CN117234363A - 用于在触摸面板中进行自电容感测的***和方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于在触摸面板中进行自电容感测的***和方法。基于触摸面板上存在或不存在局部触摸事件，自电容器表现出可检测的不同电容。在第一时间阶段，实施例对自电容器充电并初始化斜坡偏置发生器。在第二时间阶段，实施例利用斜坡控制电流源使自电容器放电，该斜坡控制电流源被斜坡偏置发生器偏置以生成放电电流，该放电电流从第二时间阶段开始处的高电流过渡到第二时间阶段结束处的低电流。在第二阶段结束时，自电容器中的剩余电荷取决于存在或不存在局部触摸事件。一些实施例将剩余电荷转换为放大的感测输出以供读出。

Description

用于在触摸面板中进行自电容感测的***和方法

本申请要求2023年2月05日提交美国专利局、申请号为18/164,605、发明名称为“SELF-CAPACITOR SENSING FOR CAPACITIVE TOUCH PANELS”的美国专利申请的优先权，其全部内容通过应用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及感测电路，并且更具体地，涉及具有低抖动敏感度的离散时间自电容感测方法，诸如用于大型电容式触摸面板中。

背景技术

许多现代电子应用包括集成触摸面板，诸如触摸屏显示器。通常，触摸屏显示器的触摸感测层使用电容性感测，以确定用户何时触摸显示器以及用户触摸显示屏何处。显示噪声可以耦接到触摸感测层中，其可以在电容触摸感测信息的读出中表现为噪声。这种显示噪声耦接随着时间的推移往往持续增加，并且为这种应用提供足够低噪声的读出电路变得越来越具有挑战性。

通常，显示器的触摸感测层包括“互电容器”和“自电容器”阵列。例如，对于阵列的每一行和每一列都具有自电容器，且在阵列的每一行-列相交处具有互电容器。触摸面板中的互电容器往往是主要的感测元件，因为它们往往提供关于触摸(例如，手指)位置的更准确的信息。而且，自电容感测可以提供触摸感测信息的有用替代(或补充)源，尤其对于互电容感测往往不准确的情况(例如，当用户的手指湿润时)。

然而，自电容感测可能更具挑战性，因为与通过互电容感测获得的信号电平相比，其信号电平较小。在触摸期间在自电容中感测的电容变化甚至可能通常只是其基础电容值的一小部分。为了可靠地感测电容的这种小变化，感测电路可以被设计为以足够低的读出噪声有效地抵消基础电容值。虽然存在几种常规方法，但这些方法往往具有局限性，例如对时钟抖动的敏感度相对较高和/或占用空间相对较大。

发明内容

本文所公开的实施例包括用于在电容式触摸面板中进行低噪声自电容感测的***和方法，诸如集成到触摸屏电子设备的显示器。触摸面板包括触摸感测通道，每个触摸感测通道与相应自电容器耦接。自电容器在不存在局部触摸事件时表现为第一电容和在存在局部触摸事件时表现为第二电容(例如，当用户正在触摸触摸面板某个位置的自电容器时，该自电容器处的总电容较高)。在第一时间阶段，实施例对自电容器充电并初始化斜坡偏置发生器。在第二时间阶段，实施例利用斜坡控制电流源使自电容器放电，该斜坡控制电流源被斜坡偏置发生器偏置以生成放电电流，该放电电流从第二时间阶段开始处的高电流过渡到第二时间阶段结束处的低电流。在第二阶段结束时，自电容器中的剩余电荷取决于存在或不存在局部触摸事件。一些实施例将剩余电荷转换为放大的感测输出以供读出。

根据第一组实施例，提供了一种用于在触摸面板中进行自电容感测的方法。该方法包括：在第一时间段内通过将自电容器耦接到源电压，对所述触摸面板的自电容器充电，所述自电容器在所述触摸面板上不存在局部触摸事件的情况下具有第一电容，并且在所述触摸面板上存在所述局部触摸事件的情况下具有第二电容，所述第二电容不同于所述第一电容；以及在所述第一时间段之后的第二时间段内通过以下方式，使所述自电容器放电至放电电平：将所述自电容器耦接到斜坡控制电流源；以及偏置所述斜坡控制电流源，以生成放电电流，所述放电电流基于斜坡过渡曲线从所述第二时间段的开始处的高放电电流过渡到所述第二时间段的结束处的低放电电流，使得所述放电电平表示在不存在所述局部触摸事件的情况下的第一剩余电荷量和在存在所述局部触摸事件的情况下的第二剩余电荷量，所述第一剩余电荷量和所述第二剩余电荷量不同；以及在所述第二时间段之后的第三时间段，基于所述放电电平输出感测信号。

根据另一组实施例，提供了一种用于在触摸面板中进行自电容感测的***。该***包括：触摸面板接口，与触摸面板的自电容器耦接，所述自电容器在所述触摸面板上不存在局部触摸事件的情况下具有第一电容，并且在所述触摸面板上存在所述局部触摸事件的情况下具有第二电容，所述第二电容不同于所述第一电容；斜坡控制电流源；放大器块；以及相控开关控制器，与多个开关耦接。该相控开关控制器用于：在第一时间段内，控制一个或多个第一开关基于源电压对所述自电容器充电；在所述第一时间段之后的第二时间段内，控制一个或多个第二开关通过对斜坡控制电流源进行偏置以生成放电电流，使所述自电容器放电至放电电平，所述放电电流基于斜坡过渡曲线从所述第二时间段的开始处的高放电电流过渡到所述第二时间段的结束处的低放电电流，使得所述放电电平表示在不存在所述局部触摸事件的情况下的第一剩余电荷量和在存在所述局部触摸事件的情况下的第二剩余电荷量，所述第一剩余电荷量和所述第二剩余电荷量不同。一些这样的实施例还包括放大器块，其中，所述相控开关控制器还用于：在所述第二时间段之后的第三时间段内，控制一个或多个第三开关基于所述放电电平输出感测信号。

用于进行自电容器感测的***的一些这样的实施例被提供作为显示***的一部分。显示***包括：显示器；触摸面板，与所述显示器集成，并且包括由行线和列线的网格形成的多个触摸感测通道，所述多个触摸感测通道中的每一触摸感测通道与多个自电容器中的相应一个自电容器耦接；以及用于进行自电容器感测的***的多个实例，每个实例与所述多个自电容器中的相应一个自电容器耦接。

下面的附图、说明书和权利要求提供了对上述内容、它们的实现方式和所公开技术的特征的更详细的描述。

附图说明

本文提及的并且构成本文一部分的附图示出了本公开的实施例。附图与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1示出具有行和列的说明性常规触摸面板阵列的简化部分。

图2示出了用于离散时间感测的自电容感测环境的高级框图。

图3示出了操作的三个阶段的简化的说明性波形和时序。

图4示出了使用放电块的常规预充电电容器(PCC)实现方式的用于离散时间感测的自电容感测环境的高级框图。

图5示出了使用放电块的常规电阻-时间转换(RTC)实现方式的用于离散时间感测的自电容感测环境的高级框图。

图6A示出了使用斜坡生成电流(RGC)放电块的用于离散时间感测的自电容感测环境的高级框图。

图6B示出了操作的第二阶段的简化的说明性波形和时序。

图7A示出了RGC放电块的说明性电路实现，该RGC放电块包括对图6的斜坡控制电流源的多个实例进行偏置的斜坡偏置发生器。

图7B示出了图7A的RGC放电块的多个波形和时序，从而示出了RGC放电块在多个阶段上的操作。

图8示出了根据本文描述的实施例的一种用于在触摸面板中进行自电容感测的说明性方法的流程图。

在附图中，类似的部件和/或特征可以具有相同的参考标记。此外，相同类型的各种组件可以通过在其之后的附图标记之后加上区分相似组件的第二标记进行区分。如果在说明书中仅使用第一附图标记，那么该描述也适用于具有相同第一附图标记的相似部件中的任一个，而不考虑第二附图标记。

具体实施方式

在以下描述中，提供了许多具体细节以便彻底理解本发明。然而，本领域技术人员应当理解，可以在没有这些细节中的一个或多个的情况下实现本发明。在其他示例中，为了简洁的目的，将不再描述本领域已知的特征和技术。

许多现代电子应用包括集成触摸面板，诸如触摸屏显示器。通常，触摸屏显示器的触摸感测层使用电容性感测，以确定用户何时触摸显示器以及用户触摸显示屏的何处。显示噪声可以耦接到触摸感测层中，其可以在电容触摸感测信息的读出中表现为噪声。这种显示噪声耦接随着时间的推移往往持续增加，并且为这种应用提供足够低噪声的读出电路变得越来越具有挑战性。

图1示出了具有行和列的说明性常规触摸面板阵列100的简化部分。通常，触摸面板阵列100用于通过感测电容的变化并且通过将所感测的变化与特定的行-列相交位置相关联，感测用户何时触摸该阵列以及在触摸该阵列的何处。“互电容器”(Cm)110(图示为110aa至110ee)位于每个行-列相交位置处。此外，阵列100的每行和每列与相应的“自电容器”(Cs)105(示出为Csrx 105ra至105re以及Cstx 105ta至105te)耦接。行向的自电容器标记为“Csrx”，列向的自电容器标记为“Cstx”。例如，在圆圈圈出的行-列相交位置115处发生的触摸事件(例如，放置手指)可以引起与互电容器110bc、行向的自电容器105rb和列向的自电容器105tc有关的可检测的电容变化。

尽管没有如此明确地示出，触摸面板阵列100可以集成为显示器的一部分，例如电子设备的触摸屏显示器。行线和列线的网格有效地提供了多个触摸感测通道。触摸感测信道中的一些或全部中的每一个触摸感测信道与自电容器105中的相应一个自电容器耦接。本文描述了用于感测是否存在相对于任意特定的自电容器105的局部触摸事件的技术。例如，局部触摸事件可以是触摸面板上任何位置的触摸事件，其表现出特定自电容器105的电容的可检测变化。

触摸面板阵列100中的互电容器110往往是主要感测元件，因为它们往往提供关于触摸(例如，手指)位置的更准确信息。然而，自电容感测可以提供触摸感测信息的有用替代(或补充)源，尤其是对于互电容感测往往不准确的情况(例如，当用户的手指湿润时)。然而，自电容感测可能更具挑战性，因为自电容器感测的信号电平比利用互电容感测所获得的信号电平小。在触摸事件期间在自电容器105中引起的电容变化甚至可能通常只是其基础电容值的一小部分。例如，在触摸状态与非触摸状态之间测量的电容通常可能存在小于0.1％的差异。为了可靠地感测如此微小的电容的变化，感测电路可以被设计为以足够低的读出噪声有效地抵消基础电容值。尽管存在若干常规方法，但这些方法往往具有局限性。

图2示出了用于离散时间感测的自电容感测环境200的高电平框图。环境200包括电容输入201和自电容感测***202。电容输入201表示总自电容，其基于存在或不存在触摸事件而改变。这通过将电容输入201示出为与触摸电容(Ctouch)205并联的自电容器105中的一个自电容器来表示。当不存在相关触摸事件时，例如当用户没有触摸该触摸面板的任意对自电容器105具有电容效应的位置时，不存在附加触摸电容205(即，Ctouch＝0)。当没有相关触摸事件时电容输入201(Ci)的总电容是自电容器105的电容(即，Ci＝Cs)。当存在相关触摸事件时，例如当用户正在触摸该触摸面板的对自电容器105具有电容效应的位置时，该触摸事件表现为附加触摸电容205(即，Ctouch>0)。当存在相关触摸事件时，电容输入201的总电容是自电容器105的电容与触摸电容205的电容之和(即，Ci＝Cs+Ctouch)。

自电容感测***202的操作通常遵循与三个开关K1 230、K2 235和K3240的时序相对应的三个阶段。为了更加清楚，图3示出了操作的三个阶段302处的简化说明性波形和时序。在第一阶段302a中，K1 230闭合持续充电时间。如图2所示，闭合K1 230通过电阻器(Rp)207将电容输入201耦接到源电压(Vcc)，从而对电容输入201充电。本质上，输入电压节点(Vin)210与Vcc耦接，使得在与Rp 207串联的电容输入201两端的Vin 210和地之间的电压降在第一阶段302a中增加到Vcc。在电容输入201被充电之后，K1 230断开。图3示出了Vin210充电至完全充电电压电平(例如，Vcc)的说明性曲线图。较粗的实线表示在不存在触摸事件(Ci＝Cs)的情况下的Vin210的行为，而较细的虚线表示在存在触摸事件(Ci＝Cs+Ctouch)的情况下的Vin 210的行为。

在第二阶段302b中，K2 235闭合持续预定放电时间(T)305(K1 230和K3 240两者都断开)。如图2所示，K2 235闭合，Vin 210与放电块225耦接。通过由放电块225提供的放电电流，使电容输入201和Rp 207两端的电压(即，对应于Vin 210)放电预定的时间量。分量被配置以使得通过放电块225去除一定量的电荷，从而当不存在触摸事件时，在预定放电时间(T)结束时，Vin 210接近Vcm215。

通过放电块225的放电速率与电容输入201的总电容成反比。因此，存在触摸事件与不存在触摸事件之间的电容输入201的电容差产生放电速率的差。图3中的Vin 210的说明性曲线图示出了此效果。在存在触摸事件时比在不存在触摸事件时Vin 210处表现出的放电更慢，这是由于来自附加Ctouch205的电容输入201的电容增加。

在第三阶段302c中，K3 240断开(K1 230和K2 235闭合)。如图2所示，K3 240闭合，Vin 210与放大器块250耦接。放大器块250用于放大Vin210在触摸事件条件下与非触摸事件条件下之间的差值，从而使得该差值可以被读出并作为输出电压(Vout)220的可靠可检测的差值。图3中示出了Vout 220的说明性曲线图，并且Vout 220在触摸事件条件下与非触摸事件条件下之间的示意性差值被标记为Vsense 310。对于具有增益(α)的典型放大器块250，Vout 220可以表示为：

在一些实现方式中，放大器块250将Vin 210与共模电压(Vcm)215进行比较。例如，设置参数(例如，T 305和/或放电电流Id)，使得在不存在触摸事件的情况下，在第二阶段302b中，Vin 210基本上衰减至Vcm 215；在存在触摸事件的情况下，Vin 210衰减至大于Vcm215的某个电平(Vin>Vcm)。对于电容器，已知的是电容器电流(Ic)随时间的变化与其电容和电压相关：Ic＝C*(dV/dt)。在该示范性实现方式的上下文中，该关系可以被重新表述为：Id*T＝(Vcc–Vcm)*Cs。放大器块250可以在第三阶段302c中放大Vin 210与Vcm 215之间的差，从而使得所生成的Vout 220在没有触摸事件的情况下基本上为零(其中，Vin≈Vcm)，或者所生成的Vout 220在存在触摸事件的情况下处于非零Vsense 310电平(其中，Vin>Vcm)。

如图所示，实施例可以包括相控开关控制器260，或者可以与之通信。相控开关控制器260可以输出控制信号，以设置开关的状态，例如K1 230、K2235和K3 240。例如，开关可以是晶体管，并且控制信号可以用于接通或断开晶体管。相控开关控制器260可以包括其自己的时序控制(例如，时钟、计数器等)，或者相控开关控制器260可以与附加组件进行通信，该附加组件控制由相控开关控制器260输出的信号的时序。

如上所述，放电块225通常生成基本恒定的放电电流、或固定的电荷、或通过固定电阻器的放电。使用了几种常规的放电块225的实现方式，每个实现方式具有不同的特征和限制。图4和图5中示出了常规实现方式中的两个。

图4示出了使用放电块425的常规预充电电容器(PCC)实现方式的用于离散时间感测的自电容感测环境400的高电平框图。参考图2中，环境400包括电容输入201和自电容感测***202，并且自电容器感测***202包括放大器块250和常规PCC放电块425。PCC放电块425包括充电电容器(Cc)405，用于在第一阶段302a期间预充电并且在第二阶段302b有效地使电容输入201放电。

如参考图3所描述的，K1在第一阶段302a期间闭合。如图4所示，K1闭合，多个开关闭合。这使得Vin 210与Vcc耦接(由此通过Rp 207将电容输入201与Vcc耦接)，并且Cc 405与Vcc 210耦接(与Vin 210隔离)。当如图2中那样电容输入201利用Vcc充电时，PCC放电块425也利用Vcc对Cc 405预充电。在第二阶段302b，K2闭合，将Cc 405从其路径与Vcc去耦并且将Cc 405与Vin 210耦接。Cc 405的电容显著地小于Cs 105的电容，以使得将Cc 405与Vin 210耦接导致Cc 405从电容输入201拉取电荷。如上所述，期望的是配置T 305和Cc405，使得从Cs 105拉取的电荷量(Qd)基本上使Vin 210稳定到Vcm 215。通常，Qd＝Id*T，其中Id是放电电流。为了使其正常工作，Cc 405的电容通常被选择为大约Cs 105的电容的三分之一(例如，如果Cs 105的电容是1nF，则Cc 405可以是大约330pF)。

在一些应用中，将放电块225实现为PCC放电块425提供了各种特征，例如由于在每个时钟阶段302中的操作的完全稳定而对时钟抖动(特别是在第二阶段302b中)的低灵敏度。然而，实现PCC放电块425涉及为每个通道提供Cc 405(例如，Cs 105的每个实例可以具有Cc 405的相应实例)。特别地，当在触摸面板中存在数十个或更多个通道时，Cc 405实例会占据相对较大的硅面积，这对于许多应用来说可能是不期望的。

为了避免与PCC放电块425方法相关联的大空间损失，一些常规实现方式使用电阻方法来在离散的时间量上使电容输入201放电。图5示出了使用放电块525的常规电阻-时间转换(RTC)实现方式的用于离散时间感测的自电容感测环境500的高电平框图。如在图2中，环境500包括电容输入201和自电容感测***202，且自电容感测***202包括放大器块250和常规RTC放电块525。RTC放电块525包括放电电阻器(Rd)505，其用于在第二阶段302b中有效地使电容输入201放电。如参考图3所述，K1在第一阶段302a期间闭合，Vin 210与Vcc耦接，从而利用经由Rp 207的Vcc对电容输入201充电。在第二阶段302b，K2闭合(K1断开)，Rd505与Vin 210耦接，从而使电容输入201放电。

如上所述，RTC放电块525的实现不依赖于大电容器的多个实例(Cc 405的实例)，并且相应地可以明显更节省空间。然而，因为在电阻器中电流和电压成反比，所以通过Rd505放电的电荷量在第二阶段302b随着Vin 210的变化而变化。因此，RTC放电块525所提供的放电产生非常大(例如，约40％)的信号损耗。进一步，RTC放电块525可以对第二阶段302b中的时钟抖动高度敏感。时钟噪声会导致用于控制K2 235通断时序的脉冲的宽度的轻微变化，从而有效改变T 305。已知电容器电流(Ic)与其电容和电压随时间的变化相关：Ic＝C*(dV/dt)。如果由于时钟抖动(Tj)而增加了脉冲宽度时间，那么对于放电电流(Id)，在Vin210处从抖动引起的电压误差(Vin_e)可以描述为：Vin_e＝Tj*Id/(Cs+Ctouch)。

实施例提供了一种用于离散时间自电容感测的新颖方法，该方法使用斜坡发生器生成斜降放电电流。在每个第二阶段302b的开始时生成的放电电流相当大并且在每个第二阶段302b的结束时生成的放电电流相当小。实施例可以配置斜坡发生器，使得在没有触摸事件的情况下，每个第二阶段302b的总放电电流使Vin 210稳定到Vcm 215。朝向每个第二阶段302b的开始的放电电流可以足够高，以降低来自斜坡生成的放电电流本身的任何噪声贡献。此外，在每个第二阶段302b的开始，Vin 210相对较高。因此，可以在Rp 207两端提供更高的电压降，其支持使用更高的放电电流。如上所述，在第二阶段302b中由于时钟抖动而在Vin 210处引起的电压误差与放电电流相关(即，在相同的Tj较高的Id产生较大的Vin_e)。朝向每个第二阶段302b结束的相对低的斜坡生成的放电电流减小了时钟抖动对感测电压的影响。

图6A示出了使用斜坡生成的电流(RGC)放电块625的用于离散时间感测的自电容感测环境600的高电平框图。如在图2的环境200中，环境600包括具有与触摸电容(Ctouch)205并联的自电容器105中的一个的电容输入201。该环境还包括自电容感测***202的实现，该自电容感测***202包括放大器块250和RGC放电块625。RGC放电块625被示为包括由斜坡偏置发生器607驱动的斜坡控制电流源605。在一些实现方式中，RGC放电块625的多个实例包括由其自身的斜坡偏置发生器607驱动的其自身的斜坡控制电流源605。在其他实现方式中，RGC放电块625的多个实例可以共享单个斜坡偏置发生器607(即，单个斜坡偏置发生器607可以用于在RGC放电块625的多个实例中的每一个实例中驱动斜坡控制电流源605的一个或多个实例)。

如参考图2所述，实施例可以包括相控开关控制器660，或者可以与之通信。相控开关控制器660可以输出控制信号以设置开关的状态，例如K1 230、K2 235、K3 240以及可能的其他开关(例如，参考图7A和7B描述的开关)。例如，这些开关可以是晶体管，并且这些控制信号可以用于接通或断开这些晶体管。相控开关控制器660可以包括其自己的时序控制(例如，时钟、计数器等)，或者相控开关控制器660可以与附加组件进行通信，该附加组件控制由相控开关控制器660输出的信号的时序。例如，相控开关控制器660可以基于接收到的触发信号、基于内部计数器等在第一时间段内接通开关K1230。

为了更加清楚，图6B示出了在第二阶段302b的操作的简化说明性波形和时序。如上所述，在第一阶段中，K1 230闭合，其有效地将Vin 210与Vcc耦接达一定时间量，从而对电容输入201充电且将Vin 210上拉至Vcc。由于电容输入201和Rp 207串联耦接在Vin 210与地之间，所以电容输入201两端的电压降(Vp 610)是Vin 210的第一部分，并且通过电容输入201和Rp207的Rp 207两端的电压降是Vin 210的剩余部分(即，Rp 207两端的电压降是Vin–Vp)。

在第二阶段302b开始，K2接通(例如，闭合)，斜坡控制电流源605与Vin 210耦接。如图所示，由斜坡控制电流源605生成的放电电流(Id)615可以在相当大的电流电平处开始并且在关断K2(例如，断开)时斜坡下降到相对低的电流电平。RGC放电块625使用斜坡生成的放电电流的操作在图6B的波形中用较粗的实线表示。为了比较起见，使用较细的虚线表示在恒流源的情况下的相应操作。如图所示，对于恒定放电电流和斜坡产生的放电电流这两者，Vp 610的行为是相似的。

然而，Vin 210行为明显不同。Vin 210始终等于Vp610和Rp 207的电压降之间的差值(即，Id 615)：Vin＝Vp–(Rp*Id)。当放电电流(Id 615，虚线)恒时序，在第二阶段302b结束时，Vin 210可以非常小，因为恒定Id 615保持相对较大。相反，当放电电流斜坡变化(Id615，实线)时，Vin 210在第二阶段302b开始时相对快速地下降，此时Id 615大得多，然后，Vin 210在接近第二阶段302b结束时变得非常接近Vp 610，此时Id 615较小。最后，对于所提出的方案，在第二阶段302b期间最小Vin也较高。这可以帮助将Vin 210保持足够大，以降低来自斜坡控制电流源605的噪声贡献。

图7A示出了RGC放电块625的说明性电路实现，该RGC放电块625包括对图6A的斜坡控制电流源605的多个实例进行偏置的斜坡偏置发生器710。图7B示出了图7A的RGC放电块625的多个波形和时序，从而示出了RGC放电块625在多个阶段302上的操作。斜坡偏置发生器710可以是图6A的斜坡偏置发生器607的实现方式。斜坡偏置发生器710包括电容器(C1)和四个电阻器的网络、放大器(AMP)和主斜坡控制电流源705。在第一阶段302a(例如，其可以是用于对电容输入201充电的相同第一阶段302a)中，开关K4 730被接通(例如，闭合)，以将C1耦接在Vcc和电压斜坡参考节点(Vref_ramp)715之间。在一些实施例中，开关K4具有与开关K1 230基本上相同的时序。在Vref_ramp 715处的电压是由电阻器R1和R4(耦接在Vcc与地之间)的分压器控制的Vcc的一部分。在对C1充电之后，C1两端的电压是Vcc与Vref_ramp715之间的差。

在第二阶段302b，C1被放电以生成斜坡偏置电压。在一些实施例中，如图所示，C1的放电开始于第四阶段302d。第四阶段302d可以与第二阶段302b同时开始或稍早于第二阶段302b开始，并且可以与第二阶段302b同时结束或稍晚于第二阶段302b结束。在第四阶段302d，斜坡偏置发生器710中的开关K5 735被接通，C1并联耦接到R2，使得C1通过R2放电。如图7B所示，这使得Vref_ramp 715以基本线性的方式爬升到Vcc。另一电阻器(R3)和放大器用于使得C1的电流分布由通过R3的电流分布反映，从而使得放大器的输出电压Vbias 720对主斜坡控制电流源705进行偏置，以生成斜坡生成的放电电流，其与从C1放电的电流成比例。

在放大器(和斜坡偏置发生器710)的输出处生成的Vbias 720可以用于对斜坡控制电流源605的一个或多个从实例进行偏置。因此，每个斜坡控制电流源605(在图7A中标记为605a至605n)反映由斜坡偏置发生器710生成的斜坡生成的放电电流。参考图6A和图6B所描述的，在第二阶段302b开始时，对应于K2 235的开关被接通，以有效地激活RGC放电块625的斜坡控制电流源605的从实例，其中Vbias 720提供斜坡生成的放电电流。例如，如图7A所示，晶体管与每个斜坡控制电流源605耦接，并且晶体管由K2 235接通。图7B示出了在每个第二阶段302b中，使用Vbias 720偏置每个斜坡控制电流源605致使每个第i个斜坡控制电流源605生成遵循曲线I_dchi 730i的斜坡生成的放电电流(对应于斜坡生成的放电电流I_dch1 730a至I_dchN 730n中的任意第i个)。

在一些实施例中，斜坡控制电流源605的所有从实例标称上是相同的(即，设计和/或配置为以相同的方式操作，尽管它们由于例如工艺变化而实际上可能以略微不同的方式操作)。在其他实施例中，斜坡控制电流源605的不同从实例用于不同地操作，以适应正被感测的自电容器105中的差异。例如，特定的斜坡控制电流源605可以用于响应于相同的Vbias720，生成斜坡生成的放电电流的放大或缩小版本，例如以对相同的T 305中的较大或较小的自电容器105进行放电。在一些这样的实施例中，斜坡控制电流源605的不同从实例被硬配置以生成斜坡生成的放电电流的期望标量版本。在其他这样的实施例中，如图7A所示，斜坡控制电流源605的不同从实例是可变电流源，该可变电流源可被调节以生成斜坡生成的放电电流的期望标量版本。

每个斜坡偏置发生器710为M个斜坡控制电流源605生成Vbias 720。在一些实施例中，整个触摸面板包括N个自电容器105，并且单个斜坡偏置发生器710用于为与触摸面板中的所有N个自电容器105相关联的所有N个斜坡控制电流源605，生成Vbias 720(即，M＝N)。在其他实施例中，整个触摸面板包括N个自电容器105，并且多个斜坡偏置发生器710中的每个斜坡偏置发生器用于为与触摸面板中的N个自电容器105相关联的N个斜坡控制电流源605中的M个的对应子集，生成相应Vbias 720(即，1＜M＜N)。在一些这样的实施例中，M对于所有斜坡偏置发生器710是相同的(即，如果存在K个斜坡偏置发生器710，则M＝N/K)。在其他这样的实施例中，斜坡偏置发生器710中的至少一个具有与至少一个其他斜坡偏置发生器710不同的M。在其他实施例中，整个触摸面板包括N个自电容器105，并且多个斜坡偏置发生器710中的每个斜坡偏置发生器用于为与触摸面板中的N个自电容器105相关联的N个斜坡控制电流源605中的相应一个斜坡控制电流源，生成相应的Vbias 720(即，M＝1)。

如参考图6A所述，实施例可以包括相控开关控制器660。相控开关控制器660可以生成用于控制K1 230、K2 235、K3 240、K4 730和K5 735的信号中的一些或全部。在一些实施例中，相控开关控制器660生成所有这些控制信号。在其他实施例中，相控开关控制器660仅生成一些控制信号，这些控制信号随后被用于生成其他控制信号。例如，控制K2 235的信号可以由相控开关控制器660直接生成；或相控开关控制器660可以生成控制K5 735的信号，其可以被延迟(例如，通过延迟逻辑、计数器等)以生成控制K2 235的信号。

图8示出了根据本文描述的实施例的一种用于在触摸面板中进行自电容感测的说明性方法800的流程图。方法800的实施例可以开始于阶段804，通过在第一时间段内对触摸面板的自电容器充电。充电可以涉及将自电容器耦接到源电压。如本文所述，自电容器在触摸面板上不存在局部触摸事件的情况下具有第一电容(例如，基础电容Cs)，并且在触摸面板上存在局部触摸事件的情况下具有第二电容(例如，基础电容加上附加感应电容Cs+Ctouch)。所述第二电容可测量地不同于所述第一电容。

在阶段808，实施例可以在第一时间段之后的第二时间段内使自电容器放电至放电电平(即，控制放电时间和其他参数，以使得在第二时间段结束时，自电容器已经放电至仅保持电流的“放电电平”的程度，如本文中所述)。可以根据阶段812和阶段816执行阶段808。在阶段812，实施例可以将自电容器耦接到斜坡控制电流源。在阶段816处，实施例可以对斜坡控制电流源进行偏置以生成放电电流，该放电电流基于斜坡过渡曲线从在第二时间段开始时的高放电电流过渡到在第二时间段结束时的低放电电流。因此，放电电平表示在不存在局部触摸事件(例如，对应于Vcm)的情况下的预定第一剩余电荷量以及在存在局部触摸事件(例如，对应于Vcm–Vsense)的情况下的第二(即，不同的)剩余电荷量。

在阶段820，实施例可以基于第二时间段之后的第三时间段的放电电平输出感测信号。在一些实施例中，自电容器经由输入电阻器与输入电压节点耦接。在这样的实施例中，在阶段804的充电可以包括：将输入电压节点耦接到源电压(例如，Vcc)直到输入电压节点处于源电压；在阶段808的放电可以包括：将输入电压节点与源电压去耦并将输入电压节点耦接到斜坡控制电流源；并且在阶段820的输出可以包括：基于输入电压节点的电压电平，生成感测信号。例如，阶段808处的放电可以使得，在第二时间段结束时，输入电压节点在触摸面板上不存在局部触摸事件的情况下处于共模电压电平，并且输入电压节点在触摸面板上存在局部触摸事件的情况下不处于共模电压电平；并且在阶段820处的输出可以包括：通过放大输入电压节点与共模电压电平之间的电压差，生成感测信号。

在一些实施例中，方法800还包括阶段824至阶段836中的一些或全部。在阶段824处，实施例可以在包括第一时间段的第一时钟阶段期间，将斜坡参考电压节点Vref_ramp715拉至第一斜坡参考电压(即，第一时间段的开始和结束分别与第一时钟阶段的开始和结束同时或者在第一时钟阶段的开始和结束之内)。例如，参考图7A和图7B所述的，在第一阶段302a中，斜坡参考电压节点Vref_ramp 715被拉至由Vcc与地之间的分压器设置的第一斜坡参考电压电平。在阶段828，实施例可以在包括第二时间段的第二时钟阶段期间，输出斜坡偏置电压(例如，Vbias 720)(即，第二时间段的开始和结束分别与第二时钟阶段的开始和结束同时或者在第二时钟阶段的开始和结束之内)。阶段828的实施例可以包括：在阶段832，在第二时钟阶段，将斜坡参考电压节点Vref_ramp715从第一斜坡参考电压电平过渡到第二斜坡参考电压电平，以生成斜坡过渡曲线；以及在阶段836，基于该过渡，生成斜坡偏置电压以追踪斜坡过渡曲线。例如，参考图7A和图7B所述的，在第二阶段302b(或第四阶段302d)中，斜坡参考电压节点Vref_ramp 715被拉至与Vcc相对应的第二斜坡参考电压电平。参考图7A和图7B描述的结果是斜坡过渡曲线，其使斜坡偏置电压以基本上线性的方式从较高电压过渡到较低电压。在这样的实施例中，斜坡控制电流源与斜坡偏置电压耦接并且被斜坡偏置电压偏置(即，阶段816处的偏置基于在阶段836中生成的斜坡偏置电压)。在一些这样的实施例中，在阶段832的过渡包括：经由并联电阻电容网络将斜坡参考电压节点Vref_ramp715耦接到第二斜坡参考电压电平，以根据斜坡过渡曲线在第二时钟阶段将斜坡参考电压节点从第一斜坡参考电压电平拉至第二斜坡参考电压电平；以及在阶段836处的生成包括：响应于基于斜坡参考电压节点Vref_ramp715和反馈节点进行比较的反馈控制，由斜坡偏置放大器生成斜坡偏置电压，反馈节点指示流过由斜坡偏置电压所偏置的主电流源的电流量，使得斜坡偏置电压被生成从而使得流过主电流源的电流量追踪斜坡过渡曲线。

应当理解，当元件或部件在本文中被称为“连接至”或“耦接至”另一元件或部件时，其可连接或耦接至另一元件或部件，或者也可存在中间元件或部件。相反，当元件或部件被称为“直接连接至”或“直接耦接至”另一元件或部件时，在它们之间不存在中间元件或部件。应当理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用于描述各种元件、部件，但是这些元件、部件、区域不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件与另一元件、部件进行区分。因此，在不背离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、第一部件可以被称为第二元件、第二部件。如本文所使用的，术语“逻辑低”、“低状态”、“低电平”、“逻辑低电平”、“低”或“0”可互换使用。术语“逻辑高”、“高状态”、“高电平”、“逻辑高电平”、“高”或“1”可互换使用。

如本文所使用的，术语“一个”、“一种”、以及“所述”可以包括单数和复数引用。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”、“具有”及其变体指定所述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。相反，当在本说明书中使用时，术语“由……组成”指定所述的特征、步骤、操作、元件和/或部件，并且排除附加特征、步骤、操作、元件和/或部件。此外，如本文中使用的，词语“和/或”可以指代并包含一个或多个相关列出项的任何可能组合。

虽然本文参考说明性实施例描述了本发明，但该描述并不旨在被解释为限制意义。相反，说明性实施例的目的是使本领域技术人员更好地理解本发明的精神。为了不模糊本发明的范围，省略来了公知工艺和制造技术的许多细节。在参考描述之后，说明性实施例的各种修改以及其他实施例对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，所附权利要求旨在涵盖任何此类修改。

此外，可以有利地使用本发明的优选实施例的一些特征，而无需相应地使用其他特征。因此，前文的描述应当被认为是仅说明本发明的原理，而不是对本发明进行限制。本领域技术人员将理解落入本发明的范围内的上述实施例的变化。因此，本发明不限于以上讨论的具体实施例和示例，而是由所附权利要求及其等同物所限制。

Claims (19)

1.一种用于在触摸面板中进行自电容感测的***，所述***包括：

触摸面板接口，与触摸面板的自电容器耦接，所述自电容器在所述触摸面板上不存在局部触摸事件的情况下具有第一电容，并且在所述触摸面板上存在所述局部触摸事件的情况下具有第二电容，所述第二电容不同于所述第一电容；

斜坡控制电流源；

放大器块；以及

相控开关控制器，与多个开关耦接，并且用于：

在第一时间段内，控制一个或多个第一开关基于源电压对所述自电容器充电；

在所述第一时间段之后的第二时间段内，控制一个或多个第二开关，通过对斜坡控制电流源进行偏置以生成放电电流，以使所述自电容器放电至放电电平，所述放电电流基于斜坡过渡曲线从所述第二时间段的开始处的高放电电流过渡到所述第二时间段的结束处的低放电电流，

使得所述放电电平表示在不存在所述局部触摸事件的情况下的第一剩余电荷量和在存在所述局部触摸事件的情况下的第二剩余电荷量，所述第一剩余电荷量和所述第二剩余电荷量不同。

2.根据权利要求1所述的***，还包括：

放大器块，

其中，所述相控开关控制器还用于：在所述第二时间段之后的第三时间段内，控制一个或多个第三开关基于所述放电电平输出感测信号。

3.根据权利要求2所述的***，其中：

所述相控开关控制器在所述第二时间段内，通过经由输入电压节点将所述自电容器与所述斜坡控制电流源耦接直到所述输入电压节点处于对应于所述放电电平的输入电压电平，控制所述一个或多个第二开关使所述自电容器放电，使得所述输入电压电平对应于在所述触摸面板上不存在所述局部触摸事件的情况下的参考电压电平，并且使得所述输入电压电平不同于在所述触摸面板上存在所述局部触摸事件的情况下的参考电压电平；以及

所述相控开关控制器在所述第三时间段内，通过放大所述输入电压电平和所述参考电压电平之间的差，控制所述一个或多个第三开关，以输出所述感测信号。

4.根据权利要求3所述的***，其中，所述参考电压电平是共模电压电平。

5.根据权利要求1所述的***，其中：

所述触摸面板接口经由电阻器将输入电压节点与所述自电容器耦接；

所述相控开关控制器在所述第一时间段内，控制所述一个或多个第一开关将所述输入电压节点与源电压耦接，以对所述自电容器充电；以及

所述相控开关控制器在所述第二时间段内，通过将所述输入电压节点与所述斜坡控制电流源耦接，控制所述一个或多个第二开关，以进一步使所述自电容器放电。

6.根据权利要求1所述的***，还包括：

斜坡生成电流RGC放电块，包括所述斜坡控制电流源，所述斜坡控制电流源与斜坡偏置发生器耦接以生成对所述斜坡控制电流源进行偏置的斜坡偏置电压。

7.根据权利要求6所述的***，其中：

所述斜坡偏置发生器包括：

主电流源；以及

斜坡偏置放大器，用于响应于斜坡参考电压节点和反馈节点而输出所述斜坡偏置电压，所述反馈节点指示流过由所述斜坡偏置电压所偏置的所述主电流源的电流量；以及

所述相控开关控制器，与所述多个开关耦接，并且还用于：

在包括所述第一时间段的第一时钟阶段期间，控制一个或多个第四开关将所述斜坡参考电压节点拉至第一斜坡参考电压电平；以及

在包括所述第二时间段的第二时钟阶段期间，控制一个或多个第五开关通过以下方式输出所述斜坡偏置电压：在所述第二时钟阶段期间将所述斜坡参考电压节点从所述第一斜坡参考电压电平过渡到第二斜坡参考电压电平以生成所述斜坡过渡曲线，其中，所述过渡驱动所述斜坡偏置放大器，以生成所述斜坡偏置电压从而追踪所述斜坡过渡曲线。

8.根据权利要求7所述的***，其中：

所述斜坡偏置发生器还包括：

可调分压器网络，用于设置所述第一斜坡参考电压电平；以及

电阻电容网络；

所述相控开关在所述第一时钟阶段期间，控制所述一个或多个第四开关将所述斜坡参考电压节点与所述可调分压器网络耦接，以将所述斜坡参考电压节点拉至所述第一斜坡参考电压电平；以及

所述相控开关在所述第二时钟阶段期间，控制所述一个或多个第五开关通过以下方式输出所述斜坡偏置电压：将所述斜坡参考电压节点与所述可调分压器网络解耦并将所述斜坡参考电压节点与所述电阻电容网络耦接，以过渡所述斜坡参考电压节点，从而生成所述斜坡过渡曲线。

9.根据权利要求6所述的***，其中，所述RGC放电块包括所述斜坡控制电流源的多个实例，每个实例用于与所述斜坡偏置发生器以及与所述触摸面板的多个自电容器中的相应一个自电容器耦接，并且每个实例用于响应于由所述斜坡偏置电压进行的偏置而生成所述放电电流的相应实例。

10.根据权利要求9所述的***，其中，所述斜坡控制电流源的多个实例中的至少一个实例用于基于可调电流比例因子生成所述放电电流的相应实例。

11.根据权利要求6所述的***，其中，所述RGC放电块包括：

所述斜坡控制电流源的N个实例，每个实例用于使所述触摸面板的N个自电容器中相应的一个自电容器放电；以及

所述斜坡偏置发生器的K个实例，每个实例用于输出所述斜坡偏置电压的相应实例，并且用于与所述斜坡控制电流源的N个实例的相应不相交子集耦接，

以使得所述斜坡控制电流源的每个实例响应于由与其耦接的所述斜坡偏置发生器生成的所述斜坡偏置电压的相应实例的偏置而生成所述放电电流的相应实例，其中，K和N是大于1的正整数。

12.根据权利要求11所述的***，其中，所述斜坡偏置发生器的K个实例中的每个实例与所述斜坡控制电流源的N/K个实例中的相应不相交子集耦接。

13.根据权利要求1所述的***，其中：

所述斜坡过渡曲线具有基本恒定的负斜率，使得所述放电电流被生成，以将在所述第二时间段的开始处的高放电电流基本上线性地过渡到在所述第二时间段的结束处的低放电电流。

14.一种显示***，包括：

显示器；

触摸面板，与所述显示器集成，并且包括由行线和列线的网格形成的多个触摸感测通道，所述多个触摸感测通道中的每个触摸感测通道与多个自电容器中的相应一个自电容器耦接；以及

权利要求1所述的用于进行自电容器感测的***的多个实例，每个实例与所述多个自电容器中的相应一个自电容器耦接。

15.一种用于在触摸面板中进行自电容感测的方法，所述方法包括：

在第一时间段内，通过将自电容器耦接到源电压，对所述触摸面板的自电容器充电，所述自电容器具有在所述触摸面板上不存在局部触摸事件的情况下的第一电容，并且具有在所述触摸面板上存在所述局部触摸事件的情况下的第二电容，所述第二电容不同于所述第一电容；以及

在所述第一时间段之后的第二时间段内，通过以下方式使所述自电容器放电至放电电平：

将所述自电容器耦接到斜坡控制电流源；以及

偏置所述斜坡控制电流源，以生成放电电流，所述放电电流基于斜坡过渡曲线从所述第二时间段的开始处的高放电电流过渡到所述第二时间段的结束处的低放电电流，

使得所述放电电平表示在不存在所述局部触摸事件的情况下的第一剩余电荷量和在存在所述局部触摸事件的情况下的第二剩余电荷量，所述第一剩余电荷量和所述第二剩余电荷量不同；以及

在所述第二时间段之后的第三时间段，基于所述放电电平输出感测信号。

16.根据权利要求15所述的方法，其中：

所述自电容器经由输入电阻器与输入电压节点耦接；

所述对所述自电容器充电包括：通过将所述输入电压节点耦接到所述源电压直到所述输入电压节点处于所述源电压，从而将所述自电容器耦接到所述源电压；

所述使所述自电容器放电包括：将所述输入电压节点与所述源电压解耦并将所述输入电压节点耦接到所述斜坡控制电流源；以及

所述输出包括：基于所述输入电压节点的电压电平，生成所述感测信号。

17.根据权利要求16所述的方法，其中：

所述使所述自电容器放电，使得在所述第二时间段的结束时，所述输入电压节点在所述触摸面板上不存在所述局部触摸事件的情况下处于共模电压电平，并且所述输入电压节点在所述触摸面板上存在所述局部触摸事件的情况下不处于所述共模电压电平；以及

所述输出包括：通过放大所述输入电压节点与所述共模电压电平之间的电压差，生成所述感测信号。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括：

在包括所述第一时间段的第一时钟阶段期间，将斜坡参考电压节点拉至第一斜坡参考电压；以及

在包括所述第二时间段的第二时钟阶段期间，通过以下方式输出斜坡偏置电压：

在所述第二时钟阶段，将所述斜坡参考电压节点从所述第一斜坡参考电压电平过渡到第二斜坡参考电压电平，以生成所述斜坡过渡曲线；以及

基于所述过渡，生成所述斜坡偏置电压以追踪所述斜坡过渡曲线，

其中，所述斜坡控制电流源与所述斜坡偏置电压耦接并且被所述斜坡偏置电压偏置。

19.根据权利要求18所述的方法，其中：

所述过渡包括：经由并联电阻电容网络将所述斜坡参考电压节点耦接到所述第二斜坡参考电压电平，以根据所述斜坡过渡曲线在所述第二时钟阶段将所述斜坡参考电压节点从所述第一斜坡参考电压电平拉至所述第二斜坡参考电压电平；以及

所述生成所述斜坡偏置电压包括：响应于基于将所述斜坡参考电压节点与反馈节点进行比较的反馈控制，由斜坡偏置放大器生成所述斜坡偏置电压，所述反馈节点指示流过由所述斜坡偏置电压所偏置的主电流源的电流量，使得所述斜坡偏置电压被生成从而使得流过所述主电流源的电流量追踪所述斜坡过渡曲线。