高级接收通道体系结构的制作方法

高级接收通道体系结构的制作方法
【专利摘要】本公开涉及在频谱分析阶段和触摸面板检测阶段两者中使用的接收通道电路的体系结构。可以在频谱分析阶段和触摸面板检测阶段两者中使用接收通道的各种组件。例如，可以在频谱分析阶段和触摸传感器面板检测阶段两者中使用在接收通道电路中使用的多个数字信号混合器来解调信号。另外，可以通过将要被解调的各组信号划分为多个信号集合，并且在不同时刻解调每个集合，来减少接收通道中所需的数字混合器的数目。另外，可以利用正弦波形的对称性，减少用于产生正弦波形的正弦查找表(LUT)的大小。例如，可将正弦波形的四分之一保存在LUT内，并且可以基于正弦波的对称性来得出该波形的其余象限。
【专利说明】高级接收通道体系结构
[0001]本申请是申请日为2009年9月9日、题为“高级接收通道体系结构”的发明专利申请200980135053.1的分案申请。

【技术领域】
[0002]本公开一般涉及用作计算系统的输入设备的触摸传感器面板，并且具体地，涉及从触摸传感器面板接收的解调信号。

【背景技术】
[0003]当前可以获得许多类型的输入设备，诸如按钮或按键、鼠标、轨迹球、触摸传感器面板、操纵杆、和触摸屏等，用于在计算系统中执行操作。尤其是，触摸屏由于其容易且通用的操作以及其不断下降的价格而正变得日益流行。触摸屏可包括触摸传感器面板和显示设备，所述触摸传感器面板可以是具有触敏表面的清澈面板，所述显示设备可被定位在该面板后面，从而所述触敏表面可以大体覆盖显示设备的可观看区域。触摸屏可允许用户通过使用手指、输入笔或其它物体在显示设备正在显示的用户界面(UI)所指定的位置处触摸该触摸传感器面板来执行各种功能。一般来说，触摸屏可识别触摸事件以及触摸事件在触摸传感器面板上的位置，然后计算系统可根据在该触摸事件时出现的显示来解释该触摸事件，并且此后可基于该触摸事件执行一个或多个动作。
[0004]触摸传感器面板可由驱动线路和感测线路的矩阵形成，在多层实施例中，传感器或像素出现在驱动线路和感测线路彼此交叉同时被电介质材料隔开的位置，或在单侧实施例中，出现在驱动线路和感测线路彼此相邻的位置。可以激励信号驱动每个驱动线路，并且因为由于激励信号而被注入感测线路的电荷与触摸量成比例，所以可以识别触摸位置。然而，激励信号可能需要的高压可能迫使传感器面板电路具有较大的尺寸，并且被划分为两个或更多的离散芯片。另外，由于操作LCD所需的电压转换可被电容耦合到触摸传感器面板的感测线路上，并且引发不准确的触摸测量，由基于电容的触摸传感器面板和诸如液晶显示器(LCD)的显示设备形成的触摸屏可能受到噪声问题的影响。另外，用于给系统供电或充电的交流(AC)适配器也可以将噪声耦合到触摸屏内。其它噪声源可以包括系统中的切换电源、背光逆变器和发光二极管(LED)脉冲驱动器。这些噪声源中的每一个具有可以随时间改变的独特干扰频率和振幅。考虑噪声问题可能需要附加的逻辑电路，这可能耗用更多模腔(die space)和功率。


【发明内容】

[0005]本发明的各种实施例可以在触摸传感器面板的频谱分析阶段和触摸面板检测阶段两者期间使用接收通道电路的特定组件。频谱分析阶段可以包括分析噪声以便识别低噪声激励频率。触摸面板检测阶段可以包括使用一个或多个激励频率和相位，以便检测和定位触摸传感器面板上的触摸事件。
[0006]当执行频谱分析时，激励信号没有被施加在触摸传感器面板内的任意驱动线路上。可使用一个或多个频率的同相(I)和正交(Q)信号解调所有接收通道的输出的总和，其可以表示包括所有检测到的噪声在内的施加在触摸传感器面板上的总电荷。解调输出可被用于计算该特定频率的噪声的幅度(magnitude),其中该幅度越小,该频率下的噪声越低。可以选择一个或多个低噪声频率用于后续的触摸传感器面板扫描。
[0007]当执行触摸传感器面板扫描功能时，可以使用一个或多个所选择的低噪声频率同时激励触摸传感器面板的驱动线路，并且可以使用所选择的低噪声频率解调从连接到接收通道的感测线路接收的信号。然后可以保存解调信号。在已经完成所有步骤之后，所保存的结果可被用于确定触摸传感器面板在每个频率的触摸图像的计算。
[0008]通过使用相同的数字信号混合器执行频谱分析阶段和触摸面板检测阶段两者期间的功能，可以减少接收通道电路中使用的数字信号混合器的数目。例如，可以在频谱分析阶段和触摸传感器面板检测阶段两者期间使用相同的数字混合器来解调信号。另外，使用信号混合器解调的各组信号可被划分为多个信号集合，并且每个集合可在不同时间被解调。这样做可以进一步减少执行解调功能所需的混合器的数目。作为例子，如果将被解调的信号被划分为两个集合，则解调该信号所需的信号混合器的数目可减少一半。
[0009]另外，可以利用正弦波形的对称性来减少用于数字控制振荡器的正弦查找表(LUT)的大小。例如，可将正弦波形的四分之一保存在LUT内，并且可以基于正弦波的对称性得出该波形的其余象限。

【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1示出了根据本发明的各种实施例的示例性计算系统，其可以使用多个数字混合器执行噪声的频谱分析并且识别低噪声激励频率，并且可以使用多个激励频率和相位以便检测和定位触摸传感器面板上的触摸事件。
[0011]图2A示出了根据本发明的各种实施例的示例性互电容触摸传感器面板。
[0012]图2B是根据本发明的各种实施例的处于稳定状态(无触摸)情况下的示例性像素的侧视图。
[0013]图2C是根据本发明的各种实施例的处于动态(触摸)情况下的示例性像素的侧视图。
[0014]图3示出了根据本发明的各种实施例的示例性接收通道或事件检测和解调电路。
[0015]图4A示出了根据本发明的各种实施例的示例性N通道接收电路(也被称为“接收通道电路”)的简化方框图。
[0016]图4B示出了根据本发明的各种实施例的用于为NCO提供数字值以便构造正弦波形的正弦查找表(LUT)。
[0017]图5A示出了根据本发明的各种实施例的示出了 LCD阶段和触摸传感器面板阶段的不例时序图。
[0018]图5B示出了根据本发明的各种实施例的描述了 LCD阶段和触摸传感器面板阶段的示例性流程图。
[0019]图6A示出了根据本发明的各种实施例的可以利用接收通道电路执行频谱分析功能和触摸面板扫描功能两者的示例性移动电话。
[0020]图6B示出了根据本发明的各种实施例的可以利用接收通道电路执行频谱分析功能和触摸面板扫描功能两者的示例性数字音频播放器。

【具体实施方式】
[0021]在对优选实施例的下列描述中参考了附图，这些附图构成本说明书的一部分，其中以说明的方式示出了可以实现本发明的特定实施例。应当理解，可以使用其它实施例，并且可以做出结构改变而不脱离本发明的实施例的范围。
[0022]本公开涉及在频谱分析阶段和触摸面板检测阶段两者期间对接收通道电路的特定组件的使用。频谱分析阶段可以包括分析噪声以便识别低噪声激励频率。触摸面板检测阶段可以包括使用一个或多个激励频率和相位以便检测和定位触摸传感器面板上的触摸事件。
[0023]当执行频谱分析时，没有激励信号被施加在触摸传感器面板内的任意驱动线路上。可使用一个或多个频率的同相(I)和正交(Q)信号来解调所有接收通道的输出的总和，其可以表示包括所有检测到的噪声在内的施加在触摸传感器面板上的总电荷。解调输出可被用于计算该特定频率的噪声的幅度，其中该幅度越小，该频率下的噪声越低。可以选择一个或多个低噪声频率用于后续的触摸传感器面板扫描。
[0024]当执行触摸传感器面板扫描功能时，可以使用一个或多个所选择的低噪声频率同时激励触摸传感器面板的驱动线路，并且可以使用所选择的低噪声频率解调从连接到接收通道的感测线路接收的信号。然后可以保存解调信号。在已经完成所有步骤之后，所保存的结果可被用于确定触摸传感器面板在每个频率的触摸图像的计算。
[0025]根据各种实施例，通过使用相同的数字信号混合器执行频谱分析阶段和触摸面板检测阶段两者期间的功能，可以减少接收通道电路中使用的数字信号混合器的数目。例如，可以在频谱分析阶段和触摸传感器面板检测阶段两者期间使用相同的数字混合器来解调信号。另外，使用信号混合器解调的各组信号可被划分为多个信号集合，并且每个集合可在不同时间被解调。这样做可以进一步减少执行解调功能所需的混合器的数目。作为例子，如果将被解调的信号被划分为两个集合，则解调该信号所需的信号混合器的数目可减少一半。
[0026]另外，根据各种实施例，可以利用正弦波形的对称性，减少用于数字控制振荡器的正弦查找表(LUT)的大小。例如，可将正弦波形的四分之一保存在LUT内，并且可以基于正弦波的对称性得出该波形的其余象限。
[0027]虽然此处根据互电容触摸传感器描述了本发明的某些实施例，但是应当理解:本发明的实施例不受这种限制，而是可以一般地适用于其它类型的触摸传感器，诸如自电容触摸传感器。另外，虽然此处以驱动线路和感测线路的正交阵列描述了触摸传感器面板中的触摸传感器，但是应当理解:本发明的实施例不限于正交阵列，而是可以一般地应用于以任意数目的维度和定向布置的触摸传感器，包括对角线、同心圆和三维和随机定向。另外，此处描述的触摸传感器面板可以是单触摸传感器面板或多触摸传感器面板，在 申请人:于2004年5月6日提交的、在2006年5月11日被公布为美国公布申请N0.2006/0097991的、题为“Multipoint Touchscreen”的共同待决美国申请N0.10/840, 862中描述了后者。
[0028]图1示出了根据本发明的实施例的示例性计算系统100，其可以执行噪声的频谱分析并识别低噪声激励频率，并且可以利用多个激励频率和相位来检测和定位触摸传感器面板上的触摸事件。计算系统100可以包括一个或多个面板处理器102和外设104、以及面板子系统106。一个或多个面板处理器102可以包括，例如，ARM968处理器或具有类似功能和能力的其它处理器。然而，在其它实施例中，可由专用逻辑，诸如状态机，替代实现面板处理器功能。外设104可以包括，但不限于，随机访问存储器(RAM)或其它类型的存储器或存储设备、和看门狗计时器等。面板子系统106可以包括但不限于一个或多个接收通道108、通道扫描逻辑110和驱动器逻辑114。通道扫描逻辑110可以访问RAM 112，自治地从接收通道读取数据，并且为接收通道提供控制。另外，通道扫描逻辑110可以控制驱动器逻辑114，以便以各种频率和相位产生可被有选择地施加到触摸传感器面板124的驱动线路上的激励信号116。在某些实施例中，面板子系统106、面板处理器102和外设104可被集成在单个专用集成电路(ASIC)内。
[0029]触摸传感器面板124可以包括具有多个行迹线或驱动线路和多个列迹线或感测线路的电容感测介质，尽管还可以使用其它感测介质。虽然还可以使用其它透明和诸如铜的非透明材料，行迹线和列迹线可由诸如氧化铟锡(Ι--)或氧化锑锡(ATO)的透明导电介质形成。在某些实施例中，行迹线和列迹线可以彼此垂直，尽管在其它实施例中，其它非笛卡儿取向也是可能的。例如，在极坐标系统中，感测线路可以是同心圆，并且驱动线路可以是径向延伸的线路(反之亦然)。因此，应当理解，此处使用的术语“行”和“列”、“第一维度”和“第二维度”、或“第一轴”和“第二轴”旨在不仅包括正交网格，而且包括具有第一维度和第二维度的其它几何配置的交叉迹线(例如，极坐标布置的同心圆和径向线)。驱动线路和感测线路可被由基本透明的电介质材料分隔开地形成在大体透明的衬底的单个侧面上，形成在衬底的相对二侧上，或形成在以电介质材料分隔开的两个单独衬底上。
[0030]在某些两层触摸传感器面板实施例中，在迹线彼此上下穿过(相交)(但彼此不形成直接电接触)的迹线“交叉”处，迹线实际上可以形成两个电极(尽管还可以是多于两个迹线交叉)。行迹线和列迹线的每个交叉可以表示一个电容感测节点，并且可被视为图像元素(像素)126，当触摸传感器面板124被视为捕捉触摸的“图像”时，这可能特别有用。(换言之，在面板子系统106已经确定是否已经在触摸传感器面板中的每个触摸传感器处检测到了触摸事件之后，多触摸面板中发生了触摸事件处的触摸传感器的图案可被视为是触摸的“图像”(例如，触摸面板的手指的图案))。当给定行被保持在直流(DC)电压电平时，行电极和列电极之间的电容可表现为寄生电容，并且当以交流(AC)信号激励给定行时，可以表现为互信号电容Csig。可以通过测量出现在被触摸的像素处的信号电荷Qsig的改变，该改变是Csig的函数，检测触摸传感器面板附近或之上的手指或其它物体的出现。触摸传感器面板124的每列可以驱动面板子系统106内的接收通道108 (此处也被称为事件检测和解调电路)。
[0031]计算系统100还可以包括用于接收来自面板处理器102的输出并且基于该输出执行动作的主机处理器128，所述动作可以包括但不限于移动诸如游标或指针的物体、滚动或摇动(panning)、调整控制设置、打开文件或文档、观看菜单、进行选择、执行指令、操作连接到主机设备的外围设备、应答电话呼叫、进行电话呼叫、终止电话呼叫、改变音量或音频设置、存储与电话通信有关的诸如地址、频繁拨打的号码、已接呼叫、未接呼叫的信息、登录计算机或计算机网络、允许被授权的个体访问计算机或计算机网络的受限制区域、加载与计算机桌面的用户优选布置相关联的用户简档、允许对网络内容的访问、启动特定程序和/或加密或解码消息等等。主机处理器128还可以执行与面板处理无关的附加功能，并且可被耦合到程序存储设备132和显示设备130，诸如用于给设备的用户提供UI的LCD显示器。
[0032]在某些系统中，传感器面板124可被高压驱动器逻辑驱动。高压驱动器逻辑所需的高压(例如，18V)可能迫使与面板子系统106分离地形成高压驱动器逻辑，面板子系统106可以以低得多的数字逻辑电压电平操作(例如，1.7V到3.3V)。然而，在本发明的实施例中，芯片上驱动器逻辑114可以取代芯片外高压驱动器逻辑。虽然面板子系统106可能具有低的数字逻辑电平电源电压，通过将两个晶体管级联在一起以便形成电荷泵115，芯片上驱动器逻辑114可以产生比数字逻辑电平电源电压更大的电源电压。电荷泵115可被用于产生激励信号Iie(Vstim)，该激励信号可以具有大约2倍于数字逻辑电平电源电压(例如，3.4V到6.6V)的振幅。虽然图1示出了与驱动器逻辑114分离的电荷泵115，但是电荷泵可以是驱动器逻辑的一部分。
[0033]图2A示出了根据本发明的实施例的示例性互电容触摸传感器面板200。图2A指示位于行迹线204和列迹线206交叉处的每个像素202处的寄生电容Cstray的存在(虽然出于简化图示的目的，图2A中仅示出了一列Cstray)。在图2A的例子中，AC激励Vstim214、Vstim215和Vstim217可被施加在若干行上，而其它行可被连接到DC。如后面所解释的，Vstim214、Vstim215和Vstim217可以具有不同的频率和相位。行上的每个激励信号可以使得电荷Qsig = Csig X Vstim通过存在于受影响的像素处的互电容而被注入到列中。当手指、手掌或其它物体出现在一个或多个受影响的像素处时，可以检测到注入电荷(Qsig_sense)的改变。Vstim信号214、215和217可以包括正弦波的一个或多个脉冲串。注意，虽然图2A示出了行204和列206大体垂直，如上所述，它们不必被如此排列。如上所述，每个列206可被连接到一个接收通道(见图1中的接收通道108)。
[0034]图2B是根据本发明的实施例的稳定状态(无触摸)情况下的示例性像素202的侧视图。在图2B中，示出了列迹线206和行迹线204或由电介质210分隔开的电极之间的互电容的电场线208的电场。
[0035]图2C是动态(触摸)情况下的示例性像素202的侧视图。在图2C中，手指212已被放置在像素202附近。手指212在信号频率下是低阻抗物体，并且具有从列迹线204到人体的AC电容Cfinger。人体具有大约200pF的对地自电容Cbody，其中Cbody比Cfinger大得多。如果手指212阻挡了行电极和列电极之间的某些电场线208(脱离电介质并且穿过行电极之上的空气的那些弥散场(fringing field))，那些电场线通过手指和人体中固有的电容路径分路到地，结果，稳态信号电容Csig减小了 ACsig。换言之，组合的人体和手指电容起将Csig减小数量Δ Csig(此处其还被称为Csig_sense)的作用，并且可以起到地的分路或动态返回路径的作用，从而阻挡由于减小的净信号电容而导致的某些电场。像素处的信号电容变为Csig — ACsig，其中Csig表示静态(无触摸)分量，并且Λ Csig表示动态(触摸)分量。注意，由于手指、手掌或其它物体不能阻挡全部电场，尤其是完全保持在电介质材料内的那些电场，Csig — ACsig可能总是非零的。另外,应当理解:当手指被更用力地或更完全地按压在多触摸面板上时，手指可以趋于变平，从而阻挡越来越多的电场，并且因此Λ Csig可以是可变的，并且表示手指按压在面板上的完全程度(即，从“无触摸”至IJ “完全触摸”的范围)。
[0036]图3示出了根据各种实施例的示例性接收通道300 (也被称为感测通道或模拟通道)。诸如多触摸子系统106的多触摸子系统中可以存在一个或多个接收通道300。再次参考图3，多触摸面板的一个或多个感测线路206 (图2A)可耦合到每个接收通道300。每个接收通道300可以包括电荷放大器302、抗混滤波器304和模数转换器(ADC) 306、数字混合器308(例如，乘法器电路)和累加器310。数字混合器308可由NCO(数值控制振荡器)312驱动，NC0312可以包括使用窗口函数的振幅窗口成形。接收通道300可由输入信号驱动(例如，Vstim或DC信号)，当没有手指、手掌或物体存在时导致稳态信号电容Csig，或当手指、手掌或物体存在时，导致动态信号电容Csig-Δ Csig。进一步参考图3，接收通道300可以从触摸面板接收表示电容或电容改变的信号(Csig或Csig-Δ Csig)，并且将其转换到数字域，以解调波形解调该数字信号，并且在累加器310中累加输出。然后，可将累加后的输出存储在结果寄存器314中，并且用于进一步处理。根据某些实施例，接收通道300可被实现为ASIC的一部分。
[0037]图4A示出了根据各种实施例的示例性N通道接收通道电路400的方框图(此处也被称为“接收通道电路”)，其可被配置为频谱分析器和触摸面板扫描逻辑两者。接收通道电路400可以存在于面板子系统106 (图1)内。与一次从一个通道接收信号的图3的接收通道300相反，接收通道电路400可以同时或近似同时地从多个通道接收信号。另外，接收通道电路400可以使用许多相同组件，以便执行频谱分析功能和触摸传感器面板检测功能两者。这样做可以减少不同操作模式下解调通道所需的模腔。另外，通道可被多路复用，从而使用较少混合器来解调多个通道。注意，图4A中的实线连接可以表示配置为触摸传感器面板检测逻辑的接收通道电路400，并且虚线连接可以表示配置为频谱分析器逻辑的接收通道电路400。下面将更详细地讨论图4A。
[0038]现在将描述被配置为触摸面板检测逻辑的接收通道电路400。在图4A所示的例子中，接收通道电路400可以解调N个通道(图4A中每个通道以CH [O]、CH[1]…CH[N— I]表示)。在一个例子中，通道数目N可以是10，但是应当理解，通道数目可以改变，并且不限于任意特定数目。虽然本公开通常描述耦合到多个通道的接收通道电路400，根据各种实施例，通道数目N可以等于I。
[0039]进一步参考图4A，每个通道可被耦合到触摸传感器面板的不同感测线路。接收通道电路400的模数(ADC)块402可被耦合到相应通道，以便从触摸传感器面板的感测线路接收原始信号，并且将该信号转换为数字信号(此处也被称为“数字样本”)。根据各种实施例，ADC块402可以包括放大器，诸如电荷放大器或可编程增益放大器(PGA)、抗混滤波器和 ADC。
[0040]延迟存储器块404可以接收并且存储在相同时刻来自所有通道的从ADC块402输出的数字样本。图4A将ADC块输出的数字样本表示为CH[0]_ADC_out、CH[1]_ADC_out...CH[N-l]_ADC_out。因此，如果总共10个通道被馈入接收通道电路400中，则延迟存储器块404可以存储来自所有10个通道的数字样本值。
[0041]数字样本可从延迟存储器块404被馈入扫描模式选择器块406中。扫描模式选择器块406可被配置为在频谱分析阶段和触摸传感器面板检测阶段之间切换，其中扫描选择器块406在触摸传感器面板检测阶段期间将数字样本(CH[0]_ADC_out、CH[1]_ADC_out...CH[N-l]_ADC_out)输出到Multin选择器块408。扫描模式选择器块406可以包括scanjnode输入，以便在触摸面板检测阶段和频谱分析阶段之间切换扫描模式选择器块406。根据各种实施例，扫描模式选择器块406可以包括多路复用器或开关，该多路复用器或开关，例如，可以操作以便根据其当前的扫描模式(即，频谱分析模式或触摸面板检测模式)传递数字样本或数字样本频率。
[0042]Multin选择器块408可以多路复用数字样本的多个集合。根据各种实施例，Multin选择器块408可以选择在第一时间发送到乘法器块414的数字样本的一半(例如，10个数字样本中的5个)，以及在第二时间发送到乘法器块414的数字样本的另一半(例如，10个数字样本中的其余5个)。然而应当理解，在其它实施例中，数字样本可被划分为多于两个集合。
[0043]Multin选择器块408可以包括多路复用器和用于控制哪个数字样本集合将要被发送给乘法器块414的multin_selector输入端。multin_selector输入端可以接收控制信号412，根据各种实施例，其可以是时钟信号。在使用这种时钟信号的实施例中，数字样本的第一集合可在时钟周期的第一个边缘被发送到乘法器块414，并且数字样本的第二集合可在第二时钟周期边缘被发送到乘法器块414。因此，在数字样本被划分为两个集合的例子中，所有数字样本可在一个时钟周期内被发送到乘法器块414。根据各种实施例，时钟周期可以具有4兆赫兹(MHz)的频率。
[0044]如上所述，数字样本的多个集合可在不同时刻从Multin选择器块412被发送到乘法器块414。然后，乘法器块414例如可以使用信号乘法器，混合每个数字样本和窗口化解调波形。然后，来自每个信号乘法器的解调输出可被存储在累加器416内。
[0045]根据各种实施例，乘法器块410中使用的乘法器的数目可以等于由Multin选择器块414发送的每个数字样本集合中的数字样本的数目。因此，在Multin选择器408将总共10个数字样本划分为每个有5个数字样本的两个集合的例子中，可以使用5个乘法器。以这种方式，由于可以通过使用Multin选择器408进行多路复用而可以减少在特定时刻发送到乘法器块414的数字样本的数目，所以可以使用较少的乘法器，而取代从连接到电路400的所有通道接收的每个数字样本都需要一个乘法器。
[0046]如上面讨论的，在触摸面板检测阶段期间，可以通过将数字样本和解调波形混合来解调每个数字样本。进一步参考图4A，数值控制振荡器(NC0)420可以与施加到触摸传感器面板的驱动线路上的输入激励信号同步地数字产生解调波形。根据各种实施例，解调波形可以是正弦波。另外，NC0420可以包括设置输出频率的数值控制输入、设置延迟的控制输入，和使得NC0420能够产生同相(I)信号或正交(Q)信号或两者的控制输入。根据各种实施例，NC0420可以同时产生同相和正交信号二者。
[0047]然后，可以使用混合器426混合由NC0420产生的数字解调波形以及振幅窗口产生器422产生的窗口函数，从而产生解调波形的窗口化数字表示。根据各种实施例，振幅窗口产生器422可以包括输出随时间改变的窗口化数字振幅值的振幅查找表(AmpLUT)。然后混合器426的输出可被施加到乘法器块414使用的每个混合器，以便将解调波形的窗口化数字表示与每个数字样本集合内的数字样本混合。
[0048]现在将描述配置为频谱分析逻辑的接收通道电路400。当接收通道电路400被配置为触摸面板检测逻辑时，接收通道电路400可以从连接到相应ADC块402的每个通道接收数字样本。然而，当配置为频谱分析阶段时，可使用求和电路428，诸如加法器电路，将来自ADC块402的所有输出一起相加为实际上表示从这些通道接收的所有数字样本的总和的单个数字样本(下面也被称为“数字样本总和”)。图4A将表示数字样本总和的信号表示为 Σ CH[N]_ADC_out。
[0049]然后，求和电路428的输出可以通过多路复用器424，并且然后使用混合器426将其与窗口函数(由振幅窗口块422提供)混合。然后，来自混合器426的输出(S卩，数字样本的窗口化总和)可被馈入乘法器块414中。
[0050]在频谱分析期间，数字样本的窗口化总和随后可分别与多个样本频率混合。样本频率可由NC0420产生，通过扫描模式选择器块406被馈入，并且进入Multin选择器块408。类似于上述在触摸面板检测阶段期间可如何将数字样本施加到乘法器块414，Multin选择器块408可将样本频率划分为两个集合,并且将样本频率的第一集合在第一时间施加到乘法器块414，并且将多个样本频率的第二集合在第二时间施加到乘法器块414。然后可以使用乘法器块414中的混合器，以每个样本频率解调数字样本(从混合器426输出的数字样本)的窗口化总和。
[0051]根据各种实施例，用于将样本频率的每个集合施加到乘法器块414的定时可以与在触摸面板检测阶段期间使用的定时相同；例如，在控制信号的每个时钟沿。另外，样本频率的数目可以与从触摸传感器面板的通道接收的数字样本的数目相同。因此，在使用10个通道的例子中，可以使用10个不同的样本频率。类似于触摸面板扫描期间混合数字样本，10个样本频率可被划分为两个集合,并且分别与数字样本的窗口化总和混合。以这样的方式，在触摸面板扫描期间使用的所有乘法器还可在频谱分析期间使用。根据各种实施例，10个数字样本频率可以包括5个同相(I)信号和5个正交(Q)信号。
[0052]累加器416然后可以累加来自乘法器块414的输出。然后，累加后的输出可作为结果440被传输，以便进行处理，从而识别要在触摸面板检测阶段期间使用的低噪声频率。
[0053]图4B示出了根据各种实施例的用于为NC0420提供数字值以便构造正弦波形的正弦查找表(LUT)。可以在接收通道电路400中使用由图4A的NC0420使用正弦LUT452的配置，以便产生正弦波形。如图所示，16位计数器450可以提供用作地址查找的14位值给正弦LUT452。正弦LUT452中的每个表项可以是以14位值表示的正弦波形的角度的二进制表示。根据各种实施例，可以通过利用正弦波形的对称性来减少正弦LUT452的大小。例如，可以在LUT中存储正弦波形的四分之一，并且可以使用16位计数器的其余两位，基于正弦波的对称性得出该波形的其余象限，其中其余位中的一个位可以表示重构的正弦波的正或负值，并且其余位中的另一位可以表示正弦波形的绝对值是增加还是减小。
[0054]注意，取代ASIC内的模拟电路，图4A — 4B的各个组件可被数字地实现。数字地而不是以ASIC内的模拟电路实现这些组件可以节省大量模腔，并且进一步减少功耗。
[0055]图5A示出了示例性时序图500，其示出了根据各种实施例的IXD阶段502和垂直消隐或触摸传感器面板阶段504。在LCD阶段502期间，LCD被积极地切换，并且可以产生产生图像所需的电压。在该时刻不需要执行面板扫描。在触摸传感器面板阶段504期间，接收电路500可被配置为识别低噪声频率的频谱分析器，并且还可被配置为检测和定位触摸图像的触摸面板检测逻辑。
[0056]应当注意，触摸传感器阶段504不必局限于在IXD阶段502之前或之后执行。例如，在一个实施例中，在LCD阶段期间执行触摸传感器阶段。通过在LCD阶段502期间执行触摸传感器阶段504，频谱分析可以考虑在LCD阶段502期间产生的任意噪声。另外，在一个实施例中，LCD阶段502和触摸传感器阶段504之间不存在定时关联。换言之，传感器阶段504不需要与IXD阶段502同步。
[0057]图5B示出了根据各种实施例的描述执行LCD阶段502和触摸传感器面板阶段504的处理501的示例性流程图。在步骤0，如上所述更新LCD。可以硬件、软件、固件或其任意组合执行结合处理501执行的各种任务。应当理解，处理501可以包括任意数目的附加或替换任务。图5B所示的任务不必以所示顺序执行，并且处理501可被结合在更复杂的过程或具有此处未详细描述的附加功能的处理中。出于说明目的，对处理501的下列描述可能涉及上面结合图1 一 4提及的元件。
[0058]步骤I 一 3可以表示低噪声频率识别阶段506。在步骤1，接收通道电路400可被配置为频谱分析器。频谱分析器的目的是识别若干低噪声频率供面板扫描中的后续使用。不对触摸传感器面板的任意驱动线路施加激励频率，所有ADC块402的输出的总和，其表示包括所有检测到的噪声在内的施加在触摸传感器面板上的总电荷，可被窗口化并被馈入乘法器块414中。乘法器块414可以使用所选频率的同相(I)信号和正交(Q)信号解调所有ADC通道输出的总和。解调后的输出可被用于计算该特定频率的噪声的幅度，其中该幅度越小，该频率下的噪声越低。
[0059]在步骤2，可以针对不同的频率集合重复步骤I的处理。根据各种实施例，如果步骤I中使用的频率的数目对于所希望的应用来说是充足的，则不必执行步骤2。另外，根据其它实施例，步骤I可被执行多于两次，每次使用不同的频率集合。
[0060]在步骤3，通过识别产生最低的计算出的幅度值的那些频率，可以选择一个或多个低噪声频率供后续触摸传感器面板扫描中的使用。
[0061]步骤4可以表示面板扫描阶段508。在步骤4中，接收通道电路400可被配置为面板扫描逻辑。在步骤4，可以使用一个或多个所选择的低噪声频率的各种相位，以便同时激励触摸传感器面板的驱动线路，并且乘法器块414可被配置为使用所选择的低噪声频率解调从每个感测线路接收的信号。然后可以保存来自乘法器块414的解调信号。
[0062]在步骤5，在所有步骤已被完成之后，可以在计算中使用所保存的结果以便确定触摸传感器面板在每个所选择的低噪声频率的触摸图像。
[0063]再次参考图4A所示的例子，在接收通道电路400被配置为频谱分析器时，不需要给触摸传感器面板内的任意驱动线路施加激励信号。在当前例子中，可以存在10个通道并且因此有10个ADC块402、乘法器块414中用于每两个通道的一个混合器(即，5个混合器)、以及用于混合窗口函数的一个混合器426，S卩，总共6个混合器。接收通道电路400中所有ADC块402的输出可被使用求和电路428累加在一起，并且通过多路复用器或开关424被馈入乘法器块414中，多路复用器或开关424可被配置为选择求和电路428而不是NC0420的输出。
[0064]在接收通道电路400被配置为频谱分析器时，可以测量耦合到感测线路上的背景。由于没有向任何驱动线路施加Vstim，所以任何像素处都没有Csig，并且面板上的任何触摸都不会影响噪声结果(除非触摸手指或其它物体将噪声耦合到地)。通过在求和电路428中将所有ADC块402的所有输出相加在一起，可以获得表示在触摸传感器面板中接收到的总噪声的一个数字比特流。在频谱分析之前不知道噪声的频率以及正在产生噪声的位置处的像素，但是在已经完成频谱分析之后，这些变为已知的。正在产生噪声的位置处的像素是未知的，并且在频谱分析之后不能被恢复，但是由于该比特流被用作一般噪声收集器，所以不必知道它们。
[0065]在配置为频谱分析器时，在图4A的当前例子中，乘法器块414中的混合器可被用于解调由NCO 420产生的不同频率的I信号和Q信号。例如，这些频率可以在200kHz和300kHz之间。NCO 420可以产生数字斜正弦波，乘法器块414中的数字混合器可以使用该数字斜正弦波解调求和电路428的窗口化噪声输出。
[0066]然后，可以使用乘法器块414中的数字混合器以该频率的I和Q分量来解调求和电路428的输出(噪声信号)。可以在累加器块416中的不同累加器中累加每个混合器的结果。每个累加器可以是数字寄存器，其可以在一个样本时间周期上累积(相加在一起)来自混合器的瞬时值。在样本时间周期的结尾，累加值可以表示该频率和相位的噪声信号的数量。
[0067]特定频率的I和Q解调的累加结果可以表示同相或正交频率的内容的数量。然后可以在幅度和相位计算电路(未示出)中使用这两个值，以便寻找该频率的总幅度(振幅)的绝对值。较高的幅度可以意味着该频率下较高的背景噪声电平。可以保存幅度和相位计算电路计算出的幅度值。注意在没有Q分量的情况下，与解调频率异相的噪声可能保持不被检测。
[0068]如果希望，可以针对不同频率重复这整个处理。然后，可以比较为每个频率保存的幅度值，并且可以选择具有最低幅度值(并且因此具有最低噪声电平)的一个或多个频率。
[0069]仍然参考图4A，当接收通道电路400被配置为触摸面板检测逻辑时，可以忽略图4A中的虚线。在图5B中的步骤4，可以使用所选择的低噪声频率的各种相位同时激励触摸传感器面板的驱动线路，并且接收通道电路400可被配置为使用所选择的低噪声频率来解调从连接到接收通道电路400的每个感测线路接收的信号。然后，可以在累加器块416中累积来自乘法器块414中的每个数字信号混合器的解调信号，并且进行保存。
[0070]可以注意到，图5B的步骤4可以组合两个特征，多相位扫描和多频率扫描。每个特征可以具有自己的益处。在某些实施例中，多频率扫描可以降为三分之一的时间，而多相位扫描可以提供大约好两倍的信噪比(SNR)。
[0071]可以通过使用不同相位的多个频率同时激励大部分或全部驱动线路，来采用多相位扫描。在提交于2007年I月3日、题为"Simultaneous Sensing Arrangement"的 申请人:的共同待决美国申请N0.11/619,433中描述了多相位扫描，该申请现在被公开为美国专利公布N0.2008/0158167。多相位扫描的一个益处是可以从单个面板扫描获得更多信息。由于多相位扫描最小化了可由于激励频率和噪声相位的某些对齐而产生的不准确性的可能性，多相位扫描可以实现更准确的结果。
[0072]另外，可以通过使用多个频率同时激励大部分或全部驱动线路，来采用多频率扫描。如上所述，多频率扫描可以节省时间。例如，在某些以前的方法中，15条驱动线路可以频率A以15个步骤被扫描，然后这15条驱动线路可以频率B以15个步骤被扫描，然后这15条驱动线路可以频率C以15个步骤被扫描，总共45个步骤。然而，使用多频率扫描，可以执行较少的步骤。
[0073]在步骤4结束时，当已经获得并且存储了结果时，可以利用这些结果执行附加计算。例如，对于每个通道M，其中M = O到N，可以执行计算，以便获得每个驱动线路和用于激励驱动线路的每个频率的驱动线路结果。每个通道的计算集合可以产生与该通道相关联的像素的感测线路的结果像素值。例如，驱动线路O、频率A的计算(xal [chM]+xa2 [chM]+Xa3 [chM] +xa4 [chM]) /4可以产生针对频率A的驱动线路O、通道M的结果。可以为每个通道执行计算并进行存储。这些计算相应于图5B的步骤5。
[0074]由于为每个感测线路(即，通道)和驱动线路交叉点提供唯一的值，特定频率的结果可以表示该频率的图像映射(image map)或触摸图像。然后可以用软件处理这些触摸图像，该软件合成这些图像，并且观察其特性，以便确定哪些频率本质上是噪声以及哪些频率本质上是干净的。然后可以执行进一步的处理。例如，如果使用三个频率来激励驱动线路，并且所有三个频率都是相对没有噪声的，则可对这三个频率的结果进行平均。
[0075]图6A不出了根据本发明的各种实施例的不例性移动电话636,该移动电话636可以包括触摸传感器面板624、使用压力敏感粘合剂(PSA) 634结合在传感器面板上的显示设备630、以及图1的计算系统100中的其它计算系统块，其用于使用接收通道电路400，给触摸传感器面板施加多个激励频率和相位以便识别低噪声激励频率，并且检测和定位触摸事件。
[0076]图6B示出了根据本发明的各种实施例的示例性数字音频/视频播放器640，该数字音频/视频播放器640可以包括触摸传感器面板624、使用压力敏感粘合剂(PSA)634结合在传感器面板上的显示设备630、以及图1的计算系统100中的其它计算系统块，其使用接收通道电路400给触摸传感器面板施加多个激励频率和相位以便识别低噪声激励频率，并且检测和定位触摸事件。
[0077]注意，可由存储在存储器(例如，图1中的外设104之一)内并且由面板处理器102执行，或存储在程序存储设备132内并且由主机处理器128执行的固件，执行此处描述的功能中的一个或多个。固件还可被存储在任意计算机可读介质内，和/或在任意计算机可读介质内被传输，以便由指令执行系统、装置或设备使用，或结合指令执行系统、装置或设备使用，所述指令执行系统、装置或设备诸如是基于计算机的系统，包含处理器的系统，或可以从指令执行系统、装置或设备取回指令并且执行指令的其它系统。在本文档的上下文中，“计算机可读介质”可以是可包含或存储程序，以便由指令执行系统、装置或设备使用或结合指令执行系统、装置或设备使用的任意介质。计算机可读介质可以包括但不限于电子、磁、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，便携式计算机盘(磁性的)，随机访问存储器(RAM)(磁性的)，只读存储器(ROM)(磁性的)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)(磁性的)，诸如CD、CD — R、CD — RW、DVD、DVD-R或DVD-RW的便携式光盘，或闪存，诸如小型闪存卡、安全数字卡、USB存储器设备和记忆棒等。
[0078]固件还可在任意传输介质中被传送，以便由指令执行系统、装置或设备使用或结合该指令执行系统、装置或设备使用，所述指令执行系统、装置或设备诸如是基于计算机的系统、包含处理器的系统、或可以从指令执行系统、装置或设备取回指令并且执行指令的其它系统。在本文档的上下文中，“传输介质”可以是可以传送、传播或传输程序，以便由指令执行系统、装置或设备使用或结合指令执行系统、装置或设备使用的任意介质。传输可读介质可以包括但不限于电子、磁、光学、电磁或红外的有线或无线传播介质。
[0079]虽然已经参考附图完全描述了本发明的实施例，应当注意本领域技术人员将会明了各种改动和修改。这些改动和修改应被理解为包括在由所附权利要求限定的本发明的实施例的范围内。
【权利要求】
1.一种扫描触摸传感器面板的方法，所述触摸传感器面板包括多条驱动线路和多条感测线路，所述方法包括: 第一模式，用于识别激励所述多条驱动线路中的一条或多条的一个或多个扫描频率，所述第一模式包括: 对所述多条驱动线路中的一条或多条去激励； 感测来自所述多条感测线路中的一条或多条的第一多个输出； 基于所述第一多个输出确定所述触摸传感器面板的一个或多个扫描频率；以及 第二模式，用于扫描所述触摸传感器面板，所述第二模式包括: 以所确定的所述一个或多个扫描频率激励一条或多条所述驱动线路； 感测来自所述多条感测线路中的一条或多条的第二多个输出；以及 利用所感测的所述第二多个输出来检测触摸。
2.如权利要求1所述的方法，其中，检测触摸包括对多个扫描频率处所感测的所述第二多个输出进行平均。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一模式还包括使用第一多个混合器将所感测的第一多个输出与解调频率相混合。
4.如权利要求3所述的方法，还包括使用数值控制振荡器NCO生成所述解调频率。
5.如权利要求3所述的方法，其中，所述一个或多个扫描频率中的至少一个与所述解调频率相同。
6.如权利要求3所述的方法，其中，所述第一模式还包括: 取得所述第一多个输出的总和；以及 将所述解调频率下的所述总和存储在寄存器中。
7.如权利要求6所述的方法，其中，确定所述一个或多个扫描频率包括将所述解调频率下的所述总和与其他频率下的一个或多个其他总和值进行比较。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二模式还包括使用第二多个混合器混合所感测的第二多个输出。
9.如权利要求8所述的方法，其中，扫描频率的数目等于第二多个混合器的数目。
10.如权利要求1所述的方法，其中，第一多个混合器与所述第一模式相关联，第二多个混合器与所述第二模式相关联，所述第二多个混合器与所述第一多个混合器相同。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述触摸传感器面板在与所述第二模式相同的时间运行所述第一模式。
12.一种用于获得多个值的设备，所述多个值用于产生来自触摸传感器面板的触摸的图像，所述设备包括: 配置为对所述触摸传感器面板的第一组驱动线路进行去激励的电路； 配置为感测来自所述触摸传感器面板的第一组感测线路的第一多个输出的感测电路；以及 配置为基于所述第一多个输出确定一个或多个扫描频率的逻辑器。
13.如权利要求12所述的设备，其中，所述电路还配置为激励第二组驱动线路，所述感测电路还配置为感测来自第二组感测线路的第二多个输出，所述逻辑器还配置为利用所述第二多个输出来检测触摸。
14.一种扫描触摸传感器面板的方法,包括: 使用多个混合器，将在所述触摸传感器面板的单次扫描中从多条感测线路中的一条或多条接收到的第一多个信号与解调频率相混合； 其中，所述多个混合器使用所述解调频率在不同时间混合所述第一多个信号中的不同信号;且 其中，所述多个混合器的数目小于所述第一多个信号的数目。
15.如权利要求14所述的方法，还包括: 使用所述多个混合器，将从所述多条感测线路中的所述一条或多条接收到的第二多个信号的总和与多个样本频率信号相混合。
16.如权利要求15所述的方法，其中，混合所述总和包括: 在第一时间周期内，使用所述多个混合器，将所述第二多个信号的总和与所述多个样本频率信号中的第一组相混合；以及 在不同于所述第一时间周期的第二时间周期内，使用所述多个混合器，将所述第二多个信号的总和与所述多个样本频率信号中的第二组相混合， 其中，所述多个混合器的数目等于所述多个样本频率信号的每组内的样本频率信号的数目。
17.如权利要求15所述的方法，还包括选择所述多个样本频率信号中的一个作为低噪声信号。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述解调频率具有与所述低噪声信号相同的频率。
19.如权利要求17所述的方法，还包括向所述触摸传感器面板的一条或多条驱动线路中的每条施加激励信号，所述激励信号具有与所选择的低噪声信号相同的频率。
20.如权利要求14所述的方法，其中，混合所述第一多个信号包括: 在第一时间周期内，使用所述多个混合器混合所述多个信号中的第一组；以及在不同于所述第一时间周期的第二时间周期内，使用所述多个混合器混合所述多个信号中的第二组， 其中，所述多个混合器的数目等于所述第一多个信号的每组内的第一多个信号的数目。
【文档编号】G06F3/044GK104133591SQ201410370662
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2009年9月9日 优先权日:2008年9月10日
【发明者】T·J·威尔森 申请人:苹果公司