触摸面板校准系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明除了其它之外还涉及在电极或电极阵列附近的导电体的电容性检测，诸如 在电容性触摸屏中所使用的电极或电极阵列。在实施例中，在一个电极和靠近它的手指或 笔之间创建要检测的电容器，使得第二电极可以被认为参考地。
【背景技术】
[0002] 电容性传感器阵列(诸如在电容性触摸屏中的那些）在现在的人机交互中是普遍 存在的。如图Ia和Ib中所描绘的，这样的装置可以被分组成两个主要的分支： ?差分(互）电容感测矩阵 这是在市场中被最多表现的技术。传感器阵列通常包括以行和列布置的电极矩阵以及 感测线到线电容的专用电路。当用户触摸屏幕(感测χ/y坐标)或靠近感测阵列到通常显著 地小于几毫米时，这些系统的性能可以是卓越的，但是它们随着面板和手指之间距离Z的 增加而迅速降级，使得这些传感器不能良好地适合于非触摸应用，比如悬停。 ?单端（自）电容感测矩阵 这些传感器包括个体像素阵列，个体像素测量对地绝对电容。它们组合在X、y和Z上 的卓越性能，从而允许非触摸或"3D"感测，以及在戴手套的手和触控笔的情况下表现得更 好，并且提供不受限的多点触摸感测。与先前的组相比，这些更高的性能以更复杂的面板和 传感器路由以及关联的电路为代价而得出。
[0003] 为了确保高性能，即为了减小由传感器和感测电路引入的误差，所有矩阵传感器 必须具有匹配的和准确的电容测量。在自电容阵列测量的情况下，当保证所有通道/传感 器之间一致的电容读数(相等的通道读数)以及绝对电容值测量时实现最好性能。特定先进 的测试和校准系统和方法必须被用来达到这些目的。
[0004] 已知系统通常试图在单个集成电路（IC)生产测试期间通过其自身来测试和校准 IC内部的给定电容敏感级(可能相对于已知外部参考电容)。这个操作是重要的并且既不提 供使不同级或不同IC之间传递函数相等的可能性，也不提供在应用中或在操作期间重新 校准或动态适配传递函数的可能性。
【发明内容】
[0005] 本发明提出了测试和校准电容性传感器阵列系统的新系统和方法。与现有技术相 比，该新系统和方法提供如下优点： ?不昂贵、低复杂性、灵活性 ?以不同级别测量和校准的能力： 。在集成电路（IC)生产测试期间；例如在自动测试装备（ATE)上 。在具有触摸屏模块的最终应用系统上原位 。在触摸屏使用期间"运行中"或动态地；例如，补偿环境改变(例如，温度、用户条件)。
[0006] 根据本发明，这些目标借助于所附权利要求的对象来完成。
【附图说明】
[0007] 在通过示例的方式给出并由附图图示的实施例的描述的帮助下，本发明将被更好 地理解，其中： 图Ia和Ib示意性地示出现有技术中已知的差分和单端电容性触敏装置的一般结构； 图2是理想电容到数字转换器（CDC)和具有偏置和增益变化的真实CDC的响应函数的 绘图； 图3示意性地图示本发明的读出系统的一方面； 图4示意性地图示包括划分在各组中的电容敏感电极的矩阵的触觉系统，每一组由独 立电路读取； 图5图示用于读取电容敏感电极的矩阵的几个电路的可能互连，其中每一个具有多个 CDC 级； 图6图示与图5的互连方案类似的、包括共享电容参考线的互连方案； 图7图示与图5和6的互连方案类似的、包括菊花链式电容参考线的互连方案； 图8示意性地示出包括用于测量浮置电容器的附加装置的电容敏感电路。
【具体实施方式】
[0008] 现在将参考图Ia和Ib来回顾与其它已知解决方案所共有的本发明的一些方面。 图1表示已知电容性触摸面板120,其包括电容性传感器125的矩形规则网格。在图示示例 中，该网格包括8个行，每行四个传感器，但是在大多数具体实现中，传感器的数量将显著 地更高。传感器125被插入在行线132和列线135之间，行线132和列线135连接到感测 电路160并分别连接到调制源90。导电对象60的靠近通过附近传感器电容的变化(通常为 减小）来检测。
[0009] 图Ib图示单端电容性传感器的可能实现。在这个实现中，电容性传感器是个体 像素128,其不是如先前示例中那样矩阵寻址，而是通过连接线139个体地连接到感测电路 161。电容性像素128相对于公共参考导体被偏置在固定电压，该公共参考导体可以被称 为浮置地参考，并且其由调制源90驱动，以使得电容感测电路可以读取每一个电容性'像 素'128和相邻导电体60 (例如手指)之间的电容。因为可以假设导电体60接地，或者处于 相对于地的固定电位，所以通过附近像素128的对地电容的增加来指示它的靠近。
[0010] 图3示意性地表示本发明的检测原理的一方面。感测像素128被沉积在合适的衬 底43上，衬底43可能为透明衬底，其在一面上具有感测像素128,并且在另一面上具有保 护电极120,如所表示的那样，并且被放置在IXD显示器40的上方。感测像素128被感测 线193个体地连接到相应CDC168的输入端子，为了简单，输入端子在这里仅由模拟输入级 的可能实现来表示。
[0011] 根据本发明的重要方面，⑶C168参考保护电极120的电位，并且它们的输入端子 与保护电极处于相同的电位，或者相对于其维持恒定电压。在所表示的示例中，CDC168具 有被配置为电荷放大器的输入级，但是其它部署也是可能的。由此，本发明的读出系统对像 素128和地电极120之间的电容48是相对不敏感的，并且对像素间电容(未表示)也是不敏 感的。当保护电极被调制源90激励时，CDC级168读取一信号，该信号与调制信号具有相 同形状，并且它的幅值是与每一个像素和附近导电体60之间的电容65成比例的第一近似 值，除了其它之外，该比例由每一级的反馈电容器166的值确定。
[0012] 本发明的一方面涉及包括CDC的电容性触敏装置，该CDC被布置成测量出现在其 输入处的电容并且把所测量的值作为数字代码递送。触敏装置的具体实现可以需要并行地 读取非常大量的电容敏感电极，并且为了这个目的，在单个集成电路中或在多个集成电路 中包括多个电容到数字级。电容到数字转换器通过测量输入端子处的调制电压的幅值来把 输入电容的值与参考电容(通常为芯片上的内部电容器）的值相比较。形式上，它可以通过 如下变换函数来表征： 其中：
【主权项】
1. 一种能够连接到电容性触摸面板的读出设备，包括一个或几个电容性读出集成电 路，每一个集成电路包括多个电容测量单元，所述电容测量单元被布置为提供表示电容性 触摸面板上电极的电容的信号，所述读出设备具有至少一个参考电容器，电容性读出集成 电路具有校准模式，在校准模式中，它们被布置为把所述参考电容器连接到电容测量单元 并校准它们的响应。
2. 根据前面权利要求所述的读出设备，其中电容性读出单元是电容到数字转换器。
3. 根据前面权利要求任一项所述的读出设备，其中所述参考电容器的值可以是变化 的。
4. 根据前面权利要求任一项所述的读出设备，包括多个电容性读出集成电路和至少一 个公共参考线，所述至少一个公共参考线允许不同读出电路中的电容测量单元与公共参考 电容器连接。
5. 根据前面权利要求任一项所述的读出设备，其中公共参考电容器不被包括在电容性 读出集成电路中。
6. 根据权利要求4所述的读出设备，其中公共参考电容器是读出电路的一个参考电容 器。
7. 根据前面权利要求任一项所述的读出设备，包括：连接到调制电压源和电容性触摸 面板的公共参考电极的保护电极。
8. 根据前面权利要求任一项所述的读出设备，包括：用于测量浮置模式中参考电容器 的电容的装置。
9. 根据前面权利要求任一项所述的读出设备，包括：用于通过利用确定电流把参考电 容器充电到确定值所需的时间来测量参考电容器的电容的装置。 1 〇. -种能够连接到电容性触摸面板的电容性读出集成电路，包括至少一个电容测量 单元以及至少一个参考电容器，所述电容测量单元被布置为提供表示电容性触摸面板上电 极的电容的信号，电容性读出电路具有校准模式，在校准模式中，它被布置为把所述参考电 容器连接到电容测量单元并校准它的响应。
11. 根据前面权利要求所述的电容性读出集成电路，包括用于通过公共参考线与其它 相同读出电路互连的端子，从而允许不同读出电路中的电容测量单元与公共参考电容器连 接。
12. 根据权利要求9或10中任一个所述的电容性读出集成电路，其中所述参考电容器 是可变的。
13. 根据权利要求9-11中任一个所述的电容性读出集成电路，包括：用于测量浮置模 式中参考电容器的电容的装置。
14. 根据权利要求9-12中任一个所述的电容性读出集成电路，包括：用于通过利用确 定电流把参考电容器充电到确定值所需的时间来测量参考电容器的电容的装置。
【专利摘要】一种用于电容性触摸面板（尤其针对单端电容感测矩阵）的读出系统，能够内部校准和相等化其电容到数字转换器（CDC）的响应。读出系统包括参考线，用于把不同子电路互连在一起，并且测量在公共参考电容器上不同电路中CDC的响应。
【IPC分类】G06F3-044
【公开号】CN104834418
【申请号】CN201510058068
【发明人】O.赖伊斯, P.蒙内伊
【申请人】商升特公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年2月4日
【公告号】EP2902888A1, US20150220209