DE202013100869U1

DE202013100869U1 - Berührungssensor mit Eigenkapazitätsmessung und Kapazitätskompensation

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Publication number: DE202013100869U1
Application number: DE202013100869U
Authority: DE
Original assignee: Atmel Corp
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2013-03-07
Anticipated expiration: 2023-03-01
Also published as: US8952927B2; US20130307811A1

Abstract

Steuereinheit für einen Berührungssensor, die dazu eingerichtet ist, eine erste Ladungsmenge zwischen einer Kapazität des Berührungssensors und einem Kompensationskondensator aufzuteilen, wobei die Aufteilung der ersten Ladungsmenge zu einer ersten Spannung an einem Eingangsknoten führt; eine Referenzspannung an den Eingangsknoten anzulegen, wobei das Anlegen der Referenzspannung an dem Eingangsknoten eine zweite Ladungsmenge proportional zu einer Differenz zwischen der ersten Spannung und der Referenzspannung auf einem Integrationskondensator induziert; eine erste Differenz zwischen der ersten Spannung und der Referenzspannung auf Basis einer zweiten Ladungsmenge auf dem Integrationskondensator zu ermitteln; und auf Basis der ersten Differenz festzustellen, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Berührungssensoren.
Hintergrund
Ein Berührungssensor kann die Gegenwart und den Ort einer Berührung oder der Annäherung durch ein Objekt (wie zum Beispiel einen Finger des Benutzers oder einen Stift) innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensors, der zum Beispiel einen Anzeigebildschirm überlagert, detektieren. In einer berührungsempfindlichen Anzeigeanwendung kann es der Berührungssensor dem Benutzer ermöglichen, direkt mit dem auf dem Bildschirm dargestellten zu interagieren, und nicht nur indirekt mit einer Maus oder einem Touchpad. Ein Berührungssensor kann befestigt sein an oder Bestandteil sein von einem Desktop-Computer, einem Laptop-Computer, einem Tablet-Computer, einem persönlichen digitalen Assistenten (PDA), einem Smartphone, einem Satellitennavigationsgerät, einem tragbaren Medienabspielgerät, einer tragbaren Spielekonsole, einem Kioskcomputer, einem Kassengerät, oder einem anderen geeigneten Gerät. Ein Steuerpanel auf einem Haushaltsgerät oder einer anderen Einrichtung kann ebenfalls einen Berührungssensor beinhalten.
Es gibt eine Anzahl verschiedener Arten von Berührungssensoren, wie zum Beispiel resistive Berührungssensoren, Berührungssensoren mit akustischen Oberflächenwellen, und kapazitive Berührungssensoren. Eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor kann hier ggf. einen Berührungsbildschirm mit umfassen, und umgekehrt. Wenn ein Objekt die Oberfläche des Berührungssensors berührt oder in dessen Nähe kommt, kann eine Kapazitätsänderung innerhalb des Berührungsbildschirms an der Stelle der Berührung oder Annäherung auftreten. Eine Berührungssensorsteuereinheit kann die Kapazitätsänderung verarbeiten, um ihre Position auf dem Berührungsbildschirm zu bestimmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein beispielhaftes Berührungssensorfeld mit einer beispielhaften Berührungssensorsteuereinheit.
2A–B zeigen ein Schema einer beispielhaften Eigenkapazitätsmessung.
3 zeigt ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm mit einem internen Chipkompensationskondensator für Eigenkapazitätsmessungen.
4 zeigt ein weiteres beispielhaftes Schaltungsdiagramm für Eigenkapazitätsmessungen.
5A–B zeigen eine Spannung an einem Eingangsknoten und an einem Integrationskondensator als Funktion der Zeit für eine beispielhafte Eigenkapazitätsmessung.
6A–B zeigen eine Spannung an einem Messkondensator und an einem Integrationskondensator als Funktion der Zeit für eine weitere beispielhafte Eigenkapazitätsmessung.
7 illustriert ein Beispielverfahren für Eigenkapazitätsmessungen.
8 illustriert ein weiteres Beispielverfahren für Eigenkapazitätsmessungen.
9 illustriert ein weiteres Beispielverfahren für Eigenkapazitätsmessungen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt ein beispielhaftes Berührungssensorfeld mit einer beispielhaften Berührungssensorsteuereinheit. Das Berührungssensorfeld 10 und die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann die Gegenwart und den Ort einer Berührung oder der Annäherung durch ein Objekt innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensorfeldes 10 detektieren. Eine Bezugnahme auf ein Berührungssensorfeld kann hier sowohl den Berührungssensor als auch die Berührungssensorsteuereinheit mit umfassen. In ähnlicher Weise kann ein Bezug auf eine Berührungssensorsteuereinheit ggf. auch sowohl die Berührungssensorsteuereinheit als auch ihr Berührungssensorfeld mit umfassen. Das Berührungssensorfeld 10 kann ggf. einen oder mehrere berührungsempfindliche Bereiche umfassen. Das Berührungssensorfeld 10 kann ein Feld von Elektroden beinhalten, die auf einem oder auf mehreren Substraten angeordnet sind, die aus einem dielektrischen Material bestehen können. Eine Bezugnahme auf ein Berührungssensorfeld kann hier sowohl die Elektroden des Berührungssensors als auch das Substrat, auf dem sie angeordnet sind, umfassen. Alternativ kann eine Bezugnahme auf ein Berührungssensorfeld ggf. nur die Elektroden des Berührungssensors, aber nicht das Substrat, auf dem sie angeordnet sind, umfassen.
Eine Elektrode kann ein Bereich aus leitfähigem Material sein, der eine bestimmte Form bildet, wie zum Beispiel eine Kreisscheibe, ein Quadrat, ein Rechteck, eine dünne Linie, oder andere geeignete Formen, oder geeignete Kombinationen derselben. Ein oder mehrere Schnitte in einer oder in mehreren Schichten aus leitfähigem Material können (zumindest zum Teil) die Form einer Elektrode bilden und der Bereich der Form kann (zumindest zum Teil) durch diese Schnitte begrenzt sein. In bestimmten Ausführungsformen kann das leitfähige Material einer Elektrode ungefähr 100% der Fläche ihrer Form bedecken. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann eine Elektrode aus Indiumzinnoxid (ITO) bestehen und das ITO der Elektrode kann ungefähr 100% der Fläche ihrer Form bedecken (manchmal als 100%ige Füllung bezeichnet). In bestimmten Ausführungsformen kann das leitfähige Material einer Elektrode deutlich weniger als 100% der Fläche ihrer Form bedecken. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann eine Elektrode aus dünnen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material (FLM) wie zum Beispiel aus Kupfer, Silber oder einem kupfer- oder silberhaltigen Material bestehen, und die feinen Leitungen aus leitfähigem Material können ungefähr 5% der Fläche ihrer Form in einem schraffierten, netzförmigen oder anderen geeigneten Muster bedecken. Eine Bezugnahme auf FLM kann hier ggf. derartige Materialien umfassen. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Elektroden aus bestimmten leitfähigen Materialien beschreibt oder illustriert, die bestimmte Formen mit einer bestimmten Füllung in einem bestimmten Muster bilden, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Elektroden bestehend aus jedem geeigneten leitfähigen Material, das jede geeignete Form mit jeder geeigneten Füllung in jedem geeigneten Muster bildet.
Die Formen der Elektroden (oder der anderen Elemente) eines Berührungssensorfeldes 10 können ggf. zusammen oder in Teilen ein oder mehrere Makromerkmale des Berührungssensorfeldes 10 bilden. Eine oder mehrere Eigenschaften der Implementierung dieser Formen (wie zum Beispiel des leitfähigen Materials, der Füllung oder des Musters innerhalb der Formen) können zusammen oder in Teilen ein oder mehrere Mikromerkmale des Berührungssensorfeldes 10 bestimmen. Eine oder mehrere Makromerkmale eines Berührungssensorfeldes 10 können eine oder mehrere Eigenschaften seiner Funktionalität bestimmen und ein oder mehrere Mikromerkmale des Berührungssensorfeldes 10 können ein oder mehrere optische Merkmale des Berührungssensors, wie zum Beispiel die Lichtdurchlässigkeit, Brechung oder Reflektion bestimmen.
Ein mechanischer Stapel kann das Substrat (oder mehrere Substrate) und das leitfähige Material, das die Elektroden des Berührungssensorfeldes 10 bildet, enthalten. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der mechanische Stapel eine erste Schicht aus einem optisch klaren Klebstoff (OCA) unterhalb eines Abdeckpanels enthalten. Das Abdeckpanel kann klar sein und aus einem widerstandsfähigen Material bestehen, das für eine wiederholte Berührung geeignet ist, wie zum Beispiel Glas, Polycarbonat, oder Polymethylmethacrylat (PMMA). Die vorliegende Offenbarung umfasst alle geeigneten Abdeckpanele bestehend aus jedem geeigneten Material. Die erste Schicht aus OCA kann zwischen dem Abdeckpanel und dem Substrat mit dem die Elektroden bildenden leitfähigen Material angeordnet sein. Der mechanische Stapel kann außerdem eine zweite Schicht aus OCA und eine dielektrische Schicht (die aus PET oder einem anderen geeigneten Material bestehen kann, ähnlich wie das Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Elektroden bildet) enthalten. Alternativ dazu kann ggf. eine dünne Beschichtung aus einem dielektrischen Material anstelle der zweiten Schicht aus OCA und der dielektrischen Schicht aufgebracht werden. Die zweite Schicht aus OCA kann zwischen dem Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Elektroden bildet, und der dielektrischen Schicht angeordnet sein, und die dielektrische Schicht kann zwischen der zweiten Schicht aus OCA und einem Luftspalt an einer Anzeige eines Geräts, das das Berührungssensorfeld 10 und die Berührungssensorsteuereinheit 12 enthält, angeordnet sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das Abdeckpanel eine Dicke von ungefähr 1 mm haben; die erste Schicht aus OCA kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben; das Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Elektroden bildet, kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben; die zweite Schicht aus OCA kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben; und die dielektrische Schicht kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben. Obwohl die vorliegende Offenbarung einen bestimmten mechanischen Stapel mit einer bestimmten Zahl bestimmter Schichten bestehend aus bestimmten Materialien mit bestimmten Dicken beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung jeden geeigneten mechanischen Stapel mit jeder geeigneten Zahl geeigneter Schichten aus geeigneten Materialien in geeigneten Dicken. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann in einer bestimmten Ausführungsform eine Schicht aus Klebstoff oder einem Dielektrikum die dielektrische Schicht, die zweite Schicht aus OCA und den oben beschriebenen Luftspalt ersetzen, so dass kein Luftspalt zur Anzeige hin besteht.
Ein oder mehrere Abschnitte des Substrats des Berührungssensorfeldes 10 können aus Polyethylenterephthalat (PET) oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Die vorliegende Offenbarung umfasst alle geeigneten Substrate, bei denen geeignete Abschnitte aus geeignetem Material bestehen. In bestimmten Ausführungsformen können die Elektroden in dem Berührungssensorfeld 10 ganz oder zum Teil aus ITO bestehen. In bestimmten Ausführungsformen können die Elektroden in dem Berührungssensorfeld 10 aus feinen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material bestehen. In einem nicht einschränkenden Beispiel könne ein oder mehrere Abschnitte des leitfähigen Materials aus Kupfer bestehen oder kupferhaltig sein und eine Dicke von ungefähr 5 μm oder weniger und eine Bereite von ungefähr 10 μm oder weniger haben. In einem weiteren Beispiel können ein oder mehrere Abschnitte des leitfähigen Materials aus Silber oder einem silberhaltigen Material bestehen und ebenfalls eine Dicke von ungefähr 5 μm oder weniger und eine Breite von ungefähr 10 μm oder weniger haben. Die vorliegende Offenbarung umfasst alle geeigneten Elektroden bestehend aus jedem geeigneten Material.
Das Berührungssensorfeld 10 kann eine kapazitive Form der Berührungserfassung implementieren. In einer Eigenkapazitätsimplementierung kann das Berührungssensorfeld 10 ein Feld von Elektroden beinhalten, die jeweils einen kapazitiven Knoten bilden. Eine gepulste oder alternierende Spannung, die (durch die Berührungssensorsteuereinheit 12) an die Elektroden angelegt wird, kann eine Ladung auf der Elektrode induzieren, und die Menge der induzierten Ladung kann empfindlich von externen Einflüssen (wie zum Beispiel einer Berührung oder der Gegenwart eines Objekts) abhängen. Wenn ein Objekt den kapazitiven Knoten berührt oder in dessen Nähe kommt, kann eine Kapazitätsänderung an dem kapazitiven Knoten auftreten und die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann die Kapazitätsänderung messen. Durch Messungen der Kapazitätsänderungen über das Feld 10 hinweg, kann die Berührungssensorsteuereinheit 12 die Position der Berührung oder Annäherung innerhalb des berührungsempfindlichen Bereichs oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensorfeldes 10 bestimmen. Die vorliegende Offenbarung umfasst jede geeignete Form von kapazitiver Erfassung.
Für eine Eigenkapazitätsimplementierung können die Elektroden in einem Muster auf einem einzigen Substrat angeordnet sein. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Konfiguration bestimmter Elektroden, die bestimmte Knoten bilden, beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Konfiguration aus geeigneten Elektroden, die beliebige geeignete Knoten bilden. Darüber hinaus umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Elektroden, die auf jeder geeigneten Zahl geeigneter Substrate in jedem geeigneten Muster angeordnet sind.
Wie oben stehend beschrieben wurde, kann eine Kapazitätsänderung an einem kapazitiven Knoten des Berührungssensorfeldes 10 eine Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Position des kapazitiven Knotens anzeigen. Die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann die Kapazitätsänderung detektieren und verarbeiten, um die Gegenwart und den Ort der Berührungs- oder Annäherungseingabe zu bestimmen. Die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann dann die Informationen über die Berührungs- oder Annäherungseingabe an eine oder mehrere andere Komponenten (wie zum Beispiel an eine oder mehrere Zentralverarbeitungseinheiten (CPUs)) eines Geräts, das das Berührungssensorfeld 10 und die Berührungssensorsteuereinheit 12 enthält, übertragen, welches wiederum auf die Berührungs- oder Annäherungseingabe durch die Initiierung einer Funktion des Geräts (oder einer auf dem Gerät laufenden Anwendung) reagiert. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Berührungssensorsteuereinheit mit einer bestimmten Funktionalität bezüglich eines bestimmten Gerätes und ein bestimmtes Berührungssensorfeld beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Berührungssensorsteuereinheit mit jeder geeigneten Funktionalität bezüglich jedes geeigneten Gerätes und jedes geeignete Berührungssensorfeld.
Die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann aus einer oder aus mehreren integrierten Schaltungen (ICs) bestehen, wie zum Beispiel aus Universalmikroprozessoren, Mikrokontrollern, programmierbaren logischen Geräten oder Feldern, anwendungsspezifischen ICs (ASICs). In bestimmten Ausführungsformen umfasst die Berührungssensorsteuereinheit 12 eine analoge Schaltung, eine digitale Logik und einen digitalen nichtflüchtigen Speicher. In bestimmten Ausführungsformen ist die Berührungssensorsteuereinheit 12 auf einer flexiblen gedruckten Leiterplatte (FPC) angeordnet, die mit dem Substrat des Berührungssensorfeldes 10 verbunden ist, wie unten stehend beschrieben wird. Die FPC kann ggf. aktiv oder passiv sein. In bestimmten Ausführungsformen sind mehrere Berührungssensorsteuereinheiten 12 auf der FPC angeordnet. Die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann eine Prozessoreinheit, eine Ansteuereinheit, eine Ausleseeinheit und eine Speichereinheit beinhalten. Die Ansteuereinheit kann Ansteuersignale an die Elektroden des Berührungssensorfeldes 10 anlegen. Die Ausleseeinheit kann Ladungen an den kapazitiven Knoten des Berührungssensorfeldes 10 erfassen und Messsignale an die Verarbeitungseinheit liefern, die die Kapazitäten an den kapazitiven Knoten repräsentieren. Die Verarbeitungseinheit kann das Anlegen der Ansteuersignale an die Elektroden durch die Ansteuereinheit steuern und die Messsignale von der Ausleseeinheit verarbeiten, um die Gegenwart und den Ort einer Berührungs- oder Annäherungseingabe innerhalb des berührungsempfindlichen Bereichs oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensorfeldes 10 zu detektieren und zu verarbeiten. Die Verarbeitungseinheit kann auch Änderungen in der Position einer Berührungs- oder Annäherungseingabe innerhalb des berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensors 10 verfolgen. Die Speichereinheit kann Programme zur Ausführung durch die Verarbeitungseinheit beinhalten, inklusive Programme zur Steuerung der Ansteuereinheit zum Anlegen der Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden, Programme zur Verarbeitung der Messsignale von der Ausleseeinheit und andere geeignete Programme. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Berührungssensorsteuereinheit beschreibt, die eine bestimmte Implementierung mit bestimmten Komponenten hat, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Berührungssensorsteuereinheiten in jeder geeigneten Implementierung mit allen geeigneten Komponenten.
Leiterbahnen 14 aus leitfähigen Material, die auf dem Substrat des Berührungssensorfeldes 10 angeordnet sind, können die Elektroden des Berührungssensors 10 mit Verbindungsflächen 16 verbinden, die ebenfalls auf dem Substrat des Berührungssensorfeldes 10 angeordnet sind. Wie unten stehend beschrieben wird, ermöglichen die Verbindungsflächen 16 eine Kopplung der Leiterbahnen 14 mit der Berührungssensorsteuereinheit 12. Die Leiterbahnen 14 können sich in oder um (zum Beispiel an den Rändern) des berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensors 10 erstrecken. Bestimmte Leiterbahnen 14 können Ansteuerverbindungen zur Kopplung der Berührungssensorsteuereinheit 12 mit den Elektroden des Berührungssensorfeldes 10 zur Verfügung stellen, über die die Ansteuereinheit der Berührungssensorsteuereinheit 12 Ansteuersignale an die Elektroden liefert. Andere Leiterbahnen 14 können Ausleseverbindungen zur Kopplung der Berührungssensorsteuereinheit 12 mit den Elektroden des Berührungssensors 10 zur Verfügung stellen, über die die Ausleseeinheit der Berührungssensorsteuereinheit 12 Ladungen an den kapazitiven Knoten des Berührungssensorfeldes 10 erfasst. Die Leiterbahnen 14 können aus feinen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material bestehen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das leitfähige Material der Leiterbahnen 14 Kupfer oder kupferhaltig sein und eine Breite von ungefähr 100 μm oder weniger haben. In einem weiteren Beispiel kann das leitfähige Material der Leiterbahnen 14 Silber oder silberhaltig sein und eine Breite von ungefähr 100 μm oder weniger haben. In bestimmten Ausführungsformen können die Leiterbahnen 14 ganz oder teilweise aus ITO bestehen, zusätzlich zu oder alternativ zu feinen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Leiterbahnen aus bestimmten Materialien mit bestimmten Breiten beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Leiterbahnen bestehend aus jedem geeigneten Material mit jeder geeigneten Breite. Zusätzlich zu den Leiterbahnen 14 kann das Berührungssensorfeld 10 eine oder mehrere Masseleitungen beinhalten, die an einem Masseverbinder (der eine Verbindungsfläche 16 sein kann) an einem Rand des Substrats des Berührungssensorfeldes 10 enden (ähnlich wie die Leiterbahnen 14).
Die Verbindungsflächen 16 können entlang einer oder mehrerer Ränder des Substrats außerhalb des berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensorfeldes 10 angeordnet sein. Wie oben stehend beschrieben wurde, kann die Berührungssensorsteuereinheit 12 auf einer FPC angeordnet sein. Die Verbindungsflächen 16 können aus dem gleichen Material bestehen wie die Leiterbahnen 14 und können mit der FPC unter Verwendung eines anisotropen leitfähigen Films (ACF) verbunden sein. Die Verbindung 18 kann Leiterbahnen auf der FPC beinhalten, die die Berührungssensorsteuereinheit 12 mit Verbindungsflächen 16 koppelt, die wiederum die Berührungssensorsteuereinheit 12 mit den Leiterbahnen 14 und den Elektroden des Berührungssensorfeldes 10 koppeln. In einer anderen Ausführungsform können die Verbindungsflächen 16 mit einem elektromechanischen Verbinder (wie zum Beispiel einem kraftlos einsteckbaren Kabel-Leiterplattenverbinder) verbunden sein. In dieser Ausführungsform muss die Verbindung 18 keine FPC enthalten. Die vorliegende Offenbarung umfasst alle geeigneten Verbindungen 18 zwischen der Berührungssensorsteuereinheit 12 und dem Berührungssensor 10.
2A–B zeigen ein Schema einer beispielhaften Eigenkapazitätsmessung. In dem Beispiel der 2A ist eine Elektrode 24 des Berührungssensors mit einer Messschaltung 20 verbunden. Wie unten stehend beschrieben wird, bildet die Elektrode 24 eine Kapazität gegenüber Erde, die im freien Raum verteilt ist. In bestimmten Ausführungsformen kann die Kapazität gegenüber Erde mehrere Elemente beinhalten, wie zum Beispiel die Kapazitäten der Leiterbahnen im Silizium, Leiterbahnen auf der gedruckten Leiterplatte (PCB), Elektroden 24 bestehend aus leitfähigem Material (ITO, Kupfernetzwerk, etc.) oder ein Objekt, das eine Berührungseingabe liefert. Die Elektrode 24 hat eine kapazitive Kopplung nach Erde über die umgebenden Objekte, die galvanisch oder kapazitiv mit Erde verbunden sind. Wie oben stehend beschrieben wurde, kann die Messschaltung 20 der Berührungssensorsteuereinheit ein Ansteuersignal übertragen und ein Signal erfassen, das eine Berührungs- oder Annäherungseingabe anzeigt, zum Beispiel von einem Finger 22 über die Elektrode 24. In bestimmten Ausführungsformen erzeugt die Messschaltung 20 der Berührungssensorsteuereinheit das Ansteuersignal, das durch die Elektrode 24 übertragen wird, und erfasst die Kapazität gegenüber Erde. Die Kapazität der umgebenden Materialien beinhaltet zumindest zum Teil die Kapazität zwischen der Elektrode 24 und Erde, wobei der Finger 22 die Berührungs- oder Annäherungseingabe liefert. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Kapazität, die durch den Finger 22, der die Berührungs- oder Annäherungseingabe liefert, 5–10% der Kapazität ausmachen, die durch die Elektrode 24 erfasst wird.
In dem Beispiel der 2B erzeugt das von der Elektrode 24 übertragene Ansteuersignal ein elektrisches Feld, das von der Elektrode 24 zu einer Signalerde des Berührungssensors ausgeht. Die Signalerde ist galvanisch oder kapazitiv mit Erde gekoppelt. Die Gegenwart des Fingers 22 beeinflusst das elektrische Feld und damit wiederum die an der Elektrode 24 durch die Messschaltung 20 erfasste Ladungsmenge. Wenn der Finger 22 sich der Elektrode 24 annähert, so nimmt die durch die Messschaltung 20 erfasste Kapazität zwischen der Elektrode 24 und Erde zu. Obwohl die vorliegende Offenbarung die Messschaltung als in der Berührungssensorsteuereinheit integriert beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung auch Messschaltungen, die eine diskrete Schaltung oder Teil einer geeigneten Schaltung sind.
3 zeigt ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm mit einem Kompensationskondensator für Eigenkapazitätsmessungen. Die Eigenkapazitätsmessschaltung 20 bestimmt eine Änderung an einer Berührungssensorkapazität, die in dem Beispiel der 3 schematisch durch den Messkondensator C_X dargestellt ist. In bestimmten Ausführungsformen wird der Messkondensator C_X zum Teil zwischen einer Elektrode des Berührungssensors und anderem leitfähigen Material des Berührungssensors (nicht dargestellt) gebildet, das kapazitiv oder galvanisch mit Erde gekoppelt ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das leitfähige Material des Berührungssensors Abschnitte von Leiterbahnen, Anschlüssen oder internen Netzwerken des Berührungssensors beinhalten. Wie oben stehend beschrieben wurde, erfasst die Elektrode des Berührungssensors die Kapazität zwischen dem Finger, der die Berührungs- oder Annäherungseingabe liefert, über das elektrische Feld, das durch die Elektrode übertragen wird.
Der Teil der Messkapazität C_X, der die Elektrode beinhaltet, ist mit einer Spannung V_DD oder Erde über Schalter S₁ bzw. S₂ gekoppelt. In bestimmten Ausführungsformen ist die Spannung V_DD eine Versorgungsspannung des Berührungssensors. In anderen Ausführungsformen kann der Schalter S₁ mit einer anderen Spannung als mit der Spannung V_DD verbunden sein. Der Schalter S₃ verbindet den Elektrodenanteil des Messkondensators C_X mit einem Kompensationskondensator C_C. Ein Anschluss des Kompensationskondensators C_C ist mit der Spannung V_DD oder Erde über die Schalter S₆ bzw. S₇ verbunden. In bestimmten Ausführungsformen kann der Schalter S₆ mit einer anderen Spannung als mit V_DD gekoppelt sein. Die Anschlüsse des Kompensationskondensators C_C sind miteinander über den Schalter S₄ verbunden. Der Kompensationskondensator C_C ist mit einer Integratorschaltung 30 über den Schalter S₅ verbunden. Wie unten stehend beschrieben wird, arbeitet der Eingangsknoten 36 der Eigenkapazitätsmessschaltung 20 als Eingangsknoten für die Integratorschaltung 30. Der Ausgang der Integratorschaltung 30 ist mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 34 verbunden.
Die Integratorschaltung 30 enthält einen Operationsverstärker (op-amp) 32, dessen positiver Eingang mit einer Referenzspannung V_REF verbunden ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Referenzspannung V_REF im Wesentlichen die Hälfte der Versorgungsspannung des Berührungssensors betragen. Der Operationsverstärker 32 ist über die Schalter S₈ und S₉ mit dem Integrationskondensator C_S verbunden. Die Anschlüsse des Integrationskondensators C_S sind miteinander über den Schalter S₁₀ verbunden. Die Schalter S₈ und S₉ bestimmen die Konfiguration des Integrationskondensators C_S bezüglich des negativen Eingangs und des Ausgangs des Operationsverstärkers 32. Wenn die Schalter S₉ offen und die Schalter S₈ geschlossen sind, sind die Anschlüsse des Integrationskondensators C_S in einer bestimmten Weise mit dem negativen Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 32 verbunden. Wenn die Schalter S₈ offen und die Schalter S₉ geschlossen sind, sind die Anschlüsse des Integrationskondensators C_S in umgekehrter Weise bzgl. der oben stehenden Konfiguration verbunden. In bestimmten Ausführungsformen führt eine Umkehrung der Konfiguration der Anschlüsse des Integrationskondensators C_S zwischen den Messungen zu einer Umkehrung der Polarität der Ladung (und damit der Spannung), die auf dem Integrationskondensator C_S während der nachfolgenden Messung akkumuliert wurde, relativ zur Polarität der Ladung auf dem Integrationskondensator C_S, die während der anfänglichen Messung akkumuliert wurde, wie unten stehend beschrieben wird. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Anordnung bestimmter Komponenten für die Eigenkapazitätsmessschaltung und die Integratorschaltung beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Anordnung geeigneter Komponenten für die Eigenkapazitätsmessschaltung und die Integratorschaltung. Darüber hinaus umfasst die vorliegende Offenbarung die Verwendung der Eigenkapazitätsmessschaltung für jede geeignete Form von kapazitiver Berührungserfassung, wie zum Beispiel für eine Gegenkapazitätserfassung.
4 illustriert ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm mit einem externen Kompensationskondensator für Eigenkapazitätsmessungen. Wie oben stehend beschrieben wurde, bestimmt die Eigenkapazitätsmessschaltung 20 eine Änderung einer Berührungssensorkapazität, die in dem Beispiel der 4 schematisch durch den Messkondensator C_X dargestellt ist. In bestimmten Ausführungsformen wird der Messkondensator C_X zum Teil zwischen einer Elektrode des Berührungssensors und anderem leitfähigen Material des Berührungssensors (nicht dargestellt) gebildet, das kapazitiv oder galvanisch mit Erde gekoppelt ist. Wie oben stehend beschrieben wurde, erfasst die Elektrode des Berührungssensors die Kapazität zwischen dem Finger, der die Berührungs- oder Annäherungseingabe liefert, über das elektrische Feld, das durch die Elektrode übertragen wird.
Der Kompensationskondensator für die Eigenkapazitätsmessschaltung 20 ist aufgeteilt in einen Kompensationskondensator C_C2, der innerhalb der Eigenkapazitätsmessschaltung 20 liegt, und einen Kompensationskondensator C_C1 der außerhalb der Eigenkapazitätsmessschaltung 20 liegt. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist die Kapazität des Kompensationskondensators C_C1 größer als die Kapazität des Kompensationskondensators C_C2. In einem anderen Beispiel ist die Kapazität des externen Kompensationskondensators C_C1 fest. Der Abschnitt des Messkondensators C_X, der die Elektrode beinhaltet, ist über die Schalter S₁ und S₂ mit einer Spannung V_DD bzw. mit Masse verbunden. In bestimmten Ausführungsformen ist die Spannung V_DD die Versorgungsspannung des Berührungssensors. Ein Anschluss des Kompensationskondensators C_C1 ist mit der Elektrode des Berührungssensors über den Messkondensator C_X gekoppelt.
Der andere Anschluss des Kompensationskondensators C_C1 ist mit der Spannung V_DD oder mit Erde über die Schalter S₁₁ bzw. S₁₂ verbunden. In bestimmten Ausführungsformen können die Schalter S₁, S₆ und S₁₁ mit einer anderen Spannung als wie mit V_DD verbunden sein.
Der Schalter S₃ verbindet den Elektrodenabschnitt des Messkondensators C_X mit einem Kompensationskondensator C_C2. Ein Anschluss des Kompensationskondensators C_C2 ist mit einer Spannung V_DD oder mit Erde über die Schalter S₆ bzw. S₇ verbunden. Die Anschlüsse des Kompensationskondensators C_C2 sind miteinander über den Schalter S₄ verbunden. Der Kompensationskondensator C_C1 ist mit der Integratorschaltung 30 über die Schalter S₃ und S₅ verbunden und der Kompensationskondensator C_C2 ist mit der Integratorschaltung 30 über den Schalter S₅ verbunden. Wie unten stehend beschrieben wird, arbeitet der Eingangsknoten 36 der Eigenkapazitätsmessschaltung 20 als Eingangsknoten der Integratorschaltung 30. Der Ausgang der Integratorschaltung 30 ist mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 34 verbunden.
Die Integratorschaltung 30 enthält einen Operationsverstärker 32, wobei ein positiver Eingang mit einer Referenzspannung V_REF verbunden ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Referenzspannung V_REF im Wesentlichen die Hälfte der Versorgungsspannung des Berührungssensors betragen. Der Operationsverstärker 32 ist mit dem Integrationskondensator C_S über die Schalter S₈ und S₉ verbunden. Die Anschlüsse des Integrationskondensators C_S sind miteinander über den Schalter S₁₀ verbunden. Wie oben stehend beschrieben wurde, bestimmen die Schalter S₈ und S₉ die Konfiguration des Integrationskondensators C_S bezüglich des negativen Eingangs und des Ausgangs des Operationsverstärkers 32. Wenn die Schalter S₉ offen und die Schalter S₈ geschlossen sind, sind die Anschlüsse des Abtastkondensators C_S in einer bestimmten Weise mit dem negativen Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 32 verbunden. Wenn die Schalter S₈ offen und die Schalter S₉ geschlossen sind, sind die Anschlüsse des Integrationskondensators C_S in der umgekehrten Weise verbunden. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist das Eingangssignal an den Schalter S₉ ein invertiertes Signal des Eingangs an den Schalter S₈, so dass jeweils nur eine der beiden Konfigurationen des Integrationskondensators C_S zu einem gegebenen Zeitpunkt ausgewählt ist. Wie oben stehend beschrieben wurde, führt eine Umkehrung der Konfiguration der Anschlüsse des Integrationskondensators C_S zwischen den Messungen zu einer Umkehrung der Polarität der Ladung (und damit der Spannung) auf dem Integrationskondensator C_S, die während der nachfolgenden Messung akkumuliert wird, relativ zur Ladung auf dem Integrationskondensator C_S, die während der anfänglichen Messung akkumuliert wurde, wie unten stehend beschrieben wird.
Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Anordnung bestimmter Komponenten für die Eigenkapazitätsmessschaltung und die Integratorschaltung beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Anordnung geeigneter Komponenten für die Eigenkapazitätsmessschaltung und die Integratorschaltung. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Anordnung bestimmter Komponenten für die Eigenkapazitätsmessschaltung und die Integratorschaltung beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Anordnung geeigneter Komponenten für die Eigenkapazitätsmessschaltung und die Integratorschaltung. Darüber hinaus umfasst die vorliegende Offenbarung die Verwendung der Eigenkapazitätsmessschaltung für jede geeignete Form von kapazitiver Berührungserfassung, wie zum Beispiel eine Gegenkapazitätserfassung.
5A–B zeigen die Spannung an einem Eingangsknoten und an einem Integrationskondensator als Funktion der Zeit für eine beispielhafte Eigenkapazitätsmessung. Vor dem Zeitpunkt 1 ist der Eingangsknoten 36 schwebend und die Spannung am Eingangsknoten 36 hängt von der Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X und dem Kompensationskondensator C_C oder dem Kompensationskondensator C_C2 ab, falls ein externer Kompensationskondensator verwendet wird. Zum Zeitpunkt 1 wird eine Spannung an den Kompensationskondensator C_C oder die Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 angelegt. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist die an den Kompensationskondensator C_C oder die Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 angelegte Spannung die Versorgungsspannung des Berührungssensors.
Das Anlegen der Spannung führt dazu, dass eine Ladungsmenge zwischen dem Messkondensator C_X und dem Kompensationskondensator C_C oder den Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 aufgeteilt wird. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Messkapazität C_CX in Reihe mit dem Kompensationskondensator C_C oder den Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 geschaltet sein, wobei die Spannung an den Kompensationskondensator C_C oder die Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 angelegt wird. Die Aufteilung der Ladung zwischen der Messkapazität C_X und dem Kompensationskondensator C_C oder den Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 führt dazu, dass die Spannung am Eingangsknoten 36 durch die Kapazität des Kompensationskondensators C_C oder der Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 relativ zur Messkapazität C_X festgelegt wird.
Wie oben stehend beschrieben wurde, beeinflusst eine Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Elektrode des Berührungssensors die Ladungsmenge auf der Messkapazität C_X. Im Falle dass die Kapazität des Kompensationskondensators C_C oder der Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 im Wesentlichen gleich ist der Messkapazität C_X, wird die Ladungsmenge im Wesentlichen zu gleichen Teilen auf die Messkapazität C_X und den Kompensationskondensator C_C oder die Summe der Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 aufgeteilt. In bestimmten Ausführungsformen ist die Kapazität des Kompensationskondensators C_C oder der Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 kalibriert, so dass die Kapazität des Kompensationskondensators C_C oder die Summe der Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 im Wesentlichen gleich ist zum Messkondensator C_X in der Abwesenheit einer Berührungs- oder Annäherungseingabe an den Berührungssensor, wie unten stehend beschrieben wird. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist die Spannung am Eingangsknoten 36 in Abwesenheit einer Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Elektrode nach der Ladungsaufteilung im Wesentlichen gleich der Referenzspannung V_REF.
In Gegenwart einer Berührungs- oder Annäherungseingabe wird die scheinbare Kapazität der Messkapazität C_X durch die Kapazität zwischen dem Finger und der Elektrode erhöht. In diesem Fall ist die resultierende Spannung am Eingangsknoten 36 niedriger als die Spannung in Abwesenheit der Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Elektrode. In dem Beispiel der 5A ist zum Zeitpunkt 2 die Spannung am Eingangsknoten 36 nach der Ladungsaufteilung um einen Betrag proportional zur Differenz der Kapazitäten zwischen der Messkapazität C_X und dem Kompensationskondensator C_C oder der Summe der Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 niedriger als die Referenzspannung V_REF.
Zum Zeitpunkt 2 wird die Spannung am Eingangsknoten 36 durch Anlegen der Referenzspannung V_REF am negativen Eingang des Operationsverstärkers geändert. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist die Referenzspannung V_REF im Wesentlichen gleich der Hälfte der Versorgungsspannung des Berührungssensors. Das Anlegen der Referenzspannung V_REF am Eingangsknoten 36 führt dazu, dass die Spannung nach der Ladungsaufteilung auf die Referenzspannung V_REF abgeändert wird. Eine Ladungsmenge wird auf den Integrationskondensator C_S der Integratorschaltung transferiert. Wie in dem Beispiel der 5B zwischen den Zeitpunkten 1 und 2 dargestellt, verstärkt die Integration der transferierten Ladungsmenge die Differenz zwischen der Spannung nach der Ladungsaufteilung und der Referenzspannung V_REF. In bestimmten Ausführungsformen kann die Differenz zwischen der Spannung am Eingangsknoten 36 nach der Ladungsaufteilung und der Referenzspannung V_REF direkt unter Verwendung des ADC-Ausgangs oder indirekt über den Ausgang der Integratorschaltung gemessen werden. Eine Berührungs- oder Annäherungseingabe wird relativ zu einer kalibrierten Spannungsdifferenz zwischen der gemessenen Spannung nach der Ladungsaufteilung und der Referenzspannung V_REF in Abwesenheit einer Berührungs- oder Annäherungseingabe bestimmt.
LF-Rauschen kann die durch die Elektrode des Berührungssensors detektierte Eingabe stören. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann niederfrequentes Rauschen (LF: low-frequency) von der Spannungsversorgung des Berührungssensors herrühren, die bei 50–60 Hz betrieben wird. In einem anderen Beispiel kann das LF-Rauschen eine große Amplitude haben, wie zum Beispiel 100 V oder mehr. Während einer Ladungsübertragung kann eine LF-Rauschquelle eine Ladungsmenge auf den Messkondensator C_X übertragen. Abhängig davon, ob das LF-Rauschen auf der fallenden oder der steigenden Flanke der LF-Signalform positioniert ist, führt die eingebrachte Ladung zu einer Erhöhung oder zu einer Verminderung der Ladung auf dem Messkondensator C_X in Form eines Offsets zur Änderung der Ladung auf dem Messkondensator C_X, die durch die Messschaltung durchgeführt wird. Im Falle dass sequentielle Messungen durchgeführt werden, erscheint die durch die LF-Rauschquelle hinzugefügte oder weggenommene Ladung als Gleichspannungsverschiebung des Signals von dem Messkondensator C_X. Abhängig von der Messfrequenz, kann die Gleichspannungsverschiebung die Amplitude oder Polarität des Signals von dem Messkondensator C_X modifizieren.
Die beispielhaften Eigenkapazitätsmessschaltungen aus 3 und 4 können dazu eingerichtet werden, eine Eigenkapazitätsmessung mit LF-Rauschunterdrückung durchzuführen. In dem Beispiel der 3 und 4 wird der Integrationskondensator C_S der Integratorschaltung durch Öffnen oder Schließen der Schalter S₈ und S₉ konfiguriert. Wie oben stehend beschrieben wurde, kehrt das Öffnen oder Schließen der Schalter S₈ und S₉ die Konfiguration der Anschlüsse des Integrationskondensators C_S zwischen den Messungen um, um so die Polarität der Spannung am Integrationskondensator C_S zu invertieren. In einem nicht einschränkenden Beispiel stellt das Schließen der Schalter S₈ und das Öffnen der Schalter S₉ eine bestimmte Konfiguration des Integrationskondensators C_S her. Wenn die Polarität der Spannung am Integrationskondensator C_S invertiert wird und die Polarität der nachfolgenden Messung bezüglich der anfänglichen Messung invertiert wird, wird der Effekt der beiden Umkehrungen aufgehoben, wodurch ein nicht invertiertes Signal resultiert. Wie unten stehend beschrieben wird, unterdrückt die Invertierung der Polarität der Spannung und die Kombination der anfänglichen und der nachfolgenden Messungen den LF-Offset, der beiden Messungen gemein ist. Wie oben stehend beschrieben wurde, wird die Berührungs- oder Annäherungseingabe relativ zu einer kalibrierten Differenz der Spannung am Eingangsknoten 36 nach der ersten und der zweiten Ladungsaufteilung und der Referenzspannung V_REF in Abwesenheit einer Berührungs- oder Annäherungseingabe bestimmt.
Zwischen den Zeitpunkten 2 und 3 wird die Polarität der Spannung des Integrationskondensators C_S durch die Schalter S₈ und S₉ umgekehrt und die Ladung am Messkondensator C_X wird geändert, was dazu führt, dass die Spannung am Messkondensator C_X im Wesentlichen gleich ist der Versorgungsspannung des Berührungssensors. Die Messkapazität C_X ist parallel zum Kompensationskondensator C_C oder den Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 geschaltet, in dem der Kompensationskondensator C_C oder die Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 mit Erde verbunden werden. Wie oben stehend beschrieben wurde, ist die Messkapazität C_X kapazitiv mit Erde gekoppelt. Die Kopplung der Messkapazität C_X parallel zum Kompensationskondensator C_C oder den Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 führt dazu, dass eine Ladungsmenge zwischen der Messkapazität C_X und dem Kompensationskondensator C_C oder den Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 aufgeteilt wird. Wie oben stehend beschrieben wurde, führt die Ladungsaufteilung zwischen dem Messkondensator C_X und dem Kompensationskondensator C_C oder den Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 dazu, dass die Spannung am Eingangsknoten 36 durch die Kapazität des Kompensationskondensators C_C oder der Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 relativ zum Messkondensator C_X festgelegt wird.
Zum Zeitpunkt 3 wird die Spannung am Eingangsknoten 36 durch Anlegen der Referenzspannung V_REF an den negativen Eingang des Operationsverstärkers geändert. Das Anlegen der Referenzspannung V_REF am Eingangsknoten 36 führt dazu, dass sich die Spannung nach der Ladungsaufteilung auf die Referenzspannung V_REF abändert. Die übertragene Ladung wird durch den Integrationskondensator bis zum Zeitpunkt 4 integriert, zu dem die Spannung am Eingangsknoten 36 im Wesentlichen gleich der Referenzspannung V_REF ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel verringert die Ladungsübertragung im Beispiel der 5A die Spannung am Eingangsknoten 36 auf die Referenzspannung V_REF. In bestimmten Ausführungsformen misst die Integratorschaltung die übertragene Ladungsmenge, die die Spannung am Messkondensator C_X von der Spannung nach der Ladungsaufteilung auf die Referenzspannung V_REF abändert. Die Spannung am Abtastkondensator C_S variiert um einen Betrag, der proportional ist zur übertragenen Ladungsmenge. Wie in dem Beispiel der 5B zwischen den Zeitpunkten 3 und 4 dargestellt, hebt sich der Effekt der beiden Invertierungen auf und führt zu einem nicht invertierten Signal. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Beziehung der Spannung am Eingangsknoten 36 zur Referenzspannung beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jedes geeignete Verhältnis der Spannung am Eingangsknoten 36 relativ zur Referenzspannung, wie zum Beispiel dass die Spannung am Eingangsknoten 36 größer, kleiner oder im Wesentlichen gleich der Referenzspannung ist.
Das zu den Zeitpunkten 1 und 2 und den Zeitpunkten 3 und 4 vorliegende LF-Rauschen wird als Gleichspannungsverschiebung in beiden Messungen beobachtet. Bei Messungen, die innerhalb eines vergleichsweise kurzen Zeitintervalls ausgeführt werden, hat das induzierte Rauschen die gleiche Polarität und Amplitude, während die Messsignale die gleiche Amplitude und entgegen gesetzte Polarität haben. Wie oben stehend beschrieben, können Gleichspannungsverschiebungen eine Frequenz haben, die niedriger ist als eine Messfrequenz und eine Signalfluktuation verursachen. Die Rauschverschiebung der Eigenkapazitätsmessung wird unterdrückt, in dem die zweite Spannungsdifferenz und die zugehörige Rauschkomponente invertiert wird und das Signal mit der ersten Spannungsdifferenz durch die Konfiguration der Schalter S₈ und S₉ subtrahiert wird. Um eine Aufhebung des Messsignals zu vermeiden, wird die Polarität des Signals von einer der beiden Messungen relativ zur Referenzspannung V_REF am Eingangsknoten 36 vor der Subtraktion der Signale invertiert. Wie oben stehend beschrieben wurde, wird die Berührungs- oder Annäherungseingabe relativ zu einer kalibrierten Differenz der Spannungen am Eingangsknoten 36 nach der Ladungsaufteilung und der Referenzspannung V_REF ohne eine Berührungs- oder Annäherungseingabe festgestellt.

Tabelle 1 zeigt eine Beispielsequenz für den Betrieb der beispielhaften Eigenkapazitätsmessschaltung aus 3. Im Schritt 2 wird eine Spannung an den Kompensationskondensator C_C angelegt, der in Reihe mit der Messkapazität C_X geschaltet ist. Die Ladungsaufteilung modifiziert die Spannung am Eingangsknoten 36 auf eine Spannung, die proportional ist zur Kapazität des Kompensationskondensators C_C relativ zur Messkapazität C_X. Wie oben stehend beschrieben wurde, hängt die Ladungsverteilung zumindest zum Teil davon ab, ob eine Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Elektrode des Berührungssensors vorliegt oder nicht. Im Schritt 3 wird die Ladungsmenge gemessen, die die Spannung am Eingangsknoten 36 nach der Ladungsaufteilung auf die Referenzspannung V_REF abändert, wie oben stehend beschrieben wurde. In den Schritten 4 und 5 wird die Konfiguration des Integrationskondensators C_S umgedreht und der Kompensationskondensator C_C parallel zur Messkapazität C_X geschaltet. Die Parallelkombination des Kompensationskondensators C_C und der Messkapazität C_X führt zu einer zweiten Ladungsaufteilung zwischen dem Kompensationskondensator C_C und der Messkapazität C_X. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Reihenfolge der Schritt in Tabelle 1 beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Reihenfolge der Schritte zur Ausführung von Eigenkapazitätsmessungen.

Schritt	S₁	S₂	S₃	S₄	S₅	S₆	S₇	S₈	S₉	S₁₀	Beschreibung
1	aus	ein	aus	ein	aus	aus	aus	ein	aus	ein	Entladen des Integrationskondensators C_S, der Messkapazität C_X und des Kompensationskondensators C_C
2	aus	aus	ein	aus	aus	ein	aus	ein	aus	aus	Ladungsaufteilung zwischen der Messkapazität C_X und dem Kompensationskondensator C_C
3	aus	aus	ein	aus	ein	aus	aus	ein	aus	aus	Integration der Ladung aus der Spannungsdifferenz zwischen der Spannung nach der Ladungsaufteilung und der Referenzspannung V_REF
											Endpunkt für die einseitige Messung
4	ein	aus	aus	ein	aus	aus	aus	aus	ein	aus	Entladung des Kompensationskondensators C_C und Aufladen der Sensorkapazität C_X auf V_DD; und Umkehrung der Konfiguration des Integrationskondensators C_S
5	aus	aus	ein	aus	aus	aus	ein	aus	ein	aus	Parallelschalten des Kompensationskondensators C_C mit der Messkapazität C_X
6	aus	aus	ein	aus	ein	aus	aus	aus	ein	aus	Integration der Ladung aus der Spannungsdifferenz zwischen der Spannung nach der zweiten Ladungsaufteilung und der Referenzspannung V_REF
7											Bestimmung der Berührungseingabe auf Basis der Spannung am Ausgang des Integrators

TABELLE 1

Tabelle 2 illustriert eine Beispielsequenz für den Betrieb der beispielhaften Eigenkapazitätsmessschaltung mit einem externen Kompensationskondenstor aus 4. In Schritt 2 wird eine Spannung an die Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 angelegt, die in Reihe mit der Messkapazität C_X geschaltet sind. Die Ladungsaufteilung modifiziert die Spannung am Eingangsknoten 36 auf eine Spannung, die proportional ist zur Summe der Kapazität der Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 relativ zur Messkapazität C_X. Wie oben stehend beschrieben wurde, hängt die Aufteilung der Ladung zumindest zum Teil davon ab, ob eine Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Elektrode des Berührungssensors vorliegt. Im Schritt 3 wird die Ladungsmenge gemessen, die die Spannung am Eingangsknoten 36 nach der Ladungsaufteilung auf die Referenzspannung V_REF abändert, wie oben stehend beschrieben wurde. In den Schritten 4 und 5 wird die Konfiguration des Integrationskondensators C_S umgedreht und die Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 parallel zur Messkapazität C_X geschaltet. Die Parallelkombination aus den Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 und der Messkapazität C_X führt zu einer zweiten Ladungsaufteilung zwischen den Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 und der Messkapazität C. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Reihenfolge der Schritte in Tabelle 2 beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Reihenfolge der Schritte zur Durchführung differentieller Eigenkapazitätsmessungen.

Schritt

S₁

S₂

S₃

S₄

S₅

S₆

S₇

S₈

S₉

S₁₀

S₁₁

S₁₂

Beschreibung

1

aus

ein

aus

ein

aus

ein

aus

ein

aus

ein

Entladen des Integrationskondensators C_S, der Messkapazität C_X und des Kompensationskondensators C_C

2

aus

ein

aus

ein

aus

ein

aus

ein

aus

Aufteilung der Ladung zwischen der Messkapazität C_X und den Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2

3

aus

ein

aus

ein

aus

ein

aus

Integration der Ladung aus der Spannungsdifferenz zwischen der Spannung nach der Ladungsaufteilung und der Referenzspannung V_REF

Endpunkt für die einseitige Messung

4

ein

aus

ein

aus

ein

aus

ein

aus

Entladen des Kompensationskondensators C_C und Aufladen der Messkapazität C_X auf V_DD; und Umkehren der Konfiguration des Integrationskondensators C_S

5

aus

ein

aus

ein

aus

ein

aus

ein

Parallelschalten der Kompensationskondensatoren C_C1 und C_C2 mit der Messkapazität C_X

6

aus

ein

aus

ein

aus

ein

aus

Integration der Ladung aus der Spannungsdifferenz zwischen der Spannung nach der zweiten Ladungsaufteilung und der Referenzspannung V_REF

7

Feststellen einer Berührungseingabe auf Basis der Spannung am Ausgang des Integrators

TABELLE 2

Tabelle 3 illustriert eine Beispielsequenz für den Betrieb zur Isolierung der Messkapazität der beispielhaften Eigenkapazitätsmessschaltung aus 3. In bestimmten Ausführungsformen kann die Beispielsequenz des in Tabelle 1 beschriebenen und illustrierten Betriebs abgewandelt werden, um die Messkapazität C_X von der Messschaltung während des Ladungstransfers zu trennen. Im Schritt 2 wird eine Spannung an den Kompensationskondensator C_C angelegt, der in Reihe mit der Messkapazität C_X geschaltet ist. Die Ladungsaufteilung ändert die Spannung am Eingangsknoten 36 auf eine Spannung ab, die proportional ist zur Kapazität des Kompensationskondensators C_C relativ zur Messkapazität C_X. Wie oben stehend beschrieben wurde, hängt die Aufteilung der Ladung zumindest zum Teil davon ab, ob eine Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Elektrode des Berührungssensors vorliegt. Im Schritt 3 wird die Ladungsmenge gemessen, die die Spannung am Eingangsknoten 36 nach der Ladungsaufteilung auf die Referenzspannung V_REF abändert, wie oben stehend beschrieben wurde. In bestimmten Ausführungsformen wird die Messkapazität C_X von der Messschaltung durch Öffnen des Schalters S₅ getrennt. In anderen Ausführungsformen wird die Versorgungsspannung des Berührungssensors an einem Anschluss des Kompensationskondensators C_C angelegt.

In den Schritten 4 und 5 wird die Konfiguration des Integrationskondensators C_S umgedreht und der Kompensationskondensator C_C parallel zur Messkapazität C_X geschaltet. Die Parallelkombination aus dem Kompensationskondensator C_C und der Messkapazität C_X führt zu einer zweiten Ladungsaufteilung zwischen dem Kompensationskondensator C_C und der Messkapazität C_X. Im Schritt 6 wird die Ladungsmenge gemessen, die die Spannung am Eingangsknoten 36 nach der zweiten Ladungsaufteilung auf die Referenzspannung V_REF abändert, wie oben stehend beschrieben wurde. In bestimmten Ausführungsformen wird der Anschluss des Kompensationskondensators C_C an Masse gelegt. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Reihenfolge der Schritte in Tabelle 3 beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Reihenfolge der Schritte zur Durchführung von Eigenkapazitätsmessungen. Darüber hinaus umfasst die vorliegende Offenbarung eine Trennung der Messkapazität für jede geeignete Messschaltung, wie zum Beispiel eine Eigenkapazitätsmessschaltung mit einer externen Kapazität, wie in 4 dargestellt.

Schritt	S₁	S₂	S₃	S₄	S₅	S₆	S₇	S₈	S₉	S₁₀	Beschreibung
1	aus	ein	aus	ein	aus	aus	aus	ein	aus	ein	Entladen des Integrationskondensators C_S, der Messkapazität C_X und des Kompensationskondensators C_C
2	aus	aus	ein	aus	aus	ein	aus	ein	aus	aus	Aufteilen der Ladung zwischen der Messkapazität C_X und dem Kompensationskondensator C_C
3	aus	aus	aus	aus	ein	ein	aus	ein	aus	aus	Trennen der Messkapazität C_X von der Messschaltung; Anlegen einer Spannung an den Kompensationskondensator C_C; und Integrieren der Ladung aus der Spannungsdifferenz zwischen der Spannung nach der Ladungsaufteilung und der Referenzspannung V_REF
4	ein	aus	aus	ein	aus	aus	aus	aus	ein	aus	Endpunkt für die einseitige Messung Entladen des Kompensationskondensators C_C und Laden der Messkapazität C_X auf V_DD; und Umkehren der Konfiguration des Integrationskondensators C_S
5	aus	aus	ein	aus	aus	aus	ein	aus	ein	aus	Parallelschalten des Kompensationskondensators C_C und der Messkapazität C_X
6	aus	aus	aus	aus	ein	aus	ein	aus	ein	aus	Trennen der Messkapazität C_X von der Messschaltung; Anlegen von Masse an den Kompensationskondensator C_C; und Integrieren der Ladung aus der Spannungsdifferenz zwischen der Spannung nach der zweiten Ladungsaufteilung und der Referenzspannung V_REF
7											Bestimmen einer Berührungseingabe auf Basis der Spannung am Ausgang des Integrators

TABELLE 3

6A–B zeigen die Spannung an einer Messkapazität und einem Integrationskondensator als Funktion der Zeit für eine beispielhafte Burst-Modus Eigenkapazitätsmessung. In bestimmten Ausführungsformen kann die beispielhafte Eigenkapazitätsmessschaltung aus 3 dazu eingerichtet werden, in einem Burst-Modus zu arbeiten. Im Burst-Modus werden Ladungstransfers mit einer bestimmten Häufigkeit wiederholt, die einer Burst-Länge der Messung entspricht. Eine Wiederholung der Entladung der Messkapazität C_X und der Übertragung der Ladung auf den Integrationskondensator C_S erhöht die Ladungsmenge und damit wiederum das Signal auf dem Integrationskondensator C_S. Wie oben stehend beschrieben wurde, beeinflusst eine Berührungs- oder Annäherungseingabe auf der Elektrode des Berührungssensors die Ladungsmenge, und damit wiederum die Spannung, auf der Messkapazität C_X, die zumindest zum Teil durch eine Elektrode des Berührungssensors gebildet wird. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Kapazität des Kompensationskondensators C_C deutlich kleiner sein als die Messkapazität C_X. Zum Zeitpunkt 1 wird die Ladungsmenge auf der Messkapazität geändert, was dazu führt, dass die Spannung an der Messkapazität der Erde entspricht, wie dies im Beispiel der 6A dargestellt ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel wird die Ladung auf der Messkapazität C_X geändert, in dem der Schalter S₂ geschlossen wird, wie dies im Beispiel der 3 dargestellt ist. Zwischen den Zeitpunkten 1 und 2 wird der Kompensationskondensator C_C entladen und Ladung wird zwischen der Messkapazität C_X und dem Kompensationskondensator C_C aufgeteilt. In bestimmten Ausführungsformen wird die Ladungsmenge durch das Anlegen der Spannung und das in Reihe schalten der Messkapazität C_X mit dem Kompensationskondensator C_C aufgeteilt. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Spannung die Versorgungsspannung des Berührungssensors sein. Wie oben stehend beschrieben wurde, kann das Entladen des Kompensationskondensators C_C und die Aufteilung der Ladung zwischen der Messkapazität C_X und dem Kompensationskondensator C_C mit einer vorbestimmten Häufigkeit wiederholt werden, die der Burst-Länge der Messung entspricht.
In dem Beispiel der 6A erhöht sich die Spannung an dem Messkondensator C_X schrittweise nach jedem Zyklus des Entladens des Kompensationskondensators C_C und des Aufteilens der Ladung zwischen der Messkapazität C_X und dem Kompensationskondensator C_C. Die Zunahme der Spannung an der Messkapazität C_X erhöht die Spannung am Eingangsknoten 36. Zum Zeitpunkt 2 wird die Spannung am Eingangsknoten 36 durch Anlegen der Referenzspannung V_REF am negativen Eingang des Operationsverstärkers geändert. Das Anlegen der Referenzspannung V_REF am Eingangsknoten 36 führt dazu, dass sich die Spannung ändert und zwar von dem Spannungswert nach der Ladungsaufteilung auf die Referenzspannung V_REF. Eine bestimmte Ladungsmenge wird auf den Integrationskondensator C_S der Integratorschaltung übertragen. Wie in dem Beispiel der 6B zwischen den Zeitpunkten 2 und 3 dargestellt, verstärkt die Integration der übertragenen Ladungsmenge die Differenz zwischen der Spannung am Eingangsknoten 36 und der Referenzspannung V_REF. In bestimmten Ausführungsformen kann die Spannung zwischen dem Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF direkt unter Verwendung des ADC-Ausgangs oder indirekt über den Ausgang der Integratorschaltung gemessen werden.
Zum Zeitpunkt 3 wird die Ladungsmenge an der Messkapazität C_X geändert, wodurch sich die Spannung an der Messkapazität C_X auf eine vorbestimmte Spannung abändert, wie dies im Beispiel der 6A dargestellt ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel wird die Ladungsmenge an der Messkapazität C_X geändert, in dem der Schalter S₁ geschlossen wird, der mit der Versorgungsspannung des Berührungssensors verbunden ist, wie dies in dem Beispiel der 3 dargestellt ist. In bestimmten Ausführungsformen wird die Konfiguration des Integrationskondensators nach dem Zeitpunkt 3 umgekehrt. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Konfiguration des Integrationskondensators C_S durch Öffnen oder Schließen der Schalter, die mit den Anschlüssen von C_S verbunden sind, konfiguriert werden, wie dies in dem Beispiel der 3 dargestellt ist. Zwischen den Zeitpunkten 3 und 4 wird der Kompensationskondensator C_C entladen und die Ladung wird zwischen der Messkapazität C_X und dem Kompensationskondensator C_C aufgeteilt. In bestimmten Ausführungsformen wird die Ladungsmenge aufgeteilt, in dem der Kompensationskondensator C_C mit Masse verbunden wird, so dass die Messkapazität C_X parallel zum Kompensationskondensator C_C geschaltet ist. Wie oben stehend beschrieben wurde, kann das Entladen des Kompensationskondensators C_C und das Aufteilen der Ladung zwischen der Messkapazität C_X und dem Kompensationskondensator C_C um eine vorbestimmte Anzahl wiederholt werden, die der Burst-Länge der Messung entspricht.
In dem Beispiel der 6A verringert sich die Spannung am Messkondensator C_X schrittweise zwischen den Zeitpunkten 3 und 4 nach jedem Zyklus des Entladens des Kompensationskondensators C_C und des Aufteilens der Ladung zwischen der Messkapazität C_X und dem Kompensationskondensator C_C. Die Abnahme der Spannung an der Messkapazität C_X verringert die Spannung am Eingangsknoten 36. Wie oben stehend beschrieben wurde, wird das LF-Rauschen der Eigenkapazitätsmessung unterdrückt, in dem die zweite Differenz zwischen der Spannung am Eingangsknoten 36 nach der zweiten Ladungsaufteilung und der Referenzspannung V_REF und die damit verbundene Rauschkomponente invertiert wird und das Signal mit der ersten Differenz abgezogen wird. Um eine Aufhebung des Messsignals zu vermeiden, wird die Polarität des Signals von einer der Messungen am Eingangsknoten 36 relativ zur Referenzspannung V_REF vor der Subtraktion der Signale invertiert, wie dies in dem Beispiel der 6B dargestellt ist.
Tabelle 4 illustriert eine Beispielsequenz für den Betrieb der beispielhaften Burst-Modus-Eigenkapazitätsmessung, die in 6A–6B dargestellt ist. In bestimmten Ausführungsformen kann die Beispielsequenz, die in Tabelle 1 beschrieben und illustriert ist, abgewandelt werden, um eine Burst-Modus-Eigenkapazitätsmessung durchzuführen. Die Schritte 2 und 3 entladen den Kompensationskondensator C_C und legen eine Spannung am Kompensationskondensator C_C an, der in Reihe mit der Messkapazität C_X geschaltet ist. Wie oben stehend beschrieben wurde, modifiziert die Ladungsaufteilung die Spannung auf Eingangsknoten 36 proportional zur Kapazität des Kompensationskondensators C_C relativ zur Messkapazität C_X _. Die Aufteilung der Ladung hängt zumindest zum Teil davon ab, ob eine Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Elektrode des Berührungssensors vorliegt. Die Schritte 2 und 3 werden mit einer vorbestimmten Häufigkeit wiederholt. Der Schritt 5 isoliert die Messkapazität C_X von der Messschaltung und misst die Ladungsmenge, die die Spannung am Eingangsknoten 36 nach der Ladungsaufteilung auf die Referenzspannung V_REF abändert, wie oben stehend beschrieben wurde. In bestimmten Ausführungsformen wird die Versorgungsspannung des Berührungssensors an einen Anschluss des Kompensationskondensator C_C angelegt.
Schritt 6 kehrt die Konfiguration des Integrationskondensators C_S um und ändert die Ladungsmenge an der Messkapazität C_X, wodurch die Spannung an der Messkapazität C_X zu einer vorbestimmten Spannung wird. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die vorbestimmte Spannung die Versorgungsspannung des Berührungssensors sein. In bestimmten Ausführungsformen kann die Konfiguration des Integrationskondensators C_S durch Öffnen oder Schließen der Schalter, die mit den Anschlüssen von C_S verbunden sind, konfiguriert werden, wie dies in dem Beispiel der 3 dargestellt ist. Die Schritte 7 und 8 entladen den Kompensationskondensator C_C und schalten den Kompensationskondensator C_C parallel zur Messkapazität C_X. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der Kompensationskondensator C_C durch Schließen des Schalters S₂ mit Masse verbunden werden, wie dies in dem Beispiel der 3 dargestellt ist. Die Parallelkombination aus Kompensationskondensator C_C und Messkapazität C_X führt zu einer zweiten Ladungsaufteilung zwischen dem Kompensationskondensator C_C und der Messkapazität C_X.

Die Schritte 7 und 8 werden mit einer vorbestimmten Häufigkeit wiederholt, die der Burst-Länge der Messung entspricht. Der Schritt 8 misst die Ladungsmenge, die die Spannung im Eingangsknoten 36 nach der zweiten Ladungsaufteilung auf die Referenzspannung V_REF abändert, wie oben stehend beschrieben wurde. In bestimmten Ausführungsformen wird der Anschluss des Kompensationskondensators C_C auf Masse gelegt. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Reihenfolge der Schritte in Tabelle 4 illustriert und beschreibt, umfasst sie jede geeignete Reihenfolge der Schritte zur Durchführung von Burst-Modus-Eigenkapazitätsmessungen. Darüber hinaus umfasst die vorliegende Offenbarung die Durchführung von Burst-Modus-Eigenkapazitätsmessungen für jede geeignete Messschaltung, wie z. B. für eine Eigenkapazitätsschaltung mit einer externen Kapazität, wie sie in 4 dargestellt ist.

Schritt	S₁	S₂	S₃	S₄	S₅	S₆	S₇	S₈	S₉	S₁₀	Beschreibung
1	aus	ein	aus	ein	aus	aus	aus	ein	aus	ein	Anfängliche Entladung des Integrationskondensators C_S
2	aus	aus	aus	ein	aus	ein	aus	ein	aus	ein	Entladen des Kompensationskondensators C_C
3	aus	aus	ein	aus	aus	ein	aus	ein	aus	aus	Aufteilen der Ladung zwischen der Messkapazität C_X und dem Kompensationskondensator C_C
4											Vorbestimmte Anzahl von Wiederholungen der Schritte 2 und 3 für den Burst-Modus
5	aus	aus	aus	aus	ein	ein	aus	ein	aus	aus	Integration der Ladung aus der Spannungsdifferenz zwischen der Spannung nach der Ladungsaufteilung und der Referenzspannung V_REF
6	ein	aus	aus	ein	aus	aus	aus	aus	ein	aus	Endpunkt für einseitige Messung Änderung der Ladungsmenge an der Messkapazität C_X und Umkehrung der Konfiguration des Integrationskondensators C_S
7	aus	aus	aus	ein	aus	aus	ein	aus	ein	aus	Entladen des Kompensationskondensators C_C
8	aus	aus	ein	aus	aus	aus	ein	aus	ein	aus	Parallelschalten des Kompensationskondensators C_C mit der Messkapazität C_X
9											Wiederholen der Schritte 7 und 8 mit einer vorbestimmten Häufigkeit für den Burst-Modus
10	aus	aus	aus	aus	ein	aus	ein	aus	ein	aus	Integration der Ladung aus der Spannungsdifferenz zwischen der Spannung nach der zweiten Ladungsaufteilung und der Referenzspannung V_REF
11											Bestimmen einer Berührungseingabe auf Basis der Spannung am Ausgang des Integrators

TABELLE 4

Die Kapazität des Kompensationskondensators C_C oder des internen Kompensationskondensators C_C2 ist einstellbar. Die Kapazität des Kompensationskondensators C_C kann kalibriert werden, um mit der Messkapazität C_X in Abwesenheit einer Berührungs- oder Annäherungseingabe überein zu stimmen. In bestimmten Ausführungsformen führt die Kalibrierung des Kompensationskondensators C_C dazu, dass eine Ausgabe der Messschaltung im Wesentlichen mit der Referenzspannung übereinstimmt. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Kalibrierung des Kompensationskondensators C_C unter Verwendung der in Tabelle 1 beschriebenen Schritte durchgeführt werden, wobei an der Elektrode des Berührungssensors keine Berührungs- oder Annäherungseingabe anliegt. Die Ausgabe der Eigenkapazitätsmessung in Abwesenheit der Berührungseingabe wird mit der Referenzspannung verglichen. In bestimmten Ausführungsformen ist die Referenzspannung im Wesentlichen gleich der Hälfte der Versorgungsspannung des Berührungssensors. Die Kapazität des Kompensationskondensators C_C oder des internen Kompensationskondensators C_C2 wird rekursiv angepasst und mit der Referenzspannung verglichen, um den Wert des Kompensationskondensators C_C oder des internen Kompensationskondensators C_C2 zu ermitteln, der die Differenz zwischen dem Ausgang der Eigenkapazitätsmessschaltung und der Referenzspannung minimiert. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine Kalibrierung unter Verwendung einer bestimmten Reihenfolge der Schritte in Tabelle 1 beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Reihenfolge von Schritten durch Durchführung der Kalibrierung des Kompensationskondensators. Darüber hinaus umfasst die vorliegende Offenbarung die Durchführung der Kalibrierung des Kompensationskondensators für jede geeignete Messschaltung, wie z. B. eine Eigenkapazitätsmessschaltung mit einer externen Kapazität, wie sie in 4 dargestellt ist.
7 illustriert ein Beispiel für Eigenkapazitätsmessungen. Das Verfahren kann im Schritt 100 beginnen, in dem eine erste Ladungsmenge zwischen einer Kapazität eines Berührungssensors und einem Kompensationskondensator aufgeteilt wird. Die Aufteilung der ersten Ladungsmenge führt zu einer ersten Spannung am Eingangsknoten. In bestimmten Ausführungsformen wird die Aufteilung der Ladung durchgeführt, in dem der Kompensationskondensator in Reihe mit der Messkapazität geschaltet wird und eine Spannung an den Kompensationskondensator angelegt wird. In Schritt 102 wird eine Referenzspannung an den Eingangsknoten angelegt. Das Anlegen der Referenzspannung an einen Eingangsknoten induziert eine zweite Ladungsmenge, die proportional ist zu einer Differenz zwischen der ersten Spannung und der Referenzspannung an einem Integrationskondensator. In bestimmten Ausführungsformen wird die zweite Ladungsmenge über eine Integratorschaltung integriert. Im Schritt 104 wird eine erste Differenz zwischen der ersten Spannung und der Referenzspannung auf Basis einer zweiten Ladungsmenge auf dem Integrationskondensator bestimmt. In bestimmten Ausführungsformen wird die Ausgabe der Eigenkapazitätsmessschaltung an einen ADC übertragen. Im Schritt 106 wird auf Basis der ersten Differenz festgestellt, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist, womit das Verfahren enden kann. In bestimmten Ausführungsformen wird die Ausgabe der Messschaltung mit einem Ausgabewert ohne eine Berührungs- oder Annäherungseingabe verglichen. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Schritte des Verfahrens aus 7 als in einer bestimmten Reihenfolge auftretend beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Schritte des Verfahrens aus 7 in jeder geeigneten Reihenfolge. Obwohl darüber hinaus die vorliegende Offenbarung bestimmte Komponenten beschreibt und illustriert, die bestimmte Schritte des Verfahrens aus 7 ausführen, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Kombination geeigneter Komponenten, die geeignete Schritte des Verfahrens aus 7 ausführen.
8 illustriert ein Beispielverfahren für Eigenkapazitätsmessungen mit isolierter Messkapazität. Das Verfahren kann im Schritt 150 beginnen, in dem eine erste Ladungsmenge zwischen einer Kapazität eines Berührungssensors und einem Kompensationskondensator aufgeteilt wird. Die Aufteilung der ersten Ladungsmenge führt zu einer ersten Spannung am Eingangsknoten. Der Schritt 152 isoliert die Messkapazität von dem Kompensationskondensator. Im Schritt 154 wird eine Referenzspannung an den Eingangsknoten angelegt. Das Anlegen der Referenzspannung an den Eingangsknoten induziert eine zweite Ladungsmenge proportional zu einer Differenz zwischen der ersten Spannung und der Referenzspannung auf einem Integrationskondensator. Der Schritt 156 ermittelt eine erste Differenz zwischen der ersten Spannung und der Referenzspannung auf Basis einer zweiten Ladungsmenge auf dem Integrationskondensator. Im Schritt 158 wird auf Basis der ersten Differenz festgestellt, ob eine Berührungseingabe an den Berührungssensor aufgetreten ist, womit das Verfahren enden kann. Obwohl die folgende Offenbarung bestimmte Schritte des Verfahrens aus 8 als in einer bestimmten Reihenfolge auftretend beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Schritte des Verfahrens aus 8 in jeder geeigneten Reihenfolge. Obwohl darüber hinaus die vorliegende Offenbarung bestimmte Komponenten beschreibt und illustriert, die bestimmte Schritte des Verfahrens aus 8 ausführen, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Kombination geeigneter Komponenten, die geeignete Schritte des Verfahrens aus 8 ausführen.
9 illustriert ein Beispielsverfahren für eine Burst-Modus-Eigenkapazitätsmessung. Das Verfahren kann im Schritt 200 beginnen, in dem eine Versorgungsspannung über einen Kompensationskondensator angelegt wird. In bestimmten Ausführungsformen wird ein Schalter, der die Anschlüsse des Kompensationskondensators mit einer Versorgungsspannung verbindet, geschlossen. Der Schritt 202 teilt eine Ladung zwischen einer Kapazität eines Berührungssensors und dem Kompensationskondensator auf. In bestimmten Ausführungsformen wird die Ladungsaufteilung durchgeführt, indem der Kompensationskondensator in Reihe mit der Messkapazität geschaltet wird und eine Spannung an den Kompensationskondensator angelegt wird. Im Schritt 204 wird das Anlegen der Versorgungsspannung und das Aufteilen der Ladung mit einer vorbestimmten Häufigkeit wiederholt. Die Wiederholung des Anlegens der Versorgungsspannung und das Aufteilen der Ladung induziert eine erste Ladungsmenge auf dem Kompensationskondensator und führt zu einer ersten Spannung an einem Eingangsknoten. Im Schritt 206 wird eine Referenzspannung an den Eingangsknoten angelegt. Das Anlegen der Referenzspannung an den Eingangsknoten induziert eine zweite Ladungsmenge proportional zu einer Differenz zwischen der ersten Spannung und der Referenzspannung auf einem Integrationskondensator. Der Schritt 208 ermittelt eine erste Differenz zwischen der ersten Spannung und der Referenzspannung auf Basis einer zweiten Ladungsmenge auf dem Integrationskondensator. Im Schritt 210 wird auf Basis der ersten Differenz festgestellt, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor vorliegt, womit das Verfahren enden kann. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Schritte des Verfahrens in 9 als in einer bestimmten Reihenfolge auftretend beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Schritte des Verfahrens aus 9 in jeder geeigneten Reihenfolge. Obwohl darüber hinaus die vorliegende Offenbarung bestimmte Komponenten beschreibt und illustriert, die bestimmte Schritte des Verfahrens aus 9 ausführen, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Kombinationen geeigneter Komponenten, die geeignete Schritte des Verfahrens aus 9 ausführen.
Ein Bezug auf ein computerlesbares Speichermedium umfasst hier ein oder mehrere nicht transitorische, greifbare Strukturen mit computerlesbaren Speichermedien. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann ein computerlesbares Speichermedium eine halbleiterbasierte oder eine andere integrierte Schaltung (wie z. B. ein feldprogrammierbares Gate Array (FPGA) oder ein ASIC), eine Festplatte, eine HDD, eine hybride Festplatte (HHD), eine optische Platte, ein optisches Plattenlaufwerk (ODD), eine magnetooptische Platte, ein magnetooptisches Plattenlaufwerk, eine Floppydisk, ein Floppydisklaufwerk (FDD), ein Magnetband, ein holographisches Speichermedium, ein Festkörperlaufwerk (SSD), ein RAM-Laufwerk, eine SD-Karte, ein SD-Laufwerk, oder andere geeignete computerlesbare Speichermedien oder deren Kombinationen umfassen.
Unter „oder” wird hier ein inklusives und nicht ein exklusives Oder verstanden, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich aus dem Zusammenhang ergibt. „A oder B” bedeutet daher „A, B oder beides”, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich aus dem Zusammenhang ergibt. Darüber hinaus bedeutet „und” sowohl einzeln als auch insgesamt, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich aus dem Zusammenhang ergibt. „A und B” bedeutet daher „A und B, einzeln oder insgesamt”, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich aus dem Zusammenhang ergibt.
Die vorliegende Offenbarung umfasst alle Änderungen, Ersetzungen, Variationen, Abwandlungen und Modifikationen an den beispielhaften Ausführungsformen, die der Fachmann in Betracht ziehen würde. Darüber hinaus umfasst eine Bezugnahme in den beigefügten Ansprüchen auf eine Vorrichtung oder ein System oder eine Komponente einer Vorrichtung oder eines Systems, die/das dazu eingerichtet ist, eine bestimmte Funktion auszuführen, diese Vorrichtung, dieses System oder diese Komponente unabhängig davon, ob die bestimmte Funktion aktiviert, eingeschaltet oder entsperrt ist, solange diese Vorrichtung, dieses System oder diese Komponente dazu eingerichtet ist, diese Funktion auszuführen.

Claims

Steuereinheit für einen Berührungssensor, die dazu eingerichtet ist, eine erste Ladungsmenge zwischen einer Kapazität des Berührungssensors und einem Kompensationskondensator aufzuteilen, wobei die Aufteilung der ersten Ladungsmenge zu einer ersten Spannung an einem Eingangsknoten führt; eine Referenzspannung an den Eingangsknoten anzulegen, wobei das Anlegen der Referenzspannung an dem Eingangsknoten eine zweite Ladungsmenge proportional zu einer Differenz zwischen der ersten Spannung und der Referenzspannung auf einem Integrationskondensator induziert; eine erste Differenz zwischen der ersten Spannung und der Referenzspannung auf Basis einer zweiten Ladungsmenge auf dem Integrationskondensator zu ermitteln; und auf Basis der ersten Differenz festzustellen, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist.
Steuereinheit nach Anspruch 1, des Weiteren dazu eingerichtet, eine Polarität der zweiten Ladungsmenge auf dem Integrationskondensator umzukehren; eine dritte Ladungsmenge zwischen der Kapazität des Berührungssensors und dem Kompensationskondensator aufzuteilen, wobei das Aufteilen der dritten Ladungsmenge zu einer zweiten Spannung an dem Eingangsknoten führt; die Referenzspannung an den Eingangsknoten anzulegen, wobei das Anlegen der Referenzspannung an dem Eingangsknoten eine vierte Ladungsmenge proportional zu einer Differenz zwischen der zweiten Spannung und der Referenzspannung auf einem Integrationskondensator induziert; die zweite und die vierte Ladungsmenge auf dem Integrationskondensator zu summieren; und auf Basis der zweiten und der vierten Ladungsmenge auf dem Integrationskondensator festzustellen, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist.
Steuereinheit nach Anspruch 2, des Weiteren dazu eingerichtet, die dritte Ladungsmenge aufzuteilen, indem eine Versorgungsspannung an der Kapazität des Berührungssensors angelegt wird, und die Kapazität des Berührungssensors parallel mit dem Kompensationskondensator geschaltet wird.
Steuereinheit nach Anspruch 2, des Weiteren dazu eingerichtet, die Polarität der zweiten Ladungsmenge durch Umkehren einer Konfiguration des Integrationskondensators umzukehren.
Steuereinheit nach Anspruch 1, wobei der Kompensationskondensator einen Kondensator umfasst, der extern zu einer Messschaltung ist.
Steuereinheit nach Anspruch 1, des Weiteren dazu eingerichtet, die Kapazität des Kompensationskondensators zu modifizieren; und die Differenz zwischen der ersten Spannung in Abwesenheit einer Berührungseingabe und einer Referenzspannung zu minimieren.
Steuereinheit nach Anspruch 1, des Weiteren dazu eingerichtet, die erste Ladungsmenge im Wesentlichen gleichmäßig aufzuteilen, indem die Kapazität des Berührungssensors in Reihe mit dem Kompensationskondensator geschaltet wird und eine Versorgungsspannung an dem Kondensationskondensator angelegt wird.
Computerlesbares nicht transitorisches Speichermedium mit einer Logik, die dazu eingerichtet ist, bei ihrer Ausführung eine erste Ladungsmenge zwischen einer Kapazität eines Berührungssensors und einem Kompensationskondensator aufzuteilen, wobei das Aufteilen der ersten Ladungsmenge zu einer ersten Spannung an einem Eingangsknoten führt; eine Referenzspannung an den Eingangsknoten anzulegen, wobei das Anlegen der Referenzspannung im Eingangsknoten eine zweite Ladungsmenge proportional zu einer Differenz zwischen der ersten Spannung und der Referenzspannung auf einem Integrationskondensator induziert; eine erste Differenz zwischen der ersten Spannung und der Referenzspannung auf Basis einer zweiten Ladungsmenge auf dem Integrationskondensator zu ermitteln; und auf Basis der ersten Differenz festzustellen, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist.
Medium nach Anspruch 8, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist, eine Polarität der zweiten Ladungsmenge auf dem Integrationskondensator umzukehren; eine dritte Ladungsmenge zwischen der Kapazität eines Berührungssensors und des Kompensationskondensators aufzuteilen, wobei das Aufteilen der dritten Ladungsmenge zu einer zweiten Spannung an dem Eingangsknoten führt; die Referenzspannung an den Eingangsknoten anzulegen, wobei das Anlegen der Referenzspannung an dem Eingangsknoten eine vierte Ladungsmenge proportional zu einer Differenz zwischen der zweiten Spannung und der Referenzspannung auf einem Integrationskondensator induziert; die zweite und die vierte Ladungsmenge auf dem Integrationskondensator zu summieren; und auf Basis der zweiten und der vierten Ladungsmenge auf dem Integrationskondensator festzustellen, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist.
Medium nach Anspruch 9, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist, eine Versorgungsspannung an die Kapazität des Berührungssensors anzulegen; und die Kapazität des Berührungssensors parallel zu dem Kompensationskondensator zu schalten.
Medium nach Anspruch 9, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist, eine Konfiguration des Integrationskondensators umzukehren.
Medium nach Anspruch 8, wobei der Kompensationskondensator einen Kondensator umfasst, der extern zu einer Messschaltung ist.
Medium nach Anspruch 8, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist, die Kapazität des Kompensationskondensators zu modifizieren; und die Differenz zwischen der ersten Spannung in Abwesenheit der Berührungseingabe und einer Referenzspannung zu minimieren.
Medium nach Anspruch 8, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist, die Kapazität des Berührungssensors in Reihe mit dem Kompensationskondensator zu schalten; und eine Versorgungsspannung an den Kompensationskondensator anzulegen.
Gerät, umfassend: eine Messschaltung; und ein computerlesbares, nicht transitorisches Speichermedium, das mit der Messschaltung gekoppelt ist und eine Logik enthält, die bei ihrer Ausführung dazu eingerichtet ist: eine erste Ladungsmenge zwischen einer Kapazität eines Berührungssensors und eines Kompensationskondensators aufzuteilen, wobei die Aufteilung der ersten Ladungsmenge zu einer ersten Spannung an einem Eingangsknoten führt; eine Referenzspannung an dem Eingangsknoten anzulegen, wobei das Anlegen der Referenzspannung an dem Eingangsknoten eine zweite Ladungsmenge proportional zu einer Differenz zwischen der ersten Spannung und der Referenzspannung an dem Integrationskondensator induziert; eine erste Differenz zwischen der ersten Spannung und der Referenzspannung auf Basis einer zweiten Ladungsmenge auf dem Integrationskondensator zu ermitteln; und auf Basis der ersten Differenz festzustellen, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist.
Gerät nach Anspruch 15, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist, eine Polarität der zweiten Ladungsmenge auf dem Integrationskondensator umzukehren; eine dritte Ladungsmenge zwischen der Kapazität des Berührungssensors und dem Kompensationskondensator aufzuteilen, wobei das Aufteilen der dritten Ladungsmenge zu einer zweiten Spannung am Eingangsknoten führt; die Referenzspannung an einem Eingangsknoten anzulegen, wobei das Anlegen der Referenzspannung an dem Eingangsknoten eine vierte Ladungsmenge proportional zu einer Differenz zwischen der zweiten Spannung und der Referenzspannung an einem Integrationskondensator induziert; die zweite und die vierte Ladungsmenge auf dem Integrationskondensator zu summieren; und auf Basis der zweiten und der vierten Ladungsmenge auf dem Integrationskondensator festzustellen, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist.
Gerät nach Anspruch 16, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist, eine Versorgungsspannung an die Kapazität des Berührungssensors anzulegen und die Kapazität des Berührungssensors parallel zum Kompensationskondensator zu schalten.
Gerät nach Anspruch 15, wobei der Kompensationskondensator einen Kondensator umfasst, der extern zu der Messschaltung ist.
Gerät nach Anspruch 15, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist, die Kapazität des Kompensationskondensators zu modifizieren; und die Differenz zwischen ersten Spannungen in Abwesenheit der Berührungseingabe und einer Referenzspannung zu minimieren.
Gerät nach Anspruch 15, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist, die Kapazität des Berührungssensors in Reihe mit dem Kompensationskondensator zu schalten; und eine Versorgungsspannung an den Kompensationskondensator anzulegen.