专利名称:保护用于接近性检测的电荷转移电容传感器的方法和系统的制作方法
技术领域:
本发明一l^涉及电^i,并且更加特别地涉及利用转换的电荷转^t能 够检测可测量电容的體、系统和方法。
背景技术:
响应电荷、电流或电压的电割专^^/感观係统可以用于检测位置或接近性 (^t动^ffi或一^^似信息),并且一TO作计^m、个人数字助理(PDA)、 媒体播放机和记录器、电视激戈计算机、消费电子设备、蜂窝电话、投币式公用 电话、销售点终端、自动柜员机、公用电话亭等的输A^g。电W^i技术用在 例如用户输入按钮、滑动控制、滚动环、滚动带和其它鄉的输A^控制的应用 中。在这种应用中所《顿的一种鄉的电割专繊是按ffiM传繊,其可以用于 提供关于输入接近性或存在的信息。在这种应用中所使用的另一,的电割专感 器是触^fe传自,其可以用于掛共关于输入的信息,例如健、运动;和/鄉 1"^由(l-D传皿)、两^由(2-D传皿),多轴的类似信息。按MM传 ^!和触摸板传^l还可以任淑也被配置以樹共另外的信息,例如与输入相关联 的九,煞卖时间或电容率^i的一些 际。基于电容鰂岐术的1-D和2-D触摸 板传感器的实例在Trent等人的美国公布申请2004/0252109 Al和在1999年3月9 日授丰B合Gill邻ie等人的美国专利号5,880,411中有所描述。例如,在包括手持型 计穀几和笔记本型计穀几的电子系统的输A^置中容易发JjlS种l-D和2-D传感 器°用户 一般通过在位于输入^g之上或输入装置之中的一个或多个传 的繊E域中方爐繊动一个或多个指状物、触针和/或物体M:输A^g来操作电。 一旦载波信号施加至何以被检测的iiiu区嫩咲于繊u区购、wiy 束微的^fi信息(例如一个(或多个)隨、^&性、 一个(或多个)运动和/或 类似信息)相关,逸就会产生电容$赃。谢體信息可以又用于选择、移动、滚 动赚作显示屏上的文本、图形、指针、高亮部分称或樹可其^t示器的任意组 合。该位置信息还可以用于育嫩f顿户与接口相互作用,例如控制龍、调节亮 度、或实现ftf可其它的目的。尽管已乡矿 用了电割专 ,但是传li^设M仍继续寻找提高传自 的功能性禾嗷能的方式。尤其是,xf呈师继续争取^^寄生噪声对这种传繊的 劇向。例如,许多电割专麟当前都包括屏蔽繊U区域lt^不穀U外部噪声信号 和内部噪声信号影响的地平面^它结构。虽^E粗略直定电i^i:保持的地平面 和其它,的屏蔽可以有效地防止一些寄生噪声干扰传/i^作,但它们也可以 例如fflil增加寄生电容来减小传St^f摔鹏加寄生^她。因此,这种體的 性能决不是理想的。因此,希望掛共用于^ii也、有效i組髙效iiyt测可测量电容同时防止由寄 生噪声信号和/敏曾强^f摔产生的至^一些不利效应的系统和方法。而且,希望 仓犍一种可以禾佣容易获得的部州列如标准ic、鹏制器和无源部件实施的方案。 结合附图和前述的技术领嫩晴景駄,从随后的详细描述和所附的权利要求中,其它希望的特征和特性将^M而易见的。发明内容描^s样的方法、系统和,,用于在具有多个iii魄极和至H斜户电极(guarding electrode)的传麟中确定用于^fi性检测的可测量电容。电荷转移处理执行至少两次。电荷转移MI包^fU用第一开关将予I^电压施加到多个^f』电极中的至少一个,利用第二开关将第一户M施加到至户电极,共 雜多个感测电极中的至少一个种搶波电容之间的电荷,以及将不同于第H斜户 电压的第二保护电压施力倒至少一W斜户电极。在滤波电容上测量电压,测纖 目等于至少一次,以产4S少一个结果从而确定用于^fi性检测的可测量电容。利用这里描述的技术,保护电容检测方案可利用容易获得的部i鞭利地实 施,并且在感观峡施按钮、、樹央、光标控制、鋼户接口导航功能或招可其它功能附旨状物、触针或与电割专ii^相关的其它物体的健方面尤其有用。
在下文将结合以下附图描述本发明的^^方面,其中相同的附图梳M^相 同的元件,以及图1A是用于禾,具有保护的转换电荷转移技术检测电容的示范性技术的流程图;图1B ^括{^^户电路的示范性电^£传 的方±央图; 图1C是关于用于操作具有图1BM户电路的电^J5:传皿的示范性技术的 定时图;图2A-B ^M加到傲户电极的示范銜斜户信号的定时图。图3A-E是用于产生{尉户信号的{斜户电压的示范性电路的方块图;图4A-E是用于产生f斜户信号的f對户电压的示范性电路的更详细方块图;和图5是具有电子系统的^a传ii^装置的示意图。具体实M式以下详细描述本质上仅仅是示范性的且不是指限制本发明或本发明的应用 和使用。il^卜,不是指由前述的技术领域、背景、发明内容或以下详细描述中提 出的倒可 ^理论暗示所限制。根据各种示范性实施例,禾鹏两个或多傾关容易设计电^^测柳或测量电 路。而且,具有两个或多啊斜户电压的傲户信号可以禾'佣一个或多个另夕卜的开关 和一个或多个无源电子网络(其可以是简单的导线^ ^的网络)施加到《尉户电 极;这可以用于屏蔽传li^^t不进行不希望的电率給,由ltl^^传繊性能。在典型的实施中,执行电荷转移^ 复两次或多次。在电荷转移鹏中,禾胸 一个或多个开关将预定电压施加到可测量电容,并朋第二开关将第—斜户电压 施力倒保护电极,在无源网络中可测量电韵、搶波电糊享电荷并且将第二{斜户电压施加到f尉户电极。禾,这种电荷转移鹏,多^^加预定电压和相关的电荷共享会影响滤波电容上的电压。滤波电容上的M可以是te^搶波电容两端的电 压的电路节点处的电压。滤波电容上的电压也可以是i^波电容本身两端的电压。 电荷转移处理由此可以认为是在多7Ml行中将电荷粗略地"结合"至u滤波电容上以,滤搶波电容的"输出"电压。电荷转移处理可仅禾,开关和无源元件例如 电阻、电容和/或电感进行。 复电荷转移处理一次或多次之后,测量搶波电容 上的电压(其表示滤波电容上的电荷)。 一个或多个测量可以用于产生一个或多 个结果并确定可测量电容。滤波电容上电压的测量可以如翔每滤波电容上的电压 与阈值电压相比一样简单,鄉峒从滤波电WJI取电荷和测量电压多次的多步骤 模数转换一样复杂。利用这^&术,可以容易地设计離多检测指状物、触针^ 它物体的存在或接近性的电容附體传繊。另外,这里描述的傲户的M实施 例仅利用常规的开关机构(例如,控制體的信号管脚)和无源部件(例如,一 个或多个电容器、电阻、电感等)容易实施,而不需要增加赫和鋭性的害妙卜 的有源电子器件。这里描述的各种傲户技术可以4顿与电荷转移繊岐术类似的 部件和方法。与多Mit集成简单孝給,^f共了高效率实施的傲户。结果,禾, 容易可获得的且适度定价的制TO可在各种环境下便利可穀也实施这里描述的各 种保护方案(和如果希望的话 "方案),如以下更全面描述的。王赃参考图1A,示出了用于检测可测量电容的示范性技术800,其樹射對户 以屏蔽可观糧电割^t不进行不希望的电率舱。i妨法800 4顿转换的电荷转移 来检测可观糧电容,且尤其可应用至佣于物術體检测的电容的检测。该技术适 当地包括如下宽泛的步骤用电压傲户进行电荷转移鹏(步骤801)两次或多 次(如Mii^骤810重复)并选择性地测量搶波电容上的电压以产生结果(步骤 824) o电荷转移处理801包摘舒腚电M加到可测量电容上(步骤802)。然 后,将第一保护电压施加到《斜户电t肚(步骤804)。在预定电压施加到可测量 电容停止之前,tt^提供第一傲户电压。然后,由可测量电容和滤波电執享电 荷(步骤806)。在该上下文中的"共享"电荷指的是有源地转换以f給可测量 电容和滤波电容,有源地转,短IJ系统中的另H:也方,以另外的方式指引电荷的转 移,或il31静止或其它不駒无源地使电荷转移过阻抗。然后,将第二傲户电压 施加至U保护电极(步骤808)。第二傲户电压不同于第一傲户腿,并且tt^在 电荷共享基本结束之前施加到傲户电极。电荷转移处M于电荷转移处理总数中 至少两种性能重复至少一次(步骤810),并且可重复许多次。可以重复电荷转移Me滤波电容上的EMM:阈值电压,mM称,据任一其^S^案,M801执fi^页定次数。每当电荷转移^S执行时,掛共第一和第二傲户电压棘蔽 不希望的电f^。测量滤波电容上的电压以产生结果(步骤824)可以发生在招可时间,包括在电荷转移处理之前、之后和期间。另外,每7爐复,可以不测量滤波电容上的电压824,可以测量滤波电容上的电压824 —次或多次,以便测量结果数与执行 的电荷转移处理数可以是任意比,包括一比多、 一比一和多比一。当搶波电容上 的电压基本恒定时,1 测量搶波电容上的腿。在确定可测量电容的值时^顿 一个或多个测量结果。可以根据任意技术得到可观懂电容的值。在於实施例中, 基于i^波电容上的电压(其^^t波电容上的电荷)的测量、系统中已知部件的 值(例如,滤波电容)、以及电荷转移处理801被执行的次M6Sfi^i定。如 在前刚擬啲,执行鹏801的具体次数可根据预定值、根据与阈值腿奴的 、it波电容两端的电压、或如M的招可其它的因素来确定。可以按照需要重复步骤802-808和步骤824 (步骤810)。例如,在^fi传感 器实施中,对应于針感测电极的可测量电容一l^^确定多次。i^f共了确定 传離附近物体的接近性、以及^fi性的改变的能力,禾岫此便于棚户输入的 器件中4顿该鹏。由此,对于^^繊盹极可以以^^高的速率重复该鹏, 以育濒实现每秒进行可观糧电容的许多次确定。可以用任意方5^l行处理800。在針实施例中,fflil雜于数字存储器(例 如位于控制器内的或与控制器通信的存储器)、或樹可其它数字存储々颇(例如, 光盘繊盘、传输在载波上的调审赔号等)的软件或固#^行处理800。如上论 述的处理800和其^^争效物和衍生物也可以用^t的任意,的编程电路皿 它逻辑执行。施加第一和第二傲户电压的步骤可以用各种不同的技賴Q體实施。例如, 可以利用转换机构和无源部件(例如, 一个或多个电容器、电阻、电感等)樹共 傲户电压,而不需要增加鹏和鋭性的害妙隋源电子器件(尽管包括DAC和跟 随器这样的有源电子器件可以用于以低阻抗掛共恰当的保护电压)。现在最初参考图1B,示范性电^f专感器100适当地包括三个lii魄极112A-C 和一W尉户电极106。感则电极112A-C分别直接f給到开关116-C。 Iii盹极m画c还分别M:无源阻抗iosA-c直接与滤波电容("誠电容"或"集^^波器")110 (Cf)耦合。标出了滤波电容110直接率給到开关118。 {斜户电极106 耦合至抱括无渐對户网105和一^^或多付关114的〈尉户电压产生电路104。保 护电压产生电路104衛共适当的f尉户信号(Vg) 103。而且如图1B戶际的题嗨源101,新是电割专繊100的一部分且由电割专繊勤检测。尽管图1B示 出了一B虫针,f蹄U激源101可以是一个或多个指状物、触针、物体等。尽管图1B示出了传麟励的具体配置,f鹏该翻军的是可以有许多其它配置。电割专繊满的其它实施例可包括对于传ii^魏的任意M的繊魄极、保护电极、滤波电容、无源阻抗、开关、傲户电压产生电路和控帝藤。它们还可以是适舒传繊的任意比;例如,在如扭顿的繊仿案允许的多比一、 一比多、 一比一或多比多隨中,繊魄禾腿可丰給至惧有或没有无源阻抗的滤 波电容。应当注意,虽然图1B示出了所有利用控伟幡102的I/O实施的开关114、 116A-C和118,但这仅是一个示例性实施例,并且这些和其它开关可以用包括不 同于任何控制器的分立开关的各种不同體实施。作为另夕卜的实例,传/f^可使 用由单条导线或更复杂的电路网络构成的无源傲户网,^t传繊也可利用单个 开关或多^f关(其可包擬,控制器、多路复用器、辦,换器(DAC)等的 一个或多个IZO,因为^多路OT器或DAC都包括多"1^f关)樹共f尉户信号。 可以用多种方式^il开关以樹射尉户信号,包括关闭开关、打JW关或以其它一 些方式(例如,PWM和脉冲编码调制)启动它。因此,可以通过关闭开关以及 鹏打开开关施加电压,这取决于电路如何布置。也可^顿另外的模拟部件(例 如,用以缓冲无激尉户网105的输出)。lif魄极112A-C衛共可测量电容,其值标与刺激源101有关的电场的变 化。齡可测量电#[懐由电#{专麟100可检测的相关感则电极112A-C的有 效电容。在"乡树电容"检测方案中,可测量电割"WAlii魄纟蹈孫统的局部 接地的总有效电容。在"转移电容(tans-capacitance)"检测方案中,可测量电 割戈表感测电极与一个或多个驱动电&t间的总有效电容。由此,总有效电容可 以是相当复杂的,涉及如由传繊设计和工作环境定义的串联和并联的电容、电 阻和电感。然而,在许多情况下,可以简對莫拟来自输入的可测量电容作为与固 定的背景电容并联的小变化电容。为了确定可观糧电容,禾,任意M的开关U4、 116A《将适当的电压信号 施加给於电极106、 112A画C。在M实施例中,开关114、 116A"C0^J^作M: 控制器102 (其可以是微鹏器或任意其雄制器)控制。M31利用开关116A國C 施加恰当的信号,可以确定由电极112A-C (分别)显示的可测量电容。而且,通过利用开关114施加恰当的信号,可以产生魏的《尉户电压以产^^a招斜户电极106上的f尉户信号103,以在传麟100的工作期间屏蔽可观糧电割t^不受到不希望的噪声和其它寄生信号的影响。傲户电极106是肯,M/,施加的包括傲户信号103的f尉户腿的任意结构, 以防止与一个够个可测量电容的不希望的电容f給。尽管图1B示出了具有"梳 状"夕卜形的〈斜户电极106,但为了便于说明示出了这种外形,并且在如可应用于 传繊100的设计的任意,的等效实施例中,傲户电极106可以为倒可其它形 式^M^。例如,繊盹极112A-C可以以一些其它图魏置戯有一些其它形 状,并且f尉户电极106的^t可以被魏i飾置。f尉户电极106还可以在一组感 测电极的全部或部分周边的周围布线,以至少部分屏蔽该组不受环境的影响。保 护电极106可以輕少1分繊盹t版面布线以屏蔽它们不^i电极后面的 招可电子器件的影响。〈斜户电极106还可以在繊魄丰fe间布线以屏蔽它们不受彼此的影响。保护电极不需要延伸在繊魄l^间的^^S^全部的^i他极以衛^^用电平的f對户。例如,傲户电极106可以仅平行翻掩极112A《的一 部分,鋼入繊魄极112A-C的一些或全部。另外,如果4顿"转移电容"检 测方案,贝W尉户电极106可在任意区綱围布线,在该区域中f尉户电极106会干 扰感则电极112A-C禾口任意的驱动电丰fe间的电容率給,例如翻掩极112A-C和 驱动电fet间的一些区域。如下戶;fi兑明的,f對户电极106和可测量电容之间的电 容丰給可以经由开关114 ffi3M加^g的纟尉户电压控制。在图1B所示的示范性实施例中,ffil—个或多个电容器(例如任意itt的 分立电^H)^f共i^波电容110,以接t^人/ii魄极112A《转移的电荷。尽管所 选择的具鹏波电容值将从一个实施例到另一个实施例^变化的,但^t滤波电容iio的电容一般更大,或许比可测量电容的电容大仅一至两个M^,但经常 大几个数量级。例如,当可测量电容的希望働几个皮SM^等时,滤波电容 110可设计为几个毫微Sfcft^。然而,滤波电容110的实际值可变化,这取决^t寺定的实施例。尽管在图1B中示出了特定实例,但与i^户结合的电容感测的原理可以施加 在宽阵列的传麟结构100的两端。在图1B所示的示范性实施例中,^^繊魄 极112A-C,禾口由此^h相关的可测量电容,J131相关的无源阻抗108A-C率給到 共用滤波电容110。在合适的瞎况下,对于^^可测量电容,可选实施例可4顿多个滤波电容和m^E源阻抗。可选实施例还可共享多个可测量电容之间的无源阻抗称或滤波电容。当包括无源阻抗108A-C时,无源阻抗108A《一IM31—个或 多个非有源电子部件例如任意鄉的二极管、电容器、电感、电阻^f共。通常 设i"W^源阻抗108A-C具有足够大的阻抗以在可测量电容充电期间防止大量 电流^1A滤波电容110,如以下更全面描述的。在於实施例中,阻抗108A《可 以是一百千,,多的M^及,尽管其它实施例可利用很不同的阻抗值。然而, 再次,无源阻抗雨A《不需要雜于以其幼式实施电荷共享的所有实施例中。传感器100的操作适当地包括电荷转移处理和由使用一个或多个开关 116A-C、 118易于实现的测1M,同晰佣开关114施加〈對户信号103。再次, 尽管示出了禾,控审徵102的I/O实施开关114、 116A-C禾口/或118,但开关114、 116A-C禾口/或118可用任意,的分立开关、多路OT器、场^iS晶,称^ 它开关结构实施,fetb仅仅提出几个实例。可iMk,一些开关114、 116A"C、 118 可以用率給到控审蹯102的输出管脚^rA/^出(I/O)管脚的内部逻歸线路实 施,如图1B所示。如果4顿的话,这种I/O管脚还可以衛共输A^能和/鄉外 的开关。例如,开关118可以用腿接到或包含控制器102内的输入能力的I/O 119 实施。i^il入能力可用于直接或间掛也测量搶波电容110上的腿,并且包括多 路飾器、比较器、磁滞阀值、CMOS阈值淑莫数转换器。这样的I/O管脚一般 能够通过利用耦合到电源电压的内部开关可切换地应用一个或多个逻辑值和/或 "高阻抗"或"开路"值。逻辑值可以是任意魏的电压鹏它信号。例如,逻 辑"高"或"1" iM应于"高"电压(例如,5伏),逻辑"低"或"0" 应于相对"低的"电压(例如,局部系统接地,-5伏等)。选擬口施加的特定信 号可以从一个实施伊倒另一个实施例显著地变化,这取决刊寺定的控审藤102、 传li^配置和选择的感则方案。例如,电流源、上拉电阻^i^换器(DAC) 也可4顿 {共适当的电压,并且可以在控制器102的外部或内部。许多实施例的一馆点在于仅利用无源部件结合控伟'藤102可以容易实施很 通用的电割专麟100,控律幡102是由一个或多个鹏律職、数對言号鹏器、 微处理器、可编程逻辑阵列、集成电路、其,制电路等的任意组合构成的常规 数雜伟幡。许多这鹏审徵产品容易从包括亚利桑那州的Mcrochip Technologies of Chandler;德克萨斯j、H的Freescale Semiconductor of Austin;和德克萨斯少H的Texas Instruments ofRichardson等的^h商业源获得。控制器102可以包含数字存储器(例 如,静态、动态或快闪随丰赌取存储器),其可以用于存储用于这里包含的各种电割专離的执行各种电荷转移^S禾M)^刑糊的繊和指令。在於实施例操作期间,需要在传麟100的操作期间发生的仅在lii掩极112A《和它们相关 的可测量电容上的电 包含开关114、 116A-C和118的操作;这种操作可响应 包含在控伟'J^102内的隨、软件、固件戯创旨令而发生。电荷转移M,其一腿复两次顿多次,适当地包舒佣第一开^E加预定电压(例如电源电压、电池电压、iM^辑信号)以给可应用的可测量电容充电,然后在适当的情况下无源^w源地允许可应用的可观懂电粘任意搶波电容(例如lio)共享电荷。无源共享可以由电荷转移ffl31阻抗例如电阻实现,有源 共享可以M^繊开关而实现,该开关将可应用可测量电容率給至隨当滤波电容。预定电ffil常是单K宜的电压,例如电源Effi、电池电压、数字逻辑电平、由电流源驱动的电阻、这些电压中任一个的分隔^^文大形式等。予M电压值一般是已知的,并且一般保持不变;然而,都不需要^&种情况,只要予,电压与可 应用i^波电容(例如110)上的测量电压保持比率量度(mtiometric)。例如,电 容感测方案可以包含复位滤波电容到复位电压,以及还包含ilil比较滤波电容一 侧上的电压(相比复位电压)与阈值电压(也相比于复位电压)测量滤波电容上 的电压。禾,这种感测方案,预定电压和复位电压之间的差,以及阈值电压和复 位电压之间的差,应保持^(相互成比例,执行电荷转移M的平均会导致确定 可测量电容。由此,由于棚于确定可测量电容的电荷转移^bS执行期间从可测 量电容到滤波电容共享的电荷,所以用于测量搶波电容上电压变化的阈值将与滤 波电容上的电压变化成比例。尤其是,在预定电压为Vdd且复位iJl为GND的瞎 况下,阈值电JM"于CMOS输入阈值可以是比率離的,例如(l/2)nV4rGND)。 图1B中所示的实例可以以如由图1C所示的方式工作。在由图1B《所示的 实施例中,^f关116A-C施加具有"充^E冲"201的予腕电压,相比阻抗 108A-C与滤波电容110的RC时间常数,该"充电脉冲"201 —般具有相对短的 周肌并且相比阻抗108A-C与其相关可测量电容的RC时间常数, 具有相对 短的周期。这傲雜电荷转移鹏期间添加到滤波电容IIO的电荷主要来自存储 在有丽观懂电容上的并且与滤波电容110共享的电荷,^>来自^^加予腚电 压期间通过相关阻抗(例如108A-C)流动的电流。这有助于防ih31多的电M5! 阻抗108A-C泄露。如图1C戶际,^M加予跪电Et前,齡充^M冲201另外 提供"相反的""放电电压"(具有与预定电压相反的幅度的电压)的相对简短的持续时间。放电电压能彬雜电荷转移M期间M)1阻抗108A"C泄露的倒可 电流;这并不是所有实施例中需要的ffiM寺征。在一个执行中或多个执行之间的 预定电压中可以〗顿不只一个秘电平,并且舰于相反的腿也适用。然而, 在许多瞎况下预定电压和相反腿(如果l顿的话)具有基杯变的电压。以下i爐描述了用一刊尉户电极(例如106)、 一个可观糧电容(例如,与 感则电极112A-C相关)、 一个滤波电容110和通常一^S源卩職(例如,108A-C) 的操作。这是为了说明清楚,并鹏该働都勺是,多个可测量电容、无源阻抗和 滤波电容可以包括在系统中,并且它们可以串联(时间J^少部分^^全浙) 或并联(时间JiS少部分麟全驢)工作。在将预定电压施加至可测量电容之后,允许可观糧电容与滤波电,享电 荷。为了允许可观糧电餅享电荷,除了停ihM加预定电压和中断足够的时间使 电荷无源转移之外不需對if可操作。在於实施例中,中断时间可相对短(例如, 如果滤波电容直接连接到与小电阻串联的可测量电容的话),或会出现一些延迟 时间(例如,电荷转移M31与可测量电容、滤波电容和参考电压串联的较大的电 阻)。在其它实施例中,允许电荷转移可包含停雄加職电压和有源地綱一 个或多个与控制翻关的开关以孝給可测量电容和滤波电容,称^S行魏的其 顿作。例如,禾鹏"西格马-德耳塔"技术在其它实施例中会出现与滤波电麟 享的电荷;例如在滤波电容经由可观糧电容充电并由"德耳塔"电容(未示出)放电的处理中,反之亦然。作为另一实例,Mr鹏f給且去耦合可测量电韵滤波电容或者耦合且去耦合滤波电,电源电压的开关(*^出)会出现与滤波电麟享的电荷。在这样的实施例中,可TO^例如如图1B所示的108A《所示 的阻抗,可增加无源^W源元件,禾口/鄉口适当的由无源^W源元州戈替。其中禾,一个或多个有源部件(例如,Mii有源打开麟闭开关)会出现可 领糧电容和滤波电容之间共享电荷的电荷转移处理,清楚i條明与有源部件的这 些漏共享周期的开始和结束。同样,其中ffl3iM开短低P鹏参考电压,可 观糧电容直接连接到溏波电容^则且率眙到滤波电容另~{则的电荷转移 ,也 清楚地表明了共享周期的开始和结束。相反,无源共享电荷的电荷转移鹏具有 不太清楚的电荷共享周期表示。在无源共享电荷的系统中,认为电荷共享周期在 施加预定电压终止时开始;电荷共享周期必须在随后的充ffeJi:冲开始(随后执行 电荷转移处理)时或之前以及在滤波电容复位时^t前结束(如果4OT复^立并且表明一组电荷转移处理的结束)。共享周期可在随后的充电脉冲之前和在樹可复 位之前结束,因为电流流动在电压足够相似使得可忽略的电荷在可测量电容和滤 波电容之间共享时有效地停止;这^^M^够的时间同时可测量电容和滤波电容 相互耦合的情况。然而,即使在随后的充电脉冲或复位信号之前腿不是基科目等,电荷共享仍在充电脉冲^m位信号开始时结束。这是因为在搶波电容一直耦合到可观糧电容的无源共享系统中(例如在图1B的传繊100中),施加充电脉冲或复位信号影响可观懂电容和媳波电容之间的倒可电荷共享。充电脉冲或复位 信号的低阻抗路径指的是与滤波电額享的可测量电容上的招可电荷可以忽略直至移除低阻抗源。可在适合于所使用的传感器配置和感测方案的电荷转移处理的任意点进行测量处理,并且测量处理盼性能数与适舒所4柳的传ii^配置和繊仿案的电荷转移处理的性能可以是任意比。例如,测量鹏可在可测量电容和滤波电容之 间共享电荷使滤波电容上的电压位于离i^某些百分点内之后进行,或测a^b 理可在每次进行电荷转移鹏时进行。相反,^g加予跪电压时可进行测fi^a (如果滤波电容洽当地防止在那时与可观糧电容电荷共享)。可舰于一组多次 重复的电荷转移处繊行测ms,或仅在多 复已魏生之后进行测 理。 滤波电容上电压的测量可以如同将滤波电容上的电压与阈值电压相比一样简单 (例如在"西格马-德耳塔"方案中),或如同多步骤模数转换一样錢(例如当 进行已知数量的电荷转移鹏且然后滤波电容上的电压读作多位值时)。例如在 振荡器或滤波电容上的电压在低和高阈值之间驱动的其它双斜坡翻係统中,以及在《顿多阈值测量滤波电容上的电压的多位ADC中,也可以4顿多阈值。可以进行一个或多个测量,并且如果魏的话就存储,以确定可应用的可观糧电容。可以在多篇文献中,在美国专利号5,730,165、 6,466,036和6,323,846中以及 在2006年6月3日由David Ely等人申请的标题为Methods and Systems for Detecting a Capacitance Using Switched Charge Transfer techniques禾口 2006年6月3日由Kirk Hargreaves等人的Methods and Systems for Detecting a Capacitance Using Sigma-Delta Measurement Techniques的美国专利申请中,找至l佚T^寺定电Wi仿案的更多细节。再有,在其它实施例中特定的电^ii岐賴n传/i^构100可显著地变化。没有ffi可屏蔽或傲户的系统会戣杯境的影响。因此,如在先前戶腿的,许 多电割专S^包掛也平面離蔽繊!J区跡数卜部和内部噪声信号影响的其它结构。然而,地平面和保持在大约恒定电压下的其它类型的屏蔽决不是理想的,它 们会增加寄生电容(或其它寄生阻抗和相关的电荷泄露)的效应 小^11率或 动态范围。相反,驱动的低阻抗《尉户可以ll^^似的屏蔽,而不会显著增加寄生 电容的效应或减小^f摔。这是在执行导致确定可测量电容的电荷转移鹏的过程期间ffli!M^穿过与任獻斜户电极有关的扭可寄生电容转移至iJ招可滤波电容上的电荷进行的。保护的电压可以通过使用来自电荷转移M的输出提供,与f斜户 的电压类似。可以提供繊出作为傲户具剤氐阻抗的多个繊"鹏的缓冲器域其它跟随器电路)的输入。可i&i也,这對斜户电腿可以M:利用《尉户-电荷转移 处理(为了i尉户目的执行的鹏)直^JIf共,该傲户-电荷转移鹏固有:feWf射氐阻抗的保护信号以便不需要另外的缓沐该傲户电荷转移鹏还能与用于翻舰用的电荷转移M类似,但并不需要。一般的电荷转移感则方ma行电荷转移处理多次(经常是几百次鞭多)以 产生用于确定可观懂电容的测量。导致用于一个确定的观糧的该组电荷转移处理在实施例之间变化。作为四个实例,该纟M于充电到阈值的系统可以在复位态和最终的阈值态之间;该组对于执行一组多个的电荷转移M并读取一个或多个多 位电压输出的系统可以在初始态和最终的读取态之间;该乡腕于双斜面或振荡器 系统可以招氐和高阈值之间;该会腕于西格马-德耳塔系^i可以^i(字滤波器的 釆样长度。iMa电荷转移M限定了考虑总i斜户 她的组,或"执行电荷转移处 理的过程会导致可测量电容的确定"。为了减少在执行导致确定可测量电容的电荷转移M的过程期间M31与保 护电极有关的寄生电容转移到滤波电容上的净电荷,可以施加具有适当保护电压 的4尉户信号。预定的充电电臓加到可观糧电容会擀卖一些时间,且在该t機结 束之前,与该预定电压相似的第H斜户电压可以施加至隨当的f尉户电极。由于预 定电压一般是非常恒定的,所以第"f尉户电压一般可以是单一的大约恒定的腿。 然后,在可观糧电容和相关的滤波电容之间共享所有电荷之前(即,在电荷共享 结束之前),施加到保护电极的傲户信号可鹏U与相关滤波电容上的^E类似 的第二保护电压。再有,尽管在该i爐中^f顿了单数,但可以包含任意M的保 护电极、可测量电容、阻抗、繊电容等。在图1B所示的实施例中,在低阻m&i:^f共f尉户电极106,在繊拠理 期间组成^ 户信号103的j斜户tti!M少概略地^^有源电极(例如112A《)上的电压。如果施加相当恒定的预定电ffi^充电可测量电容,贝赃^t加预定电压 之ffM加到i尉户电极106的傲户信号103可以包括与该预定^E相似的单一电压。然后,在滤波电容iio与可测量电容之间的电荷转移结m^前(即,在共享周期结赵前),施加到f斜户电极106的f斜户信号103可改数U与滤波电容110上的 腿相似的傲户电压。如剩尉户信号103改数l底电荷共享期间是基本恒定电压 的第二傲户电压并且多7Ml行电荷转移鹏,贝何以^fi似滤波电容110上的电 压所M的腿。当在《對户信号103中j顿分立腿时该近似题当的,因为滤 波电容110上的电压在共享期间禾口在电荷转移处驢复之间改变。例如,施加到 傲户电极106的{斜户信号103的i對户电压在可测量电容充电期间可i體到预定电 压,然后从预定电压改变到魏的阈值电压(Vth)和相关滤波电容110上的复位 后电压之间的电压,以洶沙电荷的,移。f尉户电极电压和繊魄极电iKi司的 倒可DC偏移不会影响电容率給的j斜户的有效性,因为相似的腿摆幅(即,电 压的相似变化) 一般比施加的实际电压大,确保有效的^對户。{斜户信号(Vg) 103的f尉户顿可用任意的方芽生。即使图1B《中戶标 的实施例描述了由启动开关114施加电源电压的I/O产生的^J户信号103,应该理 解的是也可以是许多其它的实施例。例如,用于《尉户信号103的可选源,除了数 字I/0之外,可包含分立开关、多路OTl运算放大器(OP-AMP)、跟随器或 ADC,禾,电流和/或电压源,并且可与实施电荷转移处理的控制器隔开。另外, 在各种等效实施例中还可以^OT辦幾封奂器、脉宽调审藤^^产對斜户信号103。 另外,可以施加不同于由电荷转移M4顿的宽范围电压。例如,用于f斜户信号 103的电压源(如剰顿EU1源,而不是电 滅一些其它源),甚至i尉户信号103 的{斜户电压本身,可超出由预定电压和滤波电容复位电压限定的范围。还要明白, 在具有多刊斜户电极106的系统中f顿一个鄉^f斜户信号。另外,当翻!)电极 处于不翻于^ii啲"无源的"时,可{顿翻魄极作为{斜户电极。在图1B-C所示的实施例中,!斜户电极106连接至隨当的{斜户电压产生电路 104。 4斜户电压产生电路104适当地包括一个或多傾关114,其实施为控制器102 的I/O。尽管以下描述了j斜户腿产生电路104的特定实例(例如,结合图3A-E 和4A-E),但电路104是肯激响应由开关114施加的信号在f斜户电极106上产生 两个或多个不同值电压的任意M的电路。在M实施例中,电路104的无源保 护网105用包括一个或多个常规的电阻、电感和/或电容器的常规无源阻抗电路(例如电压或阻抗驱动电路)实施。示出了无源^J户网105直^^至帷 100中 的^^户电极106;在其它实现中,开关、跟随器g它元件可^f其间。在一个实施例中,傲户信号103包括^fi^于与电荷转移处理有关的舰的 电压。{斜户信号103包括^fiM加到任意"有源的"li^则电极的预定电压以在充 电周期期间(例如,与可测量电蹄关的一个或多个感则电极112A《)乡蛇们充 电的",充电的电压"。i尉户信号103还包^a以等于在允许电荷共享时在共 享周期期间与滤波电容110共享的任意"有源的"敏则电极有关的电压的"微 共享电压"。在该实施例中,傲户信号103 ^M加予腚电压结^t前(即,在充 电周期结束之前)开鄉^^充电Effi施加到^(對户电极106。 g^充电电ffi^可 以在其它时间施加,例如 ^充电周期期间^充电周期的其它部分期间。何 时施加接近充电电压是有灵活性,由于御卩个周期期间驱动有源的繊U电极(例 如,112A-C),并且可以忽略榭斜户电极106耦合到有源感则电极的寄生电容的 影响。在任意有源翻魄极(例如,112A-C)与有关的滤波电容110之间共享电 荷结敕前,傲户信号103改变以开鄉^^共享电M加到傲户电极106。与 施加接近充电电压类似,何时开始施加^a共享Effi是有灵活性的。例如,当允 许电荷在有源的感则电极(例如112A-C)之间或仅在该周期结束P^5共享时可以 在该周期的,持续时间期间施加^5共享电压。为了倒尉户有效,当施加这两 个接近的保护电压时,一IS^樹共相对低的阻抗。然而,当不施加这两1M對户电 压时,该保护不必一直用低阻抗驱动,尽管可^H乍为保护的有效性。可以以许多不同的方式补充或修改以上描述的和图1B所示的TO传殿細 保护方案。在於实施例中,包括的电容(未示出)可以包括在f斜户腿产生电 路104中以临时存储从与翻魄极112A"C有关的^Niiilit移除的电荷。在 随后的操作期间该电荷^M回至iJ^S的,^it (一般回到电极112A-C本身)。 所述的另一种方式,Mil将所包括的电容上的电荷^f在相对恒定值(例如,通 过利用开关114施加电信号),可以减小在滤波电容110和包括的电容之间共享 的电荷ilil^i电极112A-C的净量。一般,设计包括的电容相比感则电极U2A《和傲户电极106之间{斜户电容的具体总电容更大(至A一个M^^m大),并舰常比有关的滤波电容110大。在这种实施例中,低阻撤尉户信号103由于包 括的电容更大而相对免受与繊他极112A《和任意其它电极f給的影响。结果, 如果感测方案有保证,则单个保护电极106可用于有效地屏蔽多个感测电极112A-C不受不希望的内部和外部的孝給,包括从一个繊UfflffiU另一个繊U鹏的耦合。如所示的,甚至当用于产生f對户电压的开對丁开时,傲户信号103也可 以是低阻抗和有效的。除了这里描述的那些,也可进^i午多其它增强^^。例 如,如果i織出是高阻抗的,贝iJ傲户电压产生电路腦的输出可有鄉"t^^以提 供对多个,魄极的{斜户。参考图1C,示出了示范性的定时方案150,其适舒禾偶电荷转移繊啲"切 换RC时间常数"的方式操作图1B的传感器100。图1C所示的具体定啦案150 主要应用至ij繊魄极112A的可测量电容的感则。可执行相似的雌以须糧与感 测电极112B-C的可测量电雜关的电I肚的电荷。应当注意,在^^可观懂电容共享共同的滤波电容iio盼清况下,与激则电极有关的/i^M—働'Hmti^作并M于该特定实例不是同时的。然而,并行操作可以在等效实施例中进行,例 如在齡可观懂电繊供有其自己的滤波电容110,或例如编码或频率调律U序列 施加到了對虫的翻U鹏的实施例中。在定时方案150中示出的"切换的RC时间常数"繊^bS 月间,与翻U电 极112A有关的可测量电容利用开关116A ^f贿充电EffiM:冲201 。在该实施例 中,开关116A禾,控制器102的数字I/O实施。由于数字I/0—般掛共逻辑高和 低电压(例如,Vdd和GND),所以施加具有预定电压Vdd的电荷电ffiJt冲很简 单。在樹共充^Mc冲201之间,允许与驄盹极112A有关的可测量电容经由无 源阻抗108A放电至ij滤波电容110。 i^lil Vx 117A (在率贻到开关116A的节点 舰应于与lii!电极112A有关的可观糧电容上的电压)和Vf115 (在率給到I/0 119的节点m应于i^波电容110上的电压)的电] 示出。当在充电周期期 间施加预定电压时Vxll7A升高至顾定腿(例如,V必),然后当可测量电容放 电到滤波电容110中时在电荷共享周期期间随着由与繊魄极112A和无源阻抗 雨A相关的可测量电容定义的时间常数而斷氏。同时,随着被与繊魄极112A 有关的可观懂电^E共享周期期间充电,滤波电容110上的腿慢慢增加。在共 享周期期间,Vxll7A和VFll5舰同一值,因为两个各自的电^t共享电荷。 在多数实施例中,共享周期将,得足够长以^^吏Vx 117A和VF 115共享足够 的电荷以便它们在共享周期结束时基耕瞷。这会使该系纟树定时变化不太敏感。在前面的共享周期和随后的充电周期之间,糊壬选的"电流^m"电压施加 到可测量电容。控制"电流抵消"电压的定时以i^人滤波电容110移除的"寄生"电荷的m乎等于在充电周期期间ffil无源阻抗108A加至U滤波电容110的"寄生"电荷的量,并且在与搶波电容iio共享之前可测量电容仍留顿当的充电电压处。X寸于无源阻抗108A这允许较小的值,并允许总体上更决的时间常数,而不会改顿测量电容电荷定时需求。掛共开关118的控伟'藤102的输A/ll出管脚119还测量了滤波电容上的电压 115。 I/O 119 ^Si也包含^i接到比较器(其是可以用于掛射言号位模数转换的 —疆化器)、施密牛就贩器、CMOS阀值、禾口/離开关118打开时倉,测量各 个时间(例如202A-C)的电压Vp 115的多位模数转换器部件。当比较器用于测量电压115时,VTH可以概略等于高和fg^辑值之间的中点以简化该系统。Vth大概是具有简单的示范性CMOS阈值的高和^ig辑值之间的中点。在图1C所示的具体实施例中,与翻魄极112A有关的可测量电WI皮充电和 放MM滤波电容110上的电压VF 115皿与IZO 119有关的阈值电压Vm。当 1/0119繊则到Bilil阈值电压Vth (由点202C标)时,禾,1/0119的开关118 ^f共复位信号203。开关118施加复位信号203,在电压VFll5^阈值电压Vra 之后,复位包含在滤波电容110上的电荷。图1C示出了紧接在共享周期之后和仅 在电荷转移处理的一些重复已经发生之后开始(在复位滤波电容110之后)"读 取"I/0 119,来测量搶波电容110上的电压。然而,如早先i被的,雜其它定 时和频率选择用于测量搶波电容110上的电压并且在这里是予鹏月的。例如,在电 压VF 115皿阈值电压Vth之后,可以进行另外的电荷转移^i和/^S行另外的il^跟宗AM加复位信号203 ;EM滤波电容110上的电Jffl31阈值电压Vth 进行的多次电荷转移循环,可以有效地确定可观糧电容。也就是说,产生搶波电 容110上的已知电荷量(例如,如由超UVTH的滤波电容的测量节点处的iJ1^ 示的)进行的电荷转移舰的重織可以有效地关联可测量电容的实际电容。同 样,发生许多次电荷转移鹏的振荡数^^波电容UO的复位也可以用于确定可图1B-C所示的实施例示出了复位信号203,通过,将开关118 f給到局部 系统接地的滤波电容110的节点上的电压复位滤波电容110,以便将滤波电容的两侧,为接地。响应于复位信号203,这可以在下降到VRESET的l^VFll5中发现。在其它实施例中,滤波电容110的复位可以用多种方^L并且可利用的选择取决于传^^配置和戶,的Si仿案。在M实施例中,可以使用复位信 号203将滤波电容110的11」,^t波电容110两端的电压,^g到适合SiU的 飽的复位腿。滤波电容110的复位也可以fflii将滤波电容110的Hh的开 关简单孝給至iJ^S的电源电rae完成。可iMk,在it波电容iio的两侧M31开关 控制的情况下,通过在滤波电容iio两侧JJi加已知电压,滤波电容iio上的电 压可复位至顾定值。另外,滤波电容iio可以包括电容器网,来代替单一电容器,并且该网中的針电容器可复位至iJ不同的电压并Mil—个或多賴幾制,以 便复位滤波电容110可涉及打开和关闭大量开关。可周期性地、非周斯性地、或以其幼式掛共复位信号203,禾口/離一些实 施例中根杯掛共复位信号203以"复位"传離。然而,这样的系统仍显示出 认为是用于f斜户目的的"复位电压"。例如,禾,RC网的其它实施例不具有用 于相关搶波电容的有源复位的开关118 (示于图1B中)的等效物。这种系统可以 代替地允许相关滤波电容上的电压以i!31允许电荷转移ffl31无源阻l)l^够量的时 间接近认为是用于保护目的的"复位电压"。作为另一实例,禾,振荡器^XI斗 坡转换的一些实施例利用交替的"充电"和"放电"电荷转移处理mi:和下阈 值,并且根本不必复位;在这样的情况下,上或下阈值中之一或二者都认为是用于傲户目的的"复位电压"。第三实例包括用于电W/ii啲西格马-德耳塔处理,其中西格马德耳塔量化器的输出大约傲寺在反馈阈值上,并且该反馈阈值认为是 用于保护目的的"复位电压"。这,是其它系统的几个实例,其{條统没有被 有源地复位,或甚至实际上复位,但仍显示出认为是用于傲户目的的"复位电压"。同样,预定的充电电腿可改顿刊寺定的繊係统,但该系统仍显示出认 为是用于保护目的的"预定充电腿"。例如,禾,"充电"和"放电"循环的 实施例可具有两个或多个产生相对电荷转移的予I^充电M。在这些斷兄下,"充 电"预定充电电压和"放电"预定充电电压可以用于定义傲户信号103。在於实施例中,"阈值"电压由滤波电容上的A/D测量的腿(或f^^滤 波电容上的电压)或合适确定的任意其它fe!l^代替。ffli^跟宇、电荷转移重复的数目和/^s舒iraiii仿案的滤波电容上的最终电压,可以确定从可测量电容转移至鹏波电容的电荷量。该电荷飘应于可测量电容的值。贿,可选实施例 可利用其它的电荷转移方案,包括任獻中类的西格马-德耳塔鹏,由此滤波电容 no经由可测量电容充电以iaffil阻抗(标出)的"德尔塔"电荷放电,■亦然等等。雜有效的傲户信号103的许多选择,并且四个这种选择由纖204 (Vgo)、205 (VG1) 、 206 (VG2)和208 (VG3)舒图2A中。M204示出了 "传離 匹配"选择。在施加预定电压步骤和禾,转换的时间常f^术的传自的电荷转 移处理的电荷共享步骤期间,该"传 匹配"i^f可以用于倒尉户电极(例如 106)上的电压与可测量电容上的预期腿(例如,繊掩极112A上的腿Vx 117A)匹配。鹏205示出了另一 "传離匹配"选择,其可以用于^EM加预定 电压步骤和禾,具有小的或可忽略的时间常数的切换电WS术的系统的电荷转移 处理的电荷共享步骤期间匹配可测量电容上的期望电压。纖206示出了对于电 荷转移处理的^h重复可以用于,可测量电容上的期望电压的"切换电压分配 器"选择。M208示出了 "脉冲编码调制"信号,其可以用于在电荷转移处理 的多^#1行中舰可观糧电容上的期望电压。如由纖208戶标的,脉冲编码调 制的影响尉尉户信号103的傲户电压不随着电荷转移鹏的每7M^f^度,但仍 跟随着图案。应该理解的是,可同步^^對ikit行多种鄉的电荷转移M。例如,可使 用多个类似的电荷转移鹏,以同时或遊卖地确定多个可观糧电容。还可同时使 用多个类似的电荷转移处理以在总体J^t于更精确的确定,获得相同可测量电容的多个确定。还可使用实际上彼ityt略相对的电荷转移M以实,,的测量 方案。例如,第一电荷转移,可用于充电^f波电容,第二电荷转移M可用于放电同一^M电容; 一次或多次测量可在滤波电容的充电和放电期间进行并OT 于确定可测量电容的值。具有这种充电和放电方^&M^环境改变的影响方面是 有用的。斜中鄉的电荷转移鹏(具有相关的傲户电压)还可以用于增劍尉户的效 果。例如,脉冲编码调制可以认为是多种鄉的电荷转移处理(和相关的i斜户电 压)的叠加。脉冲编码调制由此可以认为是以特定的)l,重复一种、两种或多种 鄉的电荷转移处理(和相关的f斜户电压)。这些不同鄉的电荷转移鹏(和 相关的保护电压)可以应用相同的 I^电压并且使用相同的部件,但可涉及不同 的保护信号。例如,第一电荷转移舰(和相关的傲户电压)可以包含第一傲户 电压和不同于第一保护电压的第二傲户电压,而第二电荷转移舰(和相关的保护电压)可以包含第三i尉户电压和第四f斜户腿。在该实例中,第三i尉户腿可以与第一保护电压麟二傲户电股瞷。同样,第四傲户腿可以与第一傲户电 压鄉二保护电压相同。而且,第三f斜户电压和第四《斜户电压可以相同跡同。 保护电压的定时和值可 ^^^尉户可应用的,魄极的平均{尉户电压摆巾繊定。对于图1B-C所示的实施例,对于傲户信号103以纖204 (Vgq)示出的选 择可以足跟宇、可观糧电容上的秘以帮助防止净电荷由于f斜户电雜滤波电容110 上得到或丢失。由M204示出的这种"传繊匹配"傲户信号显示出對辦, 例如图1B-C中描述的"切换时间常数"繊岐术由传麟中的有源繊!l电极(例 如112A《)显示出的电压的电压。例如,可以隨由鹏204所示的i對户信号选 择为与图lC所示的^i电极112A有关的可观懂电容的电压Vxll7A戶稀望的电 压^(相同(例如iMil择图4A中电容408与电容404的比类似于图1B中与感 测电极112A有关的可观懂电容与滤波电容110的比)。傲户信号103的第一保 护电压^fi:充^E冲201的电压,而随着与由Vxll7A显示出的對喊比其更决 的时间常数,傲户信号103的第二傲户^JEt减到与VFll5类似的电压。傲户信 号103的第二{尉户电压还 1行电荷转移处理时变化,以便在电荷转移鹏的那 ^l行期间具有,与Vx 117A有关的升高的总体升高(以及电荷转移^bS执行 的第二傲户电压的该变化率可以认为是该系统的另一时间常数)。由迹线204示 出的傲户信号选择可以禾,与由传麟腦执行电荷转移处SM顿的电路相似的电路或舰与其它电荷激则电路相似的其它电路产生。3M:鹏开关将电荷转移到可应用的保护电容上来产生该"传感器匹配"选择的电路和方法示于图3A-3C、 4A《中并且在下面进一步i爐。在与由204所示的选择有关的单一共享周期期间,用于傲户信号103的 205中所示的iW显示出保护电压更离散的变化,并且缺乏明显的时间常数特征。 利用电荷转移处理(其有源地切换以共享可测量电容和其有关的滤波电容之间的 电荷,代替iffil无源阻抗无源地允许电荷共享),M 205的该"切换电容"选 择类似鰂係统的"切换电容"选择。纖205中戶标的选择施加第二f斜户电压, i魏二保护电压在单一共享周期期间傲寺相对不变但在多个共享周期改变,如利 用用于其电荷转移处理的"切换电容"型技术在传,中发现的。通迹 开关 将电荷转移到可应用的i斜户电容上用于产生该"切换电容"选择的电路和方法示 于图3C、 4C中并且在下面进一步i她。用于傲户信号103的这些"传麟匹配"选擀目比于具有"更简单的"波形(例如纖206和208中示出的)的选择是有利的,即它们可以用于^^对于每次执行电荷转移处理由于傲户电极转移到滤波电容的电荷,并且不仅仅是^/l亍电荷转移鹏的过程期间转移的净电荷,导致了可测量电容的确定。这^M:在电荷转移M的重复期间改变的第二傲户电ffi^鹏的。然而,如果l對户信号103 最小化在该组电荷转移处理执行期间出现的从f尉户电极106至lj滤波电容110的电 荷7維移,贝U任意的傲户信号103都是有效的,该组电荷转移鹏最终导致滤波 电容110上的腿的一次或多次观糧,这用于确定可测量电容。这包括傲户信号 选择,其匹配与传 系统使用的电荷转移 不同的电荷转移处理、或不匹配 电荷转移舰并且在两个或多个基本恒定EUEt间简单摆动(以下i键)。在许多实施例中,将傲户信号103施加到傲户电极106—^^更实际的,其 不会最小化在单7Ml行电荷转移M期间从傲户电极106转移到滤波电容110的 电荷,但会最小化在该组电荷转移鹏期间的电荷的,移,该组电荷转移鹏 最终导致滤波电容110上的电压的一次或多次测量,这用于确定可应用的可测量 电容。这可以用傲户信号103完成,该傲户信号103导致在电荷转移舰的一次 或多7Ml行期间招尉户电极106和滤波电容110之间的第一方向上的电荷转移, 并且导致在电荷转移处理的其它执纟亍期间相对第一方向的第二方向上的电荷转 移。如图2B所示,当可测量电容上的电压小于第二f尉户电压值253时在共享周 期从保护电极转移到可观糧电容上的电荷用在可观懂电容上的电压大于第二傲户 电压值253时在共享周期从傲户电极转移至何测量电容上的电荷有鄉也恢复。图 2B标出了傲户信号103 ,该傲户信号103包括在预定电ffiM加到可观糧电容时 的擀卖时间内的第一傲户电压251和在可测量电麟享时的擀卖时间内的第二保 护电压253。在图2B中,{對户电极106和可观懂电容之间的电荷转移用箭头 230A<}示出。箭头230A-C标电荷从〈斜户电禾及106转移至何测量电容时的周肌 箭头230&G标电荷从可观糧电容转移至W尉户电极106的周肌由于在麟享周 期期间电压117基本争效于第二傲户电压253,所以可忽略的电荷在箭头(其表 现为点)230D处转移。特定的腿值VG—high251和Vg—loW253会从一个实施例到 另一实施例显著改变。利用该方法,由于傲户电容的效应转移到滤波电容的净电 荷相对于在电荷转移处理期间电1^i:的总电荷非常少,以致于可以认为是^fi于零。在电荷转移鹏的执行)i,期间平衝尉户电容和搶波电容no之间的电荷转 移可以进一步延伸超出这里i爐的实例并且这样的延伸在本发明的范围之内。例如,用于傲户信号103的一种选销每在^ 页定电压的第一傲户电压和接 近搶波电容11。上的平均电压的第二f尉户电压之间摆动。为了确定、i^波电容110 的平均电压,在该组电荷转移,期间平均滤波电容110上的ElJl,该组电荷转 移处理导致并驴生滤波电容110上的腿的测量,该测翻于确定可测量电容。 对于用于期望的可测量电落滤波电容、1!^电压、复位电压、阈值电压的给定 一组值,以及忽略(或如果模块允许的话进行说明) <封可无源卩鹏的 ,可以 使用公知的方法来模拟该电路并确定平均的滤波电容电压将最小化粗可傲户电容 的效应^^供有效的第二傲户电压。该平均的滤波电容电压在离散点上获得,并 且大概是在滤波电容110的复位和用于确定可测量电容的滤波电容110的最后测量之间执行电荷转移M获得的滤波电容110上的电压的平均数。时常,滤波电 容110上的电压变化大概是线性的,以便平均的滤波电容电压^M位电压和阈值电il^间的中点。还注意到,这些电割专 是取样系统(实际上#效地)。例如,在图1B-C 所示的实施例中,当没有施加预定的充电电压时,滤波电容110仅在离散的共享周期期间与可观糧电餅享。另外,通常可测量电容上的tras在电荷共享周期结束时^5滤波电容110上的腿115。因此,仅当可观糧电容上的Efeffi在充电 周期结束(当施加预定的电压停止时)和电荷共享周期结束时被"取样"时,对 于施加到《斜户电极106的f斜户信号103的电压匹配可测量电容上的腿^^够的。 当预定电压的施加在例如图1B-C中所示的切换的时间常数系统中开始时出现电 荷共享周期的结束;例如在切换的电容系统中,在可测量电容从滤波电容去耦时 或当滤波电容从任意的参考EU1去耦时会出现电荷共享周期的结束。换句话说,如^3M:无源的共享系统出现电荷共享,贝啦术上电荷一直被共享;然而,用于保护目的,电荷共享周期仅认为赵魅卖mM随后施加预定M (当电荷共享认为是用于保护目的的结束)。相反,如果切 線生以ffii可测量和滤波电貌源地耦合和允许共享电荷,贝l从为切换定义了电荷共享周期的结束。为此,可以j顿由M 206和208所示的《斜户信号103的选择。在由 206 所示的"切换电压分配器"选择中,实际的《尉户信号103可鄉一i斜户feE值251 和第二傲户电压值253之间交替,第二f斜户电压值253 g&搶波电容110上的电压115的"平均"值。尽管把该平均的Vp选擀尔为"切换腿分艦"选择,但不需要电压分臓;例如,当第一和第二傲户Efeil值251和253是电源腿、是 舰DAC或传麟的另 ,分获得的电压,或是利用除电压分S2^之外的电路产 生的电压,不需^f封可^E分IB^就可以获得第一和第二^J户M值251和253。 简单{顿"切换电压分配器"术语,因为在该鄉的{斜户信号的许多实施例中很 可能^顿切换的电压分《电路。在图1A-B描述的实施例中,第一傲户电压值 251可以等于预定的充电电压,第二傲户电压值253可g^于用于测量滤波电 容和复位电压的阈值电压(Vth)的平均值。用于产生该"切换的电压分配器"的 电路和方法舒图3D-E、 4D-E中并且在下面进一步舰。傲户信号103的定时是基于施加到可测量电容上的脉冲201的定时,傲户信 号103具有第一f尉户电压值251,而充电脉冲201施加到可测量电容,并且^E 冲201之间的电荷共享周期期间f斜户信号103具有第二f斜户腿值253。该定时 是有用的,因为《尉户信号103可以ffl51^统中的现有时钟驱动。然而,实际上, 只要第—尉户电压值在相关的充EfeM冲201的结&前开始施加,即iM时在相 关的充电脉冲201开始之后仅开始施加第"^對户电压值251, i尉户信号103可以 也是有效的。同样,只要在电荷共享周期结^t前开始施加i織二傲户^E值253, 即4顿于^h共享周期不施加第二傲户feE值253,傲户信号103也是有效的。 f斜户信号206的定时由于许多原因而不与充电脉冲201 IB子匹配。例如,在可测 量电容和滤波电容之间电荷共享开始之前,不精确的定时会导謝斜户信号103开 始改变到第二保护电压,以劍尉户不太有效;为了减小这种不精确定时的影响, 希望延伸傲户信号103的部分。迹线208示出了可以用较少部件实现的保护信号103的可选实施例。例如, 不具有另外部件的单个I/0可以用于生皿线208,如图4F所示。具有迹线208 中所示的选择,代替施加用于^t充^E冲201的第一f斜户电压值251,可以忽 瞓尉户信号103至瞎二f對户^E值253的一个或多个变化,以调节施加的4對户电 压的平均摆动,并且最小化由傲户电容转移至U滤波电容(例如110)的净电荷。 也就是说,ffii延长施加一个〈斜户电压值(例如纖208中的第二傲户电压值253) 的手转卖时间,代替转变到另—斜户电压值(例如至第一f尉户电压值251),可以 用与脉冲编码调制(还称为"脉冲频率调制")类似的方式修^M加到f尉户电极 106的平均保护电压摆幅。也就是说,ffl31M加^^的频率充电脉冲(例如,延长电压251禾P/或电压253)和具有较少的转变,与施加更多频率的充电脉冲相比, 减小了f娥电极106上的f尉户腿103的平均摆幅。注意到,平均的f尉户电压摆 幅可以在多个循环上保持与予te充电电压摆幅的比率量度,以ffl51^高电源噪声 抑帝幌持高的性能。用于生成该"脉冲编码调帝U"选择的电路和方法^ 图3D-E、 4D-E并且在下面进一步舰。对图1B-C中示出的基本结构和操作进^i午多改变。例如,图1C中所示的定 时方案150假设电荷从与藤则电极112A相关的可测量电容"正向"转移至ij滤波 电容110,而等效实施例可以基于在相对的方向上共享电荷(也就是说,正电荷 可以方爐滤波电容110上,其M51阻抗108拉向与繊魄极112A相关的可测量 电落然后3ffil开关114掛共的脉冲201放电)。可iMk,图1C中所示的基于阈 值的感测方案可以用任意种类的测量方案代替,包括在执^ I^驢的电荷转移 M之后,基于i^波电容110上的4Ell5VF的测量的任^&术。而且,用于充 电^S夂电可测量电容的脉冲201不必等时间间隔戯有相等擀卖时间。实际上, 在许多实施例中,由于这里示出的许多实施例容易忍受定时的变化,所以控帝i塍 102可以鹏实质上在观糧 1任意点的中断或其它牵引。这尤其是在取样时间 ^31用于安置的时间常数时是真的。可选他,有意改^E冲201的时间间隔会使 取样频谱延伸到更好的容许噪声。可以对图2A-B中所示的基本结构和操作进fri午多改变。图2A中戶际的定时 方案200示出了第一!尉户电压大概是恒定的,并且如果出现了这种改变的话,第 二保护电压是变化的。然而,由于j對户腿"摆幅"(第一和第二i斜户^JEt间 的差,除过渡周期以外)大于实际的傲户电压值,所以代替第二傲户电压,{尉户 信号103也可以用第一j尉户电压改变实现,職一禾嗨二《斜户电压改变实现。同 样,如早先i爐的,用于傲户电压变化的定时具有大的灵活性。现在转到图3A-E,示出了保护电压产生电路104的各个实施例(电路 104A-E)。电路104可以包^i午多阻抗和开关并且如^g的i舒,许多参考源。 例如,图3A-D所示的針阻抗可以j樣由于单^P件或多^P件网弓跑的阻抗。 除了开关之外的有源部件,例如多路飾器、DAC、电流源或OP-AMPS,还可 以包括在《斜户ffi产生电路104中,但在多数实施例中不需要并且没有f顿戶满 有源部件。另外,例如,f斜户电压产生电路104的开关可以是任意的分立开关或 继电器,或者对应于包含在如J^腿的控帝幡102内的任意转换或多路飾功能。由EU1产生电路1041柳的开关可以禾佣控葡藤102的I/O管脚实现为开关114。 一个I/O的输出有时可以掛共多賴关;例如,育^Hf共电源腿和高阻抗状态 的数字I/O可用于掛共一个多路开关、或耦合到一个节点的两^f关的功能性。 数字I/0还可撒共上拉电阻、或下拉电阻或电流源。如果利用離IM共开关和测量功能性的I/O实现任一开关,贝IJ繊係统具有 读取傲户信号103的增加选择。这允许系统响应于它戶,取的樹共给傲户信号103 的电压,动态地调节保护信号103 (如果脉冲编码方案是可利用的,则例如il51 改娜冲编码)。电路104的阻抗可以是任意常规的电阻、电感、电容称鄉它阻抗元件。由 此,电路104中的阻抗两端的电压会^i接到阻抗的节点的在先历媳响。该"在 先历史"影响尤其对于电容和电感元件题著的,并且控制i繊响来定义傲户信 号103。劍共参考例如参考腿的参考M以在控制器102的内部漱卜部。可以 4顿便利的参考。例如,参考电压可舰电源电压(Vdd, GND, -V必)或电池电 压等提供,并且实际4OT的参考电压可以直接来自M51阻抗调节的这些EM的源 或一^ 。在图3A-E所示的实例中,为了便于说明,示出了一个##电压为参 考电压301,示出了第二参考电压为局部系统接地;如早先i,的,通逝斜户信 号产生电路104可以容易4顿其它参考^E值。图3A示出了包括无源保护网的f尉户电压产生电路104A的配置,该无源保 护网包括三个阻抗304、 306、 308。三个阻抗304、 306、 308串^f立于在参考电 压301和地之间。开关302与阻抗304并联以及开关303与阻抗308并联。(如 早先i必悉的,如,的话,开关302和303可以实施为图1的开关114)。在图 3A所示的实施例中,可以MM当地切换开关302、 303 ^^f射斜户信号103。 当开关302关闭且开关303打开时,由参考电压301和阻抗306和308两端的电 压确定^J户i言号103的电压。傲户信号103的该电M"应于被傲户的电荷转移处 理的复位电压。当开关302和303打开时,j尉户信号103的该腿由参考电压301 和阻抗304、 306和308两端的电压确定。{尉户信号103的该电M"应于被保护的 电荷转移处理中的滤波电容上的电压。当开关302打开且开关303关闭时,使保 护信号103的电压驱动到GND。傲户信号103的该电TO应于被^J户的电荷转移 M的预定充电电压。禾,恰当选择的阻抗304、 306、 308,例如电路104A的配生电路,例如在图1B-C中。例如,可以隨阻抗304与由部件网形成的搶波电容对应,并且阻抗304可以耦合到多于一个的电压以精确iik^应于匹配的滤波电容的电压。注意,各种复位腿和充电腿可樹對户,尽能们需要不同的切痴顷序或参考电压(例如,v必和地)。对于图3A所示的实施例,当开关302打开且开关303打开时,阻抗304、 306和308形成具有"共同节点"的阻抗分配器,其中阻抗306连接到阻抗308 且阻抗304连接到阻抗306 。当开关302关闭且开关303打开时,阻抗306和308 形成具有阻抗306连接到阻抗308的共同节点的不同阻抗分配器。阻抗分配器由至少两个串联的无源阻抗构成,W^B源阻抗都耦合到至少两 个节点。这些节点中之一对于这两个阻抗是共同的(两个阻!f[^到"共同节点")。 共同节点用作阻抗分配器的输出。阻抗分配器的输出是随着时间在"非共享"节 点(不是共同节点的两个阻抗的节点)^ffi加的电压和/或电流的函数。阻抗分配 器的简单实例是由两个电容或两个电阻构成的电压分配器。更复杂的阻抗分 可具有串联或并联的不匹配的电容、电阻或电感。 一个阻JitaS可具有电容、电阻 和电li^寺征的任意结合。在图3B所示的《斜户电压产生电路104B的示范性实施例中,无源保护网由阻 抗314构成。对于电路104B,当开关312关闭时,f尉户信号103适当地由参考电 压301和《尉户信号103之间的开关312切换;{斜户信号103的该EfeM"应于予腚 的充电电压。当开关312打开时,{尉户信号103适当地切换至岫阻抗314两端的 电压定义的第二电压;f斜户信号103的该电M"应于滤波电容上的电压。可以关 闭开关313以从阻抗314移除电荷;f尉户信号103的该电颇应于复位腿。利 用恰当选择的阻抗314,电路104B的KS允许利用西格马-德耳塔形式的"切换 时间常数"技术仿真与电荷转移处理有关的M的i斜户电压产生电路。图3C示出了包括由串联的两个阻抗324、 326构成的无源{對户网的{斜户腿 产生电路104C的另一实施例。电路104C由三错关322、 323禾口 325驱动。当 开关322关闭且开关323和325打开时,傲户信号103是参考电压301;傲户信 号103的该^M应于预定的充电电压。当开关322和323打开且开关325关闭 时,4斜户信号103由参考电压301和阻抗324、 326两端的秘确定;f斜户信号 103的该电m应于、2E&波电^上的电压。当开关323和325关闭且开关322打开 时,傲户信号103是GND并移除阻抗326上的电荷;傲户信号103的该电颇应于复位电压。当开关322和323打开且开关325关闭时,阻抗324和326形成 在傲户信号103输出处具有共同节点的阻抗分隨。利用恰当选择阻抗324和326 , 例如电路104C的隨允许利用"切换电容"技术仿真与电荷转移;iiS有关的电压 的傲户电压产生电路。图3D示出了具有无源f斜户网的傲户电压产生电路104D的实施例,该无源 傲户网包括与参考电压301禾口掛也(GND)的开关332串i^位的两个阻抗334 和336。在电路104D中,禾,开关332适当地切衡斜户信号103。当开关332打 开时,{斜户信号103由参考电压301和阻抗334两端的电压确定; <尉户信号103 的该电TO应于预定电压。当开关332关闭时,{斜户信号103由参考电压301和 阻抗334和336两端的feffi确定;保护信号103的该电JM"应于滤波电容上的平 均电压。当开关332关闭时,阻抗334和336形成阻抗分臓,其适当i被吩参 考电压301,正如由所选择的阻抗部件的^M和值确定。也就是说,当开关332 打开时阻抗334和336适当地用作"上拉"部件,且当开关302关闭时阻抗334 和336用作阻抗分配器。在电阻用于阻抗334和336的简单情况下,阻抗分, 是常规的电压分 且当开关332关闭时1^户信号103经由阻抗336的电阻与阻 抗334和336的电[^t和的比与参考电压301成正比。禾,恰当选择阻抗324和 326,例如电路104D的Mfig允许用于"切换电压分,"类劉斜户信号103的保 护电压产生电路104。可以进一步采用电路104D的输出,例如调制频率,以产生 用于^J户信号103的"脉冲编码调制"鄉的娜。图3E示出了保护信号产生电路腦E的另一实施例,该^J户信号产生电路 104E包括分别f給到参考电压301和地的两付关342和343 ,且没有分立的阻 抗。在104E的实施例中,无源{斜户网由此可以包括简单的导线。在电路104E中, f射户信号在开关342关闭且开关343打开时参考电压301禾口在开关342打开且开 关343关闭时接地之间适当地切换。电路104E的ieg允剤斜户电压产生电路104 樹共退化的"被转换的分压器"^M尉户信号103 (其中^^划分的参考电压301 和J&t间不雜分压器和f斜户信号开关)。电路104E的I2W于1斜户信号103 的"脉冲编码调制"鄉的波形尤其是有用的,其中与用于检测刺激源101的所 有重复电荷转移处理同步,《斜户信号103没有改变祖。如图3A-3E所示的f斜户电压产生电路104的实施例是可以用于确定〈斜户信号 103的^h可选方案的五个实例。这里预期利用具有和没有由串联和/縱联阻抗构成的无源^J户网的开^f共l^户信号103的许多其它选择。这些可选方案与图3A-3E所示的那些十分相似。例如,另夕卜的阻抗能将阻抗306孝給到与电路104A 的阻抗304并联的另一参考电压。作为另一实例,代W^F关313, ^104B的阻 抗314可以与开关312并联。作为第三实例,代辯給阻抗326至哋,电路104C 的开关325能将阻抗324孝給到参考电压301 。作为另一实例,104D的开关332 可耦合在阻抗334和参考腿301之间,代辯^^在阻抗336和;fcfct间。其它可 选方案更显著不同,并且包括其它配置中的阻抗和开关。转到图4A-E,结合图1B的控制器例如控伟蹯102示出了具有更详细的f尉户 电压产生电路104的实例。图4A中所示的示范性电路104F,是图3A中所示的 电路104A的实施例,其中阻抗304实施为电容404,阻抗306实施为电阻406以 及阻抗308实施为电容408 ,并且开关302利用I/O 402实施以及开关303禾,I/O 403实施。电路104F的Mfig与用于实现传感器100的电荷转移处理的电路的配置 十分相似(图1A)。电容408与可测量电W^似,电阻406与无源阻抗类似(例 如,108A-C),以及电容404与搶波电容110类似。禾,]/O402实施的开关302 与开关118對以,并且利用I/O 403实施的开关303与禾佣I/O 119实施的开关 116A-C^似(图1B) 。 I/O 403本身与LO 119类似(图1B)。由此电路104F 可以以一种方式驱动,以匹配电荷转移处理,以倒尉户信号103概略地匹配如图 1B-C所示的电荷转移iif』M的电压117,并棚于^i啲电荷转移M的所有 点处f妙人《斜户电极106至(J滤波电容110的电荷转移最小。即使利用电路104F产生 不同于电压117的f斜户信号103,如果用于该组电荷转移处理的在f斜户电极106和滤波电容no之间转移的总电荷最小,其也i/yt分有效,该组电荷转移^S会导致用于确定可观懂电容值的测量。图4B所示的实例电路104G是图3B的电路104B的实施例。开关312和313 禾,单个1/0412实施,阻抗314实施为具有电阻414和电容415的网。实例电路 104G可以利用与"一个I/0西格马德耳塔"类型的"切换时间常数"方法相似的 方法驱动。在这种方法中,打开1/0412的开关313 (如果它还没有打开)并关闭 I/O 412的开关312以施加参考电压301 (其是予跪^E),然后打开I/O 412的 开关312以允许电荷在系统中的任獻尉户电容和电容415之间共享。当关闭I/0 412 的开关312时,iffil阻抗414充电电容415。关闭1/0412的开关313会使电容415 M阻抗414放电。可以利用I/O 412测量电容415上的电压,并且当将予跪电压施加到可测量电容时,如果有必要的话可以fflil关闭1/0412的开关313减小该电 压(不会直接影响保护的电容电荷转移)。以该方式,可以将电容415上的电压 控帝瞎嘴二保护电压。可以与用于检测^5性并且测量可测量电容的电荷转移处 理同步,重复首先打开]/0 412的开关313禾口关闭开关312以及然后打开I/0 412 的开关312和关闭开关313的这个循环。由此可以以一种方式驱动电路104G来 产生傲户信号103,该f^J户信号在例如图1A-B中戶标的电荷转移处理中概略地匹 配可测量电容的电压。电路104G还可以以一种方式驱动以产生《射户信号103,在 单个IZO西格马-德耳塔电荷转移处理中谢尉户信号103舰匹配可测量电容的电 压。图4C中所示的实例电路104H是图3C的电路104C的实施例。已禾,I/O 422 实施了开关322和323,并利用I/O 425实施了开关325 。阻抗324实施为电容424 , 并且阻抗326实施为电容426。实例电路104H与"切换电容"电^^似,其中电 容424 (其是固定电容)与可测量电^^似以及电容426与滤波电^^似。实例 电路104H可以利用与"切换电容"方法类似的方法驱动。在这种方法中,关闭 I/O 422的开关322 ^ff开I/O 422的开关323以将参考电压301 (在图4C所示的 实施例中其是预定电压)施加到电容424。然后,打开I/0422的开关322并关闭 LD 425的开关325,以允许电荷在电容424和426之间共享。可以与用于检测接 近性并且测量可测量电容的电荷转移M同步,重复首先关闭I/O 422的开关322 以及然后打开I/O 422的开关322并关闭I/O 425的开关325的这个循环。在@当 数量的循环之后(例如当B^执行了用于产顿于确定可测量电容的结果的电荷 转移处理的多次执行时),可以关闭I/O 422的开关323和I/O 425的开关325以 复位电容426上的电荷。由此可以以一种方式驱动电路104G以产生具有第一保 护电压和第二保护电压的《斜户信号103,第H尉户腿是予腚电压,第二{斜户电 压在电荷转移处理的执行内是基本恒定的但在复位之,每次随后执行的电荷转 移处S^人复位电压升高。如果固定电容424与电容426的比可与可测量电韵滤 波电容的比相比,贝赃电荷转移舰中谢尉户信号103 ^fi可测量电容的电压。图4D中所示的实例i斜户信号产生电路1041是图3D中所示的电路104D的 实施例。阻抗334禾,电阻434实施,阻抗336禾,电阻436实施,以及开关332 利用I/O 432实施。当I/O 432的开关332打开时,{尉户信号103 ^S参考腿301 。 当I/O 432的开关332关闭时,通过电阻436与电阻434和436之和的比,将f尉户信号103设置至(J与参考电压301成比例的腿。禾,电路104I实施例,可以{顿 傲户信号103舰与可观糧电棘关的祖的平均摆幅。例如,对于图1B的传感 器IOO,可以ffl51打开I/0 432的开关332并且施加参考电压301 (例如,其可以 是预定电压)来施加第一^t户电压。然后,可以fflai关闭I/0432的开关332并且 施加参考电压301的一部分(例如,其可以在可施加的阈值腿和复位4il^间 的中途)来施加第二保护电压。禾,第一和第二傲户腿的险当定时(其定义了 它们何时和多长时间彼此相对施加)禾口用于繊啲电荷转移鹏的步骤,禾瞎, 恰当选择电阻和参考电压值,谢尉户信号103贝何以显示出在电荷转^l行时接 近可施加的可观糧电容的平均电压摆幅的电压摆幅^Hf贿效的傲户。电路1041的信号103可以进一步鹏转换开关332的脉冲编码调制。舰改 变转换的频率和由此保护电iEt间的转变,可以产生不同的实,斜户电压摆幅。 当频率转变的控制是可用时,脉冲编码调制实际上可以施加到任一电路104。然 而,在傲户信号103已经舰由可测量电容显示的实际电压117戯平均的情况 下,脉冲编石验很少^L乎不具有优点。图4E所示的实例f斜户信号产生电路104J是图3E所示的电路104E的实施例。 1/0422可以直接连接到f斜户电极,以便雜可忽略的阻抗。电路10犯的开关344 和346已利用单个I/O 422实施。当I/O 422的开关342关闭且I/O 442的开关343 打开时,将f斜户信号103體至腿辑"高"的参考腿301 (例如,如果I/O 442 是常规的数字IZO,则为V必)。当l/0 442的开关342打开且I/0 442的开关343 关闭时,将f尉户信号103 i體到逻辑"低"的参考电压(例如,地)。禾胸电路 104J的实施例,由于可M限制控伟幡102设置参考电压和地,所以很可能Bt 以产生具有用于針电荷转移雌的摆幅的傲户信号103。因此,电路104J月^人 脉冲编码调制。禾拥第一禾嘴二f尉户电Et间恰当的转换率(其可以分别是予腕 电压和地),对于微由可测量电容显示的平均电压摆幅的{默信号103可以产 生平均的保护电压摆幅。例如,如,于检测^&性的电荷转移 的每五^^1 行,傲户信号103在第一和第二傲户^Et间转^H次,贝i评均的傲户电腿幅 是第一和第二f尉户电压的一^变之间的电压摆幅的五分之三。如早先i爐的,在禾,还具有测量能力的部件产生转换的所有实例4A- 4E 中,例如禾,控审徵的数字1/0,如有必要的话,I/O还可以用于测量《斜户信号103 的电压以调节傲户信号103。对于当f)m行用于产生一个或多个测量的该组电荷转移处理,所述调节可发生,其中所述一个或多个测翻于确定可测量的电容, 舰于下一组电荷转移鹏,臓调节可发生。如上所述,可禾鹏商业可获得的部fH列如常规的集成电路和分立电阻柳或电 容器的任意组合容易实施这里描述的许多实施例。由于简单,可以产生许多不同 鄉的传繊IOO,其共享跡共熟种部件和/颇关。例如,与图lB中的^i电极112A-C有关的可测量电容率給到贿滤波电容110,但实际上 |能耦 合到其自身的滤波电容110。同样,在可选实施例中在^ifflit之间共享一个或 多个无源阻抗108A-C和/或许多开关(例如114、 116A-C、 118)和K)(例如,I/O 119)。可在许多另外的M两端采用i鉄享以Kz:育的贿效翻惧有单个控制器102的许多可观糧电容的传繊。麟享可以显著地减小 :传繊濯的 駄和尺寸。M51在棘控制器102上实施多个感则鹏,可以实现许多效能。通常,在标准的印刷电路板(PCB)上容易形/ ^ii魄极和/或傲户电极,因雌铜跑意义上复制这些元件相对謝介。在希望可观糧电容相对小的情况下,贝l上搶波电容110 还可在PCB中制造。另外,可在PCB上不形成、形成一个或多个电阻、电容和 电感以樹共招尉户电压产生电路104中4OT的阻抗,例如电路104F的电容404和 电阻406。结果,禾,常规的制造技斜嚼构可以容易实施以上描述的许多不同 特征。然而,在一些隋况下,在许多实施例中,例如滤波电容种^^源阻抗和其 它阻抗的部件可以足够大或需要紧密足够的容限以保证分立的部件。在那些瞎况 下,这些都件(例如,滤波电容110)可用一个或多个分立的电容器、电阻、电 感和/或其它分立部件实施。而且,甚到以M^顿时间、频率、编码鄉它多路飾技术进一步M^ 所需的信号管脚(例如,ADC和I/O的管脚)的总数和部# 。以许多图 置繊魄极112A-B还允许将设计许多不同,的传 ^局 (包括育,在一维、两维或多维中繊啲角趣中发现的多维布局)。可iMk,多 个"按ffiT接触式传,以及按M和角峰型输A^g的组合容易由各种M 形成,^可以产生许多其它传^MT局。如上所述,用于确定电容的,和方法尤其可,于^fi传li^置。现在 转到图5,方块图示出了f給到^a传^l^置ll的示范性电子系统10。电子系 统10指的是^^任意鄉的个人计穀几、便携式计穀几、工作站、个人数字助理、电视博弈计穀几、通信装置(包括職电话和消息接发驢)、媒^S,包括 记录器和播放器(包括电视、电缆箱、音乐播放器和方Mm)或肯,,户的输A^n^s信息的其它驢。因此,系统10的舒实施例可包括任意鄉的舰器、存储器舰示器。另外,系统10的元件可经由总线、网络鄉它有线^E^互3S1信。^:传li^驢ll可以ail任意鄉的接口^^接,包括EC、 SPI、 PS/2、通用串行总线(USB)、蓝牙、RF、 IRDA或任意其它鄉的有线^B^ 连接的多个非限制l4/予例,连接到系统10。^fi传麟驢11包括控制微19和躑K域18。 fflil测量最终电容,微 传1# § 11对于在繊U区域18内的触针114、指针和/鄉t^I入物体的l體 敏感。这里f柳的"感则区域"18指的是广忍也包含在^£传1§§|驢11上方、 周围、之中和/或W贩的任意空间,其中传麟離多检测物体的健。在常规的实 施例中,感则区域18在一个或多个方向i^人传麟的表面延伸一距离i4A空间直 至信噪比防止物,测。诞巨离可以是小于一,、几W^、几厘^M多的数 量级,并且可随着感测电极的尺寸、所^顿的^體繊岐术的鄉和戶储望的精 颇著改变。因此,特定繊E域18的平面性、尺寸、^t和精确j體将从一实 施例到另一实施例广忍也改变。工作时,^a传/i^體ii ffl3i测量与多个电极和指状物^i区域is内的其包俞入物体有关的可测量电容総当ii^测触针14的健,并且利用控伟'滕 9,向电子系统10樹射立置的电性或电子标己。系统10适当地 该梳己以接收 来自用户的输入,以&^示器上移动指针^它物体,,于招可其它的目的。在接触式传感器驢的一般实施中, 一般施加电压以^1感测表面产生电 场。电容性^a传^l^g 11贝ijfflil检测由电场变化弓胞的电容变化来检测物体的4體,该电场变化是由于该物体弓跑的。例如,^fi传^^gn的传ii^可 以4顿电容性感测电极的阵列来支撑许多敏则区域。作为另一实例,该传iitl可以iM电容性感测技术与电阻感则技术结合来支撑相同的鑭y区:^y^同的躑u区域。根据用于检测物体运动的^i岐术,繊U区域的尺寸和微、戶; #望的性 能、希望的工作斜牛等,^fi传^ll驢n可以用多种不同方式实施。感则駄 还可以以提供的信息的 ^化,例如衛共"一维"《iM言息(例如髓繊U区 域)作为+疆,"两维"4體信息(例如7jC平/垂直轴、角形的/方j(M状的,莉黄跨 两维的lif可其它轴)作为值的组合等。控伟蹯19 (其常称为^5传^MbS器或撤虫式传li^审藤)率眙到谢专^!和电子系统10。通常,控带J^ 19禾,以上描述的各种技术中的任意技术来 观糧电容并与电子系纟^1信。控伟'藤19可以对从传^^收的信号进行各种另外的处理以实现g^传^l體ii。例如,控审攞19可以选择^^接與虫的^iU电极,检测,^&性,计算皿^S动信息,并在,阈值咐艮告^S^i动,种或并在将其报告给电子系统10,劍各其指恭合用户之前说明并且等待有效的轻 拍/击打/刻画/按敏作手势。控帝幡19还可以确定物体运动的某^M或组合何时发生舰该传麟。在本说明书中,定义术语"控制膦"包括一个或多个鹏元件,戶;M—个或多个处理元件适于执行戶做W^作。由此,控伟蟠19可以包括接 自传繊的电信号、测量传ii^上电极的电容并与电子系统io通信的一个,^t电路、固州戈码称^M科邻马中的全部或部分。在一些实施例中,包括控帝螺19的元 件将具有传S^或位于传麟P(做。在其它实施例中,控制器19的一些元件可以 是具有传麟并且传繊19的其它元件可以位于电子系统100上或位于电子系统 100附近。在该实施例中,最小的M可在传離PfffiS行,大多数的处理在电 子系统10上进行。再有,当在本申请中使用术语时,术语"电子系统"广a^及与g^传感器装置11通信的任意,的装置。电子系统10由此可以包括一种或多种,的 装置,其中接近传lS^装置可以被实施或者被f給。S^传iif^g可以实施作 为电子系统10的一部分,藤佣任意誠的技將給到电子系统。作为非限制性 实例,电子系统10由此可以包括任意鄉的计算驢、媒術翻夂器、通信驢或 另一输A^g (例如另一擞虫式传^^g或小鄉)。在一些,兄下,电子系统io本身是l^:系统的外围设备。例如,电子系统io可以是 输;^出装置,例如遥控顿^g,其利用飽的有线^^技术与计穀/M^介系统(例如,用于电视的遥控)通信。3S^注意,电子系统io的^h元件( |器、存储器等)可以实施为旨系统的一部分、撤虫式传# 置的一部分、 组合。另外,电子系统10可以是^fi传^l驢11的主^A人驢。应当注意,尽f^里描述的M实施例指"^fi传/i^g" 、 "^l虫式传 装置"、"接近传 "或"撤峰",但这里4柳的这些术语指的是不仅 包含常规的接近传《1装置,而且包含翻多检测一个或多个指状物、指示器、触针和/其它物体位置的宽范围的争效装置。这些^S可包括,而不是限于,触摸 屏、触體、触摸表、生物测定鉴别驢、^ 符号鄉隨等。同样!这里 使用的术语"位置"或"物体位置"指的是广泛包含绝对的和相对的^g信息、 以及其它 的空间域信息例如速率、力口3i^等,包括在一个或多个方向上的运 动测量。不同形式糊體信息还可包括时间历史成分,如同在手辦湖啲情况等。因此,^fi传ii^驢可以适当iiyt测物体是否雜并且可包含宽范围的争效。 迅S当明白,虽然本发明的实施例在这里全面描述了^5传ii^g功能的上下文,但本发明的机制也旨,被分布作为各种形式的禾M/^产品。例如,本发明的机制可以实施并分布作为在计敦几可读信号承徵某介上的^:传^l禾聘。另外,相等地应用本发明的实施例,而不管用于执行所述分布的特定鄉的信号承载媒介。信号承徵某介的实例包括可记录媒介例如存储卡、光和M:、 5鹏和传输媒介例如数字和模J腿信鄉各。可在这里提出的结构和技术J^行各种其它的修改和增强,而不脱离它们的 基本教导。因此,衛共了许多用于检测柳驢化一个或多个可测量电容的系统、 装置和处理。虽然己在前述的详细描述中提出了至少一个示范性实施例,但应当 意识到,可存在众多的变化。例如,这里描述的技术的各种步骤,可按任意临时 的jl,实施,并且不p蹄l」于这里提出的柳顿求的jl,。还应意识到,这里描述 的示范性实施例仅是实例,并且不是指以倒可方式限制本发明的范围、应用或配 置。因此,可以在元件的功能和布置J^行各种改变,而不脱离如^ff附的权利 要求及其合法的等效物中阐明的本发明的范围。
权利要求
1. 一种用于在具有多个感测电极和至少一个保护电极的传感器中确定接近性检测的可测量电容的方法,该方法包括执行电荷转移处理,执行的数目等于至少两次,其中电荷转移处理包括步骤利用第一开关将预定电压施加到多个感测电极中的至少一个;利用第二开关将第一保护电压施加到至少一个保护电极;共享多个感测电极中的至少一个和滤波电容之间的电荷;和将不同于第一保护电压的第二保护电压施加到至少一个保护电极;和测量滤波电容上的电压,测量的数目等于至少一次,以产生至少一个结果来确定接近性检测的可测量电容。
2. 根据;(X利要求1所述的方法,其中该测1^骤包括比较滤波电容上的电 压与阈值电压。
3. 根据权利要求2所述的方法,其中该阈值电压是多阈值ADC的阈值。
4. 根据权利要求2戶腿的方法,其中该阈值極是数字输入的阈值。
5. 根据权利要求2戶脱的方法,其中该阈值电压是比较器的阈值。
6. 根据权利要求i戶舰的方法,进一步包擬,戶;M数目的执行和至少一个结果确定可测量电容的值的步骤。
7. 根据权利要求6戶舰的方法,进一步包擬,可测量电容的值得到关于 物体微多个翻电极中至4一个的隨信息。
8. 根据权利要求1所述的方法,其中测量的数目0少两个。
9. 根据权利要求1戶腿的方法,其中第一f斜户腿和第二i斜户电压中的至 少一个在电荷转移鹏的执行之间变化。
10. 根据权利要求9所述的方法,其中第一傲户电压和第二j尉户电压中的至 少一个在电荷转移处理的执行期间变化。
11. 根据权利要求1戶腿的方法,进一步包括执行第二电荷转移鹏,执行的第二数目等于至少一次,其中第二电荷转移M包括如下步骤 将该予 电压弓1向多个感则电极中的至少一个; 将第三傲户腿施加到至少一顿户电板 在多个繊将第四傲户电压施加到至^HM尉户电极。
12. 根据权利要求11戶腿的方法,其中第三和第四傲户腿中的至^"个基本上等于第一和第二傲户电压中的一个。
13. 根据权利要求12所述的方法,其中第三和第四f斜户电ffi^本上等于第 一和第二傲户电压中的一个。
14. 根据权利要求1所述的方法,其中禾胸第二开^M加第二傲户电压。
15. 根据权利要求1戶脱的方法,其中利用第三开^I加第二^J户極。
16. 根据权利要求1所述的方法,其中该共享步骤包括有源ift^接至少一个 感测电极和滤波电容以及无源地允许电荷^M少一个繊魄极和滤波电容之间转 移中的一个。
17. 根据权利要求l所述的方法,其中至少继续施加第H尉户电MS将预定电ffiM加至眵个感则电极中至A"个结束。
18. 根据权利要求1所述的方法,其中在电荷转移^S多 Ml行的第一 皿行的开始和多次观糧的最后观糧结粒间膽^HM斜户电极转移至'J滤波电容的 净电荷基本上小于如剩對户电极保持在基本恒定的电iU:将被转移的净电荷。
19. 根据权利要求1戶,的方法,其中第一^TiJl基本上等于予I^电压。
20. 根据权利要求1所述的方法,其中第H斜户电压和第二傲户电赵间的 差基本上不大于电荷转移处理的一7^l行的充电步骤和共享步歡间的可测量电容上电压的最大变化。
21. 根据权利要求20所述的方法,其中该测,骤包括比较滤波电容上的 电压与阈值电压,以及其中第一i斜户电压和第二i對户电ii^间的差不小于预定电 压和阈值电JEtM的一半。
22. 根据权利要求2戶,的方法,其中第一i^户电ffi^本等于预定电压,第 二保护电压是阈值电压、与、搶波电額关的复位腿、禾嗰值腿与复位电Et 间的电压中之一。
23. 根据权利要求2所述的方法,其中第一傲户电压的第一平均值和第二保 护电压的第二平均值之间的差不大于预定电压和电荷转移,一 Ml行的充电步 骤和共享步骤之间的可观糧电容上电压的最大变4te间的差,其中多 ^l行获得 第一平均值和第二平均值。
24. 根据权利要求23戶腿的方法,其中第—斜户腿的第一平均值和第二f斜户腿的第二平均值之间的差不小于预定电压和阈值电赵间差的一半。
25. 根据权利要求11所述的方法,进一步包括复位滤波电容上的电压的步骤,其中一起所述数目执行的第一傲户电压和第二数目执行的第三傲户电压鄉 的第一平均值和一起所述数目执行的第二电压和第二数目执行的第四傲户电压全 部的第二平均值之间的差不大于预定电压和与滤波电容有关的复位电压之间的差。
26. 根据权利要求1所述的方法,其中施加预定电压的步骤和共享电荷的步 骤中之一与施加第一保护电压的步骤和施加第二f斜户电压的步骤中之一基本同时 进行。
27. 根据权利要求1所述的方法,其中施加第二傲户信号的步骤开始不迟于 共享步骤的结束。
28. 根据权利要求1所述的方法,其中施加第二傲户腿开始不迟于测靜 骤的开始。
29. 根据才又利要求1所述的方法,进一步包括复位滤波电容上的EfeJl的步骤。
30. 根据权利要求1所述的方法,其中第H尉户电压和第二傲户电赵间的 差不^31在预定电压和所述数目执行电荷转移 的任意共享步骤期间的至少一 个感则电feh的Effit间的差。
31. —种数字剤^a,其具有存储在其上用于执行权利要求1舰的方法而配置的计敦几可执行指令。
32. —种Kg执行权利要求1戶皿的方法的数字^S器。
33. —种具有多个繊盹极和至少一^M斜户电极的传,,用于确定換丘性 检测的可测量电容,其中该传ii^包括用于执行电荷转移处理的體,执行的数目等于至少两次,其中该电荷转移处理包括如下步骤禾俩第一开关将预定电压施加到多个繊魄极中的至A"个; 禾,第二开关将第一傲户腿施加到至A一^H斜户电极 共享多个感则电极中之一和媳波电容之间的电荷;禾口 将不同于第一i斜户电压的第二f尉户电压施加到至^"^H對户电板和 用于测量搶波电容上的腿,测量的数目等于至少一次,以产輕少一个结 果来确定^5性检测的可测量电容的體。
34. —种用于测量电容的系统,该系统包括 多个翻电板至少一顿户电极;电网,包括奉給到该多个繊u电极的至少一个滤波电条多个M魄极开关,W^降^到多个iii他极中的至少一个;第一傲户电极开关,f給到,少一刊尉户电极和控制膦,丰眙至哆个iii魄极开关中的^t和第一i斜户电极开关,其中隨该控制器以执行电荷转移处理,执行的数目等于至少两次,其中该电荷转移鹏 包括利用多个感测电极开关中的至A"个将预定电ffiM加至哆个感则电极中的至 少一个、禾,第一保护电极开关将第一傲户电J!M加到i^M^^个4斜户电极、共 享该多个感测电极中的至少一个和滤波电容之间的电荷、以及将不同于第H斜户 电压的第二保护电压施加到i經^"HH斜户电极;其中进一步隨i娥翁藤以测 量滤波电容上的电压,测量的数目等于至少一次,以产^MA一个结果5l^角定接 近性检测的可测量电容。
35. 根据权利要求34戶腿的系统,其中进1配置雜制腊以MS少施 加预定电压的一部分施加第一傲户电压。
36. 根据权利要求34戶腿的系统,其中进一步隨雜帝i藤以施加第二保 护电压以,二傲户电压的施加开始不迟于共享步骤的结束。
37. 根据权利要求34所述的系统,其中多个繊魄极开关和第H尉户电极 开魏括控制器的信号管脚。
38. 根据权利要求34所述的系统,进1包括^^第一傲户电极开关和至少一个傲户电极的无源傲户网络。
39. 根据权利要求38戶腿的系统,其中i^5源i斜户网络包括电容器和电阻中之一。
40. 根据权利要求38所述的系统,其中i^5源傲户网络包括阻抗分濃。
41. 根据权利要求40所述的系统,其中该阻抗分Sfi^包括耦合超d^^个 保护电极和第一参考电压之间的第一部件,和^^據H斜户电极开关和第一参 考ffi与第二参考EM中之一之间的第二部件。
42. 根据权利要求40戶腿的系统,其中该阻抗分SB^包括il^輕少一个 保护电极和第一参考电压之间的第一部件,和^^鄉二f對户电极开关和第一参考Effi与第二参考feE中之一之间的第二部件。
43. 根据权利要求34戶腿的系统,其中隨i娥帝i腊以MM超惨考腿 和开路剝牛的驗之间切换第一傲户电极开关,来施加第一和第二《尉户腿。
44. 根据权利要求34所述的系统,其中隨该控带iH以Mii在到第一参考 电压和第二参考电压的连接之间切换第一傲户电极开关,来施加第一和第二f尉户 电压。
45. 根据权利要求44所述的系统,其中第一和第二参考电压中的至少一个 包括电源电压。
46. 根据权利要求44戶腿的系统,其中第一参考电压包括第一电源腿, 第二参考电压包括不同于第一电源腿的第二电源电压。
47. 根据权利要求40所述的系统,其中该阻抗分配駒括第一部件和第二 部件,其中i織一部件包括^^輕少一个f斜户电极和第一参考电虹间的电容 器和电阻中之一,且其中第二部{袍括耦合在第一{尉户电极开关与第二傲户电极 开关中之一和第一参考电压与第二参考电压中之一之间的电容器和电阻中之一。
48. 根据权利要求40所述的系统,其中该阻抗分K^包括 耦合到第一傲户电极开关和至^^HM尉户电极的第一节点;和 率給到参考电压的第二节点。
全文摘要
描述方法、系统和装置用于在具有多个感测电极和至少一个保护电极的传感器中确定用于接近性检测的可测量电容。执行电荷转移处理,执行的数目等于至少两次。电荷转移处理包括利用第一开关将预定电压施加到多个感测电极中的至少一个,利用第二开关将第一保护电压施加到至少一个保护电极,共享在多个感测电极中的至少一个和滤波电容之间的电荷,以及将不同于第一保护电压的第二保护电压施加到至少一个保护电极。对滤波电容测量电压,测量的数目等于至少一次,以产生至少一个结果来确定用于接近性检测的可测量电容。
文档编号H03K17/955GK101283507SQ200680019493
公开日2008年10月8日 申请日期2006年6月3日 优先权日2005年6月3日
发明者J·K·雷诺 申请人:辛纳普蒂克斯公司