JP2015502675A - 保護リングを駆動するためのデジタル出力を有するマイクロコントローラを用いる容量センサのキャパシタンス測定 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、共有に係る米国仮特許出願第61/544,150号(2011年10月6日出願、Zeke Lundstrum,Keithe Curtis,Burke Davison,Sean Steedman、および、Yann LeFaou,名称「Microcontroller ADC with Gurd Ring Drive Outputs」)を基礎とする優先権を主張する。該出願は、あらゆる目的のために参照により本明細書に援用される。
本開示は、特に、マイクロコントローラ内で使用するための、より具体的には、容量タッチ検出能力を伴う、マイクロコントローラによって使用するためのアナログ/デジタルコンバータに関する。
Claims (27)
- マイクロコントローラであって、
メモリを伴うデジタルプロセッサと、
アナログノードとして機能するようにプログラムされることができる複数の外部入力/出力ノードと、
前記デジタルプロセッサによって、前記アナログノードのうちの1つを選択し、前記アナログノードをアナログバスに結合するために制御されるマルチプレクサと、
前記アナログバスと結合されているアナログ/デジタルコンバータ(ADC)であって、前記ADCは、前記アナログバスにかかるアナログ電圧をそのデジタル表現に変換し、前記デジタル表現を伝達するために、前記デジタルプロセッサに結合されているデジタル出力を有する、アナログ/デジタルコンバータ(ADC)と、
前記アナログバスに結合されている外部ノードと
を備えている、マイクロコントローラ。 - 前記外部ノードと前記アナログバスとの間のスイッチをさらに備え、前記スイッチは、前記デジタルプロセッサによって、プログラム可能に制御される、請求項1に記載のマイクロコントローラ。
- 前記マイクロコントローラの少なくとも2つのデジタル出力ノードをさらに備え、前記少なくとも2つのデジタル出力ノードは、複数のデジタル出力ドライバのうちのそれぞれの1つに結合されている、請求項1に記載のマイクロコントローラ。
- マイクロコントローラであって、
メモリを伴うデジタルプロセッサと、
前記デジタルプロセッサによって制御される複数のデジタル出力ドライバと、
サンプルホールドキャパシタと、
前記デジタルプロセッサに結合されているデジタル出力を有するアナログ/デジタルコンバータ(ADC)と、
前記マイクロコントローラの少なくとも2つのデジタル出力ノードであって、前記少なくとも2つのデジタル出力ノードは、前記複数のデジタル出力ドライバのうちのそれぞれの1つに結合されている、少なくとも2つのデジタル出力ノードと、
前記マイクロコントローラ内の第1のアナログバスに結合されている第1のアナログノードと
を備え、
前記第1のアナログバスは、電源コモン、電源電圧、前記サンプルホールドキャパシタ、または第2のアナログバスに切り替え可能に結合され、
前記第2のアナログバスは、前記電源コモン、前記電源電圧、前記サンプルホールドキャパシタ、または前記第1のアナログバスに切り替え可能に結合され、
前記サンプルホールドキャパシタは、前記第1のアナログバスまたは前記ADCの入力のいずれかに切り替え可能に結合されている、
マイクロコントローラ。 - 前記第1のアナログノードは、前記第2のアナログバスに結合され、容量センサに結合するために適合されている、請求項4に記載のマイクロコントローラ。
- 前記少なくとも2つのデジタル出力ノードは、レジスタ分圧器ネットワークに結合するために適合され、前記レジスタ分圧器ネットワークは、電圧を前記容量センサに関連付けられた保護リング上に駆動する、請求項4に記載のマイクロコントローラ。
- 前記第2のアナログバスに結合されている第2のアナログノードをさらに備え、前記第2のアナログノードは、外部キャパシタに結合するために適合されている、請求項4に記載のマイクロコントローラ。
- 前記第2のアナログバスに切り替え可能に結合されている少なくとも1つの内部キャパシタをさらに備えている、請求項7に記載のマイクロコントローラ。
- 複数のスイッチをさらに備え、
前記複数のスイッチのうちの第1のスイッチは、閉鎖されると、前記第1および第2のアナログバスを一緒に結合し、
前記複数のスイッチのうちの第2のスイッチは、閉鎖されると、前記第1のアナログバスを電源コモンに結合し、
前記複数のスイッチのうちの第3のスイッチは、閉鎖されると、前記第2のアナログバスを電源電圧に結合し、
前記複数のスイッチのうちの第4のスイッチは、閉鎖されると、前記第1のアナログバスを前記電源電圧に結合し、
前記複数のスイッチのうちの第5のスイッチは、閉鎖されると、前記第2のアナログバスを前記電源コモンに結合する、
請求項4に記載のマイクロコントローラ。 - 前記デジタルプロセッサは、前記複数のスイッチを制御する、請求項9に記載のマイクロコントローラ。
- 前記複数のスイッチは、複数の電界トランジスタ(FET)スイッチである、請求項9に記載のマイクロコントローラ。
- 前記複数のデジタル出力ドライバは、実質的に、前記電源電圧において、論理高出力を有し、実質的に、前記電源コモンにおいて、論理低出力を有する、請求項4に記載のマイクロコントローラ。
- 容量センサシステムであって、前記システムは、
容量センサと、
前記容量センサに関連付けられた保護リングと、
前記保護リングに結合されている第1のレジスタと、
前記保護リングに結合されている第2のレジスタと
マイクロコントローラと
を備え、
前記マイクロコントローラとは、
メモリを伴うデジタルプロセッサと、
前記デジタルプロセッサによって制御される複数のデジタル出力ドライバと、
サンプルホールドキャパシタと、
前記デジタルプロセッサに結合されているデジタル出力を有するアナログ/デジタルコンバータ(ADC)と、
前記マイクロコントローラの少なくとも2つのデジタル出力ノードであって、前記少なくとも2つのデジタル出力ノードは、前記複数のデジタル出力ドライバのうちのそれぞれの1つに結合され、前記少なくとも2つのデジタル出力ノードの一方は、前記第1のレジスタに結合され、前記少なくとも2つのデジタル出力ノードの他方は、前記第2のレジスタに結合されている、出力ノードと、
前記マイクロコントローラ内の第1のアナログバスおよび前記容量センサに結合されている第1のアナログノードと
を備え、
前記第1のアナログバスは、電源コモン、電源電圧、前記サンプルホールドキャパシタ、または第2のアナログバスに切り替え可能に結合され、
前記第2のアナログバスは、前記電源コモン、前記電源電圧、前記サンプルホールドキャパシタ、または前記第1のアナログバスに切り替え可能に結合され、
前記サンプルホールドキャパシタは、前記第1のアナログバスまたは前記ADCの入力のいずれかに切り替え可能に結合されている、容量センサシステム。 - 前記第2のアナログバスに結合され、外部キャパシタに結合するために適合されている第2のアナログノードをさらに備えている、請求項13に記載の容量センサシステム。
- 前記第2のアナログバスに切り替え可能に結合されている少なくとも1つの内部キャパシタをさらに備えている、請求項13に記載の容量センサシステム。
- 複数のスイッチをさらに備え、
前記複数のスイッチのうちの第1のスイッチは、閉鎖されると、前記第1および第2のアナログバスを一緒に結合し、
前記複数のスイッチのうちの第2のスイッチは、閉鎖されると、前記第1のアナログバスを電源コモンに結合し、
前記複数のスイッチのうちの第3のスイッチは、閉鎖されると、前記第2のアナログバスを電源電圧に結合し、
前記複数のスイッチのうちの第4のスイッチは、閉鎖されると、前記第1のアナログバスを前記電源電圧に結合し、
前記複数のスイッチのうちの第5のスイッチは、閉鎖されると、前記第2のアナログバスを前記電源コモンに結合する、
請求項13に記載の容量センサシステム。 - 前記第1のレジスタは、前記第2のレジスタの抵抗の2倍である、請求項14に記載の容量センサシステム。
- 前記外部キャパシタおよび前記サンプルホールドキャパシタの組み合わせられた容量値は、前記容量センサの容量値の約半分である、請求項17に記載の容量センサシステム。
- 前記保護リングにかかる電圧は、前記容量センサにかかる電圧と実質的に同一である、請求項13に記載の容量センサシステム。
- 前記デジタルプロセッサは、前記複数のスイッチを制御する、請求項13に記載の容量センサシステム。
- 容量センサのキャパシタンスを測定し、前記容量センサに関連付けられた保護リングにかかる電圧を制御する方法であって、前記方法は、
容量センサを提供するステップと、
前記容量センサに関連付けられた保護リングを提供するステップと、
前記保護リングに結合されている第1のレジスタを提供するステップと、
前記保護リングに結合されている第2のレジスタを提供するステップと、
マイクロコントローラを提供するステップと、
を含み
前記マイクロコントローラは、
メモリを伴うデジタルプロセッサと、
前記デジタルプロセッサによって制御される複数のデジタル出力ドライバと、
サンプルホールドキャパシタと、
前記デジタルプロセッサに結合されているデジタル出力を有するアナログ/デジタルコンバータ(ADC)と、
前記マイクロコントローラの少なくとも2つのデジタル出力ノードであって、前記少なくとも2つのデジタル出力ノードは、前記複数のデジタル出力ドライバのうちのそれぞれの1つに結合され、前記少なくとも2つのデジタル出力ノードの一方は、前記第1のレジスタに結合され、前記少なくとも2つのデジタル出力ノードの他方は、前記第2のレジスタに結合される、出力ノードと、
前記マイクロコントローラ内の第1のアナログバス、および前記容量センサに結合されている第1のアナログノードと
を備え、
前記第1のアナログバスは、電源コモン、電源電圧、前記サンプルホールドキャパシタ、または第2のアナログバスに切り替え可能に結合され、
前記第2のアナログバスは、前記電源コモン、前記電源電圧、前記サンプルホールドキャパシタ、または前記第1のアナログバスに切り替え可能に結合され、
前記サンプルホールドキャパシタは、前記第1のアナログバスまたは前記ADCの入力のいずれかに切り替え可能に結合され、
前記方法は、
前記サンプルホールドキャパシタを前記第1のアナログバスに結合するステップと、
前記第1のアナログバスを電源電圧に結合するステップと、
前記第2のアナログバスを電源コモンに結合するステップと、
前記第1および第2の出力ドライバからの出力を用いて、前記少なくとも2つのデジタル出力ノードのうちのそれぞれの1つを、実質的に、前記電源コモンに駆動するステップと、
前記少なくとも2つのデジタル出力ノードの一方を、実質的に、前記電源電圧に駆動するステップと、
前記少なくとも2つのデジタル出力ノードの他方を、実質的に、前記電源コモンに駆動するステップと、
第1の充電がその間で安定するために十分な間、前記第1および第2のアナログバスを一緒に結合するステップと、
前記サンプルホールドキャパシタを前記第1のアナログバスから分断するステップと、
前記第2のアナログバスを前記電源コモンに結合するステップと、
前記第2のアナログバスを前記電源電圧に結合するステップと、
前記第3および第4のアナログバスを、実質的に、前記電源電圧に駆動するステップと、
前記ADCによって、前記サンプルホールドキャパシタにかかる前記安定した第1の充電をその第1のデジタル表現に変換するステップと、
前記デジタルプロセッサによって、前記ADCからの前記第1のデジタル表現を読み取るステップと、
前記第1のアナログバスを前記電源コモンに結合するステップと、
前記少なくとも2つのデジタル出力ノードの一方を、実質的に、前記電源コモンに駆動するステップと、
前記少なくとも2つのデジタル出力ノードの他方を、実質的に、前記電源電圧に駆動するステップと、
第2の充電がその間で安定するために十分な間、前記第1および第2のアナログバスを一緒に結合するステップと、
前記サンプルホールドキャパシタを前記第1のアナログバスから分断するステップと、
前記第2のアナログバスを前記電源電圧に結合するステップと、
前記第2のアナログバスを前記電源コモンに結合するステップと、
前記第3および第4のアナログバスを、実質的に、前記電源コモンに駆動するステップと、
前記ADCによって、前記サンプルホールドキャパシタにかかる前記安定した第2の充電をその第2のデジタル表現に変換するステップと、
前記デジタルプロセッサによって、前記ADCからの前記第2のデジタル表現を読み取るステップと
を行なうステップをさらに含む、方法。 - 前記デジタルプロセッサによって前記第1および第2のデジタル表現を処理し、同相雑音を実質的に低減させるステップをさらに含む、請求項21に記載の方法。
- 前記第1および第2のデジタル表現を前記デジタルプロセッサに関連付けられたメモリ内に記憶するステップと、
前記記憶された第1および第2のデジタル表現を後続の第1および第2のデジタル表現と比較するステップと
をさらに含み、
前記記憶された第1および第2のデジタル表現が、前記後続の第1および第2のデジタル表現と実質的に同一である場合、前記容量センサは、作動されておらず、
前記記憶された第1および第2のデジタル表現が、前記後続の第1および第2のデジタル表現と実質的に同一ではない場合、前記容量センサは、作動されている、
請求項21に記載の方法。 - 容量センサのキャパシタンスを測定し、前記容量センサに関連付けられた保護リングにかかる電圧を制御する方法であって、前記方法は、
a) サンプルホールドキャパシタを第1の電圧に充電するステップと、
b) 容量センサを第2の電圧に充電するステップと、
c) 前記容量センサに関連付けられた保護リングを前記第2の電圧に充電するステップと、
d) 前記保護リングを第3の電圧に充電するステップと、
e) 第1の充電がその間で安定するために十分な間、前記サンプルホールドキャパシタおよび前記容量センサを一緒に結合するステップと、
f) 前記サンプルホールドキャパシタを前記容量センサから分断するステップと、
g) アナログ/デジタルコンバータ(ADC)によって、前記サンプルホールドキャパシタにかかる前記安定した第1の充電をその第1のデジタル表現に変換するステップと、
h) 前記容量センサを前記第2の電圧に充電するステップと、
i) 前記容量センサを前記第1の電圧に充電するステップと、
j) 前記保護リングを前記第1の電圧に充電するステップと、
k) デジタルプロセッサによって、前記ADCからの前記第1の充電の第1のデジタル表現を読み取るステップと、
l) 前記保護リングを第4の電圧に充電するステップと、
m) 第2の充電がその間で安定するために十分な間、前記サンプルホールドキャパシタおよび前記容量センサを一緒に結合するステップと、
n) 前記サンプルホールドキャパシタを前記容量センサから分断するステップと、
o) 前記アナログ/デジタルコンバータ(ADC)によって、前記サンプルホールドキャパシタにかかる前記安定した第2の充電をその第2のデジタル表現に変換するステップと、
p) 前記容量センサを前記第1の電圧に充電するステップと、
q) 前記容量センサを前記第2の電圧に充電するステップと、
r) 前記保護リングを前記第2の電圧に充電するステップと、
s) 前記デジタルプロセッサによって、前記ADCからの前記第2の充電の第2のデジタル表現を読み取るステップと、
t) ステップd)に戻るステップと
を含む、方法。 - 前記第1の電圧は、ほぼ電源電圧であり、前記第2の電圧は、ほぼ電源コモンである、請求項24に記載の方法。
- 前記第1の電圧は、ほぼ電源コモンであり、前記第2の電圧は、ほぼ電源電圧である、請求項24に記載の方法。
- 前記保護リングにかかる電圧は、前記容量センサにかかる電圧と実質的に同一である、請求項24に記載の方法。
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