专利名称：用于电容感测装置的噪声滤波装置、系统和方法
技术领域：
本发明大体涉及电容感测系统，且更特定来说涉及此类系统中的噪声滤波。
背景技术：
电容感测系统可感测电极上产生的反应电容变化的电信号。此类电容变化可指示触摸事件(及，物件接近特定电极)。电感测信号可由于噪声的存在而降级。 电容感测系统中的噪声可概念化为包含“内部”噪声和“外部噪声”。内部噪声可为可同时影响整个系统的噪声。因此，内部噪声可同时出现在所有电极上。即，内部噪声可为相对于系统的传感器(例如，电极)的“共”模型噪声。内部噪声的源可包含(但不限于)传感器电源噪声(存在于提供到电容感测电路的电源上的噪声)，和传感器功率产生噪声(从例如电荷泵等功率产生电路产生的噪声，所述功率产生电路从较低量值电压产生较高量值电压)。在触摸屏装置(B卩，具有以电容感测网络覆盖的显示器的装置)中，显示器可产生内部噪声。仅作为几个实例，显不器噪声源可包含(但不限于)LCDVC0M噪声(来自液晶显示器的噪声，所述液晶显示器驱动不同值之间的片段共同电压)、LCD VCOM耦合噪声(由于调制可经由VCOM节点耦合的LCD装置中的薄膜晶体管层而产生的噪声)，以及显示器电源噪声(比如传感器功率产生噪声，但针对显示器的所供应功率)。共模型噪声可通过共模型滤波器来解决，所述共模型滤波器滤除感测阶段中所有电极所共同的噪声。外部噪声(不同于内部噪声)可由于所感测物件(例如，手指或指示笔)所耦合的电荷而引起，且因此可在触摸区域本地。因此，外部噪声通常不是感测阶段中所有电极所共同的，而仅是接近触摸事件的电极的子集所共同的。外部噪声的源可包含充电器噪声。充电器噪声可由于充电器装置(例如，插入到AC干线中的电池充电器，或插入到汽车电源中的充电器)而产生。通过AC干线操作的充电器通常可包含“回扫(flyback)”变换，其可产生相对于“真实”接地(地面接地)的不稳定装置接地。因此，如果处于地面接地的用户在装置连接到充电器的同时触摸装置的电容感测表面，那么归因于变化的装置接地，触摸可在触摸位置注入电荷，从而产生局部化噪声事件。外部噪声的其它源可由于可耦合到人体的各种其它电场而引起，所述电场包含(但不限于)AC干线(例如，50/60HZ线电压)、荧光照明、刷式马达、弧焊和手机或其它射频(RF)噪声源。来自这些装置的场可耦合到人体，所述人体可接着在触摸事件中耦合到电容感测表面。
图21是展示常规互电容感测装置中的充电器噪声的模型的示意图。电荷源VTX可为在TX电极上产生的发射信号，Rpl可为TX电极的电阻，Cpl可为TX电极与装置接地(其可为充电器接地CGND)之间的(自)电容，Cm可为TX电极与接收(RX)电极之间的互电容，Cp2可为RX电极的自电容，Rp2可为RX电极的电阻。Rx可表示电容感测电路的阻抗。Cf可为感测物件2100(例如，手指)之间的电容。电压源VCh_Noise可表示由于CGND与地面接地(EGND)之间的差异而产生的噪声。电压源VCh_Noise可通过等效电容Ceq连接到装置接地。如图21所示，可响应于源VTX而产生感测电流(Isense)，所述源VTX可响应于Cm的变化而变化。然而，同时可归因于充电器的操作而由于触摸事件产生噪声电流(Inoise)。噪声电流(Inoise)对于Isense信号可为加性和减性的，且可产生错误的感测事件(当无触摸发生时，指示触摸)和/或错误的非感测事件(未检测到触摸)。图22展示在经受外部噪声的常规系统中对应于非触摸和触摸事件的电容感测值 (在此情况下为计数)。如图所示，虽然未触摸装置(NO TOUCH)，但噪声电平相对较小。然而，在装置被触摸(TOUCH)时，触摸位置处的噪声电平相对较高。虽然电容感测系统可包含共模型滤波，但此类滤波通常不能解决外部噪声的不利影响，因为此类噪声不存在于所有电极上，而是局限于接近感测事件的电极。
图I是根据一实施例的电容感测操作的流程图；图2是根据另一实施例的电容感测操作的流程图；图3是根据一实施例的电容感测系统的示意框图；图4是根据一实施例具有充电器检测的电容感测系统的示意框图；图5是根据一实施例具有显示器警报的电容感测系统的示意框图；图6是根据另一实施例的电容感测系统的示意框图；图7是根据一实施例的噪声收听电路的示意图；图8A和8B是根据实施例的互电容感测网络的噪声收听配置的平面图；图9A和9B是展示根据一实施例的噪声收听操作的图；图10是根据一实施例的噪声收听操作的流程图；图11是根据一实施例的噪声收听扫描初始化操作的流程图；图12是根据一实施例的噪声收听恢复正常操作的流程图；图13是根据一实施例的噪声检测操作的流程图；图14是展示根据一实施例可改进警报条件的噪声检测操作的时序图；图15是根据一实施例的本地噪声滤波操作的流程图；图16A和16B是展示根据一实施例用于在滤波操作中进行按比例缩放的电极选择的平面图；图17A和17B是根据一实施例的自适应抖动滤波器(AJF)的流程图；图18A和18B是根据一实施例可包含在AJF中的加权函数的流程图；图19是展示根据一实施例的AJF操作的图；图20是可包含在实施例中的中值滤波器的流程图21是展示常规互电容感测装置中的充电器噪声的示意图；图22展示在常规系统中具有对应于非触摸和触摸事件的外部噪声的电容感测值。
具体实施例方式现将描述展示收听噪声并根据噪声电平改变所感测值的滤波的电容感测系统和方法的各种实施例。在特定实施例中，如果噪声电平低于某一阈值，从而指示不存在(或低电平的)外 部噪声(即，噪声局限于触摸区域)，那么可对所感测值进行滤波以获得共模型噪声。然而，如果噪声电平高于阈值，那么可对所感测值进行滤波以解决外部噪声。在特定实施例中，对局部化噪声的滤波可包含中值滤波器。在下文的实施例中，相同项目由相同但具有对应于图号的前导数字的参考标号表
/Jn ο图I展示根据一个实施例的电容感测系统操作100的流程图。系统操作100可包含收听操作102、非本地噪声处理路径104和本地噪声处理路径106。收听操作102可监视感测网络108中的噪声。感测网络108可包含用于感测感测区域中的电容的多个电极。在特定实施例中，感测网络108可为互电容感测网络，其具有可以发射信号驱动的发射(TX)电极和通过互电容耦合到TX电极的接收(RX)电极。在一些实施例中，收听操作102可使用用于电容感测(例如，触摸位置检测)的相同电极来进行噪声检测。在非常具体的实施例中，收听操作102可监视所有RX电极以检测噪声。在替代实施例中，收听操作102可在噪声收听操作中监视所有RX电极。在又一实施例中，收听操作102可在收听操作中监视TX和RX电极两者。收听操作102可将检测到的噪声与一个或一个以上阈值进行比较以确定噪声的存在。如果确定存在噪声(噪声)，那么可遵循本地噪声处理路径106。相比之下，如果确定不存在噪声(无噪声)，那么可遵循无本地噪声处理路径104。处理路径104和106展示可如何获取从感测网络108导出的感测信号并对其进行滤波。无本地噪声处理路径104可以标准扫描110和非本地滤波112从感测网络108获取感测值。标准扫描110可使用设定数目的取样操作和/或设定的持续时间对电极值进行取样以产生感测值。非本地滤波112可提供不导向例如从外部噪声引起的本地噪声事件的滤波。在特定实施例中，非本地滤波112可包含对所有感测电极所共同的噪声进行滤波的共模型滤波。本地噪声处理路径106可解决比如从外部噪声引起的本地噪声的不利影响。本地噪声处理路径106可以扩展扫描114和本地滤波116从感测网络108获取感测值。扩展扫描114可以比标准扫描110大的数目的取样操作和/或长的持续时间对电极值进行取样。另外，本地滤波116可提供滤波以移除例如从外部噪声引起的本地噪声事件。在特定实施例中,本地滤波116可包含中值滤波。以此方式，响应于噪声的检测，电容感测信号的处理可从标准扫描时间和非本地滤波切换为增加的扫描时间和本地滤波。图2展示根据另一实施例的电容感测系统操作200的流程图。在一个特定实施例中，系统操作200可为图I所示的操作的一个实施方案，除了比如图I中所示的项目的项目夕卜，图2进一步展示噪声警报操作218和触摸位置计算操作220。在所示的实施例中，收听操作202可包含收听器扫描222、收听器共模滤波(CMF) 224和噪声检测226。收听器扫描222可包含测量感测网络208的多个电极上的信号。扫描(噪声信号获取)时间可基于感测网络和预期噪声源来选择。收听器CMF 224可对正扫描的所有电极所共同的噪声进行滤波。此滤波使外部型噪声(被扫描电极的子集本地的噪声)能够通过以进行噪声检测226。噪声检测226可确立任何所检测的噪声是否超过一个或一个以上阈值。在所展示的实施例中，如果噪声低于第一阈值，那么噪声检测226可激活“无噪声”指示。如果噪声高于第一阈值，那么噪声检测226可激活“噪声”指示。如果噪声高于大于第一阈值的第二阈值，那么噪声检测226可激活“高噪声”指示。在“无噪声”指示的情况下，处理可根据无本地噪声处理路径204进行。此处理路径204可利用标准扫描210，其在所展示的特定实施例中可包含每电极8个子转换。子转 换可为基本信号转换事件，且可反映一个或一个以上全输入信号周期的解调和/或积分结果。此处理可进一步包含在多个电极上感测的值的CMF滤波212。此类值可经受基线和差异计算228，其可确定当前感测值与基线值之间的差异。足够大的差异可指示触摸事件。在“噪声”指示的情况下，处理可根据本地噪声处理路径206进行。本地噪声处理206可以利用16个子转换(即，无噪声情况的双倍的扫描时间)的扩展扫描214增加信号获取时间。处理路径206可进一步包含非CMF滤波216，其可对影响本地电极集合的外部噪声事件进行滤波。在所展示的特定实施例中，非CMF滤波216可包含中值滤波216-0和非线性滤波216-1。所得经滤波感测值可接着经受基线和差异计算228，如同针对非本地噪声处理路径204所描述那样。在“高噪声”指示的情况下，处理可包含激活警报指示218。警报指示218可通知用户和/或系统噪声电平足够高而导致错误的电容感测结果。在非常具体的实施例中，此警告可为与感测网络208相关联的显示器(例如，触摸屏显示器)上的视觉警告。然而，警告可包含各种其它指示类型，包含(但不限于)不同类型的视觉警报(例如，LED)、音频警报或处理器中断(仅举几例)。在图2的实施例中，响应于“高噪声”指示，处理也可根据本地噪声处理路径206进行。然而，在其它实施例中，可中断电容感测处理，或可发生额外滤波或信号增大。操作200还可包含触摸位置计算220。此类动作可从处理路径204和206产生的感测值导出触摸事件的位置。计算220产生的触摸位置值可提供到装置应用等。以此方式，收听电路可包含感测电极的共模滤波以收听本地化噪声事件,例如来自装置充电器等的外部噪声。可基于所感测的噪声值对感测信号进行滤波，且/或可在噪声电平超过高阈值的情况下触发警报。现从参看图3，在示意框图中展示根据一实施例的电容感测系统，且其由一般参考数字300表示。系统300可包含感测网络308、开关电路332、模/数转换器(ADC) 334、信号产生器336和控制器330。感测网络308可为任何适宜的电容感测网络，包含互电容感测网络,如本文所揭示。感测网络308可包含用于感测电容变化的多个传感器(例如，电极)。开关电路332可选择性地启用感测网络308与控制器330之间的信号路径(输入和输出信号路径两者)。在所展示的实施例中，开关电路332还可启用信号产生器336与感测网络308之间的信号路径。ADC 334可经由开关电路308将从感测网络308接收的模拟信号转换为数字值。ADC 334可为任何适宜的ADC，包含(但不限于)连续近似(SAR)ADC、积分ADC、Σ -Δ调制ADC，和“快闪”(电压阶梯型)ADC(仅举几例)。信号产生器336可产生用于从感测网络308引发感测信号的信号。仅作为一个实例，信号产生器336可为在互电容型感测网络中施加到一个或一个以上发射电极的周期性发射(TX)信号。TX信号可包含对应RX信号上的响应，其可经感测以确定是否已发生触摸事件。控制器330可控制系统300中的电容感测操作。在所展示的实施例中，控制器可包含感测控制电路338、滤波器电路311、位置确定电路320，和噪声收听电路302。在一些实施例中，控制器330电路(例如，338、311、320和302)可由执行指令的处理器实施。然而，在其它实施例中，此类电路的全部或一部分可由定制逻辑和/或可编程逻辑实施。 感测控制电路338可产生用于控制从感测网络308获取信号的信号。在所展示的实施例中，感测控制电路338可激活施加到开关电路332的开关控制信号SW_CTRL。在特定实施例中，可采用互电容感测，且感测控制电路338可循序地将TX信号从信号产生器336连接到感测网络308内的TX电极。当以TX信号驱动每一 TX电极时，感测控制电路338可循序地将RX电极连接到ADC 334以产生针对每一 RX电极的数字感测值。应理解，其它实施例可使用不同的感测操作。噪声收听电路302也可通过激活开关控制信号SW_CTRL来控制从感测网络308获取信号。然而，噪声收听电路302可配置到感测网络308的路径以实现本地噪声的检测，这与触摸事件形成对比。在特定实施例中，噪声收听电路302可将信号产生器336与感测网络308隔离。另外，多组电极(例如，RX、TX或两者)可同时连接到ADC 334。噪声收听器302可对此类数字值进行滤波且接着将其与噪声阈值进行比较以确定噪声电平。此类动作可包含达成如针对图2描述的“无噪声”、“噪声”和任选地“高噪声”确定。响应于来自噪声收听电路302的噪声确定，控制器330可改变电容感测操作。在一个实施例中，如果检测到噪声，那么信号获取时间可增加(例如，子转换增加)，且滤波可改变(例如，中值滤波，而不是共模滤波)。滤波器电路311可对感测操作和噪声检测操作期间产生的感测值进行滤波。在所展示的实施例中，滤波器电路311可实现一种或一种以上类型的中值滤波316以及一种或一种以上类型的CMF 312。应理解，滤波器电路可为对表示所感测电容的数字值进行操作的数字电路。在特定实施例中，滤波器电路311可包含处理器，其由从ADC 334输出的值产生感测值数据阵列。这些感测值阵列可根据一个或一个以上选定滤波算法来操纵以产生经滤波感测值的输出阵列。滤波器电路311采用的一种类型的滤波可基于检测到的噪声电平来选择。位置确定电路320可采取经滤波的感测值来产生触摸位置值(或未检测到触摸)以供例如由装置运行的应用程序等其它处理使用。以此方式，电容感测系统可包含用于检测噪声值的收听电路和可基于检测到的噪声电平选择的数字滤波器。现参看图4，在示意框图中展示根据另一实施例的电容感测系统，且其由一般参考数字400表示。在图4的实施例中，噪声收听操作可基于系统条件而改变。在所展示的特定实施例中，可基于充电器的存在而启用或停用噪声收听。系统400可包含类似于图3的部分的部分，且此类部分可具有与图3相同或等效的结构。图4不同于图3之处在于还展示充电器接口 440、电池接口 448、功率控制电路441和应用程序446。充电器接口 440可使得能够将功率提供到系统400，所述功率经由电池接口 448对电池进行充电。在一些实施例中，充电器接口 440可为在充电器442与系统400之间形成机械连接的物理接口。在特定实施例中，此类物理连接可包含可引起如图22中表示的所注射电流的接地连接。然而，替代实施例可包含无线充电接口。功率控制电路441可在充电器442耦合到系统400时激活充电指示(充电)，且因此可提出外部噪声源。另外，功率控制电路441可经由电池接口 448控制电池的充电操作。仍参看图4，收听电路402'可响应于充电器指示(充电)而改变收听操作。在·一个实施例中，如果充电指示为无源，从而指示充电器442不存在，那么可停用收听电路402'。如果充电指示为有源，那么可启用收听电路402'。然而，在其它实施例中，收听电路402'可基于充电器指示(充电)在不同类型的收听操作之间切换。应理解，虽然充电器可为一个噪声源，但装置的其它类型的电源也可为噪声源(例如，此类装置内的AC/DC转换器)。举例来说，一些装置可以其自身的外部电源或甚至汽车内的充电器而连接到计算机。应用程序446可为可由系统400利用来自位置确定电路420的位置值而执行的程序。以此方式，电容感测系统可基于系统的物理条件改变检测噪声值的收听电路操作。现参看图5，在示意框图中展示根据另一实施例的电容感测系统，且其由一般参考数字500表示。在图5的实施例中，可在噪声超过阈值时产生警报。系统500可包含类似于图3的部分的部分，且此类部分可具有与图3相同或等效的结构。图5不同于图3之处在于还展示警报电路518、显示器548和应用程序546。收听电路502可在检测到的噪声确定为超过高阈值时将噪声电平指示提供到警报电路516。警报电路516可在超过高噪声阈值时激活一个或一个以上警报。在所展不的非常具体的实施例中，警报电路516可将警报(警报-显示)提供到显示器548。响应于此警报，显示器548可展示指示触摸输入受噪声影响(例如，将不接受触摸输入等)的视觉警报。在一个特定实施例中，显示器548和感测网络508可为触摸屏组合件(即，感测网络508物理上覆盖显示器548)。在一些实施例中，警报电路516可将警报提供到应用程序546。此类应用程序可接着改变执行且/或产生其自身的警报。此外，如结合图2所述，警报可采取各种其它形式(例如，中断等)。以此方式，电容感测系统可在噪声电平超过预定阈值的事件中为用户提供警报。现参看图6，在示意框图中展示根据另一实施例的电容感测系统，且其由一般参考数字600表示。图6的实施例展示利用处理器和指令来提供收听、可选择滤波和警报功能的实施方案。
系统600可包含开关电路632、控制器630、电容感测系统678、振荡器电路650、ADC 634、指令存储器660、通信电路656、随机存取存储器(RAM) 658和功率控制电路644。开关电路632可提供感测网络608与系统600内的电路之间的模拟信号路径。在所展示的实施例中，开关电路632可包含若干信道664-0到664-7和信道多路复用器(MUX)672。开关电路632内的切换和多路复用操作可由控制器630提供的开关控制信号(Sff_CTRL)控制。每一信道￠64-0到664-7)可包含连接到I/O连接631的若干输入/输出(I/O)开关(一个展示为666)、I/O MUX 668，以及取样和保持(S/Η)电路670。每一 I/O开关(666)可将对应的I/O 631连接到RX路径(一个展示为674)或TX路径(一个展示为676)。I/O MUX 668可将信道内的RX路径674的一者连接到对应的S/Η电路670。TX路径676可接收TX信号。信道MUX 672可选择性地将每一信道￠64-0到664-7)内的S/H电路670连接至Ij ADC 634。ADC 634可包含如本文描述的任何适宜的ADC，或等效物。
图6展示连接到互电容感测网络608的系统600。感测网络608可包含由TX板(一个展示为608-0)和RX板(一个展示为608-1)形成的TX电极。通过开关电路632的操作，TX电极可连接到TX路径676，而多个RX电极连接到对应的RX路径674。在图6的实施例中，控制器630可包含处理器630-0和数字处理电路630-1。处理器630-0可响应于存储在指令存储器660中的指令而控制数字处理电路630-1的操作。指令存储器660可包含噪声收听指令602、警报控制指令618和滤波器指令611。滤波器指令611可包含多个滤波操作，且在所展示的实施例中，可包含中值滤波器指令616和CMF指令612。响应于噪声收听指令602，控制器630可产生将多个I/O 631连接到ADC634的信号。在一个实施例中，值可经历初始收听CMF操作。此操作可从滤波器指令611调用或内建到噪声收听指令602中。所得值可接着与一个或一个以上阈值进行比较以确定噪声电平。如果噪声电平超过某一电平，那么收听电路602可建立针对对本地噪声(例如，外部噪声源)进行滤波的电容感测参数。在一些实施例中，此类参数可包含针对其它实施例描述的参数，包含增加的扫描时间和/或非共模(例如，中值)滤波。另外，如果噪声阈值电平超过另一特定电平，那么可调用警报指令618来产生适当警报。处理器630-0单独或与数字处理电路630-1组合可执行用于检测噪声和/或对感测值进行滤波的算术和逻辑运算。电容感测系统678可包含用于执行电容感测操作的电路。在一些实施例中，电容感测系统678可包含产生用于控制开关电路632的开关控制信号的感测控制电路638。在一个实施例中，电容感测系统678可基于控制器630确立的准则而执行感测操作。在特定实施例中，控制器630可基于噪声电平而改变感测时间(例如，子转换的数目)。仍参看图6,振荡器电路650可产生用于控制系统600内的操作的定时的信号。在一个实施例中，TX路径676处呈现的TX信号可由振荡器电路650产生的信号提供或从其导出。通信电路656可将电容感测结果提供到含有电容感测系统600的装置的其它系统或电路。RAM 658可经提供以使处理器630-0能够执行算术操作和/或临时存储指令数据。在特定实施例中，RAM 658可存储感测值矩阵，其由处理器630-0操纵以检测噪声和/或对电容感测值进行滤波。功率控制电路644可产生针对系统600内的各个部分的电源电压。在一些实施例中，功率控制电路644提供类似于针对图4描述的充电指示的充电指示，其可指示何时充电器耦合到系统600。处理器630-0可接着在不存在充电器的情况下绕过噪声收听指令602，或可基于充电器存在与否而在多个收听算法之间选择。图6还展示计时器电路652和可编程电路654。计时器电路652可提供定时函数以供系统600的各个部分使用。可编程电路654可以配置数据编程以执行定制函数。在所展示的实施例中，可编程电路654可包含可编程数字块。在非常具体的实施例中，系统600可以美国加州圣何塞市(San Jose, CaliforniaU. S. A)的Cypress半导体公司制造的PSoC 3型可编程芯片上系统实施。以此方式，电容感测系统可包含可执行以下各者中的任一者的处理器噪声收听指令、噪声警报指令、中值滤波和CMF。图7是展示根据一实施例的互电容感测网络708的噪声收听配置的示意图。感测·网络708可包含通过互电容Cm彼此耦合的第一电极(一个展示为780)和第二电极(一个展不为782)。一个或一个以上第一电极780上的由噪声电压源784表不的噪声可通过互电容耦合而引起噪声信号(Ix)。在非常具体的实施例中，第一电极780可为TX电极，且第二电极782可为RX电极。然而，TX电极不由任何系统产生的TX信号驱动，而是用于检测噪声。图8A和8B展示根据实施例的不同噪声收听配置。图8A展示根据一个实施例的互电容感测网络808的噪声收听配置。感测网络808可包含布置在一个方向上的TX电极(一个突出显不为880)和布置在另一方向上的RX电极(一个突出显示为882)。在所展示的实施例中，数组RX电极882(在此实施例中，两组)可连接到RX路径(RX0到RX7)以用于噪声收听操作。TX电极880可连接到接地。图8B展示根据另一实施例的互电容感测网络808的噪声收听配置。感测网络808可具有图8A所示的结构。然而，RX电极882和TX电极880可共同连接到同一 RX路径。在所展示的特定实施例中，RX路径RXO到RX3可连接到两个RX电极882和一个TX电极880，而RX路径RX4到RX7可连接到两个RX电极882和两个TX电极880。以此方式，互电容感测网络的RX和/或TX电极可连接到电容感测输入以收听噪声，同时防止将TX信号施加到网络。图9A和9B展示根据实施例的收听操作。图9A展示具有串行噪声收听操作的收听操作900-A。时间的进程由箭头“t”展示。收听操作900-A可以收听扫描动作902开始。此动作可包含在多个传感器(例如，电极)上获取电容值。在特定实施例中，此步骤可包含建立到类似于图8A或SB所示的互电容感测阵列的互电容感测阵列的连接。在收听扫描902之后，所获取的值可经受收听CMF904。收听CMF可包含共模滤波，其可滤除所有电极所共同的噪声且因此有助于隔离本地噪声(例如，外部型噪声)。经滤波的感测值可接着经受噪声检测动作906。此动作可将所感测的电容电平与一个或一个以上限制进行比较以确定噪声电平。在噪声检测动作906之后，收听操作900-A可重复，从而执行另一收听扫描动作902。图9B展示具有管线式噪声收听操作的收听操作900-B。时间的进程由箭头“t”展示。收听操作900-B可以收听扫描动作902-1开始，其可获取第一组原始电容值。在收听扫描动作902-1之后，可开始下一收听扫描操作902-2。然而，当进行此第二扫描动作(902-2)时，以第一扫描动作902-1获取的第一组原始数据可经共模滤波904-1且经受噪声检测906-1。以此方式，虽然针对电极上的噪声收听而搜集原始数据，但先前搜集的原始数据可经共模滤波且经检查以寻找噪声事件。在以发射(即，激励)信号驱动TX电极同时RX电极经由互电容提供感测信号的一些互电容实施例中，在收听扫描动作(例如，902和/或902-1)中，可感测RX电极上的电容，但不以发射信号驱动TX电极。图10在流程图中展示根据一个实施例的噪声收听操作1000。操作1000可包含扫描初始化1010。扫描初始化可配置到感测网络的连接以实现多个信道上的噪声的感测。此初始化可包含将感测网络配置从标准触摸感测配置改变为噪声收听配置。 一旦扫描初始化1010完成，操作1000就可并行地执行噪声扫描1012和噪声检测1014。噪声扫描1012可包含从电极获取感测值。噪声检测1014可包含从先前获取的感测值检测噪声。一旦噪声扫描完成(来自1016的“是”)，噪声收听操作1000就使感测网络恢复到正常状态1018。正常状态可为用于标准感测操作(例如，触摸感测)的状态。图11展示根据一实施例的扫描初始化操作1100。扫描初始化操作1100可为图10中展示为1010的操作的一个特定实施方案。扫描初始化操作1100可为针对互电容感测网络的扫描初始化操作。操作1100可包含停用在标准扫描操作中利用的可能干扰噪声检测的任何电路(1120)。在所展示的实施例中，动作1120可包含关闭连接到感测网络的电流数/模转换器(iDAC)。RX路径可配置为高阻抗输入(1122)。RX路径可接着连接到输入信道(1124)。可接着设定适于待检测的噪声的信号获取时间(例如，扫描时间)。在图11的实施例中，此动作可包含将子转换(1126)的数目设定为预定值。可接着开启所有有源信道(1128)。此动作可使电极能够连接到电容感测电路。扫描可接着开始(1130)。此动作可获取原始感测值以使得能够检测噪声。扫描初始化操作1100可接着结束。图12展示根据一实施例的恢复正常操作1232。恢复正常操作1232可为图10中展示为1018的操作的一个特定实施方案。恢复正常操作1232可包含将所有RX路径从输入信道断开(1234)。此类RX信道可接着经配置以用于标准感测操作(1236)。可接着传回用于标准感测操作的信号获取时间(例如，扫描时间)(1238)。在图12的实施例中，此动作可包含设定子转换的数目。操作1232可包含启用在标准感测操作中所利用的先前停用的电路(1240)。在所展示的实施例中，动作1240可包含开启iDAC。恢复正常操作1232可接着结束。图13展示根据实施例的噪声检测操作1314。噪声检测操作1314可为如图10中1014所示的操作的一个特定实施方案。噪声检测操作1314可包含CMF操作1340。这种滤波可以移除电极所共同的噪声，因此可以改进信号免受任何本地噪声(即，外部噪声)。操作1314可接着确定噪声值。在所示特定实施例中，确定噪声值可包含从CMF滤波值中寻找最大值和最小值(1342)，接着确定这些值之间的差(1344)。可接着将噪声值与第一阈值(1346)进行比较。如果噪声值高于第一阈值(来自1346的“是”)，那么可复位收听超时值(1348)，且可将噪声水平设定到第一值(“开(0N)”)(1350)。如果已经确定噪声高于第一阈值，那么也可以将噪声与第二阈值进行比较(1352)。如果噪声值高于第二阈值(来自1352的“是”)，那么可将噪声水平设定到第二值(“警报(Alarm)”)(1354)。操作可接着结束(1366)。如果噪声值低于第二阈值(来自1352的“否”)，操作也可以结束(1366)。如果噪声值并不高于第一阈值(来自1346的“否”)，那么噪声检测操作1314可确定是否应将噪声水平返回到零值(即没有噪声)。在所示实施例中，如果可检查噪声水平以确认其是否仍指示高噪声状态(即“开”或“警报”)(1356)。如果没有指示高噪声(来自1356的“否”)，那么可复位超时值(1348)。如果指示高噪声(来自1356的“是”)，那么可递增超时值(1348)。可接着将超时值与极限值进行比较(1362)。如果超时值超过极限值(来自1362的“是”)，那么可将噪声水平返回到无噪声状态(1350)。如果超时值并不超过极限值(来自1362的“否”)，那么操作可结束(1366)。图14是展示根据一个实施例的噪声检测操作的时序图。图14包含波形噪声数据(NOISE DATA)，其展示噪声收听操作所获取的噪声感测值。投射到噪声数据波形上的是两个噪声阈值水平(lst_Threshold 和 2nd_Threshold)。
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图14还包含波形噪声水平，其展示由噪声检测操作确定的噪声水平(NOISELEVEL)。噪声水平可指示三个不同的噪声水平。噪声状态(NoiseState)=“关(OFF)”可展示噪声值低于第一阈值(^Threshold)。噪声状态=“开(0N)”可展示噪声值高于第一阈值(IstJhreshold)。噪声状态=“警报(ALARM)”可展示噪声值高于第二阈值(2nd_Threshold)。仍参看图14，在时间t0，噪声值可超过第一阈值。结果，噪声检测操作可将噪声水平设定为“开”。最终，噪声水平超时，且在时间tl，噪声水平可返回到“关”状态。大约在时间t2，噪声值可超过第二阈值。结果，噪声检测操作可将噪声水平设定为警报。最终，噪声水平超时，且在时间t3，噪声水平可返回到“关”状态。现参看图15，在流程图中展示根据实施例的本地噪声滤波操作1516。在确定本地(即，非共同模式)噪声水平超过某一水平的情况下，可以对感测数据执行本地噪声滤波操作1516。操作1516可包含输入感测信号(1568)。此类动作包含输入从连接到感测电极的ADC产生的原始计数值。操作1516可寻找主要信号(1570)。此类动作可定位出潜在触摸位置。如可了解，本地噪声可存在于触摸位置周围。在一个实施例中，主要信号可对应于具有最高响应的传感器(所述传感器在不存在噪声时将指示触摸)。操作1516可接着将来自相邻传感器的信号按比例缩放到对应的主要传感器信号(1572)。相邻传感器可为物理上接近于主要传感器的传感器。在一个实施例中，相邻传感器可为在主要传感器对侧的传感器。按比例缩放操作可基于此种电极在存在有效触摸事件时从主要传感器改变的方式而改变相邻电极的感测值。在一个极特定实施例中，按比例缩放可为基于存在触摸时电极的平均值。相邻电极的感测值可如下根据按比例缩放因子来进行按比例缩放kA = (BTmean/ATmean)，Kc = (BTmean/CTmeJ其中kA是电极A计数值的按比例缩放因子，电极A是电极B的相邻电极，k。是电极C计数值的按比例缩放因子，电极C是电极B的相邻电极，与电极A相对，且ATm_、Blfflean和CT_n是从对这些电极的触摸导出的平均感测值。
在对相邻传感器按比例缩放之后，可相对于主要信号应用中值滤波器(1574)。此类动作可包含将中值滤波器应用于电极的感测值。在一个实施例中，中值滤波器可应用到来自三个连续时间周期的传感器信号。真实触摸事件可提供可在多个时间周期内持续存在的增大的计数值。相比之下，本地噪声水平可随时间推移而改变极性。中值滤波器操作(例如，1574)可为所执行的第一类型的非线性滤波。操作1516还可包含自适应抖动滤波器(AJF)操作(1576)。AJF操作(例如，1576)可为另一非线性滤波器操作。下文较详细地描述AJF操作的一个特定实例。在AJF操作(1576)之后，可颠倒先前按比例缩放的操作(例如，1572)。S卩，可“解封”对应于接近于主要传感器的相邻传感器的经滤波感测值(1578)。可接着输出一组所得感测值(1580)。图16A和图16B展示根据实施例的确定来自电极的主要信号。图16A和图16B展示物理上布置成两组的电极，展示为组群(slot) 1684-0/1。感测操作可用不同感测操作感 测不同组群的电容值。在一个极特定实施例中，组群1684-0/1可为以互电容耦合到一个或一个以上相同TX电极的RX电极。图16A展示确定电极1688具有最高响应(在这个实施例中是计数)的感测操作。因而，这种电极可以认为是“主要”电极。邻近于主要电极1688的电极1686可以认为是相邻电极。对应于相邻电极1686的感测值可相对于主要电极的感测值加以按比例缩放。图16B展示感测操作，其中主要电极1688出现于邻近组群1684-0/1的末端。在这种布置中，每一主要电极的相邻电极1686可为处于不同组群中的电极。现参看图17A和图17B，在流程图中展示根据一个实施例的AJF操作1700。AJF可为如图15中的1576所展示的操作的一个特定实施。AJF操作1700可基于电极的子集随时间的平均差异而对电极的子集执行滤波。图17A和图17B是流程图的不同部分，两者之间的连接展示为圈起来的字母“a”和“b”。首先参看图17A，AJF操作1700可包含输入数个阵列的当前信号值，和先前产生的经滤波信号值(1702)。在所示实施例中,此可包含输入值Msig4IO. .. k}(其可为由针对电极组(例如，组群)的AJF操作1700所产生的先前经滤波值)、值Sig—1 {O. · · k}(其可为同一电极组的先前输入的感测值(在一些实施例中可包含按比例缩放和/或中值滤波)，和值SiglO. ..k}(其可为同一电极组的当前输入感测值)。各种值可初始化为零，包含正差值sdp、负差值sdn和迭代计数值i和ir(1704)。如自下文论述将理解，正差值sdp可表示从先前感测值组和当前感测值组的正改变的相关度。负差值sdn可表示相同相关，但方向不同(即，相反极性)。操作1700可确定先前感测信号与当前感测信号之间的差异(1706)。在所示实施例中，可建立持有这些值(本文中称为差异值)的阵列MdifflO... k}。接着，操作1700可利用这些差异值产生正极性值和负极性值(1708)。在所示实施例中，此类动作可包含确定先前感测值与其当前水平之间的差异是正、负还是零。正值将增大电极组的正差。类似地，负值将减小电极组的负差。在所示实施例中，值无差异(零)可导致正差值和负差值都增大。一旦已产生差值，操作可接着计算感测信号组(即，当前组和先前组)之间差异的平均总和(1710)。函数“fix”移除数字的小数部分(1711)。在图17的实施例中，此种平均值展示为th_av。如果平均差异(th_av)高于阈值(来自1712的“否”)，那么滤波可停止，且可将当前组输入值SiglO. . . k}保存为滤波器值以用于下一滤波器操作，且可作为经滤波值输出(1718、1722、1724)。此种阈值检查可解决发生在所述多组电极上的多触摸事件。如果平均差异(th_av)低于阈值(来自1712的“是”)，可将差值与相关极限值进行比较(1714)。如果任一(即，正或负)差值足够小(来自1714的“否”)，那么滤波可再次结束，可将当前组的输入值SiglO. . . k}保存为滤波器值以用于下一滤波器操作，且作为经滤波值输出(1718、1722、1724)。如果平均差异(th_av)低于阈值且感测信号组之间的相关高(来自1714的“是”)，那么可将平均差异值th_av与最小值(在此情况下为O)进行比较(1716)。如果感测信号组之间存在极小差异(来自1716的“是”)，那么可对当前信号感测值组与先前经滤波感测值组求平均以建立当前经滤波感测值组(1720)。这一组可保存为滤波器值以用于下一滤波器操作，且作为经滤波值输出(1718、1722、1724)。现参看图17B，当平均差异值(th_av)和差值在预定范围内时，操作1700可调用加·权函数1726。当一组中的有效数目个感测值超过加权阈值时，加权函数可增大感测值。下文将较详细地描述根据一个特定实施例的加权函数。加权函数可返回加权值(delta_av)，所述加权值用以对经滤波组中的感测值加权。如果加权函数指示没有加权(S卩，delta_av = O)(来自1728的“是”)，那么滤波可停止，且当前组的输入值SiglO... k}可保存为滤波器值以用于下一滤波器操作，且作为经滤波值输出(1718、1722、1724)。如果加权函数提供加权值(即，delta_av古O)(来自1728的“否”)，那么操作可基于差异值与加权值(delta_av)之间的差来选择性地加权当前感测值。明确地说，如果电极的差异值与加权值具有相同极性(来自1730的“否”)，那么可不对感测值进行加权。然而，如果电极的差异值与加权值具有不同极性(来自1730的“是”)，那么可将差异值的量级与加权值进行比较(1732)。如果差异的量级小于加权值的量级(来自1732的“否”)，那么可检查多遍次值(multi-pass value)以确定当前操作是否为最初遍次(1734)。如果其为最初加权遍次(来自1734的“否”)，那么操作1700可继续进行到所述组的下一值(1738)。然而，如果其在加权遍次上是后来者(来自1734的“是”)，那么可将当前值设定为先前经滤波值，且操作1700可继续进行到所述组中的下一值(1738)。如果感测值之间差异的量级大于加权值的量级(来自1732的“是”)，那么可从当前值减去加权值(1740)，且操作1700可继续进行到所述组中的下一值(1738)。当一组中的所有感测值已就加权进行检验时，可从经加权值建立差异组(1742)。可接着检查多遍次值以确定当前操作是否为最后遍次(1744)。如果所述操作不是最后遍次(来自1744的“是”)，可用经更新值再次调用加权函数。如果所述操作是最后遍次(来自1744的“否”)，那么当前组的经滤波值可保存为滤波器值以用于下一操作，且作为经滤波值输出(1718、1722、1724)。现参看图18A和图18B，在流程图中根据一个实施例的加权函数1800。加权函数1800可为如图17中的1726所展示的操作的一个特定实施。当一组电极中的有限数目个电极超出权重阈值时，加权函数1800可加权所述组电极中的感测值。图18A和图18B是流程图的不同部分，两者之间的连接展示为圈起来的字母“a”。首先参看图18A，加权函数1800可包含输入当前经滤波值Msig {O... k}和差异值Mdiff {O. . . k} (1846)。函数1800可接着检验一组中的每一电极的经滤波值以确认其是否超出加权阈值(WTH)。每当感测值超出加权阈值(WTH)时，可递增范围值(1848)。因此，范围值(范围)可表示一组中有多少个电极超出WTH。一旦建立范围值，即可初始化加权值(1849)。可将每一经滤波值与加权阈值进行比较(1850)。根据此种比较，所得加权值(delta_av)的分量可取决于范围值而增大或减小。在所示实施例中，如果范围值超出某一最小值和最大值(在所示实施例中，小于或大于2)，那么加权分量可为经滤波值的差异值(delta_av = delta_av+Mdiff [i])。然而,如果范围值在预定范围内(在此实施例中，为“2”)，那么加权分量可通过将差异值乘以加权因子(Nwg)而增大(delta_av = delta,av+Nwg*Md i f f[i])。 一旦已比较所有经滤波值且加权值的分量已相加，即可产生这些值的平均数(1852)。在所示实施例中，可接着移除加权值的小数部分(1853)。现参看图18B，如果加权值为零(来自1854的“是”)，那么加权函数可结束，且加权值(零)可提供为输出加权值(1856)(以供用于AJF中)。如果加权值为正，那么可确定所述组差异值中的最大差异值(Max) (1856)。如果加权值(delta_av)大于最大值(Max),那么可将加权值设定为所述最大值(1858)。以类似方式，如果加权值为负，那么可确定来自所述组差异值中的最小值(Min) (1860)。如果加权值(delta_av)大于最小值(Min),那么可将加权值设定为所述最小值(1862)。然后可由上限值DF_MAX和下限值DF_MIN来限定加权值(delta_av) (1864)。如果加权值(delta_av)大于上限值，那么可将其设定为上限值。类似地，如果加权值(delta_av)小于下限值，那么可将其设定为下限值。然后可将所得加权值提供为输出加权值(1856)(以供用于AJF中)。应理解，图17A到图18B展示根据极特定实施例的AJF和加权函数。替代实施例可用其他电路和/或架构来实现这些操作或等效操作。图19为展示类似于图17A到图18B中所示的AJF滤波器和加权函数的AJF滤波器和加权函数的另一实施的流程图。图19展示处理1900，其包含第一部分1966，所述第一部分1966可产生平均差异值(th_av)、正差值(sdp)和负差值(sdn)，如图17A所述。第二部分1970可产生加权值(delta_av)，如图18A/B所述。第三部分1968可产生滤波器输出值，如图17B所示。现参看图20，在流程图中展示可包含于所述实施例中的中值滤波器2000。中值滤波器2000可包含输入来自连续取样周期(即，取样窗口)的一组感测值(2003)。在图20的特定实施例中，取样窗口有三个。可确定三个值的中值，接着将其提供为输出值(2005)。应了解，贯穿于本说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的参考意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，强调且应了解，本说明书的各个部分中对“一实施例”或“一个实施例”或“一替代实施例”的两个或两个以上参考不必全部指代同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可在本发明的一个或一个以上实施例中适当地组合。
类似地，应了解，在本发明的示范性实施例的以上描述中，本发明的各种特征有时出于使本发明成流线形的目的而在单一实施例、图或其描述中分组在一起，从而辅助理解各种发明方面的一者或一者以上。然而，本发明的此方法不应解释为反映权利要求书要求比每一权利要求中明确陈述的特征多的特征的意图。事实上，发明方面在于不足单一以上揭示的实施例的全部特征。因此，附随于具体实施方式
的权利要求书在此明确地并入此具 体实施方式中，且每一权利要求作为本发明的单独实施例而独立存在。
权利要求
1.一种电容感测系统，其特征在于，包括 感测网络，其包括用于产生感测值的多个电极； 噪声收听电路，其经配置以检测多个所述电极上的噪声；以及滤波电路，其在所检测的噪声值高于一个电平时启用对局部化噪声事件的滤波，且在所检测的噪声值低于所述一个电平时停用对局部化噪声事件的所述滤波。
2.如权利要求I所述的电容感测系统，其特征在于 所述滤波电路包含中值滤波器，其在所检测的噪声值高于一个电平时启用，且在所检测的噪声值低于所述一个电平时停用。
3.如权利要求I所述的电容感测系统，其特征在于，进一步包含 互电容感测电路，其感测至少一个发射(TX)电极与个别接收(RX)电极之间的互电容；且 所述噪声收听电路经配置以感测至少多个RX电极上的噪声。
4.如权利要求I所述的电容感测系统，其特征在于，进一步包含 互电容感测电路，其感测至少一个发射(TX)电极与个别接收(RX)电极之间的互电容；且 所述噪声收听电路经配置以同时感测TX电极和RX电极两者上的噪声。
5.如权利要求I所述的电容感测系统，其特征在于 互电容感测电路在所检测的噪声值低于一个电平时以第一感测时间感测电容值，且在所检测的噪声值高于所述一个电平时以大于所述第一感测时间的第二感测时间感测电容值。
6.如权利要求I所述的电容感测系统，其特征在于，进一步包含 开关电路，其经配置以将至少一个装置连接耦合到发射信号且在感测模式中循序地将多个装置连接耦合到所述电容感测电路，且经配置以在噪声收听模式中同时将多个装置连接耦合到所述噪声收听电路。
7.如权利要求I所述的电容感测系统，其特征在于 所述噪声收听电路和所述滤波电路包括处理器和存储在指令存储器中的对应的第一指令。
8.如权利要求I所述的电容感测系统，其特征在于，进一步包含 警报电路，其在所检测的噪声值高于对应于比所述第一电平大的噪声的第二电平时产生警报条件。
9.如权利要求I所述的电容感测系统，其特征在于，进一步包含 所述噪声收听电路检测到的所述噪声通过正感测的物件耦合到所述感测网络。
10.如权利要求I所述的电容感测系统，其特征在于，进一步包含 显示器； 所述感测网络覆盖所述显示器；且 所述噪声收听电路经配置以检测来自耦合到所述电容感测系统的充电装置的噪声。
11.一种方法,其特征在于,包括 以多个电容感测电极检测噪声； 如果噪声确定为低于第一阈值，那么以第一次数扫描所述电极以获得电容感测值，同时停用针对所感测值的本地噪声滤波器；以及 如果噪声确定为高于所述第一阈值，那么以大于所述第一次数的第二次数扫描所述电极以获得电容感测值，同时启用针对所感测值的所述本地噪声滤波器。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于 以所述多个电极检测噪声包含将多个电极同时连接到电容感测电路；且 扫描所述电极包含循序地将所述电极中的一者连接到所述电容感测电路。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于 以所述多个电极检测噪声包含在扫描电极以获取一组数字噪声检测值的同时，对先前获取的一组噪声检测值进行滤波以获得共同噪声，且确定所述经滤波的噪声检测值是否超过所述第一阈值。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于 如果噪声确定为高于所述第一阈值，那么 基于针对一个电极的所感测的电容与针对电极群组的其它所感测的电容确定电极的主要值； 在应用所述本地噪声滤波器之前将来自物理上邻近于所述主要值的电极的值按比例缩放。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包含 在充电装置未连接到装置的情况下，停用噪声的所述检测。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于 所述本地噪声滤波器包括中值滤波器。
17.一种电容感测系统，其特征在于，包括 触摸屏； 收听电路，其经配置以检测至少一个噪声源； 电容感测电路，其耦合到所述触摸屏；以及 处理器，其通过指令配置以执行选自以下各者的多个操作中的至少一者改变所述触摸屏设备的扫描时间，将本地噪声滤波器应用于所述电容感测电路的输出，以及将共模滤波器应用于所述电容感测电路的所述输出。
18.如权利要求17所述的电容感测系统，其特征在于 所述处理器通过指令配置以响应于所述收听电路产生的噪声电平值而改变扫描时间。
19.如权利要求18所述的电容感测系统，其特征在于 所述收听电路确定来自所述至少一个噪声源的噪声是否超过至少第一阈值；且所述处理器通过指令配置以响应于噪声电平超过所述第一阈值而应用所述本地噪声滤波器，且响应于所述噪声电平低于所述第一阈值而不应用所述本地噪声滤波器。
20.如权利要求18所述的电容感测系统，其特征在于 所述本地噪声滤波器包括中值滤波器。
全文摘要
一种电容感测系统可对存在于接近感测物件(即，手指)的电极的子集中的噪声进行滤波。一种电容感测系统可包含感测网络，其包括用于产生感测值的多个电极；噪声收听电路，其经配置以检测多个所述电极上的噪声；以及滤波电路，其在所检测的噪声值高于一个电平时启用对局部化噪声事件的滤波，且在所检测的噪声值低于所述一个电平时停用对局部化噪声事件的所述滤波。
文档编号G06F3/044GK102934061SQ201180002748
公开日2013年2月13日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年2月2日
发明者达伦·瓦利斯, 维克特·奎曼, 安德理·马哈瑞塔, 尤里·鲍伊巧克, 安东·寇诺瓦勒福, 欧勒山德·卡尔宾, 伊霍尔·缪基巧克, 爱德华·葛里夫纳, 汉斯·克莱 申请人:赛普拉斯半导体公司