电容式感测系统中目标对象耦合到馈入线路的补偿的制作方法

本申请案主张2014年6月26日申请的共同拥有的美国临时专利申请案第62/017,671号的优先权；所述案出于所有目的而以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及电容式感测系统及操作此系统的方法，特定地说，涉及所述电容式感测系统中目标对象电容耦合到馈入线路的补偿。

背景技术：

集成电路(又称为由Applicant所制造的MGC3130)是高度灵敏电容式感测技术，其灵敏度显露在本发明中所解决的问题。关于技术的各种应用笔记可在Applicant的网站上下载，例如，由Microchip Technology公司2013年发表的应用笔记“MGC3130-Sabrewing Single-Zone Evaluation Kit User's Guide”以引用的方式并入本文中。

此集成电路与各种电极耦合，用于产生交流电场，例如使用馈送到发射电极的100kHz方波信号。使用多个接收电极来感测所产生的电场中的失真，且处理所接收的信号以计算对象(例如进入检测场的手指或手)的三维位置。

集成电路与电极之间的馈入线路可在此系统中引起非想要的额外电容耦合。其它基于电容式感测系统(例如一维(例如按钮)或二维(例如触摸板)感测系统)可面临类似问题。

技术实现要素：

因此，在电容式传感器系统中，需要一种对所感测的信号的改进解耦或评估。

根据一实施例，一种输入装置可包括经配置用于电容式感测的一或多个电极、电子电路、连接所述电极与所述电子电路的一或多个导电馈入线路，其中所述装置经配置以根据来自另一电极的至少一个其它信号而增加或减小经由关联馈入线路从电极中的至少一者接收的信号。

根据又一实施例，关联馈入线路可经绕线成至少部分与另一电极平行。根据又一实施例，所述关联馈入线路可经绕线于另一电极附近。根据又一实施例，输入装置可进一步包括经连接到电子电路的一或多个额外馈入线路，所述馈入线路不与任何电极连接，其中通过所述一或多个额外馈入线路产生至少一个其它信号，其中所述一或多个额外馈入线路各自操作为电极。根据又一实施例，额外馈入线路可经布置于另一馈入线路附近。根据又一实施例，额外馈入线路可至少部分与另一馈入线路平行延伸。根据又一实施例，额外馈入线路可经布置于另一电极附近。根据又一实施例，输入装置可包括模拟电路，以接收、放大及过滤信号。根据又一实施例，所述输入装置可包括数字电路以处理所接收的信号。根据又一实施例，电子电路可包括处理器，所述处理器经配置以计算三维检测空间内的对象的位置，或从所接收的传感器信号检测所述对象的运动模式或示意动作。根据又一实施例，电极可被分成多个片段，且馈入线路经绕线于至少两个电极片段之间，其中所述电极片段是经由连接线路电连接。根据又一实施例，可通过接收自所述多个片段电极的以补偿因子倍增的信号来校正来自与经绕线于至少两个电极片段之间的馈入线路连接的电极的信号。

根据另一实施例，一种用于补偿在电容式传感器系统(包括经由一或多个导电馈入线路与电子电路耦合的一或多个电极)中寄生电容耦合作用的方法可包括：根据来自另一电极的至少一个其它信号，而增加或减小经由关联馈入线路从电极中的至少一者接收的信号的步骤。

根据又一实施例，所述方法可进一步包括绕线关联馈入线路与另一电极平行。根据又一实施例，所述方法可进一步包括绕线关联馈入线路在另一电极附近。根据又一实施例，所述方法可进一步包括布置经连接到电子电路的一或多个额外馈入线路，所述馈入线路不与任何电极连接，其中通过所述一或多个额外馈入线路产生至少一个其它信号，其中所述一或多个额外馈入线路各自操作为电极。根据所述方法的又一实施例，额外馈入线路可经布置在另一馈入线路附近。根据所述方法的又一实施例，额外馈入线路可经布置在另一电极附近。根据所述方法的又一实施例，额外馈入线路可至少部分与另一馈入线路平行延伸。根据又一实施例，所述方法可进一步包括通过模拟电路来增加或减小信号的步骤。根据又一实施例，所述方法可进一步包括通过数字电路来增加或减小信号的步骤。根据又一实施例，所述方法可进一步包括从所接收的传感器信号计算三维检测空间内的对象的位置。根据又一实施例，所述方法可进一步包括将电极分成多个片段，且将馈入线路绕线在至少两个电极片段之间，其中所述电极片段是经由连接线路电连接。根据又一实施例，所述方法可进一步包括通过接收自多个片段电极的以补偿因子倍增的信号校正来自电极的信号，所述电极与馈入线路连接且绕线于至少两个电极片段之间。

附图说明

图1：电极S是与馈入线路FS连接，所述馈入线路FS绕线在电极W外。

图2：电极S是与馈入线路FS连接，所述馈入线路FS绕线在电极W内。

图3：对象F位于近电极S与W处，具有相应的耦合C_FS与C_FW。

图4：对象F位于电极W上方与馈入线路FS上方，具有耦合C_FW及寄生耦合C_FFS。

图5：对象F位于系统中间，其与具有相应的耦合C_FN、C_FS及C_FW的电极N、S及W相互作用。

图6：对象F位于馈入线路FN、FS及FW上方，具有相应的寄生耦合C_FFN、C_FFS及C_FFW。

图7：不连接到电极的额外馈入线路FD与其它馈入线路FN、FS、FW及FE平行。

图8：对象F位于系统中间，其与具有相应的耦合C_FN、C_FS及C_FW的电极N、S及W相互作用，而不直接与馈入线路FD相互作用。

图9：对象F位于具有相应的寄生耦合C_FFN、C_FFS、C_FFW及C_FFD的馈入线路FN、FS、FW及FD上方。

图10：虚拟馈入线路随同南馈入线路一起延伸。

图11：电极W被分为W1与W2两者，且馈入线路FN绕线在W1与W2之间。同样地，馈入线路FE通过于被分为两个区域S1与S2的电极S之间。馈入线路FS1与FS2在焊垫BP上结合，FW1与FW2同样如此。

图12：其中使用更多焊垫且在柔性PCB上的通孔FV用来连结FW1与FW2以及FS1与FS2的实例。

图13：具有两个虚拟线路的PCB的俯视图。

图14：展示与电容电极连接的馈入线路的寄生电容耦合。

图15：展示实例，其中馈入线路绕线在接收电极下方。

图16：展示用于相加或减去信号的电路的实例。

图17：展示具有虚拟线路的电极设置的实例。

具体实施方式

使用电容式感测的人机接口装置(HID)包括传感器电极，所述传感器电极常常形成于导电材料层(例如，铜条)中。此类电极是使用导电材料制成(可能相同)的所谓的馈入线路来电连接到检测单元。所述检测单元的测量值尤其取决于传感器电极附近的目标对象(手指/手)的位置，其影响电极与目标之间的电容耦合，产生目标测量信号。在下文中，示范性检测系统是基于-技术。然而，各种实施例并不限制于此系统，而可改进其它基于电容检测系统的性能。

问题是，当不有效地屏蔽馈入线路使之免受目标对象影响时，所述馈入线路常常照样被影响。运用具有少数层的构造(实例：单一层PCB或ITO玻璃)的屏蔽并不总是实用的。接着，目标对象影响测量值，甚至当所述目标对象位于其不应影响测量值的位置时。评估测量数据的信号处理算法通常假定系统模型，其中传感器的测量取决于目标相对于传感器电极的位置(但不在馈入线路上)，出于简单与因此系统的稳健性的缘故。假设馈入线路未屏蔽，此类假定接着可变得错误，引起系统的性能降低。

图14展示在手指与电极之间由对象(例如，手指)引起的典型的电容耦合，以及在手指与馈入线路之间的非所需的电容耦合，所述馈入线路连接电极到评估电路。

根据各种实施例，可通过在软件(的小部分)中减去另一电极的测量值，来补偿或至少部分补偿目标对象与馈入线路之间的非所需耦合对测量数据的影响，所述另一电极假定为以与目标对馈入线路的类似方式被影响。此其它电极可为预存在电极或出于补偿目的而特别地引入的虚拟或补偿电极。

在所有图式中，参考符号“B”是指固持电极的板或衬底。参考符号“F”是指待检测对象，例如，手、手指或其它。参考符号“N、W、S及E”是指具有基本上有效表面的主要电极，所述电极意在与待检测对象耦合。参考符号“IC”是指传感器电路。参考符号“FN、FW、FS及FE”是指导电馈入线路，其电链接电极到传感器电路。参考符号“FD”是指额外馈入线路。参考符号“FLEX”是指与表面结合固持电极的柔性PCB；其中运用标注为“BP”的结合垫完成结合。

图1展示具有发射电极与多个检测电极(例如，布置在印刷电路板B上)的使用交流近场检测方法的典型的输入装置布置。然而，可应用其它衬底。顶端铜平面经图案化以产生实际接收电极N、W、S及E。此外，馈入线路FN、FW、FS及FE经图案化以连接所述接收电极与评估电路(例如GestIC MGC3130集成电路)。发射电极在图1中未展示且通常是布置在印刷电路板的底部侧上或中间层内。发射电极大致覆盖接收电极N、W、S及E的整个区域。或者，发射电极还可在顶层的中心。发射电极可覆盖由接收电极所定义的整个区域或甚至更大。根据其它实施例，发射电极无需覆盖全部区域。仅覆盖中心区域或所述中心区域的部分的发射电极将也可运作。

如图1与2中所展示，可依取决于相应的绕线的不同方式来布置馈入线路FN、FW、FS及FE。例如，图1展示用于接收电极S的馈入线路FS绕着接收电极W外部，而在图2中路径经选择为沿着接收电极W内部。

图3展示用户的接近中手指F及其相对于接收电极W与S的相关联电容耦合的作用。此耦合产生交流电场的不同衰减，且集成电路IC内的评估电路能够从所接收的数据计算手指的位置。

可产生如图4中所展示的问题情形。此处，手指F位于接收电极W上方。应注意，寄生耦合C_FFS出现在手指F与南馈入线路FS之间。此寄生耦合可导致类似于图3的情形(其中手指与电极S及W两者合理地耦合)的信号的错误解释。

根据各种实施例，可提供下列解决方案：南电极S具有沿着电极W延伸的长馈入线路FS，所以可校正电极S信号，例如通过方程式(1)。

Scorr＝S-ksw^*W (1)

其中Scorr是经校正的S信号，且ksw是针对W对S的影响或针对手指与W或手指与FS之间的耦合的相似物的校正因子。还可运用更复杂的校正函数来计算Scorr，所述校正函数涉及(例如)具有一个以上单一因子k的多项式或任何其它线性或非线性函数，且不仅仅涉及W电极的信号。此在数学中通常被称为空间映射技术。模拟电路可并入集成电路IC内以执行补偿。图16展示此电路的实例，此电路一般被称为求和放大器，其中不同的权重与正负号被施加到不同的输入信号V₁、V₂、V₃、V₄(对应于来自电极S、W、E或N的信号)，且其中经校正的输出Scorr(基于或等于V_out)是加权和的结果。详细描述可见于Microchips申请案笔记682、图7及方程式5中，所述案的全文以引用的方式并入本文中。经连接到供应电压的电容器是选用的。或者根据其它实施例，可使用数字电路，特定地说，韧体可执行相应的补偿。

此处，词“信号”可应用于不同的情形。术语“信号”可指通过一个馈入线路所携载的电势的交流电(AC)变动；且可运用差动放大器或反相放大器来反相并按比例调整所述“信号”。“信号”还可指在较长周期期间所观察的一个馈入线路的平均AC振幅。此处，可运用模拟积分器电路来执行此平均。“信号”可指模拟转数字转换器电路的输出。信号可指依据一组ADC值的数学计算的结果，如同数字解调或在集成电路中实施的级联积分器梳形(CIC)滤波器的输出，所述集成电路由Applicant制造且可称为“MGC3130”。

如果馈入线路绕线在与电极相同的层上，那么手指对所述馈入线路的作用可包含一些误差，此是因为仅存在一个手指位置用于完美补偿。如果手指更接近馈入线路或更接近电极，那么补偿误差可发生。如果电极屏蔽与校正相关联的馈入线路，那么此误差可被保持为低。接着，将以相同方式影响电极与馈入线路两者。图15展示接收电极布置在顶层上的布置。或者，所述接收电极还可布置在中间层内。在如图15中所展示的此实施例中，到东电极(E)的馈入线路(FE)经绕线在北电极(N)下方以保持此补偿误差较小。例如，如图15中所展示，馈入线路FE及FS可经绕线在电极层下方的底层或中间层上。如在印刷电路制造技术中已知，通孔可用来切换为到另一层的绕线安排。

可运用额外馈入线路(FD)来获得补偿精确度的进一步改进，用某种方式布置额外馈入线路以重现馈入线路与对象的耦合；额外馈入线路与其它馈入线路共面并非强制的。额外馈入线路还可经限制以仅出现于馈入线路的经选择区段，例如其中其它屏蔽不实用或与其它信号的减法不给出最佳补偿，因为馈入是在不同的位置上，如图17中所展示。还可出于提供更精确量的校正的目的而调整额外馈入线路的表面，而无需电子手段。因此，额外馈入线路或若干馈入线路可在形状上更宽或更窄。此外，根据一些实施例，可使用激光修整来调整相应的补偿馈入线路的电容。根据其它实施例，还可在软件中进行任何调整。图7、10及17展示根据此布置的各种实例的透视图。在图13中展示组合图7及10的补偿馈入线路的俯视图，其中分别用参考符号FD1与FD2标记所述补偿馈入线路。图10中的补偿馈入线路FD与馈入线路FS平行延伸。运用图13中的参考符号310来展示评估电路。根据一些实施例，可针对每一馈入线路提供补偿馈入线路。然而，如图13中所展示，第一补偿馈入线路FD1可用于其中所有馈入线路平行延伸的区段的补偿，且在图13的实施例中，仅第二补偿馈入线路FD2用于长馈入线路FN。如果对于一些情况馈入线路必须与其它电极分开绕线且因此接收不同信号，那么可使用额外虚拟线路(FD)。图17展示使用虚拟馈入线路(FD)用于补偿到东电极(FE)的馈入的此设置的补偿。

图8与9展示手指F在其接近传感器装置时的示范性电容耦合。图8展示手指F接近在传感器布置的主要检测区域内及与主要接收电极的相应电容耦合。图9展示手指F接近其中所有馈入线路连接到评估装置IC的区域的位置及其电容耦合。

参考图11与12揭示又一改进，其中临界馈入线路FN与FE经绕线在电极W与S内。此类馈入线路的灵敏度轮廓因此很好地对应于电极W与S的灵敏度。因此，接收电极W与S被分成两个，但通过馈入线路电耦合在一起。可在图11的实施例中的顶层上执行分裂电极W1、W2及S1、S2的耦合。或者，如图12中所展示，耦合可经布置在底端(虚线迹线)或任何中间层上。

图11的实施例还展示用于连接缆线220的焊垫210，特定地说，如果评估装置未布置在印刷电路板B上的带式缆线或柔性平坦连接缆线。根据其它实施例，特定地说，如图1到10、13、15及17中所展示，当评估装置经布置在印刷电路板上时，底层可用来连接馈入线路与集成电路IC。图11及12中的连接虚线展示此互连。