触控面板传感器中的双模电容感测的制作方法
【专利摘要】公开了一种配置成测量互电容和自电容的触控面板传感器系统。该触控面板传感器系统包括传感器和测量部件，所述传感器被配置成检测与触控面板上的触摸事件相关联的电容变化。所述测量部件被配置成在第一操作模式期间检测互电容，在第二操作模式期间检测自电容。该系统还包括选择部件，被配置成接收选择信号，以导致选择操作模式。该系统还包括耦合到所述选择部件的驱动器部件，所述驱动器部件被配置成产生驱动信号，在所述第一操作模式期间将所述驱动信号提供给传感器，在所述第二操作模式期间将所述驱动信号提供给测量模块。驱动信号的幅度特性可以具有针对第一和第二操作模式不同的值。
【专利说明】触控面板传感器中的双模电容感测
【背景技术】
[0001]触控面板是允许电子装置的操作者通过使用工具，例如手指、触针等向装置提供输入的人机接口(HMI)。例如，操作者可以使用他或她的手指在诸如附着到移动计算装置的显示器的电子显示器、个人计算机(PC)，或连接到网络的终端上操作图像。在某些情况下，操作者可以同时使用两个或多个手指提供独特的命令，例如通过移动使两指彼此分开来执行缩放命令；通过移动使两指彼此靠近来执行收缩命令；等等。
[0002]触摸屏是电子视觉显示器，其并入了在显示器上方的触控面板，用于检测屏幕显示区域内触摸的存在和/或位置。触摸屏在例如一体式计算机、平板电脑、卫星导航装置、游戏装置、媒体装置，以及智能手机等装置中是常见的。触摸屏使操作者能够直接与在触控面板下的显示屏显示的信息交互，而不是间接与鼠标或触控板控制的指针交互。电容式触控面板经常用于触控面板装置。电容式触控面板通常包括绝缘体，例如涂布有透明导体，比如氧化铟锡(ITO)的玻璃。由于人体也是电导体，触控面板的表面引起面板的静电场变形，可以测量其作为电容的变化。
【发明内容】
[0003]公开了一种触控面板传感器系统，其被配置成在第一操作模式期间提供互电容感测能力，在第二操作模式期间提供自电容感测能力。该触控面板传感器系统包括传感器，其被配置成检测与触控面板上的触摸事件相关联的电容变化。该系统包括耦合到传感器的测量部件。所述测量部件被配置成在第一操作模式期间检测互电容，在第二操作模式期间检测自电容。该系统还包括耦合到传感器和测量部件的选择部件。所述选择部件被配置成接收选择信号，以导致选择第一操作模式或第二操作模式。该系统还包括耦合到所述选择部件的驱动器部件，所述驱动器部件被配置成产生驱动信号。在第一操作模式期间将驱动信号提供给传感器，在第二操作模式期间将驱动信号提供给测量模块。所述驱动信号的幅度特性可以具有针对第一操作模式和第二操作模式不同的值。例如，第二操作模式期间(例如自电容感测)的驱动信号的幅度特性可以至少比第一操作模式(例如互电容感测)期间驱动信号的幅度特性小十倍。
[0004]提供本
【发明内容】
以通过简化形式介绍概念的选择，下面将在【具体实施方式】中进一步描述。本
【发明内容】
并非意在标识所主张主题的关键特征或基本特征，也并非要用于辅助确定所主张主题的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]参照附图描述详细说明。在说明书和附图的不同实例中使用相同参考数字可以表示相似或相同的项目。
[0006]图1A是示出了根据本公开的范例实施方式的触控面板传感器系统的方框图。
[0007]图1B是示出了图1A中示出的触控面板传感器系统的电路图。
[0008]图1C是示出了本公开的触控面板传感器系统之内存在的电容的可能类型的图表电路图。
[0009]图2是示出了根据本公开的另一范例实施方式的触控面板传感器系统的电路图，其中该触控面板传感器系统进一步包括偏移消除部件。
[0010]图3A和3B是触控面板传感器系统的测量部件的图表电路图，其中，测量部件在图3A中被不为基于互电容的变化来输出信号,在图3B中被不为基于自电容的变化来输出信号。
[0011]图4是流程图，其示出了根据本公开的范例实施方式用于在触控面板传感器系统中感测互电容的变化及自电容的变化的范例方法。
【具体实施方式】
[0012]MM
[0013]电容式触控面板检测由用户触摸屏幕(例如，触控传感器中互电容的变化)，触控传感器的传感器电容，以及其他环境的(例如，寄生)电容引起的电容变化。这些传感器及寄生电容可以在传感器间以及在触控面板间发生变化。此外，触控传感器配置不提供自电容感测能力。
[0014]在一种或多种实施方式中，触摸事件电容(Ca)大约为传感器电容(Cs)的百分之十到百分之十五(10%到15%)(例如Ca=I皮法和Cs=IO皮法)。因此，用于测量触控面板电容的电荷转移方案/积分器通常必须能容纳代表除传感器电容及寄生电容(例如，Ca+Cs+寄生电容)之外的触摸事件电容的更大量电容。这种更大的电容可以防止使用设计用于产生改进的信噪比的更大增益电路，以及要求低效使用模数转换器(ADC)范围。某些电荷转移方案/积分器可以包括积分电容器，其足够大以便不能被从传感器接收的总电容/电荷饱和。然而，使用大的积分电容增加了部件的成本和尺寸，也降低了测量系统的增益及分辨率。
[0015]因此，触控面板传感器系统被描述成在第一操作模式中提供互电容感测能力并且在第二操作模式中提供自电容感测能力。此外，触控面板传感器系统可以包括以使环境(例如，寄生的)及传感器电容最小化的部件(例如，电路)，这样可以改善触控面板传感器系统的动态范围。在一种或多种实施方式中，触控面板传感器系统包括被配置成检测与触控面板上的触摸事件相关联的电容变化的传感器。该系统还包括耦合(例如，电连接)到传感器的测量部件。配置测量部件以在第一操作模式中检测与传感器相关联的互电容，并在第二操作模式中检测与传感器相关联的自电容。在实施方式中，测量部件包括多个积分器。每个积分器耦合到传感器的对应感测线和/或驱动线。系统还包括耦合到传感器及测量部件的选择部件。配置选择部件以接收选择信号用以引起选择至少第一操作模式或第二操作模式。系统还包括耦合到选择部件的驱动器部件。配置驱动器部件以产生驱动信号，并在第一操作模式中向传感器提供驱动信号，且在第二操作模式中向测量模块提供驱动信号。
[0016]范例实施方式
[0017]图1A示出了根据本公开的范例实施方式的触控面板传感器系统100。触控面板传感器系统100包括触控面板传感器102、传感器驱动器部件(例如，传感器驱动器104)、测量部件106，以及解调器部件108。在实施方式中，根据系统100的要求(例如，空间约束、功能要求等)，触控面板传感器系统100可以包括更大数量或更少数量的以上部件。触控面板传感器系统100还可以包括额外的部件，例如复用器、控制器等，如本文更为详细所述。在某些实施方式中，可以将传感器驱动器104、测量部件106，以及解调器部件108制作到单个集成电路芯片(IC)装置上(例如，在单个管芯上制造每个部件)。在其他实施方式中，上述一个或多个部件可以在IC外部(例如，在另一个IC装置上制造)。
[0018]传感器驱动器104耦合(例如，电连接)到触控面板传感器102的一个或多个传感器，以便传感器驱动器104输出具有驱动所耦合的传感器的波形特征的驱动信号。在【具体实施方式】中，传感器驱动器104可以是数模转换器(DAC)。然而，在某些实施方式中，传感器驱动器104可以包括其他能产生驱动信号的适当装置。
[0019]触控面板传感器102耦合到传感器驱动器104的输出端和测量部件106的输入端。使用传感器102检测触控面板表面上的触摸事件。例如，触控面板传感器102可以包括电容感测介质，其具有多排迹线(例如，电极)或驱动线以及多列迹线或感测线，用于检测由于在触控面板表面上执行触摸事件而导致的电容变化。可以由透明导电材料，例如氧化锡(ITO)或氧化锑锡(ATO)形成行和列迹线，但可以使用其他透明以及不透明材料，例如铜。在某些实施方式中，行及列迹线可以互相垂直，以使行及列迹线定义坐标系，且每个坐标位置包括在行及列迹线的交叉点形成的电容器。在其他实施方式中，其他非笛卡尔取向也是可能的。
[0020]结果，当传感器驱动器104产生具有驱动触控面板传感器102上的一个或多个传感器的波形特征的信号时，来自传感器的电荷被转移到节点(NI) 110处的测量部件106的输入端。测量部件106的输出端耦合到解调器部件108的输入端。在节点(NI) 110处测量的电容电荷可以被表不为提供给解调器部件108的模拟电压值。在一种或多种实施方式中，测量部件106可以包括多个积分器装置112。如图所示，每个积分器装置112都耦合到对应的驱动线和/或对应的感测线。如图所示，积分器装置112包括电荷放大器114，其具有跨过电荷放大器114的反相端子118和输出端子120电连接的积分电容器(Cint)116。电荷放大器114还包括在此更详细描述的非反相端子122。配置电荷放大器114以把输入电荷(例如，来自传感器102的电荷)转移到积分电容器116，并在输出端120产生至少约等于电容器116两端电压的输出电压。因此，输出电压与积分电容器116处的电荷成比例，且相应地与输入电荷成比例。然而，在另一个实施方式中，测量部件106可以包括能接收电容并输出对应于电容的电压的任何装置(例如，电路)。
[0021]电荷放大器114的输出端120电连接到解调器部件108。在一种或多种实施方式中，解调器部件108包括模数转换器(ADC)。解调器部件108的输出从系统100向可以由触控面板传感器系统100控制的装置输出。
[0022]如图1A和IB所示，系统100还包括一个或多个选择部件124。选择部件124 (I)电连接到一列或多列126的传感器102和电荷放大器114的非反相端子122。在一种或多种实施方式中，选择部件124包括多个复用器128、130,每个复用器128、130包括第一输入端子132、第二输入端子134和输出端子136。如图所示，复用器128的第一输入端子132和复用器130的第二输入端子134电连接到传感器驱动器104 ;复用器128的第二输入端子134和复用器130的第一输入端子132连接到地电势。复用器128的输出端子136电连接到传感器102的列126，复用器130的输出端子电连接到电荷放大器114的非反相端子122。每个复用器128、130还包括选择端子138，其被配置成供应选择信号，以使得复用器在输出第一输入端子132处的信号或第二输入端子134处的信号之间进行选择。[0023]图1C示出了系统100之内的潜在电容的表达。互电容(CM)是产生于两个电荷保持物体(例如导体)之间的电容。在这种情况下，互电容是包括传感器102的列126和行140之间的电容。如上所述，列126和行包括代表驱动线和对应感测线的迹线，以检测由于在触控面板表面上进行的触摸事件导致的互电容变化。应该理解，在一些实施方式中，列126可以代表驱动线，行140代表感测线，在其他实施方式中，列126可以代表感测线，行140代表驱动线。自电容是与相应列126 (Cs。)和相应行140 (Csk)相关联的电容，代表要提供给相应列126或行140以将其电势提高一个单位(例如一伏等)的电荷量。噪声电压源142代表与系统100相关联的噪声(例如，传感器102之内的噪声等)。
[0024]选择端子138接收表示电容选择操作模式的信号(由“M”表示用于互电容感测操作模式的对应输入端子，由“S”表示用于自电容感测操作模式的对应输入端子)。例如，选择信号可以使得系统100转换到互电容感测操作模式。在本范例中，选择信号使得选择部件124 (I)的复用器128向列126输出由传感器驱动器104产生的驱动信号，使得复用器130将电荷放大器114的非反相端子122连接到地。在另一个范例中，选择信号可以使得系统100转换到自电容感测操作模式。在本范例中，选择信号使得复用器130向电荷放大器114的非反相端子122输出由传感器驱动器104产生的驱动信号，使得复用器128将列126连接到地。在这种配置中，在自电容感测操作模式期间，测量部件106被配置成测量对应行140的自电容。
[0025]如图1B所示，另一选择部件124 (2)耦合到行140。于是，选择端子138接收到表示电容选择操作模式的信号。例如，选择信号可以使得系统100转换到互电容感测操作模式。在本范例中，选择信号使选择部件124 (2)的复用器128向行140输出由传感器驱动器104产生的驱动信号，使得复用器130将电荷放大器114的非反相端子122连接到地。在另一个范例中，选择信号可以使得系统100转换到自电容感测操作模式。在本范例中，选择信号使得复用器130向电荷放大器114的非反相端子122输出由传感器驱动器104产生的驱动信号，使得复用器128将对应行140连接到地。在这种配置中，在自电容感测操作模式期间，测量部件106被配置成测量对应列126的自电容。设想过在感测互电容(第一操作模式)时可以不利用第二选择部件124 (2)和对应的测量部件106 (例如，连接到传感器102的列126的积分器112)。此外，为了感测列126的自电容，可以在第二操作模式期间重复使用第一选择部件124 (I)和对应的测量部件106。应该理解，不可能基本同时感测列126和行140的自电容。例如，在测量(例如确定)行140的自电容时，通过相应的复用器128将列126接地，反之亦然。
[0026]在实施方式中，如图2所示，系统100还可以包括偏移消除模块202和偏移消除驱动器部件(例如偏移消除驱动器204)。偏移消除驱动器204耦合到偏移消除部件202，并产生具有驱动偏移消除部件202的波形特征的偏移消除信号。如图所示，偏移消除驱动器204是DAC。不过，在实施中，偏移消除驱动器204可以包括能够产生驱动信号的适当装置。此夕卜，可以由偏移消除驱动器204共享传感器驱动器104的一个或多个部件。偏移消除部件202耦合到偏移消除驱动器204的输出端和测量部件106的输入端。结果，在偏移消除驱动器204输出驱动偏移消除模块202的偏移消除信号时，将来自偏移消除模块202的电荷传输到节点(NI) 110处的测量部件106的输入端。于是，在节点(NI) 110处组合了从传感器(例如传感器驱动器104和触控面板传感器102)输出的电荷和从偏移消除部件202输出的电荷并输入到测量部件106。可以利用从偏移消除部件202输出的电荷至少基本消除节点(^1) 110处的寄生电容和丨或传感器102的电容，使得测量模块106至少基本测量由于触摸事件导致的电容变化。
[0027]在实施方式中，控制部件125 (例如控制逻辑电路)可以耦合到触控面板传感器102、传感器驱动器104、解调器部件108、测量部件106和偏移消除部件202，使得控制逻辑可以控制系统100的工作。例如，如本文所述，控制部件125被配置成控制选择部件124、偏移消除驱动器204、偏移消除部件202等的各个方面。在另一实施方式中，系统100可以被配置为开环系统。在实施方式中，控制模块124被配置成导致向选择部件124发出选择信号，这会导致自电容测量操作模式或互电容测量操作模式。
[0028]如上所述，图18示出了图1八中所示的触控面板传感器系统100的特定实施方式。在图18中，传感器驱动器104包括耦合到缓存146的传感器0^144。缓存146被配置成缓存由传感器0^144产生的信号并向传感器102输出缓存的驱动信号(例如，驱动传感器102的驱动线在实施方式中，传感器0从:144可以产生具有由如下方程表达的波形特征的
信号:
[0029]
【权利要求】
1.一种系统，包括: 传感器，所述传感器被配置成检测与触控面板上的触摸事件相关联的电容变化； 耦合到所述传感器的测量部件，所述测量部件被配置成在第一操作模式期间检测与所述传感器相关联的互电容，并且在第二操作模式期间检测与所述传感器相关联的自电容； 耦合到所述传感器和所述测量部件的选择部件，所述选择部件被配置成接收选择信号，以导致至少选择所述第一操作模式或所述第二操作模式；以及 耦合到所述选择部件的驱动器部件，所述驱动器部件被配置成产生驱动信号，所述驱动信号在所述第一操作模式期间被提供给所述传感器并且在所述第二操作模式期间被提供给所述测量模块， 其中所述驱动信号包括所述第一操作模式期间的第一幅度特性，并且包括所述第二操作模式期间的第二幅度特性，所述第二幅度特性与所述第一幅度特性不同。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述测量部件包括多个积分器，所述多个积分器中的每个积分器都包括电荷放大器，所述电荷放大器具有设置于所述电荷放大器的反相端子和输出端之间的积分电容器，其中所述电荷放大器在所述第一操作模式期间输出幅度特性与与所述触摸事件相关联的互电容变化成比例的信号，并且在所述第二操作模式期间输出幅度特性与与所述触摸事件相关联的自电容变化成比例的信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动器部件包括耦合到缓存的数模转换器，所述缓存耦合到所述传感器。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括耦合到所述测量部件的解调器部件，所述解调器部件被配置成对所述测量部件提供的模拟信号进行解调，所述模拟信号在第一操作模式期间代表与所述触摸事件对应的互电容变化，并且在所述第二操作模式期间代表与所述触摸事件对应的自电容变化。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述解调器部件包括模数转换器。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器包括多条驱动线以及与所述多条驱动线交叉的多条感测线，所述多条驱动线和所述多条感测线界定坐标系，其中每个坐标位置包括电容器。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括耦合到所述选择部件的控制部件，所述控制部件被配置成导致向所述选择部件发出所述选择信号，以导致选择所述第一操作模式或所述第二操作模式中的至少之一。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述选择部件包括第一复用器和第二复用器，其中所述第一复用器耦合到所述传感器，并且所述第二复用器耦合到所述测量部件。
9.一种系统,包括: 传感器，所述传感器被配置成检测与触控面板上的触摸事件相关联的电容变化； 耦合到所述传感器的测量部件，所述测量部件被配置成在第一操作模式期间检测与所述传感器相关联的互电容，并且在第二操作模式期间检测与所述传感器相关联的自电容； 耦合到所述传感器和所述测量部件的选择部件，所述选择部件被配置成接收选择信号，以导致至少选择所述第一操作模式或所述第二操作模式； 耦合到所述选择部件的驱动器部件，所述驱动器部件被配置成产生驱动信号，所述驱动信号在所述第一操作模式期间被提供给所述传感器并且在所述第二操作模式期间被提供给所述测量模块；以及 耦合到所述选择部件的控制部件，所述控制部件被配置成导致向所述选择部件发出选择信号，以导致选择所述第一操作模式或所述第二操作模式中的至少之一， 其中所述驱动信号包括所述第一操作模式期间的第一幅度特性，并且包括所述第二操作模式期间的第二幅度特性，所述第二幅度特性与所述第一幅度特性不同。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述测量部件包括多个积分器，所述多个积分器中的每个积分器都包括电荷放大器，所述电荷放大器具有设置于所述电荷放大器的反相端子和输出端之间的积分电容器，其中所述电荷放大器在所述第一操作模式期间输出幅度特性与与所述触摸事件相关联的互电容变化成比例的信号，并且在第二操作模式期间输出幅度特性与与所述触摸事件相关联的自电容变化成比例的信号。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述驱动器部件包括耦合到缓存的数模转换器，所述缓存耦合到所述传感器。
12.根据权利要求9所述的系统，还包括耦合到所述测量部件的解调器部件，所述解调器部件被配置成对所述测量部件提供的模拟信号进行解调，所述模拟信号在所述第一操作模式期间代表与所述触摸事件对应的互电容变化，并且在所述第二操作模式期间代表与所述触摸事件对应的自电容变化。
13.根 据权利要求12所述的系统，其中所述解调器部件包括模数转换器。
14.根据权利要求9所述的系统，其中所述传感器包括多条驱动线以及与所述多条驱动线交叉的多条感测线，所述多条驱动线和所述多条感测线界定坐标系，其中每个坐标位置包括电容器。
15.根据权利要求9所述的系统，其中所述选择部件包括第一复用器和第二复用器，其中所述第一复用器耦合到所述传感器，并且所述第二复用器耦合到所述测量部件。
16.根据权利要求9所述的系统，其中所述第二幅度特性至少比所述第一幅度特性小大致十倍。
17.一种方法，包括: 使得向选择部件发出选择信号，以选择第一操作模式来测量与传感器相关联的互电容，或选择第二操作模式来测量与所述传感器相关联的自电容，所述传感器被配置成检测与触控面板上的触摸事件相关联的电容变化； 调节由偏移部件提供的偏移消除电容，直到所述偏移消除电容至少大致等于与驱动通道和所述传感器相关联的电容，以至少部分消除与所述驱动通道和所述传感器相关联的电容； 调节第一信号的相位为至少是第二信号的相位的大致一百八十度(180° )，以至少部分消除所述第二信号、由偏移消除驱动器部件产生的所述第一信号以及由所述驱动通道的传感器驱动器部件产生的第二信号；以及 调节所述第一信号的幅度为等于所述第二信号的幅度的至少一部分，以至少部分消除所述第二信号的剩余部分，所述第二信号的剩余部分包括所述第二信号中未通过调节所述第一信号的相位而消除的部分。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括在所述第一操作模式期间，在测量部件处测量与所述触摸事件相关联的互电容变化，并且在所述第二操作模式期间测量与所述触摸事件相关联的自电容。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述传感器驱动器部件或所述偏移消除驱动器部件中的至少之一是数模转换器。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述测量部件包括多个积分器，所述多个积分器中的每个积分器都耦合到所述传感器的对应驱动线和感测线。
【文档编号】G06F3/044GK103838446SQ201310611584
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2012年11月26日
【发明者】R·蒂鲁武鲁 申请人:马克西姆综合产品公司