降低移动设备中的接近和触摸检测的射频干扰的方法和设备与流程

本发明一般涉及传感器，并且更具体地涉及用于降低移动设备中接近（proximity）和触摸检测的的射频干扰的方法和设备。

背景技术：

智能电话和其它移动设备已经迅速变得在全世界范围内无处不在。通常在餐厅、在等候室中或在街角看到使用中的移动电话和平板计算机。移动设备被用于玩游戏、拍照、聆听音乐、社交联网或简单地经由内置麦克风和扬声器与另一个人交谈。

移动设备通过使家庭和朋友保持通信、允许将任何时刻捕捉为照片或视频，并且提供在紧急情况下联系某人的手段而丰富了生活。同时，移动设备对用户构成某些危险。当驾驶员被传入的文本消息或进行中的电话呼叫所分心时发生事故。行人由于更密切关注移动设备而不是附近的交通而受伤或被杀。此外，存在从移动设备发出的辐射将被人体吸收并且导致对用户健康的破坏的潜在可能。

图1a图示了移动设备10。移动设备10是触摸屏平板蜂窝式（蜂窝）电话。在其它实施例中，移动设备10是平板计算机、寻呼机、GPS接收器、智能手表或其它可穿戴计算机、膝上型计算机、手持游戏控制台或能够无线电通信的任何其它设备。

移动设备10包括在移动设备的前侧上的触摸屏12。触摸屏12用于显示图形用户界面（GUI）。触摸屏12上的GUI向用户呈现如由移动设备10的操作系统确定的反馈、通知和其它信息。触摸屏12对来自移动设备10的用户的身体部分的物理触摸敏感。触摸屏12利用电阻、电容、声波、红外格栅、光学成像或其它方法来确定用户的触摸的存在和位置。

在移动设备10的一个常见使用场景中，触摸屏12将按钮显示为GUI的部分，并且用户触摸触摸屏上的按钮的位置以执行与按钮相关联的动作。在一个实施例中，触摸屏12显示3x4电话小键盘（keypad）。用户通过在其中显示要拨号的期望号码的位置处触摸触摸屏12来在所显示的小键盘上拨号电话号码。触摸屏12显示包括用于字母、数字和标点符号的按钮的键盘连同电话小键盘或作为对电话小键盘的替换，其中用户在要在触摸屏上所显示的文本输入字段中录入的字母、数字或符号的位置中触摸屏幕。触摸屏12还用于观看所下载或流式传输的视频，或玩游戏，其中用户的触摸控制视频的回放或游戏的玩耍。在一些实施例中，当触摸屏的显示组件被禁用时，触摸屏12对用户的触摸敏感。当聆听音乐时，用户通过在屏幕12上绘制符号来暂停音乐，或者前进到下一音轨，即使在触摸屏上没有显示任何事物。

按钮14为触摸屏12提供可替换的用户输入机制。按钮14执行取决于在移动设备10上运行的操作系统的编程的功能。在一个实施例中，按钮14将触摸屏12上的GUI返回到主屏幕，回到先前的GUI屏幕，或者在GUI上打开菜单。在其它实施例中，按钮14的功能基于在触摸屏12上显示的上下文而改变。

扬声器16向移动设备10的用户提供可听反馈。当移动设备10接收到传入消息时，扬声器16产生可听通知声音以提醒用户所接收到的消息。传入电话呼叫导致来自扬声器16的响铃声音以提醒用户。在其它实施例中，当接收到传入电话呼叫时，经由扬声器16播放经由触摸屏12上的GUI可选择的音乐铃声。当移动设备10被用于参与电话呼叫时，移动设备的用户对麦克风17说话，同时通过扬声器16再生（reproduce）另一对话参与者的语音。当用户观看电影或玩游戏时，与电影或游戏相关联的声音由扬声器16产生以供用户听到。

前置（front facing）摄像机18向移动设备10的操作系统提供视觉反馈。摄像机18创建面向触摸屏12的区域的数字图像。在运行在移动设备10上的视频聊天应用中使用摄像机18以在对话期间捕捉用户面部的视频。移动设备10向远程位置中的另一人员发射用户的视频，并且接收另一人员的流视频，所述流视频显示在触摸屏12上。摄像机18还用于自拍或拍取其它图片。当摄像机18用于拍取图片时，触摸屏12显示由摄像机捕捉的图像使得触摸屏是电子取景器。所捕捉到的照片存储在移动设备10内的存储器上以供随后在触摸屏12上进行查看、在社交网络上分享或备份到个人计算机。

外壳20为移动设备10的内部组件提供结构支撑和保护。外壳20由坚固的塑料或金属材料制成以承受如果直接暴露则导致对移动设备10内的电路板和其它组件的伤害的环境危害。在一个实施例中，与触摸屏12相对的外壳20的面板可移除以暴露诸如订户标识模块（SIM）卡、闪速存储器卡或电池之类的移动设备10的可互换部分。外壳20包括触摸屏12之上的透明玻璃或塑料部分，其在允许通过外壳感测到用户的触摸的同时保护触摸屏免受环境因素损害。

图1b图示了作为电话而操作移动设备10的用户30。外壳20的一部分被移除以图示移动设备10内的天线32。用户30将具有扬声器16的移动设备10握持在用户的耳朵上。麦克风17定向为朝向用户30的嘴部。当用户30说话时，麦克风17检测和数字化用户的语音以供向用户正在与之说话的人员传输。用户正在与之说话的人员向移动设备10发射经数字化的语音信号，所述语音信号在扬声器16上再生并且由用户听到。用户30由此通过使用移动设备10与另一人员对话。

移动设备10通过使用蜂窝网络或能够进行语音业务的其它网络来发送用户30的语音信号，并且接收与其对话的人员的语音信号。在各种实施例中，移动设备10通过Wi-Fi、蓝牙、GSM、CDMA、LTE、HSPA+、WiMAX或其它无线网络类型发射语音信号和其它数据。移动设备10通过使用从RF天线32发出的射频（RF）电磁波发射语音信号。移动设备10中的RF放大器向天线32供应电流，所述电流包含语音信息并且在射频处振荡。天线32通过周围大气辐射作为电磁波的电流能量。电磁波到达蜂窝塔，所述蜂窝塔继续转发语音信号以最终被用户30与之对话的人员接收。

图1c是移动设备10的RF段33的框图。RF段33表示位于移动设备10内的电路板上的电路系统的部分。RF段33包括微控制器或中央处理单元（CPU）34、RF收发器36、RF放大器38和天线32。为了使移动设备10接收音频信号或其它数字数据，无线电波首先由天线32接收。传入无线电波的振荡电场和磁场在天线32中的电子上施加力，使电子振荡并且在天线中产生电流。RF收发器36对传入信号进行解调以消除RF信号并且向CPU 34发送底层数据。

当移动设备10正在发射数据时，CPU 34首先提供要发射的数据。在一个实施例中，CPU 34从麦克风17接收音频数据并且在音频数据上执行数字信号处理功能。CPU 34执行对于音频数据而言所要求的任何数字信号处理或基带处理，或者使用单独的数字信号处理器（DSP）或基带集成电路（IC）。在其它实施例中，发送非语音数据，例如传出文本消息或用户30希望在触摸屏12上查看的网站的统一资源定位符（URL）。一旦CPU 34已经接收到或生成了要发射的数据，从CPU向RF收发器36发送数据。RF收发器36通过使用用于移动设备10与之通信的网络的频率调制数据来生成包含要发射的数据的RF信号。

从RF收发器36向RF放大器38发送RF信号。RF放大器38放大来自RF收发器36的信号以生成供天线32发射的较高功率RF信号。RF放大器38向天线32发送经放大的RF信号。经放大的RF信号导致天线32内的电子的振荡电流。振荡电流产生绕天线32的振荡磁场和沿天线的振荡电场。时变的电场和磁场辐射离开天线32而到周围环境中作为RF电磁波。

RF放大器38的输出功率由CPU 34控制。CPU 34通过配置RF放大器38的增益设置来控制从天线32发出的RF信号的强度。从移动设备10接收无线电波的设备可以是从对于家庭内Wi-Fi而言几英尺远到对于乡村蜂窝服务而言几英里远，或者潜在地甚至更加远离移动设备。RF放大器38的较高增益设置使较高功率电磁无线电波从移动设备10发出。在更远离移动设备10的位置处接收到较高功率电磁无线电波。

天线32是全向的，即天线近似相等地在每一个方向上从移动设备10辐射能量。全向天线32为移动设备10给出与蜂窝塔的良好连接性而不考虑移动设备被握持在的角度。然而，由于天线32的全向性质，当用户握持移动设备靠近身体部分时，来自天线的显著量的RF电磁辐射被辐射到用户30中，如图1b中所图示的那样。存在与来自移动设备（诸如移动设备10）的由人体吸收的RF辐射有关的一些健康担忧。一些研究表明，由身体吸收的RF能量可能与癌症和其它疾病有关联。

比吸收率（SAR）是在暴露于RF电磁场时被人体以其吸收能量的比率的度量。SAR测量对100kHz与10GHz之间的电磁场的暴露。SAR评级通常与蜂窝电话和磁共振成像（MRI）扫描仪关联地使用。

当测量由于移动设备10的SRA时，将移动设备放置在处于交谈位置中的头部处，如图1b中所图示的那样。然后在整个头部中具有最高吸收率的位置处测量SAR值，所述位置一般是头部最接近于天线32的部分。在美国，联邦通信委员会（FCC）要求移动设备具有在包含吸收最多RF能量的1克组织的质量的体积之上取得的处于或低于1.6瓦特每千克（W/kg）的SAR水平。在欧洲，欧洲电工标准化委员会（CENELEC）指定在吸收最多RF能量的10克组织上平均的2W/kg的SAR限制。

限制来自移动设备10的SAR的规定有效限制当使用时靠近用户30的身体的移动设备的RF功率。限制RF输出限制信号强度并且可以危害移动设备10到蜂窝电话发射塔的连接性。图2a-2c示出SAR与移动设备10距用户30的距离的关系的图表。在图2a和2b中，RF放大器38具有恒定功率输出。在图2a中，CPU 34已经将RF放大器38配置用于高RF功率和移动设备10到蜂窝电话发射塔的良好连接性。线40图示了在恒定RF功率输出的情况下，SAR在移动设备10移动更加远离用户30（即在图2a中的图表上更加靠右）时降低。当移动设备10移动更加靠近用户30时，SAR增加。

从移动设备10发出的辐射在辐射行进更加远离天线32时衰减，或在幅度方面降低。当移动设备10直接靠近用户30的头部时，从天线32发出的许多辐射集中在头部的小区域上，导致高SAR。当移动设备10更加远离用户30时，辐射扩散开并且以较低能量水平撞击用户身体的较大区域。当移动设备10被举起到头部时撞击用户30的许多辐射将在移动设备以一定距离被握持时错过用户。

线40示出当被配置用于高RF功率和良好连接性时，移动设备10将在移动设备被握持在用户30的身体部分的距离d内时超过SAR规定限制42。在一个实施例中，移动设备10在被配置用于高功率输出时超过SAR规定限制42所在的距离d是10毫米（mm）。如图2a中所配置的移动设备10包括良好的连接性但是在与SAR规定的依从外。

确保移动设备10的SAR保持在规定限制42以下的一种解决方案是降低移动设备的RF输出功率，如图2b所图示的那样。线44示出当移动设备10移动得更加远离用户30时，SAR降低，如图2a的配置一样。然而，在图2b中，移动设备10被配置用于较低RF输出，并且在移动设备抵靠用户30握持时不超过SAR规定限制42。较低RF输出使移动设备10依从SAR规定，但是降低移动设备的连接性。

图2c图示了将移动设备10的SAR维持在规定限制42以下的另一解决方案。当移动设备10被握持在距用户30大于d的距离处时，由线46图示的移动设备的RF输出功率在类似于图2a中图示的较高功率设置的水平处。当移动设备10在用户30的距离d（即在图2a的配置中SAR将会超过规定限制42所在的距离）内移动时，移动设备的RF输出降低以保持在规定限制以下。在距离d内降低的RF输出由线48图示，其类似于图2b的线44。如图2c中所配置的，移动设备10包括在距用户30大于d的距离处被握持时的良好的连接性，以及当在用户的距离d内被握持时保持在SAR规定限制42以下的降低的RF输出。

为了实现图2c中图示的配置，移动设备10包括用于检测距用户30的距离的接近传感器。当接近传感器检测到用户30在接近传感器的距离d内时，CPU 34降低RF放大器38的RF功率输出以防止SAR上升到规定限制42以上。当接近传感器检测到在移动设备10的距离d内没有人体时，CPU 34增加RF功率输出以改进连接性。

移动设备制造商的一个目标是改进接近传感器的精确性。不精确的接近读数导致移动设备10的高功率模式在用户30的距离d内被启用，违反SAR规定。不精确的接近读数还导致移动设备10的低功率模式在用户30的距离d外被启用，导致连接性的不必要的降级。精确的接近传感器提供在移动设备被移动到人体的距离d内时RF功率输出的立即减小，和在移动设备被移动到人体的距离d外时RF功率输出的立即增加。

当接近传感器靠近天线32而同时天线被用于RF传输时，实现精确的接近读数是困难的。使用在通过天线32的传输中的RF信号由于天线与接近传感器的感测元件之间的RF耦合而导致电容式触摸感测中的干扰。由于使用在经由天线32的RF通信中的协议，时间复用RF通信和电容感测是困难的。RF通信与电容式触摸感测同时发生。来自天线32的RF能量到达执行电容式触摸感测的IC并且干扰用户的接近的精确读取。

技术实现要素：

存在降低移动设备中的接近和触摸检测的RF干扰的需要。因此，在一个实施例中，本发明是一种制作接近传感器的方法，包括以下步骤：提供感测节点，提供中间节点，提供耦合在感测节点与中间节点之间的第一电容器，以及提供耦合在中间节点与接地电位之间的第二电容器。

在另一实施例中，本发明是一种制作接近传感器的方法，包括以下步骤：提供感测节点，以及提供耦合在感测节点与接地电位之间的第一电容器。

在另一实施例中，本发明是一种接近传感器，其包括感测节点和中间节点。第一电容器耦合在感测节点与中间节点之间。第二电容器耦合在中间节点与接地电位之间。

在另一实施例中，本发明是一种接近传感器，其包括感测节点。第一电容器耦合在感测节点与接地电位之间。

附图说明

图1a-1c图示了具有RF发射能力的移动设备；

图2a-2c图示了在使用和不使用接近传感器的情况下，SAR与对于移动设备而言距人体的距离的关系；

图3a-3b图示了包括接近传感器的移动设备；

图4a-4c图示了用作接近感测元件的天线、周围屏蔽区域和人类手指之间的电场；

图5图示了电容式触摸控制器的内部组件；

图6图示了由RF信号导致的电容式触摸控制器的干扰；

图7a-7d图示了具有集成RF阻挡器（blocker）级的电容式触摸控制器；以及

图8图示了通过使用RF阻挡器级的电容式触摸控制器的干扰中的降低。

具体实施方式

在参考附图的以下描述中在一个或多个实施例中描述本发明，在附图中相同的附图标记表示相同或类似的元件。虽然在用于实现本发明的目的的最佳模式方面描述本发明，但是本领域技术人员将领会到的是，意图在于涵盖如可以包括在如由随附权利要求及其如由以下公开内容和附图支持的等同物限定的本发明的精神和范围内的替换物、修改和等同物。

图3a图示了移动设备10，其中触摸屏12和外壳20的部分被移除以显露具有CPU 34的印刷电路板（PCB）50、电容式触摸控制器56以及形成或布置在PCB上的感测元件58。在其它实施例中，使用柔性印刷电路（FPC）而不是PCB 50。电容式触摸控制器56和感测元件58形成用于移动设备10的接近传感器。在一些实施例中，使用不要求单独的感测元件的接近传感器。导电迹线62将感测元件58连接到电容式触摸控制器56。导电迹线66提供CPU 34与电容式触摸控制器56之间的通信。

PCB 50提供用于安装电子部分和形成提供移动设备10的功能所必要的导电迹线的基座。PCB 50包括如实现移动设备10的功能所要求的未被图示的其它电路元件和半导体封装。PCB 50包括对于移动设备10而言必要的所有电子部分。在其它实施例中，跨多个PCB拆分用于移动设备10的电子部分。PCB 50包括附加部分，诸如通用串行总线（USB）端口、随机存取存储器（RAM）、闪速存储器、图形处理单元（GPU）或芯片上系统（SoC）。

电容式触摸控制器56是被设计成测量感测元件58的自电容或固有电容的IC。自电容是在导电元件（例如感测元件58）与接地电位（potential）之间测量的电容。当要检测的导电对象（例如用户30的膝部、手指、手掌或面部）未存在于感测元件58附近时，感测元件的自电容Csensor是环境电容Cenv。Cenv通过与感测元件附近的环境相互作用的来自感测元件58的电场来确定。特别地，来自感测元件58的电场与诸如屏蔽区域、迹线、功率和接地平面、导电通孔和IC之类的附近导电材料相互作用。当用户30的身体部分存在于感测元件58附近时，感测元件的自电容Csensor是Cenv加上可归因于身体部分的电容Cuser。利用Cenv的值来校准电容式触摸控制器56，并且从感测元件58的总自电容减去Cenv。其余电容是可归因于在感测元件58的接近区域中的用户30的身体部分的自电容，即Cuser。在实践中，电容式触摸控制器56内的可配置的电容器组取消或抵消对自电容的Cenv贡献，留下要测量的Cuser，尽管在其它实施例中使用从Csensor隔离出Cuser的其它方法。

如果Cuser（即所测量的可归因于用户30的感测元件58的自电容）近似地等于零，电容式触摸控制器56经由存储器映射标志以及中断向CPU 34报告缺乏或没有接近。如果Cuser超过与人体部分相关联的阈值，电容式触摸控制器56以类似的方式报告接近。除指示接近或其缺乏的标志之外，电容式触摸控制器56向CPU 34报告针对每一个Cuser测量的与Cuser成比例的数字值，是否检测到接近。CPU 34使用用于简单应用的接近标志，其中仅需要接近或缺乏接近，并且使用数字Cuser值来实现更高级的功能。

电容式触摸控制器56通过首先使用电容器组取消Cenv并且然后将其余电容Cuser转换成成比例的电压电位来对感测元件58的自电容进行感测。在一些实施例中，感测元件58的整个自电容Csensor被转换成成比例的电压并且然后被降低了与Cenv成比例的电压。使用模数转换器将与Cuser成比例的所得到的电压转换成数字值。处理数字Cuser值以确定Cuser是否超过确认接近的阈值。

感测元件58是在PCB 50的表面上形成的方形铜块，尽管在其它实施例中其它形状和其它导电材料被用于感测元件。在一个实施例中，相同物理元件被用于天线32和感测元件58二者。在其中单个物理元件用于天线32和感测元件58的实施例中，电容器和电感器被用于对RF信号进行滤波以免到达电容式触摸控制器56并且对较低频率信号进行滤波以免到达RF放大器38和RF收发器36。在其它实施例中，任何导电元件被用于感测元件58。

感测元件58经由电场与诸如导电迹线、通孔和接地平面之类的附近导电材料以及用户30的膝部、手指、手掌或面部相互作用。当向感测元件58施加电荷时，朝向感测元件吸引任何附近的导电材料内的相反电荷。当增加靠近感测元件58的导电材料量时，较大量的电荷被吸引到感测元件以用于给定电压。因此，感测元件58的自电容是靠近感测元件的导电材料的量的函数。具有到接地电位处的电路节点的导电路径的导电材料对自电容具有较大影响，因为接地节点提供到导电材料中的附加电荷源。感测元件58通过接地节点将相反电荷吸引到附近的导电材料中。

导电迹线62将感测元件58连接到电容式触摸控制器56。在一些实施例中，使用多个感测元件，其中每一个感测元件利用不同的导电迹线分别地连接到电容式触摸控制器56。在一个实施例中，感测元件被用于实现按钮14，其中在按钮上感测到用户30的接近时激活按钮。电容式触摸控制器56操纵感测元件58的电压并且经由导电迹线62检测感测元件的自电容。

导电迹线66将CPU 34连接到电容式触摸控制器56。迹线66包括用于对于CPU 34与电容式触摸控制器56之间的通信而言必要的重置、中断、数据、地址、时钟、使能和其它信号的线路。在一个实施例中，CPU 34通过使用内部集成电路（I²C）协议与电容式触摸控制器56通信。在其它实施例中使用其它通信协议。

电容式触摸控制器56的一些功能由CPU 34通过使用连接到电容式触摸控制器上的引脚的单个导电迹线66控制，诸如启用或禁用感测。通过由CPU 34从电容式触摸控制器56内的硬件寄存器读取或向其写入而实行其它功能。从电容式触摸控制器56内部的存储器映射硬件寄存器读取原始Cuser值。寄存器还被CPU 34用于设置电容式触摸控制器56报告接近时的Cuser的阈值。利用电容式触摸控制器56上的分立输入或输出引脚以及电容式触摸控制器内的硬件寄存器实现某个功能。通过CPU 34切换（toggle）电容式触摸控制器的重置输入引脚或者通过CPU向电容式触摸控制器内的软重置寄存器进行写入来重置电容式触摸控制器56。

天线32紧密地物理接近于感测元件58。从天线32发出的RF辐射被感测元件58接收并且引起迹线62上的RF信号。迹线62上的RF信号到达电容式触摸控制器56并且干扰测量感测元件58的自电容的电容式触摸控制器。当使用天线32的RF传输与电容式触摸控制器56得出电容读数同时发生时，接近检测的精确性降级。在其它实施例中，其中天线32更加远离移动设备10内的感测元件58，所接收到的RF信号的强度降低，但是由感测元件58接收到的来自RF信号的干扰保持明显并且导致不精确的接近读数。

在图3b中，用户30将移动设备10举起到他或她的头部。感测元件58的自电容由于感测元件和用户之间的电场的相互作用而增加。在移动设备10布置成接近用户30之前，在移动设备前方的区域被空气占据，空气具有对自电容的比用户的头部更小的影响。电容式触摸控制器56检测感测元件58的自电容中的上升，并且通知CPU 34用户30的接近。CPU 34因此降低RF放大器38的功率输出，使得移动设备10保持依从SAR规定。

图4a是图示了形成在PCB的顶表面上的感测元件58的PCB 50的部分横截面。可选的屏蔽区域60在感测元件58周围形成在PCB 50的顶表面上。可选的屏蔽区域70形成在与感测元件58和屏蔽区域60相对的PCB 50的底表面上。可选覆盖物（overlay）72形成在感测元件58和屏蔽区域60之上以用于感测元件和屏蔽区域的物理隔离和保护。

PCB 50由与环氧酚醛棉纸、环氧树脂、树脂、玻璃织物、毛玻璃、聚酯和其它增强纤维或织物的组合的一层或多层聚四氟乙烯预浸渍（预浸）、FR-4、FR-1、CEM-1或CEM-3形成。对于移动设备10的功能而言必要的电子组件（诸如导电迹线和IC）形成或布置在PCB 50的表面上。在一个实施例中，使用多层PCB 50，其包括PCB的顶表面和底表面之间的层上的电子组件。在PCB 50的不同表面上或不同层处的组件通过形成在PCB中的导电通孔连接。

感测元件58和屏蔽区域60连同导电迹线形成为PCB 50上的金属层。在一个实施例中，感测元件58、屏蔽区域60和PCB 50上的迹线通过使用诸如丝网印刷、光刻或PCB研磨之类的减性方法由单个均匀金属层形成。在其它实施例中，使用诸如物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、电镀、无电式电镀或另一合适金属沉积工艺之类的加性或半加性方法。屏蔽区域70从与感测元件58和屏蔽区域60类似的工艺形成。

感测元件58、屏蔽区域60、屏蔽区域70和PCB 50上的迹线包括一层或多层的铝（Al）、铜（Cu）、锡（Sn）、镍（Ni）、金（Au）、银（Ag）、氧化铟锡（ITO）、印刷导电油墨或其它合适的导电材料。导电迹线形成在与感测元件58相同的PCB的表面上。在其它实施例中，导电迹线形成在与感测元件58相对的PCB的表面上或当使用多层PCB时形成在中间层上。导电通孔被用于在组件和迹线在PCB的不同表面或层上时连接PCB 50上的移动设备10的各种组件。导电通孔将屏蔽区域60连接到屏蔽区域70，使得电容式触摸控制器56将两个屏蔽区域驱动到类似的电压电位。

屏蔽区域60和70提供噪声阻挡功能，以及用于感测元件58的方向性。屏蔽区域60和70提供在除期望感测的方向之外的每一个方向上大体上围绕感测元件58的电磁屏蔽。来自感测元件58的电场与屏蔽区域60和70相互作用，屏蔽区域60和70对自电容而不是与屏蔽区域相对的具有关于感测元件的动态电容的其它对象有稳定的影响。屏蔽区域60和70还降低电磁噪声，其影响所检测到的电容的精确性。甚至在具有屏蔽区域60的情况下，感测元件58也从天线32接收到显著量的干扰。

在屏蔽区域60和70在底部和侧面上围绕感测元件58的情况下，如图4a-4c中所图示的，身体部分在布置在与屏蔽区域70相对的感测元件58之上时被检测到。当用户30的手指或其它身体部分布置在PCB 50的背侧上（即在PCB的与感测元件58的相对侧上）时，屏蔽区域70限制电容式触摸控制器56的检测能力。在具有全向天线32的一些实施例中，不使用屏蔽区域70，使得用户30的身体部分被检测到，无论身体部分是在移动设备10的前侧还是背侧上。在没有屏蔽区域70的情况下，检测到接近，并且当用户30的身体部分在移动设备10的背侧上的接近区域内（例如用户将移动设备设置在他或她的膝部）时，CPU 34降低移动设备10的RF功率输出。在其它实施例中，既不使用屏蔽区域60也不使用屏蔽区域70。

屏蔽区域60和70电气连接到电容式触摸控制器56。在对感测元件的自电容进行感测时，电容式触摸控制器56将屏蔽区域60和70驱动到与感测元件58类似的电压电位。在其它实施例中，屏蔽区域60和70电气连接到接地电位。将屏蔽区域60和70连接到接地电位提供由于提供被吸引到感测元件的电荷源的地所引起的感测元件58的自电容的Cenv分量的增加。较高Cenv要求电容式触摸控制器56内的较大电容器组以抵消较高Cenv。

为了对感测元件58的自电容进行感测，电容式触摸控制器56将感测元件58驱动到直流（DC）电压电平，或者在比来自RF放大器38的RF信号低的频率处的电压，并且感测达到电压所需的电荷量。将屏蔽区域60和70驱动到与感测元件58类似的电压电位的电容式触摸控制器56通过降低感测元件在屏蔽区域中吸引的电荷量来降低自电容。

覆盖物72为感测元件58提供物理隔离和保护。覆盖物72通过保护感测元件58免受诸如灰尘、污垢、雨水和风之类的环境危害来增加移动设备10的鲁棒性。在一个实施例中，覆盖物72是集成到外壳20中的塑料或玻璃片。覆盖物72是半透明的、透明的或不透明的。覆盖物72由具有足以允许电场在感测元件58与布置成接近感测元件的用户30的身体部分之间传播的电场电容率的材料形成。

图4b图示了当没有人体部分处于感测元件的接近区域中时感测元件58与屏蔽区域60和70之间的电场。电场80在感测元件58和屏蔽区域60之间延伸。电场82在感测元件58和屏蔽区域70之间延伸。电场80和82是与感测元件58和周围的导电材料相互作用的电场的简化图示。在实践中，电场是复杂的并且不仅延伸到屏蔽区域60和70，而且延伸到靠近感测元件58的任何导电材料，诸如电容器、电感器、IC、导电通孔和导电迹线。在不使用屏蔽区域60和70的实施例中，电场80和82不延伸到屏蔽区域而是延伸到其它周围导电材料，例如电容器、电感器、IC、导电迹线和导电通孔。感测元件58的环境自电容Cenv是来自与屏蔽区域60和70相互作用的感测元件和当用户30不在接近区域中时接近感测元件的其它导电材料的电场80和82的测量。

当电荷存在于感测元件58上时，电场80和82朝向感测元件吸引屏蔽区域60和70内的相反电荷。当在对象的原子中存在相比于质子数目的过量电子时，存在负电荷。当相比于质子数目存在不足的电子时存在正电荷。带负电荷的材料吸引正电荷，并且带正电荷的材料吸引负电荷。当第一对象具有正电荷时，附近导电对象中的电子被吸引到第一对象，从而在附近对象中产生负电荷区域。当第一对象具有负电荷时，附近导电对象中的电子被排斥，从而在附近对象中产生正电荷区域。负电荷和正电荷是相反物。

在图4c中，用户30的手指84接近感测元件58。虽然图示了手指，但是也能够检测膝部、手掌、面部或其它导电对象。电场86将与感测元件58上的电荷相反的电荷吸引到手指84尖。被吸引在手指84中的电荷提升必须由电容式触摸控制器56供应到感测元件58以达到感测元件的给定电压电位的电荷总量。由于每电压的电荷是定义电容的公式，因此具有吸引到感测元件58的附加电荷的附加导电材料提升感测元件的自电容。在图4c中，Cenv由电场80和82表示，并且Cuser由电场86表示。Csensor是Cenv和Cuser的和。

电容式触摸控制器56测量到感测元件58的自电容已经上升并且因此Cuser上升。在电容式触摸控制器56的硬件寄存器内设置标志，并且电容式触摸控制器断言给CPU 34的中断信号。CPU 34接收中断并且执行与新的接近读数相关联的程序代码。在移动设备10的情况中，CPU 34执行降低RF放大器38的RF功率输出以防止超过SAR规定限制42的代码。在其它实施例中，其中电容感测用于实现按钮14，CPU 34执行当感测到接近时与按钮的按压相关联的程序代码。

图5是电容式触摸控制器56的内部组件的框图。偏移补偿100包括可配置的电容器组，其被调节成近似地取消Cenv的影响使得由于用户30的接近所引起的电容Cuser被隔离并且被精确地测量。来自寄存器106的数字值基于Cenv的先前测量而配置偏移补偿100中的电容器组。偏移补偿100中的可配置电容器组被用于生成与之前检测到的Cenv近似地成比例的电压。偏移补偿100还生成与Csensor（即感测元件58的总自电容）近似地成比例的电压。偏移补偿100从与Csensor成比例的电压减去与Cenv成比例的电压以产生与Cuser近似地成比例的电压。与Cuser成比例的电压从偏移补偿100输出到模数转换器（ADC）102。Cuser、Csensor和Cenv每一个是由电容式触摸控制器56和感测元件58形成的接近传感器的不同电容值。

ADC 102从偏移补偿100接收与Cuser（即可归因于用户30的感测元件58的自电容的部分）近似地成比例的模拟信号。ACD 102将来自偏移补偿100的模拟输入转换成与Cuser近似地成比例的数字值，并且将数字值输出到数字处理单元104。

数字处理单元104从ADC 102接收与Cuser近似地成比例的数字值并且将值写入到寄存器106中的硬件寄存器。写入到寄存器106中的寄存器的数字Cuser值通过读取寄存器而对CPU 34可用。存储在寄存器106的硬件寄存器中并且被CPU 34配置的不同数字值指示必须达到阈值Cuser以报告接近。如果来自ADC 102的数字Cuser值超过来自寄存器106的阈值，数字处理单元104使寄存器106中的接近状态标志变为逻辑“1”，并且CPU 34被中断以处理接近事件。

数字处理单元104在每次感测元件58的自电容被转换成新的Cuser值时将Cuser的数字值存储在寄存器106中。在一个实施例中，数字处理单元104将来自ADC 102的原始Cuser值存储在寄存器106中。在其它实施例中，数字处理单元104在存储在寄存器106之前调节Cuser值，例如通过针对Cenv的漂移调节Cuser或者通过对高频噪声进行滤波。

寄存器106包含被CPU 34用来配置电容式触摸控制器56或者被电容式触摸控制器用来向CPU报告接近和其它信息的各种存储器映射硬件寄存器。寄存器106的一些硬件寄存器被制造商设置用于制造商期望在移动设备10的寿命内永久地设置或直到被制造商的更新所修改的配置方面。寄存器106包括用于在用户30的接近状态已经改变（即用户已经进入或离开感测元件58的接近区域）时通知CPU 34的中断请求（IRQ）位。寄存器106还包括用于Cuser的新读数或Cenv的新校准的完成的IRQ位。除其它用途之外，寄存器106尤其被CPU 34用于设置在视为检测到接近时的Cuser的阈值，重置电容式触摸控制器56，并且设置周期性电容读取以其发生的频率。

寄存器106包括由移动设备10的制造商设置的只读寄存器。一个只读寄存器被用于存储参考Cenv读数，制造商在移动设备10处于已知状态的情况下计算所述参考Cenv读数。参考Cenv读数被用于验证在没有用户30处于接近区域中的情况下有效地得出后续的Cenv读数，并且还被用于在没有其它Cenv值可用时检测接近。寄存器106中的另一只读寄存器被用于存储感测元件58的自电容的温度系数。感测元件58的自电容具有与移动设备10的温度近似地线性的关系。定义感测元件58的自电容与移动设备10的温度之间的关系的系数存储在寄存器106中以供数字处理单元104用于精确地调节Cuser读数以计及温度改变。

屏蔽控制108在使用时将屏蔽区域60和70驱动到与偏移补偿100驱动感测元件58类似的电压电位。将屏蔽区域60和70驱动到与感测元件58类似的电压电位降低屏蔽区域对天线的自电容的影响。将屏蔽区域60和70驱动到与感测元件58类似的电压的屏蔽控制108的功能可以通过CPU 34使用寄存器106中的硬件寄存器来启用和禁用。屏蔽控制108经由电容式触摸控制器56上的屏蔽引脚或节点109电气连接到屏蔽区域60和70。

电容式触摸控制器56经由电容感测引脚或节点110电气连接到感测元件58。在一些实施例中，多个传感器元件经由多个输入引脚连接到电容式触摸控制器56。多个传感器元件被用于改进接近感测的精确性，或者被用于感测移动设备10上的多个位置处的接近。

CPU 34经由蜂窝和其它网络通过RF收发器36、RF放大器38和天线32进行通信。RF放大器38电气连接到天线32。RF放大器38生成行进到天线32并且作为电磁辐射向外广播的RF信号。感测元件58处于天线32的物理接近区域中。来自天线32的电磁辐射行进通过感测元件58并且在感测元件中的电子上产生力。感测元件58中的电子随来自天线32的力振荡，从而产生振荡电流。感测元件58从天线32接收到的振荡RF电流经由感测引脚110进入电容式触摸控制器56。RF能量到达偏移补偿100并且导致感测元件58的所测量的自电容中的误差。

图6图示了由感测元件58接收到的来自天线32的RF信号导致的电容式触摸控制器56的接近读数中的误差。图6是其中来自RF放大器38的信号的频率在水平轴上的图表。图6的图表在竖直轴上示出ADC 102的数字输出。对于一个实施例，函数112图示了在针对从500兆赫兹（MHz）到4吉赫兹（GHz）的RF放大器38的频率范围的在ADC 102的数字输出中观察到的误差。500MHz到4GHz近似地对应于全LTE频谱，LTE是蜂窝电话用于通信的常用技术。

通过将RF函数生成器连接到RF放大器38来绘制函数112。函数生成器为RF放大器38提供未经调制的RF载波信号，其从500MHz的低端频率扫掠到4GHz的高频率，并且提供2瓦特（W）或33分贝毫瓦（dBm）的RF放大器的输出功率。函数生成器通过采取一系列频率步长（step）来从低到高地扫掠，其中每一个步长在比前一步长高的频率处。在函数生成器的每一个频率步长处，电容式触摸控制器56测量感测元件58的电容，并且从寄存器106记录ADC 102的输出。频率与ADC 102输出的关系的数据点被绘制在图表上作为函数112。函数112是ADC 102输出误差在频率范围上的函数。

函数112图示出RF干扰对电容感测具有显著影响。流到电容式触摸控制器56中的RF能量降低所感测到的电容值，并且因此要求在感测元件58的接近区域内的用户30的身体部分来至少将自电容提高针对要被检测的给定频率的所绘制误差。在其它实施例中，由电容式触摸控制器56接收到的RF能量提高ADC 102的输出并且导致当用户30未处于接近区域中时的接近读数。

在一个实施例中，图6中的Y轴上所图示的ADC 102的输出中的改变4000对应于感测元件58的自电容中的近似地1pF的改变。函数112示出对于一些频率，由来自天线32的RF信号导致的误差超过3pF。在一个实施例中，检测接近的电容阈值改变为0.01pF。对于大部分LTE频谱，由RF能量导致的误差大于要检测的阈值电容，从而在用户30的检测方面产生困难。

此外，用于经由天线32的RF通信的协议包括使得难以对使用天线来广播RF信号和使用电容式触摸控制器56和感测元件58的电容测量进行时间复用的约束。时间复用将会允许感测元件58的电容读取仅在天线32不在广播RF信号时发生，这降低了在电容式触摸控制器56中导致的干扰。当时间复用不可能时，RF放大器38在电容式触摸控制器56执行接近读取的同时使用天线32来进行广播。

图7a-7d图示了附加有集成RF阻挡器级的电容式触摸控制器56。

图7a示出电容器120，形成在电容式触摸控制器56的半导体管芯上的集成无源器件（IPD）。在其它实施例中，电容器120是与电容式触摸控制器56封装在一起的分立组件，或者是安装在PCB 50上的单独的组件。电容器120耦合在电容式触摸控制器56的电容感测引脚110和接地节点122之间以使RF信号分流到接地节点。使用天线32广播的RF信号由感测元件58接收并且进入电容式触摸控制器56。电容器120提供直接分流电容以在RF能量进入偏移补偿100之前将RF能量疏散到接地节点122。

电容器120对于在RF范围中的频率而言近似短路。电容器120充当对于来自RF放大器38的RF能量的到接地节点122的连接，RF能量由于天线32与感测元件58之间的RF耦合而进入电容式触摸控制器56。在RF能量进入通过使用电容器120耦合到接地节点122的电容式触摸控制器56的情况下，进入偏移补偿100的RF能量的量降低。接近读数更精确，因为降低进入偏移补偿100的RF能量降低由RF信号导致的对测量的干扰。

电容器120对于在电容式触摸控制器56用于对感测元件58的自电容进行感测的范围中的较低频率而言近似开路。电容器120不提供针对用于感测自电容的低频信号的到地的有效连接。由电容式触摸控制器56用于对感测元件58的自电容进行感测的信号不受电容器120的显著影响，并且在感测元件和偏移补偿100之间流动。电容器120将从天线32接收到的高频RF信号分流到接地节点122而同时对偏移补偿100用于对感测元件58的自电容进行感测的信号具有可忽略的影响。

CPU 34经由蜂窝和其它网络通过RF收发器36、RF放大器38和天线32进行通信。当广播RF信号时，RF放大器38向天线32输出RF信号。天线32从RF放大器38接收RF信号并且生成从天线发出的电磁波。电磁波行进通过感测元件58并且在感测元件中生成电流。来自天线32的显著量的RF能量到达电容式触摸控制器56。进入电容式触摸控制器56的RF信号经由电容器120被分流到接地节点122。电容器120具有针对RF信号的低电阻抗，并且以显著低于到偏移补偿100中的路径的阻抗为RF能量提供到接地节点122的路径。因此，经由电容感测引脚110进入电容式触摸控制器56的RF能量被分流到接地节点122，从而降低进入偏移补偿100的RF能量的量。

电容器120有效降低由来自RF放大器38的RF信号导致的干扰，但是还增加了接地节点122与感测元件58之间的总电容。接地电位与感测元件58之间的电容是由电容式触摸控制器56测量以确定接近的电容，因此在接地节点122与感测元件之间添加电容器直接增加自电容的Cenv分量。用于电容器120的电容器的值越大，Cenv变得越大。较高的Cenv值要求偏移补偿100中的较大电容器组以取消或抵消Cenv，这潜在地增加了电容式触摸控制器56的半导体管芯上的电容器组的物理尺寸要求。

图7b图示了具有提供RF信号到接地节点122的间接分流的电容器130和电容器132的RF阻挡器级。电容器130和132是形成在电容式触摸控制器56的半导体管芯上的IPD。在其它实施例中，电容器130和132是与电容式触摸控制器一起封装的分立组件，或者是安装或形成在PCB 50上的单独的组件。电容器130耦合在电容感测引脚110与屏蔽引脚109之间。电容器132耦合在屏蔽引脚109与接地节点122之间。通过电容感测引脚110进入电容式触摸控制器56的RF信号通过电容器130和132分流到接地节点122，这降低了进入偏移补偿100的RF信号的强度。

电容器130和132对于在RF范围中的频率而言近似短路。电容器130在电容感测引脚110与屏蔽引脚109之间提供针对RF信号的路径。电容器130通过耦合在屏蔽引脚109与接地节点之间来为RF信号完成到接地节点122的路径。电容器130和132为RF信号提供的到接地节点122的路径是间接的，因为屏蔽控制108的输出提供电容感测引脚110与接地节点之间的中间节点。由于与天线32的耦合而由感测元件58接收的RF能量通过电容器130流动到屏蔽引脚109，然后通过电容器132流动到接地节点122。在RF信号进入通过使用电容器130和132耦合到接地节点122的电容式触摸控制器56的情况下，进入偏移补偿100的RF能量的量降低。接近读数更加精确，因为降低进入偏移补偿100的RF能量降低了由RF信号导致的对测量的干扰。

电容器130和132对于由电容式触摸控制器56用于对感测元件58的自电容进行感测的范围中的较低频率而言近似开路。电容器130和132不为用于对感测元件58的自电容进行感测的信号提供到接地节点122的显著连接。电容式触摸控制器56的正常操作不受电容器130和132的显著影响。电容器130和132将RF信号分流到接地节点122而同时对偏移补偿100用于对感测元件58的自电容进行感测的信号具有较少影响。

相比于将电容感测引脚直接分流到接地节点，电容感测引脚110到接地节点122的间接连接降低对感测元件58的自电容的影响。在电容器120将电容感测引脚110直接分流到接地节点122的情况下，如图7a中所示，所测量的感测元件58的自电容直接受影响。电容器120在电容感测引脚110与接地节点122之间添加电容，该电容为被测量以确定感测元件58的自电容的电容。然而，耦合在电容感测引脚110与屏蔽引脚109之间的电容器130不显著增加感测元件58的自电容，因为屏蔽控制108将屏蔽引脚109驱动到与电容感测引脚110处的电压近似地相等的电压。将屏蔽引脚109和电容感测引脚110驱动到近似地相同的电压降低在屏蔽引脚与电容感测引脚之间添加的电容对由偏移补偿100测量的环境电容的影响。由于电容器130和132提供比由电容器120导致的增加更小的在由电容式触摸控制器56测量的环境电容中的增加，因此，电容器130和132的电容值大于电容器120的电容值。较大的电容值增加电容器130和132作为到接地节点122的对于RF信号的短路的有效性。

CPU 34经由蜂窝和其它网络通过RF收发器36、RF放大器38和天线32进行通信。当经由天线32广播RF信号时，RF放大器38向天线32输出RF信号。天线32从RF放大器38接收RF信号并且生成从天线发出的电磁辐射。感测元件58从天线32接收无线电波并且在感测元件中生成到达电容式触摸控制器56的RF信号。进入电容式触摸控制器56的RF信号经由电容器130和132被分流到接地节点122。电容器130和132具有针对RF信号的低电阻抗。电容器130和132以显著低于到偏移补偿100中的路径的阻抗的为RF信号提供到接地节点122的路径。因此，经由电容感测引脚110进入电容式触摸控制器56的RF能量大体上被分流到接地节点122，而进入偏移补偿100的RF能量的量被降低。

电容器130和132在没有在感测元件58的所测量的自电容中的显著增加的情况下有效降低由来自RF放大器38的RF信号导致的干扰。电容感测引脚110与接地节点122之间的电容不被电容器130和132显著增加，因为屏蔽引脚109提供被驱动到与电容感测引脚110近似地相同的电压的中间节点。电容器130和132不要求偏移补偿100中的较大电容器组，因为电容器130和132不显著增加Cenv。

电容器132增加屏蔽引脚109与接地节点122之间的电容。然而，屏蔽引脚109被屏蔽控制108中的缓冲器驱动，其将屏蔽引脚从电容感测引脚110隔离。屏蔽引脚109与接地节点122之间的电容不显著影响偏移补偿100的操作。屏蔽引脚109与接地节点122之间的电容不被电容式触摸控制器56内的电容器组取消，其将需要更大以补偿电容器132。

图7c图示了在不使用屏蔽区域的情况下的实施例。在没有屏蔽区域70的情况下，感测元件58的自电容受移动设备10的背侧以及前侧上的接近区域中的身体部分影响。在不使用屏蔽区域的情况下，屏蔽控制108的输出仍旧提供电容器130与132之间的中间节点，其被驱动到与感测元件58类似的电压。在一些实施例中，不使用屏蔽控制108。使用单位增益缓冲放大器或其它方法来提供中间节点以将中间节点从感测元件58隔离而同时将电路节点驱动到与感测元件类似的电压。

图7d图示了其中将同一物理元件用作RF天线和感测元件的实施例。电感器134耦合在电容感测引脚110与天线32之间。电感器134降低来自RF放大器38的RF信号的幅度而同时对用于测量天线32的自电容的来自电容式触摸控制器56的较低频率信号具有可忽略的影响。RF放大器38经由电容器133电气连接到天线32。电容器133将RF放大器38从天线32的DC电压偏移隔离开，并且降低用于检测天线的自电容的较低频率信号的幅度。电容器133允许来自RF放大器38的较高频率RF信号传递到天线32以供传输到周围大气中。在一个实施例中，电容器133是22皮法（pF）电容器，并且电感器134是180纳亨（nH）电感器。

RF放大器38和电容式触摸控制器56二者都电气连接到天线32。在没有电容器133和电感器134的情况下，RF放大器38和电容感测引脚110的输出通过PCB 50上的迹线一起短路。RF放大器38的输出通过电容式触摸控制器56被驱动到DC电压，或者被驱动到在比RF放大器的输出低的频率处变化的电压。将RF放大器38的输出驱动到DC或低频电压干扰了RF放大器的输出电路系统，这降低信号强度或者导致来自RF放大器的输出信号的不期望的修改。利用电容式触摸控制器56的输出驱动RF放大器38的输出导致对RF放大器电路系统的破坏。

在没有电感器134的情况下，来自RF放大器38的RF信号流动到电容式触摸控制器56中而没有衰减，这造成用户30的接近的不精确的读数。甚至在由电感器134提供的RF信号的衰减的情况下，RF能量也未被完全消除。电容式触摸控制器56接收到显著量的RF能量，这导致接近的不精确的读数。

图8图示了在具有和没有将电容感测引脚110上的RF能量分流到接地节点122的RF阻挡器级的情况下在ADC 102的数字输出处观察到的误差。函数112论证了在没有用于500MHz与4GHz之间的RF信号的RF阻挡器级的情况下看到的误差。在没有RF阻挡器级的情况下，来自RF放大器38的RF能量的影响可以等同于超过3pF的误差。函数136图示了当使用图7a的电容器120或图7b-7d的电容器130和132作为RF阻挡器级时在500MHz到4GHz的频率范围上ADC 102的数字输出。函数136示出通过使用RF阻挡器级而显著降低来自RF能量的电容读数中的误差。

用于驱动天线32的RF输出功率可以高达2W（33dBm），而电容式触摸控制器56的电容测量检测到能量水平中的小得多的改变。由于蜂窝网络协议约束，对RF和电容感测操作进行时间复用是困难的。因此，在高功率和宽范围的频率处的传输与电容式触摸控制器56的电容感测测量同时发生。进入电容式触摸控制器56的RF能量破坏电容测量。使用电容器120或电容器130和132形成的集成到电容式触摸控制器56中的RF阻挡器级将RF信号分流到接地电位并且防止显著的RF功率进入偏移补偿100而破坏电容感测测量。电容器120为RF信号提供到地的直接分流，而电容器130和132提供到地的间接分流。电容器120具有比电容器130和132低的值，因为电容器120直接影响电容感测引脚110上的电容。屏蔽控制108的输出提供电容感测引脚110与接地节点122之间的中间节点，其降低电容器130和132对电容感测引脚110的电容的影响。

包括集成的RF阻挡器级的电容式触摸控制器56导致近乎理想的对偏移补偿100的输入，其中跨LTE频谱没有观察到明显误差。降低接近感测中的误差允许用户30的精确的接近检测。精确的接近检测允许RF放大器38的RF输出在移动设备10处于用户的接近区域内时被适当降低，从而防止SAR规定的违反。精确的接近检测还允许RF功率在移动设备10被移动离开用户30时适当增加，从而改进移动设备与蜂窝电话塔的连接性。

虽然已经详细说明了本发明的一个或多个实施例，但是本领域技术人员将领会到，可以在不脱离于如随附权利要求中所阐述的本发明的范围的情况下做出对那些实施例的修改和适配。