CN104272233B - 使用接近感测的手势架构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于检测用户手势的基于接近的***和方法。多个接近感测电路中的每一个可以收集数字数据。每一接近感测电路可包含经配置以发射和接收电磁信号的天线和经配置以在一个或多个方向中屏蔽通过所述天线发射的信号的屏蔽驱动器。可以基于经由天线从另一接近感测电路接收到的电磁信号来收集数字数据。可以通过一个或多个用户接近手势来修改接收到的电磁信号。可以通过协调电路接收来自所述多个接近感测电路中的每一个的数字数据。所述协调电路可以从接收自所述多个接近感测电路中的每一个的数字数据中产生协调数字数据。协调数字数据可被配置用于确定用户执行了一个或多个用户接近手势。

Description

使用接近感测的手势架构
技术领域
本发明涉及电子装置领域，并且更具体地说涉及用于使用接近感测来检测和解释手势的架构。
背景技术
手势是用户的意在与消费型产品或计算装置交互的身体移动的通用术语。使用电容性触摸感测的手势的一个熟悉的实例是“捏”或旋转移动以在例如智能电话和平板计算机等产品的触摸屏上操纵图像。
但是，在其中基于手势的用户输入将是合意的许多情境中，触摸手势可能并不安全或可行。举例来说，在驾驶时定位和按压按钮以便水平移动或缩放GPS显示器可能会消耗驾驶员的过多注意力，因而不太安全。因此，将需要所述领域中的改进。
发明内容
一个实施例涉及用于检测和解释用户接近手势的接近感测***，其将在其中基于触摸的手势可能不安全或不可行的情境中启用手势。接近手势是基于用户(或受用户控制的器具，例如触笔)的接近而感测到或检测到的手势，其不需要用户(或受用户控制的器具)身体上触摸感测元件。本发明的实施例涉及此用于基于接近感测的手势检测和解释的方法和经配置以实施所述方法的***。
所述***可包含多个接近感测电路、一个协调电路，并且在一些实施例中包含一个解释电路。接近感测电路中的每一个可包含经配置以发射和接收电磁信号的天线和经配置以在一个或多个方向中屏蔽通过所述天线发射的信号的屏蔽驱动器。所述接近感测电路、协调电路和解释电路中的每一个还可包含经配置以实施所述方法的若干方面的逻辑。
协调电路可以耦合到接近感测电路中的每一个。根据一组实施例，协调电路和所述多个接近感测电路中的每一个可以经由单向数据耦合而耦合。协调电路也可耦合到解释电路。在一些实施例中，所述***可以进一步包含单个柔性衬底，所述多个接近感测电路和所述协调电路可以位于所述柔性衬底上。在这种情况下，不同组件可以经由连接(例如，通信总线)永久地耦合，这些连接也位于所述单个柔性衬底上。在其它实施例中，接近感测电路和协调电路可以不位于单个衬底上和/或分开的组件可经配置以经由可分离的连接器而耦合。可以如下执行所述方法。
所述多个接近感测电路中的每一个可以收集数字数据。可以基于经由天线从另一接近感测电路接收到的电磁信号来收集数字数据。在一些实施例中，所述多个接近感测电路可经配置以用协调方式发射和接收电磁信号。举例来说，在一组实施例中，在第一时间，第一接近感测电路可发射第一电磁信号，而第二接近感测电路接收第一电磁信号。接着，在第二时间，第二接近感测电路可发射第二电磁信号，而第一接近感测电路接收第二电磁信号。
如上文所示，每一接近感测电路可包含一屏蔽驱动器。接近感测电路的屏蔽驱动器可经配置以在一个或多个方向中屏蔽通过接近感测电路的天线发射的信号。这可包含用通过所述天线发射的信号来同相地驱动所述屏蔽驱动器，以便在所述一个或多个方向中屏蔽通过所述天线发射的信号。
可以通过一个或多个用户接近手势来修改接收到的电磁信号。在一些实施例中，通过所述多个接近感测电路中的每一个收集的所述数字数据可以是从另一接近感测电路接收到的电磁信号的信号强度的数字表示；在这种情况下，可以通过所述一个或多个用户接近手势修改所述电磁信号的信号强度。
可以通过协调电路接收来自所述多个接近感测电路中的每一个的数字数据。协调电路可以根据调度从所述多个接近感测电路中的每一个接收所述数字数据；在一些实施例中，所述协调电路可以一次从一个接近感测电路接收数字数据。
在一些实施例中，可以通过协调电路提供所述多个接近感测元件的协调。举例来说，协调电路可以控制在任何给定时间哪个(哪些)接近感测电路发射数据和哪个(哪些)接近感测电路收集数据，和/或可以控制在任何给定时间协调电路从哪个接近感测电路接收数字数据。因而，在一些实施例中，协调电路可以实际上执行传感器和从传感器接收到的数据的时间多路复用。
所述协调电路可以从接收自所述多个接近感测电路中的每一个的数字数据产生协调(例如，时间多路复用的)数字数据。换句话说，协调数字数据可包含来自所述多个接近感测电路中的每一个的数字数据。
协调数字数据可以经配置用于确定用户执行了一个或多个用户接近手势。在一些实施例中，解释电路可以接收协调数字数据，解释电路可以解释协调数字数据。协调数字数据的解释可包含确定用户执行了一个或多个用户接近手势。
在一些实施例中，所述多个接近感测电路可包含两个接近感测电路。两个接近感测电路可经配置以产生经配置用于检测和解释在一个维度(例如，沿通过两个接近感测电路之间的线路限定的轴的维度)中的手势的数字数据。在其它实施例中，所述多个接近感测电路可包含三个、四个或另一数目个接近感测电路。在此些实施例中，所述多个接近感测电路可经配置以产生经配置用于检测和解释在两个或甚至三个维度中的手势的数字数据。
低成本、高体积消费型电子装置中的接近感测提出了特定一组难题。此类装置倾向于呈现嘈杂环境，这会夸大信令、路由、屏蔽、滤波和其它设计选择的效应。根据一组实施例，多个分散传感器元件(各自包含一个屏蔽驱动器，并且在本地产生数字数据)的协调使用可以产生作为这些难题的解决方案的上述方法的许多优点。
使用多个分散传感器元件(例如，所述多个接近感测电路)可以提供相对于***的实施方案的增加的灵活性。经配置以基于接近来检测手势的***通常可以依赖于彼此相隔某一距离并且甚至可能在装置的相对末端处的天线的分布。并非将包含分布式天线的***严格地实施为单个集成电路，而是可以有利地使用可以耦合到协调电路(例如，主IC)的分散传感器电路(例如，从属IC)实施所述***。
在每一接近感测元件中使用一个屏蔽驱动器可以在产生和检测电磁场的变化方面提高接近感测电路的效率，方法是通过减少附近金属表面或其它场失真元件的场失真效应。
类似地，通过接近感测电路使用数字测量值(或本地转换成数字信息)和将数字信号路由到协调和/或解释电路，相对于使用模拟测量值和路由模拟信号可能是有利的。传递数字数据可能不需要传递模拟数据将必需的屏蔽水平(例如，在此类通常嘈杂的环境中)，由此提供较简单的并且潜在地成本较低的解决方案。
因而，根据本发明的实施例而实施的***可以表示用于感测和解释用户的接近手势的一种有效的***，其足够灵活和便宜从而可以适合于在多种多样的电子和计算装置中实施。
附图说明
当配合以下图式考虑优选实施例的以下详细描述时，可以获得对本发明的更好理解，其中：
图1A-1C说明根据一组实施例的示范性接近感测***；
图2A-2B说明根据一组实施例的不具有屏蔽驱动器的发射器-接收器***和具有屏蔽驱动器的发射器-接收器***；
图3是说明根据一组实施例的用于收集接近感测数据的方法的流程图；
图4是说明根据一组实施例的从接近感测电路到协调电路的数据传送的时序图；
图5是说明根据一组实施例的包含两个接近感测电路的接近感测***的框图；
图6是说明根据一组实施例的包含四个接近感测电路的接近感测***的框图；
图7-8说明根据一组实施例的用于从属IC和主IC的可能引脚配置；
图9-10分别说明根据一组实施例的接近感测电路的PCB和柔性电路实施方案的顶面和底面；以及
图11A-11B说明根据一组实施例的接近感测电路在带槽框上的可能布置。
虽然本发明易有各种修改以及替代形式，但在附图中借助于实例展示并且在本文中详细地描述了其具体实施例。但是，应理解，本发明的图式和实施方式并不希望将本发明限制于所揭示的特定形式，而是相反，目的是涵盖所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替代方案。
具体实施方式
以下是本申请中使用的术语词汇表：
存储媒体-各种类型的存储器装置或存储装置中的任一种。术语“存储媒体”意在包含安装媒体，例如，CD-ROM、软性磁盘或磁带装置；计算机***存储器或随机存取存储器，例如DRAM、DDR RAM、SRAM、EDO RAM、Rambus RAM等；或非易失性存储器，例如磁性媒体，例如硬驱动器或光学存储装置。存储媒体还可包括其它类型的存储器或其组合。此外，存储媒体可以位于其中执行程序的第一计算机中，或者可以位于经由例如因特网等网络连接到第一计算机的第二不同计算机中。在后一个例子中，第二计算机可以向第一计算机提供程序指令以用于执行。术语“存储媒体”可包含两个或更多个存储器媒体，其可以驻留在不同位置中，例如，在经由网络连接的不同计算机中。
计算机***-各种类型的计算或处理***中的任一种，包含个人计算机***(PC)、大型主机计算机***、工作站、网络设备、因特网设备、个人数字助理(PDA)、电视***、网格计算***或其它装置或装置的组合。总的来说，术语“计算机***”可以宽泛地限定为涵盖任何具有执行来自存储媒体的指令的至少一个处理器的装置(或装置的组合)。
本发明的实施例涉及一种用于检测和解释接近手势的***和方法。手势是用户的意在与消费型产品或计算装置交互的身体移动的通用术语。使用电容性触摸感测的手势的一个熟悉的实例是“捏”或旋转移动以在例如智能电话和平板计算机等产品的触摸屏上操纵图像。
接近手势是用于用户的物理上不接触传感装置的身体移动的更特定的术语。换句话说，接近手势是基于用户(或受用户控制的器具，例如触笔)的接近而感测到或检测到的手势，其不需要用户(或受用户控制的器具)物理上触摸感测元件。举例来说，手势的一个常用的非接触式应用是视频控制台对用户用于游戏交互的移动的辨识。
对于特定应用，接近手势的使用可能对情境敏感。举例来说，左－右手势在对应应用中可能意味着可解释为“下一图片”、“翻页”或“音量增加”，并且在不同的应用中根本没有意义。在一些情境中，接近手势用户交互***可能基于安全或可行性而尤其合乎期望。举例来说，在驾驶时定位和按压按钮以便水平移动或缩放GPS显示器可能会消耗驾驶员的过多注意力，因而不太安全，但是使用手势执行这些功能可能就不会这样。在许多实施例中，接近感测***的所期望检测范围对于大多数应用可以从4到12"变动，但是，多种(例如，专门的)***可以具有替代的(例如，更大或更小)的有效范围。
本发明的实施例涉及用于实施接近手势的一种简单、高效并且因而潜在低成本的***和方法。具体来说，可以强调所述***作为一个整体的简单、效率和成本，而并不忽略各个组件的简单、效率和成本。
图1A-1C-示范性接近感测***
图1A说明根据一组实施例的示范性接近感测***100。接近感测***100可适合用于多种应用中。举例来说，接近感测***100可以适合用于移动装置中，例如蜂窝式电话或智能电话，便携型媒体播放器，电子阅读器，例如Kindle或Nook，平板计算机，膝上型计算机，或桌上型计算机***，信息查询一体机，汽车控制面板，或其中将需要实施检测和解释用户的接近手势的能力的多种其它***中的任一种中。
如图所示，***100可包含多个感测电路102a-b(在本文中也称为“接近感测电路”，其各自可能能够发射和/或接收电磁信号(例如，使用相应天线104a-b)。一个传感器产生的电磁信号可以在产生传感器的附近形成电磁场。每个另一传感器都可能能够例如通过测量信号强度来监视电磁场。如果一个对象(例如用户的手106)干扰电磁场，这将影响例如在可以监视电磁场的任何传感器处测量到的电磁场的信号强度。
在一组实施例中，感测电路102可包含一个或多个电容性感测输入，其经配置以通过检测另一传感器产生的电磁场中的变化来接收用户输入。举例来说，电容性感测输入可包含导电材料(例如导电铜迹线)，其经配置以在激发后即刻形成一个或多个电容器。通过干扰(例如人的手指或其它导电输入机构的接近)引起的电场强度的变化(例如，电容变化)可以被测量和/或被发射到另一***元件，例如协调电路108。其它电磁场强度/干扰感测技术也是可能的，并且接近感测输入的实施方案的细节的大量变化可以是可能的，并且应被视为在本发明的范围内。
在一些实施例中，感测电路可以交替或轮流发射或接收电磁信号。举例来说，虽然在图1中感测电路102a在发射而感测电路102b在接收，但是在稍后时间，感测电路102b可以发射电磁信号(由此产生电磁场)，而感测电路102a可以接收电磁信号(例如，监视电磁场/测量电磁信号的信号强度)。
因而，感测电路102可以基于电磁场的信号强度测量值产生原始数据。通过交替地发射/接收(可能用快速的方式)，不同传感器的组合原始数据可以包含充足信息来确定感测电路102附近的对象的多种特性，例如基本存在、形状、相对于感测电路102的位置、移动方向(例如在一个维度、两个维度或三个维度中，取决于感测电路102的数目和敏感度)、移动速度等中的一个或多个。
但是，可能难以或不可能根据单个感测电路的各个原始数据来确定此类特性。因此，感测电路102可以耦合到协调电路108。协调电路可以提供对感测电路102的协调和控制，例如，以便产生相干的并且可使用的数据集。举例来说，协调电路108可以向各个感测电路102指示何时使用其相应天线104发射以及何时接收。协调电路108还可用受控制的方式(例如，根据调度和/或基于经由其天线104接收到的电磁信号基于感测电路102何时在记录数据)经由耦合元件(例如，有线通信总线)从各个感测电路102中的每一个接收原始数据。
可以向解释电路110提供协调电路108产生的协调数据集以便解释。如上文所示，来自感测电路102的数据可以用来确定感测电路102附近的对象的多种特性。解释电路110可以经配置以分析和解释协调数据集，并且确定用户已经在感测电路102附近执行一个或多个接近手势。
图1B是接近感测***100的替代图示。如图1B中所说明，感测电路102a-b可以实施为“从属”集成电路(IC)，其具有用于天线(“XCVR”)、屏蔽驱动器和到协调电路108的原始数据输出的引脚连接。还可包含其它引脚连接。如图所示，协调电路108可以实施为“主”集成电路，其可以经由数据耦合而耦合到解释电路110。解释电路110又可以实施为主机微控制器(MCU)，其根据实施方案可以专用于接近手势解释，或者还可提供其它嵌入***控制功能。
图1C说明接近感测***100的替代实施例。应注意，如图1C中所示，“传感器”112中的每一个可包含感测电路(例如从属IC)和天线两者(例如，传感器112a可包含感测电路102a和天线104a)。如图所示，除了传感器112a-b之外，在一些实施例中还可存在额外传感器112c-d。在一些实施例中，具有两个以上传感器的***可能更适合于检测二维或三维手势。传感器112a-b展示为都向所有其它传感器发射信号(这根据一些实施例可能是合乎需要的)，但应注意在许多实施例中，一次只有一个传感器可以发射，例如，为了提供相对简单的电磁场。虽然传感器112c-d未展示为在发射信号，但是应注意，其也可能能够发射以及接收信号。因而，在一些实施例中，四个传感器112a-d中的每一个都可以轮流发射(例如，一次一个)，而其它三个传感器(例如，一次一个或多个)接收信号/监视电磁场。
以与图1B中类似的方式，在图1C的实施例中，解释电路110可以实施为主机MCU，而协调电路108可以实施为主IC。
应注意，虽然在图1A-1C中感测电路102和天线104、协调电路108和解释电路110是展示为分散的元件(并且在图1B-1C中展示为特定类型的电路)，但是应注意，必要时，这些元件的功能中的一些或所有可以组合在单个电路上(和/或使用与所展示的不同类型的电路)。举例来说，感测电路102、协调电路108和解释电路110可以按照期望实施为硬件(例如，集成电路)，实施为软件(例如，包含可通过处理器执行的程序指令的处理器和存储媒体)，或实施为硬件与软件的组合。
在一组实施例中，接近感测电路、屏蔽驱动器、协调电路和解释电路可以全部包括在单个柔性衬底上。在其它实施例中，可以使用不同(例如，硬质的)衬底或多个衬底的组合(例如，用于不同电路部分)和/或不同类型的衬底。
此外，在一些实施例中，根据其中通常可以实施所述***的类型的许多电子装置(例如，消费型装置)的较小尺寸，所述***可以相对较薄并且是光滑的。举例来说，在一组实施例中，对于电极元件和柔性电路板的一个现实的期望是0.25"宽乘以0.020"厚，其中长度是产品特定的。根据应用，许多种其它***尺寸(包含较大或较小***)和形状可以替代地是适当的。
图2A-2B-不具有和具有屏蔽驱动器的发射器-接收器***
消费型产品中的机电设计约束增加了提供接近感测手势***的难度。接近电极通常可以直接位于金属套壳或带槽框上，这将使电磁场短路，并且将噪声和静电放电(ESD)注射到敏感信号中。为了隔离发射和接收电极与这些冲突元件，可以采用信号屏蔽驱动器。信号屏蔽驱动器可以提供发射信号的复本，其驱动电极与入侵性金属表面之间的屏蔽层，使得发射信号不被直接短路到金属。
图2A-2B说明不具有屏蔽驱动器的发射器-接收器***200和具有屏蔽驱动器的发射器-接收器***250。如图2A中所示，如果发射器202非常接近金属底座/带槽框204或其它接地特征(如消费型电子装置中可能常见的)，那么场线将被强烈地吸引到附近的接地。因此，接收器206附近的电磁场将相对较弱，这可能会对接收器206产生对感测接近手势有用的数据的能力造成不利影响。
相比之下，在图2B中屏蔽驱动器208展示为与发射信号同相驱动。在这种情况下，场线(例如，表示由于发射器202发射电磁信号而产生的电磁场)总地来说突出离开附近接地，因为屏蔽驱动器实际上在金属底座/带槽框204的方向上屏蔽信号。因此，更强的电磁场可以朝向接收器206突出，如通过朝向接收器206突出的增加数目的场线所指示。这又可能提高接收器206产生的数据在其检测和解释用户接近手势时的有用性方面的质量。数据的更高质量总的来说可能是因为信号强度更大，和/或更确切地说是因为在具有屏蔽驱动器的情况下可能因为用户接近手势发生的信号强度变化大于在不具有屏蔽驱动器的情况下来自类似用户接近手势的信号强度变化。
图3-用于收集接近感测数据的方法
图3是说明用于收集接近感测数据的示范性方法的流程图。图3中展示的方法可以结合以上图中展示的任何***以及其它***使用。在各种实施例中，可并行地执行、以不同于所展示的次序执行或省略所述方法要素中的一些。按照期望，还可执行额外的方法要素。如图所示，这个方法可以如下操作。
在302中，可以通过多个接近感测电路中的每一个收集数字数据。每个接近感测电路可包含经配置以发射和接收电磁信号的天线。根据一些实施例，所述天线可以是经配置以产生电磁场/电容性测量电磁场强度的简单电极。按照期望，天线可以替代地是任何其它类型的天线。
每一接近感测电路还可包含一屏蔽驱动器。所述屏蔽驱动器可经配置以在一个或多个方向中屏蔽通过天线发射的信号。举例来说，屏蔽驱动器可以安置在天线与入侵方向(例如，其中存在金属表面或其它电磁场失真特征的方向)之间，并且可以与天线同相驱动，以便在屏蔽驱动器的方向中(并且因而还在入侵方向中)屏蔽天线所发射的信号。
可以基于经由天线从另一接近感测电路接收到的电磁信号来收集数字数据。在一些实施例中，所述多个接近感测电路可经配置以用协调方式发射和接收电磁信号，使得在任何给定时间，所述多个接近感测电路只有一个在发射，而一个(或更多个)其它接近感测电路在基于发射信号接收和收集数字数据。举例来说，在第一时间，第一接近感测电路可发射第一电磁信号，而第二接近感测电路可接收第一电磁信号。接着，在第二时间，第二接近感测电路可发射第二电磁信号，而第一接近感测电路可接收第二电磁信号。根据一些实施例，第一和第二接近感测电路可以用重复方式交替地发射-接收-发射等。
在一些实施例中，可以通过一个或多个用户接近手势来修改接收到的电磁信号。举例来说，如果用户在接近感测电路附近执行手势，那么手势可能会修改或干扰接近感测电路中的一个产生的电磁场。当时正在收集数据的接近感测电路处的接收信号强度因此可能受到影响。
如先前指出，在许多实施例中，可以通过消费型电子装置执行所述方法，消费型电子装置通常可能会为可能潜在地非常敏感的技术提供一个敌对环境。举例来说，虽然电容性触摸传感器的典型电容变化大约为100fF，但是非接触式接近传感器可能仅仅经历5fF的电容变化。传导和辐射的噪声频谱装满了来自WiFi、GSM和开关功率供应的信号，并且这些干扰信号通常是由用户在仅几厘米的距离外施加，原因在于用户的其它个人装置的便携性质。必须智能地处理信号路由和噪声滤波。没有屏蔽的情况下，传送模拟信号可能是不可行的，而屏蔽通信管线可能会代表不合意的费用。出于这个原因，可能需要在接近感测电路处收集信号数据，或者将信号数据转换成数字形式。
所属领域的技术人员将认识到，不同手势(包含在不同位置中执行的类似手势)可能对于电磁场具有不同效应。在一些实施例中，接近感测元件可以在数据收集之间足够快速地交替(和/或多个接近感测元件可以同时收集数据，例如，在具有三个或更多个接近感测元件的***中)，从而使得多个接近感测电路可以在单个用户接近手势期间收集信号强度数据。可以在接近感测电路所收集的数字数据中收集信号强度随时间和在不同位置(例如，接近感测电路的不同位置)的差异。
在304中，协调电路可以接收数字数据。可以经由耦合元件从所述多个接近感测电路中的每一个接收数字数据。在一组实施例中，每一接近感测电路可以通过单个有线通信总线耦合到协调电路。其它类型的耦合元件也是可能的。
在一组实施例中，耦合可以是单向数据耦合。换句话说，耦合可以经过配置，使得可以仅仅在一个方向中(例如，从接近感测电路到协调电路)发射数据。在一些实施例中，这作为节省成本和/或空间的特征(例如，在一些实施例中可以使用单线接口)可能是合乎需要的，并且可以减少数字开销。根据一组实施例，可以使用能够发射100kbps串行数据流(当通电时)的单向数据总线。必要时可以替代地使用其它(例如，较高或较低)数据速率，包含不同量级的数据速率。
应注意，数据耦合的单向性质可能并不排除协调电路的所述部分上的所有控制元件；举例来说，根据一些实施例，可以使用一个实施受协调电路控制的功率管理的通信总线。换句话说，虽然通信总线可以被配置用于仅仅从从属设备向主机传送数据，但是主机可经配置以控制通信总线是被加电还是断电。在其中实施所述方法的***是由电池供电(这在许多消费型电子装置中当然是常见的)的实施例中，功率管理能力可能尤其重要。协调和/或解释电路可经配置以高效地管理传感器的工作循环，使得没有能量浪费。
虽然出于上文提供的原因，在一些实施例中单向数据耦合可能是合乎需要的，但是在其它实施例中，双向通信(使用被配置用于双向通信的耦合元件/通信总线)可能是合乎需要的。举例来说，在一些实施例中，双向通信可能是合乎需要的，使得协调电路可以提供配置信息例如用于重新校准接近感测电路，并且与简单地为数据连接供电/断电相比提供更高水平的传感器协调。
在306中，协调电路可以产生协调数字数据。协调数字数据可包含来自所述多个接近感测电路中的每一个的数字数据。协调数字数据可包含经同步的实时传感器数据，其经配置用于尤其在相对嘈杂的环境中确定用户执行了一个或多个用户接近手势。
协调电路的任务可以是多路复用传感器操作。换句话说，协调电路可以控制在任何给定时间哪个接近感测电路发射和哪个(哪些)接近感测电路在收集数据。在一些实施例中，协调电路可以根据有规律的调度来协调接近感测电路，使得接近感测元件执行的任务是以有规律的重复的时间间隔执行。协调电路可经配置以经由供给接近感测电路的功率控制(例如，通过单向数据总线，如上所述)和/或经由配置消息(例如，通过双向数据总线，如上文替代地描述)而控制接近感测电路。协调电路还可基于主机(例如，解释电路)提供的策略来执行传感器功率管理。在一些实施例中，可以部分或全部通过手动控制(例如，通过引脚搭接)来配置接近感测电路。
协调电路可以从传感器收集数据，并且将经同步的数据集传递到解释电路(例如，主机)。根据一组实施例，协调电路可以用100Hz的更新速率将经同步的数据传送到解释电路。必要时可以替代地使用任何其它更新速率。可以使用通用通信总线(例如I2C)或多种其它通信总线中的任一种来提供用于数据和配置的基于寄存器的接口。
在308中，可以解释协调数字数据。可以通过解释电路来解释协调数字数据，如上文所示，根据一些实施例，解释电路可以是主机控制器。解释电路可经配置以例如根据协调电路的更新速率来处置常规数据通信。根据一组实施例，可以例如根据协议开销和单个模式传送对块模式传送以大约10-40Kbps执行数据传送(这可以按照期望加以配置)。举例来说，在一组实施例中，可以用100Hz的更新速率接收大约50-100位的传感器信息。这在一些实施例中可以允许在50-100ms的周期中进行决策(例如，手势解释)；其它决策时间范围也是可能的。可以按照期望替代地使用包含不同传感器信息量的其它数据传送速率。在一些实施例中，解释电路还可包含用于存储的专用RAM。举例来说，在一组实施例中，解释电路可经配置以在任何给定时间存储和利用100-200个数据集(例如，表示相当于1-2秒的原始手势数据)。可以按照期望(例如根据其它期望的实施细节)使用多种处理负荷和程序存储器尺寸中的任一种。
解释协调数字数据可包含确定用户执行了一个或多个用户接近手势。举例来说，根据一组实施例，可以使用一个算法基于协调数字数据以充足精确度来确定在接近感测电路的一个或多个附近的受用户控制的对象的方向、速度、尺寸和/或位置中的一个或多个以便识别受用户控制的对象所执行的手势。用户行为可能让人困惑，但是虽然可以容许多种多样的手势速度和信号强度，但是还是应当使误差最小化。
因此，解释电路使用的算法可以进一步经配置以避免误解不是意图用作手势的移动。举例来说，协调数字数据可以含有足够的信息，并且解释算法可以充分复杂，以便避免将在接近感测电路附近飞的昆虫误解为用户执行的手势，例如，基于根据昆虫的尺寸和/或昆虫的运动质量产生的协调数字数据的差异。解释算法(和解释所基于的协调数字数据)也可经配置以同样避免误解其它不希望的手势，包含用户执行的不希望的手势。
应注意，虽然在一些实施例中，协调电路和解释电路可以实施为分散的电路(例如，如上所述使用I2C或其它总线在其间进行通信)，但在其它实施例中，协调电路和解释电路可以实施为单个电路。举例来说，用于手势分析和实时传感器控制的组合控制器可以具有许多优点，包含成本较低，无需通信总线，和在研发期间和在生产时较为灵活。举例来说，对于协调电路使用MCU，可以在研发阶段期间提供非常合乎需要的灵活性。或者，或另外(例如，在稍后研发阶段)，可以将组合部分提交给状态机，例如，用于减少成本和能量消耗并且提高效率(但可能牺牲了灵活性)。
或者，分析部分可以移动到另一主机控制器(例如，现存的MCU，例如笔记本键盘控制器或USB读卡器控制器)，使得固件可以紧密耦合到***的其余部分并且仅仅在一个位置发展和维持。在这种情况下，仅仅实时传感器控件(例如，协调电路)可以保持在IC中，并且在一些实施例中可以被视为寄存器可配置的专用标准产品(ASSP)。
图4-时序图
图4是说明根据一组实施例的从接近感测电路到协调电路的数据传送的时序图400。在所展示的实施例中，可以使用具有受主机控制的功率管理的单向通信总线执行数据传送。当启用传感器以测量(例如，经由通信总线上的供电)时，其可以为内部块通电、执行测量和输出100kbps的串行数据流。这可以一直继续，直到主机通过将数据线拉低(此时传感器可以下电)停用传感器为止。
如图所示，在一组实施例中，通信总线可以根据内部100KHz时钟操作。数据发射可包含围绕数据本身的极少开销(例如，几个同步位，几个识别传感器数目和类型的位，和一个停止位)。
虽然图4中展示的时序图400所说明的示范性***表示用于接近感测电路与协调电路之间的通信的一个可能的***，但是其它***也是可能的，并且因此图4和其说明不应被视为整体限制本发明。
图5-示范性***图
图5是说明包含两个接近感测电路的一个可能***500的框图。在图5的示范性***500中，接近感测电路中的每一个可以是8个引脚的集成电路(IC)。主IC502可以充当协调电路和接近感测电路两者，而从属IC504可以仅仅充当接近感测电路。从属IC504可以经由数据耦合(例如单向或双向通信总线，例如根据各种实施例在本发明中其它地方所描述)耦合到主IC502。主IC502可以经由数据耦合接收从属IC504的数据，并且经由活动工作循环管理从属IC504的功率，并且可以对传感器信号进行排序以避免争用。
主IC502还可耦合到主机微控制器(MCU)506，其可以充当解释电路。主IC502和主机MCU506可以使用双向数据耦合(例如，双向通信总线)耦合，其可以用于供主IC502将协调传感器数据传送到主机MCU506，并且用于供主机MCU506将配置信息传送到主IC502。如图所示，在一组实施例中，主IC502与主机MCU506之间的数据总线可以利用三个引脚，而主IC502与从属IC504之间的总线可以利用单个引脚。主502和从属504IC中的每一个可包含经配置用于天线连接(例如，接近感测元件)和屏蔽驱动器的引脚。主502和从属504IC中的每一个还可包含电源引脚(例如，Vdd和接地)。从属IC504还可包含用于手动引脚搭接(例如，为了手动配置IC参数/配置设置)的三个配置引脚。
如图所示，天线连接可包含左天线508和右天线510。图5中展示的两个传感器的***可能适合于一维手势检测(例如，左右平面中的手势)。虽然左右定向可能适合于一些应用，但是其它定向(例如，上下、对角线或另一定向)可能适合于其它应用并且也可使用。
图6-示范性***图
图6是说明包含四个接近感测电路的一个可能***600的框图。如图所示，图6的***600可以基本上在架构上类似于图5的***500，其中显著的例外是***包含两个额外从属IC604b-c，并且主IC602包含用于数据耦合以耦合到两个额外从属IC604b-c的两个额外引脚。
因而，在图6的示范性***600中，主IC602可以是10个引脚的集成电路，而从属IC604a-c中的每一个可以是8个引脚的集成电路。与图5的***一样，主IC602可以充当协调电路和接近感测电路两者，而从属IC604a-c可以仅仅充当接近感测电路。从属IC604a-c可以经由通信总线(例如单向或双向通信总线，例如根据各种实施例在本发明中其它地方所描述)耦合到主IC602。主IC602可以经由通信总线接收从属IC604a-c的数据，并且经由活动工作循环管理从属IC604a-c的功率，并且可以对传感器信号进行排序以避免争用。
类似于图5的***500，主IC602也可耦合到主机微控制器(MCU)606，主机微控制器可以充当解释电路。主IC602和主机MCU606可以使用双向数据耦合(例如，双向通信总线)耦合，双向数据耦合可以用于供主IC602将协调传感器数据传送到主机MCU606，并且用于供主机MCU606将配置信息传送到主IC602。如图所示，在一组实施例中，主IC602与主机MCU606之间的数据总线可以利用三个引脚，而主IC602与相应从属IC604之间的每一总线可以利用单个引脚。主602和从属604a-c的IC中的每一个可包含经配置用于天线连接(例如，接近感测元件)和屏蔽驱动器的引脚。主602和从属604a-c IC中的每一个还可包含电源引脚(例如，Vdd和接地)。从属IC604a-c还可包含用于手动引脚搭接(例如，为了手动配置IC参数/配置设置)的三个配置引脚。
图6的***600(具有四个接近感测电路)可能适合于检测和解释在两个或甚至三个维度中执行的手势。举例来说，天线608、610、612、614可以在左右和上下两个定向中被定向，并且可以充分敏感，从而基于天线608、610、612、614收集的数据，可以解释在深度维度中实施的接近手势的移动以及在左右和上下方向中实施的接近手势的移动。
应注意，虽然图5-6中展示的接近感测***表示两个可能的接近感测***，但是所属领域的技术人员将认识到，可以按照期望使用许多种其它***配置(包含不同组件和/或用不同方式实施的类似组件)，并且在图5-6中展示和相对于其描述的接近感测***不应被视为整体限制本发明。
图7-8-IC图
图7-8说明用于例如在图5和6中所说明的那些的从属和主IC的可能的引脚配置。图7A说明用于经配置以控制单个从属IC的主IC700的可能的引脚配置，而图7B说明用于经配置以控制三个从属IC的主IC750的可能的引脚配置。
如图所示，主IC700和主IC750两者均可包含电源引脚Vdd(引脚1)和GND(引脚2)。引脚3-5可以专用于一个用于在主IC700(或750)与解释电路(例如，主机MCU)之间进行通信的通信总线。主IC700可包含用于与其单独从属IC通信的单个引脚(引脚6)，而主IC750可包含用于与其三个从属IC通信的三个引脚(引脚6-8)。主IC700可包含屏蔽驱动器连接和接近感测元件(例如，天线/电极)连接作为其最后两个引脚(引脚7-8)。主IC750也可包含屏蔽驱动器连接和接近感测元件(例如，天线/电极)连接作为其最后两个引脚(引脚9-10)。
图8说明用于从属IC800的可能的引脚配置，所述从属IC例如可通过图7A-B中展示的主IC700或主IC750受到控制。如图所示，从属IC800可包含电源引脚Vdd(引脚1)和GND(引脚2)。从属IC800可包含用于与其主IC通信的单个引脚(引脚3)。引脚4-6可以专用于不同的引脚搭接配置选项。举例来说，可经由引脚4-6的引脚搭接而调整(例如，调整成不同的硬译码组合)的参数可包含敏感性/增益，平均化/滤波，例如负△计数等数字特征，噪声阻断，最大持续时间和重新校准。从属IC800还可包含屏蔽驱动器连接和接近感测元件(例如，天线/电极)连接作为其最后两个引脚(引脚9-10)。
应注意，虽然图7-8中所说明的引脚配置表示主IC和从属IC的一组可能的引脚配置，但是可以按照期望使用许多种其它配置，并且在图7-8中展示和相对于其描述的配置不应被视为整体限制本发明。
图9-10-示范性PCB和柔性电路实施方案
图9A-9B说明根据一组实施例实施接近感测电路的印刷电路板(PCB)900的顶面和底面。图10A-10B说明根据一组实施例的实施接近感测电路的柔性电路1000的顶面和底面。
如图所示，对于PCB和柔性电路实施方案两者，接近感测电路的实施方案可以是类似的(例如，包含从属IC，屏蔽驱动器，天线，模式引脚和电源和通信总线连接)。主要差异可能在于在PCB实施方案中使用3个引脚的连接器，其可以使用电缆耦合到其它***元件(例如，电源和协调电路)。相比之下，柔性电路的柔性衬底可以允许电源和通信总线连接经由永久性耦合直接继续到其它***元件。这在一些实施例中可能是合乎需要的，以便消除例如PCB实施方案中展示的3个引脚的连接器等连接器。
应注意，虽然图9-10中所说明的PCB和柔性电路实施方案表示接近感测电路的两个可能的实施方案，但是可以按照期望使用许多种其它实施方案，并且在图9-10中展示并且相对于其描述的实施方案不应被视为整体限制本发明。
图11A-B-带槽框实施方案
图11A-11B说明带槽框上的接近感测电路的可能布置，例如，沿其中实施接近感测***的电子装置的边缘。
如图11A中所示，一个可能的布置包含中心在带槽框1100的顶部/底部/左/右边缘中的每一个处的接近感测电路。如图所示，主模块1102(例如，包含主IC)可以沿底部边缘放置，并且可以耦合到主机MCU1104。主模块1102可包含到从属IC1106a-c中的每一个的连接，所述从属IC的中心可以位于带槽框1100的顶部、左和右边缘中的每一个上。这个布置对于传感器位置可能是合意的(例如，根据手势解释算法)，并且必要时可以使用，但是，这个设计可能难以使用柔性电路实施，并且因而在一些实施例中例如图11B中展示的替代布置可能更合意。
在图11B中展示的布置中，接近感测电路可以位于带槽框1100的拐角中的每一个处。主模块1102可以沿右下角放置，并且可以耦合到主机MCU1104。主模块1102可包含到从属IC1106a-c中的每一个的连接，所述从属IC可以位于带槽框1100的左上、左下和右上拐角中的每一个处。这个布置在一些实施例中可能更合意，因为“L”形图案可能相对容易嵌套在柔性电路片上。此外，在带槽框的拐角中可能更经常接近电缆。传感器的拐角位置可能也是合意的(同样根据手势解释算法)，例如，因为在此实施例中这种位置可能能够为上/下和右/左提供冗余信息。
应注意，虽然图11A和11B表示矩形带槽框上的两个可能传感器布置，但是其它带槽框形状和传感器布置(例如，在带槽框上或在其它位置中)也是可能的，并且根据应用可能更合意。因此，图11A-11B中展示的和相对于其描述的实施方案不应被视为整体限制本发明。
尽管上文已相当详细地描述了实施例，但所属领域的技术人员一旦完全理解以上揭示便将明显看出众多变化和修改。希望将所附权利要求书解释为包涵所有此类变化和修改。

Claims (20)

1.一种接近感测***，所述***包括：
多个天线布置，其中每一天线布置包括电极和屏蔽电极；
与所述多个天线布置相关联的多个接近感测电路，其中每一接近感测电路被配置为在发射模式中将交流信号发射到相关联的天线布置的电极，且被配置为在接收模式中从所述相关联的天线布置的电极接收电磁信号；
屏蔽驱动器，其在所述发射模式中经配置以产生供应给所述屏蔽电极的屏蔽信号；以及
逻辑，其经配置以基于经由相关联的天线布置从另一接近感测电路接收到的电磁信号来收集数字数据，其中所述接收到的电磁信号通过一个或多个用户接近手势被修改；
协调电路，其中所述协调电路耦合到所述多个接近感测电路中的每一个，其中所述协调电路包括经配置以进行以下操作的逻辑：
将所述多个接近感测电路中的一者设置成所述发射模式且将所述多个接近感测电路中的其余接近感测电路设置成所述接收模式；
从所述多个接近感测电路中的所述其余接近感测电路接收数字数据；以及
从接收自所述多个接近感测电路中的所述其余接近感测电路的所述数字数据中产生协调数字数据，其中所述协调数字数据包括来自所述多个接近感测电路中的所述其余接近感测电路中的每一个的所述数字数据，其中所述协调数字数据被配置用于确定用户执行了所述一个或多个用户接近手势。
2.根据权利要求1所述的接近感测***，其中通过所述逻辑收集的所述数字数据包括从已经被设置成所述接收模式的接近感测电路接收到的所述电磁信号的信号强度的数字表示，其中所述电磁信号的所述信号强度能够通过一个或多个用户接近手势被修改。
3.根据权利要求1所述的接近感测***，其中所述接近感测电路的所述屏蔽驱动器经配置以操作于所述发射模式且经配置以产生与所述交流信号同相的所述屏蔽信号。
4.根据权利要求1所述的接近感测***，其中所述***包括第一接近感测电路和第二接近感测电路，所述第一接近感测电路和所述第二接近感测电路经配置以用协调方式发射和接收电磁信号，使得：
所述第一接近感测电路经配置以操作于所述发射模式以在第一时间发射第一电磁信号，而第二接近感测电路经配置以操作于所述接收模式以在第一时间接收所述第一电磁信号；或
所述第二接近感测电路经配置以操作于所述发射模式以在第二时间发射第二电磁信号，而所述第一接近感测电路经配置以操作于所述接收模式以在第二时间接收所述第二电磁信号。
5.根据权利要求1所述的接近感测***，其中所述协调电路逻辑经配置以根据调度从所述多个接近感测电路中的所述其余接近感测电路接收所述数字数据，其中所述协调电路逻辑经配置以一次从一个接近感测电路接收数字数据。
6.根据权利要求1所述的接近感测***，其中所述协调电路和所述多个接近感测电路中的每一个经由单向数据耦合而耦合。
7.根据权利要求1所述的接近感测***，其中所述接近感测***包括至少三个接近感测电路，其中所述一个或多个用户接近手势包括至少两个维度中的至少一个接近手势。
8.根据权利要求1所述的接近感测***，其中所述接近感测***包括至少四个接近感测电路，其中所述一个或多个用户接近手势包括在三个维度中的至少一个接近手势。
9.根据权利要求1所述的接近感测***，其中所述***进一步包括解释电路，其中所述解释电路包括经配置以进行以下操作的逻辑：
接收所述协调数字数据；
解释所述协调数字数据，其中所述解释确定用户执行了所述一个或多个用户接近手势。
10.根据权利要求1所述的接近感测***，所述***进一步包括单个柔性衬底，其中所述多个接近感测电路和所述协调电路包括在所述单个柔性衬底上。
11.一种用于使用多个接近感测电路以及相关联的天线布置收集接近感测数据的方法，其中每一天线布置包括电极和屏蔽电极，所述方法包括：
将所述多个接近感测电路中的一者配置为发射器，其中交流信号被供应给相关联的天线布置的所述电极且屏蔽信号被供应给所述相关联的天线布置的所述屏蔽电极；
将所述多个接近感测电路中的其余接近感测电路配置为接收器，其中通过相关联的天线布置的电极来接收电磁信号；
通过所述多个接近感测电路中的所述其余接近感测电路收集数字数据；
通过协调电路从所述多个接近感测电路中的所述其余接近感测电路中的每一个接收所述数字数据；以及
通过所述协调电路从接收自所述多个接近感测电路中的所述其余接近感测电路的所述数字数据中产生协调数字数据，其中所述协调数字数据包括来自所述多个接近感测电路中的所述其余接近感测电路的所述数字数据，其中所述协调数字数据被配置用于确定用户执行了一个或多个用户接近手势。
12.根据权利要求11所述的方法，其中通过所述多个接近感测电路中的所述其余接近感测电路收集的所述数字数据包括从已经被设置成发射模式的接近感测电路接收到的电磁信号的信号强度的数字表示，其中能够通过一个或多个用户接近手势修改所述电磁信号的所述信号强度。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述接近感测电路的屏蔽驱动器经配置以操作于发射模式且经配置以产生与所述交流信号同相的所述屏蔽信号。
14.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括∶
在第一时间：
第一接近感测电路被配置为发射器以用于发射第一电磁信号；
第二接近感测电路被配置为接收器以用于接收所述第一电磁信号；
在第二时间：
所述第二接近感测电路被配置为发射器以用于发射第二电磁信号；
所述第一接近感测电路被配置为接收器以用于接收所述第二电磁信号。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述协调电路根据调度从所述多个接近感测电路中的所述其余接近感测电路接收所述数字数据，其中所述协调电路一次从一个接近感测电路接收数字数据。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述协调电路和所述多个接近感测电路中的每一个经由单向数据耦合而耦合。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个接近感测***包括至少三个接近感测电路，其中所述一个或多个用户接近手势包括至少两个维度中的至少一个接近手势。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个接近感测***包括至少四个接近感测电路，其中所述一个或多个用户接近手势包括三个维度中的至少一个接近手势。
19.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括∶
通过解释电路接收所述协调数字数据；
通过所述解释电路解释所述协调数字数据，其中所述解释确定用户执行了所述一个或多个用户接近手势。
20.一种集成的接近感测电路，所述电路包括：
经配置以与第一电极连接的第一外部引脚，其中在发射模式中所述第一外部引脚被配置为输出以发射交流信号，且在接收模式中所述第一外部引脚被配置为输入以从所述电极接收电磁信号；
屏蔽驱动器，其连接到第二外部引脚，所述第二外部引脚经配置以与屏蔽电极相连接，其中在所述发射模式中所述屏蔽驱动器经配置以产生屏蔽信号；
逻辑，其经配置以基于通过所述第一外部引脚接收到的电磁信号来收集数字数据；以及
控制接口，其中所述集成的接近感测电路被配置为从装置，所述从装置可操作以接收操作于所述发射模式或所述接收模式的配置数据，
其中所述控制接口经配置以基于所接收到的信号发送数字数据以由主装置用于确定用户执行了一个或多个用户接近手势。
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