DE112017002244T5

DE112017002244T5 - Verhältnis-metrischer selbstkapazitiver-zu-code-konverter

Info

Publication number: DE112017002244T5
Application number: DE112017002244.4T
Authority: DE
Inventors: Andriy Maharyta
Original assignee: Cypress Semiconductor Corp
Current assignee: Cypress Semiconductor Corp
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2019-01-31
Also published as: US20180083650A1; WO2017189107A1; US20170317690A1; KR102041423B1; US9819360B1; US10476521B2; KR20200118209A; CN109313227A; KR20180130584A; KR102159341B1; CN111220853A; KR20190125545A; CN111220853B; CN109313227B

Abstract

Eine Schaltung, ein System und ein Verfahren zur Umwandlung der Eigenkapazität in einen digitalen Wert wird beschrieben. Ein Paar von Ladungsübertragungs-Schaltungen, die jeweils ein Totband-Schaltnetzwerk, einen Sensorkondensator oder Modulationskondensator und einen Integrationskondensator umfassen, können mit einem Komparator gekoppelt werden, der konfiguriert ist, um einen Bitstrom-Ausgang zu erzeugen, der die Kapazität des Sensorkondensators einer der Ladungsübertragungsschaltungen darstellt.

Description

VERWANDTE ANWENDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine internationale Anmeldung der U.S. Non-Provisional Patent Application No. 15/199,559 , eingereicht am 30. Juni 2016, die den Vorteil der U.S. Provisional Patent Application No. 62/329,937 beansprucht, eingereicht am 29. April 2016, die alle unter Bezugnahme auf diese Richtlinie in ihrer Gesamtheit aufgenommen werden.
TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Sensorsysteme, insbesondere auf kapazitive Sensorsysteme, die konfiguriert werden können, um die Eigenkapazität zu messen oder die Eigenkapazität in digitale Werte umzuwandeln, die für die Kapazität repräsentativ sind.
HINTERGRUND
Kapazitätserfassungssysteme können elektrische Signale erfassen, die an Elektroden erzeugt werden und Kapazitätsänderungen widerspiegeln. Solche Kapazitätsänderungen können auf ein Berührungsereignis hinweisen (d.h. die Nähe eines Objekts zu bestimmten Elektroden). Kapazitive Sensorelemente können verwendet werden, um mechanische Tasten, Knöpfe und andere ähnliche mechanische Bedienelemente der Benutzeroberfläche zu ersetzen. Der Einsatz eines kapazitiven Sensorelements ermöglicht den Verzicht auf komplizierte mechanische Schalter und Taster und ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb unter rauen Bedingungen. Darüber hinaus sind kapazitive Sensorelemente in modernen Kundenanwendungen weit verbreitet und bieten neue Möglichkeiten der Benutzeroberfläche in bestehenden Produkten. Kapazitive Senselemente können von einer einzigen Taste bis zu einer großen Zahl reichen, die in Form einer kapazitiven Senseanordnung für eine berührungsempfindliche Oberfläche angeordnet ist.
Arrays von kapazitiven Sensorelementen funktionieren, indem sie die Kapazität eines kapazitiven Sensorelements messen und nach einem Delta (Änderung) der Kapazität suchen, das eine Berührung oder Anwesenheit eines leitenden Objekts anzeigt. Wenn ein leitfähiges Objekt (z.B. ein Finger, eine Hand oder ein anderes Objekt) mit einem kapazitiven Sensorelement in Kontakt kommt oder sich in unmittelbarer Nähe befindet, ändert sich die Kapazität und das leitfähige Objekt wird erfasst. Die Kapazitätsänderungen der kapazitiven Touchelemente können durch eine elektrische Schaltung gemessen werden. Die elektrische Schaltung wandelt die gemessenen Kapazitäten der kapazitiven Sensorelemente in digitale Werte um.
Es gibt zwei typische Arten von Kapazitäten: 1) gegenseitige Kapazität, bei denen die Kapazitätserfassungsschaltung Zugang zu beiden Elektroden des Kondensators hat; 2) Selbstkapazität, bei der die Kapazitätserfassungsschaltung nur Zugang zu einer Elektrode des Kondensators hat, bei der die zweite Elektrode an einen Gleichspannungspegel gebunden oder parasitär mit der Erdung gekoppelt ist. Ein Touchpanel hat eine verteilte Kapazitätsbelastung beider Typen (1) und (2) und einige Touchlösungen erfassen beide Kapazitäten entweder einzigartig oder in Hybridform mit ihren verschiedenen Lesemodi.
Figurenliste

veranschaulicht ein Kapazitätsmesssystem gemäß einer Ausführungsform.
veranschaulicht einen ratiometrischen Kapazitäts-Code-Wandler gemäß einer Ausführungsform.
veranschaulicht Spannungswellenformen für einen ratiometrischen Kapazitäts-Code-Wandler gemäß einer Ausführungsform.
veranschaulicht akkumulierte Spannungswellenformen für unterschiedliche Anteile von Sensor-, Modulations- und Integrationskapazitäten gemäß einer Ausführungsform.
veranschaulicht einen ratiometrischen Kapazitäts-Code-Wandler mit verschiedenen Taktquellen gemäß einer Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
veranschaulicht ein Kapazitätserfassungssystem 100, das den vorgeschlagenen ratiometrischen Kapazitäts-Code-Wandler der vorliegenden Anwendung beinhalten kann. Das System 100 kann mindestens eine kapazitive Messelektrode 101 beinhalten, die mit einer Sensorschaltung 110 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform kann die Abtastschaltung 110 eine in eine einzige Vorrichtung integrierte Schaltung beinhalten. In einer weiteren Ausführungsform können die verschiedenen Komponenten der Sensorschaltung 110 auf mehrere diskrete Komponenten verteilt sein. Zur Vereinfachung der Erklärung wird die Abtastschaltung 110 hierin als eine einzelne integrierte Schaltungsvorrichtung beschrieben. Sensorelektroden 101 können über die Eingänge 105 mit dem Sensorkreis 110 gekoppelt werden. Die Eingänge 105 können mit den Eingängen eines Empfangskanals 120 gekoppelt werden. Der Empfangskanal 120 kann konfiguriert werden, um die Kapazität in einen digitalen Wert umzuwandeln, wie beispielsweise mit dem vorgeschlagenen ratiometrischen Kapazitäts-Code-Wandler. Der Empfangskanal 120 kann mit externen Komponenten 125 gekoppelt werden, wenn dies für die Umsetzung erforderlich ist. Externe Komponenten können über die Eingänge 106 mit der Sensorschaltung 110 gekoppelt werden. Der Empfangskanal 120 kann mit der Entscheidungslogik 130 und der MCU 140 gekoppelt werden.
Die Entscheidungslogik 130 kann konfiguriert werden, um den Ausgang des Empfangskanals 120 zu verarbeiten, um zu bestimmen, ob eine Änderung der für die Kapazität repräsentativen Digitalwerte mit einer Berührung oder einer anderen Aktion verbunden ist. Die Entscheidungslogik 130 kann auch konfiguriert werden, um Basislinien- oder Hintergrundkapazitätswerte für die Verwendung in der Berührungserkennung zu verfolgen. MCU 140 kann verwendet werden, um den Empfangskanal 120 entsprechend den System- oder Anwendungsanforderungen zu konfigurieren. Die Konfiguration der Empfangskanäle 120 und MCU 140 kann beim Start, während der Laufzeit oder basierend auf einer Unterbrechung von hostgenerierten Befehlen erfolgen. Die MCU 140 kann auch konfiguriert werden, um Funktionen ähnlich der Entscheidungslogik 130 auszuführen und zum Treffen von Entscheidungen über das Vorhandensein eines Objekts auf den Kapazitätssensoren 101 oder zum Verfolgen der Baseline oder der Hintergrundkapazität verwendet werden. Die MCU 140 und die Entscheidungslogik 130 können mit der Speichereinheit 150 gekoppelt werden, um die mit der Berührungserkennung verbundenen Werte zu speichern. Die Speichereinheit 150 kann auch Programmdateien und Befehle speichern, die von der MCU 140 ausgeführt werden. Die MCU 140 kann bei Bedarf auch über die Eingänge 107 mit externen Komponenten gekoppelt werden. Die MCU 140 kann auch mit der Kommunikationsschnittstelle 160 gekoppelt werden, die zur Ausgabe des Status an den Host 180 oder eine andere externe Vorrichtung verwendet werden kann. Die Kommunikationsschnittstelle 160 kann auch konfiguriert werden, um Befehle von einer externen Vorrichtung zu empfangen.
2 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Kapazitäts-Code-Wandlers 200, der als Empfangskanal 120 der Abtastschaltung 110 in 1 implementiert werden kann. Der Kapazitäts-Code-Wandler 200 kann eine erste Ladungsübertragungsschaltung 210 mit einem Sensorkondensator 212 beinhalten (siehe Kapazitätssensorelektrode 101 in 1). Der Sensorkondensator 212 kann eine erste Platte, die abwechselnd mit einer Quellspannung gekoppelt ist, und einen Integrationskondensator 216 aufweisen. Der Sensorkondensator 212 kann eine zweite Platte aufweisen, die mit einem Erdpotential gekoppelt ist. Der Sensorkondensator 212 wechselt zwischen der Quellspannung und dem Integrationskondensator 216 über die Totbandschalter 213 und 214. Die Totbandschalter 213 und 214 können durch das Taktsignal Fclk getaktet werden. In einer ersten Phase, wenn der Schalter 213 geschlossen ist, wird ein Spannungspotential am Sensorkondensator 212 erzeugt. In einer zweiten Phase, wenn der Schalter 214 geschlossen ist, wird die während der ersten Phase am Sensorkondensator 212 angesammelte Ladung an den Integrationskondensator 216 übertragen.
Kondensator-Code-Konverter 200 beinhaltet eine zweite Ladungsübertragungsschaltung 220 mit einem Modulationskondensator 222. Der Modulationskondensator 222 kann eine erste Platte aufweisen, die abwechselnd mit einem Integrationskondensator 226 und einer Quellspannung gekoppelt ist. Der Modulationskondensator 222 kann eine zweite Platte aufweisen, die mit einem Erdpotential gekoppelt ist. Der Modulationskondensator 222 wechselt zwischen der Quellspannung und dem Integrationskondensator 226 über die Totbandschalter 223 und 224. Die Totbandschalter 223 und 224 können durch einen Ausgang des Sigma-Delta-Modulators 230 getaktet werden. Die Schalter 223 und 224 können den Modulationskondensator 222 mit dem Integrationskondensator 226 und die Quellspannung in entgegengesetzten Phasen koppeln, da der Modulationskondensator 222 mit dem Integrationskondensator 226 und der Quellspannung gekoppelt ist. Das heißt, in einer ersten Phase, wenn der Schalter 224 geschlossen ist, wird der Modulationskondensator 222 mit dem Integrationskondensator 226 gekoppelt und die auf dem Modulationskondensator 222 angesammelte Ladung an den Integrationskondensator 226 übertragen. In der zweiten Phase, wenn der Schalter 223 geschlossen ist, wird der Modulationskondensator 222 mit der Quellspannung gekoppelt, so dass sich die Ladung am Modulationskondensator 222 ansammelt.
Die Integrationskondensatoren 216 und 226 können an die Eingänge des Vergleichers 232 gekoppelt werden. In einer Ausführungsform ist der Integrationskondensator 216 mit einem invertierenden Eingang des Vergleichers 232 gekoppelt. Eine der üblichen Fertigkeiten in der Technik würde verstehen, dass der Integrationskondensator 226 stattdessen an einen invertierenden Eingang gekoppelt werden kann. Da die Spannungen an den Integrationskondensatoren 216 und 226 durch den Vergleicher 232 verglichen werden, wird ein Bitstrom-Ausgang 238 erzeugt. Der Bitstrom-Ausgang 238 kann ein synchronisierter Ausgang des Komparators 232 und ein Steuertakt vom Steuerblock 244 bis zum Latch 234 sein.
Der Bitstrom-Ausgang des Vergleichers 232 kann durch Dezimator und Steuerlogik 240 digitalisiert werden. Der Bitstrom-Ausgang 238 kann auch verwendet werden, um eine Taktfrequenz für die Ladungsübertragungsschaltung 220 durch das UND-Gatter 236 bereitzustellen, das einen zweiten Eingang aufweisen kann, der mit Fclk gekoppelt ist.
Der Betrieb des Kapazitäts-Code-Wandlers 200 weist eine Rücksetzphase auf, wobei die Integrationskondensatoren 216 und 226 durch die Schalter 217 bzw. 227 auf ein Erdpotenzial zurückgesetzt werden. Eine der üblichen Fertigkeiten in der Kunst würde verstehen, dass ein Zurücksetzen auf den Boden nur eine Ausführungsform ist. In verschiedenen anderen Ausführungsformen können die Reset-Schalter 217 und 227 konfiguriert werden, um Integrationskondensatoren auf Spannungen zurückzusetzen, die kein Nullpotential darstellen. Nach dem Zurücksetzen der Integrationskondensatoren 216 und 226 auf Masse werden die Schalter 217 und 227 geöffnet und der Ladungsübergang vom Sensorkondensator 212 und Modulationskondensator 222 beginnt. Die Integrationskondensatoren 216 und 226 haben eine Ladung, die sich auf ihnen angesammelt hat.
Der Tastverhältnisausgang hängt von der kapazitiven Beziehung zwischen dem Sensorkondensator 212 und den Referenzkondensatoren (Modulationskondensator 222 und Integrationskondensatoren 216 und 226, wobei Cintl Integrationskondensator 216 und Cint2 Integrationskondensator 226 ist) ab. In einer Ausführungsform können Referenzkondensatoren Sensoren sein, die jedoch als Referenzkondensatoren zur Messung anderer Sensorkondensatoren konfiguriert sind. Solange die Kapazitätswerte der Referenzkondensatoren (entweder Einzel- oder On-Chip-Kondensatoren oder Sensorkondensatoren) über die Messung des zu prüfenden Sensorkondensators relativ konstant bleiben, arbeitet der Kapazitäts-Code-Wandler 200 wie erwartet. Wird als Modulationskondensator 222 ein nicht geprüfter Sensorkondensator verwendet, sind die Temperaturkoeffizienten des geprüften Sensorkondensators 212 und des Modulationskondensators 222 ähnlich und sorgen für Temperaturunempfindlichkeit. Diese Temperaturunempfindlichkeit kann besonders in Wake-on-Touch- und Low-Power-Anwendungen nützlich sein.
In einer Ausführungsform ist der Kapazitätswert der einzelnen Integrationskondensatoren 216 und 226 wesentlich größer als der jeweilige Sensorkondensator 212 oder Modulationskondensator 222. Die Werte der Integrationskondensatoren 216 und 226 können 1000 mal größer sein als die Kapazität des Sensorkondensators 212 und des Modulationskondensators 222.
Da die Anzahl der Ladungsübertragungszyklen für die Integrationskondensatoren 216 und 226 die Auflösung der Kapazität zum Codewandler 200 definiert, zählt ein digitaler Timer die Anzahl der Ladungsübertragungszyklen (Betrieb der Schalter 213/214 und 223/224) und beendet den Messzyklus, wenn die erforderliche Anzahl von Ladungsübertragungszyklen erreicht ist. Beachten Sie, dass der Ausgang des Kapazitäts-Code-Wandlers 200 nicht von der Taktfrequenz, Fclk, sondern nur von der Anzahl der Taktimpulse für die gewünschte Messzahl abhängig ist. Außerdem ist der Ausgang des Kapazitäts-Code-Wandlers 200 nicht von der Versorgungsspannung (VDD) abhängig. Diese Architektur ermöglicht die Verwendung von Spreizspektrum-, Zufalls-, Pseudozufalls- oder Festfrequenztakt-Sequenzierern. Fclk kann einer dieser Taktgebertypen sein.
Da der Ausgang des Vergleichers 232 von der Dezimator- und Steuerlogik 240 verarbeitet wird, kann der Digitalwert RawData, der die Kapazität des Sensorkondensators 212 darstellt, durch: $R a w D a t a = D C \cdot N_{R E S},$
wobei NRES die Anzahl der Fclk-Zyklen während der Messzeit ist. In einer Ausführungsform wird NRES aus der Größenordnung von zwei ausgewählt: $N_{R E S} = 2^{n} - 1,$
wobei n eine ganze, positive ganze Zahl ist. Der durchschnittliche Erregerstrom, Is1_avg, der die Störfestigkeit gegen Außenrauschen definiert, wird durch: $I_{s 1_a v g} = V_{s w i n g_a v g} \cdot F_{c l k} \cdot C_{s 1},$
wobei Vswing _avg die durchschnittliche Differenz zwischen der Spannung am Integrationskondensator 216 und der Versorgungsspannung der Ladungsübertragungsschaltung 210 über das Messintervall ist.
Decimator und Logikblock 240 können einen Decimator 242 und ein Modul 244 beinhalten. Der Decimator 242 kann ein digitaler Filter sein, der konfiguriert ist, um die vom Ausgang des Latch 234 empfangene Eingangsabtastrate zu reduzieren und eine reduzierte Datenrate als Ausgang des Decimators und des Logikblocks 240 bereitzustellen.
veranschaulicht die Spannungswellenformen an verschiedenen Knoten der Kapazität zum Codewandler 200. Während des Betriebs der Ladungsübertragungsschaltung 210 steigt die Spannung am Sensorkondensator 212 entsprechend der Wellenform 312 an. Beachten Sie, dass dies eine exponentielle Zunahme ist, aber eine der üblichen Fertigkeiten in der Technik würde verstehen, dass die Ladungstransferschaltung 210 konfiguriert werden kann, um eine lineare Reaktion zu erzeugen, wenn die Ladung mit dem Integrationskondensator 216 geteilt wird. Wenn die Ladung auf dem Integrationskondensator 216 und dem Modulationskondensator 226 akkumuliert wird, steigt die Spannung an jedem einzelnen, wie die Wellenformen 316 und 326 zeigen. Fclk liefert das Taktsignal für den Ladungsübertragungsbetrieb sowie den Komparator 232, der die Bitstrom-Ausgangswellenform 332 erzeugt, die in den Digitalwert umgewandelt wird, der bei der Bestimmung des Zustands des Sensorkondensators 212 verwendet wird.
Wie vorstehend in Bezug auf 2 ausgeführt, bestimmt die proportionale Kapazität des Sensorkondensators 212 und des Modulationskondensators 222 zu den Integrationskondensatoren 216 bzw. 226 die effektive Auflösung und die externe Störfestigkeit der Kapazität zum Codewandler 200. Proportional größere Integrationskondensatoren können eine höhere Auflösung und Störfestigkeit bieten. In Bezug auf die Störsicherheit gilt: Je größer der Durchschnittswert von Vswing, desto größer die Störfestigkeit. Vswing ist die Differenz zwischen der Spannung am Integrationskondensator bei jedem Ladungsübertragungszyklus und der Versorgungsspannung.
veranschaulicht exemplarisch Vswing-Werte für Sensor-Integrationskapazitätsverhältnisse von 1:10 (410) und 1:100 (420). Bei einem kleineren Integrationskondensator, bezogen auf den Sensorkondensator, ist der Spannungsanstieg über den Integrationskondensator mit jedem Ladungsübertragungszyklus größer. Wenn beispielsweise zehn Ladungsübertragungszyklen für das Umwandlungsmessfenster verwendet werden, ist der durchschnittliche Vswing-Wert bei jedem Zyklus größer.
5 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform des Kapazitäts-Code-Konverters 500, der dem Kapazitäts-Code-Konverter 200 aus 2 ähnlich ist, wobei jedoch die Taktfrequenz, Fmod, der Modulationskondensator-Ladungsübertragungsschaltung 220 größer ist als die Taktfrequenz, Fsw, der SensorKondensator-Ladungsübertragungsschaltung 210. In dieser Ausführungsform kann Fmod gegeben werden durch: $F m o d = N \cdot F_{S W},$
wobei N eine positive ganze Zahl ist. Der Tastverhältnisausgang der Kapazität zum Codewandler 500 wird daher durch: $D C = \frac{C_{i n t 2}}{C_{i n t 1}} \cdot \frac{C_{s}}{N \cdot C_{m}} .$
Die Erhöhung des Fmod gegenüber Fsw ermöglicht kleinere Modulationskondensatoren (212 und 222), die es ermöglichen, sie viel einfacher auf dem Chip zu integrieren.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen können in verschiedenen Designs von gegenseitigen Kapazitätssensoranordnungen des Kapazitätssensorsystems oder in selbstkapazitiven Anordnungen verwendet werden. In einer Ausführungsform erkennt das Kapazitätserfassungssystem mehrere Senselemente, die in der Anordnung aktiviert werden, und kann ein Signalmuster auf den benachbarten Senselementen analysieren, um Rauschen vom tatsächlichen Signal zu trennen. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen sind nicht an eine bestimmte kapazitive Abtastlösung gebunden und können auch mit anderen Abtastlösungen, einschließlich optischer Abtastlösungen, verwendet werden, wie es von einer der üblichen Fachkenntnisse mit dem Vorteil dieser Offenbarung geschätzt würde.
In der obigen Beschreibung sind zahlreiche Details aufgeführt. Es wird jedoch für eine der üblichen Fertigkeiten in der Kunst, die den Nutzen dieser Offenbarung hat, offensichtlich sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. In einigen Fällen werden bekannte Strukturen und Vorrichtungen nicht im Detail, sondern im Blockdiagramm dargestellt, um die Beschreibung nicht zu verbergen.
Einige Teile der detaillierten Beschreibung werden in Form von Algorithmen und symbolischen Darstellungen von Operationen an Datenbits in einem Computerspeicher dargestellt. Diese algorithmischen Beschreibungen und Darstellungen sind das Mittel, mit dem die Fachkräfte der Datenverarbeitungsbranche die Substanz ihrer Arbeit am effektivsten an andere Fachkräfte weitergeben können. Ein Algorithmus ist hier und im Allgemeinen als eine selbstkonsistente Abfolge von Schritten konzipiert, die zu einem gewünschten Ergebnis führen. Die Schritte sind diejenigen, die physikalische Manipulationen physikalischer Größen erfordern. In der Regel, wenn auch nicht unbedingt, werden diese Größen in Form von elektrischen oder magnetischen Signalen dargestellt, die gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen und anderweitig manipuliert werden können. Es hat sich als sinnvoll erwiesen, diese Signale, vor allem aus Gründen der allgemeinen Nutzung, als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Begriffe, Zahlen oder dergleichen zu bezeichnen.
Es ist jedoch zu beachten, dass all diese und ähnliche Begriffe mit den entsprechenden physikalischen Größen in Verbindung gebracht werden müssen und lediglich praktische Etiketten sind, die auf diese Größen aufgebracht werden. Sofern aus der obigen Diskussion nicht ausdrücklich etwas anderes hervorgeht, wird anerkannt, dass sich Diskussionen, die Begriffe wie „Verschlüsseln“, „Entschlüsseln“, „Speichern“, „Bereitstellen“, „Bereitstellen“, „Ableiten“, „Erhalten“, „Empfangen“, „Authentifizieren“, „Löschen“, „Ausführen“, „Anfordern“, „Kommunizieren“ oder dergleichen verwenden, während der gesamten Beschreibung auf die Handlungen und Prozesse eines Computersystems oder einer ähnlichen elektronischen Rechenvorrichtung beziehen, die als physisch dargestellte Daten manipuliert und transformiert (z.B, elektronische) Mengen innerhalb der Register und Speicher des Computersystems in andere Daten, die ähnlich wie physikalische Größen innerhalb der Speicher oder Register des Computersystems oder anderer solcher Informationsspeicher-, Übertragungs- oder Anzeigevorrichtungen dargestellt werden.
Die Wörter „Beispiel“ oder „exemplarisch“ werden hierin verwendet, um als Beispiel, Instanz oder Illustration zu dienen. Jeder Aspekt oder jedes Design, das hierin als „Beispiel“ oder „exemplarisch“ beschrieben wird, ist nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Designs auszulegen. Vielmehr soll die Verwendung der Wörter „Beispiel“ oder „exemplarisch“ dazu dienen, Konzepte konkret darzustellen. Wie in dieser Anwendung verwendet, soll der Begriff „oder“ ein inklusives „oder“ und nicht ein exklusives „oder“ bedeuten. Das heißt, wenn nicht anders angegeben oder aus dem Kontext gerissen, soll „X beinhaltet A oder B“ eine der natürlichen inklusiven Permutationen bedeuten. Das heißt, wenn X A beinhaltet; X B beinhaltet; oder X sowohl A als auch B beinhaltet, dann ist „X beinhaltet A oder B“ unter einem der vorstehenden Fälle erfüllt. Darüber hinaus sind die Artikel „a“ und „an“, wie sie in dieser Anmeldung verwendet werden, und die beigefügten Ansprüche im Allgemeinen so auszulegen, dass sie „einen oder mehrere“ bedeuten, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang gerissen, um auf eine einzelne Form gerichtet zu sein. Darüber hinaus ist die Verwendung des Begriffs „eine Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“ oder „eine Implementierung“ oder „eine Implementierung“ durchweg nicht dazu gedacht, die gleiche Ausführungsform oder Implementierung zu bedeuten, es sei denn, sie wird als solche beschrieben.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen können sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung der hierin beschriebenen Vorgänge beziehen. Diese Vorrichtung kann speziell für die erforderlichen Zwecke konstruiert sein, oder sie kann einen Universalcomputer umfassen, der selektiv durch ein im Computer gespeichertes Computerprogramm aktiviert oder rekonfiguriert wird. Ein solches Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen, computerlesbaren Speichermedium gespeichert werden, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, jede Art von Diskette, einschließlich Disketten, optische Disketten, CD-ROMs und magnetisch-optische Disketten, Nur-Lese-Speicher (ROMs), Direktzugriffsspeicher (RAMs), EPROMs, EEPROMs, magnetische oder optische Karten, Flash-Speicher oder jede Art von Medien, die zum Speichern elektronischer Anweisungen geeignet sind. Unter dem Begriff „computerlesbares Speichermedium“ ist ein einzelnes Medium oder mehrere Medien (z.B. eine zentrale oder verteilte Datenbank und/oder zugehörige Caches und Server) zu verstehen, die einen oder mehrere Befehlssätze speichern. Unter dem Begriff „computerlesbares Medium“ ist auch jedes Medium zu verstehen, das in der Lage ist, eine Reihe von Anweisungen zur Ausführung durch die Maschine zu speichern, zu kodieren oder zu tragen, und das die Maschine veranlasst, eine oder mehrere der Methoden der vorliegenden Ausführungsformen durchzuführen. Der Begriff „computerlesbares Speichermedium“ umfasst daher unter anderem Festkörperspeicher, optische Medien, magnetische Medien, alle Medien, die in der Lage sind, einen Satz von Anweisungen zur Ausführung durch die Maschine zu speichern, und die die Maschine veranlassen, eine oder mehrere der Methoden der vorliegenden Ausführungsformen auszuführen.
Die hierin vorgestellten Algorithmen und Anzeigen sind nicht von Natur aus mit einem bestimmten Computer oder einer anderen Vorrichtung verbunden. Verschiedene Mehrzwecksysteme können mit Programmen in Übereinstimmung mit den hierin enthaltenen Lehren verwendet werden, oder es kann sich als zweckmäßig erweisen, eine spezialisiertere Vorrichtung zu konstruieren, um die erforderlichen Verfahrensschritte durchzuführen. Die erforderliche Struktur für eine Vielzahl dieser Systeme ergibt sich aus der folgenden Beschreibung. Darüber hinaus werden die vorliegenden Ausführungsformen nicht mit Bezug auf eine bestimmte Programmiersprache beschrieben. Es ist zu beachten, dass eine Vielzahl von Programmiersprachen verwendet werden kann, um die Lehren der Ausführungsformen, wie hierin beschrieben, umzusetzen.
Die obige Beschreibung enthält zahlreiche spezifische Details wie Beispiele spezifischer Systeme, Komponenten, Verfahren usw., um ein gutes Verständnis für mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Für den Fachmann wird jedoch ersichtlich sein, dass zumindest einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen Fällen werden bekannte Komponenten oder Verfahren nicht detailliert beschrieben oder im einfachen Blockdiagrammformat dargestellt, um eine unnötige Verschleierung der vorliegenden Erfindung zu vermeiden. Die oben genannten spezifischen Details sind daher nur exemplarisch. Bestimmte Implementierungen können von diesen exemplarischen Details abweichen und dennoch als im Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.
Es ist zu verstehen, dass die obige Beschreibung illustrativ und nicht einschränkend sein soll. Viele andere Ausführungsformen werden für diejenigen, die in der Kunst geschickt sind, offensichtlich sein, wenn sie die obige Beschreibung lesen und verstehen. Der Umfang der Erfindung sollte daher unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche sowie den gesamten Umfang der Äquivalente, auf die diese Ansprüche Anspruch haben, festgelegt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 199559 [0001]
US 62329937 [0001]

Claims

Kapazitäts-Code-Wandler, umfassend: eine erste Ladungsübertragungsschaltung, die einen Sensorkondensator und einen ersten Integrationskondensator umfasst; eine zweite Ladungsübertragungsschaltung, die einen Modulationskondensator und einen zweiten Integrationskondensator umfasst; eine Vergleichsschaltung, die mit der ersten und zweiten Ladungsübertragungsschaltung gekoppelt ist, wobei der Vergleicher konfiguriert ist, um einen Bitstrom auszugeben; und einen Digitalisierer, der konfiguriert ist, um den Bitstrom in einen Digitalwert umzuwandeln, der für die Kapazität des Sensorkondensators repräsentativ ist.
Kapazitäts-Code-Wandler nach Anspruch 1, wobei eine Taktquelle der zweiten Ladungsübertragungsschaltung aus dem Bitstrom-Ausgang des Vergleichers und einem Systemtakt abgeleitet ist.
Kapazitäts-Code-Wandler nach Anspruch 1, wobei der Digitalisierer einen digitalen Filter umfasst, der konfiguriert ist, um eine Abtastrate an einem Eingang des Digitalisierers zu reduzieren.
Kapazitäts-Code-Wandler nach Anspruch 1, worin die ersten und zweiten Ladungsübertragungsschaltungen einen ersten und zweiten Rückstellschalter umfassen, wobei der erste und zweite Rückstellschalter konfiguriert sind, um den ersten und zweiten Integrationskondensator zu entladen.
Kapazitäts-Code-Wandler nach Anspruch 1, worin die erste und zweite Ladungsübertragungsschaltung ein Totb- und Schaltnetzwerk umfassen.
Kapazitäts-Code-Wandler nach Anspruch 1, wobei die erste Ladungsübertragungsschaltung durch einen Systemtakt getaktet wird.
Kapazitäts-Code-Wandler nach Anspruch 1, wobei der Modulationskondensator in einem ersten Modus einen Sensorkondensator umfasst, der durch den Kapazitäts-Code-Wandler messbar ist, und in einem zweiten Modus den Sensorkondensator umfasst, der als Modulationskondensator konfiguriert ist.
Kapazitäts-Code-Wandler nach Anspruch 1, wobei mindestens einer der ersten und zweiten Integrationskondensatoren auf einer integrierten Schaltung angeordnet ist, die den Kapazitäts-Code-Wandler umfasst.
Kapazitäts-Code-Wandler nach Anspruch 1, wobei mindestens einer der ersten und zweiten Integrationskondensatoren außerhalb einer integrierten Schaltung angeordnet ist, die den Kapazitäts-Code-Wandler umfasst.
Kapazitäts-Code-Wandler nach Anspruch 1, worin der Digitalisierer einen Dezimator umfasst, der mit dem Ausgang des Vergleichers gekoppelt ist, wobei der Dezimator konfiguriert ist, um eine Anzahl von Taktzyklen von einem Systemtakt zu zählen.
System, umfassend: mindestens eine Elektrode, die eine Kapazität umfasst, die durch die Nähe eines leitenden Objekts zur Elektrode verändert werden kann; und eine Kapazitätsmessschaltung, umfassend: eine erste Ladungsübertragungsschaltung, die mit der mindestens einen Elektrode und einem ersten Integrationskondensator gekoppelt ist; eine zweite Ladungsübertragungsschaltung, die einen Modulationskondensator und einen zweiten Integrationskondensator umfasst; einen Vergleicher, der mit der ersten und zweiten Ladungsübertragungsschaltung gekoppelt ist, wobei der Vergleicher konfiguriert ist, um einen Bitstrom auszugeben; und einen Digitalisierer, der konfiguriert ist, um den Bitstrom in einen Digitalwert umzuwandeln, der für die Kapazität des Sensorkondensators repräsentativ ist.
System nach Anspruch 11, worin die mindestens eine Elektrode umfasst: eine erste Elektrode, die konfiguriert ist, um eine Kapazität zu umfassen, die als Reaktion auf die Nähe eines leitenden Objekts zur ersten Elektrode variieren kann; und eine zweite Elektrode, die eine Kapazität umfasst, die sich nicht als Reaktion auf die Nähe eines leitenden Objekts zur ersten Elektrode ändert.
System nach Anspruch 12, wobei die zweite Elektrode der Modulationskondensator der zweiten Ladungsübertragungsschaltung in einem ersten Modus ist und der Sensorkondensator der ersten Integrationsschaltung in einem zweiten Modus ist.
System nach Anspruch 11, worin eine Taktquelle der zweiten Ladungsübertragungsschaltung von dem Bitstrom-Ausgang des Vergleichers und einem Systemtakt abgeleitet ist.
System nach Anspruch 11, worin die ersten und zweiten Ladungsübertragungsschaltungen einen ersten und zweiten Rückstellschalter umfassen, wobei der erste und zweite Rückstellschalter konfiguriert sind, um den ersten und zweiten Integrationskondensator zu entladen.
System nach Anspruch 11, wobei mindestens einer der ersten und zweiten Integrationskondensatoren außerhalb einer integrierten Schaltung angeordnet ist, die den Kapazitäts-Code-Wandler umfasst.
Verfahren zum Messen der Kapazität, umfassend: Akkumulieren von Ladung auf einem ersten Integrationskondensator durch eine Vielzahl von ersten Ladungsübertragungsvorgängen; Akkumulieren von Ladung auf einem zweiten Integrationskondensator durch eine Vielzahl von zweiten Ladungsübertragungsvorgängen; Erzeugen eines Bitstroms aus einem Vergleich der ersten und zweiten akkumulierten Ladungen; und Umwandeln des Bitstroms in einen digitalen Wert, der für eine Sensorkapazität repräsentativ ist, wobei die Sensorkapazität im ersten Ladungsübertragungsvorgang verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Vielzahl der ersten Ladungsübertragungsvorgänge umfasst: Akkumulieren von Ladung auf der Sensorkapazität in einer ersten Phase; und Übertragen der Ladung von der Sensorkapazität auf einen Integrationskondensator in einer zweiten Phase.
Verfahren nach Anspruch 17, worin der zweite Ladungsübertragungsvorgang Folgendes beinhaltet: Akkumulieren von Ladung auf einer Modulationskapazität in einer ersten Phase; und Übertragen der Ladung von der Modulationskapazität auf einen Integrationskondensator in einer zweiten Phase.
Verfahren nach Anspruch 17, worin der erste und zweite Ladungsübertragungsvorgang einen Rückstellvorgang beinhalten.