校准用于电容性感测的连续时间接收器的制作方法
本发明总体上涉及电子设备和校准用于电容性感测的连续时间接收器。
背景技术：
包括接近传感器设备（通常也称为触摸板或触摸传感器设备）的输入设备广泛用于多种电子系统中。接近传感器设备典型地包括通常由表面区分的感测区，在其中接近传感器设备确定一个或多个输入对象的存在、位置和/或运动。接近传感器设备可用于为电子系统提供界面。例如，接近传感器设备通常用作较大计算系统的输入设备（诸如集成在笔记本或台式计算机中或外围的不透明触摸板）。接近传感器设备也常常用于较小计算系统中（诸如集成在蜂窝电话中的触摸屏）。
技术实现要素：
本文中描述的一个实施例是一种输入设备，其包括输入设备的感测区中的多个传感器电极和耦合到多个传感器电极的处理系统。处理系统配置成生成使用多个传感器电极中的第一传感器电极获取的电容性感测信号的第一测量结果，其中电容性感测信号包括在第一时间段期间驱动到多个传感器电极中的至少一个上的经调制信号的效应。处理系统配置成在第二时间段期间生成使用第一传感器电极获取的电容性感测信号的第二测量结果，其中第一与第二测量结果之间的相位差为九十度。处理系统被配置成基于第一测量结果和第二测量结果来确定电容性感测信号与经调制信号之间的相位偏移。
本文中描述的另一实施例是一种处理系统，其包括传感器电路和接收器，所述传感器电路配置成将经调制信号驱动到多个传感器电极中的至少一个传感器电极上以用于电容性感测，所述接收器配置成生成使用多个传感器电极中的第一传感器电极获取的电容性感测信号的第一测量结果，其中电容性感测信号包括在第一时间段期间驱动到至少一个传感器电极上的经调制信号的效应。接收器配置成在第二时间段期间生成使用第一传感器电极获取的电容性感测信号的第二测量结果（其中第一与第二测量结果之间的相位差为九十度），以及基于第一和第二测量结果来确定电容性感测信号与经调制信号之间的相位偏移。
本文中描述的另一实施例是一种用于执行电容性感测的方法。该方法包括在第一时间段期间生成使用多个传感器电极中的第一传感器电极获取的电容性感测信号的第一测量结果，其中电容性感测信号包括被驱动到多个传感器电极中的至少一个上的经调制信号的效应，并且在第二时间段期间生成使用第一传感器电极获取的电容性感测信号的第二测量结果，其中第一与第二测量结果之间的相位差为九十度。该方法还包括基于第一和第二测量结果确定电容性感测信号与经调制信号之间的相位偏移。
附图说明
图1是根据本文中描述的实施例的包括输入设备的示例性系统的框图；
图2图示了根据本文中描述的实施例的电容性感测像素的示例性图案的部分；
图3图示了根据本文中描述的实施例的用于感测区的阻抗网络；
图4图示了根据本文中描述的实施例的经调制信号与电容性感测信号之间的相位偏移；
图5是根据本文中描述的实施例的用于使用相移信号来生成电容性感测测量结果的流程图；
图6是根据本文中描述的实施例的用于使用相移信号来生成电容性感测测量结果的接收器；以及
图7是根据本文中描述的实施例的用于确定每个传感器电极的经调制信号与电容性感测信号之间的相位偏移的流程图。
为了促进理解，在可能的情况下，使用相同的参考标号来标示附图中共有的相同元件。设想的是，在一个实施例中公开的元件可以有益地用于其它实施例而无需具体的记载。这里所指的附图不应当被理解为按比例绘制，除非具体指出。同样地，为了呈现和解释的清楚性，经常简化附图并且省略细节或部件。附图和讨论用于解释下面讨论的原理，其中相似的标号表示相似的元件。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅仅是示例性的，并且不旨在限制本公开或其应用和用途。此外，无意受到前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中所呈现的任何明示或暗示的理论的约束。
本发明的各种实施例提供促进改进的可用性的输入设备和方法。本文中的实施例描述了包括用于对电容性感测信号进行采样的接收器的输入设备。在一个实施例中，接收器执行连续解调，其中电容性感测信号的采样与施加到传感器的经调制信号不同步。使用连续解调的一个优点是，现在可以由数字逻辑来代替从前使用模拟部件来执行的接收器中的功能。例如，代替包括用于执行低通滤波的大电容器，该滤波可以由数字逻辑执行，由此减小接收器的大小、成本和/或功耗。
然而，不将接收器与经调制信号同步的一个缺点是由接收器捕获的测量结果（或样本）取决于传感器电极的相位延迟。此相位延迟可使得经调制信号具有相对于接收器处的电容性感测信号的相位偏移。因此，经调制信号的峰值相对于电容性感测信号的峰值偏移。如果接收器不在电容性感测信号的峰值（即，最大幅度）处采样，那么可消极地影响电容性感测的准确性。
为了校准接收器，在一个实施例中，接收器在两个时间段期间测量或采样电容性感测信号。在第一时间段期间，接收器生成对应于第一传感器电极的电容性感测信号的第一测量结果（或样本）。在第二时间段期间，接收器生成用于同一传感器电极的电容性感测信号的第二测量结果，但是第一和第二测量结果之间的相位差为九十度（即，π/2）。为了实现该相位差，输入设备可以将用于控制第一和第二测量结果何时被捕获的采样信号相移九十度，或者输入设备可以在第一和第二时间段期间将经调制信号相移九十度。
使用第一和第二测量结果，接收器可确定电容性感测信号与经调制信号之间的相位偏移。此相位偏移可用于更改由输入设备生成的未来测量结果，使得当电容性感测信号处于峰值幅度时捕获这些测量结果中的至少一些。而且，在一个实施例中，输入设备可使用两个测量结果来估计电容性感测信号的峰值幅度，即使在电容性感测信号不处于其峰值幅度时捕获的两个测量结果。
现在转到附图，图1是根据本发明的实施例的示例性输入设备100的框图。输入设备100可以被配置成向电子系统（未示出）提供输入。如本文档中所使用的那样，术语“电子系统”（或“电子设备”）广泛地指能够电子地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大小和形状的个人计算机，诸如台式计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板电脑、网络浏览器、电子书阅读器和个人数字助理（pda）。附加的示例电子系统包括复合输入设备，诸如包括输入设备100和分离的操纵杆或按键开关的物理键盘。另外的示例电子系统包括诸如数据输入设备（包括遥控器和鼠标）和数据输出设备（包括显示屏和打印机）之类的外围设备。其它示例包括远程终端、信息站和视频游戏机（例如，视频游戏控制台、便携式游戏设备等）。其它示例包括通信设备（包括蜂窝电话，诸如智能电话）和媒体设备（包括记录器、编辑器和播放器，诸如电视机、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机）。另外，电子系统可以是输入设备的主机或从机。
输入设备100可以被实现为电子系统的物理部分，或者可以与电子系统在物理上分离。视情况而定，输入设备100可使用以下中的任何一个或多个与电子系统的部分通信：总线、网络和其它有线或无线互连。示例包括i2c、spi、ps/2、通用串行总线（usb）、蓝牙、rf和irda。
在图1中，输入设备100被示出为被配置成感测由感测区120中的一个或多个输入对象140提供的输入的接近传感器设备（也常常被称为“触摸板”或“触摸传感器设备”）。示例输入对象包括手指和触控笔，如图1中所示出的那样。
感测区120涵盖输入设备100之上、周围、之中和/或附近的任何空间，其中输入设备100能够检测用户输入（例如，由一个或多个输入对象140提供的用户输入）。特定感测区的大小、形状和位置可以逐个实施例而很大地变化。在一些实施例中，感测区120从输入设备100的表面沿一个或多个方向延伸到空间中，直到信噪比阻碍充分准确的对象检测。在各种实施例中，该感测区120在特定方向上延伸的距离可以大约是小于一毫米、数毫米、数厘米或更多，并且可以随着所使用的感测技术的类型和所期望的准确度而显著地变化。因此，一些实施例感测包括以下的输入：与输入设备100的任何表面不接触、与输入设备100的输入表面（例如，触摸表面）接触、与输入设备100的输入表面以某个量的施加力或压力耦合的接触和/或其组合。在各种实施例中，输入表面可由传感器电极位于其内的外壳的表面、由施加在传感器电极或任何外壳上的面板等提供。在一些实施例中，感测区120在被投影到输入设备100的输入表面上时具有矩形形状。
输入设备100可利用传感器部件和感测技术的任何组合来检测感测区120中的用户输入。输入设备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，输入设备100可使用电容性、倒介电性、电阻性、电感性、磁性、声学、超声和/或光学技术。
一些实现方式被配置成提供跨越一维、二维、三维或更高维的空间的图像。一些实现方式被配置成提供沿着特定轴或平面的输入的投影。
在输入设备100的一些电阻性实现方式中，柔性且导电的第一层由一个或多个间隔件元件与导电第二层分离。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其充分偏转以在层之间创建电接触，从而导致反映层之间的（一个或多个）接触点的电压输出。这些电压输出可用于确定位置信息。
在输入设备100的一些电感性实现方式中，一个或多个感测元件采集由谐振线圈或线圈对感应的环路电流。电流的幅值、相位和频率的一些组合然后可以用于确定位置信息。
在输入设备100的一些电容性实现方式中，施加电压或电流以创建电场。附近的输入对象引起电场的改变，并且产生电容性耦合的可检测改变，其可以被检测为电压、电流等的改变。
一些电容性实现方式利用电容性感测元件的阵列或其它规则或不规则图案来创建电场。在一些电容性实现方式中，分离的感测元件可欧姆地短接在一起以形成更大的传感器电极。一些电容性实现方式利用电阻片，其可以是均匀电阻的。
一些电容性实现方式利用基于传感器电极与输入对象之间的电容性耦合的改变的“自电容”（或“绝对电容”）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象更改传感器电极附近的电场，因此改变所测量的电容性耦合。在一个实现方式中，绝对电容感测方法通过相对于参考电压（例如系统接地）调制传感器电极并且通过检测传感器电极与输入对象之间的电容性耦合而操作。
一些电容性实现方式利用基于传感器电极之间的电容性耦合的改变的“互电容”（或“跨电容”）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象更改传感器电极之间的电场，因此改变所测量的电容性耦合。在一个实现方式中，跨电容性感测方法通过检测一个或多个发射器传感器电极（也称作“发射器电极”或“发射器”）与一个或多个接收器传感器电极（也称作“接收器电极”或“接收器”）之间的电容性耦合而操作。发射器传感器电极可相对于参考电压（例如，系统接地）调制以发射发射器信号。接收器传感器电极可相对于参考电压保持基本上恒定以促进所产生信号的接收。所产生信号可包括对应于一个或多个发射器信号和/或对应于一个或多个环境干扰源（例如，其它电磁信号）的（一个或多个）效应。传感器电极可以是专用发射器或接收器，或者可以被配置成既发射又接收。
在图1中，处理系统110被示出为输入设备100的一部分。处理系统110被配置成操作输入设备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/或其它电路部件。例如，用于互电容传感器设备的处理系统可包括配置成利用发射器传感器电极发射信号的发射器电路，和/或配置成利用接收器传感器电极接收信号的接收器电路。在一些实施例中，处理系统110还包括电子可读指令，诸如固件代码、软件代码等。在一些实施例中，组成处理系统110的部件定位在一起，诸如输入设备100的（一个或多个）感测元件附近。在其它实施例中，处理系统110的部件在物理上分离，其中一个或多个部件靠近输入设备100的（一个或多个）感测元件，而一个或多个部件在别处。例如，输入设备100可以是耦合到台式计算机的外围设备，并且处理系统110可以包括被配置成在台式计算机的中央处理单元上运行的软件以及与中央处理单元分离的一个或多个ic（可能具有相关联的固件）。作为另一示例，输入设备100可以物理地集成在电话中，并且处理系统110可以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专用于实现输入设备100。在其它实施例中，处理系统110还执行其它功能，诸如操作显示屏、驱动触觉致动器等。
处理系统110可以被实现为操控处理系统110的不同功能的模块的集合。每个模块可以包括作为处理系统110的一部分的电路、固件、软件或其组合。在各种实施例中，可以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。另外的示例模块包括被配置成操作（一个或多个）感测元件以检测输入的传感器操作模块、被配置成识别诸如模式改变手势之类的手势的识别模块以及用于改变操作模式的模式改变模块。
在一些实施例中，处理系统110通过引起一个或多个动作来直接响应于感测区120中的用户输入（或没有用户输入）。示例动作包括改变操作模式以及诸如光标移动、选择、菜单导航和其它功能之类的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，向与处理系统110分离的电子系统的中央处理系统，如果存在这样的分离的中央处理系统）提供关于输入（或没有输入）的信息。在一些实施例中，电子系统的某部分处理从处理系统110接收的信息以作用于用户输入，诸如促进全范围的动作，包括模式改变动作和gui动作。
例如，在一些实施例中，处理系统110操作输入设备100的（一个或多个）感测元件以产生指示感测区120中的输入（或没有输入）的电信号。处理系统110可以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可以数字化从传感器电极获得的模拟电信号。作为另一示例，处理系统110可执行滤波或其它信号调节。作为又一示例，处理系统110可减去或以其它方式计及基线，使得该信息反映电信号与基线之间的差。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。
如本文中所使用的“位置信息”宽泛地涵盖绝对位置、相对位置、速度、加速度和其它类型的空间信息。示例性“零维”位置信息包括近/远或接触/无接触信息。示例性“一维”位置信息包括沿着轴的位置。示例性“二维”位置信息包括平面中的运动。示例性“三维”位置信息包括空间中的瞬时或平均速度。另外的示例包括空间信息的其它表示。还可以确定和/或存储关于一种或多种类型的位置信息的历史数据，包括例如随时间跟踪位置、运动或瞬时速度的历史数据。
在一些实施例中，输入设备100利用由处理系统110或由某一其它处理系统操作的附加输入部件来实现。这些附加输入部件可提供用于感测区120中的输入的冗余功能性，或某个其它功能性。图1示出感测区120附近的按钮130，其可用于促进使用输入设备100选择项目。其它类型的附加输入部件包括滑块、球、轮、开关等。相反地，在一些实施例中，输入设备100可以不利用其它输入部件来实现。
在一些实施例中，输入设备100包括触摸屏界面，并且感测区120与显示屏的有源区域的至少一部分重叠。例如，输入设备100可以包括覆盖显示屏的基本上透明的传感器电极，并且为相关联的电子系统提供触摸屏界面。显示屏可以是能够向用户显示视觉界面的任何类型的动态显示器，并且可以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、电致发光（el）或其它显示技术。输入设备100和显示屏可以共享物理元件。例如，一些实施例可以利用相同的电部件中的一些以用于显示和感测。作为另一示例，显示屏可以部分地或全部地由处理系统110操作。
应当理解的是，虽然在全功能装置的上下文中描述了本发明的许多实施例，但是本发明的机制能够以多种形式被分发为程序产品（例如，软件）。例如，本发明的机制可以实现和分发为在可由电子处理器读取的信息承载介质（例如，由处理系统110可读的非暂时性计算机可读和/或可记录/可写信息承载介质）上的软件程序。另外，无论用于执行分发的介质的特定类型如何，本发明的实施例同样适用。非暂时性、电子可读介质的示例包括各种盘、存储棒、存储卡、存储模块等。电子可读介质可以基于闪存、光学、磁性、全息或任何其它存储技术。
图2示出根据一些实施例的配置成感测与图案相关联的感测区120中的电容性感测像素205（在本文中也被称作电容性像素或感测像素）的示例性图案的一部分。每个电容性像素205可包括上文所描述的传感器电极中的一个或多个。为了图示和描述的清楚性，图2以简单矩形的图案呈现电容性像素205的区，并且没有示出电容性像素205内的各种其它部件。在一个实施例中，电容性感测像素205是局部电容（电容性耦合）的区域。电容性像素205可在第一操作模式中形成在单独传感器电极与接地之间，并且在第二操作模式中形成在用作发射器与接收器电极的传感器电极的分组之间。电容性耦合随着与电容性像素205相关联的感测区120中的输入对象的接近和运动而改变，并且因此可以用作输入设备的感测区120中的输入对象的存在的指示符。
示例性图案（例如，形成矩形阵列的矩阵）包括在公共平面中以x列和y行布置的电容性感测像素205x,y（统称为像素205）的阵列，其中x和y为正整数，尽管x和y中的一个可为零。设想的是感测像素205的图案可包括具有其它配置的多个感测像素205，诸如极性阵列、重复图案、非重复图案、非均匀阵列、单个行或列或其它合适布置。此外，如下文将更详细地讨论的那样，感测像素205中的传感器电极可为任何形状，诸如圆形、矩形、菱形、星形、正方形、非凸形、凸形、非凹形、凹形等。如此处所示出的那样，感测像素205耦合到处理系统110。
在第一操作模式中，电容性感测像素205内的至少一个传感器电极可用于经由绝对感测技术检测输入对象的存在。处理系统110中的传感器电路204被配置成利用经调制或未调制信号在每个像素205中使用迹线240驱动传感器电极，并且基于由处理系统110或其它处理器用来确定输入对象的位置或手指中特征的驱动信号来测量传感器电极与输入对象（例如自由空间或大地接地）之间的电容。在一个实施例中，传感器电路204是处理系统110中的较大模块的一部分，其可以包括用于执行本文中描述的功能的固件。而且，包含传感器电路204的模块可以包括用于执行与本文中所记载的功能不同的功能的附加电路或固件。
电容性像素205的各种电极典型地与其它电容性像素205的电极欧姆地隔离。另外，在像素205包括多个电极的情况下，电极可欧姆地彼此隔离。也就是说，一个或多个绝缘体分离传感器电极并防止它们彼此电短接。
在第二操作模式中，电容性像素205中的传感器电极用于经由跨电容感测技术检测输入对象的存在。也就是说，处理系统110可利用发射器信号驱动像素205中的至少一个传感器电极，并且使用另一像素205中的其它传感器电极中的一个或多个接收所产生信号，其中所产生信号包括对应于发射器信号的效应。所产生信号由处理系统110或其它处理器用来确定输入对象的位置。
输入设备100可配置成在上文所描述的模式中的任一个中操作。输入设备100还可配置成在上文所描述的模式中的任何两个或更多之间切换。
在一些实施例中，电容性像素205被“扫描”以确定这些电容性耦合。也就是说，在一个实施例中，传感器电极中的一个或多个被驱动以发射发射器信号。可操作发射器使得一次一个发射器电极进行发射，或多个发射器电极同时发射。在多个发射器电极同时发射的情况下，多个发射器电极可发射相同发射器信号并且有效地产生实际上较大的发射器电极。可替换地，多个发射器电极可发射不同发射器信号。例如，多个发射器电极可根据一个或多个编码方案发射不同发射器信号，所述一个或多个编码方案使得能够独立地确定其对接收器电极的所产生信号的组合效应。
配置为接收器传感器电极的传感器电极可单个或多个地操作以获取所产生信号。所产生信号可用于确定电容性像素205处的电容性耦合的测量结果。
在其它实施例中，“扫描”像素205以确定这些电容性耦合包括利用经调制信号驱动并且测量传感器电极中的一个或多个的绝对电容。在另一个实施例中，传感器电极可以被操作，使得经调制信号同时被驱动在多个电容性像素205中的传感器电极上。在这样的实施例中，可以同时从一个或多个像素205中的每一个获得绝对电容性测量结果。在一个实施例中，输入设备100同时驱动多个电容性像素205中的传感器电极，并且在同一感测周期中测量像素205中的每一个的绝对电容性测量结果。在各种实施例中，处理系统110可以被配置成选择性地驱动传感器电极的一部分并利用其接收。例如，可以基于但不限于在主机处理器上运行的应用、输入设备的状态、感测设备的操作模式和所确定的输入对象的位置来选择传感器电极。在另一实施例中，输入对象（例如，手指）是利用经调制信号驱动的发射器，而传感器电极是接收器。
如上文所讨论的那样，来自电容性像素205的测量结果的集合形成表示像素205处的电容性耦合的电容性图像（也称为电容性帧）。可以在多个时间段内获取多个电容性图像，并且它们之间的差被用于导出关于感测区中的输入的信息。例如，在连续的时间段内获取的连续电容性图像可以用于跟踪进入、离开和在感测区内的一个或多个输入对象的（一个或多个）运动。
在一些实施例中，电容性像素205中的传感器电极中的一个或多个包括用于更新显示屏的显示的一个或多个显示电极。在一个或多个实施例中，显示电极包括vcom电极（公共电极）、源极驱动线、栅极线、阳极电极或阴极电极、或任何其它显示元件中的一个或多个段。这些显示电极可设置在适当的显示屏基板上。例如，电极可设置在一些显示屏（例如，面内切换（ips）或面线切换（pls）有机发光二极管（oled））中的透明基板（玻璃基板、tft玻璃、塑料基板或任何其它透明材料）上、在一些显示屏（例如，图案化垂直对准（pva）或多域垂直对准（mva））的滤色玻璃的底部上、在发射层（oled）上方等。在这样的实施例中，用作传感器和显示电极两者的电极也可称为组合电极，因为其执行多个功能。
继续参考图2，耦合到传感器电极的处理系统110包括电路204和可选的显示驱动器电路208。在一个实施例中，传感器电路204在期望输入感测的周期期间将发射器信号驱动到传感器电极上并利用其接收所产生信号。在一个实施例中，传感器电路204包括发射器模块，所述发射器模块包括配置成在期望输入感测的周期期间将发射器信号驱动到传感器电极上的电路。发射器信号通常经调制且包含被分配用于输入感测的时间段内的一个或多个突发。发射器信号可具有可改变以获得感测区中的输入对象的更鲁棒的位置信息的幅度、频率和电压。在绝对电容性感测中使用的经调制信号可与跨电容感测中使用的发射器信号相同或不同。传感器电路204可以选择性地耦合到电容性像素205中的传感器电极中的一个或多个。例如，传感器电路204可耦合到传感器电极的所选择部分并且以绝对或跨电容感测模式操作。在另一示例中，当在绝对感测模式中操作时而不是在跨电容感测模式中操作时，传感器电路204可以耦合到不同的传感器电极。
在各种实施例中，传感器电路204可以包括接收器206，接收器206包括被配置成在执行跨电容性感测的周期期间利用包括对应于发射器信号的效应的传感器电极接收所产生信号（例如，电容性感测信号）的电路。此处，传感器电路204的一部分耦合到发射器电极且在接收器206耦合到接收器电极时驱动发射器信号并且接收包括发射器信号的效应的所产生信号。在一个或多个实施例中，接收器206配置成将经调制信号驱动到像素205中的一个中的第一传感器电极上，并且测量对应于经调制信号的电容性感测信号以确定传感器电极的绝对电容的改变。接收器206可确定感测区120中的输入对象的位置或可将包括指示所产生信号的信息的信号提供到处理系统110或处理器（例如，电子设备的处理器（即，主机处理器））中的另一模块，以用于确定输入对象在感测区120中的位置。在一个或多个实施例中，接收器206包括多个接收器，其中每个接收器可以是模拟前端（afe）。虽然被示出为传感器模块204的一部分，但是接收器206可以与传感器模块204分离。例如，传感器模块204可在接收器206耦合到接收器电极时将经调制信号驱动到传感器电极（例如，发射器电极）中的一个上。
在一个或多个实施例中，电容性感测（或输入感测）和显示更新可以在至少部分重叠的周期期间发生。例如，当组合电极被驱动用于显示更新时，组合电极也可被驱动用于电容性感测。或重叠电容性感测和显示更新可包括在至少部分地与传感器电极配置成用于电容性感测的时间重叠的时间段中调制显示器设备的（一个或多个）参考电压和/或调制显示器的至少一个显示电极。在另一实施例中，电容性感测和显示更新可以在非重叠周期（也称为非显示更新周期）期间发生。在各种实施例中，非显示更新周期可在显示帧的两个显示线的显示线更新周期之间发生，并且可至少在时间上与显示更新周期一样长。在这样的实施例中，非显示更新周期可以被称为长水平消隐周期、长h-消隐周期或分布式消隐周期。在其它实施例中，非显示更新周期可以包括水平消隐周期和垂直消隐周期。处理系统110可被配置成在不同的非显示更新时间的任何一个或多个或任何组合期间驱动传感器电极用于电容性感测。
显示驱动器电路208包含配置成在非感测（例如，显示更新）周期期间将显示图像更新信息提供到显示设备的显示器的电路。在一个实施例中，显示驱动器电路208可以是可以包括用于执行本文中所描述的显示功能的固件的较大模块的一部分。显示驱动器电路208可以包括在传感器模块204中或与传感器模块204分离。在一个实施例中，处理系统包括第一集成控制器，该第一集成控制器包括显示驱动器电路208和传感器模块204的至少一部分（即，发射器模块和/或接收器模块）。在另一个实施例中，处理系统包括第一集成控制器，其包括显示驱动器电路208；以及第二集成控制器，其包括传感器模块204。在又一实施例中，处理系统包括第一集成控制器，其包括显示驱动器电路208和发射器模块或接收器模块中的一个；以及第二集成控制器，其包括发射器模块和接收器模块中的另一个。
图3图示了根据本文中描述的实施例的用于感测区120的阻抗网络。如所示出的那样，感测区120包括表示为电阻性（r）、电感性（l）和电容性（c）值的网络的电容性传感器。区120可以呈现任何形状——矩形、菱形、圆形等。而且，感测区120包括多个电容性节点305，其可以由感测区120中的相应传感器电极的形状和位置来限定。每个电容性节点305可具有与区120中的其它节点305中的每一个不同的电阻性、电感性和电容性（r、l、c）值。
如所示出的那样，经调制信号310影响导致电容性感测信号315的电容性节点。换句话说，电容性感测信号315包括将经调制信号310驱动到区120中的一个或多个传感器电极上的效应。如果执行跨电容感测，则经调制信号310被驱动到第一传感器电极上，该第一传感器电极在电容性耦合到第一传感器电极的第二传感器电极上生成电容性感测信号315。例如，经调制信号310可以是在输入设备中的第一层上的发射器电极上驱动的发射器信号，而电容性感测信号是在输入设备的第二层上的接收器电极上接收的所产生信号。
然而，如果执行绝对电容性感测，则可由（例如，在积分器的端子处的）接收器206施加经调制信号310，所述接收器206调制传感器电极并且使接收器206能够测量对应于该传感器电极的电容性感测信号315。图4被一般性地绘制以图示当执行跨电容性感测或绝对电容性感测时r、l、c网络的效应。
每个电容性节点305具有由传感器电极的轮廓限定的形状，其中接收器206可测量空间中的特定位置处的电容的单独测量结果以便计算一个或多个输入对象的位置。例如，电容性节点305可由发射器与接收器电极之间的交叉或用于绝对电容感测的传感器电极的物理轮廓限定。因为每个电容性节点305的r、l、c值可以不同，所以这意味着经调制信号310与电容性感测信号315之间的相对相位偏移可以不同。也就是说，每个节点305处的r、l、c的值可以相对于经调制信号310更改每个电容性感测信号315的相位和幅度。
图4图示了根据本文中所描述的实施例的经调制信号310与电容性感测信号之间的相位偏移。图表400图示了在图3中所示出的两个不同电容性节点305处生成的两个电容性感测信号315a和315b之间的相位偏移φ。在该示例中，相同的经调制信号310用于生成两个电容性感测信号315a和315b。因为两个电容性节点305的r、l、c值不同，所以电容性感测信号315与经调制信号310之间的相应相位偏移是不同的。
虚线垂直线405图示了经调制信号310的正峰，而线410和线415分别图示了电容性感测信号315a和315b的正峰。如所示出的那样，电容性感测信号315具有与经调制信号310类似的形状，但是具有与经调制信号310不同的幅度和相位延迟。图3中所示出的接收器206对电容性感测信号315的不同点进行采样以生成电容性感测测量结果。然而，在接收器206对电容性感测信号315a和315b进行采样的情况下，可以影响所测量的信号的量。例如，如果接收器206在由线405图示的时间对电容性感测信号315a和315采样，那么信号315a和315b不在其峰值处，并且因此，所测量的信号的量小于在电容性感测信号315a和315b处于其峰值时将在对应于线410和415的时间期间测量的量。
图表400图示了不同的电容性节点305可具有相对于经调制信号310的不同相位偏移。例如，可在一个发射器电极上驱动经调制信号310，所述发射器电极然后导致两个接收器电极上的电容性感测信号315a和315b。因为接收器电极可以具有不同的r、l、c值，所以电容性感测信号315a和315b相对于经调制信号310的相位偏移是不同的。此外，电容性节点305的r、l、c值可以基于例如温度波动而改变或漂移。理想地，接收器可在电容性感测信号315a和315b处于其局部最大值和最小值时识别相位偏移和样本。
图5是根据本文中描述的实施例的用于使用相移信号来生成电容性感测测量结果的方法500的流程图。为了清楚性，方法500中的框与图6并行地讨论，图6图示了根据本文中所描述的实施例的用于使用相移信号生成电容性感测测量结果的接收器206。
在框505处，接收器在第一时间段期间生成用于第一传感器电极的电容性感测信号的第一测量结果。尽管未在图6中示出，但是经调制信号在传感器电极（传感器电极605或发射器电极）上被驱动，这导致在采样器615处接收到的电容性感测信号315。采样器615从移相器620接收输入，移相器620可以延迟提供给接收器206的采样信号610的相位。在一个实施例中，采样信号610是在处理系统中生成的定时信号，其指示采样器615何时捕获电容性感测信号315的电容性感测测量结果（或样本）。
如果接收器206与电容性感测信号315同步，那么采样时间可与电容性感测信号315的峰值（最大值）和谷值（最小值）同步。然而，当执行接收器206不同步的连续解调时，采样信号610可以处于比电容性感测信号315更高的频率，使得采样器615捕获电容性感测信号315的波形的其它位置处的测量结果——即，不仅在峰值和谷值处。为了最大化信号的量，本文中的实施例提供用于对采样信号610进行相移的技术，使得采样器615生成对应于电容性感测信号315的最大幅度的测量结果。为此，接收器206（或处理系统中的其它电路或固件）计算经调制信号与电容性感测信号315之间的相位偏移，移相器620可使用所述相位偏移来使得在电容性感测信号315处于峰值和谷值时捕获未来测量结果。
在捕获电容性感测信号315的第一测量结果之后，处理系统在第一时间段期间相对于这些信号的相位将采样信号610或经调制信号相移九十度。在图6中所示出的示例中，一旦第一测量结果被捕获，移相器620就可以在第一时间段期间相对于采样信号610的相位将采样信号610相移九十度。可替换地，代替对采样信号610的相位进行移位，处理系统中的驱动器（如果正在执行跨电容性感测）或接收器206（如果执行绝对电容感测）可以在第一时间段期间相对于经调制信号的相位将经调制信号相移九十度。对经调制信号进行相移也使电容性感测信号315相移九十度。
在框515处，接收器206中的采样器615在第二时间段期间生成用于第一传感器电极605的电容性感测信号的第二测量结果。作为在框510处执行的相移的结果，第一和第二测量结果的相位隔着九十度的相位差。虽然方法500图示了使用两个不同时间段捕获第一和第二测量结果，但可通过使用两个不同接收器（两者均接收相同电容性感测信号315）而发生类似测量结果。在这种情况下，可以并行地获得第一和第二测量结果。然而，这样做可能需要加倍的硬件（例如，两个接收器而不是一个），这可能增加输入设备的成本。代替地，通过使用两个时间段，仅使用一个接收器206。只要第一和第二时间段取为接近在一起，那么传感器电极605的r、l、c值就基本上相同。
在一个实施例中，第一和第二时间段是相同电容性帧（或电容性图像）中的连续电容性感测突发。每个电容性感测突发可以包括用于为感测区中的电容性节点或传感器电极生成单个测量结果的经调制信号的预定数量的周期（例如，调制信号的五个周期）。在该示例中，在第一电容性感测突发期间捕获第一测量结果，而在下一后续感测突发期间捕获第二测量结果。可替换地，可以使用顺序电容性帧中的电容性感测突发来获得第一和第二测量结果。尽管这意味着第一和第二时间段被分离了更大的时间段，但是确定对应于传感器电极605的相位偏移的r、l、c值典型地在两个连续电容性帧之间基本上不改变。因此，第一和第二测量结果非常类似，但是具有九十度相位差。
电容性感测信号315的谐波可以表示如下：
等式1表示在信号的同相和异相（正交）部分中的电容性感测信号315的谐波。当同相部分处于其最大值时，正交部分处于其最小值，反之亦然。时间t可及时标示离散时刻（或连续时间），这取决于接收器206。此外，ωt表示用于对信号315进行采样的采样频率，而φ（i，t）是解调速率。因为用于不同电容性节点的不同电容性感测信号的φ（i，t）可以不同，所以耦合到节点的接收器可测量样本的不同幅度，这导致接收器的增益依赖于如图4中所图示的相位。
使用第一和第二测量结果，接收器206可以估计每个电容性感测信号i的实际值φ（i，t）并且因此测量全幅度a（i）。第一和第二测量结果（当在时间上取为接近时）提供同相和正交数据，因此以下假设为真：
因为传感器电极605的r、l、c值基本上不在第一和第二时间段之间改变，所以两个测量结果的φ值与等式2中所示出的相同。在等式3中，因为采样信号或经调制信号在采集第二测量结果时相移90度，所以减去两个时间段之间的φ值的改变是九十度——即，π/2。因此，可使用以下等式估计电容性感测信号315的全幅度
在该示例中，
在框520处，接收器260使用第一和第二测量结果来估计电容性感测信号315的峰值幅度处的测量结果。使用等式4，即使当电容性感测信号315的幅度处于最大值时采样器615不生成测量结果，第一和第二测量结果可以被处理以生成信号315的峰值幅度。换句话说，由于等式2和3中所示出的关系，接收器206可使用等式4生成测量结果，所述等式4是在采样器615已经捕获电容性感测信号315的峰值幅度处的测量结果的情况下本将获得的测量结果的估计。以此方式，接收器206（或处理系统中的其它逻辑）可对第一和第二测量结果执行后处理以确定对应于信号315的峰值幅度的测量结果。
图7是根据本文中描述的实施例的用于确定用于传感器电极的经调制信号与电容性感测信号之间的相位偏移的方法700的流程图。在此实施例中，方法700在已执行图5的框515之后开始，并且接收器206已经捕获具有九十度相位差的第一和第二测量结果。在另一实施例中，方法700可在框520之后开始，其中处理系统估计对应于电容性处理系统的峰值幅度的测量结果。
在框705处，接收器使用第一和第二测量结果来确定电容性感测信号与经调制信号之间的相位偏移以校准接收器以用于未来的电容性感测测量结果。如图6中所示出的那样，接收器206包括耦合到模数转换器（adc）625的输出的相位偏移模块630。例如，在采样器615测量第一和第二测量结果之后，adc625将这些测量结果的数字表示发射到相位偏移模块630以确定相位偏移。可以由处理系统使用adc625的输出来基于对电容性感测信号315的采样来确定输入对象的位置。
相位偏移模块630确定电容性感测信号315与经调制信号之间的相位偏移。也就是说，相位偏移模块630确定每个电容性感测信号315与相应的经调制信号之间的图4中所示出的相位偏移φ。因为驱动波形——即，经调制信号——的相位是已知的，所以可以使用以下等式来计算相位偏移：
在等式5中，
在框710处，接收器使用相位偏移来将采样信号相移，并且在第三时间段期间生成用于第一电极605的电容性感测信号的第三测量结果。例如，一旦相位偏移模块630确定用于后续电容性感测突发的相位偏移
在框715处，当生成电容性感测信号315的第四测量结果时，接收器高频振动相位以生成外推误差。如上文所提及的那样，每个电容性节点的r、l、c值可由于（例如）温度变化或因为输入对象接近于所述节点而漂移。改变r、l、c值改变了经调制信号与电容性感测信号之间的相位偏移。因此，在框710处确定的相位偏移可随时间变得陈旧或不准确，这意味着使用该相位偏移来控制何时采样器615对电容性感测信号315进行采样意味着测量结果不再与信号315中的峰值或谷值对准。处理相位偏移中的此漂移的一种方式是重复方法500，其中在两个连续突发或两个连续电容性帧期间捕获（具有九十度的相位差的）两个新测量结果。然而，这样做需要两个突发，这两个突发可以减慢或中断电容性感测。
代替地，通过高频振动相位，接收器可在偏移漂移时更新相位偏移，使得可避免（或至少延迟）重复方法500。在一个实施例中，当生成第四测量结果时，接收器206将相位εi（t）的小变化或高频振动引入到经调制信号或采样信号610。例如，移相器620可以将由相位偏移模块630提供的相位偏移改变1至5度以便高频振动相位。也就是说，接收器206有意地将非最佳相位偏移应用于生成外推误差的采样信号610。采样之间的高频振动量可以取决于相位偏移估计的精度而变化，相位偏移估计的精度可以通过比较测量的信号幅度来确定。在时间上较接近于在框705处确定的初始相位偏移计算，移相器620可使用较小高频振动参数（即，样本之间的较小范围和较小步长）。移相器620可使用较大高频振动参数（即，较大范围和较大步长）在时间上进一步远离初始相位偏移计算。
在生成第四测量结果之后，相位偏移模块630可以使用以下等式计算更新的相位偏移
高频振动函数εi（t）可以是具有对应于相位的可能外推的幅度的任何周期性的、对称的零均值函数。通过跟踪外推误差的历史，接收器可针对每个后续测量结果调整相位偏移并且计及经调制信号与电容性感测信号之间的相位偏移随时间的漂移。在框720处，接收器使用外推误差和高频振动历史来更新相位偏移。以此方式，当任何给定电容性节点的r、l、c值改变时，接收器206可延迟或避免必须重复图5中的方法500。
在另一实施例中，移相器620可依赖于高频振动相位以识别电容性感测信号与经调制信号之间的初始相位偏移。也就是说，代替如上所述捕获两个测量结果，移相器620可以捕获多个测量结果，同时将不同的相移应用于在零和九十度之间的经调制信号或采样信号，以确定相位偏移的初始估计。在该示例中的，方法500将不被使用。一旦识别初始相位偏移，移相器620就可以使用如在框715中所描述的较小相移来更新在多个样本上的电容性感测信号与经调制信号之间的相位偏移。
在框725处，接收器确定在框715处确定的相位改变是否超过阈值。也就是说，如果r、l、c值不显著改变，则高频振动远离其最佳值的相位偏移可能起作用。然而，如果这些值快速改变，则高频振动如上所述的相位可能不足以识别新的相位偏移。如果超过阈值，则方法700返回到图5的框505并重复方法500。也就是说，接收器206捕获具有九十度相位差的两个测量结果并且再次识别相位偏移。
然而，如果更新的相位偏移不超过阈值——即，相位偏移改变了小的量或者根本不改变——则方法700返回到框715，其中接收器206可以再次生成电容性感测信号的另一测量结果，同时高频振动相位偏移。而接收器206可以在每次感测到电容性节点时高频振动相位偏移，在另一实施例中，接收器206可针对一些电容性感测突发但不用于其它电容性感测突发来高频振动相位偏移。例如，接收器206可以在每隔采样器615捕获传感器电极605的测量结果时高频振动相位偏移。
在一个实施例中，接收器206可选择性地耦合到多个传感器电极。在这种情况下，相位偏移模块630可以针对每个不同的传感器电极计算相应的最佳相位偏移。因此，移相器620可取决于哪个传感器电极605当前正生成电容性感测信号315而将不同相移施加到采样信号610。相应的相位偏移（以及通过高频振动计算的更新的相位偏移）可被存储在处理系统中的接收器206中或其它地方。
呈现本文中所阐述的实施例和示例以便最好地解释根据本技术及其特定应用的实施例，并且由此使得本领域的技术人员能够制作及使用本技术。然而，本领域技术人员将认识到的是，前面的描述和示例只是为了说明和示例的目的而已经呈现。所阐述的描述并非旨在是穷尽性的或将本公开限制于所公开的精确形式。
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