CN107340938A - 用于电容性感测设备的电荷共享 - Google Patents

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CN107340938A CN201710228750.8A CN201710228750A CN107340938A CN 107340938 A CN107340938 A CN 107340938A CN 201710228750 A CN201710228750 A CN 201710228750A CN 107340938 A CN107340938 A CN 107340938A
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Abstract

公开用于操作多个传感器电极的输入设备和相关联的处理***以及方法。该方法包括在第一时间段期间将多个传感器电极中的第一部分驱动到第一电压。第一部分对应于第一数量的传感器电极。该方法还包括在第一时间段期间将多个传感器电极中的第二部分驱动到小于第一电压的第二电压。第二部分对应于第二数量的传感器电极。第一数量和第二数量基于用来驱动第一和第二部分的多个数字码。该方法还包括在第一部分和第二部分之间转移电荷以将第二部分驱动到中间电压，并且在第二时间段期间将第二部分从中间电压驱动到第一电压。

Description

用于电容性感测设备的电荷共享
技术领域
本发明的实施例一般涉及用于操作具有显示设备的输入设备的技术，所述显示设备具有集成的感测设备。
背景技术
包括接近传感器设备（通常也被称为触摸板或触摸传感器设备）的输入设备被广泛用在各种各样的电子***中。接近传感器设备典型地包括常常通过表面区分的感测区，接近传感器设备在该感测区中确定一个或多个输入对象的存在、位置和/或运动。接近传感器设备可以被用来为电子***提供界面。例如，接近传感器设备常常被用作较大计算***（诸如集成在笔记本或桌上型计算机中的或者作为笔记本或桌上型计算机外设的不透明触摸板）的输入设备。接近传感器设备还常常在较小的计算***（诸如集成在蜂窝电话中的触摸屏）中使用。
发明内容
在此描述的一个实施例是包括多个传感器电极的输入设备。输入设备还包括处理***，处理***配置成在第一时间段期间将多个传感器电极中的第一部分驱动到第一电压，第一部分对应于第一数量的传感器电极。处理***还配置成在第一时间段期间将多个传感器电极中的第二部分驱动到小于第一电压的第二电压。第二部分对应于第二数量的传感器电极，并且第一数量和第二数量基于用来驱动第一部分和第二部分的多个数字码。处理***还配置成在第一部分与第二部分之间转移电荷以将第二部分驱动到第一电压与第二电压之间的中间电压，并且在第二时间段期间将第二部分中的至少一个传感器电极从中间电压驱动到第一电压。
在此描述的另一实施例是包括驱动器电路的处理***，驱动器电路配置成在第一时间段期间将多个传感器电极中的第一部分驱动到第一电压，第一部分对应于第一数量的传感器电极。驱动器电路还配置成在第一时间段期间将多个传感器电极中的第二部分驱动到小于第一电压的第二电压。第二部分对应于第二数量的传感器电极，并且第一数量和第二数量基于用来驱动第一部分和第二部分的多个数字码。处理***还包括耦合电路，耦合电路配置成选择性地耦合第一部分与第二部分，据此将第二部分驱动到第一电压与第二电压之间的中间电压。驱动器电路还配置成在第二时间段期间将第二部分从中间电压驱动到第一电压。
在此描述的另一实施例是一种方法，该方法包括在第一时间段期间并且使用驱动器电路，将多个传感器电极中的第一部分驱动到第一电压，第一部分对应于第一数量的传感器电极。该方法还包括在第一时间段期间并且使用驱动器电路，将多个传感器电极中的第二部分驱动到小于第一电压的第二电压。第二部分对应于第二数量的传感器电极，并且第一数量和第二数量基于用来驱动第一部分和第二部分的多个数字码。该方法还包括在第一部分与第二部分之间转移电荷以将第二部分驱动到第一电压与第二电压之间的中间电压，以及在第二时间段期间将第二部分从中间电压驱动到第一电压。
附图说明
为了本发明的以上记载的特征可以被详细地理解所用的方式，可以通过参考实施例来得到以上简要地概述的本发明的更具体的描述，所述实施例中的一些实施例在附图中例示。然而，要注意的是，附图仅示意本发明的示例性实施例，并且因此不应被视为对其范围的限定，因为本发明可以容许其他同样有效的实施例。
图1是根据一个实施例的输入设备的示意性框图。
图2和3例示根据一个实施例的示例性传感器电极布置的部分。
图4A例示根据一个实施例的用于发射多路复用信号的示例性布置。
图4B和4C例示根据一个实施例的用于发射多路复用信号的示例性数字码的应用。
图5例示根据一个实施例的包括用于电荷共享的耦合电路的示例性输入设备。
图6是示出了根据一个实施例的耦合电路在感测周期内的示例性操作的时序图。
图7是根据一个实施例使用电荷共享发射信号的方法。
为了便于理解，在可能的情况下使用了相同的参考数字来标明各附图共有的相同的元件。可以预见的是，在没有特定记载的情况下在一个实施例中公开的元件可以被有益地用在其他实施例中。在此引用的附图不应当被理解为按照比例绘制，除非特别说明。此外，为了呈现和解释的清楚性，附图通常被简化并且细节或组件被省略。附图和讨论用于解释以下所讨论的原理，其中相似的标记表示相似的元件。
具体实施方式
下面的详细描述本质上仅是示例性的，并且不意图限制本公开内容或其应用和使用。此外，不存在由前述技术领域、背景技术、发明内容或者下面的具体实施方式中所给出的任何明示或暗示理论进行约束的意图。
在此描述的实施例一般包括输入设备和相关联的处理***、以及用于在由选定的多路复用方案所定义的组中的发射器电极之间的电荷共享的方法。使用诸如码分复用（CDM）的技术执行信号的多路复用可以通过使用更小组的发射器电极来传统地执行，以实现降低的功耗和/或实现更小的计算开销。然而，使用更大数量的传感器电极可以有益于增加输入设备的信噪比（SNR）以及提升输入感测性能。增加的SNR还可以允许在更短的感测时间段期间完成输入感测，这可以允许额外的时间用于执行其他处理功能（诸如显示更新）。因此，在此讨论的电荷共享技术可以在提升感测性能的同时降低功耗。
示例性输入设备实现方式
图1是根据本技术的实施例的输入设备100的示意性框图。在各种实施例中，输入设备100包括与感测设备集成的显示设备。输入设备100可以配置成向电子***150提供输入。如本文档中所使用的，术语“电子***”（或者“电子设备”）泛指能够电子地处理信息的任何***。电子***的一些非限制性示例包括所有大小和形状的个人计算机，诸如桌上型计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板电脑、网络浏览器、电子书阅读器以及个人数字助理（PDA）。另外的示例电子***包括复合型输入设备，诸如包括输入设备100和独立操纵杆或按键开关的物理键盘。其他示例电子***包括诸如数据输入设备（包括远程控制器和鼠标）和数据输出设备（包括显示屏和打印机）之类的***设备。其他示例包括远程终端、信息亭、和视频游戏机（例如视频游戏控制台、便携式游戏设备等等）。其他示例包括通信设备（包括蜂窝式电话，诸如智能电话），以及媒体设备（包括录音机，编辑器、和诸如电视的播放器、机顶盒、音乐播放器、数字照片相框和数字照相机）。另外，电子***可以是输入设备的主机或从机。
输入设备100可以实施为电子***的物理部分，或者可以与电子***物理地分开。视情况而定，输入设备100可以使用以下各项中的任何一个或多个来与电子***的多个部分通信：总线、网络、和其他有线或无线互连。示例包括I2C、SPI、PS/2、通用串行总线（USB）、蓝牙、RF和IRDA。
在图1中，输入设备100示出为接近传感器设备（常常也称为“触摸板”或“触摸传感器设备”），其配置成感测由感测区170中的一个或多个输入对象140提供的输入。示例输入对象包括手指和触控笔，如图1中所示。
感测区170包围输入设备100上方、周围、之内和/或附近的任何空间，在其中输入设备100能够检测用户输入（例如由一个或多个输入对象140提供的用户输入）。特定感测区的大小、形状和位置可能随着不同实施例变化很大。在一些实施例中，感测区170在一个或多个方向上从输入设备100的表面延伸到空间中直到信噪比阻碍足够准确的对象检测为止。在各种实施例中，该感测区170在特定方向上延伸的距离可能是大约小于一毫米、几毫米、几厘米或更多，并且可以随着所使用的感测技术的类型和期望的准确度而显著变化。因此，一些实施例感测下面这样的输入：其包括不与输入设备100的任何表面的接触、与输入设备100的输入表面（例如触摸表面）的接触、与耦合以一定量的外加力或压力的输入设备100的输入表面的接触、和/或其组合。在各种实施例中，输入表面可能由传感器电极存在于其中的壳体的表面、由在传感器电极或任何壳体上应用的面板来提供等。在一些实施例中，感测区170在被投影到输入设备100的输入表面上时具有矩形形状。
输入设备100可以利用传感器部件和感测技术的任何组合来检测感测区170中的用户输入。输入设备100包括用于检测用户输入的多个传感器电极120。输入设备100可以包括一个或多个传感器电极120，将其合并以形成传感器电极。作为若干个非限制性示例，输入设备100可以使用电容性、倒介电、电阻性、电感性、磁性、声学、超声和/或光学技术。
一些实现方式配置成提供跨越一维、二维、三维或更高维空间的图像。一些实现方式配置成提供输入沿着特定轴线或平面的投影。
在输入设备100的一些电阻性实现方式中，通过一个或多个间隔件元件将柔性且导电的第一层与导电的第二层分开。在操作期间，跨多层产生一个或多个电压梯度。按压柔性第一层可能使其足够偏斜以在各层之间产生电接触，从而产生反映各层之间的（一个或多个）接触点的电压输出。这些电压输出可被用来确定位置信息。
在输入设备100的一些电感性实现方式中，一个或多个传感器电极120拾取谐振线圈或线圈对所感应的环路电流。电流的幅度、相位和频率的某个组合然后可被用来确定位置信息。
在输入设备100的一些电容性实现方式中，施加电压或电流以产生电场。附近的输入对象导致电场的变化，并且产生电容性耦合的可检测变化，其可以作为电压、电流等的变化被检测。
一些电容性实现方式利用电容传感器电极120的阵列或者其他规则或不规则图案来产生电场。在一些电容性实现方式中，独立的传感器电极120可欧姆地短接在一起以形成更大的传感器电极。一些电容性实现方式利用电阻片，其可以是均匀电阻性的。
如上面讨论的，一些电容性实现方式利用基于传感器电极120和输入对象之间的电容性耦合的变化的“自电容”（或“绝对电容”）感测方法。在一个实施例中，处理***110配置成将已知幅度的电压驱动到传感器电极120上并且测量使传感器电极充电至驱动电压所需的电荷量。在其他实施例中，处理***110配置成驱动已知的电流并且测量产生的电压。在各种实施例中，传感器电极120附近的输入对象改变传感器电极120附近的电场，从而改变测得的电容性耦合。在一种实现方式中，绝对电容感测方法通过使用调制信号关于基准电压（例如***地）调制传感器电极120、并且通过检测传感器电极120和输入对象140之间的电容性耦合来操作。
另外，如上面讨论的，一些电容性实现方式利用基于各传感器电极之间的电容性耦合的变化的“互电容”（或“跨电容”）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象140改变各传感器电极之间的电场，从而改变测得的电容性耦合。在一种实现方式中，跨电容性感测方法通过检测一个或多个发射器感测电极（也称为“发射器电极”）和一个或多个接收器感测电极（也称为“接收器电极”）之间的电容性耦合来操作，如下面进一步讨论。可以相对于基准电压（例如***地）来调制发射器感测电极以发射发射器信号。接收器感测电极可以保持相对于基准电压基本上不变以促进对产生的信号的接收。产生的信号可以包括对应于一个或多个发射器信号、和/或对应于一个或多个环境干扰源（例如其他电磁信号）的（一个或多个）作用。感测电极可以是专用的发射器电极或接收器电极，或者可以配置成既发射又接收。
在图1中，处理***110示出为输入设备100的一部分。处理***110配置成操作输入设备100的硬件以检测感测区170中的输入。处理***110包括一个或多个集成电路（IC）和/或其他电路部件中的部分或全部。例如，用于互电容传感器设备的处理***可以包括配置成利用发射器传感器电极发射信号的发射器电路，和/或配置成利用接收器传感器电极接收信号的接收器电路。在一些实施例中，处理***110还包括电子可读指令，诸如固件代码、软件代码和/或类似的。在一些实施例中，组成处理***110的组件放置在一起，诸如在输入设备100的（一个或多个）传感器电极120附近。在其他实施例中，处理***110的组件在物理上是独立的，其中一个或多个组件靠近输入设备100的（一个或多个）传感器电极120、而一个或多个部件在别处。例如，输入设备100可以是耦接到台式计算机的***设备，并且处理***110可以包括配置成在台式计算机的中央处理单元上运行的软件以及与该中央处理单元分离的一个或多个IC（可能会具有相关联的固件）。作为另一示例，输入设备100可以物理地集成在电话中，并且处理***110可以包括作为电话的主处理器的一部分的电路和固件。在一些实施例中，处理***110专用于实施输入设备100。在其他实施例中，处理***110还执行其他功能，诸如操作显示屏、驱动触觉致动器等等。
处理***110可以实施为操控处理***110的不同功能的一组模块。每个模块可以包括电路（其是处理***110的一部分）、固件、软件或其组合。在各种实施例中，可以使用模块的不同组合。示例模块包括用于操作硬件（诸如传感器电极和显示屏）的硬件操作模块、用于处理数据（诸如传感器信号和位置信息）的数据处理模块、以及用于报告信息的报告模块。其他示例模块包括配置成操作传感器电极120来检测输入的传感器操作模块、配置成识别手势（诸如模式改变手势）的识别模块、以及用于改变操作模式的模式改变模块。处理***110还可以包括一个或多个控制器。
在一些实施例中，处理***110直接通过导致一个或多个动作来响应感测区170中的用户输入（或用户输入的缺失）。示例动作包括改变操作模式以及GUI动作（诸如光标移动、选择、菜单导航和其他功能）。在一些实施例中，处理***110向电子***的某个部分（例如向与处理***110分离的电子***的中央处理***，如果这种独立中央处理***存在的话）提供关于输入（或输入的缺失）的信息。在一些实施例中，电子***的某个部分处理从处理***110接收到的信息以作用于用户输入，诸如促进全方位的动作，包括模式改变动作和GUI动作。
例如，在一些实施例中，处理***110操作输入设备100的（一个或多个）传感器电极120以产生指示感测区170中的输入（或输入的缺失）的电信号。处理***110可以在产生提供给电子***的信息的过程中对电信号执行任何适当量的处理。例如，处理***110可以对从传感器电极120获得的模拟电信号进行数字化。作为另一示例，处理***110可以执行滤波或其他信号调节。作为又一示例，处理***110可以减去或以另外方式计及基线，以使得信息反映电信号和基线之间的差别。作为再一示例，处理***110可以确定位置信息、将输入识别为命令、识别手写等等。
如此使用的“位置信息”广泛地包括绝对位置、相对位置、速度、加速度和其他类型的空间信息。示例性“零维”位置信息包括近/远或者接触/未接触信息。示例性“一维”位置信息包括沿着轴线的位置。示例性“二维”位置信息包括平面中的运动。示例性“三维”位置信息包括空间中的瞬时或平均速度。其他示例包括空间信息的其他表示。还可以确定和/或存储关于一种或多种类型的位置信息的历史数据，例如包括随着时间追踪位置、运动或瞬时速度的历史数据。
在一些实施例中，利用通过处理***110或通过某个其他处理***操作的附加输入部件来实施输入设备100。这些附加输入部件可以提供用于感测区170中的输入的冗余功能，或某个其他功能。图1示出感测区170附近的按钮130，其可以用来促进使用输入设备100选择项目。其他类型的附加输入部件包括滑动条、球、轮、开关等等。相反，在一些实施例中，可以在没有其他输入部件的情况下实施输入设备100。
在一些实施例中，输入设备100包括触摸屏接口，并且感测区170覆盖显示设备160的显示屏的有源区的至少一部分。例如，输入设备100可以包括覆盖显示屏的基本上透明的传感器电极，并且为相关联的电子***提供触摸屏接口。显示屏可以是能够向用户显示可视界面的任何类型的动态显示器，并且可以包括任何类型的发光二极管（LED）、有机LED（OLED）、阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子体、电致发光（EL）、或其他显示技术。输入设备100和显示设备160可以共享物理元件。例如，一些实施例可以将相同电组件中的一些用于显示和感测。作为另一示例，显示设备160可以部分或整个地由处理***110来操作。
应该理解的是，尽管在完全功能装置的上下文中描述了本公开的许多实施例，但是本公开的各机构能够被分配为采用多种形式的程序产品（例如软件）。例如，本技术的各机构可以实施并分配为能够被电子处理器读取的信息承载介质（例如能够被处理***110读取的非暂时计算机可读和/或可记录/可写信息承载介质）上的软件程序。另外，本技术的实施例等同地适用，而不管用来实施该分配的介质的特定类型。非暂时电子可读介质的示例包括各种盘、记忆棒、存储卡、存储模块等等。电子可读介质可以基于闪存、光、磁、全息或任何其他存储技术。
示例性传感器电极布置
图2和3例示根据在此描述的实施例的示例性传感器电极布置的部分。具体地说，布置200（图2）例示传感器电极图案的一部分，根据若干实施例，传感器电极配置成在与图案相关联的感测区170中感测。为了示意和描述的清楚起见，图2示出了简单矩形图案的传感器电极，并且没有示出各种相关联的组件。该传感器电极的图案包括第一批多个传感器电极205（例如，205-1、205-2、205-3、205-4）和第二批多个传感器电极215（例如，215-1、215-2、215-3、215-4）。传感器电极205、215各自是上面讨论的传感器电极120的示例。在一个实施例中，处理***110将第一批多个传感器电极205作为多个发射器电极来操作，并且将第二批多个传感器电极215作为多个接收器电极来操作。在另一实施例中，处理***将第一批多个传感器电极205和第二批多个传感器电极215作为绝对电容性感测电极来操作。
第一批多个传感器电极205和第二批多个传感器电极215通常彼此欧姆地绝缘。也就是说，一个或多个绝缘体将第一批多个传感器电极205与第二批多个传感器电极215分开，并且阻止它们彼此电短接。在一些实施例中，第一批多个传感器电极205和第二批多个传感器电极215可以布置在公共层上。多个传感器电极205、215可以被安置在它们之间交叉区域处的绝缘材料电性地分开；在这样的结构中，第一批多个传感器电极205和/或第二批多个传感器电极215可以利用连接相同电极的不同部分的跳线形成。在一些实施例中，第一批多个传感器电极205和第二批多个传感器电极215被一个或多个绝缘材料层分开。在一些实施例中，第一批多个传感器电极205和第二批多个传感器电极215被一个或多个基板分开；例如，它们可以布置在相同基板的相对面上，或者在层压在一起的不同基板上。
多个传感器电极205、215可以形成为任何需要的形状。此外，传感器电极205的大小和/或形状可以不同于传感器电极215的大小和/或形状。另外，位于基板的相同面上的传感器电极205、215可以具有不同的形状和/或大小。在一个实施例中，第一批多个传感器电极205可以比第二批多个传感器电极215更大（例如，具有更大的表面积），虽然这不是必要条件。在其他实施例中，第一和第二批多个传感器电极205、215可以具有相似的大小和/或形状。
在一个实施例中，第一批多个传感器电极205基本上在第一方向上延伸，而第二批多个传感器电极215基本上在第二方向上延伸。例如，并且如图2中示出的，第一批多个传感器电极205在一个方向上延伸，而第二批多个传感器电极在基本上正交于传感器电极205的方向上延伸。其他定向也是可能的（例如，平行或其他相对定向）。
在一些实施例中，第一和第二批多个传感器电极205、215都位于多个层（或显示叠层）外部，所述多个层一起形成显示设备160。显示叠层的一个示例可以包括多个层，诸如透镜层、一个或多个偏振器层、滤色器层、一个或多个显示电极层、显示材料层、薄膜晶体管（TFT）玻璃层、以及背光层。然而，显示叠层的其他布置是可能的。在其他实施例中，第一和第二批多个传感器电极205、215中的一个或两者都位于显示叠层内，要么作为显示相关层的一部分要么作为单独层来包含。例如，特定显示电极层中的Vcom电极可以配置成既执行显示更新又执行电容性感测。
图3的布置300例示根据若干实施例配置成在感测区170中感测的传感器电极的图案的一部分。为了示意和描述的清楚起见，图3示出了简单矩形图案的传感器电极120，并且没有示出其他相关联的组件。示例性图案包括以X列和Y行排列的传感器电极120X,Y的阵列，其中X和Y是正整数，虽然X和Y中的一个可以是零。可以预见的是，传感器电极120的图案可以具有其他配置，诸如极阵列、重复图案、非重复图案、单行或单列、或者其他适合的布置。另外，在各种实施例中，传感器电极120的数量可以逐行和/或逐列而改变。在一个实施例中，传感器电极120中的至少一行和/或一列与其他行和/或列偏离，这样它在至少一个方向上比其他行和/或列的延伸得更远。传感器电极120耦接到处理***110，并且用来确定感测区170中输入对象的存在（或其缺失）。
在第一操作模式中，传感器电极120（1201,1、1202,1、1203,1…、120X,Y）的布置可以用来经由绝对感测技术检测输入对象的存在。也就是说，处理***110配置成调制传感器电极120来获取经调制传感器电极120与输入对象之间的电容性耦合的变化的测量值以确定输入对象的位置。处理***110还配置成基于利用被调制的传感器电极120接收的所产生信号的测量值来确定绝对电容的变化。
在一些实施例中，布置300包括布置在传感器电极120中的至少两个之间的一个或多个栅电极（未示出）。（一个或多个）栅电极可以作为一组至少部分地确定多个传感器电极120的界限，并且也可以，或作为备选，完全地或部分地确定传感器电极120的一个或多个的界限。在一个实施例中，栅电极是具有多个孔径的平面体，其中每个孔径确定传感器电极120中相应的一个的界限。在其他实施例中，（一个或多个）栅电极包括多个分段，这些分段可以单独地或者成组地或者按两个或多个分段来被驱动。可以相似于传感器电极120制造（一个或多个）栅电极。（一个或多个）栅电极，与传感器电极120一起，可以利用导电布线迹线耦接到处理***110，并且用于输入对象检测。
传感器电极120典型地彼此欧姆绝缘，并且还与（一个或多个）栅电极欧姆绝缘。也就是说，一个或多个绝缘体将传感器电极120与（一个或多个）栅电极分开，并且阻止它们彼此电短接。在一些实施例中，传感器电极120和（一个或多个）栅电极被绝缘间隙分开，所述绝缘间隙可以利用电绝缘材料填充或者可以是空气间隙。在一些实施例中，传感器电极120和（一个或多个）栅电极被一个或多个绝缘材料层垂直地分开。在一些其他实施例中，传感器电极120和（一个或多个）栅电极被一个或多个基板分开；例如，它们可以布置在相同基板的相对面上、或者在不同基板上。在另外其他实施例中，（一个或多个）栅电极可以由相同基板或不同基板上的多个层组成。在一个实施例中，第一栅电极可以在第一基板（或者基板的第一面）上形成，而第二栅电极可以在第二基板（或基板的第二面）上形成。例如，第一栅电极包括布置在显示设备160的薄膜晶体管（TFT）层上的一个或多个公共电极（图1），而第二栅电极布置在显示设备160的滤色器玻璃上。第一和第二栅电极的尺寸可以是相等的或在至少一个维度上不同。
在第二操作模式下，当发射器信号被驱动到（一个或多个）栅电极上时，传感器电极120（1201,1、1202,1、1203,1…、120X,Y）可以用来经由跨越电容性感测技术检测输入对象的存在。也就是说，处理***110配置成利用发射器信号驱动（一个或多个）栅电极并且利用各传感器电极120接收所产生信号，其中所产生信号包括对应于发射器信号的作用，其可以被处理***110或其他处理器用来确定输入对象的位置。
在第三操作模式下，传感器电极120可以分成用来经由跨电容性感测技术检测输入对象的存在的发射器和接收器电极组。也就是说，处理***110可以利用发射器信号驱动第一组传感器电极120，并且利用第二组传感器电极120接收所产生信号，其中所产生信号包括对应于发射器信号的作用。处理***110或其他处理器利用所产生信号来确定输入对象的位置。
输入对象100可以配置成按上面描述模式的任何一种来操作。输入设备100还可以配置成在上面描述模式的任何两种或多种之间切换。
电容性耦合的局部化电容性感测的区域可以称为“电容性像素”、“触摸像素”、“像素”等。第一操作模式下，电容性像素可以在个体传感器电极120与基准电压之间形成；在第二操作模式下，电容性像素可以在传感器电极120与（一个或多个）栅电极之间形成；并且电容性像素可以在用作发射器电极和接收器电极的传感器电极120的组之间形成（例如，图2的布置200）。电容性耦合随着与传感器电极120相关联的感测区170中的输入对象的接近和运动而变化，并且因此可以用作输入设备100的感测区中的输入对象存在的指示器。
在一些实施例中，“扫描”传感器电极120来确定这些电容性耦合。也就是说，在一个实施例中，驱动传感器电极120的一个或多个以发射发射器信号。可以操作发射器使得一次只有一个发射器电极进行发射、或者使得多个发射器电极同时进行发射。在多个发射器电极同时发射的情况下，多个发射器电极可以发射相同的发射器信号并且由此产生实际上更大的发射器电极。备选地，多个发射器电极可以发射不同的发射器信号。例如，多个发射器电极可以根据一个或多个编码方案发射不同的发射器信号，所述编码方案使它们对接收器电极的所产生信号的组合作用能够被独立地确定。在一个实施例中，多个发射器电极可以同时发射相同的发射器信号，而接收器电极接收该作用并且根据扫描方案被测量。
可以单一地或多个地操作配置为接收器传感器电极的传感器电极120以获取所产生信号。所产生信号可以用来确定电容性像素处的电容性耦合的测量值。处理***110可以配置成以扫描方式和/或多路复用方式利用传感器电极120接收，以降低待进行的同时测量的数量、以及支撑电结构的尺寸。在一个实施例中，一个或多个传感器电极经由切换元件（诸如多路复用器等）耦接到处理***110的接收器。在这样的实施例中，切换元件可以内置于处理***110或者外置于处理***110。在一个或多个实施例中，切换元件可以进一步配置成利用发射器信号或其他信号和/或电压势来耦接传感器电极120。在一个实施例中，切换元件可以配置成将多于一个接收器电极同时耦接到公共接收器。
在其他实施例中，“扫描”传感器电极120来确定这些电容性耦合包括调制传感器电极的一个或多个并且测量该一个或多个传感器电极的绝对电容。在另一实施例中，可以操作传感器电极使得每次驱动多于一个传感器电极并且利用它们来接收。在这样的实施例中，可以同时从一个或多个传感器电极120中的每一个获得绝对电容性测量值。在一个实施例中，同时驱动传感器电极120的每个并且利用它们来接收，从而同时从传感器电极120的每个获得绝对电容性测量值。在各种实施例中，处理***110可以配置成选择性地调制传感器电极120中的一部分。例如，可以基于，但不限于，在主处理器上运行的应用、输入设备的状态、以及感测设备的操作模式来选择传感器电极。在各种实施例中，处理***110可以配置成选择性地屏蔽传感器电极120中的至少一部分，以及选择性地屏蔽（一个或多个）栅电极122或利用（一个或多个）栅电极122来发射，同时选择性地利用其他传感器电极120来接收和/或发射。
来自电容性像素的一组测量值形成代表像素处的电容性耦合的“电容性图像”（也称为“电容性帧”）。可以在多个时间段内获取多个电容性图像，并且它们之间的差异用来导出关于感测区中的输入的信息。例如，在连续的时间段内获取的连续电容性图像可以用来追踪一个或多个输入对象进入、离开以及在感测区内的（一个或多个）运动。
在上面的实施例中的任何一个中，多个传感器电极120可以组合在一起使得同时调制传感器电极120或者同时利用传感器电极120来接收。与上面描述的方法比较，将多个传感器电极组合在一起可以产生粗糙电容性图像，其可能不适用于识别精确的位置信息。然而，粗糙电容性图像可以用来感测输入对象的存在。在一个实施例中，粗糙电容性图像可以用来将处理***110或者输入对象100移出“休眠”模式或低功率模式。在一个实施例中，粗糙电容性图像可以用来将电容性感测IC移出“休眠”模式或低功率模式。在另一实施例中，粗糙电容性图像可以用来将主IC和显示驱动器的至少一个移出“休眠”模式或低功率模式。粗糙电容性图像可以对应于整个传感器区域或者只对应于传感器区域的一部分。
输入对象100的背景电容是与感测区170中没有输入对象相关联的电容性图像。背景电容随着环境和操作条件而变化，并且可以以各种方式估计。例如，当确定没有输入对象在感测区170中时，一些实施例获取“基线图像”，并且使用那些基线图像作为它们的背景电容的估计。由于两个传感器电极之间的杂散电容性耦合（其中一个传感器电极利用调制信号来驱动，而另一个相对于***地保持不变）、或者由于接收器电极与附近的经调制电极之间的杂散电容性耦合，可以存在背景电容或基线电容。在很多实施例中，背景或基线电容可以在用户输入手势的时间段内是相对不变的。
为了更有效的处理，可以针对输入设备100的背景电容来调节电容性图像。一些实施例通过“基线化”电容性像素处的电容性耦合的测量值以产生“基线化电容性图像”来完成这一点。也就是说，一些实施例将形成电容性图像的测量值与关联那些像素的“基线图像”的适当“基线值”进行比较，并且从该基线图像中确定变化。
在一些触摸屏实施例中，传感器电极120的一个或多个包括用于更新显示屏的显示的一个或多个显示电极。显示电极可以包括有源矩阵显示器的一个或多个元件，诸如分段Vcom电极（公共电极）的一个或多个分段、源驱动线、栅极线、阳极子像素电极或阴极像素电极、或者任何其他适合的显示元件。这些显示电极可以布置在适当的显示屏基板上。例如，公共电极可以布置在一些显示屏（例如，平面内转换（IPS）、边缘场转换（FFS）、或面线转换（PLS）、有机发光二极管（OLED））中的透明基板（玻璃基板、TFT玻璃、或任何其他透明材料）上、在一些显示屏（例如，图案垂直配向（PVA）或多域垂直配向（MVA））的滤色器玻璃的底部上、在发射层（OLED）上方等。在这样的实施例中，显示电极还可以称为“组合电极”，因为它执行多种功能。在各种实施例中，传感器电极120的每个包括一个或多个公共电极。在其他实施例中，至少两个传感器电极120可以共享至少一个公共电极。尽管以下说明可以描述传感器电极120和/或（一个或多个）栅电极包括一个或多个公共电极，如上面描述的各种其他显示电极也可以联合公共电极使用或者作为公共电极的备选使用。在各种实施例中，传感器电极120和（一个或多个）栅电极包括整个公共电极层（Vcom电极）。
在各种触摸屏实施例中，“电容性帧率”（获取连续电容性图像的速率）可以与“显示帧率”（显示图像被更新的速率，包括刷新屏幕以重显示相同的图像）相同或不同。在各种实施例中，电容性帧率是显示帧率的整数倍。在其他实施例中，电容性帧率是显示帧率的分数倍。在另外的实施例中，电容性帧率可以是显示帧率的任何分数或整数倍。在一个或多个实施例中，显示帧率可以改变（例如，以降低功率或以提供诸如3D显示信息的额外图像数据），而触摸帧率保持不变。在其他实施例中，显示帧率可以保持不变，而触摸帧率增加或减少。
继续参考图3，耦接到传感器电极120的处理***110包括传感器电极310，以及可选地包括显示驱动器电路320。传感器电路310包括配置成在需要输入感测的时间段期间驱动传感器电极120中的至少一个用于电容性感测的电路。在一个实施例中，传感器电路310配置成将调制信号驱动到至少一个传感器电极120上以检测该至少一个传感器电极与输入对象之间的绝对电容的变化。在另一实施例中，传感器电路310配置成将发射器信号驱动到至少一个传感器电极120上以检测该至少一个传感器电极与另一传感器电极120之间的跨电容的变化。调制信号和发射器信号一般是变化的电压信号，其包括在分配用于输入感测的时间段内的多个电压转变。在各种实施例中，可以以不同的操作模式不同地驱动传感器电极120和/或（一个或多个）栅电极。在一个实施例中，可以利用信号（调制信号、发射器信号、和/或屏蔽信号）驱动传感器电极120和/或（一个或多个）栅电极，所述信号可以在相位、幅度、和/或形状中的任何一项上不同。在各种实施例中，调制信号和发射器信号在形状、频率、幅度、和/或相位中的至少一项上是相似的。在其他实施例中，调制信号和发射器信号在频率、形状、相位、幅度、和相位上是不同的。传感器电路310可以选择性地耦接于传感器电极120和/或（一个或多个）栅电极中的一个或多个。例如，传感器电路310可以耦接于传感器电极120的选定部分，并且按绝对或跨电容性感测模式来操作。在另一示例中，传感器电路310可以是传感器电极120的不同部分，并且按绝对或跨电容性感测模式来操作。在又一实施例中，传感器电路310可以耦接于所有传感器电极120，并且按绝对或跨电容性感测模式来操作。
传感器电路310配置成将（一个或多个）栅电极作为可以屏蔽传感器电极120不受附近导体的电性作用的屏蔽电极来操作。在一个实施例中，处理***配置成将（一个或多个）栅电极作为可以“屏蔽”传感器电极120不受附近导体的电性作用的屏蔽电极来操作，并且保护传感器电极120不受（一个或多个）栅电极影响，从而至少部分地降低（一个或多个）栅电极与传感器电极120之间的寄生电容。在一个实施例中，将屏蔽信号驱动到（一个或多个）栅电极上。屏蔽信号可以是接地信号（诸如***地或其他地）或者任何其他不变的电压（即，非调制的）信号。在另一实施例中，将（一个或多个）栅电极作为屏蔽电极来操作可以包括将栅电极电浮动。在一个实施例中，（一个或多个）栅电极能够作为有效的屏蔽电极来操作，同时由于其与其他传感器电极的较大耦合而被电极浮动。在其他实施例中，屏蔽信号可以称为“保护信号”，其中保护信号是具有与被驱动到传感器电极上的调制信号相似的相位、频率和幅度中的至少一项的变化电压信号。在一个或多个实施例中，布线迹线可以被屏蔽以免因在（一个或多个）栅电极和/或传感器电极120下方的布线而响应输入对象， 因此可以不是有源传感器电极（示出为传感器电极120）的一部分。
在一个或多个实施例中，电容性感测（或输入感测）和显示更新可以在至少部分重叠的时间段期间发生。例如，在驱动公共电极用于显示更新时，也可以驱动公共电极用于电容性感测。在另一实施例中，电容性感测和显示更新可以在不重叠的时间段（也称为非显示更新时间段）期间发生。在各种实施例中，非显示更新时间段可以在显示帧的两个显示行的显示行更新时间段之间发生，并且可以至少在时间上和显示更新时间段一样长。在这样的实施例中，非显示更新时间段可以称为“长水平消隐期”、“长h-消隐期”或“分布式消隐期”，其中消隐期发生在两个显示更新时间段之间，并且至少和显示更新时间段一样长。在一个实施例中，非显示更新时间段发生在帧的显示行更新时间段之间，并且足够长以允许待驱动到传感器电极120上的发射器信号的多个转变。在其他实施例中，非显示更新时间段可以包括水平消隐期和垂直消隐期。处理***110可以配置成在不同的非显示更新时间的任何组合中的任何一个或多个期间驱动传感器电极120用于电容性感测。同步信号可以在传感器电路310与显示驱动器电路320之间共享以提供对利用可重复相干频率和相位将显示更新时间段与电容性感测时间段重叠的准确控制。在一个实施例中，这些同步信号可以配置成在输入感测时间段的开始和结束允许相对稳定的电压与具有相对稳定电压的显示更新时间段重合（例如，在输入积分器复位时间的结束附近、以及在显示电荷共享时间的结束附近）。调制信号或发射器信号的调制频率可以在显示行更新速率的谐波处，其中相位确定为从显示元件向接收器电极提供几乎不变的电荷耦合，从而允许该耦合成为基线图像的一部分。
传感器电路310包括配置成利用传感器电极120和/或（一个或多个）栅电极接收所产生信号的电路，所产生信号包括在需要输入感测的时间段期间对应于调制信号或发射器信号的作用。传感器电路310可以确定感测区170中的输入对象的位置，或者可以向另一模块或处理器（例如，输入设备或相关联的电子设备150的处理器（即，主处理器））提供包含指示所产生信号的信息的信号，以用于确定感测区170中的输入对象的位置。
显示驱动器电路320可以包含在处理***110中或者与处理***110分离。显示驱动器电路320包括配置成在非感测（例如，显示更新）时间期间内向显示设备160的显示器提供显示图像更新信息的电路。
在一个实施例中，处理***110包括第一集成控制器，第一集成控制器包括显示驱动器电路320和传感器电路310的至少一部分（即，发射器模块和/或接收器模块）。在另一实施例中，处理***110包括第一集成控制器，第一集成控制器包括显示驱动器电路320和第二集成控制器，第二集成控制器包括传感器电路310。在另一实施例中，处理***包括第一集成控制器，第一集成控制器包括显示驱动器电路320和传感器电路310的第一部分（例如，发射器模块和接收器模块中的一个）以及第二集成控制器，第二集成控制器包括传感器电路310的第二部分（例如，发射器和接收器模块中的另一个）。在包括多个集成电路的那些实施例中，同步机构可以耦接在它们之间，配置成同步显示更新时间段、感测时间段、发射器信号、显示更新信号、以及诸如此类。
在一些实施例中，处理***110的处理器可以配置成确定感测区170中的输入对象的位置。处理器还可以配置成执行与协调处理***110的各种组件的操作有关的其他功能。在备选的实施例中，可以由外置于处理***110的处理器（例如，相关联的电子***的主处理器）提供属于处理器的功能中的一些或全部。
用于发射多路复用信号的示例性布置
图4A例示根据一个实施例用于发射多路复用信号的示例性布置。更具体地说，由布置400发射的多路复用信号适合于使用多个传感器电极（例如，在上面讨论的布置200、300内的传感器电极）执行电容性感测。
布置400包括与多个发射器电极445-1、445-2、…445-N（共同或一般地称为“发射器电极445”）耦接的处理***110。一般地，不管是在跨电容性感测方案下还是在绝对电容性感测方案下操作，发射器电极445-1、445-2、…445-N都可以表示利用发射器信号455被驱动用于执行电容性感测的传感器电极。在绝对电容性感测方案下，发射器电极445电极还可以称为绝对电容性传感器电极。
处理***110包括调制电路410、驱动器电路415、和接收器电路420。调制电路410配置成基于选定的多路复用方案425来调制载波信号405。更具体地说，调制电路410将多个数字码430应用于载波信号405以生成多个调制信号440（或“多路复用信号440”）。转而，调制信号440作为发射器信号455由驱动器电路415驱动到发射器电极445-1、…、445-N上。所产生信号450由接收器电路通过与发射器电极445的（一个或多个）电容性耦合被接收。
多个调制信号440中的每个分量信号是基于根据预定义的多路复用方案425定义的独立数字码430。在一些实施例中，多路复用方案425是码分复用（CDM）方案。在一些实施例中，特定的多路复用方案425的数字码430相对于彼此基本上正交并且数学上独立。在其他实施例中，数字码430具有适当低的互相关。
当应用于调制电路410时，数字码430配置成控制调制信号440的一个或多个属性。例如，数字码430可以控制特定的多路复用方案425中的分量信号的幅度、形状、频率、相位、和极性中的一个或多个。如在此使用的，“极性”描述分量信号相对于多路复用信号440中的其他分量信号的相位。更具体地说，极性可以表示180度相移，使得一个或多个分量信号相对于其他分量信号反转。应注意到的是，极性与分量信号的逻辑电平有关，使得任何体制(regime)的电压电平都是适合的。
在备选的实施例中，基于选定的多路复用方案425来控制分量信号的其他属性，这可以作为对控制分量信号的极性的补充或备选。例如，调制电路410可以控制特定的多路复用方案425中的分量信号的幅度、形状、频率和相位中的一个或多个。此外，调制信号440不需要受限于将分量信号的不同属性控制在二进制级别之间，而是在一些情况下分量信号属性可以对应于用于多路复用该分量信号的三个或更多的可选择级别。
在一些实施例中，处理***110选择多个预定义的组435中的一个用于发射多路复用发射器信号452。每个预定义的组435包括多个发射器电极445-1、…、445-N。此外，可以基于对应的多路复用方案425来定义不同的组435，并且个体发射器电极445-1、…、445-N可以包含在不同的组435内。例如，相对低功率的多路复用方案425可以具有比更高功率多路复用方案425更小的组大小（即，每组435更少的发射器电极445）。另外，在操作期间，处理***110可以为了实现所需水平的感测性能、降低的功耗等等而动态地选择多路复用方案425和/或适应性地更新组435。例如，处理***110可以动态地从使用具有第一数量的发射器电极445的组435来发射转变为使用具有第二数量的发射器电极445的组435来发射，其中第二数量的发射器电极445比第一数量的发射器电极445更多或更少。
每个组435的发射器电极445可以具有适合的空间布置。在一个实施例中，组435中的发射器电极445是相邻的，这可以对应于处理感测数据和形成电容性图像的降低的复杂度。在另一实施例中，组435内发射器电极445的至少一些是不相邻的。在一个非限制性示例中，组435内的发射器电极445可以通过与未包含在组435中的其他发射器电极445交错来提供“低分辨率”感测模式。
如所示出的，选定的组435包含四个发射器电极445-1到445-4，该四个发射器电极配置成在信道TX0-TX3上发射发射器信号452。也就是说，发射器电极445-1、…、445-4中的每一个提供用来发射多路复用发射器信号452的特定分量信号的相应信道TX0、…、TX3。一般地，包含在选定的组435中的发射器电极445的数量（如所示出的，四个）对应于具有用于生成多路复用发射器信号452的四个截然不同的数字码430的多路复用方案425。
在一个实施例中，在图4B的图表455中例示示例性多路复用方案425的不同数字码。图表455的每个元素表示在特定驱动时间段（即，一个或多个时钟周期）期间对应的分量信号的极性。图表455的每一行表示在对应的信道TX0-TX3上发射的数字码430-1、…、430-4。
在第一时间段A期间，在信道TX0、TX1、和TX2上驱动具有第一极性（对应于“-1”值）的分量信号，同时在信道TX3上同时地驱动具有第二极性（对应于“1”值）的分量信号。在第二时间段B期间，在信道TX0、TX1、和TX3上驱动具有第一极性的分量信号，同时在信道TX2上驱动具有第二极性的分量信号，等等。以这种方式，处理***110在至少四个时间段A-D期间发射多路复用信号（如在图表455的每一列中看到的）。在一个实施例中，数字码430（如在图表445的每一行中看到的）相对于彼此基本上是正交的并且在数学上独立。
使用发射器电极455发射分量信号可以作为跨电容性感测方案和/或绝对电容性感测方案的一部分来执行。如上面讨论的，在跨电容性感测方案中，在不同于所驱动的发射器电极455的传感器电极处接收所产生信号。在绝对电容性感测方案中，在相同的发射器电极455处接收所产生信号。因为发射器电极455的每个与相同的或其他传感器电极形成电容性耦合，可以在接收器电路420的四个不同的接收器接口处接收所产生信号450，其基于根据图表455在信道TX0-TX3上发射的分量信号。
接收器电路420使用应用的数字码430解调（或多路分配）接收到的所产生信号450以产生多个输出信号。一般地，在两个相位中执行解调。在第一相位中，已知的数字码430用来恢复包括输入对象的作用的载波信号。在第二相位中，移除载波信号并且在多个输出信号中分离输入对象的作用。因为数字码430是正交的，可以过滤掉由同时发射四个分量信号引起的任何干扰（或泄露）。也就是说，正交的分量信号在评估与发射器电极445-1、…、445-4的各个电容性耦合时允许接收器电路420消除其他信号的贡献。
在一个实施例中，由接收器电路420产生的输出信号可以用来基于发射器电极445的定位来确定位置信息。在一些实施例中，可以基于输出信号确定电容性图像。一旦确定输出信号，就可以基于输出信号来确定每个发射器电极445与多个接收器电极中的每一个之间（不管是在跨电容性还是绝对电容性感测方案中）的电容性耦合的变化的测量值。备选地，在绝对电容性感测模式下，电容性耦合的变化对应于所驱动的发射器电极445（在该模式下，备选地称为“绝对电容性感测电极”）。在绝对电容性感测模式下，处理***110可以操作特定驱动器415和接收器电路420的特定接收器，或者可以操作接收器来使用传感器电极调制和接收信号。例如，可以基于数字设计利用调制信号来驱动模拟前端（AFE）的正端子。
在一些实施例中，在时间、频率等方面，分量信号基本上是正交的——即，分量信号展示出非常低的互相关，这是现有技术中已知的。在这样的实施例中，分量信号基于基本上正交的码。也就是说，两个信号可以被认为是基本上正交的，甚至在那些信号没有展示出严格的、零互相关时。
在一个实施例中，例如，所发射信号包括伪随机序列码。在其他实施例中，使用Walsh码、Gold码、Hadamard码或其他合适的准正交码或正交码。不管这些码是正交的还是基本上正交的，这些码都生成提供数学上独立的结果的多路复用信号。此外，正交码可以生成不相关的所产生信号。所发射信号在数学上的独立允许输入设备检测对应于同时传输的每个的结果。在上面矩阵中示出的示例中，四个同时传输生成四个结果，并且因此对于给定的时间量可以使吞吐量成四倍。
此外，在此讨论的实施例的许多公开了基于CDM方案中的编码来发射正交的（或基本上正交的）信号，然而，本公开内容不受限于此。一般来说，实现在多个发射器电极上同时地发射多个分量信号的任何多路复用方案都在本公开内容的范围内。例如，处理***110可以发射具有四个分量信号（其具有正交的频率）的多路复用信号，而不是使用数字码来改变所发射信号的极性。也就是说，处理***110可以使用正交频分多路复用（OFDM）方案，其使用多个正交的子载波信号作为分量信号。在该实施例中，组中的每个传感器电极120发射具有不同频率的分量信号，其中频率在不同的驱动时间段期间变化。在OFDM中，每个接收传感器电极将连接到接口，接口配置成以不同频率的每个检测信号、以及接收最高达由所有发射器电极的组提供的最大电压量。相似于CDM实现方式，OFDM多路分配器能够过滤掉其他信号对发射器和接收器电极的特定交叉的贡献（即，结果是在数学上独立的），从而允许输入设备推导位置信息。
图4C例示对应于布置400的操作的时序图460。特别地，时序图460例示在图表455中提供的数字码430的应用。基于数字码430，在第一驱动时间段（时间A）期间，将载波信号405驱动到信道TX0-TX2的每个上，并且基于极性值“1”将载波信号405的反转（即，相反极性）驱动到信道TX3上。然而，在第二驱动时间段（时间B）期间，将载波信号405的反转驱动到信道TX2上，同时信道TX0、TX1、和TX3发射载波信号405。该过程一般继续进行直到每个信道TX0-TX3已经在特定的时间段期间发射了载波信号405的反转。接收器电路420在时间A-D期间接收多路复用信号的分量信号的每个。在解调信号之后，接收器电路420（或者其他下游处理逻辑）使用数字码来解码信号。也就是说，在四个驱动时间段期间发射的信号是相关的，以识别例如对应于特定发射器电极445的电容值或电容变化。
为了简洁起见，在每个时间段A、…、D期间，载波信号405描绘为驱动包括两个半周期的一个感测周期。在每个感测周期内，载波信号405在第一半周期期间处于第一电压电平，并且在第二半周期期间处于第二电压。然而，在一些实施例中，在每个时间段A、…、D期间驱动多个感测周期的“突发(burst)”。在一个非限制性示例中，每个突发对应于十个（10）感测周期。
只出于示意目的呈现出时序图460中使用的CDM数字码。也就是说，只要由发射器电极455发射的不同数字码是数学上独立的，接收器电路420就能够过滤掉其他信道对感兴趣信道的作用。此外，CDM可以与任何大小的组（即，每组发射器电极445的数量）一起使用。例如，一组可以包括少达两个传感器电极但是可以包括任何更大的数量。一般地，增加组的成员也增加了数字码的长度，这可以要求更复杂的逻辑和更多的计算开销来解调接收到的多路复用信号。
当与更大的分组比较时，使用相对更少的发射器电极来执行诸如CDM的多路复用，对于与驱动发射器电极相关联的降低的功耗并且由于更小的计算开销，可以是优选的。然而，使用更大数量的发射器电极趋向于增加SNR并且改进输入感测性能。增加的SNR还可以允许输入感测在更短的感测时间段期间完成，这可以允许额外的时间用于执行其他处理功能（诸如显示更新）。因此，在此讨论的电荷共享技术可以降低功耗，同时改进感测性能。
示例性电荷共享实现方式
图5例示根据一个实施例的、包括用于电荷共享的耦合电路的示例性输入设备。一般地，输入设备500可以用于结合上面讨论的各种电容性感测布置中的任何一个来降低功耗。
输入设备500包括处理***110和多个发射器电极445。处理***110包括驱动器电路415、耦合电路510、多个数字码430、以及一个或多个操作模式520。对于定义用于选定的多路复用方案的发射器电极445的特定组525，驱动器电路415基于选定的数字码430利用具有不同极性、相位、频率、幅度等的信号来驱动组525的不同部分。
如所示出的，选定的多路复用方案对应于包含在组525中的多个（a+b）发射器电极445。组525的发射器电极445没有单独地描绘，但是表示为（a）发射器电极445的第一部分和（b）发射器电极445的第二部分。更具体地说，第一部分的发射器电极445表示为（a）乘以发射电极与接收电极之间的电容性耦合CTX（也就是aCTX）。aCTX值转而与（a）乘以与第一部分的发射器电极445相关联的背景电容性耦合CB并联地布置。相似地，第二部分的发射器电极445表示为（b）乘以电容性耦合CTX（即bCTX），其与（b）乘以背景电容性耦合CB并联地布置。应注意到的是，第一和第二部分中的个体传感器电极120不需要具有完全一致值的电容性耦合值CTX或背景电容性耦合CB。相反，术语aCTX、bCTX、aCB、bCB意图为在多路复用方案中定义的传感器电极120的各部分的相对电容性耦合的近似值。
在选定的多路复用方案中，在特定的驱动时间段期间将第一部分的（a）发射器电极445驱动到第一电压，并且将第二部分的（b）发射器电极445驱动到小于第一电压的第二电压。在一些实施例中，每个驱动时间段对应于多个感测周期的感测半周期。在特定的驱动时间段期间，向驱动器电路415的开关SW1、SW2、SW3、SW4提供驱动信号Φ1、Φ2。开关SW1、SW2表示配置成在输入信号处于“高”值时导电的任何适合的切换元件。开关SW3、SW4表示配置成在输入信号处于“低”值时导电的任何适合的切换元件。开关SW1、…、SW4的一个非限制性示例是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。
一般地，在非重叠的时间段期间将驱动信号Φ1、Φ2驱动到“高”逻辑值。可以在重叠的或非重叠的时间段期间将驱动信号Φ1、Φ2驱动到“低”逻辑值。因此，当驱动信号Φ1驱动为高时，驱动信号Φ2驱动为低。例如，当驱动信号Φ1驱动为高时，开关SW1导电并且将正电压轨耦合到第一部分的（a）发射器电极445。开关SW3在该时间期间不导电。因为驱动信号Φ2驱动为低，开关SW2不导电，但是开关SW4导电并且将第一部分的（b）发射器电极445耦合到地。
驱动器电路415示出为选择性地驱动发射器电极445（aCTX、bCTX）至第一轨电压（诸如VDD）与地之间。然而，备选的实施例可以驱动发射器电极445至适合于执行电容性感测的任何其他不同的电压电平之间，不管是在第一与第二正电压之间、正电压与负电压之间、地与负电压之间、第一与第二负电压之间、以及诸如此类。
耦合电路510可以包括适合于选择性地耦合发射器电极445的第一部分与第二部分用于引导它们之间的电荷的任何电路。如所示出的，耦合电路510包括由切换信号ΦS控制的开关SW5。开关SW5表示配置成在切换信号ΦS处于“高”值时导电的切换元件（例如n型MOSFET），虽然这不是必要条件。
在一些实施例中，耦合电路510配置成在驱动时间段之后导电以将组525的发射器电极445驱动到第一电压与（更小的）第二电压之间的中间电压。以这种方式，在后续驱动时间段期间需要更少的电荷来将发射器电极445驱动到更高的第一电压电平，从而降低了需要的驱动时间以及驱动器电路415的功耗。为了使用图表455（图4B）和时序图460（图4C）中提供的示例来例示，以及在特定的多路复用方案中，在任何特定的时间段A、B、C、或D期间，三个（3）发射器电极445对应于第一极性并且一个（1）发射器电极445对应于第二极性。因此，值（a）（即，第一部分的发射器电极445的大小）可以定义为三，而值（b）可以定义为一，反之亦然。
注意到的是，虽然相对数量（a）和（b）在每个时间段A、B、C、和D期间保持一致，由于多路复用方案，不同部分的组成可以对于不同的时间段而改变。换句话说，在一个时间段包含在第一部分中的（一个或多个）个体发射器电极445（对应于第一极性）将在另一时间段包含在第二部分中（对应于第二极性）。例如，在时间段A期间，第一部分530A包括对应于信道TX0、TX1、和TX2的（a）发射器电极445，这对应于第一极性，而第二部分535A包括对应于信道TX3的（b）发射器电极445，这对应于第二极性。在时间段B期间，第一部分530B包括对应于信道TX0、TX1和TX3的（a）发射器电极445，而第二部分535B包括对应于信道TX2的（b）发射器电极445。因此，在时间段A和B之间，对应于信道TX2的发射器电极445从第一部分530A转变到第二部分535B，对应于信道TX3的发射器电极445从第二部分535A转变到第一部分530B。
时间段A、B、C、D的每个示出为对应于相应的感测周期。如上面讨论的，在一些实施例中，在每个时间段A、…、D期间驱动多个感测周期的“突发”。在时间段A的第一感测半周期期间，将第一部分530A的、并且对应于信道TX0、TX1、TX2的发射器电极445 驱动到第一电压电平，并且将第二部分535A的、并且对应于信道TX3的发射器电极445驱动到更低的第二电压电平。在时间段A的第二感测半周期之前，耦合电路510在一时间段内导电，并且在对应于信道TX0-TX2的与对应于信道TX3的发射器电极445之间共享电荷，以将对应于信道TX3的发射器电极445驱动到大于第二电压电平的中间电压。在一些实施例中，将对应于信道TX0-TX2的与对应于TX3的发射器电极445全部驱动到相同的中间电压，但这不是必要条件。在时间段A的第二感测半周期期间，将第二部分535A的、并且对应于信道TX3的发射器电极445从中间电压驱动到更高的第二电压电平。在一些实施例中，将对应于信道TX0、TX1、和TX2的第一部分530A的发射器电极445从中间电压驱动到更低的第二电压电平。尽管电荷共享示出为发生在特定感测周期的后续感测半周期之间，可以跨不同的感测周期应用相似的技术以降低需要的驱动时间和功耗。
在一些实施例中，操作模式520包括低功率“休眠”模式。在休眠模式中，组525包括输入设备500的全部发射器电极445，并且第一部分和第二部分各自包括发射器电极445的一半。在这种情况下，第一数量（a）的发射器电极445等于第二数量（b）的发射器电极445。在一个实施例中，第一部分和第二部分定义由邻近的发射器电极445形成的非重叠区域。休眠模式一般可以用于执行低功率、低分辨率感测（诸如面部检测或者接近感测）。在休眠模式下执行电荷共享还降低了处理***110的功耗。
在一些实施例中，一旦在休眠模式中检测到输入对象和/或预定义的手势，处理***110就转变为另一操作模式520。例如，一旦检测到输入对象和/或预定义手势，处理***110就可以使用（一个或多个）其他多路复用方案操作。此外，在操作期间，处理***可以基于感测性能要求、功耗限制等等动态地在不同的多路复用方案之间转变。在一个非限制性示例中，处理***110基于增加的感测性能要求从组大小为四个（4）发射器电极转变为组大小为十个（10）发射器电极。
图6是示出了根据一个实施例的耦合电路在一感测周期内的示例性操作的时序图。更具体地说，时序图600例示包括第一和第二半周期625-1、625-2的感测周期630。在第一半周期625-1期间，将驱动信号φ1（示出为曲线610）驱动到“高”逻辑电平，并且将驱动信号φ2（示出为曲线615）驱动到“低”逻辑电平。在第二半周期625-2期间，将驱动信号φ1驱动到“低”逻辑电平，并且将驱动信号φ2驱动到“高”逻辑电平。
在一些实施例中，驱动信号φ1、φ2具有50%的占空比，使得驱动信号φ1在整个第一感测半周期625-1期间被驱动到高逻辑电平，以及驱动信号φ2在整个第二感测半周期625-2期间被驱动到高逻辑电平。在其他实施例中，驱动信号φ1、φ2具有小于50%的占空比。
在每个感测半周期625-1、625-2内，处理***在由曲线605指示的不同感测状态中操作。在时间t0和t1之间，处理***在第一复位时间段606-1期间在复位状态中操作，在该复位时间段内用于测量接收到的信号的电路一般在后续测量之前返回到已知状态。在时间t1和t2之间，处理***在积分时间段607-1期间在积分状态中操作，在该积分时间段期间测量对应于驱动驱动信号φ1、φ2的作用的、接收到的信号。
在一些实施例中，处理***包括在时间t2和t3之间的感测半周期625-1内的可选时间段608-1。时间段608-1可以被提供以确保一致的基线测量值，这帮助提供增加的感测准确度。第二感测半周期625-2包括对应的复位时间段606-2、积分时间段607-2、以及可选地包括时间段608-2。
切换信号φS选择性地耦合传感器电极的不同部分以在每个感测半周期625-1、625-2期间执行电荷共享。使用曲线620-1、620-2、620-3示出了几个示例实施例的切换信号φS的时序。一般地，在发射器电极组的各部分之间的电荷共享时间段期间，驱动器电路415的全部开关SW1-SW4处于非导电状态。在曲线620-1内，将切换信号驱动到高逻辑值，从而在时间段608-1、608-2期间耦合传感器电极的各部分。在曲线620-2内，切换信号在复位时间段606-1、606-2的开始附近耦合传感器电极的各部分。在这种情况下，驱动信号φ1可以在复位时间段606-1、606-2的至少对应部分内处于逻辑“低”状态。一般地，该时序可以用于其中通过将电荷从积分器及耦合的传感器电极移除来执行复位的实施例。另外，通过在复位时间段的开始附近耦合各部分，允许足够的时间以使得背景电容上的电压在执行后续测量之前很好地稳定。在曲线620-3内，切换信号在积分时间段607-1、607-2的开始附近耦合传感器电极的各部分。在这种情况下，驱动信号φ1可以在积分时间段607-1、607-2的至少对应部分内处于逻辑“低”状态。一般地，该时序可以用于其中通过处理***的模拟前端内的复位电路来执行复位的实施例。有利地，这些实施例可以复位接收器电路的反馈电容和其他下游元件以允许测量下一个信号。
图7是根据一个实施例、使用电荷共享来发射信号的方法。一般地，方法700可以利用在此讨论的输入设备和/或处理***实施例中的任何一个来使用。
方法700开始于可选的方框705，其中基于处理***的预定义操作模式来选择数字码。在一个实施例中，预定义的操作模式是处理***的低功率（或“休眠”）模式。数字码对应于应用于输入设备的多个传感器电极的第一组的第一多路复用方案。
在方框715，将多个传感器电极中的第一部分驱动到第一电压。第一部分对应于从第一组中选择的第一数量的传感器电极。在方框725，将多个传感器电极中的第二部分驱动到小于第一电压的第二电压。第二部分对应于从第一组中选择的第二数量的传感器电极。一般地，在每个部分中第一和第二数量的传感器电极基于选定的数字码。方框715、725在第一时间段期间执行，并且可以同时地执行。在一些实施例中，第一时间段包括感测周期的第一感测半周期。
在方框735，电荷在第一组内的多个传感器电极的第一与第二部分之间转移，以将第二部分驱动到中间电压。在一些实施例中，通过将切换信号发射到与多个传感器电极的第一和第二部分相耦合的耦合电路，来执行转移电荷。
在方框745，将多个传感器电极中的第二部分从中间电压驱动到第一电压。一般地，从中间电压驱动多个传感器电极降低了达到第一电压所需要的电荷量和/或时间。在方框755，将多个传感器电极的部分的第一部分可选地从中间电压驱动到第二电压。方框745、755在第二时间段期间执行，并且可以同时地执行。在一些实施例中，第二时间段包括感测周期的第二感测半周期。
在方框765，应用对应于不同数量的传感器电极的第二数字码。第二数字码的应用一般在不同于第一和第二时间段的第三时间段期间执行。第二数字码对应于应用于输入设备的多个传感器电极的第二组的第二多路复用方案。在一个实施例中，一旦从处理***的低功率（或“休眠”）模式转变出来就执行第二数字码的应用。在另一实施例中，基于感测执行要求和/或功耗限制的变化来执行第二数字码的应用。方法700随着方框765的完成而结束。
因此，为了更好地解释根据本技术及其特定应用的实施例以及由此使得本领域技术人员能够完成和使用本公开，提出在此阐述的实施例和示例。然而，本领域技术人员将会认识到，仅为了说明和示例目的而提出前述描述和示例。所阐述的描述并不意在是穷举的或者将本公开限定于所公开的精确形式。
鉴于上述内容，本公开内容的范围由所附权利要求确定。

Claims (20)

1.一种输入设备，所述输入设备包括：
多个传感器电极；以及
处理***，配置成：
在第一时间段期间，将所述多个传感器电极中的第一部分驱动到第一电压，所述第一部分对应于第一数量的传感器电极；
在所述第一时间段期间，将所述多个传感器电极中的第二部分驱动到小于所述第一电压的第二电压，所述第二部分对应于第二数量的传感器电极，其中所述第一数量和所述第二数量基于用来驱动所述第一部分和第二部分的多个数字码；
在所述第一部分和第二部分之间转移电荷以将所述第二部分驱动到所述第一电压和所述第二电压之间的中间电压；以及
在第二时间段期间，将所述第二部分中的至少一个传感器电极从所述中间电压驱动到所述第一电压。
2.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述处理***还配置成：
在所述第二时间段期间，将所述第一部分从所述中间电压驱动到所述第二电压。
3.根据权利要求1所述的输入设备，其中，所述第一数量的传感器电极等于所述第二数量的传感器电极。
4.根据权利要求1所述的输入设备，其中，所述第一数量的传感器电极不同于所述第二数量的传感器电极。
5.根据权利要求4所述的输入设备，其中，所述第一数量的传感器电极大于所述第二数量的传感器电极。
6.根据权利要求1所述的输入设备，其中，基于所述处理***的预定义的操作模式从所述多个数字码中选择数字码。
7.根据权利要求1所述的输入设备，其中，在所述第一时间段期间应用所述多个数字码中的第一数字码，并且在第三时间段期间应用所述多个数字码中的第二数字码，其中所述第二数字码对应于与所述第一数量或所述第二数量相不同数量的传感器电极，所述第一数量或所述第二数量与所述第一数字码相关联。
8.一种处理***，所述处理***包括：
驱动器电路，配置成：
在第一时间段期间，将多个传感器电极中的第一部分驱动到第一电压，所述第一部分对应于第一数量的传感器电极；
在所述第一时间段期间，将所述多个传感器电极中的第二部分驱动到小于所述第一电压的第二电压，所述第二部分对应于第二数量的传感器电极，其中所述第一数量和第二数量基于用来驱动所述第一部分和第二部分的多个数字码；以及
耦合电路，配置成选择性地耦合所述第一部分和第二部分，据此将所述第二部分驱动到所述第一电压与所述第二电压之间的中间电压，
其中所述驱动器电路还配置成在第二时间段期间将所述第二部分从所述中间电压驱动到所述第一电压。
9.根据权利要求8所述的处理***，其中，所述驱动器电路还配置成：
在所述第二时间段期间将所述第一部分从所述中间电压驱动到所述第二电压。
10.根据权利要求8所述的处理***，其中，所述第一数量的传感器电极等于所述第二数量的传感器电极。
11.根据权利要求8所述的处理***，其中，基于所述处理***的预定义的操作模式从所述多个数字码中选择数字码。
12.根据权利要求8所述的处理***，其中，在所述第一时间段期间应用所述多个数字码中的第一数字码，在第三时间段期间应用所述多个数字码中的第二数字码，其中所述第二数字码对应于与所述第一数量或所述第二数量相不同数量的传感器电极，所述第一数量或所述第二数量与所述第一数字码相关联。
13.根据权利要求8所述的处理***，其中，所述驱动器电路还配置成：
驱动感测信号，所述感测信号在所述第一时间段期间包括第一感测半周期并且在所述第二时间段期间包括第二感测半周期。
14.根据权利要求13所述的处理***，其中，所述耦合电路包括切换设备，其中所述切换设备在发生在所述第一时间段的结束和所述第二时间段的开始之间的第三时间段期间在所述第一部分和第二部分之间引导。
15.一种方法，所述方法包括：
在第一时间段期间并且使用驱动器电路，将多个传感器电极中的第一部分驱动到第一电压，所述第一部分对应于第一数量的传感器电极；
在所述第一时间段期间并且使用所述驱动器电路，将所述多个传感器电极中的第二部分驱动到小于所述第一电压的第二电压，所述第二部分对应于第二数量的传感器电极，其中所述第一数量和所述第二数量基于用来驱动所述第一部分和第二部分的多个数字码；
在所述第一部分和第二部分之间转移电荷以将所述第二部分驱动到所述第一电压与所述第二电压之间的中间电压；以及
在第二时间段期间将所述第二部分从所述中间电压驱动到所述第一电压。
16.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括：
在所述第二时间段期间，将所述第一部分从所述中间电压驱动到所述第二电压。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一数量的传感器电极等于所述第二数量的传感器电极。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一数量的传感器电极大于所述第二数量的传感器电极。
19.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括：
基于包括所述传感器电路的处理***的预定义的操作模式从所述多个数字码中选择数字码。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述第一时间段期间应用所述多个数字码中的第一数字码，并且在第三时间段期间应用所述多个数字码中的第二数字码，其中所述第二数字码对应于与所述第一数量或所述第二数量相不同数量的传感器电极，所述第一数量或所述第二数量与所述第一数字码相关联。
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