点对点接口通信和参考的制作方法

文档序号:14685686发布日期:2018-06-14 20:37阅读:217来源:国知局

本公开的实施例一般涉及电子装置。



背景技术:

包括接近传感器装置(通常又称作触摸板或触摸传感器装置)的输入装置广泛用于多种电子系统中。接近传感器装置通常包括常常通过表面来区分的感测区,其中接近传感器装置确定一个或多个输入物体的存在、位置和/或运动。接近传感器装置可用来提供电子系统的接口。例如,接近传感器装置常常用作较大计算系统的输入装置(例如笔记本或台式计算机中集成的或者作为其外设的不透明触摸板)。接近传感器装置还常常用于较小计算系统(例如蜂窝电话中集成的触摸屏)中。



技术实现要素:

本文所述的一个实施例包括一种处理系统,其包括经由第一通信链路与第二控制器耦合的第一控制器。第一控制器配置成经由第一通信链路向第二控制器传送显示数据。第二控制器配置成使用显示数据来驱动一个或多个所耦合的显示电极以用于执行显示更新。第二控制器还配置成操作一个或多个所耦合的传感器电极,以获取电容感测数据,并且经由第一通信链路向第一控制器传送电容感测数据。

本文所述的另一个实施例包括第一控制器,其包括配置成经由第一通信链路从第二控制器接收显示数据并且使用显示数据来驱动一个或多个所耦合的显示电极以用于执行显示更新的电路。第一控制器还配置成操作一个或多个所耦合的传感器电极,以获取电容感测数据,并且经由第一通信链路向第二控制器传送电容感测数据。

本文所述的另一个实施例包括第一控制器,其包括配置成经由第一通信链路向第二控制器传送显示数据的电路,其中第二控制器配置成基于显示数据来驱动一个或多个显示电极以执行显示更新。第一控制器还配置成经由第一通信链路从第二控制器接收电容感测数据,其中第二控制器还配置成使用一个或多个所耦合的传感器电极来获取电容感测数据。

附图说明

为了能够详细了解本公开的上述特征的方式,可参照实施例进行以上概述的对本公开的更具体描述,在附图中示出实施例的一部分。但是要注意,附图仅示出本公开的典型实施例,并且因此不是要被理解为限制其范围,因为本公开可容许其他同样有效的实施例。

图1是按照本文所述实施例的包括输入装置的示范系统的框图。

图2是按照本文所述的实施例的示范输入装置的框图。

图3是按照本文所述的实施例的输入装置的示范处理系统的框图。

图4A和图4B示出按照本文所述实施例的跨未调制和调制功率域的处理系统的示范布置。

为了便于理解,相同的参考标号在可能的情况下用于表示附图共同的相同元件。预期一个实施例中公开的元件可有利地用于其他实施例而无需具体说明。这里所参照的附图不应当被理解为按比例绘制,除非另加说明。另外,附图通常经过简化,并且为了呈现和说明的清楚起见而省略细节或组件。附图和论述用于说明以下所述的原理,其中相似标号表示相似元件。

具体实施方式

以下详细描述实际上只是示范性的,而不是要限制本公开或者其应用和用途。此外,并不是意在通过前面的技术领域、背景、概述或者以下详细描述中提供的任何明确表达或暗示的理论进行限制。

本公开的各个实施例提供一种处理系统,其具有经由第一通信链路与第二控制器耦合的第一控制器。第一控制器可以是定时控制器,以及第二控制器可包括一个或多个源驱动器或栅驱动器以用于更新集成显示/感测面板的线路。第一控制器进行操作以经由第一通信链路向第二控制器传送显示数据。第二控制器配置成使用显示数据来驱动一个或多个所耦合显示电极以用于执行显示更新。第二控制器还配置成操作一个或多个所耦合的传感器电极,以获取电容感测数据,并且经由第一通信链路向第一控制器传送电容感测数据。

在一些实施例中,所获取电容感测数据的处理可在经由第一通信链路传送给第一控制器之前在第二控制器上发生。在一些实施例中,第一控制器(例如定时控制器)可对所接收电容感测数据执行处理,无论是由第二控制器来处理或者未处理。在一些实施例中,与第一控制器耦合的主机可对所接收电容感测数据执行处理。在示范操作期间,第一控制器经由第一通信链路从第二控制器接收电容感测数据,处理电容感测数据,并且响应从电容感测数据所确定的用户输入来更新显示数据。显示更新的定时基于从主机所接收的高速数据来控制。

通过跨多个控制器分布处理系统,总处理系统的成本和大小能够减少。在一些情况下,第一控制器可与多个第二控制器(其驱动集成显示/感测面板中的不同显示电极)耦合。除了传送显示数据之外,第一控制器还可向第二控制器传送配置数据,以配置第二控制器的电容感测功能性。在一些实施例中,定时控制器提供具有第一通信链路上的所传送数据的嵌入时钟信号,使得第一通信链路使用最少三条导线来支持显示更新和电容感测。例如,第一控制器(例如定时控制器)下行链路提供时钟和数据,其可用于显示更新、配置电容感测和/或建立用于在上行链路上传送电容感测数据的定时。本公开还描述跨未调制和调制功率域的分布式处理系统的多个可能配置。

现在来看附图,图1是按照本文所述实施例的包括输入装置100的示范系统的框图。输入装置100可配置成向电子系统(未示出)提供输入。如本文档所使用的术语“电子系统”(或“电子装置”)广义地表示能够以电子方式处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制性示例包括所有尺寸和形状的个人计算机,例如台式计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板、万维网浏览器、电子书阅读器和个人数字助理(PDA)。附加示例电子系统包括合成输入装置,例如包括输入装置100和独立操纵杆或按键开关的物理键盘。其他示例电子系统包括诸如数据输入装置(包括遥控和鼠标)和数据输出装置(包括显示屏幕和打印机)之类的外围设备。其他示例包括远程终端、售货亭和视频游戏机(例如视频游戏控制台、便携游戏装置等)。其他示例包括通信装置(包括蜂窝电话、例如智能电话)和媒体装置(包括记录器、编辑器和播放器、例如电视机、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机)。另外,电子系统可能是输入装置的主机或从机。

输入装置100能够实现为电子系统的物理部分,或者能够与电子系统在物理上分隔。适当地,输入装置100可使用下列的任一个或多个与电子系统的部分进行通信:总线、网络和其他有线或无线互连。示例包括I2C、SPI、PS/2、通用串行总线(USB)、蓝牙、RF和IRDA。一些附加示例包括嵌入式显示端口TM(EmbeddedDisplayPort?(eDP))、MIPI?、外设部件互连快线?(PeripheralComponentInterconnectExpress?(PCIe))等。

图1中,输入装置100示为接近传感器装置(又常常称作“触摸板”或“触摸传感器装置”),其配置成感测由感测区120中的一个或多个输入物体140所提供的输入。示例输入物体包括手指和触控笔,如图1所示。感测区120包含输入装置100之上、周围、之中和/或附近的任何空间,其中输入装置100能够检测用户输入(例如由一个或多个输入物体140所提供的用户输入)。特定感测区的尺寸、形状和位置可逐个实施例极大地改变。在一些实施例中,感测区120沿一个或多个方向从输入装置100的表面延伸到空间中,直到信噪比阻止充分准确的物体检测。在各个实施例中,这个感测区120沿特定方向所延伸的距离可以是大约小于一毫米、数毫米、数厘米或者以上,并且可随所使用的感测技术的类型和预期的精度而极大地改变。因此,一些实施例感测包括没有与输入装置100的任何表面相接触、与输入装置100的输入表面(例如触摸表面)相接触、与耦合某个量的外加力或压力的输入装置100的输入表面相接触和/或它们的组合的输入。在各个实施例中,可由传感器电极所在的壳体的表面、由施加在传感器电极或者任何壳体之上的夹层结构面板等,来提供输入表面。在一些实施例中,感测区120在投影到输入装置100的输入表面时具有矩形形状。

输入装置100可利用传感器组件和感测技术的任何组合来检测感测区120中的用户输入。输入装置100包括用于检测用户输入的一个或多个感测元件。作为若干非限制性示例,输入装置100可使用电容、倒介电、电阻、电感、磁、声、超声和/或光学技术。

一些实现配置成提供跨越一维、二维、三维或更高维的空间的图像。一些实现配置成提供沿特定轴或平面的输入的投影。

在输入装置100的一些电阻实现中,柔性和导电第一层通过一个或多个隔离元件与导电第二层分隔。在操作期间,跨层创建一个或多个电压梯度。按压柔性第一层可使它充分偏转,以在层之间创建电接触,从而产生反映层之间的(一个或多个)接触点的电压输出。这些电压输出可用来确定位置信息。

在输入装置100的一些电感实现中,一个或多个感测元件拾取由谐振线圈或线圈对所感应的回路电流。电流的幅值、相位和频率的某个组合则可用来确定位置信息。

在输入装置100的一些电容实现中,施加电压或电流以创建电场。附近的输入物体引起电场的变化,并且产生电容耦合的可检测变化,其可作为电压、电流等的变化来检测。

一些电容实现利用电容感测元件的阵列或者其他规则或不规则图案来创建电场。在一些电容实现中,独立感测元件可欧姆地短接在一起,以形成较大传感器电极。一些电容实现利用电阻片,其可以是电阻均匀的。在一些实施例中,到电容感测元件的布线可包含在电介质(或衬底)与感测表面的相对侧上,以及控制器可使用通孔与这些电容感测元件连接。在一些实施例中,控制器可与包含在附加电介质上的电容感测元件连接。

一些电容实现利用基于传感器电极与输入物体之间的电容耦合的变化的“自电容”或(或“绝对电容”)感测方法。在各个实施例中,传感器电极附近的输入物体改变传感器电极附近的电场,因而改变所测量电容耦合。在一个实现中,绝对电容感测方法通过相对参考电压(例如系统地)来调制传感器电极以及通过检测传感器电极与输入物体之间的电容耦合进行操作。

一些电容实现利用基于传感器电极之间的电容耦合的变化的“互电容”(或者“跨电容”)感测方法。在各个实施例中,传感器电极附近的输入物体改变传感器电极之间的电场,因而改变所测量电容耦合。在一个实现中,跨电容感测方法通过下列步骤进行操作:检测一个或多个发射器传感器电极(又称作“发射器电极”或“发射器”)与一个或多个接收器传感器电极(又称作“接收器电极”或“接收器”)之间的电容耦合。发射器传感器电极可相对于参考电压(例如系统地)来调制,以传送发射器信号。接收器传感器电极可相对于参考电压基本上保持为恒定,以促进所产生信号的接收。所产生信号可包括与一个或多个发射器信号和/或与一个或多个环境干扰源(例如其他电磁信号)对应的(一个或多个)影响。传感器电极可以是专用发射器或接收器,或者可配置成既传送又接收。

图1中,处理系统110示为输入装置100的一部分。处理系统110配置成操作输入装置100的硬件,以检测感测区120中的输入。处理系统110包括一个或多个集成电路(IC)的部分或全部和/或其他电路组件。(例如,互电容传感器装置的处理系统可包括:发射器电路,配置成采用发射器传感器电极来传送信号;和/或接收器电路,配置成采用接收器传感器电极来接收信号)。在一些实施例中,处理系统110还包括电子可读指令,例如固件代码、软件代码等。在一些实施例中,组成处理系统110的组件共同位于例如输入装置100的(一个或多个)感测元件的附近。在其他实施例中,处理系统110的组件在物理上是独立的,其中一个或多个组件靠近输入装置100的(一个或多个)感测元件,而一个或多个组件在其他位置。例如,输入装置100可以是耦合到台式计算机的外设,并且处理系统110可包括配置成运行于台式计算机的中央处理器上的软件以及与中央处理器分隔的一个或多个IC(也许具有关联固件)。作为另一个示例,输入装置100可在物理上集成到电话中,并且处理系统110可包括作为电话的主处理器的一部分的电路和固件。在一些实施例中,处理系统110专用于实现输入装置100。在其他实施例中,处理系统110还执行其他功能,例如操作显示屏幕、驱动触觉致动器等。

处理系统110可实现为操控处理系统110的不同功能的一组模块。各模块可包括作为处理系统110的一部分的电路、固件、软件或者其组合。在各个实施例中,可使用模块的不同组合。示例模块包括:硬件操作模块,用于操作诸如传感器电极和显示屏幕之类的硬件;数据处理模块,用于处理诸如传感器信号和位置信息之类的数据;以及报告模块,用于报告信息。其他示例模块包括:传感器操作模块,配置成操作感测元件以检测输入;识别模块,配置成识别例如模式变更手势等的手势;以及模式变更模块,用于变更操作模式。

在一些实施例中,处理系统110直接通过引起一个或多个动作,来响应感测区120中的用户输入(或者没有用户输入)。示例动作包括变更操作模式以及诸如光标移动、选择、菜单导航和其他功能之类的GUI动作。在一些实施例中,处理系统110向电子系统的某个部分(例如向电子系统中与处理系统110分隔的中央处理系统,若这种独立中央处理系统存在的话)提供与输入(或者没有输入)有关的信息。在一些实施例中,电子系统的某个部分处理从处理系统110所接收的信息,以便对用户输入起作用,例如促进全系列的动作,包括模式变更动作和GUI动作。

例如,在一些实施例中,处理系统110操作输入装置100的(一个或多个)感测元件,以便产生指示感测区120中的输入(或者没有输入)的电信号。处理系统110可在产生提供给电子系统的信息中对电信号执行任何适当量的处理。例如,处理系统110可数字化从传感器电极所得到的模拟电信号。作为另一个示例,处理系统110可执行滤波或者其他信号调节。作为又一个示例,处理系统110可减去或者以其他方式考虑基准,使得信息反映电信号与基准之间的差。作为又一些示例,处理系统110可确定位置信息,将输入识别为命令,识别笔迹等。在一些实施例中,处理系统110(例如感测控制器或定时控制器组件)基于所接收用户输入直接(即,无需由关联主机对显示数据的完全更新)更新输出显示数据。这类实施例可减少显示更新的等待时间。

如本文所使用的“位置信息”广义地包含绝对位置、相对位置、速度、加速度和其他类型的空间信息。示范“零维”位置信息包括近/远或者接触/无接触信息。示范“一维”位置信息包括沿轴的位置。示范“二维”位置信息包括平面中的运动。示范“三维”位置信息包括空间中的瞬时或平均速度。其他示例包括空间信息的其他表示。还可确定和/或存储与一种或多种类型的位置信息有关的历史数据,包括例如随时间来跟踪位置、运动或者瞬时速度的历史数据。

在一些实施例中,输入装置100采用由处理系统110或者由另外某种处理系统所操作的附加输入组件来实现。这些附加输入组件可提供用于感测区120中的输入的冗余功能性或者某种其他功能性。图1示出感测区120附近的按钮130,其能够用来促进使用输入装置100对项目的选择。其他类型的附加输入组件包括滑块、球、轮、开关等。相反,在一些实施例中,输入装置100可以在没有其他输入组件的情况下实现。

在一些实施例中,输入装置100包括触摸屏界面,并且感测区120重叠显示屏幕的工作区的至少一部分。例如,输入装置100可包括覆盖显示屏幕、基本上透明的传感器电极,并且提供用于关联电子系统的触摸屏界面。在另一个示例中,可通过包括黑掩模(blackmask)来隐藏传感器电极以免用户查看。显示屏幕可以是能够向用户显示可视界面的任何类型的动态显示器,并且可包括任何类型的发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体、电致发光(EL)或者其他显示技术。输入装置100和显示屏幕可共享物理元件。例如,一些实施例可将相同电组件的一部分用于显示和感测。作为另一个示例,显示屏幕可部分或全部由处理系统110来操作。

应当理解,虽然在全功能设备的上下文中描述本公开的许多实施例,但是本公开的机制能够作为各种形式的程序产品(例如软件)来分配。例如,本公开的机制可作为电子处理器可读的信息承载介质上的软件程序来实现和分配(例如,处理系统110可读的非暂时计算机可读和/或可记录/可写信息承载介质)。另外,本公开的实施例同样适用,而与用于执行分配的介质的特定类型无关。非暂时的电子可读介质的示例包括各种光盘、存储棒、存储卡、存储模块等。电子可读介质可基于闪速、光、磁、全息或者任何其他存储技术。

图2是按照本文所述实施例的示范输入装置200的框图。输入装置200包括电源202、主机204、处理系统组件110-1和110-2(统称为处理系统110)、背光235以及显示/感测面板240(又称作“面板”240)。对于一些显示技术(例如LED或OLED),可以不需要背光235。备选地,LCD的背光235可使用例如与电源管理控制器分离的升压转换器单独供电。在这种情况下,背光235可由主机204在未调制电压域中直接控制。但是,参考电压干线调制技术然而可用来执行电容感测。在一个实施例中,电源202是DC电源,其输出向处理系统110并且向显示/感测面板240提供电力的至少两个参考电压—VDD和VGND。电源202可以是电池或功率转换器,其插入外部电源(例如AC或DC电力网)。如本文所使用的低参考电压(即,VGND)又称作机壳地208,以指示它是输入装置200的参考电压。相比之下,输入装置200中的其他功率域可包括本地接地参考(例如调制本地接地216),其可以是与机壳地208相同的电压或者不同的电压。例如,本地接地216有时能够是与机壳地208相同的电压,但是在其他时间周期期间可通过被驱动到不同电压来调制。电源管理控制器还可提供相对于本地接地216的一个或多个电压,例如Vcom电压、用于栅控制的“高”和“低”电压、用于源控制的“高”电压等。

在一个实施例中,主机204表示输入装置200的通用系统,其执行任何数量的功能,例如拨打电话、无线传送数据、运行操作系统和/或应用等。主机204包括显示源206,其向处理系统110提供已更新数据帧。例如,显示源206可以是图形处理单元(GPU),其向处理系统110传送像素或帧数据,以便更新显示/感测面板240上的显示。为了提供已更新显示数据,显示源206经由高速链路228(其能够以通常高于或等于每秒1千兆位(Gbps)的速度传送数据)耦合到处理系统110。例如,显示源206可使用嵌入式显示端口TM或MIPI?显示接口、使用高速链路228来传递显示数据。在一些实施例中,高速链路228工作在未调制电压域。

如上所述,处理系统110包括组件110-1、110-2。组件110-1、110-2的每个能够包含在输入装置200的不同部分中。例如,组件110-1可包含在输入装置200的印刷电路板(PCB)上,以及组件110-2可包含在显示面板240(其例如沉积在玻璃层的一个或多个上)中。在另一个示例中,主机206通过膝上型铰链与PCB上的定时控制器220(其通过柔性连接器来连接到显示面板240)进行通信。在另一个示例中,主机204包括定时控制器220的功能性,并且通过铰链与PCB上的电容感测控制器(其连接到显示面板240)进行通信。在另一个示例中,主机与显示面板240中的单个IC(其配置成执行电容感测和显示驱动)直接通信。在一些实施例中,在生成多个显示电压源(例如由电源管理控制器230)的情况下,当处理系统110的组件或部分包含在调制功率域中时,组件或部分可包含在柔性连接上或者PCB上,但是通常没有包含在主机204中。

组件110-1和110-2例如通过柔性连接器或其他导电布线在通信上耦合,以及组件110-1、110-2共同操作以执行输入装置200的显示更新和输入感测功能。通过分离处理系统的部分,处理系统110的总成本和大小可减少。例如,组件110-1包括数字逻辑硬件的显著比例,而组件110-2包括主要模拟电路(例如高电压电路、高精确电路和/或转换和缓冲数字数据电路)。因此,组件110-1可使用较小特征大小过程(例如55纳米或更小)来实现,以减少组件110-1的大小。但是,组件110-2可通过较大特征尺寸过程(例如120nm)(其更好地适合于驱动与显示更新关联的较高电压)来实现。在一些情况下,定时控制器220的功能性可包含在主机204中,这可要求关联下行链路(例如图3的元件310)保持在未调制电压域。用于提供电容感测数据的上行链路可以调制或者未调制。在一些实施例中,显示下行链路和/或电容感测上行链路仅在显示被更新(例如长h消隐线周期期间,下面进行论述)以及在显示更新的同时没有被调制时的周期期间来调制。这样,当显示面板以未调制电压进行操作时,上行链路和下行链路可用来进行通信,以及当显示面板以调制电压进行操作时,上行链路和下行链路在一些情况下不进行通信。

处理系统110-1包括开关210和212、定时控制器220以及电源管理控制器230。开关210、212有选择地将参考电压干线211A、211B(又称作参考电压干线211)耦合到电源202。使用控制信号217,定时控制器220能够断开和闭合开关210、212,由此将参考电压干线211与电源202电连接和断开。虽然示为导电连接,但是在其他实施例中,参考电压干线211可电容或电感耦合到电源202。对于电感耦合,在一些情况下,可以不需要控制信号217来断开参考电压干线(例如机壳地与本地接地)。

当开关210、212闭合时,电源202对旁路电容器214进行充电。当开关210、212断开时,旁路电容器214上存储的电荷能够用来向参考电压干线211供电,其然后用来向输入装置200中的各种组件(例如电源管理控制器230、背光235或显示/感测面板240)供电。在一个实施例中,定时控制器220可使用控制信号217周期地断开和闭合开关210、212,以保持跨旁路电容器214和干线211的恒定平均电压。备选地,背光235可与独立高电流源耦合,并且没有包含在调制电压域中。

定时控制器220包括传感器模块222A、显示模块224A和参考电压调制器226。显示/感测面板240包括传感器电极242、显示电极244和显示/感测电路246。显示/感测电路246包括一个或多个控制器250-1至250-N(统称或通称为控制器250)。控制器250的部分或全部包括用来将预期信号驱动到显示/感测面板240的像素上的源驱动器252和/或栅驱动器(未示出)。在一些实施例中,控制器250包括通信上耦合的独立显示驱动器IC和感测IC。显示驱动器IC进行操作以驱动显示电极244,以及传感器模块222进行操作以驱动传感器电极242。具体驱动显示电极244和/或传感器电极242中的哪一些可使用例如复用器来控制。

显示/感测电路246的部分可包括传感器模块222B和/或显示模块224B。处理系统组件110-2的传感器和显示模块222B、224B与处理系统组件110-1的相应传感器和显示模块222A、224A进行通信,并且共同操作以提供输入装置200的相应电容感测和显示更新功能。传感器模块222A、222B统称为传感器模块222,以及显示模块224A、224B统称为显示模块224。在一些实施例中,传感器模块222B包括一个或多个接收器255-1至255-K(统称或通称为接收器255),以用于与传感器电极242耦合。各接收器255可包括用于调节在传感器电极242上接收的信号的电路,例如模数转换器(ADC)256、其他信号调节元件或数字逻辑(例如复用器)等。在一些实施例中,接收器255包括模拟前端(AFE)。在一些实施例中,接收器255可包括用于处理在传感器电极242上接收的信号的其他硬件和/或软件。

传感器模块222与显示/感测面板240的元件、例如传感器电极242耦合。在一些实施例中,复用器或者(一个或多个)其他适当开关元件可用来将传感器电极242与接收器(例如与接收器电路的AFE)耦合。(一个或多个)开关元件可包含在传感器模块222中,或者可以是传感器模块222外部的。使用传感器电极242,传感器模块222执行感测区120(图1)(其中可设置传感器电极242)中的电容感测。如上所述,传感器模块222可使用自电容、互电容或者两者的组合来识别感测区120中输入物体接触或悬浮于输入装置200之上的特定位置。在一些实施例中,与执行电容感测相关的指令由传感器模块222从主机204、独立(快闪)存储器IC、电源管理控制器230和独立电容感测IC其中之一来下载。下载指令可在传感器模块222的启动时和/或周期地发生。

显示模块224B包括显示电路、例如源驱动器252、栅选择逻辑和栅控制连接,以及显示模块224B配置成与显示电极244(例如源电极、栅电极、公共电极)耦合,以用于更新面板240中的显示。例如,基于从显示源206所接收的显示数据,显示模块224A使用栅电极来迭代显示行,从而使用源电极来更新所选行中的每个像素。这样,显示模块224A能够从主机204接收已更新显示帧,并且相应地更新(或刷新)显示/感测面板240中的单独像素。

参考电压调制器226生成参考信号218,其能够用来调制参考电压干线211,以提供输入装置200中的一个或多个调制功率域。在一些实施例中,参考信号218可通过与定时控制器220的导电连接来提供给电源管理控制器230和/或显示/感测面板240。一般来说,参考信号218用来控制对参考电压干线211的调制程度。在一个实施例中,参考信号218以机壳地208为参考。在一个实施例中,调制功率域中包含的电源与电源202电隔离,以便不影响提供给输入装置200的电压电平、例如VDD和VGND。例如,定时控制器220可在参考电压调制器226使用参考信号218来调制参考电压干线211时断开开关210、212。如果VDD和VGND的电压电平被参考信号影响,则依靠电源202所提供的电压电平的输入装置200的其他组件可能不可预测或者不正确地表现。例如,主机204(或者输入装置200的未示出的其他组件)也可使用电源202向其组件(例如高速显示数据源)供电。主机204可设计成以未调制电压电平进行操作,以及因此如果调制信号没有与电源202电隔离,则调制信号可对主机204的操作具有负面影响,或者可要求极端和/或昂贵设计限制。在一些实施例中,多个显示电压由电源管理控制器230在调制功率域中生成。

在一个实施例中,参考信号218通过按照离散或周期方式增加或降低干线上的电压来调制参考电压干线211。在一个示例中,参考信号218引起参考电压干线211A和211B上的相同或相似电压变化,使得干线211之间的电压差保持为基本上恒定。例如,如果VDD为4伏(V)并且VGND为0V,则参考信号218可对两种干线增加±1V电压摆动,使得电压干线211A在5V与3V之间变化,而电压干线211B在-1V与1V之间变化。然而,参考电压干线211之间的电压差(即,4V)保持为相同。但是,在另一个实施例中,参考电压调制器226可以仅调制电压干线211其中之一。例如,参考电压干线211A可保持为恒定(例如3V),同时调制参考电压干线211B(例如在-1V与1V之间)。此外,调制参考信号218可以是周期信号(例如正弦或方波)或者非周期信号,其中调制没有使用重复信号来执行。在一些实施例中,调制参考信号218可充当用于执行绝对电容测量的发射器。另外,在提供调制参考和未调制参考(例如机壳地或VDD)时,调制的幅度可用来提供AFE255和/或ADC256的参考(例如幅度、相位和/或频率),其还可相对于该信号来解调和/或以其他方式滤波。

通过使用参考信号218调制参考电压干线211,来自处理系统110外部的电压信号(例如机壳地)看来似乎相对于面板组件进行调制。也就是说,对于处理系统110的被供电组件,看来其自己的电压在处理系统110外部的系统(包括接近面板240的任何输入物体以及输入装置200中没有与参考电压干线211耦合的其他组件)进行调制的同时是稳定的。调制参考电压干线211的一个优点在于,与干线耦合的所有组件都通过同一参考信号218来调制。因此,独立调制信号不需要驱动到显示电极244或其他显示/感测电路246,以便保护显示电极,因此它们不干扰电容感测测量。换言之,用来执行电容感测的电极与显示/感测面板240中的各种组件之间的电压差没有变化。因此,即使面板240中的电极和组件经电容耦合,这个耦合电容也没有影响电极上生成的所产生信号,例如耦合到机壳地的用户输入。

电源管理控制器230(例如电源管理集成电路(PMIC))生成用于向显示/感测面板240中的显示/感测电路246和/或输入装置200的其他组件(例如背光235)供电的一个或多个电压。电源管理控制器230可包括多个不同电源,其提供不同电压。电源管理控制器230可以是可编程的。为了生成不同电压,电源能够实现为开关电源,其使用电感升压电路或电荷泵将参考电压干线所提供的DC电压电平改变为用于操作面板240的电路的不同DC电压。在一些实施例中,电源管理控制器230能够生成由处理系统110的不同组件所使用的显示面板公共电压(例如Vcom)。电源管理控制器230还可结合在玻璃上芯片(例如COG)中,以便减少芯片计数,并且提供调制功率域中的类似显示面板电压,例如栅高/低电压(VGH、VGL)、源驱动器高电压(AVDD)、半AVDD、Vcom等。在一些实施例中,定时控制器220(或者其电容感测计算组件)也可集成到未调制功率域(其也由主机204使用)中。

处理系统110的组件可使用一个或多个集成电路(或芯片)按照许多不同配置来设置。在一个实施例中,传感器模块222A、显示模块224A和参考电压调制器226可设置在同一集成电路上。在一个实施例中,传感器模块222A可设置在与参考电压调制器226不同的集成电路上、例如与显示模块224A相组合。在另一个实施例中,传感器模块222A、显示模块224A和参考电压调制器226可设置在三个独立集成电路上。在另一个实施例中,传感器模块222A和参考电压调制器226设置在同一集成电路(例如玻璃上芯片)上,而显示模块224A设置在独立集成电路(例如独立定时控制器220或者集成到主机IC中的定时控制器)上。此外,在一个实施例中,显示模块224A设置在一个集成电路上,而显示模块224B的至少一部分(例如源驱动器252)设置在第二集成电路上,以及参考电压调制器226设置在第三集成电路(例如电源管理控制器330)上。在一些实施例中,电源管理控制器330还可集成到与面板240上的源驱动器252相同的IC中,和/或参考电压调制器226可结合到与源驱动器252相同的IC中,甚至在显示模块224集成到独立(例如数字)IC上的情况下。

在一些实施例中,定时控制器220的功能性的部分或全部包含在主机204中。在一些实施例中,定时控制器220和源驱动器252可包含在同一IC上,其中具有或者没有电源。另外,一些实施例可包括(一个或多个)独立显示驱动器IC和(一个或多个)传感器装置IC,以及通信能够是在传感器装置IC到显示驱动器IC到主机之间或者从主机到显示驱动器IC和传感器装置IC。

图3是按照本文所述的实施例的输入装置的示范处理系统的框图。处理系统300一般表示上述处理系统110的一个可能实现。

处理系统300包括定时控制器220,其通过高速数据接口320(例如eDP或MIPI接口)与主机204耦合。如将进一步论述,高速数据接口320可处于未调制功率域中,以允许与主机204或者在主机204中的直接通信—即无需电压的电平移动。主机204使用高速链路228来传送显示数据。定时控制器220在通信上与多个控制器250耦合。控制器250以及传感器电极242和显示电极244作为显示/感测面板240的部分来包含,其示为定位到虚线305的右边的那些组件。控制器250可包括用于操作显示电极244的一个或多个源驱动器252和/或一个或多个栅驱动器335。在一些实施例中,第一批N个控制器250被指定用于源驱动器252,以及第二批N个控制器250指定为栅驱动器335。

定时控制器220通过相应通信链路307-1至307-N与控制器250-1至250-N的每个进行通信。各通信链路307包括相应下行链路310和相应上行链路315。在一些实施例中,下行链路310和上行链路315处于未调制功率域中。在一些实施例中,下行链路310和上行链路315处于调制功率域中。当处于调制功率域中时,深n井ASIC隔离或者多芯片模块隔离技术可用于定时控制器220和/或控制器250。

各下行链路310包括至少两个导线312,并且配置成将定时控制器220所传送的数据和嵌入时钟信号传送给相应控制器250。在一些实施例中,嵌入时钟信号用来解释和控制显示数据的输出。在一些实施例中,嵌入时钟信号还用来控制用于操作电容感测电路的定时和/或上行链路数据的定时。通常,数据包括由定时控制器220在高速数据接口320所接收的显示数据,但是在一些实施例中可包括其他类型的数据。例如,定时控制器220可传送配置数据,其由控制器250用来配置电容感测操作。在另一个示例中,定时控制器220可传送请求控制器250中的一个或多个存储器或寄存器位置的读取的数据。在一些实施例中,定时控制器220配置成执行其他处理,以调整用于使用显示电极244的输出的显示数据的性质。源驱动器252采用(所调整)所接收显示数据来驱动显示电极244,以执行显示/感测面板240的一部分的显示更新。

各上行链路315包括至少一个导线,并且配置成将控制器250所传送的数据传送给定时控制器220。在一些实施例中,上行链路315可用来报告传感器电极242所获取的感测数据,其能够使用ADC来转换成数字信号。在一些实施例中,控制器250可使用上行链路315来传送寄存器读取数据。

电源管理控制器230可与控制器250的每个连接,从而以不同电压电平、例如Vcom和一个或多个模拟和/或数字电压电平来提供电源信号3301-M。在一个实施例中,来自电源管理控制器230的电压源输出可包含在面板侧上或者PCB上(即,显示柔性连接的主机侧上),但是仍然包含在隔离或调制功率域中。如上所述,由电源管理控制器230所生成的电源信号3301-M可基于来自定时控制器220的参考信号218来调制。在一些实施例中,电源信号3301-M在与低功率占空比模式、干扰测量等不重叠的电容感测周期期间来调制。

在处理系统300的操作期间,定时控制器220使用下行链路310来配置控制器250的感测寄存器,以及上行链路315用来报告从控制器250的ADC所获取的感测数据和/或来自控制器250的寄存器数据。定时控制器220能够指定要读取的某个(某些)寄存器位置,以及控制器250使用上行链路315又向定时控制器220报告那些寄存器的值。寄存器中的数据可包括感测数据或者其他类型的数据。

在一些实施例中,从控制器250的寄存器所读取的数据可用于其他目的。例如,寄存器数据能够用来执行检错和/或纠错,例如循环冗余校验(CRC)或任何其他适当技术。寄存器数据还能够用于测试控制器250的操作,和/或用于执行加扰技术,例如用来使来自处理系统300的辐射功率为最小的扩展频谱技术。

在一些实施例中,处理系统300还配置成有时使用传感器电极242来执行干扰检测。有源输入装置、例如有源笔一般发射与传感器电极242耦合的信号,以向处理系统300提供输入。在干扰检测时间期间,定时控制器220无需执行调制,因为调制信号由干扰源(例如有源笔)来提供。

因为时钟信号嵌入有来自定时控制器220的数据传输,所以单个时钟信号可用于下行链路310;时钟信号在控制器250通过将所接收数据应用于延迟延迟锁定环是可恢复的。在下行链路310上传送的数据驱动显示数据和/或配置感测数据,并且还能够调节显示该显示数据和获取感测数据的定时。下行链路数据线路的定时方面或配置还能够控制特定线是配置为显示线还是消隐线,例如水平消隐线(h消隐)、超过一线更新时间周期的长h消隐线等。下行链路310中包含的时钟信号还配置成调节上行链路315的速度,使得不要求独立时钟以执行显示操作、感测操作和上行链路时钟提供(clocking)。因此,定时控制器220在上行链路315以预计速度接收信号,但是所接收信号可呈现相位延迟,其可通过适当调谐来校正。因此,处理系统300可以仅使用三个导线来操作输入感测和显示更新功能。包括更多导线的其他配置可以是可能的,但是各附加导线一般增加处理系统300的复杂度和成本。例如,包括各控制器250与定时控制器220之间的另一个连接要求与若干控制器250对应的多个导线,以及需要为通过输入装置的各种层和连接器(例如通过柔性连接器、导电片,它们路由通过玻璃或其他显示层等)的连接提供路由。

在备选实施例中,可使用其他定时源。在使用延迟锁定环的情况下,环振荡器能够锁定到时钟信号。其他定时源可包括基于RC的振荡器或其他定时方法,其提供用于重置的超时、差错恢复或者调试通信信道。具体来说,其他串行连接可以自行定时(例如I2C或SPI),以允许与显示模块224无关地对传感器模块222进行测试、测序或备选控制。能够以较高成本和复杂度对此进行独立连接。

在处理系统300的操作期间,可存在定时控制器220不在下行链路310上传送显示数据以进行显示更新的时间。在这些时间期间,处理系统300例如可使用控制器250来执行感测测量,使用ADC来执行感测测量的转换,通过下行链路发送感测配置数据,或者通过上行链路315向定时控制器220发送数据。虽然显示更新没有发生,但是定时控制器220仍然可继续使用下行链路310来传送时钟信号,即使没有随其包含感测配置数据或显示数据。在一些实施例中,所传送时钟信号是字时钟。在其他实施例中,所传送时钟信号是线时钟。各种控制器250上的源驱动器252和/或栅驱动器335接收所传送时钟信号。在一些实施例中,在没有接收显示数据线配置或者没有接收下行链路时钟的延长周期期间,源驱动器可进入低功率模式(例如由独立振荡器所定时)和/或特殊时钟恢复模式,其在显示嵌入时钟数据恢复时(例如在具有低刷新率、例如小于48Hz的延长垂直消隐时间之后)允许快速(例如在大约一个显示线的时间之内)延迟锁定环时钟恢复。

对于一些差分信令协议(例如I2C),当下行链路310的两个导线312相对彼此没有调制时,可在上行链路315上传送感测数据。例如,在I2C中,当信号数据和串行时钟线处于相同状态(无论是高还是低)时,该信号被认为不是有效数据信号。

处理系统300的所示配置能够提供附加有益效果。例如,当处理系统300首先接通时,定时控制器220可需要确定控制器250的源驱动器252是否接收所传送数据。显示数据以较高速率(例如1Gbps或更高)来发送,但是在延迟锁定环能够与下行链路310的嵌入时钟同步之前常常要求某个充分时间量。在那个时间期间,处理系统300无法认为显示数据或者所获取感测数据是可靠的。在一些实施例中,定时控制器220在下行链路310上传送比较简单的数据信号(例如没有伴随显示或触摸数据的时钟信号),直到定时控制器220从控制器250接收指示已经取得与时钟信号的同步的“锁定”信号。一般来说,独立发送时钟信号对于要获取的延迟锁定环可以是更简易的。

在一个配置中,时钟“锁定”信号可使用与定时控制器220所连接并且在返回到定时控制器220之前与各控制器250依次菊花链连接的独立导线来实现。响应来自定时控制器220的初始信号,各控制器250依次指示已经取得锁定的时间。在最后一个控制器250上获取锁定时,信号从最后一个控制器250发送给定时控制器220,其指示全部控制器已经锁定。但是,这个配置可引起在不同控制器250与定时控制器220之间的附加连接的布线方面的额外成本和/或复杂度。另外,可能难以诊断控制器250的哪一个无法取得锁定,因为对定时控制器220的唯一反馈是来自最后一个控制器250的信号。在一些实施例中,上行链路315而是能够用来发送时钟锁定信号。如果在启动时,特定控制器250的上行链路315保持在特定状态(无论是低还是高状态、高阻抗状态等)或者在预计时间周期期间无法传送锁定信号,则定时控制器220可假定特定控制器250没有锁定。定时控制器220还可配置成借助每个控制器250调整调谐参数(例如通过预加重信号),以改进特定通信链路307的信噪比(SNR)或者其他性能量度。

定时控制器220有时可希望重置控制器250。与第一时钟锁定信号实现相似,配置可包括使用额外导线的跨控制器250的每个的菊花链链路。定时控制器220提升链路以重置控制器250,并且应当最终又从该序列的最后一个控制器250接收所提升的线路。

在一些实施例中,重置信号能够由定时控制器220通过调整下行链路310的(一个或多个)电压来发送。例如,如果下行链路310的差分输入被驱动到高状态或低状态—其可能对应于无效输入状态,则控制器250能够只使用下行链路310来重置。重置的确认能够由定时控制器220例如通过测量控制器250的上行链路315上的电压来检测。这种重置信号还可将面板上的控制器置于低功率或快速时钟恢复状态(例如降低缓冲器偏置电流、关断不需要的电路、降低其他振荡器频率等)。

例如,比如说下行链路310的两个导线配置成在调制功率域、例如0.5V±200mV发信号通知。当定时控制器220启动时,两个导线均可被驱动成低电平(即,0.3V),使得所有控制器250都保持在重置状态。在这种状态中,处理系统300具有较低电流消耗。为了使控制器250离开重置,定时控制器220将导线的电压升高到比如调制功率域的中心(例如0.5V)。控制器250离开重置状态,这使各对应上行链路315转变成高状态(并且保持在其中)。此后,定时控制器220向控制器250发送时钟信号,并且各控制器250能够通过将其上行链路315转变成低状态、在上行链路315上发送其自己的时钟信号等,指示它被锁定到时钟信号,而无需附加导线。

图4A和图4B示出按照本文所述的实施例、跨未调制和调制功率域的处理系统的示范布置。

布置400示出定时控制器220和显示/感测面板240。主机204在高速数据接口320与定时控制器220连接。在这个实施例中,主机204和高速数据接口320在未调制功率域405中进行通信。定时控制器220还配置成在调制功率域410(通过虚线与未调制功率域405分隔)与显示/感测面板240进行通信。与以上提供的描述一致,定时控制器220调制电源,并且提供参考信号218,其通知显示/感测面板240的控制器关于调制的深度。例如,如果调制幅度随时间而改变,则就感测测量、显示信号等的正确幅度而言,控制器250可能带来不确定性,其可能降低输入装置的显示更新和/或输入感测性能。但是,当调制电源信号3301-M时提供相对于未调制参考(例如机壳地或VDD)的参考信号218能够去除与调制信号的幅度有关的不定性。备选地,当电源信号3301-M没有相对于机壳地来调制时,仍然能够提供相对于参考信号218的调制参考,以保持测量幅度的一致缩放(例如在干扰检测模式期间)。在布置400中,定时控制器220提供用于提供未调制和调制功率域405的单芯片解决方案,使得不需要处理系统中的电平移位的多个实现,从而降低处理系统的复杂度。在一个示范实现中,在仅当没有调制面板时才传送数据的情况下,电平移位仅需要提供对调制电压的容差(例如,仅当参考信号218处于机壳地时才传送数据,并且当参考信号218远离机壳地时没有生成差分信号)。

布置420示出定时控制器220和显示/感测电路246。未调制功率域405和调制功率域410通过虚线430来分隔。主机204在高速数据接口320与定时控制器220连接。在这个实施例中,主机204和高速数据接口320在未调制功率域405中进行通信。定时控制器220还配置成在未调制功率域405中与显示/感测面板240进行通信。在这种情况下,控制器250的接收器425能够在通信链路307上直接从定时控制器220接收高速链路数据,而无需任何电平移位电路。控制器250包括实现与调制功率域410中的其他组件的通信的电平移位电路。电源管理控制器230还可部分工作在未调制功率域405和调制功率域410。在一些实施例中,可提供独立电源管理控制器(例如,用于提供调制面板电压VCOM、AVDD、VGH、VGL的一个PMIC230以及用于在定时控制器220上提供背光或低电压未调制数字信号的另一个PMIC230)。在一个实施例中,布置400允许面板240相对于机壳地的调制通过控制器250的至少一个上的源来驱动。

在一些实施例中,控制器250可工作在未调制功率域405以用于与定时控制器220的通信,并且使用电平移位电路建立源驱动器252和公共电压Vcom的(一个或多个)独立调制体系。在调制功率域410中的源驱动器252则能够将调制电压提供给其他控制器250的栅驱动器和电源管理控制器230,以配置这些的每个的操作。在备选实现中,电源管理控制器230建立调制功率域410的各种电压电平,使得定时控制器220和控制器250无需包括任何电平移位电路。例如,电源管理控制器230可提供用于定时控制器220与控制器250之间的通信的电平移位,并且还可控制调制功率域410中的栅驱动器。

因此,提供本文中提出的实施例和示例,以便最好地说明按照本技术及其特定应用的实施例,并且由此使本领域的技术人员能够实施和使用本技术。但是,本领域的技术人员将会知道,仅为了便于说明和举例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在涵盖本公开的各个方面或者将本公开局限于所公开的精确形式。

鉴于以上所述,本公开的范围通过以下权利要求书来确定。

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