DE102013112473A1

DE102013112473A1 - Doppelmodus-kapazitätserfassung in einem touchpanelsensor

Info

Publication number: DE102013112473A1
Application number: DE102013112473.9A
Authority: DE
Inventors: Rajesh Tiruvuru
Original assignee: Maxim Integrated Products Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2014-05-28
Also published as: CN103838446A; US9582123B2; US20140145997A1

Abstract

Ein Touchpanel-Sensorsystem ist offenbart, das konfiguriert ist, Gegenkapazität und Eigenkapazität zu messen. Das Touchpanel-Sensorsystem enthält einen Sensor, der konfiguriert ist, eine mit einem Berührungsereignis auf einem Touchpanel assoziierte Änderung der Kapazität zu erfassen, sowie einen Messbaustein. Der Messbaustein ist konfiguriert, während des ersten Betriebsmodus Gegenkapazität zu erfassen und während des zweiten Betriebsmodus Eigenkapazität zu erfassen. Das System enthält auch einen Auswahlbaustein, der konfiguriert ist, ein Auswahlsignal zu empfangen, um die Wahl des Betriebsmodus zu veranlassen. Das System enthält auch einen Ansteuerbeustein, der mit dem Auswahlbaustein gekoppelt ist und konfiguriert ist, ein Ansteuersignal zu erzeugen, das während des ersten Betriebsmodus an den Sensor und während des zweiten Betriebsmodus an das Messmodul angelegt wird. Die Amplitudencharakteristik des Ansteuersignals kann für den ersten und den zweiten Betriebsmodus unterschiedliche Werte aufweisen.

Description

Ein Touchpanel ist eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS), die einem Bediener einer elektronischen Vorrichtung ermöglicht, Eingabe in die Vorrichtung unter Verwendung eines Instruments, wie etwa eines Fingers, eines Stifts und so weiter, vorzusehen. Zum Beispiel kann der Bediener seinen Finger benutzen, um Bilder auf einer elektronischen Anzeige zu manipulieren, wie etwa einer Anzeige, die an einer mobilen Computervorrichtung, einem Personal Computer (PC) oder einem an ein Netzwerk angeschlossenen Terminal angebracht ist. In einigen Fällen kann der Bediener zwei oder mehr Finger gleichzeitig benutzen, um eindeutige Befehle vorzusehen, wie etwa einen Vergrößerungsbefehl, ausgeführt durch Bewegen von zwei Fingern voneinander weg; einen Schrumpfbefehl, ausgeführt durch Bewegen von zwei Fingern zueinander hin; und so fort.
Ein Berührungsbildschirm ist eine elektronische Sichtanzeige, die ein Touchpanel enthält, das über einer Anzeige liegt, um das Vorhandensein und/oder den Ort einer Berührung innerhalb der Anzeigefläche des Bildschirms zu erfassen. Berührungsbildschirme sind üblich bei Geräten, wie etwa All-in-One-Computern, Tablet-Computern, Satelliten-Navigationsgeräten, Spielegeräten, Medienabspielgeräten und Smartphones. Ein Berührungsbildschirm ermöglicht einem Bediener, direkt mit Informationen zu interagieren, die durch die unter dem Touchpanel liegende Anzeige dargestellt sind, statt indirekt mit einem durch eine Maus oder ein Touchpad gesteuerten Zeiger. Kapazitive Touchpanels werden oft bei Vorrichtungen mit Berührungsbildschirm verwendet. Ein kapazitives Touchpanel enthält im Allgemeinen einen Isolator, wie etwa Glas, der mit einem transparenten Leiter, wie etwa Indium-Zinn-Oxid (ITO) beschichtet ist. Da der menschliche Körper ebenfalls ein elektrischer Leiter ist, führt Berühren der Oberfläche des Panels zu einer Verzerrung des elektrostatischen Feldes des Panels, messbar als Änderung der Kapazität.
Zusammenfassung
Ein Touchpanel-Sensorsystem ist offenbart, das konfiguriert ist, während eines ersten Betriebsmodus Erfassungsfähigkeiten für Gegenkapazität und während eines zweiten Betriebsmodus Erfassungsfähigkeiten für Eigenkapazität vorzusehen. Das Touchpanel-Sensorsystem enthält einen Sensor, der konfiguriert ist, eine mit einem Berührungsereignis auf einem Touchpanel assoziierte Änderung der Kapazität zu erfassen. Das System enthält einen mit dem Sensor gekoppelten Messbaustein. Der Messbaustein ist konfiguriert, während des ersten Betriebsmodus Gegenkapazität zu erfassen und während des zweiten Betriebsmodus Eigenkapazität zu erfassen. Das System enthält auch einen mit dem Sensor und dem Messbaustein gekoppelten Auswahlbaustein. Der Auswahlbaustein ist konfiguriert, ein Auswahlsignal zu empfangen, um die Wahl entweder des ersten Betriebsmodus oder des zweiten Betriebsmodus zu veranlassen. Das System enthält auch einen mit dem Auswahlbaustein gekoppelten Ansteuerbaustein, der zur Erzeugung eines Ansteuersignals konfiguriert ist. Das Ansteuersignal wird während des ersten Betriebsmodus an den Sensor und während des zweiten Betriebsmodus an das Messmodul angelegt. Die Amplitudencharakteristik des Ansteuersignals kann unterschiedliche Werte für den ersten Betriebsmodus und den zweiten Betriebsmodus aufweisen. Zum Beispiel kann die Amplitudencharakteristik des Ansteuersignals während des zweiten Betriebsmodus (z. B. Eigenkapazitätserfassung) mindestens zehnmal kleiner sein als die Amplitudencharakteristik des Ansteuersignals während des ersten Betriebsmodus (z. B. Gegenkapazitätserfassung).
Diese Zusammenfassung ist vorgesehen, um eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form vorzustellen, die im Folgenden in der genauen Beschreibung näher beschrieben werden. Diese Zusammenfassung soll keine Schlüsselmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands angeben und soll auch nicht als Hilfsmittel zum Bestimmen des Umfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die genaue Beschreibung ist mit Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beschrieben. Die Verwendung derselben Bezugsnummern in verschiedenen Fällen in der Beschreibung und in den Figuren kann ähnliche oder identische Elemente bezeichnen.
1A ist ein Blockschaltbild, das ein Touchpanel-Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
1B ist ein Schaltbild, das das in 1A gezeigte Touchpanel-Sensorsystem darstellt.
1C ist ein schematisches Schaltbild, das mögliche Arten von Kapazitäten darstellt, die in dem Touchpanel-Sensorsystem nach der vorliegenden Offenbarung vorhanden sind.
2 ist ein Schaltbild, das ein Touchpanel-Sensorsystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt, wobei das Touchpanel-Sensorsystem weiter einen Offset-Ausgleichsbaustein enthält.
3A und 3B sind schematische Schaltbilder eines Messbausteins des Touchpanel-Sensorsystems, wobei der Messbaustein in 3A dargestellt ist, wie er ein Signal auf Grundlage einer Änderung der Gegenkapazität ausgibt, und in 3B, wie er ein Signal auf Grundlage einer Änderung der Eigenkapazität ausgibt.
4 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Erfassen von Änderungen der Gegenkapazität und Änderungen der Eigenkapazität in einem Touchpanel-Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
Genaue Beschreibung
Übersicht
Kapazitive Touchpanels erfassen Kapazitätsänderungen, die von einem Benutzer verursacht sind, der den Bildschirm berührt (z. B. Änderung der Gegenkapazität in einem Berührungssensor), die Sensorkapazität des Berührungssensors und andere Umgebungskapazitäten (z. B. Parasitärkapazitäten). Diese Sensor- und Parasitärkapazitäten können sich von Sensor zu Sensor und von Touchpanel zu Touchpanel ändern. Außerdem sehen die Konfigurationen von Berührungssensoren keine Eigenkapazitäts-Erfassungsfähigkeiten vor.
In einer oder mehreren Ausführungsformen beträgt die Berührungsereigniskapazität (C_Δ) ungefähr zehn Prozent bis fünfzehn Prozent (10% bis 15%) der Sensorkapazität (C_s) (z. B. C_Δ = 1 Picofarad und C_s = 10 Picofarad). Somit müssen die zum Messen der Touchpanelkapazität verwendeten Ladungsübertragungsschaltungen/Integratoren typischerweise in der Lage sein, zusätzlich zu der Sensorkapazität und den Parasitärkapazitäten (z. B. C_Δ + C_s + Parasitärkapazitäten) einem größeren Kapazitätsbetrag Rechnung zu tragen, der die Kapazität des Berührungsereignisses darstellt. Diese größere Kapazität kann die Verwendung von Schaltungen mit größerer Verstärkung zum Erzeugen verbesserter Signal-Rauschverhältnisse verhindern sowie ineffizienten Gebrauch eines Analog-Digital-Wandler-(ADC-)Bereichs erfordern. Einige Ladungsübertragungsschaltungen/Integratoren können einen Integrationskondensator enthalten, der genügend groß ist, dass er nicht durch die gesamte von den Sensoren empfangene Kapazität/Ladung gesättigt wird. Jedoch erhöht die Verwendung großer Integrationskondensatoren die Kosten und die Größe von Bauteilen und reduziert auch die Verstärkung und die Auflösung des Messsystems.
Demgemäß ist ein Touchpanel-Sensorsystem beschrieben, um während eines ersten Betriebsmodus Gegenkapazitäts-Erfassungsfähigkeiten und während eines zweiten Betriebsmodus Eigenkapazitäts-Erfassungsfähigkeiten vorzusehen. Außerdem kann das Touchpanel-Sensorsystem Bestandteile (z. B. Schaltungen) enthalten, um Umgebungs-(z. B. Parasitär-) und Sensorkapazitäten zu minimieren, was den Dynamikbereich des Touchpanel-Sensorsystems verbessern kann. In einer oder mehreren Ausführungsformen enthält das Touchpanel-Sensorsystem einen Sensor, der konfiguriert ist, eine Änderung der Kapazität zu erfassen, die mit einem Berührungsereignis auf einem Touchpanel assoziiert ist. Das System enthält auch einen mit dem Sensor gekoppelten (z. B. elektrisch verbundenen) Messbaustein. Der Messbaustein ist konfiguriert, während eines ersten Betriebsmodus Gegenkapazität zu erfassen, die mit dem Sensor assoziiert ist, und während des zweiten Betriebsmodus Eigenkapazität zu erfassen, die mit dem Sensor assoziiert ist. In einer Ausführungsform umfasst der Messbaustein mehrfache Integratoren. Jeder Integrator ist mit einer zugehörigen Erfassungsleitung und/oder Ansteuerleitung des Sensors gekoppelt. Das System enthält auch einen mit dem Sensor und dem Messbaustein gekoppelten Auswahlbaustein. Der Auswahlbaustein ist konfiguriert, ein Auswahlsignal zu empfangen, um die Wahl mindestens des ersten Betriebsmodus oder des zweiten Betriebsmodus zu veranlassen. Das System enthält auch einen mit dem Auswahlbaustein gekoppelten Ansteuerbaustein. Der Ansteuerbaustein ist konfiguriert, ein Ansteuersignal zu erzeugen, und das Ansteuersignal wird während des ersten Betriebsmodus an den Sensor und während des zweiten Betriebsmodus an das Messmodul angelegt.
Ausführungsbeispiele
1A stellt ein Touchpanel-Sensorsystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung dar. Das Touchpanel-Sensorsystem 100 enthält einen Touchpanelsensor 102, einen Sensor-Ansteuerbaustein (z. B. die Sensoransteuerung 104), einen Messbaustein 106 und einen Demodulatorbaustein 108. In Ausführungsformen kann das Touchpanel-Sensorsystem 100 gemäß den Anforderungen des Systems 100 (z. B. Platzbeschränkungen, Funktionsanforderungen und so fort) eine größere Anzahl oder eine geringere Anzahl der obigen Bestandteile enthalten. Das Touchpanel-Sensorsystem 100 kann auch zusätzliche Bestandteile enthalten, wie etwa Multiplexer, Steuerungen oder dergleichen, wie hier genauer beschrieben. In einigen Ausführungsformen können die Sensoransteuerung 104, der Messbaustein 106 und der Demodulatorbaustein 108 auf einem einzigen Chip-Baustein einer integrierten Schaltung (IC-Baustein) gefertigt sein (z. B. ist jeder Baustein auf einem einzelnen Die gefertigt). In anderen Ausführungsformen können sich ein oder mehrere der oben beschriebenen Bausteine außerhalb des ICs befinden (z. B. auf einem weiteren IC-Bauelement gefertigt sein).
Die Sensoransteuerung 104 ist mit einem oder mehreren Sensoren des Touchpanelsensors 102 gekoppelt (z. B. elektrisch verbunden), sodass die Sensoransteuerung 104 ein Ansteuersignal mit Kurvenformen ausgibt, das die gekoppelten Sensoren ansteuert. In einer bestimmten Ausführungsform kann die Sensoransteuerung 104 ein Digital-Analog-Umsetzer (DAC) sein. Jedoch kann die Sensoransteuerung 104 in einigen Ausführungsformen andere geeignete Bauelemente umfassen, die in der Lage sind, Ansteuersignale zu erzeugen.
Der Touchpanelsensor 102 ist mit dem Ausgang der Sensoransteuerung 104 und dem Eingang des Messbausteins 106 gekoppelt. Der Sensor 102 dient dazu, ein Berührungsereignis über einer Oberfläche eines Touchpanels zu erfassen. Zum Beispiel kann der Touchpanelsensor 102 ein kapazitives Erfassungsmittel mit einer Vielzahl von Zeilen-Leiterbahnen (z. B. Elektroden) oder Ansteuerleitungen und eine Vielzahl von Spalten-Leiterbahnen oder Erfassungsleitungen zum Erkennen einer Änderung der Kapazität aufgrund eines über einer Oberfläche eines Touchpanels durchgeführten Berührungsereignisses enthalten. Die Zeilen- und Spalten-Leiterbahnen können aus einem transparenten leitfähigen Material ausgebildet sein, wie etwa Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder Antimon-Zinn-Oxid (ATO), obwohl andere transparente und nicht transparente Materialien, wie etwa Kupfer, verwendet werden können. In einigen Ausführungsformen können die Zeilen- und Spalten-Leiterbahnen senkrecht zueinander stehen, sodass die Zeilen- und Spalten-Leiterbahnen ein Koordinatensystem bilden und jeder Koordinatenort einen am Schnittpunkt der Zeilen- und Spalten-Leiterbahnen ausgebildeten Kondensator umfasst. In anderen Ausführungsformen sind auch andere, nicht-kartesische Ausrichtungen möglich.
Als Ergebnis wird, wenn die Sensoransteuerung 104 ein Signal mit einer Kurvenform erzeugt, das einen oder mehrere der Sensoren auf dem Touchpanelsensor 102 ansteuert, die Ladung von den Sensoren zum Eingang des Messbausteins 106 am Knoten (N1) 110 übertragen. Der Ausgang des Messbausteins 106 ist mit dem Eingang des Demodulatorbausteins 108 gekoppelt. Die am Knoten (N1) 110 gemessene Kapazitätsladung kann als analoger Spannungswert dargestellt sein, der dem Demodulatorbaustein 108 zugeführt wird. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Messbaustein 106 eine Vielzahl von Integratorschaltungen 112 umfassen. Wie gezeigt, ist jede Integratorschaltung 112 mit einer zugehörigen Ansteuerleitung und/oder einer zugehörigen Erfassungsleitung gekoppelt. Wie gezeigt, umfassen die Integratorschaltungen 112 einen Ladungsverstärker 114 mit einem Integrationskondensator (C_int) 116, der über einen invertierenden Anschluss 118 und einen Ausgangsanschluss 120 des Ladungsverstärkers 114 elektrisch angeschlossen ist. Der Ladungsverstärker 114 enthält auch einen nichtinvertierenden Anschluss 122, der hier genauer beschrieben ist. Der Ladungsverstärker 114 ist konfiguriert, die Eingangsladung (z. B. Ladung vom Sensor 102) zum Integrationskondensator 116 zu übertragen und eine Ausgangsspannung am Ausgang 120 zu erzeugen, die zumindest ungefähr gleich der Spannung über dem Kondensator 116 ist. Somit ist die Ausgangsspannung proportional zur Ladung am Integrationskondensator 116 bzw. zur Eingangsladung. Jedoch kann der Messbaustein 106 in einer weiteren Ausführungsform eine beliebige Vorrichtung (z. B. Schaltung) umfassen, die in der Lage ist, eine Kapazität zu empfangen und eine Spannung auszugeben, die der Kapazität entspricht.
Der Ausgang 120 des Ladungsverstärkers 114 ist elektrisch mit dem Demodulatorbaustein 108 verbunden. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst der Demodulatorbaustein 108 einen Analog-Digital-Wandler (ADC). Der Ausgang des Demodulatorbausteins 108 wird von dem System 100 zu einer Vorrichtung ausgegeben, die durch das Touchpanel-Sensorsystem 100 gesteuert sein kann.
Wie in 1A und 1B gezeigt, enthält das System 100 auch einen oder mehrere Auswahlbausteine 124. Der Auswahlbaustein 124(1) ist elektrisch mit einer oder mehreren Spalten 126 des Sensors 102 und dem nichtinvertiernden Anschluss 122 des Ladungsverstärkers 114 verbunden. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfassen Auswahlbausteine 124 eine Vielzahl von Multiplexern 128, 130, und jeder Multiplexer 128, 130 enthält einen ersten Eingangsanschluss 132, einen zweiten Eingangsanschluss 134 und einen Ausgangsanschluss 136. Wie gezeigt, sind der erste Eingangsanschluss 132 des Multiplexers 128 und der zweite Eingangsanschluss 134 des Multiplexers 130 elektrisch mit der Sensoransteuerung 104 verbunden; und der zweite Eingangsanschluss 134 des Multiplexers 128 und der erste Eingangsanschluss 132 des Multiplexers 130 sind elektrisch mit dem Massepotential verbunden. Der Ausgangsanschluss 136 des Multiplexers 128 ist elektrisch mit den Spalten 126 des Sensors 102 verbunden, und der Ausgangsanschluss des Multiplexers 130 ist elektrisch mit dem nichtinvertierenden Anschluss 122 des Ladungsverstärkers 114 verbunden. Jeder Multiplexer 128, 130 enthält auch einen Auswahlanschluss 138, der konfiguriert ist, ein Auswahlsignal zu liefern, um die Multiplexer zu veranlassen, zwischen Ausgabe des Signals am ersten Eingangsanschluss 132 oder des Signals am zweiten Eingangsanschluss 134 zu wählen.
1C zeigt Darstellungen möglicher Kapazitäten in dem System 100. Die Gegenkapazität (C_M) ist eine Kapazität, die zwischen zwei Ladung haltenden Objekten (z. B. Leitern) auftritt. In diesem Fall ist die Gegenkapazität die Kapazität zwischen den Spalten 126 und den Zeilen 140, aus denen der Sensor 102 besteht. Wie oben beschrieben, umfassen die Spalten 126 und die Zeilen Leiterbahnen, die die Ansteuerleitungen und entsprechenden Erfassungsleitungen zum Erfassen einer Änderung der Gegenkapazität aufgrund eines über der Oberfläche des Touchpanels durchgeführten Berührungsereignisses darstellen. Es versteht sich, dass in einigen Ausführungsformen die Spalten 126 die Ansteuerleitungen und die Zeilen 140 die Erfassungsleitungen darstellen können, und in anderen Ausführungsformen die Spalten 126 die Erfassungsleitungen und die Zeilen 140 die Ansteuerleitungen darstellen können. Die Eigenkapazität ist die Kapazität, die zu der jeweiligen Spalte 126 (C_SC) und der jeweiligen Zeile 140 (C_SR) gehört, die den Betrag elektrischer Ladung darstellt, die der jeweiligen Spalte 126 oder Zeile 140 zuzuführen ist, um ihr elektrisches Potential um eine Einheit (z. B. ein Volt usw.) zu erhöhen. Die Rauschspannungsquelle 142 stellt das Rauschen dar, das mit dem System 100 assoziiert ist (z. B. Rauschen im Sensor 102 usw.).
Der Auswahlanschluss 138 empfängt ein Signal, das einen Kapazitätsauswahl-Betriebsmodus darstellt. (Entsprechende Eingangsanschlüsse für den Gegenkapazitätserfassungs-Betriebsmodus sind mit „M” bezeichnet, und entsprechende Eingangsanschlüsse für den Eigenkapazitätserfassungs-Betriebsmodus sind mit „S” bezeichnet.) Zum Beispiel kann das Auswahlsignal das System 100 veranlassen, in einen Gegenkapazitätserfassungs-Betriebsmodus überzugehen. In diesem Beispiel veranlasst das Auswahlsignal den Multiplexer 128 des Auswahlbausteins 124(1), das Ansteuersignal an die Spalten 126 auszugeben, das durch die Sensoransteuerung 104 erzeugt ist, und veranlasst den Multiplexer 130, den nichtinvertierenden Anschluss 122 des Ladungsverstärkers 114 mit Masse zu verbinden. In einem weiteren Beispiel kann das Auswahlsignal das System 100 veranlassen, in einen Eigenkapazitätserfassungs-Betriebsmodus überzugehen. In diesem Beispiel veranlasst das Auswahlsignal den Multiplexer 130, das durch die Sensoransteuerung 104 erzeugte Ansteuersignal an den nichtinvertierenden Anschluss 122 des Ladungsverstärkers 114 auszugeben, und veranlasst den Multiplexer 128, die Spalten 126 mit Masse zu verbinden. In dieser Konfiguration ist der Messbaustein 106 während des Eigenkapazitätserfassungs-Betriebsmodus konfiguriert, die Eigenkapazität der entsprechenden Zeile 140 zu messen.
Wie in 1B gezeigt, ist ein weiterer Auswahlbaustein 124(2) mit den Zeilen 140 gekoppelt. Somit empfängt der Auswahlanschluss 138 ein Signal, das einen Kapazitätsauswahl-Betriebsmodus darstellt. Zum Beispiel kann das Auswahlsignal das System 100 veranlassen, in einen Gegenkapazitätserfassungs-Betriebsmodus überzugehen. In diesem Beispiel veranlasst das Auswahlsignal den Multiplexer 128 des Auswahlbausteins 124(2), das Ansteuersignal an die Zeilen 140 auszugeben, das durch die Sensoransteuerung 104 erzeugt ist, und veranlasst den Multiplexer 130, den nichtinvertierenden Anschluss 122 des Ladungsverstärkers 114 mit Masse zu verbinden. In einem weiteren Beispiel kann das Auswahlsignal das System 100 veranlassen, in einen Eigenkapazitätserfassungs-Betriebsmodus überzugehen. In diesem Beispiel veranlasst das Auswahlsignal den Multiplexer 130, das durch die Sensoransteuerung 104 erzeugte Ansteuersignal an den nichtinvertierenden Anschluss 122 des Ladungsverstärkers 114 auszugeben, und veranlasst den Multiplexer 128, die entsprechende Zeile 140 mit Masse zu verbinden. In dieser Konfiguration ist der Messbaustein 106 während des Eigenkapazitätserfassungs-Betriebsmodus konfiguriert, die Eigenkapazität der entsprechenden Spalte 126 zu messen. Es ist in Betracht gezogen, dass der zweite Auswahlbaustein 124(2) und die zugehörigen Messbausteine 106 (z. B. die mit den Spalten 126 des Sensors 102 verbundene Integratoren 112) möglicherweise nicht benutzt werden, während die Gegenkapazität erfasst wird (erster Betriebsmodus). Außerdem können zum Erfassen der Eigenkapazität der Spalten 126 der erste Auswahlbaustein 124(1) und die zugehörigen Messbausteine 106 während des zweiten Betriebsmodus wieder benutzt werden. Es versteht sich, dass die Eigenkapazität der Spalten 126 und der Zeilen 140 nicht im Wesentlichen zur selben Zeit erfasst werden können. Während zum Beispiel die Eigenkapazitäten der Zeilen 140 gemessen (z. B. bestimmt) werden, sind die Spalten 126 über die jeweiligen Multiplexer 128 an Masse gelegt und umgekehrt.
Wie in 2 gezeigt, kann in einer Ausführungsform das System 100 weiter ein Offset-Ausgleichsmodul 202 und einen Offset-Ausgleichs-Ansteuerbaustein (z. B. die Offset-Ausgleichs-Ansteuerung 204) enthalten. Die Offset-Ausgleichs-Ansteuerung 204 ist mit dem Offset-Ausgleichsbaustein 202 gekoppelt und erzeugt ein Offset-Ausgleichssignal mit Kurvenformen, die den Offset-Ausgleichsbaustein 202 ansteuern. Wie dargestellt, ist die Offset-Ausgleichs-Ansteuerung 204 ein DAC. Jedoch kann in Ausführungsformen die Offset-Ausgleichs-Ansteuerung 204 eine geeignete Vorrichtung umfassen, die in der Lage ist, Ansteuersignale zu erzeugen. Außerdem können ein oder mehrere Bauteile der Sensoransteuerung 104 von der Offset-Ausgleichs-Ansteuerung 204 mitbenutzt werden. Der Offset-Ausgleichsbaustein 202 ist mit dem Ausgang der Offset-Ausgleichs-Ansteuerung 204 und dem Eingang des Messbausteins 106 gekoppelt. Als Ergebnis wird, wenn die Offset-Ausgleichs-Ansteuerung 204 ein Offset-Ausgleichssignal ausgibt, das das Offset-Ausgleichsmodul 202 ansteuert, die Ladung vom Offset-Ausgleichsmodul 202 zum Eingang des Messbausteins 106 am Knoten (N1) 110 übertragen. Somit werden die von den Sensoren (z. B. der Sensoransteuerung 104 und dem Touchpanelsensor 102) ausgegebene Ladung und die vom Offset-Ausgleichsbaustein 202 ausgegebene Ladung am Knoten (N1) 110 kombiniert und in den Messbaustein 106 eingegeben. Die vom Offset-Ausgleichsbaustein 202 ausgegebene Ladung kann dient werden, um zumindest im Wesentlichen Parasitärkapazität und/oder Kapazität des Sensors 102 am Knoten (N1) 110 auszugleichen, sodass das Messmodul 106 zumindest im Wesentlichen die Änderung der Kapazität aufgrund eines Berührungsereignisses misst.
In einer Ausführungsform kann ein Steuerbaustein 125 (z. B. eine Steuerlogikschaltung) mit dem Touchpanelsensor 102, der Sensoransteuerung 104, dem Demodulatorbaustein 108, dem Messbaustein 106 und dem Offset-Ausgleichsbaustein 202 gekoppelt sein, sodass die Steuerlogik den Betrieb des Systems 100 steuern kann. Zum Beispiel ist, wie hier beschrieben, der Steuerbaustein 125 konfiguriert, verschiedene Aspekte des Auswahlbausteins 124, der Offset-Ausgleichs-Ansteuerung 204, des Offset-Ausgleichsbausteins 202 und so weiter zu steuern. In einer weiteren Ausführungsform kann das System 100 als offenes System konfiguriert sein. In einer Ausführungsform ist das Steuermodul 124 konfiguriert, die Ausgabe eines Auswahlsignals an die Auswahlbausteine 124 auszugeben, was entweder den Eigenkapazitätsmessungs-Betriebsmodus oder den Gegenkapazitätsmessungs-Betriebsmodus ergibt.
Wie oben beschrieben, stellt 1B eine bestimmte Ausführungsform des in 1A gezeigten Touchpanel-Sensorsystems 100 dar. In 1B umfasst die Sensoransteuerung 104 einen mit einem Puffer 146 gekoppelten Sensor-DAC 144. Der Puffer 146 ist konfiguriert, das durch den Sensor-DAC 144 erzeugte Signal zu puffern und gibt das gepufferte Ansteuersignal an den Sensor 102 aus (z. B. steuert die Ansteuerleitungen des Sensors 102 an). In Ausführungsformen kann der Sensor-DAC 144 ein Signal mit der durch folgende Gleichung dargestellten Kurvenform erzeugen: A1·sin(ωt), GLEICHUNG 1 wobei A1 die Amplitude des Signals darstellt, ω die Winkelfrequenz des Signals darstellt und t die Zeit darstellt. Jedoch kann in anderen Ausführungsformen der Sensor-DAC 144 konfiguriert sein, andere Signale mit anderen Kurvenformen auszugeben, wie etwa Signale mit rechteckiger Kurvenform und so fort.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst die Offset-Ausgleichs-Ansteuerung 204, wie in 2 gezeigt, einen mit einem Puffer 208 gekoppelten Offset-Ausgleichs-DAC 206, wobei der Puffer 208 das durch den Offset-Ausgleichs-DAC 206 erzeugte Offset-Ausgleichssignal puffert und das Offset-Ausgleichssignal zum Offset-Ausgleichs-Kondensator (C_off) 210 des Offset-Ausgleichsbausteins 202 ausgibt, um den Offset-Ausgleichs-Kondensator (C_off) 210 anzusteuern. In Ausführungsformen ist der Offset-Ausgleichs-DAC 206 konfiguriert, ein Signal mit einer Kurvenform zu erzeugen, die durch die folgende Gleichung dargestellt werden kann: A2·sin(ωt + φ), GLEICHUNG 2 wobei (A2) die Amplitude des Signals darstellt, ω die Winkelfrequenz des Signals darstellt, t die Zeit darstellt und φ die Phase des Signals darstellt. In einer weiteren Ausführungsform kann der Offset-Ausgleichs-DAC 206 konfiguriert sein, Signale mit anderen Kurvenformen auszugeben (z. B. Signale mit rechteckiger Kurvenform und so fort).
Der Offset-Ausgleichsbaustein 202 umfasst den Offset-Ausgleichs-Kondensator (C_off) 210, der mit dem Ausgang des Sensors 102 und dem Eingang des Messbausteins 106 am Knoten (N1) 110 gekoppelt ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Offset-Ausgleichs-Kondensator (C_off) 210 einen digital gesteuerten variablen Kondensator, wie etwa einen kapazitiven Digital-Analog-Umsetzer, umfassen. Zum Beispiel kann der Offset-Ausgleichs-Kondensator (C_off) 210 in Kapazitätswerten in einem Bereich von ungefähr acht Picofarad (8 pF) bis weniger als ein Picofarad (< 1 pF) liegen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Offset-Ausgleichsbaustein 202 vielfache Kondensatoren und/oder variable Kondensatoren und assoziierte Schaltungen umfassen, sodass der Wert von Kapazitätsladung/Spannung, der durch den Offset-Ausgleichsbaustein 202 ausgegeben wird, eingestellt werden kann. Jedoch ist in Betracht gezogen, dass der Offset-Ausgleichsbaustein 202 andere Vorrichtungen umfassen kann, die in der Lage sind, einstellbare Kapazität zu erzeugen. Der Offset-Ausgleichs-Kondensator (C_off) 210 und der Integrationskondensator (C_int) 127 können Kapazitäten aufweisen, die Vielfache eines gewählten Einheitskondensators sind, um eine gute Anpassung zwischen ihnen zu bilden. Wenn zum Beispiel der gewählte Einheitskondensator eine Kapazität von zwei Picofarad (2 pF) aufweist, können die Kondensatoren (C_off) 210 und (C_int) 127 Werte von sechzig Picofarad (60 pF) bzw. zwanzig Picofarad (20 pF) aufweisen. In einem weiteren Beispiel können der Offset-Kondensator (C_off) 210 und der Integrationskondensator (C_int) 116 Werte ohne Bezug zueinander umfassen.
Der Demodulatorbaustein 108 ist mit dem Ausgang des Messbausteins 106 gekoppelt, sodass die durch den Ladungsverstärker 114 ausgegebene Spannung von einem analogen Spannungswert in einen digitalen Spannungswert umgewandelt wird. In einer bestimmten Ausführungsform umfasst der Demodulatorbaustein 108 einen Analog-Digital-Wandler (ADC). Der Demodulatorbaustein 108 kann auch mit Steuerlogik (z. B. dem Steuermodul 125) gekoppelt sein, um den digitalen Ausgang des Demodulatorbausteins 108 abzufragen und auf Grundlage der abgefragten Werte verschiedene Kapazitäten des Offset-Ausgleichsbausteins 202 zu wählen. Der Demodulatorbaustein 108 ist konfiguriert, das analoge Signal, das durch den Messbaustein 106 geliefert wird, zu einem digitalen Signal demodulieren (z. B. zu konvertieren), das das analoge Signal darstellt.
Sowohl die Kapazität des Offset-Ausgleichsbausteins 202 als auch die Amplitude (A2) und/oder Phase (φ) des Signals, das durch die Offset-Ausgleichs-Ansteuerung 204 ausgegeben wird, können eingestellt werden, um zumindest im Wesentlichen die statische Sensorkapazität (und jede Parasitärkapazität) am Knoten (N1) 110 auszugleichen. Dieser Ausgleich kann den Messbaustein 106 befähigen, die durch ein Berührungsereignis verursachte Änderung der Kapazität zu messen.
Die Fähigkeit, die Amplitude (A2) und Phase (φ) des Offset-Ausgleichssignals einzustellen, ermöglicht es dem System 100, zumindest teilweise die statische Sensorkapazität auszugleichen, selbst wenn der Offset-Ausgleichsbaustein 202 nicht in der Lage ist, den Wert der statischen Kapazität genau zu treffen. Zum Beispiel können die Amplitude (A2) und die Phase (φ) des Offset-Ausgleichssignals so eingestellt werden, dass sie zumindest teilweise die (z. B. einen Großteil der) Sensorkapazität ausgleichen. Demgemäß wird der Rauschabstand (z. B. die Aussteuerungsreserve) des Systems 100 maximiert, was ermöglicht, dass eine höhere Verstärkung benutzt wird, und damit ein besseres Signal-Rauschverhältnis geliefert wird. Weiter kann ein kleinerer Integrationskondensator (C_int) 116 verwendet sein, da der Integrationskondensator für die Werte der Berührungsereignis-Kapazität konfiguriert sein kann, ohne den Integrationskondensator (C_int) 116 zu sättigen und dadurch die Ausgangsspannung zu modifizieren (verändern). Jedoch kann ohne Ausgleich der Integrationskondensator (C_int) 116 einen ausreichend großen Kapazitätswert erfordern, um nicht nur dem Wert der Berührungsereignis-Kapazität, sondern auch dem Wert der statischen Sensorkapazität und der Parasitärkapazitäten zusammen Rechnung zu tragen. Weiter erhöht die Möglichkeit, einen kleineren Integrationskondensator (C_int) 116 zu benutzen, die Auflösung des Messbausteins 106, weil größere Kondensatoren nicht imstande sind, kleinere, vom Sensor 102 empfangene Ladungen zu messen. Darüber hinaus ist verbesserter Dynamikbereich des Touchpanel-Sensorsystems 100 vorgesehen, weil sowohl kleine als auch große Kapazitäten durch das System 100 gemessen werden können, da ihre Kapazitäts-Offsetwerte zumindest im Wesentlichen durch den Offset-Ausgleichs-Kondensator (C_off) 210 ausgeglichen werden.
3A und 3B stellen den Messbaustein 106 dar, wenn das System 100 die Gegenkapazität bzw. die Eigenkapazität im Sensor 102 misst. Insbesondere stellen 3A und 3B die Bauteile dar, die die Signale am Eingang des Messbausteins 106 sowie das auf den Bauteilen beruhende resultierende Ausgangssignal beeinflussen. Wie in 3A gezeigt, die den Gegenkapazitäts-Betriebsmodus darstellt, wird die am Knoten (N1) 110 vorhandene Ladung (z. B. Ladung am invertierenden Anschluss 118) von Signal 1 (V_S1) von der Sensoransteuerung 104, Signal 2 (V_S1 + 180°) vom Offset-Ausgleichsbaustein 202 und dem Rauschen vom Sensor 102 (dargestellt durch den Spannungswert bei einer gegebenen Frequenz f(V_N(f)) und der Phase des Rauschwerts bei der Frequenz f(φ_N(f)) geliefert. Die gemessene Gegenkapazität kann durch C_M + dC_M (Änderung der Gegenkapazität aufgrund eines Berührungsereignisses) dargestellt sein. Wie oben beschrieben, liegt der nichtinvertierende Anschluss 122 während des Gegenkapazitäts-Betriebsmodus an Masse. Somit kann der ausgegebene Ladungswert am Ausgangsanschluss 120 des Ladungsverstärkers 114 wie folgt dargestellt werden: (dC_M/C_int)·V_S1, 180° + (C_SR/C_int)·V_N(f), φ_N(f) + 180°, GLEICHUNG 3
In Gleichung 3 stellt V_S1 die Amplitude von Signal 1 dar, und 180° stellt den Phasenwert dar, der mit dem entsprechenden Signal assoziiert ist. Somit weist für den Gegenkapazitätserfassungs-Betriebsmodus Signal 2 eine Polarität auf, die zumindest im Wesentlichen entgegengesetzt (z. B. zumindest ungefähr um 180° phasenverschoben) zu Signal 1 ist. Es versteht sich, dass Gleichung 3 in anderen Konfigurationen des Systems 100 unter Benutzung von C_SC anstelle von C_SR modelliert sein kann. Wie in Gleichung 3 dargestellt, ist bei der Messung die Amplitude des Signals am Ausgangsanschluss 120 proportional zur sich aus der Berührung ergebenden Änderung der Gegenkapazität.
Wie in 3B gezeigt, die den Eigenkapazitäts-Betriebsmodus darstellt, wird die am nichtinvertierenden Anschluss 122 vorhandene Ladung von Signal 1 (V_S2) von der Sensoransteuerung 104 geliefert. Die am Knoten (N1) 110 vorhandene Ladung wird von Signal 2 (V_S2 + 0°) vom Offset-Ausgleichsbaustein 202 und dem Rauschen vom Sensor 102 (dargestellt durch den Spannungswert bei einer gegebenen Frequenz f(V_N(f)) und der Phase des Rauschwerts bei der Frequenz f φ_N(f)) geliefert. Die gemessene, mit einer Zeile 140 gehörige Eigenkapazität kann dargestellt sein durch C_SR + dC_SR (Änderung der Eigenkapazität aufgrund eines Berührungsereignisses). Es versteht sich, dass die gemessene Eigenkapazität ebenso zu einer Spalte gehören kann, was durch C_SC + dC_SC dargestellt sein würde. Somit kann der ausgegebene Ladungswert am Ausgangsanschluss 120 des Ladungsverstärkers 114 wie folgt dargestellt sein: (dC_SR/C_int)·V_S2, 0° + (C_SR/C_int)·V_N(f), φ_N(f) + 180°, GLEICHUNG 4
Wie oben beschrieben, weist während des Gegenkapazitätserfassungs-Betriebsmodus Signal 2 die entgegengesetzte Polarität zu Signal 1 auf. Jedoch weisen, wie in Gleichung 4 dargestellt, während des Eigenkapazitätserfassungs-Betriebsmodus Signal 2 und Signal zumindest im Wesentlichen dieselbe Polarität auf. Darüber hinaus ist, wie in Gleichung 4 dargestellt, bei der Messung die Amplitude des Signals am Ausgangsanschluss 120 proportional zu der sich aus der Berührung ergebenden Änderung der Eigenkapazität. In einer oder mehreren Ausführungsformen verändert sich die Amplitudencharakteristik der durch die Sensoransteuerung 104 erzeugten Ansteuersignale während des ersten Betriebsmodus, verglichen mit dem zweiten Betriebsmodus. Zum Beispiel beträgt die Änderung der Eigenkapazität, verglichen mit der sich aus einem Berührungsereignis ergebenden Änderung der Gegenkapazität, ungefähr das Zehnfache (10x). Somit ist die Ansteuersignal-Amplitudencharakteristik während des ersten Betriebsmodus (z. B. Erfassen der Gegenkapazität) zumindest ungefähr zehnmal (10x) größer als die Ansteuersignal-Amplitudencharakteristik während des zweiten Betriebsmodus (z. B. Erfassen der Eigenkapazität), um das Erfassen der Eigenkapazität in dem System 100 zu ermöglichen.
Beispielhafte Verfahren
4 stellt ein Verfahren 400 zum Messen von Gegenkapazität und Eigenkapazität in einem Touchpanel-Sensorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung dar. Ein Auswahlsignal wird an einen Auswahlbaustein ausgegeben (z. B. erzeugt und angelegt), um entweder einen ersten Betriebsmodus (z. B. Gegenkapazitätserfassung) oder einen zweiten Betriebsmodus (z. B. Eigenkapazitätserfassung) zu wählen (Block 402). In einer Ausführungsform veranlasst der Steuerbaustein 125 die Erzeugung und Ausgabe eines Auswahlsignals zu den Auswahlbausteinen 124 (z. B. den Auswahlbausteinen 124(1), 124(2)). Auf Grundlage des Auswahlsignals geben die Auswahlbausteine 124 ein Signal aus, das einem ersten Betriebsmodus oder einem zweiten Betriebsmodus entspricht. Zum Beispiel geben während des ersten Betriebsmodus die jeweiligen Multiplexer 128, 130 jedes Auswahlbausteins 124 ein Signal, das ein Massesignal darstellt, an den nichtinvertierenden Verstärker 122 des Ladungsverstärkers 114 aus und geben ein Signal aus, das das Ansteuersignal für den Sensor 102 (z. B. Spalten 126, Zeilen 140) darstellt. In einem weiteren Beispiel geben während des zweiten Betriebsmodus die jeweiligen Multiplexer 128, 130 jedes Auswahlbausteins 124 ein Signal, das ein Massesignal darstellt, an den Sensor 102 (z. B. Spalten 126, Zeilen 140) aus und geben ein Ansteuersignal für den nichtinvertierenden Anschluss 122 des Ladungsverstärkers 114 aus. Wie oben beschrieben, ist der Messbaustein 106 konfiguriert, während des ersten Betriebsmodus eine mit einem Berührungsereignis assoziierte Änderung der Gegenkapazität zu bestimmen (z. B. zu messen) oder während des zweiten Betriebsmodus eine mit dem Berührungsereignis assoziierte Änderung der Eigenkapazität zu bestimmen. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Steuerbaustein 125 die Ausgabe eines Auswahlsignals veranlassen, basierend, aber nicht beschränkt auf: ereignisbasiertem Schalten (z. B. Schalten des Betriebsmodus auf Grundlage eines Ereignisses), anwendungsbasiertem Schalten (z. B. Anwendungssoftware, die mit einer Computervorrichtung assoziiert ist (z. B. einem Smartphone, einem Tabletcomputer usw.), in der das System 100 benutzt wird, oder Bildraten-/Abtastraten-Schalten (z. B. Ändern eines Betriebsmodus, wenn eine Computervorrichtung, in der das System benutzt wird, die Bildrate und/oder Abtastrate in der Computervorrichtung ändert).
Wie in 4 gezeigt, wird die Offset-Ausgleichs-Kapazität des Offset-Ausgleichsmoduls eingestellt, bis der Wert der Offset-Ausgleichs-Kapazität ungefähr gleich der Kapazität ist, die mit dem Ansteuerkanal am Knoten (N1) assoziiert ist, um zumindest teilweise die mit dem Ansteuerkanal assoziierte Kapazität auszugleichen (Block 404). In einer oder mehreren Ausführungsformen veranlasst das Steuermodul 125 das Offset-Ausgleichsmodul 202, den Offset-Kapazitätswert (z. B. den Kondensator (C_off)) einzustellen, bis der Wert der Offset-Ausgleichs-Kapazität zumindest ungefähr gleich der Kapazität ist, die mit den Ansteuerkanälen des Systems am Knoten (N1) 110 assoziiert ist. Zum Beispiel kann das System 100 vielfache Ansteuerkanäle aufweisen, die mit dem Knoten (N1) 110 assoziiert sind. In einer Ausführungsform kann jeder Ansteuerkanal einen Touchpanelsensor 102 und eine Sensoransteuerung 104 enthalten, wobei jeder Ansteuerkanal einen Gegenkapazitätswert und Umgebungskapazitäten aufweist, die mit jedem Ansteuerkanal assoziiert sind (z. B. Kapazitäten, die mit dem Sensor 102 und der Sensoransteuerung 104 assoziiert sind). Somit kann der Kapazitätswert des Offset-Ausgleichsmoduls 202 eingestellt werden, bis der Kapazitätswert zumindest teilweise den Kapazitätswert am Knoten (N1) 110 ausgleicht. In anderen Ausführungsformen kann das Steuermodul 125 konfiguriert sein, das Offset-Ausgleichsmodul 202 aufgrund eines Bestimmens einzustellen, wenn die Ausgangsspannung des Messmoduls 106 oder die Ausgangsspannung des Demodulatorbausteins 108 null Volt (0 V) oder dem kleinsten negativen Wert entspricht (oder dem kleinsten positiven Wert, wenn die Offset-Ausgleichs-Kapazität des Offset-Kondensators (C_off) 210 zumindest ungefähr auf, jedoch nicht größer als, die Kapazität am Knoten (N1) 110 eingestellt wird, z. B. Kapazitätswerte, die mit den Ansteuerkanälen assoziiert sind)). Wenn zum Beispiel der Kapazitätswert des Offset-Kondensators (C_off) 210 größer wird als der Kapazitätswert am Knoten (N1) 110, kann die Ausgangsspannung ungefähr gleich einer negativen Spannung sein, und die Ausgangsspannung stellt einen negativen Spannungswert dar.
Wie in 4 gezeigt, wird die Phase (φ) des Offset-Ausgleichssignals so eingestellt, dass die Phase (φ) gleich ungefähr einhundertundachtzig Grad (180°) des Ansteuersignals ist, um zumindest teilweise das Ansteuersignal auszugleichen (Block 406). In einer Ausführungsform kann die Phase (φ) des Offset-Ausgleichssignals so eingestellt werden, dass die Phase (φ) gleich ungefähr einhundertundachtzig Grad (180°) der Phase des Ansteuersignals ist, das durch die Sensoransteuerung 104 erzeugt wird. Somit wird die Phase (φ) so eingestellt, dass die Phase (φ) ungefähr gleich einhundertundachtzig Grad (180°) zur Phase des Ansteuersignals am Ausgang der Offset-Ausgleichs-Ansteuerung 204 ist, um zumindest teilweise das Ansteuersignal auszugleichen. In anderen Ausführungsformen kann die Phase (φ) auf andere Werte gesetzt sein, um den maximalen Offset der Phase des (durch die Sensoransteuerung 104 erzeugten) Signals am Knoten (N1) 110 vorzusehen. Zum Beispiel kann die Phase (φ) gleich der Phase des Ansteuersignals plus oder minus einhundertundachtzig Grad (±180°) am Knoten (N1) 110 gesetzt sein. In Ausführungsformen wird die Frequenz (ω) des Offset-Ausgleichssignals so eingestellt, dass die Offset-Ausgleichsfrequenz (ω) zumindest im Wesentlichen die Sensorfrequenz (ω) des durch die Sensoransteuerung 104 erzeugten Signals trifft.
Wie in 2 gezeigt, wird die Amplitude (A2) des Offset-Ausgleichssignals so eingestellt, dass bewirkt ist, dass das Offset-Ausgleichssignal zumindest teilweise das Ansteuersignal ausgleicht (z. B. wird der verbleibende Anteil des Ansteuersignals aufgrund der Offset-Ausgleichssignal-Phaseneinstellung ausgeglichen) (Block 408). In einer Ausführungsform wird die Amplitude (A2) des Offset-Ausgleichssignals, das durch die Offset-Ausgleichs-Ansteuerung 204 erzeugt wird, so eingestellt, dass bewirkt ist, dass das Offset-Ausgleichssignal zumindest teilweise das Ansteuersignal am Knoten (N1) 110 ausgleicht. Die Amplitude (A2) kann auf Grundlage des verbleibenden Anteils des Ansteuersignals eingestellt werden, der nicht als Ergebnis des Einstellens der Phase (φ) des Offset-Ausgleichssignals ausgeglichen ist (siehe Block 406). Zum Beispiel kann die Amplitude (A2) so eingestellt werden, dass die Amplitude (A2) ungefähr gleich der Amplitude (A1) des Ansteuersignals ist (das durch die Sensoransteuerung 104 erzeugt wird). In einem weiteren Beispiel kann die Amplitude (A2) so eingestellt werden, dass die Amplitude (A2) zumindest teilweise gleich ist (z. B. ist die Amplitude (A2) gleich ungefähr zehn Prozent (10%) der Amplitude (A1), die Amplitude (A2) ist gleich ungefähr sechzig Prozent (60%) der Amplitude (A1) und so weiter). Somit können die Amplitudenwerte (A2) der Offset-Ausgleichssignale je nach dem Betrag des durch die oben beschriebene Phaseneinstellung (z. B. die in Block 204 beschriebene Phaseneinstellung) ausgeglichenen Ansteuersignals variieren. In einer oder mehreren Ausführungsformen benutzt der Steuerbaustein 125 den kapazitiven Wert des Offset-Ausgleichsbausteins 202 (z. B. Kapazitätswert des Kondensators (C_off) 210 und so fort) und die Phase (φ) des Offset-Ausgleichssignals, um die Offset-Ausgleichsamplitude (A2) einzustellen, um die Ausgangsspannung des Messbausteins 106 und/oder die Ausgangsspannung des ADC 110 zu reduzieren. Zum Beispiel kann die Amplitude (A2) des Offset-Ausgleichssignals eingestellt werden, bis die Ausgangsspannung des Messbausteins 106 und/oder die Ausgangsspannung des ADC 110 zumindest ungefähr gleich null Volt (0 V) beträgt.
Wie in 4 gezeigt, wird eine Änderung der Kapazität aufgrund eines über einem Touchpanel durchgeführten Berührungsereignisses an einem Messbaustein gemessen (Block 410). Der Offset-Ausgleich der Umgebungskapazitäten im System 100 kann optimiert werden, sodass die Berührungskapazität durch den Messbaustein 106 erfasst/gemessen wird. Wie oben beschrieben, sieht die Einstellung des Touchpanel-Sensorsystems 100 einen erhöhten Dynamikbereich vor. Zum Beispiel können zumindest teilweise alle der durch die Sensoren 114 erfahrenen nicht mit Berührung zusammenhängenden kapazitiven Werte (z. B. kapazitive Werte der Umgebung) durch die verschiedenen Einstellungen des Offset-Ausgleichssignals aus der Messung ausgeglichen werden, was ermöglichen kann, dass im Messbaustein 106 ein kleinerer Integrationskondensator (z. B. die Kapazität (C_int) 116) verwendet wird, was ermöglicht, dass das System 100 auf niedrigere Kapazitäten/Spannungen anspricht. In einer Ausführungsform können zumindest im Wesentlichen alle (z. B. ein Hauptteil) der durch die Spalten und Zeilen erfahrenen nicht mit Berührung zusammenhängenden kapazitiven Werte (z. B. kapazitive Werte der Umgebung) durch die verschiedenen Einstellungen des Offset-Ausgleichssignals aus der Messung ausgeglichen werden. Somit können die Auflösung und/oder der Dynamikbereich des Touchpanel-Sensorsystems 100 verbessert sein. Insbesondere kann das Touchpanel-Sensorsystem 100 dadurch einen verbesserten Dynamikbereich aufweisen, dass das System 100 (z. B. über den Steuerbaustein 125) einen Offset-Ausgleichsbaustein 202 dynamisch einstellt, um kapazitive Werte, Signalamplitudenwerte und Signalphasenwerte zu verändern, um Umgebungskapazitäten (z. B. Parasitärkapazitäten) und statische Sensorkapazitäten des Sensors 102 auszugleichen. Sobald die Umgebungskapazitäten und statischen Sensorkapazitäten reduziert sind, ist der Messbaustein 106 während eines ersten Betriebsmodus konfiguriert, die mit einem Berührungsereignis assoziierte Gegenkapazität zu erfassen/zu messen. Außerdem ist der Messbaustein 106 während eines zweiten Betriebsmodus konfiguriert, die mit dem Berührungsereignis assoziierte Eigenkapazität zu erfassen/zu messen. Als Ergebnis kann der Kapazitäts-Spannungs-Wandler des Touchpanel-Sensorsystems 100 einen kleinen Integrationskondensator verwenden und dadurch Kosten senken und den Dynamikbereich und das Signal-Rauschverhältnis des Systems 100 verbessern. Außerdem können durch die Verwendung zweckbestimmter Ansteuerungen (der Sensoransteuerung und der Offset-Ausgleichs-Ansteuerung) beliebige Signale verwendet werden, um die jeweiligen Bausteine anzusteuern, und dabei effiziente Sensorkapazitäts-Ausgleichsfähigkeiten beibehalten werden. Außerdem können Rauschabstände (z. B. die Aussteuerungsreserve) maximiert sein, um ein besseres Signal-Rauschverhältnis zu ermöglichen.
Schlussbemerkung
Obwohl der Gegenstand der Offenbarung sprachlich spezifisch für Aufbaumerkmale und/oder Verfahrensvorgänge beschrieben ist, versteht es sich, dass der in den angehängten Ansprüchen definierte Gegenstand nicht unbedingt auf die oben beschriebenen speziellen Merkmale und Arbeitsgänge beschränkt ist. Vielmehr sind die oben beschriebenen speziellen Merkmale und Arbeitsgänge als Beispielformen zum Umsetzen der Ansprüche offenbart.

Claims

System, umfassend: einen Sensor, der konfiguriert ist, eine mit einem Berührungsereignis auf einem Touchpanel assoziierte Änderung der Kapazität zu erfassen; einen Messbaustein, der mit dem Sensor gekoppelt ist, wobei der Messbaustein konfiguriert ist, während eines ersten Betriebsmodus eine mit dem Sensor assoziierte Gegenkapazität zu erfassen und während eines zweiten Betriebsmodus eine mit dem Sensor assoziierte Eigenkapazität zu erfassen; einen Auswahlbaustein, der mit dem Sensor und dem Messbaustein gekoppelt ist, wobei der Auswahlbaustein konfiguriert ist, ein Auswahlsignal zu empfangen, um die Wahl mindestens des ersten Betriebsmodus oder des zweiten Betriebsmodus zu veranlassen; und einen Ansteuerbaustein, der mit dem Auswahlbaustein gekoppelt ist, wobei der Ansteuerbaustein konfiguriert ist, ein Ansteuersignal zu erzeugen, und das Ansteuersignal während des ersten Betriebsmodus an den Sensor und während des zweiten Betriebsmodus an das Messmodul angelegt wird, wobei das Ansteuersignal während des ersten Betriebsmodus eine erste Amplitudencharakteristik enthält und während des zweiten Betriebsmodus eine zweite Amplitudencharakteristik enthält, wobei sich die zweite Amplitudencharakteristik von der ersten Amplitudencharakteristik unterscheidet.
System nach Anspruch 1, wobei der Messbaustein eine Vielzahl von Integratoren umfasst, wobei jeder Integrator aus der Vielzahl von Integratoren einen Ladungsverstärker mit einem Integrationskondensator enthält, der zwischen einem invertierenden Anschluss und einem Ausgang des Ladungsverstärkers angeordnet ist, wobei der Ladungsverstärker während des ersten Betriebsmodus ein Signal mit einer Amplitudencharakteristik ausgibt, die proportional zu einer mit dem Berührungsereignis assoziierten Änderung der Gegenkapazität ist, und während des zweiten Betriebsmodus ein Signal mit einer Amplitudencharakteristik ausgibt, die proportional zu einer mit dem Berührungsereignis assoziierten Änderung der Eigenkapazität ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ansteuerbaustein einen Digital-Analog-Umsetzer umfasst, der mit einem Puffer gekoppelt ist, wobei der Puffer mit dem Sensor gekoppelt ist.
System nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, weiter umfassend einen Demodulatorbaustein, gekoppelt mit dem Messbaustein, wobei der Demodulatorbaustein konfiguriert ist, ein analoges Signal zu demodulieren, das durch den Messbaustein geliefert wird, wobei das analoge Signal während des ersten Betriebsmodus eine dem Berührungsereignis entsprechende Änderung der Gegenkapazität darstellt und während des zweiten Betriebsmodus eine dem Berührungsereignis entsprechende Änderung der Eigenkapazität darstellt.
System nach Anspruch 4, wobei der Demodulatorbaustein einen Analog-Digital-Wandler umfasst.
System nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Sensor eine Vielzahl von Ansteuerleitungen und eine Vielzahl von Erfassungsleitungen quer zu der Vielzahl von Ansteuerleitungen umfasst, wobei die Vielzahl von Ansteuerleitungen und die Vielzahl von Erfassungsleitungen ein Koordinatensystem definieren, wobei jeder Koordinatenort einen Kondensator umfasst.
System nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, weiter umfassend einen Steuerbaustein, der mit dem Auswahlbaustein gekoppelt ist, wobei der Steuerbaustein konfiguriert ist, die Ausgabe des Auswahlsignals an den Auswahlbaustein zu veranlassen, um die Wahl mindestens eines aus dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus zu veranlassen.
System nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Auswahlbaustein einen ersten Multiplexer und einen zweiten Multiplexer umfasst, wobei der erste Multiplexer mit dem Sensor gekoppelt ist und der zweite Multiplexer mit dem Messbaustein gekoppelt ist.
System, umfassend: einen Sensor, der konfiguriert ist, eine mit einem Berührungsereignis auf einem Touchpanel assoziierte Änderung der Kapazität zu erfassen; einen Messbaustein, der mit dem Sensor gekoppelt ist, wobei der Messbaustein konfiguriert ist, während eines ersten Betriebsmodus eine mit dem Sensor assoziierte Gegenkapazität zu erfassen und während eines zweiten Betriebsmodus eine mit dem Sensor assoziierte Eigenkapazität zu erfassen; einen Auswahlbaustein, der mit dem Sensor und dem Messbaustein gekoppelt ist, wobei der Auswahlbaustein konfiguriert ist, ein Auswahlsignal zu empfangen, um die Wahl mindestens des ersten Betriebsmodus oder des zweiten Betriebsmodus zu veranlassen; einen Ansteuerbaustein, der mit dem Auswahlbaustein gekoppelt ist, wobei der Ansteuerbaustein konfiguriert ist, ein Ansteuersignal zu erzeugen, wobei das Ansteuersignal während des ersten Betriebsmodus an den Sensor und während des zweiten Betriebsmodus an das Messmodul angelegt wird; und einen Ansteuerbaustein, der mit dem Auswahlbaustein gekoppelt ist, wobei der Steuerbaustein konfiguriert ist, die Ausgabe des Auswahlsignals an den Auswahlbaustein zu veranlassen, um die Wahl mindestens eines aus dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus zu veranlassen, wobei das Ansteuersignal während des ersten Betriebsmodus eine erste Amplitudencharakteristik enthält und während des zweiten Betriebsmodus eine zweite Amplitudencharakteristik enthält, wobei sich die zweite Amplitudencharakteristik von der ersten Amplitudencharakteristik unterscheidet.
System nach Anspruch 9, wobei der Messbaustein eine Vielzahl von Integratoren umfasst, wobei jeder Integrator aus der Vielzahl von Integratoren einen Ladungsverstärker mit einem zwischen einem invertierenden Anschluss und einem Ausgang des Ladungsverstärkers angeordneten Integrationskondensator enthält, wobei der Ladungsverstärker während des ersten Betriebsmodus ein Signal mit einer Amplitudencharakteristik ausgibt, die proportional zu einer mit dem Berührungsereignis assoziierten Änderung der Gegenkapazität ist, und während des zweiten Betriebsmodus ein Signal mit einer Amplitudencharakteristik ausgibt, die proportional zu einer mit dem Berührungsereignis assoziierten Änderung der Eigenkapazität ist.
System nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Ansteuerbaustein einen Digital-Analog-Umsetzer umfasst, der mit einem Puffer gekoppelt ist, wobei der Puffer mit dem Sensor gekoppelt ist.
System nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 11, weiter umfassend einen Demodulatorbaustein, der mit dem Messbaustein gekoppelt ist, wobei der Demodulatorbaustein konfiguriert ist, ein analoges Signal zu demodulieren, das durch den Messbaustein geliefert wird, wobei das analoge Signal während des ersten Betriebsmodus eine dem Berührungsereignis entsprechende Änderung der Gegenkapazität darstellt und während des zweiten Betriebsmodus eine dem Berührungsereignis entsprechende Änderung der Eigenkapazität darstellt.
System nach Anspruch 12, wobei der Demodulatorbaustein einen Analog-Digital-Wandler umfasst.
System nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 13, wobei der Sensor eine Vielzahl von Ansteuerleitungen und eine Vielzahl von Erfassungsleitungen quer zu der Vielzahl von Ansteuerleitungen umfasst, wobei die Vielzahl von Ansteuerleitungen und die Vielzahl von Erfassungsleitungen ein Koordinatensystem definieren, wobei jeder Koordinatenort einen Kondensator umfasst.
System nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 14, wobei der Auswahlbaustein einen ersten Multiplexer und einen zweiten Multiplexer umfasst, wobei der erste Multiplexer mit dem Sensor gekoppelt ist und der zweite Multiplexer mit dem Messbaustein gekoppelt ist.
System nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 15, wobei die zweite Amplitudencharakteristik mindestens ungefähr zehnmal kleiner ist als die erste Amplitudencharakteristik.
Verfahren, umfassend: das Veranlassen der Ausgabe eines Auswahlsignals an einen Auswahlbaustein, um die Wahl eines ersten Betriebsmodus zum Messen der mit einem Sensor assoziierten Gegenkapazität oder eines zweiten Betriebsmodus zum Messen der mit dem Sensor assoziierten Eigenkapazität zu veranlassen wobei der Sensor konfiguriert ist, eine mit einem Berührungsereignis auf einem Touchpanel assoziierte Änderung der Kapazität zu erfassen; das Einstellen einer durch einen Offset-Baustein gelieferten Offset-Ausgleichs-Kapazität, bis die Offset-Ausgleichs-Kapazität zumindest ungefähr gleich einer Kapazität ist, die mit einem Ansteuerkanal und dem Sensor assoziiert ist, um zumindest teilweise die mit dem Ansteuerkanal und dem Sensor assoziierte Kapazität auszugleichen; das Einstellen einer Phase eines ersten Signals auf zumindest ungefähr einhundertundachtzig Grad (180°) zu einer Phase eines zweiten Signals, um das zweite Signal zumindest teilweise auszugleichen, wobei das erste Signal durch einen Offset-Ausgleichs-Ansteuerungsbaustein erzeugt wird und das zweite Signal durch einen Sensor-Ansteuerbaustein des Ansteuerkanals erzeugt wird; und das Einstellen einer Amplitude des ersten Signals auf gleich zumindest einem Teil einer Amplitude des zweiten Signals, um einen verbleibenden Teil des zweiten Signals zumindest teilweise auszugleichen, wobei der verbleibende Teil des zweiten Signals einen durch die Einstellung der Phase des ersten Signals nicht ausgeglichenen Teil des zweiten Signals enthält.
Verfahren nach Anspruch 17, weiter umfassend das Messen an einem Messbaustein während des ersten Betriebsmodus die mit dem Berührungsereignis assoziierte Änderung der Gegenkapazität und während des zweiten Betriebsmodus die mit dem Berührungsereignis assoziierte Änderung der Eigenkapazität.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei mindestens einer aus dem Sensoransteuerungsbaustein und dem Offset-Ausgleichs-Ansteuerungsbaustein ein Digital-Analog-Wandler ist.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 17 bis 19, wobei der Messbaustein eine Vielzahl von Integratoren umfasst, wobei jeder Integrator aus der Vielzahl von Integratoren mit einer zugehörigen Ansteuerleitung und Erfassungsleitung des Sensors gekoppelt ist.