主机设备的制作方法
【专利摘要】本申请涉及一种主机设备，包括显示器、电容感测阵列、触摸屏控制器，电容感测阵列与显示器相关地布置，触摸屏控制器耦合到电容感测阵列，其中触摸屏控制器包括：电容感测电路，其耦合到电容感测阵列；以及噪声侦听电路，其耦合到电容感测阵列，其中噪声侦听电路配置成探测在第一操作频率处的来自至少一个噪声源的在电容感测电路上的噪声，其中触摸屏控制器配置成响应于探测到噪声而切换到第二操作频率，其中当扫描在第一操作频率和第二操作频率处的电容感测阵列时，在一半周期内使用恒定积分时间。
【专利说明】主机设备
[0001]本申请是申请日为2013年2月16日，申请号为201320073261.7，实用新型名称为“使用半周期的不连续积分的电容感测系统”的申请的分案申请。
[0002]相关申请
[0003]本申请要求2012年7月17日提交的第61/672，698号美国临时申请的利益，该临时申请的内容特此通过引用被并入。
【技术领域】
[0004]本公开涉及电容感测系统的领域，尤其是在这样的系统中的噪声滤波。
【背景技术】
[0005]电容感测系统可感测在电极上产生的电信号，其反映电容的变化。电容的这样的变化可指示触摸事件(即，物体对特定电极的接近)。电感测信号可能由于噪声的存在而恶化。
[0006]电容感测系统中的噪声可被概念化为包括“内部”噪声和“外部”噪声。内部噪声可以是可同时影响整个系统的噪声。因此，内部噪声可同时出现在所有电极上。也就是说，内部噪声可以是关于系统的传感器(例如，电极)的“共”模类型噪声。内部噪声的源可包括但不限于:传感器电源噪声(存在于被提供到电容感测电路的电源上的噪声)和传感器电力产生噪声(从电力产生电路例如充电泵产生的噪声，电力产生电路从较低幅度电压产生较高幅度电压)。
[0007]在触摸屏设备(B卩，具有覆盖有电容感测网络的显示器的设备)中，显示器可产生内部噪声。这个共模类型噪声可由对在感测阶段中的所有电极所共有的噪声进行滤波的共模类型滤波器解决。
[0008]与内部噪声不同，外部噪声可从由所感测的物体(例如，手指或触笔)耦合的电荷产生，且因此对触摸区域可以是局部的。因此，外部噪声一般不是对在感测阶段中的所有电极所共有的，而仅对接近触摸事件的电极的子集是共有的。外部噪声的源可包括例如充电器噪声或液晶显示器(LCD)噪声。充电器噪声可从充电器设备(例如，插入AC干线中的电池充电器或插入汽车电源中的电池充电器)产生。从AC干线操作的充电器可常常包括可相对于“真实”接地(地面接地)产生不稳定的设备接地的“回扫”变压器。因此，如果当设备连接到充电器时在地面接地处的用户触摸该设备的电容感测表面，由于变化的设备接地，触摸可在触摸位置处引入电荷，产生局部化噪声事件。LCD噪声也是外部噪声，但却是可归因于例如用在触摸屏显示器中的LCD面板的额外的共模噪声。
[0009]外部噪声的其它源可从可耦合到人身体的各种其它电场产生，包括但不限于AC干线(例如，50/60HZ线电压)、荧光照明、刷式电机、弧焊和蜂窝电话或其它射频(RF)噪声源。来自这些设备的场可耦合到人身体，其可接着在触摸事件中耦合到电容感测表面。因此，在感测期间，感测电流可响应于感测事件而产生。然而同时，噪声电流可例如由于充电器的操作而产生。噪声电流可以对所感测的信号是相加和相减的，并可产生错误的感测事件(即，当没有触摸出现时指示触摸)和/或错误的非感测事件(即，触摸未被探测到)。虽然电容感测系统可包括共模类型滤波，但这样的滤波一般不处理外部噪声的不利影响，因为这样的噪声并不存在于所有电极上，而是更确切地被局部化到接近感测事件的电极。
实用新型内容
[0010]在电容感测系统中，噪声电流可以对所感测的信号是相加和相减的，并可产生错误的感测事件和/或错误的非感测事件。虽然电容感测系统可包括共模类型滤波，但这样的滤波一般不处理外部噪声的不利影响。处理处理外部噪声的电容感测系统可监测在第一操作频率处的感测网络的一个或多个电极上的信号，并探测在第一操作频率处的信号中的噪声。该系统可接着基于所述探测切换到第二操作频率，用于扫描电极以探测接近多个电极的导电物体。系统的抗扰性可被提高，因此提高电容感测系统的功能。
[0011]本实用新型提供了一种电容感测系统，包括:
[0012]存储设备，其存储校准数据；以及
[0013]控制器，其耦合到所述存储设备，其中所述控制器配置成从包括多个电极的感测网络接收信号以探测接近所述多个电极的导电物体，其中所述控制器包括:
[0014]噪声侦听电路，其配置成在第一操作模式期间和第二操作模式期间监测所述多个电极；以及
[0015]感测控制电路，其配置成扫描所述多个电极以探测所述导电物体，其中在以所述第一操作模式和所述第二操作模式操作时所述控制器使用相同的校准数据。
[0016]所述感测控制电路还可配置成:
[0017]响应于所述噪声侦听电路在所述第一操作模式中探测到噪声水平来将所述控制器从所述第一操作模式切换到所述第二操作模式，其中为了探测所述多个电极上的噪声水平，所述噪声侦听电路配置成:
[0018]比较所述噪声水平与第一操作阈值；以及
[0019]如果所述噪声水平超过所述第一噪声阈值，则探测噪声。
[0020]所述感测网络可在所述第一操作模式中在第一操作频率处操作，而在所述第二操作模式中在第二操作频率处操作，其中为了将所述控制器切换到所述第二操作模式，所述感测控制电路配置成选择由跳频算法限定的多个操作频率中的一个操作频率，其中所述第二操作频率是所述多个操作频率的具有最低噪声水平的所述一个操作频率。
[0021]当扫描在所述第一操作频率和所述第二操作频率处的所述多个电极时，所述校准数据可限定在一半周期内使用的恒定积分时间。
[0022]所述噪声侦听电路还可配置成在所述第一操作模式期间探测在所述多个电极上的高噪声水平；以及所述感测控制电路还可配置成当在所述第一操作模式期间减少扫描所述多个电极时的积分时间。
[0023]为了探测在所述多个电极上的高噪声水平，所述噪声侦听电路可配置成:比较噪声水平与第二噪声阈值；以及如果所述噪声水平超过所述第二噪声阈值，则探测高噪声。
[0024]所述感测控制电路还可配置成将所述积分时间降低到减小的积分时间，其中在所述减小的积分时间和积分间暂停的长度之间有指定的关系。
[0025]本实用新型还提供了一种主机设备，包括:[0026]显示器；
[0027]电容感测阵列，其与所述显示器相关地布置；
[0028]触摸屏控制器，其耦合到所述电容感测阵列，其中所述触摸屏控制器包括:
[0029]电容感测电路，其耦合到所述电容感测阵列；以及
[0030]噪声侦听电路，其耦合到所述电容感测阵列，其中所述噪声侦听电路配置成探测在第一操作频率处的来自至少一个噪声源的在所述电容感测电路上的噪声，其中所述触摸屏控制器配置成响应于探测到所述噪声而切换到第二操作频率，其中当扫描在所述第一操作频率和所述第二操作频率处的所述电容感测阵列时，在一半周期内使用恒定积分时间。
[0031]为了探测在所述电容感测阵列上的噪声，所述噪声侦听电路可配置成:比较噪声水平与第一噪声阈值；以及如果所述噪声水平超过所述第一噪声阈值，则探测噪声。
[0032]为了切换到所述第二操作频率，所述控制器可配置成选择由跳频算法限定的多个操作频率中的一个操作频率，其中所述第二操作频率是所述多个操作频率中的具有最低噪声水平的所述一个操作频率。
[0033]可在用于所述第一操作频率和所述第二操作频率两者的单组校准数据中限定了所述恒定积分时间。
[0034]所述噪声侦听电路还可配置成探测在所述第一操作频率处的在所述电容感测电路上的高噪声水平；以及所述触摸屏控制器还可配置成减少扫描在所述第一操作频率处的所述电容感测阵列时的所述积分时间。
[0035]所述触摸屏控制器还可配置成将所述积分时间降低到减小的积分时间，其中在所述减小的积分时间和积分间暂停的长度之间有指定的关系。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]作为例子而不是作为限制，在附图的图中示出了本公开。
[0037]图1是示出根据实施方式的电容感测系统操作的流程图。
[0038]图2是示出根据实施方式的电容感测系统的方框图。
[0039]图3是示出根据一个实施方式的使用跳频的噪声抑制方法的流程图。
[0040]图4是示出根据一个实施方式的使用半周期的不连续积分的方法的流程图。
[0041]图5A是示出根据实施方式的使用恒定积分时间的电容感测系统的操作的时序图。
[0042]图5B是示出根据实施方式的使用不连续积分(通过半周期缩短)的电容感测系统的频率响应特征的图示。
[0043]图6是示出根据实施方式的使用共享的校准数据的跳频算法的流程图。
[0044]图7是示出根据一个实施方式的使用半周期的不连续积分的方法的流程图。
[0045]图8A是示出根据实施方式的为了抗扰性而使用减少的积分时间的电容感测系统的操作的时序图。
[0046]图SB是示出根据实施方式的为了抗扰性而使用减少的积分时间的电容感测系统的频率响应特征的图示。
[0047]图9是示出根据实施方式的为了抗扰性而使用策略上减少的积分时间的电容感测系统的频率响应特征的图示。[0048]图10是示出根据实施方式的具有用于使用半周期进行不连续积分的处理设备的电子系统的一个实施方式的方框图。
【具体实施方式】
[0049]下面的描述阐述了很多特定的细节，例如特定的系统、部件、方法等的例子，以便提供对本实用新型的几个实施方式的良好理解。然而对于本领域中的技术人员将明显的是，本实用新型的至少一些实施方式可以在没有这些特定细节的情况下被实践。在其它实例中，公知的部件或方法未被详细描述或以简单的方框图形式呈现，以便避免不必要地使本实用新型不清楚。因此，所阐述的特定细节仅仅是示例性的。特定的实现可从这些示例性细节变化，且仍然被设想是在本实用新型的范围内。
[0050]描述了用于在电容感测系统中使用半周期来实现不连续积分的方法和装置的实施方式。电容感测系统可感测在电极上产生的电信号，其反映电容的变化。电容的这样的变化可指示触摸事件(即，物体对特定电极的接近)。电感测信号可能由于噪声的存在而恶化。可归因于外部源(例如，电池充电器、AC干线、射频(RF)源、IXD面板)的某些类型的噪声可影响正被感测的电感测信号。根据电容感测系统的操作频率，噪声的影响可被增加或降低。通常，有良好的抗扰性以便提高可能存在于例如触摸屏或触摸板设备中的电容感测系统的功能是合乎需要的。
[0051]在一个实施方式中，为了提高系统的抗扰性(即，降低噪声的负作用)，可使用跳频技术。跳频的理念是探测超过某个阈值的噪声在电容感测系统的当前操作频率处的存在。如果探测到这种噪声存在，则系统可根据所限定的跳频算法切换到具有不同的操作频率的不同操作模式，所述不同的操作频率具有在阈值之下的噪声。如果没有一个频率在低于噪声阈值的列表中，则跳频算法可选择最安静的频率并在该频率处操作。在常规系统中，存储用于不同的操作模式和不同的频率(例如，三个或更多不同的频率)中的每个的校准数据以及基线数据和其它信息。校准数据可包括例如对每个频率的内部设置，例如积分时间(例如，所感测的电流被平均以得到总电荷的时间的量)和应用于电容感测阵列中的每个交叉点以补偿寄生互电容的IDAC数据。
[0052]存储用于每个操作模式(即，频率)的该校准数据可使用相当多的随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)资源。为了节省存储空间，某些电容感测系统使用在较少的频率(例如，少于三个频率)之间跳跃的跳频算法。然而使用较少数量的频率可导致抗扰性的降低，因为噪声源更可能不利地影响多个可用频率。这将留下未被噪声影响的较少的安静频率。
[0053]为了避免这些问题，在一个实施方式中，电容感测系统实现跳频算法，该算法在该算法所使用的每个频率的一半周期内维持恒定积分时间。不连续积分(通过半周期缩短)对于用在电容感测系统中是可接受的，并不受到性能整合的影响。不连续积分(通过半周期缩短)的信道频率响应没有谐波的分叉或与连续积分的明显差异。当积分时间对每个频率保持不变时，只使用单组校准数据。在一个实施方式中，系统使用校准数据被校准一次，且该相同的校准数据被使用，即使频率由于跳频而改变。因此，对每个扫描频率，使用恒定积分时间的不连续积分消除了为跳频算法所使用的每个频率存储校准数据的需要。
[0054]在另一实施方式中，如果在特定的频率处发现明显大的噪声，则可采取额外的步骤。例如，噪声可与第二阈值比较。如果噪声超过可能比第一阈值高的该第二阈值，则电容感测系统可降低积分时间，同时维持恒定频率。这可减小在主频谐波上的噪声的振幅。在一个实施方式中，减小积分时间可被完成以减小噪声，而不是跳到不同的频率(例如，如果电容感测系统不支持跳频)。在另一实施方式中，减小积分时间可被完成，以及还切换频率。在一个实施方式中，积分时间可减小到一特定值，该特定值在积分时间和积分之间的暂停之间具有某种指定的关系。通过适当地选择暂停时间，电容感测系统的频率响应可被操纵，以减少在出现噪声的特定谐波处的噪声，导致感测性能的提高。
[0055]图1是示出根据本实用新型的实施方式的电容感测系统操作100的流程图。系统操作100可包括侦听操作102、无本地噪声处理路径104、本地噪声处理路径106和触摸位置计算操作120。侦听操作102可针对噪声来监测感测网络108。感测网络108可包括用于在感测区域中感测电容的多个电极。在特定的实施方式中，感测网络108可以是互电容感测网络，其具有可使用发射信号来驱动的发射(TX)电极和通过互电容耦合到TX电极的接收(RX)电极。这些电极可形成电容感测阵列，其为触摸屏或触摸板设备的部分。
[0056]在一些实施方式中，侦听操作102可使用与用于电容感测(例如，触摸位置探测)相同的电极来用于噪声探测。在一个实施方式中，侦听操作102可针对噪声监测所有TX电极。在另一实施方式中，侦听操作102可针对噪声监测所有RX电极。在又一实施方式中，侦听操作102可针对噪声监测TX和RX电极两者。在一个实施方式中，侦听操作102与电容感测被同时执行，并使用相同的信号。
[0057]侦听操作102可将所探测的噪声与一个或多个阈值比较，以作出关于噪声的存在的确定。如果噪声低于阈值，则确定没有噪声存在(即，“无噪声”)，且可遵循无本地噪声处理路径104。相反，如果噪声高于第一阈值，则确定噪声存在(即，“噪声”)，且可遵循本地噪声处理路径106。此外,如果噪声高于第二阈值,则确定大于第一阈值的高噪声存在(即，未示出的“高噪声”)。
[0058]在“无噪声”指示的情况下，处理可根据无本地噪声处理路径104继续进行。这样的处理路径104可利用标准扫描110，其在所示的特定实施方式中可包括8或16个样本。样本可包括示例性信号转换事件，并可针对一个或多个全输入信号周期反映解调和/或积分结果。这样的处理还可包括在多个电极上感测的值的共模滤波。这样的值然后可经受基线和差计算，其可确定并区分开电流感测值和基线值。足够大的差异可指示触摸事件。
[0059]在“噪声”指示的情况下，处理可根据本地噪声处理路径106继续进行。本地噪声处理106可包括噪声降低技术，例如跳频114。跳频算法可用于使电容感测系统的操作频率切换或“跳跃”到不同的频率，在该不同的频率中噪声存在的机会较小。在一个实施方式中，具有针对每个不同的频率所使用的单组校准数据。校准数据在每个频率的一半周期内维持恒定积分时间。这消除了对每个频率存储不同的校准数据的需要。在一个实施方式中，当跳跃到不同的频率时，侦听操作102可监测感测网络108以确定噪声是否在新的频率处出现。这可例如通过特殊的侦听装置扫描(例如，没有TX数据)或基于分析在有规律的扫描期间获取的来自感测网络108的被扫描数据来完成。处理路径106还可包括可对影响一组局部电极的外部噪声事件进行滤波的CMF滤波和/或非CMF滤波。在所示的特定实施方式中，非CMF滤波116可包括非线性滤波。此外，CMF滤波(如对112描述的)可在处理路径106中被执行，来补偿可归因于例如LCD面板的噪声。因而产生的经滤波的感测值可接着经受基线和差计算，与对无本地噪声处理路径104描述的一样。
[0060]处理路径104和106显示从感测网络108得到的感测信号如何被获取和滤波。无本地噪声处理路径104可利用标准扫描110和非本地噪声滤波112从感测网络108获取感测值。标准扫描110可对电极值采样以使用设定数量的样本操作和/或设定的持续时间(即，积分时间)产生感测值。非本地滤波112可提供不针对本地噪声事件例如从外部噪声(例如，从LCD面板)产生的噪声事件的滤波。在特定的实施方式中，非本地滤波112可包括对所有感测电极所共有的噪声进行滤波的共模类型滤波。
[0061] 本地噪声处理路径106可处理如从外部噪声产生的本地噪声的不利影响。本地噪声处理路径106可从感测网络108获取感测值，并使用跳频114和/或本地噪声滤波116来减少噪声。在一个实施方式中，本地噪声处理路径106可使用比标准扫描110短的积分周期。此外，本地噪声滤波116可提供滤波以移除本地噪声事件，例如从外部噪声产生的噪声事件。以这种方式，响应于探测到噪声，电容感测信号的处理可从标准扫描时间和非本地滤波切换到不同的频率并使用局部滤波。
[0062]操作100还可包括触摸位置计算120。这样的行动可从通过处理路径104和106产生的感测值得到触摸事件的位置。由计算120产生的触摸位置值可被提供到设备应用
坐寸ο
[0063]图2是示出根据本实用新型的实施方式的电容感测系统200的方框图。系统200可包括感测网络108、开关电路232、模-数转换器(ADC)234、信号发生器236和控制器230。感测网络108可以是任何适当的电容感测网络，包括如本文所述的互电容感测网络。感测网络108可包括用于感测电容的变化的多个传感器(例如，电极)。
[0064]开关电路232可选择性地启用感测网络108和控制器230之间的信号路径，输入和输出路径两者。在所示实施方式中，开关电路232也可启用信号发生器236和感测网络108之间的信号路径。
[0065]ADC234可经由开关电路232将从感测网络108接收的模拟信号转换成数字值。ADC234可以是任何适当的ADC，包括但不限于例如逐次近似(SAR)ADC、积分ADC、Σ-?调制ADC和“快闪”(电压梯型)ADC。
[0066]信号发生器236可产生用于从感测网络108引起感测信号的信号。例如，信号发生器236可以是应用于互电容型感测网络108中的一个或多个发射电极的周期性发射(TX)信号。TX信号可引起在相应的RX电极上的响应，其可被感测以确定触摸事件是否出现。
[0067]控制器230可控制系统200中的电容感测操作。在一个实施方式中，控制器230可包括感测控制电路238、滤波器电路211、位置确定电路220、噪声侦听电路202和校准寄存器210。在一些实施方式中，控制器230 (例如，电路238、211、220、202和210)可由执行指令的处理器实现。然而，在其它实施方式中，这样的电路的全部或一部分可由定制逻辑和/或可编程逻辑实现。
[0068]感测控制电路238可产生用于控制对来自感测网络108的信号的采集的信号。在所示实施方式中，感测控制电路238可激活应用于开关电路232的开关控制信号SW_CTRL。在特定的实施方式中，互电容感测可被使用，且感测控制电路238可顺序地将来自信号发生器336的TX信号连接到感测网络108内的TX电极。当每个TX电极使用TX信号被驱动时，感测控制电路238可顺序地将RX电极连接到ADC234，以为每个RX电极产生数字感测值。应理解，其它实施方式可使用不同的感测操作。
[0069]噪声侦听电路202也可通过激活开关控制信号SW_CTRL来控制来自感测网络108的信号的采集。然而，如与触摸事件相反的，噪声侦听电路202可配置到感测网络108的路径以启用本地噪声的探测。在特定的实施方式中，噪声侦听电路202可将信号发生器236隔离于感测电路108。此外，多组电极(例如，RX、TX或两者)可同时连接到ADC234。噪声侦听电路202可对这样的数字值进行滤波，并接着将它们与噪声阈值比较，以确定噪声水平。这样的行动可包括得出“无噪声”、“噪声”或可选地“高噪声”的确定，如上面关于图1描述的。
[0070]如果没有来自噪声侦听电路202的噪声确定，则控制器203可执行标准扫描110，如上所述。响应于来自噪声侦听电路202的噪声确定，控制器230可改变电容感测操作。在一个实施方式中，如果噪声被探测到，则感测控制电路238可根据跳频算法224实现跳频方案(例如图1的跳频114)。感测控制电路238可向信号发生器236提供信号FREQ，使信号发生器236根据跳频算法224所限定的方案来切换信号TX的频率。在一个实施方式中，用于跳频的内部设置由校准寄存器210中的值控制。在一个实施方式中，对跳频算法224所使用的每个频率，使用单组校准数据226。校准数据224可包括例如对每个频率的内部设置，例如积分时间(例如，所感测的电流被平均以得到总电荷的时间的量)和应用于感测网络108中的TX和RX电极的每个交叉点以补偿寄生互电容的IDAC数据。跳频算法224和校准数据226可存储在控制器230可访问的存储设备222上。
[0071]滤波器电路211可对在感测操作和噪声探测操作期间产生的感测值进行滤波。在所示实施方式中，滤波器电路211可启用一种或多种类型的中值滤波和一种或多种类型的共模滤波。应理解，滤波器电路211可以是对代表所感测的电容的数字值进行操作的数字电路。在特定的实施方式中，滤波器电路211可包括处理器，其从由ADC234输出的值产生感测值数据。感测值的这些阵列可根据一个或多个选定的滤波算法来操纵，以创建经滤波的感测值的输出阵列。可基于探测到的噪声水平来选择滤波器电路211所使用的滤波类型。
[0072]位置确定电路220可采用经滤波的感测值，以产生触摸位置值(或无探测到的触摸)用于由其它过程例如设备所运行的应用使用。以这种方式，电容感测系统200可包括用于探测噪声值的侦听电路和数字滤波器，其基于所探测的噪声水平是可选择的。
[0073]跳频的理念是探测到超过某个阈值的噪声则切换到具有低于阈值的噪声的不同频率。如果没有一个频率在满足噪声阈值的列表中，则跳频算法可选择最安静的频率，并在该频率处操作。系统可侦听噪声并在超过某个其它可接受的噪声阈值的情况下开启滤波。噪声侦听和滤波与跳频的组合可使用三个不同的阈值:1)第一噪声阈值，其中噪声可使用滤波器来滤波；2)第二噪声阈值，其中噪声不能明确地通过标准滤波器来滤波，并可受益于频率变化；以及3)第三噪声阈值，其中噪声被认为是额外的噪声，且其中额外的步骤例如减少积分时间可被采取。
[0074]图3是示出根据本实用新型的一个实施方式的使用跳频的噪声抑制方法的流程图。该方法300可由处理逻辑执行，处理逻辑可包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(例如在通用计算系统或专用机器上运行)、固件(嵌入式软件)或其任何组合。在一个实施方式中，上面关于图2描述的控制器230执行方法300的一些操作。可选地，电容感测系统200的其它部件可执行方法300的一些或全部操作。[0075]参考图3，方法300以初始化硬件(块310)和初始化固件(块320)开始。初始化硬件可包括建立用于扫描感测网络的电极的电路，例如开关电路232、ADC234、信号发生器236等。作为初始化固件的部分，处理逻辑可分配全局变量，初始化扫描设置(块322)并初始化跳频设置(块324)。在块322初始化扫描设置可包括例如设定待执行的扫描循环的数量(例如，样本的数量)、设置给定频率的积分时间、哪个电极将被扫描、扫描顺序、初始化与扫描相关的任何变量和阈值，等等。在块324初始化跳频设置可包括例如设置与跳频算法224相关的频率、变量和阈值的可用数量，等等。接着，处理逻辑执行预扫描例程(块330)，其中处理逻辑设置扫描设置(块332)，并执行跳频算法(块334)。此外，作为预扫描例程的部分，处理逻辑可扫描电极以得到电极的基线水平。当在设备上没有触摸时基线被测量，并用于确定从基线(原始数据)的变化是否高于触摸阈值。预扫描例程可包括其它系统操作，正如受益于本公开的本领域中的普通技术人员将认识到的。
[0076]接着，处理逻辑确定扫描是否被启用(块340 )。如果没有被启用，则处理逻辑启用扫描(块370)，更新寄存器(块380)，并将数据报告给主机(块390)，在块330处返回预扫描例程。在一个实施方式中，在块380更新寄存器包括将来自单组校准数据226的值加载到校准寄存器210中。在某些实施方式中，因为对每个频率使用相同的校准数据226，在块380更新寄存器可只进行一次。在一个实施方式中，当在块390向主机报告数据时，处理逻辑向主机发送中断，以让主机的操作系统的驱动器知道有新数据。
[0077]当在块340启用扫描时，处理逻辑扫描传感器(块350)并处理结果(块360)。作为对结果处理的部分，处理逻辑可确定原始计数和基线之间的差异。原始计数可以是代表在电极上测量的电容的数字值。此外，作为对结果处理的部分，处理逻辑计算形心(块362)。形心可确定触摸的坐标位置，例如触摸的X/Y坐标。这可按照像素或按照触摸表面的坐标系映射来报告。当某些条件适用时，处理逻辑也可执行滤波，如本文所述的。
[0078]图3的流程图示出跳频算法可如何在电容触摸屏控制器的结构中实现。在一个实施方式中，电容触摸屏控制器是TrueTouch?触摸屏控制器,例如由加利福尼亚州SanJose的Cypress半导体公司开发的TrueTouch? 5触摸全点触摸屏控制器的CY8CTMA3xx系列。TrueTouch?电容触摸屏控制器使用感测技术来解析高达5英寸的触摸屏上的多个手指和触笔的触摸位置，支持主要的操作系统，并被优化来用于低功率多触摸手势和全点触摸屏功能。可选地，跳频特征可被嵌入其它触摸屏控制器或触摸感测设备的其它触摸控制器中。
[0079]图4是示出根据本实用新型的一个实施方式的使用半周期的不连续积分的方法的流程图。该方法400可由处理逻辑执行，处理逻辑可包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(例如在通用计算系统或专用机器上运行)、固件(嵌入式软件)或其任何组合。在一个实施方式中，上面关于图2描述的控制器230执行方法400的一些操作。可选地，电容感测系统200的其它部件可执行方法400的一些或全部操作。
[0080]参考图4，方法400以在感测网络上侦听噪声(块410)开始。在一个实施方式中，噪声侦听电路202针对噪声监测感测网络108的RX电极上的信号。噪声侦听电路202可使用与用于电容感测(例如，触摸位置探测)的相同电极以用于噪声探测。噪声侦听电路202可比较所探测的噪声与一个或多个阈值(块420)以产生关于噪声的存在的确定。如果噪声低于第一阈值，则确定没有噪声存在。在这种情况下，方法400可继续正常操作或返回到块410，以继续监测在当前频率处的噪声。如果噪声高于第一阈值，则确定噪声存在，且方法400可继续到块430，其中可采取步骤来降低噪声对电容感测操作的影响。
[0081]在一个实施方式中，感测控制电路238可根据跳频算法224使电容感测系统200跳跃到不同的频率(块430)。跳频算法可包括以特定的顺序布置的很多不同的频率，其可用作电容感测系统200的操作频率。跳频的理念是切换到没有噪声或具有低噪声水平的不同频率，以减小对电容感测的不利影响。因此，当在块420确定噪声水平超过预定阈值时，在块430，操作频率可切换到由跳频算法指定的下一频率。在一个实施方式，当在块430跳跃到新频率时，感测控制电路238可测量在新频率处的噪声水平。如果噪声阈值被超过，则操作频率可再次被切换，直到具有可接受水平的噪声的频率被找出。
[0082]接着，或可选地在切换到新频率之前，感测控制电路238可将相同的校准值应用于新频率(块440)。在一个实施方式中，应用校准值包括将校准数据226加载到校准寄存器210中。校准数据可包括例如对新频率的内部设置，例如积分时间(例如，所感测的电流被平均以得到总电荷的时间的量)和应用于感测网络108中的TX和RX电极的每个交叉点以补偿寄生互电容的IDAC数据。在一个实施方式中，只有由在跳频算法224中使用的所有频率共享的单组校准数据226。这消除了对存储每个频率的不同校准数据的需要，从而节省存储设备222中的空间。
[0083]感测控制电路238可接着针对在校准的新频率处触摸物体(例如，触笔或用户的手指)的存在扫描感测网络108 (块450)。在一个实施方式中，这包括对从感测网络108接收的电流积分一段时间(即，积分时间)以便得到总电荷。因为每个频率共享相同的校准数据，积分时间在跳频算法所224使用的所有频率中在一半周期内保持不变。不连续积分(通过半周期缩短)对用在电容感测系统中是可接受的，而不遭受性能整合。不连续积分(通过半周期缩短)的信道频率响应没有谐波的分叉或与连续积分的明显差异。因此，对每个扫描频率使用恒定积分时间的不连续积分消除了对存储由跳频算法224使用的每个频率的校准数据的需要。
[0084]图5A是示出根据本实用新型的实施方式的使用恒定积分时间的电容感测系统的操作的时序图。图表500示出两个频率:fl510和f2520。在一个实施方式中，Π500可代表电容感测系统200的初始或当前操作频率，而f2500可代表根据跳频算法224跳跃到的频率。如所示，这些频率具有不同的周期(即，Tftxl > Tftx2),但积分时间对于Π510和f2520是恒定的(即，Tintl h=Tint2 h)0例如，积分时间可等于2微秒或某个其它时间值。
[0085]图表500示出在频率Π510和f2520处相同的输入电流Iinp515。在一个实施方式中，输入电流Iinp515是从感测网络108的一个或多个RX电极接收的电流。虽然积分时间对这两个频率保持相同，但在积分之间的暂停的长度不同，以解决周期长度中的差异。这些暂停是在一些实施方式中使用的不连续积分的部分。例如，如果单个ADC234用于感测网络108上的8个RX信道，则时间被花费来累积来自每个信道的数据。这些操作可在暂停期间执行。通常，当使用不连续积分时，频率响应特征的主谐波和主瓣被划分为二。这可能对跳频算法的操作产生问题。然而，因为相同的积分时间用于一半周期，频率响应特征的主瓣不被划分为二。因此，系统可获得连续积分的优点，而不必存储每个频率的单独校准数据。
[0086]图5B是示出根据本实用新型的实施方式的使用不连续积分(通过半周期缩短)的电容感测系统的频率响应特征的图示。在这个实施方式中，所示频率响应特征相应于上面关于图5A描述的频率Π510和f2520。如图表550所示，每个频率响应特征的主瓣560和570被移动(B卩，在不同的频率处偏移)，然而，所有瓣的面积保持实质上相同。也就是说，该面积不随着频率而改变，积分时间改变可能就是这样，且相同的信号可使用不同的操作频率来探测。
[0087]图6是示出根据本实用新型的实施方式的使用共享的校准数据的跳频算法的流程图。图600以对频率fl校准电容感测系统200 (块602)开始。因为由算法600使用的每个频率共享单组校准数据，只有一个校准操作(步骤602)被执行。在其它系统中，每个频率可具有单独的校准数据，因而对每个频率需要校准操作。根据算法所使用的频率的数量，这可能是耗时的和资源密集的(例如，RAM/R0M存储空间)过程。
[0088]在校准之后，针对噪声监测当前频率fO (步骤604)。如果没有噪声被探测到，则频率不需要改变，所以电容感测系统在频率fO处继续操作。如果噪声被探测到，则算法600发起到算法600所指定的下一频率f I的切换(步骤606)。因为已经在步骤602校准了频率fl，所以不需要额外的校准操作。针对噪声监测频率fl，且如果噪声被探测到，则算法600发起到另一频率f2的切换(步骤608)。因为频率f2与频率fl共享校准数据，所以不需要进一步的校准。校准可在系统初始化时仅被执行一次，且当从Π切换到f2时，系统只需要应用相同的校准值。系统在频率f2处继续操作，维持恒定积分时间。由于探测到噪声，算法600按需要继续在整个可用频率中循环。
[0089]图7是示出根据本实用新型的一个实施方式的使用半周期的不连续积分的方法的流程图。方法400可由处理逻辑执行，处理逻辑可包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(例如在通用计算系统或专用机器上运行)、固件(嵌入式软件)或其任何组合。在一个实施方式中，上面关于图2描述的控制器230执行方法700的一些操作。可选地，电容感测系统200的其它部件可执行方法700的一些或全部操作。
[0090]参考图7，方法700以在感测网络上侦听噪声(块710)开始。在一个实施方式中，噪声侦听电路202针对噪声监测感测网络108的RX电极上的信号。噪声侦听电路202可使用与用于电容感测(例如，触摸位置探测)的相同电极，以用于噪声探测。噪声侦听电路202可比较所探测的噪声与一个或多个阈值(块720)以产生关于噪声的存在的确定。在一个实施方式中，阈值可以是在指示“高噪声”的存在时使用的第二阈值。第二阈值可例如高于用于确定任何噪声是否存在的第一阈值。如果噪声低于第二阈值，则可使用在跳频算法中的所有频率中共享的恒定积分时间(块730)。如果噪声高于第二阈值，则确定高噪声存在，且方法400可继续到块740，其中可采取步骤来降低噪声对电容感测操作的影响。
[0091]在一个实施方式中，电容感测系统可降低积分时间，同时维持恒定频率(块740)。这可例如通过将新校准数据上传到校准寄存器210、规定新积分时间来完成。这可减小主频谐波上的噪声的振幅。在一个实施方式中，减小积分时间可被完成以减少噪声而不是跳跃到不同的频率(例如，如果电容感测系统不支持跳频)。在另一实施方式中，减小积分时间可被完成，以及还切换频率。在一个实施方式中，积分时间可减小到一特定值，该特定值在积分时间和积分之间的暂停之间具有某种指定的关系。通过适当地选择暂停时间，电容感测系统的频率响应可被操纵以减少在特定谐波(其中操作存在)处的噪声，导致感测性能的提闻。
[0092]在一个实施方式中，控制器230包括积分器，其以T/2的速率与ADC234同步地操作。积分器可包括复位开关，其被启动来在积分周期之间使积分器复位。复位开关可能花费某段时间(Tres)来复位。在一个实施方式中，该复位开关使积分周期(τ )变窄到τ =Τ/2-Τ_。通过控制复位时间Tms，控制器230可能在期望位置处引入陷波(例如，以减小在特定谐波处的噪声)。例如，如果T,es=l/3*T/2，则τ=Τ/3。这可消除频率响应的第三谐波。类似地，例如，如果T,es=l/5*T/2，则τ=2/5*Τ。这可消除频率响应的第五谐波。
[0093]感测控制电路238可接着针对触摸物体(例如，触笔或用户的手指)在校准的新频率处的存在扫描感测网络108 (块750)。在一个实施方式中，这包括对从感测网络108接收的电流积分一段时间(即，积分时间)以便得到总电荷。根据在块720处的确定，积分时间可以是标准积分时间或减少的积分时间。
[0094]图8Α是示出根据实施方式的为了抗扰性而使用减少的积分时间的电容感测系统的操作的时序图。图表800示出两个频率:fl810和f2820。在一个实施方式中，f2820可代表电容感测系统200的初始或当前操作频率，而Π810可代表在积分时间减少之后的相同频率。如所示，频率具有相同的周期(即，Tftxl=Tftx2),但积分时间对于Π510和f2520改变(即，Tintl—h< Tint2 h)。例如，积分时间可以是Tintl—h=2.5微秒和Tint2 h=0.625微秒。在其它实施方式中，可使用一些其它积分时间。
[0095]图SB是示出根据实施方式的为了抗扰性而使用减少的积分时间的电容感测系统的频率响应特征的图示。在该实施方式中,所示频率响应特征相应于如上面关于图8A描述的频率Π810和f2820。如在图850中示出的，在积分时间减少之后的主谐波处的噪声的振幅870明显小于在积分减小之前的振幅860。
[0096]图9是示出根据实施方式的为了抗扰性而使用策略上减少的积分时间的电容感测系统的频率响应特征的图示。在一个实施方式中，积分时间可在策略上减小到一特定值，该特定值在积分时间和积分之间的暂停之间有某种指定的关系。通过适当地选择暂停时间，电容感测系统的频率响应可被操纵以减少其中存在有噪声的特定谐波处的噪声，导致感测性能的提高。例如，图表900示出积分时间的三个不同的减少:T1=0纳秒(ns)，T2=200ns,以及T3=450ns。由于暂停和积分时间之间的关系，可特别地以在特定谐波处的噪声为目标做针对性处理。实际关系可通过测试、试错法等来确定，或使用适当的公式来计算。例如，在所示图表900中，各种积分时间在第一(0.5MHz )和第二谐波(1.5MHz )处稍微改变噪声振幅，但不明显减少噪声。然而在第三谐波(2.5MHz)处，虽然对T1910和T3930有噪声的非常少的减少，但对T3920有噪声的明显减少。因此，在这个情况下，积分时间减小200纳秒在2.5MHz的噪声频率处提供良好的抗扰性。如果噪声在该频率处被探测到，则电容感测系统可通过将积分时间减少规定的量(例如,200纳秒)来以该噪声为目标做针对性处理，以实现抗扰性。在一个实施方式中，减少积分时间可被完成以减少噪声而不是跳跃到不同的频率(例如，如果电容感测系统不支持跳频)。
[0097]图10是示出具有用于使用半周期进行不连续积分的处理设备1010的电子系统1000的一个实施方式的方框图。电子系统1000包括处理设备1010、触摸屏1025、触摸传感器垫1020、触笔1030、主机处理器1050、嵌入式控制器1060和非电容感测元件1070。在所示实施方式中，电子系统1000包括经由总线1022耦合到处理设备1010的触摸屏1025。触摸屏1025可包括多维电容感测阵列。多维电容感测阵列可包括被组织为行和列的多个感测元件。在另一实施方式中，触摸屏1025作为多点可寻址(“APA”)的互电容感测阵列操作。在另一实施方式中，触摸屏1025作为耦合电荷的接收器来操作。
[0098]上面详细描述了用于探测并跟踪触摸物体1040和触笔1030的触摸屏1025和处理设备1010的操作和配置。简而言之，处理设备1010配置成探测在触摸屏1025上的触笔1030的存在以及触摸物体1040的存在。处理设备1010可分别地探测并跟踪在触摸屏1025上的触笔1030和触摸物体1040。在一个实施方式中，处理设备1010可同时探测并跟踪在触摸屏1025上的触笔1030和触摸物体1040。如本文所述的，触摸屏1025与触笔1030电容地耦合，与常规电感触笔应用相反。还应注意，用于触摸屏1025的被配置成探测触摸物体1040而使用的相同的组件也用于探测和跟踪触笔1030，而没有如按照惯例的用于感应地跟踪触笔1030的额外的PCB层。
[0099]在所示实施方式中，处理设备1010包括模拟和/或数字通用输入/输出(“GP10”)端口 1007。GPIO端口 1007可以是可编程的。GPIO端口 1007可耦合到可编程互连和逻辑(“PIL”)，其充当处理设备1010的数字块阵列(未示出)和GPIO端口 1007之间的互连。数字块阵列可配置成在一个实施方式中使用可配置的用户模块(“UM”)来实现各种数字逻辑电路(例如，DAC、数字滤波器或数字控制系统)。数字块阵列可耦合到系统总线。处理设备1010还可包括存储器，例如随机存取存储器(“RAM”)1005和程序闪存1004。RAM1005可以是静态RAM (“SRAM”)，而程序闪存1004可以是非易失性存储器，其可用于存储固件(例如，由程序核心1002可执行来实现本文所述的操作的控制算法)。处理设备1010还可包括耦合到存储器和处理核心1002的存储控制器单元(“MCU”)1003。在一个实施方式中，处理设备1010表不上面描述的控制器230。
[0100]处理设备1010还可包括模拟块阵列(未示出)。模拟块阵列还耦合到系统总线。模拟块阵列还可配置成在一个实施方式中使用可配置的UM实现各种模拟电路(例如，ADC或模拟滤波器)。模拟块阵列还可耦合到GPIO端口 1007。
[0101]如所示，电容传感器1001可集成到处理设备1010中。电容传感器1001可包括用于耦合到外部部件例如触摸传感器垫1020、触摸屏1025、触摸屏滑块(未示出)、触摸传感器按钮(未不出)和/或其它设备的模拟I/o。在一个实施方式中，触摸传感器垫1020、触摸屏1025和非电容传感器元件1070可代表上面描述的感测网络108。
[0102]在一个实施方式中，电子系统1000包括经由总线1021耦合到处理设备1010的触摸传感器垫1020。触摸传感器垫1020可包括多维电容感测阵列。多维感测阵列可包括被组织为行和列的多个感测元件。在另一实施方式中，触摸传感器垫1020是APA互电容感测阵列。在另一实施方式中，触摸传感器垫1020作为耦合电荷的接收器来操作。
[0103]在一实施方式中，电子系统1000还可包括经由总线1071和GPIO端口 1007耦合到处理设备1010的非电容感测元件1070。非电容感测元件1070可包括按钮、发光二极管(“LED”)和其它用户接口设备，例如鼠标、键盘或不需要电容感测的其它功能键。在一个实施方式中，总线1021、1022和1071可以以单个总线体现。可选地，这些总线可配置成一个或多个单独总线的任何组合。
[0104]处理设备1010可包括内部振荡器/时钟1006和通信模块(“COM”)1008。在另一实施方式中，处理设备1010提供扩展频谱时钟(未示出)。内部振荡器/时钟1006向处理设备1010的一个或多个部件提供时钟信号。通信模块1008可用于经由主机接口(“I/F”)线1051与外部部件例如主机处理器1050通信。可选地，处理设备1010还可耦合到嵌入式控制器1060以与外部部件例如主机处理器1050通信。在一个实施方式中，处理设备1010配置成与嵌入式控制器1060或主机处理器1050通信以发送和/或接收数据。
[0105]处理设备1010可存在于公共载体基底例如集成电路(“1C”)管芯基底、多芯片模块基底等上。可选地，处理设备1010的部件可以是一个或多个集成电路和/或分立部件。在一个示例性实施方式中，处理设备1010是由加利福尼亚州San Jose的Cypress半导体公司开发的芯片(“PSoC?”)处理设备上的可编程系统。可选地，处理设备1010可以是本领域中的普通技术人员已知的一个或多个其它处理设备，例如微处理器或中央处理单元、控制器、专用处理器、数字信号处理器(“DSP”)、专用集成电路(“ASIC”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)等。
[0106]还应注意，本文所述的实施方式不限于具有耦合到主机的处理设备的配置，而是可包括测量感测设备上的电容并将原始数据发送到主机计算机的系统，在主机计算机上原始数据被应用分析。实际上，由处理设备1010完成的处理也可在主机中完成。
[0107]电容传感器1001可集成到处理设备1010的IC中，或可选地，单独的IC中。可选地，电容传感器1001的描述可产生并被编译，用于合并到其它集成电路中。例如，描述电容感测电路1001或其部分的行为级代码可使用硬件描述语言例如VHDL或Verilog来产生，并存储到机器可访问介质(例如，CD-ROM、硬盘、软盘等)。此外，行为级代码可被编译成寄存器传输级(“RTL”)代码、网表或甚至电路布局，并存储到机器可访问介质。行为级代码、RTL代码、网表和电路布局都代表描述电容传感器1001的各种级别的抽象。
[0108]应注意，电子系统1000的部件可包括上面描述的所有部件。可选地，电子系统1000可包括上面描述的部件中的仅仅一些。
[0109]在一个实施方式中，电子系统1000可用在平板型计算机中。可选地，电子设备可用在其它应用例如笔记本型计算机、移动手机、个人数字助理(“PDA”)、键盘、电视机、远程控制装置、监测器、手持多媒体设备、手持媒体(音频和/或视频)播放器、手持游戏设备、用于销售点交易的签名输入设备、以及电子书阅读器、全球定位系统(“GPS”)或控制面板中。本文所述的实施方式不限于用于笔记本计算机实现的触摸屏或触摸传感器垫，而是可用在其它电容感测实现中，例如，感测设备可以是触摸传感器滑块或触摸传感器按钮(例如，电容感测按钮)。在一个实施方式中，这些感测设备可包括一个或多个电容传感器。本文所述的操作不限于笔记本计算机指示器操作，而是可包括其它操作，例如照明控制(减光器)、音量控制、图形均衡器控制、速度控制或需要逐渐的或分立的调节的其它控制操作。还应注意，电容感测实现的这些实施方式可结合非电容感测元件来使用，非电容感测元件包括但不限于选择按钮、滑块(例如，显示亮度和对比度)、滚轮、多媒体控制(例如，音量、进轨等)手写识别和数字键盘操作。
[0110]本实用新型的实施方式包括本文所述的各种操作。这些操作可由硬件部件、软件、固件或其组合来执行。通过本文所述的各种总线提供的任何信号可与其它信号时间复用，并通过一个或多个公共总线提供。此外，电路部件或块之间的互连可被示为总线或单个信号线。每个总线可以可选地是一个或多个信号线，且每个单信号线可以可选地是总线。
[0111]某些实施方式可被实现为可包括存储在机器可读介质上的指令的计算机程序产品。这些指令可用于对通用或专用处理器编程以执行所述操作。机器可读介质包括用于存储或发送以机器(例如，计算机)可读的形式(例如，软件、处理应用)的信息的任何机制。机器可读介质可包括但不限于磁存储介质(例如，软盘)、光存储介质(例如，⑶-ROM)、磁-光存储介质、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程存储器(例如，EPROM和EEPR0M)、闪存、或适合于存储电子指令的任何类型的介质。
[0112]此外，可在分布式计算环境中实践一些实施方式，在该分布式计算环境中，机器可读介质存储在多于一个的计算机系统上和/或由多于一个的计算机系统执行。此外，在计算机系统之间传输的信息可在连接计算机系统的通信介质中被推(push)或拉(pull)。
[0113]本文所述的数字处理设备可包括一个或多个通用处理设备，例如微处理器或中央处理单元、控制器等。可选地，数字处理设备可包括一个或多个专用处理设备，例如数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。在可选实施方式中，例如，数字处理设备可以是具有包括核心单元和多个微引擎的多个处理器的网络处理器。此外，数字处理设备可包括通用处理设备和专用处理设备的任何组合。
[0114]虽然在此以特定的顺序示出和描述了方法的操作，每种方法的操作的顺序可改变，使得某些操作可以按相反的顺序执行，或使得某个操作可至少部分地与其它操作同时执行。在另一实施方式中，不同操作的指令或子操作可以用间歇的和/或交替的方式。
【权利要求】
1.一种主机设备，包括: 显示器； 电容感测阵列，其与所述显示器相关地布置； 触摸屏控制器，其耦合到所述电容感测阵列，其中所述触摸屏控制器包括: 电容感测电路，其耦合到所述电容感测阵列；以及 噪声侦听电路，其耦合到所述电容感测阵列，其中所述噪声侦听电路配置成探测在第一操作频率处的来自至少一个噪声源的在所述电容感测电路上的噪声，其中所述触摸屏控制器配置成响应于探测到所述噪声而切换到第二操作频率，其中当扫描在所述第一操作频率和所述第二操作频率处的所述电容感测阵列时，在一半周期内使用恒定积分时间。
【文档编号】G06F3/044GK203773517SQ201420041925
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2013年2月16日 优先权日:2012年7月17日
【发明者】欧勒山德·卡尔宾, 米尔顿·里贝罗, 弗罗迪米尔·比戴, 罗曼·欧吉扣, 安德理·马哈瑞塔, 伊戈尔·科莱奇 申请人:赛普拉斯半导体公司