CN107562253B - 对电容性感测测量结果进行归一化以降低低接地质量和噪声的影响 - Google Patents

对电容性感测测量结果进行归一化以降低低接地质量和噪声的影响 Download PDF

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Abstract

输入设备可以被电容性地耦合至接地和噪声源，这会干扰输入设备检测输入对象的能力。为了减轻来自这些电容性耦合的影响，输入设备将已调制的电容性感测信号并行驱动到多个传感器电极上。该传感器电极被耦合至相应的模拟前端（AFE），其为各传感器电极中的每一个生成输出信号。该输入设备组合对于各传感器电极的输出信号以生成归一化值。例如，该输出信号可以是数字值，它们被输入设备相加以生成归一化值。该输入设备然后使各输出信号中的每一个除以归一化值以得到与各传感器电极中的每一个相对应的经过归一化的信号。

Description

对电容性感测测量结果进行归一化以降低低接地质量和噪声 的影响
技术领域
本发明总体上涉及电子设备以及在电容性感测期间对输出信号进行归一化。
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划界的感测区，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型计算***的输入设备(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)。接近传感器设备还常常被用在较小型计算***中(诸如集成在蜂窝电话中的触摸屏)。
发明内容
本文中所述的一个实施例是一种输入设备，其包括输入设备的感测区中的多个传感器电极和耦合至该多个传感器电极的处理***。该处理***被配置成将第一多个电容性感测信号并行驱动到第一组多个传感器电极上，响应于驱动第一多个电容性感测信号来生成与第一组多个传感器电极相对应的第一多个输出信号，使用第一多个输出信号的组合来对与第一组中的多个传感器电极之一相对应的第一输出信号进行归一化，以及基于经过归一化的第一输出信号来确定输入对象的位置。
本文中所述的另一实施例是一种处理***，其包括：传感器模块，其被配置成将第一多个电容性感测信号并行驱动到第一组多个传感器电极上；以及确定模块，其被配置成响应于驱动第一多个电容性感测信号来生成与第一组多个传感器电极相对应的第一多个输出信号，使用第一多个输出信号的组合来对与第一组中的多个传感器电极之一相对应的第一输出信号进行归一化，以及基于经过归一化的第一输出信号来确定输入对象的位置。
本文中所给出的另一实施例是一种方法，其包括将第一多个电容性感测信号并行驱动到第一组多个传感器电极上，其中该多个传感器电极在输入设备的感测区中。该方法包括响应于驱动第一多个电容性感测信号来生成与第一组多个传感器电极相对应的第一多个输出信号，使用第一多个输出信号的组合来对与第一组中的多个传感器电极之一相对应的第一输出信号进行归一化，以及基于经过归一化的第一输出信号来确定输入对象的位置。
附图说明
图1是根据本文中所述的实施例的包括输入设备的示例性***的框图；
图2图示根据本文中所述的实施例的电容性感测像素的示例性图案的部分；
图3图示根据本文中所述的实施例的低接地质量对电容性感测输入设备的影响；
图4图示根据本文中所述的实施例的低接地质量对电容性感测输入设备的影响；
图5图示根据本文中所述的实施例的用于对电容性感测测量结果进行归一化的流程图；以及
图6A和6B图示根据本文中所述的实施例的使用不同的各组传感器电极来对电容性感测测量结果进行归一化。
为了促进理解，在可能的情况下已经使用了相同的参考数字来指定各图所共有的相同元件。预期可在没有具体详述的情况下在其他实施例上有利地利用在一个实施例中公开的元件。这里提及的图不应该被理解为按照比例来绘制，除非具体指出。而且，为了清楚呈现和解释起见图常常被简化并且细节或部件被省略。图和讨论用来解释在下面讨论的原理，其中相似的指定表示相似的元件。
标号列表
Figure BDA0001331836820000021
Figure BDA0001331836820000031
具体实施方式
下面的详细描述本质上仅仅是示例性的，并且不意在限制本公开内容或本公开内容的应用和使用。此外，不意在受前述技术领域、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的限制。
本发明的各种实施例提供促进提高的可用性的输入设备和方法。输入设备可以被电容性地耦合至接地，这会干扰输入设备检测输入对象的能力。通常，该输入设备不能控制这些耦合电容，它们会随着输入设备的环境的变化而变化。接地的电容对由输入设备测得的电容性信号有显著影响的情况在本文中被称为低接地质量(LGM)状况。例如，LGM可能太大，输入设备未能检测归因于对应于输入设备的触摸或悬停事件的相对较小的电容性变化。此外，诸如电源噪声或充电器噪声之类的噪声源可以影响由输入设备测得的输出信号，这会阻止设备检测触摸或悬停事件。
本文中的实施例描述了一种具有处理***的输入设备，该处理***使用归一化来减轻或移除来自在电容性感测期间生成的电容性测量结果信号(也被称为增量信号或电容的变化)的LGM或噪声源的影响。照此，该处理***将已调制的电容性感测信号并行驱动到多个传感器电极上。该传感器电极被耦合至相应的模拟前端(AFE)，其生成与各传感器电极中的每一个相对应的相应输出信号。通过使用基线测量结果，该处理***为各传感器电极中的每一个确定电容性测量结果(例如增量信号)。该处理***组合对于各传感器电极的电容性测量结果以生成归一化值。例如，该电容性测量结果可以是数字值，它们被处理***相加以确定归一化值。该处理***然后使各电容性测量结果中的每一个除以归一化值以得到与各传感器电极中的每一个相对应的经过归一化的电容性测量结果。因为LGM和噪声源通常会影响传感器电极质量，所以通过用各个电容性测量结果除以所有电容性测量结果的总和(即归一化值)来从经过归一化的测量结果移除LGM和噪声。
现转向附图，图1是根据本公开的实施例的示例性输入设备100的框图。输入设备100可以被配置成向电子***(未示出)提供输入。如在本文档中所使用的，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尺寸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)。额外的示例电子***包括组合的输入设备，诸如包括输入设备100和分开的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)的***设备以及数据输出设备(包括显示屏和打印机)。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、编辑器和播放器，诸如电视、机顶盒、音乐播放器、数字相框和数字相机)。另外，电子***可以是输入设备的主机或从机。
输入设备100可以被实施为电子***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***的部分通信：总线、网络及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被示为接近传感器设备(常常也被称为“触摸板”或“触摸传感器设备”)，其被配置成感测由一个或多个输入对象140在感测区120中提供的输入。示例输入对象包括手指和触控笔，如图1中所示。
感测区120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)。特定感测区的尺寸、形状和位置可能随着不同实施例而广泛变化。在一些实施例中，感测区120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120在特定方向上延伸的距离可以约为小于一毫米、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：其包括与输入设备100的任何表面没有接触、与输入设备100的输入表面(例如触摸表面)的接触、与某个量的施加力或压力耦合的与输入设备100的输入表面的接触和/或其组合。在各种实施例中，输入表面可以由传感器电极位于其中的壳体的表面、由施加在传感器电极或任何壳体之上的面板等提供。在一些实施例中，感测区120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可以利用传感器组件和感测技术的任何组合来检测感测区120中的用户输入。输入设备100包括用于检测用户输入的一个或多个感测元件。作为若干非限制性示例，输入设备100可以使用电容性、弹性、电阻性、电感性、磁性、声学、超声和/或光学技术。
一些实施方式被配置成提供跨越一维、二维、三维或更高维空间的图像。一些实施方式被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的一些电阻性实施方式中，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，产生横跨多层的一个或多个电压梯度。按压柔性第一层可以使其充分偏转以创建多层之间的电接触，导致反映多层之间的(一个或多个)接触点的电压输出。这些电压输出可以被用于确定位置信息。
在输入设备100的一些电感性实施方式中，一个或多个感测元件拾取谐振线圈或线圈对所感应的环路电流。电流的幅度、相位和频率的一些组合然后可以被用来确定位置信息。
在输入设备100的一些电容性实施方式中，施加电压或电流以产生电场。附近的输入对象引起电场的变化，并且产生电容性耦合的可检测变化，其可以作为电压、电流等的变化而被检测。
一些电容性实施方式利用电容性感测元件的阵列或者其他规则或不规则图案来产生电场。在一些电容性实施方式中，独立的感测元件可以被欧姆地短接在一起以形成更大的传感器电极。一些电容性实施方式利用电阻片，其可以是电阻性均匀的。
一些电容性实施方式利用基于传感器电极与输入对象之间的电容耦合的变化的“自电容”(或“绝对电容”)感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象改变传感器电极附近的电场，由此改变所测得的电容性耦合。在一种实施方式中，绝对电容感测方法通过关于基准电压(例如***接地)调制传感器电极以及通过检测传感器电极与输入对象之间的电容性耦合来操作。
一些电容性实施方式利用基于传感器电极之间的电容性耦合的变化的“互电容”(或“跨越电容”)感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象改变传感器电极之间的电场，由此改变所测得的电容性耦合。在一种实施方式中，跨越电容感测方法通过检测一个或多个发射器传感器电极(也称为“发射器电极”或“发射器”)和一个或多个接收器传感器电极(也称为“接收器电极”或“接收器”)之间的电容性耦合来操作。可以相对于基准电压(例如***接地)来调制发射器传感器电极以发射发射器信号。接收器传感器电极可以保持相对于基准电压基本上恒定以促进对所产生的信号的接收。所产生的信号可以包括对应于一个或多个发射器信号和/或对应于环境干扰(例如其他电磁信号)的一个或多个来源的(一个或多个)影响。传感器电极可以是专用发射器或接收器，或者可以被配置成既发射又接收。
在图1中，处理***110被示出为输入设备100的部分。处理***110被配置成操作输入设备100的硬件以检测感测区120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***可以包括被配置成利用发射器传感器电极发射信号的发射器电路，和/或被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/或诸如此类的电子可读指令。在一些实施例中，组成处理***110的部件被设置在一起，诸如在输入设备100的(一个或多个)感测元件附近。在其他实施例中，处理***110的部件与靠近输入设备100的(一个或多个)感测元件的一个或多个部件、以及别处的一个或多个部件物理上分开。例如，输入设备100可以是耦合到桌上型计算机的***设备，并且处理***110可以包括被配置成在桌上型计算机的中央处理单元以及与该中央处理单元分开的一个或多个IC(可能具有相关联的固件)上运行的软件。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可以被实施为操控处理***110的不同功能的一组模块。每个模块可以包括电路、固件、软件或其组合，其中电路是处理***110的一部分。在各个实施例中，可以使用模块的不同组合。示例模块包括用于操作诸如传感器电极和显示屏的硬件的硬件操作模块、用于处理诸如传感器信号和位置信息的数据的数据处理模块、以及用于报告信息的报告模块。别的示例模块包括被配置成操作(一个或多个)感测元件以检测输入的传感器操作模块、被配置成识别诸如模式改变手势的手势的识别模块、以及用于改变操作模式的模式改变模块。
在一些实施例中，处理***110直接通过引起一个或多个动作来响应于感测区120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诸如光标移动、选择、菜单导航及其他功能的GUI动作。在一些实施例中，处理***110向电子***的某个部分(例如向电子***的与处理***110分开的中央处理***，如果这样的独立中央处理***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，诸如促进完整范围的动作，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)感测元件以产生指示感测区120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***的信息时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可以执行滤波或另外的信号调节。作为又一示例，处理***110可以去掉或以另外方式计及基线，使得信息反映电信号与基线之间的差别。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。
如在这里使用的“位置信息”广泛地包括绝对位置、相对位置、速度、加速度及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/没有接触信息。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。关于一种或多种类型的位置信息的历史数据也可以被确定和/或存储，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，利用由处理***110或由一些其他处理***操作的额外输入部件来实施输入设备100。这些额外输入部件可以提供用于感测区120中的输入的冗余功能或一些其他功能。图1示出感测区120附近可以被用来促进使用输入设备100来选择项目的按钮130。其他类型的附加输入部件包括滑动条、滚珠、轮盘、开关等。相反地，在一些实施例中，可以不利用其他输入部件来实现输入设备100。
在一些实施例中，输入设备100包括触摸屏界面，并且感测区120与显示屏的有效区域的至少一部分重叠。例如，输入设备100可以包括与显示屏重叠的基本上透明的传感器电极并且为相关联的电子***提供触摸屏界面。显示屏可以是能够向用户显示视觉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和显示屏可以共享物理元件。例如，一些实施例可以将相同电子部件中的一些用于显示和感测。作为另一示例，显示屏可以部分或完全由处理***110来操作。
应该理解，尽管在功能完备的装置的背景下描述了本发明的许多实施例，但是本发明的机制能够以多种形式被分布成程序产品(例如软件)。例如，本发明术的机制可以被实现和分布成可被电子处理器读取的信息承载介质(例如可被处理***110读取的非瞬态计算机可读和/或可记录/可写信息承载介质)上的软件程序。另外，本发明的实施例等同地适用，不管被用于执行所述分布的介质的特定类型如何。非瞬态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。
图2示出根据一些实施例被配置成在与一种图案相关联的感测区120中进行感测的电容性感测像素205(在下文中也被称为电容性像素或感测像素)的示例性图案的一部分。每一个电容性像素205都可以包括上述传感器电极中的一个或多个。为了清楚地说明和描述，图2以简单的矩形图案给出电容性像素205的各区，并且没有示出电容性像素205内的各种其他部件。在一个实施例中，电容性感测像素205是局部电容的区域(电容性耦合)。电容性像素205在第一操作模式中可以被形成在各个传感器电极与接地之间并且在第二操作模式中可以被形成在用作发射器和接收器电极的各组传感器电极之间。电容性耦合随着与电容性像素205相关联的感测区120中的输入对象的接近度和运动而改变，并且因此可以被用作在输入设备的感测区120中存在输入对象的指示。
示例性图案(例如形成矩形阵列的矩阵)包括在共用平面中按X个列和Y个行布置的电容性感测像素205X,Y的阵列(被统称为像素205)，其中X和Y是正整数，然而X和Y之一可以是零。预期感测像素205的图案可以包括具有其他配置(诸如环形阵列、重复图案、非重复图案、非均匀阵列单行或列、或其他适当布置)的多个感测像素205。此外，如将在下面更详细讨论的，感测像素205中的传感器电极可以是任何形状的，诸如圆形、矩形、菱形、星形、方形、非凸面、凸面、非凹面、凹面等等。如本文所述的，感测像素205被耦合至处理***110。
在第一操作模式中，电容性感测像素205内的至少一个传感器电极可以被利用来经由绝对感测技术检测输入对象的存在。处理***110中的传感器模块204(例如传感器电路)被配置成利用电容性感测信号(其可以已调制或解调)来使用每个像素205中的迹线240驱动传感器电极并且基于电容性感测信号来测量传感器电极和输入设备(例如自由空间或接地)之间的电容，其被处理***110或其他处理器用来确定输入对象或手指中的特征的位置。换言之，根据一些实施例，传感器模块204被配置成利用电容性感测信号来驱动传感器电极并且基于测得的所产生的电容性感测信号中的变化来检测输入对象，其可能会受到输入对象的存在的影响。
电容性像素205的各种电极通常与其他电容性像素205的电极欧姆隔离。此外，在像素205包括多个电极的情况下，该电极可以彼此欧姆隔离。也就是说，一个或多个绝缘体将传感器电极分开并且防止它们彼此电气短接。
在第二操作模式中，电容性像素205中的传感器电极被利用来经由跨越电容感测技术来检测输入对象的存在。也就是说，处理***110可以利用发射器信号来驱动像素205中的至少一个传感器电极并接收使用另一像素205中的其他传感器电极中的一个或多个产生的信号，在这里所产生的信号包括与发射器信号相对应的影响。处理***110或其他处理器利用所产生的信号来确定输入对象的位置。
输入设备100可以被配置成以上述各模式中的任一个来操作。该输入设备100还可以被配置成在上述各模式的任两个或更多个之间切换。
在一些实施例中，电容性像素205被“扫描”以确定这些电容性耦合。也就是说，在一个实施例中，传感器电极中的一个或多个被驱动成发射该发射器信号。发射器可以***作成使得一个发射器电极一次发射，或者多个发射器电极同时发射。在多个发射器电极同时发射的情况下，多个发射器电极可发射同一发射器信号并且实际上产生有效地更大发射器电极。备选地，多个发射器电极可以发射不同发射器信号。例如，多个发射器电极可以根据一个或多个编码方案来发射不同发射器信号，该一个或多个编码方案使得独立确定这些不同发射器信号对所产生的接收器电极的信号的组合影响。
被配置为接收器传感器电极的传感器电极可单个或多个地操作以获取所产生的信号。所产生的信号可以被用来确定在电容性像素205处的电容性耦合的测量结果。
在其他实施例中，“扫描”像素205以确定这些电容性耦合包括利用已调制信号驱动以及测量传感器电极中的一个或多个的绝对电容。在另一实施例中，传感器电极可以***作成使得在多个电容性像素205中的传感器电极上同时驱动已调制信号。在此类实施例中，从一个或多个像素205中的每一个同时获得绝对电容性测量结果。在一个实施例中，该输入设备100同时驱动多个电容性像素205中的传感器电极并且在同一感测周期中测量对于各像素205中的每一个的绝对电容性测量结果。在各种实施例中，处理***110可以被配置成选择性地驱动并接收传感器电极的一部分。例如，可以基于但不限于在主机处理器上运行的应用程序、输入设备的状态、感测设备的操作模式和所确定的输入对象的位置来选择传感器电极。在另一实施例中，输入对象(例如手指)是利用已调制信号来驱动的发射器，而传感器电极是接收器。
来自电容性像素205的一组测量结果形成代表如上文所述的在像素205处的电容性耦合的电容性图像(也是电容性帧)。可以获取在多个时间段上的多个电容性图像，并且它们之间的差异被用来导出关于感测区中输入的信息。例如，在连续时间段上获取的连续电容性图像可以被用来跟踪进入感测区、离开感测区以及在感测区内的一个或多个输入对象的(一个或多个)运动。
在一些实施例中，电容性像素205中的传感器电极中的一个或多个包括在更新显示屏的显示器中使用的一个或多个显示电极。在一个或多个实施例中，显示电极包括Vcom电极(共用电极)的一个或多个区段、源极驱动线、栅极线、阳极电极或阴极电极或任何其他显示元件。这些显示电极可以被安置在适当的显示屏衬底上。例如，电极可以被安置在一些显示屏(例如共面切换(IPS)或平面至线路切换(PLS)有机发光二极管(OLED))中的透明衬底(玻璃衬底、TFT玻璃或任何其他透明材料)上、在一些显示屏(例如图案化的垂直对齐(PVA)或多域垂直对齐(MVA))的滤色镜玻璃的底部上、在发射层(OLED)上、等等。在这样的实施例中，被用作传感器和显示器电极二者的电极还可以被称为组合电极，因为它执行多个功能。
继续参考图2，耦合至传感器电极的处理***110包括传感器模块204以及可选地显示驱动模块208。在一个实施例中，传感器模块包括被配置成在期望输入感测的时段期间将发射器信号驱动到传感器电极上并利用传感器电极接收所产生的信号的电路。在一个实施例中，传感器模块204包括发射器模块，其包括在期望输入感测的时段期间将发射器信号驱动到传感器电极上的电路。发射器信号通常被调制并且在为输入感测分配的时间段上包含一个或多个突发。发射器信号可以具有可改变以获得感测区中的输入对象的更鲁棒位置信息的幅度、频率和电压。在绝对电容性感测中使用的已调制信号可以与在跨越电容感测中使用的发射器信号相同或不同。传感器模块204可以被选择性地耦合至电容性像素205中的传感器电极中的一个或多个。例如，传感器模块204可以被耦合至传感器电极的所选部分并且以绝对或跨越电容感测模式来操作。在另一示例中，当以绝对感测模式进行操作时，传感器模块204可以被耦合至与当以跨越电容感测模式进行操作时不同的传感器电极。
在各种实施例中，传感器模块204可以包括接收器模块，其包括被配置成在期望输入感测的时段期间利用传感器电极接收包括与发射器信号相对应的影响的所产生的信号的电路。在一个或多个实施例中，接收器模块被配置成将已调制信号驱动到各像素205之一中的第一传感器电极上并且接收与已调制信号相对应的所产生的信号以确定传感器电极的绝对电容中的变化。接收器模块可以确定输入对象在感测区120中的位置或者可以向另一模块或处理器(例如确定模块210或电子设备的处理器(即主机处理器))提供包括指示所产生的信号的信息的信号，以确定输入对象在感测区120中的位置。在一个或多个实施例中，接收器模块包括多个接收器，在这种情况下每个接收器可以是模拟前端(AFE)。
在一个或多个实施例中，电容性感测(或输入感测)以及显示更新可以在至少部分重叠的时段期间发生。例如，当组合电极被驱动用于显示更新时，该组合电极还可以被驱动用于电容性感测。或者使电容性感测和显示更新可以包括在与当传感器电极被配置用于电容性感测时至少部分重叠的时间段中调制显示设备的(一个或多个)基准电压和/或调制用于显示器的至少一个显示电极。在另一实施例中，电容性感测和显示更新可以在非重叠时段期间(也被称为非显示更新时段)发生。在各种实施例中，该非显示更新时段可以在对于显示帧的两个显示线的显示线更新时段之间发生并且可以在时间上至少与显示更新时段一样长。在这样的实施例中，非显示更新时段可以被称为长水平消隐时段、长h消隐时段或分布式消隐时段。在其他实施例中，该非显示更新时段可包括水平消隐时段或垂直消隐时段。处理***110可以被配置成在不同非显示更新时间的任何组合的任一个或多个期间驱动用于电容性感测的传感器电极。
显示驱动模块208包括被确认用来在非感测(例如显示更新)时段期间向显示设备的显示器提供显示图像更新信息的电路。该显示驱动模块208可以包括有传感器模块204或者与传感器模块204分开。在一个实施例中，处理***包括第一集成控制器，其包括显示驱动模块208和传感器模块204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***包括：第一集成控制器，其包括显示驱动模块208；和第二集成控制器，其包括传感器模块204。在又一实施例中，处理***包括第一集成控制器，其包括显示驱动模块208和发射器模块或接收器模块之一；和第二集成控制器，其包括传感器模块204和发射器模块或接收器模块的另一个。
图3图示根据本文中所述的实施例的LGM对电容性感测输入设备的影响。具体来说，图3图示在接地305、输入对象140和输入设备100之间的各种电容。如所示的，输入设备100包括设备底盘315和支撑电容性感测像素205的显示器底盘310。设备底盘315可以包括输入设备100的壳体以及设备100的内部计算元件(诸如计算机处理器、上述处理***110中的一些或所有、输入/输出接口、天线和无线发射器和接收器)。该设备底盘315经由电容Chc耦合至输入对象140并经由电容C1耦合至接地305。电容Chc和C1的值根据图3中各部件的关系而变化。例如，如果输入设备100被用户的手(即输入对象140)握住，则电容Chc会比C1更大很多。然而，如果输入设备100被放置在桌子上，则电容C1比Chc更大。
显示器底盘310还经由电容C2电容性地耦合至接地305并且输入对象140经由电容C3电容性地耦合至接地305。在一个实施例中，电容C1、C2和C3的组合确定随着输入设备100的环境的变化而变化的***的LGM。输入设备100可能不具有用来测量输入设备100在环境中的位置的任何机构，并且因此不能准确地确定LGM的电容是否会负面地影响输入设备100测量电容Ct(即在输入对象140和电容性感测像素205之一之间耦合的电容)的能力。
此外，图3包括电压源Vfc、Vn和Vm，它们可以引入影响响应于电容性感测信号而生成的输出信号的噪声。噪声源Vfc表示经由输入对象140被引入到电容性像素205中的手指耦合的噪声。例如，可以将任何数目的不同周期性信号从人体发射至随后通过输入设备100测量的电容性感测像素205。噪声源Vn表示可以源于设备底盘315和接地305之间的充电器的噪声。也就是说，当被***充电器或某一种类的电源适配器时，不同的周期性信号可以被耦合至设备底盘315中，这会影响使用电容性感测像素205测量的信号。
电压源Vm是已调制信号(即电容性感测信号)，其是由设备底盘315中的电源(未被示出)生成的并且被显示器底盘310用来调制电容性感测像素205。如下面更详细描述的，用Vm表示的已调制信号允许输入设备测量像素205和输入设备140之间的电容性耦合。然而，除了提供电容性感测信号之外，电源还会将不想要的噪声引入源Vm中，这会影响使用像素205测得的信号。
为了减轻或移除上述LGM和噪声源的影响，输入设备100对从输出信号和从将电容性感测信号(例如Vm)驱动到电容性感测像素205中的传感器电极上导出的增量信号(或电容性测量结果)进行归一化。如下面更详细描述的，输入设备100使用电容性感测信号来同时调制多个像素205中的传感器电极。因为LGM和噪声源通常对像素205产生相同的影响，所以从输出信号以及调制传感器电极导出的增量信号的和可以被用作用来减轻或移除来自各个增量信号的LGM和噪声源的归一化值。
图4图示根据本文中所述的实施例的LGM对电容性感测输入设备100的影响。图4图示与图3中所示的相同的部件和耦合电容，但是具体添加的电流和电路部件。具体来说，图4图示由使用电容性感测信号来调制像素205得到的各种电流。另外，图4示出对应于电容性感测像素之一(即像素205A)的电容。像素205A中的电容Ct是试图测量的输入设备100的电容。在该绝对电容实施例中，输入设备100试图测量可以被用来检测输入对象140的存在的电容Ct中的变化。像素205A中的电容Ctb表示像素205A和设备底盘315之间的电容性耦合。
使用组合电容来示出剩余的电容性感测像素(即像素205B-Z)，在这种情况下电容Cp表示像素205B-Z和输入对象140之间的总电容并且电容Cpb表示像素250B-Z和设备底盘315之间的总电容。电容性感测像素205被耦合至相应的AFE 405。在一个示例中，各像素205中的每一个中的传感器电极被耦合至各AFE 405中的相应一个。总体来说，AFE 405包括用于响应于将电容性感测信号驱动到像素205中的传感器电极上来生成输出信号(例如数字信号)的电路，诸如积分器、开关和模拟到数字转换器(ADC)。在一个实施例中，该处理***通过将输出电流410与基线测量结果进行比较来导出增量信号，由此识别电容或电荷中的变化。尽管本文中的实施例描述使用绝对电容感测来确定像素205和输入对象140之间的电容的变化，但是在另一实施例中，可以从由驱动当执行跨越电容感测时使用的发射器电极上的发射器信号产生的信号导出增量信号。
在一个实施例中，输入设备可以包括与电容性感测像素205相同数目的AFE 405。然而，在另一实施例中，输入设备可宝比像素205更少数目的AFE 405。在该示例中，多个电容性感测像素205中的传感器电极可以被选择性地耦合至同一AFE 405。
对应于像素205A的输出电流410A和对应于像素205B-Z的输出电流410B-Z被发射至显示器底盘310。使用硬件或固件，处理***110(未被示出)中的确定模块可以对从输出电流410A-Z导出的增量信号进行归一化以减轻LGM和噪声源对输出电流410A-Z的影响。
图5图示根据本文所述的实施例的用于对电容性测量结果进行归一化的方法500的流程图。在块505处，处理***中的传感器模块将电容性感测信号并行驱动到多个传感器电极上。在一个实施例中，传感器模块将电容性感测信号驱动到图4中所示的电容性感测像素205A-Z中的每一个中的传感器电极上。电容性感测信号可以是任何已调制信号，例如方波、正弦曲线、锯齿、等等。
在块510处，耦合至传感器电极的AFE响应于驱动电容性感测信号为多个传感器电极中的每一个生成输出信号。因为电容性感测信号被并行驱动到传感器电极，所以总体上以与LGM和任何噪声相同的方式来影响对于传感器电极的输出信号。例如，参考图4，电容C1、C2和C3的值(它们设置了LGM的当前状况)以相同的方式来影响对于所有像素205的输出电流410。类似地，如果当在块505处驱动电容性感测信号时充电器(Vn)、电源(Vm)或手指耦合的噪声源(Vm)引起噪声，则该噪声出现在所有所生成的输出电流410中。用方程1来表示LGM、噪声源和输入对象140对输出信号405A的影响：
Figure BDA0001331836820000151
用方程2来示出LGM、噪声源和输入对象140对与像素205B-Z相对应的输出信号405B-C的影响：
Figure BDA0001331836820000161
在方程1和2中，V’m和V’n是对应量的时间导数。如所示的，输出信号取决于两个电流i5和i6关于时间的积分(除了将电压的时间导数V’m和V’n减小到它们的幅度之外这使方程保持不变)以及潜在地根据积分添加至方程的常数(其通常是AFE总的积分器的基准电压)。
在块515处，处理***使用基线测量结果(例如基线电流)来识别对于各输出信号中的每一个的电容的变化(电容测量结果或增量信号)。在方程3和4中示出基线电流，在这种情况下，手指(即输入对象140)和人体的剩余部分具有对所有像素205的可忽略的耦合并且Ct和Cp的值是零。
i5b＝i5(Ct≈0)＝CtbVm (3)
i6b＝i6(Cp≈0)＝CpbVm (4)
为了检测输入对象140的触摸(或悬停)事件的存在，从电流i5和i6中(或者等同地，它们的积分(即电荷))减去基线电流i5b和i6b(其可以是当输入对象不接近感测区时在前一电容性感测时段期间捕获的)来产生电容相对于基线电流的变化。在方程5和6中示出这些减法的结果。
Figure BDA0001331836820000162
Figure BDA0001331836820000163
方程5和6图示电流(或电荷)i5和i6的变化通常显著依赖于LGM和噪声。
在块520处，处理***中的确定模块使用对应于其他传感器电极的电容中的变化的组合来对与传感器电极之一相对应的电容中的变化(例如在方程5和6中示出的增量电流或增量信号)进行归一化以移除或减轻LGM和噪声的影响。在一个实施例中，该组合是对于在块505期间感测的所有传感器电极的所有增量信号的和。换种方式，确定模块将对于所有电容性感测像素的增量信号相加以生成归一化值并且然后使各个增量信号中的每一个除以归一化值。在方程7中示出对针对像素205A的输出信号进行归一化的影响(即电流i5)。
Figure BDA0001331836820000171
具体来说，方程7图示使用像素205的所有测得的增量信号的和来对针对像素205A的增量信号进行归一化。结果是已经从像素205A的增量信号移除LGM和噪声的影响。等式7中保持的仅有的相关性是输入对象140和像素205中传感器电极之间的电容性耦合的结果。当输入对象140接近包括像素205的感测区时，方程7的分母比分子增长得更快地多，从而导致输入对象到传感器-区距离的比之间的近线性关系。尽管当电容Cp变得大时信号降低，但是处理***可以通过根据Δi6改变检测的阈值或者使经过归一化的信号乘以测量非零输出电流410的电容性感测像素的总数来补偿。
确定模块可以使用归一化值来对与在块505期间感测的传感器电极相对应的各增量信号中的每一个进行归一化。也就是说，该确定模块可以为各电容感测像素205中的每一个生成经过归一化的增量信号。尽管处理***中的确定模块(例如硬件或固件)可以执行块520，但是在其他实施例中，可通过输入设备中的中央处理器或通过软件来执行该归一化。
在块525处，确定模块使用经过归一化的电容变化(即经过归一化的增量信号)来检测输入对象的位置。在一个实施例中，该确定模块将经过归一化的增量信号与一个或多个阈值相比较。基于电容相对于基线测量结果的变化，模块模块可以确定输入对象是否位于感测区的包括电容性感测像素的一部分。通过利用对于电容性感测像素的经过归一化的增量信号中的每一个来重复该过程，确定模块可以确定输入对象在那里与感测区相互作用，即输入对象接触或悬停在感测区上的位置。尽管该功能被描述为在处理***中的确定模块中发生，但是在其他实施例中，可通过中央处理器或通过软件来执行块525。
图6A和6B图示根据本文中所述的实施例的使用不同的各组传感器电极来对电容性感测测量结果进行归一化。输入设备可以不包括与电容性感测像素205一样多的AFE140。照此，输入设备可以不会同时生成来自感测区120中的所有传感器电极610的输出信号。***600图示输入设备，其包括二十个传感器电极610，但是仅10个AFE 405。照此，当将电容性感测信号驱动到传感器电极610上时，AFE 405可以生成对于仅10个传感器电极610的输出信号。
在图6A中，最前面的两行传感器电极610形成第一组605。各传感器电极610中的每一个经由迹线615耦合至选择逻辑620。通过使用控制信号，选择逻辑620选择性地将迹线615以及由此传感器电极610耦合至AFE405。因此，在图6A中所图示的时段中，仅第一组605中的传感器电极610被电气耦合至AFE 405，而剩余的电极610(即感测区120中的下半部分的电极610)没有。如上文所述，方法500可以被用来将电容性感测信号驱动到第一组605传感器电极610上并且使用AFE 405生成输出信号。
通过使用根据输出信号生成的增量信号，处理***110(未被示出)中的确定模块可以将来自第一组605的增量信号相加以生成归一化值。该确定模块然后可以对与传感器电极610和AFE 405中的每一个相对应的增量信号进行归一化以输出第一经过归一化的增量信号。在该示例中，该确定模块通过用由AFE 405生成的各个增量信号除以第一归一化值来生成10个经过归一化的增量信号。这些经过归一化的增量信号然后可以被评估以检测输入对象在感测区120的上半部分中的位置。
图6B是与图6A中所示的相同的***600，但是在AFE 405生成对应于第二组630中的传感器电极610的输出信号的不同时段。换种方式，输入设备将电容性感测信号驱动到在感测区120的下半部分上的第二组630中的10个传感器电极610。传感器电极610经由迹线625耦合至选择逻辑620。使用控制信号，选择逻辑620将第二组630中的传感器电极610耦合至AFE 405。
通过使用根据输出信号生成的增量信号，确定模块将来自第二组630的电极610的增量信号相加以生成第二归一化值。该确定模块然后可以对与第二组630中的传感器电极610中的每一个相对应的各个增量信号进行归一化以生成经过归一化的增量信号。在该示例中，该确定模块通过用由AFE 405生成的各个增量信号除以第二归一化值来生成10个经过归一化的输出信号。这些经过归一化的增量信号可以被评估以检测输入对象在感测区120的下半部分中的位置。
以这种方式，处理***110可以通过为每一组电极生成归一化值来评估各组传感器电极610。换种方式，处理***110为每一组电极生成一个相应的归一化值，其被用于对与该组中的传感器电极610相对应的各增量信号进行归一化。照此，处理***110不需要与像素205以及传感器电极610的数目相同的AFE 405的数目，这可以降低输入设备的成本和其中的空间。作为代替，处理***110可以使用多个不同的感测时段(每一个都用于一个组)来为感测区120中的所有电容性感测像素205生成经过归一化的增量信号。此外，在一个实施例中，感测时段可以与显示更新交错。例如，处理***110可以在显示帧中的垂直或水平消隐时段期间为第一组605传感器电极610生成经过归一化的增量信号。处理***110然后可以在显示帧中的另一消隐时段期间在为第二组630传感器电极610生成经过归一化的增量信号之前更新显示器中的一行或多行显示像素。
在一个实施例中，可以从不是响应于驱动同时电容性感测信号而生成的增量信号导出归一化值。例如，输入设备可以在第一时间段期间将电容性感测信号驱动到第一组605感测电极610上并存储所产生的增量信号。在第二时间段期间，输入设备将电容性感测信号驱动到第二组630感测电极610上并测量所产生的增量信号。输入设备然后可将在第一和第二时间段期间生成的所有增量信号相加以生成归一化值。输入设备可以除以(即归一化)在第一和第二时间段期间测得的各个增量信号中的每一个以生成20个经过归一化的增量信号，其可以被用来如上所述那样检测输入对象。LGM缓慢地变化，并且因此LGM对在第一和第二时间段期间测得的增量信号的影响将是基本相同的(假设两个时间段彼此在例如小于1秒内发生)。因此，通过对增量信号进行归一化来移除LGM对增量信号的影响。
然而，许多噪声源具有短的持续时间(例如短尖峰)或随着时间迅速变化。因此，将在第一和第二时间段期间测得的增量信号组合以生成全局归一化值可能意味着对增量信号进行归一化不会移除或减轻噪声源对增量信号的影响。也就是说，噪声源可能影响在第一时间段期间测得的增量信号而不是在第二时间段期间测得的增量信号。然而，使用全局归一化值的一个优点是输入设备不具有在第一和第二组605、630之间的边界处由使用归一化值而产生的不连续性，该归一化值是仅使用来自每一组中的传感器电极610的增量信号导出的。但是当针对每一组像素(例如第一和第二组605、630)使用分开的归一化值时，边界处的不连续性仅在每个像素的检测分辨率不足够小的情况下发生。如果存在足够的分辨率，则分开的归一化值将不会在各组之间的边界处产生任何不连续性。
因此，为了最佳地解释根据本技术的实施例及其特定应用以及由此使得本领域技术人员能够做出和使用本技术，给出这里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给出了以上的描述和示例。所阐述的描述并不意在是穷举的或者将本公开内容限于所公开的精确形式。
鉴于前述内容，由下面的权利要求来确定本公开内容的范围。

Claims (17)

1.一种输入设备，其包括：
输入设备的感测区中的多个传感器电极；以及
耦合至该多个传感器电极的处理***，该处理***被配置成：
将第一多个电容性感测信号并行驱动到第一组多个传感器电极上；
响应于驱动第一多个电容性感测信号来生成与第一组多个传感器电极相对应的第一多个电容性测量结果；
使用第一多个电容性测量结果的组合来对与第一组中的多个传感器电极之一相对应的第一电容性测量结果进行归一化；以及
基于经过归一化的第一电容性测量结果来确定输入对象的位置，
其中该第一多个电容性测量结果的组合是与第一组多个传感器电极相对应的所有第一多个电容性测量结果的总和。
2.根据权利要求1所述的输入设备，其中该处理***被配置成：
使用第一多个电容性测量结果的组合来对与第一组中的多个传感器电极的第二传感器电极相对应的第二电容性测量结果进行归一化；以及
基于经过归一化的第二电容性测量结果来确定输入对象的位置。
3.根据权利要求2所述的输入设备，其中基于第一和第二电容性测量结果来确定输入对象的位置包括：
基于经过归一化的第一和第二电容性测量结果来检测电容的变化。
4.根据权利要求1所述的输入设备，其中该处理***被配置成执行绝对电容性感测以便为第一组多个传感器电极生成第一多个电容性测量结果，并且其中第一多个电容性测量结果包括从将由模拟前端生成的输出信号与基线测量结果进行比较而导出的增量信号。
5.根据权利要求1所述的输入设备，其中以共用面板上的矩形阵列来布置该多个传感器电极。
6.根据权利要求1所述的输入设备，其中该处理***被配置成：
将第二多个电容性感测信号并行驱动到第二组多个传感器电极上，其中该第二组多个传感器电极在感测区中；
生成通过驱动第二多个电容性感测信号而引起的与第二组多个传感器电极相对应的第二多个电容性测量结果；
使用第二多个电容性测量结果的组合来对与第二组中的多个传感器电极之一相对应的第二电容性测量结果进行归一化；以及
基于经过归一化的第二电容性测量结果来确定输入对象的位置。
7.一种处理***，其包括：
传感器模块，其被配置成将第一多个电容性感测信号并行驱动到第一组多个传感器电极上；
确定模块，其被配置成:
响应于驱动第一多个电容性感测信号来生成与第一组多个传感器电极相对应的第一多个电容性测量结果；
使用第一多个电容性测量结果的组合来对与第一组中的多个传感器电极之一相对应的第一电容性测量结果进行归一化；以及
基于经过归一化的第一电容性测量结果来确定输入对象的位置，
其中该第一多个电容性测量结果的组合是与第一组多个传感器电极相对应的所有第一多个电容性测量结果的总和。
8.根据权利要求7所述的处理***，其中该确定模块被配置成：
使用第一多个电容性测量结果的组合来对与第一组中的多个传感器电极的第二传感器电极相对应的第二电容性测量结果进行归一化；以及
基于经过归一化的第二电容性测量结果来确定输入对象的位置。
9.根据权利要求8所述的处理***，其中基于第一和第二电容性测量结果来确定输入对象的位置包括：
基于经过归一化的第一和第二电容性测量结果来检测电容的变化。
10.根据权利要求7所述的处理***，其中该确定模块被配置成执行绝对电容性感测以便为第一组多个传感器电极生成第一多个电容性测量结果。
11.根据权利要求7所述的处理***，其中确定输入对象的位置包括：
确定输入对象在由多个传感器电极建立的感测区内的位置。
12.根据权利要求7所述的处理***，其中该传感器模块被配置成将第二多个电容性感测信号并行驱动到第二组多个传感器电极上，其中该第二组多个传感器电极连同第一组多个传感器电极都在感测区中；
其中该确定模块被配置成：
生成通过驱动第二多个电容性感测信号而引起的与第二组多个传感器电极相对应的第二多个电容性测量结果；
使用第二多个电容性测量结果的组合来对与第二组中的多个传感器电极之一相对应的第二电容性测量结果进行归一化；以及
基于经过归一化的第二电容性测量结果来确定输入对象的位置。
13.一种用于电容感测的方法，其包括：
将第一多个电容性感测信号并行驱动到第一组多个传感器电极上，其中该多个传感器电极在输入设备的感测区中；
响应于驱动第一多个电容性感测信号来生成与第一组多个传感器电极相对应的第一多个电容性测量结果；
使用第一多个电容性测量结果的组合来对与第一组中的多个传感器电极之一相对应的第一电容性测量结果进行归一化；以及
基于经过归一化的第一电容性测量结果来确定输入对象的位置，
其中该第一多个电容性测量结果的组合是与第一组多个传感器电极相对应的所有第一多个电容性测量结果的总和。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
使用第一多个电容性测量结果的组合来对与第一组中的多个传感器电极的第二传感器电极相对应的第二电容性测量结果进行归一化；以及
基于经过归一化的第二电容性测量结果来确定输入对象的位置。
15.根据权利要求13所述的方法，其中生成第一多个电容性测量结果进一步包括：
执行绝对电容性感测以便为第一组多个传感器电极生成第一多个电容性测量结果。
16.根据权利要求13所述的方法，其中以共用面板上的矩形阵列来布置该多个传感器电极。
17.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
将第二多个电容性感测信号并行驱动到第二组多个传感器电极上，其中该第二组多个传感器电极在感测区中；
生成通过驱动第二多个电容性感测信号而引起的与第二组多个传感器电极相对应的第二多个电容性测量结果；
使用第二多个电容性测量结果的组合来对与第二组中的多个传感器电极之一相对应的第二电容性测量结果进行归一化；以及
基于经过归一化的第二电容性测量结果来确定输入对象的位置。
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