具有接近检测能力的设备的制作方法

专利名称：具有接近检测能力的设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及电子设备及其操作方法，更具体地，涉及用于为具有多点输入触摸板、按钮、按键或触摸屏的电子设备提供大面积接近检测能力的布置和方法。
背景技术：
有许多现代电子设备将触摸板、按钮、按键和/或触摸屏用于用户输入。非限定的例子如手机、音乐和影像播放器、电子游戏、个人数字助理(PDS)、便携式计算机和微型计算机、各种控制器以及其他消费类、商业、医疗和工业电子设备。这里使用术语“电极”来指代这些响应用户输入的各种输入元件(如触摸板、按钮、按键、触摸屏、任何种类的开关等等)，它或者是物理的(如实际的结构元件)，或者是虚拟的(如屏幕或其他显示设备上的图像)。这种物理或虚拟形式的电极阵列通常是指键盘或小键盘。通常情况下，这类设备具有多输入电极阵列，而为能够提供总体接近检测的较大电极或传感器留的空间极少或者没有。这种总体接近检测是有用的，例如，用来确定用户的手指或输入笔正在接近特定单元或电极阵列，甚至在它可以被单独电极感测之前，或者如在手机之类的情形中，该单元正被移向一个人的头部侧或靠近耳朵时就要确定。这种能力在现有技术的设备中还不具备，现有技术的设备拥挤的电极阵列为单独的大面积总体接近检测元件留有的空间极少或者没有， 亟需这种能力。因此，有一种持续的需求在于使电子设备具备总体接近检测能力的装置和方法，甚至在其拥挤特性使大面积接近检测元件不能包括进来时，或者因其面积受限而导致它的效能遭到不受欢迎的缩减时亦要如此。


下面将结合后面的附图讲述本发明，其中相同的数字指代相同的元件，并且其中图1和图2为平面示意简图，示出具有大量电极的一般电子设备。图3-6为图1和图2的电极阵列部分在各种情况下的侧面或剖面示意简图，示出按照本发明正在接近的输入元件(如手指、输入笔或耳朵)是如何干扰电场从而影响特定输入电极的表观电容的。图7为电子系统的示意方框简图，该系统利用已有的可用单独输入电极的组合来并入接近检测功能。图8-10为真值表，示出一种方法，通过这种方法图7的系统在以下两种处理之间自动切换(a)感测单独电极的状态，和(b)利用这种单独电极的组合进行接近检测，以响应两类输入。图11-13为示意方框简图，示出按照本发明更进一步的实施例来感测各种单独、 分组和总体接近的输入电极组合的状态和据此更改图1-2中的设备状态的方法。
具体实施方式
下面的详细讲述在性质上仅为示例性的，本发明或者本发明的应用和用途不限于此。此外，不意图受在前面所述的技术领域、技术背景或者下面的详细讲述中所给出的任何明示或暗指的理论的束缚。为了使图例简单、清晰，附图示出本发明系统和方法的构造和操作的一般方式，并且省略对众所周知的功能和技术的介绍和详述，以避免无谓地模糊本发明。此外，附图中的元件不必按比例绘制。例如，图中某些元件、区域或层的尺寸可以相对其他元件、区域或层放大，以有助于增进对本发明实施例的理解。说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”之类，如果有的话， 可以用来区分相似的元件或步骤，而不一定用于描述特定的次序或时序。应该理解，这样使用的这些术语在适当的情况下可互换使用，因此这里所述的本发明实施例，比如说，可以按照不同于这里图示或另外讲述的次序或布置进行操作或制造。此外，术语“包括”、“包含”、 “具有”及其任何变化应适用非排他的包含，以使含有一系列元件或步骤的工艺、方法、物品或设备不必局限于那些元件或步骤，而可以包括未明显列出或者非内含于那些工艺、方法、 物品或设备中的其他元件或步骤。这里所使用的术语“耦接”定义为直接或间接的电气或非电气连接。图1和图2示出示例设备20和30的平面图，所述设备在输入面沈、36上有大量的输入电极对、34。图1为一般电子设备20的平面图，在外壳25的面沈上有观看屏22和输入电极M的X，y阵列23。作为示例而不限于此，图1的设备20在X，y阵列23中有50 个输入电极对，但是在其他实施例中可以提供更大或更小的数量。图2为一般电子设备30 的平面图，在外壳35的面36上有操纵轮32和输入电极34的χ'，y'阵列33。作为示例而不限于此，图2的设备30在χ' , y'阵列33中有16个输入电极34，但是在其他实施例中可以提供更大或更小的数量。阵列23 (如X，y)和阵列33 (如χ'，y')总称为阵列X， Y，其中X理解为阵列的列数，Y理解为阵列的行数。因此，在设备20中，对于输入电极总数 N = X*Y = 10*5 = 50，X，Y的最大值为10，5 ；在设备30中，对于输入元件(包括操纵轮) 总数N = X*Y = 4*4 = 16，X，Y最大值为4，4，但是这仅为示例，不应局限于此，X，Y和N可以为任意整数值。对本说明书而言，编号i，j指的是阵列中从1，1到X，Y的任一电极，即阵列23、33中的输入电极可以从1，1··· ，j…X，Y中取值，其中X和Y可以根据输入阵列中的电极数目取任何值。这里所示出的具体输入阵列仅作为示例而不局限于此。设备20和30的区别在于，设备20包括某种显示设备22，而设备30没有显示设备但包括某种操纵轮32。这两种布置中任何一个或者二者的组合都可以使用，具有或者缺少显示设备和/或操纵轮对于所示出的实施例不重要。通常这类设备都有机内的能量供应(如电池组、燃料电池等)，但这不是必需的，这里所述的实施例适用于便携式和插入式设备以及任何经由手指、输入笔或用户控制的模拟设备对输入电极(真实的或虚拟的)的接触或接近，或者通过输入电极单元作为整体接近身体某部位(例如头部、耳朵等)或其他大的导电物体来接收用户输入的设备。这里所使用的术语“输入元件”和“激活元件”应宽泛地理解，包括任何用户用来与输入电极交互的物体，作为示例但不限于一个或更多个手指、输入笔或各种其他的设备，这些设备适配用于接近或接触输入电极以记录为一个输入， 或者用于接近或接触电极组，例如，该单元正在靠近头部或耳朵等的情形。插入式短语“如手指、输入笔或耳朵”包含于本文，它出现在下面不同的地方，作为前面所给出的全面定义的提示但不作为进一步的限定，其中词语“输入笔”应指任何可用来激活输入电极的手持物体。为了讲述的方便但不限于此，在下面的讲述中，假定使用电场感测来确定特定电极是否正被输入元件接近或接触，但是本领域的一般技术人员根据本文的描述知道，其他类型的接近和/或接触感测也可以利用，这种接近或接触感测输入可以是诸如图1-2所示的独立式电极，或者以虚拟电极的形式集成到显示屏中，或者是其二者的组合。这两种布置任何一个都可以使用。有用的可替换感测技术的非限定例子包括光学感测、磁场感测以及光学、电场和/或磁场感测的组合形式，这些可以用来替代这里所示出的电场感测。为了讲述的方便，此后使用词语“输入电极”及相当的词语来包括任何形式的输入激活设备，这种设备对接近和/或接触敏感，包括但不限于以上所提到的物理的、虚拟的或者兼具两种形式的设备。此外，名称“电极”不意味着激活元件和输入电极之间必须有实际的物理接触， 但不排除这种情况。“接近敏感”意味着电极或其他感测装置适合检测输入元件(如手指、 输入笔或耳朵)的接近，甚至在接触发生或可能发生之前。在许多情况下，输入电极可以很小，尤其在设备本身应为手持式而且需要包括大量输入电极的情况下。通常的例子就是那些集成“标准(qwerty)”键盘、10-12键的数字和 /或符号键盘以及其他多功能输入电极阵列的设备。每个电极通常很小，电极阵列可以占用设备输入面的基本上整个可用空间，尤其在设备还集成大显示屏时更是如此。图1中的设备20示出了这种情形，其中显示屏22和输入电极阵列23的组合消耗了设备20的输入面沈上几乎全部的可用空间。这种情形的一个问题是，输入面沈上没有留出空间给用于总体接近检测的大面积电极或感测元件。这里所述的各种实施例克服了这一局限性，为了实现总体接近检测，它将单独输入电极动态地组合成一个大面积的公共电极，然后自动将组合中的电极恢复到单独感测的状态。通过将所选的电极耦接在一起以便在正被感测的特定电极周围或附近形成驱动屏蔽元件，进一步的实施例增强了检测的选择性。更要指出的是，尽管图2中的设备30具有输入面36上充足的未使用空间来容纳较大面积的总体接近检测元件，但是这会增加不希望的附加成本。因此，这里所述的用于获得大面积接近检测元件的电气等同物的各种实施例是有用的，甚至可用于设备具有充足的空间来容纳专用的大面积接近检测元件的地方。图3-6为图1-2的设备20、30上电极阵列23、33的部分的布置40、50、60、60'的侧面或剖面示意简图，示出按照本发明实施例接近输入元件38 (如手指、输入笔或耳朵)如何可以干扰与特定输入电极i，j或输入电极的组合相关联的电场42、52、62、62'。现在参照图3，它示出布置40，其中衬底41上中央分布有电极441、442、443，侧面外端为外围电极 444,4450位于中央的电极441-443和外围电极444-445总起来称为电极44，并且在本例中假定为电容性元件，从而与之相关联的电场变化可以通过感测输入电极的表观电容变化来检测。在图3的配置中，假定中间电极441正被驱动和感测，即它通过引线45耦接到单独电极驱动器和传感(IE DR & SENSE)元件46。邻近电极442-445耦接到IE DR & SENSE元件46的参考电势。为了讲述的方便，参考电势在本申请全文中被假定为接地(GND)电势， 但是在其他实施例中可以使用其他的参考电势，此处所用的“地”和缩写GND应包括这些其他的参考电势。图3-6中省略了衬底41、电极44和IE DR & SENSE元件46的内部细节，以避免附图过度混乱。
输入元件38 (如手指、输入笔或耳朵)显示在位于图2的电极44上方的3个位置，相隔相似的距离384 ；其中中间位置381位于感测电极441的上方，位置382-383位于各占感测电极441 一侧的接地电极442-443的上方。在图3中，线371示意性地示出当IE DR & SENSE元件46偏置时中间(被感测)电极441和相邻接地电极442-445之间的电场 42。在优选实施例中，IE DR & SENSE元件46包括(作为示例而不应局限于此)用于驱动电极441的常规脉冲(例如方波)恒流源(未示出)和用于感测电压的常规电压测量设备 (未示出)，该电压作为对IE DR & SENSE元件46所供应的恒流脉冲的响应而出现在电极 441上。这些元件是常规的。电极441被假定为实质上电容性元件，即其漏电阻可以忽略。 随着与电极441相关联的电容被IE DR & SENSE元件46所提供的电流驱动脉冲充电，电极 441上的电压开始升高，从而产生电场42。与电极441的电容充电相关联的电压的升高被 IE DR & SENSE元件46检测到(S卩，感测到)。输入元件38 (如手指、输入笔或耳朵)的接近干扰定域的电场42，并且改变电极441的有效电容。这种明显的电容变化引起IE DR & SENSE元件46所检测的电压响应不同，根据输入元件38的出现、不存在和接近而定。通常情况下，对于来自IE DR & SENSE元件46的电流驱动脉冲所提供的给定电荷量，输入元件 38距离感测电极441越近，表观电容越大，从而电压的升幅就越小。IE DR & SENSE元件 46所检测的电压响应经由感测电压输出47被报告给例如图7中检测系统70的滤波器76， 该滤波器的作用在后面讲解。这样，IE DR & SENSE元件46和电极441的组合就可以充当接近检测器，甚至在输入元件38和电极441之间发生物理接触之前都可以检测。尽管通过布置40检测的接近响应在输入元件38处于中间(感测)电极441的正上方位置381时最大，但是中间电极441和邻近的(如接地)的电极442-445之间的电场42边缘现象限制了对输入元件38 (如手指、输入笔或耳朵)实地位置的检测精确度。例如，由于依据IE DR & SENSE元件46所检测电压的明显变化，可能难于明确分辨输入元件38到底是在位置381、 382、383还是在它们中间。现在参照图4，它示出布置50，其中衬底41上中央分布有电极441、442、443，侧面外端为外围电极444、445。位于中央的电极441-443和外围电极444-445总起来称为电极44，并且在本例中与布置40的情况一样，假定为电容性元件。在图4的配置中，与前面一样，假定中间电极441正被驱动和感测，即它通过引线45耦接到单独电极驱动器和传感 (IE DR & SENSE)元件46，与图3中一样。但是邻近电极442-445不是像图3中那样耦接到GND。IE DR & SENSE元件46的感测电压输出47耦接到例如图7中检测系统70的滤波器76和放大器56的输入55。放大器56的输出57耦接到外围电极442-445，并且在一些实施例中还耦接到图7中检测系统70的多路复用器74的输入743。放大器56最好是运算放大器，使得邻近电极442-445具有与感测电极441相同的电势。放大器56在耦接到电极 442-445的引线57上的输出被称为“屏蔽驱动电压”，缩写为SDV。这样就产生了电场52， 如外围电极442-445和更远端的地51之间的线372所示意的那样。与感测电极441邻接的电极442-445起驱动屏蔽的作用，它具有与感测电极441相同的电势(即SDV)。这样， 在感测电极441和邻接电极442-445之间就不存在电场，而在感测电极441和远端地51之间存在线373所示的电场53。远端地51可以位于任何地点。明显地，输入元件38只在位于中央电极441上方位置381时干扰电场53，当它位于位置382、383时实际上影响很小或者没有。因此，布置50在输入元件(如手指、输入笔或耳朵)38的接近检测中具有大得多的位置准确度。尽管它可以提供更高的位置准确度，但是这对总体接近检测并不怎么有用， 因为输入元件38必须靠近单独感测电极441才可以被IE DR & SENSE元件46检测到电极 441的电容的显著变化。现在参照图5，它示出布置60，其中衬底41上中央分布有电极441、442、443，侧面外端为外围电极444、445。位于中央的电极441-443和外围电极444-445总起来称为电极 44，并且在本例中假定为电容性元件，与图3-4中的连接一样。在图5的配置中，假定中间电极441正被驱动和感测，即它通过引线65耦接到接近驱动器和传感(PROX DR & SENSE) 元件66。邻近电极442-443还与电极441并联耦接到驱动-感测引线65。电极444-445 耦接到PROX DR & SENSE元件66的参考电势，例如GND。PROX DR & SENSE元件66在构造和操作上类似于IE DR & SENSE元件46，但适合在更高的电流上工作，因为它驱动多个电极441-443的组合，而且在一些实施例中可以驱动大多数或所有可用电极44。在这种配置中，线374所示意的电场62从并联耦接的电极441-443延展到GND电极444-445。这样， 输入元件38 (如手指、输入笔或耳朵)就可以在方括号386所指的381、382’、383’任一位置，以及距组合电极441-443更大间距385处，并且仍然对组合电极441-443的表观电容有实质的影响。因此，布置60更适合总体接近检测，因为它可以在更宽的范围386内和距电极441-443更大间距385处检测输入元件38的存在。PROX DR & SENSE元件66将由于输入元件38 (如手指、输入笔或耳朵)而引起的并联耦接电极441-443的表观电容的变化经由感测电压输出67报告给例如图7中检测系统70的滤波器76。图6中的布置60’实际上与图5中的布置60类似，并且工作方式大体相同。相应地，对布置60的论述一般涉及布置 60’。布置60和60，的区别在于，实质上布置60，的所有电极441-445都并联耦接到PROX DR & SENSE元件66的驱动-感测引线65以便它们协同工作。本地地端用元件51，表示， 类似于图4中的元件51。电场62’(如线375所示意)具有更大的横向范围，所以输入元件38 (如手指、输入笔或耳朵)在更大的横向间距387内的位置382”、383”和/或更大的间距385’处可检测。因此在其中可以进行接近检测的该区域得到进一步的增强。总体接近检测是非常有用的功能。例如，它可以用于将正在休眠的设备从低功耗状态“唤醒”以准备好检测具体的单独电极输入，再或者响应用户、进来的信号或其他输入。 另一个例子是检测手机正靠近耳朵(再或者接近头部)，这可以用于提示手机应答进来的呼叫、打开手机的麦克风或者激活某个其他功能。再举一个例子，这种“唤醒”功能还可以用于打开内部灯光以照亮单独电极和/或部分或全部显示屏(如果有的话)和/或其他元件，上述元件在无光或静止状态下对于用户而言很难看见或激活。这样，不仅通过方便休眠状态及相关联的唤醒功能减少了总功耗，还通过一些方式在额外功耗很少或没有的情况下增强了总的可用性，这些方式如在即将接收输入命令、呼叫或相当的指令时打开内部电极灯、显示屏或其他元件，应答进来的呼叫或者打开内部麦克风或其他功能等等。因此，配备总体接近检测功能可以是一个重要的优势。图7为电子系统70的示意方框简图，该系统利用已有的单独输入电极44的组合将接近检测功能结合进来，图8-10所示的真值表108-110示出一种方法，通过这种方法图 7中的系统70在感测单独电极44的状态、利用这种单独电极44的并联连接进行总体接近检测功能或者兼具这两种功能之间自动切换。系统70能够建立图3-6所示的配置中的任一个，并自动适应总体接近感测模式(例如，如图5-6所示)、单独电极感测模式(例如，如图3-4所示)及二者的组 合。系统70包括时钟71、与多路复用器(MUX) 74相关联的定序器 72、放大器56、单独电极驱动器和感测(IE DR & SENSE)元件46、接近驱动器和感测(PROX DR & SENSE)元件66、滤波器76、存储器77、比较器78以及系统控制器79。滤波器76从 IE DR & SENSE元件46和PROX DR & SENSE元件66接收所感测的电压信号，如结合图3_6 讲解的。滤波器76是优选的，但在其他实施例中可以省略，或者它的功能可以利用其他常规方式实现。如图7所示，滤波器76可以是单个滤波器，由IE DR & SENSE元件46和PROX DR & SENSE元件66共用，或者可以包括分开的滤波器76，、76”，元件46、66各用一个，每个滤波器提供输出761、762。任一配置都是有用的。单独滤波器76’、76”总起来称为滤波器 76。滤波器76是常规元件，起着低通滤波器的作用，滤掉来自驱动-感测元件46、66的信号中存在的高频噪声。从滤波器76出来的输出761耦接到存储器77，输出762耦接到比较器78。存储器77存储滤波器76的输出达一个或更多个驱动-感测周期，然后将这些存储的值传递给比较器78。在比较器78中，单独输入电极24、34、44最近的感测电压信号(例如从IE DR & SENSE元件46出来经由滤波器76的输出47的信号)或输入电极23、24、44 的集合最近的感测电压信号(例如从PROX DR & SENSE元件66出来经由滤波器76的输出 67的信号)，与其各自较早的值(从存储器77通过链路771提供)进行比较，以确定感测电压是否由于输入元件(例如图3-6中的元件38)接近或接触这种单独电极或者电极组而发生了变化(并且因而电场和表观电容受到了干扰)。滤波器76、存储器77和比较器78协同工作，以便将当前的感测电压读数与相应输入元件的上一次读数进行比较，或者将当前的感测电压读数与一个加权平均值或其他各种过去读数的积分(如平滑)函数进行比较， 这依据系统设计者或用户所要求的比较函数类型而定。这种比较函数的实现技术在本领域众所周知。基于滤波器76或比较器78内置的阈值标准和存储器77与比较器78内置的比较标准，比较器78将输出781提供给系统控制器79，以表示输入元件是否在接近或已经接触具体的输入电极，或者(对于总体接近感测或其他用途而言)一组输入电极。系统控制器 79从已识别的输入电极接近或接触转向设备的其余部分以采取适当的动作，与该动作相一致的是，输入电极或电极组已经被接近、接触或兼有两者。系统控制器79的细节和设备的其余部分取决于要设计的具体设备(如手机、PDA、娱乐设备等等，如前所述)，这属于此设备设计者的技术范围。正如在下文更详细讲解的那样，系统控制器79还可以在适当的情况下经由模式选择(M0DESELECT)输出792给定序器72回送信号，来改变多路复用器的操作以便更好地识别接近输入元件的预期目标并执行其他指定的功能。这将结合图9和图10 详细论述。 IE DR & SENSE元件46提供(经由与MUX 74的I/O连接741相耦接的输出45) 单独电极驱动电流给单独电极，并且感测其上所积累(与ID&S信号一起)的最终电压，它通过多路复用器(MUX) 74的开关阵列(SA) 75与单独电极连接。PROX DR & SENSE元件66 提供(经由与MUX 74的I/O连接相耦接的输出65)驱动电流给电极组合，并且感测其上所积累(与PD&S信号一起)的最终电压，它通过多路复用器(MUX) 74的开关阵列(SA) 75与电极组合连接。正如结合图4讲解的那样，IE DR & SENSE元件46的输出47也耦接到放大器56的输入55，放大器56的输出57耦接到MUX 74的I/O连接743。输出57是具体被感测单独电极的ID&S信号的检测电压部分的放大版。该放大信号又称为屏蔽驱动电压(缩写为SDV)。因为放大器56适宜为运算放大器，所以它的SDV输出57与单独电极上的被感测电压信号相匹配，IE DR & SENSE元件46通过MUX 74与该单独电极相耦接。MUX 74的 I/O连接744与GND相耦接。I/O端口 73与图1_2中设备20或30的单独电极24、34、44 和/或图3-6中的部分40、50、60、60’相耦接。一般地，设备中的电极(1，1)…(i，j)··· (X， Y)有多少，I/O端口 73就有多少。开关阵列(SA) 75耦接一个或更多个I/O端口 73，使它从单独电极24、34、44耦接到I/O端口 741、742、743和/或744，正如图8_10中的真值表 108-110所示的那样。为了避免图7过度混乱，开关阵列(SA)75中仅有一个开关(如开关 75 (i，j) )在图7中示出，但是本领域的一般技术人员应知道，本发明提供了同等的单元，以使一个或更多个单独电极(1，1)…(i，j)…(X，Y)的任意组合都能耦接到一个或更多个I/ O端口 741、742、743、744的任意组合。系统70的时钟71经由时钟输出711为多路复用器(MUX) 74的定序器72提供时序信号Φ，并且经由输出712为系统70中也使用时序信号的其他元件提供该信号。省略时序信号Φ与系统70的其他元件之间的单独连接是为了避免混乱附图和模糊本发明，因为时钟分配布置是本领域众所周知的技术，在电子设计领域的一般技术人员的能力范围之内。不过，期望的是，时序信号Φ足够快，以至于系统70所提供的单独电极与总体接近和/ 或接触检测功能发生的周期少于人可以给设备提供输入信号的周期，例如，少于手指、输入笔或耳朵靠近和/或接触电极24、34、44所花费的时间。定序器72产生逻辑控制信号Si、 S2(见图8-10中的真值表108-110)，该信号优选由来自时钟71的时序信号Φ调控。逻辑控制信号S1、S2被送到开关阵列(SA)75，其中之一(如典型的开关75(i，j))在MUX 74中示出。如图8的表108所示，逻辑控制信号Si，S2决定在分别拥有ID&S、PD&S、SDV信号和GND的I/O端口 741-744中哪些端口由SW 75 (i，j)耦接到I/O端口 73 (i，j)，从而连接到单独电极i，j。S1、S2可以取逻辑值11、10、01或00，其中1和0表示相反的二进制状态。(尽管Sl和S2之间使用了逗号，但是逻辑状态值的表示11、10、01和00中不使用逗号，以避免与单独电极的标识混淆，如1，1，2，1，……，其中已经使用逗号来分开行和列的标识号)。应该理解，定序器72与SA75结合可以将1，1··· i，j…X，Y电极24、34、44中的任意电极耦接到分别拥有ID&S、PD&S、SDV信号和GND的I/O端口 741-744的任意组合。单独电极i，j要经由I/O端口 73(i，j)并通过开关75(i，j)，以单独和组合的形式依次耦接到I/O端口 741-744。依次耦接电极的意思是将它们一个接一个地进行耦接。 这种按照次序的耦接可以依任意期望的次序进行。图9-10的表109-110示出了优选实施例中对于这一点的实现方式。现在参照图9的表109，在行89的标签“Si，S2”下面靠近表 109顶部的行90中标识了各个电极1，1-i, j…X，Y，每列91 (1) ...91 (N) 一个电极i，j，其中N = X*Y。例如，电极1，1列在列91 (1)的顶部，电极2，1列在列91 (2)的顶部，如此类推，直到电极X，Y列在列91 (N)的顶部。在表109的电极标识行90下面，从90⑴到90 (N) 和90 (Ν+1)，其中N = Χ*Υ，每一行都在列91中标识序列阶段，在列91 (1) ...91 (N)中标识逻辑状态Si、S2 (如表109中的11或10、01或00)，这些状态由定序器72发送给开关75 (i， j)，这相当于在如表109左端附近的列91所列出的从1到N和N+1的具体驱动-感测阶段为电极i，j定址。在表109的示例中，每个电极1，1··· ，j…X，Y在序列阶段1到N，以一次一个的方式被单独耦接到一个或更多个I/O端口 741-744，并且在下一阶段N+1 —起被耦接。例如，在行90(1)中的阶段1，列91(1)中的第一个电极1，1被耦接到ID&S I/O端口741， 如行90(1)的1，1列(即91(1))中的逻辑状态11所示，并且所有其他电极2，1···Χ， Y(如列91 (2) ...91 (N))被耦接到GND端口 744，如行90(1)剩余项中的逻辑状态00所示。 在行90(2)中的阶段2，列91(1)中的电极1，1被耦接到GND端口 744，如行90 (2)的1，1 列(即91(1))中的逻辑状态00所示，列91⑵中的第二个电极2，1被耦接到ID&S I/O端口 741，如行90(2)的2，1列(即91(2))中的逻辑状态11所示，并且列91 (3)…91 (N)的所有其他电极3，1···Χ，Υ被耦接到GND端口 744，如行90(2)剩余项中的逻辑状态00所示。 本示例接下来都是这种相同的模式，一直到阶段N = Χ*Υ，其中最后一个电极Χ，Υ被耦接到 ID&S I/O端口 741，如行90 (N)的Χ，Υ列(即91(Ν))中的逻辑状态11所示，并且所有其他电极，从列91 (1)中的电极1，1到列91 (N-I)中的电极X-I，Y-I (未在表109中示出)，被耦接到GND端口 744，如行90 (N)剩余项中的逻辑状态00所示。虽然表109以依次递增的方式安排各种电极i，j，但是这仅为讲解方便，在其他实施例中，可以使用任意次序。当所有单独电极1，1··· i，j…X，Y已在阶段1到N被单独耦接，如表109所示，那么在阶段N+1,电极 l，l...i，j…X，Y被并联耦接到PD&S I/O端口 742，如阶段N+1的行90(N+1)中从列91(1) 到91 (N)中的逻辑状态10所示。这产生如图6的配置60’(或者图5的配置60，其中外部电极444-445因使用逻辑状态00而接地)中所有电极24、34、44都耦接的效果，并且提供有效的大面积接近检测能力，因为所有或几乎所有的电极都为有效的接近元件面积作出贡献。这对总体接近感测而言是高度期望的。在表109的示例中，所有电极并联耦接到PD&S I/O端口 742，但是这仅作示例而不应局限于此。在其他实施例中，可以并联耦接部分输入电极来组成接近检测电极。当阶段N+1的驱动-感测步骤完成并且PROX DR & SENSE元件 66的感测电压输出67被耦接到滤波器76时，系统70回到阶段1并且从阶段1到N+1再循环一遍，只要对单独电极和/或总体接近检测所需的组合电极检测接近或接触而言是期望的，就重复这一过程。每次从阶段1到N+1的重复称为一个驱动-感测循环。虽然在前面的讲解中单独输入电极先单独耦接然后共同耦接到驱动-感测元件46或66，不过在进一步的实施例中，也可以将输入电极以各种不包括全部输入电极的小组形式来并联耦接以完成设计者和/或用户所需的各种其他功能。这种小组可以内置于定序器72或者是可编程的， 例如，通过来自系统控制器的模式选择控制792实现。这样的配置示例在讲解图9-10时给出ο正如在有关时钟信号Φ的讲解中所提到的那样，期望从阶段1到Ν+1的循环所需时间(总的驱动-感测循环时间)少于输入元件38 (如手指、输入笔或耳朵)接近的时间。 例如，利用方波恒流驱动为电极1，1到X，Y的有效电容充电，然后在预定的第一时间间隔 (例如恒定电流持续时间或方波的ON时间间隔)之后感测所获得的电压，那么期望这一持续时间Tffl小于或等于32微秒左右，更合适的是小于或等于1. 0微秒左右，优选小于或等于 0.5微秒左右。感测所获电压所需的时间不增加有效时间。在恒流驱动和电压感测完成之后要提供另一个近似相等的时间间隔Ttw,以允许电压实质上回到0之后再对另一个输入电极开始另一个驱动-感测阶段。MUX 74切换到下一个输入电极所需的时间也可以忽略， 因此，在表109中每个单独输入电极或电极组的每个驱动-感测阶段的总时间TPCTStage约为 Tperstage = T0N+T0FFO研究发现Tperstage可以采用64微秒左右，更合适的是2微秒左右，优选1. 0 微秒左右。那么全部N+1个阶段循环一次的总驱动-感测时间TT为TT= (N+1)^Tperstage0人一般花费约Th = 80微秒来移动输入元件38 (如手指、输入笔或耳朵)才能显著影响单独电极或组合的接近电极，即显著改变表观电容。因为单独输入电极每阶段的驱动-感测时间TPCTStage与人的反应时间相比极小，所以非常大的单独电极数N可以接受，这仍然可以使全部输入电极阵列的总驱动-感测时间TT= (N+l)*TPCTStage显著小于人的反应时间。只要TT小于TH，在用户看来，设备响应任何输入电极的接近或接触都没有显著延迟，不管是对于总体接近的目的还是单独电极的接近或接触的目的。例如，当输入元件38 (如手指、输入笔或耳朵)开始接近设备20、30时，在它可以接触任何电极i，j之前就可以在每次阵列驱动_感测循环(阶段1到N+1)的接近阶段(如阶段N+1)期间检测到它，并且设备按照设计者的要求进行动作，例如，电极阵列灯打开，电话应答或者任何事情。随着输入元件38 (如手指、输入笔或耳朵)继续靠近，在随后的阵列驱动_感测循环期间将检测到输入元件增加的接近，于是可以执行其他唤醒功能或呼叫应答功能。换言之，通过利用前面所示的配置并且提供小于80毫秒左右(小于16毫秒左右更合适，优选小于1毫秒左右)的阵列驱动_感测循环的总时间TT，设备看起来就好像具有大面积独立接近检测元件，虽然事实上它没有，但是它通过实时地快速复用大量或所有单独输入电极进行接近感测，并且将它们恢复为单独(或小组)感测模式，直到都扫描一遍为止，然后在下次驱动-感测循环期间重复这些复用和单独(或小组)扫描的步骤，这样就实现了接近检测功能。如此一来，就可以为再没有空间给大面积专用总体接近感测元件的设备提供总体接近功能。此外，本发明实施例可以提供更低成本的总体接近感测功能，即使是拥有足够可用空间用于大面积专用接近感测电极的情况，因为这种大面积专用电极的成本得以免除。更进一步，以上所述的实施例可以容许非常大数目N彡(TH/TPCTStage)-l的输入电极。对于以上所给的值，N彡(Th/ Tperstage)-1 = ((80Ε-3)/(64Ε-6))-1，因此N可以超过约1000个输入电极，而仍然满足所要求的条件。 图10的表110示出本发明进一步的实施例。图10的表110十分类似于图9的表 109，只是更改了决定阵列75的开关75 (i，j)逻辑状态的S1、S2输入，因此在表110中，不是如图9的表109中00项所示的那样在从阶段1到N期间将各种电极i，j耦接到GND端口 744，而是将这些项替换为逻辑状态01以使这种i，j电极耦接(按照表108)到屏蔽驱动电压(SDV)输入端口 743。这使设备处于图4的布置50所示的配置中，其中屏蔽电极围绕或邻接被感测电极，并且由同样的被感测电压驱动。这极大地提高了单独电极接近感测的位置准确度。在表110中，假定所有非感测电极都被耦接到SDV端口 743，但是这仅为讲解方便而不应局限于此。非感测电极的任何子集都可以耦接到SDV端口 743，其余的电极保持悬置、接地到端口 744或与被感测电极组合，随设备设计者或用户的要求而定。任一配置都是有用的。在更进一步的实施例中，当检测到输入元件38(如手指、输入笔或耳朵)正在接近输入元件23、24、44的特定子集或区域，举例来说，系统为图109所示的配置，在目标输入元件尚不清楚时，系统70可以在这一实施例中切换为配置110，并且变更被感测电极和周围的SDV耦接的电极的组合，以缩小输入元件38 (如手指、输入笔或耳朵)所针对的目标电极的位置识别范围。作为示例，假定检测到输入元件38正处在(如排列成正方形的)4个相邻的输入电极(“紧邻电极”)附近，，其中由于输入元件的接近而引起的表观电容变化不足以清楚确定4个紧邻电极中哪一个是所针对的目标。那么，通过利用类似于表110和图4所示的配置，系统70可以轮流选择4个紧邻电极中的每一个作为感测电极441，该电极耦接到端口 741，并且被耦接到SDV端口 743的电极围绕，这样就在两个维度形成图4的配置50。 由于配置50更强的空间检测性能，尤其是还在两个维度上进行，所以通过比较4种组合每一个的相对电容，可以更好地识别所针对的目标输入电极。大于等于两个输入电极的任意数量的紧邻电极都可以用这种方式采样，以提高紧邻输入电极检测的位置准确度。此外，耦接到SDV的电极所围绕或者邻近的被采样输入电极不一定排列成正方形，而可以为其他任何几何形状，这取决于所涉及的紧邻电极数量。其他配置的非限定性例子是输入电极排列成直线、十字、多边形、矩形、圆或椭圆或者其他任意几何形状。因此，在这些进一步的实施例中，具体的实施例，如布置40、50、60、60’和/或表109或110的配置，不是固定的，而是可以在输入元件接近过程中变更的，并且配置为小组的单独电极数量动态变化，以提高设备的总体性能。这是本领域的重大进展 图11-13为示意方框简图，示出了方法200、300、400，依照本发明又进一步的实施例，这些方法用于感测单独、分组和总体接近输入电极23、24、44各种组合的状态，以及基于这些组合修改图1-2中设备20、30的状态。方法200、300、400由图7中的系统70执行， 记住图3-6所示并且结合图8-10深入讲解过的各种输入电极布置。现在参照图11，方法 200从开始(START) 200和初始步骤204开始，这一步在设备20、30上电时执行。在初始步骤204中，单独输入电极1，以一次一个的方式被感测，这一点已经结合图3-4 和图7-9或图3-4、图7-8和图10讲解过，并且这些感测操作的结果被报告给系统控制器 79，而如果检测到被感测电极的状态变化，该控制器会在步骤206中经由输出791修改(转换或更改)设备20、30的状态。例如，如果系统70确定输入电极i，j接收到有效输入(或者是接近，或者是实际的或虚拟的接触)，其中输入电极i，j，例如，为数字键盘的一部分， 那么输入键i，j所属的值就会通过控制器输出791输入到设备的电子系统中。类似地，每个单独输入电极被轮流测试(如依序感测)，正如结合图8-9举例讲解的那样，这是为了确定是否接收到有效的输入，每一个这样的输入或无该输入都被反映给设备20、30，以便做出与被激活或未被激活的那个输入相适应的动作。当针对单独输入电极的步骤206完成后， 方法200进入步骤208，在此一些或全部单独输入电极被并联耦接在一起，以形成大面积接近感测组件，正如结合图5-6和图9或图10的步骤N+1所讲解的那样。在步骤210中，一些或全部电极24、34、44的并联组合被感测，并且以与单独电极的情况基本相同的方式报告其结果，如已经在结合对图5-9和/或图5-8，以及图10的讨论中讲解过的那样。在步骤212中，根据步骤210的结果，设备20、30的状态被修改或未被修改，例如，当图9或图 10的阶段N+1的接近检测模式检测到正在接近的输入元件(如手指、输入笔或耳朵)时， 打开输入键下的灯、应答手机呼入或者任何事情。完成步骤212后，接着进入步骤214，在步骤208中进行并联耦接的输入电极被解除耦接，以便准备好恢复到单独输入电极感测模式，接下来进入查询216。在查询216中，确定设备20、30是否仍然为开启(ON)，即仍然是激活状态。如果查询216的结果为是(YES)，表示设备20、30仍在加电，那么如路径217所示，方法200回到初始步骤204和步骤204-214，并且一直重复，直到查询216的结果为否 (NO)为止，那样的话，如路径218所示，方法200进入结束(END) 220。步骤组合204-206和 208-214可以按照任何顺序执行，即可以按照任何顺序感测单独电极并相应地修改设备状态，并且单独电极可以按照任何组合分组和被感测并相应地修改设备状态，等等，在感测单独电极之前或之后等等。
现在参照图12，方法300从START 302和初始步骤304开始。在初始步骤304中， 对于具有多个单独输入电极24、34、44的设备，选择一个单独输入电极(如电极i，j)来感测，正如结合图3-4、图7-9或图3-4、图7-9和图10所讲解的那样。在步骤306中，所选输入电极的状态被感测，即例如，在输入电极i，j被恒定电流或其他充电电源驱动时测量其电压响应，以确定电极的表观电容(例如，通过电压的上升来感测)是否表示输入元件在靠近或接触输入电极i，j，如前所述。在查询308中，例如利用IR DR&SENSE元件46、滤波器 76、存储器77和比较器78的组合，以确定输入电极i，j上被感测的信号(即电极i，j的状态)是否表示已经超过这种输入电极的激活阈值。如果已经超过激活阈值(如查询308 的YES结果)，那么输入元件(如手指、输入笔或耳朵)就被认为已经激活输入i，j ；而如果没有超过激活阈值(如查询308的NO结果)，那么正在接近或接触输入电极i，j的输入 元件(如手指、输入笔或耳朵)就被认为未激活电极i，j。如果查询308的结果是N0，那么方法300通过路径309进入查询312，在其中确定是否所有电极1，1··· i，j…X，Y都已被感测。 如果查询312的结果是N0，那么如路径313所示，方法300进入步骤316，在其中另一输入电极(如i+1，j+1)被选定，然后方法300回到步骤306以重复步骤序列306-308，直到从查询308或312获得YES结果为止。如果查询308的结果是YES，那么如路径310所示，方法300进入步骤318，在其中根据输入元件38(如手指、输入笔或耳朵)的接近或接触所引起的单独电极激活状况，改变设备(如设备20、30)的状态。例如，如果在小键盘中对应于 +符号的输入电极被激活，那么系统控制器79将“相加(ADD)”指令经由输出791发给设备的电子系统。当步骤318完成时，或者如果查询312的结果是YES而导向路径314，那么方法300进入步骤320，在该步骤中，一些或全部单独输入电极24、34、44被并联耦接，如已经在图9或图10的步骤N+1中和/或图5-6中做为例子示出的那样。在接下来的步骤322 中，并联耦接的输入电极的状态被感测，如已经结合图5-7讲解过的那样。在进一步的查询 324中，确定并联耦接的电极状态是否超过总体接近检测的激活阈值。实现这一点的方式大体同于结合图5-7针对总体接近检测和结合步骤308针对单独电极所讲解的那样。如果查询324的结果是N0，那么如路径325所示，方法300进入解除耦接步骤330。如果查询324 的结果是YES，那么方法300经由路径326进入步骤328，在该步骤中，根据步骤324中所确定的总体接近激活状况，改变设备(如设备20、30)的状态，然后进入解除耦接步骤330，在其中并联耦接的输入电极被解除耦接，以准备回到步骤304的单独输入电极感测模式和其后的步骤。解除耦接步骤330之后，方法300进入查询332，在其中确定设备是否仍然是ON 状态(例如，仍然在加电)。如果查询332的结果是YES，那么方法300经由路径333进入初始步骤304，并且重复这一按序单独输入感测加并联耦接电极感测的循环，直到查询332 的结果是NO为止，于此方法300经由路径334进入END336。图13示出方法400，利用该方法输入元件(如手指或输入笔)的目的地可以更精确地预测，这在前面结合图7和图10的讨论中提到过。同样应参考图4的布置50、图7的系统70和图10的表110。方法400从START 402和初始步骤404开始，在该步骤中输入元件38 (如手指、输入笔或耳朵)被感测到正在接近一组单独输入电极。在单独输入电极的子集被组在一起时，或者例如，在类似于图3的布置40而在其中不可能唯一确定输入元件38相对于潜在输入电极(如电极441-443)的空间位置的情况下，会出现这种情况。这些邻近的电极称为“紧邻电极”，可以包括任意数量的单独输入电极，这些电极一般相邻并且形成某种形状，例如排列 成正方形、矩形、多边形、圆、椭圆、三角形、直线、十字等等。紧邻电极排列在其中的精确二维布置并不重要。在方法400的步骤406中，系统控制器79在输出792上发出一条模式转换的指令，于是系统70的定序器72和MUX 74选择紧邻电极中的一个(如电极i，j)作为被感测电极耦接到图7中来自IE DR&SENSE元件46的ID&S输入 741。围绕电极或邻近电极(在其他实施例中包括一些紧邻电极之外的电极)被耦接到图 7中的SDV输入743，从而这种非感测电极经由放大器56耦接到IE DR&SENSE元件46的电压感测输出47，起着驱动屏蔽的作用。因此，这种驱动屏蔽电极的电压跟随感测元件i，j的电压而且与电极i，j相关联的电场高度定域(例如，见图4)，所以它可以更精确地响应正在接近的输入元件48。在步骤410中，感测电极i，j的状态被确定而且被存储在存储器77 中，如已经在结合图3-10中一个或更多个图的讨论中讲解过的那样。在接下来的查询412 中，确定是否所有的紧邻电极已被感测并且它们的状态被存储在存储器77中。(在其他实施例中，不是所有的结果都被存储，只有那些超过预定有效阈值的结果才可以被存储)。如果查询412的结果是NO，那么如路径413所示，方法400进入步骤415，在该步骤中另一个紧邻电极被选定为感测电极，并且重复步骤408-412，直到所有紧邻电极都被利用图4中布置 50的配置所感测而且有效结果被存储在存储器中，即直到查询412的结果是YES为止。然后方法400进入步骤417，在其中所存储的各种紧邻电极的状态值进行比较，这样就可以识别最受进来的输入元件38干扰的紧邻电极，进而识别与之最近的电极。在查询418中，确定是否可以识别与输入元件最近的电极。如果查询418的结果是NO，那么方法400经由路径419进入查询422，在其中确定是否已达到预定的尝试次数M。该查询的目的是在万一没有单个输入电极被确定为与正在接近的输入元件38最近时防止系统70陷入无限循环。如果查询422的结果是NO，表示未达到尝试的最大次数M，那么方法400经由路径423返回步骤406-418并且重新尝试，设法识别与输入元件38最近的电极。该循环一直进行，直到从查询418(识别到最近的电极)或查询422 (达到尝试的限制次数)中获得YES结果，于是方法400进入步骤425，在该步骤中所执行步骤的结果被报告给系统控制器79。例如，这可以是对与正在接近的输入元件38 (如手指、输入笔或耳朵)最近的输入电极的确认，或者对与输入元件38最近的输入电极组的确认。后一种情况可以发生，例如在输入元件与多个输入电极等距时。该信息可以在步骤426中被设备(如设备20、30)有效利用，在该步骤中， 根据步骤425中所给的结果，假定此结果与预定的动作阈值明显不同，设备状态被修改。例如，在步骤426中，设备可以利用步骤425所提供的信息，照亮与正在接近的输入元件最近的输入电极或输入电极小组，从而将用户引向期望的输入电极。这是一个利用方法400协同系统70提升设备效能和用户友好性的例子，这种设备包括设备20、30和具有大量输入电极的类似设备。在步骤426之后，方法400可以进入查询428，在其中确定是否设备仍然为 ON状态或者所述的特征仍然有效。如果查询428的结果是YES，那么方法400可以经由路径439回到初始步骤404和步骤序列，并重复这些步骤，直到查询428的结果是N0，于是方法400进入END 432。在方法400中所示的能力可以一直为ON状态(例如，只要设备20、 30在加电，就有效)，或者可以由适当的接通/关断(0N/0FF)开关选择，在这种情况下查询 428查看该开关是在ON还是在OFF位置。这两种配置都是有用的。
按照第一实施例，本发明提供一种方法(200，300，400)用于提供具有多个单独输入电极(24，34，44)的电子设备(20，30)中的接近检测能力，该方法包括感测和报告单独输入电极(24，34，44)的状 态，按照单独输入电极(24，34，44)的状态修改设备(20，30)的状态，将所述多个单独输入电极中的一些或全部(24，34，44)并列耦接在一起，感测和报告被耦接的输入电极(24，34，44)的状态，按照被耦接的输入电极(24，34，44)的状态修改设备(20，30)的状态，将被耦接的输入电极(24，34，44)解除耦接。在进一步的实施例中，针对单独输入电极的感测、报告和修改步骤包括选择待感测的单独输入电极(24，34，44)， 通过测量由于输入元件(38)接近或接触所选输入电极(24，34，44)而受影响的信号(47) 来感测所选输入电极(24，34，44)的状态，测试被测信号(47)是否超过预定阈值，如果是就改变设备(20，30)的状态，如果否就选择另一单独输入电极(24，34，44)并且重复感测和测试阈值步骤，直到所有相关的输入电极(24，34，44)都已被选择、感测和测试阈值。在更进一步的实施例中，当针对单独输入电极(24，34，44)的感测、报告和修改步骤表明输入元件 (38)处在多于一个输入电极(24，34，44)的附近时，该方法进一步包括第一选择多于一个输入电极(24，34，44)中的一个作为待感测的第一被选输入电极(24，34，44)并且将多于一个输入电极(24，34，44)中的其他输入电极耦接到从第一被选输入电极(24，34，44)得出的驱动屏蔽信号(57)，第一感测和报告第一被选输入电极(24，34，44)的状态，然后第二选择多于一个输入电极(24，34，44)中的另一个作为待感测的第二被选输入电极(24，34，44) 并且将多于一个输入电极(24，34，44)中的其他输入电极耦接到从第二被选输入电极(24， 34,44)得出的驱动屏蔽信号(57)，第二感测和报告第二被选输入电极(24，34，44)的状态， 重复第一和第二选择、感测和报告的步骤，直到多于一个输入电极(24，34，44)中的每一个都已在多于一个输入电极(24，34，44)中的其他电极被耦接到从其得出的驱动屏蔽信号 (57)时被选择、感测和报告，比较所报告的结果以确定多于一个输入电极(24，34，44)中哪一个最接近输入元件(38)。在又进一步的实施例中，感测单独输入电极(24，34，44)状态的步骤包括，用恒定电流驱动单独输入电极并且测量由恒流驱动所引起的单独输入电极两端的电压。在更又进一步的实施例中，恒流驱动是第一预定持续时间的恒定电流脉冲。在又更进一步的实施例中，测量电压的步骤发生在恒流驱动启动以后第二预定时间。在又一实施例中，报告单独输入电极的状态和修改设备状态的步骤包括将单独输入电极的第一被感测状态存储到存储器中，然后将第一被感测状态与在时间上稍后确定的第二被感测状态进行比较以检测第一被感测状态和第二被感测状态的变化并且至少部分地根据这些变化来修改设备的状态。在更又一实施例中，感测和报告被耦接输入电极(24，34，44)的步骤包括用恒定电流驱动被耦接输入电极并且测量由于恒流驱动而引起的单独输入电极两端的电压。在再又一实施例中，恒流驱动是第一预定持续时间的恒定电流脉冲，在更再又一实施例中，测量电压的步骤发生在恒流驱动启动以后第二预定时间。 按照第二实施例，本发明提供一种设备(20，30)用于检测输入元件(38)的接近， 包括多个单独输入电极(24，34，44)；单独电极驱动和感测元件(46)，具有适用于耦接到单独输入电极(24，34，44)的驱动-感测端子(45)和用于报告耦接到其驱动-感测端子(45)的单独输入电极(24，34，44)状态的输出端子(47)；接近驱动和感测元件(66)， 具有适用于耦接的单独输入电极的并联组的驱动-感测端子(65)和用于报告耦接到其驱动-感测端子(65)的并联耦接的单独输入电极(24，34，44)组状态的输出端子(67)；以及多路复用器(74)，用于按顺序耦接(i)将单独输入电极(24，34，44)耦接到单独电极驱动和感测元件(46)的驱动-感测端子(45)，以及(ii)将并联耦接的单独输入电极(24，34，44)组耦接到接近驱动和感测元件(66)的驱动-感测端子(65)。按照进一步的实施例，该设备进一步包括滤波器(76，76’)，用于从单独电极驱动和感测元件(46)的输出端子(47)接收与单独输入电极(24，34，44)的状态相关的第一信号；滤波器(76，76”)，用于从接近驱动和感测元件(66)的输出端子(67)接收与并联耦接的单独输入电极(24，34，44)的状态相关的第二信号。按照更进一步的实施例，该设备进一步包括存储器(77)，具有被耦接到滤波器(76，76’，76”)输出(761)的输入，用于暂时存储单独输入电极和并联耦接的单独输入电极(24，34，44)的状态所确定的信号。按照又 进一步的实施例，该设备进一步包括，比较器(78)，接收来自存储器(77)的输入和来自滤波器(76，76’，76”)的输入，用于单个地或成组地比较各个单独输入电极(24，34，44)的状态与各个单独输入电极(24，34，44)或电极(24，34，44)组中的相同或其他单独输入电极的状态的先前值。按照第三实施例，本发明提供一种用于提供具有多个单独输入电极(24，34，44) 的电子设备(20，30)中的接近检测的方法(200，300，400)，包括感测和存储单独输入电极 (24,34,44)的接近或接触状态，将单独输入电极的接近或接触状态当前值与相同或不同的单独输入电极(24，34，44)的接近或接触状态的一个或更多个存储值进行比较，感测和存储单独输入电极中的一组或更多组(24，34，44)的接近或接触状态，将单独输入电极中的一组或更多组(24，34，44)的接近或接触状态当前值与一个或更多个相同或不同的单独输入电极(24，34，44)组的接近或接触状态存储值进行比较，根据一个或两个比较步骤的结果修改设备(20，30)的状态。按照进一步的实施例，单独输入电极(24，34，44)的接近或接触状态的感测和存储步骤按任意次序顺序执行。按照更进一步的实施例，输入电极中的一组或更多组(24，34，44)的接近或接触状态的感测和存储步骤在单独输入电极(24，34，44) 的接近或接触状态的感测和存储步骤期间或之后执行。按照又进一步的实施例，所有输入电极的感测、比较和修改步骤所用的时段少于人接近或接触输入电极的反应时间。按照更又进一步的实施例，一个单独输入电极的感测、比较和修改步骤所用的时段小于或等于64 微秒。按照又更进一步的实施例，修改设备(20，30)状态的步骤包括照亮所述输入电极中的一些。按照第四实施例，本发明提供一种电子设备(20，30)，包括多个单独输入电极 (24，34，44)，被耦接到多个单独输入电极的接触和接近检测系统(70)，在其第一模式中，检测系统(70)提供有关输入元件(38)是否已接触到至少一个单独输入电极(24，34，44)的信号，在其第二模式中，提供输入元件(38)是否接近多个单独输入电极中的至少一些的组 (24，34，44)的指示。虽然在前面对本发明的详细讲解中提供至少一个优选实施例，但是应理解存在大量的修改版本。还应理解，优选实施例仅为示例，本发明的范围、适用性或框架不受其任何限制。更确切地，前面的详细讲解将为本领域的一般技术人员提供实现本发明优选实施例的实用路线图，应该理解，只要不脱离权利要求书及其相应法律所指出的本发明范围，可以在所述的优选实施例的元件功能和配置方面对其进行更改。
权利要求
1.一种用于电子设备中提供接近检测的方法，所述电子设备具有多个单独输入电极， 所述方法包括感测和报告所述单独输入电极的状态；按照所述单独输入电极的状态修改所述设备的状态；将所述多个单独输入电极中的一些或全部并联耦接在一起；感测和报告被耦接的输入电极的状态；按照所述被耦接输入电极的状态修改所述设备的状态；以及将所述被耦接的输入电极解除耦接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中单独输入电极的感测、报告和修改步骤包括 选择待感测的单独输入电极；通过测量由于输入元件接近或接触所选输入电极而受影响的信号来感测所选输入电极的状态；测试被测量的信号是否超过预定阈值；以及如果是，更改设备的状态；以及如果否，选择另一单独输入电极并且重复感测和测试阈值的步骤，直到所有相关的输入电极都已被选择、感测和测试阈值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中当单独输入电极的感测、报告和修改步骤表明输入元件在多于一个输入电极的附近时，所述方法进一步包括第一选择所述多于一个输入电极中的一个作为待感测的第一被选输入电极，并且将所述多于一个输入电极中的其他输入电极耦接到从所述第一被选输入电极得出的驱动屏蔽信号；第一感测和报告所述第一被选输入电极的状态；以及第二选择所述多于一个输入电极中的另一个作为待感测的第二被选输入电极，并且将所述多于一个输入电极中的其他输入电极耦接到从所述第二被选输入电极得出的驱动屏蔽信号；第二感测和报告所述第二被选输入电极的状态；以及重复所述第一和第二选择、感测和报告的步骤，直到所述多于一个输入电极都已被选择、感测和报告，而且所述多于一个输入电极中的其他电极被耦接到从其得出的驱动屏蔽信号；以及比较所报告的结果以确定所述多于一个输入电极中哪一个最接近所述输入元件。
4.根据权利要求1所述的方法，其中感测单独输入电极状态的步骤包括用恒定电流驱动所述单独输入电极，并且测量由恒流驱动所引起的所述单独输入电极两端出现的电压。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述恒流驱动是第一预定持续时间的恒定电流脉冲。
6.根据权利要求5所述的方法，其中测量电压的步骤发生在所述恒流驱动启动以后第二预定时间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中报告单独输入电极的状态和修改设备状态的步骤包括将所述单独输入电极的第一被感测状态存储到存储器中，然后将所述第一被感测状态与在时间上稍后确定的第二被感测状态进行比较以检测所述第一被感测状态和所述第二被感测状态的变化，并且至少部分地根据这些变化来修改所述设备的状态。
8.根据权利要求1所述的方法，其中感测和报告被耦接输入电极状态的步骤包括用恒定电流驱动被耦接输入电极，并且测量由恒流驱动所引起的所述被耦接输入电极两端出现的电压。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述恒流驱动是第一预定持续时间的恒定电流脉冲。
10.根据权利要求9所述的方法，其中测量电压的步骤发生在所述恒流驱动启动以后第二预定时间。
11.一种用于检测输入元件的接近的设备，包括多个单独输入电极；单独电极驱动和感测元件，具有适用于耦接到单独输入电极的驱动-感测端子，并具有用于报告耦接到其驱动-感测端子的单独输入电极状态的输出端子；接近驱动和感测元件，具有适用于耦接所述单独输入电极的并联组的驱动-感测端子，并具有用于报告耦接到其驱动-感测端子的并联耦接的单独输入电极组的状态的输出端子；以及多路复用器，用于按顺序执行(i)将所述单独输入电极耦接到所述单独电极驱动和感测元件的驱动-感测端子，以及(ii)将所述并联耦接的单独输入电极组耦接到所述接近驱动和感测元件的驱动-感测端子。
12.根据权利要求11所述的设备进一步包括用于从所述单独电极驱动和感测元件的输出端子接收与所述单独输入电极的状态相关的第一信号的滤波器；以及用于从所述接近驱动和感测元件的输出端子接收与所述并联耦接的单独输入电极的状态相关的第二信号的滤波器。
13.根据权利要求12所述的设备进一步包括存储器，具有被耦接到所述滤波器的输出端的输入端，用于暂时存储由所述单独输入电极和并联耦接的单独输入电极的状态所确定的信号。
14.根据权利要求13所述的设备进一步包括比较器，接收来自所述存储器的输入和来自所述滤波器的输入，用于单个地或成组地比较各个单独输入电极的状态与所述各个单独输入电极或电极组中的相同或其他单独输入电极的状态的先前值。
15.一种用于在电子设备中提供接近检测的方法，所述电子设备具有多个单独输入电极，所述方法包括感测和存储所述单独输入电极的接近或接触状态；将所述单独输入电极的接近或接触状态的当前值与相同或不同的单独输入电极的接近或接触状态的一个或更多个存储值进行比较；感测和存储所述单独输入电极中的一组或更多组的接近或接触状态；将所述单独输入电极中的所述一组或更多组的接近或接触状态的当前值与所述单独输入电极中的相同或不同的组的接近或接触状态的一个或更多个存储值进行比较；以及根据一个或两个比较步骤的结果修改所述设备的状态。
16.根据权利要求15所述的方法，其中单独输入电极的接近或接触状态的感测和存储步骤按任意次序顺序执行。
17.根据权利要求16所述的方法，其中输入电极中的一组或更多组的接近或接触状态的感测和存储步骤在单独输入电极的接近或接触状态的感测和存储步骤期间或之后执行。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所有输入电极的感测、比较和修改步骤所用的时段少于人接近或接触输入电极的反应时间。
19.根据权利要求17所述的方法，其中一个单独输入电极的感测、比较和修改步骤所用的时段小于或等于约64微秒。
20.根据权利要求15所述的方法，其中修改设备状态的步骤包括照亮所述输入电极中的一些。
21.一种电子设备，包括多个单独输入电极；接触和接近检测系统，被耦接到所述多个单独输入电极，其中在第一模式中，所述检测系统提供输入元件是否已接触到所述单独输入电极中的至少一个的指示，并且在第二模式中，提供输入元件是否接近所述单独输入电极中的至少一些的组的指示。
全文摘要
在空间有限并且具有许多单独输入电极(24，34，44)的电子设备(20，30)中，提供相对大面积接近检测功能的电子等价物，其实现方式为动态耦接并联的单独电极(24，34，44)组并且对其应用接近和/或接触测试。并联电极组如同单个大的电极一样工作，并且使接近检测的距离更远，灵敏度更高。多路复用器(74)自动将单独输入电极(23，24，44)和随后的并联电极组耦接到接近(或接触)传感器(46，66)，以便这些电极在小于人的反应时间内被单独地和共同地扫描和感测，由此接近感测功能就好像是由一个单独的大面积的电极所提供的。通过利用一些电极(24，34，44)作为驱动屏蔽来消除位置的模糊性，提高了接近空间检测的准确度。
文档编号G06F3/041GK102439539SQ201080022230
公开日2012年5月2日 申请日期2010年5月3日 优先权日2009年5月22日
发明者B·T·奥索伊纳克, T·K·V·考 申请人:飞思卡尔半导体公司