極層304設置在彈性層306上方，并且力電極層310設置在彈性層306下方。

觸摸電極層304包括觸摸發(fā)射器電極和觸摸接收器電極。例如，觸摸電極層304可以包括上述電極圖案250的傳感器電極260、270。在本示例中，觸摸電極層304的觸摸電極直接安置在透鏡302上。彈性層306包括具有特定彈性模量的彈性材料。彈性層306可以響應于施加到透鏡302的力而暫時變形，并且在力從透鏡302移除之后恢復到其原始形狀。力電極層310包括力電極。例如，力電極層310可以包括上述電極圖案250的傳感器電極240。在本示例中，力電極層310的力電極被安置在顯示單元312的頂部上，諸如在顯示單元312的濾色玻璃的頂部上。顯示單元312可以取決于顯示器的類型而包括各種層，諸如用于lcd顯示器的層或用于oled顯示器的層。其它顯示層314可以包括例如偏光器和背光。

圖3b是描繪根據(jù)實施例的顯示面板280b的橫截面的框圖。顯示面板280b是上述顯示面板280的具體實現(xiàn)方式。在實施例中，顯示面板280b包括形成在顯示器324上的多個層，其包括透鏡302、清澈（clear）粘合劑層316、第一觸摸電極層304-1、電介質(zhì)層318、第二觸摸電極層304-2、彈性層306、電介質(zhì)層320和清澈粘合劑層322。一般，第一觸摸電極層304-1通過電介質(zhì)層318與第二觸摸電極層304-2分離。第一和第二觸摸電極層304-1和304-2設置在力電極層310上方。彈性層306將第二觸摸電極層304-2與力電極層310分離。

觸摸電極層304-1包括觸摸接收器電極或觸摸發(fā)射器電極。例如，觸摸電極層304-1可以包括上述電極圖案250的傳感器電極260或270。在本示例中，觸摸電極層304-1的觸摸電極被安置在電介質(zhì)層318的頂部上。電介質(zhì)層318可以是塑料層，諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯（pet）。電介質(zhì)層318通過清澈粘合劑層316固定到透鏡302。觸摸電極層304-2可以包括不是觸摸電極層304-1的一部分的其它多個傳感器電極260或270。在本示例中，觸摸電極層304-2的觸摸電極被被安置在電介質(zhì)層318的底部上。在本示例中，力電極層310的力電極被安置在電介質(zhì)層320的頂部上。電介質(zhì)層320可以是塑料層，諸如pet。電介質(zhì)層320通過清澈粘合劑層322固定到顯示器324。顯示器324可以是lcd、oled等顯示器。

圖3a和3b中所示的顯示面板堆疊僅僅是其中可以采用本文描述的觸摸和力電極的兩個示例性堆疊。一般，顯示面板280包括設置在輸入表面下方的一個或多個觸摸電極層。（一個或多個）觸摸電極層通過彈性層與力電極層分離。

在實施例中，力電極層310包括單個力電極，諸如單個導電板。在實施例中，力電極層310包括顯示器的導電層，諸如抗靜電層。

圖4是描繪根據(jù)實施例的由輸入對象施加到輸入設備100的力的示意性橫截面。輸入對象（例如，手指）向輸入表面（例如，透鏡302）施加力，所述輸入表面繼而使具有（一個或多個）觸摸電極層304的襯底402彎曲。襯底402在透鏡302和彈性層306之間包括這些層。襯底402的彎曲使彈性材料306變形，并使觸摸電極的至少一部分朝向力電極層310的力電極偏轉。由于一些觸摸電極移動得更靠近力電極，所以所測量的電容相對于基線力電容而改變。當力從輸入表面移除時，彈性層306恢復到其原始形狀，并且觸摸電極相對于力電極返回到其原始位置。

當輸入對象觸摸或接近輸入表面時，觸摸電極檢測到輸入對象的存在。也就是說，輸入對象影響觸摸發(fā)射器電極和觸摸接收器電極之間的跨電容。當輸入對象向輸入表面施加力時，力電極檢測到所施加的力。也就是說，力影響力發(fā)射器電極和力接收器電極之間的跨電容。力感測和接近感測不相互作用，因為力發(fā)射器信號被設計為在時間、頻率和/或編碼方面是正交的或基本上正交的，如下面進一步描述的。此外，輸入對象通過觸摸電極從力發(fā)射器信號屏蔽。屏蔽的有效性取決于觸摸電極的布置。由觸摸電極所消耗的電極圖案250的x-y區(qū)域越多，屏蔽越好。此外，彈性層306的壓縮不引起觸摸跨電容測量結果的可察覺改變。例如，彈性層306可以比觸摸電極的間距更薄，使得觸摸發(fā)射器電極和觸摸接收器電極之間的電場的大部分形成在輸入表面上方。

在實施例中，如果觸摸電極被用于絕對感測，則力電極層310中的傳感器電極240可以利用保護觸摸電極的保護信號來驅動。以這種方式，彈性層306的壓縮不影響絕對電容測量結果并提供低背景電容。

圖5是描繪根據(jù)實施例的輸入設備處的力和接近感測的方法500的流程圖。方法500開始于步驟502處，其中傳感器電路204利用觸摸發(fā)射器信號驅動觸摸發(fā)射器電極。在實施例中，力發(fā)射器電極是傳感器電極240，并且當利用觸摸發(fā)射器信號驅動觸摸發(fā)射器電極時，傳感器電路204利用保護信號驅動傳感器電極240。例如，處理系統(tǒng)110可以與接近感測時段依次執(zhí)行力感測時段。在這樣的情況下，在接近感測期間，傳感器電極240可以保持浮動或利用恒定電壓驅動?？商娲兀诓襟E504處，可以利用與觸摸發(fā)射器信號相同或類似的保護信號來驅動傳感器電極240。

在步驟506處，確定模塊220從觸摸接收器電極獲取跨電容接近測量結果。在實施例中，在步驟508處，傳感器電路204從觸摸接收器電極接收觸摸結果所得信號。在步驟510處，確定模塊220確定觸摸接收器電極和觸摸發(fā)射器電極之間的跨電容的改變。處理系統(tǒng)110可以在每一個接近感測時段期間執(zhí)行步驟502和506。

在步驟512處，傳感器電路204利用力發(fā)射器信號驅動力發(fā)射器電極。在實施例中，在步驟514處，傳感器電路204依次驅動力發(fā)射器電極和觸摸發(fā)射器電極。也就是說，處理系統(tǒng)110與接近感測時段依次執(zhí)行力感測時段。也就是說，力發(fā)射器信號和觸摸發(fā)射器信號在時間上是正交的。在另一實施例中，在步驟516處，傳感器電路204使用正交發(fā)射器信號同時地驅動力發(fā)射器電極和觸摸發(fā)射器電極。也就是說，處理系統(tǒng)110與接近感測時段同時地執(zhí)行力感測時段。在這樣的情況下，力發(fā)射器信號可以在頻率或編碼中的至少一個方面與觸摸發(fā)射器信號正交。也就是說，力發(fā)射器信號和觸摸發(fā)射器信號可以使用例如正交頻分復用（ofdm）、碼分復用（cdm）、或者導致在數(shù)學上可分離的信號的其它調(diào)制技術而基本上是正交的。

在實施例中，力發(fā)射器信號和觸摸發(fā)射器信號的頻率可以相互正交或基本上正交。在另一實施例中，可以使用不同的、調(diào)制發(fā)射器信號的cdm碼，使得發(fā)射器信號相互正交（例如，力和發(fā)射器信號之間的內(nèi)積為零[正交]或接近零[基本上正交]）。觸摸結果所得信號和力結果所得信號通過基于正交頻率的解調(diào)和濾波或者基于正交cdm碼的解擴而分離。

在步驟518處，確定模塊220從力接收器電極獲取跨電容力測量結果。力接收器電極可以是觸摸接收器電極或觸摸發(fā)射器電極，這取決于觸摸電極相對于傳感器電極240的布置，如上面所討論的。在實施例中，在步驟520處，傳感器電路204從力接收器電極接收力結果所得信號。在步驟522處，確定模塊220確定力發(fā)射器電極和力接收器電極之間的跨電容的改變。

處理系統(tǒng)110可以在每一個力感測時段期間執(zhí)行步驟512和518。如上所述，力感測時段可以與接近感測時段挨次或與接近感測時段同時。因而，步驟512和518可以與步驟502和506同時地執(zhí)行。步驟512和518是力感測的過程500的部分，其中傳感器電極240是力發(fā)射器電極并且一組傳感器電極260、270是力接收器電極。

圖6是描繪根據(jù)另一實施例的用于力感測的方法550a的流程圖。在方法550a中，傳感器電極240是力接收器電極，并且一組傳感器電極260、270是力發(fā)射器電極。方法550a可以被用于代替圖5中所示的過程550。方法550a開始于步驟602處，其中傳感器電路204利用力發(fā)射器信號驅動觸摸發(fā)射器電極。在實施例中，傳感器電路204依次發(fā)射觸摸發(fā)射器信號和力發(fā)射器信號。也就是說，傳感器電路204首先在接近感測時段期間利用觸摸發(fā)射器信號驅動觸摸發(fā)射器電極，然后在力感測時段期間利用力發(fā)射器信號驅動觸摸發(fā)射器電極。可替代地，在步驟606處，傳感器電路204在組合感測時段期間同時地發(fā)射觸摸發(fā)射器信號和力發(fā)射器信號的正交組合。

在步驟608處，確定模塊220從力接收器電極（例如，傳感器電極240）獲取跨電容力測量結果。在實施例中，在步驟610處，傳感器電路204從力接收器電極接收力結果所得信號。在步驟612處，確定模塊220確定觸摸發(fā)射器電極和力接收器電極之間的跨電容的改變。

呈現(xiàn)了本文中所闡述的實施例和示例以便最佳地解釋根據(jù)本技術的實施例及其特定應用，并且以由此使得本領域技術人員能夠做出和使用本發(fā)明。然而，本領域技術人員將認識到的是，僅僅出于說明和示例的目的，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。

鑒于前述內(nèi)容，本公開的范圍由跟在其后的權利要求書確定。