用于自电容感测的全波同步整流的制作方法

本申请是2015年6月11日提交的美国专利申请号14/736,811的国际申请，该美国专利申请要求于2014年11月25日提交的美国临时申请号62/084,026的权益，这两个申请全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及电容感测系统的领域，特别是涉及感测电容式感测阵列的自电容。

背景

电容感测系统可感测在电容中反映变化的在电极上产生的电信号。电容中的这种变化可指示触摸事件(即，物体到特定电极的接近)。电容式感测元件可用于替代机械按钮、旋钮和其它类似的机械用户接口控制。电容式感测元件(诸如电极或电极对)的使用，允许消除复杂的机械开关和按钮，在恶劣条件下提供可靠的操作。此外，电容式感测元件广泛应用于现代客户应用中，在现有产品中提供新的用户界面选项。电容式感测元件范围可从单按钮到用于触摸感测表面的以电容式感测阵列形式布置的大量按钮。

在当今的工业和消费者市场中，利用电容式感测阵列的透明触摸屏是普遍存在的。它们可在蜂窝电话、GPS设备、机顶盒、相机、计算机屏幕、MP3播放器、数字平板电脑等上被找到。电容式感测阵列通过测量电容式感测元件的电容，并寻找指示导电物体的触摸或存在的电容增量来工作。当导电物体(例如，手指、手或其他物体)与电容式感测元件接触或非常接近时，电容改变并且导电物体被检测到。电容式触摸感测元件的电容变化可通过电路来测量。电路将电容式感测元件的测量电容转换为数字值。

有两种典型的电容类型：1)互电容，其中电容感测电路可访问电容器的两个电极；2)自电容，其中电容感测电路仅可访问电容器的一个电极，其中第二电极被连接到DC电压电平或寄生地耦合到接地。

附图简述

在附图的图中，本发明通过示例而非限制的方式被说明。

图1是根据一个实施方式示出的用于自电容感测的电路的电路图。

图2是根据一个实施方式示出的电容式感测阵列的自电容模型的电路图。

图3是根据一个实施方案示出的与图1的电路结合的全波同步整流的操作波形的波形图。

图4是根据另一个实施方式示出用于自电容感测的电路的电路图。

图5是根据一个实施方案示出的与图4的电路结合的全波同步整流的操作波形的波形图。

图6A是根据一个实施方案示出的转换器的电路图。

图6B是根据另一个实施方案示出的转换器的电路图。

图7示出了根据一个实施方案的执行全波同步整流的方法的流程图。

图8示出了根据另一个实施方案的执行全波同步整流的方法的流程图。

图9是根据另一个实施方式示出用于自电容感测的电路的电路图。

图10是根据一个实施方案示出的与图9的电路结合的全波同步整流的操作波形的波形图。

图11是示出具有带全波同步整流自电容感测的处理设备的电子系统的一个实施方案的框图。

详细说明

描述了电容感测的装置和方法。电容感测系统使用各种装置和方法来感测和测量电容，诸如通过触摸接近电容式感测阵列的感应的电容。使用半波整流的电容感测技术,即使用全波信号的半波测量电容，可对低频噪声(例如，50Hz-20kHz)具有低抗性。低频噪声可以是电线噪声(例如，50Hz-60Hz)和/或音频噪声，例如来自扬声器线的噪声。结果，可遮蔽指示触摸的电容测量和/或可产生指示假触摸的电容测量。

在一些实施方案中，本公开通过使用每个与调制器相关联的两个积分电容器来执行全波同步整流而测量电容式感测阵列的自电容来解决上述问题和其他缺陷。

全波信号可以是包括两个连续半波的波形。全波信号的半波可近似等于相应半波的负波。例如，在具有振幅(A和-A)的X-Y轴上的以0为中心的正弦波信号包括正的第一半波(0-180°)和负的第二半波(180°-360°)。应当理解的是，全波可以是周期性波形的一个周期的长度。

全波同步整流可指在连续时间(即，同步)中使用充电电流和放电电流(每个与单独的半波全波信号相关联)以测量例如电容式感测阵列的感测元件(例如电极)上的电容。例如，可由调制器使用充电电流以产生指示自电容的测量，并且可由另一调制器使用放电电流以产生指示自电容的另一测量。相反，半波同步整流可指使用充电电流或放电电流(而不是两者)来用于测量感测元件上的电容。

在一个实施方案中，自电容感测通道可用于测量电容式感测阵列的自电容。自电容感测通道可指用于测量例如电容式感测阵列的自电容的物理硬件(例如，电路硬件)、信号和软件(例如，固件、逻辑等)的全部或一部分。例如，自电容通道可包括以下中的一些、全部或都不包括：电容式感测阵列(例如，电容式感测阵列的对应电极)、一个或更多个积分电容器或包括电容感测电路(其可包括一个或更多个调制器和/或转换器)的电路。电容感测通道可包括第一积分电容器和相关联的第一调制器以测量在全波信号的第一半波期间的自电容。电容感测通道还可包括第二积分电容器和相关联的第二调制器以测量在全波信号的第二半波期间的自电容。来自第一积分电容器和第一调制器的第一测量和来自第二积分电容器和第二调制器的第二测量可用于产生表示电容式感测阵列的自电容的数字值(例如，计数)。

图1是根据一个实施方式示出的用于自电容感测的电路的电路图。电路100包括自电容101、积分电容器块110和调制器块120。

自电容101是电容式感测阵列(未示出)的自电容的简化模型。积分电容器块110(也称为开关电容器块)包括两个积分电容器、Cint 111和Cint 115。在一个实例中，Cint 111和Cint 115可以是外部电容器(例如，在电容感测电路外部)，并且测量大约1000pF。在另一个实例中，Cint 111和Cint 115可以是内部电容器，例如集成到集成电路(IC)中的电容器。积分电容器块110还包括两个参考电压源VrefH 114和VrefL 117。在一个实例中，VrefH 114可以是4.3V的高参考电压(当操作电压是5V时)，并且VrefL 117可以是0.7V的低参考电压(例如，最小操作电压)。

积分电容器块110还包括开关预调装置113、Ph 112(也称为Ph1或相位1)和Ph 116(也称为Ph2或相位2)。应当注意的是，预调装置113、Ph 112和Ph 116可称为开关和/或控制相应开关的信号。在一个实例中，Ph 112和Ph 116可以是非重叠开关。非重叠开关可指当第二开关(例如，Ph 116)断开时闭合的第一开关(例如，Ph 112)或当第一开关(例如，Ph 112)断开时闭合的第二开关(Ph 116)。开关Ph 112可操作地插入在电容式感测阵列的电极(例如，自电容Cs 102)和积分电容器Cint 111之间。开关Ph 116可操作地插入在电容式感测阵列的电极(例如，自电容Cs 102)和积分电容器Cint 115之间。在全波信号期间，开关Ph 112和开关Ph 116分别将积分电容器Cint 111和积分电容器Cint 115交替地耦合到自电容Cs102。每个积分电容器,Cint 111和Cint 115,在全波信号的不同半波期间交替地耦合到自电容Cs 102。在这样做时，在全波信号的第一半波期间，积分电容器Cint 111采样与电容式感测阵列的自电容Cs 102相关联的电荷。在全波信号的第二半波期间，积分电容器Cint 115采样与电容式感测阵列的自电容Cs 102相关联的另一电荷。

调制器块120描绘两个Σ-Δ调制器的实施方式。应当注意的是，Σ-Δ调制器用于说明的目的，而不是用于限制的目的。其它调制器也可在电路100(诸如电荷平衡电路)中实现。调制器块120包括两个调制器。顶部调制器(也称为调制器A)对应于积分电容器Cint 111。底部调制器(也称为调制器B)对应于积分电容器Cint 115。调制器A和B可以是类似的电路。调制器A包括耦合到源电压VDDA 121(其可以是电路100的操作电压)的电流源122。调制器A还包括比较器125。比较器125包括比较器输入126和比较器输入127和比较器输出128。比较器输入126耦合到参考电压VrefH 114。调制器还包括锁存器129。锁存器129包括由比较器输出128馈送的锁存器输入130。锁存器129通过调制信号Fmod 131启动并且包括锁存器输出133。锁存器129产生对应于自电容Cs 102的测量Seq 134。锁存器输出133以反馈配置(反馈124)与电流源122(即，控制电流源122的开关)连接。反馈124在测量相位期间控制充电电流以对Cint 111充电。调制器A测量在积分电容器Cint 111上的充电电流(注意：充电电流可从电流源122充电Cint 111以返回VrefH 114)以生成测量Seq 134。测量可在全波信号的第一半波(例如，对应于全波信号的第一半波的充电电流)期间执行，而Cint 115正从自电容Cs 102采样电荷。测量可指示电容式感测阵列的自电容。

在测量相位期间，积分电容器Cint 111从自电容Cs 102断开连接。在Cint 111处的电压可在先前采样相位期间改变，电压改变对应于在自电容Cs 102和积分电容器Cint 111之间共享的电荷量。在比较器125，将Cint 111处的电压与VhrefH 114进行比较。两个电压之间的任何差异触发比较器125以输出信号，诸如脉冲信号。脉冲信号被传输到锁存器129，其如果被启动，将产生测量Seq 134。Seq 134的占空比可指示自电容Cs 102的电容量。当Seq 134为高时(例如，Seq 134也可为脉冲信号)，Seq 134在反馈124中反馈到电流源122。Seq 134可打开数字开关，使得电流源122向积分电容器Cint 111提供充电电流。电流源122提供充电电流(例如，被测量用于全波同步整流的半波的充电电流)，直到Cint 111处的电压达到VrefH 114。当在Cint 111处的电压达到VrefH 114时，比较器125关闭，锁存器129通过禁用测量Seq 134响应，其关闭电流源122。应当理解的是，在后续半波期间可由调制器B执行类似的测量相位。还应当理解的是，在由调制器A执行的测量相位期间(对半波执行)，采样相位可由底部积分电容器Cint 115执行。在随后的半波期间，顶部电路和底部电路的操作可随后交替。

调制器B包括耦合到设备接地140的电流源123(也称为电流沉(current sink))。调制器B还包括比较器141。比较器141包括比较器输入142和比较器输入143和比较器输出144。比较器输入143耦合到参考电压VrefL117。调制器B还包括锁存器145。锁存器145包括由比较器输出144馈送的锁存器输入146。锁存器145由调制信号Fmod 131启动并且包括锁存器输出147。锁存器145产生对应于自电容Cs 102的测量Seq 149。锁存器输出147以反馈配置(反馈148)与电流源123(即，控制电流源123的开关)连接。反馈148在测量相位期间控制对Cint 115放电的放电电流。调制器B测量在积分电容器Cint 115上的放电电流(注意：放电电流可从电流源123对Cint 115放电以返回VrefL 117)以生成测量Seq 149。测量可在全波信号的第二半波(例如，对应于全波信号的第二半波的放电电流)期间执行，而Cint 111正从自电容Cs 102采样电荷。测量可指示电容式感测阵列的自电容。

测量，Seq 134和Seq 149可用于确定电容式感测阵列的自电容Cs 102。Seq 134和Seq 149可以是占空比对应于在自电容Cs 102上检测到的电容的调制信号(例如，触摸或无触摸)。转换器(未示出)可分别从调制器A和调制器B的输出接收Seq 134和Seq 149，并将测量转换为表示自电容Cs 102的数字值(例如，计数)。每个测量可指示自电容Cs 102。为了提高精度，转换器可取许多测量(例如，1000)的平均值以确定表示自电容Cs 102的数字值。参考图6A和6B描述了转换器的实例。

电路100的全部或部分可被认为是自电容感测通道。应当注意的是，电容感测电路(未示出)可包括一个或更多个自电容感测通道以感测电容式感测阵列的自电容。电容式感测阵列可包括多个电极。电容式感测阵列的每个电极可具有相关联的自电容。

图2是根据一个实施方式示出的电容式感测阵列的自电容模型的电路图。电路200是图1的自电容101(例如，Cs 102)的模型。电极201可以是由导电材料制成的电容式感测阵列的电极(例如，感测元件)。自电容101可包括连接到设备接地的寄生电容(Cp)、连接到接地的传感器电容(Cr)、连接到接地的手指电容(Cf)和连接到接地的设备电容(Cde)。应当注意的是，在一些设备配置中可不存在接地层，在这种情况下，寄生电容(Cp)可连接到设备接地。随着触摸202移动得更靠近电极201，手指电容(Cf)增加。随着触摸202移动得远离电极201，手指电容(Cf)降低。图1的电路100测量前述电容变化以检测接近感测阵列的触摸。

图3是根据一个实施方案示出的与图1的电路结合的全波同步整流的操作波形300的波形图。全波305对应于开关Ph 112或Ph 116的全波信号(例如，示为方波)。全波305包括两个连续的半波，半波301和半波302(也分别称为相位1和相位2)。Ph 112和Ph 116分别示出控制开关Ph 112和Ph 116的全波信号。如图所示，Ph 112和Ph 116的两个信号是不重叠的。

在复位时，开关预调装置113的信号为高，并且将Cint 111充电到VrefH 114，并且将Cint 115充电到VrefL。为了说明的目的，以下描述将讨论半波302(相位2)以示出电路100的两个半部的典型操作。在半波302(相位2)处，调制器A测量在积分电容器Cint 111上的充电电流，直到Cint 111上的电压达到VrefH 114。如图所示，增加的充电时间(增加的充电电流的函数并且指示自电容Cs 102处的附加电容)指示接近电容式感测阵列的感测元件的触摸。调制器A产生指示自电容Cs 102的测量Seq 134。同样在相位2期间，Cint 115被连接到Cs 102并从自电容Cs 102采样电荷。

在半波303(相位1)处，电路的两个半部的作用相反。Cint 111对在自电容Cs 102上的电荷进行采样。在相位1期间，Cint 115从自电容Cs 102断开连接，并且调制器B测量Cint 115上的放电电流直到Cint上的电压达到VrefL 117。如图所示，增加的充电时间(增加的充电电流的函数并且指示附加自电容Cs 102)指示接近电容式感测阵列的感测元件的触摸。调制器B产生指示自电容Cs 102的测量Seq 149。在一个实施方案中，可计算多个测量(例如，1000个测量)的平均值以确定接近电容式感测阵列的触摸。如图所示，操作可在半波304(相位2)继续(例如，同步)。

Fmod 131可以是低于或高于传感器激励频率(fs)的频率。在一个实施方案中，Fmod 131比fs大得多，如图所示。Fs可近似等于信号Ph 112或Ph 116的信号频率。

下面提供几个方程，以便帮助阐述图1的电路100和图3的相关联的操作波形300。

V_ex≈V_refH-V_refL

如果C_int＞＞C_s(C_int＞100·C_s)

激励电压(Vex)近似等于在VrefH(例如，VrefH 114)和VrefL(例如，VrefL 117)之间的差。Cint是积分电容器(例如，Cint 111或Cint 115)，并且Cs是自电容(例如，Cs 102)。电路(例如，电路100)灵敏度(例如，对噪声(如低频噪声)的抗性)可取决于Vex，Vex越大则电路拒绝噪声的能力越大。电路灵敏度也可取决于Cs/Cint和ΔCs/Cs之间的关系。该关系可满足下面的不等式。

C_int＞＞ΔC_s·C_s²

ΔCs是指自电容中的变化。Dmod是测量的占空比，诸如Seq 134和Seq 149，并且在以下等式中被描述：

Iidac可以是由电流源，诸如电流源122和/或123，提供或吸收的电流(例如，随时间变化的充电或放电电流)。

图4是根据另一个实施方式示出的用于自电容感测的电路的电路图。为了说明的目的，下面描述了在电路400和电路100之间的差异。应当注意的是，电路400包括与图1的电路100类似的特征。因此，可以参考上面的图1进一步描述电路400的特征。电路400包括自电容101、积分电容器块410和调制器块420。

电路400以与图1的电路100类似的方式操作。电路400的电路灵敏度可通过增加激励电压(Vex)而增加。在电路400中，激励电压可以是操作电压(VDDA 121)和设备接地140之间的差，提供比电路100更大的激励电压。

应当注意的是，电路400包括逻辑451和逻辑452(例如，AND逻辑门)。逻辑451的输入包括信号Ph 116和Fmod 131。逻辑451的输出连接到锁存器129的启动输入。逻辑452的输入包括信号Ph 112和Fmod 131。逻辑452的输出连接到锁存器145的启动输入。逻辑451启动锁存器129，使得测量Seq 434在适当的时间(例如，第一半波)期间被生成，并且在其他时间不被生成。类似地，逻辑452启动锁存器145，使得测量Seq 449在适当的时间(例如，第二半波)期间被生成，并且在其他时间不被生成。在一个实施方案中，Vref可具有大约VDDA/2的值。可选地，Vref可具有其他值。

图5是根据一个实施方案示出的与图4的电路结合的全波同步整流的操作波形500的波形图。为了说明的目的，下面描述了操作波形500和操作波形300之间的差异。应当注意的是，操作波形500包括与图3的操作波形300类似的特征。因此，可以参考上面的图3进一步描述操作波形500的特征。

应当注意的是，电路400的激励电压(Vex)大于电路100的激励电压。因此，应当注意的是，在积分电容器Cint 111处的电压可近似于操作电压VDDA 121，并且在积分电容器Cint 115处的电压可接近设备接地140(0V)。

参考电路400和操作波形500，Dmod是测量(诸如Seq 434和Seq 449)的占空比，并且在以下等式中被描述：

Fs是激励频率。Iidac是流入和流出电流源的电流。Vdda是诸如VDDA 121的操作电压，Cs是自电容(例如，Cs102)。

图6A是根据一个实施方案示出的转换器的电路图。图6B是根据另一个实施方案示出的转换器的电路图。分别为图6A和图6B中的转换器600和转换器601可从以上(例如，关于图1的电路100和关于图4的电路400)和以下(例如，关于图9的电路900)讨论的电路的调制器块接收测量(例如，Seq 134、149、434、449、934和949)。测量可用于生成表示电容式感测阵列的自电容的数字值(例如，计数)。

图7示出了根据一个实施方案的执行全波同步整流的方法的流程图。方法700可由包括硬件(例如，电路、专用逻辑、可编程逻辑、微代码等)、软件(诸如在处理设备上运行的指令)或其组合的处理逻辑执行。方法700可全部或部分地由电容感测电路1101和/或全波同步整流电路1121执行。方法700可全部或部分地由本文所讨论的电路执行，诸如由关于图1的电路100、关于图4的电路400、关于图6A和6B的转换器600和601以及关于图9的电路900执行。

方法700开始于框705，其中执行该方法的处理逻辑通过执行全波同步整流来测量电容式感测阵列的自电容。全波同步整流包括使用对应于第一调制器的第一积分电容器和对应于第二调制器的第二积分电容器。方法700在框710处继续，其中响应于测量，处理逻辑产生指示电容式感测阵列的自电容的第一测量和第二测量。方法700继续到框715，其中鉴于第一测量和第二测量，处理逻辑产生表示电容式感测阵列的自电容的数字值。数字值可由耦合到第一调制器和第二调制器的转换器产生。

图8示出了根据另一个实施方案的执行全波同步整流的方法的流程图。方法800可由包括硬件(例如，电路、专用逻辑、可编程逻辑、微代码等)、软件(诸如在处理设备上运行的指令)或其组合的处理逻辑执行。方法800可全部或部分地由电容感测电路1101和/或全波同步整流电路1121执行。方法800可全部或部分地由本文所讨论的电路执行，诸如由关于图1的电路100、关于图4的电路400、关于图6A和6B的转换器600和601，以及关于图9的电路900执行。

方法800开始于框805，其中执行该方法的处理逻辑通过第一调制器测量第一积分电容器上的充电电流以产生第一测量。充电电流对应于全波信号的第一半波。方法800在框810处继续，其中处理逻辑通过第二积分电容器对电容性感测阵列的自电容的电荷进行采样。采样可与在框805中描述的测量同时发生(例如，在全波信号的第一半波期间)。方法800在框815中继续，其中处理逻辑通过第二调制器测量第二积分电容器上的放电电流以产生第二测量。放电电流对应于全波信号的第二半波。方法800在框820处继续，其中处理逻辑通过第一积分电容器对电容式感测阵列的自电容的电荷进行采样。采样可与框815的测量同时发生(例如，在全波信号的第二半波期间)。采样可指积分电容器和自电容之间共享的电荷。

图9是根据另一个实施方式示出的用于自电容感测的电路的电路图。为了说明的目的，下面描述了在电路900和电路100以及400之间的差异。应当注意的是，电路900包括与分别为图1和图4中的电路100和400类似的特征。因此，可以参考上面的图1和图4进一步描述电路900的特征。电路900包括自电容101、积分电容器块910和调制器块920。

电路900可执行与关于电路100和400所描述的类似的操作。电路900包括一个比较器，比较器911。比较器911的输出馈送数字状态机915的输入。数字状态机915输出测量Seq 934和Seq 949。测量指示自电容Cs 102，并且可被发送到转换器，诸如分别为参考图6A和图6B的转换器600和601。数字状态机915由时钟信号Fclk 923启动。

图10是根据一个实施方案示出的与图9的电路结合的全波同步整流的操作波形1000的波形图。为了说明的目的，下面描述了操作波形1000和操作波形500和300之间的差异。应当注意的是，操作波形1000包括类似于关于图3的操作波形300和关于图5的操作波形500的特征。因此，可以参考上面的图3和图5进一步描述操作波形1000的特征。

操作波形1000包括全波1005。全波1005包括半波1001(相位1)和半波1002(相位2)。

图11是示出具有带全波同步整流自电容感测的处理设备1110的电子系统1100的一个实施方案的框图。电容感测电路1101包括全波同步整流电路1121。关于全波同步整流电路1121的细节参照图1、4和9更详细地描述。处理设备1110被配置以检测接近触摸感测设备(例如，电容式感测阵列1125)的一个或更多个触摸。处理设备可检测导电物体，诸如触摸物体1140(手指或被动触控笔、主动触控笔1130、或其任何组合)。电容感测电路1101可测量电容式感测阵列1125上的触摸数据。触摸数据可表示为多个单元，每个单元代表电容式感测阵列1125的感测元件(例如，电极)的交叉。在另一实施方案中，触摸数据是电容式感测阵列1125的2D电容式图像。在一个实施方案中，当电容感测电路1101测量触摸感测设备(例如，电容式感测阵列1125)的互电容时，电容感测电路1101获得触摸感测设备的2D电容式图像并处理峰数据和位置信息。在另一实施方案中，处理设备1110是获得诸如来自感测阵列的电容触摸信号数据集的微控制器，并且在微控制器上执行的手指检测固件识别指示触摸、检测和处理峰、计算坐标或其任何组合的数据集区域。固件使用本文所述的实施方案识别峰。固件可计算所得峰的精确坐标。在一个实施方案中，固件可使用计算触摸的质心的质心算法来计算所得到的峰的精确坐标，质心是触摸的质量中心。质心可以是触摸的X/Y坐标。可选地，可使用其它坐标插值算法来确定所得到的峰的坐标。微控制器可向主机处理器报告精确的坐标，以及其他信息。

电子系统1100包括处理设备1110、电容式感测阵列1125、触控笔1130、主机处理器1150、嵌入式控制器1160和非电容式感测元件1170。电容式感测元件是诸如铜的导电材料的电极。感测元件还可以是ITO面板的一部分。电容式感测元件可以是可配置的以允许电容式感测电路1101测量自电容、互电容或其任何组合。在所描绘的实施方案中，电子系统1100包括经由总线1122耦合到处理设备1110的电容式感测阵列1125。电容式感测阵列1125可包括多维电容式感测阵列。多维感测阵列包括被组织为行和列的多个感测元件。在另一实施方案中，电容式感测阵列1125操作为全点可寻址(“APA”)互电容感测阵列。在另一实施方案中，电容感测阵列1125操作为耦合电荷接收器。在另一个实施方案中，电容感测阵列1125是非透明电容式感测阵列(例如，PC触摸板)。电容式感测阵列1125可被布置为具有平坦的表面轮廓。可选地，电容式感测阵列1125可具有非平坦的表面轮廓。可选地，可以使用电容式感测阵列的其它配置。例如，放本领域普通技术人员受益于本公开时将理解的是，除了垂直列和水平行之外，电容式感测阵列1125可具有六边形布置等。在一个实施方案中，电容式感测阵列1125可包括在ITO面板或触摸屏面板中。

本文描述了用于检测和跟踪触摸物体1140和触控笔1130的处理设备1110和电容式感测阵列1125的操作和配置。简言之，处理设备1110可配置成检测在电容式感测阵列1125上触摸物体1140的存在、触控笔1130的存在，或其任何组合。处理设备1110可在电容式感测阵列1125上独立地检测和跟踪触控笔1130和触摸物体1140。在一个实施方案中，处理设备1110可在电容式感测阵列1125上同时检测和跟踪触控笔1130和触摸物体1140。如果触摸物体是主动触控笔，在一个实施方案中，主动触控笔1130可配置成作为定时“主控”操作，并且当主动触控笔1130在使用时处理设备1110调节电容式感测阵列1125的定时以匹配主动触控笔1130的定时。在一个实施方案中，与常规感应触控笔应用相反，电容式感测阵列1125与主动触控笔1130电容耦合。还应当注意的是，用于电容式感测阵列1125的相同组件，其可配置成检测触摸物体1140，也用于检测和跟踪触控笔1130而没有用于感应跟踪主动触控笔1130的附加PCB层。

在所描述的实施方案中，处理设备1110包括模拟和/或数字通用输入/输出(“GPIO”)端口1107。GPIO端口1107可以是可编程的。GPIO端口1107可耦合到可编程互连和逻辑(“PIL”)，其充当GPIO端口1107和处理设备1110(未示出)的数字块阵列之间的互连。在一个实施方案中，数字块阵列可被配置成使用可配置的用户模块(“UM”)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1110还可包括存储器，诸如随机存取存储器(“RAM”)1105和程序闪存1104。RAM 1105可以是静态RAM(“SRAM”)，并且程序闪存1104可以是非易失性存储器，其可用于存储固件(例如，可由处理核心1102执行以实现本文描述的操作的控制算法)。处理设备1110还可包括耦合到存储器和处理核心1102的存储器控制器单元(“MCU”)1103。处理核1102是被配置为执行指令或执行操作的处理元件。处理设备1110可包括如受益于本公开的本领域普通技术人员将理解的其它处理元件。还应当注意的是，存储器可在处理设备内部或在其外部。在存储器是内部的情况下，存储器可耦合到处理元件，诸如处理核心1102。在存储器在处理设备外部的情况下，当本领域普通技术人员受益于本公开时将理解的是，处理设备耦合到存储器所驻留的另一设备。

处理设备1110还可包括模拟块阵列(未示出)。模拟块阵列也耦合到系统总线。在一个实施方案中,模拟块阵列还可配置成使用可配置的UM来实现各种模拟电路(例如，ADC或模拟滤波器)。模拟块阵列还可耦合到GPIO 1107。

如图所示，电容感测电路1101可集成到处理设备1110中。电容感测电路1101可包括用于耦合到外部组件(诸如触摸传感器板(未示出)、电容式感测阵列1125、触摸传感器滑块(未示出)、触摸传感器按钮(未示出)和/或其他设备)的模拟I/O。电容感测电路1101可配置为使用互电容感测技术、自电容感测技术、电荷耦合技术等来测量电容。在一个实施方案中，电容感测电路1101使用电荷累积电路、电容调制电路或本领域技术人员已知的其它电容感测方法来操作。在一个实施方案中，电容感测电路1101是Cypress TMA-3xx、TMA-4xx或TMA-xx系列的触摸屏控制器。可选地，可使用其他电容感测电路。如本文所描述的互电容感测阵列或触摸屏可包括设置在视觉显示器本身(例如，LCD监视器)上面、内部或下面的透明的导电感测阵列，或者在显示器前面的透明衬底。在实施方案中，TX和RX电极分别配置成行和列。应当注意的是，在任何选择的组合中，电极的行和列可通过电容感测电路1101配置为TX或RX电极。在一个实施方案中，感测阵列1125的TX和RX电极可在第一模式下配置为互电容式感测阵列的TX电极和RX电极来操作以检测触摸物体，并且在第二模式下作为耦合电荷接收器的电极来操作以检测在感测阵列的相同电极上的触控笔。当被激活时，产生触控笔TX信号的触控笔被用于将电荷耦合到电容式感测阵列，而不是如在相互电容感测期间所完成的测量在RX电极和TX电极(感测元件)的交叉处的互电容。两个感测元件之间的交叉可理解为一个感测电极越过另一感测电极或与其重叠的位置，同时保持彼此的电流隔离。当执行触控笔感测时，电容感测电路1101不使用互电容或自电容感测来测量感测元件的电容。相反，如本文所述，电容感测电路1101测量在感测阵列1125和触控笔之间电容耦合的电荷。与TX电极和RX电极之间的交叉相关联的电容可通过选择TX电极和RX电极的每个可用组合来感测。当触摸物体(诸如手指或触控笔)接近电容式感测阵列1125时，物体导致一些TX/RX电极之间的互电容减小。在另一个实施方案中，手指的存在增加了电极的耦合电容。因此，可通过识别在RX电极和TX电极之间具有减小的耦合电容的RX电极来确定在电容式感测阵列1125上手指的位置，在RX电极上被测量到减小的电容时，TX信号被施加到其上。因此，通过顺序地确定与电极的交叉相关联的电容，可确定一个或更多个输入的位置。应当注意的是，该过程可通过确定感测元件的基线来校准感测元件(RX和TX电极的交叉)。还应当注意的是，当本领域普通技术人员受益于本公开时将理解的是，可使用插值以比行/列间距更好的分辨率来检测手指位置。另外，当本领域普通技术人员受益于本公开时将理解的是，可使用各种类型的坐标插值算法来检测触摸的中心。

在实施方案中，电子系统1100还可包括经由总线1171和GPIO端口1107耦合到处理设备1110的非电容式感测元件1170。非电容式感测元件1170可包括按钮、发光二极管(“LED”)和其他用户接口设备，诸如鼠标、键盘或不使用电容感测的其他功能键。在一个实施方案中，总线1122和1171体现在单个总线中。可选地，这些总线可配置在一个或更多个独立的总线的任何组合中。

处理设备1110可包括内部振荡器/时钟1106和通信块(“COM”)1108。在另一实施方案中，处理设备1110包括扩频时钟(未示出)。振荡器/时钟块1106向处理设备1110的一个或更多个组件提供时钟信号。通信块1108可用于经由主机接口(“I/F”)线1151与诸如主机处理器1150的外部组件通信。可选地，处理设备1110也可耦合到嵌入式控制器1160以与诸如主机处理器1150的外部组件通信。在一个实施方案中，处理设备1110可配置以与嵌入式控制器1160或主机处理器1150通信以发送和/或接收数据。

处理设备1110可驻留在共同载体衬底上，诸如，例如集成电路(“IC”)管芯衬底、多芯片模块衬底等。可选地，处理设备1110的组件可以是一个或更多个独立的集成电路和/或分立组件。在一个示例性实施方案中，处理设备1110是由加利福尼亚州圣何塞的Cypress半导体公司开发的片上可编程系统处理设备。可选地，处理设备1110可以是本领域普通技术人员已知的一个或更多个其他处理设备，诸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。

还应当注意的是，本文描述的实施方案不限于具有将处理设备耦合到主机的配置，而且可包括测量感测设备上的电容并将原始数据发送到通过应用程序对其分析的主机计算机的系统。实际上，由处理设备1110完成的处理可在主机中完成。

电容感测电路1101可集成到处理设备1110的IC中，或者可选地，集成在独立的IC中。可选地，可产生和编译电容感测电路1101的描述以并入到其它集成电路中。例如，描述电容感测电路1101或其部分的行为级代码可使用硬件描述语言(诸如VHDL或Verilog)来生成，并且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为寄存器传送级(“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、网表和电路布局可表示各种抽象等级以描述电容感测电路1101。

应当注意的是，电子系统1100的组件可包括上述所有组件。可选地，电子系统1100可包括上述部件中的一些。

在一个实施方案中，电子系统1100用在平板计算机中。可选地，电子设备可用于其他应用中，诸如笔记本计算机、移动手持设备、个人数字助理(“PDA”)、键盘、电视、遥控器、监视器、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、用于销售交易点的签名输入设备、电子书阅读器、全球定位系统(“GPS”)或控制面板。本文描述的实施方案不限于用于笔记本实现的触摸屏或触摸传感器板，而且可用于其他电容式感测实现中，例如，感测设备可以是触摸传感器滑块(未示出)或触摸传感器按钮(例如，电容感测按钮)。在一个实施方案中，这些感测设备包括一个或更多个电容式传感器或其它类型的电容感测电路。本文描述的操作不限于笔记本指针操作，而且可包括其他操作，诸如照明控制(调光器)、音量控制、图形均衡器控制、速度控制或需要渐进或离散调整的其他控制操作。还应当注意的是，电容式感测实现的这些实施方案可与非电容式感测元件结合使用，非电容式感测元件包括但不限于拾取按钮、滑块(例如显示器亮度和对比度)、滚轮、多媒体控制(例如，音量、轨道前进等)手写识别和数字小键盘操作。

本文所述的实施方案可用于电容感测系统的互电容感测阵列的各种设计中，或用于自电容感测阵列中。在一个实施方案中，电容感测系统检测在阵列中激活的多个感测元件，并且可分析在相邻感测元件上的信号模式以将噪声与实际信号分离。当本领域普通技术人员受益于本公开时将理解的是，本文所描述的实施方案不限于特定的电容感测解决方案，而且也可与包括光感测解决方案的其他感测解决方案一起使用。

在上面的描述中，阐述了许多细节。然而，对于受益于本公开的本领域普通技术人员，明显的是可在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施方案。在某些情况下，公知的结构和设备是以框图形式而不是详细地示出，以便避免使描述模糊。

详细描述的一些部分是根据在计算机存储器内的数据位上的操作的算法和符号表示来呈现的。这些算法描述和表示是数据处理领域的技术人员用来将他们的工作的实质最有效地传达给本领域其他技术人员的手段。本文中的算法并且通常被设想为导致期望结果的自相一致的步骤序列。步骤是需要物理量的物理操纵的那些步骤。通常，尽管不是必须的，这些量采取能够被存储、传送、组合、比较和以其他方式操纵的电或磁信号的形式。主要出于公共使用的原因，涉及这些信号，如比特、值、元素、符号、字符、项、数字等，有时已经证明是方便的。

然而，应当记住的是，所有这些和类似的术语将与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便的标记。除非特别声明，否则从上述讨论中明显的是，应当理解的是在整个描述中，使用诸如“测量”、“产生”、“采样”、“转换”等术语的讨论是指计算系统或类似的电子计算设备的动作和过程，其将在计算系统的寄存器和存储器内表示为物理(例如，电子)量的数据操作和变换为在计算系统存储器或寄存器或此类信息存储、传输或显示设备内类似地表示为物理量的其它数据。

在本文中使用词语“示例”或“示例性”意在起到示例、实例或说明的作用。本文中描述为“示例”或“示例性”的任何方面或设计不必被解释为比其它方面或设计优选或有利。相反，词语“示例”或“示例性”的使用旨在以具体方式呈现概念。如本申请中所使用的，术语“或”旨在表示包括性的“或”而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有规定或从上下文中清楚，否则“X包括A或B”旨在表示任何自然的包括性排列。也就是说，如果X包括A；X包括B；或X包括A和B两者，则在任何前述实例下满足“X包括A或B”。此外，除非另有说明或从上下文中清楚地指示为单数形式，本申请和所附权利要求中使用的冠词“一(a)”和“一(an)”通常应被解释为意指“一个或更多个”。此外，贯穿全文使用的术语“实施方案”或“一个实施方案”或“实施方式”或“一个实施方式”并不旨在表示相同的实施方案或实施方式，除非如此描述。

本文描述的实施方案还可涉及用于执行本文操作的装置。该装置可以是为了所需目的而特别构造的，或其可包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。这种计算机程序可存储在非暂时性计算机可读存储介质中，诸如但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、CD-ROM和磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、闪存或适于存储电子指令的任何类型的介质。术语“计算机可读存储介质”应该被理解为包括存储一个或更多个指令集的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库和/或相关联的高速缓存和服务器)。术语“计算机可读介质”还将被认为包括能够存储、编码或携带用于由机器执行的一组指令的任何介质，并且其使得机器执行本实施方案的任何一种或更多种方法。因此，术语“计算机可读存储介质”应被理解为包括但不限于固态存储器、光介质、磁介质、能够存储由机器执行的以及其使得机器执行本实施方案的任何一种或更多个方法的指令集的任何介质。

本文呈现的算法和显示不是固有地与任何特定计算机或其他装置相关。根据本文的教导，各种通用系统可与程序一起使用，或其可证明方便构造更专用的装置以执行所需的方法步骤。用于各种这些系统的所需结构将从以下描述中体现。另外，本实施方案不参考任何特定的编程语言来描述。应当理解的是，各种编程语言可用于实现如本文所描述的实施方案的教导。

以上描述阐述了许多具体细节，诸如具体系统、组件、方法等的示例，以便提供本发明的若干实施例的良好理解。然而，对于本领域技术人员明显的是，本发明的至少一些实施方案可在没有这些具体细节的情况下实践。在其它实例中，未详细描述或以简单框图形式呈现众所周知的组件或方法，以避免不必要地模糊本发明。因此，上面具体细节的阐述仅仅是示例性的。因此，具体实施方式可与这些示例性细节不同，并且仍然被认为在本发明的范围内的。

应当理解的是，上述描述旨在是说明性的而不是限制性的。在阅读和理解以上描述之后，许多其他实施方案对于本领域技术人员将是明显的。因此，本发明的范围应当参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。

在以上描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员明显的是，没有这些具体细节，本发明可被实践。在其它实例中，未详细示出公知的电路、结构和技术，而是以框图示出以便避免不必要地模糊对本描述的理解。

在说明书中对“一个实施方案”或“实施方案”的引用意味着结合该实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。在本说明书中位于各个地方的短语“在一个实施方案中”不一定指的是相同的实施方案。应当注意的是，如本文所使用的术语电容器可指在导体之间产生电容的导体和电介质的任何组合，以及离散组件。例如，如本文所述的，电容可创建为两个电极之间的交叉。第一电极和第二电极之间的交叉也称为传感器。两个感测元件(电极)之间的交叉可理解为一个感测电极跨越另一感测电极或与其重叠的位置，同时保持彼此的电隔离。在其他情况下，可使用分立电容器来产生电容。