用于补偿触摸式传感器面板上的负像素效应的设备和系统的制作方法

专利名称：用于补偿触摸式传感器面板上的负像素效应的设备和系统的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及利用电容式传感器(像素)阵列来探测和定位触摸事件的多 点触摸式传感器面板，并且更加具体地涉及当由不良接地物体产生触摸事件时对于具有失 真读数的像素进行校正。
背景技术：
很多类型的输入装置目前可被用来在计算系统中执行操作，例如按钮或者按键、 鼠标、轨迹球、操纵杆、触摸式传感器面板、触摸屏等。尤其是触摸屏正在变得越来越流行， 这是因为，它们的操作是容易的和多功能性的，以及它们的价格正在下降。触摸屏能够包 括触摸式传感器面板，触摸式传感器面板能够是具有触敏表面的透明面板；和显示装置 例如液晶显示器(LCD)，该显示装置能够部分地或者完全地位于该面板后面，从而该触敏表 面能够覆盖该显示装置的可视区域的至少一个部分。触摸屏能够允许使用者通过在由用户 界面(UI)规定的位置处使用手指、触针或者其它物体触摸该触摸式传感器面板而执行各 种功能，用户界面(UI)是由显示装置显示的。通常，触摸屏能够识别触摸事件和触摸事件 在触摸式传感器面板上的位置，并且计算系统然后能够根据在发生触摸事件时出现的显示 而释译该触摸事件，并且此后能够基于该触摸事件执行一个或者多个动作。触摸式传感器面板能够在一些实施例中由利用电介质材料与多根感测线(例如， 列线路)分离的驱动线(例如，行线路)的矩阵形成，在驱动线和感测线的每一个交点处产 生传感器或者像素。触摸式传感器面板能够可替代地以任何数目的定向或者尺寸布置，包 括但是不限于斜向、同心圆、螺旋形、三维或者随机定向。为了探测并且识别在触摸式传感 器面板上的触摸位置，激励信号被提供给驱动线，以使得感测线产生指示触摸输出值的信 号。通过相对于从感测线读出的信号而获知给予特定驱动线的激励信号的时序，(一个或 者多个)处理器能够被用于确定在触摸式传感器面板上何处发生触摸。当触摸该触摸式传感器面板的物体对地不良时，从感测线读出的触摸输出值可能 是错误的、假的或者在其它情形中是失真的。当在触摸式传感器面板上同时地发生两个或 者更多触摸事件时，进一步增加了这种错误的、假的或者在其它情形中失真的信号的可能 性。

实用新型内容本公开的一个实施例要解决的一个技术问题是对于由于触摸触摸式传感器面板 的物体的不良接地而产生假的、错误的或者在其它情形中失真的触摸输出读数的像素(所 谓的“负像素”)进行补偿。根据本实用新型的一个实施例，提供了一种用于补偿触摸式传感器面板上的负像 素效应的设备，其特征在于，包括用于确定与接触所述触摸式传感器面板的物体相关联的 物体对地电容的装置；和用于当所述物体对地电容处于或者低于预定阈值时基于所述物体 对地电容和测得像素触摸输出值而对于所述触摸式传感器面板的每一个像素计算实际像素触摸输出值的装置。根据本公开的一个实施例，提供了一种用于补偿触摸式传感器面板上的负像素效 应的设备，其特征在于，包括被耦接到在所述触摸式传感器面板上具有第一定向的多个驱 动线中的每一个的、配置为被激发以产生第一测得像素触摸输出值的第一激励信号源；被 耦接到在所述触摸式传感器面板上具有不同于所述第一定向的第二定向的多个感测线中 的每一个的感测放大器，所述感测放大器包括被耦接到所述感测放大器的输入的、配置为 被激发以产生第二测得像素触摸输出值的第二激励信号源；和用于根据迭代使用所述第一 测得像素触摸输出值和物体对地电容而计算实际像素触摸输出值的面板处理器。根据本公开的一个实施例，提供了一种用于补偿触摸式传感器面板上的负像素效 应的系统，其特征在于，包括具有多个驱动线和多个感测线的触摸式传感器面板；被耦接 到所述触摸式传感器面板的面板子系统，所述面板子系统包括被耦接到所述触摸式传感 器面板的所述驱动线的驱动逻辑电路，所述驱动逻辑电路包括产生第一激励信号的装置， 和被耦接到所述触摸式传感器面板的所述感测线的感测信道，每一个感测信道均包括感测 放大器，第二激励信号源被耦接到所述感测放大器的输入，所述感测信道包括响应于来自 所述驱动逻辑电路的所述第一激励信号而产生第一测得像素触摸输出值并且响应于来自 所述第二激励信号源的所述第二激励信号而产生第二测得像素触摸输出值的装置；以及面 板处理器，所述面板处理器被耦接到所述面板子系统并且包括计算与接触所述触摸式传感 器面板的物体相关联的物体对地电容的装置。根据本公开的一个实施例，所述第一激励信号源包括配置为被同时地激发以产生 所述第一测得像素触摸输出值的装置。根据本公开的一个实施例，所述第二激励信号源包括配置为被同时地激发以产生 所述第二测得像素触摸输出值的装置。根据本公开的一个实施例，所述面板处理器包括基于所述第一测得像素触摸输出 值、第二测得像素触摸输出值、平均互电容和与所述感测放大器相关联的反馈电容而计算 与接触所述触摸式传感器面板的物体相关联的物体对地电容的装置。根据本公开的一个实施例，所述面板处理器包括在所述触摸式传感器面板的正常 操作期间周期地计算所述物体对地电容的装置。根据本公开的一个实施例，所述第二激励信号源包括向所述感测线提供反向激励 信号的装置。根据本公开的一个实施例，所述驱动逻辑电路包括向所述多个驱动线同时地提供 所述第一激励信号的装置。根据本公开的一个实施例，所述面板处理器包括基于所述第一激励信号、第一测 得像素触摸输出值和与所述感测放大器相关联的反馈电容而计算所述物体对地电容的第 一预报值的装置。根据本公开的一个实施例，所述第二激励信号源包括向所述多个感测线同时地提 供所述第二激励信号的装置。根据本公开的一个实施例，所述面板处理器包括基于所述第二激励信号、第二测 得像素触摸输出值和与所述感测放大器相关联的反馈电容而计算所述物体对地电容的第 二预报值的装置。[0018]根据本公开的一个实施例，所述面板处理器包括基于所述第二激励信号、第二测 得像素触摸输出值、与所述感测放大器相关联的反馈电容和用于所述感测线的面板集总寄 生电容而计算所述物体对地电容的第二预报值的装置。根据本公开的一个实施例，所述面板处理器包括在所述触摸式传感器面板校准期 间计算用于所述感测线的所述面板集总寄生电容的装置。根据本公开的一个实施例，所述面板处理器包括基于所述第一激励信号、第一测 得像素触摸输出值、第二激励信号、第二测得像素触摸输出值和所述反馈电容而计算用于 所述感测线的所述面板集总寄生电容的装置。根据本公开的一个实施例，所述面板处理器包括根据迭代使用所述第一测得像素 触摸输出值和物体对地电容而计算实际像素触摸输出值的装置。当使用者正在触摸触摸式传感器面板上的一个或者多个位置但是未能同样良好 地接触包括该触摸式传感器面板的装置的另一个部分时，会发生对看起来是负性的(一个 或者多个)触摸事件的错误探测。为了补偿这些错误的读数，触摸式传感器面板的感测线 能够包括反向驱动电路以便计算物体对地电容。这个电容在触摸式传感器面板的正常操作 期间被周期地计算以识别触摸式传感器面板何时在不良接地状态下受到触摸。如果计算出 的物体对地电容指示存在不良接地状态，则该物体对地电容和探测到的像素触摸输出值被 用于以迭代方式估计新的像素触摸输出值。这些新的值代表对于实际像素触摸输出值的估 计并且被以替代探测到的像素触摸输出值的方式使用，以实际地确定(一个或者多个)触 摸事件。根据本公开的一个技术效果是，为在触摸式传感器面板上确定(一个或者多个) 触摸事件提供了改进的精度。

图1例示根据本实用新型实施例的一种示例性触摸式传感器面板。图2例示根据本实用新型实施例将要利用手指发生触摸事件的触摸式传感器面 板的单一示例性像素的近视图。图3例示根据本实用新型实施例的触摸式传感器面板的可替代实施例。图4A-4D例示根据本实用新型实施例在不同触摸和接地状态下相应于触摸式传 感器面板的单一像素的示例性概念等价电路。图5A例示根据本实用新型实施例在触摸式传感器面板上同时发生的多个触摸事 件。图5B例示示出相应于在图5A中例示的同时触摸事件的负像素现象的三维视图的 示例性图像映射。图6A例示根据本实用新型实施例代表触摸式传感器面板的单一像素的电路图， 该电路图示出反向电压源和固有电容。图6B例示根据本实用新型实施例在正常操作期间代表单一像素的电路图。图7例示根据本实用新型实施例用于确定关于列的平均面板集总寄生电容的流 程图。图8例示根据本实用新型实施例用于在正常操作期间确定平均接地电容的流程图。图9例示用于在根据本实用新型实施例的装置正常操作期间校正寄生电容效应 的流程图。图10例示根据本实用新型实施例实际像素触摸输出值估计相对于迭代次数的收 敛曲线。图11例示能够包括本实用新型的一个或者多个实施例的一种示例性计算系统。图12A例示根据本实用新型实施例能够包括图11所示的计算系统的示例性移动 电话。图12B例示根据本实用新型实施例能够包括图11所示的计算系统的示例性数字 媒体播放器。图12C例示根据本实用新型实施例能够包括图11所示的计算系统的示例性个人 计算机。附图参考标记5A0:PD0,S15A2 :PD2jS15B0 :PD0jS25B2 :PD2jS19A:开女台IlA 控制信号
具体实施方式
在以下对优选实施例的说明中，对形成其中的一个部分的附图进行参考，并且其 中通过例示而示出其中本实用新型能够得以实践的特殊实施例。应该理解，能够使用其它 实施例并且能够做出结构变化而不偏离本实用新型实施例的范围。本实用新型的实施例涉及对于在触摸式传感器面板上的(一个或者多个)触摸事 件的错误探测进行校正。当使用者正在触摸触摸式传感器面板上的一个或者多个位置但是 未能同时良好地接触包括该触摸式传感器面板的装置的另一个部分时，可能发生对于看起 来是负性的(一个或者多个)触摸事件的错误探测。为了补偿这些错误的读数，触摸式传感 器面板的感测线能够包括反向驱动电路以便计算物体对地电容。这个电容在触摸式传感器 面板的正常操作期间被周期地计算以识别触摸式传感器面板何时在不良接地状态下受到 触摸。如果计算出的物体对地电容指示存在不良接地状态，则该物体对地电容和探测到的 像素触摸输出值被用于以迭代方式估计新的像素触摸输出值。这些新的值代表对实际像素 触摸输出值的估计并且被以替代探测到的像素触摸输出值的方式使用以实际地确定(一 个或者多个)触摸事件。据此，为确定在触摸式传感器面板上的(一个或者多个)触摸事 件提供了改进的精度。虽然在这里可以根据互电容触摸式传感器面板描述和例示本实用新型的实施例， 但是应该理解，本实用新型的实施例不受如此限制，而是另外地能够被应用于自电容传感 器面板，以及其中由于不良接地状态而发生探测错误的单点和多点这两种触摸式传感器面 板。触摸式传感器面板可以利用显示器、轨迹板、轨迹球或者与触摸位置和/或强度的确定相关联之处的各种其它触摸传感表面实现。图1例示根据本实用新型实施例的一种示例性触摸式传感器面板100。触摸式传 感器面板100包括能够利用由电介质材料分离的两层电极结构形成的像素106的阵列。一 个电极层包括垂直于包括多根感测线104的另一个电极层定位的多根驱动线102。像素 106 (还被称作传感器)能够在驱动线102和感测线104的交点处形成，并且每一个像素106 均具有相关的互电容114 (还被称作耦合电容)。驱动线102 (还被称作行、行线路或者行电极)能够被由分别的驱动电路108提供 的激励信号致动。每一个驱动电路108均包括被称作激励信号源的交流(AC)电压源。来自 驱动电路108的激励信号还可以被称作前向驱动信号或者前向激励信号。感测线104(还 被称作列、列线路或者列电极)能够被由分别的反向电压源112提供的激励信号致动，反向 电压源112被耦接到其分别的感测放大器110的输入。这种激励信号还可以被称作反向驱 动信号或者反向激励信号。反向电压源包括AC电压源。感测放大器110还可以被称作电 荷放大器或者跨导放大器。为了感测在触摸式传感器面板100上的(一个或者多个)触摸事件，每一根驱动 线102均能够顺序地被驱动电路108激励，并且感测放大器110探测来自感测线104的结 果电压值。所探测到的电压值代表像素触摸输出值，指示发生(一个或者多个)触摸事件 的(一个或者多个)像素位置和在该(一个或者多个)位置处发生的触摸程度。图2例示将要利用手指200发生触摸事件的单一示例性像素106的近视图。当 像素106未被物体触摸时，能够经由电介质材料在驱动线102和感测线104之间形成电场 (被示为静电场线202)。电场线202中的一些能够延伸到驱动线102和感测线104上方并 且甚至到位于触摸式传感器面板100之上的盖体204上方。当物体例如手指200触摸像素 106 (或者靠近像素106的位置)时，该物体阻挡了延伸到盖体204上方的一些电场线202。 电场线202的这种阻挡或者间断改变了与像素106相关联的电容，这改变了从驱动线102 到感测线104的电流(电流与电容成比例)，并且这进而改变了在感测线104处探测到的电 压值(或者电荷耦合)。在图1中例示的触摸式传感器面板100是根据笛卡尔(Cartesian)坐标系统布置 的。在可替代实施例中，触摸式传感器面板100可以被以任何数目的定向或者尺寸布置，包 括但是不限于斜向、同心圆、螺旋形、三维、或者随机定向。例如，图3例示根据极坐标系统 布置的触摸式传感器面板300。触摸式传感器面板300包括多个径向延伸的驱动线302和 多个同心布置的感测线304。在驱动线302和感测线304的交点处能够形成具有相关互电 容Csk的像素306。驱动线302由驱动电路308驱动。感测线304由感测放大器310探测。当在触摸式传感器面板100上发生触摸事件时，可以发生除了上述之外的电容耦 合。这些其它的电容耦合能够具有足够显著的幅度从而是不理想的并且能够导致错误的、 假的或者在其它情形中失真的像素触摸输出值。当触摸触摸式传感器面板100的物体被不 良接地时能够引入寄生电容。为了本申请的目的，“不良接地”可以被与“非接地”、“未接 地”、“非良好接地”、“隔离”或者“浮动”互换地使用并且包括当物体未与采用触摸式传感器 面板的装置的接地实现低电阻电连接时存在的不良接地状态。例如，如果采用触摸式传感 器面板100的装置被置于桌子上并且物体仅仅触摸在触摸式传感器面板100上的装置，那 么对于该触摸事件可能存在不良接地状态。相反，如果该物体触摸触摸式传感器面板100和该装置的另一个部分(例如，该物体保持该装置并且与该装置的背部接触)，则存在良好 的接地状态并且寄生电容的效应可以忽略。在不良接地状态下存在的寄生电容能够以至少两种方式使得像素触摸输出值失 真。首先，关于被触摸的像素106测得的像素触摸输出值中的变化能够小于它实际上应该 发生的变化。因此，采用触摸式传感器面板100的装置错误地认为在像素106处发生的触摸 比实际上的程度更低。第二，当由同一不良接地物体引起多于一个的同时的触摸事件时，实 际上未被触摸的(一个或者多个)像素106可以注册为已经接收到负性量的触摸(在假想 位置处的“负像素”)。当触摸式传感器面板100能够被操作以例如为图形用户界面(GUI)捕 获输入时，在假想位置处感测负像素可能是引起问题的。在于2007年12月21日提交的并 且题目为“Negative Pixel Compensation (负像素补偿)”的美国专利申请No. 11/963, 578 中描述了负像素，其内容在这里通过引用而整体并入。图4A-4D例示在不同触摸和接地状态下相应于单一像素106的示例性概念等价电 路。在图4A-4D中，在感测线104上包括的反向电压源112未被示出，因为电压值在触摸感 测操作期间将为零。在图4A中例示的电路代表无触摸情形。驱动电路108向驱动线102施加激励信号 义。该激励信号能够包括具有各种幅度、频率和/或波形形状的AC电压信号。例如，该激励 信号可以包括正弦ISVpp信号。因为无任何物体间断电场线，所以特征互电容114包括在 感测放大器110处探测到的电荷耦合。在图4A中，互电容114被表示成Csre并且反馈电容 400被表示成CFB。在感测放大器110的输出处的结果(无触摸)像素触摸输出值402 (Vtl) 能够被表达为V0 = VlXCSIG/CFB (1)在图4B中例示的电路代表触摸像素106(或者靠近像素106)的物体，例如手指 200。当激励信号V1被施加到驱动线102时，类似于在上面关于图4A所讨论地，并且因为该 物体阻断在驱动线102和感测线104之间的一些电场线，所以特征互电容114被降低并且 变成触摸电容404。电容被降低Csre SENSE并且触摸电容404能够被表示为Csre-Csre SENSE。例 如，互电容114(例如，在无触摸时)可以为近似0. 75微微法拉(pF)并且触摸电容404(例 如，在触摸时)可以为近似0. 25pF。弓丨入触摸不仅将像素106处的电荷耦合从互电容114改变为触摸电容404，而且还 能够引入被称为寄生电容的不理想的电容耦合。寄生电容包括与触摸和感测电容408(Cfs) 串联的触摸和驱动电容406 (Cfd)。图4B还示出包括与该装置相关联的固有电容和与该物 体相关联的固有电容的接地电容410 (C_)(还被称作物体对地电容)。在图4C中例示的电 路等价于图4B所示的电路。在图4C中，负电容414(Cnk)等价于图4B中的触摸和驱动电 容406、触摸和感测电容408以及接地电容410的组合。负电容414能够被表达为Cneg — CFDxCFS/ (Cfd+Cfs+Cgnd)(2)当触摸像素106的物体因为例如该物体还触摸采用触摸式传感器面板100的装置 的边框、后侧或者其它部分而被良好接地时，接地电容410相对于触摸和驱动电容406与触 摸和感测电容408具有大的值(在良好接地状态下的接地电容410 (Cem)能够在IOOpF的 水平量级上)。大值的接地电容410导致负电容414具有可以忽略的值(注意等式(2)中 的分母中的C_)。触摸和驱动电容406具有增加驱动电路108的驱动电流的效应效果，而触摸和感测电容408具有被感测放大器110的虚假接地分流的效应效果。因此，在图4D中 示意例示的电路代表在良好接地状态下触摸像素106的物体。在感测放大器110的输出处 的结果(良好接地)像素触摸输出值416 (被表示为Vtl-Vs)相对于(无触摸)像素触摸输 出值402成比例地更小并且能够被表达为V0-Vs = (VlXCSIG/CFB)-(VlXCSIG_SENSE/CFB) (3)相反，当触摸像素106的物体在不良接地状态下时，负电容414不再是可以忽略 的。触摸和感测电容408不再被分流到地面。接地电容410能够在与触摸和驱动电容406 与触摸和感测电容408相同的量级上(在不良接地状态下的接地电容410 (C_)能够在IpF 的量级上)。负电容414引起在感测放大器110处探测到的电压以数量Vn高于在良好接地 状态下的电压Vn = VlXCNEG/CFB (4)(不良接地)像素触摸输出值418能够被表达为Vtl-VdV1^对实际像素触摸输出 值的寄生效应与所期望的触摸电容变化的方向相反。因此，在不良接地状态下经历触摸的 像素可以探测到比实际上所存在的更小的触摸。图5A-5B例示根据本实用新型实施例在触摸式传感器面板100上同时发生的多个 触摸事件。在由驱动线DO和感测线Sl相交的像素处(PDQ,S1)和在由驱动线D2和感测线S2 相交的像素处(PD2,S2)，两个手指正在触摸触摸式传感器面板100上的两个不同的位点。在 不良接地状态下，如以上所讨论的那样在Pdci,31和PD2,S2的每一个处均存在寄生电容。另外， 在由驱动线DO和感测线S2交叉的像素(PDQ, S2)(假想位置)处和在由驱动线D2和感测线 Sl交叉的像素(PD2,S1)(假想位置)处能够注册负像素。当驱动线DO被激励时，来自PM,S1的电荷被耦合在Pdci,S1之上触摸的手指上。并不 是被分流到地面，一些电荷被耦合回到感测线Sl还有使用者的触摸触摸式传感器面板的 其它手指上(例如，到感测线S2上)。如果使用者被适当地接地，则在PD2,S2之上的手指将 不会引起电荷被耦合到感测线S2上，因为驱动线D2将不会被与驱动线DO同时地激励。净 效应在于，当驱动线DO被激励时，感测放大器110在感测线Sl和S2(例如，PD0,S1和PDQ,S2) 处感测到触摸事件。在PD2, S2处的实际触摸类似地引起电荷通过使用者的手而被耦合到感 测线Si。因此，当驱动线D2被激励时，感测放大器110在感测线Sl和S2(例如，PD2,S1和 PD2,S2)处感测到触摸事件。在回到感测线Sl和S2上的意外的电荷耦合降低了在触摸位置Pdci,S1和PD2,S2处探 测到的表观触摸。经由使用者的手指到其它感测线的电荷耦合还能够将未被触摸的相邻像 素减弱到使得能够错误地产生指示负程度触摸(负像素)的输出读数的程度。如果沿着正 被激励的同一驱动线存在正被触摸的多个像素，则使得负像素化更差，这是因为，如果这样 的话，甚至更多的电荷能够被耦合到正被同时地触摸的其它感测线上。图5B例示示出相应于在图5A中例示的同时触摸事件的负像素现象的三维视图的 示例性图像映射。在图5B中，正输出值与真正触摸U^^n，PM,sl*PD2,S2)的位置相关联并 且负输出值与负触摸的位置(例如，Pdci,32和PD2,S1)相关联。根据本实用新型的实施例，能够通过计算平均接地电容并且然后使用测得的像素 触摸输出值和平均接地电容来估计实际像素触摸输出值而对于触摸式传感器面板100执 行寄生电容校正。所估计的实际像素触摸输出值被用于确定在触摸式传感器面板100上的(一个或者多个)触摸事件。在触摸式传感器面板100的正常感测操作开始之前，面板100 (和包括面板100的 装置)经历校准、基线测量和参数设置。具体地，为了根据本实用新型的实施例执行寄生电 容校正，在校准期间确定关于列(例如，感测线)的平均面板集总寄生电容。在图6A中例示 代表触摸式传感器面板100的任何单一像素106的电路图，该电路图示出包括关于行(Cpd) 的面板集总寄生电容600和关于列(Cps)的面板集总寄生电容602的触摸式传感器面板100 所固有的电容。关于行(Cpd)的面板集总寄生电容600包括在局部接地的触摸式传感器面 板内的驱动线的寄生电容。关于列(Cps)的面板集总寄生电容602包括在局部接地的触摸 式传感器面板内的感测线的寄生电容。触摸和驱动电容406 (Cfd)包括驱动线通过触摸式传 感器面板到触摸物体(例如，使用者的手指)的寄生电容。触摸和感测电容408 (Cfs)包括 感测线通过触摸式传感器面板到触摸物体(例如，使用者的手指)的寄生电容。图7例示用于在触摸传感器面板100的校准期间确定用于列的平均面板集总寄生 电容(平均Cps)的流程图。在方框700处，由驱动电路108利用V1(例如正弦波电压)同 时地激励所有的驱动线102，而反向电压源112被保持为零值。作为响应，在方框702处，对 于所有的感测线104在感测放大器110处感测像素触摸输出值。因为不存在对于触摸式传 感器面板100的任何触摸，所以在每一个感测放大器110处的像素触摸输出值均包括(无 触摸)像素触摸输出值402 (Vo)。在方框704处，能够如下地计算关于每一个像素106的互 电容114的平均值平均Csig =平均[CfbX(VqZV1)] (5)接着在方框706处，由反向电压源112利用V2 (例如正弦波电压)同时地激励所有 的感测线104，而驱动电路108被保持为零值。反向电压源112反向地驱动感测线104(在 方框700处驱动电路102前向驱动驱动线102)。作为响应，在708处，对于所有的感测线 104在感测放大器110处感测像素触摸输出值。因为无任何触摸发生，所以在每一个感测放 大器110处的像素触摸输出值同样包括(无触摸)像素触摸输出值402 (V。)。相应地，能够 如下地计算在每一个像素106处的Csre和Cps电容的平均和值(方框710)平均[CSK+CPS]=平均[CFBx(V。/V2)](6)最后在方框712处，平均Cps能够被确定和表达如下平均Cps =平均[CSIG+CPS]-平均 Csig (7)在可替代实施例中，方框706-710可以在方框700-704之前发生。关于列的平均 面板集总寄生电容(平均Cps)可以对于触摸式传感器面板100被确定一次并且在正常感测 操作期间不需要被再次计算。一旦关于列的平均面板集总寄生电容(平均Cps)已知，它便被用于确定平均接地 电容(在这里术语“平均接地电容”可以与“接地电容”或者C·互换地使用)。接地电容 410 (Cgnd)包括与大地接地到感测放大器110的局部装置底架接地串联的触摸本体到大地 接地电容。因为接地电容410根据触摸触摸式传感器面板100的使用者或者物体还如何 良好地触摸装置底架而改变，所以在触摸式传感器面板100的正常使用期间，接地电容410 可以是动态的。为了正确地追踪使用者的接地水平(并且相应地确定精确的实际触摸输出 值)，能够在装置的正常操作期间周期地(或者基于其它时序)确定接地电容410。将参考图6B和8描述对于平均接地电容的计算。图6B例示代表在正常操作期间的单一像素106的电路图，其中可能在像素106上发生触摸事件(注意图6A-6B包括用于 各种电容的双重符号，以便讨论以及以下所提供的等式的易读性)。图8例示用于确定在装 置正常操作期间的平均接地电容的流程图。在方框800处，由驱动电路108利用v1 (例如正弦波电压)同时地激励所有的驱动 线102，而反向电压源112被保持为零值。作为响应，在方框802处，对于所有的感测线104 在感测放大器110处感测像素触摸输出值vo。在方框804处，对于每一个像素使用关于该 位置所感测的像素触摸输出值Vo计算值U U = -CfbX(V0A1)(8)然后通过将从所有的像素位置计算出的所有的u值平均化而获得平均u。在方框806处，由反向电压源112利用V2(例如正弦波电压)同时地激励所有的 感测线104，而驱动电路108被保持为零值。作为响应，在方框808处，关于所有的感测线 104在感测放大器110处感测像素触摸输出值Vo。在方框810处，对于每一个像素使用关 于该位置感测的像素触摸输出值Vo和以上讨论的平均Cps计算值W 然后通过将从所有的像素位置计算出的所有的w值平均化而获得平均w。在方框812处，所计算出的平均U和平均w值被用于计算平均接地电容。直至在 计算出下一个接地电容值之前，该平均接地电容是关于触摸式传感器面板100的所有像素 位置的全局值。能够使用以下等式获得平均接地电容(平均cfflD)
(10)其中
平均(丄)(均去)；平均cs/G)
平均 Csig_sense =-j----，
A3il+i)Cfd = C2 A2XCsig sense,并且Cfs — C3 ^ A3xCSIG_SENSEoa2和a3是用于每一个触摸式传感器面板100或者用于具体的触摸式传感器面板 设计的近似常数。可以通过对于给定的面板感测模式设计进行模拟和/或经验测量而获得 这些常数；例如，在努力设计触摸式传感器面板期间进行测量。在平均cend已被确定之后，该装置返回方框800 (分支814)以计算下一平均cend。 在相继的C_计算之间可以存在预设的时间延迟。在可替代实施例中，方框806-810可以在方框800-804之前发生。图9例示用于在根据本实用新型实施例的装置正常操作期间校正寄生电容效应 的流程图。在方框900处，驱动线102被顺序地激励以感测触摸式传感器面板100上的(一 个或者多个)触摸事件。响应于到驱动线102的激励信号，在方框902处从感测线104获 得测得像素触摸输出值。接着，执行检查以判断根据图8获得的平均接地电容是等于还是小于预定的阈值(方框904)。预定阈值的实例可以是60pF、80pF或者更高。如果平均接地电容高于阈值(否分支906)，则实际触摸输出值可以被视为与测得 触摸输出值相同。不需要对于寄生电容进行校正并且系统可以准备再次感测(一个或者多 个)触摸事件(分支910)。否则，如果平均接地电容处于或者低于阈值(是分支912)，则 使用者被不良接地到装置并且测得触摸输出值包括由于寄生电容引起的人工效应。在方框914处，对于实际触摸输出值的迭代估计启动计数器(计数器被设为k = 1)。接着，在方框916处估计第(k+Ι)组实际触摸输出值。在下面参考电容值讨论了实际 的和测得的触摸输出值。尽管如此，应该理解触摸输出值能够是与它的分别的电容成比例 的电压值。在测得和实际触摸输出值之间的关系能够被表达为CSIG-SENSEm, j 测得=CSIG_SENSEffl, j ^pi-CNEGffl, j (11)关于在其中能够假设对于相邻的驱动和感测线而言发生极小相互作用的情形，等 式(11)中的CNEGu能够被近似为 其中A = (A2X A3) / (Α2+Α3)并且Cg = CGND/(Α2+Α3)。将等式(11)和(12)改写成矩阵形式，等式(13)是一种形式的归一化西尔威斯特 (Sylvester)等式，其中仅仅对于其中C对称(例如，C = Ct)的特殊情形而言闭式解才是 已知的C' = C-A其中 因为C不大可能对于任意触摸情形而言都是对称的，所以等式(13)的精确解是不 可能的。然而，迭代方案能够被用于近似或者估计C: 其中1^=1，2，3...，并且对于1^=1而言(；=('。如果计算出的第(k+Ι)组实际触摸输出值在第k个实际触摸输出值的预设收敛百 分比内(方框918)，则在方框928中利用第(k+Ι)个估计实际像素触摸输出值替代测得触 摸输出值(是分支926)。对于当前的一组测得像素触摸输出值完成负像素补偿，并且面板 处理器准备校正下一组测得输出值(到方框900的返回分支930)。在可替代实施例中，如 果已经获得了下一组测得输出值而对于当前一组输出值的校正正在进行，则返回分支930 可以是到方框904的。用于确定收敛性的停止准则能够被表达如下I |ck+1-ck| 2<a ICk-CV1I I2 其中 a << 1(15)否则如果收敛尚未发生(否分支920)，则在方框922中计数器增加一(k = k+Ι)， 并且估计第(k+Ι)个实际像素触摸输出值的下一次迭代(到方框916的返回分支924)。能 够连续地发生迭代，直至在方框918处停止准则得以满足。如在图10中由绘图线1004所 例示地，能够在少于十次的迭代内实现几乎完全的收敛。竖直轴线1000代表收敛百分比并 且水平轴线1002代表实际触摸输出值计算的迭代次数。根据处理器能力、感测(一个或者多个)触摸事件的速率和/或触摸图像质量要 求，能够规定所需的收敛程度以满足系统要求。图11例示能够包括上述本实用新型的一个或者多个实施例的示例性计算系统 1100。计算系统1100能够包括一个或者多个面板处理器1102和外围设备1104，以及面板 子系统1106。外围设备1104能够包括但是不限于随机存取存储器(RAM)或者其它类型的 存储器或者存储、监视时钟等。面板子系统1106能够包括但是不限于一个或者多个感测信 道1108、信道扫描逻辑电路1110和驱动逻辑电路1114。信道扫描逻辑电路1110能够访问 RAM 1112，从感测信道自主地读出数据并且为感测信道提供控制。另外，信道扫描逻辑电路 1110能够控制驱动逻辑电路1114以能够被选择性地施加到触摸式传感器面板1124的驱动 线的各种频率和相位产生激励信号1116。信道扫描逻辑电路1110还能够控制驱动逻辑电 路1114以能够被选择性地施加到触摸式传感器面板1124的感测线的各种频率和相位产生 反向激励信号。可替代地，可以在面板子系统1106内提供分离的信道扫描逻辑电路和/或 分离的控制驱动逻辑电路以向感测线提供所期的激励信号。在一些实施例中，面板子系统1106、面板处理器1102和外围设备1104能够被集成到单一的专用集成电路(ASIC)中。触摸式传感器面板1124能够包括具有多根驱动线和多根感测线的电容式传感介 质，但是还能够使用其它传感介质。根据本实用新型的实施例，驱动线和感测线中的任何一 种或这两者能够被耦合到具有改进的可靠性的导电线路。驱动线和感测线的每一个交点 均能够代表电容传感节点并且能够被视为像点(像素)1126，当触摸式传感器面板1124被 视为捕获触摸“图像”时，像点能够是特别有用的(换言之，在面板子系统1106已经确定是 否已经在触摸式传感器面板中的每一个触摸式传感器处探测到触摸事件并且面板处理器 1102已经执行了负像素补偿之后，在多点触摸式面板中在此处发生触摸事件的触摸传感器 的模式能够被视为触摸“图像”(例如触摸面板的手指的模式))。触摸式传感器面板1124 的每一根感测线均能够驱动面板子系统1106中的感测信道1108 (在这里还被称作事件探 测和解调电路)。计算系统1100能够还包括用于从面板处理器1102接收输出并且基于所述输出执 行动作的主处理器1128，所述动作能够包括但是不限于移动物体例如光标或者指针、卷动 或者漫游、调节控制设置、打开文件或者文献、查看菜单、进行选择、执行指令、操作被耦接 到主机装置的外围装置、电话应答、启动电话、终止电话、改变音量或者音频设置、存储与电 话通信有关的信息例如地址、频繁拨打的号码、接收呼叫、未接呼叫、登录到计算机或者计 算机网络、允许授权个人访问计算机或者计算机网络的限制区域、加载与使用者的桌上型 计算机的优选布置相关联的用户配置文件、允许访问环球网内容、启动特定程序、对消息加 密或者解码等。主处理器1128还能够执行可能与面板处理无关的另外的功能，并且能够被 耦接到程序存储器1132和用于向装置使用者提供UI的显示装置1130，例如IXD显示器。 当部分地或者全部地位于触摸式传感器面板下面时，显示装置1130能够与触摸式传感器 面板1124 —起地形成触摸屏。注意上述的一个或者多个功能能够利用在存储器中存储并且由面板处理器1102 执行(例如图11中的外围设备1104之一)，或者在程序存储器1132中存储并且由主处理 器1128执行的固件执行。该固件还能够被存储在由指令执行系统、设备或者装置，例如基 于计算机的系统、包含处理器的系统，或者能够从指令执行系统、设备或者装置获取指令并 且执行指令的其它系统使用或者与之结合地使用的任何计算机可读介质内和/或在其中 输送。在这篇文献的上下文中，“计算机可读介质”能够是能够包含或者存储用于由指令执 行系统、设备，或者装置使用或者与之结合地使用的程序的任何介质。计算机可读介质能够 包括但是不限于电、磁、光、电磁、红外或者半导体系统、设备或者装置、便携式计算机磁盘 (磁性)、随机存取存储器(RAM)(磁性)、只读存储器(ROM)(磁性)、可擦可编程只读存储 器(EPR0M)(磁性)、便携式光盘例如CD、CD-R、CD-RW、DVD、DVD-R或者DVD-RW，或者闪存例 如袖珍闪存卡、安全数字记忆卡、USB存储器装置、记忆棒等。还能够在用于由或者结合指令执行系统、设备或者装置例如基于计算机的系统、 包含处理器的系统或者能够从指令执行系统、设备或者装置获取指令并且执行指令的其它 系统使用的任何输送介质内传送固件。在这篇文献的上下文中，“输送介质”能够是能够通 信、传送或者输送用于由或者结合指令执行系统、设备或者装置使用的程序的任何介质。输 送可读介质能够包括但是不限于电、磁、光、电磁或者红外有线或者无线传播介质。图12A例示能够包括类似于计算系统1100的计算系统1238的示例性移动电话1236。移动电话1236能够包括触摸式传感器面板1224和相关的处理能力(例如面板处理 器1102和面板子系统1106)从而根据本实用新型的实施例动态地并且选择性地提供负像 素补偿。图12B例示能够包括类似于计算系统1100的计算系统1238的示例性音频/视频 播放器1240 (或者数字媒体播放器)。音频/视频播放器1240能够包括触摸式传感器面板 1224和相关的处理能力(例如面板处理器1102和面板子系统1106)从而根据本实用新型 的实施例动态地并且选择性地提供负像素补偿。图12C例示能够包括类似于计算系统1100的计算系统1238的示例性计算机 1244。计算机1244能够包括触摸式传感器面板1224 (被包括于显示器和/或轨迹板中) 和相关的处理能力(例如面板处理器1102和面板子系统1106)从而根据本实用新型的实 施例动态地并且选择性地提供负像素补偿。触摸式传感器面板1224可以包括但是不限于 触摸屏、轨迹板和任何其它触摸输入表面装置中的至少一个。通过利用根据本实用新型实施例的寄生电容补偿，图12A-12C的移动电话、媒体 播放器和计算机能够在(一个或者多个)触摸事件探测方面实现改进的精度。虽然已经参考附图充分描述了本实用新型的实施例，但是应该指出，对于本领域 技术人员而言，各种改变和修改将是明显的。这种改变和修改应该被理解成为被包括于如 由所附权利要求限定的本实用新型实施例的范围内。
权利要求一种用于补偿触摸式传感器面板上的负像素效应的设备，其特征在于，包括被耦接到在所述触摸式传感器面板上具有第一定向的多个驱动线中的每一个的、配置为被激发以产生第一测得像素触摸输出值的第一激励信号源；被耦接到在所述触摸式传感器面板上具有不同于所述第一定向的第二定向的多个感测线中的每一个的感测放大器，所述感测放大器包括被耦接到所述感测放大器的输入的、配置为被激发以产生第二测得像素触摸输出值的第二激励信号源；和用于根据迭代使用所述第一测得像素触摸输出值和物体对地电容而计算实际像素触摸输出值的面板处理器。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一激励信号源包括配置为被同时 地激发以产生所述第一测得像素触摸输出值的装置。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二激励信号源包括配置为被同时 地激发以产生所述第二测得像素触摸输出值的装置。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述面板处理器包括基于所述第一测得 像素触摸输出值、第二测得像素触摸输出值、平均互电容和与所述感测放大器相关联的反 馈电容而计算与接触所述触摸式传感器面板的物体相关联的物体对地电容的装置。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述面板处理器包括在所述触摸式传感 器面板的正常操作期间周期地计算所述物体对地电容的装置。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二激励信号源包括向所述感测线 提供反向激励信号的装置。
7.一种用于补偿触摸式传感器面板上的负像素效应的系统，其特征在于，包括具有多个驱动线和多个感测线的触摸式传感器面板；被耦接到所述触摸式传感器面板的面板子系统，所述面板子系统包括被耦接到所述触摸式传感器面板的所述驱动线的驱动逻辑电路，所述驱动逻辑电路包 括产生第一激励信号的装置，和被耦接到所述触摸式传感器面板的所述感测线的感测信道，每一个感测信道均包括感 测放大器，第二激励信号源被耦接到所述感测放大器的输入，所述感测信道包括响应于来 自所述驱动逻辑电路的所述第一激励信号而产生第一测得像素触摸输出值并且响应于来 自所述第二激励信号源的所述第二激励信号而产生第二测得像素触摸输出值的装置；以及面板处理器，所述面板处理器被耦接到所述面板子系统并且包括计算与接触所述触摸 式传感器面板的物体相关联的物体对地电容的装置。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述驱动逻辑电路包括向所述多个驱动 线同时地提供所述第一激励信号的装置。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述面板处理器包括基于所述第一激励 信号、第一测得像素触摸输出值和与所述感测放大器相关联的反馈电容而计算所述物体对 地电容的第一预报值的装置。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二激励信号源包括向所述多个感 测线同时地提供所述第二激励信号的装置。
11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述面板处理器包括基于所述第二激励 信号、第二测得像素触摸输出值和与所述感测放大器相关联的反馈电容而计算所述物体对地电容的第二预报值的装置。
12.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述面板处理器包括基于所述第二激励 信号、第二测得像素触摸输出值、与所述感测放大器相关联的反馈电容和用于所述感测线 的面板集总寄生电容而计算所述物体对地电容的第二预报值的装置。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述面板处理器包括在所述触摸式传 感器面板校准期间计算用于所述感测线的所述面板集总寄生电容的装置。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述面板处理器包括基于所述第一激 励信号、第一测得像素触摸输出值、第二激励信号、第二测得像素触摸输出值和所述反馈电 容而计算用于所述感测线的所述面板集总寄生电容的装置。
15.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述面板处理器包括根据迭代使用所述 第一测得像素触摸输出值和物体对地电容而计算实际像素触摸输出值的装置。
专利摘要本实用新型涉及一种用于补偿触摸式传感器面板上的负像素效应的设备和系统，包括用于确定与接触所述触摸式传感器面板的物体相关联的物体对地电容的装置；和用于当所述物体对地电容处于或者低于预定阈值时基于所述物体对地电容和基于测得像素触摸输出值而对于所述触摸式传感器面板的每一个像素计算实际像素触摸输出值的装置。本实用新型的一个实施例解决的一个技术问题当触摸该触摸式传感器面板的物体对地不良时，从感测线读出的触摸输出值可能是错误的、假的或者在其它情形中是失真的。根据本实用新型的一个实施例的一个用途是为在触摸式传感器面板上确定(一个或者多个)触摸事件提供了改进的精度。
文档编号G06F3/044GK201638189SQ20092017760
公开日2010年11月17日 申请日期2009年9月10日 优先权日2008年9月10日
发明者M·尤斯弗波 申请人:苹果公司