DE112015005290B4

DE112015005290B4 - Vollwellen-Synchrongleichrichtung für Eigenkapazitätserfassung

Info

Publication number: DE112015005290B4
Application number: DE112015005290.9T
Authority: DE
Inventors: Andriy Maharyta
Original assignee: Cypress Semiconductor Corp
Current assignee: Cypress Semiconductor Corp
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2035-11-20
Also published as: US9310953B1; WO2016085760A2; DE112015005290T5; CN106537314A; WO2016085760A3

Abstract

Eine Vorrichtung, die Folgendes beinhaltet:einen ersten integrierenden Kondensator (111);einen ersten Modulator (A), der mit dem ersten integrierenden Kondensator (111) wirksam gekoppelt ist;einen zweiten integrierenden Kondensator (115); undeinen zweiten Modulator (B), der mit dem zweiten integrierenden Kondensator (115) wirksam gekoppelt ist,wobei der erste Modulator (A) in Verbindung mit dem ersten integrierenden Kondensator (111) und der zweite Modulator (B) in Verbindung mit dem zweiten integrierenden Kondensator (115) eine Eigenkapazität (101) eines kapazitiven Erfassungsarrays (1125) durch Durchführen einer Vollwellen-Synchrongleichrichtung messen.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine internationale Anmeldung der US-Patentanmeldung Nr. 14/736,811 , eingereicht am 11. Juni 2015, die die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/084,026 , eingereicht am 25. November 2014, beansprucht, die beide unter Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hier einbezogen sind.
TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet der Kapazitätserfassungssysteme, insbesondere die Erfassung der Eigenkapazität eines Kapazitätserfassungsarrays.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Kapazitätserfassungssysteme können elektrische Signale erfassen, die an Elektroden erzeugt werden, die Änderungen der Kapazität reflektieren. Derartige Änderungen der Kapazität können ein Berührungsereignis (d. h. die Nähe eines Objekts zu bestimmten Elektroden) indizieren. Kapazitive Erfassungselemente können verwendet werden, um mechanische Tasten, Knöpfe und andere ähnliche mechanische Benutzerschnittstellensteuerelemente zu ersetzen. Die Verwendung eines kapazitiven Erfassungselements, wie etwa eine Elektrode oder ein Paar Elektroden, erlaubt die Eliminierung von komplizierten mechanischen Schaltern und Tasten, wodurch ein zuverlässiger Betrieb unter rauen Bedingungen bereitgestellt wird. Darüber hinaus werden kapazitive Erfassungselemente in modernen Kundenanwendungen häufig verwendet, wobei in existierenden Produkten neue Benutzerschnittstellenoptionen bereitgestellt werden. Kapazitive Erfassungselemente können von einer einzelnen Taste bis hin zu einer großen Anzahl reichen, die in Form eines kapazitiven Erfassungsarrays für eine Berührungserfassungsoberfläche angeordnet ist. Patentdokument D1, US 2007 / 0 262 966 A1 , offenbart ein Anzeigegerät mit Berührungssensor. Hierbei umfasst eine berührungsempfindliche Anzeigevorrichtung ein Zählersubstrat, das mittels einer Anzeigemediumschicht auf einer Betrachterseite eines Aktivmatrixsubstrats angeordnet ist. Das Zählersubstrat weist eine Gegenelektrode auf, die Pixelelektroden gegenüberliegt. Eine Anzeigetafel-Treiberschaltung legt eine gemeinsame Spannung an die Gegenelektrode an, die eine periodische Polaritätsumkehr erfährt. Ein transparenter leitender Film dient der Positionserfassung und ist so angeordnet, dass er der Gegenelektrode über das Zählersubstrat gegenüberliegt. Eine Strobe-Signal-Erzeugungsschaltung dient der Erzeugung eines Strobe-Signals, das mit einer Polaritätsumkehrperiode der gemeinsamen Spannung synchronisiert ist. Eine Rauschunterdrückungs-Stromsignal-Erzeugungsschaltung wird zum Erzeugen eines Rauschunterdrückungs-Stromsignals verwendet. Das Rauschunterdrückungs-Stromsignal wird durch Eliminieren eines vorbestimmten Teils eines Stroms, der von einem mit dem transparenten leitfähigen Film zur Positionserfassung verbundenen Anschluss fließt, auf Basis des Strobe-Signals erzeugt.
Transparente Berührungsbildschirme, die kapazitive Erfassungsarrays benutzen, werden in heutigen Industrie- und Verbrauchermärkten allseits verwendet. Sie sind an mobilen Telefonen, GPS-Geräten, Set-Top-Boxen, Kameras, Computerbildschirmen, MP3-Playern, digitalen Tablets und dergleichen zu finden. Die kapazitiven Erfassungsarrays arbeiten, indem sie die Kapazität eines kapazitiven Erfassungselements messen und ein Delta der Kapazität suchen, wodurch eine Berührung oder Präsenz eines leitfähigen Objekts indiziert wird. Wenn ein leitfähiges Objekt (z. B. ein Finger, eine Hand oder ein anderes Objekt) in Kontakt mit oder in unmittelbare Nähe zu einem kapazitiven Erfassungselement kommt, ändert sich die Kapazität und das leitfähige Objekt wird detektiert. Die Kapazitätsänderungen der kapazitiven Berührungserfassungselemente können durch eine elektrische Schaltung gemessen werden. Die elektrische Schaltung wandelt die gemessenen Kapazitäten der kapazitiven Erfassungselemente in digitale Werte um.
Es gibt zwei typische Arten von Kapazität: 1) Gegenkapazität, wobei die Kapazitätserfassungsschaltung auf beide Elektroden des Kondensators Zugriff hat; 2) Eigenkapazität, wobei die Kapazitätserfassungsschaltung nur auf eine Elektrode des Kondensators Zugriff hat, wobei die zweite Elektrode an ein DC-Spannungsniveau gebunden ist oder mit der Erdungsmasse parasitär gekoppelt ist.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft und nicht beschränkend in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen illustriert.

1 ist ein Schaltbild, das eine Schaltung für die Eigenkapazitätserfassung gemäß einer einzelnen Ausführungsform illustriert.
2 ist ein Schaltbild, das ein Eigenkapazitätsmodell eines kapazitiven Erfassungsarrays gemäß einer einzelnen Ausführungsform illustriert.
3 ist ein Wellenformdiagramm, das betriebliche Wellenformen der Vollwellen-Synchrongleichrichtung in Verbindung mit der Schaltung von 1 gemäß einer einzelnen Ausführungsform illustriert.
4 ist ein Schaltbild, das eine Schaltung für die Eigenkapazitätserfassung gemäß einer anderen Ausführungsform illustriert.
5 ist ein Wellenformdiagramm, das betriebliche Wellenformen der Vollwellen-Synchrongleichrichtung in Verbindung mit der Schaltung von 4 gemäß einer einzelnen Ausführungsform illustriert.
6A ist ein Schaltbild, das einen Wandler gemäß einer einzelnen Ausführungsform illustriert.
6B ist ein Schaltbild, das einen Wandler gemäß einer anderen Ausführungsform illustriert.
7 illustriert ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung der Vollwellen-Synchrongleichrichtung gemäß einer einzelnen Ausführungsform.
8 illustriert ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung der Vollwellen-Synchrongleichrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform.
9 ist ein Schaltbild, das eine Schaltung für die Eigenkapazitätserfassung gemäß einer anderen Ausführungsform illustriert.
10 ist ein Wellenformdiagramm, das betriebliche Wellenformen der Vollwellen-Synchrongleichrichtung in Verbindung mit der Schaltung von 9 gemäß einer einzelnen Ausführungsform illustriert.
11 ist ein Blockdiagramm, das eine einzelne Ausführungsform eines elektronischen Systems zeigt, das ein Verarbeitungsgerät mit Vollwellen-Synchrongleichrichtung-Eigenkapazitätserfassung aufweist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es werden Vorrichtungen und Verfahren für die Kapazitätserfassung beschrieben. Kapazitätserfassungssysteme verwenden verschiedene Vorrichtungen und Verfahren, um Kapazität zu erfassen und zu messen, wie zum Beispiel die Kapazität, die durch eine Berührung nahe einem kapazitiven Erfassungsarray induziert wird. Kapazitätserfassungstechniken unter Verwendung der Halbwellengleichrichtung, d. h. Messen der Kapazität unter Verwendung einer Halbwelle eines Vollwellensignals, können eine niedrige Immunität gegenüber Niedrigfrequenzrauschen (z. B. 50 Hz-20 kHz) aufweisen. Das Niedrigfrequenzrauschen kann Stromleitungsrauschen (z. B. 50 Hz-60 Hz) und/oder Audiorauschen, zum Beispiel Rauschen von einem Lautsprecherkabel, sein. Als Resultat können Kapazitätsmessungen, die eine Berührung indizieren, unklar sein und/oder es können Kapazitätsmessungen erzeugt werden, die falsche Berührungen indizieren.
In einigen Ausführungsformen widmet sich die vorliegende Offenbarung den oben erwähnten und anderen Defiziten durch Messen einer Eigenkapazität eines kapazitiven Erfassungsarrays durch Durchführen einer Vollwellen-Synchrongleichrichtung unter Verwendung von zwei integrierenden Kondensatoren, die jeweils einem Modulator zugehörig sind.
Ein Vollwellensignal kann eine Wellenform sein, die zwei aufeinander folgende Halbwellen umfasst. Eine Halbwelle des Vollwellensignals kann ungefähr gleich dem Negativen der entsprechenden Halbwelle sein. Zum Beispiel umfasst ein sinusförmiges Wellensignal, zentriert um 0 auf einer X-Y-Achse, mit einer Amplitude (A und -A) eine positive erste Halbwelle (0-180°) und eine negative zweite Halbwelle (180°-360°). Es ist zu bemerken, dass eine Vollwelle der Länge von einer Periode einer periodischen Wellenform entsprechen kann.
Die Vollwellen-Synchrongleichrichtung kann sich auf die Verwendung von sowohl Ladestrom als auch Entladestrom (jeweils einer separaten Halbwelle eines Vollwellensignals zugehörig) in kontinuierlicher Zeit (d. h. synchron) beziehen, um die Kapazität zum Beispiel auf einem Erfassungselement (z. B. Elektrode) eines kapazitiven Erfassungsarrays zu messen. Zum Beispiel kann ein Ladestrom durch einen Modulator verwendet werden, um eine Messung zu erzeugen, die für Eigenkapazität indikativ ist, und kann ein Entladestrom durch einen anderen Modulator verwendet werden, um eine andere Messung zu erzeugen, die für die Eigenkapazität indikativ ist. Im Gegensatz dazu kann sich die Vollwellen-Synchrongleichrichtung auf die Verwendung von entweder Ladestrom oder Entladestrom (aber nicht beide) beziehen, die verwendet werden, um die Kapazität eines Erfassungselements zu messen.
In einer einzelnen Ausführungsform kann ein Eigenkapazitätserfassungskanal verwendet werden, um eine Eigenkapazität eines kapazitiven Erfassungsarrays zu messen. Ein Eigenkapazitätserfassungskanal kann sich auf alles oder einen Teil der physischen Hardware (z. B. Schaltungshardware), Signale und Software (z. B. Firmware, Logik etc.) beziehen, die verwendet werden, um eine Eigenkapazität von zum Beispiel einem kapazitiven Erfassungsarray zu messen. Zum Beispiel kann ein Eigenkapazitätskanal einiges, alles oder nichts von einem kapazitiven Erfassungsarray (z. B. entsprechende Elektrode(n) des kapazitiven Erfassungsarrays), einen oder mehrere Integrationskondensatoren) oder Schalttechnik, einschließlich eine Kapazitätserfassungsschaltung (die eine oder mehrere Modulatoren und/oder Wandler umfassen kann) umfassen. Der kapazitive Erfassungskanal kann einen ersten integrierenden Kondensator und zugehörigen ersten Modulator umfassen, um die Eigenkapazität während einer ersten Halbwelle eines Vollwellensignals zu messen. Der kapazitive Erfassungskanal kann auch einen zweiten integrierenden Kondensator und zugehörigen zweiten Modulator umfassen, um die Eigenkapazität während einer zweiten Halbwelle des Vollwellensignals zu messen. Die erste Messung vom ersten integrierenden Kondensator und ersten Modulator und die zweite Messung vom zweiten integrierenden Kondensator und zweiten Modulator können verwendet werden, um einen digitalen Wert (z. B. Zählung) zu erzeugen, der für die Eigenkapazität des kapazitiven Erfassungsarrays repräsentativ ist.
1 ist ein Schaltbild, das eine Schaltung für die Eigenkapazitätserfassung gemäß einer einzelnen Ausführungsform illustriert. Die Schaltung 100 umfasst die Eigenkapazität 101, den Integrationskondensatorblock 110 und den Modulatorblock 120.
Die Eigenkapazität 101 ist ein vereinfachtes Modell der Eigenkapazität des kapazitiven Erfassungsarrays (nicht gezeigt). Der Integrationskondensatorblock 110 (auch als geschalteter Kondensatorblock bezeichnet) umfasst zwei integrierende Kondensatoren, Cint 111 und Cint 115. In einem Beispiel können Cint 111 und Cint 115 externe Kondensatoren sein (z. B. extern zu einer Kapazitätserfassungsschaltung) und ungefähr 1000 pF messen. In einem anderen Beispiel können Cint 111 und Cint 115 interne Kondensatoren sein, zum Beispiel in eine integrierte Schaltung (IC) integrierte Kondensatoren. Der Integrationskondensatorblock 110 umfasst zwei Referenzspannungsquellen, VrefH 114 und VrefL 117. In einem Beispiel kann VrefH 114 eine hohe Referenzspannung von 4,3 V sein (wenn die Betriebsspannung 5 V beträgt) und kann VrefL 117 eine niedrige Referenzspannung von 0,7 V sein (z. B. Mindestbetriebsspannung).
Der Integrationskondensatorblock 110 umfasst ferner Schalter-Preset 113, Ph 112 (auch als Ph1 oder Phase1 bezeichnet) und Ph 116 (auch als Ph2 oder Phase2 bezeichnet). Es wird darauf hingewiesen, dass Preset 113, Ph 112 und Ph 116 als Schalter und/oder die Signale bezeichnet werden können, die die entsprechenden Schalter steuern. In einem Beispiel können Ph 112 und Ph 116 nicht überlappende Schalter sein. Nicht überlappende Schalter können sich auf einen ersten Schalter (z. B. Ph 112) beziehen, der geschlossen ist, wenn der zweite Schalter (z. B. Ph 116) geöffnet ist, oder auf einen zweiten Schalter (z. B. Ph 116), der geschlossen ist, denn der erste Schalter (z. B. Ph 112) geöffnet ist. Der Schalter Ph 112 ist zwischen einer Elektrode (z. B. Eigenkapazität Cs 102) des kapazitiven Erfassungsarrays und integrierenden Kondensators Cint 111 wirksam positioniert. Der Schalter Ph 116 ist zwischen einer Elektrode (z. B. der Eigenkapazität Cs 102) des kapazitiven Erfassungsarrays und des integrierenden Kondensators Cint 115 wirksam positioniert. Der Schalter Ph 112 und der Schalter Ph 116 koppeln alternierend während des Vollwellensignals den integrierenden Kondensator Cint 111 bzw. den integrierenden Kondensator Cint 115 mit der Eigenkapazität Cs 102. Jeder integrierende Kondensator, Cint 111 und Cint 115, ist während einer anderen Halbwelle des Vollwellensignals alternierend mit der Eigenkapazität Cs 102 gekoppelt. Dabei tastet der integrierende Kondensator Cint 111 während einer ersten Halbwelle eines Vollwellensignals eine der Eigenkapazität Cs 102 des kapazitiven Erfassungsarrays zugehörige Ladung ab. Der integrierende Kondensator Cint 115 tastet während einer zweiten Halbwelle des Vollwellensignals eine andere der Eigenkapazität Cs 102 des kapazitiven Erfassungsarrays zugehörige Ladung ab.
Der Modulatorblock 120 veranschaulicht eine Ausführungsform von zwei Sigma-Delta-Modulatoren. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Sigma-Delta-Modulator zum Zwecke der Veranschaulichung, nicht zum Zwecke der Eingrenzung verwendet wird. Es können auch andere Modulatoren in der Schaltung 100 implementiert werden, wie etwa eine Ladungsausgleichsschaltung. Der Modulatorblock 120 umfasst zwei Modulatoren. Der obere Modulator (auch als Modulator A bezeichnet) entspricht dem integrierenden Kondensator Cint 111. Der untere Modulator (auch als Modulator B bezeichnet) entspricht dem integrierenden Kondensator Cint 115. Der Modulator A und B können ähnliche Schaltungen sein. Der Modulator A umfasst eine Stromquelle 122, die mit der Quellenspannung VDDA 121 (welche die betriebliche Spannung der Schaltung 100 sein kann) gekoppelt ist. Der Modulator A umfasst auch einen Vergleicher 125. Der Vergleicher 125 umfasst den Vergleichereingang 126 und den Vergleichereingang 127 und den Vergleicherausgang 128. Der Vergleichereingang 126 ist mit der Referenzspannung VrefH 114 gekoppelt. Der Modulator umfasst auch die Verriegelung 129. Die Verriegelung 129 umfasst den Verriegelungseingang 130, der durch den Vergleicherausgang 128 gespeist wird. Die Verriegelung 129 wird durch das modulierte Signal Fmod 131 aktiviert und umfasst den Verriegelungsausgang 133. Die Verriegelung 129 erzeugt eine Messung Seq. 134 entsprechend der Eigenkapazität Cs 102. Der Verriegelungsausgang 133 ist in einer Rückkopplungskonfiguration (Rückkopplung 124) mit der Stromquelle 122 (d. h. einer schaltersteuernden Stromquelle 122) verbunden. Die Rückkopplung 124 steuert einen Ladestrom, um den Cint 111 während einer Messphase zu laden. Der Modulator A misst einen Ladestrom (Anmerkung: Ladestrom kann von der Ladequelle 122, die den Cint 111 ladet, zurück zur VrefH 114 sein) am integrierenden Kondensator Cint 111, um die Messung Seq. 134 zu erzeugen. Die Messung kann während einer ersten Halbwelle eines Vollwellensignals (z. B. der einer ersten Halbwelle eines Vollwellensignals entsprechende Ladestrom) und während der Cint 115 Ladung von der Eigenkapazität Cs 102 abtastet durchgeführt werden. Die Messung kann für die Eigenkapazität des kapazitiven Erfassungsarrays indikativ sein.
Während der Messungsphase ist der integrierende Kondensator Cint 111 von der Eigenkapazität Cs 102 getrennt. Die Spannung am Cint 111 kann sich während der vorhergehenden Abtastphase geändert haben, wobei die Spannungsänderung dem zwischen der Eigenkapazität Cs 102 und dem integrierenden Kondensator Cint 111 geteilten Ladungsbetrag entspricht. Die Spannung am Cint 111 wird am Vergleicher 125 mit der VhrefH 114 verglichen. Ein Unterschied zwischen den beiden Spannungen löst den Vergleicher 125 aus, um ein Signal, wie etwa ein Impulssignal, auszugeben. Das Impulssignal wird an die Verriegelung 129 übertragen, welches, falls aktiviert, eine Messung Seq. 134 erzeugen wird. Das Tastverhältnis der Seq. 134 kann für den Kapazitätsbetrag der Eigenkapazität Cs 102 indikativ sein. Wenn Seq. 134 hoch ist (z. B. kann Seq. 134 auch ein Impulssignal sein), wird Seq. 134 in der Rückkopplung 124 zur Stromquelle 122 zurück gespeist. Seq. 134 kann einen digitalen Schalter einschalten, sodass die Stromquelle 122 dem integrierenden Kondensator Cint 111 einen Ladestrom bereitstellt. Die Stromquelle 122 liefert einen Ladestrom (z. B. der Ladestrom, der für eine Halbwelle der Vollwellen-Synchrongleichrichtung gemessen wird), bis die Spannung am Cint 111 VrefH 114 erreicht. Wenn die Spannung am Cint 111 VrefH 114 erreicht, schaltet sich der Vergleicher 125 aus, die Verriegelung 129 reagiert durch Deaktivieren der Messung Seq. 134, wodurch die Stromquelle 122 ausgeschaltet wird. Es ist zu bemerken, dass eine ähnliche Messungsphase während der anschließenden Halbwelle durch den Modulator B durchgeführt werden kann. Es ist ebenfalls zu bemerken, dass während der durch den Modulator A durchgeführten Messungsphase (für eine Halbwelle durchgeführt) durch den unteren integrierenden Kondensator Cint 115 eine Abtastphase durchgeführt werden kann. Die Vorgänge der oberen Schaltung und unteren Schaltung können anschließend während der anschließenden Halbwelle alterniert werden.
Der Modulator B umfasst eine Stromquelle 123 (auch als Stromsenke bezeichnet), die mit einer Gerätemasse 140 gekoppelt ist. Der Modulator B umfasst auch den Vergleicher 141. Der Vergleicher 141 umfasst den Vergleichereingang 142 und den Vergleichereingang 143 und den Vergleicherausgang 144. Der Vergleichereingang 143 ist mit der Referenzspannung VrefL 117 gekoppelt. Der Modulator B umfasst auch die Verriegelung 145. Die Verriegelung 145 umfasst den Verriegelungseingang 146, der durch den Vergleicherausgang 144 gespeist wird. Die Verriegelung 145 wird durch das modulierte Signal Fmod 131 aktiviert und umfasst den Verriegelungsausgang 147. Die Verriegelung 145 erzeugt eine Messung Seq. 149 entsprechend der Eigenkapazität Cs 102. Der Verriegelungsausgang 147 ist in einer Rückkopplungskonfiguration (Rückkopplung 148) mit der Stromquelle 123 (d. h. einer schaltersteuernden Stromquelle 123) verbunden. Die Rückkopplung 148 steuert einen Entladestrom, um den Entlade-Cint 115 während einer Messungsphase zu entladen. Der Modulator B misst den Entladestrom (Anmerkung: Entladestrom kann von der Ladequelle 123, die den Cint 115 entlädt, zurück zur VrefL 117 sein) am integrierenden Kondensator Cint 115, um die Messung Seq. 149 zu erzeugen. Die Messung kann während einer zweiten Halbwelle eines Vollwellensignals (z. B. der einer zweiten Halbwelle eines Vollwellensignals entsprechende Entladestrom) und während der Cint 111 Ladung von der Eigenkapazität Cs 102 abtastet durchgeführt werden. Die Messung kann für die Eigenkapazität des kapazitiven Erfassungsarrays indikativ sein.
Die Messungen Seq. 134 und Seq, 149 können verwendet werden, um die Eigenkapazität Cs 102 des kapazitiven Erfassungsarrays zu bestimmen. Seq. 134 und Seq. 149 können ein moduliertes Signal sein, dessen Tastverhältnis der an der Eigenkapazität Cs 102 detektierten Kapazität (z. B. Berührung oder keine Berührung) entspricht. Ein Wandler (nicht gezeigt) kann Seq. 134 und Seq. 149 vom Ausgang des Modulators A bzw. Modulators B empfangen und die Messungen in einen digitalen Wert (z. B. Zählung) umwandeln, der für die Eigenkapazität Cs 102 repräsentativ ist. Jede Messung kann für die Eigenkapazität Cs 102 indikativ sein. Um die Genauigkeit zu verbessern, kann der Wandler den Durchschnitt von vielen Messungen (z. B. 1000) nehmen, um einen digitalen Wert zu bestimmen, der für die Eigenkapazität Cs 102 repräsentativ ist. Beispiele für einen Wandler werden mit Bezug auf 6A und 6B veranschaulicht.
Die Gesamtheit oder ein Teil der Schaltung 100 kann als ein Eigenkapazitätserfassungskanal betrachtet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass eine Kapazitätserfassungsschaltung (nicht gezeigt) einen oder mehrere Eigenkapazitätserfassungskanäle umfassen kann, um die Eigenkapazität eines kapazitiven Erfassungsarrays zu erfassen. Ein kapazitives Erfassungsarray kann eine Vielzahl von Elektroden umfassen. Jede Elektrode eines kapazitiven Erfassungsarrays kann eine zugehörige Eigenkapazität aufweisen.
2 ist ein Schaltbild, das ein Eigenkapazitätsmodell eines kapazitiven Erfassungsarrays gemäß einer einzelnen Ausführungsform illustriert. Die Schaltung 200 ist ein Modell für die Eigenkapazität 101 (z. B. Cs 102) von 1. Die Elektrode 201 kann eine Elektrode (z. B. Erfassungselement) eines aus einem leitfähigen Material gefertigten kapazitiven Erfassungsarrays sein. Die Eigenkapazität 101 kann parasitäre Kapazität (Cp), verbunden mit der Gerätemasse, Sensorkapazität (Cr), verbunden mit der Erdungsmasse, Fingerkapazität (Cf), verbunden mit der Erdungsmasse, und Gerätekapazität (Cde), verbunden mit der Erdungsmasse, umfassen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Masseschicht in einigen Gerätekonfigurationen fehlen kann, wobei die parasitäre Kapazität (Cp) mit der Gerätemasse verbunden werden kann. Wenn sich eine Berührung 202 der Elektrode 201 nähert, erhöht sich die Fingerkapazität (Cf). Wenn sich eine Berührung 202 von der Elektrode 201 entfernt, verringert sich die Fingerkapazität (Cf). Die Schaltung 100 von 1 misst die vorgenannten Kapazitätsänderungen, um eine Berührung nahe dem Erfassungsarray zu detektieren.
3 ist ein Wellenformdiagramm, das betriebliche Wellenformen 300 der Vollwellen-Synchrongleichrichtung in Verbindung mit der Schaltung von 1 gemäß einer einzelnen Ausführungsform illustriert. Die Vollwelle 305 entspricht dem Vollwellensignal für Schalter Ph 112 oder Ph 116 (z. B. als eine Rechteckwelle illustriert). Die Vollwelle 305 umfasst zwei aufeinander folgende Halbwellen, Halbwelle 301 und Halbwelle 302 (auch als Phase 1 bzw. Phase 2, bezeichnet). Ph 112 und Ph 116 illustrieren Vollwellensignale steuernde Schalter Ph 112 bzw. Ph 116. Wie illustriert, sind die zwei Signale für Ph 112 und Ph 116 nicht überlappend.
Bei Rücksetzung ist das Signal für Schalter-Preset 113 hoch und lädt Cint 111 auf VrefH 114 und lädt Cint 115 auf VrefL. Zum Zwecke der Veranschaulichung erörtert die folgende Beschreibung die Halbwelle 302 (Phase 2), um den typischen Betrieb von beiden Hälften der Schaltung 100 zu illustrieren. Bei Halbwelle 302 (Phase 2) misst der Modulator A einen Ladestrom am integrierenden Kondensator Cint 111, bis die Spannung am Cint 111 VrefH 114 erreicht. Wie illustriert, indiziert die erhöhte Ladezeit (eine Funktion des erhöhten Ladestroms und indikativ für zusätzliche Kapazität an Eigenkapazität Cs 102) eine Berührung nahe dem Erfassungselement des kapazitiven Erfassungsarrays. Der Modulator A erzeugt die Messung Seq. 134, die für die Eigenkapazität Cs 102 indikativ ist. Ebenfalls während der Phase 2 ist Cint 115 mit Cs 102 verbunden und tastet eine Ladung von der Eigenkapazität Cs 102 ab.
Bei Halbwelle 303 (Phase 1) werden die Rollen der zwei Hälften der Schaltung umgekehrt. Cint 111 tastet eine Ladung an der Eigenkapazität Cs 102 ab. Während der Phase 1 ist Cint 115 von der Eigenkapazität Cs 102 getrennt und der Modulator B misst einen Entladestrom am Cint 115, bis die Spannung am Cint VrefL 117 erreicht. Wie illustriert, indiziert die erhöhte Ladezeit (eine Funktion des erhöhten Ladestroms und indikativ für zusätzliche Eigenkapazität Cs 102) eine Berührung nahe dem Erfassungselement des kapazitiven Erfassungsarrays. Der Modulator B erzeugt die Messung Seq. 149, die für die Eigenkapazität Cs 102 indikativ ist. In einer einzelnen Ausführungsform kann ein Durchschnitt von mehreren Messungen (z. B. 1000 Messungen) berechnet werden, um eine Berührung nahe dem kapazitiven Erfassungsarray zu bestimmen. Wie illustriert, können sich die Vorgänge bei Halbwelle 304 (Phase 2) fortsetzen (z. B. synchron).
Fmod 131 kann eine Frequenz sein, die niedriger oder höher als die Sensorerregungsfrequenz (fs) ist. In einer einzelnen Ausführungsform ist Fmod 131, wie illustriert, viel größer als fs. Fs kann ungefähr gleich der Signalfrequenz des Signals Ph 112 oder Ph 116 sein.
Unten werden mehrere Gleichungen bereitgestellt, um zu helfen, die Schaltung 100 von 1 und die zugehörigen betrieblichen Wellenformen 300 von 3 zu erläutern. $V_{gx} \approx V_{refH} - V_{refL}$
${Falls C}_{int} > > C_{s} (C_{int} > 100 C_{s})$
Die Erregungsspannung (Vex) ist ungefähr gleich der Differenz zwischen VrefH (z. B. VrefH 114) und VrefL (z. B. VrefL 117). Cint ist der integrierende Kondensator (z. B. Cint 111 oder Cint 115) und Cs ist die Eigenkapazität (z. B. Cs 102). Die Empfindlichkeit (z. B. Immunität gegenüber Rauschen, wie zum Beispiel Niedrigfrequenzrauschen) der Schaltung (z. B. Schaltung 100) kann von der Vex abhängen, hier größer Vex, umso größer die Fähigkeit der Schaltungen, Rauschen zu unterdrücken. Die Schaltungsempfindlichkeit kann auch von der Beziehung zwischen Cs/Cint und ΔCs/Cs abhängen. Die Beziehungen können die nachstehende Ungleichheit erfüllen. $C_{int} > > Δ C_{s} C_{s} 2$
ΔCs bezieht sich auf die Änderung der Eigenkapazität. Dmod ist das Tastverhältnis einer Messung, wie etwa Seq. 134 und Seq. 149, und wird in der folgenden Gleichung beschrieben: $D_{m o d} = ƒ_{t} \cdot \frac{1}{I_{I D A C}} \cdot V_{D D A} \cdot C_{3}$
lidac kann der von einer Stromquelle, wie etwa Stromquelle 122 und/oder 123, bezogene oder gesenkte Strom (z. B. Lade- oder Entladestrom über Zeit) sein.
4 ist ein Schaltbild, das eine Schaltung für die Eigenkapazitätserfassung gemäß einer anderen Ausführungsform illustriert. Zum Zwecke der Veranschaulichung werden die Unterschiede zwischen Schaltung 400 und Schaltung 100 unten beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Schaltung 400 Merkmale umfasst, die ähnlich der Schaltung 100 von 1 sind. Demgemäß können Merkmale der Schaltung 400 mit Bezug auf 1, oben, weiter beschrieben werden. Die Schaltung 400 umfasst die Eigenkapazität 101, den Integrationskondensatorblock 410 und den Modulatorblock 420.
Die Schaltung 400 arbeitet auf ähnliche Weise wie die Schaltung 100 von 1. Die Schaltungsempfindlichkeit der Schaltung 400 kann durch Erhöhen der Erregungsspannung (Vex) erhöht werden. In der Schaltung 400 kann die Erregungsspannung der Unterschied zwischen der Betriebsspannung (VDDA 121) und Gerätemasse 140 sein, wodurch sie eine größere Erregungsspannung als Schaltung 100 bietet.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Schaltung 400 Logik 451 und Logik 452 (z. B. AND-Logik-Gates) umfasst. Der Eingang der Logik 451 umfasst die Signale Ph 116 und Fmod 131. Der Ausgang der Logik 451 ist mit dem Aktivierungseingang der Verriegelung 129 verbunden. Der Eingang der Logik 452 umfasst die Signale Ph 112 und Fmod 131. Der Ausgang der Logik 452 ist mit dem Aktivierungseingang der Verriegelung 145 verbunden. Die Logik 451 aktiviert die Verriegelung 129, sodass Messung Seq. 434 während der passenden Zeit (z. B. ersten Halbwelle) erzeugt wird und nicht zu anderen Zeiten erzeugt wird. Gleichermaßen aktiviert die Logik 452 die Verriegelung 145, sodass Messung Seq. 449 während der passenden Zeit (z. B. zweiten Halbwelle) erzeugt wird und nicht zu anderen Zeiten erzeugt wird. In einer einzelnen Ausführungsform kann die Vref einen Wert von ungefähr VDDA/2 aufweisen. Alternativ kann die Vref andere Werte aufweisen.
5 ist ein Wellenformdiagramm, das betriebliche Wellenformen 500 der Vollwellen-Synchrongleichrichtung in Verbindung mit der Schaltung von 4 gemäß einer einzelnen Ausführungsform illustriert. Zum Zwecke der Veranschaulichung werden die Unterschiede zwischen den betrieblichen Wellenformen 500 und betrieblichen Wellenformen 300 unten beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die betrieblichen Wellenformen 500 Merkmale umfassen, die ähnlich den betrieblichen Wellenformen 300 von 3 sind. Demgemäß können Merkmale der betrieblichen Wellenformen 500 mit Bezug auf 3, oben, weiter beschrieben werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Erregungsspannung (Vex) der Schaltung 400 größer als die Erregungsspannung der Schaltung 100 ist. Demgemäß wird darauf hingewiesen, dass die Spannung am integrierenden Kondensator Cint 111 ungefähr der betrieblichen Spannung VDDA 121 entsprechen kann und die Spannung am integrierenden Kondensator Cint 115 ungefähr der Gerätemasse 140 (0V) und entsprechen kann.
Dmod, mit Bezug auf Schaltung 400 und betriebliche Wellenformen 500, ist das Tastverhältnis einer Messung, wie etwa Seq. 434 und Seq. 449, und wird in der folgenden Gleichung beschrieben: $D_{m o d} = ƒ_{s} \cdot \frac{1}{I_{I D A C}} \cdot V_{D D A} \cdot C_{3}$
Fs ist die Erregungsfrequenz. lidac ist der Strom zur und von der Stromquelle. Vdda ist die Betriebsspannung, wie etwa VDDA 121, und Cs ist die Eigenkapazität (z. B. Cs 102).
6A ist ein Schaltbild, das einen Wandler gemäß einer einzelnen Ausführungsform illustriert. 6B ist ein Schaltbild, das einen Wandler gemäß einer anderen Ausführungsform illustriert. Der Wandler 600 und der Wandler 601 von 6A bzw. 6B können Messungen (z. B. Seq 134, 149, 434, 449, 934 und 949) von den Modulatorblöcken der oben beschriebenen Schaltungen (z. B. Schaltung 100 mit Bezug auf 1 und Schaltung 400 mit Bezug auf 4) und der unten beschriebenen Schaltungen (z. B. Schaltung 900 mit Bezug auf 9) empfangen. Die Messungen können verwendet werden, um einen digitalen Wert (z. B. Zählung) zu erzeugen, der für die Eigenkapazität des kapazitiven Erfassungsarrays repräsentativ ist.
7 illustriert ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung der Vollwellen-Synchrongleichrichtung gemäß einer einzelnen Ausführungsform. Das Verfahren 700 kann durch Verarbeitungslogik durchgeführt werden, die Hardware (z. B. Schalttechnik, dedizierte Logik, programmierbare Logik, Mikrocode etc.), Software (wie etwa auf einem Verarbeitungsgerät laufende Anweisungen) oder eine Kombination davon beinhaltet. Das Verfahren kann 700 gänzlich oder teilweise durch die Kapazitätserfassungsschaltung 1101 und/oder Vollwellen-Synchrongleichrichtungsschaltung 1121 durchgeführt werden. Das Verfahren 700 kann gänzlich oder teilweise durch die hier beschriebenen Schaltungen durchgeführt werden, wie etwa Schaltung 100 mit Bezug auf 1, Schaltung 400 mit Bezug auf 4, Wandler 600 und 601 mit Bezug auf 6A und 6B und Schaltung 900 mit Bezug auf 9.
Das Verfahren 700 beginnt in Block 705, wo Verarbeitungslogik, die das Verfahren durchführt, eine Eigenkapazität eines kapazitiven Erfassungsarrays durch Durchführen einer Vollwellen-Synchrongleichrichtung misst. Die Vollwellen-Synchrongleichrichtung umfasst die Verwendung eines ersten integrierenden Kondensators entsprechend einem ersten Modulator und eines zweiten integrierenden Kondensators entsprechend einem zweiten Modulator. Das Verfahren 700 setzt sich in Block 710 fort, wo die Verarbeitungslogik, reagierend auf das Messen, eine erste Messung und eine zweite Messung, die für die Eigenkapazität des kapazitiven Erfassungsarrays indikativ sind, erzeugt. Das Verfahren 700 setzt sich in Block 715 fort, wo die Verarbeitungslogik einen digitalen Wert erzeugt, der für die Eigenkapazität des kapazitiven Erfassungsarrays im Hinblick auf die erste Messung und die zweite Messung repräsentativ ist. Der digitale Wert kann durch einen Wandler erzeugt werden, der mit dem ersten und zweiten Modulator gekoppelt ist.
8 illustriert ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung der Vollwellen-Synchrongleichrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform. Das Verfahren 800 kann durch Verarbeitungslogik durchgeführt werden, die Hardware (z. B. Schalttechnik, dedizierte Logik, programmierbare Logik, Mikrocode etc.), Software (wie etwa auf einem Verarbeitungsgerät laufende Anweisungen) oder eine Kombination davon beinhaltet. Das Verfahren kann 800 gänzlich oder teilweise durch die Kapazitätserfassungsschaltung 1101 und/oder Vollwellen-Synchrongleichrichtungsschaltung 1121 durchgeführt werden. Das Verfahren 800 kann gänzlich oder teilweise durch die hier beschriebenen Schaltungen durchgeführt werden, wie etwa Schaltung 100 mit Bezug auf 1, Schaltung 400 mit Bezug auf 4, Wandler 600 und 601 mit Bezug auf 6A und 6B und Schaltung 900 mit Bezug auf 9.
Das Verfahren 800 beginnt in Block 805, wo die Verarbeitungslogik, die das Verfahren durchführt, durch den ersten Modulator, einen Ladestrom am ersten integrierenden Kondensator misst, um die erste Messung zu erzeugen. Der Ladestrom entspricht einer ersten Halbwelle eines Vollwellensignals. Das Verfahren 800 setzt sich in Block 810 fort, wo die Verarbeitungslogik, durch den zweiten integrierenden Kondensator, eine Ladung der Eigenkapazität des kapazitiven Erfassungsarrays abtastet. Das Abtasten kann zeitgleich mit dem beschriebenen Messen in Block 805 (z. B. während einer ersten Halbwelle eines Vollwellensignals) auftreten. Das Verfahren 800 setzt sich in Block 815 fort, wo die Verarbeitungslogik, durch einen zweiten Modulator, einen Entladestrom am zweiten integrierenden Kondensator misst, um die zweite Messung zu erzeugen. Der Entladestrom entspricht einer zweiten Halbwelle des Vollwellensignals. Das Verfahren 800 setzt sich in Block 820 fort, wo die Verarbeitungslogik, durch den ersten integrierenden Kondensator, eine Ladung der Eigenkapazität des kapazitiven Erfassungsarrays abtastet. Das Abtasten kann zeitgleich mit dem Messen von Block 815 (z. B. während einer zweiten Halbwelle des Vollwellensignals) auftreten. Das Abtasten kann sich auf Ladungsteilen zwischen dem integrierenden Kondensator und der Eigenkapazität beziehen.
9 ist ein Schaltbild, das eine Schaltung für die Eigenkapazitätserfassung gemäß einer anderen Ausführungsform illustriert. Zum Zwecke der Veranschaulichung werden die Unterschiede zwischen Schaltung 900 und Schaltung 100 und 400 unten beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Schaltung 900 Merkmale umfasst, die ähnlich der Schaltung 100 und 400 von 1 bzw. 4 sind. Demgemäß können Merkmale der Schaltung 900 mit Bezug auf 1 und 4, oben, weiter beschrieben werden. Die Schaltung 900 umfasst die Eigenkapazität 101, den Integrationskondensatorblock 910 und den Modulatorblock 920.
Die Schaltung 900 kann ähnliche Vorgänge wie unter Bezug auf Schaltung 100 und 400 beschrieben durchführen. Die Schaltung 900 umfasst einen Vergleicher, Vergleicher 911. Der Ausgang des Vergleichers 911 speist den Eingang der digitalen Zustandsmaschine 915. Die digitale Zustandsmaschine 915 gibt die Messungen Seq. 934 und Seq. 949 aus. Die Messungen sind für die Eigenkapazität Cs 102 indikativ und können an einen Wandler gesendet werden, wie etwa Wandler 600 und 601 in Bezug auf 6A bzw. 6B. Die digitale Zustandsmaschine 915 wird durch ein Taktsignal Fclk 923 aktiviert.
10 ist ein Wellenformdiagramm, das betriebliche Wellenformen 1000 der Vollwellen-Synchrongleichrichtung in Verbindung mit der Schaltung von 9 gemäß einer einzelnen Ausführungsform illustriert. Zum Zwecke der Veranschaulichung werden die Unterschiede zwischen den betrieblichen Wellenformen 1000 und betrieblichen Wellenformen 500 und 300 unten beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die betrieblichen Wellenformen 1000 Merkmale umfassen, die ähnlich den betrieblichen Wellenformen 300 mit Bezug auf 3 und den betrieblichen Wellenformen 500 mit Bezug auf 5 sind. Demgemäß können Merkmale der betrieblichen Wellenformen 1000 mit Bezug auf 3 und 5, oben, weiter beschrieben werden.
Die betriebliche Wellenform 1000 umfasst die Vollwelle 1005. Die Vollwelle 1005 umfasst die Halbwelle 1001 (Phase 1) und die Halbwelle 1002 (Phase 2).
11 ist ein Blockdiagramm, das eine einzelne Ausführungsform eines elektronischen Systems 1100 zeigt, das ein Verarbeitungsgerät 1110 mit Vollwellen-Synchrongleichrichtung-Eigenkapazitätserfassung aufweist. Die Kapazitätserfassungsschaltung 1101 umfasst die Vollwellen-Synchrongleichrichtungsschaltung 1121. Details bezüglich der Vollwellen-Synchrongleichrichtungsschaltung 1121 werden mit Bezug auf 1, 4 und 9 näher beschrieben. Das Verarbeitungsgerät 1110 ist konfiguriert, um eine oder mehrere Berührungen nahe einem Berührungserfassungsgerät, wie etwa dem kapazitiven Erfassungsarray 1125, zu detektieren. Das Verarbeitungsgerät kann leitfähige Objekte, wie etwa Berührungsobjekte 1140 (Finger oder passive Stifte, einen aktiven Stift 1130 oder eine Kombination davon) detektieren. Die Kapazitätserfassungsschaltung 1101 kann Berührungsdaten auf dem kapazitiven Erfassungsarray 1125 messen. Die Berührungsdaten können als Multizellen repräsentiert werden, wobei jede Zelle einen Schnittpunkt der Erfassungselemente (z. B. Elektroden) des kapazitiven Erfassungsarrays 1125 repräsentiert. In einer anderen Ausführungsform sind die Berührungsdaten ein kapazitives 2D-Bild des kapazitiven Erfassungsarrays 1125. In einer einzelnen Ausführungsform, wenn die Kapazitätserfassungsschaltung 1101 die Gegenkapazität des Berührungserfassungsgeräts (z. B. kapazitives Erfassungsarray 1125) misst, erhält die Kapazitätserfassungsschaltung 1101 ein kapazitives 2D-Bild des Berührungserfassungsgeräts und verarbeitet die Daten für Spitzen und positionelle Informationen. In einer anderen Ausführungsform ist das Verarbeitungsgerät 1110 ein Mikrocontroller, der einen Kapazitätsberührungssignal-Datensatz erhält, wie etwa von einem Erfassungsarray, und Fingerdetektionsfirmware, die auf dem Mikrocontroller ausgeführt wird, identifiziert Datensatzbereiche, die Berührungen indizieren, detektiert und verarbeitet Spitzen, berechnet die Koordinaten oder eine Kombination davon. Die Firmware identifiziert die Spitzen unter Verwendung der hier beschriebenen Ausführungsformen. Die Firmware kann eine präzise Koordinate für die resultierenden Spitzen berechnen. In einer einzelnen Ausführungsform kann die Firmware die präzisen Koordinaten für die resultierenden Spitzen unter Verwendung eines Schwerpunktalgorithmus berechnen, der einen Schwerpunkt der Berührung berechnet, wobei der Schwerpunkt eine Mitte der Masse der Berührung ist. Der Schwerpunkt kann eine X/Y-Koordinate der Berührung sein. Alternativ können andere Koordinateninterpolationsalgorithmen verwendet werden, um die Koordinaten der resultierenden Spitzen zu bestimmen. Der Mikrocontroller kann die präzisen Koordinaten an einen Wirtsprozessor, sowie andere Informationen, melden.
Das Elektroniksystem 1100 umfasst Verarbeitungsgerät 1110, kapazitives Erfassungsarray 1125, Stift 1130, Wirtsprozessor 1150, eingebettete Steuerung 1160 und nicht kapazitive Erfassungselemente 1170. Die kapazitiven Erfassungselemente sind Elektroden aus leitfähigem Material, wie etwa Kupfer. Die Erfassungselemente können auch Teil eines ITO-Panels sein. Die kapazitiven Erfassungselemente können konfigurierbar sein, um der Kapazitätserfassungsschaltung 1101 zu erlauben, Eigenkapazität, Gegenkapazität oder eine Kombination davon zu messen. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das Elektroniksystem 1100 das kapazitive Erfassungsarray 1125, das über Bus 1122 mit dem Verarbeitungsgerät 1110 gekoppelt ist. Das kapazitive Erfassungsarray 1125 kann ein kapazitives Multi-Dimension-Erfassungsarray umfassen. Das Multi-Dimension-Erfassungsarray umfasst mehrere Erfassungselemente, die als Reihen und Spalten organisiert sind. In einer anderen Ausführungsform arbeitet das kapazitive Erfassungsarray 1125 als All-Points-Addressable(„APA“)-Gegenkapazitätserfassungsarray. In einer anderen Ausführungsform arbeitet das kapazitive Erfassungsarray 1125 als Koppelladungsempfänger. In einer anderen Ausführungsform ist das kapazitive Erfassungsarray 1125 ein nicht transparentes kapazitives Erfassungsarray (z. B. PC-Touchpad). Das kapazitive Erfassungsarray 1125 kann so angeordnet sein, dass es ein flaches Oberflächenprofil aufweist. Alternativ kann das kapazitive Erfassungsarray 1125 nicht flache Oberflächenprofile aufweisen. Alternativ können andere Konfigurationen von kapazitiven Erfassungsarrays verwendet werden. Zum Beispiel kann das kapazitive Erfassungsarray 1125 statt vertikale Spalten und horizontale Reihen eine Sechseckanordnung oder dergleichen aufweisen, wie ein durchschnittlicher Fachmann auf dem Gebiet mit dem Nutzen dieser Offenbarung erkennen kann. In einer einzelnen Ausführungsform kann das kapazitive Erfassungsarray 1125 in einem ITO-Panel oder einem Berührungsbildschirmpanel eingeschlossen sein.
Die Vorgänge und Konfigurationen des Verarbeitungsgeräts 1110 und des kapazitiven Erfassungsarrays 1125 zum Detektieren und Verfolgen des Berührungsobjekts 1140 und Stifts 1130 werden hier beschrieben. Kurz gesagt ist das Verarbeitungsgerät 1110 konfigurierbar, um eine Präsenz des Berührungsobjekts 1140, eine Präsenz des Stifts 1130 auf dem kapazitiven Erfassungsarray 1125 oder eine Kombination davon zu detektieren. Das Verarbeitungsgerät 1110 kann den Stift 1130 und das Berührungsobjekt 1140 auf dem kapazitiven Erfassungsarray 1125 individuell detektieren und verfolgen. In einer einzelnen Ausführungsform kann das Verarbeitungsgerät 1110 sowohl den Stift 1130 als auch das Berührungsobjekt 1140 auf dem kapazitiven Erfassungsarray 1125 zeitgleich detektieren und verfolgen. Falls das Berührungsobjekt ein aktiver Stift ist, ist der aktive Stift 1130, in einer einzelnen Ausführungsform, konfigurierbar, um als Takt-„Master“ zu arbeiten, und das Verarbeitungsgerät 1110 passt den Takt des kapazitiven Erfassungsarrays 1125 an, um mit dem des aktiven Stifts 1130 übereinzustimmen, wenn der aktive Stift 1130 in Gebrauch ist. In einer einzelnen Ausführungsform koppelt sich das kapazitive Erfassungsarray 1125, im Gegensatz zu herkömmlichen induktiven Stiftanwendungen, kapazitiv mit dem aktiven Stift 1130. Es wird darauf hingewiesen, dass die gleiche Baugruppe, die für das kapazitive Erfassungsarray 1125 verwendet wird, das konfigurierbar ist, um Berührungsobjekte 1140 zu detektieren, auch verwendet wird, um einen Stift 1130 ohne zusätzliche PCB-Schicht zum induktiven Verfolgen des aktiven Stifts 1130 zu detektieren und zu verfolgen.
In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das Verarbeitungsgerät 1110 analoge und/oder digitale Allzweck-Eingangs/Ausgangs(„GPIO“)-Ports 1107. GPIO-Ports 1107 können programmierbar sein. GPIO-Ports 1107 können mit einer programmierbaren Verbindung und Logik (Programmable Interconnect and Logic, „PIL“) gekoppelt werden, welche als Verbindung zwischen GPIO-Ports 1107 und einem digitalen Blockarray des Verarbeitungsgeräts 1110 (nicht gezeigt) fungiert. Das digitale Blockarray kann konfigurierbar sein, um eine Reihe von digitalen Logikschaltungen (z. B. DACs, digitale Filter oder digitale Steuerungssysteme) unter Verwendung, in einer einzelnen Ausführungsform, von konfigurierbaren Benutzermodulen (User Modules, „UMs“) zu implementieren. Das digitale Blockarray kann mit einem Systembus gekoppelt sein. Das Verarbeitungsgerät 1110 kann auch einen Speicher, wie etwa einen Arbeitsspeicher (Random Access Memory, RAM) 1105 und Programm-Flash 1104, umfassen. Der RAM 1105 kann ein statischer RAM („SRAM“) sein und der Programm-Flash 1104 kann eine nicht flüchtige Speicherung sein, die verwendet werden kann, um Firmware (z. B. Steuerungsalgorithmen, die durch den Verarbeitungskern 1102 ausführbar sind, um hier beschriebene Vorgänge zu implementieren) zu speichern. Das Verarbeitungsgerät 1110 kann auch eine Speichersteuerungseinheit (Memory Controller Unit, „MCU“) 1103 umfassen, die mit dem Speicher und dem Verarbeitungskern 1102 gekoppelt ist. Der Verarbeitungskern 1102 ist ein Verarbeitungselement, das konfiguriert ist, um Anweisungen auszuführen oder Vorgänge durchzuführen. Das Verarbeitungsgerät 1110 kann andere Verarbeitungselemente umfassen, wie ein durchschnittlicher Fachmann auf dem Gebiet mit dem Nutzen dieser Offenbarung erkennen kann. Es wird darauf hingewiesen, dass der Speicher intern zum Verarbeitungsgerät oder extern dazu vorliegen kann. In dem Fall, bei dem der Speicher intern vorliegt, kann der Speicher mit einem Verarbeitungselement, wie etwa dem Verarbeitungskern 1102, gekoppelt sein. In dem Fall, bei dem der Speicher extern zum Verarbeitungsgerät vorliegt, ist das Verarbeitungsgerät mit dem anderen Gerät gekoppelt, in dem der Speicher residiert, wie ein durchschnittlicher Fachmann auf dem Gebiet mit dem Nutzen dieser Offenbarung erkennen kann.
Das Verarbeitungsgerät 1110 kann auch ein analoges Blockarray (nicht gezeigt) umfassen. Das analoge Blockarray ist ebenfalls mit dem Systembus gekoppelt. Das analoge Blockarray kann ebenfalls konfigurierbar sein, um eine Reihe von analogen Schaltungen (z. B. ADCs oder analoge Filter) unter Verwendung, in einer einzelnen Ausführungsform, von konfigurierbaren UMs zu implementieren. Das analoge Blockarray kann ebenfalls mit dem GPIO 1107 gekoppelt sein.
Wie illustriert, kann die Kapazitätserfassungsschaltung 1101 in das Verarbeitungsgerät 1110 integriert sein. Die Kapazitätserfassungsschaltung 1101 kann analoge E/A zum Koppeln mit einer externen Komponente, wie etwa Berührungserfassungsfeld (nicht gezeigt), kapazitives Erfassungsarray 1125, Berührungserfassungsschieber (nicht gezeigt), Berührungserfassungstasten (nicht gezeigt) und/oder andere Geräte, umfassen. Die Kapazitätserfassungsschaltung 1101 kann konfigurierbar sein, um Kapazität unter Verwendung von Gegenkapazitätserfassungstechniken, Eigenkapazitätserfassungstechniken, Ladungskopplungstechniken oder dergleichen zu messen. In einer einzelnen Ausführungsform arbeitet die Kapazitätserfassungsschaltung 1101 unter Verwendung einer Ladungsakkumulationsschaltung, einer Kapazitätsmodulationsschaltung oder anderer Kapazitätserfassungsverfahren, die Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind. In einer Ausführungsform ist die Kapazitätserfassungsschaltung 1101 die Cypress-TMA-3xx-, TMA-4xx- oder TMAxx-Familie von Berührungsbildschirmsteuerungen. Alternativ können andere Kapazitätserfassungsschaltungen verwendet werden. Die Gegenkapazitätserfassungsarrays, oder Berührungsbildschirme, wie hier beschrieben, können ein transparentes, leitfähiges Erfassungsarray umfassen, das auf, in oder unter entweder einer Sichtanzeige selbst (z. B. LCD-Monitor) oder einem transparenten Substrat vor der Anzeige angeordnet ist. In einer Ausführungsform sind die TX- und RX-Elektroden in Reihen bzw. Spalten konfiguriert. Es wird darauf hingewiesen, dass die Reihen und Spalten von Elektroden als TX- oder RX-Elektroden durch die Kapazitätserfassungsschaltung 1101 in jeder gewählten Kombination konfiguriert sein können. In einer einzelnen Ausführungsform sind die TX- und RX-Elektroden des Erfassungsarrays 1125 konfigurierbar, um als TX- und RX-Elektroden eines Gegenkapazitätserfassungsarrays in einem ersten Modus zu arbeiten, um Berührungsobjekte zu detektieren, und um als Elektroden eines Koppelladungsempfängers in einem zweiten Modus zu arbeiten, um einen Stift auf den gleichen Elektroden des Erfassungsarrays zu detektieren. Der Stift, der, wenn aktiviert, ein Stift-TX-Signal erzeugt, wird verwendet, um Ladung mit dem kapazitiven Erfassungsarray zu koppeln, statt eine Gegenkapazität an einem Schnittpunkt einer RX-Elektrode und einer TX-Elektrode (einem Erfassungselement) zu messen, wie es während der Gegenkapazitätserfassung geschieht. Ein Schnittpunkt zwischen zwei Erfassungselementen kann als eine Stelle verstanden werden, an der eine Erfassungselektrode eine andere kreuzt oder überlappt, während die galvanische Trennung voneinander beibehalten wird. Die Kapazitätserfassungsschaltung 1101 verwendet nicht Gegenkapazitäts- oder Eigenkapazitätserfassung, um Kapazitäten der Erfassungselemente beim Durchführen einer Stifterfassung zu messen. Stattdessen misst die Kapazitätserfassungsschaltung 1101 eine Ladung, die zwischen dem Erfassungsarray 1125 und dem Stift wie hier beschrieben kapazitiv gekoppelt ist. Die dem Schnittpunkt zwischen einer TX-Elektrode und einer RX-Elektrode zugehörige Kapazität kann durch Auswählen jeder verfügbaren Kombination von TX-Elektrode und RX-Elektrode erfasst werden. Wenn sich ein Berührungsobjekt, wie etwa ein Finger oder Stift, dem kapazitiven Erfassungsarray 1125 nähert, verursacht das Objekt eine Verringerung der Gegenkapazität zwischen einigen der TX/RX-Elektroden. In einer anderen Ausführungsform erhöht die Präsenz eines Fingers die Kopplungskapazität der Elektroden. Somit kann die Stelle des Fingers auf dem kapazitiven Erfassungsarray 1125 durch Identifizieren der RX-Elektrode bestimmt werden, die eine verringerte Kopplungskapazität zwischen der RX-Elektrode und der TX-Elektrode aufweist, an die das TX-Signal zu dem Zeitpunkt angelegt wurde, zu dem die verringerte Kapazität an der RX-Elektrode gemessen wurde. Daher können durch sequenzielles Bestimmen der einem Schnittpunkt der Elektroden zugehörigen Kapazitäten die Stellen von einem oder mehreren Eingängen bestimmt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass der Prozess die Erfassungselemente (Schnittpunkte von RX- und TX-Elektroden) durch Bestimmen von Basislinien für die Erfassungselemente kalibrieren kann. Es wird darauf hingewiesen, dass Interpolation verwendet werden kann, um die Fingerposition mit besseren Auflösungen als dem Reihen-/Spaltenraster zu detektieren, wie ein durchschnittlicher Fachmann auf dem Gebiet mit dem Nutzen dieser Offenbarung erkennen kann. Darüber hinaus können verschiedene Arten von Koordinateninterpolationsalgorithmen verwendet werden, um die Mitte der Berührung zu detektieren, wie ein durchschnittlicher Fachmann auf dem Gebiet mit dem Nutzen dieser Offenbarung erkennen kann.
In einer Ausführungsform kann das Elektroniksystem 1100 auch nicht kapazitive Erfassungselemente 1170 umfassen, die über Bus 1171 und GPIO-Port 1107 mit dem Verarbeitungsgerät 1110 gekoppelt sind. Die nicht kapazitiven Erfassungselemente 1170 können Tasten, Licht emittierende Dioden („LEDs“) und andere Benutzerschnittstellengeräte, wie etwa eine Maus, eine Tastatur oder Funktionstasten, die nicht Kapazitätserfassung verwenden, umfassen. In einer einzelnen Ausführungsform sind Bus 1122 und 1171 in einem einzelnen Bus ausgeführt. Alternativ können diese Busse in eine beliebige Kombination von einem oder mehreren getrennten Bussen konfiguriert werden.
Das Verarbeitungsgerät 1110 kann einen internen Oszillator-/Taktgeber-Block 1106 und einen Kommunikationsblock („COM“) 1108 umfassen. In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verarbeitungsgerät 1110 einen Spread-Spectrum-Taktgeber (nicht gezeigt). Der Oszillator-/Taktgeber-Block 1106 stellt einer oder mehreren der Komponenten des Verarbeitungsgeräts 1110 Taktsignale bereit. Der Kommunikationsblock 1108 kann verwendet werden, um mit einer externen Komponente, wie etwa einem Wirtsprozessor 1150, über die Wirtsschnittstellen(„I/F“)-Leitung 1151 zu kommunizieren. Alternativ kann das Verarbeitungsgerät 1110 auch mit der eingebetteten Steuerung 1160 gekoppelt sein, um mit den externen Komponenten, wie etwa Wirtsprozessor 1150, zu kommunizieren. In einer einzelnen Ausführungsform ist das Verarbeitungsgerät 1110 konfigurierbar, um mit der eingebetteten Steuerung 1160 oder dem Wirtsprozessor 1150 zu kommunizieren, um Daten zu senden und/oder zu empfangen.
Das Verarbeitungsgerät 1110 kann auf einem gemeinsamen Trägersubstrat, wie zum Beispiel einem integrierten Schaltungs(„IC“)-Die-Substrate, einem Multi-Chip-Modul-Substrat oder dergleichen residieren. Alternativ können die Komponenten des Verarbeitungsgeräts 1110 eine oder mehrere integrierte Schaltungen und/oder diskrete Komponenten sein. In einer einzelnen beispielhaften Ausführungsform ist das Verarbeitungsgerät 1110 das Programmable System on a Chip (PSoC®), das von Cypress Semiconductor Corporation, San Jose, Kalifornien, entwickelt wurde. Alternativ kann das Verarbeitungsgerät 1110 ein oder mehrere andere Verarbeitungsgeräte sein, die Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind, wie etwa ein Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, eine Steuerung, ein Spezialprozessor, ein digitaler Signalprozessor („DSP“), eine anwendungsspezifische, integrierte Schaltung („ASIC“), ein frei programmierbares Gatearray („FPGA“) oder dergleichen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind, eine Konfiguration eines mit einem Wirt gekoppelten Verarbeitungsgeräts aufzuweisen, sondern ein System umfassen können, dass die Kapazität des Erfassungsgeräts misst und die Rohdaten an einen Wirtscomputer sendet, wo sie von einer Anwendung analysiert werden. Tatsächlich kann die Verarbeitung, die vom Verarbeitungsgerät 1110 vorgenommen wird, im Wirt vorgenommen werden.
Die Kapazitätserfassungsschaltung 1101 kann in der IC des Verarbeitungsgeräts 1110 oder alternativ in einer getrennten IC integriert sein. Alternativ können Beschreibungen der Kapazitätserfassungsschaltung 1101 für die Einbindung in andere integrierte Schaltungen erzeugt und kompiliert werden. Zum Beispiel kann ein Verhaltensebenencode, der die Kapazitätserfassungsschaltung 1101 oder Teile davon beschreibt, unter Verwendung einer Hardware beschreibenden Sprache, wie etwa VHDL oder Verilog, erzeugt und auf einem maschinenzugreifbaren Medium (z. B. CD-ROM, Festplatte, Diskette etc.) gespeichert werden. Des Weiteren kann der Verhaltensebenencode in Registertransferebenen(Register Transfer Level, „RTL“)-Code, einer Netzliste oder sogar einem Schaltungslayout kompiliert und auf einem maschinenzugreifbaren Medium gespeichert werden. Der Verhaltensebenencode, der RTL-Code, die Netzliste und das Schaltungslayout repräsentieren verschiedene Ebenen der Abstraktion, um die Kapazitätserfassungsschaltung 1101 zu beschreiben.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Komponenten des Elektroniksystems 1100 alle oben beschriebenen Komponenten umfassen können. Alternativ kann das Elektroniksystem 1100 einige der oben beschriebenen Komponenten umfassen.
In einer einzelnen Ausführungsform wird das Elektroniksystem 1100 in einem Tablet-Computer verwendet. Alternativ kann das Elektroniksystem in anderen Anwendungen verwendet werden, wie etwa einem Notebook-Computer, einem mobilen Handapparat, einem persönlichen Datenassistenten („PDA“), einer Tastatur, einem Fernsehgerät, einer Fernbedienung, einem Monitor, einem handgehaltenen Multimediagerät, einem handgehaltenen Media(Audio- und/oder Video)-Player, einem handgehaltenen Gaming-Gerät, einem Signatureingabegerät für Verkaufstransaktionen, einem eBook-Lesegerät, globalen Positionssystem („GPS“) oder einem Bedienfeld. Die hier beschriebenen Ausführungsformen sind nicht auf Berührungsbildschirme oder Berührungserfassungsfelder für Notebook-Implementierungen beschränkt, sondern können in anderen kapazitiven Erfassungsimplementierungen verwendet werden, zum Beispiel kann das Erfassungsgerät ein Berührungserfassungsschieber (nicht gezeigt) oder Berührungserfassungstasten (z. B. Kapazitätserfassungstasten) sein. In einer einzelnen Ausführungsform umfassen diese Erfassungsgeräte einen oder mehrere kapazitive Sensoren oder andere Arten von Kapazitätserfassungsschalttechnik. Die hier beschriebenen Vorgänge sind nicht auf Notebook-Zeigervorgänge beschränkt, sondern können andere Vorgänge umfassen, wie etwa Beleuchtungsregelung (Dimmer), Lautstärkenregelung, Grafik-Equalizer-Regelung, Geschwindigkeitsregelung oder andere Steuerungsvorgänge, die graduelle oder diskrete Einstellungen erfordern. Es wird darauf hingewiesen, dass diese Ausführungsformen von kapazitiven Erfassungsimplementierungen in Verbindung mit nicht kapazitiven Erfassungselementen verwendet werden können, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Auswahlknöpfe, Schieber (bspw. Anzeigehelligkeit und -kontrast), Scrollräder, Multimedia-Regelung (bspw. Lautstärke, Spurweiterschaltung etc.) Handschrifterkennung und numerische Tastenbetätigung.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen können in verschiedenen Konstruktionen von Gegenkapazitätserfassungsarrays des Kapazitätserfassungssystems oder in Eigenkapazitätserfassungsarrays verwendet werden. In einer einzelnen Ausführungsform detektiert das Kapazitätserfassungssystem mehrere Erfassungselemente, die im Array aktiviert sind, und kann ein Signalmuster auf den benachbarten Erfassungselementen analysieren, um Rauschen vom eigentlichen Signal zu trennen. Die hier beschriebenen Ausführungsformen sind nicht an eine besondere Kapazitätserfassungslösung gebunden und können auch mit anderen Erfassungslösungen verwendet werden, einschließlich optischer Erfassungslösungen, wie ein durchschnittlicher Fachmann auf dem Gebiet mit dem Nutzen dieser Offenbarung erkennen kann.
In der obigen Beschreibung werden zahlreiche Details dargelegt. Es wird einem durchschnittlichen Fachmann auf dem Gebiet mit dem Nutzen dieser Offenbarung jedoch klar sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne diese spezifischen Details ausgeübt werden können. In einigen Fällen werden bekannte Strukturen und Geräte in Blockdiagrammform, anstatt im Detail, gezeigt, um ein Unverständlichmachen der Beschreibung zu vermeiden.
Einige Teile der Beschreibung werden im Hinblick auf Algorithmen und symbolische Repräsentation von Vorgängen an Datenbits innerhalb eines Computerspeichers präsentiert. Diese algorithmischen Beschreibungen und Repräsentation sind die von Fachleuten auf dem Gebiet der Datenverarbeitung verwendeten Mittel, um den Inhalt ihrer Arbeit anderen Fachleuten auf dem Gebiet am effektivsten zu vermitteln. Ein Algorithmus wird hier und generell als eine selbstkonsistente Sequenz von Schritten, die zu einem gewünschten Ergebnis führen, verstanden. Die Schritte sind jene, die physische Manipulationen von physischen Größen erfordern. Gewöhnlich, aber nicht notwendigerweise, bestehen diese Größen in Form von elektrischen oder magnetischen Signalen, die gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen und anderweitig manipuliert werden können. Es hat sich manchmal als praktisch erwiesen, prinzipiell aus Gründen gemeinsamer Nutzung, diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Ausdrücke, Nummern oder dergleichen zu bezeichnen.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass alle diese und ähnliche Ausdrücke den entsprechenden physischen Größen zugehörig sein sollen und lediglich praktische Bezeichnungen für diese Größen sind. Sofern nicht spezifisch anders angegeben, wie aus der obigen Erörterung erkennbar, ist anzumerken, dass sich in der gesamten Beschreibung Erörterungen, die Ausdrücke wie „Messen“, „Erzeugen“, „Abtasten“, „Umwandeln“ oder dergleichen verwenden, auf die Vorgänge und Prozesse eines Computersystems oder ähnlichen elektronischen Computergeräts beziehen, das als physische (z. B. elektronische) Größen innerhalb der Register und Speicher des Computersystems repräsentierte Daten manipuliert und in andere, ähnlich als physische Größen innerhalb der Computersystemspeicher oder -register oder anderer Informationsspeicher-, Übertragungs- oder Anzeigegeräte repräsentierte Daten transformiert.
Die Worte „Beispiel“ oder „beispielhaft“ werden hier verwendet, um als Beispiel, Fall oder Illustration dienend zu bezeichnen. Jeder bzw. jede hier als „Beispiel“ oder „beispielhaft“ beschriebene Aspekt bzw. Konstruktion ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Konstruktionen zu verstehen. Vielmehr wird durch die Verwendung der Worte „Beispiel“ oder „beispielhaft“ beabsichtigt, Konzepte auf eine konkrete Weise zu präsentieren. Wie in dieser Anmeldung verwendet, wird mit dem Ausdruck „oder“ ein inklusives „oder“ statt ein exklusives „oder“ bezeichnet. Das heißt, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, bedeutet „X umfasst A oder B“ jede der natürlichen inklusiven Permutationen. Das heißt, falls X A umfasst; X B umfasst; oder X sowohl A als auch B umfasst, dann wird „X umfasst A oder B“ unter jedem der vorstehenden Fälle erfüllt. Darüber hinaus sollen die Artikel „ein“ und „eine“, wie in dieser Anmeldung und den angehängten Ansprüchen verwendet, generell als „eine oder mehrere“ verstanden werden, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich auf eine Singularform bezogen. Außerdem ist durchgehend der Ausdruck „eine Ausführungsform“ oder „eine einzelne Ausführungsform“ oder „eine Implementierung“ oder „eine einzelne Implementierung“ nicht als gleiche Ausführungsform oder Implementierung zu verstehen, sofern dies nicht so beschrieben wird.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen können sich auch auf eine Vorrichtung zum Durchführen der hier detaillierten Vorgänge beziehen. Die Vorrichtung kann speziell für die erforderlichen Zwecke gebaut sein oder kann einen Allzweckcomputer beinhalten, der durch ein im Computer gespeichertes Computerprogramm selektiv aktiviert oder umkonfiguriert wird. Ein solches Computerprogramm kann in einem nicht transitorischen computerlesbaren Speichermedium, wie etwa, aber nicht beschränkt auf jede Art von Diskette, einschließlich Floppydisks, optische Platten, CD-ROMs und magnetisch-optische Platten, Festwertspeicher (ROMs), Arbeitsspeicher (RAMs), EPROMs, EEPROMs, magnetische oder optische Karten, Flashspeicher, oder jeder Art von Medium, das für das Speichern von elektronischen Anweisungen geeignet ist, gespeichert werden. Der Ausdruck „computerlesbares Speichermedium“ sollte verstanden werden, dass er ein einzelnes Medium oder mehrere Medien (z. B. eine zentralisierte oder verteilte Datenbank und/oder zugehörige Caches und Server) umfasst, die einen oder mehrere Sätze Anweisungen speichern. Der Ausdruck „computerlesbares Medium“ sollte so verstanden werden, dass er ein beliebiges Medium umfasst, das einen Satz Anweisungen zur Ausführung durch die Maschine speichern, codieren oder führen kann, der bewirkt, dass die Maschine eine oder mehrere der Methodologien der vorliegenden Ausführungsformen ausführt. Der Ausdruck „computerlesbares Speichermedium“ sollte demgemäß so verstanden werden, dass er, aber ohne Beschränkung darauf, Festkörperspeicher, optische Medien, magnetische Medien oder ein beliebiges Medium umfasst, das einen Satz Anweisungen zur Ausführung durch die Maschine speichern, codieren oder führen kann, der bewirkt, dass die Maschine eine oder mehrere der Methodologien der vorliegenden Ausführungsformen ausführt.
Die hier präsentierten Algorithmen und Anzeigen beziehen sich nicht inhärent auf einen bestimmten Computer oder eine bestimmte andere Vorrichtung. Verschiedene Allzwecksysteme können mit Programmen in Übereinstimmung mit den Lehren hierin verwendet werden oder es kann sich als praktisch erweisen, eine spezialisierte Vorrichtung zu bauen, um die erforderlichen Verfahrensschritte durchzuführen. Die erforderliche Struktur für eine Reihe dieser Systeme wird aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich sein. Darüber hinaus werden die vorliegenden Ausführungsformen nicht mit Bezug auf eine bestimmte Programmiersprache geschrieben. Es ist zu bemerken, dass eine Reihe von Programmiersprachen verwendet werden kann, um die Lehren der Ausführungsformen, wie hier beschrieben, zu implementieren.
Die obige Beschreibung legt zahlreiche spezifische Details dar, wie etwa Beispiele für spezifische Systeme, Bauteile, Verfahren und so weiter, um ein gutes Verständnis von mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es wird einem Fachmann auf dem Gebiet jedoch klar sein, dass mindestens einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne diese spezifischen Details ausgeübt werden können. In anderen Fällen werden gut bekannte Bauteile oder Verfahren nicht im Detail beschrieben oder werden in einem einfachen Blockdiagrammformat präsentiert, um unnötiges Unverständlichmachen der vorliegenden Erfindung zu vermeiden. Die oben dargelegten spezifischen Details sind daher lediglich beispielhaft. Besondere Ausführungsformen können von diesen beispielhaften Details abweichen und trotzdem im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein.
Es versteht sich, dass die obige Beschreibung illustrativ und nicht beschränkend ist. Viele andere Ausführungsformen werden Fachleuten auf dem Gebiet nach der Lektüre und nach dem Verstehen der obigen Beschreibung klar sein. Der Umfang der Erfindung sollte daher mit Bezug auf die anhängenden Ansprüche zusammen mit dem vollen Umfang von Entsprechungen, für die solche Ansprüche berechtigt sind, bestimmt werden.
In der obigen Beschreibung, zum Zwecke der Erklärung, werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es wird jedoch für einen Fachmann auf dem Gebiet evident sein, dass die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Details ausgeübt werden kann. In anderen Fällen werden wohlbekannte Strukturen und Techniken nicht im Detail gezeigt, aber stattdessen in einem Blockdiagramm, um das Verständnis dieser Beschreibung nicht zu erschweren.
Bezugnahmen in der Beschreibung auf „eine einzelne Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“ bedeuten, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder Eigenschaft, beschrieben in Verbindung mit der Ausführungsform, in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung eingeschlossen ist. Der Ausdruck „in einer einzelnen Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen in dieser Beschreibung bezieht sich nicht unbedingt auf die gleiche Ausführungsform. Es wird darauf hingewiesen, dass der Ausdruck Kondensator, wie hier verwendet, eine beliebige Kombination von Leitern und Dielektrika, die eine Kapazität zwischen den Leitern produzieren, sowie diskreten Komponenten bezeichnen kann. Wie hier beschrieben, kann zum Beispiel eine Kapazität als Schnittpunkt zwischen zwei Elektroden erzeugt werden. Ein Schnittpunkt zwischen der ersten Elektrode und zweiten Elektrode wird ebenfalls als Sensor bezeichnet. Ein Schnittpunkt zwischen zwei Erfassungselementen (Elektroden) kann als eine Stelle verstanden werden, an der eine Erfassungselektrode eine andere kreuzt oder überlappt, während die galvanische Trennung voneinander beibehalten wird. In anderen Fällen kann ein diskreter Kondensator verwendet werden, um eine Kapazität zu produzieren.

Claims

Eine Vorrichtung, die Folgendes beinhaltet: einen ersten integrierenden Kondensator (111); einen ersten Modulator (A), der mit dem ersten integrierenden Kondensator (111) wirksam gekoppelt ist; einen zweiten integrierenden Kondensator (115); und einen zweiten Modulator (B), der mit dem zweiten integrierenden Kondensator (115) wirksam gekoppelt ist, wobei der erste Modulator (A) in Verbindung mit dem ersten integrierenden Kondensator (111) und der zweite Modulator (B) in Verbindung mit dem zweiten integrierenden Kondensator (115) eine Eigenkapazität (101) eines kapazitiven Erfassungsarrays (1125) durch Durchführen einer Vollwellen-Synchrongleichrichtung messen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner Folgendes beinhaltet: einen Eigenkapazitätserfassungskanal, um die Eigenkapazität (101) des kapazitiven Erfassungsarrays (1125) zu messen, wobei das kapazitive Erfassungsarray eine Vielzahl von Elektroden beinhaltet, wobei der Eigenkapazitätserfassungskanal Folgendes beinhaltet: den ersten Modulator (A), den ersten integrierenden Kondensator (111) und den ersten Modulator (A), um eine erste Messung der Eigenkapazität (101) des kapazitiven Erfassungsarrays (1125) zu erzeugen, wobei die erste Messung einer ersten Halbwelle (301) eines Vollwellensignals entspricht; und den zweiten Modulator (B), den zweiten integrierenden Kondensator (115) und den zweiten Modulator (B), um eine zweite Messung der Eigenkapazität (101) des kapazitiven Erfassungsarrays (1125) zu erzeugen, wobei die zweite Messung einer zweiten Halbwelle (302) des Vollwellensignals entspricht, wobei die erste Messung und die zweite Messung verwendet werden, um die Eigenkapazität (101) des kapazitiven Erfassungsarrays (1125) zu bestimmen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, die ferner Folgendes beinhaltet: einen Wandler (600), der mit einem ersten Ausgang des ersten Modulators (A) und mit dem Ausgang des zweiten Modulators (B) wirksam gekoppelt ist, wobei der Wandler (600) die erste Messung und die zweite Messung in einen digitalen Wert umwandeln wird, der für die Eigenkapazität (101) des kapazitiven Erfassungsarrays (1125) repräsentativ ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der erste Modulator (A) und der zweite Modulator (B) Sigma-Delta-Modulatoren sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner Folgendes beinhaltet: einen ersten Schalter (112), der zwischen einer Elektrode (102) des kapazitiven Erfassungsarrays (1125) und des ersten integrierenden Kondensators (111) wirksam positioniert ist; und einen zweiten Schalter (116), der zwischen der Elektrode (102) des kapazitiven Erfassungsarrays (1125) und des zweiten integrierenden Kondensators (115) wirksam positioniert ist, wobei der erste Schalter (112) und der zweite Schalter (116) den ersten integrierenden Kondensator (111) oder den zweiten integrierenden Kondensator (115) während eines Vollwellensignals der Vollwellen-Synchrongleichrichtung alternierend mit der Eigenkapazität (101) koppeln.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei der erste Schalter (112) und der zweite Schalter (116) nicht überlappende Schalter sind, wobei der erste Schalter (112) geschlossen ist, wenn der zweite Schalter (116) geöffnet ist, oder der zweite Schalter (116) geschlossen ist, wenn der erste Schalter (112) geöffnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der erste Modulator (A) Folgendes beinhaltet: einen ersten Vergleicher (125), der einen ersten Vergleichereingang (126), einen zweiten Vergleichereingang (127) und einen ersten Vergleicherausgang (128) beinhaltet, wobei der erste Vergleichereingang (126) mit dem ersten integrierenden Kondensator (111) wirksam gekoppelt ist; eine erste Referenzspannungsquelle (114), die mit dem zweiten Vergleichereingang (127) wirksam gekoppelt ist; eine erste Verriegelung (129), die einen ersten Verriegelungseingang (130) und einen ersten Verriegelungsausgang (133) beinhaltet, wobei der erste Verriegelungseingang (130) mit dem ersten Vergleicherausgang (133) wirksam gekoppelt ist; und eine erste Stromquelle (122), die mit dem ersten Vergleichereingang (126) und dem ersten integrierenden Kondensator (111) wirksam gekoppelt ist, wobei die erste Stromquelle (122) in einer Rückkopplungskonfiguration (124) mit dem ersten Verriegelungsausgang (133) gesteuert wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Modulator (B) Folgendes beinhaltet: einen zweiten Vergleicher (141), der einen dritten Vergleichereingang (142), einen vierten Vergleichereingang (143) und einen zweiten Vergleicherausgang (144) beinhaltet, wobei der dritte Vergleichereingang (142) mit dem zweiten integrierenden Kondensator (115) wirksam gekoppelt ist; eine zweite Referenzspannungsquelle (117), die mit dem vierten Vergleichereingang (143) wirksam gekoppelt ist; eine zweite Verriegelung (145), die einen zweite Verriegelungseingang (146) und einen zweiten Verriegelungsausgang (147) beinhaltet, wobei der zweite Verriegelungseingang (145) mit dem zweiten Vergleicherausgang (144) wirksam gekoppelt ist; und eine zweite Stromquelle (123), die mit dem dritten Vergleichereingang (142) und dem zweiten integrierenden Kondensator (115) wirksam gekoppelt ist, wobei die zweite Stromquelle (123) in einer Rückkopplungskonfiguration (148) mit dem zweiten Verriegelungsausgang (147) gesteuert wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der erste Modulator (A) die erste Messung durch Messen eines Ladestroms am ersten integrierenden Kondensator (111) erzeugen wird, der Ladestrom der ersten Halbwelle (301) des Vollwellensignals entspricht und für eine Eigenkapazität (101) eines kapazitiven Erfassungsarrays (1125) indikativ ist, und der zweite Modulator (B) die zweite Messung durch Messen eines Entladestroms am zweiten integrierenden Kondensator (115) erzeugen wird, der Entladestrom der zweiten Halbwelle (302) des Vollwellensignals entspricht und für die Eigenkapazität (101) des kapazitiven Erfassungsarrays (1125) indikativ ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Vollwellensignal die erste Halbwelle (301) anschließend gefolgt von der zweiten Halbwelle (302) beinhaltet, wobei die erste Halbwelle (301) ungefähr eine Umkehrung der zweiten Halbwelle (302) ist.
Eine Vorrichtung, die Folgendes beinhaltet: ein kapazitives Erfassungsarray (1125), das eine Vielzahl von Elektroden (102, 201) beinhaltet, wobei das kapazitive Erfassungsarray (1125) eine Berührung nahe der Vielzahl von Elektroden (102, 201) detektieren wird; einen ersten integrierenden Kondensator (111); einen zweiten integrierenden Kondensator (115); und einen oder mehrere Modulatoren (A, B), die mit dem ersten integrierenden Kondensator (111) und dem zweiten integrierenden Kondensator (115) wirksam gekoppelt sind, wobei der eine oder die mehreren Modulatoren (A, B) in Verbindung mit dem ersten integrierenden Kondensator (111) und dem zweiten integrierenden Kondensator (115) eine Eigenkapazität (101) eines kapazitiven Erfassungsarrays (1125) durch Durchführen einer Vollwellen-Synchrongleichrichtung messen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11, die ferner Folgendes beinhaltet: eine Kapazitätserfassungsschaltung (1101), die mit dem kapazitiven Erfassungsarray (1125) gekoppelt ist, wobei die Kapazitätserfassungsschaltung (1125) einen Eigenkapazitätskanal beinhaltet, um die Eigenkapazität (101) des kapazitiven Erfassungsarrays (1125) zu messen, wobei der Eigenkapazitätskanal Folgendes beinhaltet: den einen oder die mehreren Modulatoren (A, B), wobei der eine oder die mehreren Modulatoren (A, B) und der erste integrierende Kondensator (111) eine Messung der Eigenkapazität (101) des kapazitiven Erfassungsarrays (1125) erzeugen, die erste Messung einer ersten Halbwelle (301) eines Vollwellensignals entspricht, wobei der eine oder die mehreren Modulatoren (A, B) und der zweite integrierende Kondensator (115) eine zweite Messung der Eigenkapazität (101) des kapazitiven Erfassungsarrays (1125) erzeugen, die zweite Messung einer zweiten Halbwelle (302) des Vollwellensignals entspricht, wobei die erste Messung und die zweite Messung verwendet werden, um die Eigenkapazität (101) des kapazitiven Erfassungsarrays (1125) zu bestimmen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, die ferner Folgendes beinhaltet: einen Wandler (600), der mit einem Ausgang des einen oder der mehreren Modulatoren (A, B) wirksam gekoppelt ist, wobei der Wandler (600) die erste Messung und die zweite Messung in einen digitalen Wert umwandeln wird, der für die Eigenkapazität (101) des kapazitiven Erfassungsarrays (1125) repräsentativ ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei der Eigenkapazitätskanal ferner Folgendes beinhaltet: einen ersten Schalter (112), der zwischen einer Elektrode (102) des kapazitiven Erfassungsarrays (1125) und des ersten integrierenden Kondensators (111) wirksam positioniert ist; und einen zweiten Schalter (116), der zwischen der Elektrode (102) des kapazitiven Erfassungsarrays (1125) und des zweiten integrierenden Kondensators (115) wirksam positioniert ist, wobei der erste Schalter (112) und der zweite Schalter (116) den ersten integrierenden Kondensator (111) oder den zweiten integrierenden Kondensator (115) während des Vollwellensignals alternierend mit der Eigenkapazität (101) koppeln.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei der eine oder die mehreren Modulatoren (A, B) Folgendes beinhalten: einen Vergleicher (125), der einen ersten Vergleichereingang (126), einen zweiten Vergleichereingang (127) und einen Vergleicherausgang (128) beinhaltet, wobei der erste Vergleichereingang (126) alternierend mit dem ersten integrierenden Kondensator (111) oder dem zweiten integrierenden Kondensator (115) gekoppelt ist; eine erste Referenzspannungsquelle (114); eine zweite Spannungsquelle (117), wobei die erste Spannungsquelle (114) oder die zweite Spannungsquelle (117) alternierend mit dem zweiten Vergleichereingang (127) gekoppelt ist; eine Zustandsmaschine (915), die einen Zustandsmaschineneingang und einen ersten Zustandsmaschinenausgang und einen zweiten Zustandsmaschinenausgang beinhaltet, wobei der Zustandsmaschineneingang mit dem Vergleichereingang (126) wirksam gekoppelt ist; eine erste Stromquelle (122); und eine zweite Stromquelle (123), wobei die erste Stromquelle (122) oder die zweite Stromquelle (123) alternierend mit dem ersten Vergleichereingang (126) gekoppelt ist, wobei die erste Stromquelle (122) und die zweite Stromquelle (123) in einer Rückkopplungskonfiguration (124) mit der Zustandsmaschine (915) gesteuert werden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei der eine oder die mehreren Modulatoren (A, B) die erste Messung durch Messen eines Ladestroms am ersten integrierenden Kondensator (111) erzeugen werden, der Ladestrom der ersten Halbwelle (301) des Vollwellensignals entspricht und für eine Eigenkapazität (101) eines kapazitiven Erfassungsarrays (1125) indikativ ist, der eine oder die mehreren Modulatoren (A, B) die zweite Messung durch Messen eines Entladestroms am zweiten integrierenden Kondensator (115) erzeugen werden, der Entladestrom der zweiten Halbwelle (302) des Vollwellensignals entspricht und für die Eigenkapazität (101) des kapazitiven Erfassungsarrays (1125) indikativ ist.
Ein Verfahren, das Folgendes beinhaltet: Messen (705) einer Eigenkapazität eines kapazitiven Erfassungsarrays durch Durchführen einer Vollwellen-Synchrongleichrichtung unter Verwendung eines ersten integrierenden Kondensators entsprechend einem ersten Modulator und eines zweiten integrierenden Kondensators entsprechend einem zweiten Modulator, wobei das kapazitive Erfassungsarray eine Vielzahl von Elektroden beinhaltet; und Erzeugen (710), reagierend auf das Messen, einer ersten Messung und einer zweiten Messung, die für die Eigenkapazität des kapazitiven Erfassungsarrays indikativ sind.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei das Messen (705) der Eigenkapazität des kapazitiven Erfassungsarrays durch Durchführen der Vollwellen-Synchrongleichrichtung Folgendes beinhaltet: Messen (805), durch den ersten Modulator, eines Ladestroms am ersten integrierenden Kondensator, um die erste Messung zu erzeugen, wobei der Ladestrom einer ersten Halbwelle eines Vollwellensignals entspricht; und Messen (815), durch einen zweiten Modulator, eines Entladestroms am zweiten integrierenden Kondensator, um die zweite Messung zu erzeugen, wobei der Entladestrom einer zweiten Halbwelle des Vollwellensignals entspricht.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei das Messen (705) der Eigenkapazität des kapazitiven Erfassungsarrays durch Durchführen der Vollwellen-Synchrongleichrichtung Folgendes beinhaltet: Abtasten (810), durch den ersten integrierenden Kondensator, einer der Eigenkapazität des kapazitiven Erfassungsarrays zugehörigen ersten Ladung, wenn der zweite Modulator den Entladestrom am zweiten integrierenden Kondensator misst; und Abtasten (820), durch den zweiten integrierenden Kondensator, einer der Eigenkapazität des kapazitiven Erfassungsarrays zugehörigen zweiten Ladung, wenn der erste Modulator den Ladestrom misst.
Verfahren gemäß Anspruch 17, das ferner Folgendes beinhaltet: Erzeugen (715), durch einen Wandler, der mit dem ersten Modulator und dem zweiten Modulator wirksam gekoppelt ist, eines digitalen Wertes, der für die Eigenkapazität des kapazitiven Erfassungsarrays im Hinblick auf die erste Messung und die zweite Messung repräsentativ ist.