用于感测器信号的能量有效测量的系统和方法
【专利说明】用于感测器信号的能量有效测量的系统和方法
[0001]相关串请案的交叉参考
[0002]本申请案主张2013年3月15日申请的美国临时申请案第61/800，816号的权利，所述申请案全文并入本文中。
技术领域
[0003]本发明涉及传感器信号的测量，并且更确切地说，涉及传感器信号的能量有效测量。
【背景技术】
[0004]当存在电磁干扰(EMI)噪声(例如来自切换模式电池充电器、紧凑型荧光灯(CFL)、灯调光器等的射频噪声)时，经受噪声或干扰的电场传感器系统或任何其它传感器系统必须操作稳健。噪声影响信号接收的质量，并且噪声可影响所接收的数据信号，其可引起所要传感器数据的错误(不正确)传感器检测或遗漏检测。处于传感器扫描频率或接近传感器扫描频率的噪声功率是使接收性能降级的关键因素。虽然噪声频率是给定的，但无线传感器系统的扫描频率可发生变化。无线传感器系统装置的代码大小及电流消耗是至关重要的，因为由移动及远程电池供电的应用具有有限电池容量以及用于数据处理及存储容量的有限计算能力及内存。
[0005]因此，需要在存在噪声的情况下增强传感器系统(例如(举例来说)电场无线传感器系统)的稳健性。
【发明内容】
[0006]根据各种实施例，可在存在噪声的情况下通过事件确认(例如触摸垫或触摸屏的触摸/非触摸)期间的扫描频率切换来增强系统中的传感器信号的稳健性。因此，根据各种实施例，可在过量噪声引起事件确认期间的信号变动(不良信噪比)时切换扫描频率。
[0007]根据一个实施例，一种用于改进电容式传感器系统的稳健性的方法可包括以下步骤:a)操作所述电容式传感器系统，其中由具有带通的带通滤波器对所接收的传感器信号进行滤波，所述带通具有第一中心频率山)使用所述传感器系统来以第一速率轮询传感器数据；c)确定经轮询的传感器值是否满足预定阈值；d)如果满足所述预定阈值，那么:dl)使用所述传感器系统来以高于所述第一速率的第二速率轮询传感器数据；d2)验证以所述第二速率轮询的传感器数据是否一致；d3)如果以所述第二速率轮询的传感器数据不一致，那么至少重复步骤d2)，其中所述带通滤波器受控制以具有第二中心频率。
[0008]根据其它实施例，所述传感器系统可经配置以用与所述带通滤波器的中心频率匹配的系统频率操作且还可操作以在与所述第一中心频率及所述第二中心频率匹配的系统频率之间切换。根据其它实施例，所述方法还可包含:在步骤d3)中，如果以所述第二速率轮询的传感器数据不一致，那么重复步骤b)到d)。根据其它实施例，所述方法还可包括:如果以所述第二速率轮询的传感器数据一致，那么改变传感器输出信号的状态。根据其它实施例，可在确定从第一状态到第二状态的切换及从第二状态到第一状态的切换时应用不同阈值。根据其它实施例，系统频率可分别为所述第一频率或所述第二频率。根据其它实施例，系统频率可在所述带通滤波器的通带内。根据其它实施例，所述传感器系统可包括近接传感器，所述近接传感器包括接收具有所述第一频率或所述第二频率的载波信号的第一发射电极。根据其它实施例，所述传感器输出信号可指示触摸或非触摸。根据其它实施例，所述第一轮询速率可介于20ms与200ms之间或介于1ms与10ms之间。根据其它实施例，所述第二轮询频率可高于100Hz。根据其它实施例，所述方法还可包括接收电极，其中准静态交变电场形成在所述发射电极与所述接收电极之间且测量所述接收电极处的信号的衰减。
[0009]根据另一实施例，一种电容式传感器系统可包括:电容式传感器电极排列；带通滤波器，其从所述电容式传感器电极排列接收传感器信号，其中所述带通滤波器具有带通，所述带通具有第一中心频率；评估单元，其经配置以:使用所述电容式传感器电极排列来以第一速率轮询传感器数据；确定经轮询的传感器值是否满足预定阈值且如果满足所述预定阈值，那么:使用所述传感器系统来以高于所述第一速率的第二速率轮询传感器数据；验证以所述第二速率轮询的传感器数据是否一致且如果以所述第二速率轮询的传感器数据不一致，那么控制所述带通滤波器以切换到第二中心频率。
[0010]根据所述系统的其它实施例，所述电容式传感器电极排列可经配置以用可经切换以与所述第一中心频率或所述第二中心频率匹配的可变系统频率操作。根据所述系统的其它实施例，如果以所述第二速率轮询的传感器数据一致，那么传感器输出信号可改变状态。根据所述系统的其它实施例，可在确定从第一状态到第二状态的切换以及从第二状态到第一状态的切换时应用不同阈值。根据所述系统的其它实施例，系统频率可分别为所述第一频率或所述第二频率。根据所述系统的其它实施例，系统频率可经选择以在所述带通滤波器的带通内。根据所述系统的其它实施例，所述电容式传感器电极排列可包括近接传感器，所述近接传感器包括接收具有所述第一频率或所述第二频率的载波信号的第一发射电极。根据所述系统的其它实施例，所述传感器输出信号可指示触摸或非触摸。根据所述系统的其它实施例，所述第一轮询速率可介于20ms与200ms之间或介于1ms与10ms之间。根据所述系统的其它实施例，所述第二轮询频率高于100Hz。根据所述系统的其它实施例，所述系统还可包括接收电极，其中准静态交变电场形成在所述发射电极与所述接收电极之间且测量所述接收电极处的信号的衰减。
[0011]根据又一实施例，一种用于操作具有电容式传感器系统的便携式装置的方法可包括以下步骤:a)将所述装置切换成低电力模式；b)以第一频率操作所述电容式传感器系统，其中由具有与所述第一频率匹配的带通的带通滤波器对所接收的传感器信号进行滤波；c)使用以所述第一频率操作的传感器系统来以第一速率轮询传感器数据；d)确定经轮询的传感器值是否满足预定阈值；e)如果满足所述预定阈值，那么:el)使用以所述第一频率操作的传感器系统来以高于所述第一速率的第二速率轮询传感器数据；e2)验证以所述第二速率轮询的传感器数据是否一致；e3)如果以所述第二速率轮询的传感器数据不一致，那么至少重复步骤e2)，其中以第二频率操作所述传感器系统且所述带通滤波器受控制以与所述第二频率匹配；f)如果在步骤e3)中已验证以所述第二速率轮询的传感器数据一致，那么将所述便携式装置从低电力模式切换成正常操作模式。
【附图说明】
[0012]图1示出单个带通滤波器的滤波函数；
[0013]图2示出具有不同中心频率的两个带通滤波器的滤波函数；
[0014]图3示出在正常轮询及验证轮询期间轮询传感器数据的时序；
[0015]图4示出示例性便携式电池操作装置；
[0016]图5示出使用无噪声的第一滤波器频率的数据轮询；
[0017]图6示出使用具有滤波器带宽外的噪声的第一滤波器频率的数据轮询；
[0018]图7示出使用具有滤波器带宽内的噪声的第一滤波器频率的数据轮询；
[0019]图8示出在正常轮询及滞后验证轮询期间轮询传感器数据的时序；
[0020]图9示出在存在噪声时不同滤波器之间的切换；
[0021]图10示出根据一个实施例的传感器系统的方框图。
【具体实施方式】
[0022]例如，用于接近检测的电场传感器系统使用三维电场传感器排列且通常例如使用10kHz信号来产生准静态交变电场。例如，此电场从生成所述电场的装置竖直延伸超过1cm0用户可在例如不用手触摸装置的情况下进入此电场，并且由用户执行的手势将扰动所述电场。接着，可由传感器排列测量此类畸变且由所述排列确定的动态及静态特性可用来断定已执行何种类型的手势。
[0023]此系统通常可使用以第一工作频率的直接取样来检测用户的接近。参考图1，图中描绘根据本发明的教示内容的对单个频率的滤波效果的频率响应图。如图1中所示出，应用具有100kHz中心频率的带通滤波器。这允许聚焦于由发射器电极生成的载波信号，同时滤除可扰动载波频率的所有其它可能信号，因为以所述第一工作频率或接近所述第一工作频率的干扰噪声及干扰信号可使传感器系统的正确操作降级。单频滤波可是有效的，但不足以有效地满足新EMC标准IEC61000-4-6，因为噪声电平可高于工作信号电平。
[0024]为了在不增加传感器装置的电力消耗的情况下增强滤波效果，可引进第二工作频率。参考图2，图中描绘根据本发明的一个特定实例实施例的对双频的滤波效果的频率响应图。因此，图2示出在以某个扫描频率取得的传感器值集内的主要滤波效果。传感器值集的长度界定滤波函数的锐度。靠近所述扫描频率的噪声将归因于低噪声衰减而引起信号变动。所述工作频率应