专利名称：使用差分模/数转换器的设备的制作方法
使用差分模/数转换器的设备
背景技术：
触摸屏正广泛地用于各种电子装置和系统中。满足此类电子装置和系统的消费者 的需要正推动着工业提供具有适当增加的灵敏度和易用性的触摸屏。
发明内容
电子设备和操作所述电子设备的方法的实施例可包含抑制在小于与所产生的波 形相关联的频率的频率下的噪声。在各种实施例中，使用差分模/数转换器的设备可执行 可在多种应用程序中实施的低频噪声抑制。
在附图的实例性图示中以实例方式而非限制方式图解说明本发明的实施例，附图 中图1图解说明使用差分模/数转换器的设备的实例性实施例的框图。图2显示具有耦合到电路以测量电荷转移的矩阵触摸屏的设备的实例性实施例 的特征的框图。图3显示具有耦合到电路以测量电荷转移的矩阵触摸屏的设备的实例性实施例 的特征的框图。图4显示用于低频噪声抑制的方法的实例性实施例的特征。图5显示具有控制器和包含触摸屏及电路的设备的系统的框图，所述电路具有用 于在所述触摸屏的操作中进行电荷测量的模/数转换器。
具体实施例方式以下详细说明涉及以图解说明方式显示各种实施例的附图。足够详细地描述这些 实施例以使所属领域的技术人员能够实践这些及其它实施例。可利用其它实施例，且可对 这些实施例作出结构、逻辑和电改变。各实施例未必相互排斥，因为一些实施例可与一个或 一个以上其它实施例组合以形成新的实施例。因此，以下详细说明不视为具有限定性意义。图1图解说明使用差分模/数转换器(ADC) 105的设备100的实例性实施例的框 图。设备100还包含波形捕获电路110。波形捕获电路提供用于获取波形的特性特征的机 构。此类特性包含(但不限于)最大振幅、最小振幅、相位或波形的其它特征。波形捕获电 路110可经布置以捕获所述波形的沿一个方向变化的特性及沿不同方向变化的相关联特 性。举例来说，波形捕获电路110可获取周期波形的最大振幅和同一周期波形的最小振幅， 其中所述最大和最小均与同一周期相关联。举例来说，波形捕获电路110可获取脉冲的上 升沿和脉冲的下降沿及/或所述上升沿和下降沿的表示。在各种实施例中，波形捕获电路 110可获取电路组件对输入脉冲的上升沿的响应及电路组件对输入脉冲的下降沿的响应及 /或这些响应的表示。波形捕获电路110可经结构化以操纵波形来抽取所述波形的相关信息或表示。举
4例来说，电压脉冲的上升沿和电压脉冲的下降沿均与最大电压相关。与脉冲或者对所述脉 冲的响应同时存在的噪声或低频干扰通常为上升沿和下降沿所共有。波形捕获电路110可 对脉冲或对所述脉冲的响应进行操作，以提供相反极性的脉冲，所述相反极性的脉冲具有 相同极性的相关联共用噪声或低频干扰。所述两个脉冲的减法有效地减少或消除相关联共 用噪声或低频干扰且可使与所述脉冲的上升沿和下降沿相关联的动态范围加倍。如图1中所示，ADC 105耦合到波形捕获电路110。ADC 105可配置有耦合到波形 捕获电路110的输入以接收沿一个方向变化的特性的表示且接收沿不同方向变化的相关 联特性的表示。差分ADC 105可移除为两个方向所共有的信号分量。在许多情形中，此类 共用分量往往是噪声。在波形是脉冲的情况下，沿一个方向变化的特性可以是所述脉冲的 上升沿且沿不同方向变化的相关联特性可以是所述脉冲的下降沿。在波形是输入脉冲的情 况下，施加到波形捕获电路110的上升沿和下降沿可以是对耦合到波形捕获电路110的电 路的输入波形的响应。在各种实施例中，波形捕获电路110包含取样与保持电路。所述取样与保持电路 可耦合到放大器使得波形捕获电路110经布置以提供脉冲的上升沿的表示和脉冲的下降 沿的表示。可将所述放大器实现为虚拟接地放大器。图2显示具有耦合到电路210以测量电荷转移的矩阵触摸屏201的设备200的实 例性实施例的特征的框图。矩阵触摸屏201包含驱动电极202 (称作X线或X电极)，所述 驱动电极电容耦合到接收电极204 (称作Y线或Y电极)。为便于论述，仅显示一个X电极 202和一个Y电极204。X驱动电极202通过介电材料与Y电极204分离。在物理布置中无 任何扰动的情况下，响应于施加到X电极202的信号而在Y电极204处接收的信号是基于 矩阵触摸屏201的物理布置及材料确定的电容耦合。与矩阵触摸屏201的接触(例如，通 过人类触摸)改动X电极202与Y电极204之间的电容关系，此影响与施加到X电极202 的信号相关联的电荷转移。可使用电路210测量与X电极202与Y电极204之间的电容耦 合相关联的电荷转移。在各种实施例中，电路210经配置以在对与矩阵触摸屏201相关联 的电荷转移的测量中抑制低频干扰。电路210可经布置以使得其独立于矩阵触摸屏201及 其组件(例如，驱动X电极202及接收Y电极204)的物理结构和设计。因此，电路210可 与各种触摸屏一起使用。电路210的部分或全部可与矩阵触摸屏201集成在一起。另一选 择为，电路210的部分或全部可与同矩阵触摸屏201分离的一个或一个以上其它组件集成 在一起。在各种实例性实施例中，电路210包含放大器212、取样与保持电路214、取样与保 持电路216及差分模/数转换器(ADC) 218。可将放大器212实现为虚拟接地放大器。虚拟 接地放大器212可相对于Y输出线204用作电荷积分放大器。将差分ADC218耦合到电路 210中的虚拟接地放大器以测量电荷转移提供用以在对与矩阵触摸屏201相关联的电荷转 移的测量期间抑制低频干扰的机构。如图2中所示，连接到矩阵触摸屏201上的Y线204的虚拟接地放大器212以操 作方式收集电荷并响应于矩阵触摸屏201上的X线202上的上升信号而产生负电压偏移。 来自虚拟接地放大器212的所产生电压可由耦合到虚拟接地放大器212的取样与保持电路 214保持。可保持沿特定方向的所产生电压的最大值。接着，降低X线上的信号导致来自 虚拟接地放大器212的正偏移，其可被接收并保持于取样与保持电路216中。对于施加到
5X线202的脉冲，所述脉冲的每一沿将由虚拟接地放大器212产生沿特定方向的脉冲。正 (上升)沿将由虚拟接地放大器212产生负向脉冲且负(下降)沿将由虚拟接地放大器212 产生正脉冲。耦合到取样与保持电路214及取样与保持电路216的差分ADC 218以操作方 式测量与X线202上的上升信号及下降信号相关联的两个电压之间的差。取样与保持电路 214及216经控制以提供用于将来自虚拟接地放大器212的正输出和负输出大致同时提供 到差分ADC 218的机构。电路210可以操作方式对由X线202产生的脉冲的两个沿执行电荷收集。对脉冲 的两个沿的电荷收集允许ADC 218的输出处的电荷测量的动态范围的加倍。另外，测量电 路210中的直流(DC)偏移或者在大致低于X线202上信号的频率的频率下的干扰往往导 致测量的两个半部中的相等改变且可在于ADC 218处进行差分测量时被移除。设备200还可包含控制单元220，其用于管理与施加到矩阵触摸屏201的X线202 的脉冲相关联的电荷测量，以便使使用ADC 218的输出进行的测量同步。控制单元220可 经配置以向X线202施加脉冲。另一选择为，控制单元220可经布置以使用并控制根据另 一驱动源的脉冲产生进行的测量。通过使用差分ADC 218对施加到X输入线202的波形的双沿的响应进行操作，可 抑制相对于所述波形的频率为低频的噪声。使用差分ADC 218及与脉冲的上升沿和下降沿 相关联的双沿电荷转移可实现因触摸屏所致的电荷测量中的低频噪声抑制。另外，差分ADC 218可产生电荷测量的增强动态分辨率。可借助X线上的脉冲实施电荷测量。每一脉冲均具有正沿和负沿。正沿将产生负 信号且负沿将产生正信号或反之亦然，此取决于电路。从正沿对信号进行取样，需要来自测 量的信号加上来自低频干扰的某一值。关于正沿的信号可由下式表示Sp = -M+L，其中M是测量值且L来自低频干扰。关于负沿的信号按下式获取Sn = +M+L。注意，L对于比测量慢得多的频率来说将是相同的。在将Si^PSn馈送到差分 ADC218的情况下，差分ADC 218提供测量，其中信号的输出由下式给出Sadc = (+M+L) - (-M+L) = 2M。可将此ADC测量视为与在转换期间使两个基于沿的信号相减相同。如以上所示， 电路210的架构可实现实质上消除脉冲的两个沿所共有的低频噪声，同时使信号测量加倍。图3显示具有耦合到电路310以测量电荷转移的矩阵触摸屏301的设备300的实 例性实施例的特征的框图。矩阵触摸屏301包含电容耦合到接收电极304的驱动电极302。 为便于论述，类似于针对图2的论述，仅显示一个X电极302和一个Y电极304。类似于图2 的设备200，矩阵触摸屏301的操作基于X驱动线302与Y输出线304之间的电容耦合。可 使用电路310测量与X线302与Y线304之间的电容耦合相关联的电荷转移。电路310可 经布置使得其独立于矩阵触摸屏301及其组件(例如，驱动X电极302和接收Y电极304) 的物理结构和设计。因此，电路310可与各种触摸屏一起使用。电路310的部分或全部可 与矩阵触摸屏301集成在一起。另一选择为，电路310的部分或全部可与同矩阵触摸屏301 分离的一个或一个以上其它组件集成在一起。
在各种实例性实施例中，电路310包含放大器311、模/数转换器(ADC)313及数字 减法单元315。可将放大器311实现为虚拟接地放大器。虚拟接地放大器311可相对于Y 输出线304用作电荷积分放大器。在操作中，连接到矩阵触摸屏301上的Y线304的虚拟 接地放大器311以操作方式收集电荷并响应于矩阵触摸屏301上的X线302上的上升信号 而产生负电压偏移。可将来自虚拟接地放大器311的所产生电压直接发送到ADC 313。接 着，降低X线上的信号导致来自虚拟接地放大器311的正偏移，可将其直接发送到ADC 313。 ADC 313将从虚拟接地放大器311接收的两个电压的数字表示提供到数字减法单元315。数 字减法单元315可以若干常规或等效格式实现。数字减法单元315的输出用于对与电容耦 合到矩阵触摸屏301的接收Y线304的X输入线302上驱动的信号相关联的电荷转移的测 量中。电路310可以操作方式对在X线302处产生的脉冲的两个沿执行电荷收集，其中数 字减法装置实现电荷测量中的低频抑制。设备300还可包含控制单元320，其用于管理与施加到矩阵触摸屏301的X线302 的脉冲相关联的电荷测量，以便使使用ADC 313的输出进行的测量同步。控制单元320可 经配置以向X线302施加脉冲。另一选择为，控制单元320可经布置以使用并控制根据另 一驱动源的脉冲产生进行的测量。图2的电路210有效地使用呈模拟格式的减法。另一方面，图3的电路310实施 呈数字格式的减法。在各种实施例中，取样与保持电路与类似于图2中所示实例的差分模 /数转换器一起使用可比使用类似于图3中所示实例的数字减法的实施例提供更好的分辨率。图4显示用于低频噪声抑制的方法的实例性实施例的特征。在410处，从输出线 获取第一响应，其中所述第一响应是从波形的上升沿导出的信号。可从矩阵触摸屏的输出 线获取所述第一响应，其中所述第一响应包含从施加到所述矩阵触摸屏的输入线的脉冲的 上升沿导出的电容感应信号。在420处，从所述输出线获取第二响应，其中所述第二响应是从波形的下降沿导 出的信号。可从所述矩阵触摸屏的输出线获取所述第二响应，其中所述第二响应包含从施 加到所述矩阵触摸屏的输入线的脉冲的下降沿导出的电容感应信号。在430处，操纵所述第一响应和所述第二响应以抑制在小于与所述波形相关联的 频率的频率下的噪声。可相对于施加到所述矩阵触摸屏的输入线的脉冲实施对所述第一响 应和所述第二响应的操纵以致抑制在小于与所述脉冲相关联的频率的频率下的噪声。此操 纵可包含所述第一响应的数字表示与所述第二响应的数字表示之间的减法。其它操纵可包 含将所述第一响应和所述第二响应施加到取样与保持电路并将来自所述取样与保持电路 的输出施加到差分模/数转换器，使得所述差分模/数转换器的输出包含对与所述第一响 应和所述第二响应相关联的电荷的测量。所述第一响应和所述第二响应可通过虚拟接地放 大器耦合到所述取样与保持电路。在所述第一响应对应于所述脉冲的上升沿且所述第二响 应对应于所述脉冲的下降沿的情况下，所述虚拟接地放大器分别将负脉冲和正脉冲输出到 所述取样与保持电路。可通过将取样与保持电路的输出施加到差分模/数转换器移除脉冲 的上升沿和下降沿所共有的噪声。图5显示具有控制器505及包含触摸屏556和控制电路558的设备(例如，显示 器装置555)的系统500的框图，控制电路558具有用于在触摸屏556的操作中进行电荷测量的模/数转换器。所述模/数转换器可配置有其它电路组件以提供因触摸屏556的操作 所致的电荷测量中的低频噪声抑制。可根据类似于本文中所描述的实施例或与本文中所描 述的实施例相同的各种实施例来布置触摸屏556和控制电路558。可将控制器505实现为 处理器。可使用常规技术以将系统500的个别组件耦合在一起或将所述组件集成为一个 或若干单元的各种方式来形成系统500。在各种实施例中，系统500还包含电子设备535和 总线515。总线515提供控制器505与电子设备535之间、控制器505与存储器525之间 及耦合到总线515的各种组件之间的导电性。在一实施例中，总线515包含各自经单独配 置的地址总线、数据总线和控制总线。在替代实施例中，总线515使用共用导电线来提供地 址、数据或控制中的一者或一者以上，通过控制器505调节对所述导电线的使用。在各种实 施例中，存储器525可包含一个或一个以上存储器类型，例如(但不限于)，DRAM (动态随机 存取存储器)、SRAM(静态随机存取存储器)、快闪存储器、磁性存储器、其它存储器格式及 其组合。在各种实施例中，一或多个额外外围装置545耦合到总线515。外围装置545可包 含显示器、成像装置、印刷装置、无线装置、额外存储存储器、可结合控制器505操作的控制
直ο在各种实施例中，系统500包含具有触摸屏556和控制电路555的显示器装置 555，其中控制电路555具有经配置以用于从触摸屏的操作中进行电荷测量的模/数转换 器。另一选择为，控制电路555可与控制器505或者系统500的与触摸屏556分离的一个或 一个以上其它组件集成在一起。具有显示器装置555的系统500包含(但不限于)光纤系 统或装置、电光系统或装置、光学系统或装置、成像系统或装置及信息处置系统或装置(例 如，无线系统或装置、电信系统或装置及计算机)。尽管本文已图解说明及描述了具体实施例，但所属领域的技术人员将了解，任何 经计算以实现相同目的的布置均可替代所示的具体实施例。各种实施例使用本文中所描述 的实施例的排列及/或组合。应理解，以上说明打算为说明性，而非限制性，且本文中所采 用的措词或术语目的在于说明。
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权利要求
一种方法，其包括从输出线获取第一响应，所述第一响应是从波形的上升沿导出的信号；从所述输出线获取第二响应，所述第二响应是从所述波形的下降沿导出的信号；及操纵所述第一响应和所述第二响应以抑制在小于与所述波形相关联的频率的频率下的噪声。
2.根据权利要求1所述的方法，其中从输出线获取第一响应包含从矩阵触摸屏的输出线获取所述第一响应，所述第一响应 是从施加到所述矩阵触摸屏的输入线的脉冲的上升沿导出的电容感应信号；从所述输出线获取第二响应包含从所述矩阵触摸屏的所述输出线获取所述第二响应， 所述第二响应是从施加到所述矩阵触摸屏的所述输入线的所述脉冲的下降沿导出的电容 感应信号；且操纵所述第一响应和所述第二响应以抑制在小于与所述波形相关联的频率的频率下 的噪声包含操纵所述第一响应和所述第二响应以抑制在小于与所述脉冲相关联的频率的 频率下的噪声。
3.根据权利要求2所述的方法，其中操纵所述第一响应和所述第二响应包含所述第一 响应的数字表示与所述第二响应的数字表示之间的减法。
4.根据权利要求2所述的方法，其中操纵所述第一响应和所述第二响应包含将所述第一响应和所述第二响应施加到取样与保持电路；将来自所述取样与保持电路的输出施加到差分模/数转换器，使得所述差分模/数转 换器的输出包含对与所述第一响应和第二响应相关联的电荷的测量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中将来自所述取样与保持电路的输出施加到所述差 分模/数转换器包含将两个电压从所述取样与保持电路施加到所述差分模/数。
6.一种设备，其包括波形捕获电路，其经配置以捕获具有沿一个方向变化的特性的波形且捕获沿不同方向 变化的相关联特性；及差分模/数转换器，其耦合到所述波形捕获电路，所述差分模/数转换器具有用以接收 所述沿所述一个方向变化的特性的表示及用以接收所述沿所述不同方向变化的相关联特 性的表示的输入。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述波形是对脉冲的响应，所述沿一个方向变化 的特性是对所述脉冲的所述响应的上升沿，且所述沿不同方向变化的相关联特性是对所述 脉冲的所述响应的下降沿。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述波形捕获电路包含取样与保持电路。
9.根据权利要求7所述的设备，其中所述波形捕获电路包含耦合到两个取样与保持电 路的放大器，所述波形捕获电路经布置以提供所述脉冲的所述上升沿的表示和所述脉冲的 所述下降沿的表示。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述放大器包含虚拟接地放大器。
11.一种系统，其包括矩阵触摸屏，其具有输入线和输出线，所述输出线相对于所述输入线配置以获取从施 加到所述矩阵触摸屏的所述输入线的波形导出的电容感应信号；波形捕获电路，其经配置以捕获所述电容感应信号的特性，所述特性包含沿一个方向 变化的特性和沿不同方向变化的相关联特性；及差分模/数转换器，其耦合到所述波形捕获电路，所述差分模/数转换器具有用以接收 所述沿所述一个方向变化的特性的表示及用以接收所述沿所述不同方向变化的特性的表 示的输入。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述波形是脉冲，所述沿一个方向变化的特性 是对所述脉冲的响应的上升沿，且所述沿不同方向变化的特性是对所述脉冲的所述响应的 下降沿。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述波形捕获电路包含取样与保持电路。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述波形捕获电路包含虚拟接地放大器，所述 虚拟接地放大器耦合到所述输出线以接收所述电容感应信号且耦合到两个取样与保持电 路以将所述脉冲的所述上升沿的表示和所述脉冲的所述下降沿的表示发送到所述两个取 样与保持电路。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述两个取样与保持电路耦合到所述差分模/ 数转换器。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述系统包含控制电路以使所述脉冲的产生与 所述两个取样与保持电路的操作同步。
17.根据权利要求11所述的系统，其中所述差分模/数转换器与所述波形捕获电路配 置在一起，使得所述差分模/数转换器以操作方式从对来自所述电容感应信号的电荷的测 量中移除DC偏移。
全文摘要
本发明揭示电子设备和操作所述电子设备的方法，其包含抑制在小于与所产生的波形相关联的频率的频率下的噪声。本申请在各种实施例中涉及使用差分模/数转换器的设备。在各种实施例中，使用差分模/数转换器的设备可执行可在多种应用程序中实施的低频噪声抑制。本发明还揭示额外设备、系统和方法。
文档编号G06F3/044GK101937297SQ201010215300
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月25日 优先权日2009年6月26日
发明者马丁·约翰·西蒙斯 申请人:爱特梅尔公司