用于电容式键矩阵和触摸板中的重影抑制的方法和装置与流程

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求享有于2015年10月21日提交的标题为“用于电容式键矩阵和触摸板中的重影抑制(Ghosting Suppression for Capacitive Key Matrix and Touch Pad)”的发明人名为Peter Spevak的共同拥有的美国临时专利申请序列号62/244,235的优先权的权益，该临时专利申请以其全文通过引用被合并于此。

技术领域

本申请总体上涉及电容式触摸输入装置，并且特别涉及消除电容式触摸输入装置中的重影。

背景技术：

已经证明电容式触摸输入设备在各种环境中是有用的。在简单的配置中，传感器是电容器。在自电容传感器中，传感器形成电容器的第一板。在传感器周围形成电场。当用户的手指接近传感器时扰乱电场。非导电覆盖层能够保护传感器。当用户的手指接近传感器时，对电容值的变化进行检测。在互电容传感器中，一对传感器彼此紧靠地位于一个表面上以形成电容器。在这两个传感器之间形成电场。当用户的手指接近互电容传感器时，电场改变并且能够检测所述改变。

在具有简单输入需求的设备中，面板中的电容式触摸传感器矩阵能够提供良好的解决方案。器具和玩具是可能需要简单、廉价的传感器的设备的示例。在另一应用中，包括使用诸如蓝牙、WiFi、红外线或RF的无线接口的电视、音频系统、视频播放器以及电缆盒的设备的遥控器能够使用触摸传感器作为输入。在这种类型的设备中，传感器的简单扫描提供了一种廉价且可靠的电容式传感器操作方法。在该配置中，这些传感器连接到成行和成列的存取线。在检测模式中，对每条行线和每条列线进行扫描以确定每条线的电容。这种类型的扫描能够通过检测电容的变化来检测单点触摸。所述扫描可以是连续的或者可以在经过一段时间之后激活，或者所述扫描可以由某些其他事件触发，诸如指示活动的运动检测器或近程检测器。

所希望的是通过允许一次触摸在触摸区域上的两个不同位置来提供附加输入选项。在触摸区域包括简单按钮图案的示例中，每个传感器可以对应于单一按钮。在一些示例中，传感器趋于比指尖小得多，并且用户通过单点触摸“触摸”若干个传感器。在任一情况下，所希望的是使用双指触摸。检测双指触摸的能力增加输入选项而不增加传感器的数量。然而，在使用行线和列线扫描的现有已知方法中，当对电容式触摸矩阵中的对角相对位置进行两点触摸时，不可能区分两个对角相对的选项(例如，右上和左下对左上和右下)。这个问题被称为“重影”。重影意指当对矩阵中的两列和/或两行中的两个区域进行多点触摸时，独立的行和列扫描方法不能在至少两个同样可能的解决方案之间进行选择。在包括附加控制器处理能力的设备(例如，蜂窝电话和平板电脑)以及具有更复杂的触摸传感器、包括针对单次测量驱动发射电极并监测分开的接收电极的能力的设备中，这种高级硬件和软件方法能够消除重影。然而，对于不具有这些昂贵布置和较高处理能力的较便宜的设备，重影仍然是需要解决的问题。

技术实现要素：

根据一个示例实施例，一种电容式触摸板包括多个电容式传感器，所述多个电容式传感器被布置在衬底上的一个矩阵中。测量电路系统测量在所述矩阵中与这些电容式传感器耦合的多条行线和多条列线中的每一者的电容。使用至少两个附加电极。第一电极位于所述衬底上所述矩阵的第一边缘上并且邻近所述矩阵的第一拐角。所述第一电极被耦合至所述测量电路系统。第二电极位于所述衬底上所述矩阵的第一边缘上并且邻近所述矩阵的第二拐角，所述第二拐角在所述第一边缘上与所述第一拐角相对。所述第二电极被耦合至所述测量电路系统。在另一实施例中，第三电极被耦合至所述第一电极并且与所述第一电极相对于所述多个电容式传感器的中心点对称(point symmetrical)；并且第四电极被耦合至所述第二电极并且与所述第二电极相对于所述多个电容式传感器的中心点对称。

附图说明

图1是示出了一种电容式传感器矩阵的电路图。

图2是示出了与多个电容式传感器一起使用的检测电路的电路图。

图3是示出了关于多点触摸的重影问题的图1的矩阵的电路图。

图4是一种实施例触摸传感器的电路图。

图5是一种实施例检测电路的电路图。

图6是一种实施例电路板的布局图。

图7是沿着图6的线A-A’的横截面视图。

图8是一种实施例方法的流程图。

具体实施方式

除非另有说明，不同附图中的对应数字和符号一般是指相应的部分。这些附图不一定按比例绘制。

术语“耦合”可以包括用中间元件形成的连接，并且附加元件和各种连接可以存在于任何“耦合”的元件之间。

图1是示出了一种电容式传感器矩阵的电路图。矩阵100包括呈示例性三乘三矩阵形式的九个传感器102-1至102-9。每个传感器102-X包括流电(galvanically)分离的第一板104-X和第二板106-X。第一板104-X中的每个耦合至行线108-1到108-3中的一个。例如，第一板104-1到104-3耦合至线108-1。第二板106-X中的每个耦合至列线110-1到110-3中的一个。例如，第二板106-1、106-4和106-7耦合至列线110-1。

通过测量传感器的电容来检测传感器102-1至102-9的触摸。该示例中，这些触摸传感器使用自电容原理。在自电容中，一个信号耦合至一个或更多个传感器。当不存在触摸时，传感器在其周围具有导致测量的电场。当用户的手指放置在传感器上或附近时，用户的手指改变电场，从而改变传感器的电容。能够测量这种电容变化。在感测方法的一个示例中，传感器电极被耦合至张弛振荡器信号。当通过将行和列耦合至张弛振荡信号来单独地扫描这些行和列时，电极建立场。例如，当张弛振荡信号驱动线108-1时，对电极104-1进行扫描。在图1中，线108-1对应于行线。在另一示例中，当线110-1被驱动时，对电极106-1进行扫描。在图1中，线110-1对应于列线。电极104-X和106-X被布置成使得它们暴露于用户的触摸。半圆形状指示诸如104-1的行电极和诸如106-1的列电极均在触摸事件期间被暴露以受到接近于用户的手指的影响。

在替代实施例中，能够使用其他感测方法。例如，所述感测能够使用电荷转移布置，或者能够通过以图案化的方式将线耦合至恒流源来对电极充电。模数转换器(ADC)能够与数字处理一起使用以确定每个传感器的电容，并且检测与传感器处的触摸相对应的电容的变化。

图2是示出了被布置成与多个电容式传感器一起使用的电容式触摸传感器电路200的框图。为了清楚起见，图2中与图1中的元件相对应的元件具有类似的参考标记。例如，图2中的传感器202-X、板204-X和板206-X对应于图1中的传感器102-X、板104-X和板106-X。在图2中，传感器202-X被示出为具有第一板204-X和第二板206-X。第一板204-X对应于被布置在行线上的传感器板并且耦合至行传感器线。示例行线208-X被耦合至传感器板204-X。示例列线210-X被耦合至传感器板206-X。感测电路212被耦合至行线和列线。感测电路系统212能够包括多个模数转换器、多个电流源、多个张弛振荡器以及在重复的基础上扫描多个传感器以检测指示触摸的传感器的电容变化所需的多个多路复用器。处理器214解释这些测量的结果以确定哪些传感器正在被触摸(如果有的话)，并且能够执行由那些输入所指示的功能。

图3是类似于图1所示的矩阵的矩阵的电路图，说明了在现有已知方法电容式传感器中发生的多点触摸的重影问题。为了清楚起见，在图3中，部件的参考数字与图1中示出的类似部件的参考数字类似。例如，在图3中，传感器302-1类似于图1中的传感器102-1。在图3中，示出了双指触摸。在这些传感器位置处，用户同时触摸传感器302-1和302-9，如图3中的数字“1”所示。在简单的扫描过程中，对行线308-1至308-3进行扫描，并且对列线310-1至310-3中的每一者进行扫描。利用这种简单的扫描过程，在行线308-1和308-3上感测到对传感器302-1和302-9的触摸。在列线310-1和310-3上也感测到触摸。然而，至传感器302-3和302-7的标记为“2”的触摸将提供完全相同的列和行感测信号。在这些情况下，通过所述简单扫描方法，使用图3中的传感器300的矩阵，不可能确定是由标签“1”指示的两点触摸还是由标签“2”指示的两点触摸为正确的触摸。也就是说，所述扫描过程不能在两个同样可能的解决方案之间进行区分以确定两点触摸发生在哪里。

图4是一个实施例的一个方面的电路图。为了清楚起见，在图4中，用于与图3中的部件相类似的部件的参考标记是类似的。例如，图4中的传感器402-1类似于图3中的传感器302-1。矩阵400包括以如图3所示的三乘三矩阵形式布置的传感器402-1至402-9。为了清楚起见，对传感器402-1和402-9的正确触摸标记为“1”，对传感器402-3和402-7的假阳性触摸标记为“2”。矩阵400还包括电极407-1、407-2、409-1和409-2。电极407-1和407-2相对于矩阵400的中心点对称。当一个物体的每个部分在与中心点相同距离但在相对方向上具有匹配部分时，物体是点对称的。类似地，电极409-1和409-2也相对于矩阵400的中心点对称。在其他实施例中，电极407-1和407-2以及409-1和409-2不是点对称的，而是仅仅被放置在所述矩阵的与其配对物相对的拐角处。电极407-1被放置成朝向矩阵400的一个拐角，而电极409-1被放置成朝向与电极407-1相同的边缘上的相对的拐角。电极407-2和409-2位于所述矩阵的相对边缘上，并且相对于电极407-1和409-1翻转。电极407-1和407-2耦合。电极409-1和409-2也耦合。在该配置中，电极407-1和407-2比电极409-1和409-2更接近对传感器402-1和402-9的触摸(标记为“1”)。因此，当做出对传感器402-1和402-9的触摸(“1”)时，在电极407-1和407-2上观察到的电容大于在电极409-1和409-2上观察到的电容。因此，能够从对传感器402-3和402-7的虚假或“重影”触摸(“2”)辨别对传感器402-1和402-9的真实触摸(“1”)。在该示例中，那些不是触摸区域的区域，使得电极409-1和409-2上的电容受到触摸的影响小得多，因为从电极409-1和409-2到这些触摸区域的距离大得多。使用如图4中放置的电极407-1，407-2、409-1和409-2允许正确确定对传感器402-1和402-9的两点触摸(“1”)的位置。

图5是一种实施例检测器电路的电路图。具有与图4中的元件相类似的附图标记的元件执行相应的功能。例如，传感器502-X、板504-X和板506-X对应于图4中的传感器402-X、板404-X和板406-X。在图5中，传感器502-X被示出为具有第一板504-X和第二板506-X。第一板504-X对应于被布置在一条行线上的传感器板并且耦合至行线508-X。示例列线510-X被耦合至传感器板506-X。感测电路系统512被耦合至这些行线和列线。所述感测电路系统能够包括多个模数转换器、多个电流源、多个张弛振荡器以及在重复的基础上扫描多个传感器以检测指示触摸的传感器的电容变化所需的多个多路复用器。除了通过扫描行线508-X和列线510-X来测量传感器502-X的电容之外，感测电路512还具有耦合至电极507-1和507-2的一条引线以及耦合至电极509-1和509-2的另一引线。电极507-1和507-2分别对应于图4的电极407-1和407-2。电极509-1和509-2分别对应于图4的电极409-1和409-2。如上所述，电极507-1、507-2和电极509-1、509-2的使用使得感测电路系统能够区分正确的触摸位置，从而允许辨别对于两个触摸位置的两个可能的解决方案。处理器514解释这些测量的结果以确定哪些传感器正在被触摸(如果有的话)，并且执行由那些输入所指示的功能。由于电极507-1、507-2、509-1和509-2的电容由感测电路512测量，处理器514能够消除虚假或“重影”多点触摸输入。

图6是一种实施例电路板600的布局图。如图4中的实施例，传感器602-1至602-9是以三乘三矩阵形式布置的。使用九个传感器是可选的。可以使用任何数量的传感器。图6是电路板的俯视图。每个传感器602-X形成在铜层中，其中传感器604-X的一侧与另一侧606-X分离开一个间隙610-X，以使这些传感器流电分离。在该实施例中，传感器602-X形成在铜层中。然而，可以有利地使用其他导电材料来形成传感器602-X。电极607-1位于矩阵600的左上方。电极609-1位于矩阵600的右上方。矩阵600的右下方的电极607-2关于矩阵600的中心点与电极607-1相对。矩阵600的左下方的电极609-2关于矩阵600的中心点与电极609-1相对。电极607-1、607-2、609-1和609-2形成在铜层中。然而，如同传感器602-X，可以有利地使用其他导电材料来形成电极607-1、607-2、609-1和609-2。

在图6中未示出的是感测电路系统，所述感测电路系统能够被放置在印刷电路板的底表面上、或者放置在印刷电路板的上表面上的相邻区域上。在另一实施例中，感测电路系统能够形成在分开的电路板上并且耦合至图6的电路板。

图7是类似于图6的实施例的实施例沿切割线A-A′的横截面视图。传感器702-1、702-4和702-7位于衬底726上并且对应于图6的传感器602-1、602-4和602-7。电极707-1和709-2也位于衬底726上并且对应于图6的电极607-1和609-2。这些传感器和电极由合适的导电材料(例如铜)形成，并且在这个方面，通过公知的电路板印刷技术形成。覆盖层724覆盖传感器702-1、702-4、702-7，电极707-1和709-2，以及它们之间的衬底726的部分。在多个实施例中，覆盖层724是具有1mm或更小的厚度的塑料材料。在一些实施例中，覆盖层724包括由衬底726上的传感器控制的功能的标记。在该实施例中，导电层728是铜层并且为衬底726上的传感器和电极提供屏蔽，以屏蔽可能从导电层728下方的电路系统发射的信号。在图7所示的示例中，层728提供屏蔽，但是也引入由电极728和触摸电极702-1至702-7以及辅助电极707-1和709-2产生的基础电容。该电容是不期望的，因为它降低了所述电极的灵敏度。因此，在一些替代实施例中，层728能够移动至印刷电路板上的下层，以增加到这些电极的距离，并且因此减小所述电容。在进一步的替代实施例中，层728能够被实施为填充(hatch)铜层而不是实心层，或被实施为两者，具有减少不期望的电容的效果，同时仍然向迹线740和742提供了屏蔽效果。绝缘层730将导电层728与导电迹线740分开。导电迹线740提供电路板720中的部件之间的互连。在一些实施例中，可以包括多于一层的迹线740。绝缘体732提供迹线740之间的绝缘。绝缘层734将迹线740与电路板720的底表面上的迹线742分离开。绝缘体736提供迹线742之间的绝缘。迹线742的暴露部分提供了用于控制器738的接触点。控制器738可以是能够被配置成提供上述功能的多个控制器。这样的控制器的示例是从德州仪器公司可商购的MSP430系列集成电路之一。电路板700中的层之间的通孔(via)(未示出)提供了衬底726的上表面上的部件、迹线740和迹线742之间的垂直连接。

图8是实施例方法800的流程图。方法800开始于步骤802，在该步骤中对每一行线和每一列线进行感测。步骤806确定是否已经扫描了矩阵的所有线。如果不是，则在步骤804中扫描被递增至下一条线，并且重复步骤802。如果在步骤806已经扫描了所有的线，则在步骤808中确定是否感测到多点触摸。如果检测到触摸多于一条列线或多于一条行线，则该方法继续。如果不是，则该方法结束。如果感测到多点触摸，则在步骤810中对矩阵的拐角处的第一电极(例如，图4中的电极407-1)的电容进行感测。在步骤812中，对与第一电极在相同边缘上但在相对的拐角上的第二电极(例如，图4中的电极409-1)的电容进行感测。在步骤814中，将所述第一电极和第二电极的感测电容进行比较，以便确定真实的多点触摸位置。

多个示例性实施例提供了一种有效地允许正确检测多点触摸输入的低成本电容式触摸传感器和方法。使用这些实施例所实现的布置的成本低。在一些实施例中，对触摸传感器使用多点触摸输入能够提供系统能够响应的、超出仅使用单点触摸输入可用的输入的附加输入选项。

在一个示例实施例中，一种电容式触摸板包括多个电容式传感器，所述多个电容式传感器被布置在衬底上的一个矩阵中。测量电路系统被配置成测量在所述矩阵中与这些电容式传感器耦合的多条行线和多条列线中的每一者的电容。第一电极位于所述衬底上所述矩阵的第一边缘上并且邻近所述矩阵的第一拐角。所述第一电极被耦合至所述测量电路系统。第二电极位于所述衬底上所述矩阵的第一边缘上并且邻近所述矩阵的第二拐角。第二拐角在第一边缘上与第一拐角相对。所述第二电极被耦合至所述测量电路系统。

在另一实施例中，所述电容式触摸板包括测量电路系统，所述测量电路系统被配置成将所述第一电极相对于这些电容式传感器的电容与所述第二电极相对于这些电容式传感器的电容进行比较。

在另一实施例中，这些电容式传感器中的每个包括与所述多条行线中的一个相连接的第一板、和与所述多条列线中的一个相连接的第二板以及所述第一板与所述第二板之间的间隙。

在又一实施例中，所述电容式触摸板进一步包括第三电极和第四电极，所述第三电极被耦合至所述第一电极并且与所述第一电极相对于所述多个电容式传感器的中心点对称，所述第四电极被耦合至所述第二电极并且与所述第二电极相对于所述多个电容式传感器的中心点对称。

在另一实施例中，所述测量电路系统被配置成使用张弛振荡器来测量所述多个电容式传感器的每一者的电容。

在另一实施例中，所述多个电容式传感器以及所述第一电极和第二电极形成在印刷电路板的第一表面上，并且所述测量电路系统被安装在所述印刷电路板的与所述第一表面相反的第二表面上。在一个附加实施例中，所述测量电路系统被安装在所述印刷电路板的第一表面上，但与所述多个电容式传感器分隔开。

在又一实施例中，所述测量电路系统被配置成当检测到对所述多个电容式传感器的多点触摸时测量所述第一电极和第二电极的电容。

在另一实施例中，输入设备包括多个电容式传感器，所述电容式传感器被布置在衬底上的一个矩阵中，所述电容式传感器中的每个包括第一板、第二板以及所述第一板与第二板之间的间隙。所述输入设备包括多条行引线和多条列引线，所述多条行引线中的每个被耦合至所述多个电容式传感器中位于所述矩阵的一行上的电容式传感器的第一板，所述多条列引线中的每个被耦合至所述多个电容式传感器中位于所述矩阵的一列上的电容式传感器的第二板。感测电路系统具有多个输入端，所述多条行引线和所述多条列引线中的每一者被耦合至所述感测电路系统的所述多个输入端中的一个。第一电极位于所述衬底上所述矩阵的第一边缘上并且邻近所述矩阵的第一拐角。所述第一电极被耦合至所述测量电路系统的输入端。第二电位于在所述衬底上所述矩阵的第一边缘上并且邻近所述矩阵的第二拐角。第二拐角在第一边缘上与第一拐角相对。所述第二电极被耦合至所述感测电路系统。

在另一实施例中，所述感测电路系统包括张弛振荡器。

在又一实施例中，所述输入设备包括处理器，所述处理器被配置成控制定时器并且被配置成基于所检测到的输入确定动作。

在另一实施例中，所述输入设备进一步包括第三电极和第四电极，所述第三电极被耦合至所述第一电极并且与所述第一电极相对于所述多个电容式传感器的中心点对称，所述第四电极被耦合至所述第二电极并且与所述第二电极相对于所述多个电容式传感器的中心点对称。

在另一实施例中，所述感测电路系统被配置成当检测到对所述多个电容式传感器的多点触摸时测量所述第一电极和第二电极的电容。

在又一实施例中，所述多个电容式传感器以及所述第一电极和第二电极是通过在所述衬底上将铜层图案化而形成的。

在另一实施例中，所述多个电容式传感器以及所述第一电极和第二电极被绝缘层覆盖。

在另一实施例中，一种用于检测至矩阵中的多个电容式传感器的输入的方法包括扫描所述矩阵中的多条行线和列线中的每一者以检测所述行线和列线的电容。检测所述矩阵的第一拐角处的第一电极相对于所述矩阵的电容。还检测第二电极相对于所述矩阵的电容。所述第二电极位于所述矩阵的第二拐角处。所述第二拐角是与所述第一拐角在所述矩阵的相同边缘上并且在所述相同边缘上与所述第一拐角相对。通过对所述第一电极和第二电极的电容进行比较来确定至这些电容式传感器的正确输入。

在又一实施例中，该方法包括检测耦合至所述第一电极的第三电极的电容。所述第三电极相对于所述第一电极关于所述矩阵的中心点对称地放置。检测耦合至第二电极的第四电极的电容。所述第四电极相对于所述第二电极关于所述矩阵的中心点对称地放置。所述第一电极和第三电极的电容与所述第二电极和第四电极的电容进行比较。

在另一实施例中，使用张弛振荡器来检测每条所述行线和列线的电容。

在又一实施例中，使用张弛振荡器来检测所述第一电极和第二电极的电容。

在另一实施例中，所述多个电容式传感器中的每个包括在衬底上与所述矩阵的一条行线相连接的第一板、在所述衬底上与所述矩阵的一条列线相连接的第二板以及所述第一板与所述第二板之间的间隙。

在另一实施例中，所述多个电容式传感器是在一个印刷电路板上。

在要求保护的范围内，所描述的实施例中的修改是可能的，并且其他实施例是可能的。