CN108139842A - 在传感器***中用于减少噪声的***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种传感器***，其具有：采集单元，其包括产生一系列数字传感器信号的模/数转换器；第一评估单元，其接收用于评估的所述系列数字传感器信号，其中所述第一评估单元产生对应于传感器事件的输出信号；及独立于所述第一评估单元的第二评估单元，其接收所述系列数字传感器信号。至少第一系列数字传感器信号及第二系列数字传感器信号由所述第二评估单元处理以产生经配置以选择控制所述模/数转换器的采样频率的控制信号，其中依不同采样频率采样所述第一系列数字传感器信号及所述第二系列数字传感器信号。

Description

在传感器***中用于减少噪声的***及方法
技术领域
本发明涉及用于操作受噪声影响的传感器的***及方法，尤其是电容传感器***。
背景技术
许多传感器***使用经受噪声的检测器，在评估由***提供的相应信号时噪声会产生问题。此类传感器***经常用于有噪声环境中。微控制器包含允许检测及解码此类传感器的***装置。也可获得用于解码及检测此类传感器***的激活的单独控制器。
在许多常规输入***中，电容传感器用作触摸传感器及近程传感器。各种测量方法用于此类***中，例如电容分压器、弛缓振荡器、充电时间测量单元或任何其它适合电容测量***。
电容传感器***也可用以检测在例如由准静态交变电场提供的检测场中执行的非触摸示意动作。可通过使用发射电极产生准静态交变电场且使用多个接收电极测量由进入此类场的物体造成的所述场的干扰而实现此类传感器***。另外，可使用单一电极或发射电极或一或多个接收电极。所接收的电压可用以测量传感器电极与其电环境之间的电容，即，电容受比如人的手指或手的电接地物体影响。此外，可例如由此电压推断手指的距离。此信息可用于人机接口。
可获得使用触摸及非触摸检测的组合的一些电容***及其它***。根据上文所提及的原理或其它原理中的任何者而操作的此类常规***的问题是，例如荧光灯或开关式电源的电噪声源可影响测量。因此，在有噪声环境中准确及可靠地估计信号可变得有问题。
图1展示如例如由本申请案的受让人制造的半导体装置中所使用的电容分压器(CVD)前端***200的实例，其中感测电极201静电耦合到手指202。电极201连接到电路输入ANx。ANx由模拟多路复用器203连接到由受信号Ss控制的开关及存储Vadc的样本电容所形成的采样保持电路204。ANx表示与模拟多路复用器204耦合的可能多个传感器中的一者。
通常高的阻抗ANx也可由受Sn控制的开关驱动到GND。模拟多路复用器203也连接到AN0，其驱动到Vdd电源。信号AD1CHS控制模拟多路复用器203。模/数转换器将Vadc转换为数值。一系列ADC数值2由累积器&降频采样器102加总，接着，累积器&降频采样器102产生由比如按钮控制或手指定位或跟踪算法的较高阶算法使用的数据3。假定在获取一系列1新ADC值之前，在每一数据之后清除累积器。
手指电势易于随时间而不同于电子参考电平(接地)，且因此此效应由瞬间振幅Vnoise(t)的AC电压源Fn建模。
如图1中所展示的噪声检测***110接收数据值3，且其中滤波器111经设计以拒绝近DC值且具有功率估计器112，所述***计算从数据流所见的变化量，从而产生噪声电平113。
此噪声电平馈送到调适CVD***200的采样率Fs的算法114。虽然图中未说明，但是如果噪声电平超过特定阈值，那么此算法可例如改变采样率。
图2说明图1中所展示的电路中的信号Sn、AD1CHS及Ss的切换序列。这些信号控制CVD前端的行为，从而迫使ANx输入驱动到‘0’，例如接地电平，或是高阻抗，三态的等效术语。信号AD1CHS控制模拟多路复用器以连接到AN0或连接到ANx；Ss信号控制采样保持状态，即：采样状态，跟踪的等效词语；及保持状态，在所述保持状态期间发生模/数转换。
图3的底部展示依特定采样率测量的7个系列ADC数值的实例，每一系列含有8个数值。图3的上部中的时间轴上展示降频采样数据的结果。当噪声电平超过特定阈值时，采样率改变，在此实例中采样率增加，且执行4个额外系列测量。
发明内容
根据实施例，一种传感器***可包括：采集单元，其包括产生一系列数字传感器信号的模/数转换器；第一评估单元，其接收用于评估的所述系列数字传感器信号，其中所述第一评估单元产生对应于传感器事件的输出信号；及独立于所述第一评估单元的第二评估单元，其接收所述系列数字传感器信号；其中至少第一系列数字传感器信号及第二系列数字传感器信号由所述第二评估单元处理以产生经配置以选择控制所述模/数转换器的采样频率的控制信号，其中依不同采样频率采样所述第一系列数字传感器信号及所述第二系列数字传感器信号。
根据另一实施例，所述第二评估单元可包括数字滤波器，其具有接收所述系列数字传感器信号的输入及提供信号以产生所述控制信号的输出。根据另一实施例，所述第二评估单元可进一步提供由所述第二评估单元处理的信号的功率估计。根据另一实施例，所述传感器***可进一步包括：第一寄存器及第二寄存器，其经配置以存储由所述功率估计器单元产生的第一分数值及第二分数值；及比较器单元，其比较所述第一分数值及所述第二分数值以产生所述控制信号。根据另一实施例，如果所述第一分数值大于或等于所述第二分数值，那么所述控制信号是第一逻辑状态且否则是第二逻辑状态。根据另一实施例，所述传感器***可进一步包括：第一多路复用器，其从所述比较器单元接收逻辑0、逻辑1及输出信号；及源控制单元，其控制所述多路复用器，其中所述第一多路复用器的输出控制所述采样频率的选择。根据另一实施例，所述第一多路复用器的所述输出可控制经配置以选择所述第一寄存器或所述第二寄存器的第二多路复用器。根据另一实施例，所述***可在多个采样频率之间选择。根据另一实施例，所述***可在第一采样频率与第二采样频率之间选择。根据另一实施例，所述第一评估单元可将多个后续数字传感器信号组合成单输出信号，且其中所述第二评估单元经配置以评估数字传感器信号的第一分组及紧随所述第一分组的数字传感器信号的第二分组，其中每一分组包括使用不同采样频率采样的数字传感器信号。根据另一实施例，所述第二评估单元可经配置以在已产生多个分组之后周期性地执行评估。根据另一实施例，所述传感器***可进一步包括：可切换滤波器组，其接收所述系列数字传感器信号；及减法单元，其接收所述系列数字传感器信号且经配置以从所述系列数字传感器信号减去来自所述可切换滤波器组的输出信号且将结果转送到所述数字滤波器。根据另一实施例，所述可切换滤波器组可受经配置以计数一系列数字传感器信号内的样本值的数目的计数器控制。根据另一实施例，所述传感器***可进一步包括：所述采集单元内的控制单元，其经配置以执行后续差分传感器信号测量；及解调器，其从所述ADC接收输出信号。根据另一实施例，所述解调器可将所述ADC的输出值乘以“+1”或“-1”。根据另一实施例，可取决于所述第二评估单元直接从所述ADC接收输出值还是从所述解调器接收输出而选择所述数字滤波器的滤波器特性。根据另一实施例，所述第二评估单元可从所述解多路复用器接收输出值且所述数字滤波器被配置到DC分量。根据另一实施例，所述第二评估单元可直接从所述ADC接收输出值且所述数字滤波器经配置以拒绝所述差分传感器信号测量的调制频率。根据另一实施例，所述传感器***可包括多个传感器，其中所述采集***经配置以从所述多个传感器中的每一者依序采集传感器信号的至少一个分组，其中每一分组包括来自使用选定采样频率的传感器的多个后续测量。根据另一实施例，所述第二评估单元可经配置以选择所述多个传感器中的一者以提供数字传感器信号的所述第一分组及所述第二分组。根据另一实施例，可更经常选择所述多个传感器中的提供最强信号的传感器以提供数字传感器信号的所述第一分组及所述第二分组。根据另一实施例，可提供多个采样频率，且在由所述第二评估单元执行的多个评估期间选择两个优选采样频率。
根据另一实施例，一种用于采样传感器信号的方法可包括以下步骤：使用模/数转换器产生一系列数字传感器信号；由接收所述系列数字传感器信号的第一评估单元产生对应于传感器事件的输出信号；由独立于所述第一评估单元的第二评估单元接收所述系列数字传感器信号；由所述第二评估单元处理至少第一系列数字传感器信号及第二系列数字传感器信号以产生控制信号；及由所述控制信号选择控制所述模/数转换器的采样频率，其中依不同采样频率采样所述第一系列数字传感器信号及所述第二系列数字传感器信号。
根据另一实施例，所述方法可进一步包括滤波所述系列数字传感器信号，及由所述第二评估单元产生所述控制信号。根据另一实施例，所述方法可进一步包括执行由所述第二评估单元处理的信号的功率估计。根据另一实施例，所述方法可进一步包括存储由所述功率估计产生的第一分数值及第二分数值，及比较所述第一分数值及所述第二分数值以产生所述控制信号。根据另一实施例，如果所述第一分数值大于或等于所述第二分数值，那么所述控制信号可以是第一逻辑状态且否则是第二逻辑状态。根据另一实施例，所述方法可进一步包括在多个采样频率之间选择。根据另一实施例，所述方法可进一步包括在第一采样频率与第二采样频率之间选择。根据另一实施例，所述方法可进一步包括将多个后续数字传感器信号组合成单输出信号，及评估数字传感器信号的第一分组及紧随所述第一分组的数字传感器信号的第二分组，其中每一分组包括使用不同采样频率采样的数字传感器信号。根据另一实施例，所述方法可进一步包括在已产生多个分组之后周期性地执行评估。根据另一实施例，所述方法可进一步包括从所述系列数字传感器信号减去来自接收所述系列数字传感器信号的可切换滤波器组的输出信号且转送结果用于进一步滤波。根据另一实施例，所述方法可进一步包括由经配置以计数一系列数字传感器信号内的样本值的数目的计数器控制所述可切换滤波器组。根据另一实施例，提供多个传感器，且其中所述方法进一步包括：从所述多个传感器中的每一者依序采集传感器信号的至少一个分组，其中每一分组包括来自使用选定采样频率的传感器的多个后续测量。根据另一实施例，所述方法可进一步包括选择所述多个传感器中的一者以提供数字传感器信号的所述第一分组及所述第二分组。根据另一实施例，可更经常选择来自所述多个传感器的提供最强信号的传感器以提供数字传感器信号的所述第一分组及所述第二分组。根据另一实施例，可提供多个采样频率，且在由所述第二评估单元执行的多个评估期间选择两个优选采样频率。
附图说明
随附及形成本说明书的部分的图式经包含以描绘本发明的某些方面。应注意，图式中所说明的特征未必按比例绘制。可通过参考以下描述结合附图而获取对本发明及其优点的更完整理解，附图中相同元件符号指示相同特征且附图中：
图1描绘使用具有对噪声的稳健性的常规电容检测***。
图2描绘图1的***中使用的控制信号的时序图。
图3以时序图说明图1中所展示的***的信号采集及处理。
图4描绘具有噪声稳健性的示范性电容传感器***的第一实施例。
图5a以时序图说明图4中所展示的***的信号采集及处理。
图5b说明以时序图展示的信号采样序列及关联频谱。
图6是以时序图展示的信号采样序列。
图6a展示由两个不同采样率采集的噪声。
图6b展示用于产生实验数据的测试设定。
图7描绘具有噪声稳健性的示范性电容传感器***的第二实施例。
图8描绘具有噪声稳健性的示范性电容传感器***的第三实施例。
图9展示根据图8的***的两个可能实施例。
图10展示根据另一实施例的信号采集及处理。
图11展示以两个不同采样率及关联分数值采集的传感器信号及噪声。
图12展示以四个不同采样率及关联分数值采集的传感器信号及噪声。
图13展示根据各种实施例的自动采样率选择的结果。
图14展示快速发现最佳采样频率的方式。
具体实施方式
所揭示的各种实施例可用于在触摸屏、触摸板或按钮中使用的电容传感器，其具有接收电极且可能具有发射电极。各种实施例提供用于触摸检测***以及非触摸检测***的改进式检测。因此，所述实施例可应用于大多数传感器***，甚至应用于电容感测的领域以外。然而，噪声抗扰性是电容传感器中的普遍关注。例如，标准化测试“IEC61000-4-6抗传导干扰(IEC61000-4-6Immunity to Conducted Disturbances)”显示共同问题：当干扰噪声与具有稍微不同的频率的信号重叠时依给定频率从接收电极采集弱信号。此外，需要较短扫描时间、期望响应式用户接口在较短观察期间加剧辨别占据附近频率的信号及噪声的此问题。
如图3中所展示，共同技术是从一系列1ADC值2中的传感器采集若干时间数据，且在由较高阶算法进一步处理之前(例如处理基线、处理阈值或手指位置或跟踪)计算此系列的总和或平均值3。在本发明中，系列也称为分组。在一阵突发采集一系列ADC样本的此过程也称为过采样。求和或平均化运算符102增加测量的分辨率且如果采样率(也称为采样频率)较为适当，那么其也减少来自干扰的噪声。已知的是选择适当采样率会显著有助于分离噪声及信号，如例如图6及6a所说明。仅保持平均值或总和的操作是有时称为降频采样的操作，且其随后减少数据处理的复杂性。
图6的顶部图形及底部图形说明依不同采样频率采样的相同信号x(t)。每一系列i含有由黑点表示的n个ADC值，被标记为xi,1到xi,n，其在降频采样之后产生被标记为vi的数据。
顶部图形说明期望情况：一系列内的ADC样本x似乎在垂直轴中散布值，但是降频采样值v1到vi展示显著的一致性。另一方面，底部图形展示非期望情况，其中一系列内的ADC样本x似乎在垂直轴中良好分组，从而给定无噪声信号的错误信念，但是其中降频采样值v1到vi随时间而不一致。
图6a说明使用图6b中所展示的设定收集的实验结果。使用受控频率fn产生正弦波(被视为采集***的噪声)的具有恒定振幅(Vnoise)的波形产生器连接到机械手指，所述机械手指耦合到电极。差分CVD采集***用以连续收集ADC样本，及计算降频采样数据。
对于每一噪声频率，测量512个重复数据且计算其标准偏差。接着，增量噪声频率，且重复所述过程。在实验期间不更改ADC采样频率。
图6a展示针对2个不同采样频率收集的结果，垂直轴是标准偏差，水平轴是注入噪声的频率。其说明更改采样频率可改进降频采样数据上的所得噪声达接近1000(60dB)的因子。
所揭示的各种实施例提出用于快速优化采样率且提供优于以下常规解决方案的改进的策略：
图3中展示第一常规实例。所述图展示用于适应采样率的常用策略，其中在设法切换另一采样率之前等待噪声113在降频采样数据3中可见。此技术存在3个缺点：首先，合法手指运动可被误认为噪声，且触发原本不必要的跳频。其次，检测噪声会耗费若干有噪声数据3，且这些有噪声数据无法恢复；噪声通过或根本无数据均可用；此说明于图3中。第三，即使此策略允许检测不适当的采样率，其不助于寻找更佳采样率；***保持尝试另一采样率且未必保证改进。
根据另一常规实例，***可***性地采集3个系列，在降频采样之后产生3个数据；每一系列可使用不同采样率来采集。有效数据由中间滤波器选择。存在2个缺点。测量比原来长3倍，且其需要至少2个干净采样率来恢复较差采样率。根据变型，采样率交错；此解决对缓慢采集时间的批判，但是引入另一人为误差，其中相同数据使用多次。
各种实施例提供一种用于迅速比较不同采样率的质量且不具有先前描述的策略的缺点的方法。
图4说明使用控制采集***200的评估***9的可能实施方案。在此实例中采集***200再次是电容分压器***。然而，如上文所讨论，可使用其它测量***。因此，采集***200通常提供数字测量值2。此处，CVD前端200例如相同于图1中先前所展示且包括例如提供用于各种开关及ADC的控制信号的状态机器的控制器单元205。因此，控制器单元205负责提供/产生采样频率。提供包括累积器及降频采样器1020后为跟踪***的第一评估单元。此第一评估***的规格取决于所述是实施方案且可改变。然而，此第一评估单元负责提供实际输出信号，实际输出信号指示例如由较高阶算法进一步使用的触摸或示意动作检测的相应事件。***的此部分可与如图1中所展示的常规***的部分相同。
根据各种实施例，提出一种传感器***，其包括采集单元，所述采集单元具有产生一系列数字传感器信号的模/数转换器。第一评估单元接收用于评估的所述系列数字传感器信号，其中所述第一评估单元产生对应于传感器事件且可由另一单元进一步处理的输出信号。提供独立于所述第一评估单元的第二评估单元，其也接收所述系列数字传感器信号，其中至少第一系列数字传感器信号及第二系列数字传感器信号由所述评估单元处理以产生经配置以选择控制所述模/数转换器的采样频率的控制信号。每一系列数字传感器信号可被视为信号的分组。所述第二评估单元处理这些分组以确定由所述采集***使用的实际采样频率。这可在已处理特定数目个分组之后周期性地完成。
通常依不同采样频率采样所述第一系列数字传感器信号及所述第二系列数字传感器信号，且优选地，所述第二系列(分组)在已切换采样频率以允许比较不同采样频率的效应之后紧随所述第一系列。例如，功率估计器可用以确定信号的第一系列/分组及第二系列/分组的功率。较高功率指示优选采样频率。
根据一些实施例，如图4中所展示，将ADC数字信号(数值)2馈送到第二评估***9的数值滤波器6，其在此实施例中经设计以取决于其实施方案而拒绝DC分量，及可能其它频率。
如图4中进一步所展示，DC拒绝滤波器6输出施加于信号的变化的估计器，或功率估计器7。功率估计器的输出用作分数值103，其可被存储为寄存器分数1及分数2。
替代地，根据其它实施例，尤其是软件实施例，滤波器及功率估计器函数可组合为单一类型的处理。例如，在软件实施方案中，如下文所重复的函数Noise_Calculation评估ADC样本的阵列“MTOUCH_capturedSamples[adc][]”的分数。所述阵列含有MTOUCH_SAMPLES+1个元素。此实施方案一般性地用于差分CVD(其需要解调)或非差分CVD。计算△＝MTOUCH_capturedSamples[adc][i-1]-MTOUCH_capturedSamples[adc][i+1]是拒绝DC且保持一些AC分量的滤波器的基本形式，且计算△的绝对值(如果为负，则条件语句反转符号)且使其与MTOUCH_noise[adc]+＝△累积在一起可被视为功率估计。
此外，例如，可使用多路复用器(如图4中所展示)以将结果引导到任一寄存器中。寄存器分数1在Fssel为0时记忆分数，且寄存器分数2在Fssel为1时记忆分数。信号Fssel也控制多路复用器105，其中采样率Fs用于CVD前端，频率Fs1或频率Fs2。比较装置104与两个寄存器分数1、分数2耦合且经配置以识别分数1或分数2的哪个分数较高且相应地输出信号“maxpos”。最终，序列源106可迫使Fssel为0、为“1”或呈第三状态“N”以基于maxpos的值使用0或1。在序列状态N期间，采样率频率将对应于产生先前记录的最高分数的频率。图5中展示序列源的实例。
图5是应用于图4中所展示的***的序列的示范性说明。序列信号通常呈状态“N”，在此期间使用与所记录的最高分数匹配的采样频率采集及降频采样ADC值的系列。然而，在排定分数比较期间，一系列ADC值的序列状态被设定为0且对于另一系列快速遵循状态1。
提供图5b以解释原理。图5b的左侧展示类似于图6的表示在采集含有DC电平(假定其为期望信息)及正弦波(假定其为干扰噪声)的信号x(t)单一分组的ADC值的时间域。图5b中的右侧展示频率域中的相同数据。
顶行展示期望情况，何时依其中个别ADC样本在其改变时承受噪声的方式选择采样率；底行展示其中所有ADC样本似乎具有样本值的非期望情况。
在查看频谱表示时，显而易见的是，干扰噪声的能量远离DC(顶行)，因此保留位于DC处的信息；或如底行所展示，噪声能量位于DC附近且将无法区别于信息。
根据实施例，如例如图4及5中所展示可需要各自依不同采样率采集至少两个分组，例如第一系列700ADC输出2。理想地，可从同一电极采集两个采样系列700，且其中最小延迟分离两个采样系列，如图5中所展示。目标是确保干扰或噪声的性质不在两个采样系列之间改变，及确保由于例如链接电极及干扰的人类手指的运动而也不修改将干扰源耦合到电极的机构。在实践中，已发现，可在许多情况下放宽此要求，***仍将起作用。
对于每一采样系列，进一步分析在系列内部发现的样本的频谱以归于分数值。因此，获得每一系列的一个分数值。此由与功率估计7的形式组合的数字滤波器6完成。根据各种实施例，存在两个核心要素。第一核心要素是设计数字滤波器6，其拒绝通常由总和及降频采样运算符102保持的频谱部分，且其改为保持其它频谱区域。所保持的滤波信号的功率或所保持的频谱区域用以计算分数103值；所保持的功率越高，分数越高。根据各种实施例的第二核心要素是比较使用其相应采样率获得的两个分数的机构104，且所述机构偏好具有最高分数的采样率。
意外的发现是，使用采样率操作所述采集(其使ADC样本之间的噪声或变化最大化)在降频采样之后产生较稳定、噪声较少的结果。
显著的是，可罕见地完成通过比较两个候选而选择采样率的动作。需要多久完成一次所述动作取决于干扰噪声的本质及干扰噪声的频谱内容随时间发展多快，如下文进一步所讨论。
可实行可添加到图4中展示的实施例的若干改进。图7中展示的实施例添加到图4的实施例用于从ADC流学习及存储***误差且在计算分数之前将其从ADC系列减去的机构400。
此机构400由包括多个可选低通滤波器402的一组低通滤波器402及提供计数信号403的ADC值的计数器制成。所述计数器可为单独计数器或可为在采集模块200中实施的计数器，如图7中所展示。在每个新ADC样本系列之前重设所述计数器。计数器值403用以将ADC样本馈送到保持平均值且移除随机变化的低通滤波器402。多路复用器及解多路复用器405可用以选择滤波器402中的一者。两个多路复用器均受计数器的对应存储值403控制以使用从采集***200的ADC接收输出信号404的减法器406提供减法。其余电路零件对应于如图4中所展示的实施例的零件。
在计算分数之前，例如当分组内部的样本受例如电极的缓慢充电或采样时间的***变化的***误差影响时，需要此任选校正机构400。构想是每次测量新分组时重复校正***误差。在无任何校正的情况下，此***误差将偏差分数记号，此是因为此误差将被视为噪声且将增加分数记号。改进是保持针对分组内的每一采样率及样本位置存储的校正值，且将对应校正应用于对应样本，相对于分组内部的样本位置及当前使用的采样率。可预计算且提前存储校正，或可由保持***偏差且滤去随机噪声的强低通滤波器自动跟踪。使用所述改进，可依较高可靠性比较分数记号。如上文所示，图7展示可能实施方案。
此外，阻尼算法可任选地用以防止***过度频繁地切换采样率。例如低通滤波器可应用于相应分数；或替代地，所述算法可需要出现多次具有最高分数的采样频率以选择作为中标频率。阻尼在例如干扰噪声不具有恒定振幅时是良好措施；如指定噪声经振幅调制的IEC61000-4-6测试。
图8说明差分测量的介绍及解调步骤800。CVD序列使用由Sp驱动的额外开关替代信号极性以预充电RX线以供应电压Vdd以及输入模拟多路复用器中的连接以预充电样本且保持输入电容到GND。模拟多路复用器的输入AN0及AN1可连接到Vdd及Gnd以允许预充电样本且经由开关Ss保持电容器。也使用由例如控制采集序列的状态机器(此处是CVD序列控制器)提供的信号demod来解调来自ADC的数值输出值。图8中的时序图展示依序执行的CVD电荷分布，其中样本及保持电容器充电到Vdd且随后样本及保持电容器放电至Gnd。解调器将结果乘以“+1”或“-1”以补偿此情形。
如图9的上电路中所展示，根据一个实施例，评估电路400从解调器800接收以其它方式对应于如由图4的电路所提供的ADC值的序列的输出信号。然而，当使用此类调制/解调***时，用以计算分数的滤波器6可由解调信号馈送或可仍由如图9中的底部电路中所展示的调制信号馈送，其中输入滤波器6可经设计以至少部分地拒绝调制频率附近的频谱区域。
在多个电极由***扫描时，应用另一任选改进，如例如图10中所展示。在此情况下，不必要计算每一电极的分数；相反，应用算法。所述算法在最近被扫描的多个电极之间搜索展现最强信号的电极或替代地，展现信号的最快变化的电极。此意谓所述算法通过将电极定位于手指附近而搜索最易受噪声影响的电极。接着，计分序列仅可针对此电极完成，且所得采样率的选择应用于所有其它电极。已发现，此算法产生较可靠的决定且也减少测试各种采样率所耗费的时间。
根据图10，展示若干电极(RX0、RX1、RX2)的扫描序列及具有最强信号的电极的位置处的分数比较序列(RX1两个第一次，且接着RX0)。此图也说明使用挑战者/冠军方案测试3个以上采样率。如图10中所展示，前六个分组由其中每一传感器经采样以依第一采样频率提供两个分组的采集单元提供。接着，由第二评估单元使用第二传感器RX1执行第一评估。产生通过使用第一采样频率及如图10中所指示的比第一采样频率慢的第二采样频率采样第二传感器RX1而提供的两个后续分组。在此实例中，第二评估单元决定保持第一采样频率。接着，后续分组由第一传感器RX0及第三传感器RX2提供且遵循从第一传感器、第二传感器及第三传感器的分组的全序列。接着，由分组通过使用第一及第三采样频率的第二传感器RX1执行第二评估。现在第二评估单元将采样频率切换到第三采样频且提供另五个分组直到产生第三评估。如图10中所展示，使用具有第二及第三采样频率的第一传感器执行第三评估。取决于第二评估单元中的评估的个别分组结果，可实行传感器的选择以及所使用的采样频率的选择。
若干电极(RX0、RX1、RX2)可为由输入面板或任何其它输入***提供的多个触摸传感器的部分。然而，如“背景技术”章节中所提及，本实施例不受限于任何特定电容测量***。例如，图11展示具有布置在顶层中的多个接收电极RxWest、RxEast、RxNorth、RxSouth及RxCenter及布置在底层或多层印刷电路板的任何其它层中的发射电极TXbottom的印刷电路板1100。此类电极***可用于如上文所描述的非触摸示意动作检测及/或用于组合触摸/非触摸检测***。
根据其它实施例的另一改进是测试两个以上采样率；计分及选择具有最高分数的采样率的原理可例如针对其非重叠谐函数而普遍化为3个、4个或4个以上预定义采样率。当使用若干预定义采样率(如4个频率)工作时，不总是需要在序列中测试所有4个采样频率；可循环测试采样频率。作为变型，可使用挑战者(候选频率)对冠军(最近优选的频率)而两个两个地测试采样率。可发现更多变型，如其中比赛是分数比较的含四分的决赛、半决赛及决赛的季后赛体育赛事中。
最终，可使用2或3个采样率的分数来执行梯度上升，其中采样率经调整具有细微变化直到获得最高分数。朝向最佳计分的方向调整采样率。
根据其他实施例，可使用助于决定何时适于重新评估分数的策略。一种策略是排定一轮计分测试作为多个电极的扫描序列的部分。例如，在第一步骤中测量电极RX0、RX1、RX2且存储其相应数据结果。在第二步骤中，识别哪些电极具有较强信号。在第三步骤中，执行所述电极的计分序列，且视需要而调整采样率。在第四步骤中，处理较高阶函数且接着，方法返回到第一步骤。根据又一实施例，另一策略可用以扫描多个电极(例如序列中的电极RX0、RX1、RX2)且一个电极展现大于阈值的变化的速率，将针对此电极开始一轮采样率分数，其可导致采样率的调整。
各种实施例也涵盖其中传感器使用调制/解调技术的情况，如例如图8中所展示。此技术称为差分CVD。计算分数的方式保持相同。分数基于未由用以产生用于手指跟踪的数据的累积及降频采样路径保持的分组内的频谱分量。例如图9展示两个不同实施方案，其中从解调信号或从调制信号计算分数，其中使滤波器相应地适应。
图12是图6a的接续。在图表的底部中绘制两个以上迹线，被标记为“频率x的分数”。垂直轴是分数，其中绝对量值不相关，仅相对于其它分数的分数的相对幅度有关。水平轴保持注入噪声的频率。
可注意，对于约2.5MHz(2.5E+6)的噪声频率，存在其中所述第一采样率及所述第二采样率均不适合的特殊情况。通过新增较为可能的采样率(如例如图13中所展示的采样率)来解决此情况。
图13是图12的接续，其中针对总计4个采样频率新增两个额外采样频率。此仅为展示有时需要数种采样频率以当在图12中产生在近2.5MHz处时避免任何重叠。
图14是图13的接续。图14的上半部中的点总是与4个噪声电平曲线中的一者重叠；选定噪声曲线由此给定注入噪声频率的最高分数值确定。此图说明选择最高分数的过程且展示***如何管理选择确保低噪声的采样率。
非直观的是，展示分组内的更多噪声的采样率实际上会产生较低的分组到分组噪声。如果仅可存取分组内的个别ADC样本用于处理，那么所提出的实施例也是可能的。

Claims (37)

1.一种传感器***，其包括：
采集单元，其包括产生一系列数字传感器信号的模/数转换器；
第一评估单元，其接收用于评估的所述系列数字传感器信号，其中所述第一评估单元产生对应于传感器事件的输出信号；
独立于所述第一评估单元的第二评估单元，其接收所述系列数字传感器信号；其中至少第一系列数字传感器信号及第二系列数字传感器信号由所述第二评估单元处理以产生经配置以选择控制所述模/数转换器的采样频率的控制信号，其中依不同采样频率采样所述第一系列数字传感器信号及所述第二系列数字传感器信号。
2.根据权利要求1所述的传感器***，其中所述第二评估单元包括数字滤波器，其具有接收所述系列数字传感器信号的输入及提供信号以产生所述控制信号的输出。
3.根据权利要求1或2所述的传感器***，其中所述第二评估单元进一步提供由所述第二评估单元处理的信号的功率估计。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传感器***，其进一步包括：第一寄存器及第二寄存器，其经配置以存储由所述功率估计器单元产生的第一分数值及第二分数值；及比较器单元，其比较所述第一分数值及所述第二分数值以产生所述控制信号。
5.根据权利要求4所述的传感器***，其中如果所述第一分数值大于或等于所述第二分数值，那么所述控制信号是第一逻辑状态且否则是第二逻辑状态。
6.根据权利要求4所述的传感器***，其包括
第一多路复用器，其从所述比较器单元接收逻辑0、逻辑1及输出信号；
源控制单元，其控制所述多路复用器，其中所述第一多路复用器的输出控制所述采样频率的选择。
7.根据权利要求6所述的传感器***，其中所述第一多路复用器的所述输出控制经配置以选择所述第一寄存器或所述第二寄存器的第二多路复用器。
8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传感器***，其中所述***在多个采样频率之间选择。
9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传感器***，其中所述***在第一采样频率与第二采样频率之间选择。
10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传感器***，其中所述第一评估单元将多个后续数字传感器信号组合成单输出信号，且其中所述第二评估单元经配置以评估数字传感器信号的第一分组及紧随所述第一分组的数字传感器信号的第二分组，其中每一分组包括使用不同采样频率采样的数字传感器信号。
11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传感器***，其中所述第二评估单元经配置以在已产生多个分组之后周期性地执行评估。
12.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传感器***，其进一步包括：可切换滤波器组，其接收所述系列数字传感器信号；及减法单元，其接收所述系列数字传感器信号且经配置以从所述系列数字传感器信号减去来自所述可切换滤波器组的输出信号且将结果转送到所述数字滤波器。
13.根据权利要求12所述的传感器***，其中所述可切换滤波器组受经配置以计数一系列数字传感器信号内的样本值的数目的计数器控制。
14.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传感器***，其进一步包括：所述采集单元内的控制单元，其经配置以执行后续差分传感器信号测量；及解调器，其从所述ADC接收输出信号。
15.根据权利要求14所述的传感器***，其中所述解调器将所述ADC的输出值乘以“+1”或“-1”。
16.根据权利要求14所述的传感器***，其中取决于所述第二评估单元直接从所述ADC接收输出值还是从所述解调器接收输出而选择所述数字滤波器的滤波器特性。
17.根据权利要求14到16中任一权利要求所述的传感器***，其中所述第二评估单元从所述解调器接收输出值且所述数字滤波器被配置到DC分量。
18.根据权利要求14到16中任一权利要求所述的传感器***，其中所述第二评估单元直接从所述ADC接收输出值且所述数字滤波器经配置以拒绝所述差分传感器信号测量的调制频率。
19.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传感器***，其包括多个传感器，其中所述采集***经配置以从所述多个传感器中的每一者依序采集传感器信号的至少一个分组，其中每一分组包括来自使用选定采样频率的传感器的多个后续测量。
20.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传感器***，其中所述第二评估单元经配置以选择所述多个传感器中的一者以提供数字传感器信号的所述第一分组及所述第二分组。
21.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传感器***，其中更经常选择所述多个传感器中的提供最强信号的传感器以提供数字传感器信号的所述第一分组及所述第二分组。
22.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传感器***，其中提供多个采样频率，且其中在由所述第二评估单元执行的多个评估期间选择两个优选采样频率。
23.一种用于采样传感器信号的方法，其包括：
使用模/数转换器产生一系列数字传感器信号；
由接收所述系列数字传感器信号的第一评估单元产生对应于传感器事件的输出信号；
由独立于所述第一评估单元的第二评估单元接收所述系列数字传感器信号；
由所述第二评估单元处理至少第一系列数字传感器信号及第二系列数字传感器信号以产生控制信号；及
由所述控制信号选择控制所述模/数转换器的采样频率，其中依不同采样频率采样所述第一系列数字传感器信号及所述第二系列数字传感器信号。
24.根据权利要求23所述的方法，其进一步包括滤波所述系列数字传感器信号，及由所述第二评估单元产生所述控制信号。
25.根据权利要求23或24所述的方法，其进一步包括执行由所述第二评估单元处理的信号的功率估计。
26.根据权利要求23到25中任一权利要求所述的方法，其进一步包括存储由所述功率估计产生的第一分数值及第二分数值，及比较所述第一分数值及所述第二分数值以产生所述控制信号。
27.根据权利要求25所述的方法，其中如果所述第一分数值大于或等于所述第二分数值，那么所述控制信号是第一逻辑状态且否则是第二逻辑状态。
28.根据权利要求23到27中任一权利要求所述的方法，其进一步包括：在多个采样频率之间选择。
29.根据权利要求23到28中任一权利要求所述的方法，其进一步包括在第一采样频率与第二采样频率之间选择。
30.根据权利要求23到29中任一权利要求所述的方法，其进一步包括：将多个后续数字传感器信号组合成单输出信号，及评估数字传感器信号的第一分组及紧随所述第一分组的数字传感器信号的第二分组，其中每一分组包括使用不同采样频率采样的数字传感器信号。
31.根据权利要求23到30中任一权利要求所述的方法，其进一步包括：在已产生多个分组之后周期性地执行评估。
32.根据权利要求23到31中任一权利要求所述的方法，其进一步包括从所述系列数字传感器信号减去来自接收所述系列数字传感器信号的可切换滤波器组的输出信号且转送结果用于进一步滤波。
33.根据权利要求23到32中任一权利要求所述的方法，其进一步包括：由经配置以计数一系列数字传感器信号内的样本值的数目的计数器控制所述可切换滤波器组。
34.根据权利要求23到33中任一权利要求所述的方法，其中提供多个传感器，且其中所述方法进一步包括：从所述多个传感器中的每一者依序采集传感器信号的至少一个分组，其中每一分组包括来自使用选定采样频率的传感器的多个后续测量。
35.根据权利要求34所述的方法，其进一步包括：选择所述多个传感器中的一者以提供数字传感器信号的所述第一分组及所述第二分组。
36.根据权利要求35所述的方法，其中更经常选择来自所述多个传感器的提供最强信号的传感器以提供数字传感器信号的所述第一分组及所述第二分组。
37.根据权利要求23到36中任一权利要求所述的方法，其中提供多个采样频率，且其中在由所述第二评估单元执行的多个评估期间选择两个优选采样频率。
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