触摸传感器的制作方法

专利名称：触摸传感器的制作方法
技术领域：
一般地，本发明涉及触摸传感器，更具体地，涉及电容式触摸传感器的 控制系统与方法。
背景技术：
常规的电容式触摸传感系统包括具有多个键的键盘。每个键包括覆盖有 介电元件的导电垫片。导电垫片连接到监控该垫片的电流电平的控制电路。 一般地，向该垫片提供具有恒定幅度的电流，并且当用户触摸键时，该电流 的一部分被吸收到用户。键触摸表示电路电容的变化，并且导致电流电平改变。
常规触摸传感系统的 一个问题为该触摸传感系统可能错误地检测出故 障触摸(faultytouch)。这些故障触摸由各种问题引起，例如噪声产生的干扰， 制造或环境因素引起的非均衡的键敏感度，由于如温度或湿度等环境因素的 键敏感度的漂移，以及诸如金属物体、水、或者动物等非用户对象的触摸。 故障触摸可能使触摸传感系统以不希望的方式激活受控设备。
至少某些公知的触摸传感系统已经处理了这些问题中的一或多个。例如， 在美国专利第5,760,715号中，描述了用于检测故障触摸的现有技术触摸传感 系统。在5,760,715号专利中，使用无垫片触摸传感器来检测传感位置上的、 用户对耦合至地的介电元件的触摸。该传感器包括向其施加预定电势的导电 板。同时，产生测试脉冲到地。当用户在传感位置上触摸介电元件时，由于 在地、用户、以及传感器之间形成的电容式电路，在测试脉冲期间，产生导 电板中的电势变化。这样，直接置于介电元件之上的异物或异体将不会错误 地产生触摸条件。

发明内容
在一方面，提供了一种触摸传感器，包括键盘，具有限定触摸传感位 置的键；以及与键相关的控制电路。该控制电路包括晶体管，并且该键基于
触摸事件控制该晶体管。脉冲信号发生器连接到控制电路，并且生成传送到 控制电路的脉冲信号。该脉冲信号对晶体管加电，当在相关键处发生触摸事 件时，该晶体管输出触摸信号，并且当在相关键处发生非触摸事件时，该晶 体管输出非触摸信号。分析器连接到控制电路，并且从晶体管接收指示触摸 事件的触摸信号与指示非触摸事件的非触摸信号中的一个。
可选地，只有在晶体管由脉冲信号加电之后，该晶体管才可以输出触摸 信号与非触摸信号，并且在脉冲信号之间，晶体管未被加电，并且不向分析 器提供输出。当用户正在触摸触摸传感位置时，晶体管的基极可以电容耦合 至用户。在触摸事件期间与在非触摸事件期间，通过晶体管的电流可以不同。
可选地，分析器比较以下中的一个触摸信号与非触摸信号之间的电容变化， 触摸信号的幅度与非触摸信号的幅度，以及触摸信号达到预定值的时间与 一卄 触摸信号达到相同预定值的时间。
在另一方面，提供了一种触摸传感器，包括键盘，具有按键行与键列 的矩阵排列的多个键，每个键限定触摸传感位置；以及与每个4泉相关的控制 电路。该控制电路对于每个键包括一个晶体管，并且每个键基于触摸事件控 制该晶体管。脉冲信号发生器连接到控制电路，并且生成传送到与每个键相 关的控制电路的脉冲信号。该脉冲信号对晶体管加电，当在相关键处发生触 摸事件时，该由脉冲信号加电的晶体管输出触摸信号，并且当在相关键处发 生非触摸事件时，该晶体管输出非触摸信号。分析器连接到控制电路，并且 从晶体管接收指示触摸事件的触摸信号与指示非触摸事件的非触摸信号中的 一个。
可选地，脉冲信号发生器可以按逐行顺序依次将脉冲施加到键，并且分 析器可以按逐列顺序依次分析晶体管的输出。
在另一方面，提供了一种利用触摸传感器来检测触摸事件的方法，该触 摸传感器包括键、以及包含晶体管的相关控制电路。该方法包括从控制器 向与键相关的控制电路发送脉冲信号，利用该脉冲信号对晶体管加电，以及 一旦加电后，当在键处发生触摸事件时，生成触摸信号，以及当在键处发生 非触摸事件时，生成非触摸信号。该方法还可以包括分析来自晶体管的所生 成的信号。


图1为根据本发明示范性实施例形成的电容式触摸传感器的示意图； 图2为图1所示的电容式触摸传感器的示意电路图； 图3为图1所示的电容式触摸传感器的示范性操作的时序图； 图4为根据本发明可替换实施例形成的可替换电容式触摸传感器的示意 电路图5为利用图1所示的触摸传感器的示范性设备的示意图。
具体实施例方式
图1为根据本发明示的电容式触摸传感器10的示意图。触摸传感器10 安装在介电元件12下面，并且显示处于"触摸"条件下，这是因为介电元件12 的传感位置14由用户的手指16触摸。当用户实际触摸传感位置14时，或者 当用户紧靠传感位置14、从而用户以电容方式与触摸传感器10交互时，发 生触摸事件。触摸传感器10包括位于介电元件12之下的导电垫片18。垫片 18与介电元件12上的触摸传感位置14配准。触摸传感器10还包括其上有 控制电路的电路板20,其形成触摸电路。垫片18连接到电路板20。可选地， 垫片18可以为实体导电垫片，或者垫片18可以为电路板20上聚集在传感位 置14上的多个导电电^各板迹线(conductive circuit board trace )。
触摸传感位置14、相应的导电垫片18、以及与垫片18相关联的触摸电 路被称为"键"。如果适当，则可以提供标记，以向用户指示手指16必须触摸 以达到该键上的触摸条件的确切位置。当时，本领域技术人员知道，术语"手 指"可以替换为能够用来触摸键的任何身体部分。排列单个键或者多个键来形 成键盘，其可以用于家庭、办公室或者工业用途。
在操作时，触摸电路使用多个分布式电容来检测键的触摸。触摸电路使 用在用户的手指16与垫片18之间建立的、具有电容C1的电容器，以检测触 摸事件。触摸电路还使用在用户的身体与诸如地球地面或者虚地30等导电物 体之间建立的、具有电容C2的电容器，以检测触摸事件。触摸电路还使用在 触摸电路的电路地32与地球或者虛地30之间建立的、具有电容C3的电容器， 以检测触摸事件。典型地，分布式电容C2与C3具有比分布式电容Cl大几 百倍的值。可选地，分布式电容C1具有范围在10微微法(pf)与0.5pf之间的 值，但是，触摸电路不限于该值范围。
图2为触摸传感器IO的触摸电路的示意电路图。在所示实施例中，触摸
传感器10包括按矩阵排列的多个键。可选地，可以按行与列的网格模式排列 键。应该知道可以在触摸传感器10中包含任意数目的键，并且触摸传感器 10可以包含任意数目行与列的键。在所示实施例中，在四行四列中提供16 个键。4建被标识为Kl至K16。行被标识为R0W1至ROW4。列被标识为COL1 至COL4。触摸电路使每个键关联电阻器与晶体管。电阻器被标识为Rl至 R16,其分别对应于键K1至K16。晶体管被标识为Ql至Q16,其分别对应 于键Kl至K16。每个键Kl至K16与同 一行内的其他每个键并联在触摸电路 内。
触摸传感器10包括控制器40，用来检测用户的触摸事件。控制器40连 接到供应电压42，并且控制器40还连接到电路地44。控制器40还连接到每 个行R0W1至ROW4、以及每个列C0L1至COL4。在一个实施例中，来自 每个行R0W1至ROW4的输入或者反馈由控制器40的分析器部分46分析。 可替换地，可以配备分离的分析器，并且将其连接到每个列。可选地，可以 在控制器40与每个键行R0W1至ROW4之间连接供应晶体管。这些供应晶 体管被标识为Q17至Q20,其中Q17连接在控制器40与R0W1之间；Q18 连接在控制器40与ROW2之间；Q19连接在控制器40与ROW3之间；并且 Q20连接在控制器40与ROW4之间。另外，每个供应晶体管Q17至Q20的 输入连接到供应电压48。在操作时，控制器40选择性地控制或者选择性地 激活供应晶体管Q17至Q20,以将供应电压48分别连接到相应的键行R0W1 至ROW4。
控制器40可以包括脉冲信号发生器50,其生成脉冲信号，并且依次将 脉冲信号送往晶体管Q17至Q20中的一个。脉冲信号发生器50 —次将多个 脉沖信号施加到单个键行。可选地，在向晶体管Q17至Q20中的不同的一个 发送一系列脉冲信号之前，脉冲信号发生器50向晶体管Q17至Q20中的一 个发送一系列脉冲信号。例如，在向下一行发送四个脉冲信号之前，脉冲信 号发生器50向一行发送四个脉冲信号。 一旦发送了脉冲信号，则特定晶体管 Q17至Q20被加电或者激活，并且供应电压48分别连接到相应的键行R0W1 至ROW4。供应电压48选择性地加电或者启动与键K1至K16关联的晶体管 Q1至Q16,以检测键K1至K16上的可能的触摸。例如，供应电压48连接 到晶体管Ql至Q16的基极，以对晶体管加电。可选地，也将供应电压连接
到晶体管Ql至Q16的输入。
一旦加电，从每个键向控制器40往回发送关于触摸事件或者非触摸事件 的反馈信息。当正在发生触摸事件时，向控制器40发送触摸信号。当正在发 生非触摸事件或者非触摸条件时，向控制器40发送非触摸信号。反馈信息可 以关于电容的变化或者指示触摸的电容；反馈信息可以关于收到特定值的信 号的时间；或者反馈信息可以关于用来指示发生了触摸的预定时间处的信号 的幅度。对于触摸事件的反馈信息不同于对于非触摸事件的反馈信息。这样， 控制器40就能够区分反馈信息，以确定是否正在发生触摸事件。
反馈信息从键开始、沿相应列C0L1至C0L4、往回传送到控制器40。 可选地，反馈信息从每个晶体管的输出传送到控制器40。通过确定正在发其 信号或脉冲的行、并且解释来自列的反馈信息，控制器40能够唯一地识别出 用户触摸了哪个键。作为例子，如果控制器40正在行ROW3处生成脉冲信 号、并且正在列COL2识别出触摸信号，则正在触摸键K10。
触摸电路将每个列接地到电路地32。可选地，可以在每个键列C0L1至 COL4与电^^地32之间连接电阻器。这些电阻器^L标识为R17至R20,其中 R17连接在C0L1与电路地32之间；R18连接在COL2与电路地32之间； R19连接在COL3与电路地32之间；并且R20连接在COL4与电路地32之 间。可替换地，电阻器R17至R20可以连接到地球地30。
参照一个键，例如键Kl,在使用期间，向电阻器R1发送从供应电压48 传送到ROW1的电流，电阻器Rl将电流降低到当在用户与触摸电路之间建 立电容Cl时、可以容易地测量变化的值。可选地，电阻器Rl作为晶体管 Ql的偏压电阻器。电阻器R1连接到晶体管Ql的基极，并且电流对晶体管 Ql充电或者加电。当用户靠近键K1时，电容C1增加，并且传送到晶体管 Ql的基极的电流的一部分被分流到用户身体的较低的阻抗。该缺失电流(其 可以由触摸信号的变化识别)由控制器分析，以确定发生了触摸条件。例如， 电容的变化或者指示触摸的电容可以指示发生了触摸。可选地，收到特定值 的信号的时间可以指示发生了触摸，其中如果正在发生触摸条件，则该时间 增加。可替换地，在预定时间处的信号的幅度可以指示发生了触摸，其中如 果正在发生触摸条件，则该幅度较低。
此处描述触摸传感器10的示范性操作。在操作时，控制器40依次提供 脉冲给触摸电路，以确定正在触摸哪个键(如果有的话)。控制器40系统地
监控键， 一次一个，以确定在给定键上是否正在发生触摸事件。在示范性操
作中，控制器40首先确定是否在键Kl上正在发生触摸事件。控制器40通 过晶体管Q17，向R0W1发送脉冲信号。 一旦脉冲信号激活晶体管Q17,就 从供应电压42向R0W1发送电流。其他每个行(即ROW2、 R0W3、以及 R0W4)没有收到电流，并且那些行中的每个晶体管(即Q5至Q16)没有被 加电，并且保持未激活，从而那些晶体管不向控制器40发送任何信号进行分 析。
控制器40为了反馈信息监控COL1。在非触摸条件下(其中用户没有正 在触摸键K1 )，晶体管Ql接收并且放大传送到键K1的脉冲信号或者电流。 然后从晶体管Ql的输出端输出非触摸信号，并且将其传送给控制器40进行 分析。可选地，对于预定的脉冲时间传送脉冲信号。例如，因为在收到脉冲 信号之前、晶体管Ql处于未激活状态并且未被加电，所以晶体管Q1具有唤 醒时间，其持续预定的唤醒时间，例如5微秒。这样，对于预定的脉冲时间 激活脉冲信号，该预定的脉冲时间长于唤醒时间，例如50微秒。可选地，唤 醒时间可以提供控制器40收到反馈信息的延迟。唤醒时间也可以向控制器 40提供不精确的反馈信息。这样，控制器40可以忽略在唤醒时间期间收集 的反馈信息。
如果正在发生触摸事件(其中用户正在触摸键K1)，则提供给控制器40 的反馈信息不同于当正在发生非触摸事件时的反馈信息。这样，控制器40就 能够区分触摸事件与非触摸事件。可选地，控制器40可以包括用来促进区分 触摸事件与非触摸情形的设备或者控制算法。下面将更详细描述这些控制算
法的至少某些。控制器40还可以包括不同的模块，其降低干扰，或者减少噪 声，以更好地区分触摸情形与非触摸情形。控制器40还可以包括提供自校准 的模块，以补偿各种参数，例如温度或者湿度，以有助于区分触摸情形与非 触摸情形。可以包含其他模块，其提供每个键之间的均衡、或者错误激活检 测，以有助于区分触摸情形与非触摸情形。
当在C0L1处检测到触摸时，控制器40可以提供输出或者执行输出52 上的功能。该输出或者所执行的功能依赖于触摸传感器10所用于的具体应 用。在示范性实施例中， 一旦在键K1处检测到触摸,控制器40就执行错误 激活检查，以确定是否正在发生触摸。控制器40将再次向ROW1发送脉冲 信号，并且控制器40将再次为了反馈信息监控C0L1。可选地，控制器40
连续地接收预定数目的对于触摸的肯定指示，以确定实际正在发生触摸。在 可替换实施例中，与再次检查键K1不同，控制器40将继续正常的操作，并
且依次检查所有键K2至K16,然后再次重新检查每个^t。
在正常操作条件下，当在键K1处检测到非触摸条件时，控制器40继续 依次检查每个键K1至K16。例如，在检查了键K1之后，控制器40将确定 在键K2处是否正在发生触摸。控制器40向R0W1发送脉冲信号，并且控制 器40为了反馈信息监控COL2。 一旦控制器40确定了键K2的状态，控制器 40就确定在键K3处是否正在发生触摸。控制器40向ROW1发送脉冲信号， 并且控制器40为了反馈信息监控COL3 。 一旦控制器40确定了键K3的状态， 控制器40就确定在键K4处是否正在发生触摸。控制器40向R0W1发送脉 冲信号，并且控制器40为了反馈信息监控COL4。
一旦确定了 R0W1中的每个键K1至K4的状态，控制器40就以类似的 方式确定ROW2中的键K5至K8的状态。控制器40通过晶体管Q18发送脉 沖信号到ROW2。 一旦该信号激活了晶体管Q18,电流就从供应电压42送往 ROW2。其他每个行(即R0W1、 ROW3、以及ROW4)没有收到电流，并 且那些行中的每个晶体管(即Ql至Q4以及Q9至Q16 )没有被加电，并且 保持未激活。控制器40通过依次分别监控COL1至COL4，为了反馈信息依 次检查每个键K5至K8。执行类似的的处理，以确定键K9至K16的状态。 一旦依次检查了每个键K1至K16,就对于键K1再次重复该处理。在可替换 实施例中，可以按不同的模式完成检查键K1至K16的顺序，例如通过在移 动到下一行之前依次检查一行中的每个键，或者以随机化的模式。
如上所述，控制器40可以包括影响触摸传感器10的总体性能的各种模 块。可选地，控制器40可以包括抖动模块，其生成具有相对较低幅度谱的键 扫描信号或者脉冲信号，以最小化键扫描信号与外部的强大噪声信号之间的 干扰。抖动模块可以包括滤波器，用来过滤不在键扫描信号的幅度谱内的信 号。另外，对于具有较低幅度的扫描信号，例如在触摸条件期间(此时一部 分电流被分流到用户身体)，可以更容易地检测信号的变化。
控制器40也可以包括噪声消隐模块，其阻止触摸信号被分析或者监控， 以防止故障激活。例如，当在触摸传感器10的附近生成强大的电噪声时，可 能向控制器40发送故障信号。噪声消隐模块根据这些故障信号，防止来自控 制器40的故障激活或者输出。可选地，噪声消隐模块可以使用扫描反馈信号
来检测外部噪声，或者噪声消隐模块可以使用外部传感器来检测外部噪声。 这样，控制器在噪声环境下操作更稳定。
控制器40可以包括自校准模块，其对各种环境因素(例如温度或者湿度) 补偿每个键的敏感度。自校准模块使用低通滤波器，其在一时间段上监控每 个键的触摸信号。如果检测到漂移，则可以改变键敏感度以补偿该漂移。
如上所述，控制器40可以包括错误键激活模块，其确定是否正在发生触
摸情形，并且用来检测与消除快速电容变化或者随机噪声。该错误键激活模 块要求多个连续的肯定触摸信号来确认实际发生了触摸。该错误键激活模块
也保证了用户的手指16 (图1所示)保持在键上一预定的时间量，并且不是 无意的触摸。
控制器40可以包括地环路检测模块，其可以检测触摸是否由用户造成、 或者触摸是否由非用户物体(例如无意落在触摸传感位置14 (图1所示)上 的金属物体或者水滴)造成。可选地， 一个键可以由地循环检测电路替换， 例如图2所示的键K13处显示的可选电路。当使用地环路检测电路时，在键 13处不提供触摸位置。晶体管Q13的基极连接到地球或者虚地30。对于每 个其他键，控制器40以类似的方式分析地循环检测电路。将通过晶体管Q13 的电流测量并且存储在控制器40中，作为与来自其他键的信号比较的基准。 例如，如果在一个键处接收的测定信号对应于来自地环路检测电路的信号， 则识别触摸事件。但是，如果在一个键处的测定信号未对应于来自地环路检 测电路的信号，则可能正在发生非用户触摸。这样，可以确定非触摸情况。 另外，地环路检测模块可以用来根据电容变化，确定正在触摸触摸传感器10 的用户的尺寸。可选地，控制器40可以根据人员的尺寸，阻止输出控制信号。 例如，如果控制器40确定小孩正在试图触摸触摸传感器10，则控制器40可 以拒绝向所连接的设备发送输出。
控制器40可以包括均衡模块，其提供相等的键敏感度。典型地，由于制 造或环境公差、或者由于键盘上键位置、或者由于键的尺寸，键盘中某些键 可能具有不同的敏感度。介电元件12 (在图1中显示)的材料的厚度或者类 型也可能影响敏感度。均衡模块通过利用基准或者校准信号以记录对于每个 键的门限值，产生对于键盘的敏感度图，然后使用该门限值来建立敏感度均 匀的键盘。可选地，均衡模块减少每个键的敏感度，直至检测到基准信号。 可替换地，均衡模块增加每个键的敏感度，直至该键不再检测到基准信号。
一旦确定了门限值，就可以将该值保存在存储器或者EEPROM中以产生敏感度图。
图3为触摸传感器IO的示范性操作的时序图。该图显示多个节点处的脉 冲信号，并且显示在所识别的键(即键K1至K6)的采样处的触摸事件60。 但是，应该理解控制器40将分析对于键盘中提供的所有键的触摸事件60。 该图显示节点A与节点B (其分别对应于与R0W1与ROW2相关的电路) 处的脉冲信号。但是，应该理解控制器40将分析对于键盘中提供的所有行 的脉冲信号。该图显示节点C、节点D、节点E、与节点F(其分别对应于与 C0L1至C0L4相关的电路)处的脉沖信号。但是，应该理解控制器40将 分析对于键盘中提供的所有列的脉冲信号。该图还用由附图标记62标识的虚 线框显示控制器40正在分析的触摸信号。
在操作时，如上所述，控制器40按照逐行的顺序，依次向键施加脉冲。 如图3所示，控制器40向每个行施加一系列4个脉冲，然后向下一行施加另 外一系列脉沖。例如，从时间Tl开始，节点A标识4个脉冲，然后在预定 时间内不再接收脉冲。在向节点A发送了 4个脉冲之后，节点B接收一系列 4个脉冲，但是在图3中只显示了两个脉冲。然后向ROW3施加4个脉沖， 之后向ROW4施加4个脉冲。
控制器40接收并且分析来自每个键的、每个列C0L1至COL4处的信号 形式的反馈信息。请注意，因为行中的每个键都收到来自控制器40的脉冲信 号，所以控制器40将从每个列中接收反馈信息进行分析。收到的信号或者为 指示该键处的触摸事件的触摸信号，或者为指示该键处的非触摸事件的非触 摸信号。触摸信号与非触摸信号相互不同，从而控制器40可以识别触摸事件。 可选地，非触摸信号形状为三角形，并且可能具有斜坡部分。斜坡部分的高 度可以对应于信号的幅度。可选地，该信号的频率对应于从控制器40发送来 的脉冲信号。因为用户的触摸事件改变该脉冲信号，所以触摸信号与非触摸 信号不同。可选地，信号变化可以由用户到键的电容耦合引起。在所示实施 例中，触摸信号包括斜坡部分，其与非触摸信号相比具有不同的坡度。可选 地，在触摸事件期间，信号的幅度不同，因为在触摸事件期间在键处可能幅 度较低。虽然图3所示的信号的形状为三角形，但是请注意信号可以具有不 同的形状，例如矩形、方波形、弯曲形等等。另外，触摸信号的形状可以不 同于图3所示的触4莫信号的形状。
如上所述，控制器40按照逐列的顺序依次分析晶体管的输出。该输出可
以为触摸信号或非触摸信号。在所示实施例中，在时间Tl，控制器40正在 分析来自C0L1的信号，如节点C处的信号所示。该信号为触纟莫信号，如虚 线框62中所示，这是因为在键K1处正在发生触摸事件60。虽然每个其他列 C0L2至COL4在时间Tl都正在接收信号，如节点D、 E、 F处的信号所示， 但是控制器40不分析那些列处的信号。可替换地，控制器40可以一次分析 来自多个列的多个信号。在另一个可替换实施例中，可以提供分离的分析器 来分析信号。在时间T2,控制器40正在分析来自COL2的信号，如节点D 处的信号所示。该信号为非触摸信号，这是因为在键K2处正在发生非触摸 事件。虽然时间T2键K1仍然指示触摸信号，但是控制器40只分析键K2的 状态。在时间T3，控制器40正在分析来自COL3的信号，如节点E处的信 号所示。该信号为非触摸信号，这是因为在键K3处正在发生非触摸事件。 在时间T4,控制器40正在分析来自COL4的信号，如节点F处的信号所示。 该信号为非触摸信号，这是因为在键K4处正在发生非触摸事件。
在时间T5,控制器40正在向ROW2提供脉冲，并且控制器40正在通过 分析节点C处的信号，分析键K5的状态。虽然正在触摸键Kl,但是在节点 C处提供非触摸信号。这样，控制器40能够通过向单个键行提供脉冲、并且 分析单个键列，唯一地识别正在被触摸的键。在所示实施例中，控制器40还 通过分析键K2处的信号、在时间T8识别出触摸信号，并且通过分析键K6、 在时间T12识别出触摸信号。请注意在任意一个时间，可以触摸多个键， 并且控制器40能够唯一地识别每个正在被触摸的键。还请注意脉冲速度应 该足够快，以在正常触摸事件期间向每个键提供许多脉冲，从而更好地识别 触摸事件，并且识别可能的错误或者故障触摸。
图4为可替换触摸传感器70的可替换触摸电路的示意电路图。在所示实 施例中，触摸传感器70包括按矩阵排列的多个键。可选地，可以按行与列的 网格模式排列键。应该知道可以在触摸传感器70中包含任意数目的键，并 且触摸传感器70可以包含任意数目行与列的键。在所示实施例中，在四行四 列中提供16个键。键被标识为Kl至K16。行被标识为R0W1至ROW4。列 被标识为C0L1至COL4。可选地，触摸电路使每个键关联电阻器与晶体管。 但是，触摸电路可以包含功能为识别一个键上的触摸事件的其他组件。电阻 器被标识为Rl至R16,其分别对应于键Kl至K16。晶体管被标识为Ql至
Q16,其分别对应于键K1至K16。每个键K1至K16与同一行内的其他每个 键并联在触摸电路内。
触摸传感器70包括控制器80，用来检测用户的触摸事件。控制器80连 接到供应电压82,并且控制器80还连接到电路地84。控制器80还连接到每 个行ROWl至ROW4、以及每个列COL1至COL4。在一个实施例中，来自 每个列COL1至COL4的输入或者反馈由控制器80的分析器部分86分析。 可替换地，可以配备分离的分析器，并且将其连接到每个列。可选地，可以 在控制器80与每个键行ROW1至ROW4之间连接开关。这些开关被标识为 Sl至S4,其中Sl连接在控制器80与ROW1之间；S2连接在控制器80与 ROW2之间；S3连接在控制器80与ROW3之间；并且S4连接在控制器80 与ROW4之间。可选地，开关Sl至S4表示运算放大器。每个开关S1至S4 的第一输入端连接到控制器80，并且操作信号可以从控制器80传送到相应 的开关S1至S4。每个开关Sl至S4的第二输入端连接到地。另外，每个开 关连接到两个电源。该电源净皮标识为VI与V2。可选地，每个开关Sl至S4 连接到相同的两个电源，从而从每个电源VI与V2向每个开关Sl至S4提供 相同的电压。可替换地，电源可以对每个开关S1至S4不同。可选地，VI可 以为正电源，并且V2可以为负电源。可选地，VI与V2的电压可以相等但 是相反。在一个实施例中，Vl可以为+15伏特，并且V2可以为-15伏特。但 是，VI与V2可以分别具有不同于+15与-15的电压电平。
在操作时，控制器80选择性地控制或者选择性地激活开关Sl至S4,以 将电源VI与V2分别连接到对应的键行ROW1至ROW4。当没有向行发送 信号时，开关输出来自V2的电力。当控制器80向一个开关(例如S1)发送 信号时，开关Sl输出来自VI的电力到每个键K1至K4。 一旦加电，从每个 键K1至K4向控制器80往回发送关于触摸事件或者非触摸事件的反馈信息。 当正在发生触摸事件时，向控制器80发送触摸信号。当正在发生非触摸事件 或者非触摸情形时，向控制器80发送非触摸信号。反馈信息可以关于电容的 变化或者指示触摸的电容；反馈信息可以关于收到特定值的信号的时间；或 者反馈信息可以关于用来指示发生了触摸的预定时间处的信号的幅度。对于 触摸事件的反馈信息不同于对于非触摸事件的反馈信息。这样，控制器80就 能够区分反馈信息，以确定是否正在发生触摸事件。另外，选择V1与V2之 间的电压差，以提供明显的或者可测量的反馈信号。例如，较大的电压差对
应于较大的反馈信号，并且对于较大的反馈信号，反馈信号的变化更容易被
识别和/或测量。可选地，可以控制V1和/或V2的电压，以限制到控制器80 的最大反馈信号。在一个实施例中，反馈信号的电压可以被限制到最大5伏 特，但是该最大值可以依赖于控制器80的类型或尺寸。
以与触摸传感器10类似的方式，对于触摸传感器70的反馈信息从键开 始、沿相应列C0L1至C0L4、往回传送到控制器80。可选地，反4赍信息/人 每个晶体管的输出传送到控制器80。通过确定正在发其信号或脉冲的行、并 且解释来自列的反馈信息，控制器80能够唯一地识别用户触摸了哪个键。作 为例子，如果控制器80正在行R0W3处生成脉沖信号、并且正在列COL2 识别出触摸信号，则正在触摸键KIO。
图5为利用触摸传感器10的示范性设备100的示意图。设备100包括外 壳102,其容纳触摸传感器10。可选地，设备IOO可以包括显示器104。设 备IOO可以包括内部控制器106，在图5中以虚线表示。设备IOO可以通过 有线连接或者无线连接，与从属设备、机器、或者系统108通信。触摸传感 器IO上的触摸可以用来控制设备100和/或从属设备、机器、或者系统108。
由此配备触摸传感器IO,其以成本效率高并且可靠的方式操作。触摸传 感器10包括键盘，其具有按行列矩阵排列的键。键包括控制电路，控制电路 包括用来检测触摸情况的晶体管。使用生成脉冲信号的控制器40,来操作触 摸传感器10。控制器40向单个行发送脉冲信号，并且控制器分析来自单个 列的触摸信号，以确定是否发生了触摸。这样，控制器40可以唯一地识别被 触摸的键。另外，使用脉冲信号来对晶体管加电，从而在任意一个时间，只 对正在被提供脉冲的行中的晶体管加电。这样，在列处收到的触摸信号可以 唯一地识别正在被触摸的4建。
虽然就各种具体实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该知道在 权利要求的精神与范围内，可以通过修改实现本发明。
权利要求
1.一种触摸传感器，包括键盘，具有限定触摸传感位置的键；与键相关的控制电路，其中该控制电路包括晶体管，该键基于触摸事件控制该晶体管；脉冲信号发生器，其连接到所述控制电路，并且生成传送到所述控制电路的脉冲信号，其中该脉冲信号对所述晶体管加电，当在相关键处发生触摸事件时，该晶体管输出触摸信号，并且当在相关键处发生非触摸事件时，该晶体管输出非触摸信号；以及分析器，其连接到所述控制电路，并且从所述晶体管接收指示触摸事件的触摸信号与指示非触摸事件的非触摸信号中的一个。
2. 如权利要求1所述的触摸传感器，其中在所述晶体管由所述脉沖信号 加电之后，该晶体管输出触摸信号与非触摸信号。
3. 如权利要求1所述的触摸传感器，其中在脉冲信号之间，所述晶体管 未被加电，并且不向所述分析器提供输出。
4. 如权利要求1所述的触摸传感器，其中当用户正在触摸所述触摸传感 位置时，所述晶体管的基极电容耦合至用户。
5. 如权利要求1所述的触摸传感器，其中在触摸事件期间通过所述晶体 管的电流与在非触摸事件期间通过所述晶体管的电流不同。
6. 如权利要求1所述的触摸传感器，其中所述分析器比较以下中的一个: 触摸信号与非触摸信号之间的电容变化，触摸信号的幅度与非触摸信号的幅度，以及触摸信号达到预定值的时间与非触摸信号达到相同预定值的时间。
7. 如权利要求1所述的触摸传感器，还包括连接到所述控制电路的供 应电压、以及连接到所述控制电路与该供应电压的供应元件，所述脉冲信号 发生器连接到该供应元件的基极，其中所述脉沖信号激活该供应元件，以连 接该供应电压与键的控制电路。
8. 如权利要求7所述的触摸传感器，其中所述供应元件为晶体管与运算 放大器中的一个。
9. 如权利要求7所述的触摸传感器，还包括第一供应电压与第二供应 电压。
10.如权利要求1所述的触摸传感器，其中所述控制电路连接到地球地， 所述分析器比较触摸信号到地球地的电容变化，以确定该触摸信号是否为故 障触摸信号。
全文摘要
一种触摸传感器，包括键盘，具有限定触摸传感位置的键；以及与键相关的控制电路。该控制电路包括晶体管，并且该键基于触摸事件控制该晶体管。脉冲信号发生器连接到控制电路，并且生成传送到控制电路的脉冲信号。该脉冲信号对晶体管加电，当在相关键处发生触摸事件时，该晶体管输出触摸信号，并且当在相关键处发生非触摸事件时，该晶体管输出非触摸信号。分析器连接到控制电路，并且从晶体管接收指示触摸事件的触摸信号与指示非触摸事件的非触摸信号中的一个。
文档编号G06F3/044GK101102104SQ20071012866
公开日2008年1月9日 申请日期2007年7月9日 优先权日2006年7月7日
发明者特雷安·R·波恩, 菲利普·阿塔纳索夫 申请人:蒂科电子加拿大有限公司