用于在触摸应用中以抗高噪声性计算坐标的方法和装置的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求2013年7月30日提交的美国临时申请号61/859,969的权益，其全部内 容被整体地通过引用特此结合到本文中。
技术领域
[0003] 本公开通常涉及传感系统，并且更具体地涉及可配置成在高噪声环境中确定电容 传感系统上的触摸的触摸位置的电容传感系统。
【背景技术】
[0004] 电容传感系统能够感测在电极上产生的反映电容变化的电信号。此类电容变化能 够指示触摸事件（即，对象到特定电极的接近）。可使用电容传感元件来替换机械按钮、旋钮 以及其它类似的机械用户接口控制。电容传感元件的使用允许去除复杂的机械开关和按 钮，在严酷条件下提供可靠的操作。另外，电容传感元件被广泛地用于现在消费应用中，在 现有产品中提供有趣的用户接口选项。电容传感元件的范围能够从单个按钮到以用于触摸 传感表面的电容传感阵列形式布置的大量按钮。
[0005] 利用电容传感阵列的透明触摸屏在今天的工业和消费者市场中无处不在。其能够 被发现于蜂窝式电话、GPS设备、机顶盒、照相机、计算机屏幕、MP3播放器、数字式平板电脑 等中。电容传感阵列通过测量电容传感元件的电容并寻找指示导电对象的触摸或存在的电 容的变量来工作。当导电对象(例如，手指、手或其它对象)与电容传感元件接触或紧密接近 时，该电容变化和导电对象被检测到。能够通过电路来测量电容触摸传感元件的电容变化。 电路将测量的电容传感元件的电容转换成数字值。
[0006] 存在两个典型类型的电容：1)互电容，其中，电容传感电路可访问电容器的两个电 极;2)自电容，其中，电容传感电路仅可访问电容器的一个电极，其中，第二电极被连接于DC 电压电平或者被寄生耦合到接地。触控板具有类型（1)和(2)两种的电容的分布负荷，并且 Cypress的触摸解决方案独有地或以具有其各种传感模式的混合形式传感两种电容。
【附图说明】
[0007] 在附图的各图中通过示例而非限制的方法举例说明了本发明。
[0008] 图1是图示出具有包括位置计算工具的处理设备的电子系统的一个实施例的框 图。
[0009] 图2图示出根据一个实施例的多区域类型的传感阵列。
[0010] 图3是图示出一个实施例中的位置计算算法选择的方法的流程图。
[0011] 图4是图示出另一实施例中的位置计算算法选择的方法的流程图。
[0012] 图5是根据一个实施例的检测位置的方法的流程图。
[0013] 图6图示出根据一个实施例的计算BR权值的方法。
[0014] 图7A图示出根据一个实施例的一维传感阵列的晶胞(ce11)。
[0015] 图7B图示出根据一个实施例的二维传感阵列的晶胞。
[0016] 图7C图示出根据另一实施例的二维传感阵列的晶胞。
[0017] 图8图示出根据另一实施例的二维传感阵列的晶胞。
[0018] 图9是用于位置计算的系统的一个实施例的图。
【具体实施方式】
[0019] 在以下描述中，出于说明的目的，阐述了许多特定细节以便提供本发明的透彻理 解。然而，对于本领域的技术几乎人员而言将显而易见的是可在没有这些特定细节的情况 下实施本发明。在其它情况下，并未详细地、而是用框图示出了众所周知的电路、结构以及 技术以免不必要地使本描述的理解含糊难懂。
[0020] 在本描述中对"一个实施例"或"实施例"的提及意指结合该实施例所描述的特定 特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。位于本描述中的各种位置上的短 语"在一个实施例中"不一定提及同一实施例。
[0021] 图1是图示出具有包括位置计算工具120的处理设备110的电子系统100的一个实 施例的框图。相对于图2-4来更详细地描述关于位置计算工具120的细节。在一个实施例 中，处理设备110包括用以测量被耦合到处理设备110的电容传感阵列125的一个或多个传 感元件上的电容的电容传感电路101。例如，电容传感电路101测量电容传感阵列125的发射 (TX)电极与接收(RX)电极之间的交叉点的互电容。电容传感阵列125可以是各种类型的触 摸传感设备。
[0022] 在进一步的实施例中，电容传感电路101包括用以生成将被施加于TX电极的TX信 号的TX信号发生器，和用以测量RX电极上的RX信号的接收器(也称为传感通道），诸如积分 器。在进一步的实施例中，电容传感电路101包括被耦合到接收器的输出端以将测量的RX信 号转换成数字值(电容值)的模数转换器(ADC)。该数字值能够被处理设备110、主机150或两 者进一步处理。
[0023] 处理设备110被配置成检测诸如电容传感阵列125的触摸传感设备上的一个或多 个触摸。处理设备能够检测导电对象，诸如触摸对象140(手指、悬停物(hover)或无源手写 笔、有源手写笔130或其任何组合）。电容传感电路101能够测量电容传感阵列125上的触摸 数据。该触摸数据可被表示为单个或多个晶胞，每个晶胞表示隔离的传感元件或电容传感 阵列125的传感元件(例如，电极)的交叉点。在另一实施例中，由电容传感电路101测量的触 摸数据能够被处理设备110处理以生成电容传感阵列125的2D电容图像。在一个实施例中， 当电容传感电路101测量触摸传感设备(例如，电容传感阵列125)的互电容时，电容传感电 路101确定触摸表面上的触摸传感对象的图像并处理用于峰值和位置信息的数据。在另一 实施例中，处理设备110是测量电容触摸信号数据组的微控制器，并且在微控制器上执行的 手指检测固件识别指示触摸的数据组范围，检测并处理峰值，计算坐标或进行其任何组合 的功能。固件使用本文所述的实施例来识别位置坐标。在一个实施例中，固件能够计算用于 作为结果的触摸数据的精确坐标。在一个实施例中，固件能够使用Blais Rioux算法来计算 精确坐标。替换地，可选择其它坐标位置计算算法以确定触摸位置坐标，诸如梯度、质量中 心(CoM)(也称为质心）、线性内插、高斯近似以及抛物线估计器。微控制器能够向主机处理 器报告精确坐标以及其它信息。
[0024] 在一个实施例中，电容传感阵列125可包括多个电极行和多个电极列。在一个实施 例中，可将电容传感阵列125的行和列电极连接到处理设备110。在一个实施例中，可用不同 的图案和形状创建电容传感阵列125的传感器电极。在一个实施例中，行电极与列电极之间 的每个交叉点定义了单元晶胞（即，晶胞）。换言之，单元晶胞对应于包括行传感器电极和列 传感器电极的一对传感器电极。单元晶胞识别电容传感阵列125的范围，在该区域中成对电 极之间的互电容可受到接近于电容传感器阵列125的表面的手指或其它导电对象的影响。
[0025] 在一个实施例中，位置计算工具120可从电容传感阵列125的每个晶胞接收原始电 容值。在一个实施例中，电容传感电路101从每个晶胞接收原始电容值并计算其为原始电容 值与基线电容值之间的差值的差计数。在另一实施例中，电容传感电路101基于每个晶胞的 电容值将差计数输出到位置计算工具120。在一个实施例中，位置计算工具120对由电容传 感电路101接收到的测量结果执行分析并从多个不同的位置计算算法之中确定要对测量结 果执行的位置计算算法。在另一实施例中，位置计算工具120接收在电容传感阵列125上存 在高噪声(例如，来自充电器的噪声）的指示，并基于该噪声来确定位置计算算法。在另一实 施例中，位置计算工具120接收电容传感阵列125上的触摸的指示并基于被触摸区域来确定 位置计算算法。
[0026]在一个实施例中，用处理设备110的固件来实现位置计算工具120。在另一实施例 中，用软件、硬件或其任何组合来实现位置计算工具120。在另一实施例中，将位置计算工具 120实现为计算并报告手势的手势识别工具的一部分。在另一实施例中，由位置计算工具 120来计算触摸的位置并将触摸的位置作为原始数据发送到主机处理器150。在另一实施例 中，可以在主机处理器150上实现位置计算工具120,并且电容传感电路101获得触摸数据并 将触摸数据发送到主机处理器150上的位置计算工具120。替换地，如受益于本公开的本领 域的技术人员将认识到的那样，可以有其它配置。还应注意的是在各种应用中可将位置坐 标用于手势识别。
[0027]本文所述的关于位置计算的实施例能够用来检测任何传感器阵列图案上的处于 最小手指间隔的两个或多个触摸。本文所述的实施例利用该能力来从多个不同位置计算算 法之中选择位置计算算法以确定更精确的位置。本文所述的实施例能够用于触摸屏、触摸 板或具有传感表面的其它设备。下面相对于图2-9来描述由位置计算工具120进行计算的 额外细节。
[0028] 电子系统100包括处理设备110、电容传感阵列125、手写笔130、主机处理器150、嵌 入式控制器160以及非电容传感元件170。电容传感元件是导电材料的电极，诸如铜、银、氧 化铟锡（ITO)、金属丝网、碳纳米管等。传感元件还可以是氧化铟锡（ITO)面板的一部分。电 容传感元件能够用来允许电容传感电路101测量自电容、互电容或其任何组合。在所描绘的 实施例中，电子系统100包括经由总线122耦合到处理设备110的电容传感阵列125。电容传 感阵列125可包括多维电容传感阵列。多维传感阵列包括被组织为行和列的多个传感元件。 在另一实施例中，电容传感阵列125作为全点可寻址（"APA"）互电容传感阵列进行操作。在 另一实施例中，电容传感阵列125是不透明电容传感阵列（例如，PC触摸板）。可将电容传感 阵列125处置成具有平坦表面轮廓。替换地，电容传感器阵列125可具有非平坦表面轮廓。替 换地，可使用电容传感阵列的其它配置。例如，如受益于本公开的本领域的技术人员将认识 到的那样，替代于垂直列和水平行，电容传感阵列125可具有六边形布置等。在一个实施例 中，可将电容传感阵列125包括在ITO面板或触摸屏幕面板中。
[0029]在本文中描述了用于检测和跟踪触摸对象140和手写笔130的处理设备110和电容 传感阵列125的操作和配置。简而言之，处理设备110可配置成检测电容传感阵列125上触摸 对象140的存在、手写笔130的存在或其任何组合。处理设备110可在电容传感阵列125上单 独地检测并跟踪手写笔130和触摸对象140。在一个实施例