利用转换电荷转移技术检测电容的方法和系统的制作方法

文档序号:6122042阅读:245来源:国知局
专利名称:利用转换电荷转移技术检测电容的方法和系统的制作方法
利用转换电荷转移^M魄容的方法和系统优先权娜
本发明一般涉及电容检测,更具体地,涉及一种旨滩利用转换电荷转移技术检测可须懂电容的體、系统和方法。背景狱
对电荷、电流或电压响应的电容传^/检测系统可以OT来检测位置或 mS (或运动、存在或任意类似信息),并通常TO作计對几、个人数字助理 (PDA)、媒体播放器和记录器、视频游微几、消费电子产品、蜂窝式手机、投 币式公用电话、POS端、自动皿机器人、公用电话亭等的输A^置。电, 测技术被用于下面的应用中,例如用户输入按键、滑动控制、巻纸辊、巻纸带 和其它类型的输入和控制。用在这样的应用中的一种电容传感器是按键式传感 器,其可以被用来提f贿关输A^近蹄在的信息。用在这样的应用中的另一 种电割专感器是接触垫式传感器,其可以被用来提供有关输入的信息,例如沿 一轴(l-D传感器)、两轴(2-D传感器)或多轴的位置、运动和/^i以信息。 按键式和接触垫式传 还可以选择性地被构造成提供附加的信息,例如一些 力、持续时间或与输入相关的电容耦合量的指示。在Trent等的美国公开申请 2004/0252109A1和1999年3月9曰授予Gillespie等的美国专利No.5880411中 描述了基于电容检测技术的l-D和2-D接角鹏式传li^示例。已纟拨现,这样 的传S^可以容易地用于例如包括手持和笔记本式计算机的电子系统的输入装
用户通常通3Ste夂置或移动一个或多个手指、触笔和/或其它物体靠近位于 输入装置上或内部的传感器捡测区域来操作电容输A^置。在载波信号被施加 给检测区域下,这产生电容舰,其可以被检测荆吏其与、 物/多个灘物相对于检测区域的位置信息(例如位置或接近或运动或存在或类似信息)相关。 这个健信息可以反战被用^m择、移动、滚动或操作文本、图形、光标、 高魏示和/或显示屏上的其叙旨示器的任意组合。这个錢信息还可以用来使 用户會嫩与界面相互作用,例如用来控制音量、调整亮度,来实现任意其它 目的。
尽管电割专繊已得到广泛应用,但是传感器设计者4M寻求提高传繊 功能性和有效性的方法。特别是,继续希望简化这样的传感器的设计和实施。 此外,对高度通用倒氏成本并易于实施传麟设计的需求持续上升。特别是, 存在对足够灵活以便易于在广泛的各种应用中实施但功率足够强大以提供准确 的电容检测同时保持成本效率的传感器设计方案的需求。
因此,希望提供用来决舰,有 和经济地检测可观懂电容的系统和方 法。此外,希望生成可以禾佣容易获得的部件例如标准IC,鹏制器和离散部 件来实施的一个方案。从随后结合附图和前述技术领域和背景技术的详细描述 和附啲权利要求书,其它希望的特性和特征可以变得显而易见。
描述了用来利用电荷转移技术检测可测量电容的方法、系统和装置,该技 术在许多标准的微控制器上实施而不需要外部的有源模拟部件。依据各种实施例,执行电荷转移ai呈两次或多次。电荷转移ai呈包括施加预定电压到可测量电容,以及然后允许可测量电容通过无源阻抗与熗波电容分享电荷,所述无源阻抗M:施加预定电压和允许可测量电容以分享电荷的期间保持耦合至可测量电容和滤波电容。然后可以确定作为滤波电容上的电荷的示值和电荷转移过程 的执行次数的函数的可测量电容的值。电荷转移过程的执行次数可以预先设定 或可以基于达到一定阈值的电荷的示值。滤波电容上的电荷的示值可以通过生 成一位或多位测量值的测量步骤获得。这些步骤可以重复,并且如果合适的话, 观懂步骤的结果可以被保存和/或熗波。
佣这里所描述的技术,可以禾lj用容易获得的部i鞭利地实施电容检测方案,并且该方案在检测手指、触笔或其它物体相对于实现按键、滑动块、光标控制或用户界面导航功能或任意其它功能的电割专感器的位置中特别有用。


在下文将结合下面的附图描述本发明的^h方面,其中相同的数字 相同的元件,禾B:
附图1A-D是电割专 的示例实 案的框附图2A-B歸出用總作如附图1B中所示的电割专 的示例^的时序附图3A-B 15出用 作如附图1B所示的电割专感器的可替换技术的 时序附图4A-C是电^^专感器的可替换实施例的框附图5 ^75出用總作如附图4A所示的电割专麟的示例駄的时序附图6是示出结合监护电极的多鹏电割专 的可替换实施例的框图;
附图7是示出多ffiit电割专麟的另一可替换实施例的框图;
附图8是禾,转换电荷转移技术检测电容的示例技术的流程图;
附图9是禾偶与电子系统耦合的电割专麟的临近传^^fi的示意图。详细描述
下面的详细描述实质上仅仅是示例,并不意味着限定本发明或本发明的应 用和舰。此外,并不是意喊由前述的技术领域、背景、简述或下面的详细 描述中存在的任意魏或暗示的原理来限制。
依据各种示例实施例,电容检测和/或测量电路可以简单地利用无源电力 网络和一个或多个开关表示。在典型的实施方案中,重复执行电荷转移过程两 次或多次,其中 页定电压利用一个或多个开关被施加到可测量电容,并且可测 量电容被允许与无源网络中的滤波电容分享电荷。(嬷波电容也可以被称作"积 分电容"或"积分、搶波器")。通过这样电荷转移过程,预定电压的多次施加和 电荷的相关分享影响滤波电容上的电压。这样电荷转移过程可以被认为通过多 个执行大致"积分"电荷到滤波电容上,这幹搶波电容的"输出"^ffi被滤波。 在重复两次或多次电荷转移过程之后(尽管一些实施例可以仅使用重复一次), 滤波电容上的电荷表示被读出以确定可测量电容。滤波电容上的电荷表示可以 是滤波电容上的电压,例如电路节点上的电压,其指示跨过滤波电容的电压。 滤波电容上的电压还可以m过滤波电容本身的电压。滤波电容上的电荷示值 的测量可以需要比较一个或多个阈值以生成一位或多位读数。测量可以需要使 用多位模数电路以生成电荷示值的多位测量值。
利用这些技术,可以容易ife^出會,检测手指、触笔或其它物体的存在 皿近的电,置传感器。此外,这里所描述的M实施例可以仅利用传统的 转换机构(例如那些可舰控制錢的I/O获得的机构)和无源部件(例如,一 个或多个电容器、电阻、电感和/或类似物)就容易地实施,而不需要其它可增 加成本和复杂性的有源电子设备。因此,这里所描述的各个方案仍可以利用容 易获得和合理价格的部件在各种环境下方便可靠地实施,如下面更充分地描述。
可观懂电容是任一信号源、电l滅其它具有可由电容检测系统检测的电容 的电节点的有效电容。对于电容临近传麟和其它从一个或多个手指、触笔和/ 或其它激励物接收输入的输A^置,可测量电容经常表示从检测节点到系统的 本地接地的总有效电容("绝对电容")。对于输A^置的总有效电容可以十分复 杂,包括串联和并联的电容、电阻和电感,如传麟设计和操作环^^F确定的。 在其它瞎况下,可测量电容可以标从驱动节点至啦测节点的总有效电容("贯 穿电容(transcapadtance)")。这个总有效电容也可以十分t^。然而,在许多 情况下,输入可以简单iWii与固定的背景电容并联的小型可变电容来模拟。
现,回附图,并且首先参考附图1A,适于用来确定可测量电容112的 示例电割专繊100包括无源阻抗105,其与溏波电容110耦合。尽管传 100利用开关101、 103驱动,但是可测量电容112、滤波电容110和无源阻抗 105仍形成一K源电网,其包括非有源元件。无源阻抗105由一个或多个非有 源电子元4權供,例如电容、电感、电阻等的任意组合。电容、电阻和电感可 以分别由电容的、电阻的和电感的元件的任意组合提供。 一些元件呈现多于一 个的阻抗特性,例如具有电阻和电感特性;这样这些元件将为使用其的网络提 供电阻和电感。在备个实施例中,无源阻抗105是由网络或一个或多个电阻器 衝共的电阻。财卜,无源阻抗105可以包括非线性元件,例如二极管。阻抗105 通常被设计为具有足够大的阻抗,以防止在施加预定电压到可观懂电容m的 期间明显的电荷泄漏到熗波电容110中,如下面更充分的描述。在M实施例 中,阻抗105可以是几百千,或更大级的电阻,尽管其它实施例可以呈现大 量不同阻抗值。
滤波电容110耦合到节点107和在节点115处耦合到无源阻抗105。节点 107可以被f給到适当电压(在附图1A中示出接地,尽管可以使用另一个参考 电压)。滤波电容110可以由一个或多个电容器(例如任意数量的离散电容的集 合)提供,其被构造以接收从可领懂电容112转移的电荷。尽管所选的特定滤 波电容值将随实施例改变,但是搶波电容110的电容值将典型地为一个M级, 并且经常是大于可测量电容112的电容值的几个数:ft^。例如,滤波电容110 可以被设计为大约几个毫傲法级,而可测量电容112可以是皮法级。作为将在 下面更详细地描述的一个示例,选择滤波电容IIO,这样由滤波电容110和无源 阻抗105生成的RC电路的时间常数大于用来施加预定电压到可湖懂电容112的脉冲的,时间。
与无源阻抗105的可澳糧电容112的时间常数还 大于由脉冲施加到可 观糧电容112的予腕腿的離时间。这雜电荷转移战呈期间添加到淤波电 容110的电荷大部絲自存储在可测量电容112上并与滤波电容110分享的电 荷,小部分来自施加预定电压期间的穿过无源阻抗105的任意电流。由于为了 提供适当的电容检测分辨率,、搶波电容110经常为大于可领懂电容112的数量 级,因此接下来它的与无源阻抗105的时间常数也可以是大于由脉冲施加的预 定电压的辦卖时间的数量级。这样,RC电路的相对大的时间常数允许在施加相 对小的预定电压期间电荷泄漏到滤波电容110。
传感器100还包括与滤波电容110并联且耦合到节点115和107的开关 103。开关103可以闭合,以在执行电荷转移过程以确定可测量电容112的值之 前重置滤波电容110上的电荷。在这种情况下,闭合开关103清除滤波电容110 上的电荷。
用于重置、搶波电容110的其它选择可容易地被获得。例如,开关103可以 耦合节点113到腿,例如接地(代替节点107和115),这样闭合开关103将 iffil无源阻抗105錢滤波电容110上的电荷。这样的配置可以禾俩控制器的 单一数字I/0 (例如附图4A所示的)被实施。然而,这种隨将禾,与无源阻 抗105和滤波电容110相关的时间常数重置,从而需要一个大于与滤波电容110 并K^爐的开关103的錢时间。
电割专,100的操作适宜包括易于使用一个或多个开关101、 103的电 荷转移过程和测量iil呈。开关IOI、 103可以由任意类型的离散开关、缓冲集成 电路、场效应晶体管和/或其它开关结构来实施,这里仅仅指定几个示例。可替 换地,开关IOI、 103可以由耦合至啦制器的输出弓脚的控制器的内部逻輙电路 来实施,正如将在下面进行更详细地描述。控制器的输出弓,还可以耦合到能 够提供输入功能的内部逻歸电路,这样开关IOI、 103可以采用控制器的一个或 多个I/0来实施。
典型重复两次或多次的电荷转移逝呈适宜施加预定电压(用于预定腿的适宜电压包括电源电压、电池,和逻辑信号)到可测量电容m,然后允许可观懂电容112与滤波电容110适当分享电荷。在附图1A所示的示例中,闭合的 开关101施加预定电压到可测量电容112,而打开的幵关101中断预定电压施加到可测量电容112。电路100示出了一种配置,其中开关101在闭合时,細来施 加电压,而当开关101打开时中断施加电压。然而,开关可以在打开或闭合时IOT来施加电压,或当打开开关时施加第一电压而闭合开关时施加不同的电压。这样,开关101被用来施加脉冲或其它波形的预定电压,同与阻抗105和可测 量电容112或搶波电容110相关的RC时间常数相比,该预定,具有相对短的 周肌以在施加预定电压期间帮助防止m的电流泄漏M阻抗105。由于经常在测量滤波电容iio上的电荷示值或确定可测量电容m的值中难于控制自 决电荷泄漏(如果实P示上不是不可能的),因Mil阻抗105的电荷泄漏对传感器精确度和/或辨,率是不利的。除了阻抗105之外,舰寄生麟散阻抗的电荷泄漏m传感^l性能是不利的,但fflil施加更短的预定电压可以斷氐这种影 响。
在将预定电压施力倒可测量电容112之后,用于电荷转移过程的那种性能 而施加的预定电压可以iiil打开开关101而终止,并且可测量电容112被允许 与熗波电容110分享电荷。在电荷分享期间,电荷舰无源阻抗105在可测量电容m和滤波电容no之间行进。在充电期间(当预定电压被施加以对可测量电容充电微电时)和允i粉享期间(当预定电压的施加被停止时),无源阻 抗105保持耦合到可测量电容112和滤波电容110。尽管附图1A示出了完成这 种电荷分享的特定配置,但JiiW;无源阻抗的电荷分享可以M多种方式完成, 并且可以使用其它电路,而不脱离这里公开的原理。例如,从可测量电容112 到附图1A中的接地的电路径(当预定电压未施加而允许电荷分享时)包括串联 的阻抗105和滤波电容110。由于阻抗105和滤波电容110串联并且应用阻皿 加原理,因 这种传麟100实施例的滤波电容110和阻抗105的相对健 可以互换,而不改变电荷转移ai呈和电路的操作。
为了允许可测量电容112与无源网敝享电荷,除了需要终止施加预定电 压并暂停(也为足够的时间以允许电荷在可观優电容和溏波电容之间 转移之外,不需對壬何行动。事实是,例如对于附图1A所示的实施例,其中在 可观懂电容112和滤波电容110之间的电荷分享所需要的暂停时间由包括可测 量电容112、无源阻抗105和滤波电容110的电路的时间常数确定。在各种实施 例中,所需要的暂停时间可以是相对短的(例如,如果搶波电容110舰串联 的小电阻连接到可观懂电容112)。在其它实施例中,所需要的延迟可以更长,这样可能需要更长的暂停时间(例如,如果搶波电容110 M31串联的更重要的无源阻抗105连接至何测量电容112)。在其它实施例中,允许电荷转移可以包括有源Wj与控制器相关的一个或多个开关,以耦合外部的部件到无源网络和/鹏当釆取其它《询。在这样的实施例中,无源阻抗105可以被更小地制造。
在执行一个或多个电荷转移战呈之后,其中该过程包括施加预定电压和允 许可测量电容112与滤波电容110分享电荷,可以测量滤波电容110上的电荷 示值。对于附图1A所示的实施例,可以将搶波电容110上的电荷示舰常视为 节点115处的电压。还可以将滤波电容110上的电荷示值视为节点113处的电 压,但是在那样的情况下必须计算J^1无源阻抗105的电压。然而,对于一些 实施例及某些次数而言,離无源阻抗105的顿是可以忽略的;如颗于这 些实施例以这些确定次 取测量,那么节点113处的电压实质上等于节点115 处的电压。例如,如果无源阻抗105是电阻,那么被忽略的电荷存储在无源阻 抗105上;此外,如果可测量电容112和滤波电容110已完成分享,那么可忽 略的电流 无源阻抗105。在这样的情况下,,无源阻抗105的电压实际上 为零。
如上所述,开关101、 103可以由分开的、离散的开关或耦合到控制器的 输出 ^出(I/O)的内部逻激电路实施。现在返回附图1B,示出了第二 示例的电^f专感器150。电割专感器150釆用具有I/O 104和106的控制器102,以提供切换功能。LO 104可以掛共与附图1A的开关101相关的切换。I/O 106 可以提供切换功能以重置滤波电容,但该效果不同于与开关103相关的效果。 在附图1B的实施例的情况下,I/O 106被用^f共参考电压,如开关103所做 的,但是由于节点107 f給到典型不是由I/O 106提供的电压,因此滤波电容110 被重置以在*波电容110上具有一定数量的一瞎电荷。控库幡的数字IZO典型能 够切换地应用一个或多僧辑值和/或"高阻抗"或"开路"值。逻辑值可以是 任意适当的电压或其它信号。例如,逻辑"高"或"1"值可以对应于"高"电 压(例如,+Vec,其对于一些控制器可以是+5伏等),而逻辑"低"或"0" 值可以对应于相对"低"的电压(例如,接地或OV)。这样,利用I/O 104、 106 选择和施加的特定信号可以依据所选的具体控制器102随实施例而明显改变。 这样,釆用控制器I/O的这些实施例的一馆点是仅利用与传统控制器102例如 ,制器、数^ff号处理器、微^M器、可编禾驟辑阵列、专用集成电路和/或 等结合的无源元件(例如,无源电阻105、滤波电容110)可以容易地实施非常 灵活的电容传感器150。可以容易地从其中包括Microchip Technologies of Chandler, Arizona; Freescale Semiconductor of Austin, Texas禾口 Texas Instruments of Dallas, Texas的M商源获得许多这些控制器产品。
进一步,在一些实施例中,控制器102包括数字存储器(例如静态,动态 或決速随机存储器),其可以被用来存储用于为这里包含的各种电割专感器执行 各种电荷转移过程禾聘的数据和指令。因为阻抗105和滤波电容110是静态连 接,所以仅需要在传# 作期间发生的实际行动包括1/0 104和106处的信号 电平的处理。这样的处理可以响应于控制器102中包含的软件、固件、配置或 其它指令而发生。
在一些实施例中,滤波电容110耦合到实际上恒定的电压,例如附图1A 中所示的节点107处的接地。在其它实施例中,、搶波电容110耦合到可变电压, 其提高了电容检测的性能,例如附图1B所示。附图1B中所示的示例实施例包 跪样的可选裕尝电路125,其为电源电压中的波动补偿电割专感器150,从而 为电源电压噪声效应提供改良的电阻。拊尝电路125典型耦合滤波电容110相 对可测量电容112的一侧到与电割专感器150的实施相关的电源线之一或两者 (在附图1B中示出耦合到+Vcc和接地)。尽管附图1B示出仅补偿一个滤波电容 110的补偿电路125,但是相同的补偿电路可以在节点107耦合到多个滤波电容110。这样,W尝电路125可以容易!細来W尝具有多个检测鹏和多个滤波电 容的传感器。M附图1B所示的配置,电源线中的波动(也为"电源电压波动") 导致节点107处相似的电压波动,从而争細来W尝与控制器102相关的由同一 电源电压波动导致的阈值中的波动。
对于附图1B所示的补偿电路125, P且抗分压器可以,分压器,其由耦合 到+l和接地的两个电阻或两个电容形成。电路125的阻抗分压器具有在节点 107耦合到滤波电容110的"公共节点"。阻抗127和129的电P且形式可以包括 电阻器以形成电P且分压器网络,而阻抗127和129的电容形式可以包括电容器 以形成电容分压器网络。a^择用于阻抗127和129的适当值,熗波电容110 可以向位于两个电源电压之间的任意电压被偏置。此外,电源电压的变化将自 动由W尝电路125补偿。这是因为这样的分压離供没有明显延舰反应电源 电压波动的电压。尽管有利于一些实施例,但是补偿电路125的使用在所有实 施例中可能不是理想的。
电路195的操作可以非常类似于电路150的操作。I/O 104可以通过提供 逻辑值(例如逻辑"高")働B预定电压到可测量电容112。 K)104然后可以持 续高阻抗以允许在可测量电容112和组合滤波电容U 0的两个电容1102-1104之 间的电荷分享。I/O 106 (或一些其它电路)可以,細来测量节点115处的电压, 其还由电容1102-1104上总电荷的示值标组合搶波电容110上的电荷。1/0 106 可以^f共SS信号(例如逻辑"低")以在已执行适当次数的电荷转移战呈之后 重置两个电容1102-1104上的电荷。M附图1D所示的配置,电源线上的波动 导1^且合、搶波电容110的参考电压(对于电容1102的+Vcc和对于电容1104的 GND)的类似波动。因此,电路195的实施例可以彬尝与控制器102相关的由 同一电源电压波动导致的阈值波动。
由于电路195 Mil利用滤波电容实现W尝,因此当传^l仅需要一个或两 个滤波电容时,它就相比于具有更少部件的补偿电路125具有优点。在许多情 况下,电路195所示的W尝可以通过由共用同一滄波电容的多个检测通it^分 享(例如附图4C的电路440,下面将描述)。然而,附图1D所示的M滤波电 容的方法比附图1B的裕尝电路125 J^隹于il31多个检测通道分享,这是因为分 享彬尝将分享滤波电容。
参考附图2A,示出示例的时序方案200,其适于操作附图1B的电割专感 器150。特别是,附图2A示出与I/0 104和106相关的和在节点113和115处 的电压。轨迹230示出充电电压脉冲210的一组示例,其可以利用I/O 104被提 供给可测量电容112。充电电压脉冲210包,辑低(0)的输出部分209和逻 辑高(1)的输出部分201。在附图1B、 2A所示的实施例中,逻辑高的输出部 分ffi31节点113施加预定电压到可须懂电容112,这样预定电压是与逻辑高的输 出相关的电压(其对于典型控制器
02是+Vee)。这样,利用适当的开关(例如 Jt3ffi制器102内部的电路,雜附图1B中的I/O 104上产顿当的信号输出) 施加预定电压。充电电压脉冲210的逻辑高部分201通常,,择以具有短于包 括阻抗105和滤波电容110的RC电路的响应时间的周期,这样可以忽略在施力口 预定电压期间对滤波电容110的任意电荷泄漏。
在附图2A所示的实施例中,充电电压脉冲210还包括相对短的逻辑低输出部分209 (其对于典型控制器102是GND,尽管其它控制器可以输出其它逻 辑值)。逻辑低输出部分209提供"反向"腿,絲施加预定电压的逻辑高输 出部分201之前。"反向"TO具有与预定^il相反的幅值并有助于皿"电流 抵消"补偿电荷转移过程期间通过阻抗105的电流泄漏。选^JI纖出部分209 的持续时间,这样由驱动反向电压去除的寄生电荷的数量通常等于由施力顿定 电压增加的寄生电荷的数量。在附图2A的充电脉冲210中,"反向"电压被施 加大约与施加预定电压相同的周期。这样的"电流抵消"是可选赚征,其在 所有实施例中不是必需的。
附图2A中的车爐232示出了重置信号220的一组示例,其可以舰I/O 106提供。这些Sa信号220可以在节点115皿Sa电压到滤波电容110以重 置滤波电容110上的电荷。SS信号220皿开,供给节点115 (例如M控 制器102内部的电路,其在附图1B中的I/O 106上产生适当的信号输出)。在附 图2A的所示示例中,重置信号220包括低电压输出,其重賢搶波电容110上包 含的电荷。这个重置信号可以周期地、非周期ilM其它方式提供和/或可以在一 些实施例中根本不衛共,如下面更充分的描述。例如,特定的重置信号220可 以在节点115处的电压(其是滤波电容110上电荷的示值)m阈值之后施加 到节点115;这在时序图200中由节点115处的电压(由那恋236示出)超过阈 值电压Vra之后提供的重置信号220A-C示出。
滤波电容110上的结果电压(g卩,对于附图1B, 2A所示的实施例为节点 115处的电压)在附图2A示作电压车,236。电压车,236响应于"电流抵消" 中的反向电压和预定电压的驱动呈现微小的下降和上升。电压 236 J3S^出 当滤波电容110上的电荷M51执行电荷转移a^呈与可测量电容112分享时节点 115处的电压的逐步增加。
腿轨迹234和236均示出了可测量电容112如何禾,針施加的预定电 压相对快舰充电,同时可测量电容112或滄波电容110和形成无源网络的无 源阻抗105的相对大的时间常数导致滤波电容110相对慢的放电。典型地,分 享时间期间被限定尺寸至促够长以使节点113和115处的^E大致相等,这样 仍在可测量电容112和滤波电容110之间流动的任意电流可以被忽略。
几种不同的方法可以被用来根据滄波电容110上的电压确定可观懂电容 112。在一种方法中,节点115处的电压与适当的阈值电压(Vth)相比,以提 供滤波电容110上电压的一位模数(A/D)转换。(如前所述,节点113处的电 压还可以被用作滤波电容110上电荷的示值,并且可以利用I/O 104测得。然而, 对于这个例子,采用了节点115处的电压。)这个电压比较可以由耦合到节点115 的比较器执行。例如,附图1B的控制器102可以包括耦合到I/O 106的模拟电 压比较器功能。可替换地,比较器功能可以由常规数字1/0引脚106的输入电路 执行,在这种情况下,阈值vth典型是数字输A^冲器的预定阈值(例如CMOS 阈值)。这样1/0 106可以被用来比较节点115处的电压和阈值电压,这样获得 滤波电容110上的电荷的示值。在一个实施例中,这个阈值,大致等于高和 低逻辑值之间的中间点。
附图1B、 2A中所示的实施例可以采用这种比较器型方法,并且时序图 200示出这种方法,用虚线vth标阈值电压电平vth和用点222标I/0 106 读取次数。如轨迹236中所示,施加充电脉冲210到可测量电容112和允许由 可测量电容112与滄波电容110分享电荷的电荷转移雖重tt至啦测到节点 115处的腿舰阈值电压ViH。控制器102的I/0 106具输入功能,并且可 以被读取以M比较它和I/0 106的输入阈棘测量节点115处的电压。这种测 量和确定滤波电容110上的电压可以发生在一些^^f有电荷转移过程的执行中。 附图2A中的时序图200示出点222A-D处的I/O 106的读数,其仅包括一些电荷转移呈的执行。
在节点115处的腿超过阈值之后(该阈值由车爐236上的点203A、 B 表示,并在由系 311/0 106在点222B、 D处的读数检测到阈值的这个 点之后),重置信号220B、 C被施加到节点115以錢滤波电容110上的电荷。 尽管有时仅需要执行一次电荷转移战呈以穿过阈值,但是典型地包括执行几十 或几百或更多次电荷转移,。为了便,释,时序图200示出仅在四次电荷 转移斑呈执行之后被穿过的阀值。ii51直到滤波电容11。上的电压(即对于附 图1B、 2A所示的实施例为节点115处的电压)m阈值电压Vth,才确定执行 电荷转移过程的数量,就可以有效确定可测量电容112的值。逸就是,在电容 110上生成已知数量的电荷(由穿过已知电压阈值Vm的节点115处的电压表示) 所执行的可测量电容112的效放电循环的数量可以实际上与可测量电容112的 实际电容相关。
如,合,这种比较,方法还可以iiM^审幡102内部和/或外部的任 意电路组合来实施。还存在和考虑这种比较,方法的许多变型。例如,可以 禾'J用用于一个或多个比较器的多个参考电压,禾,控伟幡102的指定输A^'J 用具有滞后的控制器的输入(例如施密申賴虫发型输入)提供多个阈值。如果使用多个阈值,那么当达到不同阈值时还可以改变电荷转移过程。例如,如果阈 值不是均匀间隔,电荷转移过程可以被构造成转移相对更多数量的电荷以达到 粗略的阈值,或如果有多个阈值都必须穿过,则超lj第一阈值。穿过最后交叉的阈ii^需的每种电荷转移af呈的执行次数可以棚来确定可测量电容112的值;关于其它阈值交叉点的附加信息还可以l細来改进该确定。
附图1B、 2A所示的实施例可以釆用这种多位方法,并且附图2A中的时 序图200示出这种方法。忽略电压阈值Vra线和读取点222A、 C, feH| 236 将四表示为电荷转移过程的预定执行次数并示出在点205A-B处的四次电荷转移iil呈执行之后节点115舰电压测量值。如在比较翻方法中,翻控伟幡 102的内部和/或外部电路的任意组合来完成多位的测量。例如,如果I/O106具 有多位输入功能,那么它可以體接4顿。可替换地,102的另一铺入,具有 ADC性能的另一个控制器,嫩卜部ADC離它电路可以耦合到控制器102并 用于测量。然后根据搶波电容110上观糧的电压(对于附图1B所示的实施例为 节点115的电压)确定可测量电容112的值。
,并且预想这种ADC型的方法的各种^M。例如,在滤波电容110的 重置之间执行的一组电荷转移过程中进行多次多位领懂。作为另一个示例,电 荷转移过程的执行次数不必预先设定,这样跟踪电荷转移过程执行的次数和节 点115处的电压以产生可观懂电容112的值。
可以釆用其它的方M根据滤波电容110处的电压确定可测量电容112, 以及附图2B示出可导致的滤波电容110上的一些示例电压轨迹(例如节点115 处的电压)。例如, 一种方法需要执tf 员先设定次数的电荷转移过程,然后利用 电流源( 252)或具有已知时间响应例如一阶响应( 254)的放电电路 从滤波电容110移动电荷。滤波电容110上的电荷降到已知值例如零所需的时 间可以被监控和量化以产生滤波电容110上的电荷示值的一位或多位测量值。这种观懂值可以与予跌设定次数一起^顿以确定可测量电容m的值。am样的方法,在测量之后滄波电容110可以留在己知值,这样就不需要施加分开 的重置信号。
在附图1A-B、 2中戶标的基本结构和操作可以进fiH午多变化。例如,附 图2A所示的时序图200假设从可观懂电容112到滤波电容110为电荷的"正" 转移,而等效实施例可以基于相反方向上的电荷分享。(这就是,在重置期间电 荷可以放置在滤波电容110上,并且分享期间这种电荷S3i阻抗105去除和移 动到可领糧电容m。这可以 加高重置电压到节点115,然后禾,施加低 预定电压到可测量电容112的充电脉冲210来实现,这样可测量电容112和滤 波电容110之间的分享使滤波电容110放电并斷氏了节点115处的电压。)轨迹 256、 258和260示出了滤波电容上的示例电压,其可以在实施例中利用电荷的 这种"负"转移观察到。
256示出滤波电容重置时存在可忽略的延迟时的示例系统的响应;可以M:接由可忽略的耦合电阻重置的系统中观察到这样的响应。轨迹258示出当在重置、搶波电容时施加类似于一阶RC或L/R响应的时间响应时示例系统的响应;可以在利用RC或L/R电路重置的系统中观察至隨 样的响应。轨迹260示出示例系统的响应, 滤波电容重置时具有大致线性 的时间响应;这样的响应可以在通过驱动电流源一定时间而重置的系统中观察 到。这里描OT来确定作为滤波电容110上的电荷示值的函数的可测量电容112 和执行电荷转移斑呈的次数的各种其它的技术。
例如,可以表述许多等效的技术。参考附图3A,可替换的时序图300示 出附图1B所示的电路,该电路实施"振荡器"型方法,其具有两个不同的预定 电压以对可测量电容112充电和两个阈值电压以确定可测量电容112。时序图 300的电压執迹310以成组的相反的"正"充电脉冲311和"负"充电脉冲312 的形雄加充电脉冲310。特别是,时序图300示出第一组电荷转移ill呈,雜 第一时间周期301期间施加"正"充电脉冲311 (这样施加高预定电压);时序 图300 ^出另一组电荷转移af呈,,第二时间周期302期间施加"负"充 电脉冲312 (这样施加低预定电压)。附图3A示出节点113处的结果电压的示 例电压轨迹303。电压轨迹303示出一组充电脉冲311、 312在节点113处的结 果电压。特别是,电压轨迹303示出旨更高的充电电压脉冲311如何对可测 量电容112充电和由此置于可测量电容112上的电荷在与滤波电容110分享时 如何l^^文电。电压车tt 303此外示出每个更低的充电M脉冲312如何对可测 量电容112放电和由此可观懂电容在被允许与滤波电容110分享时如何对滤波 电容110放电。滤波电容110上的结果电压(即对于附图1B、 3A所示的实施 例为节点115处的电压)由电压车tt306示出。尽管时序图300示出大致镜像 另一组电荷转移过程的第一组电荷转移过程,但是两个电荷转移MI呈不需要如 此相似。例如,擀卖时间、频率和减电压幅值可以不同。
在这个示例中,在第一时间周期301期间,"正"充电脉冲311被施加到 可测量电容112,这样允许可测量电容112与滤波电容110分享电荷,在节点 115^hXt搶波电容110充电。这导致节点115上的电压上升。在时间315处,节 点115处的电压经过第一阈值电压VTw,其由点330C指示的时间处发生的测量 检测。即刻之后,在第二时间周期302期间,"负"充电脉冲312被施加到可测 量电容112,这样允许可观懂电容112与滤波电容110分享电荷,对滄波电容 110放电。这导致节点115上的电压下降。在时间317处,节点117处的电压经 过第二阈值电压V加,其由点330E指示的时间处发生的测量检测。在附图1B、3A所示的实施例中,测量两个阈值电压VTO1和V 的交叉点并将其与电荷转 移斑呈执行的次数一起〗顿来确定可领懂电容112的值。
在周期301和302之后,可以发生具有"正"充电和"负"充电的附加周 期,其中在一个时间周期期间对滤波电容110充电并在另一个期间对其放电。 通过它的"正"和"负"充电循环,这个振荡器实施例不需要如上所述的分开 的重置信号。这是因为发生在滤波电容110上的电压波形变化的幅值和速率(执 ^^电荷转移M^呈的电压变化量)与滤波电容110上的趟台电压无关(假设 没有达到饱和分量和电源线)并且是电荷转移斑呈中4顿的可测量电容112的 示值。更大的可测量电容U2的值意味着电压阈值Vra!和Vra2将与电荷转移过 程的更少的执行交叉,并且更小的可观懂电容112的值意味着电压阈值VTw和 VTO2将与电荷转移3ili的更多的执行交叉。因此,在穿过阈值之后和开始一组 电荷转移过程之前,不需要重置滤波电容110或另外置于已知的状态。
类似地,"正"和"负"充电循环还意味着在穿过阈值^之后可以执行 附啲电荷转移鹏而不会有害地影响传感器的性能,即使没有发生滤波电容 重置。考虑这个,具有多个并行驱动的检测通道的传感器(即,fflil同步电荷转移循环)将i^ "超时运行"检测通道,并持续执行穿过它们M阈值的交叉点所需的附卩电荷转移循环。具有多个彼此物理誕的检测通道的传感器优 选地经历彼此类似的电状态以将噪声最小化。例如,当检测电极呈现相似的电 压时斷氏了不同检测鹏的检测电极之间的任何寄生耦合的影响。如果这些检 测电极之一由电荷转移过程驱动而另一个不是,那么它们可以"串扰"并降低传感器的性能;然而,如果这些检测电极中的两个驱动到相似的电压(比如说, 由类似的电荷转移斑呈同步操作),那么M^、了 "串扰"。驱动多个检测电极到 相似的电压还有助于屏蔽检测电极不鈔卜部干扰影响。因此,通过在所有的通 道或不在通道上执行电荷转移过程,在这样的系统中驱动这些通道到相同的电 压是有利的,而不管它们阈值^X的相对时间。
因此,即使本发明的电路可以被驱动,这样基于釆用的阈值电压(例如附 图3A的实施例的情况下的V^、 Vto2) 时结束电荷转移过程,那种操作方式在具有多个检测通道的许多实施例中也不是期望的。相反地,在多个检测通 道系统中采用的阚值电压^X后,可能tfci^f^卖执行电荷转移过程,其中在多 个检测通道系统中同步或荆亍操作通道。然后电荷转移过程的总执行次数可以基于多个检测通道的时间最后(last-in-time)的滤波电容何时穿过它的阈值。电 荷转移过程的总M还可以预先选择足够的数量以使多个检测通道的时间最后 的滤波电容(至少在大多数情况下)已穿过它的阈值。
然而,可以注意到,在一些实施例中,M信号可以施加至湘反的充电脉 冲组之间。例如,滤波电容110可以重置为高以在节点115处的电压穿过更高 的阈值Vrai之后,在节点115,生高电压,并且滤波电容110可以重置为低, 以在节点115处的电压穿过更低的阈值电压V^2之后,在节点115处产生低电 压。附图3B中的车诚352示出溏波电容110上的电压,用于釆用两个Sg电压 和两个阈值电压的示例系统。尽管轨迹352示出没有"ilig行"的电荷转移过 程穿过阈值ViM或Vra2,但是其它实施例可以具有这样的"Mii行"过程。
施加錢信号还可以改变"振荡器"实施例。例如,当两种鄉的重置信 号被用来重置为高和重置为低时,可以仅利用一个阈值电压Vra实现"振荡器"。 附图3B中的轨迹354示出滤波电容110上的电压,用于采用两个重置电压和一 个阈值电压的示例系统。在具有"负"充电脉冲311的电荷转移过程的周期355 足以陶氐穿过阈值腿Vm的滤波电容110上的电ffi^后,暨为低的信号可以!鹏加以将滤波电容110上的电压设定劍氏于VTH的低錢电压。然后,具有"正"充电脉冲312的电荷转移斑呈的周期357可以MM加直到检测至鹏波电容110上的电压再次穿过阀值^ffiVm,尽t^时以相反的方式穿过VTH。尽管轨迹354示出没有"^ii行"电荷转移过程穿过阈值V^或Vra2,但是其它 实施例可以具有这样的"Mit行"过程。
返回由附图1B、 3A示出的示例,在时间周期301期间执行电荷转移过程 的次数和在时间周期302期间执行其它电荷转移过程的次数可以任意的方式确 定。在各种实施例中,耦合到节点115的I/O106合并具有滞后的输入,例如施 密牛就虫发特性,其提供两个阈傲比较腿Vrai和Vm2。这样I/O106可以被用 来在由附图3A的点330指示的时间读取节点115处的电压。当在这样的实施例 中滤波电容110上的电压被检测到已穿过更高的阈值Vrai (例如在点330C处) 时,一组电荷转移鹏可沿相反的方向,鹏加以斷氐熗波电容110上的电压。 类似地,当滤波电容110上的电压被检测到已穿过更低的阈值Vm2 (例如在点 330E处)时,另一组电荷转移^|呈可以沿相反的方向| 加以增加搶波电容110 上的电压。如f爐306所示,检测方案300在节点115处产生电压,其从正确的方向接近阈值,这 后输入例如施密特触发输入将在系统中正确运行并为 电荷转移过程的周期提供适当的阈值。
可以采用II似于附图2A所示的"单斜坡(single-slope)"实施例的方法确 定可须糧电容的值。例如,对于附图3A所示的实施例,重复执行充电搶波电容 110到阈值电压Vrai和对搶波电容110放电到阈值电压Vto2的电荷转移MI呈的 次数可以被确定并用来量化可测量电容112的值。例如,充电和放电循环的总 数(即,所执行的电荷转移战呈的总数,包括执行两个电荷转移漲,而不管 上充电(charge-up)或下充电(charge^down)效应)可以l^艮踪并用来确定可测 量电容112。作为另一个示例,充电循环的次数可以郷跟宗并与放电循环的次数 分开i顿。可替换地,仅跟踪充电循环的次数或似艮踪放电循环的次数,并将 其用于确定可测量电容112; m^样的实施例,未被足跟辩tH,的男H类充电转 移过程可以被用作重置并具有低得多的分辨率。
可替换地,并还类似于附图2A所示的"单斜坡"实施例,附图3所示的 实施例可以利用育^提供多位须懂的部件测量搶波电容上的电荷的示值。例如, 可观懂电容112可以被提供固定次数的"正"充电脉冲311和"负"充电脉冲 312,并且节点115处滤波电容110上的结果电压可以在*周期(例如周期301, 302) —次或多次地被数字化到多位值,以测量被转移的电荷数量,而不使用分 开的阈值ViH,和Vm。这些固定次数可以Mil系统固定或是类似动态的,并且 可以随循环而改变;例如,固定的次数可以在开始或结束电荷转移过程的循环 之M立刻设定。
可选^i也,滤波电容110上的电荷可以在利用第一种电荷转移过程沿第一 方向充电之后被"设定"为预相关值,并在利用第二种电荷转移战呈沿第二方 向充电之后被"M"(即,设定至顾相,或另一值)。
在另一其它实施例中,执行电荷转移鹏的予鹏次数与阈值的4顿结合。 这就是,充电和/或放电过程可以执行预定或预先设定次数的循环,但是其中滤 波电容110上的电压穿过阈值电压的电荷转移过程被识别。例如附图3A示出十 四个充电转移ai呈和六个测量330A-F,其中进纟瑰次测量330A-F的时间由箭 头示出。在所示的示例中,在每个充电或放电循环期间执行七个电荷转移过程 和三个测量,即使正好在点330C示出的第三采样之前穿过阈值电压Vrai和正 好在点330E示出的第二釆样之前穿过阈值Vm2。仍然执行第三采样,如点330F所示,并且仍然^W亍第七电荷转移M^呈,即使第二采样示出节点115处的电压 已穿过阈值Vra2。这种附加的采样如330F的执行是可謝奂的。然而,这样的附 力卩采样可以提供緲卜的优点,特别是当采用通掛搶波电容110测量多个检测通 道时,其中通道之间的倾斜方向相对恒定,即使被测电容可以随鹏而改变。 这样的实施例还可以提供其它的优点,例如增强抑制已被穿过的阈值电压的不 正确读数。如上所述,附加电荷转移过程的执行也是可替换的,但在具有彼此 实际舰的检测fflit和荆亍(同步)运,说些检测通道的系统中是特别有利的。
还可以注意到,示出测量330A-F,在每个时间周期301、 302的后部期间 当搶波电容110上的电压已穿逝万采用的阈值的可能性更大时进行该观糧,而 在針时间周期301、 302的较前部期间当这种可能性低时不进行该测量。M 这样的方法,充电脉冲311和312的计时可以更快,并且在不测量滤波电容IIO 上的电压的时间期间脉冲更频繁。对于这样的性能,可以移除至少与测量相关 的时间。
充电和放电脉冲311、 312 (或任意其它充电脉冲)还可以由于其它原因 而随时间改变,并且它们不需要相等时间间隔或持续时间相等。在许多实施例 中,由于随时间的改变容易被许多这里所描述的实施例容许,因此控制器102 可以实质上在电荷转移过程或确定步骤的任一点上处理中断或其它干扰。这在 采样时间超过设定的时间常数时特别正确。可替换地,有意识地改变脉冲的时 间间隔可以扩展采样的频谱以提高对耦合到可测量电容的窄带干扰的抗干扰 性。
如上戶万述,这里所描述的许多实施例可以利用商^Lh可获得的部件例如传 统的集成电路和离散电阻和/或电容容易实现。由于这种简争性,许多设计容易 适于部件和/或I/0分享,例如附图1C中所示。这种分享原理可以在许多附加的检测鹏中采用以 肯辦禾拥单个控制器102有效检测多个电容112的传感 器。这可以大大降低齡系统的成本和尺寸。的确,可以形成各种技术用来在 无源网络内舰可替换实施例的宽阵列分享控制器102上的检测弓,和/或任意 离散部件。
在附图1C示出的这个实施例中,电容传感器175包括两个无源阻抗 105A-B,每个无源阻抗105A-B在各自的节点113A-B处耦合至恪自的可领懂电 容112A-B和各自的I/O 104A-B。滤波电容110在节点115A^l合到I/O 106A 和阻抗105A,并且在节点115B处滤波电容110耦合到I/O 106B和阻抗105B。 这样电^(专感器175以下面方式实施:其中在两个可测量电容112A-B之间分享 、搶波电容110。
作中,分别il33t可测量电容112A-B执行电荷转移过程和确 定。例如,当可测量电容112A在电荷转移鹏中是有源的时,1/0106B可以被 驱动到参考电压(例如电源电压)并且可测量电容112A、 I/O 104A和106A、 无源阻抗105A和滤波电容110可以l^以用作附图1B中所示的模拟部件(例如 分别是可测量电容112、 I/O104和106、无源阻抗105和熗波电容110)。类^lifk, 当可观懂电容112B在电荷转移af呈中是有源的时,I/O、 106A可以被驱动到参 考电压(例如电源电压)并且可测量电容112B、 I/O、 104B和106B、无源阻抗 105B和滤波电容110可以类似用作附图1B中所示的模拟部件。
il31顿用控制器102上实施多检测鹏,可以实现轩效率。经常地, 可以容易地在标准的印刷电路板(PCB)上形自来提供可测量电容112的检 测电极,这样这些元件的复制品在制造方面上是相对便宜的。在希望可测量电 容112相对较小的情况下,贝IJ滤波电容110还可以在PCB上制造。财卜,可以 在PCB上不形成或形成一个或多个电阻、电容和电感,以^f共用在无源阻抗105 鹏别处包括无源阻抗105和滤波电容110的无源网络中的阻抗。因此,许多 这里所描述的各种特征可以容易地采用传统的制微斜卩结构实施。然而,在 一些瞎况下,例如滤波电容UO、无源P且抗105和其它阻抗的部件可以足够大以 保证许多实施例中的离散部件。在那些瞎况下,这些部件(例如滤波电容110) 可以由一个或多个离散电容、电阻、电感和/或其它离散部件实现。
财卜,所需的I/O总数量和无源网络中的部^M甚至可以通过任意, 的时间、频率、编码或其它多路鄉技术进一步斷氏。以各种模式设置检测电 极还允许设计许多不同类型的传感器布置(包括多维布置,其用在一维、两维或多维触劇专感器中)。可替换地,多个"按键"式接触传感器可以容易地禾,各种检测ffiii或可以生成的任意M的其它传ii^置检测。
附图4A示出电割专離400的可替换实施例,絲控制器102中为針 可观懂电容112i5^—个I/0。 ilil为每个可观糧电容顿用一个1/0,这个 实施例允许在I/0使用率的方面更有效地实施电容传 ,并且对多检测通道的 实施特别有用。这样,具有20个检测电极的临近传麟可以利用控制器102上 的20个I/O实施。在这个实施例中,单个的I/O被用来施加 页定电压到它的相 应可测量电容112 (例如,IZO404A与可测量电容112A相关,并且I/O404B与 可测量电容112B相关),读取它的相应滤波电容110A-B上的电压,并且还重 置它的相应溏波电容110A-B上的电荷。附图5的时序图示出附图4A的单个代 表性I/O引脚404的运行。当存在多个引脚例如I/O 404A-B时,可以一次运行 一个弓脚或同步运行。附图5示出类似于附图2A运行附图1B的电路的方式的 运行方法。类似于那些附图2B或附图3A-B的方法的方法也可以用来运行附图 4A的电路(未示出)。如附图5的轨迹510所示,1/0 404的输出包括充电脉冲 501,其施加预定电压到可测量电容112。在充电脉冲501之间,1/0404被设为 高阻抗状态,这样可测量电容112被允许通过阻抗105与滤波电容110分享电 荷。在重置时间503处,I/O 404被设定为低电压以SS熗波电容110。因为滤 波电容110必须舰无源阻抗105 t錢置,因jt(^、须4顿相对长的重置周肌 电压轨迹502示出每次执行电荷转移过程如何影响节点113处的电压,该电荷 转移jif呈包括充电电压脉冲501和在可测量电容112与、搶波电容110之间的电 荷分享。节点113处的电压可以被用作滤波电容110上的电荷的示值并用来确 定被测量的电容112。
应当注意到,在附图4A所示的实施例中,节点115处的电压不旨植接测 量,这是因为那些节点不錢接耦合到控制器102的I/0。这样,在这个实施例 中,M测量节点113上的结果电压可确定可湖懂电容112。类似于战的替换方案,在一个实施例中,节点113处的电压可以与阈值电压VTH比较。如果合适,可以选^^个阈值电压Vra以说明节点113而不是节点115处的测量位置, 例如当通过无源阻抗105的压降可以被预测和韦階时。可替换地,可以由确定 可测量电容112所执行的计算实现,M尝估算的压降。财卜,如上所述,在一些 实施例中和以一定次数,节点113处的电压可以基本上等于节点115处的电压,这样不存在观懂差并不需要考虑。ilMS样的实施例,由于在至少电荷转移过程的至少一部分期间节点113处的电压与节点115处的电压的差值,因此希望 选择确定的时间,在其处节点IB处的电压虽lil宗节点115处的电压。
在充电循环的最后(例如,在节点113处的电压皿阈值电压VTH之后, 如附图5所示),1/0404施加适当的重置电压以重置滤波电容110上的电荷。在 附图4A和附图5的实施例中,例如,1/0最初施加逻辑"高"脉冲以提供正电 荷到可观懂电容,然后与滤波电容110分享,并且然后ilil驱动逻辑"低"或 "接地"足够的时间周期,以M5i无源阻抗105对滤波电容110放电,来重置滤 波电容IIO。可以预想可替换方案。还有,可以制定其它符号规约^ii行的等效 方法。作为另一个可替换示例,可测量电容112可以被充电^^文电,用于执行 预先设定次数的电荷转移腿,M在执行予跌设定次数之后测量滄波电容110 上的电压作为多位值而不是与阈值相比的一位值。在进一步其它实施例中,可 以采用类似于附图3A所示的双向充电应用。
附图4B示出具有电^j专繊420的另一个实施例。附图犯的这个实施 例进一步允许降低所使用的部^^和1/0,这样阻抗105和滤波电容110 ^应 于I/O404A和I/O404B的两个检测iTOt间分享。在这个实施例中,电荷转移 斑呈可以 供来自I/O 404A的充电脉冲来施加予腕电压,利用可测量电容 112A来执行,同时I/O404B被设定为参考值(例如I/O404B可以被设为接地, 同时正电压脉冲+Vcc被提供在I/O404A上,^&t亦然,J/O404B被设定为十 Vcc而接地的负电压脉冲被麟在I/O 404A上。其它适合的电压例如-Va或这些 电压的任意分开形式也可以被使用)。然后电荷可以被允许i!31停止施加预定电 压荆呆持I/O 404A为高阻抗状态同时维持I/O 404B为同一参考电压来分享。在 执《 S个电荷转移过程一次或多次之后,然后可以由I/O 404A利用任意上述的 技术读取节点U3A处和滤波电容110上的结果电压。滤波电容110上的这个结 果电压是滤波电容110上的电荷的示值,并可以与电荷转移过程的执行次数一 起^顿来生成可观懂电容112的值。类似的电荷转移逝呈可以舰提供I/O404B 上的电压脉冲来施加预定电压同时保持I/O404A在参考值(例如接地),然后允 许电荷在可澳懂电容112B和滤波电容110之间分享,利用可测量电容112B来 执行。节点113B处的电压的一次或多次测量可以利用I/0 404B进行。这些测 量和电荷转移鄉呈的执行次数可以被用来生成可观懂电容112B的值。
附图4C示出另一个电割专麟实施例440。在这个实施例中,滤波电容 110在对应于I/O404A和404B的两个检测鹏之间分享。齡I/O404A、 404B 耦合到可测量电容112A-B (分别),并经皿当的各自的无源阻抗105A-B耦合 到滤波电容110。传感器的运行将与附图4A所示的传感器400的运行类似 (parallel),除了传 400和440的运行的区别在于传感器440的旨可测量 电容112A-B将及时分别确定,而没糊实同时发生的电荷繊M^呈和澳懂的选 项。也就是,具有附图4A的传繊的對UUS行典型地比附图4C的传感器更方 便;然而附图4C的传li^舰共用滤波电容110而A嚿括一锦件。对于电路 440B,当可测量电容112A用在由I/O 404A驱动的电荷转移过程中时或当节点 113A利用I/O404A进行观懂时,1/0404B被保持在高阻抗,并且当可测量电容 112B和1/0 404B丰細在电荷转移中时或当节点113B禾U用I/O 404B进行测量时, I/O 404A被保持高阻抗状态。利用这样的方^0f有可测量电辦续稱合到滤波 电容可以降低传感器的性能(例如, 一些电荷可能累积到无效的可观懂电容上 或无效的可测量电容可能耦合有附加的噪声),这样的斷氏通常是可接受的并且 经常是不引人注意的。在应用中,滤波电容110的值可以M统测量的任意可 测量电容值的千倍或更多倍,这样滤波电容将决定电荷累积并限定了节点115 处的顿。附图4C中示出的传感器可以i!31^合节点115到控制器102上的附 加1/0 (未示出)皿一步 。这个到附加I/0的附加耦合可以便于重置和测 量搶波电容110。这个附加耦飾可以便于检测方法例如附图犯中示出的那些 352、 354,其中希望提供t魏重置。附图4C中示出的传感器还可以舰 耦合搶波电容110相对于节点115的一侧到控制器102上的附加I/O (未示出) 而不是接地 —步变型,。这个到附加I/O的附加耦合可以提供另一个检测通 道,其可以被用来测量耦合到与节点115相对的那个节点的可测量电容(未示 出)而没有任意更多的附加部件。可以存在和预想传麟440的许多其它'翅。
上述的各种内容和技术可以M:许多方式得到进一步提高。例如附图6 示出的示例实施例示出类似于附图4A的Mit、 #^通道一个I/O的实 式。 在这个实施例中,至少部分地由多个传感器电极601A-B和靠近传感器电极 601A-B的物体例如手指鄉虫笔(未示出)限定了可测量电容。财卜,这个实施 例包括如上所述的丰M尝电路125。这个实施例还包括监护电极602,其用来防护 传感器电极601 ,lj不经意的电耦合。
在附图6所示的实施例中,单个检测电极601A-B被用来电容性地检测物 体的雜并由此衝共它们各自的可观懂电容。在运行期间,禾蹄低阻抗路径607 护电极602上提供监护信号。 护信号有助于屏蔽传 电极与环境无 意的耦合并在用来确定可测量电容的电荷转移过程期间有助于M^从监护电极 602转移到滤波电容(例如110A-B)上的净电荷。在施加预定电压的部分期间, 监护信号可以施加一电压到监护电极602,该电压近似等于施加的预定电压。然 后,在有源检测电极(例如601A-B)与它的相关滤波电容(例如110A-B)之 间分享电荷结束之前,监护信号的电压可以改变到近似等于相关滤波电容(例 如110A-B)上的电压。如果选择恒定电压,相关滤波电容上的电压(自滤波 电容上的电压在电荷转移战呈重复期间和电荷转移过程重复之间改变以来的近 似值),那么施加至!j监护信号602的电压可以变化到适当阈值电压(Vth)和重 置之后相关滤波电容上的电压之间的一个电压。监护信号的电压的乡^t值不如 监护信号的电压漂移(即电压变化)錢。例如,监护电极电压和检测电极电 压之间的偏移量将不影响监护的有用性,自^iil电容进行电荷转移,电压漂 移(即电压变化)是重要的而绝对电压值是不重要的。
监护信号的iffi监护电压可以任意方式生成,例如MM^接监护电极602 到任意类型的监护电压发生电路。在附图6所示的示例实施例中,基于控制器 102的I/O 108施加的信号和为包括阻抗分压电路605的部件选择的鄉和值, 阻抗分压电路605适当地生成至少两个不同的电压值。特别是,可以使用由电 阻分压器构成的阻抗分压器605。禾拥这样的分压器,如果来自I/O608的信号为+Vcc或如果I/O608被保持高阻抗,那么监护电压为+Vee。可替换地,如果来自I/O608的信号为GND,那么监护电压为Vcc的预定分数例如(+Vrc)/2。作 为一个示例,监护信号的监护电压在应用预定电压和随后的分享期间施力疏电 脉冲之间改变。监护信号的监护电压还可以在电荷转移过程的重复之间改变, 例如SS和可测量电糊定中4顿的最后观懂之间变化。为了设计的简易性、 生产的简易性,更有效的监护信号等,可替换实施例可以利用一个或多个电阻、 电感或电容实施阻抗分压电路。数模转换器、脉宽调制器等也可以被用来生成 监护信号。这里所述的各种电荷转移检测技术(其耦合有简易的多通道集成) 提供高度有效的监护信号应用。然而,监护是选择特征,其可以不在所有实施
附图7的示例检测电路700示出多个检测电极,其提供通过多路鄉器 702连接到控制器102的多个可观懂电容。^^示的实施例中,控制器102的两 个1/0108、 109被用来沿路径706、 708鄉选择信号至l侈路OT器702,其选 择戶;f^望的传麟电极601A-D和相关的可领糧电容用来检测。这样,多路鄉 器702被用^^择哪个传繊电极601为它的相关可观懂电繊测量。尽管严 格来说,多路复用器702是有源装置,但是多路OT器702的^不会影响由 阻抗105和滤波电容110纟賊的无源网络的实际运转。Sl尤是,不管在多路复 用器702掘择明P个传麟电极601A-D,检测电路的运行总保持与上面所提供 的描述一致。因此,"无源网络"的{顿不完全排除{顿无源网络外部和各种可 替换实施例中的电容传感器的其它地方的一个或多个有源部件。
现在参考附图8,禾,转换电荷转移技微测可测量电容的示例技术800 适当地包括主要步骤执行电荷转移iif呈801两次或更多次(如重复步骤806) 和随后确定可测量电容的值(步骤808)。如上所述,电荷转移MI呈801包括施 加预定电压到可观懂电容(步骤802)和允许可测量电容通过无源阻抗与熗波电 容分享电荷,所述无源阻^a^加步骤(步骤802)和允许步骤(步骤804) 保持耦合至可观懂电容和滤波电容。社下文中的"分享"电荷可以指有源切 换,其与无源阻抗和可须懂电容或滤波电容的耦合或去耦无关,而是指电荷转 移,或被动地允许电荷舰阻抗经静止状态或其它不活动状态转移。电荷转移 Ml呈可以重复(步骤806),并且可以重复一次、十次、百次、或更多次SM滤 波电容上的电荷皿阈值电压,1Sai呈801已执, f页定次数或依据任意其它 方案。对于包括重置滤波电容的步骤的那些实施例,这个重置步骤可以插入到 步骤802第一次重复之前。
M^行适当次数的电荷转移逝呈,可测量电容的值被确定(步骤808)。 尽管在执行适当次数的电荷转移过程之后仍可以执行附加的电荷转移过程,但 是这些附力啲电荷转移逝呈不用来确定可测量电容的值。如上所述,依据任意 狱可以发生可测量电容的确定808。在各种实施例中,基于搶波电容上存在的 电荷数量的示值,以及为了生成电荷驢的示值而执行电荷转移^f呈801的次 数,可以作出确定。正如之前戶腿,执行那^H^呈801的特定次数可以予跌设 定,依据搶波电容上的穿过阈值电压的舰或如果合适由任意其它因素确定。
如果需要可以重复步骤802—808 (步骤810)。例如,在具有多个传自电极的临近传感器实施中,典型地每个电t^t应于可测量电容。在这样的实施 中,对应于每个传 电极的可测量电容典型地每秒被确定多次。这提供了确 定存在物体誕临近传麟的能力,并且由此便于^顿用户输入的装置。这样,可以高速重复该过程,^H专/itl电极一秒。
可以任意方式执纟 a程800。在各种实施例中,Ml呈800可以由,于数 字存储器例如位于控帝'勝内或与控制器通信的存储器、或任意其它数字存储介 质(例如光盘或磁盘,载波上传送的调制信号,和/或等等)中的软件或固j瞎 制。还可以禾IJ用模拟电路、编程电路或如果适合的其它逻辑或它们的组合执行 il^呈800和,它的各种等效物和 。
如上所述,用来确定电容的驢和方激寺别适用在临近传感驟置中。现 在转向附图9,示出耦合到临近传^^g 11的示例电子系统10的框图。电子 系统10意^ 示任意类型的个人计算机、便携式计算机、工作站、个人数字 助理、视频游戏机、通信錢(包括職手机和信息縫)、媒條置、该媒介 體包括录音机和唱机(包括电视、分线盒、音乐播放器、和视频播放器)或 其它育,接收用户输入和,信息的装置。因此,系统10的这种实施例可以包 括任意类型的处理器、存储器皿示器。此外,系统10的元件可以通过总线、 网络或其它有线^5线互^i^ffil信。临近传S^fi 11可以3151任意 的 接口或连接雜接到系统IO,包括I2C、 SPI、 PS/2、通用串行总线(USB)、蓝 牙、RF、 IRDA或任意其它类型的有线或无线连接,这里列出几个剕蹄雌示 例。
临近传感^g 11鄉控制器19和检测区域18。临近传感器縫11对 检测区域18中的输入14 (其可以由一个或多个手指,触笔和/或其^^入物体 提供)的皿敏感,并且可以ffiil测量由输入14导致的最终电容变化来检测输 入14。这里所{顿的"检测区域"意據广泛包括临近传^f^S11的上方、 周围、内部和/或附近的任意空间,其中传繊能够检测物体的位置。在传统的 实施例中,检测区域18从传麟的表面沿一个或多个方向延伸一距离到空间, 鼓信噪比阻止输入检测。这个距离可以是小于一毫米、多毫米、厘棘更长, 并且可以随传感器设计和所希望的传 性能(例如精确度或分辨率)明显变 化。因此,特定检测区域18的平面性和曲率、尺寸、微和精确錢将随实施 例而大大改变。
在操作中,临近传感 2 11适当iWl测量由检测区域18内的一个或 多个手指,触笔和/或其它物体影响的与多个检测电极相关的可观懂电容来检测 输入14的位置。并且,利用控制器19,临近传ii^置n ^m置的电标志 或电子标志到电子系统10。该系统10适当地处理该标志以接收来自用户的用于 任意适当目的的输入并生成任意适当的响应,如前所述。
临近传感鹏置11可以釆用离散电极,电极P车歹蜮电割专繊电极的任意其它布置,以支劍壬意数量的检测区域18。临近传感i^a还可以舒; 提供的信息类型上变化,例如鄉"一维"位置信息(例如沿检测区域)作为标量, "两维"位置信息(例如水平/垂直轴、角傲径向^l^两维的任意其它轴)作 为组合值、等等。
有时被称为临近传lgl^bS器或接触传感器控制器的控帝幡19,通常控 制禾,Jl^任意的各种技术来测量电容的31l呈。这里,控制器19还与电子系统 IO通信。控审幡19可以执行多种附力啲鹏以实施临近传^^S11。例如, 控制器19可以选择^^接单个的可测量电容,基于可测量电容的值计算位置或 运动信息,报告当达到阈值时的位置駆动,在将效艮告到电子系统10或将它 指^^用户或多种任意的不同逝呈之前解释和等待有效的轻叩/敲击/字符/按激
在本说明书中,术语"控制器"限定为包括一个或多个舰元件,其适于 执行所述的运行。这样,控制器19可以包括一个或多賴成电路,固fH戈码, 和/或软州戈码的全部或一部分。
还可以注意到,术语"临近传^^置"意l^不仅包括传统的临近传感器装置,而且包括广范围的等效装置,其會滩检测一个或多个手指、指示器、触笔和/或其它物体的位置。这样的装置可以包括但不限于接角螺、接角趣、接触板、生物鉴定,、笔M字符识别^S等。类船也,这里所^^的术语"位置"或"物体位置"意g广泛包括位置的绝对和相对信息、和还包括其它类 型的空间域信息,例如速度、加3i^等,包括沿一个或多个方向的运动测量。 各种形式的,信息还可以包括随时间的变化分量,如在手势识别等的情况下。 因此,临近传感器装置可以适当地检测,而不仅仅检测物体的存在或不存在, 并且可以包括广范围的等效物。
还可以理解的是,本发明的机构肖,以各种形式作为禾將产品分布。例如, 本发明的机构可以作为计算机可读信号支持介质上的临近传S^程序实施和分 布。财卜,本发明的实施例同等应用,而不管用来执行分配的信号支持介质的 特定类型。信号支持介质的示例包括可记录介质例如存储卡、光盘和磁盘、 硬盘驱动器和通信介质例如数字和模^M信线路。
可以在这里所提出的结构和技术,行各种其它的变型和增进而不脱离 它们的基本教导。因此,提供用来检测和/驢化可测量电容的多种系统、驢 和过程。虽然在前面的详细描述中已存在至少一个示例实施例,但是可以意识 到存在大量的变型。这里所描述技术的各个步骤例如可以任意时间顺序执行, 并且不限于这里所存在和/或要求监护的顺序。还可以意识到,这里所描述的示 例实施例仅仅是示例,并且不意味着以任意方式限定本发明的范围、应用或配 置。因此可以在元件的功能和布置上进行各种变化,而不脱离附加的权利要求 书及其法腾效物提出的本发明的范围。
权利要求
1、一种用来测量可测量电容的方法,该方法包括步骤执行电荷转移过程等于至少为二的次数,其中电荷转移过程包括施加预定电压到可测量电容的步骤和允许可测量电容通过无源阻抗与滤波电容分享电荷的步骤,所述无源阻抗通过施加和允许步骤保持耦合至可测量电容和滤波电容;和确定作为滤波电容上的电荷的示值和电荷转移过程的执行次数的函数的可测量电容的值。
2、 权利要求1的方法,进一步包括韦M尝滤波电容上的电荷的示值以用于参 考电压中的变化的步骤。
3、 权利要求2的方法,其中彬尝步骤包括将参考电压的至少一部分添加到 i^波电容上的电压上。
4、 权利要求3的方法,其中参考电压经阻抗网络耦合到滤波电容,以将参 考电压的至少一部分加到滤波电容上的电压上。
5、 权利要求4的方法,其中阻抗网络包括电容分压网络。
6、 权利要求4的方法,其中阻抗网络包括电阻分压网络。
7、 权利要求l的方法,进一步包括M滄波电容上的电荷的步骤。
8、 权利要求7的方法,其中重置步骤包括xt;^波电容施加已知电压。
9、 权利要求7的方法,其中可测量电容的值根据在錢步骤和当检测到滤 波电容上的电荷的示值穿过阈值时之间执行电荷转移3^呈的次数来确定。
10、 权利要求1的方法,其中滤波电容包括耦合到两个不同电源电压的阻 抗分压器。
11、 权利要求10的方法,其中阻抗分压器包括电容分压器。
12、 权利要求1的方法,其中确定步骤包括获得滤波电容上的电压的多位 测量值。
13、 权利要求1的方法,其中确定步骤包括将搶波电容上的电荷的示值和 阈值进行比较。
14、 权利要求1的方法,进一步包括执行第二电荷转移游呈至少等于一的 第二次数的步骤,其中第二电荷转移iilf呈包括施加相反的电压给可测量电容的步骤和允许可测量电容iM:无源阻抗与滤波电容分享电荷的步骤,其中预定电 压沿第一方向转移电荷,以及相反的电压沿与第一方向相反的第二方向转移电 荷。
15、 权禾腰求14的方法,进一步包括在执行电荷转移^f呈该次数之后设定 滤波电容上的电荷的示值为第一值并在执行第二电荷转移过程第二次数之后设 定滤波电容上的电荷的示值为第二值的步骤。
16、 权利要求14的方法,其中确定步骤包括确定滤波电容上的电荷的示值 穿过第一阈{1^需要的第一电荷转移娥呈的执行次数和滤波电容上的电荷的示 值穿过第二阈值所需要的第二电荷转移斑呈的执行次数之一。
17、 权利要求14的方法,其中确定步骤包括确定滤波电容上的电荷的示 值穿过第一阈值所需要的第一电荷转移过程的执行次数并确定滤波电容上的电 荷的示值穿过第二阈值所需要的第二电荷转移过程的执行次数,以及其中确定 步骤包括确定滤波电容上的电荷的示值穿过第一阈值和第二阈€^需要的电荷 和第二电荷转移鄉呈的总执行次数。
18、 权利要求14的方法,其中执行电荷转移过,MS少13g滤波电容上的电 荷的示值穿过第一阈值和执行第二电荷转移,至少直至滤波电容上的电荷的 示值穿过第二闽值,并且其中第一阈值和第二阈值相等。
19、 权利要求18的方法,进一步包括步骤在执行电荷转移过程该次数之后设定搶波电容上的电荷为第一值;禾口 在执行第二电荷转移ilf呈第二次数之后设定搶波电容上的电荷为不同于第 —值的第二值。
20、 权利要求14的方法,其中执行电荷转移战廷少赶熗波电容上的电 荷的示值穿过第一阈值和执行第二电荷转移^fi至少直至滤波电容上的电荷的 示值穿过第二阈值,并且其中第一阈值不同于第二阈值。
21、 权利要求20的方法,进一步包^^骤;在执行电荷转移,该次数之后SSi^波电容上的电荷到重置值;和 在执行第二电荷转移过程第二次数之后重置滤波电容上的电荷到该重置值。
22、 权利要求1的方法,其中确定步骤包括利用控制器的数字输入阈值测 量电压。
23、 权利要求22的方法,其中数字输入具有滞后。
24、 权利要求1的方法,其中确定步骤包括禾,控制器的模数转换翻懂 电压。
25、 权利要求l的方法,其中电荷转移fe^呈进一步包括 改变电荷转移过程的执行速度,以使在电荷转移过程的执行次数的第一部分期间与在电荷转移逝呈的执行次数的第二部分期间的执行M是不同的;和 比较熗波电容上的电荷的示值和阈值,用于第二部分而不用于第一部分。
26、 权利要求25的方法,其中第一部分的执g度快于第二部分的执行速度。
27、 权利要求1的方法,其中搶波电容上的电荷的示錢滤波电容上的电压。
28、 权利要求1的方法,其中施加步骤包括禾,开关齢可观懂电容至顿 定电压。
29、 权利要求28的方法,其中该开魏括控制器的数字输出。
30、 权利要求28的方法,其中该开^S括缓冲集成电路和晶体管之一。
31、 权利要求1的方法,其中施加预定电压機比包括无源阻抗的网络的 响应时间短的时间周期。
32、 权利要求1的方法,进一步包括提供监护信号的步骤,其被构造用来 在电荷转移过程的至少一部分期间监护可观懂电容。
33、 权利要求32的方法,其中监护信号的电压在电荷转移过程期间改变。
34、 权利要求32的方法,其中监护信号的电压实质上与施加和允许步骤的 至少之一同时产生。
35、 一种数字存储介质,其具有存储在其上的被构造执行权利要求1的方 法的计算机可执行指令。
36、 一种用来测量可湖懂电容的方法,该方、魏括步骤 施加预定电压到可测量电容;和允许可测量电容与滤波电容ilil无源阻抗分享电荷,其中M施加和允许 步骤使无源阻抗保持耦合到可测量电容和滤波电容-,禾口 确定作为滤波电容上电压的函数的可观懂电容的值。
37、 权禾腰求36的方法,进一步包括禾,耦合到参考电压和滤波电容的阻抗将参考电压的至少一部分加到i^波电容的^EJ:的步骤。
38、 权利要求37的方法,其中禾拥耦合到参考腿和滤波电容的阻抗将参 考电压的该部分添加到、搶波电容上的电ffiJ:。
39、 一种用来测量可测量电容的錢,该體包括 滤波电容设备,其用来存储电荷; 用来将预定电压施加至何测量电容的设备;无源阻抗设备,其静态耦合到可领懂电容和滤波电容设备,用来允许可测 量电容与滤波电容设备分享电荷;禾口用来确定作为滤波电容设备上的电荷的示值的函数的可测量电容值的设备。
40、 一种用来在第一电节点测量可观糧电容的电路,该电路包括 无源阻抗,其静态耦合在第一电节点和第二电节点之间; 熗波电容,其耦合綠二电节点和第三电节点之间;和控制器,其耦合到第一电节点,其中控制器被构,来执行电荷转移过程 大于一的次数,其中电荷转移逝呈包括施加预定电压到第一电节点一个时间周 期,并允许可测量电,滤波电容通过无源阻抗分享电荷,和其中控制器进一 步被构造用来确定作为搶波电容上的电压和次数的函数的可测量电容值。
41、 权利要求40的电路,进一步包括第二滤波电容,其耦合在第二电节点和第四电节点之间。
42、 权利要求41的电路,其中第三电节点耦合到第一电源电压,以及其中第四电节点耦合到不同于第一电源电压的第二电源电压。
43、 权利要求40的电路,其中第三电节点连接到参考电压。
44、 权利要求40的电路,其中第三电节点耦合到控制器。
45、 权利要求44的电路,进一步包括第二可测量电容,其耦合到第三电节点。
46、 权利要求40的电路,其中第二电节点耦合到控审幡和第三电节点耦合到控繊。
47、 权利要求46的电路,迸一步包括 第四电节点,其耦合到控制器;第二无源阻抗,其耦合到第三电节点和第四电节点;和第二可测量电容,其耦合到第四电节点。
48、 权利要求40的电路,进一步包括耦合到第三电节点和参考电压的阻抗, 其中该阻抗将参考电压的至少一部分加至鹏波电容上的M上。
49、 权利要求40的电路,其中无源阻抗包括电感和电阻之一。
50、 权利要求40的电路,其中控制器进一步被构造用来比较第一电节点处 的电压和参考电压以确定滤波电容上的电压。
51、 权利要求40的电路,其中控制器进一步被构造用来利用多位模数转换器测量第一电节点处的电压以确定、搶波电容上的电压。
52、 权利要求51的电路,其中控制器进一步被构造用来比織一电节点处的电压和第二参考电压以确定滤波电容上的电压。
53、 权利要求51的电路,其中控制器进一步被构造用来设定滤波电容上的 电压为已矢口值以重置滤波电容。
54、 权利要求53的电路,其中第一参考电压和第二参考电压由控制器的数 字输入提供,该数字输入具有滞后。
55、 权利要求40的电路,其中控制器进一步被连接至U第二电节点。
56、 权利要求55的电路,其中控制器进一步被构造用来比鄉二电节点处 的电压和参考电压以确定 电容上的电压。
57、 权利要求56的电路,其中控制器进一步被构造用来比较第二电节点处的电压和第二参考电压以确定滤波电容电荷。
58、 权利要求57的电路,其中第一参考电压和第二参考电压由控制器的数 字输入提供,该数字输入具有滞后。
59、 权利要求40的电路,其中滤波电容通过阻抗耦合到重置电压一预定长 度时间以SS滤波电容。
60、 一种临近传繊,包括 传 电极,其具有可测量电容; 开关,其耦合到该可测量电容;无源网络,其耦合到该可测量电容和开关,该无源网络包括无源阻抗和滤 波电容,其中该无源阻抗静态耦合可测量电容到滤波电容;和控制器,其耦合到该开关,其中该控制器被构造用来执行电荷转移过程大 于一的次数,其中该电荷转移战呈包擬拥开关施加预定电压到可测量电容并允许可测量电容与滤波电容M3i无源阻抗分享电荷,和其中该控制器进一步被 构造用来确定作为滤波电容的电荷的示值和次数的函数的可测量电容值。
61、 权利要求60的临近传麟,进j包括第二传感器电极,其具有第二可测量电条和第二开关,其耦合到,二可测量电容; 第二无源网络,其中该第二无源网络耦合到该第二可测量电容和第二开关,其中该第二无 源网络进一步包括第二无源阻抗和第二滤波电容,和其中该第二无源阻抗静态 耦合第二可观懂电容到第二滤波电容;禾口其中该控制器耦合到该第二开关,和进一步被构3tffl来执行第二电荷转移 过程大于一的第二次数,其中该第二电荷转移战呈包括利用第二开关施加第二预定电压到第二可测量电容并允许第二可测量电容与第二滤波电容M第二无源阻抗分享电荷,和其中该控制器进一步被构造用来确定作为第二滤波电容的 电荷的示值和第二次数的函数的第二可测量电容值。
62、 权利要求60的临近传麟,进一步包括 第二传麟电极,其具有第二可测量电容;禾口 第二开关,其耦合到織二可测量电容;其中该无源网络耦合到第二可观懂电容和第二开关,和其中该无源阻抗静 态耦合第二可测量电容到搶波电容,和其中该控制器耦合到第二开关和进一步被构造用来执行第二电荷转移过程 大于一的第二次数,其中该第二电荷转移过程包括利用第二开关施加第二预定 电压至條二可观懂电容并允许第二可观懂电容与搶波电容通过无源阻抗分享电 荷,和其中该控制器进一步被构造用来确定作为滤波电容的第二电荷的第二示 值和第二次数的函数的第二可测量电容值。
63、 权利要求60的临近传感器,进一步包括第二传繊电极,其具有第二可测量电容;其未直接连接到该无源网络, 多路糊器,其孝給到第一可测量电容和第二可测量电容和无源网络,其中该控制器耦合到该多路OT器并进一步被构i^来利用多路复用器至少在第一可测量电容和第二可测量电容之间多路OT转换该无源网络,和其中该控制^^耦合到该开关和进一步被构造用来执行第二电荷转移过程大于一的第二次数,其中该第二电荷转移过禾呈包括M31多路OT器施加第二预定 电压至傑二可澳懂电容并允许第二可领懂电容与滄波电容通过无源阻抗分享电 荷,和其中该控制器进一步被构造用来确定作为滤波电容的第二电荷的第二示 值和第二次数的函数的第二可观懂电容值。
64、 权利要求60的临近传繊,其中可测量电容表示传麟电极和另一电 丰fe间的电容。
65、 权禾腰求60的临近传繊,其中可观懂电容表示传感器电极和外部物 体之间的电容。
66、 权利要求65的临近传繊,其中外部物体是人体的一部分。
67、 权利要求60的临近传繊,其中控制器进一步被配置用于提供监护信 号, 护信号被配置用来在电荷转移逝呈的至少一部分期间监护可坝懂电容。
全文摘要
描述了用来利用电荷转移技术检测可测量电容(112)的方法,系统和装置。依据各种实施例,电荷转移过程被执行两次或更多次。在电荷转移过程期间,预定电压被施加给可测量电容(112),和允许可测量电容(112)通过无源阻抗(Z)与滤波电容(110)分享电荷,所述无源阻抗通过电荷转移过程保持耦合至可测量电容和滤波电容(110)。然后作为滤波电容(110)上的电荷的示值和电荷转移过程的执行次数的函数的可测量电容(112)的值可以被确定。这样的检测方案可以容易地利用传统的部件来实施,并且可以尤其有用于检测手指,触笔或其它物体相对于输入传感器的位置。
文档编号G01R27/26GK101273274SQ200680019496
公开日2008年9月24日 申请日期2006年6月3日 优先权日2005年6月3日
发明者D·埃利, J·K·雷诺, J·海恩斯, K·哈格里夫斯, P·鲁特利 申请人:辛纳普蒂克斯公司
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